CN103284734B - 一种校正辐射成像中散射影响的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种校正辐射成像中散射影响的方法和装置，将具有多个不同频率的辐射束组成的复合辐射束照射成像物体，通过探测器接收到所述成像物体的探测信号；将所述探测信号进行解复用分解处理，根据不同频率将散射信号从主成像信号中分离出去，从而实现辐射成像的散射校正。所述方法及装置不仅提高了成像速度，而且提高了信噪比，显著改善了图像质量。

Description

一种校正辐射成像中散射影响的方法及装置

技术领域

本发明涉及辐射成像技术，尤其涉及一种校正辐射成像中散射影响的方法及装置。

背景技术

在各种辐射成像(包括X射线，可见光，红外线等等)技术的应用中，辐射源发出射线，照射到成像物体上，探测器不仅会探测到主光线照射成像物体或人体产生的主成像信号，还会探测到各种散射射线产生的散射信号。特别是当辐射成像系统采用多个辐射源时，探测器还会接收到不同辐射源的散射射线产生散射信号。混合在主成像信号中的散射信号往往会严重降低系统的成像质量，例如减低软组织图像的对比度，并有可能产生严重的图像伪影，图像质量的下降进而会要求增加病人在成像检测过程中所受到的辐射剂量等等。

为了解决辐射成像中的散射问题，业界提出了多种解决办法。现以X射线成像为例阐述现有技术中的解决手段：第一类方法是在原有的X射线成像系统中添加某种附加器件，从而减少进入探测器的散射X射线信号，如传统的、目前被广泛采用的防散射光栅技术。但是这一方法仍然存在诸多弊端：1)该方法只能够在一定程度上减少被探测信号中的散射分量，而不能完全消除散射的影响；2)由于需要在系统中增加额外的部件，其物理存在有可能限制系统在成像过程中的扫描方式；3)由于额外部件的引入，其在屏蔽散射辐射信号的同时也会减弱探测器探测到的主辐射信号的强度，进而可能不得不通过增加成像所需辐射剂量去弥补这一损失。第二类方法是通过限制从辐射源发出的辐射光束的宽度，限制每次辐射信号采集时被照射的物体范围，即每次主成像信号采集时只照射成像物体或人体的一小部分，从而减少探测器收集到的信号中交叉散射辐射信号的强度，如基于狭缝扫描相关的成像技术。该方法的缺点是要通过多次连续曝光才能够覆盖整个物体，从而得到最终的完整图像，这会大大减低系统的成像速度。第三类方法是在系统成像完成以后进行图像后期校正和散射减除的方法改良图像质量。其中包括基于解析的方法，经验算法，蒙特卡洛模拟，基于解析的模拟方法，以及基于屏蔽块的测量方法。但是这种方法的最终成像质量和对于散射辐射分量的去除效果在很大程度上取决于所用方法对于每一幅X射线图像中散射分量成分的正确估计，而这也往往非常难以做到。而基于屏蔽块的方法则要求对病人进行两次成像，从而减低了成像速度而且增加了病人接受的辐射剂量。

发明内容

本发明的目的是提供一种校正辐射成像中散射影响的方法及装置，从而有效减低辐射成像中的散射分量的成分，提高成像质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：一种校正辐射成像中散射影响的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、将具有多个不同频率的辐射束组成的复合辐射束照射成像物体，通过探测器接收到所述成像物体的探测信号；

步骤2、将所述探测信号进行解复用分解处理，根据不同频率将散射信号从主成像信号中分离出去。

进一步的，所述辐射源是具有不同频率的多个独立的X射线源组成的X射线阵列。

进一步的，所述辐射源是这样实现的：将单个X射线源射出的射线经过一定的编码机制进行编码调制，产生具有不同的调制信号的多个独立子辐射束。

进一步的，所述分离过程在频率空间完成。

本发明提供的另一种技术方案为一种校正辐射成像中散射影响的装置，包括辐射源、辐射源前端的准直装置，以及探测器，以及还包括用于对探测到的图像信号进行反复用的解复用装置。

进一步的，所述装置还包括对辐射源进行编码调制的编码装置。

进一步的，所述解复用装置为解码装置。

进一步的，所述编码装置采取百叶窗结构，所述百叶窗结构关闭时统一关闭，打开时以不同频率打开，以使射线按不同频率通过。

进一步的，所述编码装置为带有多行多列窗口的开关装置，所述窗口使射线完全透过，窗口之外部分则可阻挡射线透过。

进一步的，所述编码装置中每行窗口的大小和排列密度不同，以实现调制成不同的频率。

进一步的，所述编码装置在调制时沿着垂直于射线方向移动。

本发明由于采用以上所述技术方案，即将不同频率的散射信号有效的分离，不仅没有降低主射线的信号强度，显著提高信噪比，改善图像质量；而且相比于现有技术，有效的提高了成像速度；使用上不必增加成像次数，有利于患者。

附图说明

本发明的校正辐射成像中散射影响的方法及装置由以下的实施例及附图详细给出。

图1a为本发明多个X射线源同时照射成像物体的示意图；

图1b为本发明多个X射线在时域空间的叠加到频域空间分解过程示意图；

图2为本发明实施例1的双源CT中校正散射信号示意图；

图3a、3b分别为本发明实施例1校正前后效果对比示意图；

图4为本发明实施例2的装置示意图；

图5为本发明实施例2的编码装置结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的校正辐射成像中散射影响的方法及装置作进一步的详细描述。

我们所公知的信号复用技术是一种非常有效的信号传输方法，即把多个信号以一定的方式编码，从而可以在同一个媒体中同时传播而互不干扰。

X射线信号复用成像技术是基于信号复用技术在医学成像领域的一个新的应用。其基本原理如图1a所示，采用多个独立的、带有不同频率的X射线源同时照射成像物体或人体，在成像物体或人体的成像信号探测过程中，叠加的多个X射线束穿过成像物体由一个高速X射线探测器采集；采集的X射线信号首先被储存在计算机里，然后经过相应的信号解复用处理，依据不同的频率将叠加的信号分解出各个X射线束，从而还原出来自于不同X射线源的原始独立图像，图1b显示了多个X射线在时域空间的叠加到频域空间的分解过程。采用X射线复用成像技术允许我们同时采集多个X射线图像，从而大大加快了系统的成像速度。

实施例1

本实施例在于阐述双源CT成像过程中校正辐射成像中散射影响的方法及装置。如图2所示，当两个具有不同频率的射线源R1和R2组合的辐射源通过各自的准直装置(未图示)同时照射成像人体时，对应射线源R1的探测器D1不仅接收到了R1的主射线MX1及其散射射线，而且也接收到了来自射线源R2的交叉散射SX2。为了将SX2从成像信号中去除以实现散射校正的效果，即将探测器D1和D2所接收到的信号分别进行解复用分解处理，在频率空间，将散射信号SX1和SX2分别从主成像信号MX2和MX1中分离出去。由于采用了基于X射线复用成像原理的减散射技术，来源于两个X射线源的射线束各自带有其不同的频率，在相应的图像信息被探测器收集之后，其中有关交叉散射的部分可以在后期图像处理中根据其带有的不同频率进行解复用处理，并进一步的从原始的图像中除去。

经过解复用装置的解复用分解技术处理后的图像减除了交叉散射信号的影响，其图像质量会大大提高。如图3a和3b所示，基于本实施例模拟研究的结果，图3a的图像来源于现有技术的双源CT成像系统，由于没有采用本发明的校正方法，其所成图像中含有大量的散射信号分量，从而导致最终图像质量的明显降低。图3b为采用本实施例后的成像效果，具有较低的散射束和主光束比(scatter-to-primary-ratio(SPR))和较高的对比度和噪声比(contrast-to-noise-ratio(CNR))，图像质量得到了显著改善。

当然在以上实施例中，所述辐射源也可以是两个以上的具有不同频率的X射线阵列。

实施例2

在本实施例中，如图4所示，所述射线源为单个X射线源10，经过编码器20对射线进行编码调制，产生具有不同频率f₁、f₂、f₃......的多个独立子辐射束，组成一个复合辐射束照射成像人体，并通过探测器30接收所述成像人体的探测信号，将所述探测信号输入解复用装置40进行解复用分解处理，在频率空间，根据不同频率将散射信号从主成像信号中分离出去。

如图5所示，所述编码装置20为带有多行多列窗口21的开关装置，所述窗口21使射线完全透射，窗口21之间部分22则可阻挡射线。所述编码装置20中窗口21呈三行排列，每行窗口21的大小和排列密度不同，以实现调制成不同的频率f₁、f₂、f₃，沿着垂直于射线方向移动所述编码装置20，从而实现频率的调制。

在本实施例中，所述编码装置20也可以采取百叶窗结构，所述百叶窗结构关闭时统一关闭，打开时以不同频率打开，以使射线按不同频率通过，从而实现频率的调制。

以上所述实施例1和2中，根据射线不同的频率特征，在图像处理前将不同频率的散射信号有效的分离，不仅提高了成像速度，而且提高了信噪比，显著改善了图像质量，虽然本实施例仅提供了X射线源辐射的校正，本发明也可以应用到其它射线的辐射校正。

由于以上仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围不应受此限制，即凡是依本发明的权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种校正辐射成像中散射影响的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1、提供一种辐射源，将具有多个不同频率的辐射束组成的复合辐射束照射成像物体，通过探测器接收到所述成像物体的探测信号；其中，所述辐射源是这样实现的：将单个X射线源射出的射线经过一定的编码机制进行编码调制，产生具有不同的调制信号的多个独立子辐射束；

步骤2、将所述探测信号进行解复用分解处理，根据不同频率将散射信号从主成像信号中分离出去。

2.如权利要求1所述的校正辐射成像中散射影响的方法，其特征在于，所述分离的过程在频率空间完成。

3.一种校正辐射成像中散射影响的装置，包括单个X射线辐射源、所述单个X射线辐射源前端的准直装置，以及探测器，其特征在于，所述装置还包括用于对探测到的图像信号进行反复用的解复用装置；及

对所述单个X射线辐射源进行编码调制的编码装置，以产生具有不同的调制信号的多个独立子辐射束。

4.如权利要求3所述的校正辐射成像中散射影响的装置，其特征在于，所述解复用装置为解码装置。

5.如权利要求3所述的校正辐射成像中散射影响的装置，其特征在于，所述编码装置采取百叶窗结构，所述百叶窗结构关闭时统一关闭，打开时以不同频率打开，以使射线按不同频率通过。

6.如权利要求3所述的校正辐射成像中散射影响的装置，其特征在于，所述编码装置为带有多行多列窗口的开关装置，所述窗口使射线完全透过，所述窗口之外部分阻挡射线透过。

7.如权利要求6所述的校正辐射成像中散射影响的装置，其特征在于，所述编码装置中每行窗口的大小和排列密度不同，以实现调制成不同的频率。

8.如权利要求6所述的校正辐射成像中散射影响的装置，其特征在于，所述编码装置在调制时沿着垂直于射线方向移动。