CN101541240A - 用于对对象进行检查的计算机断层扫描（ct）c型臂系统和方法 - Google Patents

用于对对象进行检查的计算机断层扫描（ct）c型臂系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于对对象进行检查的计算机断层扫描(CT)C型臂系统和方法。计算机断层扫描(CT)C型臂系统用于检查感兴趣对象，所述CT－C型臂系统包括适于生成X射线的X射线管，用于获取CT切片组的X射线探测单元，其中，X射线管和X射线探测单元适于在C型臂上围绕检查对象围绕公共轴旋转，以及处理单元，通过所述处理单元可执行以下步骤：使用第一扫描参数获取CT切片的第一3D数据体积；将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；使用第一扫描参数生成第二数据体积的前向投影；将所述投影重建为第三数据体积；通过使第三体积与第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；通过使第四体积与第一体积相加生成第五体积。

Description

用于对对象进行检查的计算机断层扫描(CT)C型臂系统和方法
技术领域
本发明涉及用于对对象进行检查的计算机断层扫描(CT)C型臂系统和方法。另外，本发明涉及计算机可读介质和程序元件。更具体而言，本发明涉及对3D角度欠扫描伪影的校正。
背景技术
在许多技术领域中广泛地存在用于产生物理对象的图像的系统。一个具有特别的商业兴趣的方面是CT C型臂系统领域，即能够进行类似CT 3D成像的C型臂系统。良好的3D图像质量需要C型臂的旋转范围为至少180°加上扇形角度。
在一些医学或其它情况下，希望减小C型臂的旋转范围。一个原因可是检查过程更快，因此更加经济。另外，由于围绕对象的旋转范围减小而得到更少数量的所检查CT切片，从而导致X射线对对象的影响更少。更进一步，大部分C型系统本身具有有限的角范围。
但是，由于在所检查的感兴趣对象的物质边界上存在强烈的密度变化，因此对于角范围远小于180°加上扇形角度的CT切片而言，其CT数据体积的图像重建可能引起无法接受的强烈伪影水平。更准确地说，所重建的图像可能显示出伪影条纹或梯度。
发明内容
因此，希望提供一种改善的CT C型臂系统和方法以得到更好的图像质量。
更进一步，可能需要提供一种用于获取图像数据的系统和方法，所述系统和方法可用于执行对检查对象的扫描，所述扫描可能比已知系统进行的扫描更快和/或更可靠，并且具有更少的图像伪影。
根据独立权利要求，这一需求可以通过用于获取图像数据的系统和方法、计算机可读介质和程序元件得以满足。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于检查感兴趣对象的计算机断层扫描(CT)C型臂系统。所述CT C型臂系统包括适于生成X射线的X射线管，用于获取CT切片组的X射线探测单元，其中，X射线管以及X射线探测单元适于在C型臂上围绕公共轴围绕检查对象旋转。所述系统的处理单元使用第一扫描参数在第一步骤中获取CT切片的第一3D数据体积。第一数据体积可以是感兴趣对象的初次通过体积(first-pass volume)。在第二步骤中，将第一数据体积调整成为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的第一数据体积的体素值设置为至少一个预定的H值。在第三步骤中，使用第一体积的第一扫描参数生成第二数据体积的前向投影。将上述的投影重建成为第三数据体积。通过使第三体积与第二体积相减，由处理单元生成被称作仅伪影体积的第四数据体积。最后，通过使第一体积与所述仅伪影体积相加而生成第五体积。
一般而言，处理单元可以使用适合的重建算法，例如从L.A.Feldkamp，L.C.Davis，和J.W.Kress，”Practical cone-beam algorithms”，J.Opt.Soc.Am.A 6，pp.612-619，1984；K.Taguchi，和H.Aradate，”Algorithm for imagereconstruction in multi-slice helical CT”，Med.Phys.25，pp.550-561，1998；和U.van Stevendaal，J.-P.Schlomka，A.Harding，and M.Grass，”A reconstructionalgorithm for coherent scatter computed tomography based on filteredback-projection”，Med.Phys.30(9)，pp.2465-2474，September 2003已知的算法。
在角度欠扫描情况下，本发明使用解剖结构的先验知识，将这一事实视为本发明示范性实施例的要领。特别是包括致密的骨骼和类水(water-like)软组织的人类解剖结构，其在骨骼-组织边界处具有强烈的密度变化。为了减少上述伪影，本发明的一个实施例近似了一次(另一次)通过：根据本发明示范性实施例，将第一数据体积调整成为第二数据体积，从而使得将-500H和200H范围之间的第一数据体积的体素值设置为0H。由角度欠扫描引起的伪影还另外地由骨骼-组织边界引起，通过本发明的通过或多通过方法可以识别该伪影并且使之去除。
根据本发明其它示范性实施例，进一步将第一数据体积调整成为第二数据体积，从而使得将小于-850H的第一数据体积的体素值设置为-1000H。
通过参考以下所述的实施例，本发明的这些和其它方面将会变得显而易见，并且得以阐明。
附图说明
通过参考下述附图，以下将描述本发明示范性实施例：
图1示出了CT C型臂系统的简化示意图；
图2示出了根据本发明的方法步骤的流程图；
图3示出了以180°加上扇形角度的角范围扫描得到的头部模型的3D重建图像；
图4示出了以180°的角范围扫描相同的模型；
图5示出了图4图像的局部对比度增强了的版本；
图6示出了将水的体素重新设置为0H的图4的图像；
图7示出了利用图4的数据体积和扫描几何参数从经过生成并且重建的前向投影获取的图像；
图8示出了使图7的图像数据与图4的图像数据相减而得到的仅伪影图像；
图9A示出了与图3相同的图像用于与图9B进行比较；
图9B示出了使图9A的图像数据与图8的图像数据相加而得到的伪影校正图像。
具体实施方式
附图中说明是示意性的。在不同的附图中，对相似或相同的元件予以相似或相同的参考标记。
图1示出了根据本发明的计算机断层扫描C型臂系统的示意图的示意表示。图1中所描述的计算机断层设备100是锥形束CT C型臂系统。所述CT C型臂系统包括C型臂，其可围绕旋转轴102旋转。C型臂通过马达103驱动。参考数字104代表X射线管，其发射多色或单色辐射。
参考数字105代表窗孔系统，其使得由辐射源104发射的辐射束形成锥形辐射束106。引导锥形束106使其穿透布置在C型臂中心的感兴趣对象107，并且撞击在探测器108上，所述C型臂中心即是CT C型臂系统的检查区域。如由图1所看到的，将探测器108布置在C型臂上与X射线管104相对，从而使得锥形束106覆盖探测器108的表面。图1所描述的探测器108包括多个探测元件123，所述探测元件中的每者能够探测被感兴趣对象107散射的或者通过其的X射线。
在扫描感兴趣对象107期间，X射线管104，窗孔系统105以及探测器108与C型臂沿箭头116指示的方向旋转。为了使C型臂、X射线管104、窗孔系统105和探测器108旋转，将马达103连接至马达控制单元117，所述马达控制单元与可能包括同步单元的处理单元118相连。
感兴趣对象107可以是(例如)设置在这里未示出的手术台上的患者。在对例如患者107的头部130进行扫描期间，C型臂围绕患者107旋转，并且焦斑沿圆形或其它轨迹(如马鞍形轨迹)移动。因此，可以在手术台平行于旋转轴102无位移的情况下执行扫描。
探测器108与处理单元118相连。处理单元118接收探测结果，即来自探测器108的探测器元件123的读数，并且基于这些读数确定扫描结果。另外，处理单元118与马达控制单元117通信以使得具有马达103和120的C型臂的运动与手术台的运动相协调。
处理单元118可以适于从探测器108的读数重建图像。可以将处理单元118所生成的重建图像通过接口122输出至显示器(如图1所示)。
处理单元118可以由计算机可读介质实现，例如用于处理来自探测器108的探测器元件123的读数的数据处理器。
处理单元118处理被称作计算机断层扫描数据的所测量的数据，可进一步通过图形用户接口140控制所述处理单元。
图2示出了根据本发明方法步骤的流程图，每一个方框表示所述方法的步骤。所述步骤是：
1、如图4中示范性示出的，使用第一扫描参数获取对象的第一3D数据体积。
2、如图6示范性示出的，将第一数据体积调整成为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的第一数据体积的体素值设置为至少一个预定的H值。
3、使用第一扫描参数生成第二数据体积的前向投影。
4、如图7所示，对所述投影进行重建，得到第三数据体积。
5、通过使第三体积与第二体积相减(见图8)生成第四数据体积(仅伪影体积)。
6、最后，如图9B示范性示出的，通过使第一体积与第四体积相加生成第五体积。
图3示出了以180°加上扇形角度的角范围扫描得到的头部模型的3D重建图像。如图3上部条框所示，窗宽为100H，将窗位设置为0H。所述3D图像的质量是令人满意的。
为了获得所示的图像，可以将每一个所获取的CT切片再划分为具有N×N体积元素(体素)的矩阵。在扫描过程中，X射线光子已经横穿了每一个体素。探测器108的探测元件123(图1)已经测量了所透射辐射的强度。从这些强度读数中，以一种已知的方式计算切片中每一点处的对象的组织的密度或衰减值。将具体的衰减值分配给每一个体素。之后，按照图像元素(像素)的相应矩阵重建所视图像。分配给每一个像素一个数值(CT数)，所述数值为包含在相应的体素中的衰减值的平均值。将这一数字与水的衰减值比较，并且在被称作Hounsfield单位或Hounsfield(H)的任意单位尺度上显示。如一般所已知的，这一尺度分配给的水的衰减值为零。CT数的范围最高可达到2000或者更高。通常地，骨骼像素所具有的值在+400H和+1000H之间。软组织所具有的值在+40H和+80H之间。空气具有的值为1000H。
图4示出了以180°的角范围扫描同一颅骨模型。强烈明亮的垂直梯度连同水平条纹是显而易见的。对于医生而言，这种由于角度欠扫描导致的伪影的程度是无法接受的。可以将所示图像称作初次通过重建或者初次通过体积。
图5示出了图4图像的局部对比度增强了的版本。其示出了条纹从高对比度的边界发出。伪影是由不同体素在不同角范围上接收X射线照射导致的。一般而言，当满足‘180°+扇形角度’这一条件时(如图3所示的180°加上扇形角度的图像)，可以使用已知为Parker Weighting的在“Optimal shortscan convolution reconstruction for fanbeam CT”，D.L.Parker，Med.Phys.9(2)，254-257，1982中所描述的算法。但是，当所述条件未得到满足时，强烈的伪影将会持续。
图6示出了将水的体素，更准确地说，相应的像素重新设置为0H并且骨骼的体素不变的图4的图像。为了校正伪影，将图4所示的图像进行分割。分割意味着将初次通过数据体积或初次通过体积中的一些或者所有体素重新设置为一些“理想”值。
图7示出了利用扫描的数据体积和扫描几何参数从经过生成并且重建的前向投影获取的图像。对于重建而言，可以使用已知的Feldkamp算法。窗宽再一次为100H，并且将窗位设置为0H。图6所示的作为图7的图像的分割后体积包含锐利的人工边缘。这是由在重投影和重建期间发生的低通滤波效应引起的。为了在这一点提高图像质量，可以向分割后体积施加相似的低通滤波器，例如通过在相减之前一次或多次地应用简单的3×3×3的箱式滤波器。
图8示出了通过使图7的图像数据与图4的图像数据相减得到的仅伪影图像。
图9A示出了与图3相同的图像，用于与图9B比较。
最后，图9B示出了通过使图9A的图像数据与图8的图像数据相加得到的伪影校正图像。与图9A所示的图像相比，图9B的图像质量得到了强烈的改善。
但是，应当注意的是，本发明不局限于这些具体的数据获取和重建。
应当注意的是，“包括”一词不排除其它的元件或步骤，并且单数冠词不排除复数个。另外，可以使与不同实施例相关联而描述的元件相结合。还应当注意的是，权利要求中的参考标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (8)

1、一种用于检查感兴趣对象的计算机断层扫描(CT)C型臂系统，所述CT-C型臂系统包括：
X射线管，其适于生成X射线；
X射线探测单元，其用于获取CT切片组；
其中，所述X射线管，以及所述X射线探测单元适于在C型臂上围绕检查对象围绕公共轴旋转；
处理单元，通过所述处理单元可以执行以下步骤：
使用第一扫描参数获取所述CT切片的第一3D数据体积；
将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的所述第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；
使用所述第一扫描参数生成所述第二数据体积的前向投影；
将所述投影重建为第三数据体积；
通过使所述第三体积与所述第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；
通过使所述第一体积与所述第四体积相加生成第五体积。
2、一种用于对所检查对象的计算机断层扫描(CT)切片的3D数据体积进行伪影校正的方法；其中，由CT C型臂系统在180°或更小的角范围内围绕通过所述对象的轴在不同的角度处扫描CT切片中的每者；其中，所述方法包括以下步骤：
使用第一扫描参数获取所述对象的第一3D数据体积；
将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的所述第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；
使用所述第一扫描参数生成所述第二数据体积的前向投影；
将所述投影重建为第三数据体积；
通过使所述第三体积与所述第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；
通过使所述第一体积与所述第四体积相加生成第五体积。
3、根据权利要求2所述的方法；其中，将所述第一数据体积调整为所述第二数据体积，从而使得将在-500H和200H范围之间的所述第一数据体积的体素值设置为0H。
4、根据权利要求3或4所述的方法；其中，将所述第一数据体积调整为所述第二数据体积，从而使得将小于-850H的所述第一数据体积的体素值设置为-1000H。
5、根据权利要求2所述的方法；还包括：
按照所述第五数据体积的图像元素(像素)的体素相应矩阵重建图像。
6、根据权利要求2至5所述的方法，还包括：
向所述第二数据体积施加低通滤波器。
7、一种计算机可读介质，用于检查感兴趣对象的计算机程序存储于所述介质中，当处理器执行所述计算机程序时，所述计算机程序引起所述处理器实施以下步骤：
使用第一扫描参数获取CT切片的第一3D数据体积；
将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的所述第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；
使用所述第一扫描参数生成所述第二数据体积的前向投影；
将所述投影重建为第三数据体积；
通过使所述第三体积与所述第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；
通过使所述第一体积与所述第四体积相加生成第五体积。
8、一种用于检查感兴趣对象的程序元件，所述程序元件由处理器执行，其引起所述处理器实施以下步骤：
使用第一扫描参数获取CT切片的第一3D数据体积；
将所述第一数据体积调整为第二数据体积(分割后体积)，从而使得可以将至少一个预定Hounsfield(H)范围的所述第一数据体积的体素值设置为至少一个预定H值；
使用所述第一扫描参数生成所述第二数据体积的前向投影；
将所述投影重建为第三数据体积；
通过使所述第三体积与所述第二体积相减生成第四数据体积(仅伪影体积)；
通过使所述第一体积与所述第四体积相加生成第五体积。
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