一种X射线计算机断层扫描方法和系统

摘要

本发明公开了一种X射线计算机断层扫描扫描方法和系统。方法包括：确定三维感兴趣区的粗略边界，并计算得到当前三维感兴趣区；对第一个断层采用完全扫描法扫描，从得到的图像中获取该断层中感兴趣区的精确边界信息；利用该精确边界信息对当前三维感兴趣区中相应断层中的感兴趣区的几何信息进行校正；基于校正后的当前三维感兴趣区估算得到下一个断层中感兴趣区的几何信息，并确定该断层中扫描所需的最优放射起始角和最小扫描角度，基于此对该断层中的感兴趣区进行部分扫描。该方案能够在保证三维ROI的重建图像质量的前提下有效减少X射线的总放射剂量。

说明书

技术领域

本发明涉及医学成像领域，尤其是一种X射线计算机断层扫描方法、以及一种X射线计 算机断层扫描系统。

背景技术

在进行X射线计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)过程中，通常将待检对象 需要进行高质量图像重建的器官或者组织称为感兴趣区(region of interest，ROI)，该ROI为 三维立体区域。基于现有技术，无论希望扫描并重建的ROI位于待检对象(如病人)的哪个 部位或其大小如何，都要根据固定的XY准直器(phi-collimator)开放程度、固定的放射量 和某种扫描方法决定的固定扫描角度，对待检对象进行逐一断层(slide)的放射扫描。

在传统的完全扫描法中，对每个断层都要进行扫描角度(irradiation duration)γ为360° 的完全扫描。在部分扫描法中，采用某固定扫描角度γ(例如240°)来对该断层中的测量域 (Field of Measurement，，FOM)进行扫描，FOM决定了直接对待检对象施加的放射剂量和 X射线照射区域的大小。而在改进的部分扫描法中(参见上海西门子医疗器械有限公司于 2010年12月19日申请的，申请号为201010286350.0，发明名称为“一种X射线计算机断层 扫描系统和方法”的中国发明专利申请)，在该断层中要进行扫描角度的放射扫描， 其中是由待检对象的尺寸大小所确定的一个角度值。

由此可见，根据现有的CT扫描技术，即使三维ROI仅为待检对象很小的一个器官或者 组织，总的放射剂量也不能减少。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提出了一种X射线计算机断层扫描方法，另一方面提出了一 种X射线计算机断层扫描系统，用以在保证三维ROI的重建图像质量的前提下显著地减 小每个断层的扫描角度，从而有效地减少X射线的总放射剂量。

本发明提出的X射线计算机断层扫描方法，包括：

A、根据预扫描出的定位图像，确定待检对象中三维感兴趣区的粗略边界；

B、根据所述粗略边界，计算得到当前三维感兴趣区；

C、确定扫描方向；

D、对所述扫描方向上的第一个断层采用完全扫描法进行扫描，得到第一个断层的完 全扫描图像；

E、将第一个断层作为当前断层，从所述完全扫描图像中获取当前断层中感兴趣区的 精确边界信息；

F、利用所述精确边界信息对当前三维感兴趣区中当前断层中的感兴趣区的几何信息 进行校正，并基于校正后的当前三维感兴趣区通过插值算法估算得到下一个断层中感兴 趣区的几何信息；

G、将下一个断层作为当前断层，根据所述当前断层中感兴趣区的几何信息，确定当 前断层中扫描所需的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin；

H、根据所述最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin对所述当前断层中的感兴趣区 进行部分扫描，得到当前断层的部分扫描图像；

J、若三维感兴趣区未扫描完成，则从所述部分扫描图像中获取当前断层中感兴趣区 的精确边界信息；并返回执行步骤F。

在本发明的一个实施方式中，所述粗略边界由可识别边界和宽泛估计边界构成。

在本发明的一个实施方式中，所述确定扫描方向为：将三维感兴趣区中对应所述可识别 边界的一侧作为所述三维感兴趣区的扫描起始侧。

在本发明的一个实施方式中，该方法进一步包括：建立感兴趣区数据库；

所述步骤B之前进一步包括：检索所述感兴趣区数据库，在所述感兴趣区数据库中存在 所述待检对象的所述三维感兴趣区的几何信息时，利用所述三维感兴趣区的几何信息对所述 粗略边界进行配准修正，得到修正后的粗略边界。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤B之前进一步包括：在所述感兴趣区数据库中 不存在所述待检对象的所述三维感兴趣区的几何信息时，利用相同人种、性别中相似体重、 年龄和疾病的待检对象的相同三维感兴趣区的几何信息对所述粗略边界进行配准修正，得到 修正后的粗略边界。

在本发明的一个实施方式中，步骤G中所述根据当前断层中感兴趣区的几何信息，确 定当前断层中扫描所需的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin包括：

根据当前断层中感兴趣区的几何信息，计算放射起始角α₀与放射附加角δ之间的关 系曲线；

根据所述关系曲线，确定当前断层中的最优放射起始角α₀opt及其对应的最小放射 附加角δmin；

根据所述最小放射附加角δmin，计算当前断层中的最小扫描角度γmin。

其中，所述根据当前断层中感兴趣区的几何信息，计算放射起始角α₀与放射附加角 δ之间的关系曲线包括：

在0°-360°范围内逐一给定一放射起始角；

对每个给定的放射起始角α₀，从所述断层中X射线球管运行圆周轨迹上角度为给定放 射起始角α₀的起始点向XY扫描平面上的所述感兴趣区引两条外切线，并与所述球管运 行圆周轨迹相交于两个交点；

将从所述起始点开始在所述球管沿机架旋转方向经过的交点作为结束点；

计算所述起始点到所述结束点所转过的圆心角与180°的差值，即为所述给定放射起 始角α₀所对应的放射附加角δ的值；

根据各给定放射起始角α₀及其对应的放射附加角δ，得到放射起始角α₀与放射附加角 δ之间的关系曲线；

或者，所述根据当前断层中感兴趣区的几何信息，计算放射起始角α₀与放射附加角 δ之间的关系曲线包括：

在0°-360°范围内逐一给定一放射起始角；

对每个给定的放射起始角α₀，根据如下公式计算放射附加角δ：

$\delta =2\left(\begin{array}{c}\arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\sin (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+\mathrm{ROI}\_{\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)-\\ \arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{radius}}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)\end{array}\right)$

其中，ROI_adius是当前断层中感兴趣区的半径，ROI_offset是当前断层中感兴趣区相对 于扫描中心的偏移量，ROI_angle是当前断层中感兴趣区的位置角，R_focus是X射线球管运行 圆周轨迹的半径；

根据各给定放射起始角α₀及其对应的放射附加角δ，得到放射起始角α₀与放射附加角 δ之间的关系曲线。

本发明提出的X射线计算机断层扫描系统，包括：

一个粗略边界确定单元，用于根据预扫描出的定位图像，确定待检对象中三维感兴趣 区的粗略边界；

一个三维感兴趣区计算单元，用于根据所述粗略边界，计算得到当前三维感兴趣区；

一个扫描方向确定单元，用于确定扫描方向；

一个扫描器，用于对所述扫描方向上的第一个断层采用完全扫描法进行扫描，得到 第一个断层的完全扫描图像；对除第一个断层之外的当前断层中的感兴趣区，根据所述 当前断层中的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin对所述当前断层中的感兴趣区进行 部分扫描，得到当前断层的部分扫描图像；

一个精确边界获取单元，用于从所述完全扫描图像中获取第一个断层中感兴趣区的精 确边界信息；在三维感兴趣区未扫描完成时，从所述部分扫描图像中获取当前断层中感 兴趣区的精确边界信息；

一个三维感兴趣区校正单元，用于利用所述第一个断层中感兴趣区的精确边界信息 对当前三维感兴趣区中第一个断层中的感兴趣区的几何信息进行校正；利用所述当前断 层中感兴趣区的精确边界信息对当前三维感兴趣区中当前断层中的感兴趣区的几何信息 进行校正；

一个断层几何信息确定单元，用于基于校正后的当前三维感兴趣区通过插值算法估 算得到下一个断层中感兴趣区的几何信息；

一个断层扫描参数确定单元，用于将下一个断层作为当前断层，根据所述当前断层中 感兴趣区的几何信息，确定当前断层中扫描所需的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度 γmin。

在本发明的一个实施方式中，所述粗略边界确定单元根据预扫描出的定位图像，确定 待检对象中三维感兴趣区的由可识别边界和宽泛估计边界构成的粗略边界。

在本发明的一个实施方式中，所述扫描方向确定单元将三维感兴趣区中对应所述可识别 边界的一侧作为所述三维感兴趣区的扫描起始侧。

在本发明的一个实施方式中，该系统进一步包括：一个感兴趣区数据库和一个粗略边 界修正单元；

所述粗略边界修正单元，用于检索所述感兴趣区数据库，在所述感兴趣区数据库中存 在所述待检对象的所述三维感兴趣区的几何信息时，利用所述三维感兴趣区的几何信息对所 述粗略边界进行配准修正，得到修正后的粗略边界；

所述三维感兴趣区计算单元根据所述粗略边界修正单元修正后的粗略边界，计算得 到当前三维感兴趣区。

在本发明的一个实施方式中，所述粗略边界修正单元进一步在所述感兴趣区数据库中 不存在所述待检对象的所述三维感兴趣区的几何信息时，利用相同人种、性别中相似体重、 年龄和疾病的待检对象的相同三维感兴趣区的几何信息对所述粗略边界进行配准修正，得到 修正后的粗略边界。

在本发明的一个实施方式中，所述断层扫描参数确定单元包括：

一个关系曲线计算单元，用于根据当前断层中感兴趣区的几何信息，计算放射起始 角α₀与放射附加角δ之间的关系曲线；

一个起始角和附加角确定单元，用于根据所述关系曲线，确定当前断层中的最优放 射起始角α₀opt及其对应的最小放射附加角δmin；

一个最小扫描角度计算单元，用于根据所述最小放射附加角δmin，计算当前断层中的最 小扫描角度γmin。

在本发明的一个实施方式中，所述关系曲线计算单元以如下方式逐一得到所述关系曲线 上给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ，继而得出所述关系曲线：

从当前断层中球管运行圆周轨迹上角度为给定放射起始角α₀的起始点向XY扫描平面 上的所述感兴趣区引两条外切线，并与所述球管运行圆周轨迹相交于两个交点；

将从所述起始点开始在所述球管沿机架旋转方向经过的交点作为结束点；

计算所述起始点到所述结束点所转过的圆心角与180°的差值，即为所述给定放射起 始角α₀所对应的放射附加角δ的值；

或者，根据当前断层中的感兴趣区和给定的放射起始角α₀，所述关系曲线计算单元 根据如下公式计算放射附加角δ，继而得出所述关系曲线：

$\delta =2\left(\begin{array}{c}\arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\sin (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+\mathrm{ROI}\_{\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)-\\ \arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{radius}}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)\end{array}\right)$

其中，ROI_adius是该二维断层中所述感兴趣区的半径，ROI_offset是该二维断层中所述 感兴趣区相对于扫描中心的偏移量，ROI_angle是该二维断层中所述感兴趣区的位置角，R_focus是所述球管运行圆周轨迹的半径。

在本发明的一个实施方式中，该系统进一步包括：一个处理器和一个计算机可读介质；

所述粗略边界确定单元、初始三维感兴趣区计算单元、扫描方向确定单元、精确边界 获取单元、三维感兴趣区校正单元、断层几何信息确定单元和断层扫描参数确定单元中的 任一个或任意组合为存储在所述计算机可读介质中的程序代码；

所述处理器，用于执行所述计算机可读介质中的所述程序代码。

从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中依次利用每个断层的扫描图像校正该 断层的ROI区域几何信息，并根据校正后的三维ROI区域通过插值算法估算下一个断层 中ROI区域的几何信息，从而可以得到每个断层中较为精确的ROI区域，保证了扫描成 像的质量；并且根据不同三维ROI区域，可以调整每个XY扫描平面上的X射线的放射起 始角和扫描角度，这样在机架(gantry)的整个扫描过程中，X射线球管只是在每个XY扫描 平面中较小的扫描角度范围内处于开启状态。因此，通过本发明的技术方案，可以利用每个 断层中较小的扫描角度，即较少的放射剂量实现三维ROI的图像重建，节约了能耗，提高了 图像重建的时间分辨率(temporal resolution)，而且延长了X射线球管的寿命。

而且根据本发明的特点，当对于偏移扫描中心较多的器官或组织进行成像时，或者 对于介入性治疗等需要对特定位置高质量重复成像的特殊医疗处理，可以得到更为显著 的效果。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清 楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明实施例中的X射线计算机断层扫描方法的示例性流程图。

图2a和图2b为本发明实施例中的CT设备预扫描出的定位图像；图2c中示出了本 实施例所用实例中某下一个断层中ROI的几何信息的示意图。

图3a和图3b为本发明实施例中列举的根据定位图像确定三维ROI的粗略边界的一 个实例的示意图。

图4是本发明具体实施方式中x-y扫描平面的放射起始角和放射附加角的几何关系 示意图。

图5a至图5c为本发明一个具体实施例中x-y扫描平面中ROI断层的几何示意图和 放射起始角α₀与放射附加角δ的关系曲线图。

图6a至图6c为本发明另一个具体实施例中x-y扫描平面中ROI断层的几何示意图 和放射起始角α₀与放射附加角δ的关系曲线图。

图7为本发明实施例中X射线计算机断层扫描系统的示例性结构图。

图8为图7所示系统中断层扫描参数确定单元的一个内部结构示意图。

其中，附图标记如下：

101-根据预扫描出的定位图像，确定待检对象中三维ROI的粗略边界

102-判断ROI数据库中是否存在所述待检对象的所述三维ROI的几何信息

103-对所述粗略边界进行配准修正

104-对所述粗略边界进行配准修正

105-根据所述粗略边界，计算得到当前三维ROI

106-确定扫描方向

107-对所述扫描方向上的第一个断层采用完全扫描法进行扫描

108-将第一个断层作为当前断层，获取当前断层中ROI的精确边界信息

109-校正当前断层中的ROI的几何信息，并估算下一个断层中ROI的几何信息

110-将下一个断层作为当前断层，确定所需的最优放射起始角和最小扫描角度

111-对所述当前断层中的ROI进行部分扫描，得到当前断层的部分扫描图像

112-判断整个三维ROI是否扫描完成

113-从所述部分扫描图像中获取当前断层中ROI域的精确边界信息

114-结束

c1-可识别边界                    c2-宽泛估计边界

c3-修正边界                      h-垂直长度

c11隔膜顶端                      c12肋骨

ROI-感兴趣区                     FOM-测量域

701-粗略边界确定单元             702-三维感兴趣区计算单元

703-扫描方向确定单元             704-扫描器

705-精确边界获取单元             706-三维感兴趣区校正单元

707-断层几何信息确定单元         708-断层扫描参数确定单元

709-感兴趣区数据库               710-粗略边界修正单元

801-关系曲线计算单元             802-起始角和附加角确定单元

803-最小扫描角度计算单元

具体实施方式

在本发明中，定义病床的竖直升降方向为y方向，病床进出机架的水平方向为z方向， z方向与y方向垂直，而与y方向和z方向都正交的方向则为x方向。另外，x-y平面就是机 架旋转平面，z方向就是垂直于机架旋转平面的方向。

在本发明实施例中，假设只需要针对三维ROI所对应的器官或者组织进行高质量的 图像重建。该ROI区域可以包括部分器官或组织、整个器官或组织，或者医疗检查中所 关注的几个器官或组织的集合。

本发明实施例中，为了在保证三维ROI的重建图像质量的前提下显著地减小每个断 层中x-y平面内的扫描角度，考虑在根据预扫描出的定位图像(topography image)确定 三维ROI后，进一步根据每个断层的扫描图像(tomography image)对所述三维ROI进 行校正，并基于校正后的三维ROI估算下一个断层中ROI区域的几何信息，从而可以得 到每个断层中较为精确的ROI的几何信息，进而可根据该断层中的ROI的几何信息，确 定用于该断层扫描的x-y平面内的最优扫描起始角和最小扫描角度，从而可以利用较少的 放射剂量实现三维ROI的图像重建。

此外，为了进一步保证三维ROI的重建图像质量，本发明实施例中可建立一个三维 ROI数据库，并可首先根据预扫描出的定位图像确定三维ROI的粗略边界，之后利用该 数据库中的相应三维ROI的信息对所述粗略边界进行配准修正，以得到修正后的粗略边 界，之后再根据该修正后的粗略边界确定三维ROI，进而再如上所述，根据每个断层的 扫描图像对所述三维ROI进行校正。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细 说明。

图1为本发明实施例中一种X射线计算机断层扫描方法的示例性流程图。如图1所示， 该方法包括如下步骤：

步骤101，根据预扫描出的定位图像，确定待检对象中三维ROI的粗略边界。

在CT设备开始正式扫描前，通常需要对待检对象预扫描若干幅定位图像(topography  image)。图2a和图2b示出了本发明实施例中所使用的定位图像的实例。通常可以对待 检对象扫描如图2a所示的正位定位图像和如图2b所示的侧位定位图像等。本步骤中， 由于定位图像相对断层扫描图像(tomography image)来说是一个较为粗略的图，基于不 同的三维ROI的特点及对比度，通常只能从定位图像中确定待检对象三维ROI大概的位 置和大小，从而得到粗略的扫描范围，即三维ROI的粗略边界。该粗略边界有可能都能 从定位图像中识别出，即此时该粗略边界完全由可识别边界构成，也有可能只能从定位 图像中识别出一部分，而另一部分则只能设置一个较大的力求把所有可能边界包括在内 的宽泛估计边界，即此时该粗略边界由可识别边界和宽泛估计边界构成。如图2a所示， 在所述正位定位图像中只能得到由可识别边界c1和宽泛估计边界c2构成的粗略边界。

此外，图3a和图3b为本发明实施例中列举的根据定位图像确定三维ROI的粗略边 界的一个实例。本实例中以三维ROI为肝脏的情况为例，可以看出，肝脏的一部分边界 可以根据图3a和图3b中的结构信息确定，即根据对比信息可以确定隔膜顶端c11和肋 骨c12的位置，由于右肝叶的顶端从隔膜的位置开始，左肝叶的顶端靠近心脏，此外肝 脏总是位于肋骨内侧，因此可以在图3a中确定出可识别边界c1。肝脏的另一部分边界由 于缺少足够的对比信息，因此只能根据一定的垂直长度h得到一个宽泛估计边界c2。其 中，该垂直长度h可根据人种以及待检对象健康与否等状态确定。肝脏的正常长度大概 是20～30厘米，但患病的肝脏可能会更大更长，因此可根据充足的统计数据确定肝脏的 垂直长度安全偏移量，用于确定肝脏的宽泛边界。图3b中的肝脏粗略边界的确定方法与 之类似，此处不再赘述。

步骤102，检索一ROI数据库，判断所述ROI数据库中是否存在所述待检对象的所述三 维ROI的几何信息，若存在，则执行步骤103；否则执行步骤104。

本实施例中，可建立一ROI数据库，用于存储大量检查对象的各种三维ROI的几何信息， 该三维ROI几何信息可以是从断层扫描图像中获取的，也可以是基于任何其他图像处理方法 得到的。

在所述ROI数据库中不存在所述待检对象的所述三维ROI的几何信息时，也可不执行步 骤104，而是直接执行步骤105。

步骤103，利用所述三维ROI的几何信息对所述粗略边界进行配准修正，得到修正后的 粗略边界。其中，配准方法通常可以采用图像配准的常用方法，此处不再详述。修正方 法也可有多种，如可将所述三维ROI的几何信息和所述粗略边界进行加权平均等。

本实施例中，对图2a和图2b所示由可识别边界c1和宽泛估计边界c2构成的粗略 边界进行修正后，可得到如图2a中所示的由可识别边界c1和修正边界c3构成的粗略边 界。

步骤104，利用相同人种、性别中相似体重、年龄和疾病的待检对象的相同三维ROI的 几何信息对所述粗略边界进行配准修正，得到修正后的粗略边界。其中，配准方法同样可以 采用图像配准常用方法，此处不再详述。修正方法也可有多种，如可将所述三维ROI的 几何信息和所述粗略边界进行加权平均等。

步骤105，根据所述粗略边界，计算得到当前三维ROI。

对于某具体医疗检查应用，三维ROI可以根据该粗略边界，运用特定的图像识别算 法来自动识别出当前三维ROI区域。其中，相关图像识别算法可以采用常用图像识别算 法，此处不再详述。

为了便于分析和理解，我们可以将三维ROI理解为若干个断层在z方向上堆叠而成的三 维空间体，其中每个断层构成一个x-y扫描平面，又可称为二维x-y平面ROI或ROI断层。 由此，本步骤中也可以根据该粗略边界计算各二维断层中的ROI的几何参数，从而确定 出三维ROI。

对于z轴上的每个位置(用变量z_i表示)，图2(a)中所示的待检对象正位定位图 像可用来确定三维ROI在x方向上的大小和位置，该大小和位置用变量L_x(z_i)和C_x(z_i) 表示，其中L_x(z_i)和C_x(z_i)分别表示正位定位图像中在z_i位置处线断层的长度和中 心位置；同时，图2(b)中所示的待检图像侧位定位图像可用来确定三维ROI在y方向 上的大小和位置，该大小和位置用变量L_y(z_i)和C_y(z_i)表示，其中L_y(z_i)和C_y(z_i) 分别表示侧位定位图像中在z_i位置处线断层的长度和中心位置。

为了方便分析和计算，可将三维ROI区域在每个x-y平面上的断层均指定为一圆形。 这样，对于z轴上的每个z_i位置，有关ROI某一个x-y平面断层的几个主要几何参数就 可以根据定位图像中粗略边界的变量参数，通过如下公式(1)-(4)计算得到：

$\mathrm{ROI}\_\mathrm{radius}|z_i=\max \{\frac{L_x\left(z_i\right)}{2},\frac{L_y\left(z_i\right)}{2}\}---\left(1\right)$

$\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}|z_i=\sqrt{C_x{\left(z_i\right)}^2+C_y{\left(z_i\right)}^2}---\left(2\right)$

$\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle})=\frac{C_x\left(z_i\right)}{\sqrt{C_x{\left(z_i\right)}^2+C_y{\left(z_i\right)}^2}}---\left(3\right)$

$\sin (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle})=\frac{C_y\left(z_i\right)}{\sqrt{C_x{\left(z_i\right)}^2+C_y{\left(z_i\right)}^2}}---\left(4\right)$

其中，ROI_radius是ROI断层的圆半径；ROI_offset是ROI断层相对于相应x-y平面的 扫描中心(ISO中心)的偏移量；ROI_angle是ROI的位置角，其在0°-360°之间取值。本领 域技术人员可知，通过公式(3)和公式(4)的结果，可以确定出ROI_angle的值。

这样，根据ROI在各x-y断层上的几何参数(ROI_radius，ROI_offset和ROI_angle 的值)，可以构建出当前三维ROI的立体模型。

步骤106，确定扫描方向。

本步骤中，可将三维ROI中对应所述可识别边界的一侧作为所述三维ROI的扫描起始侧。

对应图2a和图2b所示实例以及图3a和图3b所示实例，其扫描方向可以是从头到 脚。

步骤107，对所述扫描方向上的第一个断层采用完全扫描法进行扫描，得到第一个 断层的完全扫描图像。

本步骤中的完全扫描方法与现有技术中的常规完全扫描方法一样，此处不再赘述。

步骤108，将第一个断层作为当前断层，从所述完全扫描图像中获取当前断层中ROI 的精确边界信息。

步骤109，利用所述精确边界信息对当前三维ROI中当前断层中的ROI的几何信息 进行校正，并基于校正后的当前三维ROI估算得到下一个断层中ROI的几何信息。

本步骤中，可根据校正后的当前断层中的ROI的几何信息，利用插值算法，如外插 值法，估算得到下一个断层中ROI的几何信息。

图2c中示出了本实施例所用实例中某下一个断层中ROI的几何信息的示意图。

步骤110，将下一个断层作为当前断层，根据所述当前断层中ROI的几何信息，确 定当前断层中扫描所需的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin。

对于每个断层，本实施例中可以确定使所需扫描角度γ最小的最优放射起始角α₀opt 以及所对应的最小扫描角度γmin。

经过本发明的发明人研究发现，在只需要针对ROI在x-y扫描平面上的断层进行高 质量的图像重建的情况下，从适当的放射起始角α₀开始进行一定扫描角度的扫描即可得 到对ROI进行数据重建所需的最小数据量，扫描角度γ可按照如下公式(5)来计算：

γ＝180°+δ                    ……………………(5)

其中δ在本发明中称为放射附加角，其是由ROI断层和放射起始角α₀共同确定的角度 值。

通过研究可知，由于放射附加角δ通常小于现有技术中常规所设定的60°扇角或甚至 可能是负角度，因此相比起现有技术，本发明可以显著地减小扫描各ROI断层所需的扫描角 度γ，从而减小总的放射剂量。

本步骤中，可首先根据当前断层中ROI的几何关系，计算出放射起始角α₀与放射附加 角δ之间的关系曲线。

放射起始角α₀与放射附加角δ之间的关系曲线至少有如下两种实现方式。

方式一：通过几何方式来确定某给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ的值。

图4是本发明实施例中x-y扫描平面中放射起始角和放射附加角的几何关系示意图。

如图4所示，当X射线球管从球管运行圆周轨迹(如图4中外圈虚线所示)上的位置1 作为放射起始点开始发射X射线并沿圆周轨迹进行顺时针转动时，当设定以从ISO中心4指 向3点钟方向的坐标轴作为0°坐标轴位置，则该位置1在x-y平面中所对应的转角即为放射 起始角α₀。图4中同时示出了在此x-y扫描平面中确定出的、需要进行高质量图像重建的ROI 断层的位置。

如图4所示，从位置1引出ROI断层的圆形区域的两条外切线，并与球管运行圆周轨迹 相交于位置2和位置3两点。经过研究发现，将X射线球管沿球管沿机架旋转方向相遇的 交点位置，将该点作为放射结束点，在图4中即为位置2的点，即可得到对ROI断层进行数 据重建所需的最小数据量。由此可见，放射起始点到放射结束点所转过的圆心角与180°的 差值，即为给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ的值。

由于在图4所示的实例中δ角度为负值，因此图4中位置2与ISO中心4的连线和位置 1与ISO中心4连线的延长线之间的夹角大小即为放射附加角δ的绝对值大小。

此外，从图4可以看出，X射线球管从放射起始点(位置1)到放射结束点(位置2)所 旋转过的角度即为扫描角度γ，根据公式(5)，放射附加角δ与扫描角度γ具有180°的角度 差，因而可以通过确定放射附加角δ来确定扫描角度γ。由此关系可知，δ值越小则X射线球 管在该x-y扫描平面中的扫描角度γ越小，则对于该ROI断层实施的放射剂量越小。

方式二：通过数学公式来确定某给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ的值。

对于某给定的放射起始角α₀，本领域技术人员也可以根据在公式(1)-(4)中所确定 的ROI断层的数学参数，通过数学公式来计算出给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ 的值。

对于在x-y平面中确定的ROI断层，可以通过公式(1)-(4)中所确定的ROI_radius、 ROI_offset和ROI_angle三个变量的值来确定该ROI的准确位置。本领域技术人员可以理解， 根据上述三个变量所确定的ROI位置和给定的放射起始角α₀，便可以根据如下公式(6)计 算出放射附加角δ的值：

$\delta =2\left(\begin{array}{c}\arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\sin (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+\mathrm{ROI}\_{\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)-\\ \arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{radius}}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)\end{array}\right)---\left(6\right)$

其中，R_focus是球管运行圆周轨迹的半径，即图4中外圈虚线圆的半径。

如上所述，本领域技术人员可以用图4中的几何作图法或者根据所给定的ROI断层的数 学参数来确定给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ。当放射起始角在α₀在0°-360°范 围内逐一取值时，就可以得到在给定ROI断层的条件下，放射起始角α₀与放射附加角δ 的关系曲线，如图5a和图6a所示。

图5a至图5c和图6a至图6c分别示出了两个不同x-y扫描平面中ROI断层的几何 示意图和放射起始角α₀与放射附加角δ的关系曲线图。在图5b、图5c、图6b、图6c中， 分别示出了对于两个不同ROI断层的x-y平面几何示意图，其中图5a至图5c中的ROI 断层较大，且覆盖了x-y扫描平面的ISO中心，而图6a至图6c中的ROI断层较小，且远 离x-y扫描平面的ISO中心。图5a和图6a分别针对两个ROI断层，示出了放射起始角α₀与放射附加角δ的关系曲线。本领域技术人员可以用图4中的几何作图法或者根据所给定的 ROI断层的数学参数，通过公式(6)来得到图5a和图6a所示的关系曲线。

通过公式(5)可知，放射附加角δ越小则X射线球管的扫描角度γ越小，则针对ROI 断层所需的放射剂量越小，因而本领域技术人员需要确定出x-y扫描平面中使放射附加角δ 达到最小值δmin的最优放射起始角α₀opt。

之后，根据计算出的放射起始角α₀与放射附加角δ之间的关系曲线，本步骤中可以将 关系曲线上放射附加角δ为最小值时的放射起始角α₀确定为的最优放射起始角α₀opt。同时 也可以确定出最小放射附加角δmin的值。进而，可以根据所确定的最小放射附加角δmin， 利用公式(5)求得最小扫描角度γmin。

步骤111，根据所述最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin对所述当前断层中的ROI 进行部分扫描，得到当前断层的部分扫描图像。

下面，我们以图5a至图5c和图6a至图6c为例，说明本具体实施例中的X射线计算机 断层扫描系统在对x-y扫描平面中的ROI断层进行扫描时，相对于现有技术的显著技术效果。

如图5a至图5c所示，这里所给定的ROI断层较大而且覆盖x-y扫描平面的ISO中心， 它的位置参数分别是ROI_radius＝150mm、ROI_offset＝50mm、ROI_angle＝60°。此时，最优放 射起始角α₀opt所对应的最小放射附加角δmin＝19.35°，即此时的最小扫描角度γmin为 180°+19.35°＝199.35°。对比传统的完全扫描法，扫描角度γ和所对应的放射剂量减少了大约 44.6％，而对比部分扫描法，扫描角度γ和所对应的放射剂量减少了大约17％。

如图6a至图6c所示，这里所给定的ROI断层较小而且远离x-y扫描平面的ISO中心， 它的位置参数分别是ROI_radius＝50mm、ROI_offset＝200mm、ROI_angle＝230°。此时，最优 放射起始角α₀opt所对应的最小放射附加角δmin＝-29.2°，即此时的最小扫描角度γmin为 180°+(-29.2°)＝154.7°。对比传统的完全扫描法，扫描角度γ和所对应的放射剂量减少了大 约57％，而对比部分扫描法，扫描角度γ和所对应的放射剂量减少了大约37.2％。

由图5a至图5c和图6a至图6c中不同的ROI断层情况可以看出，当ROI断层并不覆盖 x-y扫描平面的ISO中心的时候，δmin为负值，此时扫描角度γ可以小于180°，因此x-y扫 描平面中用于扫描ROI断层的放射剂量可以得到显著的减小。特别是，当ROI断层的范围较 小而且靠近x-y扫描平面的FOM边缘的时候，放射剂量可以得到更大幅度的减小。

步骤112，判断整个三维ROI是否扫描完成，若未完成，则执行步骤113；否则，在 步骤114结束当前扫描。

步骤113，从所述部分扫描图像中获取当前断层中ROI的精确边界信息；并返回执 行步骤109。

也可不执行上述步骤102至步骤104，则步骤105中可直接根据步骤101中的粗略 边界，计算得到当前三维ROI。

以上对本发明实施例中的X射线计算机断层扫描方法进行了详细的描述，下面再对本 发明实施例中基于所述X射线计算机断层扫描方法实现的X射线计算机断层扫描系统进行详 细描述。

图7为本发明实施例中X射线计算机断层扫描系统的示例性结构图。如图7所示，该系 统包括：一个粗略边界确定单元701、一个三维感兴趣区计算单元702、一个扫描方向确定 单元703、一个扫描器704、一个精确边界获取单元705、一个三维感兴趣区校正单元706、 一个断层几何信息确定单元707和一个断层扫描参数确定单元708。

粗略边界确定单元701，用于根据预扫描出的定位图像，确定待检对象中三维ROI的 粗略边界。

三维感兴趣区计算单元702，用于根据所述粗略边界，计算得到当前三维ROI。

扫描方向确定单元703，用于确定扫描方向。

扫描器704，用于对所述扫描方向上的第一个断层采用完全扫描法进行扫描，得到 第一个断层的完全扫描图像；对除第一个断层之外的当前断层中的ROI，根据所述当前断 层中的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin对所述当前断层中的ROI进行部分扫描， 得到当前断层的部分扫描图像。

本实施例中，将X射线计算机断层扫描系统中实现X射线扫描的必要器件一起称为扫描 器704。扫描器704可包括X射线计算机断层扫描系统的旋转机架、对应安装在旋转机架上 的X射线球管和X射线探测器，还包括控制旋转机架2带动X射线球管3和X射线探测 器4旋转并控制X射线球管3和X射线探测器4进行X射线扫描及采集的控制装置等。

精确边界获取单元705，用于从所述完全扫描图像中获取第一个断层中ROI的精确边 界信息；在三维ROI未扫描完成时，从所述部分扫描图像中获取当前断层中ROI的精确 边界信息。

三维感兴趣区校正单元706，用于利用所述第一个断层中ROI的精确边界信息对当 前三维ROI中第一个断层中的ROI的几何信息进行校正；利用所述当前断层中ROI的精 确边界信息对当前三维ROI中当前断层中的ROI的几何信息进行校正。

断层几何信息确定单元707，用于基于校正后的当前三维ROI通过插值算法(如外 插值法)估算得到下一个断层中ROI的几何信息。

断层扫描参数确定单元708，用于将下一个断层作为当前断层，根据所述当前断层中 ROI的几何信息，确定当前断层中扫描所需的最优放射起始角α₀opt和最小扫描角度γmin。

与本发明实施例中的X射线计算机断层扫描方法一致，所述粗略边界确定单元701根据 预扫描出的定位图像，确定出的待检对象中三维ROI的粗略边界，可以是完全由可识别 边界构成的粗略边界，也可以是由可识别边界和宽泛估计边界构成的粗略边界。

同样，在确定扫描方向时，所述扫描方向确定单元703可将三维ROI中对应所述可识 别边界的一侧作为所述三维ROI的扫描起始侧。

本发明实施例中的X射线计算机断层扫描系统可进一步包括：一个感兴趣区数据库709 和一个粗略边界修正单元710。

所述粗略边界修正单元710，用于检索所述感兴趣区数据库709，在所述感兴趣区数据 库709中存在所述待检对象的所述三维ROI的几何信息时，利用所述三维ROI的几何信息对 所述粗略边界进行配准修正，得到修正后的粗略边界。此时，所述三维感兴趣区计算单元 702可根据所述粗略边界修正单元710修正后的粗略边界，计算得到当前三维ROI。

同样，所述粗略边界修正单元710可进一步在所述感兴趣区数据库709中不存在所述 待检对象的所述三维ROI的几何信息时，可利用相同人种、性别中相似体重、年龄和疾病的 待检对象的相同三维ROI的几何信息对所述粗略边界进行配准修正，得到修正后的粗略边界。

与本发明实施例中的X射线计算机断层扫描方法中的描述类似，所述断层扫描参数确定 单元708可如图8所示，包括：一个关系曲线计算单元801、一个起始角和附加角确定单 元802和一个最小扫描角度计算单元803。

关系曲线计算单元801，用于根据当前断层中ROI的几何信息，计算放射起始角α₀与放射附加角δ之间的关系曲线。

起始角和附加角确定单元802，用于根据所述关系曲线，确定当前断层中的最优放 射起始角α₀opt及其对应的最小放射附加角δmin。

最小扫描角度计算单元803，用于根据所述最小放射附加角δmin，计算当前断层中的最 小扫描角度γmin。

与本发明实施例中的X射线计算机断层扫描方法中的描述相似，所述关系曲线计算单元 801可以如下方式逐一得到所述关系曲线上给定放射起始角α₀所对应的放射附加角δ，继而 得出所述关系曲线：

从当前断层中球管运行圆周轨迹上角度为给定放射起始角α₀的起始点向XY扫描平面 上的所述ROI引两条外切线，并与所述球管运行圆周轨迹相交于两个交点；

将从所述起始点开始在所述球管沿机架旋转方向经过的交点作为结束点；

计算所述起始点到所述结束点所转过的圆心角与180°的差值，即为所述给定放射起 始角α₀所对应的放射附加角δ的值；

或者，所述关系曲线计算单元801也可根据当前断层中的ROI和给定的放射起始角 α₀，所述关系曲线计算单元根据如下公式计算放射附加角δ，继而得出所述关系曲线：

$\delta =2\left(\begin{array}{c}\arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\sin (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+\mathrm{ROI}\_{\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)-\\ \arcsin \left(\frac{\mathrm{ROI}\_\mathrm{radius}}{\sqrt{{R_{\mathrm{focus}}}^2+{\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}}^2-2R_{\mathrm{focus}}·\mathrm{ROI}\_\mathrm{offset}·\cos (\mathrm{ROI}\_\mathrm{angle}-{\alpha }_0)}}\right)\end{array}\right)$

其中，ROI_radius是该二维断层中所述ROI的半径，ROI_offset是该二维断层中所述ROI 相对于扫描中心的偏移量，ROI_angle是该二维断层中所述ROI的位置角，R_focus是所述球管 运行圆周轨迹的半径。

该系统可进一步包括：一个处理器和一个计算机可读介质(图中未示出)。此时，所述粗 略边界确定单元701、初始三维感兴趣区计算单元702、扫描方向确定单元703、精确边界 获取单元705、三维感兴趣区校正单元706、断层几何信息确定单元707和断层扫描参数 确定单元708中的任一个或任意组合为存储在所述计算机可读介质中的程序代码。

所述处理器，用于执行所述计算机可读介质中的所述程序代码。

本发明公开了一种X射线计算机断层扫描扫描方法和一种X射线计算机断层扫描扫描系 统。方法包括：确定三维感兴趣区的粗略边界，并计算得到当前三维感兴趣区；对第一个 断层采用完全扫描法扫描，从得到的图像中获取该断层中感兴趣区的精确边界信息；利 用该精确边界信息对当前三维感兴趣区中相应断层中的感兴趣区的几何信息进行校正； 基于校正后的当前三维感兴趣区估算得到下一个断层中感兴趣区的几何信息，并确定该 断层中扫描所需的最优放射起始角和最小扫描角度，基于此对该断层中的感兴趣区进行部分 扫描，从得到的图像中获取该断层中感兴趣区的精确边界信息，并返回执行上述对当前三 维感兴趣区进行校正的步骤。该方案能够在保证三维ROI的重建图像质量的前提下有效 减少X射线的总放射剂量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。