專(zhuān)利名稱(chēng)：用于錐形線(xiàn)束體積計(jì)算機(jī)x線(xiàn)斷層攝影乳房造影法的裝置和方法
相關(guān)申請(qǐng)的參引本申請(qǐng)要求1999年11月18日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/166223的優(yōu)先權(quán)，該文獻(xiàn)的整個(gè)公開(kāi)內(nèi)容被本申請(qǐng)參引。
發(fā)明的
背景技術(shù)：
乳腺癌是一個(gè)很大的健康問(wèn)題。在美國(guó)，每年診斷出超過(guò)180000的新病例，并有將近45000婦女死于該疾病。
乳房成像的臨床目的是在腫瘤物質(zhì)盡可能小的時(shí)候檢測(cè)到它，優(yōu)選是直徑小于10mm。據(jù)報(bào)導(dǎo)，利用乳房造影法檢測(cè)出1-10mm的侵入性乳癌的婦女在16年后的成活率為93％。
普通的屏蔽膜乳房造影法(mammography)是當(dāng)前最有效的乳腺癌早期檢測(cè)工具。不過(guò)，乳房造影法對(duì)于檢測(cè)較小乳腺癌(小于幾毫米)的靈敏性相對(duì)較低。乳房造影法的特效性和陽(yáng)性預(yù)報(bào)值仍然有限制，因?yàn)榱夹院蛺盒圆∽兊谋硐髮⒔化B。在乳房造影法的乳腺癌檢測(cè)中靈敏性和特效性有限是因?yàn)樗膶?duì)比度檢測(cè)能力較低，所有類(lèi)型的投影成像法都有該問(wèn)題(投影成像僅能有10％的對(duì)比度檢測(cè)能力)。普通乳房造影法鑒別處于臨床前時(shí)期的惡性腫瘤的靈敏性自然會(huì)受到周?chē)榉寇浗M織的很大影響。鈣化檢測(cè)受到周?chē)M織的影響較小。對(duì)沒(méi)有相應(yīng)鈣化的乳房物質(zhì)的檢測(cè)(代表檢測(cè)出癌的病人的大部分腫瘤)受到乳房造影法的實(shí)質(zhì)圖形的很大影響。因此，由于對(duì)比度分辨率較低，普通的乳房造影法通常不能直接檢測(cè)到幾毫米的腫瘤。普通的乳房造影法需要非常高的分辨率(50-100μm/象素)來(lái)對(duì)微小的鈣化進(jìn)行成像，以便補(bǔ)償它的較低的對(duì)比度分辨率。乳房造影法對(duì)30％-35％的癌不能一開(kāi)始就確定。此外，并不是所有通過(guò)乳房造影法檢測(cè)的乳腺癌都可以足夠早發(fā)現(xiàn)以便治療。在最佳情況下，普通的乳房造影法能夠使死亡率減小50％。這是很大的進(jìn)步，但是在乳腺癌的早期檢測(cè)方面還有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。
乳房造影法的相對(duì)較低的特效性導(dǎo)致對(duì)于不確定的病例要進(jìn)行活組織檢查，而該活組織檢查的缺點(diǎn)是成本較高并使病人緊張。因此需要更準(zhǔn)確的乳房病變特性，以便減小活組織檢查率和活組織檢查的陽(yáng)性錯(cuò)誤率。
乳癌有多種可以用于進(jìn)行成像的放射學(xué)或生物學(xué)特性。首先，癌瘤有著與周?chē)M織不同的X射線(xiàn)線(xiàn)性衰減系數(shù)，如

圖1所示。第二，癌瘤與不生長(zhǎng)的良性腫瘤相比有著高得多的體積生長(zhǎng)速度。第三，癌瘤的圖形可與良性腫瘤的圖形區(qū)別開(kāi)。第四，在靜脈造影劑注射后，良性腫瘤不會(huì)顯示出對(duì)比增強(qiáng)。第五，形成有新血管可以表示為癌。普通的乳房造影法主要依靠第一特性，部分利用第三特性來(lái)進(jìn)行乳腺癌檢測(cè)。因?yàn)槿榉吭煊胺ㄊ莾删S靜態(tài)成像法，它不能提供任何關(guān)于特征2、4或5的信息。
目前，乳腺癌的放射測(cè)定不僅對(duì)于疾病的早期檢測(cè)很重要，而且對(duì)于治療的進(jìn)程和監(jiān)控也很重要。迄今為止，普通的屏蔽膜乳房造影法是用于乳腺癌的早期檢測(cè)的最具有成本效率的工具。不過(guò)，乳房造影法的特效性和陽(yáng)性預(yù)報(bào)值仍然有限制，因?yàn)榱夹院蛺盒圆∽兊谋硐髮⒔化B且對(duì)比度檢測(cè)能力較低，所有類(lèi)型的投影成像法都有該問(wèn)題。投影成像僅能有10％的對(duì)比度檢測(cè)能力。因此，在不確定的病例中通常需要活組織檢查，盡管該活組織檢查成本更高并使得病人緊張。因此，需要更準(zhǔn)確的乳房病變特性，以便減小活組織檢查率。
在近十年中，乳房的MRI在鑒別乳房造影法和/或超聲波法之后尤其是乳房外科手術(shù)之后的不確定的病例方面和在檢測(cè)多病灶乳腺癌方面取得了一定作用。不過(guò)，將MR并入常規(guī)臨床實(shí)踐還受到多個(gè)限制的阻礙，該限制包括較長(zhǎng)的掃描時(shí)間和較高的MR檢測(cè)成本。此外，很多病人不能進(jìn)行MR，因?yàn)镸R禁忌癥(例如動(dòng)脈瘤夾、起搏器)或嚴(yán)重的幽閉恐怖癥。
MR所檢測(cè)的乳房病變特性是基于良性和惡性病變的不同生長(zhǎng)速度。在MR中的空間和臨時(shí)分辨率之間的恒定折衷使它難于獲得改進(jìn)病變特性所需的空間分辨率。
包括螺旋CT的標(biāo)準(zhǔn)扇形線(xiàn)束計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影(CT)被認(rèn)為是用于乳房病變特性的一種潛在工具。大多數(shù)現(xiàn)有的工作是基于利用掃描整個(gè)身體的掃描儀的普通或螺旋法。不過(guò)，該方法有多個(gè)缺點(diǎn)，包括顯著增加放射照射，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)CT不能用于僅以乳房為目標(biāo)，這樣，大部分X射線(xiàn)浪費(fèi)到整個(gè)身體的掃描上。這導(dǎo)致相對(duì)較低的平面內(nèi)的空間分辨率(通常1.0lp/mm)，甚至更低的平面分辨率(沿垂直于切片的方向小于或等于0.5lp/mm)，并延長(zhǎng)了體積掃描時(shí)間，因?yàn)槁菪鼵T一片片地掃描整個(gè)體積，因此整個(gè)乳房掃描要花費(fèi)120秒。對(duì)于最新的多環(huán)螺旋CT，1mm/切片和12cm范圍要花費(fèi)15-30秒。
超聲波在表示病變邊緣特性和鑒別微小鈣化方面的分辨率較低。超聲波還非常依賴(lài)于操作人員。
此外，對(duì)于普通乳房造影法，擠壓能夠大大改善該低對(duì)比度檢測(cè)能力。不過(guò)，即使該擠壓對(duì)于病人無(wú)害，病人也會(huì)覺(jué)得不舒服。
發(fā)明簡(jiǎn)介如前所述，本領(lǐng)域需要一種乳房造影法成像系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法克服了上述普通技術(shù)的限制。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種可臨床使用的三維乳房造影法技術(shù)，以便準(zhǔn)確檢測(cè)乳腺癌。
本發(fā)明的另一目的是提供一種乳房造影法技術(shù)，該乳房造影法技術(shù)能夠僅通過(guò)單一的快速體積掃描來(lái)提供準(zhǔn)確的三維乳房剖析說(shuō)明，該三維乳房剖析說(shuō)明有很高的均質(zhì)空間分辨率和病變位置，而普通乳房造影法只提供兩維投影圖像。
本發(fā)明的另一目的是提供一種成像技術(shù)，以便通過(guò)X線(xiàn)斷層攝影來(lái)將乳房腫瘤與其它相鄰平面中的物體分離，從而消除交疊情況并除去疊加結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是使乳腺癌檢測(cè)具有比普通乳房造影法更高的對(duì)比度分辨率和足夠的空間分辨率。
本發(fā)明的另一目的是通過(guò)與普通乳房造影法相比大大改善較低對(duì)比度分辨率，從而提高對(duì)幾毫米大小的乳癌(腫瘤)的檢測(cè)能力。
本發(fā)明的另一目的是提供使所關(guān)心的體積(VOI)具有高分辨率的目標(biāo)成像再現(xiàn)模式，且與普通乳房造影法相比能更好地表示乳房腫瘤的三維特性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種三維X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)技術(shù)，以便檢測(cè)癌瘤的X射線(xiàn)線(xiàn)性衰減系數(shù)與周?chē)M織的區(qū)別。(癌瘤的X射線(xiàn)線(xiàn)性衰減系數(shù)與周?chē)M織不同。)本發(fā)明的另一目的是與普通乳房造影法相比，能準(zhǔn)確表示乳房腫瘤的邊界圖形，以便更好地表示乳房腫瘤的特性(癌瘤的邊界圖形可與良性腫瘤的邊界圖形區(qū)別開(kāi))。
本發(fā)明的另一目的是與普通乳房造影法相比，通過(guò)能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量病變體積在較短的時(shí)間內(nèi)的變化，從而提高乳腺癌檢測(cè)的特效性(癌瘤有比良性腫瘤快得多的體積生長(zhǎng)速度)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種乳房造影法技術(shù)，該技術(shù)可采用碘對(duì)比靜脈(IV)注入以改進(jìn)檢測(cè)，并通過(guò)能評(píng)估病變血管分布和增長(zhǎng)速度而更好地表示乳房腫瘤的特性(良性腫瘤和惡性腫瘤有不同的對(duì)比增長(zhǎng)速度)本發(fā)明的另一目的是提供一種乳房造影法技術(shù)，該技術(shù)可采用碘對(duì)比靜脈(IV)注入，以便以非侵入性方式評(píng)估乳房腫瘤的血管生成。
本發(fā)明的另一目的是通過(guò)減小所需的乳房擠壓量來(lái)使病人更舒適。
本發(fā)明的另一目的是采用基于CBVCTM圖像的體積生長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)(正生長(zhǎng)和負(fù)生長(zhǎng))，以便確定乳房腫瘤的惡性并監(jiān)測(cè)乳腺癌治療的效果(該方法也可以用于其它惡性腫瘤，例如肺癌)。
本發(fā)明的另一目的是利用比普通乳房造影法所用的X射線(xiàn)能更高的X射線(xiàn)能來(lái)進(jìn)行乳房成像，以便提高穿透性、改進(jìn)圖像質(zhì)量并減小病人輻射劑量。
本發(fā)明的另一目的是通過(guò)同一組投影圖像進(jìn)行多分辨率體積X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)，以便提高微小鈣化和乳癌(腫瘤)的檢測(cè)能力，更好地表示乳房腫瘤的特性，從而減小病人的總積累劑量。
本發(fā)明的另一目的是利用基于CBVCTM圖像的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)，以便提高檢測(cè)能力并更好地表示乳癌(腫瘤)的特性。
本發(fā)明的另一目的是提高乳腺癌檢測(cè)的靈敏性，從而通過(guò)檢測(cè)普通乳房造影法所不能檢測(cè)的較小乳腺癌來(lái)進(jìn)一步減小乳腺癌的死亡率。
本發(fā)明的另一目的提高乳房造影法的特效性，并大大減小活組織檢查率。
本發(fā)明的另一目的是使圖像質(zhì)量足以用于致密乳房的乳房造影。
本發(fā)明的另一目的是便于通過(guò)3D圖像引導(dǎo)活組織檢查過(guò)程。
本發(fā)明的另一目的是能夠準(zhǔn)確評(píng)估癌變程度，以便更好地進(jìn)行外科手術(shù)前的計(jì)劃，尤其是有限切除時(shí)，以及能更高地進(jìn)行放射治療計(jì)劃，同時(shí)還能更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)乳腺癌的治療效果。
為了實(shí)現(xiàn)上述和其它目的，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法包括采用最近發(fā)展的平板檢測(cè)器的錐形線(xiàn)束體積X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)技術(shù)，以便獲得錐形線(xiàn)束體積計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影乳房造影法(CBVCTM)。通過(guò)錐形線(xiàn)束幾何圖形和平板檢測(cè)器，可以構(gòu)成基于平板的錐形線(xiàn)束體積計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影乳房造影法(CBVCTM)成像系統(tǒng)，且由單一的快速體積掃描可以獲得乳房的三維(3D)再現(xiàn)。與普通乳房造影法相比，基于平板的CBVCTM系統(tǒng)能夠通過(guò)X線(xiàn)斷層攝影而將所關(guān)心的物體(例如病變)與相鄰平面中的物體(例如其它病變或鈣化)分離。該3D X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)消除了病變交疊，提供了完全、真實(shí)的乳房剖析3D顯示。與切片內(nèi)分辨率為1.0lp/mm和平面分辨率為0.5lp/mm的已有計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影(CT)相比，CBVCTM再現(xiàn)可以有沿全部三個(gè)坐標(biāo)軸的2.0lp/mm或更好的均質(zhì)空間分辨率(或更通常是優(yōu)于1lp/mm)。本發(fā)明還涉及一種利用平板檢測(cè)器的放大模式的、使所關(guān)心體積(VOI)具有超高分辨率的再現(xiàn)，以便達(dá)到5.0lp/mm的分辨率。因此，CBVCTM的對(duì)比檢測(cè)能力可以比普通乳房造影法好很多倍(X線(xiàn)斷層攝影成像可以有0.1％的對(duì)比度檢測(cè)能力)。
可以采用各種掃描幾何圖形。根據(jù)乳房的大小，既可以考慮采用圓形掃描，也可以考慮采用圓加線(xiàn)(CPL)掃描。不過(guò)，也可以采用其它幾何圖形，例如螺旋形。
本發(fā)明能更好地檢測(cè)乳腺癌，更好地表示病變的特性，并能更準(zhǔn)確地表示手術(shù)前和手術(shù)后的乳房剖析信息，從而減小陰性活組織檢查率。
本發(fā)明在乳腺癌檢測(cè)、診斷和治療效果評(píng)估上有明顯的臨床效果。因?yàn)榱己玫牡蛯?duì)比度檢測(cè)能力和較高的均質(zhì)分辨率，本發(fā)明顯著提高了乳房病變檢測(cè)的準(zhǔn)確性，從而大大減小了活組織檢查率。該方法的潛在臨床用途在于對(duì)通過(guò)乳房造影法的不確定病變進(jìn)行成像、對(duì)通過(guò)乳房造影法的致密乳房和手術(shù)后乳房進(jìn)行成像。目前，大部分通過(guò)乳房造影法的不確定病變都進(jìn)行活組織檢查，以便進(jìn)行確診。還知道，乳房造影法對(duì)于有致密乳房的病人的作用有限，通常需要進(jìn)行另外的成像或活組織檢查。采用具有多平面和體積數(shù)據(jù)采集能力的成像方法能夠提高對(duì)致密乳房組織中的病變的特性表示。更高的空間分辨率使得CBVCTM能夠提高再現(xiàn)圖和手術(shù)后的變化形式的區(qū)別。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)較小病變或腫瘤內(nèi)的特定區(qū)域進(jìn)行放大，從而提供非常高分辨率的X線(xiàn)斷層攝影圖像。對(duì)病變內(nèi)的特定區(qū)域的詳細(xì)診斷能夠更準(zhǔn)確地表示乳房病變的特性，該病變內(nèi)的特定區(qū)域例如微小鈣化、壞死和囊狀物以及管內(nèi)(intraductal)延伸部分區(qū)域。采用對(duì)比材料和動(dòng)態(tài)成像將提供附加的臨時(shí)信息，該臨時(shí)信息與形態(tài)特征一起，能夠提高特效性和減小活組織檢查率。
腫瘤血管生成是一個(gè)獨(dú)立的乳腺癌預(yù)兆標(biāo)志。通常，血管生成是通過(guò)評(píng)估病理試樣中的微血管密度而確定的。不過(guò)，研究人員還檢測(cè)到對(duì)比增強(qiáng)和微血管密度之間有良好的相互關(guān)系。在有非常高的空間和臨時(shí)分辨率的成像方法中使用造影劑能提供一種評(píng)估腫瘤血管生成的非侵入性方法。此外，3D體積數(shù)據(jù)的采集能夠進(jìn)行多平面成像，并能更好地進(jìn)行手術(shù)前計(jì)劃，尤其是在進(jìn)行有限切除時(shí)。
總的來(lái)說(shuō)，CBVCTM的引入與用于獲得非常高的空間分辨率X線(xiàn)斷層攝影圖像的可能性一起更好地表示了乳房造影法中不確定的病變的病變特性，以便減小活組織檢查率。它還有提高手術(shù)前和手術(shù)后計(jì)劃的優(yōu)點(diǎn)。
CBVCTM能夠提供關(guān)于前面參考現(xiàn)有技術(shù)所述的特性1-5的信息，以便提高病變檢測(cè)和特性表示。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，病人面向下躺在具有人機(jī)工程的病人臺(tái)板上，該臺(tái)板有一個(gè)或兩個(gè)乳房孔。裝有X射線(xiàn)源和平板檢測(cè)器的臺(tái)架在該臺(tái)板下面旋轉(zhuǎn)，以便對(duì)乳房或兩個(gè)乳房進(jìn)行成像。有兩個(gè)乳房孔的優(yōu)點(diǎn)是能儲(chǔ)存乳房之間的幾何圖形關(guān)系。在一個(gè)可選實(shí)施例中，病人站在臺(tái)架前，該臺(tái)架有皮帶，以便使病人靜止。
本發(fā)明的一個(gè)變化形式采用了所關(guān)心的體積(VOI)具有超高分辨率的再現(xiàn)模式，以便聚焦于可疑病變。超高分辨率VOI再現(xiàn)模式類(lèi)似于放大的乳房造影法。
CBVCTM還通過(guò)對(duì)較小病變或腫瘤內(nèi)的特定區(qū)域進(jìn)行放大而提供非常高分辨率的X線(xiàn)斷層攝影圖像。對(duì)病變內(nèi)特定區(qū)域的(即微小鈣化、壞死和囊狀物以及管內(nèi)延伸部分區(qū)域)詳細(xì)診斷能夠更準(zhǔn)確地表示乳房病變的特性。
CBVCTM能夠提供一種評(píng)估腫瘤血管生成的非侵入性方法。最近的工作表明，腫瘤血管生成是一個(gè)獨(dú)立的乳腺癌預(yù)兆標(biāo)志。目前，通過(guò)評(píng)估病理試樣中的微血管密度來(lái)確定血管生成。不過(guò)，研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)比增強(qiáng)和微血管密度之間有良好的相互關(guān)系。在有非常高的空間和臨時(shí)分辨率的成像方法中采用造影劑，可以提供一種評(píng)估腫瘤血管生成的非侵入性方法。
通過(guò)本發(fā)明，CBVCTM掃描可以快速完成，且?guī)捉M掃描可以連續(xù)進(jìn)行，以便進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)比研究和血管生成研究。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面將參考附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1表示了各種組織的線(xiàn)性衰減系數(shù)，該組織可以在健康或病變的乳房中發(fā)現(xiàn)；圖2A-2C表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的錐形線(xiàn)束體積CT乳房造影法掃描儀的示意圖；圖2D表示了圖2A-2C的掃描儀的一種變化形式；圖2E表示了圖2A-2C的掃描儀的另一變化形式；圖2F表示了圖2A-2C的掃描儀的另一變化形式(該類(lèi)型使病人臺(tái)板上下移動(dòng)，而不是臺(tái)架)；圖3表示了用于圖2A-2F的掃描儀中的電路的方框圖；圖4表示了能夠在圖2A-2F的掃描儀中采用的掃描幾何圖形；圖5A和5B表示了用于采集偵察圖像(scout image)，以便進(jìn)行散射校正的裝置；圖6A-6C表示了用于圖2A-2F的掃描儀的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直器示意圖；以及圖7A-7G表示了圖2A-2F的裝置的操作步驟。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明下面將參考附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和可選實(shí)施例，附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
普通乳房造影法的限制將通過(guò)采用平板檢測(cè)器的錐形線(xiàn)束體積CT再現(xiàn)技術(shù)而得到解決。通過(guò)錐形線(xiàn)束幾何圖形和平板檢測(cè)器，基于平板的錐形線(xiàn)束容積計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影乳房造影法(CBVCTM)成像系統(tǒng)可以如圖2A-2F所示構(gòu)成，且通過(guò)一次快速體積掃描可以獲得乳房的三維(3D)再現(xiàn)圖。與普通乳房造影法相比，基于平板的CBVCTM系統(tǒng)能夠通過(guò)X線(xiàn)斷層攝影而將所關(guān)心的物體(例如病變)與相鄰平面中的其它物體(例如其它病變或鈣化)分離。該3D X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)法消除了病變交疊，并提供了完整、正確的3D乳房剖析說(shuō)明。與切片內(nèi)分辨率為~1.0lp/mm和整個(gè)平面分辨率為0.5lp/mm的普通計(jì)算機(jī)X線(xiàn)斷層攝影(CT)相比，CBVCTM再現(xiàn)法有2.0lp/mm或更好的均質(zhì)空間分辨率。根據(jù)X射線(xiàn)焦點(diǎn)的大小和固有的檢測(cè)器分辨率，通過(guò)采用平板檢測(cè)器的圖像放大模式以獲得5.0lp/mm或更高的分辨率，可以使所關(guān)心體積(VOI)形成具有非常高分辨率的再現(xiàn)。
基于FPD的CBVCTM可以通過(guò)滑環(huán)技術(shù)建立?；h(huán)是能夠跨過(guò)旋轉(zhuǎn)交界面?zhèn)鬟f電或信號(hào)，或者傳遞電和信號(hào)的機(jī)電裝置?；h(huán)的一個(gè)來(lái)源可以是美國(guó)California的South El Monte的Fabricast有限公司。
CBVCTM掃描儀的示意結(jié)構(gòu)如圖2A-2F所示。該CBVCTM掃描儀有人機(jī)工程的病人臺(tái)板結(jié)構(gòu)和尤其適于目標(biāo)成像的掃描幾何圖形。
在掃描儀200中，病人P臥在人機(jī)工程形式的臺(tái)板202上，這樣，待掃描的乳房B通過(guò)臺(tái)板202上的孔204下垂到乳房保持器205中。將在后面詳細(xì)介紹的乳房保持器205使乳房B形成為柱形，以便進(jìn)行掃描，這對(duì)于大多數(shù)病人來(lái)說(shuō)比普通的扁平形狀更舒適。
在臺(tái)板202下面，臺(tái)架206支承著檢測(cè)器208和X射線(xiàn)管210，其分別在該乳房保持器205的兩側(cè)。臺(tái)架通過(guò)馬達(dá)212而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能環(huán)繞經(jīng)過(guò)乳房保持器205的軸線(xiàn)A旋轉(zhuǎn)，這樣，當(dāng)X射線(xiàn)管沿軌道O移動(dòng)時(shí)，乳房B留在由X射線(xiàn)管210發(fā)射的錐形線(xiàn)束C的通道內(nèi)。該臺(tái)架也可以通過(guò)馬達(dá)214運(yùn)動(dòng)，從而沿垂直通道V上下運(yùn)動(dòng)?；蛘?，臺(tái)板202可以沿垂直通道V上下運(yùn)動(dòng)。需要時(shí)，檢測(cè)器208可以通過(guò)馬達(dá)216而朝著軸線(xiàn)A運(yùn)動(dòng)或離開(kāi)軸線(xiàn)A運(yùn)動(dòng)，從而改變放大系數(shù)。
為了保證乳房成像的幾何再現(xiàn)性和胸壁的正確成像，乳房保持器205相對(duì)較硬，并由具有較低X射線(xiàn)衰減的材料制成。該乳房保持器如圖所示為臺(tái)板202的一部分，但是它也可制成臺(tái)架206的一部分。該乳房保持器205將乳房拉出胸壁，以便保證胸壁的正確成像，且該乳房保持器205施加較小的、可再現(xiàn)的壓力，以便使乳房形成柱形形狀。在乳房保持器內(nèi)可以有軟墊，以保證病人舒適。然后，可以用活塞218將乳頭推向胸壁，以便使Z方向范圍減小幾厘米。該活塞推動(dòng)減小了X射線(xiàn)線(xiàn)束所需的錐形角。因此，通過(guò)活塞推動(dòng)，大多數(shù)乳房的掃描(乳房高度＜10cm)可以只通過(guò)圓形掃描模式實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于較大的乳房，所需的投影線(xiàn)數(shù)目可以減少。此外，活塞推動(dòng)還將提高乳房厚度的均勻性。
造影劑注射器220可以用于造影劑增強(qiáng)的X線(xiàn)斷層攝影成像、血管生成研究和一些其它動(dòng)態(tài)對(duì)比研究。本領(lǐng)域已知各種注射造影劑，例如碘。并不總是需要向病人注入造影劑。
臺(tái)板202可以由圖2D中的臺(tái)板202’代替。臺(tái)板202’的形狀類(lèi)似于臺(tái)板202，只是有兩個(gè)乳房孔204，每個(gè)乳房孔有一個(gè)乳房保持器205。臺(tái)板202’是可運(yùn)動(dòng)的。一個(gè)乳房移動(dòng)到成像場(chǎng)中并首先進(jìn)行掃描。然后再將另一乳房移動(dòng)到成像場(chǎng)中并進(jìn)行掃描。這樣，將保存有乳房之間的幾何關(guān)系?；蛘撸瑑蓚€(gè)乳房可以與兩個(gè)乳房保持器一起進(jìn)行掃描。
或者，當(dāng)病人站立時(shí)進(jìn)行掃描。如圖2E所示，在該掃描系統(tǒng)200’中，乳房保持器205由支架222支承，以便支承站立的病人的乳房。或者，在支架222上可以有兩個(gè)乳房保持器205。一個(gè)乳房移動(dòng)到成像場(chǎng)中并首先進(jìn)行掃描。然后再使另一乳房移動(dòng)到成像場(chǎng)中并進(jìn)行掃描?；蛘?，兩個(gè)乳房可以與兩個(gè)乳房保持器一起進(jìn)行掃描。支承著檢測(cè)器208和X射線(xiàn)管210的臺(tái)架206可環(huán)繞水平軸線(xiàn)A’旋轉(zhuǎn)，而不是圖2A-2C的垂直軸線(xiàn)A。在其它方面，系統(tǒng)200’可以與圖2A-2C所示系統(tǒng)相似。
圖3表示了掃描儀200的電路。臺(tái)架206上的計(jì)算機(jī)302通過(guò)在臺(tái)架206的桿上的滑環(huán)304與主機(jī)系統(tǒng)306相連。臺(tái)架206上的計(jì)算機(jī)302也與檢測(cè)器208連通，同時(shí)兩計(jì)算機(jī)302和306與在臺(tái)架206上的各種其它裝置連通，如后面所述。計(jì)算機(jī)306還與用戶(hù)控制和繪圖用戶(hù)界面308連通。
在臺(tái)架206上的計(jì)算機(jī)302中，CPU 310通過(guò)數(shù)字幀接收器312和平板控制器314與檢測(cè)器208連通。CPU 310還與存儲(chǔ)緩沖器316、磁盤(pán)存儲(chǔ)器318和實(shí)時(shí)無(wú)損圖像壓縮模塊320連通，且通過(guò)該壓縮模塊320，CPU310與臺(tái)架206上的CBVCTM數(shù)據(jù)傳送模塊322連通。該CPU 310直接與臺(tái)架上的另兩個(gè)裝置連通，即臺(tái)架控制器324和X射線(xiàn)控制器326。該X射線(xiàn)控制器326能夠控制照射脈沖的長(zhǎng)度、照射時(shí)間和照射脈沖數(shù)目。此外，該X射線(xiàn)控制器326能夠?qū)崟r(shí)(動(dòng)態(tài))改變從一次投影到另一次投影的X射線(xiàn)照射水平，以便在不降低再現(xiàn)圖像的質(zhì)量的情況下獲得最佳X射線(xiàn)劑量效率。
在主機(jī)系統(tǒng)306中，主機(jī)CPU 328與數(shù)據(jù)傳送模塊322連通，既可以直接連通，也可以通過(guò)實(shí)時(shí)圖像解壓縮模塊330。該CPU 328也與存儲(chǔ)緩沖器332、磁盤(pán)存儲(chǔ)器334和平行加速圖像再現(xiàn)和處理模塊336連通。通過(guò)圖像輸出裝置338，該CPU 328與界面308連通。CPU 310和328通過(guò)滑環(huán)304彼此連通。還有，盡管為了簡(jiǎn)化而在圖3中沒(méi)有表示，但在臺(tái)架206上的部件與主機(jī)系統(tǒng)306之間的所有連通都是通過(guò)滑環(huán)304進(jìn)行的。
具有平行加速圖像再現(xiàn)和處理模塊336的CPU328可以從同樣一組投影圖像中實(shí)現(xiàn)多分辨率的體積X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)，以便提高微小鈣化和乳癌(腫瘤)的檢測(cè)能力，更好地表示乳房腫瘤的特性，并因此減小病人的總積累劑量。CPU 328還可以用于基于CBVCTM圖像的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)，以便提高檢測(cè)能力和更好地表示乳癌的特性。
滑環(huán)304和快速臺(tái)架206能夠優(yōu)化通過(guò)擬螺旋掃描計(jì)劃進(jìn)行的CPL掃描和快速動(dòng)態(tài)對(duì)比研究。對(duì)于該設(shè)計(jì)，CBVCTM掃描能夠在幾秒內(nèi)完成，幾組掃描可以連續(xù)進(jìn)行，以便進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)比研究和血管生成研究。
當(dāng)在錐形線(xiàn)束掃描過(guò)程中X射線(xiàn)源和檢測(cè)器的焦點(diǎn)是單個(gè)圓(單圓的錐形線(xiàn)束幾何圖形)時(shí)，將得到一組不完全的投影數(shù)據(jù)。該投影數(shù)據(jù)的不完全將導(dǎo)致在離開(kāi)中心z平面的平面中不可避免地出現(xiàn)模糊區(qū)域，并導(dǎo)致沿z方向的分辨率損失。通過(guò)采用基于單圓錐形線(xiàn)束幾何圖形的Feldkamp算法，由于投影數(shù)據(jù)的不完整性引起的再現(xiàn)誤差大小隨錐形角而增大。計(jì)算機(jī)模擬顯示，對(duì)于乳房造影法成像和平均乳房尺寸(高度為10cm或更小)，再現(xiàn)誤差相對(duì)較小(＜5％)，且可以觀察到?jīng)]有條紋產(chǎn)物。改進(jìn)的Feldkamp算法用于較小和平均的乳房尺寸(高度＜10cm)，而圓加線(xiàn)(CPL)的錐形線(xiàn)束軌道和它的相應(yīng)濾波反向投影算法用于較大乳房(高度＞10cm)。該方法實(shí)際上解決了由用于乳房造影法掃描的單圓錐形線(xiàn)束幾何圖形而得到的投影數(shù)據(jù)不完全的問(wèn)題。合適的改進(jìn)的Feldkamp算法由Hu，H.的“一種新的錐形線(xiàn)束再現(xiàn)算法及其在圓形軌跡上的應(yīng)用”(SPIE 1994；2163223-234)可知。用于圓加線(xiàn)的合適算法由Hu，H.的“采用圓加線(xiàn)錐形線(xiàn)束乳房造影法對(duì)縱向無(wú)約束的物體進(jìn)行準(zhǔn)確的區(qū)域再現(xiàn)”(Proc.SPIE，Vol.3032，pp.441-444，1997)和由Hu，H.的“用于圓形軌跡的改進(jìn)的錐形線(xiàn)束再現(xiàn)算法”(Scanning 1996，18572-581)可知。當(dāng)我們采用圓加線(xiàn)軌道時(shí)，我們需要改變Hu的算法或發(fā)展一種新算法。
圓形掃描可以通過(guò)CBVCTM掃描儀而以如下方法實(shí)現(xiàn)1)使病人的乳房B位于有輕壓乳房保持器205的病人臺(tái)板202的孔204內(nèi)，以便使該乳房形成類(lèi)似柱形的形狀；2)使該臺(tái)架206旋轉(zhuǎn)，以便獲得一組經(jīng)過(guò)180°加錐形角的圓形投影，或者經(jīng)過(guò)N×360°的圓形投影，其中N是正整數(shù)(1，2，3)。CPL掃描可以利用具有滑環(huán)的擬螺旋掃描儀而通過(guò)以下三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)1)使病人的乳房B位于有輕壓乳房保持器205的病人臺(tái)板202的孔204內(nèi)，以便使該乳房形成類(lèi)似柱形的形狀；2)使該臺(tái)架206旋轉(zhuǎn)，以便獲得一組圓形投影；以及3)一旦完成圓形投影，控制臺(tái)架206并使之向下運(yùn)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)(或者，病人臺(tái)板202可以向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使X射線(xiàn)源210和檢測(cè)器208一起旋轉(zhuǎn))，并僅在旋轉(zhuǎn)角度為0°和180°時(shí)進(jìn)行投影，以便每旋轉(zhuǎn)一圈獲得兩個(gè)線(xiàn)投影。應(yīng)當(dāng)知道，需要多個(gè)線(xiàn)投影，以便再現(xiàn)相對(duì)較大尺寸的乳房。圖4表示了圓形軌道C1和C2以及在一次可能的掃描過(guò)程中進(jìn)行線(xiàn)投影的位置L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7和L8。
還有，在180度加錐形線(xiàn)束角掃描中，臺(tái)架在軌道C1或C2上旋轉(zhuǎn)的總角度為180度加錐形線(xiàn)束角的大小，該錐形線(xiàn)束角在圖2B中以θ表示。在360度掃描或N×360度掃描中，臺(tái)架繞軌道C1或C2運(yùn)動(dòng)適當(dāng)次數(shù)。
圖7A-7G表示了上述步驟的實(shí)例。圖7A表示了具有乳房孔204的人機(jī)工程臺(tái)板202。在圖7B和7C中，病人P以一個(gè)乳房B穿過(guò)孔204伸出的方式躺在臺(tái)板202上。在圖7D中，有兩半部分205a和205b的乳房保持器205環(huán)繞乳房B，活塞218置于乳房B下面。在圖7E中，乳房保持器205的兩半部分205a和205b以及活塞218一起將乳房B擠壓成所希望的柱形形狀。在圖7F中，裝有檢測(cè)器208和X射線(xiàn)管210的臺(tái)架206布置在乳房B周?chē)奈恢锰?。在圖7G中，臺(tái)架206旋轉(zhuǎn)，乳房B通過(guò)由X射線(xiàn)管210發(fā)射的錐形線(xiàn)束C而成像。
還有基于圓形的錐形線(xiàn)束軌道和CPL軌道的濾波反向投影錐形線(xiàn)束再現(xiàn)算法。實(shí)例如前所述。該算法不僅能通過(guò)計(jì)算機(jī)高效計(jì)算，而且還能處理縱向截?cái)嗤队皢?wèn)題。
與普通乳房造影法不同(普通的乳房造影法需要進(jìn)行強(qiáng)烈的乳房擠壓，以便獲得合適的圖像質(zhì)量(對(duì)此，很多病人抱怨較疼痛))，CBVCTM不需要進(jìn)行強(qiáng)烈的乳房擠壓，而是形成柱形形狀以提高3D乳房成像的幾何圖形可再現(xiàn)性。由于沒(méi)有強(qiáng)烈擠壓，與普通乳房造影法相比，采用CBVCTM的乳房的最大厚度可以更大。為了在普通乳房造影法中獲得最大的目標(biāo)對(duì)比度，需要采用非常低的kVp，以便獲得范圍為17-23keV的有效能量，如圖1的衰減曲線(xiàn)所示。而這最適合用于壓縮的平均大小的乳房，采用這樣的低kVp并不適于壓縮的、較大密度的乳房。使用這樣的低有效能量(17-23keV)將不足以穿透在CBVCTM掃描中的未壓縮乳房。此外，從下面的表1可以看見(jiàn)，CBVCTM有寬得多的工作能量區(qū)域。因此，有更大的余地來(lái)在對(duì)比度、劑量和X射線(xiàn)系統(tǒng)能量輸出之間進(jìn)行折衷(見(jiàn)表1)。在一次掃描中，我們需要幾百次非常短的照射。在CBVCTM成像中，選擇最佳kVp范圍和陽(yáng)極濾波組合，以便獲得最佳劑量效率。計(jì)算機(jī)模擬顯示，對(duì)于平均大小的未壓縮乳房，最佳有效能量范圍為33-40keV。
表1乳癌的計(jì)算目標(biāo)對(duì)比度在投影成像和CBVCTM成像中

首先，體積掃描速度將受到實(shí)時(shí)FPD的最大幀速度限制。目前可得到的實(shí)時(shí)FPD的幀速度為60-120幀/秒。不過(guò)，平板研究人員預(yù)言，將來(lái)的幀速度可以達(dá)到120幀/秒(1K×1K像素/幀)且當(dāng)減小垂直讀出線(xiàn)時(shí)為480幀/秒(256×1K像素/幀)。當(dāng)將來(lái)檢測(cè)器的幀速度增加到480幀/秒時(shí)，乳房的體積掃描時(shí)間將根據(jù)所需的分辨率而縮短至1-2秒，和/或投影數(shù)目可以增加以提高圖像質(zhì)量?；贔PD的CBVCTM掃描儀有明顯的技術(shù)進(jìn)步性，因?yàn)椴捎昧似桨鍣z測(cè)器、滑環(huán)技術(shù)、以及能導(dǎo)致形成準(zhǔn)確再現(xiàn)的錐形線(xiàn)束再現(xiàn)算法。
有三種類(lèi)型的電子成像區(qū)域檢測(cè)器熒光屏-CCD區(qū)域檢測(cè)器(FS-CCD)、圖像增強(qiáng)器-CCD(II-CCD)檢測(cè)器和平板檢測(cè)器(FPD)。這三種較大區(qū)域檢測(cè)器的對(duì)比如下面的表2所示。如表2所示，F(xiàn)S-CCD檢測(cè)器僅有5％至10％的DQE。這導(dǎo)致在等量輻射劑量基礎(chǔ)上的圖像噪音明顯大于通過(guò)現(xiàn)代的螺旋CT掃描儀所得圖像的噪音。圖像增強(qiáng)器可以在診斷輻射范圍內(nèi)獲得50％或更高的DQE，從而與基于FS-CCD的體積成像系統(tǒng)相比，能在相等輻射劑量的基礎(chǔ)上提供好得多的低對(duì)比度分辨率。
表2 三種不同區(qū)域檢測(cè)器的比較

不過(guò)，基于II-CCD的系統(tǒng)有某些缺點(diǎn)，例如尺寸龐大，這不適用于乳房造影法；動(dòng)態(tài)范圍有限(1000-3000∶1)；幾何圖形失真(枕形和S形失真)和有炫光，這限制了低對(duì)比度和空間分辨率的進(jìn)一步提高。因此，F(xiàn)PD是優(yōu)選。該FPD可以是薄膜晶體管陣列FPD，該薄膜晶體管陣列FPD既可以獲得靜態(tài)數(shù)字圖像(射線(xiàn)照相圖像)，也可以獲得動(dòng)態(tài)圖像(實(shí)時(shí)采集)。另一優(yōu)選檢測(cè)器是分辨率優(yōu)于1lp/mm和采集速度高于5幀每秒的任何區(qū)域檢測(cè)器，該區(qū)域檢測(cè)器可以獲得靜態(tài)數(shù)字圖像和動(dòng)態(tài)圖像。
發(fā)展和優(yōu)化X射線(xiàn)散射控制和減小技術(shù)是對(duì)于CBVCTM的一個(gè)很大挑戰(zhàn)，因?yàn)榕c扇形線(xiàn)束CT相比，CBVCTM更加受到散射的影響。在沒(méi)有有效控制技術(shù)的情況下，散射可以減小CBVCTM圖像對(duì)比度。散射可以通過(guò)利用氣隙技術(shù)控制散射和利用實(shí)際軟件校正技術(shù)來(lái)檢測(cè)散射的混合方法而抵消。在扇形線(xiàn)束切片CT和CBVCTM之間的一個(gè)主要區(qū)別是X射線(xiàn)線(xiàn)束的校準(zhǔn)。在扇形線(xiàn)束CT中利用非常窄的狹縫校準(zhǔn)來(lái)使散射與主射線(xiàn)之比(SPR)減小至0.2或更小。另一方面，僅通過(guò)氣隙技術(shù)，在用于乳房造影法的錐形線(xiàn)束幾何圖形中采用較大錐形校準(zhǔn)將導(dǎo)致對(duì)于平均大小的乳房來(lái)說(shuō)，平均SPR將達(dá)到1。為了減小病人劑量，對(duì)于平均大小的乳房并不采用防散射柵格。利用軟件校正技術(shù)來(lái)校正檢測(cè)到的散射并將總體平均的SPR降低至0.2或更小。卷積濾波(convolution filtering)技術(shù)和由FPD檢測(cè)的散射將用于評(píng)估散射分布，然后將它從總投影中減去。一種已知的卷積濾波技術(shù)由Love，L.A.和Kruger，R.A.的“利用卷積濾波的用于數(shù)字射線(xiàn)照相系統(tǒng)的散射評(píng)估”(Med.Phys.1987；14(2)178-185)可知，該卷積濾波技術(shù)用于基于圖像增強(qiáng)器的成像系統(tǒng)，并且對(duì)于不同剖析和不同臨床用途將產(chǎn)生6.6％的平均百分?jǐn)?shù)誤差。這等價(jià)于以系數(shù)14減小SPR。與基于II的系統(tǒng)相比，對(duì)于基于FPD的系統(tǒng)，甚至能獲得更好的散射校正結(jié)果，因?yàn)闆](méi)有炫光分量，而在基于II的系統(tǒng)中，該炫光分量是更顯著的分量?；谝郧暗难芯亢统醪降慕Y(jié)果，應(yīng)當(dāng)知道，在各錐形線(xiàn)束投影中的平均SPR能夠減小至0.2。這是在扇形線(xiàn)束切片CT中利用混合的散射校正技術(shù)(軟件校正加氣隙)可獲得的等效SPR。該分析和初步的結(jié)果顯示，通過(guò)上述X射線(xiàn)散射減小和校正技術(shù)，基于FPD的CBVCTM系統(tǒng)能提供足以充分用于乳腺癌檢測(cè)的低對(duì)比度分辨率。
優(yōu)選實(shí)施例組合了具有防散射柵格的氣隙技術(shù)和用于殘余散射的軟件校正技術(shù)。10-15cm的氣隙技術(shù)是防止較大角度的散射輻射到達(dá)檢測(cè)器和使平均SPR減小至小于1的有效方法。在CBVCT系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)中心至檢測(cè)器的距離可為20cm。采用該幾何圖形，氣隙大于15cm而達(dá)到平均SPR小于1。
在投影圖像中的殘余散射根據(jù)卷積濾波法除去，以便評(píng)估在各投影圖像中的殘余散射分布。在卷積濾波法中，殘余散射模擬為總投影(散射加主投影)中的低通、空間濾波類(lèi)型。在評(píng)估了各投影中的殘余散射之后，再減去殘余散射輻射，從而獲得主投影分布，以便進(jìn)行再現(xiàn)。該技術(shù)能使SPR從1.0有效減至0.2或更小。
普通的卷積濾波法需要在各投影角的兩個(gè)X射線(xiàn)投影，以便準(zhǔn)確評(píng)估殘余散射一個(gè)具有線(xiàn)束停止陣列(stop array)，以便計(jì)算兩個(gè)比例系數(shù)，而另一個(gè)沒(méi)有線(xiàn)束停止陣列。這并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)閷⒚黠@增大病人在CBVCTM中的劑量。為了克服這些困難，優(yōu)選實(shí)施例采用偵察圖像，以便對(duì)各病人“實(shí)時(shí)”評(píng)估散射分布。在開(kāi)始掃描之前，獲得偵察投影圖像，如在標(biāo)準(zhǔn)扇形線(xiàn)束CT中那樣。一般來(lái)說(shuō)，偵察圖像用于定位，所測(cè)定的體尺寸用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)X射線(xiàn)的照射程度，并減小病人劑量(就象在GE螺旋CT中的“Smart ScanTM”)。在獲得偵察圖像之前，如圖5A和5B所示，小的鉛滾珠軸承506的方形基體504布置于X射線(xiàn)校準(zhǔn)器502和乳房B之間。主投影和試樣散射分布都通過(guò)該鉛線(xiàn)束停止陣列由偵察圖像評(píng)估。該評(píng)估的主圖像用于偵察目的。并能夠確定用于評(píng)估散射分布的比例系數(shù)和在試樣角度位置處的卷積核函數(shù)。然后利用在相應(yīng)角度位置的卷積核函數(shù)評(píng)估散射分布，并從檢測(cè)的投影中減去該散射分布。為了減小病人的輻射劑量和計(jì)算負(fù)荷，只采集最少量的所需偵察圖像。只需要一個(gè)或兩個(gè)偵察圖像，因?yàn)檫M(jìn)行擠壓后乳房為柱形形狀，當(dāng)卷積濾波用于不同剖析時(shí)，該方法的精確度并不是非常依賴(lài)于卷積核函數(shù)的確切形式，只要它的尺寸足夠大即可。
指數(shù)核函數(shù)(exponential kernel)用于評(píng)估殘余散射，因?yàn)?D指數(shù)核函數(shù)是最優(yōu)形式。同一2D指數(shù)核函數(shù)用于所有投影，因?yàn)樵跀D壓后，乳房為柱形形狀，散射分布幾乎不隨角度位置而變化。
在本發(fā)明中可以用于提高對(duì)乳房腫瘤的檢測(cè)的另一方法是所關(guān)心的體積(VOI)具有超高分辨率的再現(xiàn)模式，該模式類(lèi)似于放大的乳房造影法。該方法能夠聚焦于可疑的病變。
已知在平板檢測(cè)器技術(shù)中有放大模式。這樣的平板檢測(cè)器的一個(gè)來(lái)源是美國(guó)California的Varian Imaging Products of Mountain View。平板檢測(cè)器例如Varian平板檢測(cè)器的放大模式用于采集用于超高VOI再現(xiàn)的投影數(shù)據(jù)。在該放大模式中，檢測(cè)器可以通過(guò)傳感器的4lp/mm分辨率以30幀/秒的速度采集768×960像素的隨機(jī)塊。檢測(cè)器的像素大小為127μm。采用雙焦點(diǎn)X射線(xiàn)管，該X射線(xiàn)管的焦點(diǎn)為0.1和0.3mm。超高分辨率VOI可以采用0.3mm的焦點(diǎn)，這樣，該焦點(diǎn)尺寸并不是VOI模式的空間分辨率的限制因素。因此，放大模式的FOV(視覺(jué)場(chǎng))是9.75×12.2cm。為了減小對(duì)病人的不必要輻射，在VOI采集過(guò)程中，校準(zhǔn)器將輻射限制在ROI(關(guān)心的區(qū)域)內(nèi)。需要窄條校準(zhǔn)(~2cm寬)。當(dāng)乳房直徑大于12.2cm時(shí)，在超高VOI模式中采集的投影數(shù)據(jù)沿橫向方向被截取。當(dāng)在不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的情況下由截取的數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)，將有一些條紋產(chǎn)物。處理所截取的投影數(shù)據(jù)的普通方法是在濾波之前將一余弦波加入該投影數(shù)據(jù)中。幸運(yùn)的是，這時(shí)，在VOI之外區(qū)域中的完整信息已經(jīng)由在先的更低分辨率掃描而獲得。該信息能夠用于加入所截取的投影數(shù)據(jù)中，再完成VOI再現(xiàn)。計(jì)算機(jī)模擬顯示，這樣的算法消除了由于在VOI中截取數(shù)據(jù)而引起的再現(xiàn)產(chǎn)物。該方法應(yīng)當(dāng)優(yōu)于普通方法。還可以知道，超高分辨率VOI再現(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)適當(dāng)增加X(jué)射線(xiàn)劑量而提供5lp/mm的分辨率。上述VOI技術(shù)可以用于檢測(cè)其它癌，例如肺癌。
CBVCTM的另一用途是檢測(cè)體積生長(zhǎng)。惡性腫瘤的一種已知標(biāo)志是腫瘤的快速生長(zhǎng)。因?yàn)榱夹阅[瘤的特征是不生長(zhǎng)，因此，監(jiān)測(cè)腫瘤的體積生長(zhǎng)變化速度，可以鑒別該腫瘤是否惡性和是否需要立即除去。準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤的體積生長(zhǎng)速度可以用于預(yù)計(jì)腫瘤的倍增時(shí)間，并非常有助于醫(yī)生作出診斷和治療決定。
對(duì)所關(guān)心的體積進(jìn)行掃描，并獲得3D再現(xiàn)矩陣。然后，采用自動(dòng)檢測(cè)算法來(lái)檢測(cè)腫瘤，并在所有檢測(cè)到的腫瘤上進(jìn)行3D分割。完成3D分割后，各腫瘤的體積通過(guò)計(jì)算在該分割過(guò)程中確定為屬于該腫瘤的所有三維像素而進(jìn)行確定。執(zhí)行該功能的一種已知軟件包是具有3D分割軟件的“ANALYZE”3D顯示軟件包。體積生長(zhǎng)可以通過(guò)在不同時(shí)間執(zhí)行該相同過(guò)程并對(duì)體積進(jìn)行比較而確定。
體積生長(zhǎng)測(cè)量明顯比直徑生長(zhǎng)測(cè)量更靈敏，因?yàn)轶w積作為直徑的立方的函數(shù)而變化。乳房腫瘤體積的比例變化比該腫瘤直徑的比例變化更大。因此，與當(dāng)變化較大時(shí)僅能評(píng)估直徑變化的普通乳房造影法相比，基于CBVCTM的體積生長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)能更準(zhǔn)確地確定乳房腫瘤的變化。
圖6A-6C表示了一種動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器601，該動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器601可用于前述任意一個(gè)實(shí)施例中的CBVCTM。該動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器能夠用于減小病人所不需要的輻射，同時(shí)采集用于常規(guī)CBVCTM再現(xiàn)的常規(guī)投影數(shù)據(jù)和/或用于VOI再現(xiàn)的超高空間分辨率投影。該動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器601包括一個(gè)校準(zhǔn)器本體603，該校準(zhǔn)器本體603為鉛或其它合適材料，并在其中有一孔605，以便只接收由X射線(xiàn)源210發(fā)射的X射線(xiàn)的合適部分607。校準(zhǔn)器本體603能夠以任意合適方式形成，但優(yōu)選是由間隔距離為a的兩個(gè)鉛薄片611和間隔距離為b的兩個(gè)鉛薄片609形成。這樣，該孔605為矩形形狀，尺寸為a×b。步進(jìn)電機(jī)613、615使該校準(zhǔn)器本體603沿兩個(gè)垂直方向運(yùn)動(dòng)，以便使孔605定心在與所關(guān)心的體積的中心相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(u0，v0)處。通過(guò)校準(zhǔn)器601，對(duì)于常規(guī)CBVCTM再現(xiàn)和/或超高分辨率采集，X射線(xiàn)只照射ROI，并能夠獲得常規(guī)CBVCTM再現(xiàn)圖像和/或超高分辨率再現(xiàn)圖像。該步進(jìn)電機(jī)613、615還控制每對(duì)薄片之間的間距，這樣，a和b也可變化。
下面的表3表示了螺旋CT、MRI和CBVCTM的比較，假設(shè)對(duì)目標(biāo)的12cm部分進(jìn)行掃描。與其它方法相比，CBVCTM能夠有更高分辨率和更短掃描時(shí)間。
表3 螺旋CT、MRT和CBVCTM的比較

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于240mRad的等量輻射劑量和大小為0.36mm的再現(xiàn)三維像素，利用CBVCTM成像可檢測(cè)的最小癌瘤直徑為1mm，最小鈣化直徑為0.2mm。該結(jié)果表明，對(duì)于平均大小的乳房，總劑量水平小于單屏蔽乳房造影法檢查的劑量(假定每個(gè)乳房需要兩個(gè)視圖)，CBVCTM成像能夠檢測(cè)幾毫米的癌瘤和0.2mm的鈣化。通過(guò)這樣的輻射劑量水平和這樣的檢測(cè)能力，病人的受益-危險(xiǎn)比例可以超過(guò)800∶1。
盡管上面詳細(xì)介紹了優(yōu)選實(shí)施例和變化形式，但是看過(guò)本說(shuō)明書(shū)的本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易知道，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有其它實(shí)施方式。例如，輻射可以不采用X射線(xiàn)。還有，可以采用如授予Ning等的美國(guó)專(zhuān)利No.5999587所述的圖像分析技術(shù)，該文獻(xiàn)的說(shuō)明書(shū)被本文參引。因此，本發(fā)明只能由附后的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種使乳房的三維X線(xiàn)斷層攝影乳房造影法圖像顯影的方法，該方法包括(a)提供用于進(jìn)行錐形線(xiàn)束體積X線(xiàn)斷層攝影成像的裝置，該裝置包括錐形線(xiàn)束輻射源和平板檢測(cè)器；(b)將乳房布置在該輻射源和檢測(cè)器之間的錐形線(xiàn)束輻射通道中；(c)利用該裝置進(jìn)行乳房的體積掃描，該體積掃描導(dǎo)致產(chǎn)生圖像信號(hào)；以及(d)由該圖像信號(hào)形成三維X線(xiàn)斷層攝影乳房造影法圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該體積掃描以空間分辨率大于1lp/mm的方式進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該體積掃描是單一的快速體積掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括使該錐形線(xiàn)束輻射源和平板檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)，以便確定數(shù)據(jù)采集幾何圖形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是圓形幾何圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是螺旋形幾何圖形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是圓加線(xiàn)的幾何圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該圓加線(xiàn)的幾何圖形包括一根線(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該圓加線(xiàn)的幾何圖形包括多根線(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是180°加錐形角圓形掃描。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是360°掃描。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是N×360°掃描，其中N是正整數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(c)之前，將造影劑注入病人內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括采集至少一個(gè)偵察投影圖像，以便進(jìn)行散射校正。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該至少一個(gè)偵察投影圖像利用線(xiàn)束停止陣列而獲得。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該平板檢測(cè)器是能夠采集靜態(tài)數(shù)字圖像和動(dòng)態(tài)圖像的檢測(cè)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該平板檢測(cè)器是薄膜晶體管陣列平板檢測(cè)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中檢測(cè)器是數(shù)字區(qū)域檢測(cè)器，該數(shù)字區(qū)域檢測(cè)器的分辨率大于1lp/mm，并能夠采集靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括由一組投影圖像進(jìn)行多分辨率的體積X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括采用基于圖像的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)，以便檢測(cè)乳房中的癌瘤并表示該癌瘤的特性。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括利用檢測(cè)器的放大模式來(lái)采集乳房中所關(guān)心的體積的圖像；以及步驟(d)包括利用在放大模式中采集的圖像來(lái)對(duì)所關(guān)心的體積進(jìn)行成像。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中步驟(c)還包括利用檢測(cè)器的非放大模式來(lái)采集乳房的圖像；以及步驟(d)包括利用在非放大模式中采集的圖像來(lái)對(duì)在放大模式中采集的圖像進(jìn)行條紋產(chǎn)物去除。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括確定乳房中的腫瘤的體積。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在步驟(d)中確定的體積用于確定該腫瘤的體積生長(zhǎng)。
25.一種用于形成病人乳房的三維X射線(xiàn)斷層攝影乳房造影法圖像的裝置，該裝置包括一個(gè)臺(tái)架框；至少一個(gè)馬達(dá)，用于使該臺(tái)架框運(yùn)動(dòng)，從而形成數(shù)據(jù)采集幾何圖形；一個(gè)錐形線(xiàn)束輻射源，該輻射源安裝在臺(tái)架框上，以便與該臺(tái)架框一起運(yùn)動(dòng)；平板檢測(cè)器，該平板檢測(cè)器安裝在臺(tái)架框上，以便與該臺(tái)架框一起運(yùn)動(dòng)，該平板檢測(cè)器布置在該錐形線(xiàn)束輻射通道內(nèi)；以及一支承件，病人在采集錐形線(xiàn)束乳房造影法投影圖像時(shí)躺在該支承件上，該支承件以這樣的方式支承病人，即，使得乳房布置在該錐形線(xiàn)束輻射源和該平板檢測(cè)器之間；其中，至少一個(gè)馬達(dá)使該臺(tái)架框運(yùn)動(dòng)，這樣，該平板檢測(cè)器進(jìn)行乳房的體積掃描。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中該體積掃描以分辨率大于1lp/mm的方式進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中該體積掃描是單一的快速體積掃描。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中該至少一個(gè)馬達(dá)包括用于使該錐形線(xiàn)束輻射源和平板檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)以便確定數(shù)據(jù)采集幾何圖形的馬達(dá)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是圓形幾何圖形。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是螺旋形幾何圖形。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是圓加線(xiàn)的幾何圖形。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中該圓加線(xiàn)的幾何圖形包括一根線(xiàn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中該圓加線(xiàn)的幾何圖形包括多根線(xiàn)。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是180°加錐形角圓形掃描。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是360°掃描。
36.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中該數(shù)據(jù)采集幾何圖形是N×360°掃描，其中N是正整數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器，用于可控制地校準(zhǔn)該錐形線(xiàn)束輻射。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其中該動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器包括第一對(duì)薄片，該第一對(duì)薄片沿第一方向間隔第一距離；以及第二對(duì)薄片，該第二對(duì)薄片沿第二方向間隔第二距離，該第一和第二對(duì)薄片彼此相對(duì)布置，以便確定一個(gè)孔，該孔沿第一方向延伸第一距離，沿第二方向延伸第二距離。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中該動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器還包括用于使該孔運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的裝置，其中該馬達(dá)使第一和第二對(duì)薄片運(yùn)動(dòng)，以便改變?cè)摰谝痪嚯x和第二距離。
41.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括一外部計(jì)算機(jī)，用于分析該圖像；以及一個(gè)在臺(tái)架框上的滑環(huán)，用于在平板檢測(cè)器和外部計(jì)算機(jī)之間提供連通。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，還包括在該臺(tái)架框上的計(jì)算機(jī)，平板檢測(cè)器和外部計(jì)算機(jī)之間的連通通過(guò)在該臺(tái)架框上的計(jì)算機(jī)而進(jìn)行。
43.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中該支承件包括一臺(tái)板，病人在采集錐形線(xiàn)束乳房造影法投影圖像時(shí)躺在該臺(tái)板上。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其中該支承件還包括一乳房保持器，用于將乳房保持在該錐形線(xiàn)束輻射的通道內(nèi)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的裝置，其中該乳房保持器使乳房保持成柱形形狀。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其中該乳房保持器包括一活塞，用于推壓乳房，以便使乳房形成柱形。
47.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括一個(gè)造影劑注射器，用于將造影劑注入病人內(nèi)。
48.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括用于采集至少一個(gè)偵察投影圖像以便進(jìn)行散射校正的裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的裝置，其中用于采集至少一個(gè)偵察投影圖像的裝置包括線(xiàn)束停止陣列。
50.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中該平板檢測(cè)器是能夠采集靜態(tài)數(shù)字圖像和動(dòng)態(tài)圖像的檢測(cè)器。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其中該平板檢測(cè)器是薄膜晶體管陣列平板檢測(cè)器。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其中檢測(cè)器是數(shù)字區(qū)域檢測(cè)器，該數(shù)字區(qū)域檢測(cè)器的分辨率大于1lp/mm，并能夠采集靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像。
53.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括用于通過(guò)一組投影圖像進(jìn)行多分辨率的體積X線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)的計(jì)算機(jī)。
54.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括用于采用基于圖像的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)來(lái)檢測(cè)乳房中的癌瘤并表示該癌瘤的特性的計(jì)算機(jī)。
55.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中檢測(cè)器有放大模式，并利用該放大模式來(lái)采集乳房中所關(guān)心的體積的圖像；以及該裝置還包括用于利用在放大模式中采集的圖像來(lái)對(duì)所關(guān)心的體積進(jìn)行成像的計(jì)算裝置。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中檢測(cè)器還有非放大模式，并利用該非放大模式來(lái)采集乳房的圖像；以及該計(jì)算裝置利用在非放大模式中采集的圖像來(lái)對(duì)在放大模式中采集的圖像進(jìn)行條紋產(chǎn)物去除。
57.一種動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器，包括第一對(duì)薄片，該第一對(duì)薄片沿第一方向間隔第一距離；以及第二對(duì)薄片，該第二對(duì)薄片沿第二方向間隔第二距離，該第一和第二對(duì)薄片彼此相對(duì)布置，以便確定一個(gè)孔，該孔沿第一方向延伸第一距離，沿第二方向延伸第二距離。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器，還包括用于使該孔運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)器，其中該馬達(dá)使第一和第二對(duì)薄片運(yùn)動(dòng)，以便改變?cè)摰谝痪嚯x和第二距離。
60.一種對(duì)物體中所關(guān)心的體積進(jìn)行成像的方法，該方法包括(a)提供具有放大模式和非放大模式的檢測(cè)器；(b)利用該檢測(cè)器的非放大模式來(lái)采集該物體的第一圖像；(c)利用該檢測(cè)器的放大模式來(lái)采集所關(guān)心體積的第二圖像；(d)利用第一圖像來(lái)除去第二圖像中的條紋產(chǎn)物。
61.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中布置(d)包括形成乳房組織的X射線(xiàn)線(xiàn)性衰減系數(shù)的三維X射線(xiàn)斷層攝影再現(xiàn)。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中根據(jù)乳房中的癌瘤和周?chē)M織之間的X射線(xiàn)衰減系數(shù)之差來(lái)檢測(cè)乳房中的癌瘤。
63.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中乳房中的腫瘤根據(jù)其邊界圖形而被區(qū)分成癌瘤或良性腫瘤。
64.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)和(d)執(zhí)行多次，以便測(cè)量病變的體積變化，因此，根據(jù)癌瘤和良性腫瘤之間的生長(zhǎng)速度之差來(lái)將癌瘤與良性腫瘤區(qū)分開(kāi)。
65.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中造影劑用于評(píng)估乳房的病變中的病變血管分布和增長(zhǎng)速度，從而根據(jù)癌瘤和良性腫瘤之間的不同對(duì)比增長(zhǎng)速度來(lái)將癌瘤與良性腫瘤區(qū)分開(kāi)。
66.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中造影劑用于以非侵入方式評(píng)估乳房腫瘤的血管生成。
全文摘要
體積X射線(xiàn)斷層攝影乳房造影法通過(guò)臺(tái)架框(206)而進(jìn)行，錐形線(xiàn)束輻射源(210)和薄膜檢測(cè)器(208)安裝在該臺(tái)架框上。病人(P)躺在人機(jī)工程設(shè)計(jì)的臺(tái)板(202)上，該臺(tái)板(202)有孔(204)，從而允許一個(gè)乳房(B)穿過(guò)該孔伸出，這樣，臺(tái)架框(206)環(huán)繞該乳房。臺(tái)架框可旋轉(zhuǎn)，這樣，輻射源(210)和檢測(cè)器(208)沿圓形軌道環(huán)繞乳房(B)運(yùn)動(dòng)。此外，該臺(tái)架框(206)可以以不同于簡(jiǎn)單圓形軌道的給定幾何圖形運(yùn)動(dòng)，例如沿圓加一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)的軌道，或者螺旋形軌道。
文檔編號(hào)A61B6/03GK1411356SQ00817349
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月18日
發(fā)明者勞拉·寧 申請(qǐng)人:羅切斯特大學(xué)