專利名稱：用于錐形束體積計算的斷層攝影術(shù)乳房成像的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乳房成像中錐形束體積計算的X射線斷層攝影術(shù)(CBVCT)，特別涉及更好利用來自輻射源的輻射，檢測器的數(shù)據(jù)輸出，或兩者的改進(jìn)。應(yīng)該理解貫穿本發(fā)明提到的乳房成像(乳房X射線攝影術(shù))是說明性的而非限制性的，因?yàn)楸景l(fā)明可廣泛應(yīng)用至乳房成像。
背景技術(shù)：
乳癌代表一種重要的健康問題。在美國每年診斷180000例新病例，且近45000名婦女死于該病。
乳房成像的臨床目標(biāo)是在腫瘤塊盡可能小，優(yōu)選直徑小于10mm的時候檢查出它們。據(jù)報導(dǎo)，經(jīng)乳房X射線攝影術(shù)檢查有1-10mm的乳房癌的婦女中93％的有16年的生存幾率。
傳統(tǒng)熒光屏膠片乳房X射線攝影術(shù)是目前可利用的乳癌早期檢查最有效的工具。然而，乳房X射線攝影術(shù)檢查小乳癌(幾毫米以下)具有相對低的靈敏度。由于良性的和惡性的損傷外觀上的交疊使得乳房X射線攝影術(shù)的確切性(specificity)和肯定的預(yù)報(positivepredictive)仍然有限。乳房X射線攝影術(shù)在乳癌檢查上有限的靈敏度和確切性是由于其對比檢查能力(contrast detectability)的不足，這對所有類型的投影成像技術(shù)是普遍的(投影成像僅有高達(dá)10％的對比檢查能力)。傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)在臨床前階段能夠識別惡性腫瘤的靈敏度大都受乳房周圍軟組織的本質(zhì)影響。周圍組織會影響硬化的檢查至較低的程度。代表檢查到癌癥的病人身上大多數(shù)腫瘤，與硬化無關(guān)的乳房塊的察覺極大地受乳房X射線攝影術(shù)的軟組織圖案的影響。因此傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)通常由于極低的對比分辨率而不能直接檢查幾毫米的腫瘤。傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)要求圖像微硬度超高分辨率(50-100μm/像素)以補(bǔ)償不足的對比分辨率。乳房X射線攝影術(shù)不能證明30％-35％的初期癌癥。此外，不是所有用乳房X射線攝影術(shù)檢查的乳癌能足夠早地發(fā)現(xiàn)以治療。最多，傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)可以最高減少50％的死亡率。這是重要的收獲，但有相當(dāng)大的在早期檢查乳癌的改進(jìn)余地。
乳房X射線攝影術(shù)相對低的確定性導(dǎo)致不確定病例的活組織檢查，盡管較高成本和施加給病人的壓力的不利。需要更精確的乳房損傷的表征以降低活組織檢查率和活組織檢查的假陽性比率。
有幾種成圖像的放射學(xué)和生物學(xué)表征乳癌的方法。第一，癌由于具有不同的X射線線形衰減系數(shù)，如圖1所示。第二，癌和缺少增長的良性腫瘤相比具有顯著高的體積增長速率。第三，癌具有可與良性腫瘤可區(qū)分的圖案。第四，良性腫瘤在靜脈對比注射后顯示出不同的對比增強(qiáng)。第五，新血管分布(neovacularity)的出現(xiàn)表示癌變。傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)主要依靠第一個特征且部分使用第三個特征用于乳癌檢查。因?yàn)槿榉縓射線攝影術(shù)是兩維靜態(tài)成像技術(shù)，其不能提供關(guān)于特征2，4，或5的任何信息。
目前，乳癌的放射學(xué)評估是重要的，不僅用于疾病的早期檢查，而且用于響應(yīng)治療的分級和監(jiān)視。迄今，傳統(tǒng)熒光屏膠片乳房X射線攝影術(shù)已經(jīng)被證明是目前可利用的乳癌早期檢查的最昂貴的工具。然而，乳房X射線攝影術(shù)的確定性和肯定的預(yù)報值由于良性和惡性損傷外觀的交疊和不足的對比檢查能力而保持有限，這是所有投影成像技術(shù)的共同現(xiàn)象。投影成像可最大有10％的對比檢查能力。因此活組織檢查通常在不確定病例中是必要的，盡管較高成本和給病人造成壓力的不足。因此需要更精確的乳房損傷的表征以便減少活組織檢查的比率。
在過去的十年里，乳房MRI獲得在乳房X射線攝影術(shù)和/或超聲之后，特別在乳房手術(shù)后和在檢查多病灶乳癌中澄清不確定病例的角色。然而，將MR并入到臨床實(shí)踐中為大量限制所阻礙，包括長的掃描時間和MR檢查的高額費(fèi)用。此外，許多病人不能經(jīng)受MR，因?yàn)镸R禁忌癥(如，動脈瘤夾子，起搏器)或嚴(yán)重的幽閉恐怖癥。
乳房損傷的MR表征主要基于良性和惡性損傷的不同增長速率。MR中空間和時間分辨率之間的恒定的折衷使得實(shí)現(xiàn)空間分辨率以提高損傷檢查和表征變得困難。
標(biāo)準(zhǔn)扇束計算的X射線斷層攝影術(shù)(CT)，包括螺旋CT，已經(jīng)被評價為潛在的用于表征乳房損傷的工具。最早期的工作是基于使用整體掃描儀的傳統(tǒng)或螺旋技術(shù)。然而，該技術(shù)有大量的缺點(diǎn)，包括顯著增加輻射劑量，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)CT不能用來僅針對乳房，因此大多數(shù)x射線被浪費(fèi)于整個身體掃描中。這導(dǎo)致相對低的平面內(nèi)空間分辨率(通常為1.0lp/mm)，甚至更低的跨平面分辨率(在垂直于切片的方向上低于或等于0.5lp/mm)，且延長量的掃描時間，因?yàn)槁菪鼵T一片一片地掃描整個體積，且對于整個乳房掃描要120秒。對于1mm/切片和12cm的范圍最新的多環(huán)螺旋CT也要15-30秒。
超聲在表征損傷邊緣和識別微硬化時分辨率差。而且超聲極度依賴于操作員。
此外，對于傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)，擠壓對于更好的低對比檢查能力是重要的。然而，即使擠壓對他們無害病人也會不舒服。
上面提到的母案申請教導(dǎo)使用錐形束體積計算X射線斷層攝影術(shù)(CBVCT)用于乳房成像，所謂的錐形束體積CT乳房成像(CBVCTBI)技術(shù)。病人躺在具有要成像的乳房延伸超過它的乳房孔的桌子上。托臺框(gantry frame)繞乳房旋轉(zhuǎn)輻射源和探測器。然而，由于輻射源和要求實(shí)現(xiàn)體積掃描的桌子的相對定位，輻射源可相對桌子定位較低以至整個乳房可不位于錐形束(半錐形束)中。而且，在最小化病人不適時補(bǔ)償乳房形狀并有效地分析相應(yīng)于乳房組織和損傷的信號是有幫助的。而且，增加檢查小乳癌的靈敏度而不提高病人劑量水平或降低病人劑量水平而不降低CBVCTBI的圖像質(zhì)量是有幫助的。

發(fā)明內(nèi)容
從前面的說明可以顯然看出本領(lǐng)域中存在對乳房成像系統(tǒng)和方法的需求，其克服上面提到的傳統(tǒng)技術(shù)的限制。
因此本發(fā)明的首要目的是提供臨床上有用的用于乳癌的精確檢查，診斷和治療計劃制定的三維成像技術(shù)。
本發(fā)明的另一個目的是提供乳房成像技術(shù)，其可以僅用單個快體積掃描操作提供乳房解剖結(jié)構(gòu)的具有高等方性空間分辨率和損傷位置的真實(shí)三維(3D)描繪，而傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)僅提供兩維投影圖像。
本發(fā)明另一個目的是提供成像技術(shù)以用X射線斷層攝影術(shù)從鄰近平面中其它物體中離析出乳癌，然后消除交疊并除去疊加的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供相比傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)更高對比分辨率和用于乳癌檢查的適當(dāng)?shù)目臻g分辨率。
本發(fā)明的另一個目的是相比傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)，提高由于高的多的低對比分辨率的尺寸為幾毫米的乳癌(腫瘤)的檢查能力。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于目標(biāo)成像的高分辨率感興趣體積(VOI)重構(gòu)模式和與傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)相比的乳房腫瘤更好的三維表征。
本發(fā)明的另一個目的是提供三維X射線斷層攝影重構(gòu)技術(shù)以檢查癌與周圍組織之間的x射線線形衰減系數(shù)的差(癌具有與周圍組織不同的x射線衰減系數(shù)。)。
本發(fā)明的另一個目的是相對傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)，提供乳癌邊界圖案的精確描繪以便更好地表征乳房腫瘤(癌具有可與良性腫瘤區(qū)分的邊界圖案)。
本發(fā)明的另一個目的是和傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)相比，通過允許更精確的相對短時間段內(nèi)損傷體積變化的測量而提高乳癌檢查中的確定性(癌具有比良性腫瘤快得多的體積增長)。
本發(fā)明的另一個目的是通過減少要求的乳房壓縮的量而增加病人的舒服。
本發(fā)明的另一個目的是使用基于CBVCTBI圖像的體積計算增長測量技術(shù)(正增長和負(fù)增長)以確定乳癌的惡性和監(jiān)視乳癌治療的效果(該方法也可以用于其它惡性腫瘤，如肺癌)。
本發(fā)明的另一個目的是用比傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)中更高的x射線能量用于乳房成像以增加穿透，從而提高圖像質(zhì)量并減少病人的輻射劑量。
本發(fā)明的另一個目的是由同一組投影圖像執(zhí)行多精度體積X射線斷層攝影重構(gòu)以提高微硬化和乳癌(腫瘤)的檢查能力，更好表征乳癌，并因此為病人減少累積劑量。
本發(fā)明的另一個目的是使用基于CBVCTBI圖像的計算機(jī)輔助檢查(CAD)技術(shù)以提高檢查能力和乳癌(腫瘤)的表征。
本發(fā)明的另一個目的是提高乳癌檢查的靈敏度并因此通過檢查到傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)不能檢查到的小乳癌而進(jìn)一步降低乳癌的死亡率。
本發(fā)明的另一個目的是提高乳癌檢查的確定性并極大地減少活組織檢查的比率。
本發(fā)明的另一個目的是提供臨床上有用的動態(tài)三維(四維三維空間加時間)成像技術(shù)用于乳癌的精確診斷并減少活組織檢查比率。
本發(fā)明的另一個目的是通過執(zhí)行對比注入動態(tài)研究(contrastinjection dynamic studies)而提供用于精確診斷的臨床上有用的三維成像技術(shù)，并極大地降低活組織檢查比率。
本發(fā)明的另一個目的是提供臨床上有用的三維成像技術(shù)，其用于指示乳癌的新血管分布的血管新生(angiogenesis)研究，并通過執(zhí)行對比注入動態(tài)研究而提高乳癌治療計劃編制的效率。
本發(fā)明的另一個目的是為乳房X射線攝影的致密乳房(mammographically dense breast)提供適當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個目的是促進(jìn)3D圖像引導(dǎo)的活組織檢查過程。
本發(fā)明的另一個目的是允許精確評估癌變程度(邊緣)以便更好地手術(shù)前計劃，特別在受限切除手術(shù)中，和輻射療法治療計劃，以及對于響應(yīng)治療的乳癌的更精確監(jiān)視。
本發(fā)明的另一個目的是設(shè)計桌子和桌子與輻射源的相對安置，以便整個乳房或盡可能多的包括胸腔壁的乳房在錐形束內(nèi)(半錐形束)。本發(fā)明的另一個目的是涉及設(shè)計桌子和桌子與輻射源的相對安置，以便胸腔壁附近的乳房覆蓋和傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)等價。本發(fā)明的另一個目的是控制輻射束以考慮乳房的形狀。
本發(fā)明的另一個目的是提高多種乳房組織和損傷的分析。
本發(fā)明的另一個目的是通過引入一種或兩種光譜濾波器降低所需的病人劑量水平(腺劑量水平)從而提供適當(dāng)?shù)妮椛渥V，且束補(bǔ)償濾波器適合于考慮到乳房的形狀。
本發(fā)明的另一個目的是通過引入一個或兩個譜濾波器提高CBVCTBI的圖像質(zhì)量(降低束硬化的非自然信號(beam hardeningartifacts)和檢查的x射線強(qiáng)度的動態(tài)范圍)從而提供適當(dāng)?shù)妮椛渥V和成形的束補(bǔ)償濾波器以考慮到乳房的形狀。
本發(fā)明的另一個目的是通過降低和校正x射線散射提高圖像質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個目的是通過在線融合2D實(shí)時投影圖像和3D錐形束重構(gòu)促進(jìn)圖像導(dǎo)引的手術(shù)和輻射治療。
本發(fā)明的另一個目的是三維地降低圖像噪聲從而提高檢查小乳房腫瘤的靈敏度而無須增加病人劑量水平。
本發(fā)明的另一個目的是進(jìn)一步通過幾乎不變地三維保持圖像噪聲水平而降低病人劑量水平而無須降低檢查小乳房腫瘤的靈敏度。
為了實(shí)現(xiàn)上述和其它目的，本發(fā)明針對一種引入具有近期開發(fā)的平板檢測器以實(shí)現(xiàn)錐形束體積計算的X射線斷層攝影術(shù)乳房成像(CBVCTBI)的錐形束體積X射線斷層攝影重構(gòu)技術(shù)的系統(tǒng)和方法。借助錐形束幾何形狀和平板檢測器，基于平板的CBVCTBI系統(tǒng)可被構(gòu)造，且乳房的三維(3D)重構(gòu)可由單個快體積掃描獲得。和傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)相比，基于平板的CBVCTBI系統(tǒng)可提供這樣的能力，其從相鄰平面內(nèi)的物體(如，其它損傷或硬化)中用X射線斷層攝影術(shù)離析感興趣的物體(如，損傷)。3D X射線斷層攝影重構(gòu)消除損傷交疊并提供對乳房解剖結(jié)構(gòu)的完全的，真實(shí)的3D描述。和現(xiàn)有切片內(nèi)分辨率為1.0lp/mm和跨平面分辨率0.5lp/mm的計算的X射線斷層攝影術(shù)相比，CBVCTBI重構(gòu)可具有2.0lp/mm或沿所有三個軸更高的等方性空間分辨率(或，更一般地，高于1lp/mm)。本發(fā)明進(jìn)一步針對使用平板探測器的變焦模式實(shí)現(xiàn)高達(dá)5.0lp/mm分辨率的超高分辨率的感興趣體積(VOI)重構(gòu)。因此，CBVCTBI可具有超過傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)很多倍的對比檢查能力(X射線斷層攝影成像可具有高達(dá)0.3％的對比檢查能力)。
可使用多種掃描幾何構(gòu)型?？紤]了根據(jù)乳房的尺寸使用環(huán)狀掃描或環(huán)狀加線形(CPL)掃描。然而，其它幾何構(gòu)型，如螺旋狀也可使用。
本發(fā)明提供更好的乳癌檢查，更好的損傷表征，和更精確的關(guān)于乳房解剖的手術(shù)前和手術(shù)后信息，因此降低消極的活組織檢查比例。
本發(fā)明的成像技術(shù)對乳癌檢查，診斷和治療有效性的評估具有重要的臨床影響，因此極大地降低活組織檢查比例。這種形式的潛在的臨床應(yīng)用是在乳房X射線攝影術(shù)的不確定損傷，乳房X射線攝影術(shù)的致密的乳房和手術(shù)后乳房成像中。目前，大多數(shù)乳房X射線攝影術(shù)的不確定損傷是以活組織檢查告終的以便實(shí)現(xiàn)確定的診斷。公知有濃厚乳房的病人的乳房X射線攝影術(shù)的有用性是有限的，且通常要求輔助成像或活組織檢查。能夠用于多平面和體積數(shù)據(jù)采集的成像形式的使用具有提高濃厚乳房組織中損傷表征的潛能。具有更高的空間分辨率的CBVCTBI可以潛在地提高手術(shù)后變化的復(fù)發(fā)和形成的區(qū)分。
本發(fā)明通過聚焦在小損傷中或腫瘤內(nèi)確定區(qū)域而提供非常高分辨率的X射線斷層攝影的圖像。損傷，如微硬化，壞死和囊腫和管內(nèi)延伸區(qū)域內(nèi)確定區(qū)域的詳細(xì)的探詢使得乳房損傷的更精確表征成為可能。對比材料和動態(tài)成像的使用提供了輔助時間信息，其和形態(tài)特征一起，增強(qiáng)確定性并降低活組織檢查比例。
腫瘤血管新生是乳癌中獨(dú)立的預(yù)兆性指示器。目前，血管新生是通過評估病態(tài)樣品中的微血管密度而確定的。然而，研究人員已經(jīng)檢查到對比增強(qiáng)和微血管密度之間的良好的關(guān)聯(lián)性。在提供非常高的空間和時間分辨率的成像形式中對比介質(zhì)的使用給出了非侵入性方法以評估腫瘤血管新生。此外，3D視圖的體積數(shù)據(jù)的采集允許多平面成像和更好的手術(shù)前計劃，特別在受限切除術(shù)中。
總之，CBVCTBI的引入，和獲得非常高空間分辨率的X射線斷層攝影圖像的潛在性，提供了在乳房X射線攝影術(shù)的不確定乳房損傷中改進(jìn)的損傷表征，并考慮到了降低活組織檢查比例。這給出增強(qiáng)手術(shù)前和手術(shù)后計劃的優(yōu)點(diǎn)。
相對現(xiàn)有技術(shù)，CBVCTBI具有提供關(guān)于上面討論的特征1-5的能力，從而改進(jìn)損傷檢查和表征。
在優(yōu)選實(shí)施例中，病人在具有一個或兩個乳房孔的符合人體工程學(xué)的病人桌子上面朝下躺下。該桌子具有圍繞乳房孔的碗狀物。因此，該孔足夠低從而從乳房孔延伸的整個乳房可在輻射束內(nèi)成像。在特殊設(shè)計的桌子中，在碗狀物和桌子其余部分之間有中間凹陷的部分。該布局允許輻射源繞乳房徹底旋轉(zhuǎn)，同時允許整個乳房躺在錐形束中。
支持x射線源和平板檢測器的托臺在桌子下面旋轉(zhuǎn)以將一個乳房或兩個乳房成像。為了獲得投影而非簡單的環(huán)繞投影(circleprojections)，托臺框可垂直移動，或桌子可垂直移動。具有兩個乳房孔的優(yōu)點(diǎn)是保持兩個乳房之間的幾何關(guān)系。
源可以并入一個或兩個光譜濾波器以提供適當(dāng)?shù)妮椛渥V和束補(bǔ)償濾波器適合于考慮乳房的形狀。在具體實(shí)施例中，在任何具體切片處的衰減器的厚度是該切片處的乳房的直徑和乳房最大直徑之間差的線性函數(shù)。
CBVCTBI裝置輸出乳房的三維錐形束體積CT重構(gòu)圖像矩陣。乳房三維錐形束體積CT重構(gòu)圖像矩陣是乳房的x射線線性衰減系數(shù)分布的錐形束3D重構(gòu)矩陣。為了CBVCTBI掃描儀輸出的信號的分析，可利用多種乳房組織和損傷(如脂肪，癌，腺體組織，基體(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，和硬化)的衰減系數(shù)庫。對于基體(base)材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，衰減系數(shù)可按照根據(jù)成分百分比和質(zhì)量密度的加權(quán)和計算。為了獲得x射線線性衰減系數(shù)對光子能量的更精細(xì)的數(shù)據(jù)表，范圍在10keV到110keV的特定光子能量下，基于樣條函數(shù)的內(nèi)插法和外插法被用來計算乳房組織和損傷的x射線線性衰減系數(shù)。
本發(fā)明的進(jìn)一步修改使用超高分辨率感興趣體積(VOI)重構(gòu)模式以集中于可疑損傷。超高分辨率VOI重構(gòu)模式類似于放大的乳房X射線攝影術(shù)。
CBVCTBI將通過聚焦于腫瘤內(nèi)小損傷或特定區(qū)域而提供非常高分辨率X射線斷層攝影術(shù)的圖像。損傷(即微硬化，壞死和囊腫和沒有交疊結(jié)構(gòu)的管內(nèi)延伸區(qū)域)內(nèi)特定區(qū)域的詳細(xì)的探詢將使乳房損傷的更精確表征成為可能。
CBVCTBI將可能提供非侵入性方法評估腫瘤血管新生的方法。近期工作證明了腫瘤血管新生是乳癌中獨(dú)立的前兆性指示器。目前，血管新生是通過評估病態(tài)樣品中微血管密度而確定的。然而，研究人員也發(fā)現(xiàn)對比增強(qiáng)和微血管密度之間良好的關(guān)聯(lián)。在提供非常高空間和時間分辨率的成像模式中使用對比介質(zhì)可提供非侵入性評估腫瘤血管新生的方法。
為了提高檢查小乳房腫瘤的靈敏度而不增加x射線曝光量和病人劑量，本發(fā)明的三維噪聲降低技術(shù)可應(yīng)用至投影數(shù)據(jù)或乳房錐形束重構(gòu)數(shù)據(jù)。三維噪聲降低技術(shù)涉及在錐形束重構(gòu)之前用2D數(shù)字濾波器或2D或3D小波變換操作降低投影數(shù)據(jù)中的噪聲水平，并然后錐形錐形束重構(gòu)?？商鎿Q地，三維噪聲降低可通過應(yīng)用數(shù)字濾波器或2D或3D小波變換至錐形束重構(gòu)數(shù)據(jù)而執(zhí)行。與用于降低噪聲水平(去噪聲)的小波變換可在Proc.SPIE 4682-244(2002)中Chen B和Ning，R，的“錐形束體積CT乳房成像(CBVCTBI)基于小波分析的多分辨率重構(gòu)和去噪聲技術(shù)，Optics Commun.，167，37-46(1999)中S.K.Nath，R.M.Vasu，和Pandit的“基于光學(xué)X射線斷層攝影術(shù)數(shù)據(jù)的壓縮和去噪聲的小波，Medical Physics，26(4)，622頁-630頁(1999)中M.Jansen和A.Bultheel的“通過積分小波變換的圖像去噪聲和一般化的交叉確認(rèn)”。這些引用的文章中的算法僅作為說明性的而非限制性的。任何其它合適的算法可被使用。此外，借助本發(fā)明，通過應(yīng)用噪聲降低技術(shù)，所要求的x射線曝光量和病人劑量可進(jìn)一步降低而不會降低檢查小腫瘤的靈敏度。
借助本發(fā)明，CBVCTBI可快速完成，且?guī)捉M掃描可連續(xù)執(zhí)行以便動態(tài)的對比研究和血管新生研究。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參考下面的附圖詳細(xì)說明，其中圖1示出可在健康的或患病的乳房中發(fā)現(xiàn)的多種組織的x射線線性衰減系數(shù)；圖2A-2C示出按照優(yōu)選實(shí)施例的錐形束體積CT乳房成像掃描儀的示意圖；圖2D示出圖2A-2C中掃描儀的一種變型；圖2E示出圖2A-2C中掃描儀的另一種變型；圖2F示出圖2A-2C中掃描儀的又一種變型；圖2G和2H示出用在圖2A-2C中的桌子的第一變型；圖2I和2J示出用在圖2A-2C中的桌子的第二變型；圖2K示出可用在圖2A-2C的掃描儀中的光譜濾波器和補(bǔ)償濾波器；
圖3示出用在圖2A-2F的掃描儀中電路的方框圖；圖4示出掃描幾何構(gòu)型，其可在圖2A-2F的掃描儀中執(zhí)行；圖5A和5B示出用于散射校正的攝取偵察(scout)圖像的機(jī)構(gòu)；圖6A-6C示出用來和圖2A-2F中掃描儀一起使用的動態(tài)準(zhǔn)直器的示意圖；圖7A-7G示出操作圖2A-2F中裝置的步驟；圖8A示出傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)技術(shù)的問題，其中一個平面內(nèi)的損傷不能和另一個平面內(nèi)的另一個物體分開；圖8B示出在CBVCTBI重構(gòu)圖像中，一個平面內(nèi)的損傷和另一個平面內(nèi)的另一個物體的分開；圖9A示出活組織檢查中導(dǎo)引針時三維CBVCTBI掃描儀的使用；圖9B示出用圖9A中掃描儀攝取的實(shí)時兩維圖像；圖9C示出如圖9B的兩維實(shí)時圖像和三維重構(gòu)的圖像融合；圖10示出從材料庫中獲得的多種組織和損傷的線性衰減系數(shù)的曲線；圖11A和11B示出掃描儀的修改；圖12A-12D示出掃描儀的另一種修改；圖13A-13C示出掃描儀的另一種修改；圖14A-14C示出圖11A-13C的修改的組合；和圖15A-15C示出楔狀物的使用以輔助病人定位從而提高乳房和胸腔壁的覆蓋。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和變型將將參考附圖詳細(xì)說明，其中相同的標(biāo)識號指相同的組件。
伴隨傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)的限制是通過引入具有平板檢測器的錐形束體積CT重構(gòu)技術(shù)而解決的。借助錐形束幾何構(gòu)型和平板檢測器，基于平板的錐形束體積計算的X射線斷層攝影術(shù)乳房成像(CBVCTBI)系統(tǒng)可如圖2A-2F構(gòu)造，且可從單個快速體積掃描獲得乳房的三維(3D)重構(gòu)。和傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)相比，基于平板的CBVCTBI系統(tǒng)提供這樣的能力，以便用X射線斷層攝影術(shù)從鄰近平面(如其它損傷或硬化)中其它物體離析感興趣物體(如損傷)。3D斷層X射線攝影術(shù)重構(gòu)消除損傷交疊并提供乳房解剖結(jié)構(gòu)完全的，真實(shí)的3D描繪。和傳統(tǒng)切片內(nèi)分辨率約1.0lp/mm和跨平面分辨率0.5lp/mm的計算X射線攝影術(shù)(CT)相比，CBVCTBI重構(gòu)可具有2.0lp/mm或更好的等方性的空間分辨率。根據(jù)x射線焦斑的尺寸和固有檢測器分辨率，超高分辨率的感興趣體積(VOI)重構(gòu)可用平板檢測器的變焦模式產(chǎn)生從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)5.0lp/mm或更高的分辨率。
FPD基的CBVCTBI可用集電環(huán)技術(shù)制造。集電環(huán)是一種機(jī)電裝置，其允許電力，信號或兩者跨旋轉(zhuǎn)界面?zhèn)鬏?。集電環(huán)的一個來源是美國加利福尼亞州的South El Monte的Fabricast公司。
CBVCTBI掃描儀的示意性設(shè)計如圖2A-2F所示。CBVCTBI掃描儀具有符合人體工程學(xué)的專利桌子設(shè)計和特別適合目標(biāo)成像的掃描幾何構(gòu)型。
在掃描儀200中，病人P躺在符合人體工程學(xué)的桌子202上以便要掃描的乳房B下垂穿過桌子202中的孔204到乳房托座(holder)205。將在下面更詳細(xì)描述的乳房托座205形成乳房B為圓柱狀以便掃描，該圓柱狀比傳統(tǒng)平板形狀對多數(shù)病人更舒服。為了確保對乳房胸腔壁適當(dāng)?shù)母采w，優(yōu)選至少當(dāng)病人P的左乳房被掃描時，病人P的左手向下放在桌上身體一邊，至少當(dāng)病人P的右乳房被掃描時，病人P的右手向下放在桌上身體一邊。下面，將揭示桌子多種變化以促進(jìn)這樣的安置。桌子202將在下面參考圖2G和2H詳細(xì)說明。
在桌子202下面，托臺206支撐檢測器208和x射線管210，乳房托座205的任一邊有一個。托臺由馬達(dá)212轉(zhuǎn)動以可通過乳房托座205的繞軸A旋轉(zhuǎn)，因此隨著x射線管沿軌道O行駛，乳房B保持在從x射線管O發(fā)射的錐形束C的路徑上。托臺也可由馬達(dá)214移動以沿著垂直路徑V向上和向下移動。可替換地，桌子202可沿著垂直路徑V向上移動和向下移動。檢測器208可通過馬達(dá)216向前移動遠(yuǎn)離軸A以便如果需要就改變放大因子。
為了確保乳房成像的幾何構(gòu)型上的可重復(fù)性和胸腔壁的適當(dāng)?shù)某上瘢榉客凶?05是相對剛性的且由具有低x射線衰減的材料組成。乳房托座是作為桌子202的一部分示出的，但可替換地，可以把它做出托臺206的一部分。乳房托座205將乳房牽引出胸腔壁以保證胸腔壁的適當(dāng)成像并應(yīng)用光和可復(fù)制壓縮以使乳房形成圓柱狀。乳房托座中可有襯墊以保證病人舒服。然后可用活塞218將乳頭向胸腔壁推動從而將z方向覆蓋減少幾個厘米。該活塞推動減小x射線束所需的錐角。因此，借助活塞推動，大多數(shù)乳房掃描(對于高度＜12cm)可通過僅使用環(huán)狀掃描模式而實(shí)現(xiàn)，且對于大多數(shù)乳房，可減少所要求的線投影的數(shù)目。此外，活塞推動提高乳房厚度的一致性，并因此提高腺劑量分布和繞乳頭的腺劑量水平的一致性。
可為對比增強(qiáng)的X射線斷層攝影術(shù)的成像，血管新生研究和某些其它動態(tài)對比研究提供對比注入器(contrast injector)220。多種對比注入介質(zhì)，如碘，是本領(lǐng)域公知的。并不總是需要注入對比介質(zhì)到病人P身體內(nèi)。
桌子202可用圖2D中的桌子202’取代。除了提供兩個乳房孔204，且每個都有乳房托座205，桌子202’類似于桌子202形成。桌子202’是可移動的。一個乳房移動到成圖像的領(lǐng)域并首先被掃描。然后另一個乳房移動到成圖像領(lǐng)域并被掃描。因此，乳房間幾何構(gòu)型關(guān)系被保存?？商鎿Q地，具有兩個乳房托座的兩個乳房可一起被掃描。
可替換地，掃描可在病人P站著時執(zhí)行。如圖2E所示，在這樣的掃描系統(tǒng)200’中，乳房托座205可提供于支架(stand)222上。一個乳房移到成圖像領(lǐng)域并首先被掃描。然后另一個乳房移動到成圖像領(lǐng)域并被掃描?？商鎿Q地，具有兩個乳房托座的兩個乳房可一起被掃描。支持檢測器208和x射線管210的托臺206被取向以繞圖2A-2C中水平軸A’而非垂直軸A旋轉(zhuǎn)。其它方面，系統(tǒng)200’可以類似于示于圖2A-2C的系統(tǒng)。
另一個變型示于圖2F中。除了馬達(dá)214被馬達(dá)224取代以沿著垂直路徑V上下移動桌子202或202’，圖2F的掃描儀200’是基于圖2A-2E中的掃描儀200和200’中的一個。在這種方式中，托臺206不必垂直移動。
桌子202將參考圖2G-2J詳細(xì)解釋。如這兩個圖中所示的桌子被設(shè)計用來暴露盡可能多的乳房于成圖像輻射中而不妨礙數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型。
圖2G-2J示出原型的新設(shè)計，其引入兩種不同幾何構(gòu)型和掃描協(xié)議。如圖2G和2H所示的第一個設(shè)計用于212°(180°加錐角)掃描。桌子202”具有圍繞乳房孔204的碗狀物232。碗狀物232具有近似25mm的深度和近似446mm的直徑。因?yàn)樵诰劢拱吆屯鈿?具有MamRad100外殼的Varian Rad-71)頂部之間有7cm，所選擇的x射線管將被充分提升以消除中央束和符合人體工程學(xué)設(shè)計的病人桌子202”底部邊緣之間的任何死空間。x射線管將超出桌子的側(cè)面和最末端繞乳房旋轉(zhuǎn)212°。而且，Varian PaxScan 2520外殼可以修改以便檢測器的死空間從目前的3.75cm降到約2cm。圍繞乳房穿孔的桌子將在傾斜的區(qū)域234稍微向上傾斜以當(dāng)其在桌子下面旋轉(zhuǎn)時容納檢測器外殼的死空間，從而其活動區(qū)域的頂部與x射線源的中央束一致。借助該設(shè)計，胸腔壁覆蓋將等于射線管和檢測器旋轉(zhuǎn)212°的標(biāo)準(zhǔn)活組織檢查系統(tǒng)。
第二設(shè)計將包括病人桌頂?shù)男略O(shè)計和x射線及檢測器的射線源到圖像距離的改變，如圖2I和2J所示。這些改變使用傾斜的中間區(qū)域236，該中間區(qū)域236允許射線管/檢測器組裝起來在桌子下面連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時最小化這些組件的任何死空間。借助該設(shè)計，胸腔壁覆蓋將等于x射線管和檢測器連續(xù)旋轉(zhuǎn)360°的標(biāo)準(zhǔn)活組織檢查系統(tǒng)的覆蓋。該掃描幾何結(jié)構(gòu)將對于快速動態(tài)研究特別有效。
圖2K更詳細(xì)地示出射線源和檢測器的配置。為了改進(jìn)束特征，使用兩個濾波器。具有所選擇的材料和適當(dāng)材料厚度的譜濾波器240形成一定kVp進(jìn)入的x射線光子的最優(yōu)化的譜形狀。具有指定形狀的束補(bǔ)償濾波器242產(chǎn)生適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入光子流分布，該光子流分布由從胸腔壁到乳頭變化的乳頭厚度決定。對于未壓縮的或稍微壓縮的乳房，隨著橫跨切片位置從胸腔壁到達(dá)乳頭，橫跨切片的直徑從最大值(如12cm)改變到0。為了在重構(gòu)圖像中獲得損傷的恒定SNR，使用束補(bǔ)償濾波器242。這里束補(bǔ)償濾波器是厚度變化的x射線束濾波器(如鋁或其它適當(dāng)?shù)牟牧?，其厚度和dmax-d成線性關(guān)系，其中dmax是胸腔壁處的乳房切片直徑(如12cm)，保證最終投影圖像是平的。
掃描儀200的電路示于圖3A中。托臺206上的計算機(jī)302是通過托臺206的機(jī)械軸上的集電環(huán)304連接至主計算機(jī)系統(tǒng)306。托臺206上的計算機(jī)302也與檢測器208通信，而計算機(jī)302和306和托臺206上多種其它裝置通信，如下面所解釋的那樣。計算機(jī)306進(jìn)一步和用戶控制和圖形用戶界面308通信。
在托臺206上的計算機(jī)302中，CPU 310和檢測器208通過數(shù)字幀抓取器312和平板控制器314通信。CPU 310也和存儲器緩沖器316，硬盤存儲器318和實(shí)時無損失圖像壓縮模塊320通信；通過壓縮模塊320，CPU 310和托臺206上CBVCTBI數(shù)據(jù)傳輸模塊322通信。CPU310直接和托臺上兩個其它裝置，也就是，托臺控制裝置324和x射線控制裝置326通信。X射線控制裝置326可控制曝光脈沖長度，曝光時序，曝光脈沖數(shù)量。此外，x射線控制326可實(shí)時地(動態(tài)地)改變不同投影的x射線曝光水平從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)x射線劑量效率而不降低重構(gòu)的圖像質(zhì)量。
在主計算機(jī)系統(tǒng)306中，主計算機(jī)CPU 328和數(shù)據(jù)傳輸模塊322都直接地并通過實(shí)時圖像壓縮模塊330通信。CPU 328也和存儲器緩沖器332，硬盤存儲器334和并行加速圖像重構(gòu)和壓縮模塊336通信。通過圖像輸出裝置338，CPU 328和接口308通信。CPU 310和328通過集電環(huán)304彼此通信。而且，為了簡潔而沒有在圖3中示出，托臺206和主計算機(jī)系統(tǒng)306上元件之間的所有通信是通過集電環(huán)304發(fā)生的。
具有平行加速圖像重構(gòu)和處理模塊336的CPU 328可從同一組投影圖像執(zhí)行多分辨率體積x射線斷層攝影術(shù)重構(gòu)以提高微硬化和乳癌(腫瘤)的檢查能力，更好地表征乳房腫瘤并因此降低病人P總的累積劑量。CPU 328也可用在CBVCTBI基于圖像的計算機(jī)輔助診斷技術(shù)中以提高乳癌的檢查能力和表征。
集電環(huán)304和快托臺206允許具有類螺旋掃描方案最優(yōu)CPL掃描和快速動態(tài)對比研究。借助這樣的設(shè)計，CBVCTBI掃描可在幾秒內(nèi)完成，且可為動態(tài)對比研究和血管新生研究連續(xù)執(zhí)行幾組掃描。如果x射線源和檢測器的軌跡在錐形束掃描時是單個環(huán)(單個環(huán)錐形束幾何構(gòu)型)，獲得一組不完全的投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)的不完備性導(dǎo)致遠(yuǎn)離中央z平面的平面內(nèi)某些不可避免的模糊和z方向上分辨率損失。使用基于單個環(huán)錐形束幾何構(gòu)型的Feldamp的算法，重構(gòu)誤差的大小由于投影數(shù)據(jù)的不完備性熱增大錐角。計算機(jī)模擬指示對于乳房成像和平均乳房尺寸(高度10cm或更小)，重構(gòu)誤差相對小(＜5％)，而且觀察不到條紋跡象。改進(jìn)的Feldkamp的算法用于小和平均乳房尺寸(高度＜12cm)，和環(huán)加線(CPL)錐形束軌道和其相應(yīng)的濾波器幕后投影算法被用于大乳房(高度＞12cm)。該方法實(shí)際解決了用于CBVCTBI掃描的單個環(huán)錐形束幾何構(gòu)型的投影數(shù)據(jù)不完備的問題。SPIE 1994，2163223-234中Hu，H的“新錐形束重構(gòu)算法及其在環(huán)狀軌道中的應(yīng)用”教導(dǎo)了合適的改進(jìn)的Feldkamp算法。1997年P(guān)roc.SPIE，第3032卷，441-444頁中Hu，H的“用錐形束x射線斷層攝影術(shù)的縱向無邊界物體的精確區(qū)域重構(gòu)”中，和1996年第18卷Scanning的572-581頁中Hu，H的“用于環(huán)狀溝道的改進(jìn)的錐形束重構(gòu)算法”中教導(dǎo)了用于環(huán)加線的合適算法?？捎糜诒景l(fā)明的這些公知算法的改進(jìn)教導(dǎo)于下面的參考文獻(xiàn)中1999年IEEE Trans Med Imag的第18(9)卷的815-824頁中Wang X.和Ning R.的“用于環(huán)加弧采集幾何構(gòu)型的錐形束重構(gòu)算法”，2001年Med.Phys.的第28(6)卷中1042-1055頁的Tang X和Ning R的“用于環(huán)加雙弧軌道的錐形束濾波的幕后投影(CB-FBP)重構(gòu)算法”。在上面引用的文章中的算法是作為例子給出的而非用來限制。任何其它合適的算法可被采用。
環(huán)狀掃描可用CBVCTBI掃描儀以下面的方式執(zhí)行1)定位病人P的乳房于病人桌子202的孔204中，且輕微壓縮乳房托座205以將乳房形成圓柱狀；2)形狀托臺206以獲得一組180°加錐角(如212°，如上面指出的那樣)，或N×360°的環(huán)投影，其中N是正整數(shù)(1，2，3，...)。CPL掃描可按下面步驟用以集電環(huán)技術(shù)的類螺旋掃描執(zhí)行1)定位病人P的乳房B于病人桌子202的孔204中，且輕微壓縮乳房托座205以將乳房形成圓柱狀；2)旋轉(zhuǎn)托臺206以獲得一組環(huán)投影；和3)一旦環(huán)投影完成，控制托臺206以向下移動并旋轉(zhuǎn)(可替換地，在圖2F的實(shí)施例中，病人桌子202可向上移動，而x射線源210和檢測器208一起旋轉(zhuǎn))，僅在0°和180°提取投影以便每次旋轉(zhuǎn)獲得兩線投影。預(yù)期需要多線投影以重構(gòu)相當(dāng)大尺寸乳房。圖4示出環(huán)狀軌道C1和C2及位置L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7和L8，在這些位置處，在一個可能的掃描中提取線投影。因此，可提供環(huán)加線幾何構(gòu)型的類螺旋執(zhí)行。環(huán)加線幾何構(gòu)型的類螺旋執(zhí)行的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是減少線投影采集和環(huán)投影采集之間的過度時間。
而且，在180度加錐形束角掃描中，托臺在軌道C1或C2上旋轉(zhuǎn)總角度為180度加錐形束角，這在圖2B中視為θ。在360度掃描或N×360度掃描中，托臺繞軌道C1或C2移動適當(dāng)次數(shù)。合適的重構(gòu)算法教導(dǎo)于SPIE 1994，2163223-234中Hu，H的“新錐形束重構(gòu)算法及其在環(huán)狀軌道中的應(yīng)用”教導(dǎo)了合適的改進(jìn)的Feldkamp算法。1997年P(guān)roc.SPIE，第3032卷，441-444頁中Hu，H的“用環(huán)加線的錐形束x射線斷層攝影術(shù)的縱向無邊界物體的精確區(qū)域重構(gòu)”中，和1996年第18卷Scanning的572-581頁中Hu，H的“用于環(huán)狀溝道的改進(jìn)的錐形束重構(gòu)算法”中教導(dǎo)了用于環(huán)加線的合適算法。可用于本發(fā)明的這些公知算法的改進(jìn)教導(dǎo)于下面的參考文獻(xiàn)中1999年IEEE Trans Med Imag的第18(9)卷的815-824頁中Wang X.和Ning R.的“用于環(huán)加弧采集幾何構(gòu)型的錐形束重構(gòu)算法”，2001年Med.Phys.的第28(6)卷中1042-1055頁的Tang X和Ning R的“用于環(huán)加雙弧軌道的錐形束濾波的幕后投影(CB-FBP)重構(gòu)算法”。在上面引用的文章中的算法是作為例子給出的而非用來限制。任何其它合適的算法可被采用。讀者的注意力應(yīng)該集中到美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，和6480565，這些專利都是本發(fā)明人申請的。
圖7A-7G示出上面步驟的例子。圖7A示出符合人體工程學(xué)具有乳房孔204的桌子202。在圖7B和7C中，病人P躺在桌子202上，且一個乳房B延伸穿過孔204。在圖7D中，乳房托座205繞乳房B安置，且活塞218被安放在乳房B的下面，其中該乳房托座205具有兩半205a和205b。在圖7E中，乳房托座205的兩半205a和205b和活塞218結(jié)合在一起以壓縮乳房B成所需的圓柱狀。在圖7F中，載有檢測器208和x射線管210的托臺206繞乳房B安置。在圖7G中，托臺206旋轉(zhuǎn)，且乳房B由x射線管210發(fā)射的錐形束C成像。圖2A-2F的任何一個實(shí)施例可以該使用。
存在基于環(huán)狀錐形束軌道和CPL軌道的濾波的幕后投影錐形束重構(gòu)算法。上面已經(jīng)引用了例子。這樣的算法不僅計算效率高，而且能夠處理縱向截斷投影問題。
與要求剛性乳房壓縮以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)圖像質(zhì)量(這使很多病人抱怨痛疼)的傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)不同，CBVCTBI不要求剛性乳房壓縮但優(yōu)選圓柱狀形式以促進(jìn)3D乳房成像的幾何構(gòu)型的可重復(fù)性。不需剛性壓縮，和傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)相比，用于CBVCTBI的乳房的最大厚度大得多。為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)乳房X射線攝影術(shù)中最大物體對比，有必要使用非常低kVp以實(shí)現(xiàn)17-23keV的有效能量，如可從圖1中衰減曲線看到的那樣。雖然對壓縮的平均尺寸的乳房這效果最優(yōu)，使用這樣低kVp對壓縮的大密度的乳房不能效果最優(yōu)。這表面使用這樣低的有效能量(17-23keV)將不能在CBVCTBI掃描中提供對未壓縮的乳房足夠的穿透。此外，從下面表1中可以看到CBVCTBI具有寬的多工作能量區(qū)間。因此，有更多的空間以在對比，劑量和x射線系統(tǒng)功率輸出之間做出折衷(參看表1)。我們要求在一次掃描中有幾百非常短的曝光。在CBVCTBI成像中，選擇最優(yōu)kVp范圍和陽極濾波組合以實(shí)現(xiàn)最佳劑量效率。計算機(jī)模擬指示對于平均未壓縮的最優(yōu)有效能量范圍是33-40keV。
表1 投影圖像和CT圖像中計算的癌的物體對比

CT圖像對比-1是癌對50％/50％的腺體和脂肪；CT圖像對比-2是癌對100％的腺體。
初始，體積掃描速度將被實(shí)時FPD的最大幀速率限制。電流可得到的實(shí)時FPD具有30-60幀/每秒的幀速率。然而，平板研究人員指出未來幀速率可達(dá)到120幀/秒(1K×1K像素/幀)和480幀/秒，且具有垂直的讀出線(256×1K像素/幀)。在未來，當(dāng)檢測器的幀速率達(dá)到480幀/秒，根據(jù)要求的分辨率乳房的體積掃描時間將縮短到1-2秒，和/或投影數(shù)量可增加以提高圖像質(zhì)量。由于使用了平板檢測器，集電環(huán)技術(shù)，和導(dǎo)致精確重構(gòu)的錐形束重構(gòu)算法，F(xiàn)PD基的CBVCTBI掃描儀代表了重要的技術(shù)進(jìn)步。
有三種類型的電子成像區(qū)域檢測器熒光屏CCD區(qū)域檢測器(FS-CCD)，圖像增強(qiáng)器CCD(II-CCD)檢測器和平板檢測器(FPD)。三種電流大面積檢測器的比較示于下面的表2中。如表2所示，F(xiàn)S-CCD檢測器具有5％到10％DQE。這導(dǎo)致這樣的圖像噪聲，在等輻射劑量基礎(chǔ)上，其顯著大于現(xiàn)代螺旋CT掃描儀實(shí)現(xiàn)的圖像噪聲。圖像增強(qiáng)器可實(shí)現(xiàn)診斷輻射范圍內(nèi)50％或更高的DQE，且在等輻射劑量基礎(chǔ)上，能夠提供比基于FS-CCD的體積成像系統(tǒng)好得多的低對比分辨率。
表2 三種不同區(qū)域檢測器比較(用于檢測器的新表)

表3 用于CBVCTBI的FPD所需的參數(shù)

然而，II-CCD基的系統(tǒng)具有某些優(yōu)點(diǎn)如大體積尺寸，其不適合于CBVCTBI，有限的動態(tài)范圍(1000-3000∶1)，幾何構(gòu)型失真(枕型失真和S失真)和幔閃光，這進(jìn)一步限制低對比和空間分辨率的提高。因此，F(xiàn)PD是優(yōu)選的。FPD可以是薄膜晶體管陣列FPD，其可獲得靜態(tài)圖像(x射線攝影圖像)和動態(tài)圖像(實(shí)時采集)。表3示出FPD的所需參數(shù)和FPD的當(dāng)前參數(shù)之間的比較。另一個優(yōu)選檢測器是任何區(qū)域檢測器，其分辨率超過1lp/mm且采集速率超過2幀每秒，該采集速率可采集靜態(tài)數(shù)字圖像和動態(tài)圖像。
開發(fā)和優(yōu)化x射線散射控制和減少技術(shù)對CBVCTBI是一個大挑戰(zhàn)，因?yàn)镃BVCTBI比扇束CT難于免受散射影響。CBVCTBI圖像對比由散射降低而沒有有效控制技術(shù)。散射可用混和技術(shù)降低，該混和技術(shù)使用空氣間隙技術(shù)控制散射和用于檢測的散射的實(shí)用軟件校正技術(shù)。扇束CT和CBVCTBI之間一個主要差別是x射線準(zhǔn)直。在扇束CT中使用非常窄狹縫準(zhǔn)直將散射對初級(scatter-to-primary)比例(SPR)降為0.2或更低。另一方面，在用于僅有空氣間隙技術(shù)的乳房x射線攝影術(shù)的錐形束幾何構(gòu)型中使用大錐體準(zhǔn)直導(dǎo)致對平均乳房厚度平均SPR達(dá)到1。為了最小化病人劑量，抗散射光柵不用于平均乳房尺寸乳房。軟件校正技術(shù)被用于校正檢測的散射并降低總的平均SPR至0.2或更低。旋轉(zhuǎn)濾波(convolution filtering)技術(shù)和FPD檢測的散射被用來評估散射分布并然后從總投影中將其減去。Love，L.A.在1987年14(2)卷的Med.Phys.的178-185頁中“使用旋轉(zhuǎn)濾波器的數(shù)字x射線攝影系統(tǒng)的散射的散射評估”中教導(dǎo)的公知旋轉(zhuǎn)濾波技術(shù)被為圖像增強(qiáng)器基的成像系統(tǒng)執(zhí)行，并對不同解剖結(jié)構(gòu)和不同臨床應(yīng)用產(chǎn)生平均6.6％的誤差百分率。這等于減少SPR達(dá)到14的因子。甚至對FPD基的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更好的散射校正結(jié)果，因?yàn)楹虸I基的系統(tǒng)相比，沒有幔閃光成分，在II基的系統(tǒng)中有更主要的成分?；谙惹暗难芯亢统醪窖芯拷Y(jié)果，預(yù)期每個錐形束投影中平均SPR可減少至0.2。這是可在扇束切片CT中實(shí)現(xiàn)的相等的SPR，使用混合散射校正技術(shù)(軟件校正加空氣間隙)。該分析和初步結(jié)果示出借助上面提到的x射線散射減少和校正技術(shù)，F(xiàn)PD基的CBVCTBI系統(tǒng)對乳癌檢查提供更合適低的對比分辨率。
優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合空氣間隙技術(shù)和抗散射光柵和軟件校正技術(shù)用于殘余散射。10-15厘米空氣間隙技術(shù)是防止大角度散射輻射達(dá)到檢測器從而降低平均SPR至小于1的有效方法。考慮了CBVCT系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)中心到檢測器的距離將是20厘米。借助該幾何構(gòu)型，空氣間隙超過15厘米以實(shí)現(xiàn)小于1的平均SPR。
基于用來評估每個投影圖像中殘余散射分布的旋轉(zhuǎn)濾波方法或內(nèi)插值方法，投影圖像中的殘余散射被除去。在旋轉(zhuǎn)濾波方法中，殘余散射是作為低通，空間濾波的形式的總投影(散射加初級)建模的。在評估每個投影中的殘余散射后，殘余散射輻射然后被減去以獲得用于重構(gòu)的初步分布。該技術(shù)有效地將SPR從1.0減少到0.2或更少。適當(dāng)?shù)募夹g(shù)教導(dǎo)于本發(fā)明人2002年2月21日共案申請的專利10/078529。
傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)濾波方法要求每個投影角有兩個x射線投影以精確地評估殘余散射一個具有用于計算換算因子的束終止陣列而另一個沒有束終止陣列。這不實(shí)用，且要在CBVCTBI中顯著增加病人劑量。為了克服這些困難，優(yōu)選實(shí)施例使用偵察圖像以便為每個病人實(shí)時評估散射分布。在開始掃描之前，獲取一個偵察投影圖像，如標(biāo)準(zhǔn)扇束CT中那樣。傳統(tǒng)地，偵察圖像被用于定位，和勘測身體尺寸以實(shí)時調(diào)整x射線曝光水平并降低病人劑量(和GE螺旋CT中“Smart ScanTM，那樣)。在獲取偵察圖像之前，如圖5A和5B所示，小鉛球軸承506的正方形模具504被安置在x射線準(zhǔn)直器502和乳房B之間。初級散射分布和取樣散射分布都從偵察圖像用引導(dǎo)束終止陣列評估。評估的初級圖像被用于偵察目的。用于評估散射分布的換算因子和取樣角位置處的旋轉(zhuǎn)心(convolution kernels)可被確定。然后，在相應(yīng)角位置用旋轉(zhuǎn)心評估散射分布并從檢測的投影中將其減去。為了降低病人P的輻射劑量和計算負(fù)荷，僅獲取要求的最小量的偵察圖像。僅要求一個或兩個偵察圖像，因?yàn)樵谳p微壓縮之后，乳房具有圓柱形狀，且當(dāng)旋轉(zhuǎn)濾波被應(yīng)用至不同解剖結(jié)構(gòu)時，該方法的精確性不高度依賴于旋轉(zhuǎn)心的精確形狀，只要其尺寸足夠大。
指數(shù)心(exponential kernel)被用于殘余散射的評估，因?yàn)?D指數(shù)心是最優(yōu)形成。相同的2D指數(shù)心在被壓縮后用于所有投影，乳房具有圓柱形狀且散射分布的角位置幾乎不變。
另一個可用于本發(fā)明以提高乳房腫瘤檢查的技術(shù)是超高分辨率感興趣體積(VOI)重構(gòu)模式，其類似于放大的乳房x射線攝影術(shù)。該技術(shù)可用于對可疑損傷聚焦。
本領(lǐng)域公知平板檢測器具有焦距模式。這樣的平板檢測器的一個來源是美國加利福尼亞的Mountain View的Varian ImagingProducts。
如Varian平板檢測器的平板檢測器的聚焦模式被用來獲取用于超高VOI重構(gòu)的投影數(shù)據(jù)。在聚焦模式中，借助滿4lp/mm分辨率的傳感器，檢測器可以30幀/秒的速率獲取768×960像素的隨機(jī)塊。檢測器的像素尺寸是127微米。具有0.1和0.3毫米的雙焦斑x射線管被采用。超高分辨率VOI可用0.3毫米的焦斑，以便焦斑的尺寸不是VOI模式的空間分辨率的限制因子。因此，聚焦模式的FOV(視場)是9.75×12.2厘米。為了降低病人P所需的輻射，在VOI采集中，準(zhǔn)直器限制輻射于ROI(感興趣區(qū)域)內(nèi)。需要準(zhǔn)直的窄帶(約2厘米寬)。如果乳房直徑大于12.2厘米，在超過VOI模式中采集的投影數(shù)據(jù)在橫向上被截短。如果重構(gòu)是從截短的數(shù)據(jù)而沒有預(yù)處理該數(shù)據(jù)獲得的，則會有一些條紋跡象。傳統(tǒng)處理截短的投影數(shù)據(jù)的方法是在濾波之前將投影數(shù)據(jù)嵌入余弦波。幸運(yùn)地，在本例中，超出VOI區(qū)域中完備的信息已經(jīng)可從前面較低分辨率掃描中獲得。該信息可用來嵌入截短的投影數(shù)據(jù)并然后完成VOI重構(gòu)。計算機(jī)模擬指示這樣的算法消除截短的數(shù)據(jù)引入的VOI內(nèi)的重構(gòu)跡象。預(yù)期這樣的技術(shù)比傳統(tǒng)方法好。進(jìn)一步預(yù)期超高分辨率VOI重構(gòu)技術(shù)可借助合理的x射線劑量的增加提供達(dá)到5.0lp/mm的分辨率。上面揭示的VOI技術(shù)可用來檢測其它癌，如肺癌。
CBVCTBI的另一個用途是檢測體積增長。一個公知的惡性指示器是腫瘤的快速增長。因?yàn)榱夹阅[瘤特征為缺少增長，監(jiān)視腫瘤的體積增長的變化速率可以識別其是否是惡性的并需要立即除去。精確評估腫瘤的體積增長速率可用來預(yù)測腫瘤的加倍時間并對醫(yī)生做出診斷和治療決定是非常有幫助的。
感興趣的體積被掃描，且獲得3D重構(gòu)矩陣。然后自動檢查算法被用來檢查腫瘤，且對所有檢查到的腫瘤執(zhí)行3D分段。一旦3D分段完成，通過計數(shù)所有三維像素確定每個腫瘤的體積，這些三維像素在分段過程中被確定為屬于腫瘤。執(zhí)行這樣的功能的公知的軟件包是具有3D分段軟件的“ANALYZE”3D顯示軟件包。體積增長可通過在不同的時間執(zhí)行相同的過程并比較體積而確定。
體積增長測量比直徑增長更靈敏的多，因?yàn)轶w積改變是直徑的三次方的函數(shù)。乳房腫瘤體積相應(yīng)的增長比腫瘤直徑相應(yīng)的改變大的多。因此，相比傳統(tǒng)乳房x射線攝影術(shù)，CBVCTBI基的體積增長測量技術(shù)更精確地確定乳房腫瘤的改變，傳統(tǒng)乳房x射線攝影術(shù)只能在改變相對大時評估直徑改變。
圖6A-6C示出動態(tài)準(zhǔn)直器601，其可在上面揭示的任何實(shí)施例中的CBVCTBI中使用。動態(tài)準(zhǔn)直器可用來降低對病人P的不必要的輻射同時獲取用于常規(guī)CBVCTBI重構(gòu)的常規(guī)投影數(shù)據(jù)和/或用于VOI重構(gòu)的超高空間分辨率投影。動態(tài)準(zhǔn)直器601包括鉛或另一種合適材料的準(zhǔn)直器主體603，其中具有孔隙605用于接收從x射線源210發(fā)出的x射線的所需部分607。準(zhǔn)直器主體603可以任何合適的方式消除，但優(yōu)選用彼此間隔距離a的兩個鉛葉片611和彼此間隔間距b的兩個鉛頁609形成。因此，孔隙605具有尺寸a×b的矩形形狀。步進(jìn)馬達(dá)613，615在兩個垂直方向上移動準(zhǔn)直器603，直到在坐標(biāo)(u0，v0)的中央孔隙605相應(yīng)于感興趣體積中央。借助準(zhǔn)直器601，x射線對常規(guī)CBVCTBI重構(gòu)和/或超高分辨率采集僅輻射ROI，且可獲得常規(guī)CBVCTBI重構(gòu)圖像和/或超高分辨率重構(gòu)圖像。步進(jìn)馬達(dá)613，615也控制每對葉片之間的間隔，以便a和b可以改變。
對于平均乳房尺寸(繞胸腔壁10-12cm)和0.36mm的重構(gòu)三維像素尺寸，240mRad的相等的輻射劑量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面使用CBVCTBI可檢查的最小癌是直徑1-2mm，且最小硬化是直徑0.2mm。結(jié)果意味著借助總劑量水平低于平均尺寸乳房的單個篩選乳房x射線攝影術(shù)檢查(假定每個乳房要求兩個視圖)的劑量水平，CBVCTBI成像能夠檢查幾毫米癌和0.2mm硬化。借助這樣的輻射劑量水平和這樣的檢查能力，病人的受益對風(fēng)險比率可超過800∶1。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將參考圖8A，8B和9A-9C解釋。
CBVCTBI提供形成三維圖像的能力，而傳統(tǒng)乳房x射線攝影術(shù)局限于兩維。這樣的分離在兩維圖像中是不可能的。
更特別地，如圖8A中看到的那樣，傳統(tǒng)乳房x射線攝影術(shù)技術(shù)使用x射線源802至檢測器810上乳房的圖像平面804，806和808。最終的兩維顯示，如812所示，總有交疊問題并因此具有有限的乳癌檢查的靈敏度和確定性。更特別地，平面808中的損傷814不能和與平面806中交疊的其它物體816區(qū)分開來。
通過對比，如圖8B所示，CBVCTBI提供包括平面804，806和808的分離成像的三維圖像。在三維重構(gòu)步驟820和顯示步驟822之后，三個平面804，806和808在分離的圖像824，826和828中成像。因此，損傷814可與交疊的其它物體816分離。因此，CBVCTBI重構(gòu)圖像分離疊加的平面，并與圖8A中的傳統(tǒng)投影乳房x射線攝影術(shù)相比顯著提高乳癌檢查的靈敏度和確定性。
當(dāng)然，僅三個平面的顯示是為了說明性的目的且不能解釋為限制本發(fā)明。
進(jìn)一步，三維成像可用在圖像導(dǎo)引的活組織檢查技術(shù)中。例如，如圖9A所示，掃描儀200被用來導(dǎo)引活組織檢查針902至病人P的乳房B中的損傷904。圖9B示出用掃描儀200提取的實(shí)時兩維圖像，其中活組織檢查針902和損傷904示于乳房B中。圖9C示出如圖9B中的兩維實(shí)時圖像和三維重構(gòu)的圖像融合。借助圖9C的三維重構(gòu)，活組織檢查針902可被導(dǎo)引朝向三維中的損傷904。
材料庫，存儲不同組織和材料的x射線衰減特征，可用于改進(jìn)計算。該庫可存儲在計算裝置中作為對照表或任何其它合適形式。借助材料庫，發(fā)明人獲得圖10中的曲線，該曲線描繪5種乳房組織和損傷，也就是脂肪，腺體，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，癌和硬化的x射線的線性衰減系數(shù)如何隨不同光子能量水平改變。硬化的值遠(yuǎn)大于其它材料的值，這意味著硬化極其高的相對對比使得尺寸為100微米的小斑的檢查成為可能，盡管可觀察到的亮度蔓延。注意當(dāng)keV較低時，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)和其它軟組織的值彼此顯著不同。然而，當(dāng)keV較高時，差異變得較不顯著。顯然，用于CT的正常x射線技術(shù)(如120kVp和300mA)不適合于乳房成像，如在早期CTM中發(fā)生的一樣，因?yàn)樽銐虻膶Ρ葘浗M織成像是必要的且不合適的技術(shù)將危害損傷檢查所需的對比。
下面將再揭示優(yōu)選實(shí)施例的三個變型。
示于圖11A和11B的CBVCTBI掃描儀的一個這樣的變型允許病人P在桌子1100處于豎直時先站在臺階1102上，如圖11A所示。然后，通過用計算機(jī)或手動控制的馬達(dá)1104或1106調(diào)整臺階的垂直位置，病人P的乳房將定位在桌子中孔1108的中心。在該過程中，病人P將被包裹(未示出)以防止病人P移動，且桌子將轉(zhuǎn)變?yōu)樗轿恢靡员銠z查，如圖11B所示。使用該特征定位病人P將更方便。
CBVCTBI乳房成像掃描儀的另一個變型是建造這樣的病人桌子以便有多個孔穿過桌子，且一個孔1202的中心在要被掃描的乳房的旋轉(zhuǎn)中心處，如圖12A所示。另一個孔或多個孔1204鄰近乳房孔1202的一邊或多個邊以允許病人P的手自然垂下。以這種方式，對某些病人可實(shí)現(xiàn)乳房胸腔壁的適當(dāng)覆蓋。以這種形式，掃描協(xié)議和重構(gòu)算法可與手臂不下垂的情形不同。圖12B示出用計算機(jī)控制的x射線強(qiáng)度調(diào)制器1210的360°掃描軌道，該調(diào)制器1210降低對病人P的輻射劑量同時實(shí)現(xiàn)一致的投影圖像質(zhì)量，并然后用重構(gòu)算法重構(gòu)整個乳房和手臂，其中重構(gòu)算法是1999年IEEE Trans Med Imag的第18(9)卷的815-824頁中Wang X.和Ning R.的“用于環(huán)加弧采集幾何構(gòu)型的錐形束重構(gòu)算法”，2001年Med.Phys.的第28(6)卷中1042-1055頁的Tang X和Ning R的“用于環(huán)加雙弧軌道的錐形束濾波的幕后投影(CB-FBP)重構(gòu)算法”，SPIE 1994，2163223-234中Hu，H的“新錐形束重構(gòu)算法及其在環(huán)狀軌道中的應(yīng)用”，和/或1994年第16卷Scanning的216-220頁中Wang G，Liu Y，Cheng PC的“半掃描錐形束x射線微x射線斷層攝影術(shù)規(guī)則”。上面引用的算法是作為說明性的而非限制性的。任何其它合適的算法可被使用。讀者的注意力應(yīng)集中到本發(fā)明人的美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892。計算機(jī)控制的x射線調(diào)制器(示于圖12B中)在投影采集時按照病人厚度的變化，通過增加或降低x射線管電流(mA)或射線管電壓(kVp)或mA和kVp而調(diào)制輻照到病人P的x射線強(qiáng)度。可替換地，如圖12C所示，可使用180度加錐角掃描軌道。另一個選擇是執(zhí)行部分掃描(如圖12D所示)而不掃描手臂，并從部分掃描的投影數(shù)據(jù)用迭代重構(gòu)算法重構(gòu)乳房，該重構(gòu)算法是2003年2月16日San Diego的SPIE MI2003中Chen Z，和Ning R的“平板檢測器基的迭代錐形束重構(gòu)中使用像素金字塔的精確透視投影計算”。上面引用的算法是作為說明性的而非限制性的。任何其它合適的算法可被使用。讀者的注意力應(yīng)集中到本發(fā)明人的美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892。
還有另一個CBVCT乳房成像掃描儀變型是在一個掃描內(nèi)掃描兩個乳房，如圖13A和13B所示。桌子1300具有兩個乳房孔1302；否則，其可以如圖11A和11B中桌子或任何其它合適的方式配置。該形式將引入計算機(jī)控制的準(zhǔn)直以形成只覆蓋乳房的x射線束。該桌子具有兩個乳房孔且可橫向和縱向移動以將乳房定位在旋轉(zhuǎn)中心一定時間用于掃描從而減少再定位病人P的時間并提高處理能力。在該形式的桌子里，掃描協(xié)議和重構(gòu)算法可與只有一個乳房孔的中的一樣。
另一個提出的使用圖13A和13B中桌子的CBVCT乳房成像掃描儀變型是計算機(jī)控制的x射線調(diào)制器在一個掃描內(nèi)掃描兩個乳房，該計算機(jī)控制的x射線調(diào)制器降低對病人P的輻射劑量同時實(shí)現(xiàn)一致的投影圖像質(zhì)量。不要求病人的桌子對同一個病人P在掃描之間移動。該形式將引入計算機(jī)控制的準(zhǔn)直器1306(請看圖13C)以形成僅覆蓋乳房組織的x射線束。對于該形式，檢測器1304的尺寸將足夠大以在單個掃描覆蓋兩個乳房。計算機(jī)控制的x射線調(diào)制器在投影采集時按照病人厚度的變化通過增加或降低x射線管電流(mA)或射線管電壓(kVp)或mA和kVp而調(diào)制對病人P的x射線強(qiáng)度。可以采用下面的重構(gòu)算法，這些重構(gòu)算法是1999年IEEE Trans Med Imag的第18(9)卷的815-824頁中Wang X.和Ning R.的“用于環(huán)加弧采集幾何構(gòu)型的錐形束重構(gòu)算法”，2001年Med.Phys.的第28(6)卷中1042-1055頁的Tang X和Ning R的“用于環(huán)加雙弧軌道的錐形束濾波的幕后投影(CB-FBP)重構(gòu)算法”，SPIE 1994，2163223-234中Hu，H的“新錐形束重構(gòu)算法及其在環(huán)狀軌道中的應(yīng)用”。上面引用的文章中給出的算法僅作為說明性的而非限制性的?？墒褂闷渌线m的算法；讀者的注意力應(yīng)集中到本發(fā)明人的美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892。
另一個提出的CBVCT乳房成像掃描儀的形式示于圖14A和14B。在掃描中，計算機(jī)控制的準(zhǔn)直器和計算機(jī)控制的x射線強(qiáng)度調(diào)制器以如上面討論的相同的方式使用(參看圖14C)。桌子1400具有四個孔1402，1404，其中兩個內(nèi)孔1402是乳房孔和兩個外孔1402允許病人P在掃描過程中自然垂下手臂。在該形式中，病人桌子可以橫向和縱向移動以定位乳房在旋轉(zhuǎn)中心一定時間用于掃描，從而降低病人再定位的時間，并在掃描中手臂自然垂下時提高處理能力以實(shí)現(xiàn)對某些病人乳房的胸腔壁適當(dāng)?shù)母采w。在該形式的桌子中，掃描協(xié)議和重構(gòu)算法可以僅有一個乳房孔和手臂孔中的一樣。
CBVCT乳房成像掃描儀的另一種形式是在一個掃描內(nèi)掃描兩個乳房同時兩個手臂自然下垂以允許胸腔壁處的乳房組織的適當(dāng)覆蓋，如圖14A和14B所示。與前面的形式不同，不要求病人桌子在為同一個病人掃描之間移動。在掃描過程中，計算機(jī)控制的準(zhǔn)直器和計算機(jī)控制的x射線強(qiáng)度調(diào)制器以與上面所述相同的方式使用(參看圖14C)。有四個孔穿過桌子且桌子的中心在旋轉(zhuǎn)中心處。兩個內(nèi)孔用于要被掃描的乳房，如圖14B所示。兩個外孔靠近前者的一側(cè)以允許病人P的手自然垂下，如圖14A和14B所示。以這種方式，可實(shí)現(xiàn)對某些病人乳房胸腔壁的適當(dāng)覆蓋。以這種形式，掃描協(xié)議和重構(gòu)算法與手臂不垂下時的不同。一個選擇是執(zhí)行部分掃描(如圖12D所示)而不掃描手臂，并從部分掃描的投影數(shù)據(jù)用迭代重構(gòu)算法重構(gòu)乳房，該迭代重構(gòu)算法是2003年2月16日San Diego的SPIE MI2003中Chen Z，和Ning R的“平板檢測器基的迭代錐形束重構(gòu)中使用像素金字塔的精確透視投影計算”。上面引用的算法是作為說明性的而非限制性的。任何其它合適的算法可被使用。讀者的注意力應(yīng)集中到本發(fā)明人的美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892。另一個選擇是使用示于圖12B或12C中的掃描協(xié)議借助x射線強(qiáng)度調(diào)制器掃描兩個乳房和手臂，并然后用下面的重構(gòu)算法重構(gòu)整個乳房和手臂1999年IEEE Trans Med Imag的第18(9)卷的815-824頁中Wang X.和Ning R.的“用于環(huán)加弧采集幾何構(gòu)型的錐形束重構(gòu)算法”，2001年Med.Phys.的第28(6)卷中1042-1055頁的Tang X和Ning R的“用于環(huán)加雙弧軌道的錐形束濾波的幕后投影(CB-FBP)重構(gòu)算法”，SPIE 1994，2163223-234中Hu，H的“新錐形束重構(gòu)算法及其在環(huán)狀軌道中的應(yīng)用”，或1994年第16卷Scanning的216-220頁中WangG，Liu Y，Cheng PC的“半掃描錐形束x射線微x射線斷層攝影術(shù)規(guī)則”。上面引用的文章中的算法是說明性的而非限制性的?？墒褂闷渌线m的算法；讀者的注意力應(yīng)集中到本發(fā)明人的美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892。
如圖15A和15B所示，另一種形式的CBVCT乳房成像掃描儀是一次掃描一個乳房，且楔形物1502在病人桌子1500上。使用楔形物1502的目的是為了當(dāng)左邊乳房掃描后稍微逆時針旋轉(zhuǎn)病人P的身體，或當(dāng)右邊乳房掃描后稍微順時針旋轉(zhuǎn)病人P的身體，從而實(shí)現(xiàn)在CBVCTBI掃描時對乳房胸腔壁的適當(dāng)覆蓋。對病人P使用楔形物示于圖15C中。在該情形中，病人桌子可以是任何形式的病人桌子，其允許一次掃描一個乳房，在本申請和美國專利6480565中都作了討論。雖然病人P的雙手在圖15C中是向上示出的，優(yōu)選當(dāng)病人P的左乳房被掃描時至少病人P的左手向下放在桌子上身體的一邊，且當(dāng)右乳房被掃描時，至少右手向下放在身體的一邊。
雖然上面詳細(xì)說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和變型，考查了該公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解在本發(fā)明的范疇內(nèi)其它實(shí)施例是可能的。例如，可使用非x射線的其它輻射。而且，圖像分析技術(shù)，如美國專利5999587，6075836，6298110，6477221，6480565和6504892(都由本發(fā)明人發(fā)明)中揭示的技術(shù)都可使用，這些發(fā)明的公開內(nèi)容都以參考的方式包括在這里。因此，本發(fā)明應(yīng)僅由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的裝置，所述裝置包括托臺框；至少一個馬達(dá)，用于移動托臺框以形成數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型，在該數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型中圖像數(shù)據(jù)被采集；固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的輻射束的源；固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的兩維(2D)數(shù)字檢測器，所述2D數(shù)字檢測器被安置在輻射束的路徑中；和采集數(shù)據(jù)時病人躺在其上面的桌子，桌子支撐病人以便乳房被安置在錐形束輻射源和所述2D數(shù)字檢測器之間，所述桌子具有孔，乳房延伸通過它，且該孔經(jīng)配置以便整個乳房延伸穿過所述孔，所述桌子在輻射束的路徑上；其中所述至少一個馬達(dá)移動所述托臺框以便2D數(shù)字檢測器進(jìn)行乳房的體積掃描。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述桌子包括碗狀物，其圍繞所述孔和一個至少部分圍繞碗狀物的外面部分，所述碗狀物相對外面部分凹陷。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述碗狀物具有底表面；所述外面部分具有底表面；和所述碗狀物的底表面在外面部分的底表面之下。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述輻射束具有上部范圍(upperextent)；和所述輻射束的上部范圍和在孔處的碗狀物的下表面基本一致。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述源具有最上面位置；和所述源的最上面位置比在孔處的碗狀物的下表面高。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述源的最上面位置比所述桌子的外面部分的下表面低。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述源的最上面位置比所述桌子的外面部分的下表面高。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述桌子進(jìn)一步包括在外面部分和碗狀物之間的中間位置，所述中間部分相對外面部分凹陷，且所述碗狀物相對該中間部分凹陷。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述源包括束補(bǔ)償濾波器，其用于根據(jù)不均勻的乳房厚度補(bǔ)償輻射束。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述束補(bǔ)償濾波器對每個橫向切片具有一定厚度，該厚度是(dmax-d)的函數(shù)，其中d是乳房在所述每個橫向切片處的直徑，而dmax是乳房最大直徑。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述函數(shù)是線性函數(shù)。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述源進(jìn)一步包括譜濾波器，其用于在所述束中產(chǎn)生一定的譜分布。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括用于按照體積掃描形成圖像的計算裝置，其接收檢測器輸出。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述計算裝置包括用于存儲材料庫的存儲器，該材料庫包括用于多種乳房組織和損傷類型的x射線線性衰減系數(shù)數(shù)據(jù)，且其中所述計算裝置按照材料庫形成圖像。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述多種乳房組織和損傷類型包括脂肪組織，腺組織，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，癌和硬化。
16.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的裝置，所述裝置包括托臺框；至少一個用于移動托臺框以形成數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型的馬達(dá)，在該數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型中圖像數(shù)據(jù)被采集；固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的輻射束的源，所述源包括用于根據(jù)乳房不均勻的厚度補(bǔ)償所述束的束補(bǔ)償濾波器；和固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的兩維(2D)數(shù)字檢測器，所述2D數(shù)字檢測器被安置在輻射束的路徑中；其中所述至少一個馬達(dá)移動所述托臺框以便2D數(shù)字檢測器進(jìn)行乳房的體積掃描。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述束補(bǔ)償濾波器對每個橫向切片具有一定厚度，該厚度是(dmax-d)的函數(shù)，其中d是乳房在所述每個橫向切片處的直徑，而dmax是乳房最大直徑。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述函數(shù)是線性函數(shù)。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述源進(jìn)一步包括用于在束中產(chǎn)生譜分布的譜濾波器。
20.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的裝置，所述裝置包括托臺框；至少一個用于移動托臺框以形成數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型的馬達(dá)，在該數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型中圖像數(shù)據(jù)被采集；固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的輻射束的源；固定到所述托臺框上以隨托臺框移動的兩維(2D)數(shù)字檢測器，所述2D數(shù)字檢測器被安置在輻射束的路徑中；和接收來自所述檢測器的輸出的計算裝置，其用于按照體積掃描形成圖像，該計算裝置包括用于存儲材料庫的存儲器，該材料庫包括用于多種乳房組織和損傷類型的衰減數(shù)據(jù)，且其中所述計算裝置按照材料庫形成圖像；其中所述至少一個馬達(dá)移動所述托臺框以便2D數(shù)字檢測器進(jìn)行乳房的體積掃描。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中多個乳房組織和損傷類型包括脂肪組織，腺體組織，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，癌和硬化。
22.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的方法，該方法包括(a)提供輻射束源和被安置在輻射束路徑上的兩維(2D)數(shù)字檢測器；(b)安置乳房于所述源和所述檢測器之間的輻射束的路徑上以便整個乳房被安置在所述束的路徑上；(c)用所述源和檢測器獲得乳房的體積掃描，所述體積掃描產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)；和(d)由所述圖像數(shù)據(jù)形成圖像。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(b)包括提供在采集圖像時病人躺在上面的桌子，該桌子支撐病人以便乳房被安置在錐形輻射束的源和2D數(shù)字檢測器之間，具有乳房延伸穿過其中的孔的桌子在輻射束的路徑上，該桌子經(jīng)配置以便整個乳房延伸穿過孔。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述桌子包括圍繞孔的碗狀物和至少部分圍繞碗狀物的外面部分，所述碗狀物相對外面部分凹陷。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述碗狀物具有下表面；所述外面部分具有下表面；和所述碗狀物的下表面在外面部分的下表面。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述輻射束具有上部范圍；和所述輻射束的上部范圍基本和孔處的碗狀物的下表面一致。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述源具有最上面位置；和所述源的最上面位置高于孔處的碗狀物的下表面。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述源最上面位置比桌子外面部分的下表面低。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述源的最上面位置比桌子的外面部分的下表面高。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述桌子進(jìn)一步包括位于外面部分和碗狀物之間的中間部分，該中間部分相對外面部分凹陷，且碗狀物相對中間部分凹陷。
31.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述源包括束補(bǔ)償濾波器，其用于根據(jù)乳房不均勻的厚度補(bǔ)償束。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述束補(bǔ)償濾波器對每個橫向切片具有一定厚度，該厚度是(dmax-d)的函數(shù)，其中d是乳房在所述每個橫向切片處的直徑，而dmax是乳房最大直徑。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中所述函數(shù)是線性函數(shù)。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述源進(jìn)一步包括用于在束中產(chǎn)生譜分布的譜濾波器。
35.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(d)包括存儲材料庫，該材料庫包括用于多種乳房組織和損傷類型的衰減數(shù)據(jù)并且根據(jù)該材料庫形成圖像。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述多種乳房組織和損傷類型包括脂肪組織，腺組織，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，癌和硬化。
37.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(c)是用數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型執(zhí)行的，該數(shù)據(jù)采集幾何構(gòu)型是從下面的組中選擇的，該組包括環(huán)，環(huán)加一個或多個線，環(huán)加一個或多個弧，180度加束角，和360度的整數(shù)倍。
38.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的方法，該方法包括(a)提供輻射束源和被安置在輻射束路徑上的兩維(2D)數(shù)字檢測器，該源包括用于根據(jù)乳房不均勻的厚度補(bǔ)償束的束補(bǔ)償濾波器；(b)在所述源和檢測器之間的輻射束路徑上安置乳房，以便整個乳房被安置在束路徑中；(c)用所述源和檢測器以獲得乳房的體積掃描，體積掃描產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)；和(d)從所述圖像數(shù)據(jù)形成圖像。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述束補(bǔ)償濾波器對每個橫向切片具有一定厚度，該厚度是(dmax-d)的函數(shù)，其中d是乳房在所述每個橫向切片處的直徑，而dmax是乳房最大直徑。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述函數(shù)是線性函數(shù)。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述源進(jìn)一步包括用于在束中產(chǎn)生譜分布的譜濾波器。
42.一種用于產(chǎn)生病人乳房圖像的方法，該方法包括(a)提供輻射束和被安置在輻射束路徑上的兩維(2D)數(shù)字檢測器；(b)在所述源和兩維(2D)數(shù)字檢測器之間的輻射束路徑上安置乳房，以便整個乳房被安置在束路徑中；(c)用所述源和檢測器以獲得乳房的體積掃描，體積掃描產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)；和(d)存儲包括用于多個乳房組織和損傷類型的衰減數(shù)據(jù)的材料庫；和(e)按照材料庫從所述圖像數(shù)據(jù)形成圖像。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述多個乳房組織和損傷類型包括脂肪組織，腺組織，基體材料(如50％脂肪和50％腺體的混合物)，癌和硬化。
44.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述兩維數(shù)字檢測器是平板檢測器。
45.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述兩維數(shù)字檢測器是平板檢測器。
46.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述圖像是三維圖像。
47.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述圖像是乳房的x射線衰減系數(shù)分布的三維重構(gòu)矩陣。
48.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述圖像是四維(空間加時間)圖像。
49.如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括，在步驟(c)之前，注入對比溶液至胸腔中感興趣區(qū)域。
50.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(d)包括在錐形束重構(gòu)之前的兩維噪聲降低。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述兩維噪聲降低包括數(shù)字濾波器和/或小波變換中的一個。
52.如權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(d)包括在三維噪聲降低之前的錐形束重構(gòu)。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中所述三維噪聲降低包括數(shù)字濾波器和/或小波變換中的一個。
54.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括用于輕微壓縮乳房成圓柱形狀的活塞。
55.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述桌子可在允許病人趨近站立位置的桌子的第一豎直位置和用于進(jìn)行體積掃描的第二水平位置之間移動。
56.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述桌子具有第二孔以允許在進(jìn)行體積掃描時病人的手臂通過該第二孔下垂。
57.如權(quán)利要求56所述的裝置，其中所述桌子具有兩個乳房孔和兩個手臂孔。
58.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中所述托臺框和桌子被配置以便在一次掃描中進(jìn)行病人兩個乳房的體積掃描。
59.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中所述檢測器的尺寸適合在單個掃描中掃描病人的兩個乳房。
60.如權(quán)利要求56所述的裝置，進(jìn)一步包括強(qiáng)度調(diào)制器以降低對病人的輻射劑量同時實(shí)現(xiàn)均勻的投影圖像質(zhì)量。
61.如權(quán)利要求56所述的裝置，其中所述裝置執(zhí)行掃描幾何構(gòu)型以避開病人的手臂。
62.如權(quán)利要求60所述的裝置，進(jìn)一步包括用于降低病人的輻射劑量的計算機(jī)控制的準(zhǔn)直器。
63.如權(quán)利要求56所述的裝置，其中至少一個馬達(dá)橫向和縱向相對托臺移動桌子以為新掃描再定位病人。
64.如權(quán)利要求57所述的裝置，其中至少一個馬達(dá)橫向和縱向相對托臺移動桌子以為新掃描再定位病人。
65.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括楔形物，其用于鄰近乳房孔安置在桌子上以便輔助病人的再定位從而確保病人胸腔壁和乳房適當(dāng)?shù)母采w。
66.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述兩維數(shù)字檢測器是平板檢測器。
67.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述乳房圖像是乳房的錐形束3D重構(gòu)。
68.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述乳房圖像是乳房的x射線線性衰減系數(shù)分布的錐形束3D重構(gòu)矩陣。
全文摘要
本發(fā)明揭示用托臺框(206)執(zhí)行錐形束體積CT乳房成像，在托臺框上錐形束輻射源(210)和數(shù)字區(qū)域檢測器(208)被固定。病人躺在符合人體工程學(xué)設(shè)計的桌子(202)，該桌子上有一個孔或兩個孔(204)以允許一個乳房或兩個乳房延伸通過桌子，以便托臺框圍繞乳房。乳房孔被碗狀物圍繞，以便整個乳房暴露于錐形束。譜和補(bǔ)償濾波器被用來改進(jìn)束特征。一種材料庫被用來提供不同乳房組織和損傷的x射線線性衰減系數(shù)。
文檔編號A61B6/04GK1711052SQ200380103101
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月12日
發(fā)明者洛拉·寧 申請人:羅切斯特大學(xué)