CN102428500A - 免内插扇形到平行射束重分装 - Google Patents

Abstract

一种扇形到平行射束重分装器(114)包括：时间偏差确定器(202)，其确定成像系统(100)的不同探测器像素(113、334)针对多个积分周期的时间偏差；数据移位器(204)，其使系统(100)在积分周期内采集的扇形射束数据偏移对应于所述时间偏差的时间偏移；以及数据再整理器(206)，其使所述数据平行化。

Description

免内插扇形到平行射束重分装

下文总体涉及平行射束重建，并且尤其应用于计算机断层摄影(CT)。

计算机断层摄影(CT)扫描器一般包括安装在可旋转机架上的x射线管，其关于纵轴或z轴绕检查区域旋转并发射诸如扇形辐射射束的辐射。探测器阵列在与x射线管相对的检查区域的对侧延伸一角度弧。探测器阵列探测贯穿检查区域的辐射并生指示所述辐射的投影数据。重建器重建投影数据并生成指示其的体图像数据。可以对体图像数据进行处理以生成指示被扫描受检者或对象的一幅或多幅图像。

重建器利用诸如滤波反向投影重建算法或其他重建算法的重建算法来重建投影数据。在扇形到平行射束重分装(rebinning)(平行射束重建)之后，可以利用扇形射束几何数据(扇形射束重建)或平行射束几何数据执行滤波反向投影重建算法。扇形射束重建可能导致不均匀的图像噪声传播。平行射束重建缓解了不均匀图像噪声的传播。

遗憾的是，平行射束重建需要扇形到平行角内插，而这种内插操作可能降低重建图像的空间分辨率。另外，利用非增强内插内核(例如，简单的线性内插)执行平行射束重建倾向于增加图像条纹伪影的水平。可以通过增加插入的平行投影的数量来降低伪影的增加。然而，增加要进行滤波和反向投影的投影的数量放慢了重建的速度。利用增强内插内核执行平行射束重建总体上补偿了空间分辨率的损失，但是可能增加图像噪声和条纹伪影的程度。

本申请的各方面解决了上述问题和其他问题。

根据一个方面，一种扇形到平行射束重分装器包括：时间偏差确定器，其确定成像系统的不同探测器像素针对多个积分周期的时间偏差；数据移位器(shifter)，其使系统在积分周期期间采集的扇形射束数据移位对应于所述时间偏差的时间偏移；以及数据再整理器，其使所述数据平行化。

在另一实施例中，一种方法包括：执行扇形射束扫描，其中，使成像系统的不同探测器像素的至少两个数据采集积分周期相对于彼此移位一定的时间偏移；以及基于移位的积分周期使来自扇形射束扫描的数据平行化。

在另一实施例中，一种方法包括：获得扇形射束数据；在无需角内插的情况下将所述扇形射束数据转换为平行射束数据；以及基于所述平行射束数据重建图像。

本发明可以采取各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应认为其对本发明构成限制。

图1图示了一种范例成像系统。

图2图示了一种范例扇形到平行射束重分装器。

图3图示了范例扇形射束几何形状。

图4图示了范例平行射束几何形状。

图5和图6通过图形图示了时间偏差的范例。

图7通过图形图示出了因时间偏差而移位的数据。

图8图示了范例模拟实施。

图9图示了范例数字实施。

图10图示了图8的范例时序图。

图11图示了图9的范例时序图。

图12图示了一种范例方法。

图1图示了一种诸如CT扫描器的成像系统100。成像系统100包括静止机架102和旋转机架104，旋转机架104由静止机架102可旋转地支撑，并关于沿纵轴或z轴的旋转框架旋转中心绕检查区域106旋转。

诸如x射线管的辐射源108由旋转机架104支撑。辐射源108发射贯穿检查区域106的辐射。在图示的实施例中，源准直器110准直所发射的辐射，以形成贯穿检查区域106的大致为扇形的辐射束。在另一实施例中，源准直器110准直所发射的辐射，以形成大致为锥形的、楔形的或其他形状的射束。

辐射敏感探测器阵列112在跨越检查区域106的辐射源108的对侧延伸一角度弧。图示的探测器阵列112是圆柱形的。在其他实施例中，探测器阵列112具有其他形状，包括任意形状。辐射敏感探测器阵列112包括探测器像素113的列的一维或二维阵列，所述探测器像素探测数据采集期间的多个积分周期内贯穿检查区域106的辐射。在图示的实施例中，探测器阵列112生成指示每个积分周期(IP)所检测到的辐射的扇形射束投影数据。

扇形到平行射束重分装器114对探测器阵列112生成的扇形射束数据进行重分装，从而由其生成平行射束数据。如下文更详细的描述，在一种非限制性的情况下，针对不同探测器像素113的积分周期之间的时间偏移对数据进行校正或补偿。这样一来，重分装器114能够在不对数据进行角内插的情况下对数据进行重分装，这样可以缓解与其中采用角内插进行重分装的扫描器配置相关的性能的下降(例如，降低的空间分辨率、增加的条纹伪影、增加的计算时间等)。

重建器116基于平行射束重建算法重建平行射束投影数据并生成指示其的体图像数据。适当的重建算法包括但不限于，近似的、精确的和迭代的重建算法。相对于其中重建器116利用扇形射束重建算法和扇形射束投影数据的配置而言，重建平行射束投影数据可以获得更加均匀的图像噪声。

对于近似方法而言，可以在滤波和反向投影之前执行免内插的扇形到平行再整理(re-sort)。对于基于三维傅里叶构成的精确方法而言，可以在反向投影之前执行免内插的扇形到平行再整理。迭代的锥形射束CT重建是在迭代之前利用扇形到平行重分装以较低的计算量执行的，对于迭代的锥形射束CT重建而言，所提供的免内插扇形到平行再整理能够加快迭代时间，同时保持迭代重建的全部益处。

通用计算系统充当操作员控制台118。驻留在控制台118上的软件允许操作员例如通过选择采用平行射束重建的扫描协议等来控制系统100的操作。诸如卧榻的患者支撑物120支撑检查区域106内的对象或受检者。

转到图2，其图示了重分装器114的非限制性范例。如上所述，扇形到平行射束重分装器114校正或补偿每个积分周期的探测器像素113之间的时间偏移。时间偏移涉及积分周期沿时间轴的位置的差异。

更具体而言，所读取的由不同像素113测量的信号相对于彼此具有时间偏移。这样一来，积分周期沿时间轴的位置并非是所有探测器像素113通用的。时间偏差确定器202确定对应于这些时间偏移的时间偏差。在下文中将更加详细地描述一种确定时间偏差的范例方案。

数据移位器204将每个探测器像素的投影数据读数移位对应的时间偏差。数据再整理器206校正或补偿探测器像素113的积分周期之间的时间偏移。因此，扇形到平行射束重分装器114在不采取角内插的情况下使得投影平行。如上所述，在重分装期间省略角内插能够缓解与被配置成采用角内插进行重分装的扫描器100相关的性能的降低(例如，降低的空间分辨率、增加的条纹伪影、增加的计算时间等)。

接下来将结合图3和图4描述免角内插扇形到平行角重分装算法的非限制性范例。文中还设想了其他算法。

首先参考图3，其通过图形图示了示范性扇形射束几何形状300。第一和第二相继的扇形射束302和304在旋转面306内与彼此旋转偏移角增量(δα)308。相邻射线(例如，扇形射束302的射线310和312)彼此分隔角增量(δβ)314。

扇形角(β)316表示射线(例如，扇形302的射线318)与连接于射线的原点(例如，原点322)和旋转中心324之间的线(例如，线320)之间的角。正则(canonic)极角(θ)326表示射线(例如，扇形304的射线328)与x轴330之间的角。

在这一实施例中，旋转机架104沿顺时针方向332旋转，并且探测器阵列112包括沿逆时针方向按时间顺序编号的M个像素列334。

图4通过图形图示了示范性的平行射束几何形状400。相邻的平行射束(例如平行射束402和404)在旋转面306内与彼此旋转偏移角增量(δγ)406。对于这一范例而言，仍然沿逆时针方向按照时间顺序对M个探测器列334编号。

利用图3和图4的注释，可以通过方程1表示射线(f)的正则极角(θ)：

方程1：

θ(f_m，n)＝(n-1)·δα-δβ·(m-m_c)，

其中，射线(f)属于扇形射束n(n∈{1，2...))并其朝向探测器列m(m∈{1，2...M})行进，m_c表示连接辐射源和旋转中心的线所贯穿的分数(fractional)探测器像素。

对于扇形到平行射束重分装而言，由探测器像素m和平行投影或视图v使射线参数化。采用这一注释，可以通过方程2表示属于视图v的正则角(θ)。

方程2：

θ(p_m，v)＝θ₀+(v-1)·δγ。

通过方程3表示分数扇形指数

其中朝探测器像素m发射的射线平行于读数p_m，v：

方程3：

$\tilde{n}(m,v)=1+\frac{{\mathrm{\θ}}_0+(v-1)\·\mathrm{\δ\γ}+(m+m_c)\·\mathrm{\δ\β}}{\mathrm{\δ\α}}.$

在图示的范例中，积分周期(IP)在扫描期间保持基本相同，而射线沿时间轴的位置则可能在探测器像素113、334之间改变一定的时间偏差。对于普通的柱形数据测量系统而言，属于同一列m的探测器像素113、334(即，在旋转面上具有相同足迹的那些像素113、334)的时间偏差是统一的。可以通过方程4表示不同列m的时间偏差：

方程4：

${\mathrm{dt}}_m=\mathrm{IP}\·\mathrm{mod}(\frac{{\mathrm{\θ}}_0+(m-m_c)\·\mathrm{\δ\β}}{\mathrm{\δ\α}},1),$

其中，mod(x，1)＝x-floor(x)。对于某些扫描器几何结构而言，比值δα/δβ是整数。在这种情况下，时间偏差具有一定的周期性，所述周期性的长度等于这一比值。

基于方程1和4，可以通过方程5表示时间偏差的射线的正则极角(θ)：

方程5：

$\mathrm{\θ}\left(f_{m,n}^r\right)=(n-1)\·\mathrm{\δ\α}-\mathrm{\δ\β}\·(m-m_c)+\mathrm{mod}(\frac{{\mathrm{\θ}}_0+\left(m{-m}_c\right)\·\mathrm{\δ\β}}{\mathrm{\δ\α}},1)\·\mathrm{\δ\α},$

其中，通过上标r表示时间偏差的射线。

利用关系

其中，δγ＝k·δα并且k为整数，能够组合上述方程，以反映方程6的等同性：

方程6：

$\mathrm{\θ}\left(f_{m,n(m,v)}^r\right)=\mathrm{\θ}\left(P_{m,v}\right),$

可以采用上述方程基于方程7从扇形射束射线获得平行射束射线：

方程7：

$P_{m,v}=f_{m,n(m,v)}^r,$

所述方程在无需角内插的情况下将扇形射束射线再整理为平行射束射线。这样一来，缓解了采取其中利用角内插进行扇形到平行重分装的配置所发生的空间分辨率的损失和/或伪影的增加。

对于上述范例而言，不同探测器行的射线对应于在旋转面上具有相同足迹的相同探测器列，并且所述射线以角增量δβ等角分布。应当理解，以上内容也适用于其中探测器像素具有其自身的扇形角β的任意形状的探测器阵列。非限制性范例包括六角形阵列、具有相对于彼此交错的行的阵列、球形阵列等。

为了针对任意形状的探测器阵列使本文所描述的方案一般化，可以利用

代替本文方程中的δβ·(m-m_c)项，其中，p是按照一对一的对应关系对二维阵列内的所有像素进行计数的一维索引序列中包含的探测器像素索引。基于这一替代，能够如方程8中所示表示任意形状的探测器阵列的时间偏差：

方程8：

${\mathrm{dt}}_p=\mathrm{IP}\·\mathrm{mod}(\frac{{\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\β}\left(p\right)}{\mathrm{\δ\α}},1).$

还可以在其中以大约为积分周期的时间尺度对焦斑进行调制的情况下采用方程8定义的偏差。这可能需要沿基于焦斑调制方向确定的方向产生的一些射线的拖尾。

图5、图6和图7通过图形图示了对于θ₀＝0，m_c＝5.5，δβ/δα＝1/4而言，上述情况的非限制性范例。

首先参考图5，y轴502表示以积分周期为单位的偏差时间，而x轴504表示探测器列(m)。为了简便和清晰起见，示出了对于m∈{1:10}的时间偏差。注意，在δβ/δα＝1/4的情况下，所述时间偏差每四个探测器列将其自身重复一次。因而，时间偏差506对应于m＝1，5，9，...，时间偏差508对应于m＝2，6，10，...，时间偏差510对应于m＝3，7，...，而时间偏差512对应于m＝4，8，...

在图6中，y轴602表示以IP为单位的时间轴，而x轴604表示探测器列(m)。注意，针对不同的探测器列使IP的606、608、610和612沿时间轴602错开。

在图7中，y轴702表示以δβ为单位的正则角θ，而x轴704表示探测器列(m)。在706处示出了未旋转射线的θ的值。为了清楚起见，省略了其他未旋转射线的θ的值。在708处示出了平行射束数据内的射线的θ的值。与列相关的时间偏差508-512使得所述值从706移位至708。

图8和图9图示了本文所述的方案的范例非限制性实施。就这两图而言，通过控制前端探测电子装置的电子电路来执行时间偏移。可以通过向相关的所需要的像素添加IP的受控延迟来实现这一目的。

图8图示了一种非限制性模拟实施800。就图示的实施而言，模拟延迟控制信号802基于时间偏差，诸如按照本文所述确定的时间偏差，来设置每个模拟延迟电路804的适当延迟。所述延迟使经由开关电路810馈送给信道808的输入IP信号806发生延迟。图10图示了针对图8所示的实施的对应延迟时序图。y轴1002表示IP信号，而x轴1004表示时间。如图所示，以延迟1006₁，1006₂，...，1006_n使不同列的IP信号发生延迟。应当认识到，可以通过模拟分接头(tap)延迟或向电容器注入受控的电流来设置延迟。

图9图示了一种非限制性的数字实施900。就图示的实施而言，基于高速时钟906，通过移位寄存器904使信号发生移位，由此使输入的数字IP信号902发生延迟。通过开关电路908对移位信号进行开关并将其馈送给信号910。图11图示了针对图9的实施的对应延迟时序图。y轴1102表示IP信号，而x轴1104表示时间。如图所示，基于时钟1108，以延迟1106₁，1106₂，...，1106_n使不同列的IP信号发生延迟。

就控制延迟精确度和/或可重复性处于预定阈值以下的实施而言，可以存储每条射线的偏差相对于标称偏差的偏离值(deviation)，并供扇形到平行重分装所使用，所述扇形到平行重分装利用基于这些偏离值的权重执行内插。

图12图示了一种方法。

在1202，利用辐射源108发射的扇形射束扫描受检者或对象。

在1204，由探测器阵列112的多个探测器列检测扫描期间的多个积分周期的扇形射束辐射。

在1206，由探测器阵列112生成所检测到的辐射的扇形射束投影数据。

在1208，确定探测器像素(113)的积分周期的时间偏差。

在1210，在无需角内插的情况下，如本文所述，基于时间偏差将扇形射束投影转换为平行射束投影。

在1212，重建器116采用平行射束重建算法重建平行射束数据。

可以通过计算机可读指令的方式实现以上内容，当由(一个或多个)计算机处理器执行时，所述计算机可读指令使(一个或多个)处理器执行所描述的动作。在这种情况下，将所述指令存储在与相关计算机相关联或者能够以其他方式对其进行访问的计算机可读存储介质中。

在这里已经参考各实施例描述了本发明。在阅读了文中的描述后，他人可以想到修改和变化。这意味着，应当将本发明推断为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。

Claims (20)

1.一种扇形到平行射束重分装器(114)，包括：

时间偏差确定器(202)，其确定成像系统(100)的不同探测器像素(113、334)针对多个积分周期的时间偏差；

数据移位器(204)，其使所述系统(100)在所述积分周期内采集的扇形射束数据移位对应于所述时间偏差的时间偏移；以及

数据再整理器(206)，其使所述数据平行化。

2.根据权利要求1所述的扇形到平行射束重分装器，其中，利用相继的平行射束投影使扇形射束数据读数平行化。

3.根据权利要求1到2中的任何一项所述的扇形到平行射束重分装器，其中，在无需角内插的情况下再整理所述扇形射束数据。

4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的扇形到平行射束重分装器，其中，特定探测器像素(113、334)的时间偏差是基于所述探测器像素(113、334)的扇形角的。

5.根据权利要求4所述的扇形到平行射束重分装器，其中，所述扇形角表示旋转面上的两条假想线的足迹之间的角；第一条假想线(320)连接所述系统(100)的辐射源(108)与所述系统(100)的旋转中心(324)，而第二条假想线连接所述辐射源(108、322)和所述探测器像素(113、334)。

6.根据权利要求1到5中的任何一项所述的扇形到平行射束重分装器，其中，不同的探测器像素(113、334)是具有任意形状的探测器阵列(112)的部分。

7.根据权利要求1到5中的任何一项所述的扇形到平行射束重分装器，其中，对具有相同扇形角的射束射线采用相同的时间偏移。

8.根据权利要求7所述的扇形到平行射束重分装器，其中，所述时间偏移与所述探测器像素(113、334)的相关性是周期性的。

9.根据权利要求8所述的扇形到平行射束重分装器，其中，所述周期性是基于积分周期之间辐射源(108、322)的角增量和相继的探测器像素(113、334)之间的增量扇形角之间的关系的。

10.根据权利要求1到9中的任何一项所述的扇形到平行射束重分装器，其中，所述扇形到平行射束重分装器是重建器(116)的部分，所述重建器(116)利用基于平行射束反向投影的近似、精确或迭代重建算法中的至少一种。

11.一种方法，包括：

获取对应于成像系统(100)的不同探测器像素(113、334)的至少两个数据采集积分周期的扇形射束数据，其中使所述积分周期相对于彼此移位一定的时间偏移；以及

基于经移位的积分周期使来自扇形射束扫描的数据平行化。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

基于探测器像素(113、334)的扇形角确定所述探测器像素(113、334)的时间偏移；以及

基于所述时间偏移使所述探测器像素(113、334)的所述积分周期移位。

13.根据权利要求11到12中的任何一项所述的方法，其中，所述探测器像素(113、334)是圆柱形探测器阵列(112)的部分。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括对具有相同扇形角的射线采用相同的时间偏移。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述时间偏移与所述探测器像素(113、334)的相关性是周期性的。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述周期性是基于积分周期之间辐射源(108、322)的角增量和相继的探测器像素(113、334)之间的增量扇形角之间的关系的。

17.根据权利要求11到16中的任何一项所述的方法，其中，平行射束投影数据的平行视图之间的角增量基本等于积分周期内辐射源(108、322)的角增量的整数倍。

18.根据权利要求11到17中的任何一项所述的方法，还包括采用近似、精确或迭代平行射束重建算法中的至少一种来重建平行射束投影数据。

19.一种方法，包括：

获得扇形射束数据；

在无需角内插的情况下将所述扇形射束数据转换为平行射束数据；以及

基于所述平行射束数据重建图像。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述扇形射束数据转换为平行射束数据包括使扇形射束数据移位对应于成像系统(100)的不同探测器像素(113、334)的积分周期之间的时间偏差的偏移。

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