CN102160085B - 成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像装置。所述成像装置包括：辐射源(2)，其用于发射辐射(4)；以及探测器(6)，其用于测量穿过所述感兴趣区域之后的辐射(4)并用于根据所测量的辐射(4)产生测量的探测值。所述成像装置还包括：衰减元件，其用于在所述辐射(4)穿过所述感兴趣区域之前衰减所述辐射(4)；以及衰减元件散射值提供单元(12)，其用于提供衰减元件散射值，该值取决于所述衰减元件引起的辐射(4)的散射。探测值校正单元(17)基于所提供的衰减元件散射值校正所述测量的探测值，并且重建单元(18)根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像装置、成像方法和计算机程序。本发明还涉及一种用于校正由成像装置采集的探测值的校正装置、校正方法和校正计算机程序。

背景技术

Mohammad Reza Ay等人在Physics in Medicine and Biology，vol.50，no.20，4863-4885页，2005年10月的文章“Development and validation ofMCNP4C-based Monte Carlo simulator for fan-and cone-beam x-ray CT”披露了一种用于扇形束和锥形束x射线计算断层摄影(CT)的Monte Carlo模拟器。具体而言，模拟蝴蝶结滤波器对扇形束CT中散射分布的影响。

Wojciech Zbijewski等人在IEEE Transactions on Medical Imaging，vol.25，no.7817-827页，2006年7月的文章“Efficient Monte Carlo Based ScatterArtifact Reduction in Cone-Beam Micro-CT”披露了一种用于在锥形束CT图像中减少散射伪影的基于Monte Carlo的方法。采集受散射损害的投影数据，并根据这些受散射损害的投影数据重建原始图像。然后，通过Monte Carlo模拟根据原始图像估计投影数据的散射分量。于是，利用Monte Carlo模拟估计了要重建对象对光子的散射。然后将投影数据的估计的散射分量用于重建经散射校正的图像。迭代地重复基于实际重建的图像估计投影数据的散射分量并且基于估计的投影数据的散射分量重建经散射校正的图像，直到获得合适的校正。

Habib Zaidi等人在Medical and Biological Engineering and Computing，vol.45，no.9，809-817页，2007年9月的文章“Current status and new horizonsin Monte Carlo simulation of X-ray CT scanners”披露了一种X射线CT扫描器的Monte Carlo模拟。假设已知要检查对象的电子密度或衰减分布，可以使用Monte Carlo模拟进行散射建模和对散射校正技术的评估。

US 7,065,234B2公开了一种计算断层摄影系统，其包括：辐射源，其发射辐射；以及探测器，其用于探测穿过感兴趣区域之后的辐射，以用于根据所探测的辐射产生探测值。针对散射效应校正探测值，并使用经校正的探测值重建感兴趣区域的图像。这一经重建的图像仍然包括由散射效应引起的图像伪影，由此降低了经重建的图像的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像装置、成像方法和成像计算机程序，其中改善了感兴趣区域的重建图像的质量。本发明的另一目的是提供一种用于校正探测值的校正装置、校正方法和校正计算机程序，其校正探测值，从而改进利用经校正的探测值重建的图像的质量。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像装置，其中所述成像装置包括：

-辐射源，其用于发射辐射，

-探测器，其用于测量穿过所述感兴趣区域之后的辐射并且根据所测量的辐射产生测量的探测值，

-衰减元件，其用于在辐射穿过所述感兴趣区域之前衰减所述辐射，

-衰减元件散射值提供单元，其用于提供衰减元件散射值，该值取决于所述衰减元件引起的辐射的散射，

-探测值校正单元，其用于基于所提供的衰减元件散射值校正所述测量的探测值，

-重建单元，其用于根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像。

探测器测量的探测值受到辐射在衰减元件中散射的不利影响。于是，通过针对衰减元件中的辐射散射校正探测值，即，通过提供取决于衰减元件引起的辐射散射的衰减元件散射值并且通过基于所确定的衰减元件散射值校正探测值，改善了探测值的质量，从而改善了根据经校正的探测值重建的图像的质量。

成像装置优选是计算断层摄影装置，其中X射线源发射X射线辐射并相对于对象的感兴趣区域旋转，以从不同角度方向照射感兴趣区域。探测器探测从不同方向照射感兴趣区域的，穿过衰减元件和感兴趣区域之后的辐射并且产生取决于所探测的辐射的探测值。计算断层摄影装置的衰减元件优选为楔形物。可以将楔形物称为蝴蝶结或射束成形器。在计算断层摄影装置中使用楔形物是为了降低在横向对象区域中通过对象的辐射量，对象优选为患者。具体而言，楔形物在要成像的这种对象(具体而言，患者)薄的地方是厚的，而楔形物在要成像的这种对象预计厚的地方是薄的。衰减元件散射值提供单元提供取决于楔形物中X射线辐射的散射的衰减元件散射值，探测值校正单元基于所确定的衰减元件散射值校正测量的探测值。重建单元优选适于使用反投影算法或另一种计算断层摄影重建算法根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像。

术语“感兴趣区域的”包括整个对象或仅包括对象的一部分。

辐射优选形成像锥形射束或扇形射束的射束，其中对象的尺寸和布置优选使得，如果辐射源适于在测量探测值的同时绕旋转轴旋转，则对象在垂直于旋转轴的方向上完全位于射束之内。

应当指出，“基于所提供的衰减元件散射值校正测量的探测值”这一表述也包括进一步处理衰减元件散射值，例如以便考虑对象的衰减，其中优选基于这些进一步处理的衰减元件散射值校正测量的探测值。

优选成像装置还包括用于确定对象散射值的对象散射确定单元，对象散射值取决于对象对辐射的散射，其中探测值校正单元适于基于所确定的对象散射值校正测量的探测值。由于探测值也可能受到辐射在对象中的散射的不利影响，因此考虑这些额外的散射效应，即，确定取决于辐射在对象中的散射的对象散射值以及还基于所确定的对象散射值校正探测值，进一步提高了探测值的质量，从而提高了利用经校正的探测值重建的感兴趣区域的图像的质量。

优选通过已知方法，具体而言，通过例如在WO 2007/148263A1中公开的基于与对象特有卷积核的卷积的独立方法，确定对象散射值并基于所确定的对象散射值校正测量的探测值，在此通过引用将该文献并入。

进一步优选地，该成像装置包括对象所处的检查区以及用于准直辐射源发射的辐射的准直器，准直器位于衰减元件和检查区之间，其中辐射源、探测器和准直器适于针对辐射的不同准直测量校准值，并且其中衰减元件散射值提供单元适于基于校准值确定衰减元件散射值。优选地，衰减元件散射值提供单元适于通过将一函数拟合到校准值来确定衰减元件散射值，所述函数考虑了校准值的衰减元件散射部分和未散射部分并且取决于不同的准直。进一步优选地，该函数对于描述校准值的衰减元件散射部分随准直变大而变大具有平方根相关性，对于描述校准值的未散射部分具有常数相关性，其中衰减元件散射值取决于衰减元件散射部分。由于探测值中由辐射在衰减元件中的散射引起的部分具有取决于辐射准直的平方根特性，因此可以通过将具有平方根相关性的函数拟合到针对辐射的不同准直测量的校准值，而容易且高精度地确定这一部分，从而确定取决于这一部分的衰减元件散射值。

进一步优选地，

-探测器包括若干探测器元件，

-辐射源、探测器和准直器适于为探测器元件的子组针对辐射的不同准直测量校准值，

-衰减元件散射值提供单元适于针对探测器元件的子组确定衰减元件散射值，

-成像装置还包括衰减元件散射值比提供单元，其用于提供探测器元件的子组的衰减元件散射值与子组之外的探测器元件的衰减元件散射值的比值，

-所述衰减元件散射值提供单元适于通过将针对子组的衰减元件散射值乘以所提供的比值来确定针对子组之外的探测器元件的衰减元件散射值。这允许测量校准值并基于仅针对探测器元件的子组的校准值确定衰减元件散射值，并且简单地通过将探测器元件的子组的衰减元件散射值乘以所提供的比值来确定针对其他探测器元件的衰减元件散射值，由此减少确定衰减元件散射值所需的工作量和时间。

进一步优选地，探测器包括二维探测表面，其中探测器元件的子组是所述探测表面上的探测器元件的线。这条线优选是中心线，具体而言，如果成像装置为计算断层摄影装置，这条线优选相对于平行于旋转轴的方向位于中心。

优选调整辐射源、准直器和探测器，从而使得对于用于确定校准值的每种准直，探测器元件的子组，优选地探测器元件的线，进一步优选探地测器元件的中心线，被完全照射。

衰减元件散射值比提供单元优选为模拟单元，其中通过对成像装置建模，具体而言，通过对辐射源、探测器和衰减元件建模，并通过执行Monte-Carlo模拟来对衰减元件散射值的产生建模。如果成像装置为计算断层摄影装置，则衰减元件散射值比提供单元优选适于针对垂直于旋转轴的探测器元件的中心线与也垂直于旋转轴的另一条探测器元件的线的每种组合提供衰减元件散射值比，具体而言，衰减元件散射值的单一比值。

在实施例中，衰减元件散射值比提供单元是已经存储了衰减元件散射值比的存储单元，或者它可以例如通过使用上述模拟计算这些比值，其中优选地，对于位于平行于旋转轴的同一条线上且位于垂直于旋转轴的探测器元件的中心线上以及也垂直于旋转轴的另一条探测器元件的线上的每一对探测器元件，确定衰减元件散射值比，并且其中对针对中心线和单根另一条线确定的衰减元件散射值比求平均值，以针对垂直于旋转轴的中心线和也垂直于旋转轴的另一条单根线的组合确定单一衰减元件散射值比。这减少了衰减元件散射值比提供单元必须要提供的衰减元件散射值比的量。

进一步优选地，该成像装置还包括：

-空气扫描值提供单元，其用于提供空气扫描值，以及

-空气扫描值校正单元，其用于基于所述衰减元件散射值校正空气扫描值，

其中所述探测值校正单元适于基于经校正的空气扫描值校正探测值。

成像装置例如是计算断层摄影装置，并且其从不同方向照射感兴趣区域，其中优选以不同角范围，例如10度，划分不同方向。优选通过以下方式确定空气扫描值：在感兴趣区域中没有对象且辐射源绕感兴趣区域转动的同时采集探测值，并对属于相同角度范围的探测值求平均值来确定相应角度范围的空气扫描值。于是，优选针对不同采集条件，针对每个角度范围确定空气扫描值。例如，如果辐射源为X射线管，则由辐射源的管电流、准直、旋转速度等定义采集条件。由于探测值校正单元使用已经基于衰减元件散射值校正的空气扫描值来校正探测值，所以进一步提高了探测值的质量，从而提供了利用经校正的探测值重建的图像的质量。空气扫描值提供单元优选是已经存储了空气扫描值的存储单元。在另一实施例中，空气扫描值提供单元例如通过如上所述对感兴趣区域中没有对象时采集的探测值求平均值来确定空气扫描值。

进一步优选地，探测值校正单元适于针对已经在衰减元件中被散射并被对象(如果在衰减元件和探测器之间存在对象)衰减的辐射的衰减，调整衰减元件散射值，并基于所调整的衰减元件散射值校正所测量的探测值。优选基于测量的探测值执行这种调整。由于在用于测量对象的探测值的测量中，已经被衰减元件散射的辐射被对象衰减，因此必须要调整衰减元件散射值，从而考虑对象的这种衰减，所述衰减元件散射值考虑到衰减元件引起的辐射散射而未考虑对象造成的散射辐射的衰减。也可以将这定义为衰减元件散射值通过对象的传播。分别针对对象的衰减或衰减元件散射值通过对象的传播对衰减元件散射值进行这种调整进一步改善了经校正的探测值的质量，从而改善了利用经校正的探测值重建的图像的质量。

进一步优选地，通过将相应衰减元件散射值乘以取决于对象引起的衰减的相应对象衰减值执行衰减元件散射值的调整。对象衰减值优选是由对象引起的相应衰减或对象引起的这种衰减的低通滤波值。这种低通滤波器优选包括低通滤波器系数，根据系统几何结构和位于探测器的探测器元件间的所用抗散射网格的接收角度调整低通滤波器系数。调整这些低通滤波器系数，从而使得由对象引起的滤波后衰减，在这种情况下即对象衰减值，反映了从探测器像素看到的且在抗散射网格的整个接收角度上积分的由对象引起的平均衰减。因此，进一步优选地，低通滤波器是二维的，且针对每种探测器尺度单独地选择低通系数。在一个优选实施例中，将低通滤波器实现为二项式低通滤波器。

进一步优选地，

-成像装置包括：

a)空气扫描值提供单元，其用于提供空气扫描值，以及

b)空气扫描值校正单元，其用于基于衰减元件散射值校正空气扫描值，

-探测值校正单元适于迭代地校正测量的探测值，其中

a)在迭代步骤中，通过从除以相应经校正的空气扫描值的相应测量的探测值减去乘以相应对象衰减值的相应衰减元件散射值来计算经校正的探测值，所述相应对象衰减值取决于由所述对象(31)引起的衰减，

b)一开始，相应对象衰减值取决于相应测量的探测值除以相应经校正的空气扫描值，在进一步迭代步骤中，对象衰减值取决于计算的相应经校正的探测值，即在前面的迭代步骤中计算出的所计算的相应探测值。

进一步优选地，探测值校正装置，尤其是在迭代步骤中，还适于也从除以相应经校正的空气扫描值的相应测量的探测值减去除以相应经校正的空气扫描值的相应对象散射值，以计算经校正的探测值。

应当理解，将衰减元件散射值、对象散射值、经校正的空气扫描值和对象衰减值分配给相应探测值。例如，将衰减的衰减元件散射值、对象散射值、经校正的空气扫描值和对象衰减值分配给对应于探测器的相同探测器元件和相同采集条件，即例如辐射源的相同角度位置、相同准直、相同管电流(如果辐射源为X射线管)等的探测值。优选将相应的衰减元件散射值、相应的对象散射值、相应的经校正的空气扫描值和相应的对象衰减值分配给同一探测值。

成像装置优选适于针对探测器的探测器元件和采集条件的每种组合确定衰减元件散射值。进一步优选地，成像装置针对这些组合的每种确定对象散射值、对象衰减值和经校正的空气扫描值。

在实施例中，衰减元件散射值提供单元是已经存储了衰减元件散射值的存储单元。衰减元件散射值提供单元还可适于例如通过Monte-Carlo模拟的成像装置的模拟，来确定衰减元件散射值。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于校正测量的探测值的校正装置，为所述校正装置提供根据测量的辐射产生的探测值，所述辐射是由辐射源发射的并已穿过衰减元件，所述衰减元件用于在辐射穿过感兴趣区域之前衰减所述辐射，所述校正装置包括：

-衰减元件散射值提供单元，其用于提供取决于衰减元件引起的辐射的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元，其用于基于所提供的衰减元件散射值校正测量的探测值。

优选地，校正装置还包括用于根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像的重建单元。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像方法，其中该成像方法包括以下步骤：

-由辐射源发射辐射，

-在辐射穿过感兴趣区域之前，由衰减元件衰减所述辐射，

-探测器测量穿过感兴趣区域之后的辐射并根据所测量的辐射产生测量的探测值，

-衰减元件散射值提供单元提供取决于衰减元件引起的辐射的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元基于所提供的衰减元件散射值校正测量的探测值，

-重建单元根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于校正测量的探测值的校正方法，其中该校正方法包括以下步骤：

-提供根据测量的辐射产生的测量的探测值，所述辐射是由辐射源发射的并且已经穿过衰减元件，所述衰减元件用于在辐射穿过感兴趣区域之前衰减所述辐射，

-衰减元件散射值提供单元提供取决于衰减元件引起的辐射的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元基于所提供的衰减元件散射值校正所测量的探测值。

优选地，校正方法还包括重建单元根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像的步骤。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像计算机程序，其中该成像计算机程序包括用于当成像计算机程序在控制根据权利要求1所述的成像装置的计算机上运行时，令所述成像装置执行根据权利要求12所述的成像方法的步骤的程序代码段。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于校正探测值的校正计算机程序，其中校正计算机程序包括用于当校正计算机程序在控制根据权利要求11所述的校正装置的计算机上运行时，令所述校正装置执行根据权利要求13所述的校正方法的步骤的程序代码段。

应当理解，根据权利要求1所述的成像装置、根据权利要求11所述的校正装置、根据权利要求12所述的成像方法、根据权利要求13所述的校正方法、根据权利要求14所述的成像计算机程序和根据权利要求15所述的校正计算机程序具有与从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。

应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。在下述附图中：

图1示意性和示范性地示出了用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像装置的实施例；

图2示意性和示范性地示出了成像装置的若干元件的布置；

图3示意性和示范性地示出了成像装置的探测器的探测表面；

图4示意性和示范性地示出了校准值与不同准直的相关性；

图5示出了流程图，其图示出了用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像方法的实施例；

图6示出了流程图，其图示出了衰减元件散射值的确定；

图7示意性和示范性地示出了衰减元件散射值与不同准直的相关性；以及

图8根据不同准直和沿探测器探测表面上的中心线定位的不同探测器元件示意性和示范性地示出了衰减元件散射值。

具体实施方式

图1示意性和示范性地示出了用于对对象的感兴趣区域进行成像的成像装置。在这一实施例中，成像装置为计算断层摄影装置。该计算断层摄影装置包括能够围绕旋转轴R旋转的扫描架1，所述旋转轴R平行于z方向延伸。将辐射源2安装到扫描架1上，在这一实施例中，所述辐射源2为X射线管。辐射源2设有准直器3，在这一实施例中，所述准直器从辐射源2产生的辐射形成锥形辐射束4。所述辐射穿过诸如患者的对象(图1中未示出)和优选在检查区5中位于对象内的感兴趣区域，在这一实施例中，所述检查区是圆柱形的。在穿过检查区5之后，辐射4入射到探测器6上，探测器6包括二维探测表面。探测器6安装在扫描架1上。

计算断层摄影装置包括两个电机7、8。优选通过电机7以恒定的但是可调整的角速度驱动扫描架。电机8被设置为使诸如患者的对象平行于旋转轴R或z轴的方向发生位移，所述对象被安置在检查区5内的患者台上。例如，由控制单元9控制这些电机7、8，从而使得辐射源2和检查区5，并且因此检查区5内的感兴趣区域沿着螺旋形轨迹彼此相对移动。但是，也可能不使对象或检查区5移动，而只旋转辐射源2，即，辐射源2相对于对象或检查区5沿着圆形轨迹移动。此外，在另一实施例中，准直器3可以适于形成另一种射束形状，具体而言为扇形射束，探测器6可以包括探测表面，其根据另一种射束形状，具体而言，扇形射束成形。

在辐射源2和检查区5的相对运动期间，探测装置6根据入射在探测器6的探测表面上的辐射产生探测值。

成像装置，在这一实施例中即计算断层摄影装置，还包括衰减元件30，其用于在辐射4穿过对象31，从而穿过感兴趣区域之前对其进行衰减。图2中示范性和示意性地示出了衰减元件30。图2中所示的衰减元件30是楔形的，从而使得其在区域32中具有更大的厚度，其中辐射束4穿过该区域32并且仅穿过对象(应当是患者)的较薄部分，并且具有较薄区域33，其沿穿过对象31较厚区域的辐射束定位。衰减元件30的形状优选像具有中心凹陷的长方体，在垂直于旋转轴R或z方向的相交平面中为椭圆形。

参考图2，探测器6包括二维探测表面34，探测表面34包括若干探测器元件和抗散射网格。图2中示意性和示范性地示出了分配到探测器元件35的抗散射网格的叶片36。虚线37表示角度范围，从该角度范围，辐射可以进入叶片36之间的空间并被探测器元件35探测到。图2还图示了衰减元件30和对象31中的若干散射事件。

射束42在衰减元件30中的散射位置43处被散射，由此产生散射辐射束44，其在对象31中的散射位置45处也被散射，由此产生被探测器元件35探测到的另一散射束40。射束46在衰减元件30中的散射位置47处被散射，由此产生散射束41，散射束41穿过对象31而未被再次散射，其也被探测器元件35探测到。辐射束48穿过衰减元件30而在衰减元件30中未被散射，但这一辐射束48在对象31中的散射位置49处被散射，由此产生散射束39，其也被探测器元件35探测到。最后，辐射束38穿过衰减元件30和对象31，均未被散射，这一辐射束可以被视为初级辐射，其也被探测器元件35探测到。于是，探测器元件35探测到的探测值不仅包括初级辐射38，而且还包括散射辐射39、40和41。在下文中，忽略了两次散射辐射40，因为它对探测值的贡献小到可以忽略。

应当指出，附图仅仅是示范性和示意性的，并未按比例绘制。例如，在图2中，与总的探测器表面34相比，探测器元件35过大。

在这一实施例中，探测值是投影值并是由探测器6探测到的，将探测值提供给校正设备10，用于针对散射辐射校正探测值。具体而言，校正设备适于减少或消除探测值中的散射部分39、40和41，以便获得优选仅取决于初级辐射38的经校正的探测值。可以将校正设备10视为校正装置。

校正装置10包括衰减元件散射值提供单元12，其用于提供取决于衰减元件30引起的辐射散射的衰减元件散射值。为了确定这些衰减元件散射值，辐射源2、探测器6和准直器3适于针对辐射4的不同准直情况测量校准值，其中衰减元件散射值提供单元12适于基于校准值确定衰减元件散射值。准直器3位于检查区5和衰减元件30之间，其中准直器3适于提供准直，平行于z方向或旋转轴R准直是不同的，即，不同的准直对应于在平行于z方向或旋转轴R的方向上的不同延伸。优选地，准直器3包括两个叶片，它们形成狭缝，其中不同准直对应于在平行于z方向或旋转轴R的方向上不同的狭缝宽度。

优选地，在没有对象31时，针对探测器6探测表面34上的探测器元件50的中心线51确定校准值。这一中心线51相对于旋转轴R位于探测表面34的中心，在图3中示意性且示范性地示出了这一中心线。中心线51垂直于旋转轴R。改变准直器3的准直并测量中心线51的探测值，其中针对不同准直测量的这些探测值为校准值。选择不同的准直，从而使得中心线51始终完全被辐射源2发射的辐射4的初级辐射照射。

图4示意性和示范性地示出了分别由中心线51的探测器元件以两种校准coll 1、coll 2测量的两个校准值M(coll 1)、M(coll 2)。衰减元件散射值提供单元12适于通过将一函数拟合到校准值来确定衰减元件散射值，该函数考虑了校准值的衰减元件散射部分和未散射部分并且取决于不同的准直。在这一实施例中，该函数对于描述校准值的衰减元件散射部分随准直变大而变大具有平方根相关性，对于描述校准值的未散射部分具有常数相关性，其中衰减元件散射值取决于衰减元件散射部分。被拟合到校准值的函数优选由以下方程定义：

$M^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)=P^{i,j}+S_w^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)---\left(1\right)$

其中

$S_w^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)=b^{i,j}\sqrt{\mathrm{coll}}.---\left(2\right)$

在方程(1)中，M^i，j(coll)表示探测值，在这种情况下为校准值，是利用i表示的探测器元件和j表示的辐射源角位置以准直coll测量的。P^i，j这一项表示针对i表示的探测器元件和j表示的辐射源位置拟合的探测值(在这种情况下为校准值)的未散射部分。探测值(在这种情况下即校准值)的衰减元件散射部分由S^i，j(coll)表示，其具有如方程(2)所示的平方根特性。b^i，j这一项表示针对衰减元件散射部分S^i，j(coll)的平方根特性的拟合参数。

在这一实施例中，由以下方程定义针对i表示的探测器元件和j表示的辐射源位置的衰减元件散射值SPR^i，j(coll)：

${\mathrm{SPR}}^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)=\frac{M^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)-P^{i,j}}{P^{i,j}}=\frac{M^{i,j}\left(\mathrm{coll}\right)}{P^{i,j}}-1---\left(3\right)$

也可以将衰减元件散射值SPR^i，j(coll)视为衰减元件散射特征。

在实施例中，并非根据辐射源的角位置确定衰减元件散射值。在这种情况下，可以针对单个辐射源位置确定校准值，或者可以对针对不同辐射源位置且针对相同准直和相同探测器元件确定的衰减元件散射值求平均值。

在已经针对探测器6的探测表面34的中心线51确定衰减元件散射值之后，衰减元件散射值比提供单元13提供中心线51的衰减元件散射值与中心线51之外的探测器元件的衰减元件散射值的比值，其中所述中心线51形成探测表面34上探测器元件50的子组。在这一实施例中，衰减元件散射值比提供单元13适于针对垂直于旋转轴R且不是中心线51的线和中心线51的每种组合提供衰减元件散射值比，具体而言，提供单一衰减元件散射值比。例如，如果已经针对中心线51的第一探测器元件53确定了衰减元件散射值，则将这一衰减元件散射值乘以已针对中心线51和第二探测器元件54所在的外部线52提供的比值，以确定第二探测器元件54的衰减元件散射值。通过这种方式，对于中心线51之外的所有探测器元件，通过将已针对中心线51的探测器元件确定的相应衰减元件散射值乘以衰减元件散射值比提供单元13提供的相应比值来确定衰减元件散射值。在另一实施例中，衰减元件散射值比提供单元13适于针对沿平行于旋转轴R的线定位的探测器元件和中心线51上位于平行于旋转轴R的同一条线上的相应探测器元件的每种组合提供衰减元件散射值比，即，在这一另一实施例中，并不是通过将为中心线51确定的对应衰减元件散射值乘以同一衰减元件散射值比来确定线52的所有衰减元件散射值。

衰减元件散射值比提供单元13优选为存储衰减元件散射值比的存储单元，并且/或者衰减元件散射值比提供单元13可以适于通过如下方式确定衰减元件散射值比：模拟探测器6探测的探测值的衰减元件散射部分的产生，从而通过对探测过程建模，即，例如通过对辐射源、衰减元件和探测器建模，并利用Monte-Carlo模拟来模拟衰减元件散射值的产生，其中通过计算模拟的衰减元件散射值的相应比值来确定该比值。

在另一实施例中，衰减元件散射值提供单元可以适于在不使用校准值的情况下，利用整个成像系统的Monte Carlo模拟来确定衰减元件散射值。

校正设备10还包括对象散射确定单元14，其用于确定取决于对象31对辐射的散射的对象散射值。优选通过基于如WO 2007/148263A1中公开的，与对象特有卷积核的卷积的独立方法来确定这些对象散射值

在此通过引用将该文献并入。

校正设备10还包括用于提供空气扫描值的空气扫描值提供单元15和用于基于衰减元件散射值校正空气扫描值的空气扫描值校正单元16。优选根据以下方程执行对经校正的空气扫描值的确定：

$P_W^{i,j}=M_W^{i,j}-S_W^{i,j}=M_W^{i,j}\·\frac{1}{1+{\mathrm{SPR}}^{i,j}}---\left(4\right)$

其中

表示针对i表示的探测器元件和j表示的辐射源位置测量和存储的所存储的空气扫描值。

空气扫描值提供单元15优选是存储了在无对象时测量的且优选预先计算出的空气扫描值的存储单元。必须要理解，未经校正的空气扫描值仍然包含来自衰减元件的散射辐射的贡献。

校正装置10还包括用于基于所确定的衰减元件散射值校正探测值的探测值校正单元17。在这一实施例中，探测值校正单元17适于基于所确定的衰减元件散射值、所确定的对象散射值和所确定的经校正的空气扫描值来校正探测值。探测值校正单元17优选适于根据以下方程校正探测值

$M_{O,\mathrm{corr}}^{i,j,k}=\frac{M_O^{i,j}}{P_W^{i,j}}-\frac{S_{W,\mathrm{att}}^{i,j,k}}{P_W^{i,j}}-\frac{S_O^{i,j,k}}{P_W^{i,j}}---\left(5\right)$

其中

$\frac{S_{W,\mathrm{att}}^{i,j,k}}{P_W^{i,j}}={\mathrm{SPR}}^{i,j}\·\mathrm{LP}\left(P_O^{i,j,k}\right)---\left(6\right)$

且

在方程(6)中，

表示探测值

在衰减元件30中被散射且被对象31衰减的部分。

这一项表示仅由对象31造成的辐射衰减，而

表示对象造成的辐射的低通滤波的衰减。在这一实施例中，

被视为对象的衰减值。在另一实施例中，可以省略低通滤波器，可以将

视为对象衰减值。

低通滤波器优选包括低通滤波器系数，根据系统几何结构和位于探测器的探测器元件之间的所用抗散射网格的接收角度调节低通滤波器系数。调节这些低通滤波器系数，从而使得由对象引起的经滤波的衰减，在这种情况下即对象衰减值，反映了从探测器像素看到的且在抗散射网格的整个接收角度上积分的由对象引起的平均衰减。因此，进一步优选地，低通滤波器是二维的，且针对每种探测器尺度单独地选择低通系数。在一个优选实施例中，将低通滤波器实现为二项式低通滤波器。

作为范例，可以通过以下方式找到适当的低通系数：假设探测器中心处的探测器像素中心中有虚拟辐射源，针对若干离散位置计算抗散射网格导致的虚拟衰减，所述离散位置分布在焦斑位置周围，而这些位置的间距在等角点处投影的有效间距应当与在连接焦斑和相邻探测器像素的相邻线之间找到的有效间距相同。可以通过如下方式找到用于适当二维二项式低通的系数：选择用于每个分立尺度的系数，从而使得两个尺度的卷积密切反映上述一般低通的特征。

应当指出，在这一实施例中，为了校正测量的探测值，需要对象衰减值

即仅由对象造成的衰减

不过，方程(5)需要的方程(6)中使用的

项等价于

项，该项仅由方程(5)计算，因此在评估方程(5)期间不容易得到。因此，优选实施例是使用迭代过程，其中，对于迭代指数k＝1的第一次迭代，利用测量的探测值除以经校正的空气扫描值对

进行初始化，在每次进一步迭代中，由上次迭代的校正值

更新

在一次迭代到下一次时观察到

小于预定义阈值时，可以终止迭代。在另一实施例中，将迭代次数固定为预定义次数，例如3次。

在方程(4)到(6)中，假设变量对应于相同的准直。因此在这些方程中未示出对准直的相关性。

校正设备10还包括用于根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像的重建单元18。重建单元18优选适于执行反投影算法以重建感兴趣区域的图像。在另一实施例中，重建单元18可以适于使用另一种重建算法，例如拉冬反演。

向显示器单元11提供重建单元18重建的图像以显示重建图像。

校正设备优选也受到控制单元9的控制。

在下文中，将参考图5中所示的流程图描述用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像方法。

在这一实施例中，用于产生对象的感兴趣区域的图像的成像方法是计算断层摄影方法。在步骤101中，辐射源2绕着旋转轴R旋转，而对象或检查区5不移动，即辐射源2沿着绕对象或检查区5的圆形轨迹移动。在另一实施例中，辐射源2相对于对象沿着另一轨迹，例如螺旋形轨迹移动。辐射源2发射至少在感兴趣区域的中穿过衰减元件和对象的辐射。探测器6探测到已穿过衰减元件和对象的辐射，产生测量的探测值，即投影值。将测量的探测值传输到校正装置10。

在步骤102中，提供取决于衰减元件30引起的辐射4散射的衰减元件散射值，在步骤103中，空气扫描值提供单元15提供空气扫描值。可以彼此独立地执行步骤101、102和103。在步骤104中，空气扫描值校正单元16基于衰减元件散射值校正空气扫描值。可以在执行步骤101之前或之后执行这一步骤104。优选地，在步骤101之前执行步骤104。

在步骤105中，对象散射确定单元14根据在步骤101中探测的测量的探测值确定对象散射值，在步骤106中，探测值校正单元17基于所确定的对象散射值、所提供的衰减元件散射值和经校正的空气扫描值校正探测值。

在步骤107中重建单元18使用经校正的探测值重建感兴趣区域的图像，在步骤108中，在显示器单元11上示出重建图像。

在下文中将参考图6所示的流程图描述确定衰减元件散射值的实施例。

在步骤201中，由具有不同准直的辐射照射探测器6的探测表面34，其中针对每种准直，读出中心线51的探测值。这些探测值被视为校准值。对于校准值的每次测量，用准直的辐射完全照射中心线51。

在步骤202中，衰减元件散射值提供单元12基于校准值确定衰减元件散射值，衰减元件散射值取决于衰减元件30引起的辐射4的散射。在这一实施例中，将具有平方根特性的上述拟合函数拟合到校准值，并使用方程(3)确定针对中心线51的衰减元件散射值。

在步骤203，衰减元件散射值比提供单元13提供中心线51的衰减元件散射值与探测表面34上其他线中的探测器元件的衰减元件散射值的衰减元件散射值比。此外，将这些衰减元件散射值比乘以针对中心线51确定的衰减元件散射值，以确定也用于探测表面34其他线的衰减元件散射值。

如果在一实施例中，校准值也用作空气扫描值或空气扫描值用作校准值，可以分别省略步骤201或步骤103。

也可以将校正设备10视为独立的系统，为其提供例如在步骤101中采集的测量的探测值，其中校正设备至少包括：衰减元件散射值提供单元，其用于提供取决于衰减元件引起的辐射的散射的衰减元件散射值；以及探测值校正单元，其用于基于所提供的衰减元件散射值校正探测值。也可以被视为校正装置的这一校正设备优选还包括用于根据经校正的探测值重建感兴趣区域的图像的重建单元。一种对应的校正方法至少包括提供探测值、提供衰减元件散射值以及基于所提供的衰减元件散射值校正探测值的步骤。

在步骤201中采集校准值的同时，可以执行若干采集，具体而言，可以执行在辐射源的不同位置处的若干采集，以便产生冗余校准值，具体而言，优选对冗余校准值进行平均，以便使量子噪声保持小值。

当在步骤202中确定衰减元件散射值期间，具体而言，利用具有平方根特性的拟合函数确定衰减元件散射值期间，优选仅使用针对较大准直探测的，即针对大叶片开口探测的校准值，具体而言，仅使用对应于大于预定义准直值的准直的校准值。优选选择这一预定义准直值，从而使得校准值的质量足以用于确定可靠的衰减元件散射值。具体而言，优选仅使用利用与探测表面34上垂直于旋转轴R的八条或更多条线探测器元件对应的准直测量的校准值。

图7示意性和示范性地示出了针对探测器元件和固定辐射源位置并针对不同准直coll确定的衰减元件散射值SPR。在这一实施例中，由准直器3的狭缝在旋转轴R方向上的宽度定义准直。十字表示测量的校准值，线条表示拟合函数的被拟合平方根部分。

图8示意性和示范性地示出了针对探测器的探测表面的中心线，根据中心线中不同探测器元件d并根据不同准直确定的衰减元件散射值SPR，其中不同准直是由准直器3的狭缝在平行于旋转轴的方向上的宽度定义的。术语“x sl”，即例如“4 sl”表示选择准直，从而使得仅照射垂直于旋转轴R的x条线。

上述方法允许通过经每幅视图中看到的衰减传播衰减元件散射估计在像患者那样的对象存在时探测的衰减元件散射效应。因此将所确定的衰减元件散射值乘以根据初级辐射的衰减的衰减，所述初级辐射衰减即是当前投影，即当前辐射源位置的未被散射的辐射。为了考虑与仅源自辐射源焦点的初级辐射相比散射辐射入射角度的更宽范围，因此为了考虑衰减的不同路径，优选利用低通滤波器通过在初级衰减特征的局部区域上求平均值来计算衰减。由此，基于抗散射网格的角度传输函数指定所需低通滤波器的程度。

探测值校正单元还可以适于对探测值执行射束硬化校正，以进一步提高探测值的质量。如果成像装置为计算断层摄影装置，可以组合散射校正和射束硬化校正，以提供改进的计算断层摄影图像链，该图像链以物理上适当的方式应对散射并将散射效应与成像链中其他校正完全分开。

尽管在上述实施例中，成像装置优选是计算断层摄影扫描器，但在其他实施例中，成像装置可以是另一种成像模态，例如，另一种X射线成像装置或使用另一种辐射的成像装置，像诸如正电子发射断层摄影装置或单光子发射计算断层摄影装置的核成像装置。具体而言，该成像装置可以是基于例如C型臂的平面探测器锥形束计算断层摄影装置、辐射治疗中的板上成像机或核医学中的混合式锥形束计算断层摄影装置。

在成像装置中成像的对象优选是患者。不过，它也可以是像技术对象的另一个对象，例如在机场必须要检查的行李。

通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员能够在实践所主张的本发明的过程中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中引用的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施这一事实不表示不能有利地采用这些措施的组合。

由一个或几个单元或设备执行的计算和确定，例如衰减元件散射值的计算和确定以及图像重建，可以由任意其他数量的单元或设备执行。例如，可以由单个单元或由任意其他数量的不同单元执行用于确定衰减元件散射值、用于校正空气扫描值和用于重建图像的计算。可以将根据上述成像方法和/或校正方法的计算和确定和/或成像装置和/或校正装置的控制实现为计算机程序的程序代码段和/或专用硬件。

可以将计算机程序存储/分布在适当的介质当中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的固态介质，但是，也可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例如，通过因特网或者其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于产生对象（31）的感兴趣区域的图像的成像装置，所述成像装置包括：

-辐射源（2），其用于发射辐射（4），

-探测器（6），其用于在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之后测量所述辐射（4）并且根据所测量的辐射（4）产生测量的探测值，

-衰减元件（30），其用于在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之前衰减所述辐射（4），

-衰减元件散射值提供单元（12），其用于提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射（4）的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元（17），其用于基于所提供的衰减元件散射值校正所测量的探测值，

-重建单元（18），其用于根据经校正的探测值重建所述感兴趣区域的图像。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像装置包括要在其中放置所述对象（31）的检查区（5）以及用于准直所述辐射源（2）发射的所述辐射的准直器（3），所述准直器（3）位于所述衰减元件（30）和所述检查区（5）之间，其中，所述辐射源（2）、所述探测器（6）和所述准直器（3）适于针对所述辐射（4）的不同的准直测量校准值，并且其中，所述衰减元件散射值提供单元（12）适于基于所述校准值确定所述衰减元件散射值。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，所述衰减元件散射值提供单元（12）适于通过将一函数拟合到所述校准值来确定所述衰减元件散射值，所述函数考虑了所述校准值的衰减元件散射部分和未散射部分并且取决于所述不同的准直。

4.根据权利要求3所述的成像装置，其中，所述函数对于描述所述校准值的衰减元件散射部分随准直变大而变大具有平方根相关性，并且对于描述所述校准值的未散射部分具有常数相关性，其中，所述衰减元件散射值取决于所述衰减元件散射部分。

5.根据权利要求2所述的成像装置，其中，

-所述探测器（6）包括若干探测器元件（50），

-所述辐射源（2）、所述探测器（6）和所述准直器（3）适于为所述探测器元件的子组（51）针对所述辐射（4）的不同的准直测量校准值，

-所述衰减元件散射值提供单元（12）适于针对所述探测器元件的子组（51）确定所述衰减元件散射值，

-所述成像装置还包括衰减元件散射值比提供单元（13），其用于提供探测器元件的所述子组（51）的衰减元件散射值与所述子组之外的探测器元件的衰减元件散射值的比值，

-所述衰减元件散射值提供单元（12）适于通过将针对所述子组（51）的所述衰减元件散射值乘以所提供的比值来确定针对所述子组之外的探测器元件的衰减元件散射值。

6.根据权利要求5所述的成像装置，其中，所述探测器（6）包括二维探测器表面，其中，探测器元件的所述子组（51）是所述探测器表面上的探测器元件的线。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像装置还包括：

-空气扫描值提供单元（15），其用于提供空气扫描值，以及

-空气扫描值校正单元（16），其用于基于所述衰减元件散射值校正所述空气扫描值，

其中，所述探测值校正单元（17）适于基于经校正的空气扫描值校正所测量的探测值。

8.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述探测值校正单元（17）适于针对已经在所述衰减元件（30）中被散射并且被当在所述衰减元件（30）和所述探测器（6）之间存在对象（31）时的所述对象（31）衰减的辐射的衰减，调整所述衰减元件散射值，并且基于所调整的衰减元件散射值校正所测量的探测值。

9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，通过将相应的衰减元件散射值乘以取决于所述对象（31）引起的衰减的相应的对象衰减值来执行所述衰减元件散射值的调整。

10.根据权利要求1所述的成像装置，其中，

-所述成像装置包括：

空气扫描值提供单元（15），其用于提供空气扫描值，以及

空气扫描值校正单元（16），其用于基于所述衰减元件散射值校正所述空气扫描值，

-所述探测值校正单元适于迭代地校正所测量的探测值，其中

在迭代步骤中，通过从除以相应的经校正的空气扫描值的相应的所测量的探测值中减去乘以相应的对象衰减值的相应的衰减元件散射值来计算所述经校正的探测值，所述相应的对象衰减值取决于由所述对象（31）引起的衰减，

一开始，所述相应的对象衰减值取决于所述相应的所测量的探测值除以所述相应的经校正的空气扫描值，并且在进一步迭代步骤中，所述对象衰减值取决于计算的相应的经校正的探测值。

11.一种用于校正测量的探测值的校正装置，为所述校正装置提供根据测量的辐射产生的探测值，所述辐射是由辐射源（2）发射的并且穿过衰减元件（30），所述衰减元件用于在所述辐射（4）穿过感兴趣区域之前衰减所述辐射（4），所述校正装置包括：

-衰减元件散射值提供单元（12），其用于提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元（17），其用于基于所提供的衰减元件散射值校正所测量的探测值。

12.一种用于对对象（31）的感兴趣区域进行成像的成像方法，所述成像方法包括：

-由辐射源（2）发射辐射（4），

-衰减元件（30）在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之前衰减所述辐射（4），

-探测器（6）在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之后测量所述辐射（4）并根据所测量的辐射（4）产生测量的探测值，

-衰减元件散射值提供单元（12）提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射（4）的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元（17）基于所提供的衰减元件散射值校正所测量的探测值，

-重建单元（18）根据经校正的探测值重建所述感兴趣区域的图像。

13.一种用于校正测量的探测值的校正方法，所述校正方法包括以下步骤：

-提供根据测量的辐射产生的测量的探测值，所述辐射是由辐射源（2）发射的并且穿过衰减元件（30），所述衰减元件用于在所述辐射穿过感兴趣区域之前衰减所述辐射，

-衰减元件散射值提供单元（12）提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射的散射的衰减元件散射值，

-探测值校正单元（17）基于所提供的衰减元件散射值校正所述测量的探测值。

14.一种用于对对象（31）的感兴趣区域进行成像的成像设备，所述成像设备包括：

-用于令辐射源（2）发射辐射（4）的模块，

-用于令衰减元件（30）在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之前衰减所述辐射（4）的模块，

-用于令探测器（6）在所述辐射（4）穿过所述感兴趣区域之后测量所述辐射（4）并根据所测量的辐射（4）产生测量的探测值的模块，

-用于令衰减元件散射值提供单元（12）提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射（4）的散射的衰减元件散射值的模块，

-用于令探测值校正单元（17）基于所提供的衰减元件散射值校正所测量的探测值的模块，

-用于令重建单元（18）根据经校正的探测值重建所述感兴趣区域的图像的模块。

15.一种用于校正测量的探测值的校正设备，所述校正设备包括以下模块：

-用于提供根据测量的辐射产生的测量的探测值的模块，所述辐射是由辐射源（2）发射的并且穿过衰减元件（30），所述衰减元件用于在所述辐射穿过感兴趣区域之前衰减所述辐射，

-用于令衰减元件散射值提供单元（12）提供取决于所述衰减元件（30）引起的所述辐射的散射的衰减元件散射值的模块，

-用于令探测值校正单元（17）基于所提供的衰减元件散射值校正所述测量的探测值的模块。

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