CN103124520B - 用于计算机断层摄影（ct）的动态滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种成像系统，包括：源（310），其具有发射穿过检查区域的辐射波束的焦斑（406）；辐射灵敏探测器阵列（316），其具有对穿过检查区域的辐射进行探测并且生成指示所探测的辐射的投影数据的多个像素；以及滤波器（314），所述滤波器（314）置于源和检查区域之间，对所发射辐射的外围区域进行过滤，其中，滤波器包括两个单独并且可移动的区域（402），每个区域具有基本上相同的厚度和恒定的同质性。
Description
技术领域
下文大体涉及成像领域，并且更具体而言，涉及用于减少计算机断层摄影（CT）扫描器中辐射波束边缘处的辐射的滤波器。
背景技术
常规的CT扫描器包括发射辐射的x射线管。源准直仪置于x射线管和检查区域之间，并且对所发射的辐射进行准直以便产生扇形或圆锥形x射线波束。经准直的波束横穿检查区域和在其中的对象或受试者（其根据对象或者受试者的辐射密度对波束衰减），并且照射相对于x射线管在检查区域对面的探测器阵列。探测器产生指示所探测的辐射的投影数据，并且对投影数据进行重建，以便生成指示对象或受试者的体积图像数据。
所谓的蝶形（bowtie）滤波器置于源准直仪和检查区域之间并且在波束射线的外区或者外围处较大程度地衰减扇形或者圆锥形x射线波束，从而减少在扇形或者圆锥形波束外区的通量。滤波器的名称反映了滤波器的典型形状。这种过滤非常适合于经受计数率能力不足的光子计数探测器。作为示例，在典型的CT扫描中，仅对于不穿过受试者或者仅对于在外围区域中通过受试者仅传播很短距离的波束射线需要过多的计数率。例如，这种过滤也非常适合于被具有非计数探测器的扫描器使用，以改进辐射效率等。
图1（A）、1（B）和1（C）说明了常规静态蝶形滤波器102以及x射线源104、源准直仪106和检查区域108、以及被扫描的受试者110的一部分的例子。理论上，滤波器102对应于被扫描受试者的轮廓或者形状，并且对仅穿过空气的波束区域进行重度过滤，对穿过受试者的波束区域进行轻微过滤，并且对用于在其间过渡的过滤程度进行平滑过渡，使得能够实现正确的x射线轮廓。执行空气扫描以便测量滤波器的衰减轮廓并且基于衰减轮廓为重建期间的探测器像素标准化生成校准。
可惜的是，每个受试者的轮廓是不相同的，这是由于对于一些受试者形状可能更大、而对于另一些受试者形状可能更小，并且可能是不同的，例如，或多或少为圆柱形，如图1（A）和1（C）中所示那样。此外，如图1（A）和1（B）中所示，取决于对受试者进行观测的角度，相同受试者的轮廓可能完全不同。因而，由于滤波器不可能与每个受试者匹配，所以静态滤波器可能更适合于一些受试者，但是不能良好适合于另一些受试者。另外，受试者可能被置于偏离中心的位置，导致对穿过空气的波束部分进行轻微过滤，而对穿过受试者的波束部分进行重度过滤。结果，在受试者边缘处的光子通量可以将探测器输出的保真度降低到对于诊断上有价值的图像而言过低的水平。
图2（A）、2（B）和2（C）图示说明了由两个子滤波器2021和2022组成的动态蝶形滤波器202的例子，两个子滤波器2021和2022各自具有平滑过渡到较低衰减尾部的较高衰减区域。如图2（A）和2（B）中所示，采用所图示说明的动态滤波器，子滤波器2021和2022向彼此线性平移或者离开，以便动态改变滤波器的轮廓。注意到，在图2（B）中，为清楚起见，仅示出了子滤波器2021（而未示出子滤波器2022）。在该例子中，如图2（C）中所示，可以将子滤波器2021和2022进行组合，以便创建类似于图1的静态滤波器轮廓的轮廓。
可惜的是，采用滤波器202，从焦斑（点）（focalspot）到沿着子滤波器的每个位置的射线长度随着子滤波器的位置而改变，并且用于射线的子滤波器的厚度也随着子滤波器的位置而改变，导致对于滤波器202轮廓的每个像素的校准简直是噩梦，并且图像质量对于每个单一探测器像素中蝶形影响的精确了解是非常敏感的。
发明内容
本申请的各方面解决了上述问题以及其它问题。
根据一方面，一种成像系统包括：源，所述源具有发射穿过检查区域的辐射波束的焦斑；辐射灵敏探测器阵列，所述辐射灵敏探测器阵列具有多个像素，该多个像素对穿过检查区域的辐射进行探测并且生成指示所探测的辐射的投影数据；以及滤波器，所述滤波器置于所述源和检查区域之间，对所发射辐射的外围区域进行过滤，其中，所述滤波器包括两个分立的并且能移动的区域，每个区域具有大体上相同的厚度和恒定的同质性。
根据另一方面，一种方法包括采用动态能调节的滤波器过滤所发射的穿过检查区域的辐射波束的外围射线，该外围射线基本上未穿过检查区域中的对象或者受试者，该动态能调节的滤波器沿着滤波器具有基本上相同的厚度和同质性。
根据另一方面，一种用于减少辐射波束的外围射线通量的方法包括当扫描对象或者受试者时对外围射线的位置进行识别，在外围射线路径中动态放置具有均匀厚度和基本上相同的同质性的滤波器，从而采用动态放置的滤波器过滤外围射线，并且对被滤波器过滤的辐射和未被滤波器过滤的辐射进行探测，并且生成指示所探测的辐射的投影数据。
附图说明
本发明可以采用各种部件和部件布置的形式，并且可以采用各种步骤和步骤排列的形式。附图仅仅是为了对优选实施例进行图示说明的目的，并且不将其解释为限制本发明。
图1图示说明了现有技术的静态滤波器；
图2图示说明了现有技术的动态滤波器；
图3图示说明了包括具有均匀厚度和基本上恒定同质性的动态滤波器的示例性成像系统；
图4、5和6结合对称滤波器区域运动图示说明了动态滤波器的例子；
图7结合非对称滤波器区域运动说明了动态滤波器的例子；
图8图示说明了使用动态滤波器在相反方向中对所探测的射线进行不同地过滤的例子；
图9图示说明了一种示例性方法。
具体实施方式
图3图示说明了诸如计算机断层摄影（CT）扫描器的成像系统300。该成像系统300包括固定机架302和旋转机架304，旋转机架304由固定机架302可旋转地支撑。旋转机架304围绕检查区域306关于纵向或者z轴旋转。诸如躺椅的支撑部308支撑检查区域306中的受试者，并且可以用于在扫描之前、在扫描期间、以及/或者在扫描之后关于x、y和/或z轴对受试者进行放置。
辐射源310，例如x射线管，受旋转机架304支撑，并且随着旋转机架304关于检查区域306旋转，并且发射穿过检查区域306的辐射。源准直仪312对所发射的辐射进行准直，形成通常是扇形、圆锥形或者其它形状的、穿过检查区域306的波束。辐射灵敏探测器阵列316跨过检查区域306位于辐射源310对面。探测器阵列316包括多个探测器像素，其对穿过检查区域306的辐射进行探测并且生成指示所探测辐射的投影数据。
将动态滤波器314布置在准直仪312和检查区域306之间，并且对经准直的波束进行过滤。如在下文更详细描述的，动态滤波器314被配置为基于被扫描对象或者受试者的形状、通过其一个或多个滤波器区域的运动动态调整其轮廓，同时减轻对滤波器衰减标准化校准的影响。可以通过与一个或多个滤波器区域机械通信的一个或多个马达322和控制器324实现一个或多个区域的运动，控制器324控制一个或多个马达322沿着诸如轨道、铁轨等的预定义路径单独或者同时移动一个或多个滤波器区域。
重建器318对经处理的投影数据进行重建，并且生成指示检查区域306的体积图像数据。重建器318包括用于基于动态滤波器314的轮廓对探测器像素进行校准的数据校准器326。如下文更详细描述的，取决于像素是对完全被过滤的辐射进行探测、还是对未经过滤的辐射进行探测、还是对被部分过滤/部分未被过滤的辐射进行探测，可以使用各种校准算法。可以通过图像处理器等对所得到的体积图像数据进行处理，以便生成一个或多个图像。通用计算系统作为操作员控制台320，并且包括诸如显示器的输出设备和诸如键盘、鼠标等的输入设备。驻留在控制台320上的软件允许操作员控制系统300的操作，例如，允许操作员选择采用动态滤波器、初始化扫描等的协议。
图4图示说明了动态滤波器314的例子。在该例子中，滤波器314包括至少第一区域4021和第二区域4022，其统称为滤波器区域402。将滤波器区域402置于虚线414的相对侧411和412，虚线414从焦斑406垂直延伸到一般是平面的或者平坦的成像平面415。每个滤波器区域402是具有基本上均匀（例如，相同）厚度400的圆柱体，其具有相同或者恒定的同质性。在所图示说明的实施例中，每个滤波器区域402具有面向焦斑406的凹侧面404和面向探测器阵列316的相对凹侧面408。
关于凹侧面404，从沿着该侧面404的点到焦斑406的距离416沿着滤波器区域402是基本相同的。将所图示说明的滤波器区域402配置为沿着弧形路径410、独立地或者一起地、朝向和远离虚线414移动，从而改变其间的距离，并且因此改变衰减轮廓。在所图示说明的滤波器区域402具有相同厚度400的实施例中，由于要么通过均匀厚度过滤辐射要么不通过滤波器314过滤辐射，所以衰减轮廓是二元的。一般而言，滤波器314仅对辐射波束的外部或者外围区域进行过滤。
图4、5和6用图形示出了根据对象418动态调整滤波器314的区域402的例子。在该例子中，对象418以虚线414为中心。在图4中，对波束420进行准直，使得在成像平面415处的波束420的宽度422比对象418的宽度424更宽，并且放置区域402使得滤波器314不过滤任何波束420。该特定配置是为了示例性目的，并且另外可以初始地放置区域402。
在图5中，焦斑406移动经过十二点钟位置，并且区域402沿着路径410朝向虚线414移动。在该例子中，移动区域402直到边缘502和504分别与这样的射线506和508基本上对准为止，该射线506和508穿过在对象418宽度424处的对象418的周界的边缘内和接近周界边缘的路径。注意到，对在边缘处穿过对象的射线的过滤不妨碍对这些区域的成像。当然，也可以对边缘502和504进行对准，并且可以添加余量以确保对对象418进行充分扫描，例如，添加这样的余量，其使区域402移动到更接近虚线414以避免过多计数率。在该实例中，滤波器314均匀地对波束420的外部射线512和514与射线506和508之间的区域510进行过滤，并且不对射线506和508之间的区域516进行过滤。
在图6中，焦斑406移动经过三点钟位置。沿着路径410朝向虚线414移动区域402，直到边缘502和504分别与射线602和604对准为止，射线602和604穿过在对象418深度606处的对象418的周界边缘内和接近周界边缘的路径。在该实例中，滤波器314均匀地对波束420的外部射线512和514之间区域608进行过滤，并且不对其边缘内和接近边缘的射线602和604之间的区域610内的任何部分进行过滤。
进一步参考图4-6，边缘502和504总是平行于波束420的射线（例如，506、508、512、514、602和604）。另外，应该意识到，随着焦斑406围绕检查区域306在360度或者更少度数上旋转，可以（以预定的均匀或者非均匀时间间隔）连续或者离散地动态调整滤波器区域402。
可以利用各种方式确定在给定采集时间间隔期间边缘502和504应该在何处。例如，在一个实例中，执行一次或多次2D和/或3D预扫描（例如，搜索、导航等），并且使用所得到的数据规划扫描，包括识别对象418的周界。在另一个实例中，在扫描期间基于所探测数据的相对强度值估计对象418的周界。
图7用图形示出了对象418被放置得偏离虚中心线414的中心的例子。在该情况中，为了将边缘502和504分别与射线702和704对准，（非对称地）并且独立地移动区域402经过不同的距离，射线702和704穿过在对象418的宽度424处横穿对象418周界的路径。在该实例中，滤波器314对波束420的外部射线512和514与射线702和704之间的区域706和708进行过滤，并且不过滤区域516的任何部分。
在图3-7中，在厚度400和蝶形同质性足够准确并且移动精确进行，探测器阵列316的每个探测器像素可以在三种不同的条件下工作：1）像素看见全部通量（没有被滤波器314过滤）；2）像素看见减少的通量（被滤波器314过滤）；或者3）像素在这样的位置，在该位置处通量被滤波器314部分减少（部分过滤且部分未过滤）。条件1和2是稳定情况，并且可以采用两个不同的校准集合进行校正。仅少数探测器像素将在投影内的条件3下工作，并且一般而言，在条件3下工作的像素将经受不可靠的校准。
然而，在扫描期间，可以（例如，经由编码器等）对滤波器314的移动区域402的相对位置进行跟踪和/或估计。采用该信息，可以针对每个像素识别三种工作条件。随后，取决于该条件，采用用于条件1的校准集、用于条件2的校准集、或者用于条件3的混合校准对像素读数进行校准。下面是用于条件3的非限制性适当校准的例子。可以对下列方法中的一种或多种进行组合，或者否则同时使用，并且/或者可以另外或者可替换地使用一种或多种方法。
在一个实施例中，数据校准器326丢弃对条件3的测量，并且采用基于落入条件1和/或2下的邻近像素（例如，线性或者更高阶）内插值代替测量。在另一个实施例中，可以采用基于针对条件1和2的校准集所估计的校准集对针对条件3的测量进行校准。所估计的集合可以是对针对条件1和2的校准集的简单平均，或者加权平均，其中，给对应于更靠近条件3下像素的像素的校准集施加更高的权重。换言之，可以通过移动针对条件1的校准集和针对条件2的校准集来混合来自校准集1到校准集2的校准。在另一个实施例中，重建器318使用迭代算法，其中，拒绝在条件3下的像素或者降低其权重以限制它们的影响。
采用在360度上采集投影的扫描协议，在相反的方向对每条射线进行两次测量。采用这种协议，可以移动滤波器区域402，使得两个冗余测量中的至少一个落在条件1或条件2下。在两个冗余测量中的另一个落在条件3下的情况下，可以丢弃该测量，并且采用落在条件1或条件2下的冗余测量代替该测量。
这在图8中示出，其中，当焦斑406位于第一个位置804处时测量射线802，并且在焦斑406行进到被扫描对象418的相对面之后，当焦斑406位于第二个位置806处时也测量射线802。如所示，当焦斑406在第一个位置804处而进行测量时，射线802落入条件3下（射线802沿着滤波器的边缘穿过），并且当焦斑406在第二个位置806处而进行测量时，射线802落入条件2下（射线802穿过滤波器并且被滤波器过滤）。
图9图示说明了一种方法。应该意识到，动作的次序不受限制。同样，在其它实施例中，动作的次序可以是不同的。另外，可以省略一个或多个动作，并且/或者可以添加一个或多个其它动作。
在902处，确定被扫描受试者（或者对象）的形状。如在这里所讨论的，可以经由预扫描以及/或者在扫描期间确定形状。
在904处，在扫描对象或者受试者期间基于所确定的形状动态地调整动态滤波器。如在这里所描述的，滤波器具有恒定的厚度和恒定的同质性，并且沿着相对于辐射源焦斑的弧形路径移动它，以便改变到滤波器的辐射波束的区域。
在906处，基于相应探测器像素所接收的辐射是被滤波器完全过滤的辐射、没有被滤波器过滤的辐射、还是部分被滤波器过滤且部分未被过滤的辐射，对探测的数据进行标准化。如在这里所描述的，可以使用各种方法对与部分被过滤且部分未被过滤的辐射相对应的数据进行标准化。
在908处，对经标准化后的数据进行重建，以便生成体积图像数据。可以对体积图像数据进行进一步处理，以便生成一个或多个图像。
可以结合常规蝶形滤波器并且/或者代替常规蝶形滤波器使用在这里所描述的动态滤波器314，常规蝶形滤波器例如，结合图1和2所讨论的蝶形滤波器以及其它蝶形滤波器。
参考优选实施例对本发明进行了描述。一旦阅读并且理解了前述详细说明，就可以进行对其它实施例的修改和改变。预期将本发明解释为包括所有这些修改和改变，只要它们在所附权利要求及其等价物的范围内。
Claims (15)
1.一种成像系统，包括：
源(310)，其具有发射由准直仪准直的、穿过检查区域的辐射波束的焦斑(406)；
辐射灵敏探测器阵列(316)，其具有对穿过所述检查区域的辐射进行探测并且生成指示所探测的辐射的投影数据的多个像素；以及
滤波器(314)，其置于具有所述准直仪的所述源和所述检查区域之间，对所发射辐射的外围区域进行过滤，其中，所述滤波器包括两个分立的并且能移动的区域(402)，每个区域具有基本上均匀的厚度和恒定的同质性。
2.如权利要求1所述的系统，其中，每个所述滤波器区域是圆柱形的，并且具有当所述滤波器区域对所述辐射波束进行过滤时总是基本上平行于所发射的辐射波束的射线的边缘。
3.如权利要求1至2中的任何一项所述的系统，其中，每个所述滤波器区域具有基本上相同的辐射衰减特性。
4.如权利要求1至2中的任何一项所述的系统，其中，每个所述滤波器区域被配置为沿着弧形路径关于所述焦斑移动，这改变所述滤波器的衰减轮廓。
5.如权利要求4所述的系统，其中，每个所述滤波器区域被配置为在扫描对象或者受试者期间根据所述对象或者受试者的形状动态地移动。
6.如权利要求4所述的系统，其中，协调地同时移动所述滤波器区域。
7.如权利要求4所述的系统，其中，不对称地移动所述滤波器区域。
8.如权利要求5所述的系统，其中，在扫描期间基于所生成的数据确定所述对象或者受试者的所述形状。
9.如权利要求5所述的系统，其中，基于所述对象或者受试者的一次或多次预扫描确定所述对象或者受试者的所述形状。
10.如权利要求1至2中的任何一项所述的系统，还包括：
对所述投影进行校准的重建器(318)，其中，基于对应于经过滤数据的校准集对探测被所述滤波器过滤的辐射的像素进行校准，基于对应于未经过滤数据的校准集对探测未被所述滤波器过滤的辐射的像素进行校准，并且采用混合校准算法对探测部分被过滤且部分未被过滤的辐射的像素进行校准。
11.一种成像方法，包括：
采用动态能调节的滤波器来过滤所发射的由准直仪准直的、穿过检查区域的辐射波束的外围射线，所述外围射线基本上未穿过所述检查区域中的对象或者受试者，其中，动态能调节的所述滤波器沿着所述滤波器具有基本上均匀的厚度和同质性。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述滤波器的边缘基本上平行于所发射辐射的射线。
13.如权利要求11至12中的任何一项所述的方法，还包括：
沿着相应弧形路径关于所发射的辐射波束的焦斑移动所述滤波器区域，从而与被扫描的对象或者受试者的形状相协调地改变所述滤波器的衰减轮廓。
14.如权利要求11至12中的任何一项所述的方法，还包括：
使用混合校准算法对接收部分被过滤的辐射的探测器像素进行校准，其中，所述校准算法包括采用通过内插测量所确定的值代替所述像素的测量，所述内插测量基于接收完全被过滤或者未被过滤的辐射的邻近像素，并且所述校准算法包括当执行迭代重建时丢弃所述像素或者使所述像素的权重降低。
15.如权利要求14所述的方法，其中，基于针对接收完全被过滤的辐射的像素的校准和针对接收未被过滤的辐射的像素的校准估计所述校准算法，并且所估计的校准算法包括针对接收完全被过滤的辐射的像素的校准以及针对接收未被过滤的辐射的像素的校准的加权组合。
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