專利名稱：一種用于x射線照相的成像方法
技術領域：
本發明涉及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量范圍較大。由于從X光管發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據，那么重建的圖像就會發生畸變，影響了成像質量。
發明內容
本發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量范圍，并調節X射束強度和區域劑量，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光機發出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數量范圍，并調節乳腺模體區域不同位置上的X射線質量和區域劑量；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域的讀數變化以及乳腺模體區域的讀數變化情況，并確定所述鋁制異形過濾器的厚度區間；根據乳腺CT系統的幾何結構，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，光子數較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數較少。由上述本發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光機發出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數量范圍，并調節乳腺模體區域不同位置上的X射束強度和區域劑量；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量范圍，并調節X射束強度和區域劑量，提高成像質量。
為了更清楚地說明本發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明實施例中的附圖，對本發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明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。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量范圍較大。從X光管發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乳腺模體不同位置上的X射束強度和區域劑量，且縮小探測器上接收到的光子數量范圍。下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述本發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光機發出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數量范圍，并調節病人乳腺區域不同位置上的X射線強度和區域劑量；其中，在具體實現中，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量差異等目的，并且通過設計不同的厚度變化規則，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域的讀數變化I1以及模體區域的讀數變化情況12。然后，對模體的質量衰減系數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量差異上具有較優效果。另外，在具體實現過程中，如圖2所示為本發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，光子數較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數較少。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掃描和高增益(高劑量)掃描，這里常規掃描方式為當前CT成像中的常用掃描方式，通過在CT上裝置異形過濾器后，采用常規掃描方式進行CT成像，能夠發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量差異，達到提高探測器動態范圍的目的；高增益掃描方式具備了常規掃描方式的優點，并且能夠進一步提高探測器的動態范圍，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，采用常規掃描方式會超過探測器的動態范圍，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溢出，為了獲取X射線探測器的空掃數據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內，并得到該條件下的空掃數據/〖(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據的增益g，并計算出正常掃描條件下的空掃數據/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光機發出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數量范圍，并調節乳腺模體區域不同位置上的X射線質量和區域劑量； 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域的讀數變化以及乳腺模體區域的讀數變化情況，并確定所述鋁制異形過濾器的厚度區間； 根據乳腺CT系統的幾何結構，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，光子數較多，而遠離射束中心的X射線衰減較大，光子數較少。
全文摘要
本發明公開了一種用于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光機發出的低能光子，縮小所述X射線探測器上接收到的光子數量范圍，并調節乳腺模體區域不同位置上的X射線強度和區域劑量；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量范圍，并調節X射束強度和區域劑量，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 優先權日2012年10月11日
發明者王哲, 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