TW200800109A - Scanning unit, tomography apparatus and tomography method - Google Patents

Description

200800109 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 &本發明係關於—掃描單元、-斷層攝影裝置及-斷層攝 影方法’尤其係關於用於一電腦斷層攝影裝置之掃描單 元、一電腦斷層攝影裝置及一電腦斷層攝影方法。 【先前技術】 電腦化斷層攝影（ct)係—使用數位處理來產生—研究中 物件（受關注物件、檢查中物件）内的三維影像之過程二並 :來自二系列從圍繞一旋轉之單軸取得的二維x射線影 。ct影像之重建可藉由應用適當演算法完成。 / CT成像之基本原理係_檢查中物件之投射資料由一 c丁 統之偵測器取得。投射資料表示由輻射束通過之物件的 為了自投射資料產生影像，此等投射資料（線積分） 個2射回而導致二維影像，即表示一碟狀。可重建複數 —維影像中之一所謂立體像素表示法，即一種三維 ’、表丁法右偵測器已以平面形式配置，則可達到一 用二維螺旋重建=體像素。此處理可使 同執彳了〜、中—投射之«器資料的不 :刀係在不同位置處投射回而成為平面，其甚至可有一 不同方向。為了使用於檢杳从 係引入用W 時間有效地實質減少， 已知—藉1描若干平行層之方法。自US 4 303 830中， 射源數目斷層攝影系統係包含若干輻射源及-些與輻 接收器，射接收器由-列_ 錢射接收器係配置以在旋轉轴方向中偏離， H9525.doc 200800109 以致複數個層係同時被掃描，即從 .^ ^ 攸田谷早一輻射接收器取 得的資料，可重建表示經掃描物件的一層。 在現代更精緻的所謂，，錐形射束，，CT及重建方法中，二唯 ㈣器之投射資料（即具有配置成矩陣形式之複數個㈣ 70件的债測器）係直接投射回，成為-單-重建步驟中之 立體像素的三維分佈。電腦斷層攝影中之目前趨勢係依增 加㈣器列數目之方向進行，且因此朝向極大幅度涵蓋檢 查中之物件。 電腦斷層攝影之-重要應用係所謂心臟電腦斷層攝影， 其係與重建心臟跳動之：r維旦彡推士日日 轫（一、、隹衫像有關。具有大偵測器之系 統（即包括二維偵測單元的系統）將允許使用一圓形或幾乎 圓形轨跡涵蓋整個心臟，即無螺旋式重建之必要。為了辦 加此等類型之掃描器的時間解析度，具有若干輕射源^ 稱為管）之配置，及在CT之一高架上的偵測器已於之前提 出。二或三管及谓測器(包括伯測元件矩陣)可安裝在高架 上。當將谓測器以正確關係彼此相對地置放時，則 花普通時間之一半或三分之—漆猶& ^ 〆一刀之來獲取一整組投射。在此一 心臟CT掃描之理想情況中’係獲取橫跨U0度（或360度）之 角範圍的資料，使得此角範圍係分成不重疊之分段，其中 =刀&係由一㈣器提供。然而’谓測器之對應配置在該 耗圍中（其中使用來自若干伯測器的資料）提供相同樣本。 此增加系統對於混淆假影之靈敏性。 需要提供一種用於斷層攝影裝置之替代掃描單元、一斷 ★攝如3置’及-斷層攝影方法’其較不傾向於線積分之 I19525.doc 200800109 非最佳取樣，或可 此需要可藉由二 像中之假影的發生。 掃描單元Π: 請求項用於-斷層攝影裝置之 〇田早:、_層攝影裝置及斷層攝影方 【發明内容】 σ 依據一範例性具體實施 置之掃描單元，…七'㈣於-斷層攝影裝 早。亥％描早凡包含複數個偵測單元，直 债測單元包含配置在行及列中之複數個伯測元件。；等偵 測：：係以：：列第一债測單元之該等谓測元件相對於」 列弟一 _早％具有—㈣元件之—預定分數 方式彼此相對地偏移。 菊離之 依據-斷層攝影裝置之一範例性具體實施例，一斷層攝 ，裝置包含-掃描=元，其中該掃描單元包含複數㈣測 早元’其中各4貞測單元包含gjy署太― 匕3配置在仃及列中的複數個摘測 讀。該等偵測單元係以使m貞測單元之該等制 元件相對於-列第二债測單元具有一谓測元件4一預定分 數的一偏離之方式彼此相對地偏移。 依據-範例性具體實施例，—種用於重建__檢查中物件 的影像之斷層攝影方法，係使用依據本發明之一範例性具 體實施例之斷層攝影裳置，其中該方法包含發射至少一輻 射束，在至少-輻射束穿過檢查中物件後以複數個偵測： 元偵測該至少-輻射束，且藉由該等偵測單元提供信號指 示用於檢查中之物件。較佳係，檢查中物件之影像係由此 等信號或資料中重建。 本發明之一範例性具體實施例的主旨係提供一種用於一 H9525.doc 200800109 斷層攝影裝置(如電腦斷層攝 掃描單元包含複數個偏測單元。此等)二;…其中該 -些摘測元件，其係配置成一矩陣之二早'之各者包含 中。尤复伤兮莖扁、日t 夕式，即在行及列 一係w亥專偵測早元係以一 置，以致_筮 ..t 式彼此相對地配 乂致弟-偵測單元之各列债 偵測單元之別扁、Βϊ _ L 卞你相對於一第二 偵測7〇件偏移。換句話 係未對準爷蓉χ , °亥專列偵測單元 了 +忒4另—偵測單元列，而是 配。 兄破此相對之失 此偏移或偏離可導致不同偵 事實。此夺料心取樣圖案交錯的 又錯可導致改進斷層攝影影像之重建口所 係重建影像的解析度〜於資料間之二宜尤其 以增加。在血型t认失配的事實得 仕，、t l月況中，一掃描單元 係藉由一罝一 7占， 心刀奴（其中各分段 早偵測單元提供）確實重疊，复 技術之掃描單亓由^ ± /、中在依據先刖 同偵測單元之門…， 相冋置放時(即不 早疋之間之列偵測元件未偏移）， 分之非最佳取样 ^ 致線積

佳取樣。若轉速太快或使用所謂 取樣）或所▲田一 叉“、、點取樣（DFS —斤明z方向焦點取樣（zFS取樣）（即 之焦點位置俜名上杜 便其中輻射源 此# 1厘〜間切換之取樣方法）之情況下， 八貫°依據—範例性具體實施例，使用一#測星- 的非相同詈访# :用偵測早7〇 之事實， 導致重疊分段使用不同_單元獲取 只，且由重疊分段產生之冗餘資料係用 擷取。在以下舌“ 小"取樣圖案 *建中’此可自動地導致抑制—重建影像中 又衫，例如所謂風車形假影。 右將心臟電腦斷層攝影資料後續用於所謂非閘控重建 I19525.doc 200800109 二、 ®田Η乍用可能變得明顯。此一非閘♦空重建可進 ::乂執行例如肺臟方面之診斷。在此情況下，需要高空間 :f 此一而解析度之達成’係可藉由將來自所有η個 -早7〇(其中η係配置在掃描單元中之偵測單元的數目） ^貧料交錯成為一資料集，其與個別資料集相比，在旋轉 由之方向中具有η倍更佳取樣，從而導致改進影像中 析度。 ，在下文中’將描述該掃描單元之進—步範例性具體實施 例然而，此等具體實施例亦應用於斷層攝影裝置及斷層 攝影方法。 依，騎描皁^的另_範例性具體實施例，在各對相鄰 债測早7〇之間提供一相等偏離。尤其係該偏離係可在相反 方向^。即，若將―列第—摘測單元界定為中心線，則鄰 近之第二偵測單元的對應列係藉由-既定偏離(例如一列 尺寸的一刀之_)來偏移，而鄰近之第三偵測單元的對 應列係猎由相同既定偏離相對於該列第一偵測單元偏移， ^係^相反方向中。較佳地，該默分數係—除以配置在 掃描單兀中之價測單元數目。其他偏移亦可 偏移不限於-除以整數，即不限於有理數。…㈣ 在鄰近積測單元之間之此-等距間隔可提供改進線積分 之取樣。 〜依據該掃描單元之另一範例性具體實施例，該掃描單元 係調適成繞-旋轉軸旋轉’且該偏離係在該旋轉轴之方 中。 119525.doc 200800109 該旋轉軸一般稱為z方向，因此其可謂個別偵測單元彼 此之偏移係在掃描單元的z方向中。然而，本發明不限於 在方向中偏私。亦可在另一方向中偏移個別積測元件。 例如，亦可藉由叫貞測元件之寬度的-分數在角方向（即 旋轉之圓形方向）中偏移該等债測元件。角方向中之此一 位移可導致一關聯一债測單元之輻射源單元可相對於铺測 元件而偏心之拿音 & 一 此一偏心亦可導致在180度旋轉後由 二偵」則早兀獲取之資料的交錯。即，由於該偏心，在 之的—早—㈣元件之資料’係與在18G度處取得 ==件的資料不相同。在z方向中之此一 向;可Γ:交錯(即圓形方向，即實質上垂仏方 了改進+面中之解析度。 依據該掃描單元夕s ^ 括一_射谓 兀之另一乾例性具體實施例，其進一步包 田，源，其中該輻射源包含複 地，輻射泝留_ 4 3後数個輻射源早兀。較佳 -射源早7L數目等於偵 係提供給各丨I _ 早凡數目，即一輻射源單元 偵，則早兀，其係彼此關聯。 依據該掃描軍元的另—範例性 數目係三。三初袖，，。D …、體只轭例，偵測單元的 及取得檢查中物件的②後 一了在知描早凡之簡單性 隨著偵測單元且’：所需要時間之間達到良好折衷。 掃描單元的複雜性。另― 的數目增加’可能增加 之掃描單元的-旋轉”二面：！為可在繞該檢查中物件 像的時間。 又夕貝科，故可減少取得一影 依據該掃描單元之另一範例 -、饈貝％例，該掃描單元 il9525.doc 200800109 係形成為-錐形射束掃纟元，^ ^ ^ ^ 物#的扣_ & > Tk供檢查中整體 曰不之^號方式調適該等彳貞測單元 體物件係由掃描罝分从^ Δ I ί双一甲之整 h 早的輻射源照明。因此掃描單元無須沿 該旋轉軸移動，以達到表 、 表不整體物件的H。此可簡化掃 田早兀、其係安裝之複雜性，因為無須沿z軸移動。 2下文中，將描述斷層攝影裝置之一進一步範例性具體 貝施例。然而’此具體實施例亦應用於掃描單元及斷層攝

影方法。 依據另一乾例性具體實施例，該斷層攝影裝置進一步包 括重建單7L，其中該重建單元係調適用以重建一表示檢 查中朴物件之影像，該影像係來自侧單元提供之信號。 可藉由一電腦程式(即藉由軟體)，或藉由使用一或多個 特殊電子最佳化電路（即在硬體中），或以混合形式（即藉由 軟體組件及硬體組件)來實現受關注之物件的檢查⑼如藉 由依據本發明之掃描單元及/或斷層m影裝置取得的心臟 電：：層攝影資料之分析及重建)，。可用任何適合程式 化語言（諸如c++)來撰寫電腦程式，1電腦程式可儲存於 電腦可讀取媒體中，諸如CD-ROM。同時，該電腦程式係 可從網路取得，例如全球資訊網（w〇rldWideWeb)，可自其 將該程式下載入影像處理單元或處理器，或任何適合電腦 中。 亦應/主思到在此上下文中，本發明係不限於電腦斷層攝 影，而疋可包括以c臂為基礎之三維旋轉X射線成像、磁 共振成像、正電子發射斷層攝影以及類似者。亦應注意到 119525.doc -12 - 200800109 本：明：：用，如碎斷病人心臟或肺臟之醫療成像。 本 乾例性具體實施例的主旨係，一種用於 腦斷層攝影裝置之掃描單元用於一電 元及偵測單元，即呈有配置=一維之硬數個輕射源單 =射源早兀之較佳數目可為三。置放不同價測單 兀，因此可交錯其取樣圖案制早 體實施例中，一福測單元可之具 〇 〜 置於中心’而其他二者可分别 耩由一像素咼度的三分之一 在冰ζ細之-古一 上下偏和。即’一偵測單元係 : 移’且其他偵測單元係在沿Ζ軸之相 反方向中偏移。若重疊之分段係使用不同伯 取，則可用不同取樣圖案來擷取此等冗餘資料。在又 = 地導致抑制假影’如所謂風車形假影。若 將〜_料後績用於非間控重建時，一正面副作 變得明顯。此通常係進行以執行肺臟方面之診斷。在此重 建中，需要高空間解析度。在此情況下，來自所有 測器單元则器)之資料可交錯成為一資料集，其：個別 貧料集相比，係在ζ方向中具有三倍更佳取樣，從而導致 改進影像之Ζ解析唐。_古明、立二丄M t 肿符度有關平面中解析度之類似優點可 糟由在其他方向中偏移偵測器達一像素寬度之三分之一來 達到’即-债測元件之寬度的三分之一’或若使用雙焦點 取樣獲取時之像素寬度的六分之一。在此上下文中，術語 其他方向⑤指沿該等列偵測元件，即實質上垂直於Z方 向。當使用在掃描單元之旋轉方向中的雙焦點取樣⑽8取 樣），或使用在實質上垂直於此方向⑽z方向）之方向中的z 119525.doc -13· 200800109 依據-範命m具體實施例該 ，將可明白並闡明本發明之 方向焦點取樣（zFS取樣）時， 掃描單元可能尤其具有優點。 參考以下說明之具體實施例 此等及其他態樣。 【實施方式】 一範例性具體實 明之一具體實施 圖1顯示一電腦斷層攝影掃描器系統之

施例的簡化示意圖，其中可使用依據本發 例的掃描單元。 丨心〜电胸研席躡影裝置100係一錐形射束C^f 描器。然而’本發明亦可使用一扇型射束幾何形狀來實 現。圖W所述的CT掃描器包含一高架101，其係可繞一旋 轉軸102旋轉。高架101係藉由一馬達1〇3驅動。參考數字 105指諸如一Χ射線源之一輻射源，其發射多色或單色輻 射。 參考數字106指一形成從輻射源單元發射成一錐形輻射 • 束1〇7之輻射束的孔徑系統。錐形射束107被導引使得其穿 過配置在高架101中心（即在CT掃描器的檢查區内）的受關 注物件110，且撞擊在偵測器（偵測單元）115上❶如可自圖i 取付，偵測器115係配置在高架lOil與輻射源單元1〇5相 對，使得偵測器115之表面係由錐形射束1〇7覆蓋。在圖i 中描述之偵測器115包含複數個偵測元件115a，其各可偵 測之X射線已藉由該受關注物件110散射或衰減’或穿過該 文關注物件11 ο β圖1中概要地顯示之偵測器i i 5係二維偵 測為’即個別债測器元件配置在一平面中。此等偏測器係 119525.doc -14- 200800109 用於所謂錐形射束斷層攝影。為了清楚原因，僅一輻射源 單元及一偵測單元顯示於圖丨中。依據本發明之範例性具 體只細例，至少—個摘測單元及—對應數目之輻射源草元 係配置在冋条1 0 1上。較佳地係使用三個偵測單元及三個 輻射源單元’但取決於需要，可使用任何適合數目的單 元，例如θ、五或六。隨著單元數目增加，在該高架的單 方疋轉中將可取樣更多資料，而另—方面該系統變得越來 越複雜It等债測單元及輻射源單元係等距土也置於高架 101上，即在三個偵測單元之情況下，該等單元係置於每 一 120度處。 在掃描受關注物件110期間，輻射源單元105、孔徑系統 106及偵測115係在由箭頭117所指之方向中沿高架⑻旋 轉。為了高架1G1連同輻射源單元1()5、孔徑系統1〇6及债 測„。115之叙轉，馬達1()3係連接至—馬達控制單元12〇， 其係連接至一控制單开〗9 ς 1 ^ 早π 125(其亦可指計鼻、重建或決定單 元）。 二在圖1中’叉關注物件110係一人類，其被置於在一操作 在掃描人11〇之頭部11〇a或心臟期間，在高架 101繞著人110旋轉之同時，操作台112可沿平行於高架101 之旋轉軸⑽的方向位移該人110。此位移可藉由一馬達 113進行。藉由此，、％ 係化一螺碇知描路徑來掃 s ^ ’該㈣台m亦可停止’以從而使用所 謂軸或圓形掃描來測量資 所有描述情況中n 思、，較佳地係在 仃圓形掃描，其中在平行於旋轉軸 119525.doc -15- 102 200800109 之方向中沒有位移，而僅有高架1 〇 !繞旋轉軸i 〇2之旋轉。 視需要，可提供一心電圖器件，其測量人類11〇心臟的 心電圖，而X射線由於通過心臟而衰減且藉由偵測器115偵 測到。與所測量心電圖有關之資料被發送至控制單元 125 〇 偵測器115係連接至控制單元125。控制單元125接收偵 測結果（即來自偵測器115之偵測元件115a的讀出），且基於 φ 此等讀出來決定掃描結果。再者，控制單元125與馬達控 制單元120通信，以使用馬達1〇3及113，協調高架ι〇ι與操 作台112的運動。 控制單元125可調適成用以重建一來自偵測器115之讀出 的影像。由控制單元125產生之一重建影像亦可經由一介 面輸出至顯示器（未顯示於圖lf )。 控制單元125可藉由一資料處理器實現，以處理來自偵 測器115之偵測器元件115&的讀出。 、 φ 在圖1中顯示之電腦斷層攝影裝置可擷取心臟之多循環 :臟電腦斷層攝影資料。換句話說，當高架1G1旋轉且當 知作台112線性偏移時，則一螺旋掃描係藉由χ射線源如 及债測器115針對心臟來執行。在此螺旋掃描期間，心臟 可跳動複數次且可涵蓋多個RR循環。在此等跳動期間， ，取複，個心臟電腦斷層攝影資料。同時，可藉由心電圖 單兀測m〜電圖。在已獲取此等資料以後，資料被傳送 至控制單元125，且可回溯地分析經測量資料。 測里資料（即心臟電腦斷層攝影資料及心電圖資料） 119525.doc -16- 200800109 係由控制單元125處理’其可經由—圖 園办使用者介面（GUI) 進一步予以控制。然而，應注意本發明 +七明不限於此特定資料 獲取及重建。 ' 圖2概要顯示依據一範例性具體實施例之掃描單元的示 意圖，即不同偵測單元的相對置放。 掃描單元20G包含三個輻射源單元，其係示意性地描述 為點201、202、203。該等輕射源單元係圓形地置放在一 高架（其未顯示於圖2中）上。在圖2中，輻射源單元旋轉的 ，徑係由黑線2G7概要地_示…偵測單元係與各輕射源 單元相對地配置，即一第一福制留— 弟偵測早兀204與第一輻射源單 .元20 1相對地配置，一篦一掐、、目^话—aλ 弟一偵測早兀2〇5與第二輻射源單元 202相對地配置，且一篦二掐、、目丨丨结—w 置且弟一偵測早70206與第三輻射源單元 2 0 3相對地配置。各摘測置开白入 1貝成I早το包合一些以矩陣形式配置之 摘測元件’即各债測單元待_維自 一 干凡货、一維偵測早兀。八列208、 209、210、211 ' 212、η Λ Λ ^ 213、214、和21 5及24行的一矩陣 係概要地顯示，但可你用/ / ώ人 便用任何適合數目的列及行。依據範 例性具體實施例，第一禎、、丨s - 乐偵測早凡204係相對於在2方向中置 於中心’其係在圖2中葬士並55。1 > - 甲稭由則碩216|曰示，即黑線2〇7在列 210及211之間通過。第二制單元2〇5係相對於第一偵測 單元2〇4向下偏移-像素高度的三分之-，而第三偵測單 元206係相對於第一偵：| 、’、〗單兀204向上偏移一像素高度的三 七等偏私係藉由將黑線2〇7相對於該等列偵測 件置放而概要地顯示。 依據本發明，亦可供+ 了此在二維偵測器單元之其他方向偏移 119525.doc -17- 200800109 4貞測裔早元，即膏曾μ午士 、 貝上垂直於Ζ方向。較佳地，此偏移亦 ' 單兀的數目’即在所示的範例性具體實施例 :’其較佳地亦係-像素寬度的三分之―，絲使用所謂 ^焦絲樣時之-像素寬度的六分之…此—偏移意即由 輻射源早凡(如第二輻射源2〇2)之中心點，及旋轉中心(即 圓周黑線207之中心點、所反…从 … τ所界疋的-線，其不與第二偵測器 05之二維平面的中心相交’而是在偏移-像素寬度 的:分之—（在则取樣之情況下為六分卜）之―點處與 此平：相交。此將導致所謂的藉由個別偵測單元取得之資 枓的父錯’因為當高架係在〇度處時取得之資料⑽積分）， 將不會與當高架在⑽度處時取得的資料（線積分）匹配。將 會有導致改進平面中解析度之資料的小失配(交錯)。 —總之，將-電腦斷層攝影裝置之掃描單元的二維该測單 兀以使其在彼此相對之z方向中顯現—預定失配之方式來 配^於掃描單元中’可視為本發明之—態樣。此失配可導 致伙-檢查中物件取得之資料的交錯，其可導致改進自檢 查中物件取得之影像的的重建品質。 双 應注意的係術語"包含，，不排除其他元件或步驟，且"―" 或一個，，不排除複數個。同樣地，關聯不同具體實施奸 述之凡件可加以組合。亦應注意到請求項中之： 應被視為限制請求項的範嘴。 、 【圖式簡單說明】 本發明之-範例性具體實施例已參考以下圖式描述於 119525.doc -18 - 200800109 測單元的相 圖2顯示依據一範例性具體實施例之不同偵 對置放的示意圖。 類似或相同元 圖式中的描述係示意性。在不同圖式中 件具有類似或相同參考符號。 【主要元件符號說明】

100 電腦斷層攝影裝置 101 高架 102 旋轉軸 103 馬達 105 輻射源單元 106 孔徑系統 107 錐形輻射束/錐形身 110 受關注物件/人 110a 人之頭部 112 操作台 113 馬達 115 偵測器 115a 偵測元件 120 馬達控制單元 125 控制單元 200 掃描單元 201 輻射源單元 119525.doc -19- 200800109 202 輻射源單元/第 203 輻射源單元 204 第一偵測單元 205 第二偵測單元 206 第三偵測單元 207 黑線 208 列 209 列 210 列 211 列 212 列 213 列 214 列 215 列 119525.doc -20-

Claims (1)

1. 200800109 十、申請專利範圍： 種用於-斷層攝影裝置的掃 含： 询早兀该知描單元包 複數個偵測單元， 件其中各铺測單元包含配置在行及列中之複數個谓測元 伯測單元之該等偵 镇測元件之一預 移0

   中°亥荨偵測單元係以使一列第一 測70件相對於一列第二偵測單元具有 定分數的一偏離之方式彼此相對地偏 2·如請求項1之掃描單元， 其中提供在各對相鄰偵測單元之間的-相等偏離 3.如請求項_之掃描單元， 專偏離 其中該預定分數係一除以該等债測單元之數目。 4·如請求項i至3中任一項之掃描單元， 其中該掃描單元係調適成繞一旋轉軸旋轉； 且其中該偏離係在該旋轉轴之方向中。 5.如請求項⑴中任—項之掃描單元，其進_步包含 一輻射源， 其中該輻射源包含複數個輻射源單元。 6.如請求項1至5中任一項之掃描單元， 其中該等偵測單元之數目係三。 7 ·如請求項1至6中任一項之掃描單元， 其中該掃描單元係形成為一錐形射束掃描單元。 8· —種斷層攝影裝置，其包含： 119525.doc 200800109 9. 10. —掃描單元，其係如請求们至 如請求項8之斷層攝影裝置，其進—步包含員。 一重建單元， 3 之 〇 其 八中忒重建單元係調適成用以一-物件的影像，該影像係來自該等偵測單元表:= 種用於重建—檢查巾物件之影像之斷層攝影方法， 使用一如請求項8或9之斷層攝影裝置，該方法包含： 發射至少一輻射束； 測 在至夕一輻射束穿過該檢查中物件後，以複數個偵 單元偵測該至少一輻射束；及 、 籍由忒等偵測單元提供指示該檢查中物件之信號。

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