专利名称：断层成像扫描条件确定方法、断层成像法及断层成像装置的制作方法附图1所示为在包括单个的检测器(即具有一个检测器行)的X-射线CT装置中的常规的X-射线剂量确定程序的流程图。在步骤SU1中，在两个正交的方向上搜索成像以产生矢状面图像和冠状面图像。在步骤SU2中，选择管电压、片层厚度和重构函数。在步骤SU3中，参考搜索图像确定在X-射线断层成像中的扫描位置(片层位置)。在步骤SU4中，根据在默认的成像条件下在对对象的成像过程中的投影面积Sobject、默认X-射线剂量default-mAs(它为管电流和发射时间的乘积)和片层厚度Th按如下的方式计算假设对象的横截面为圆形的图像SD的标准偏差SDσpixelSDσpixel≈Sobject(default_mAs×Th).]]>标准偏差SDσpixel将作为图像噪声值。从矢状面和冠状面图像中大致估计投影面积Sobject。
在步骤SU5中，根据在矢状面图像和冠状面图像之间的衰减率校正标准偏差SDσpixel以获得对象的实际横截面形状的标准偏差SDσ’pixel。
在步骤SU6中，输入图像SD的标准偏差(图像噪声值)的所允许的值SDσtarget。
在步骤SU7中，对每个片层按下式计算满足标准偏差SDσtarget的X-射线剂量scan-mAsscan_mAs=default_mAs×(SDσpixel′SDσtarget)2.]]>如上文所述的X-射线剂量确定程序的基本原理例如公开在日本专利申请H11-104121中。
最近，人们已经研究了包含这样的技术通过包括多检测器(例如平行设置许多检测器行的检测器)进行螺旋扫描，并综合对应于多检测器的行的相应的片层(多片层)的加权数据进行图像重构，由此增加实质片层的厚度或图像厚度。这就是说即使在X-射线束宽度降低时，通过在图像重构中应用延伸的数据范围获得具有较大的图像厚度的X-射线断层图像(即，通过将X-射线管和多检测器的旋转圈数增加到大于1)。在这种情况下，与旋转一圈所需的X-射线剂量相比，降低了获得相同的图像噪声值的X-射线断层图像所需的X-射线剂量。
然而，由于包括多检测器的X-射线CT装置仍然应用常规的单片层CT的X-射线剂量确定方法(参见附图1)，在相同的扫描条件下实际的图像噪声电平大于或小于所允许的图像噪声值。当实际的图像噪声电平大于所允许的值时，并不能实现所需的图像质量；以及当实际的图像噪声电平小于所允许的值时，X-射线剂量不必要地加大。
发明概述本发明的一个目的是提供一种断层成像扫描条件确定方法，断层成像方法和X-射线CT装置，在通过包括多检测器的CT装置执行螺旋扫描的过程中其能够相对于所允许的图像噪声值不会过大或不足地确定辐射剂量。
根据本发明的第一方面，提供一种断层成像扫描条件确定方法，该方法包括如下的步骤当通过CT装置进行螺旋扫描产生具有一定图像厚度的断层图像时，该CT装置包括具有平行设置的许多检测器行的多检测器，应用单片层CT辐射剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得断层图像的辐射剂量；校正辐射剂量以使通过执行螺旋扫描所获得的断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足；以及确定对校正的辐射剂量适合的断层成像扫描条件。
在第一方面的断层成像扫描条件确定方法中，校正用于获得具有一定的图像厚度的断层图像而临时地确定的辐射剂量，以便通过进行螺旋扫描所获得的断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足。因此精确地计算满足所要求的图像噪声值的最小辐射剂量。
因此，可以避免由于辐射剂量不足所造成的不能实现所需的图像质量的缺陷，并且可以防止将对象暴露在由于过量的辐射剂量造成的不必要的暴光量之中。此外，由于能够自动或半自动地确定最适合的暴光量，可以降低操作人员的复杂性。
根据本发明的第二方面，提供一种断层成像扫描条件确定方法，该方法包括如下的步骤选择通过CT装置进行螺旋扫描要产生的断层图像的图像厚度，该CT装置包括具有平行设置的许多检测器行的多检测器，应用单片层CT辐射剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得具有所说的图像厚度的断层图像的辐射剂量；选择要执行的螺旋扫描的扫描条件；校正所说的临时地确定的辐射剂量为某一辐射剂量以使在所说的扫描条件下通过执行螺旋扫描所获得的断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足；以及确定对所说的校正的辐射剂量适合的断层成像扫描条件。
第二方面的断层成像扫描条件确定方法具有与第一方面的断层成像扫描条件确定方法相同的效果。此外，可以选择要产生的X-射线断层图像的图像厚度。此外，可以选择螺旋扫描的扫描条件。
根据本发明的第三方面，提供一种如上文第一或第二方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤优选指定要输送到发射源的电流或发射时间以便发射具有校正的辐射剂量的辐射。
在第三方面的断层成像扫描条件确定方法中，当优选指定输送到发射源的电流时，可以确保防止发射源过载。当优选指定发射时间时，可以考虑对象的身体的运动对图像质量等的影响来调整扫描时间。
根据本发明的第四方面，提供一种如上文第二或第三方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤通过改变如下至少一项来调整图像厚度组合用于图像重构的所说的多检测器的行的数据的加权函数、辐射束的宽度和放置对象的成像工作台的移动速度。
在第四方面的断层成像扫描条件确定方法中，当改变图像重构的加权函数时，仅通过计算的方法可以调整图像厚度，而不需机械控制。当改变辐射束的宽度时，例如通过控制准直器孔径的开口宽度可以调整图像厚度。当改变成像工作台的移动速度时，通过控制成像工作台的驱动系统可以调整图像厚度。
根据本发明的第五方面，提供一种如上文第一至第四方面中任一方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤以基于参考值的剂量校正系数校正辐射剂量，该参考值是以片层厚度等于图像厚度执行轴向扫描的过程中的辐射剂量。
在第五方面的断层成像扫描条件确定方法中，基于在轴向扫描的辐射剂量以剂量校正系数校正辐射剂量。因此，通过简单的计算来计算对于扫描条件适合的辐射剂量。
根据本发明的第六方面，提供一种断层成像的方法，包括如下的步骤以通过如上文第一至第五方面中任一方面所描述的断层成像扫描条件确定方法所确定的断层成像扫描条件进行螺旋扫描产生断层图像。
在第六方面的断层成像方法中，应用通过前述的断层成像扫描条件确定方法所确定的断层图像扫描条件产生断层图像。因此通过最小的暴光量可以获得所要求的图像质量的断层图像。
根据本发明的第七方面，提供一种断层成像扫描条件确定方法，该方法包括如下的步骤当通过X-射线CT装置进行螺旋扫描产生具有一定图像厚度的X-射线断层图像时，该X-射线CT装置包括具有平行设置的许多检测器行的多检测器，应用单片层CT X-射线剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得所说的X-射线断层图像的X-射线剂量；选择要执行的螺旋扫描的扫描条件；校正所说的临时地确定的X-射线剂量为某一X-射线剂量以使在所说的扫描条件下通过执行螺旋扫描所获得的断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足；以及确定对所说的校正的X-射线剂量适合的断层成像扫描条件。
在第七方面的断层成像扫描条件确定方法中，可以避免由于辐射剂量不足所造成的X-射线断层图像的图像质量严重降低的缺陷，并且可以防止将对象暴露在由于过量的X-射线剂量引起的不必要的暴光之中。
根据本发明的第八方面，提供一种如上文第七方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤优选指定X-射线管电流或发射时间以便发射经校正的X-射线剂量的X-射线。
在第八方面的断层成像扫描条件确定方法中，当优选指定X-射线管电流时，可以确保防止X-射线管过载而降低寿命。当优选指定发射时间时，可以考虑对象的身体的运动对图像质量等的影响来调整扫描时间。
根据本发明的第九方面，提供一种如上文第七或第八方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤以基于参考值的剂量校正系数校正所说的X-射线剂量，所说的参考值是以片层厚度等于所说的图像厚度执行轴向扫描的过程中的X-射线剂量。
在第九方面的断层成像扫描条件确定方法中，基于在轴向扫描的X-射线剂量校正X-射线剂量。因此，通过简单的计算就可以计算对于扫描条件适合的X-射线剂量。
根据本发明的第十方面，提供一种如上文第九方面所述的断层成像扫描条件确定方法，包括如下的步骤获得以基于参考值的乘数表示X-射线剂量的剂量校正系数，所说的参考值是在通过对模拟片层厚度等于所需的图像厚度的标准对象的CT值分布的模型进行单片层CT轴向扫描中的X-射线剂量，所说的X-射线剂量是应用多检测器进行螺旋扫描获得的图像噪声值等于在所说的轴向扫描中的图像噪声值的X-射线断层图像的X-射线剂量；以及通过将所说的临时地确定的X-射线剂量乘以所说的剂量校正系数来校正所说的X-射线剂量。
在第十方面的断层成像扫描条件确定方法中，以基于在对模型执行轴向扫描的过程中的X-射线剂量的剂量校正系数来校正X-射线剂量。因此，可以以良好的精度计算对成像对象适合的X-射线剂量。
根据本发明的第十一方面，提供一种断层成像方法，包括如下的步骤以通过如上文第七至第十方面中任一方面所描述的断层成像扫描条件确定方法所确定的断层成像扫描条件执行螺旋扫描产生X-射线断层图像。
在第十一方面的断层成像方法中，应用前述的断层成像扫描条件确定方法所确定的断层成像扫描条件产生X-射线断层成像。因此，以最小的暴光量可以获得具有所需的图像质量的X-射线断层图像。
根据本发明的第十二方面，提供一种X-射线CT装置，包括发射X-射线的X-射线管；具有平行地设置的许多检测器行的多检测器；X-射线剂量临时确定装置，当要应用所说的多检测器通过螺旋扫描产生具有一定图像厚度的X-射线断层图像时，该X-射线剂量临时确定装置应用单片层CT X-射线剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得所说的X-射线断层图像的X-射线剂量；将所说的临时地确定的X-射线剂量校正到某一X-射线剂量以使通过执行螺旋扫描获得的X-射线断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足的X-射线剂量校正装置；以及执行符合所说的校正X-射线剂量的螺旋扫描控制的扫描控制装置。
在第十二方面的X-射线CT装置中，校正临时确定的获得具有一定图像厚度的X-射线断层图像的X-射线剂量，以使X-射线断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足。因此，可以精确地计算满足所要求的图像噪声值的最小X-射线剂量，并可以执行符合该条件的螺旋扫描。
因此，可以避免由于X-射线剂量不足所造成的不能实现所要求的图像质量的缺陷，以及对象可以免受到由于过量的X-射线剂量造成的不必要的X-射线暴光。
根据本发明的第十三方面，提供一种X-射线CT装置，包括发射X-射线的X-射线管；具有平行地设置的许多检测器行的多检测器；选择应用所说的多检测器通过螺旋扫描要产生的X-射线断层图像的图像厚度的图像厚度选择装置；X-射线剂量临时确定装置，该X-射线剂量临时确定装置应用单片层CT X-射线剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得具有所说的图像厚度的X-射线断层图像的X-射线剂量；选择要执行的螺旋扫描的扫描条件的扫描条件选择装置；将所说的临时地确定的X-射线剂量校正到X-射线剂量以使通过以所说的扫描条件执行螺旋扫描获得X-射线断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足的X-射线剂量校正装置；以及按照所说的校正X-射线剂量执行螺旋扫描控制的扫描控制装置。
第十三方面的X-射线CT装置具有与第十二方面的X-射线CT装置相同效果。此外，应用图像厚度选择装置可以选择要产生的X-射线断层图像的图像厚度。此外，应用扫描条件选择装置可以选择螺旋扫描的扫描条件。
根据本发明的第十四方面，提供一种X-射线CT装置，包括发射X-射线的X-射线管；具有平行地设置的许多检测器行的多检测器；选择应用所说的多检测器通过螺旋扫描要产生的X-射线断层图像的图像厚度的图像厚度选择装置；X-射线剂量临时确定装置，该X-射线剂量临时确定装置应用单片层CT X-射线剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得具有所说的图像厚度的X-射线断层图像的X-射线剂量；选择要执行的螺旋扫描的扫描条件的扫描条件选择装置；存储用于每个图像厚度和每个扫描条件的剂量校正系数的剂量校正系数表；通过从剂量校正系数表中读取对应于所说的所选择的图像厚度和扫描条件的剂量校正系数并将所说的临时地确定的X-射线剂量乘以所说的剂量校正系数来校正所说的临时地确定的X-射线剂量的剂量校正装置；以及按照所说的校正X-射线剂量执行螺旋扫描控制的扫描控制装置。
第十四方面的X-射线CT装置具有与第十三方面的X-射线CT装置相同效果。此外，应用从对应于要实现的片层厚度和扫描条件的剂量校正系数表中读取的剂量校正系数校正X-射线剂量。因此，通过简单的计算就可以计算适合的扫描条件的辐射剂量。
根据本发明的第十五方面，提供一种如第十四方面所述的X-射线CT装置，其中对应于可以选择的许多图像厚度产生所说的剂量校正系数表，并存储有通过基于参考值的乘数表示的X-射线剂量的剂量校正系数，所说的参考值是在通过对模拟片层厚度等于所需的图像厚度的标准对象的CT值分布的模型进行单片层CT轴向扫描中的X-射线剂量，所说的X-射线剂量是应用多检测器进行螺旋扫描获得的图像噪声值等于在所说的轴向扫描中的图像噪声值的X-射线断层图像的X-射线剂量。
在第十五方面的X-射线CT装置中，以基于在对模型进行轴向扫描的过程的X-射线剂量的剂量校正系数校正X-射线剂量。因此，可以以良好的精度计算对于成像对象适合的X-射线剂量。
根据本发明的第十六方面，提供一种如上文第十四或第十五方面所述的X-射线CT装置，其中所说的剂量校正系数表存储有用于在扫描中心的X-射线束的宽度和成像工作台的运动速度每个的剂量校正系数。
在第十六方面的X-射线CT装置中，对于每个经常用作扫描条件的X-射线束的宽度和成像工作台的运动速度都将剂量校正系数存储在剂量校正系数表中。因此可以进一步提高成像效率和在临床上易于使用性。
根据本发明的断层成像扫描条件确定方法和断层成像方法，将给对象的辐射剂量降低到满足所要求的图像噪声值的最小剂量。因此，可以避免对象受到超过所需的暴光量的辐射的缺陷。
此外，根据本发明的X-射线CT装置，以最小的X-射线剂量获得满足所要求的图像噪声值的X-射线断层图像。因此可以进一步提高安全性。
从下文对在附图中所示的本发明的优选实施例的详细描述中将会清楚本发明的进一步的目的和优点。
附图概述附图1所示为常规的X-射线剂量确定过程实例的流程图。
附图2所示为根据本发明的实施例X-射线CT装置的方块图。
附图3所示为说明X-射线管、准直器和多检测器的示意图。
附图4所示为说明剂量校正系数表的内容的解释性示图。
附图5所示为附图2的X-射线CT装置的X-射线断层成像过程的流程图。
本发明的详细描述下文参考在附图中的实施例更详细地描述本发明。应该指出的是本发明并不限于这些实施例。
附图2所示为根据本发明的实施例的X-射线CT装置的方块图。
X-射线CT装置100包括操纵台1、成像工作台10和扫描台架(gantry)20。
操纵台1包括接收由操作员输送的指令或信息输入的输入装置2、执行包括临时地确定螺旋扫描所要求的X-射线剂量的过程的X-射线断层成像过程的中央处理装置3、用于与成像工作台10和扫描台架20交换控制信号等的控制接口4、用于在采集扫描台架20采集所要求的数据的数据采集缓冲器5、显示从该数据中重构的X-射线断层图像的CRT 6、存储程序、数据和X-射线断层图像的存储装置7以及存储校正所述临时确定的X-射线剂量的剂量校正系数的剂量校正系数表8。
扫描台架20包括X-射线管21、X-射线控制器22和准直器23、准直器控制器24、围绕扫描中心(在附图3中以SC表示)旋转X-射线管21等的旋转控制器26、具有平行设置的四行检测器的多检测器27以及采集多检测器27中抽取的数据的数据采集部分28。
附图3所示为X-射线管21、准直器23和多检测器27的示意图。
从X-射线管21发出的X-射线lo在经过准直器23的孔S之后形成平的X-射线束Xr，并撞击到多检测器27的第一至第四检测器行27A-27D上。
基于来自中央处理装置3的指令通过准直器控制器24调整准直器23的孔S的位置和开口宽度。
在扫描中心SC的X-射线束的Xr的宽度称为X-射线束宽Xo。撞击在第一检测器行27A上的X-射线束宽Xo部分的宽度是第一片层厚度Ao；撞击在第二检测器行27B上的X-射线束宽Xo部分的宽度是第二片层厚度Bo；撞击在第三检测器行27C上的X-射线束宽Xo部分的宽度是第三片层厚度Co；撞击在第四检测器行27D上的X-射线束宽Xo部分的宽度是第四片层厚度Do；附图4所示为剂量校正系数表8的内容的说明性附图。所示的表对应于图像厚度IT＝5毫米。可选择的其它的图像的厚度IT的系数以相同的格式存储。
在表8中，事先存储对于每个成像工作台10的运动速度[毫米/圈]和在扫描中心SC的X-射线束宽Xo的剂量校正系数。剂量校正系数通过基于参考值的乘数表示X-射线剂量，其中参考值是在通过单片层CT对模拟具有片层厚度Th＝IT的标准对象的CT值分布的模型进行轴向扫描的X-射线剂量，而X-射线剂量是应用多检测器27以图像厚度IT通过螺旋扫描获得X-射线断层图像以使图像噪声值等于在轴向扫描中的图像噪声值的X-射线剂量。
一般地说，随着成像工作台10的运动速度变得更小(即，如在附图4中的“序号”变得更小)，可以改善X-射线断层图像的图像质量。另一方面，随着成像工作台10的运动速度变得更大(即，如在附图4中的“序号”变得更大)，发射时间降低。
附图5所示为附图2的X-射线CT装置100的X-射线断层图像过程的流程图。
在步骤ST1中，操作员选择图像厚度IT。例如，选择5毫米的图像厚度IT。例如通过改变如下一项可以调整图像厚度IT组合从第一至第四检测器行27A-27D中抽取的数据的权重、在扫描中心SC的X-射线束宽Xo和成像工作台10的运动速度。例如在日本专利申请公开No.H9-238935中公开了通过改变在对通过包括多检测器的X-射线CT装置所采集的数据进行插值中所使用的加权函数来调整图像厚度的技术。
在步骤ST2中，基于单片层CT X-射线剂量确定算法，比如先前参考附图1所描述的X-射线剂量确定方法，临时地确定通过对与该图像片层厚度IT相同的片层厚度执行轴向扫描获得具有所需的图像噪声值的X-射线断层图像的X-射线剂量scan_mAs。例如，临时地确定X-射线剂量为scan_mAs＝200[mAs]。
在步骤ST3中，操作员选择要执行的螺旋扫描的扫描协议。例如选择7.5[毫米/圈]的成像工作台10的运动速度和2.5[毫米]的X-射线束宽Xo。
在步骤ST4中，从与所选择的图像厚度IT相匹配的剂量校正系数表8中读取对应于工作台运动速度和X-射线束宽度Xo的剂量校正系数。在上述的实例中，读取在附图4的剂量校正系数表8中相应的序号1的剂量校正系数0.68。
在步骤ST5中，将在步骤ST2中所确定的X-射线剂量scan_mAs乘以所读取的剂量校正系数以校正X-射线剂量。在上述的实例中，从X-射线剂量200[mAs]×0.68中得到X-射线剂量scan_mAs为136[mAs]。
在步骤ST6中，操作员根据所得到的X-射线剂量scan_mAs指定管电流和发射时间之中的至少一种以确定断层成像扫描条件。(可以自动地确定扫描条件而不需要干预)。例如，如果指定管电流为100[mAs]，发射时间确定为1.36[s]。如果发射时间指定为0.8[s]，则确定管电流为170[mAs]。当优选指定管电流时，可以确保防止X-射线管21过载而降低使用寿命。当优选指定发射时间时，可以考虑人体的运动对图像质量的影响来调整扫描时间。
在步骤ST7中，基于所确定的断层成像扫描条件执行螺旋扫描以对预定点进行成像，从而得到具有图像厚度IT的X-射线断层图像以进行显示。
根据上述的X-射线CT装置100，校正通过单片层CT X-射线剂量确定计算所临时地确定的辐射剂量以使通过螺旋扫描所获得的X-射线断层图像的图像噪声值相对于所允许的值不会过大或不足。因此，可以将对象接收的X-射线暴光量降低到最小。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以构造出本发明的许多不同的实施例。应该理解的是本发明并不限于在说明书中所描述的这些特定的实施例，而应该以附加的权利要求来确定。


为在通过包括多检测器的CT装置执行螺旋扫描的过程中确定相对于所允许的图像噪声值不会过大或不足的辐射剂量,提供了包括如下的步骤的方法:选择要通过包括多检测器的X－射线CT装置进行螺旋扫描产生的断层图像的图像厚度(步骤ST1);应用单片层CT辐射剂量确定算法临时地确定通过单片层CT获得具有该图像厚度的X－射线断层图像的X－射线剂量(步骤ST2);选择扫描协议(ST3);从与所选择的图像厚度相匹配的剂量校正系数表中读取剂量校正系数(步骤ST4);通过剂量校正系数校正X－射线剂量(步骤ST5);通过指定管电流和发射时间之中至少一个来确定断层成像扫描条件(步骤ST6);执行螺旋扫描并显示X－射线断层图像(步骤ST7)。因此,可以避免对象暴露在超过必需的辐射剂量之中的缺陷。