專利名稱：一種用于x射線照相的成像方法
技術領域：
本發(fā)明涉及X射線成像技術領域，尤其涉及一種用于X射線照相的成像方法。
背景技術：
目前，在乳腺X射線成像技術，例如鑰靶成像或乳腺專用CT成像過程中，均利用X光機和X射線探測器對乳腺結構進行二維或三維成像。在這種結構下，病人乳腺置于X光機所發(fā)射的錐形束射線中，X射線探測器用來捕捉穿過病人乳腺的X射線束。乳腺X射線成像技術僅以乳腺受體作為檢測對象，根據乳腺受體的規(guī)則結構，X射線穿過乳腺受體后到達探測器上的射線強度具有一定特點，乳腺受體的橫截面接近橢圓形狀，且X射線在乳腺中的衰減路徑長度各有不同，在靠近乳腺中心位置的X射線衰減較大，而遠離乳腺中心位置的X射線衰減較小，因此導致探測器上接受到的光子數(shù)量范圍較大。由于從X光管發(fā)出的射線都有很寬的能譜，其中存在著大量的低能光子，由于低能光子很容易被病人吸收，因此對于X射線成像沒有太大貢獻，另外由于X射線的衰減系數(shù)與X射線的能量直接相關，經過硬化的射束，在穿過后面的物體時衰減減弱，所以總的衰減與乳腺受體的厚度不再滿足線性的關系，如果不校正這些非線性的投影數(shù)據，那么重建的圖像就會發(fā)生畸變，影響了成像質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于X射線照相的成像方法，能夠縮小X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)X射束強度和區(qū)域劑量，提高成像質量。一種用于X射線照相的成像方法，所述成像方法包括當利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像時，在所述X光機的光源中心位置設置鋁制異形過濾器； 通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)乳腺模體區(qū)域不同位置上的X射線質量和區(qū)域劑量；其中，所述鋁制異形過濾器從中心到外沿的厚度逐漸增加，且中心到外沿的厚度變化具有多種不同的給定曲率。所述鋁制異形過濾器的制作過程具體包括通過數(shù)字化X射線攝影以及理論計算，獲取在使用不同厚度的鋁制異形過濾器時，X射線探測器上空掃區(qū)域的讀數(shù)變化以及乳腺模體區(qū)域的讀數(shù)變化情況，并確定所述鋁制異形過濾器的厚度區(qū)間；根據乳腺CT系統(tǒng)的幾何結構，進一步計算所述鋁制異形過濾器各個位置的尺寸大小。所述鋁制異形過濾器的橫截面具有拋物線形的曲率變化形式；或，所述鋁制異形過濾器的橫截面為凹字形狀；或，所述鋁制異形過濾器的橫截面具有橢圓的形狀。
所述通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子的具體過程包括在CT掃描時所述異形過濾器隨X光機和X射線探測器一起轉動，并在轉動時三者相對位置保持不變；所述X光機發(fā)出的X射線穿過所述異形過濾器，經過病人乳腺后，到達所述X射線探測器，當X射線穿過所述異形過濾器時，接近射束中心的X射線衰減較小，光子數(shù)較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數(shù)較少。由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，所述成像方法包括當利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像時，在所述X光機與病人乳腺之間設置鋁制異形過濾器 ；通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)乳腺模體區(qū)域不同位置上的X射束強度和區(qū)域劑量；其中，所述鋁制異形過濾器從中心到外沿的厚度逐漸增加。該成像方法能夠縮小X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)X射束強度和區(qū)域劑量，提高成像質量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖I為本發(fā)明實施例提供的鋁制異形過濾器的橫截面結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例所述鋁制異形過濾器運行的工作過程示意圖。
具體實施例方式下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。在利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像過程中，由于乳腺模體的橫截面接近橢圓形狀，X射線在乳腺模體中的衰減路徑長度各有不同，在靠近乳腺模體中心位置X射線衰減較大，而遠離乳腺模體中心位置X射線衰減較小，因此導致探測器上接受到的光子數(shù)量范圍較大。從X光管發(fā)出的射線都有很寬的能譜，其中存在著大量的低能光子，由于低能光子很容易被乳腺模體吸收，因此對于X射線成像沒有太大貢獻，本發(fā)明實施例根據乳腺模體的形狀特點，采用鋁制異形過濾器以吸收低能光子來調節(jié)乳腺模體不同位置上的X射束強度和區(qū)域劑量，且縮小探測器上接收到的光子數(shù)量范圍。下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述本發(fā)明實施例所述方法是當利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像時，在所述X光機的光源中心位置設置鋁制異形過濾器；通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)病人乳腺區(qū)域不同位置上的X射線強度和區(qū)域劑量；其中，在具體實現(xiàn)中，異形過濾器可以采用鋁材質制成(也可選用銅等其他材料)，并根據乳腺模體的結構特點進行針對設計。由于乳腺模體的橫截面近似橢圓形狀，即X射線穿過乳腺模體時，接近乳腺中心的X射線穿過乳腺的路徑較長，其衰減較大，到達探測器的光子數(shù)量較少。而遠離乳腺中心的X射線穿過乳腺的路徑較短，其衰減較小，到達探測器的光子數(shù)量較多。為了降低到達探測器時X射線的強度差異，異性過濾器橫截面可以設計為中間薄，而兩側厚的結構，而中間到兩側的厚度變化具有多種不同的給定曲率，通過以上設計，異形過濾器就能夠達到降低圖像硬化偽影、減小受體輻射劑量和縮小到達X射線探測器的光子數(shù)量差異等目的，并且通過設計不同的厚度變化規(guī)則，能夠具有不同的調制效果。下面舉例來對上述鋁制異形過濾器的設計過程進行說明乳腺CT系統(tǒng)中采用的錐形束CT成像方式具有三維立體成像、各向同性的高分辨率等特點，其X光機的光源到轉動中心距離為Dm到探測器距離為Dsd，Dfo是乳腺受體半徑，這里主要考慮適合亞洲女性的大小(直徑為10cm、12cm、14cm)，在以上條件下為確定鋁制異形過濾器的合理尺寸，其制作過程具體包括 在數(shù)字化X射線攝影中，采用鋁質平板過濾器，測試了在不同厚度的過濾器下，X射線探測器上空掃區(qū)域的讀數(shù)變化I1以及模體區(qū)域的讀數(shù)變化情況12。然后，對模體的質量衰減系數(shù)μρ進行估計。在經過一定厚度的平板過濾器后，X射線可以近似為單能射束，根據比爾定律，在已知入射模體的X射線強度I1和出射強度I2時，模體的質量衰減系數(shù)為Mp =IiHy-)/^其中，Λχ為射線穿過模體長度。如果期望模體橫向各個位置在探測器上對應的最終讀數(shù)均為If，可以得到如下的異形過濾器設計。已知任意角度β的X射線穿過異形過濾器及模體后的探測器讀數(shù)If ( β )，在單能X射線的假設下，根據比爾定律和模體的質量衰減系數(shù)μ ρ，可以得到任意角度β的X射線穿過異形過濾器后的讀數(shù)1\χβ) = 1Λβ)εμ^αΗ其中，GH為X射線穿過乳腺模體長度，然后，根據任意厚度鋁制平板過濾器的空掃計數(shù)I1，可以獲得任意角度β的X射線穿過異形過濾器的厚度Cl(β)，并確定異形過濾器的最終尺寸。如圖I所示為本發(fā)明實施例提供的鋁制異形過濾器的三種橫截面結構示意圖，若采用招制材料，異形過濾器最薄處需小于8mm,水平方向寬度需大于IOmm,豎直方向高度需大于10mm。圖中該鋁制異形過濾器包括三種形狀，具體來說圖Ia所示的異形過濾器橫截面具有拋物線形的曲率變化形式，因此隨著y方向厚度的增加，其凹空處在X方向的寬度逐漸增大。該過濾器具有較優(yōu)的圖像硬化偽影調制能力。圖Ib所示的異形過濾器橫截面為“凹”字形狀，因此隨著y方向厚度的增加，其凹空處在X方向的寬度保持不變，并需大于5mm。該過濾器加工較為簡單，并具有較好的輻射劑量控制能力。圖Ic所示的異形過濾器橫截面具有近似橢圓的形狀，因此隨著y方向厚度的增力口，其凹空處在X方向的寬度逐漸增大，然后又逐漸減小，但最終需大于5_寬，該異形過濾器在縮小達到探測器的光子數(shù)量差異上具有較優(yōu)效果。另外，在具體實現(xiàn)過程中，如圖2所示為本發(fā)明實施例所述鋁制異形過濾器運行的工作過程示意圖，首先將異形過濾器安裝于X光機后，病人前的位置，要求異形過濾器的中心盡可能的與X光源中心、CT旋轉中心和探測器中心在同一直線上。其次，病人 俯臥于乳腺CT床體上，利用低劑量X射線照相或者光學照相技術，確定病人乳腺中心的空間位置；然后利用馬達驅動乳腺CT床體，通過床體移動將病人乳腺中心置于乳腺CT旋轉中心位置，使得異形過濾器中心、乳腺模體中心和探測器中心盡可能在同一直線上，然后再進一步進行CT重建掃描，上述通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子的具體過程包括在CT掃描時，病人俯臥于乳腺CT床體上，保持靜止不同；異形過濾器隨X光機和X射線探測器一起進行轉動，并在轉動時三者相對位置保持不變。在CT掃描時，X射束中心、異形過濾器中心和探測器中心始終與病人乳腺中心在同一直線上，X射束首先穿過異形過濾器，然后經過病人乳腺，最后到達X射線探測器上。由于異形過濾器被設計為中間薄，兩側厚的結構，當X射線穿過異形過濾器后，接近射束中心的X射線衰減較小，光子數(shù)較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數(shù)較少。接著調制后的X射束穿過病人乳腺，由于病人乳腺的橫截面具有近似橢圓的結構，因此射束中心的X射線在乳腺受體中的穿過路徑較長，其衰減較多，而遠離射束中心的X射線在乳腺受體中的穿過路徑較短，其衰減較少。經過異形過濾器的調制及病人乳腺的衰減后，X射線到達探測器時的光子數(shù)差異得到降低，并且與平板過濾器相比其帶給病人乳腺的輻射危害也得到減弱。此外，異形過濾器還可以與準直器搭配使用，準直器的位置可以置于異形濾片前，或者異形濾片后；異形過濾器還可以與平板過濾器搭配使用，平板過濾器的位置可以置于異形濾片前，或者異形濾片后。上述掃描方式包括常規(guī)掃描和高增益(高劑量)掃描，這里常規(guī)掃描方式為當前CT成像中的常用掃描方式，通過在CT上裝置異形過濾器后，采用常規(guī)掃描方式進行CT成像，能夠發(fā)揮異形過濾器在輻射劑量、圖像硬化偽影和圖像質量等方面的調制能力，并能夠降低探測器接受光子的數(shù)量差異，達到提高探測器動態(tài)范圍的目的；高增益掃描方式具備了常規(guī)掃描方式的優(yōu)點，并且能夠進一步提高探測器的動態(tài)范圍，當X射線探測器采用較高的增益設置或者乳腺CT需要采用較高的X射線強度進行成像時，采用常規(guī)掃描方式會超過探測器的動態(tài)范圍，不能完成CT成像，而采用高增益掃描方式能夠有效避免探測器計數(shù)溢出，更適用于在探測器高增益模式或高X射線強度時進行CT成像。具體來說I)在使用常規(guī)掃描時，首先在乳腺CT掃描條件下，對X射線探測器進行Offset和gain校正，并得到該條件下X射線探測器的空掃數(shù)據Itl (x, y)。然后在該CT掃描條件下，采集360度的投影圖像I1U, y, β )，接著采集360度的投影圖像。采集結束后，利用X射線探測器空掃數(shù)據對所有投影圖像進行歸一化校正，如下ρ{χ,γ>β) = -\ηφ^μ Β.)ο
J0(x^y)
最后，利用CT重建算法對投影圖像p (x，y，β )進行三維重建。2)在使用高增益(或高劑量)掃描時，由于在高增益下(或者使用高劑量掃描條件時)，設置鋁制異形過濾器后仍會導致X射線探測器空掃計數(shù)溢出，為了獲取X射線探測器的空掃數(shù)據Itl (X，y)，可以采用在低劑量掃描條件下對X射線探測器進行offset和gain校正，保證X射線探測器工作在正常的線性響應區(qū)內，并得到該條件下的空掃數(shù)據/〖(U)。然后，根據正常掃描條件和低劑量掃描條件的劑量關系，可以得到正常劑量與低劑量下空掃數(shù)據的增益g，并計算出正常掃描條件下的空掃數(shù)據/Jx,。接著在乳腺CT正常掃描條件下，采集360度的投影圖像I1 (x, y，β )。采集結束后，利用X射線探測器空掃數(shù)據對所有投影圖像進行歸一化校正，如下
權利要求
1.一種用于X射線照相的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括 當利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像時，在所述X光機的光源中心位置設置鋁制異形過濾器； 通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)乳腺模體區(qū)域不同位置上的X射線質量和區(qū)域劑量； 其中，所述鋁制異形過濾器從中心到外沿的厚度逐漸增加，且中心到外沿的厚度變化具有多種不同的給定曲率。
2.根據權利要求I所述用于X射線照相的成像方法，其特征在于，所述鋁制異形過濾器的制作過程具體包括 通過數(shù)字化X射線攝影以及理論計算，獲取在使用不同厚度的鋁制異形過濾器時，X射線探測器上空掃區(qū)域的讀數(shù)變化以及乳腺模體區(qū)域的讀數(shù)變化情況，并確定所述鋁制異形過濾器的厚度區(qū)間； 根據乳腺CT系統(tǒng)的幾何結構，進一步計算所述鋁制異形過濾器各個位置的尺寸大小。
3.根據權利要求I或2所述用于X射線照相的成像方法，其特征在于，所述鋁制異形過濾器的橫截面具有拋物線形的曲率變化形式； 或，所述鋁制異形過濾器的橫截面為凹字形狀； 或，所述鋁制異形過濾器的橫截面具有橢圓的形狀。
4.根據權利要求I所述用于X射線照相的成像方法，其特征在于，所述通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子的具體過程包括 在CT掃描時所述異形過濾器隨X光機和X射線探測器一起轉動，并在轉動時三者相對位置保持不變； 所述X光機發(fā)出的X射線穿過所述異形過濾器，經過病人乳腺后，到達所述X射線探測器，當X射線穿過所述異形過濾器時，接近射束中心的X射線衰減較小，光子數(shù)較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數(shù)較少。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于X射線照相的成像方法。所述成像方法包括當利用X光機和X射線探測器進行乳腺X射線成像時，在所述X光機的光源中心位置設置鋁制異形過濾器；通過該鋁制異形過濾器吸收所述X光機發(fā)出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)乳腺模體區(qū)域不同位置上的X射線強度和區(qū)域劑量；其中，所述鋁制異形過濾器從中心到外沿的厚度逐漸增加。該成像方法能夠縮小X射線探測器上接收到的光子數(shù)量范圍，并調節(jié)X射束強度和區(qū)域劑量，提高成像質量。
文檔編號A61B6/00GK102846329SQ201210384549
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權日2012年10月11日
發(fā)明者王哲, 趙維, 魏存峰, 王燕芳, 舒航, 魏龍 申請人:中國科學院高能物理研究所