CN101262819A - Ct散射的直接测量及校正 - Google Patents
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Abstract
具有大探测器阵列的锥束CT扫描器受到散射辐射增加的影响。这种辐射可能导致严重的伪影。提供一种检查装置，其直接地测量散射辐射并利用这种测量结果校正污染的图像数据。利用一维抗散射格栅和具有电子焦点运动的X射线管执行所述测量。在焦点的第一位置探测图像数据且在焦点的第二位置探测散射数据。基于散射数据校正图像数据。
Description
本发明涉及断层摄影成像术领域。尤其，本发明涉及用于检查感兴趣对象的检查装置、图像处理设备、用于检查感兴趣对象的方法、计算机可读介质及程序单元。
具有大探测器阵列的锥束CT扫描器受到散射辐射增加的影响。这种辐射可能导致严重的图像伪影。为了降低由于散射辐射产生的图像伪影，可以采用二维抗散射格栅(ASG)。但是，这种ASG难以构建并且现有生产技术是昂贵的。而且，传统的二维抗散射格栅不允许例如称为立体管设计(stereo tube)的高级CT系统原理。
需要有一种改善的散射校正。
根据本发明的典型实施例，提供一种用于检查感兴趣对象的检查装置，该检查装置包括适于向感兴趣对象发射电磁辐射的辐射源，适于探测来自感兴趣对象的图像数据和散射数据的探测器单元，和适于基于该散射数据校正图像数据的校正单元，其中，在电磁辐射的焦点相对探测器单元的第一位置处探测图像数据，并且其中，在焦点相对探测器单元的第二位置处探测散射数据，其中，所述第二位置不同于所述第一位置。
因此，当焦点相对探测器单元移动到不同于焦点的(正常)第一位置(在那里采集图像数据)的第二位置时可采集散射数据。由此，通过移动焦点，可采集两个不同的数据集，主要是图像数据和(在焦点的不同位置)散射数据。然后这种散射数据用于图像校正。
根据本发明的另一个典型实施例，检查装置还包括抗散射格栅，其适于过滤电磁辐射。例如抗散射格栅适于当电磁辐射聚焦到焦点的第二位置时使得没有直接辐射击中探测器单元。
因此，从探测器单元探测到的散射数据仅包括极少或甚至没有直接辐射数据。
根据本发明的另一个典型实施例，抗散射格栅为一维抗散射格栅。
这可提供对ASG的方便制造。而且，这可允许应用在高级CT系统原理，例如立体管设计中。
根据本发明的另一个典型实施例，图像数据包括第一数量的直接辐射和第二数量的散射辐射。而且，散射数据包括第三数量的直接辐射及第四数量的散射辐射。再进一步，第一数量及第二数量之间的第一分数显著地大于第三数量及第四数量之间的第二分数。
因此，根据本发明的这个典型实施例，散射数据仅包括相对小数量的直接辐射(其没有被感兴趣对象散射)。因此，通过移动用于散射测量的焦点，到达探测器的直接辐射的数量显著地减少。因此，得到的测量结果(散射数据)基本仅包括散射光子。这种测量可以提供对成像测量的散射良好的估计。
根据本发明的另一个实施例，辐射源适于电子地将焦点从第一位置移动到第二位置。
这可提供第一位置与第二位置之间的快速切换而不用机械运动。
根据本发明的另一个典型实施例，图像数据是在第一时间探测的，且散射数据是在第二时间探测的，其中第一时间和第二时间与探测序列对应。
因此，根据本发明的这个典型实施例，可以预先确定探测序列。然后，在数据采集期间，根据预先确定的探测或切换序列在第一位置与第二位置(分别用于采集图像数据和散射数据)之间切换焦点。因为在空间域内散射非常慢，在图像采集中仅偶发地交错有(根据预先决定的序列)散射测量。
根据本发明的另一个典型实施例，校正单元还适于执行第一插补以替换损失的成像投影。
这可提供进一步改善的图像质量。
根据本发明的另一个典型实施例，校正单元还适于执行第二旋转插补以产生对于每个投影角的散射估计。
这可进一步改善图像质量。
根据本发明的另一个典型实施例，检查装置还适于执行对散射数据的低通滤波。
因此，散射数据的高空间频率可被滤波器阻挡。
根据本发明的另一个典型实施例，检查装置可以应用为行李检验装置、医疗应用装置、材料测试装置或材料科学分析装置。因为本发明的限定功能允许安全、可靠且高精度的材料分析，本发明的应用领域可以是材料科学分析领域。
根据本发明的另一个典型实施例，检查装置还包括准直器，其布置在电磁辐射源与探测器单元之间，其中，准直器适于准直由电磁辐射源发射的电磁辐射束以形成锥束。
而且，根据本发明的另一个典型实施例，辐射源适于发射多波长辐射束。
根据本发明的另一个典型实施例，提供一种用于检查感兴趣对象的图像处理设备，该图像处理设备包括存储器，用于存储感兴趣对象的图像数据。而且，该图像处理设备包括校正单元，其适于基于散射数据校正图像数据，其中，在电磁辐射焦点相对探测器单元的第一位置处探测图像数据，并且其中，在焦点相对探测器单元的第二位置处探测散射数据，其中，所述第二位置不同于第一位置。
因此，设置图像处理设备使得其适于执行用于例如锥束计算机断层摄影装置的改善的散射校正。
根据本发明的另一个典型实施例，提供一种用于检查感兴趣对象的方法，该方法包括如下步骤：向感兴趣对象发射电磁辐射，探测感兴趣对象的图像数据和散射数据，和基于散射数据校正图像数据。在电磁辐射焦点相对探测器单元的第一位置处探测图像数据，并在焦点相对探测器单元的不同的第二位置处探测散射数据。
根据本发明的另一个典型实施例，提供一种计算机可读介质，检查感兴趣对象的计算机程序存储在其中，当被处理器执行时，其适于实现上述步骤。
而且，本发明涉及用于检查感兴趣对象的程序单元，其存储在计算机可读介质中。该程序单元适于实现如下步骤：向感兴趣对象发射电磁辐射，探测感兴趣对象的图像数据和散射数据，和基于散射数据校正图像数据。
程序单元优选地装载入数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器被装备成实现本发明的方法的典型实施例。可用任意的编程语言编写计算机程序，例如C++并且存储在计算机可读介质上，例如CD-ROM。而且，计算机程序可从网络得到，例如WorldWideWeb，从其中可下载到图像处理单元或处理器，或任何适合的计算机。
能够看出，作为本发明典型实施例的要点，执行散射辐射的直接测量，然后将其用于校正被散射污染的图像数据。根据本发明的典型实施例，可利用一维抗散射格栅及具有电子焦点运动的X射线管来执行散射辐射测量。这可提供了改善的散射校正并可产生改善的图像质量。
通过参照此后描述的实施例将清楚本发明的这些及其他方面。
将在下面参照附图描述本发明的典型实施例。
图1示出了根据本发明典型实施例的检查装置的简化示意图；
图2示出了根据本发明的典型方法的流程图；
图3示出了根据本发明的用于执行根据本发明的方法的典型实施例的图像处理设备的典型实施例。
附图中的图解是示意性的。在不同附图中，相似或相同的元件具有相同的参考标号。
图1示出了根据本发明典型实施例的检查装置，其适于为计算机断层摄影装置。参照这个典型实施例，将针对医疗成像应用描述本发明。但是，应当注意到，本发明不限于这种应用，而是还可应用在行李检验，或其他工业应用领域，例如材料测试领域。
图1所示的计算机断层摄影装置100是锥束CT扫描器。图1所示的CT扫描器包括构架101，其绕旋转轴102旋转。构架101由马达103驱动。参考标号104代表辐射源，例如X射线源，其，根据本发明的一个方面，发射多波长辐射。
参考标号105代表孔径系统，其将从辐射源发射的辐射束整形为锥形辐射束106。锥束106被导向，从而其穿透布置在构架101的中央中，例如CT扫描器的检查区域中的感兴趣对象107，并入射到探测器108上。如从图1可知，探测器108布置在构架101上与辐射源104相对的一侧，从而探测器108的表面被锥束106覆盖。如图1所示，探测器108包括多个探测器元件123，每个元件能够以能量解析方式探测穿透感兴趣对象107的X射线或单独的光子。
在扫描感兴趣对象107期间，辐射源104、孔径系统105及探测器108沿构架101以箭头116指示的方向旋转。为了使带有辐射源104、孔径系统105及探测器108的构架101旋转，将马达103连接到马达控制单元117，其连接到计算或校正单元118。
在图1中，感兴趣对象107可以是放在传送带119上的患者或行李物品。在扫描感兴趣对象107期间，当构架101绕行李物品107旋转时，传送带119沿平行于构架101的旋转轴102的方向使感兴趣对象107移位。通过这种方式，可沿螺旋扫描路径扫描感兴趣对象107。在扫描期间还可停止传送带119，由此测量单个切片。代替传送带119，例如，在感兴趣对象107为患者的医疗应用中，可采用可移动的平台。但是，应当注意到，在所有描述的情况中，还可能通过以源-探测器装置的频率的两倍频率周期性地向后及向前移动平台，来执行其他扫描路径，例如鞍形轨迹。
探测器108连接到计算或校正单元118。校正单元118接收探测结果，即来自探测器108的探测器元件123的读数，并且基于该读数确定扫描结果。而且，校正单元118与马达控制单元117通信，以便用马达103和120协调构架101与传送带119的运动。
根据本发明典型实施例，校正单元(118)适于基于散射数据校正图像数据，其中在电磁辐射焦点相对探测器单元(108)的第一位置处探测图像数据，并且其中在焦点相对探测器单元(108)的不同于第一位置的第二位置处探测散射数据。校正单元118产生的重建图像通过接口122输出到显示器(图1中未示出)。
校正单元118由数据处理器实现从而处理来自探测器108的探测器元件123的读数。
而且，从图1可知，校正单元118连接到扬声器121，例如，其用于在行李物品107中探测到可疑材料时自动地输出警报。
用于检查感兴趣对象107的计算机断层摄影装置100包括探测器108，其具有以类似矩阵方式布置的多个探测器元件123，每个都适于探测X射线。而且，计算机断层摄影装置100包括确定单元或适于重建感兴趣对象107的图像的重建单元118。
计算机断层摄影装置100包括适于向感兴趣对象107发射X射线的X射线源104。设置在电磁辐射源104与探测元件123之间的准直器105适于准直从电磁辐射源104发射的电磁辐射束，以形成锥束。探测元件123构成多层探测器阵列108。计算机断层摄影装置100可以配置为医疗成像装置或行李检验装置。
图2示出了根据本发明典型方法的流程图，其用于直接测量散射辐射并利用该测量结果校正污染的图像数据。该方法从步骤1开始，由辐射源向感兴趣对象发射电磁辐射。而且，执行传统的CT扫描。然后，在步骤2，通过移动焦点使得没有直接辐射击中探测器单元，使常规数据采集与散射测量交错进行。散射数据的测量是利用例如一维抗散射格栅及具有电子焦点运动的X射线管执行的。
传统的一维抗散射格栅在z方向具有抗散射薄片以减少扇方向上的散射。为了减少到达探测器单元的直接辐射数量，可移动用于散射测量的焦点从而使得没有或仅仅极少的直接辐射击中探测器。得到的测量结果仅仅包含散射光子。这种探测可为成像测量提供良好的散射估计。
在步骤3，进行插补以替换缺失的成像投影。而且，在步骤4，进行旋转插补，从而产生对于每个投影角的散射估计。然后，在步骤5，在散射测量结果上执行低通滤波。
之后，基于校正单元产生的散射数据校正图像数据。可通过从成像测量结果中减去散射测量结果产生校正的投影来执了这种校正。
然后，在步骤7，用校正的投影执行重建，产生感兴趣对象的校正图像。
本发明采用散射辐射通常仅具有非常小的空间变化的事实。用于散射测量的焦点的相对小的移动与成像测量相比对散射具有极少影响。因此，成像测量可与散射测量交错进行。因为在空间域内散射非常慢，在图像采集中偶发地交错有(例如根据预先确定的序列)散射测量。
图3示出了根据本发明用于执行根据本发明的方法的典型实施例的数据处理装置400的典型实施例。图3中的数据处理装置400包括连接到存储器402的中央处理单元(CPU)或图像处理器401，该存储器用于存储表示感兴趣对象的图像，例如患者或行李物品。数据处理器401连接到多个输入/输出网络或诊断设备，例如CT设备。数据处理器401还连接到显示设备403，例如计算机监视器，用于显示信息或数据处理器401内所计算或改编的图像。操作者或用户通过键盘404和/或图3中未示出的其他输出设备与数据处理器401交互。
而且，通过总线系统405，还可能把图像处理和控制处理器401连接到例如运动监视器，其监视感兴趣对象的运动。如果，例如，对患者的肺进行成像，运动传感器可以是呼气传感器。如果对心脏成像，运动传感器是心电图。
本发明的典型实施例可以作为CT扫描器控制台、成像工作站或PACS工作站的软件选项出售。
应当注意到，术语“包括”不排除其他元件或步骤并且“一个”或“一”不排除多个。还可组合结合不同实施例描述的元件。
还应当注意到，权利要求中的参考标号不构成对权利要求范围的限定。
Claims (16)
1、一种用于检查感兴趣对象的检查装置，所述检查装置包括：
辐射源(104)，适于向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；
探测器单元(108)，适于探测来自所述感兴趣对象(107)的图像数据和散射数据；
校正单元(118)，适于基于所述散射数据校正所述图像数据；
其中，在所述电磁辐射的焦点相对所述探测器单元(108)的第一位置处探测所述图像数据；并且
其中，在所述焦点相对所述探测器单元(108)且不同于所述第一位置的第二位置处探测所述散射数据。
2、如权利要求1所述的检查装置，还包括：
抗散射格栅，适于过滤所述电磁辐射。
3、如权利要求2所述的检查装置，
其中，所述抗散射格栅为一维抗散射格栅。
4、如权利要求2所述的检查装置，
其中，将所述抗散射格栅布置在所述感兴趣对象与所述探测器单元之间。
5、如权利要求1所述的检查装置，
其中，所述图像数据包括第一数量的直接辐射和第二数量的散射辐射；
其中，所述散射数据包括第三数量的直接辐射和第四数量的散射辐射；
其中，所述第一数量和所述第二数量之间的第一分数显著大于所述第三数量和所述第四数量之间的第二分数。
6、如权利要求1所述的检查装置，
其中，所述辐射源(104)适于电子地将焦点从所述第一位置移动到所述第二位置。
7、如权利要求1所述的检查装置，
其中，所述图像数据是在第一时间探测的；
其中，所述散射数据是在第二时间探测的；并且
其中，所述第一时间和所述第二时间与探测序列对应。
8、如权利要求1所述的检查装置，
其中，所述校正单元(118)还适于执行第一插补以替换损失的成像投影。
9、如权利要求1所述的检查装置，
其中，所述校正单元(118)还适于执行第二旋转插补，以产生对于每个投影角的散射估计。
10、如权利要求1所述的检查装置，
还适于执行对所述散射数据的低通滤波。
11、如权利要求1所述的检查装置，配置为由行李检验装置、医疗应用装置、材料测试装置及材料科学分析装置组成的组中的一个。
12、如权利要求1所述的检查装置，
还包括准直器(105)，其布置在所述电磁辐射源(104)与所述探测器单元(108)之间；
其中，所述准直器(105)适于准直由所述电磁辐射源(104)发射的电磁辐射束，以形成锥束。
13、一种用于检查感兴趣对象的图像处理设备，所述图像处理设备包括：
存储器，用于存储所述感兴趣对象(107)的图像数据和散射数据；
校正单元(118)，适于基于所述散射数据校正所述图像数据；
其中，在所述电磁辐射的焦点相对所述探测器单元(108)的第一位置处探测所述图像数据；并且
其中，在所述焦点相对所述探测器单元(108)且不同于所述第一位置的第二位置处探测所述散射数据。
14、一种用于检查感兴趣对象的方法，所述方法包括如下步骤：
由辐射源(104)向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；
由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据和散射数据；
由校正单元(118)基于所述散射数据校正所述图像数据；
其中，在所述电磁辐射的焦点相对所述探测器单元(108)的第一位置处探测所述图像数据；并且
其中，在所述焦点相对所述探测器单元(108)且不同于所述第一位置的第二位置处探测所述散射数据。
15、一种计算机可读介质(402)，用于检查感兴趣对象的计算机程序存储在其中，当由处理器(401)执行时，其适于实现如下步骤：
由辐射源(104)向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；
由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据和散射数据；
由校正单元(118)基于所述散射数据校正所述图像数据；
其中，在所述电磁辐射的焦点相对所述探测器单元(108)的第一位置处探测所述图像数据；并且
其中，在所述焦点相对所述探测器单元(108)且不同于所述第一位置的第二位置处探测所述散射数据。
16、一种用于检查感兴趣对象的程序单元，当由处理器(401)执行时，其适于实现如下步骤：
由辐射源(104)向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；
由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据和散射数据；
由校正单元(118)基于所述散射数据校正所述图像数据；
其中，在所述电磁辐射的焦点相对所述探测器单元(108)的第一位置处探测所述图像数据；并且
其中，在所述焦点相对所述探测器单元(108)且不同于所述第一位置的第二位置处探测所述散射数据。
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