CN103096803B - X射线管电弧放电运转 - Google Patents
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Abstract
一种方法包括：识别在X射线管电弧放电事件期间生成的投影数据，针对所识别的投影数据的数据点确定X射线管电压，基于针对所述数据点确定的X射线管电压校正所识别的数据点，以及重建投影数据，所述投影数据包括在非X射线管电弧放电事件中生成的投影数据和经校正的投影数据；以及一种系统包括投影数据处理器（116），所述投影数据处理器（116）校正与在X射线管电弧放电事件期间采集的数据对应的投影数据。
Description
技术领域
以下大体涉及X射线管，并且具体而言涉及对在X射线管电弧放电（arc）事件期间采集的数据的使用，并且就计算机断层摄影（CT）扫描器的特定应用进行了描述。以下也适用于其他成像模态，例如，放射照相术和/或具有结合辐射敏感探测器使用的X射线管的其他成像模态。此外，以下也适用于医疗和/或非医疗系统。
背景技术
X射线管电弧放电是真空间隙的介电阻抗被破坏并且不能维持X射线管的电压和/或电流的状况。在X射线管电弧放电期间无法维持输出和品质，并且通常将导致图像伪影。设计没有电弧放电的高功率X射线管一直都是极端挑战。通常，会在将X射线管的功率增加到其极限和射线管表现出电弧放电行为的固有趋势之间进行折衷。
过去的计算机断层摄影（CT）扫描器的高电压系统具有相对慢的电压上升时间并且因而从管电弧放电中恢复也会较慢。专利5347571中详细描述了利用这样的系统处理X射线管电弧放电的一种方法，该专利描述了使用电弧放电抑制器的方法。该设备允许射线管两端的电压在电弧放电期间以如下的方式崩溃：其使得X射线管能够恢复并且继续。遗憾的是，X射线管仅在大约80%的时间能够恢复。
随着技术的进步，发展出了一种新型的高电压生成器，其具有非常快的高电压上升时间。这开启了使用新的途径来处理管电弧放电的大门，因为现在针对电弧放电关闭生成器并且再次打开高电压成为可能，整个周期发生在大约一毫秒（1mS）之内。使用这种技术，可以将电压从X射线管消除足够长的时间以使射线管恢复，因而消除了CT研究的过早终止。
遗憾的是，X射线管仍旧易于电弧放电，并且在电弧放电期间采集的数据在重建时通常被忽略，并且用从电弧放电前的有效点到电弧放电后的有效数据点的内插数据代替该数据。此外，关闭高电压并且再次将其打开具有一些固有的限制。关闭时间被平息崩溃事件的平均自由时间固定，并且高电压斜线上升回来的时间受限于高电压电源的上升时间。
发明内容
本申请的各方面解决上述问题以及其他问题。
根据一个方面，一种方法包括：识别在X射线管电弧放电事件期间生成的投影数据，针对所识别的投影数据的数据点确定X射线管电压，基于针对所述数据点确定的X射线管电压校正所识别的数据点，以及重建投影数据，所述投影数据包括在非X射线管电弧放电事件期间生成的投影数据和经校正的投影数据；
根据另一方面，一种系统包括投影数据处理器，所述投影数据处理器校正与在X射线管电弧放电事件期间采集的数据对应的投影数据。
根据另一方面，一种校正在X射线管电弧放电期间收集的数据的方法包括：识别管电弧放电，建立X射线衰减值和X射线管电压之间的关系，确定X射线管电弧放电期间的不同时间段处的一个或多个X射线管电压，以及使用所述关系针对X射线管电弧放电期间的X射线衰减值确定校正值。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置以及步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的，并且不应被解释为限制本发明。
图1图示了结合投影数据处理器的成像系统。
图2图示了投影数据处理器的范例。
图3图示了衰减到电压的映射的范例。
图4图示了示范性方法。
图5图示了对从在管电弧放电期间采集的数据生成的投影数据的子集进行校正的图形化范例。
图6图示了对从在管电弧放电期间采集的数据生成的所有投影数据进行校正的图形化范例。
具体实施方式
图1图示了诸如计算机断层摄影（CT）扫描器的成像系统100。成像系统100包括固定机架102和由所述固定机架102能旋转地支撑的旋转机架104。所述旋转机架104绕检查区域106关于纵向或z轴旋转。支撑物108，例如榻，支撑检查区域106内的受试者，并且可以用于在扫描前、扫描期间和/或扫描后关于x、y或z轴定位受试者。辐射源110，例如X射线管，由旋转机架104支撑并且与旋转机架104一起关于检查区域106旋转，并且发射穿过检查区域106的辐射。
一维或二维辐射敏感探测器阵列112定位于跨越检查区域106的辐射源110的对面，并且探测穿过检查区域106的辐射。探测器阵列112生成指示探测到的辐射的信号或投影数据。在图示的实施例中，探测器阵列112包括至少两个探测器，它们接收来自源的未被在检查区域106中被扫描的受试者或对象阻挡的辐射。这些探测器中的至少一个包括具有己知谱特性和己知厚度的滤波器（例如，铜），并且至少一个探测器不包括所述滤波器。如以下更加详细地描述地，通过这两个探测器生成的投影数据可以用于针对相应的采集间隔确定管电压。
管电弧放电传感器114感测X射线管电弧放电事件并且生成指示其的管电弧放电信号。在一个实例中，管电弧放电信号是在电弧放电发生时设置和并且在电弧放电发生后高电压恢复到预定水平（例如，90%）的预定时间段后重设的位（bit）。管电弧放电信号可以与来自探测器阵列112的投影数据一起和/或作为它的一部分来传送。投影数据处理器116处理所述投影数据。如以下更加详细地描述地，在一个实例中，投影数据处理器116至少校正利用在X射线管电弧放电事件期间采集的数据生成的投影数据的子集。这允许减少（如果没有消除的话）与X射线管电弧放电事件相关的通过内插创建并被丢弃的数据的量，这将得到改进的图像质量。
重建器118重建经处理的投影数据并且生成指示检查区域106的体积图像数据。所述体积图像数据可以由图像处理器等处理以生成一个或多个图像。通用计算系统用作操作者控制台120并且包括输出设备例如显示器以及输入设备例如键盘、鼠标和/或类似物。驻留于控制台120上的软件允许操作者控制系统100的操作，例如，允许操作者启动管电弧放电数据校正，开始扫描等。
应该理解，投影数据处理器116可以的控制台120、重建器118和/或诸如一个或多个计算机的其他计算系统的部分。合适的计算系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器执行嵌入到或包含在计算机可读存储介质中的一条或多条计算机可读指令，所述计算机可读存储介质例如是本地的、便携的或者远程的物理存储器。额外地或替代地，所述一条或多条指令可以由例如信号或波的载体承载。所述一个或多个处理器当执行一条或多条所述指令时，令所述一个或多个处理器实现投影数据处理器116的功能和/或其他功能。
图2图示了投影数据处理器116的范例，所述投影数据处理器116基于电弧放电事件期间的X射线管电压校正投影数据。
在图示的实施例中，投影数据处理器包括存储设备202，该存储设备202存储投影数据以及任何经校正的投影数据。在另一实施例中，存储设备202可以在所述数据处理器116的外部。
管电弧放电识别器204评估投影数据的管电弧放电位。如果某个投影数据没有被设置管电弧放电位，那么投影数据处理器不处理那一投影数据。然而，如果另一投影数据被设置了管电弧放电位，那么为管电弧放电校正处理转发该数据。
管电压确定器206基于相应的投影数据针对将要被处理的投影数据确定管电压。在图示的实施例中，管电压确定器206基于预定的衰减比率到电压的映射确定管电压。图3图示了这样的映射，其中y轴302表示衰减比率，x轴304表示kV。图示的映射针对60kV到140kV的管电压，并且示出了针对五个不同探测器滤波器差别（例如，以1mm为增量的1至5mm的厚度）的五个映射306、308、310、312和314。在其他实施例中，可以使用不同的电压范围，包括更低的和/或更高的kV，和/或可以使用不同的厚度。
以下提供了用于生成映射的范例。在校准程序中，确定来自具有滤波器的探测器的投影数据与来自没有滤波器的探测器的投影的比率。在针对不同滤波器厚度的不同电压下收集该比率。然后确定衰减比率与电压的关系并且用来填充图3的曲线图。在与扫描器一起使用的滤波器具有来自图3中的这些厚度之一的厚度的情况下，则可以基于滤波器厚度通过比率到电压的映射确定电弧放电期间的投影数据的比率。在使用不同滤波器厚度的情况下，可以使用图3的曲线通过内插或外插来导出电压。
可以将图3存储为查找表（LUT）等以供管电压确定器206使用。额外地或替代地，管电压确定器206可以采用多项式方程来将投影数据比率转化为管电压。从图3中导出的针对一个厚度的多项式的范例是：电压=1.7443μ2–24.755μ3+132.3188μ2-327.8174μ+396.9295，其中μ表示投影比率。提供以上方法用于说明性的目的而非限制；本文中也预期其他方法。例如，在另一实例中，kV上升时间可以根据特定技术的kV和mA来表征。可以结合上升时间特征使用采集间隔或积分期来估计从设置到稳定状态的电弧放电位转变之前和之后的积分期的高电压。
投影数据校正器208校正投影数据。如以下简单描述地，投影数据校正器208基于相应数据采集的管电压校正投影数据。在该范例中，投影数据校正器208根据公式1的转换校正投影数据：
公式1
在该范例中，按照滤波器材料的厚度t通过以三个己知电压执行三次扫描并且解三个联立方程来确定a、b和c。对于该范例，a、b和c从水模拟导出。然而，额外地或替代地，a、b和c可以从骨、脂肪、软组织、造影材料和/或其他结构导出。
图4图示了用于对在X射线管电弧放电事件期间采集的投影数据进行校正的方法。
应该理解，动作的顺序不是限制性的。这样，在其他实施例中，动作的顺序可以是不同的。此外，可以忽略一个或多个动作和/或增加一个或多个其他动作。
在402，执行扫描。
在404，确定扫描期间是否存在管电弧放电事件。如本文中所讨论地，管电弧放电位的状态可以用来确定在扫描期间是否存在管电弧放电事件。
如果没有，则在406重建投影数据。
如果有，则在408识别在一个或多个X射线管电弧放电事件期间分别采集的一组或多组投影数据。
在410，选择所述组中的一个用于评估。
在412，选择所述组中的一个数据点用于评估。在一个实例中，选择的数据点是所述组中的最后的数据点。在该实例中，算法在时间上后退地校正所述组中的所有数据点或者校正所述组中一直到预定阈值（例如管电压阈值，管电压从技术标称阈值下降的百分比等）的数据点。
在另一实例中，选择的数据点是所述组的第一个数据点，并且在时间上顺序地应用算法，例如，相继地校正数据组中的所有数据点或者向前移动直到到达一数据点，该数据点的电压满足预定的阈值，例如，管电压阈值，管电压从技术标称阈值下降的百分比等。
在另一实例中，选择的数据点位于第一和最后数据之间，并且在时间上前瞻性地执行所述校正或者在两个方向上执行所述校正。本文中也预期其他方法。
在414，确定数据点的管电压。如本文中所描述，可以从基于探测器（至少一个拥有具有己知谱特性的滤波器并且至少一个没有这样的滤波器）的测量结果生成的查找表、多项式等确定管电压，所述探测器直接接收辐射（即，将要被扫描的对象或受试者不在源和探测器之间）。
在416，确定数据点的管电压是否满足预定校正阈值电压。例如，在一个实例中，仅在数据的管电压高于预定电压（例如60kV）、管电压不低于标称技术电压的60%和/或其他标准的情况下，实施校正。在另一实例中，忽略该动作，并且在电弧放电事件期间校正数据而无视管电压。
如果是这样，则在418，校正数据点。如本文中所描述，可以基于相应的管电压校正数据。
如果不是，则在420，替换数据点。如本文中所描述，可以丢弃所述数据并且用内插数据替换其。在忽略动作416的情况下，也可以忽略动作420。
在422，确定在组中是否存在用于评估的另一数据点。
如果有，则针对所述组的另一数据点重复动作414。
如果没有，则在424确定是否有另一组需要评估。
如果有，则针对下一组重复412。
如果没有，则在406，重建投影数据，所述投影数据包括原始投影数据和经校正的投影数据。
上述动作可以通过计算机可读指令的方式来实现，所述指令当由（一个或多个）计算机处理器执行时，令（一个或多个）处理器执行本文中所描述的动作。在这种情况下，所述指令存储于计算机可读介质中，例如与相关的计算机相关联的存储器和/或否则可以由相关的计算机访问的存储器。
图5图示了对从在管电弧放电期间采集的数据生成的投影数据的子集进行校正的图形化范例。在图5中，y轴502表示管电压并且x轴504表示采集间隔。在区域506，管电压大约为该成像技术的标称管电压508。
在510，发生了电弧放电。在区域512期间，管电压下降并且然后基于管的上升时间恢复。在514，管电压恢复到预定电压阈值516，并且在518，管电压恢复到该成像技术的标称管电压508。
在该范例中，系统被配置为针对与高于预定电压阈值516的管电压对应的数据点校正与电弧放电事件对应的投影数据。这样，对从阈值516到标称管电压508的范围502中的数据点进行校正，并且对从电弧放电510到阈值的数据点进行内插。
在系统不采用投影数据处理器116时，对从510到508的整个范围进行内插。这样，如本文中所描述的对所述投影数据的校正至少减少了与电弧放电事件相对应的被丢弃并且用内插数据替代的数据点的量。
图6类似于图5，除了忽略了阈值516，并且校正数据点512的整个范围并且不丢弃数据。
己参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的详细描述之后可以进行修改和变型。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在所附权利要求或者它们的等价要素的范围之内。
Claims (13)
1.一种用于校正投影数据的方法，包括：
识别在X射线管电弧放电事件期间生成的投影数据；
针对所识别的投影数据的数据点确定X射线管电压；
(a)使用第一探测器探测未被阻挡的辐射；
(b)同时使用第二探测器探测未被阻挡的辐射，其中，所述第二探测器包括具有己知厚度和谱特性的滤波器材料；
(c)确定来自所述第一探测器的输出数据与来自所述第二探测器的输出数据的比率；
针对多个己知管电压执行(a)-(c)；以及
根据管电压生成所述比率和所述管电压之间的映射；
其中，针对所述数据点确定所述X射线管电压包括基于所述映射确定所述X射线管电压，
基于针对所识别的数据点确定的X射线管电压校正所述数据点；以及
对包括在非X射线管电弧放电事件期间生成的投影数据和经校正的投影数据的投影数据进行重建。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将针对数据点确定的X射线管电压和预定校正阈值电压进行比较；
确定所确定的X射线管电压是否满足所述预定校正阈值电压；以及
响应于所述管电压满足所述预定校正阈值电压，校正所述数据点。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
响应于所述管电压不满足所述预定校正阈值电压，使用导出的数据点替换所述数据点。
4.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述预定校正阈值电压是大约60kV或者扫描发射电压的标称电压的60％。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定针对所述数据点的比率；以及
基于所确定的比率和所述映射确定针对所述数据点的所述X射线管电压。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述映射存储在查找表中。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述映射被表达为多项式。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述数据点根据确定的管电压和所述滤波器材料的厚度被校正。
9.如权利要求1所述的方法，其中，基于以下变换校正所述数据点，其中，kV是所确定的X射线管电压，并且a、b和c是未知常数：
10.一种用于校正投影数据的系统，包括：
投影数据处理器(116)，所述投影数据处理器(116)对与在X射线管电弧放电事件期间采集的数据对应的投影数据进行校正，所述投影数据处理器包括：
管电弧放电识别器(204)，其识别与在所述X射线管电弧放电事件期间采集的所述数据对应的一组或多组所述投影数据；以及
管电压确定器(206)，其针对所识别的一组或多组中的数据点分别确定X射线管电压，其中基于一比率和管电压之间的映射来确定所述X射线管电压，所述比率是来自具有滤波器的探测器的投影数据与来自没有滤波器的探测器的投影数据的比率。
11.如权利要求10所述的系统，所述投影数据处理器，包括：
投影数据校正(208)，其基于相应的所确定的X射线管电压至少校正所述数据点的子集，其中，所述投影数据校正在时间上后退地以从所述数据点的最后一个到所述数据点的第一个的方向校正所述数据点。
12.如权利要求10所述的系统，所述投影数据处理器，包括：
投影数据校正(208)，其基于相应的所确定的X射线管电压至少校正所述数据点的子集，其中，所述投影数据校正基于采集时间顺序地校正所述数据点。
13.如权利要求11所述的系统，其中，基于以下变换校正所述数据点，其中，kV是所确定的X射线管电压，并且a、b和c是未知常数，常数a、b和c通过使用u校正的不同己知值的联立方程来求解：
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