CN102451015B - Ct设备、以及确定探测器中不稳定通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT设备，包括一个CT扫描仪和一个图像重建装置，其中，所述CT扫描仪至少包括一个X射线管和探测器，所述探测器接收来自所述X射线管的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置根据所述原始数据重建得到重建后图像；该CT设备还包括：一个条状伪影检测装置，用于检测重建后图像中的条状伪影；和一个不稳定通道确定装置，用于确定所述探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道。本发明还公开了一种确定探测器中不稳定通道的方法。本发明实现了根据重建后图像来确定探测器中不稳定通道的目的。

Description

CT设备、以及确定探测器中不稳定通道的方法

技术领域

本发明涉及计算机X射线断层成像(Computed Tomography，CT)技术领域，特别涉及一种CT设备、以及一种确定CT设备的探测器中不稳定通道的方法。

背景技术

探测器是CT设备中数据采集系统(Data Acquisition System，DAS)的关键部件之一，探测器的性能直接影响到CT图像的质量。例如，在CT设备中，如果探测器的某一通道不稳定，则会在重建后的图像中产生伪影。

在现有技术中，主要涉及如何基于原始数据(raw data)检测探测器的不稳定通道和原始数据中的缺陷读数。迄今为止，还没有发现公开的专利申请通过重建后图像来确定探测器的不稳定通道或者原始数据中的缺陷读数。

申请日为1998年11月2日的美国专利申请US6148057A公开了一种用于校准CT设备扫描仪中探测器以补偿探测器中微分误差的装置和方法。其中，探测器阵列适于接收来自放射源的放射以产生放射线所穿过的对象的扫描数据。US6148057A所公开的方法包括：在一校准对象的多个厚度处分别获得该校准对象的多组扫描数据；识别在该校准对象的多个厚度处所或得的一探测器通道的扫描数据中的误差；以及，将识别出的误差拟合为关于与每个厚度相关的值得参数方程式，在随后对实际对象的扫描期间，使用所述参数方程式来调整由该探测器通道所生成的扫描数据。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种CT设备，用以根据重建后图像来确定探测器中的不稳定通道。本发明还意欲提出一种根据重建后图像来确定探测器中不稳定通道的方法。

因此，本申请提供了一种CT设备，包括一个CT扫描仪和一个图像重建装置，其中，所述CT扫描仪至少包括一个X射线管和探测器，所述探测器接收来自所述X射线管的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置根据所述原始数据重建得到重建后图像；该CT设备还包括：

一个条状伪影检测装置，用于检测重建后图像中的条状伪影；和

一个不稳定通道确定装置，用于确定所述探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道。

优选地，该CT设备进一步包括：一个缺陷读数确定装置，用于根据所述条状伪影，确定原始数据中的缺陷读数。

优选地，所述缺陷读数确定装置包括：一个位置确定单元，用于确定该缺陷读数对应的X射线管的位置；和一个缺陷读数序数确定单元，用于由所述X射线管的位置计算该缺陷读数的序数。

优选地，该CT设备进一步包括：一个数值修改装置，用于修改所述原始数据中与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的数据点的数值。

优选地，所述条状伪影检测装置包括：一个梯度图像生成单元，用于确定所述重建后图像的内接矩形图像，优选为最大的内接矩形图像，并计算所述内接矩形图像在X方向和Y方向的梯度图像；一个雷登变换单元，用于计算X方向梯度图像中的最大值和Y方向梯度图像中的最大值，并对两者中较大者对应的梯度图像进行雷登变换；和一个对应单元，用于寻找雷登变换结果中的最大值，并得到与该最大值对应的重建后图像中的条状伪影。

或者，所述不稳定通道确定装置包括：一个距离确定单元，用于确定条状伪影距离重建后图像的中心的距离；一个圆心角计算单元，用于计算X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角；和一个通道序数确定单元，用于根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

优选地，所述不稳定通道确定装置包括：一个距离确定单元，用于确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；一个圆心角计算单元，用于计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角；和一个通道序数确定单元，用于根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

本申请还提供了一种确定探测器中不稳定通道的方法，包括：

检测重建后图像中的条状伪影；

确定探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道。

优选地，该方法进一步包括：根据所述条状伪影，确定原始数据中的缺陷读数。

优选地，所述确定原始数据中的缺陷读数包括：确定该缺陷读数对应的X射线管的位置；由X射线管的位置，计算该缺陷读数的序数。

优选地，该方法进一步包括：修改原始数据中与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的数据点的数值。

优选地，所述修改包括：计算所述数据点周围数据点的算术平均值、几何平均值、或者加权平均值，来代替该数据点的数值；或者，利用所述数据点周围任一数据点的数值来代替该数据点的数值。

优选地，检测条状伪影的步骤包括：确定所述重建后图像的内接矩形图像，优选为最大的内接矩形图像；计算所述内接矩形图像在X方向和Y方向的梯度图像；计算X方向梯度图像中的最大值和Y方向梯度图像中的最大值，并对两者中较大者对应的梯度图像进行雷登变换；寻找雷登变换结果中的最大值，并得到与该最大值对应的所述重建后图像中的条状伪影。

优选地，确定不稳定通道的步骤包括：确定条状伪影距离重建后图像的中心的距离；计算X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角；根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

优选地，确定不稳定通道的步骤包括：确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角；根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

从上述方案中可以看出，由于本发明根据重建后图像中的条状伪影确定了探测器中与条状伪影对应的不稳定通道，实现了根据重建后图像来确定探测器中不稳定通道的目的。并且，本发明可以进一步在检测到条状伪影时自动地给出错误或者警告，使得操作者知晓探测器中存在不稳定通道。利用本发明的CT设备和确定方法，能够全部自动化且智能地确定探测器中的不稳定通道，而传统的技术手段需要通过操作者和软件的帮助来确定。

本发明不仅能够找出缺陷读数和不稳定通道，还能够进一步地减少条状伪影，并相应地提高CT图像质量。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为利用CT设备扫描水模得到的重建后图像的计算机屏幕截图。

图2为在图1所示重建后图像中的内接矩形图像的示意图。

图3为内接矩形图像在X方向的梯度图像FX和在Y方向的梯度图像FY的计算机屏幕截图。

图4为一梯度图像的雷登变换结果的计算机屏幕截图，其中，横坐标为旋转角度，纵坐标为该梯度图像对角线的长度，单位为像素点。

图5显示了检测到的条状伪影。

图6为CT扫描仪在XY平面的结构示意图。

图7为原始数据中与不稳定通道和缺陷读数所对应的数据点及其周围数据点的示意图。

图8为根据修改后的原始数据得到的重建后图像的计算机屏幕截图。

图9为根据本发明另一实施例的CT设备的结构示意图。

图10为条状伪影检测装置的结构示意图。

图11为不稳定通道确定装置的结构示意图。

图12为缺陷读数确定装置的结构示意图。

图13为数值修改装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

根据本发明的一个实施例，利用CT设备扫描一个水模(water phantom)得到的重建后图像来确定探测器中的不稳定通道，并进一步确定原始数据中的缺陷读数，从而修改原始数据中与不稳定通道和缺陷读数相对应的数据点的数值。该水模为圆柱形，圆柱形底面位于CT扫描仪的XY平面(垂直于病床进出方向的平面)，圆柱形的高度方向位于CT扫描仪的Z方向(病床进出方向)。当然，本领域技术人员根据本实施例也可以选用其它形状的水模或者其它扫描对象来实施本发明的技术方案。

根据本发明实施例的方法包括如下步骤：

步骤S01，CT扫描仪对水模进行扫描，从X射线管发出的X射线(穿过水模的X射线和未穿过水模的X射线)经探测器接收后，得到原始数据，然后CT设备的图像重建系统根据原始数据重建得到水模的重建后图像，如图1所示。从图1中可以看到水模的重建后图像110、以及重建后图像中的条状伪影120。

步骤S02，检测重建后图像中的条状伪影。

本发明的发明人提出了一种新的检测条状伪影的方法。首先，如图2所示，确定水模的重建后图像的一个内接矩形图像130，该内接矩形图像130优选为最大的内接矩形图像，以确保内接矩形图像130能够覆盖重建后图像中的至少一部分条状伪影120。

接着，计算内接矩形图像130在X方向的梯度图像FX和内接矩形图像130在Y方向的梯度图像FY，得到如图3所示的两幅图像FX和FY。可以根据下面的公式来计算梯度图像FX和FY：

FX(x，y)＝(M(x+1，y)-M(x-1，y))/2

FY(x，y)＝(M(x，y+1)-M(x，y-1))/2

其中，x、y为内接矩形图像130以及梯度图像中像素点的坐标，M()为内接矩形图像130中像素点的灰度值，FX()为X方向的梯度图像中像素点的灰度值，FY()为Y方向梯度图像中像素点的灰度值。

然后，例用下面的公式，计算X方向梯度图像FX中像素点灰度值的最大值max_FX和Y方向梯度图像中像素点灰度值的最大值max_FY。

max_FX＝max(FX)

max_FY＝max(FY)

其中，max为寻找由像素点灰度值组成的数据矩阵中的最大值的函数。

比较max_FX和max_FY，选择两者中较大者对应的梯度图像进行雷登(Radon)变换，得到如图4所示的雷登变换结果。寻找雷登变换结果中的最大值，该最大值对应于重建后图像中的条状伪影。

步骤S03，如图5所示，根据雷登变化结果中的最大值，可以进一步在重建后图像中标出条状伪影140。由于上述步骤是基于内接矩形图像130来检测条状伪影的，所以在图5中只标出了内接矩形图像130内部的条状伪影140。

关于如何检测条状伪影的内容，还可以参见本申请人另一篇于2010年9月递交的中国专利申请，该专利申请的发明人为杜春华。

步骤S04，确定探测器中与检测到的条状伪影对应的不稳定通道。

图6显示了CT扫描仪的结构示意图。如图6所示，在XY平面内，CT扫描仪成像空间的中心的坐标为(0，0)，X射线管的坐标为(x，y)，中间小圆形表示水模，直径为D，外部大圆形表示X射线管的焦点旋转所形成的圆，半径为r。

不妨假设，直径为D的水模在重建后图像中在(XY平面内)沿探测器延展方向上覆盖N个像素点。获取在重建后图像中从CT扫描仪中心到所检测到的条状伪影之间的像素点数量p，然后可以根据下面的公式计算在真实空间中从CT扫描仪中心到条状伪影的距离s，

s＝p×D/N

其中，s、p、D、N的含义如上所述。

然后，利用下面的公式，计算以X射线管焦点为起点的X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角θ，

θ＝arcsin(s/r)

其中，r为X射线管的焦点旋转所形成的圆的半径。

最后，利用下面的公式确定不稳定通道的序数：

$\mathrm{ch}\_u=\mathrm{fix}\left(\frac{(\mathrm{\θ}+\mathrm{\β}/2)\×N}{\mathrm{\β}}\right)$

其中，β为X射线覆盖扫描空间的扇形的圆心角，函数fix()为取整函数，用于对变量取整，即获得不大于该变量的最大整数。

本实施例还提出另一方案来确定不稳定通道。在该方案中，首先确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；然后计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角，即θ+β/2，最后根据该圆心角确定不稳定通道的序数ch_u。

步骤S05，本实施例可以进一步确定原始数据中的缺陷读数。

如图6所示，根据条状伪影的位置，利用下面的公式，计算得到X射线管焦点的当前位置(x，y)：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^2+y^2=r^2\\ {(x-x^{\′})}^2+{(y-y^{\′})}^2=r^2\end{array}\right.$

其中，(x’，y’)为CT扫描仪成像空间中心到所检测出的条状伪影的垂线的垂足(垂线与条状伪影的交点)的坐标。

然后利用下面的公式计算缺陷读数对应的X射线管焦点的角坐标：

其中，arctan()为反正切函数。

根据X射线管焦点的角坐标

利用下面的公式计算缺陷读数的序数：

其中，index_d为缺陷读数的序数，fix()为取整函数，index_t为CT扫描仪扫描一圈(X射线管旋转一圈)产生的总的读数。

步骤S06，修改原始数据中与不稳定通道和缺陷读数对应的数据点的数值。

如图7所示，不妨假设原始数据中与不稳定通道和缺陷读数对应的数据点为n0，该数据点周围的数据点为n1，n2，...，n8。在本实施例中，可以利用周围数据点n1至n8中任一数据点的数值来代替n0的数值，也可以计算周围数据点的平均值，例如算术平均值、几何平均值、或加权平均值等，来代替数据点n0的数值。例如利用下面的公式计算数学平均值，并代替数据点n0的数值：

$\mathrm{value}\left(n0\right)=\frac{\mathrm{value}\left(n1\right)+\mathrm{value}\left(n2\right)+...+\mathrm{value}\left(n8\right)}{8}$

其中，value(n0)表示与不稳定通道和缺陷读数对应的数据点的数值，value(n1)、value(n2)、...、value(n8)表示数据点n0周围数据点n1、n2、...、n8的数值。

步骤S07，根据修改后的原始数据，重建CT图像，得到如图8所示的水模的重建后图像。比较图8和图1可以看出，图8中已经不存在图1中的条状伪影，因此，根据本实施例的上述技术方案，能够消除不稳定通道对重建后图像的影响。

相应地，本发明的实施例还提供了一种CT设备，从而能够确定探测器中的不稳定通道，以及进一步确定缺陷读数。

如图9所示，本实施例的CT设备至少包括一个CT扫描仪200和一个图像处理系统300。需要说明的是，出于简明的目的，图中并没有显示出控制台等其它组件。CT扫描仪200至少包括一个X射线管210和一个探测器220，其中，X射线管210发出X射线，X射线穿过待检对象(例如水模)后到达探测器220、或者直接到达探测器220，探测器220接收来自X射线管210的X射线，以产生原始数据。CT扫描仪200将原始数据传送给图像处理系统300。图像处理系统300至少包括一个图像重建装置310，该图像重建装置310主要用于根据原始数据重建得到重建后图像。

如图9所示，CT设备的图像处理系统300还包括一个条状伪影检测装置320和一个不稳定通道确定装置330。其中，条状伪影检测装置320用于检测重建后图像中的条状伪影；不稳定通道确定装置330用于确定探测器中与条状伪影对应的不稳定通道。

如图10所示，在一种实施方式中，条状伪影检测装置320包括一个梯度图像生成单元321、一个雷登变换单元322和一个对应单元323。其中，梯度图像生成单元321用于确定重建后图像的内接矩形图像(优选为最大的内接矩形图像)，并计算内接矩形图像在X方向和Y方向的梯度图像；雷登变换单元322用于计算X方向梯度图像中的最大值和Y方向梯度图像中的最大值，并对两者中较大者对应的梯度图像进行雷登变换；对应单元323用于寻找雷登变换结果中的最大值，并得到与该最大值对应的重建后图像中的条状伪影。

如图11所示，在一种实施方式中，不稳定通道确定装置330包括一个距离确定单元331、一个圆心角计算单元332和一个通道序数确定单元333。其中，距离确定单元331用于确定条状伪影距离重建后图像的中心的距离；圆心角计算单元332用于计算X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角；通道序数确定单元333用于根据圆心角，确定不稳定通道的序数。

在另一实施方式中，距离确定单元331用于确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；圆心角计算单元332用于计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角；通道序数确定单元333用于根据圆心角，确定不稳定通道的序数。

回到图9，CT设备可以进一步包括一个缺陷读数确定装置340，用于根据条状伪影，确定原始数据中的缺陷读数。如图12所示，缺陷读数确定装置340包括一个位置确定单元341和一个缺陷读数序数确定单元342。其中，位置确定单元341用于确定该缺陷读数对应的X射线管的位置；缺陷读数序数确定单元342，用于由X射线管的位置计算该缺陷读数的序数。

如图9所示，CT设备可以进一步包括一个数值修改装置350，用于修改原始数据中与不稳定通道和缺陷读数对应的数据点的数值。如图13所示，数值修改装置350包括一个修改单元351，用于利用一数值来代替修改原始数据中与不稳定通道和缺陷读数对应的数据点的数值，例如周围任一数据点的数值或者周围数据点的算术平均值、几何平均值、或加权平均值等来代替。进一步，数值修改装置350还可以包括一个平均值计算单元352，用于计算数据点n0周围数据点的平均值，例如算术平均值、几何平均值、或加权平均值等，并提供给修改单元351。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种CT设备，包括一个CT扫描仪(200)和一个图像重建装置(310)，其中，所述CT扫描仪(200)至少包括一个X射线管(210)和探测器(220)，所述探测器(220)接收来自所述X射线管(210)的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置(310)根据所述原始数据重建得到重建后图像；其特征在于，该CT设备还包括：

一个条状伪影检测装置(320)，用于检测重建后图像中的条状伪影；和

一个不稳定通道确定装置(330)，用于确定所述探测器(220)中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

一个缺陷读数确定装置(340)，用于根据所述条状伪影，确定原始数据中的缺陷读数；

所述缺陷读数确定装置(340)包括：

一个位置确定单元(341)，用于确定该缺陷读数对应的X射线管的位置；和

一个缺陷读数序数确定单元(342)，用于由所述X射线管的位置计算该缺陷读数的序数。

2.根据权利要求1所述的CT设备，其特征在于，该CT设备进一步包括：

一个数值修改装置(350)，用于修改所述原始数据中与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的数据点的数值。

3.一种CT设备，包括一个CT扫描仪(200)和一个图像重建装置(310)，其中，所述CT扫描仪(200)至少包括一个X射线管(210)和探测器(220)，所述探测器(220)接收来自所述X射线管(210)的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置(310)根据所述原始数据重建得到重建后图像；其特征在于，该CT设备还包括：

一个条状伪影检测装置(320)，用于检测重建后图像中的条状伪影；和

一个不稳定通道确定装置(330)，用于确定所述探测器(220)中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述条状伪影检测装置(320)包括：

一个梯度图像生成单元(321)，用于确定所述重建后图像的内接矩形图像，并计算所述内接矩形图像在X方向和Y方向的梯度图像；

一个雷登变换单元(322)，用于计算X方向梯度图像中的最大值和Y方向梯度图像中的最大值，并对两者中较大者对应的梯度图像进行雷登变换；和

一个对应单元(323)，用于寻找雷登变换结果中的最大值，并得到与该最大值对应的重建后图像中的条状伪影。

4.根据权利要求3所述的CT设备，其特征在于，所述内接矩形图像为最大的内接矩形图像。

5.一种CT设备，包括一个CT扫描仪(200)和一个图像重建装置(310)，其中，所述CT扫描仪(200)至少包括一个X射线管(210)和探测器(220)，所述探测器(220)接收来自所述X射线管(210)的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置(310)根据所述原始数据重建得到重建后图像；其特征在于，该CT设备还包括：

一个条状伪影检测装置(320)，用于检测重建后图像中的条状伪影；和

一个不稳定通道确定装置(330)，用于确定所述探测器(220)中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述不稳定通道确定装置(330)包括：

一个距离确定单元(331)，用于确定条状伪影距离重建后图像的中心的距离；

一个圆心角计算单元(332)，用于计算X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角；和

一个通道序数确定单元(333)，用于根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

6.一种CT设备，包括一个CT扫描仪(200)和一个图像重建装置(310)，其中，所述CT扫描仪(200)至少包括一个X射线管(210)和探测器(220)，所述探测器(220)接收来自所述X射线管(210)的X射线，以产生原始数据；所述图像重建装置(310)根据所述原始数据重建得到重建后图像；其特征在于，该CT设备还包括：

一个条状伪影检测装置(320)，用于检测重建后图像中的条状伪影；和

一个不稳定通道确定装置(330)，用于确定所述探测器(220)中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述不稳定通道确定装置(330)包括：

一个距离确定单元(331)，用于确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；

一个圆心角计算单元(332)，用于计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角；和

一个通道序数确定单元(333)，用于根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

7.一种确定探测器中不稳定通道的方法，包括：

检测重建后图像中的条状伪影；

确定探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

根据所述条状伪影，确定原始数据中的缺陷读数；

所述确定原始数据中的缺陷读数包括：

确定该缺陷读数对应的X射线管的位置；

由X射线管的位置，计算该缺陷读数的序数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：修改原始数据中与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的数据点的数值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述修改包括：

计算与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的所述数据点周围数据点的算术平均值、几何平均值、或者加权平均值，来代替与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的所述数据点的数值；

或者，利用与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的所述数据点周围任一数据点的数值来代替与所述不稳定通道和所述缺陷读数对应的所述数据点的数值。

10.一种确定探测器中不稳定通道的方法，包括：

检测重建后图像中的条状伪影；

确定探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述检测条状伪影的步骤包括：

确定所述重建后图像的内接矩形图像；

计算所述内接矩形图像在X方向和Y方向的梯度图像；

计算X方向梯度图像中的最大值和Y方向梯度图像中的最大值，并对两者中较大者对应的梯度图像进行雷登变换；

寻找雷登变换结果中的最大值，并得到与该最大值对应的所述重建后图像中的条状伪影。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述内接矩形图像为最大的内接矩形图像。

12.一种确定探测器中不稳定通道的方法，包括：

检测重建后图像中的条状伪影；

确定探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述确定不稳定通道的步骤包括：

确定条状伪影距离重建后图像的中心的距离；

计算X射线从CT扫描仪成像空间的中心到条状伪影所形成的扇形的圆心角；

根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

13.一种确定探测器中不稳定通道的方法，包括：

检测重建后图像中的条状伪影；

确定探测器中与所述条状伪影对应的不稳定通道；

所述确定不稳定通道的步骤包括：

确定条状伪影距离重建后图像的边缘的距离；

计算X射线从待检对象边缘到条状伪影所形成的扇形的圆心角；

根据所述圆心角，确定所述不稳定通道的序数。

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