CN101405619B - 计算机断层造影数据采集装置和方法 - Google Patents

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Abstract

计算机断层造影扫描器包括第一检测器(20)和第二检测器(21)。第二检测器(21)具有比第一检测器(20)相对较高的空间分辨率和相对较小的视场(204)。对两个检测器(20，21)产生的投影数据进行组合和重建，以生成表示在检查对象中感兴趣区域(314)的相对高分辨率体数据(318)。

Description

计算机断层造影数据采集装置和方法
技术领域
本申请涉及射线照相成像技术，特别地涉及用于减少由具有相对有限视场的检测器导致的截断伪像效果的技术。本申请特别应用于x-射线计算机断层造影(CT)，尤其是应用在期望产生有限的感兴趣区域(ROI)的高分辨率图像情况下。
背景技术
CT扫描器已经被证明是在提供表示对象内部结构的信息方面是很有价值的。在医学成像中，例如，CT扫描器广泛用于提供关于病人生理机能的图像和其它信息。典型地，对CT扫描生成的信息进行重建以产生体数据，该体数据随后以一个或多个人们可读的图像的方式表示。
近来趋势是已经快速采用多层螺旋CT以及转向具有更快转动速度的系统。结果，CT扫描器已经越来越多地应用到心脏应用领域，典型地受益于改进的空间和时间分辨率。
市售CT系统传统上包括一般弧形的辐射敏感检测器。为了避免重建体数据中的截断伪像，该检测器应当具有比待成像对象轴面(transaxial)尺寸更大的轴面视场。尽管这些检测器已经在多个应用领域证明有用，但技术和经济上的考虑典型地限制了可获得的空间分辨率。
平板检测器也是检测器。这种检测器典型地具有比传统CT检测器相对较高的分辨率。但是，技术和经济上的考虑典型地限制了该检测器的物理尺寸，因此，也限制了可获得的视场。结果，平板检测器通常更适合用于给相对小的对象成像。尽管这些检测器可以用于给相对较大的对象成像，但作为结果而发生的截断伪像抵消了增加了的空间分辨率带来的好处。这对于需要在相对小的视场上具有较高空间分辨率的心脏成像和其它应用来说更显得如此。
发明内容
本发明的多个方面处理这些问题和其它问题。
根据本发明的一个方面，一种断层造影装置包括用于产生表示位于检查区域中对象的第一投影数据的第一辐射敏感检测器，以及用于产生表示该对象的第二投影数据的第二辐射敏感检测器。第二检测器具有比该对象轴面尺寸小的第二轴面视场，因此，使用第二投影数据重建的体数据将包含截断伪像。该装置也包括用于校正第二投影数据以减小截断伪像的模块，其中，该校正根据第一投影数据进行的。该装置还包括用于产生表示校正后第二投影数据的体数据的校正数据重建器。
根据本发明的另一方面，一种断层造影方法包括：接收第一辐射敏感检测器产生的第一投影数据，其中，所述第一投影数据表示对象的内部，并且其中，所述对象具有轴面尺寸；接收第二辐射敏感检测器产生的第二投影数据，其中，所述第二投影数据表示所述对象的所述内部，其中，所述第二辐射敏感检测器具有第二轴面视场，并且其中，所述第二轴面视场比所述对象的轴面尺寸小，因此使用所述第二投影数据重建的体数据包含截断伪像；产生表示所述第一投影数据的第一体数据；过滤所述第一体数据以从所述第一体数据消除感兴趣区域；计算通过所过滤的第一体数据的多个投影；组合所述第二投影数据和所计算的投影；以及重建经组合的第二投影数据以产生表示经组合的第二投影数据的体数据。
根据本发明的另一方面，一种断层造影装置包括：用于接收第一辐射敏感检测器产生的第一投影数据的模块，其中，所述第一投影数据表示对象的内部，并且其中，所述对象具有轴面尺寸；用于接收第二辐射敏感检测器产生的第二投影数据的模块，其中，所述第二投影数据表示所述对象的所述内部，其中，所述第二辐射敏感检测器具有第二轴面视场，并且其中，所述第二轴面视场比所述对象的轴面尺寸小，因此使用所述第二投影数据重建的体数据包含截断伪像；用于产生表示所述第一投影数据的第一体数据的模块；用于过滤所述第一体数据以从所述第一体数据消除感兴趣区域的模块；用于计算通过所过滤的第一体数据的多个投影的模块；用于组合所述第二投影数据和所计算的投影的模块；以及用于重建经组合的第二投影数据以产生表示经组合的第二投影数据的体数据的模块。
根据本发明的另一面，一种计算机断层造影设备包括：第一x-射线源，用于接收由第一x-射线源产生的并已穿过检查区域的x-射线的第一x-射线检测器，第二x-射线源，以及用于产生表示由第二x-射线源产生的并已穿过检查区域的x-射线的多个投影的第二x-射线检测器。第二x-射线检测器具有第二轴面视场和第二轴面分辨率。第一轴面视场大于第二轴面视场，但第一轴面分辨率低于第二轴面分辨率。该装置还包括可操作地连接到第一x-射线敏感检测器并适于产生第一体数据的第一重建器，用于从第一体数据中过滤ROI的ROI过滤器，用于计算通过所过滤的第一体数据的投影的投影计算器，用于将所计算的投影从来自第二x-射线检测器的空间上相应的投影中减去的投影数据减法器，用于产生表示所减得的投影数据的体数据的数据重建器。
阅读和理解所附图和描述后，本领域的技术人员就会理解本发明的其它方面。
附图说明
结合附图以举例的方式而非限制性地说明本发明，附图中类似的标号表示相似的组件，其中：
图1示出了CT扫描器；
图2示出了CT扫描器的采集几何图；
图3示出了数据组合器的功能方框图；
图4a、4b、4c、4d示出了投影数据；
图5示出了一种使用扫描数据产生人们可读图像的技术。
图6示出了一种使用扫描数据产生具有改进时间分辨率的人们可读图像的技术；以及
图7示出了一种交互式选择感兴趣区域的技术。
具体实施方式
参考图1，CT扫描器10包括围绕检查区域14转动的旋转架18。旋转架18支撑诸如x-射线管的第一辐射源12和第一x-射线敏感检测器20，该第一x-射线敏感检测器20对着检查区域14的相对侧上的弧。旋转架18还支撑第二x-射线源13和第二x-射线敏感检测器21。由x-射线源12、13产生的x-射线穿过检查区域14并被检测器20、21检测到。检测器20、21随后分别产生表示检测到的辐射的第一和第二投影数据。
第一检测器20具有相对低的轴面分辨率和相对大的轴面视场的特征。在一个实现中，该检测器包括检测器元件100的拱形阵列，该阵列排列在多个纵向行或层(slice)以及横向列中。在一个实现中，该检测器包括64或更多个层。每个检测器元件100包括用于与光电二极管进行光通信的闪烁器。尽管可以使用其它光电二级管或光电检测器技术，优选地通过背面入光光电二极管(BIP)阵列构造光电二级管。可以实现一种所谓第四代扫描器的配置，其中，检测器20覆盖360度弧度范围，并当x-射线源12转动时保持静止，以及可以实现平板检测器。同样地可以实现具有更多或更少层数的检测器。根据检测器20的配置，第一x-射线源12产生一般具有圆锥形、扇形、或其它期望形状的辐射束。
第二检测器21的特征是轴面空间分辨率高于第一检测器20的轴面空间分辨率，轴面视场小于第一检测器20的轴面视场。第二检测器21可以作为平板检测器实现，该平板检测器排列为检测器元件的二维n×m阵列，但有其它的实现方式。例如，第二检测器21可以与第一检测器20类似的实现方式在检测器元件拱形阵列上实现，但具有相对较高的分辨率和期望的纵向范围。第二x-射线源13同样地产生和第二检测器21的配置相符的射线束。
优选地位于旋转架18上的数据采集系统22接收检测器20、21产生的投影数据，并提供必要的信号调节、模数转换、多路复用等功能。如作为单个数据采集系统所说明的，可以为第一和第二检测器20、21提供分别的数据采集系统。
重建器26重建来自检测器20、21的数据，以产生表示诸如病人内部解剖体的检查对象的辐射衰减的体数据。如进一步详细描述，重建器26包括数据组合器27，该数据组合器27使用具有较低分辨率、较大视场的第一检测器20和具有较高分辨率、较小视场的第二检测器21采集的数据以产生对象感兴趣区域(ROI)的相对高质量图像。
将通用计算机用作操作员控制台44。该控制台44包括诸如监视器或显示器的人们可读输出设备，以及诸如键盘和鼠标的输入设备。驻留在控制台中的软件允许操作员通过创建期望的扫描协议、初始化和终止扫描、观察和以其他方式操作体图像数据、以及以其他方式与扫描器交互，来控制扫描器的操作。
对象支撑台16在检查区域14中支撑诸如病人的对象。支撑台16优选地包括驱动器，用于移动支撑台16以便于在检测器20、21的视场中定位对象的感兴趣区域。该支撑台随旋转架(18)的转动而移动，以提供螺旋形的、圆形的、或其它期望的扫描轨迹。
控制器28协调所需的各种扫描参数，包括x-射线源12、13的参数、病人床16的运动、数据采集系统26的操作，以执行期望的扫描协议。
现在转向图2，图2针对给定的旋转架18的位置和检查对象200更详细地示出了采集几何图。第一检测器20具有优选地等于或大于对象200的最大轴面尺寸的轴面视场202。第二检测器21具有比第一检测器小的轴面视场204。取决于对象200的大小，第二检测器21的视场范围可能小于对象200的轴面范围。如本领域专业人员所理解的，仅使用由第二检测器产生的数据进行重建的体数据包含截断伪像。
由第一检测器20采集的示例性投影表示为线P1-S1，其中，P1表示第一检测器20的示例性检测器元件的位置，S1表示第一x-射线源12的位置。类似地，由第二检测器21采集的示例性投影表示为线P2-S2，其中，P2表示第二检测器21的示例性检测器元件的位置，S2表示第二x-射线源13的位置。因为检测器20、21均包括多个检测器元件，所以在每个旋转架18位置处采集的数据包括多个投影。协调旋转架18的转动与对象支撑台16的运动，以便检测器20、21绕对象200以螺旋形的、圆形的、其它期望的轨迹行进，因此在多个位置中的每个位置处产生投影数据。
图3示出了数据组合器27的功能方框图，在该所示出的实施例中数据组合器27包括第一重建器302、ROI过滤器或消除器304、前向投影计算器306、投影数据组合器308、组合数据重建器310。
第一重建器302通过重建第一检测器20采集的数据生成表示该对象的第一体数据312。典型地使用本领域技术人员知道的过滤反投影技术来进行重建，但是也可以实现迭代或其它合适的重建技术。第一体数据312随后用于近似第二检测器21视场外投影的线积分，因此，第一体数据312的质量可以低于在传统诊断扫描时生成的数据的质量。例如，可以创建重建参数，使得体数据312具有相对低的分辨率。还可以选择扫描参数以产生相对低的射线剂量，并因此产生相对多噪声的体数据312。当然，可以选择扫描和重建参数，使得体数据312具有诊断质量。
ROI消除器或过滤器304从体数据312中消除ROI 314，以产生过滤的体数据316。在一个实现中，由用户选择ROI 314。在该实现中，体数据312可以有利地显示在操作员控制台44上，并且用户通过使用鼠标和/或键盘来选择期望的ROI 314。在另一个实现中，通过使用诸如图像分割的合适的图像处理技术来自动或半自动地确定ROI 314。该技术的特别优势在于可以选择ROI以排除强吸收梯度，当软组织和骨骼都出现在ROI中时，可能发生强吸收梯度。因此，可以使用典型地对这样的梯度敏感但是相对快速的近似锥束重建技术。而且，特别是在轴向重建，其中，强吸收梯度可能导致不期望的图像伪像的情况下，还可以减小丢失数据的影响。在另外一个实现中，创建与第二检测器21的视场204相等范围的ROI 314。然而，在任何一种情况下，ROI 314优选地位于第二检测器21的视场204内。
例如，通过将体素设置为空气值(例如，-1000Hu)，从体数据312中过滤或消除感兴趣区域314内的体素。为了避免数据的不连续性，可以对ROI314和其余体数据316之间边界附近的体素进行插值或平滑操作。
前向投影计算器306计算通过与第二检测器21的轨迹相对应的修改后的体数据316的投影。更具体而言，为与第二检测器21产生的投影相应的投影计算通过修改后的体数据316的线积分。因为投影不对应于修改后数据316的坐标系，所以可以通过基于在投影附近的多个体素使用高阶插值技术来计算投影。
投影数据组合器308组合前向投影计算器306产生的数据和第二检测器21产生的投影数据。更具体而言，将第二检测器21生成的各种投影从投影计算器306生成的空间上相应的投影中减去。
图4示出了示例性投影的减法过程。图4a示出了沿路径Sa-Pa经过体数据312的任意投影。该投影包括来自感兴趣区域314和第二检测器视场204内部和外部的衰减作用。图4b示出了来自感兴趣区域314中体素所起的作用被过滤或消除后的任意投影Sa-Pa，用于前向投影计算器306进行处理。图4c示出了沿着任意投影Sa-Pa由第二检测器21采集的投影S2-P2。与沿着投影S2-P2的辐射衰减的线积分相对应的投影包括来自感兴趣区域314内部和外部的衰减作用。图4d示出了组合器308生成的投影数据。如图所示，来自感兴趣区域外部的衰减作用很大程度上被消除了，因此，该投影数据主要表示在ROI 314内、因此也在第二检测器21的视场204中的辐射衰减。注意第一体数据的分辨率、测量的投影和计算的投影之间的空间一致性将影响消除的完整性精度。无论如何，可以有利地减少通常由第二检测器21的投影数据的重建生成的截断伪像。
组合数据重建器310重建所得到的组合投影数据。再次通过使用本领域技术人员知道的过滤反投影技术进行重建，但也可以实现迭代或其它合适的重建技术。因为第二检测器21产生的投影数据典型地具有相对高的分辨率，可以相应地创建重建参数。在这个方面，应当注意到，由使用相对小的感兴趣区域导致的相对小的投影矩阵可以减少迭代重建的重建时间，从而可以提高迭代技术的吸引力。
在一个实现中，上述的多种功能通过存储在磁盘、存储器、或其它存储介质上并被与重建器26相关联的一个或多个计算机处理器执行的计算机可读指令实现。而且，通过使用按期望执行的公共函数或例程可以实现诸如第一数据重建器和组合数据重建器所提供的一些功能。
例如，在操作中，参考图5，通过使用诸如图1示出的扫描器10来进行对象的CT扫描，在步骤502获得扫描数据。
在步骤504，对来自第一检测器的投影数据进行重建，以产生第一体图像数据312。
在步骤506，确定ROI。
在步骤508，从第一体图像数据中消除或过滤ROI数据，以产生修改的图像数据316。
在步骤510，计算与第二检测器21的轨迹相应的前向投影。
在步骤512，组合来自第二检测器21的投影数据和计算的投影数据。
在步骤514，重建组合得到的投影数据，以生成体图像数据318。
在步骤516，例如，在与操作员控制台44相关联的监视器上产生和显示表示体图像数据的人们可读图像。众所周知，该人们可读图像可以具有多种形式，例如，包括一个或多个图像层次、体绘制图像等。
在这个方面，应当注意对于数据集中所有投影不需要按时间序列执行步骤508、510、512。更具体而言，可以基于逐个投影的方式来确定和计算前向投影、消除ROI以及组合投影数据，对于每个期望的投影重复该过程。而且，可以使用以前采集的数据来回溯地进行投影。
其它的变化也是可能的。如图1所示出的，第一检测器20、第二检测器21和各自的x-射线源12、13有大约90°的角度偏移，因此，与具有单个检测器的扫描器相比产生额外的数据。来自第一检测器20和第二检测器21的数据可以被组合，以在对诸如心脏的循环移动对象的成像中生成具有相对较高的时间分辨率的体数据。
在步骤602，如上述与图3和5相关，生成组合的投影数据，并且心脏附近的区域被选择作为ROI。正如所理解的，从而可以获得两个投影数据集：第一检测器20产生的投影数据和组合的投影数据。
在步骤604，从各数据集中选择时间上相应的投影，诸如在期望的心动时相(cardiac phase)处获得的投影。
在步骤606，对选择的投影进行重建，以生成表示期望的心动时相的体数据。
在步骤608，按期望对于额外的心动时相重复该过程。
在步骤610，按期望产生和显示期望的人们可读图像。
其中，检测器20、21偏移90°，将时间分辨率提高到通过使用具有单个检测器的扫描器所获得时间分辨率的两倍。第二检测器21比第一检测器20具有相对较高的空间分辨率，重建的图像还具有比通过具有第二检测器的扫描器获得的分辨率相对较高的分辨率，该第二检测器具有和第一检测器20相似的空间分辨率。而且，改进的时间分辨率允许使用更狭窄的选通窗口，从而减小重建图像中的模糊。
来自第一检测器20和第二检测器21的信息还可用于多能量或光谱成像上，其中，生成光谱编码投影。通过逐视图地改变x-射线源12、13的电压或通过使用光谱或能量分解检测器，可以典型地产生这种投影，该光谱或能量分解检测器提供的输出表示在多于一个能量范围中检测到的辐射。
特别地，光谱信息用于区别多个物质基础机能(material base function)。在一个实现中，第一检测器20和第二检测器21都产生光谱编码的数据。在另外一个实现中，仅第一检测器20和第二检测器21中之一提供光谱信息。在任何情况下，都可以以优化或其它期望的方式分离物质基础机能。
作为一个例子，将软组织区域选为ROI。第一检测器20利用一种光谱编码来工作，该光谱编码能够区分骨骼和软组织基础机能。可以优化第二检测器21来用于另一种对比，例如，区分显影剂和软组织基础机能。因为该基础机能包括对线积分的能量依赖，所以第一检测器20的测量可以用于处理第二检测器21的测量。而且，从第二检测器21的测量中减去骨骼，可用来减小伪像，该伪像否则出现在重建中，特别是在强吸收梯度位于ROI314的附近的情况下。
作为另外一个变化，可以交互地选择ROI 314。参考图7，在步骤702处获得搜索扫描或其它低分辨率扫描。在步骤704处，例如，在与操作员控制台44相关联的监视器上显示搜索扫描。在步骤706处，操作员确定期望的ROI 314。控制器28使用该信息调节对象支撑台16的位置以定位ROI，并且理想地将ROI定位于第二检测器21视场的中心。随后在步骤710处扫描对象，并且在步骤712处如上所述处理数据。由于第二检测器21的视场通常位于旋转架18的旋转中心，这种过程在ROI偏离检查对象的中心或ROI比第二检测器21视场大的情况下特别有用。
应当注意检测器20、21和它们各自的辐射源可以偏离90°之外的角。而且，可以忽略两个x-射线源中的一个，第二检测器21位于第一检测器20的中心或角度上部分地与第一检测器20具有共同范围。在该实现中，来自第一检测器20和第二检测器21的数据用来产生第一体数据312。随后将发生如上述投影数据的进一步处理。
当然，在阅读和理解上述说明后，将可能对本发明做出修改和变更。因此，本发明旨在被解释为涵盖所附权利要求或等价体的范围内的所有修改或变更。

Claims (18)

1.一种断层造影方法，包括：
接收第一辐射敏感检测器(20)产生的第一投影数据，其中，所述第一投影数据表示对象的内部，并且其中，所述对象具有轴面尺寸；
接收第二辐射敏感检测器(21)产生的第二投影数据，其中，所述第二投影数据表示所述对象的所述内部，其中，所述第二辐射敏感检测器具有第二轴面视场(204)，并且其中，所述第二轴面视场比所述对象的轴面尺寸小，因此使用所述第二投影数据重建的体数据包含截断伪像；
产生表示所述第一投影数据的第一体数据(312)；
过滤所述第一体数据以从所述第一体数据消除感兴趣区域；
计算通过所过滤的第一体数据的多个投影；
组合所述第二投影数据和所计算的投影；以及
重建经组合的第二投影数据以产生表示经组合的第二投影数据的体数据。
2.如权利要求1所述的方法，包括计算通过所述第一体数据的多个第一投影。
3.如权利要求2所述的方法，其中，计算多个第一投影包括对所述第一体数据进行插值，并且其中，所述插值是高阶插值。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二投影数据包括多个第二投影，并且所述方法包括：
从第二投影中减去计算的投影；
对于多个第二投影中的每个重复所述减去的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一投影数据包括多个投影，并且其中，重建包括：
在所述第一投影数据和经组合的第二投影数据中选择时间上相应的投影；并且
重建所选择的投影。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述对象包括跳动的心脏，并且其中，所述选择包括根据心动时相选择所述时间上相应的投影。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二辐射敏感检测器具有的轴面分辨率高于所述第一辐射敏感检测器的轴面分辨率。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一辐射敏感检测器包括在相对于检查区域的弧上布置的多个辐射敏感检测器元件(100)。
9.如权利要求7所述的方法，还包括使用光谱信息来区分物质基础机能。
10.一种断层造影装置，包括：
用于接收第一辐射敏感检测器(20)产生的第一投影数据的模块，其中，所述第一投影数据表示对象的内部，并且其中，所述对象具有轴面尺寸；
用于接收第二辐射敏感检测器(21)产生的第二投影数据的模块，其中，所述第二投影数据表示所述对象的所述内部，其中，所述第二辐射敏感检测器具有第二轴面视场(204)，并且其中，所述第二轴面视场比所述对象的轴面尺寸小，因此使用所述第二投影数据重建的体数据包含截断伪像；
用于产生表示所述第一投影数据的第一体数据(312)的模块；
用于过滤所述第一体数据以从所述第一体数据消除感兴趣区域的模块；
用于计算通过所过滤的第一体数据的多个投影的模块；
用于组合所述第二投影数据和所计算的投影的模块；以及
用于重建经组合的第二投影数据以产生表示经组合的第二投影数据的体数据的模块。
11.如权利要求10所述的装置，包括用于计算通过所述第一体数据的多个第一投影的模块。
12.如权利要求11所述的装置，其中，计算多个第一投影包括对所述第一体数据进行插值，并且其中，所述插值是高阶插值。
13.如权利要求11所述的装置，其中，所述第二投影数据包括多个第二投影，并且所述装置包括：
用于从第二投影中减去计算的投影的模块；
用于对于多个第二投影中的每个重复所述减去的步骤的模块。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述第一投影数据包括多个投影，并且其中，重建包括：
在所述第一投影数据和经组合的第二投影数据中选择时间上相应的投影；并且
重建所选择的投影。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述对象包括跳动的心脏，并且其中，所述选择包括根据心动时相选择所述时间上相应的投影。
16.如权利要求10所述的装置，其中，所述第二辐射敏感检测器具有的轴面分辨率高于所述第一辐射敏感检测器的轴面分辨率。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述第一辐射敏感检测器包括在相对于检查区域的弧上布置的多个辐射敏感检测器元件(100)。
18.如权利要求16所述的装置，还包括用于使用光谱信息来区分物质基础机能的模块。
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