專利名稱：進(jìn)行可伸縮計(jì)算機(jī)x－射線斷層攝像掃描的裝置和方法
本申請(qǐng)要求取得于1998年4月28日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/083310的權(quán)益。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)X-射線斷層(CT)成象技術(shù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及包括可伸縮X-射線準(zhǔn)直器、X-射線檢測(cè)器、X-射線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、掃描數(shù)據(jù)處理裝置、和掃描圖象重構(gòu)裝置的一種多片層CT掃描機(jī)。
對(duì)病人的CT掃描通常是以軸向模式(即，當(dāng)承載病人的工作臺(tái)停止移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行掃描，然后工作臺(tái)移動(dòng)到下一個(gè)位置)或者以螺線模式(即，承載病人的工作臺(tái)在掃描過(guò)程中連續(xù)移動(dòng))進(jìn)行的。單片層掃描機(jī)是很普遍的，雙(兩)片層CT系統(tǒng)也是已知的。這些目前市售的雙片層系統(tǒng)中至少某些具有許多局限性。在進(jìn)行這類掃描時(shí)，一般必須對(duì)病人掃描速度、圖象質(zhì)量、和X-射線管負(fù)荷等因素進(jìn)行折衷考慮。例如，為了提高圖象質(zhì)量，必須降低病人掃描速度或者增大X-射線管負(fù)荷，或者同時(shí)通采取這兩種措施。增大病人掃描速度可能會(huì)導(dǎo)致圖象質(zhì)量下降或者需要增加X-射線管負(fù)荷，或者同時(shí)產(chǎn)生兩種效果。迄今為止，沒有一種已知的系統(tǒng)能夠同時(shí)具有加快病人掃描速度、提高圖象質(zhì)量、和減小X-射線管的優(yōu)點(diǎn)。
此外，已知的市售雙片層系統(tǒng)不是可伸縮的，因此這種雙片層系統(tǒng)不能獲取多于兩片層的數(shù)據(jù)。到目前為止，尚沒有一種已知系統(tǒng)能夠使操作者在進(jìn)行軸向掃描時(shí)選擇片層厚度和每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈獲取圖象的數(shù)目，在進(jìn)行螺線掃描時(shí)選擇片層厚度、掃描模式、和掃描速度。
利用一種可伸縮多片層系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，在一個(gè)實(shí)施例中，所說(shuō)可伸縮多片層系統(tǒng)包括一個(gè)可伸縮多片層探測(cè)器、一個(gè)可伸縮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SDAS)、可伸縮掃描操縱、控制和圖象重構(gòu)處理程序、以及可伸縮圖象顯示和分析裝置。如在本申請(qǐng)中所使用的含義，術(shù)語(yǔ)“可伸縮”的意思是操作者能夠容易和簡(jiǎn)單地為所顯示的圖象選擇所需的片層數(shù)和片層厚度。在本發(fā)明的多片層系統(tǒng)中，可以采集多行X-射線掃描數(shù)據(jù)。此外，實(shí)現(xiàn)了加快病人掃描速度、提高圖象質(zhì)量和減小X-射線管負(fù)荷的目的。
按照軸向多片層掃描模式，在進(jìn)行圖象重構(gòu)之前可以處理多行掃描數(shù)據(jù)，并且使用這些數(shù)據(jù)生成多個(gè)薄片層或者通過(guò)降低圖象噪聲減少較厚片層的數(shù)目。此外，在以后可以根據(jù)臨床診斷需要將較厚片層的圖象追溯重構(gòu)為較薄片層的圖象。結(jié)果，減少了不希望觀看、拍攝、和保存圖象的數(shù)量。另外，在以后對(duì)病人進(jìn)行診斷時(shí)可以重構(gòu)出具有較高z-軸分辨率的圖象。
按照螺線多片層掃描模式，可以產(chǎn)生承載病人工作臺(tái)移動(dòng)速度和X-射線束與探測(cè)器準(zhǔn)直程度的多種組合方式，以及能夠生成具有不同z-軸分辨率的圖象。例如，在工作臺(tái)速度為30毫米/轉(zhuǎn)時(shí)，可以生成5-10毫米片層的圖象。可以先生成較厚(比如10毫米)片層圖象，這樣做的好處是減少了圖象數(shù)目和減少了圖象重構(gòu)時(shí)間。在以后的某一時(shí)間，可以使用相同的數(shù)據(jù)追溯生成較薄片層圖象。根據(jù)臨床的需要，可能需要這種較薄片層圖象。這樣無(wú)需對(duì)病人進(jìn)行再次掃描就可以生成這種較薄片層的圖象。


圖1為一個(gè)CT成象系統(tǒng)的示意圖。
圖2為圖1所示系統(tǒng)的方塊示意圖。
圖3表示可以與圖1和圖2所示系統(tǒng)結(jié)合使用的一個(gè)掃描機(jī)用戶界面的一個(gè)示例性實(shí)施例。
圖4為CT系統(tǒng)探測(cè)器陣列的透視圖。
圖5為圖4所示探測(cè)器模塊的透視圖。
圖6表示圖1所示CT系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。
圖7為從掃描機(jī)機(jī)架側(cè)面觀看時(shí)X-射線產(chǎn)生裝置和探測(cè)器部件的示意圖。
圖8、9和10表示圖1所示CT系統(tǒng)中的凸輪準(zhǔn)直器的操作狀況。
圖11、12和13示意性表示在各種片層數(shù)目和片層厚度情況下掃描數(shù)據(jù)的采集。
參見圖1，圖中表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的一個(gè)計(jì)算機(jī)X-射線斷層(CT)成象系統(tǒng)10，該系統(tǒng)10包括代表一臺(tái)“第三代”CT掃描機(jī)的一個(gè)機(jī)架12。機(jī)架12包括一個(gè)X-射線源14，所說(shuō)射線源向設(shè)置在機(jī)架12相反一側(cè)的一個(gè)探測(cè)器陣列16發(fā)射一束X-射線。探測(cè)器陣列16由許多探測(cè)器模塊構(gòu)成，這些探測(cè)器模塊共同探測(cè)穿過(guò)病人身體18的投影X-射線。每個(gè)探測(cè)器模塊產(chǎn)生表示照射X-射線束強(qiáng)度，進(jìn)而表示射線束通過(guò)病人身體18之后的衰減程度的一個(gè)電信號(hào)。
在獲取X-射線投影數(shù)據(jù)的一次掃描過(guò)程中，機(jī)架12和安裝在其上的各個(gè)部分圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)20使病人相對(duì)于機(jī)架12定位。確切地說(shuō)，工作臺(tái)20在掃描過(guò)程中移動(dòng)病人身體18的一部分通過(guò)機(jī)架孔道22。
下面分別介紹系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、各種掃描模式和一個(gè)用戶界面示例。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2為圖1所示系統(tǒng)的方塊示意圖。如圖2所示，系統(tǒng)10包括與用于向操作者顯示圖象和信息的一臺(tái)監(jiān)視器(用戶界面)26相連的一個(gè)主計(jì)算機(jī)24。計(jì)算機(jī)24還與一個(gè)鍵盤28和一個(gè)鼠標(biāo)30相連以使操作者能夠向計(jì)算機(jī)24輸入信息和指令。計(jì)算機(jī)24與一個(gè)掃描和重構(gòu)控制單元(SRU)相連。SRU32還包括圖象產(chǎn)生控制器。在一個(gè)具體實(shí)施例中，SUR32包括一個(gè)基于SGI-PCI的中央處理器，該中央處理器使用IRIX操作系統(tǒng)。SUR32還包括用于與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)通信(下文中介紹)的一個(gè)界面處理器、和用于執(zhí)行預(yù)處理的一個(gè)掃描數(shù)據(jù)校正數(shù)字信號(hào)處理板，后者是在本領(lǐng)域中是熟知的。正如在本領(lǐng)域中所熟知的，SUR32還包括用于進(jìn)行濾波反向投射和后處理操作的一個(gè)圖象發(fā)生器。
一個(gè)固定控制器34與SUR32相連，并且該控制器34與一個(gè)工作臺(tái)控制器36相連。固定控制器34還通過(guò)一個(gè)滑圈(slipring)38與一個(gè)機(jī)載控制器40和一個(gè)可伸縮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SDAS)42相連。使用滑圈38能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)在滑圈邊界的無(wú)接觸傳輸，并且支持在邊界上傳輸數(shù)據(jù)和指令必需的帶寬。SDAS42對(duì)來(lái)自探測(cè)器16的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和采集，并將采樣的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在這個(gè)特定實(shí)施例中，SDAS42包括48個(gè)可互換的轉(zhuǎn)換器卡以支持4行數(shù)據(jù)采集。對(duì)于2行數(shù)據(jù)采集，可以使用24個(gè)轉(zhuǎn)換器卡。在該實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)換器卡有64個(gè)輸入信道，可達(dá)到1408Hz的采樣率。SDAS42還包括用于放大這些信號(hào)的一個(gè)前端前置放大器。對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行前向糾錯(cuò)。
機(jī)載控制器40控制X-射線源14的操作和SDAS42的操作，后者如上所述將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。X-射線源14包括與一個(gè)X-射線管46連接的一個(gè)高壓發(fā)生器44。射線管46可以是本領(lǐng)域已知的射線管，例如Gemini-1射線管，這種射線管目前至少用于由GeneralElectric Company,Milwaukee,WI,53201制造的一些CT系統(tǒng)中。從X-射線管46發(fā)射出的射線束穿過(guò)一個(gè)預(yù)設(shè)凸輪準(zhǔn)直器48，照射到探測(cè)器16上(表示為一個(gè)16行探測(cè)器)。凸輪準(zhǔn)直器48還可由機(jī)載控制器40控制。探測(cè)器16的輸出傳送到SDAS42中。
伴隨著系統(tǒng)10的操作，在圖2中粗線表示數(shù)據(jù)的流動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)線表示控制指令的流動(dòng)，點(diǎn)線表示實(shí)時(shí)控制的流動(dòng)。與這些流動(dòng)相關(guān)的數(shù)值標(biāo)識(shí)符的定義如下1操作者發(fā)出的掃描和重構(gòu)指令2向“主”控制器發(fā)出的掃描指令3分配的掃描參數(shù)3a工作臺(tái)位置3b旋轉(zhuǎn)參數(shù)3ckV和mA選擇3dX-射線束準(zhǔn)直和濾波選擇3e探測(cè)器片層厚度和SDAS增益選擇4在掃描過(guò)程中的實(shí)時(shí)控制信號(hào)5高壓6未經(jīng)準(zhǔn)直的X-射線束7經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的X-射線束8模擬掃描數(shù)據(jù)9數(shù)字掃描數(shù)據(jù)10病人圖象機(jī)架12的旋轉(zhuǎn)和X-射線管14的工作通常是由控制器34控制的。機(jī)載控制器40在固定控制器34的控制下向X-射線源14提供電源和時(shí)序信號(hào)。SDAS42對(duì)來(lái)自探測(cè)器16的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以備后續(xù)處理。SRU32從SDAS42接收經(jīng)過(guò)采樣和數(shù)字化處理的X-射線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高速圖象重構(gòu)。重構(gòu)獲得的圖象作為輸入信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)24中，計(jì)算機(jī)24將這些圖象存儲(chǔ)在一個(gè)主存儲(chǔ)器中。
計(jì)算機(jī)24還接收由操作者借助于鍵盤28和鼠標(biāo)30發(fā)出的命令和掃描參數(shù)。操作者通過(guò)監(jiān)視器26可以觀察到重構(gòu)的圖象和來(lái)自計(jì)算機(jī)24的其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)24按照操作者發(fā)出的命令和參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)和信息。此外，控制器36控制由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)20將病人18定位(如圖1所示)。掃描模式一般來(lái)說(shuō)，上述的CT系統(tǒng)可以采集1個(gè)、2個(gè)或多個(gè)片層的數(shù)據(jù)。利用這種系統(tǒng)可以進(jìn)行軸向掃描和螺線掃描，并且可以處理、重構(gòu)、顯示和/或編檔保存被掃描物體的截面圖象。可伸縮的軸向圖象重構(gòu)和顯示的含義是指，例如，圖象厚度、片層數(shù)目、和所顯示圖象數(shù)量的可選擇性。此外，該系統(tǒng)不限于與任何一種特定圖象重構(gòu)算法結(jié)合使用，而是可以采用許多種不同的重構(gòu)算法。例如在美國(guó)專利US-5469487、5513236、5541970、5559847、和5606585以及待審查美國(guó)專利申請(qǐng)Nos.08/561382(1995年11月21日申請(qǐng))、08/779961(1996年12月23日申請(qǐng))以及08/797101(1997年11月26日提交)中提出的算法，所有這些專利和申請(qǐng)都已轉(zhuǎn)讓給本受讓人，并且這些專利和申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合在本申請(qǐng)中。
按照軸向多片層掃描模式，在進(jìn)行圖象重構(gòu)之前可以處理多行掃描數(shù)據(jù)，可以利用這些數(shù)據(jù)生成多個(gè)薄片層，或者減少較厚片層的數(shù)目及減少圖象噪聲。此外，可以在以后根據(jù)臨床診斷需要將具有較厚片層厚度的圖象追溯重構(gòu)為較薄片層的圖象。結(jié)果，減少了不希望觀看、拍攝、和分檔保存的圖象數(shù)量。另外，在以后對(duì)病人進(jìn)行診斷時(shí)可以重構(gòu)出具有高z-軸分辨率的圖象。
下面在表1中給出軸向多片層模式的一些示例。
表1采集圖象厚度和模式可以追溯重構(gòu)的圖象厚度1.25mm 4i 1.25,2.5,5mm2.5mm2i 1.25,2.5,5mm2.5mm4i 2.5,5,10mm3.75mm 4i 3.75,7.5mm5mm 1i 1.25,2.5,5mm5mm 2i 2.5,5,10mm5mm 4i 5,10mm7.5mm2i 3.75,7.5mm10mm 1i 2.5,5,10mm10mm 2i 5,10mm作為一個(gè)特例，在2i模式中圖象厚度為2.5毫米情況下進(jìn)行的軸向模式采集，有若干種追溯重構(gòu)方案可以選擇。例如，可以重構(gòu)厚度為1.25毫米片層的4個(gè)圖象，可以重構(gòu)厚度為2.5毫米片層的2個(gè)圖象，并且可以重構(gòu)厚度為5毫米片層的1個(gè)圖象。因此，通過(guò)追溯重構(gòu)可以獲得比掃描模式(即，2i)更多的具有較薄片層厚度的圖象(例如，4個(gè)圖象)。此外，可以追溯重構(gòu)出比掃描模式更少的具有較厚片層厚度的圖象(例如1個(gè)圖象)。
進(jìn)一步就編檔保存而言，該系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)占用較少存儲(chǔ)空間的較少量圖象。例如，如果以2i模式掃描人體組織20毫米厚度，可以生成80個(gè)圖象。存儲(chǔ)20毫米厚病人組織的80個(gè)圖象需要占用大量的存儲(chǔ)空間。而常常并不要求所有圖象對(duì)于整個(gè)20毫米的人體組織都具有高分辨率。例如，可能只有5毫米的組織圖象需要具有這樣高的分辨率。操作者使用在2.5毫米厚度2i模式掃描中采集的數(shù)據(jù)，能夠?qū)τ诖蟛糠秩梭w組織追溯重構(gòu)厚度為5毫米的圖象，而僅在需要高分辨率的位置重構(gòu)較薄圖象片層(例如1.25毫米)。利用這種追溯重構(gòu)方法，可以明顯地減少需要保存的圖象數(shù)量。
因?yàn)閽呙钄?shù)據(jù)是利用下文中更加詳述的一種多片層探測(cè)器采集的，所以借助于用戶界面能夠?qū)崿F(xiàn)和啟用上述的追溯重構(gòu)方法。利用所獲得的薄片層掃描數(shù)據(jù)，在執(zhí)行回溯重構(gòu)時(shí)，操作者可以在許多不同片層厚度中進(jìn)行選擇。
按照螺線多片層掃描模式，可以產(chǎn)生承載病人的工作臺(tái)速度與X-射線束和探測(cè)器準(zhǔn)直性的多種組合方式，以及能夠生成具有不同z-軸分辨率的圖象。例如，當(dāng)工作臺(tái)速度為30毫米/轉(zhuǎn)時(shí)，可以生成5-10毫米片層的圖象?？梢韵绕谏奢^厚片層(例如10毫米)圖象，這樣做的好處是減少圖象數(shù)目和減少圖象重構(gòu)時(shí)間。在以后的某一時(shí)間，利用同樣的數(shù)據(jù)可以追溯生成較薄片層的圖象。根據(jù)臨床診斷的要求可能需要這種較薄片層的圖象。無(wú)需再次掃描病人就能夠生成這種較薄片層圖象。
表2中給出了螺線多片層模式的一些示例。
表2工作臺(tái)速度(毫米/轉(zhuǎn)) 追溯重構(gòu)高質(zhì)量掃描模式高速掃描模式 可以獲得的圖象厚度3.757.5 1.25,2.5mm7.5 15 2.5,3.75,5mm11.25 22.5 3.75,5,7.5mm15 20 5,7.5,10mm例如，在3.75毫米/轉(zhuǎn)(即，機(jī)架每轉(zhuǎn)動(dòng)一周工作臺(tái)移動(dòng)3.75毫米)的高質(zhì)量圖象(Hi-Q)掃描模式下，或者在7.5毫米/轉(zhuǎn)的高速(Hi-Speed)掃描模式下，可以追溯重構(gòu)出片層厚度為1.25毫米和2.5毫米的圖象。與軸向多片層模式一樣，根據(jù)系統(tǒng)組成的特定結(jié)構(gòu)的不同，還可以有多種其它的實(shí)施方案。而且，追溯重構(gòu)方法的這種靈活性具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括能夠生成具有所需分辨率的圖象，以及減少保存所需圖象必需的存儲(chǔ)空間。用戶界面示例圖3表示可以與圖1和圖2所示系統(tǒng)結(jié)合使用的掃描機(jī)用戶界面的一個(gè)示例性實(shí)施例。該界面可以用存儲(chǔ)在主計(jì)算機(jī)24(圖2)中的一個(gè)指令集實(shí)施，并顯示在主計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上。在掃描用戶界面，操作者可以選擇掃描模式，即螺線模式或軸向模式，以及與各種掃描模式相關(guān)的多個(gè)參數(shù)。操作者可以通過(guò)，例如，簡(jiǎn)單地觸摸與所需參數(shù)對(duì)應(yīng)的區(qū)域來(lái)作出選擇。觸敏界面在本領(lǐng)域中是眾所周知的。當(dāng)然，也可以使用許多其它類型的界面，圖3所示界面只是一個(gè)示例性界面。
在螺線模式下，操作者選擇所需的片層厚度、掃描模式、和掃描速度?！癏i-Q”掃描就是高圖象質(zhì)量掃描，“Hi-speed”掃描就是快速工作臺(tái)速度掃描，如以上結(jié)合圖2所述。在軸向掃描模式下，操作者選擇所需的片層厚度和機(jī)架每轉(zhuǎn)動(dòng)一周所生成圖象的數(shù)目。
迄今為止，沒有一種多片層CT系統(tǒng)能夠象本發(fā)明系統(tǒng)一樣提供可伸縮的掃描操縱、控制、和圖象重構(gòu)處理、以及可伸縮的圖象顯示和分析。利用本發(fā)明系統(tǒng)，操作者可以容易并且簡(jiǎn)單地選擇所需的片層數(shù)量和所顯示圖象的片層厚度。此外，能夠加快對(duì)病人的掃描速度，提高圖象質(zhì)量，和減小X-射線管負(fù)荷。其它部分的詳細(xì)介紹下面介紹根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的一種示例性可伸縮多片層CT系統(tǒng)中的各個(gè)部分。雖然下面所介紹的是具體的系統(tǒng)組成部分結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)當(dāng)理解還可以有許多可替換的實(shí)施例。例如，雖然描述了一種具體的探測(cè)器，但是在該系統(tǒng)中可以使用其它的探測(cè)器，本發(fā)明并不局限于使用任何一種特定的探測(cè)器。具體地說(shuō)，下述探測(cè)器包括多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括一組探測(cè)器元。除了下述的這種探測(cè)器以外，還可以使用具有沿z-軸方向不分段的多個(gè)探測(cè)器元的一種探測(cè)器，和/或具有多個(gè)模塊的一種探測(cè)器，后者包括沿x-軸和/或z-軸的多個(gè)單元，它們可以在任意方向組合在一起，以便同時(shí)獲取可伸縮多片層掃描數(shù)據(jù)。
參見圖4和圖5，具體地說(shuō)，探測(cè)器16包括多個(gè)探測(cè)器模塊50。每個(gè)探測(cè)器模塊50由卡板52固定在探測(cè)器殼架54上。每個(gè)模塊包括一個(gè)多維閃爍體陣列56和一個(gè)高密度半導(dǎo)體陣列(未示出)。在閃爍體陣列56上方附近設(shè)置有一個(gè)后置準(zhǔn)直器(未示出)，以便在X-射線束入射到閃爍體陣列56之前對(duì)X-射線束進(jìn)行準(zhǔn)直處理。閃爍體陣列56包括排列成陣列的多個(gè)閃爍體單元，半導(dǎo)體陣列包括排列成相同陣列的多個(gè)光電二極管。這些光電二極管附著，或形成在基片58上，閃爍體陣列56設(shè)置并固定在基片58之上。
轉(zhuǎn)換和解碼器裝置60與光電二極管陣列相連。這些光電二極管與閃爍體陣列56光耦合，并具有電信號(hào)輸出線以傳輸表示閃爍體陣列56光輸出的信號(hào)。具體地說(shuō)，每個(gè)光電二極管產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的低電平模擬輸出信號(hào)，該信號(hào)表示閃爍體陣列56中一個(gè)特定閃爍體對(duì)于射線束衰減程度的測(cè)量結(jié)果。光電二極管輸出線從半導(dǎo)體陣列或光電二極管陣列的相反一側(cè)延伸出去，并與對(duì)應(yīng)的裝置60連接(例如，通過(guò)導(dǎo)線連接)。
轉(zhuǎn)換裝置60是與光電二極管陣列具有同樣尺寸的一個(gè)多維半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換陣列，轉(zhuǎn)換裝置60與設(shè)置在半導(dǎo)體陣列與SDAS42(如圖2所示)之間的電路相連。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置60包括排列成一個(gè)多維陣列的多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。每個(gè)FET包括與一根對(duì)應(yīng)的光電二極管輸出線電連接的一根輸入線、一根輸出線、和一根控制線(未示出)。FET輸出線和控制線通過(guò)一根軟電纜62與SDAS42電連接。確切地說(shuō)，大約一半的光電二極管輸出線與陣列一側(cè)的各個(gè)FET輸入線電連接，另一半光電二極管輸出線與陣列另一側(cè)的FET輸入線電連接。
解碼器根據(jù)所需片層數(shù)目和每個(gè)片層的分辨率控制這些FET的工作狀態(tài)，以啟用、禁用、或者組合光電二極管的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，所說(shuō)解碼器是本領(lǐng)域中熟知的一種解碼器芯片或FET控制器，這種解碼器包括與這些FET和SDAS42相連的多條輸出線和控制線。確切地說(shuō)，該解碼器輸出端與所說(shuō)轉(zhuǎn)換裝置控制線電連接以使FET能夠傳送適合的數(shù)據(jù)。所說(shuō)解碼器控制線與所說(shuō)FET控制線電連接，并確定啟用哪一個(gè)輸出端。利用所說(shuō)解碼器，可以啟用、禁用特定的FET，或者將它們的輸出結(jié)合，以使特定的光電二極管輸出端與SDAS42電連接。與探測(cè)器16相關(guān)的其它技術(shù)細(xì)節(jié)公開在待審查美國(guó)專利申請(qǐng)No.(15-CT-4631)中，其發(fā)明名稱為“用于可伸縮多片層掃描計(jì)算機(jī)斷層身影系統(tǒng)的光電二極管陣列”，該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本受讓人，其全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合在本申請(qǐng)中。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，探測(cè)器16包括57個(gè)探測(cè)器模塊50。半導(dǎo)體陣列和閃爍體陣列的陣列大小分別為16×16。因此，探測(cè)器16具有16行和912列(16×57模塊)，該探測(cè)器能夠在機(jī)架12每轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中同時(shí)采集16個(gè)片層的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于任何特定的陣列大小，根據(jù)使用者的具體需要，該陣列可以更大或者更小。此外，探測(cè)器16可以以多種不同的片層厚度和數(shù)目模式，例如單片層模式、雙片層模式或者四片層模式工作。舉例來(lái)說(shuō)，可以將這些FET按照四片層模式排列，從而用一行或多行光電二極管陣列采集四個(gè)片層的數(shù)據(jù)。按照由解碼器控制線限定的特定FET排布結(jié)構(gòu)，可以啟用、禁用或者結(jié)合各種光電二極管輸出組合方式，從而使片層厚度可以是，例如1.25毫米、2.5毫米、3.75毫米、或5毫米。其它實(shí)例包括一種單片層模式，其中包括厚度從1.25毫米至20毫米的單片層，和一種雙片層模式，其中包括厚度為1.25毫米至10毫米的兩個(gè)片層。上述以外的其它模式也是可以采用的。
圖6表示圖1所示CT系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，并且表示出機(jī)架坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系用于下述各個(gè)附圖，并且僅僅是為了便于說(shuō)明。具體地說(shuō)，x-軸為與機(jī)架12旋轉(zhuǎn)圓正切的一個(gè)軸。y-軸為從機(jī)架12的同心圓圓心向X-射線管焦點(diǎn)延伸的一個(gè)徑向軸。z-軸為相對(duì)于掃描平面的一個(gè)縱向軸(向內(nèi)/向外)。在掃描過(guò)程中躺在工作臺(tái)20上的病人沿z-軸平移。
參見圖7，在多片層掃描過(guò)程中，是在多個(gè)z-軸位置上采集數(shù)據(jù)的。具體地說(shuō)，圖6為從機(jī)架12的一側(cè)看到的系統(tǒng)10的示意圖。X-射線管46包括一個(gè)陽(yáng)極/靶極64和一個(gè)陰極66。未經(jīng)準(zhǔn)直的X-射線束68從射線管46發(fā)射出來(lái)，并穿過(guò)凸輪準(zhǔn)直器48。準(zhǔn)直器48包括一個(gè)五級(jí)象差濾波器70和鎢制凸輪72。如結(jié)合圖2所述，凸輪72的位置由一個(gè)機(jī)載控制器40控制，所說(shuō)機(jī)載控制器40通過(guò)SRU32和固定控制器34從主計(jì)算機(jī)24接受命令。將例如步進(jìn)電機(jī)與凸輪72連接以精確地控制凸輪72的位置?？梢愿鶕?jù)使用者選擇的數(shù)據(jù)采集模式獨(dú)立地調(diào)節(jié)凸輪準(zhǔn)直器48中的各個(gè)凸輪72，以改變兩個(gè)凸輪72之間的間隔和它們相對(duì)于準(zhǔn)直器通孔中心的位置。
從凸輪準(zhǔn)直器48中發(fā)射出經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的X-射線束74，這種X-射線束74穿過(guò)病人身體18(如圖1所示)照射到探測(cè)器16上。如上所述，探測(cè)器16包括一個(gè)準(zhǔn)直器76、一個(gè)閃爍體陣列56和一個(gè)光電二極管/轉(zhuǎn)換陣列78(在圖7中將該光電二極管陣列和轉(zhuǎn)換陣列表示為一個(gè)單元，但是如上所述它們可以是獨(dú)立的兩個(gè)單元)。陣列78的輸出通過(guò)一條軟電纜傳輸?shù)絊DAS42中以進(jìn)行處理。
以下內(nèi)容涉及凸輪準(zhǔn)直器48和探測(cè)器16為提供片層數(shù)目和片層厚度的可伸縮性而產(chǎn)生的操作。雖然在本申請(qǐng)中有時(shí)分開描述凸輪準(zhǔn)直器48的操作和探測(cè)器16的操作，但是應(yīng)當(dāng)理解，準(zhǔn)直器48和探測(cè)器16是結(jié)合操作的，以提供所需的片層數(shù)目和片層厚度。
更具體地說(shuō)，圖8、9和10表示凸輪準(zhǔn)直器48的操作。圖8表示可以發(fā)射居中寬射線束(例如，用于獲取每個(gè)片層厚度為5毫米的4個(gè)片層數(shù)據(jù)的射線束)的凸輪準(zhǔn)直器48的排布結(jié)構(gòu)。如圖9所示，為了獲得較窄的居中射線束，兩個(gè)凸輪72相對(duì)于射線束68的中心向內(nèi)移動(dòng)相等的距離。例如，具有如圖9所示排布結(jié)構(gòu)的凸輪準(zhǔn)直器可以用于獲得每個(gè)片層厚度為1.25毫米的4個(gè)片層的數(shù)據(jù)。
準(zhǔn)直器48還可以用于調(diào)節(jié)在射線管46工作過(guò)程中可能出現(xiàn)的沿z-軸方向的射線束偏移。具體地說(shuō)，參見圖10，兩個(gè)凸輪72可以位于距射線束68中心不等距離處，如圖中標(biāo)有“凸輪偏移”的箭頭所示。通過(guò)如圖10所示，將兩個(gè)凸輪72偏置，可以使射線束如標(biāo)有“射線束偏移”的箭頭所示發(fā)生偏移。
正如下文中所詳述的，通過(guò)用凸輪準(zhǔn)直器48控制射線束74的位置和寬度，可以進(jìn)行多種模式的掃描，以獲取不同片層數(shù)目和片層厚度的數(shù)據(jù)。例如，圖11對(duì)應(yīng)于當(dāng)需要獲取每個(gè)片層厚度為5.0毫米的4個(gè)片層數(shù)據(jù)時(shí)選定的探測(cè)器結(jié)構(gòu)。兩個(gè)凸輪72沿z-軸方向分開一定寬度以提供20毫米的準(zhǔn)直效果，光電二極管輸出由轉(zhuǎn)換陣列78結(jié)合到四個(gè)不同的片層中。確切地說(shuō)，每個(gè)片層的數(shù)據(jù)將四個(gè)光電二極管的輸出結(jié)合到一個(gè)信號(hào)中(1A、2A、1B、和2B)，每個(gè)片層數(shù)據(jù)信號(hào)(1A、2A、1B、和2B)通過(guò)軟電纜62傳送到SDAS42中。
為了獲取每個(gè)片層厚度為1.25毫米的四個(gè)片層的數(shù)據(jù)，可以采用如圖12所示的探測(cè)器結(jié)構(gòu)。確切地說(shuō)，兩個(gè)凸輪72不象在片層厚度為5.0毫米時(shí)那樣分開很寬的距離(如圖11所示)。相反，兩個(gè)凸輪72沿z-軸分開的距離只提供5毫米的準(zhǔn)直，光電二極管輸出由轉(zhuǎn)換陣列78結(jié)合到四個(gè)分離的片層中。具體地說(shuō)，每個(gè)片層的數(shù)據(jù)將一個(gè)光電二極管的輸出結(jié)合到一個(gè)信號(hào)(1A、2A、1B、和2B)中，并通過(guò)軟電纜62將每個(gè)片層數(shù)據(jù)信號(hào)(1A、2A、1B、和2B)傳輸?shù)絊DAS42中。
當(dāng)然，使用系統(tǒng)10可以獲得片層數(shù)目和片層厚度的許多其它組合。例如，參見圖13，為了獲得每個(gè)片層厚度為1.25毫米的兩個(gè)片層的數(shù)據(jù)，將兩個(gè)凸輪72沿z-軸方向分開以提供2.5毫米的準(zhǔn)直。利用轉(zhuǎn)換陣列78將光電二極管輸出結(jié)合到兩個(gè)分離片層中。確切地說(shuō)，每個(gè)片層數(shù)據(jù)將一個(gè)光電二極管的輸出結(jié)合到一個(gè)信號(hào)(1A和1B)中，并通過(guò)軟電纜62將每個(gè)片層數(shù)據(jù)信號(hào)(1A和1B)傳送到SDAS42。通過(guò)如上所述控制凸輪準(zhǔn)直器48和沿z-軸的信道總和，可以采集許多不同片層數(shù)目和片層厚度的掃描數(shù)據(jù)。
對(duì)于上述示例性系統(tǒng)可以作出多種改變和增進(jìn)。例如，可以使用圖形式用戶界面，這種界面使得使用者能夠比較容易地指定各種模式的多片層掃描和圖象重構(gòu)，這些模式具有，例如，最佳的工作臺(tái)速度、X-射線束準(zhǔn)直度、數(shù)據(jù)采集片層厚度、X-射線束電壓和電流值，以及重構(gòu)方法，以獲得所需的圖象質(zhì)量。這種界面可以通過(guò)觸摸屏幕、聲音、或者其它易于使用和理解的界面方法激活?？梢愿鶕?jù)所進(jìn)行掃描的類型對(duì)主計(jì)算機(jī)預(yù)先編程，使之包含各種默認(rèn)模式，以使操作者的選擇過(guò)程進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
再次重申，上述多片層CT系統(tǒng)可以用于采集單片層、雙片層或更多片層的數(shù)據(jù)，從而增強(qiáng)了使用的靈活性。這種系統(tǒng)還使得能夠在快速掃描速度下獲得較好的圖象質(zhì)量和z-軸分辨率，同時(shí)X-射線管負(fù)荷較低。此外，利用本發(fā)明系統(tǒng)，操作者能夠容易和快速地指定多片層掃描和圖象重構(gòu)參數(shù)。
從以上對(duì)于本發(fā)明的各種實(shí)施例的描述，顯然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述和解釋了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)清楚地理解，以上內(nèi)容僅僅是說(shuō)明性和示例性的，而不是限定性的。因此，本發(fā)明的構(gòu)思和范圍只能由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中，用于使使用者能夠選擇掃描參數(shù)的一種用戶界面，所說(shuō)用戶界面包括用于螺線掃描和軸向掃描的可選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量掃描模式。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高速掃描模式。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、一種高圖象質(zhì)量掃描模式、和一種高速掃描模式。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)軸向掃描的掃描參數(shù)還包括每旋轉(zhuǎn)一周獲取的圖象數(shù)目。
7.用于多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像掃描系統(tǒng)的一種主計(jì)算機(jī)，它包括一個(gè)掃描和重構(gòu)控制單元，所說(shuō)主計(jì)算機(jī)包括一個(gè)用戶界面，所說(shuō)用戶界面包括螺線掃描和軸向掃描的可選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度。
8.如權(quán)利要求7所述的一種主計(jì)算機(jī)，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)還包括掃描速度。
9.如權(quán)利要求7所述的一種主計(jì)算機(jī)，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量掃描模式。
10.如權(quán)利要求7所述的一種主計(jì)算機(jī)，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高速掃描模式。
11.如權(quán)利要求7所述的一種主計(jì)算機(jī)，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、一種高圖象質(zhì)量掃描模式和一種高速掃描模式。
12.如權(quán)利要求7所述的一種主計(jì)算機(jī)，其特征在于所說(shuō)軸向掃描的掃描參數(shù)還包括每旋轉(zhuǎn)一周獲取的圖象數(shù)目。
13.在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括用于控制承載病人工作臺(tái)速度的一個(gè)工作臺(tái)控制器、與所說(shuō)工作臺(tái)控制器相連的一個(gè)掃描和重構(gòu)控制單元、和與所說(shuō)控制單元相連的一個(gè)多片層探測(cè)器，包括一個(gè)監(jiān)視器的一個(gè)主計(jì)算機(jī)由程序控制可以在所說(shuō)監(jiān)視器上生成一個(gè)界面，所說(shuō)界面使得使用者能夠選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)界面包括用于螺線掃描和軸向掃描的可選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度，其中將在所說(shuō)界面中選擇的所說(shuō)掃描參數(shù)傳輸?shù)剿f(shuō)控制單元以控制掃描過(guò)程。
14.如權(quán)利要求13所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描掃描參數(shù)還包括掃描速度。
15.如權(quán)利要求13所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量模式。
16.如權(quán)利要求13所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高速掃描模式。
17.如權(quán)利要求13所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、一種高圖象質(zhì)量掃描、和一種高速掃描模式。
18.如權(quán)利要求13所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)軸向掃描的掃描參數(shù)還包括每旋轉(zhuǎn)一周獲取的圖象數(shù)目。
19.在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中，用于使使用者能夠選擇掃描參數(shù)的一種用戶界面，所說(shuō)用戶界面包括用于軸向掃描的可選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度。
20.如權(quán)利要求19所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)軸向掃描的掃描參數(shù)還包括每旋轉(zhuǎn)一周獲取的圖象數(shù)目。
21.在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中，用于使使用者能夠選擇掃描參數(shù)的一種用戶界面，所說(shuō)用戶界面包括用于螺線掃描的可選擇掃描參數(shù)，所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度。
22.如權(quán)利要求21所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)還包括掃描速度。
23.如權(quán)利要求21所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量掃描模式。
24.如權(quán)利要求21所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高速掃描模式。
25.如權(quán)利要求21所述的一種用戶界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、一種高圖象質(zhì)量掃描模式、和一種高速掃描模式。
26.用一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)生成圖象的一種方法，所說(shuō)方法包括以下步驟基于至少一個(gè)選定的掃描參數(shù)進(jìn)行掃描；和利用存儲(chǔ)的掃描數(shù)據(jù)并根據(jù)至少一個(gè)選定的圖象重構(gòu)參數(shù)追溯重構(gòu)圖象。
27.如權(quán)利要求26所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)掃描參數(shù)包括一個(gè)第一片層厚度，其中所說(shuō)圖象重構(gòu)參數(shù)包括一個(gè)第二片層厚度。
28.如權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)第一片層厚度與所說(shuō)第二片層厚度不同。
29.如權(quán)利要求26所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)掃描參數(shù)包括工作臺(tái)移動(dòng)速度。
30.如權(quán)利要求26所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量掃描模式。
31.如權(quán)利要求26所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高速掃描模式。
32.如權(quán)利要求26所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、高圖象質(zhì)量掃描模式、和高速掃描模式中至少一種。
33.在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中，用于使使用者能夠選擇至少一種可伸縮掃描參數(shù)和至少一種可伸縮圖象重構(gòu)參數(shù)的一種用戶界面。
34.如權(quán)利要求33所述的一種方法，其特征在于所說(shuō)掃描參數(shù)包括多片層掃描的片層厚度。
35.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度。
36.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括一種高圖象質(zhì)量掃描模式。
37.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括高速掃描模式。
38.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)螺線掃描的掃描參數(shù)包括掃描速度、一種高圖象質(zhì)量掃描模式、和一種高速掃描模式。
39.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)軸向掃描的掃描參數(shù)還包括每旋轉(zhuǎn)一周獲取的圖象數(shù)目。
40.如權(quán)利要求33所述的一種界面，其特征在于所說(shuō)圖象重構(gòu)參數(shù)包括片層厚度。
41.用于在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中生成圖象的一種方法，所說(shuō)方法包括以下步驟根據(jù)至少一種選定掃描參數(shù)進(jìn)行掃描；通過(guò)至少部分根據(jù)所說(shuō)掃描參數(shù)進(jìn)行掃描來(lái)采集多片層掃描數(shù)據(jù)；和利用存儲(chǔ)的掃描數(shù)據(jù)和根據(jù)至少一種選定的圖象重構(gòu)參數(shù)追溯重構(gòu)圖象。
42.如權(quán)利要求41所述用于在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中生成圖象的一種方法，其特征在于追溯重構(gòu)圖象包括以下步驟根據(jù)一個(gè)第一圖象重構(gòu)參數(shù)重構(gòu)對(duì)應(yīng)于一個(gè)第一組織區(qū)域的圖象；和根據(jù)一個(gè)第二圖象重構(gòu)參數(shù)重構(gòu)對(duì)應(yīng)于一個(gè)第二組織區(qū)域的圖象。
43.如權(quán)利要求42所述用于在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中生成圖象的一種方法，其特征在于所說(shuō)第一圖象重構(gòu)參數(shù)為一個(gè)第一片層厚度，所說(shuō)第二圖象重構(gòu)參數(shù)為一個(gè)第二片層厚度。
44.如權(quán)利要求42所述用于在一種可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng)中生成圖象的一種方法，其特征在于所說(shuō)第一片層厚度和所說(shuō)第二片層厚度是不同的。
全文摘要
可伸縮多片層計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng),包括可伸縮多片層探測(cè)器、可伸縮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SDAS)、可伸縮掃描操縱、控制、和圖象重構(gòu)處理裝置,以及可伸縮圖象顯示和分析裝置。按照軸向多片層掃描模式,在圖象重構(gòu)之前可以處理多行掃描數(shù)據(jù),并且可以使用這些數(shù)據(jù)生成多個(gè)薄片層圖象或者具有減少圖象噪聲的減少數(shù)目的較厚片層圖象。此外,可以在以后根據(jù)臨床診斷需要將較厚片層厚度的圖象追溯重構(gòu)為較薄片層的圖象。
文檔編號(hào)A61B6/03GK1233453SQ99106319
公開日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1999年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月28日
發(fā)明者H·D·何, 胡暉, G·R·斯特隆, H·A·麥達(dá)尼爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司