技术领域
[0001] 本
发明涉及心脏CT扫描技术领域，尤其涉及一种设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法和装置。
背景技术
[0002]
现有技术用CT机对心脏进行扫描时，多扇区扫描是常用的提高扫描时间
分辨率的办法。即：在每一个
采样时间窗口内，仅对心脏的一个截面的一部分
角度(扇区)
位置的数据进行采集，然后将得到的多个扇区位置内的扫描数据整合到一起，形成完整的一周或重建所必需的角度(通常为180度加探测器对应的扇形
X射线束的扇角)的心脏扫描图像。
[0003] 现有的多扇区扫描过程中，CT机的机架(Gantry)的旋转速率是不变的，因此，相应的参数设置需要满足如下两个公式的要求：
[0004] k·R＝p·T±τ
[0005] R＝n·τ
[0006] 其中，k，p，n为不小于1的整数，n表示扇区的个数，p表示相邻两个扇区扫描之间的
心动周期数目，k表示相邻两次扇区扫描之间的CT机的机架(Gantry)旋转次数，T表示心动周期，τ表示一个采样时间窗口的长度，R表示CT机的机架旋转一圈的平均速率，R可以用机架旋转一圈所需的时间来表示。
[0007] 然而，在使用上述的方法进行CT心脏扫描时，CT机的机架(Gantry)旋转速率只能在开始旋转之前，在CT机预先配制好的有限几个旋转速率值中选取，在心脏扫描的过程中不能改变。这会导致τ和n的选取很难完全满足上述的公式的要求。为此，不得不增加心脏扫描的扇区数目，也就增加了心脏扫描的总时间。
[0008] 即便机架旋转速度可以任意设定以满足上述公式，但是此时往往不能充分利用机架的最大旋转速度，进而导致扫描扇区数过多，重建时数据重组困难，完成心脏扫描的总时间过长，患者因长时间憋气而导致心律
波动加大，最终导致扫描失败。
[0009] 此外，在心脏扫描的过程中，心动周期可能会发生变化，这会导致时间窗口相对心动周期的位置发生变化，使得扫描失败。
[0010] 所以，需要提供一种设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法和装置，以减少扫描扇区数，降低总的扫描时间，提高心脏扫描的成功率。
发明内容
[0011] 本发明的一个
实施例提供了一种设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法，包括：根据心脏的心动周期确定采样时间窗口长度的取值上限；根据取值上限和心动周期选取所述机架在一个心动周期内的平均旋转速率；以及设定机架的旋转参数，使得机架在一个心动周期内的旋转过程中，其在采样时间窗口内时平均旋转速率大于在一个心动周期内的平均旋转速率。
[0012] 本发明另一个实施例提供了一种设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的装置，包括：时间窗长上限确定模
块，用于根据心脏的心动周期确定采样时间窗口长度的取值上限；平均速率选取模块，用于根据取值上限和心动周期选取机架在一个心动周期内的平均旋转速率；以及旋转参数设定模块，用于设定机架的旋转参数，使得机架在一个心动周期内的旋转过程中，其在采样时间窗口内时平均旋转速率大于在一个心动周期内的平均旋转速率。
附图说明
[0013] 通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
[0014] 图1所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法的一个实施例的流程示意图；
[0015] 图2所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法中的旋转参数设定的一个实施例的流程示意图；
[0016] 图3所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法的另一个实施例的流程示意图；
[0017] 图4所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法的又一个实施例的流程示意图；
[0018] 图5所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的装置的一个实施例的示意性
框图。
具体实施方式
[0019] 以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本
说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努
力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的
基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
[0020] 除非另作定义，
权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明
专利申请说明书以及权利要求书中使用的″第一″、″第二″以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。″一个″或者″一″等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。″包括″或者″包含″等类似的词语意指出现在″包括″或者″包含″前面的元件或者物件涵盖出现在″包括″或者″包含″后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。″连接″或者″相连″等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 参考图1，图1所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法100的一个实施例的流程示意图。该方法100包含步骤101至103。
[0023] 如图1所示，在步骤101中，根据心脏的心动周期确定采样时间窗口长度的取值上限。
[0024] 在本发明的一个实施例中，可以采用专
门的心电监控装置，如：用心电监护仪(ECG Monitor)来获得心电
信号，并将心
电信号的心动周期作为采集时心动周期的预测值。例如：对于心
血管造影，最佳的采样时间窗口(Sampling Time Window)为心动周期中的从60％到
70％的时间段，即采样时间窗口的长度τ的取值上限为不超过心动周期的10％。在机架旋转速度较低或心率较高的情况下τ的取值范围可以确定为不超过心动周期的某个百分比，比如：30％，在有些情况下，也可以取小于40％的任意一个值。例如：当心动周期为0.86秒时，心动周期的30％约为0.25秒，心动周期的40％约为0.35秒，则τ的取值上限可以确定为不超过0.25秒，或不超过0.3秒。
[0025] 在步骤102中，根据取值上限和心动周期选取机架在一个心动周期内的平均旋转速率。
[0026] 在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式(1)选取机架在一个心动周期内的平均旋转速率。
[0027] k·Rw＝p·T±τ (1)
[0028] 其中，k，p为不小于1的整数，p表示相邻两个扇区扫描之间的心动周期数目，k表示相邻两次扇区扫描之间的CT机的机架旋转圈数，T表示心动周期，τ表示一个采样时间窗口的长度，Rw表示CT机的机架在一个心动周期内的平均旋转速率，其可以用机架旋转一圈所需的时间来表示。在本发明的一个实施例中，k，p的取值可以等于1。
[0029] 在本发明的一个实施例中，在步骤102中，可以将步骤101中确定的取值上限应用于公式(1)中，确定一个初步的平均旋转速率Rw。
[0030] 在步骤103中，设定机架的旋转参数，使得机架在一个心动周期内的旋转过程中，其在采样时间窗口内时平均旋转速率大于在一个心动周期内的平均旋转速率。
[0031] 在本发明的一个实施例中，可以将机架在一个心动周期内的旋转过程分为一个
加速过程和一个减速过程。该加速过程使得机架在采样时间窗口内的平均速度大于机架在一个心动周期内的平均旋转速率。该减速过程使得机架在采样时间窗口外的平均速度小于机架在一个心动周期内的平均旋转速率。这样，机架在一个心动周期内的平均旋转速度仍然能够满足公式(1)的要求。
[0032] 在本发明的一个实施例中，加速过程中的加速度大小可以保持不变，也可以有所变化。在本发明的一个实施例中，减速过程的减速度大小可以保持不变，也可以有所变化。
[0033] 在本发明的一个实施例中，可以将加速过程的加速度大小设定为与减速过程的减速度大小相等。在本发明的一个实施例中，可以将减速过程的开始时间点设置在采样时间窗口内。具体来说，可以将该开始时间点设置在机架旋转达到最大速度时。在一个更优的实施例中，为了确保在采样时间窗口内机架能够旋转的角度最大，可以将机架进入采样时间窗口时的瞬时速率设置为等于机架离开所述采样时间窗口时的瞬时速率。在本发明的另一个实施例中，在系统提供辅助减速装置的情况下，减速度的大小可以远大于加速度的大小，在此情况下，减速过程开始的时间点可以设置在位于采样时间窗口的结束时间点之后且接近采样时间窗口的结束时间点的位置。
[0034] 无论加速过程的加速度大小和减速过程的减速度大小之间的关系如何，也无论减速的时间点设置在哪个时间点上，在本发明的一个实施例中，都可以通过设定机架在一个心动周期内旋转的平均速率、加速过程的加速度、加速过程的时长、减速过程的减速度、减速过程的时长、机架旋转的最小速度、加速过程的开始时间点、减速过程的开始时间点等运动参数中的若干个必要参数的方法，来确定机架在一个心动周期内的速率随时间变化的曲线，进而控制机架的旋转速率并确定扫描所需的扇区个数。
[0035] 在本发明的一个实施例中步骤103可以进一步包括如下步骤201至204。参考图2，图2所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法中的旋转参数设定的一个实施例的流程示意图。
[0036] 在步骤201中，根据机架在一个心动周期内的平均旋转速率、最大加速度和最大减速度计算机架在一个心动周期内的最小旋转速率、加速时长、减速时长和机架在采样时间窗口内的平均速率。
[0037] 在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式(2)和(3)先算出机架的加速时长和减速时长。
[0038] ta+td＝p·T (2)
[0039] a·ta＝d·td (3)
[0040] 其中，a表示为机架加速的设备能够提供的最大加速度的大小，d表示为机架减速的设备能够提供的最大减速度的大小，ta表示加速时长，td表示减速时长，p，T的含义与公式(1)中相同。
[0041] 在本发明的一个实施例中，当机架进入采样时间窗口时的瞬时速率设置为等于机架离开所述采样时间窗口时的瞬时速率时，可以进一步地通过如下公式(4)和(5)计算机架在采样时间窗口的加速时长和减速时长。
[0042]
[0043]
[0044] 其中， 表示机架在采样时间窗口内的加速时间， 表示机架在采样时间窗口内的减速时间，τ，a，d均为已知值。
[0045] 在本发明的一个实施例中，可以进一步地通过如下公式(6)和(7)计算机架在一个心动周期内的最小旋转速率和机架在采样时间窗口内的平均旋转速率。
[0046]
[0047]
[0048] 其中，Vmin表示机架在一个心动周期内的最小旋转速率，单位为周/秒，表示机架在采样时间窗口内的平均旋转速率，单位为周/秒。为已知值，其等于1/Rw， 可通过公式(2)到(5)得到。
[0049] 在步骤202中，根据机架在采样时间窗口内的平均速率和取值上限确定扫描所需的扇区个数。
[0050] 在本发明的一个实施例中，可以通过如下公式(8)确定扫描所需的扇区个数。
[0051]
[0052] 其中，n表示扫描所需的扇区个数，n可以选取大于且最接近 的值。
[0053] 在步骤203中，调整采样时间窗口长度。
[0054] 当 的值与步骤202中所确定的n值比较接近时，为了充分利用系统的加速能力和减速能力，可以调整采样时间窗口长度τ，使得调整后的 的值等于步骤202中确定的扫描所需的扇区个数n。
[0055] 在步骤204中，根据调整后的采样时间窗口长度，重新计算机架在一个心动周内的平均旋转速率、最小旋转速率、加速时长和减速时长。
[0056] 由于在步骤203中调整了采样时间窗口长度τ，就需要根据调整后的采样时间窗口长度τ，重新计算机架在一个心动周内的平均旋转速率、最小旋转速率、加速时长和减速时长。
[0057] 在本发明的一个实施例中，可以利用上述的公式(1)到(7)，重新计算机架在一个心动周内的平均旋转速率、最小旋转速率、加速时长和减速时长。
[0058] 参考图3，图3所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法的另一个实施例的流程示意图。
[0059] 图3中的步骤301至步骤303与图1所示以及上述的方法100中的步骤101至103类似，这里不再赘述。
[0060] 在步骤304中，判断是否完成了对所有扇区的扫描。
[0061] 如果对所有扇区的心脏CT扫描都已经完成，则本次扫描结束，否则，进入步骤305。
[0062] 在步骤305中，根据当前获取的心动周期，预测对下一个心动周期进行扫描时的心动周期。
[0063] 可以将心动周期更新为最新获取到的心动周期，然后返回步骤201，利用更新以后的心动周期，重新计算步骤201至203中的所有参数，然后将这些参数用于控制机架的在下一个心动周期内的旋转。
[0064] 这样做的好处在于，能够克服由于心动周期在扫描过程中改变导致的扫描误差甚至失败。
[0065] 参考图4，图4所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的方法的又一个实施例的流程示意图。
[0066] 图4中的步骤401至步骤403与图3所示的步骤301至303类似，这里不再赘述。图4中的步骤404和405分别与图3所示的步骤304和305类似，这里不再赘述。
[0067] 在步骤306中，当扫描为螺旋扫描时，根据
螺距系数、X射
线束宽度和机架旋转速率计算CT机的床的运动速率。
[0068] 图3所示的方法适用于采用螺旋扫描方式进行多扇区的心脏CT扫描，由于在螺旋扫描过程中，CT机的床会运动，如果机架采用非匀速率的方式旋转，床运动的速率也可以设计成非匀速率运动的方式。
[0069] 根据本发明的一个实施例，可以采用如下公式(9)来确定并控制CT机的床的运动速率。
[0070] 床的运动速率＝螺距系数*X射线束宽度*机架旋转速率 (9)
[0071] 其中，螺距系数为预先设定的比例系数，定义为机架旋转一周患者床的运动距离与X射线束宽度(即：X射线束在Z方向的
覆盖范围)之比。
[0072] 至此描述了根据本发明实施例的用于设定心脏CT扫描时的机架速率的方法。由于采用了可变速率扫描的方式，使得机架在心动周期的采集窗口内以较快的旋转速率旋转并获取尽可能大的角度的扇区的数据，而在心动周期的非采集窗口，机架以较慢的速率旋转以使得机架的平均旋转速度与心动周期匹配。因此，能够减少CT心脏扫描的总时间，并防止由于扫描过程中的心动周期变化引起的扫描失败。
[0073] 与该方法类似，本发明还提供了相应的装置。
[0074] 图5所示为本发明的设定心脏CT扫描时的机架旋转速率的装置500的一个实施例的示意性框图。
[0075] 如图5所示，装置500可以包括：时间窗长上限确定模块501，用于根据心脏的心动周期确定采样时间窗口长度的取值上限；平均速率选取模块502，用于根据取值上限和心动周期选取所述机架在一个心动周期内的平均旋转速率；以及旋转参数设定模块503，用于设定机架的旋转参数，使得机架在一个心动周期内的旋转过程中，其在采样时间窗口内时平均旋转速率大于在一个心动周期内的平均旋转速率。
[0076] 在本发明的一个实施例中，旋转参数设定模块503可以进一步包括：运动参数计算模块，用于根据机架在一个心动周期内的平均旋转速率、最大加速度和最大减速度计算机架在一个心动周期内的最小旋转速率、加速时长、减速时长和机架在采样时间窗口内的平均速率；以及扇区个数确定模块，用于根据机架在采样时间窗口内的平均速率和所述取值上限确定扫描所需的扇区个数。
[0077] 在本发明的一个实施例中，旋转参数设定模块503可以进一步包括：时间窗长调整模块，用于调整采样时间窗口长度；以及运动参数调整模块，用于根据调整后的采样时间窗口长度，重新计算机架在一个心动周内的平均旋转速率、最小旋转速率、加速时长和减速时长。
[0078] 在本发明的一个实施例中，装置500可以进一步包括：心动周期预测模块，用于根据当前获取的心动周期，预测对下一个心动周期进行扫描时的心动周期。
[0079] 在本发明的一个实施例中，装置500可以进一步包括：床的运动速率计算模块，用于当扫描为螺旋扫描时，根据螺距、X射线束宽度和机架的旋转速率计算CT机的床的运动速率。
[0080] 至此描述了根据本发明实施例的用于设定心脏CT扫描时的机架速率的装置。与上述方法类似，本发明的装置由于采用了可变速率扫描的方式，使得机架在心动周期的采集窗口内以较快的旋转速率旋转并获取尽可能大的角度的扇区的数据，而在心动周期的非采集窗口，机架以较慢的速率旋转以使得机架的平均旋转速度与心动周期匹配。因此，能够减少CT心脏扫描的总时间，并防止由于扫描过程中的心动周期变化引起的扫描失败。
[0081] 以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。
