适应性射线源调制减少锥束CT的辐射剂量.pdf

中国体视学学会cT理论与应用分会、中国工程物理研究院 2008年7月 应用电子学研究所、(CT理论与应用研究》编辑部论文集 适应性射线源调制减少锥束CT的辐射剂量 陈自宽，丁勇 (东北大学中荷生物医学工程于信息学院，沈阳110004) 摘要：传统的cr扫描在整个扫描过程中使用同一个恒定x一射线源(产生射线源的参数设置保持 不变)．对非圆形对称的扁平物体(如人体胸部)的圆周扫描，射线穿过的物体的厚度变化范围 较大，产生高动态范围的投影图像，并改变图像的噪声等级。为减少辐射剂量并使投影图像的 强度值落在较小的线性相应范围之内和维持图像噪声等级，本文提出一种适应性调制射线源方 法．通过稀疏的低剂量的侦探性锥束投影扫描，近似重建物体的三维体积，估计物体在各投影 角下的物体厚度，由此确定射线源的调制因子。适应性表现为调制因子对物体厚度的依赖关系。 调制表现为球管的灯丝电流由调制因子调整。对投影图像取负对数运算时，调制因子表现为在 负对数投影图像中增加一项该因子的负对数值。扫描调制因子由侦探性低剂量x_射线扫描和近 似的CT重建图像进行估计．本文报道了锥束CT用于胸模体的仿真研究，结果表明射线源的调 制可以减少35％的射线曝光量。 关键词：CT辐射剂量；自动管电流调制；锥束凹 引言 在传统的CT设备中，转台围绕患者连续旋转，x一射线源发射恒定的射线束，穿过人体， 达到探测器。在一个圆周内不同角度下获得的X一射线投影图像可以用于物体的断面重建(全 扫描)。采用平面板接收器可以用于全三维的体积重建。为减少辐射剂量和提高时间分辨率， cT图像的重建和可以用半扫描(半圆周加扇柬角)得到的图像进行重建。扫描参数如管电 流和管电压决定了射线源的光子通量密度和射线能量，直接影响图像质量和辐射剂量。射 Radiation 线曝光量可以通过一个转换因子折算为物体的辐射剂量或吸收能量(Absorbed Dose，or Dosage)。如果固定其他扫描参数，管电流的减少可以减少辐射曝光量，但会增 加图像噪声，在图像中表现为不规则的散斑块。图像噪声和辐射剂量是一对矛盾的性能指 标。在诊断影像学中对二者需要权衡考虑，不要只追求其中的任一指标。 产生X射线源的球管电流(以毫安ⅡIA为单位计算)和扫描所用的曝光时问(以秒S单 位计算)共同决定射线源的通量密度和曝光量。扫描过程中的电流时间积(mAs)已成为CT 成像技术的快速发展中的一个重要指标，追求在保证图像质量的前提下使用最少的cT辐射 tubecurrentmodulation) 剂量(即mAs最小化)。自动管电流调制技术(ATCM：automatic [1，2，3，4]就是根据被扫描物体的空间尺寸进行管电流调节从而达到辐射剂量最小化的 技术。ATCM分成两类，一类是在扫描断层面(矿平面)根据在不同角度下的穿透厚度进行 管电流调制的技术，称为角度调制(Angular ATCM技术跟传统摄影使用的自动曝光控制或自动摄影定时的工作原理是相同的。采用AT例 40 全国射线数字成像与CT新技术研讨会 技术，可以在保证CT成像质量的条件下使所使用的辐射剂量达到最下化。目前，各大医疗 设备厂家采用的ATCM正在向标准化，规范化方向发展。 改变X-射线的入射曝光量可以通过在射线束中引入滤波片对射线进行衰减实现，射线 的衰减会导致噪声增加。可以用手动方式调节球管电压和管电流以平衡图像噪声和辐射曝 光量。然而，这种调节不能保证在整个cT成像过程中的图像质量的一致性。本文对锥束cT 用于胸部成像的情况进行了仿真计算，采用一种对射线源进行适应性的体扫描角度调制技 术。其调制因子由稀疏的侦探性投影图像的最大值决定。在曝光时间固定的情况下，射线 源的调制只通过对管电流的调整来实现。 ’ 1 方法 角度调制技术对每个角度下的投影图像自动调整管电流。对圆形横断面物体扫描，每 个角度下的投影图像对射线的衰减情况基本相同。对非圆形横断面而言，射线衰减的变化 可以很