CN103800025A - Ct扫描仪及其散焦强度测量方法及散焦校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CT扫描仪及其散焦强度的测量方法及散焦校正方法，目的是提供一种实际散焦强度的测量和在此基础上的散焦校正。该测量散焦强度的方法包括：将一能够遮蔽X射线的模体置于该扫描仪的机架孔径内；使该扫描仪的X射线球管及检测器阵列围绕扫描仪的机架旋转中心旋转以执行旋转曝光扫描，在旋转的每一圈中，使各检测器所接收的X射线辐射强度会因模体对X射线球管的遮蔽和退出相应地减弱和增强；以预定的采样率从至少部分检测器中获取辐射强度值；最后依据该模体逐渐遮蔽和退出该至少部分检测器的X射线最大辐射区期间相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，分别计算对应位置的X射线球管散焦强度，从而得到该X射线球管的散焦强度分布。

Description

CT扫描仪及其散焦强度测量方法及散焦校正方法

技术领域

本发明涉及电子计算机X射线断层扫描仪（简称CT扫描仪），尤其是涉及CT扫描仪的散焦强度测量方法及散焦校正方法。

背景技术

CT扫描仪是利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的设备。CT扫描仪使用X射线球管发射X射线到焦点区，从而聚焦到被照射物体（如人体器官）。散焦辐射是X射线球管内从焦点以外区域辐射出X射线的现象，它是由于二次电子和场发射电子轰击球管靶区焦点以外区域产生X射线造成的。散焦现象会导致被照射物体边缘部分对比度退化或产生阴影，影响甚至误导医生根据图像进行诊断。因此需要在CT扫描仪包含对散焦现象的校正。

美国专利US 6628744B1提出了一种CT扫描仪中散焦辐射的校正方法。该方法使用依据理论模型计算的散焦校正系数在数据域进行散焦校正。理论模型计算的缺陷在于，它可能与实际产品的散焦辐射情况有出入，从而导致所计算的散焦校正系数不准确。

为了解决上述问题，本发明提供一种CT扫描仪的散焦强度测量方法以及根据该测量方法获得的数据进行散焦校正的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种CT扫描仪的散焦强度测量方法及散焦校正方法，它可以实际测量每一CT扫描仪的散焦强度，并作为散焦校正的依据。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种电子计算机X射线断层扫描仪的散焦强度的测量方法，包括以下步骤：将一能够遮蔽X射线的模体置于该扫描仪的机架孔径内；使该扫描仪的X射线球管及检测器阵列围绕扫描仪的机架旋转中心旋转以执行旋转曝光扫描，在旋转的每一圈中，处于静止状态的该模体会逐渐先遮蔽后退出该检测器阵列中各检测器的X射线最大辐射区，从而使各检测器所接收的X射线辐射强度相应地先减弱后增强；以预定的采样率从该检测器阵列的至少部分检测器中获取辐射强度值；以及依据该模体逐渐进入并退出该至少部分检测器的X射线最大辐射区期间相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，分别计算对应位置的X射线球管散焦强度，从而得到该X射线球管的散焦强度分布。

在本发明的一实施例中，该模体垂直于该扫描仪的机架光平面。

在本发明的一实施例中，上述方法包括将该散焦强度分布作为该扫描仪出厂前的预存设置。

在本发明的一实施例中，上述方法包括在该扫描仪出厂后定期地更新该散焦强度分布。

本发明还提出一种电子计算机X射线断层扫描仪的散焦校正方法，包括以下步骤：提供该扫描仪的X射线球管的散焦强度分布；获取未进行散焦校正的基础图像；对基础图像进行正投影，得到原始投影值；将原始投影值转化为原始强度值；根据该原始强度值以及X射线球管的散焦强度分布，计算散焦引起的误差强度；根据该误差强度计算误差投影；将误差投影进行图像重建，得到误差图像；以及从该基础图像中减去误差图像，得到最终校正后的图像。

在本发明的一实施例中，对基础图像进行正投影，得到原始投影值之前还包括：判断该原始图像是否包含它所对应断面的整个被扫描物体，若是，则执行该正投影步骤，否则以更大的视野重建该基础图像。

在本发明的一实施例中，所述散焦校正是在该扫描仪的建像机中执行。

在本发明的一实施例中，所述误差强度通过如下方式获得：

其中OffR(i)是该散焦强度分布和一焦点强度的比例系数，N是对散焦强度测量时的采样点数，原始投影(i)是对应于第i条散焦射线经过的被扫描物体的投影值。

本发明还提出一种电子计算机X射线断层扫描仪，包括一机架、一能够遮蔽X射线的模体、主控台以及一建像机。该机架具有一孔径，该机架内部具有一旋转机构，该旋转机构包含设于该孔径一侧的X射线球管和设于该孔径另一侧的检测器阵列。该模体适于放置于该扫描仪的机架孔径内。该主控台被配置为执行一旋转扫描曝光，以及以预定的采样率从该检测器阵列的至少部分检测器中获取辐射强度值；其中在旋转扫描曝光过程中，该X射线球管及该检测器阵列围绕扫描仪的机架旋转中心旋转，而在旋转的每一圈中，处于静止状态的该模体会逐渐先遮蔽后退出该检测器阵列中各检测器的X射线最大辐射区，从而使各检测器所接收的X射线辐射强度相应地先减弱后增强。该建像机，被配置为依据该模体逐渐进入并退出至少检测器的X射线最大辐射区期间相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，分别计算对应位置的X射线球管散焦强度，从而得到该X射线球管的散焦强度分布。

在本发明的一实施例中，在上述建像机中执行如下步骤：获取未进行散焦校正的基础图像；对基础图像进行正投影，得到原始投影值；将原始投影值转化为原始强度值；根据该原始强度值以及X射线球管的散焦强度分布，计算散焦引起的误差强度；根据该误差强度计算误差投影；将误差投影进行图像重建，得到误差图像；以及从该基础图像中减去误差图像，得到最终校正后的图像。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

1、本发明测量散焦强度的方式是基于实测的方法，相比理论模型的计算方法，具有准确、操作方便、结果实用性强、适应性强的特点。

2、本发明根据测量的结果在图像域进行散焦校正，对于薄切片扫描重建厚图像的情况，基于图像的校正方式可以减少运算量，节约校正时间；另外，由于默认用户仅对所选视野内组织感兴趣，仅针对图像视野内区域进行散焦校正，降低参与运算的人体体积，也即降低数据量，节约校正时间。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明的CT扫描仪成像系统的示意图。

图2示出本发明物理测量散焦强度的示意图，其中模体未遮挡X射线球管的光子辐射区。

图3示出本发明的物理测量散焦强度的示意图，其中模体逐步遮挡X射线球管的光子辐射区。

图4示出本发明散焦强度测量方法的流程示意图。

图5示出根据本发明散焦强度测量方法测得的散焦强度分布进行散焦校正的建像流程示意图。

图6示出本发明一实施例的散焦校正示意图。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的CT扫描仪成像系统的示意图。参照图1所示，CT扫描仪100包括机架110，该机架110包括一旋转机构，该旋转机构具有一孔径111。在孔径111的一侧设有X射线球管112。X射线球管112产生的X射线主要地由焦点O射出，然后射向位于孔径111内的被照射物体（如人体）。孔径111的另一侧设有检测器阵列114，用于检测穿过被照射物体后的X射线强度。当X射线球管112和检测器阵列114设置在旋转机构上，当该旋转机构旋转时，通过X射线球管112连续地照射及检测器阵列114连续地检测，就能得到被照射物体各个角度的辐射强度。

在本实施例中，CT扫描仪100的孔径111内设置有一模体113，用于部分地遮蔽X射线球管112射出的X射线。为达到此目的，模体113使用可屏蔽X射线的材料，例如钼、钨、或铅等强衰减物质。在本实施例中，模体113为边缘平滑、厚度均匀的金属板。

在实施散焦强度测量时，模体113置于孔径111内，其垂直于机架110的光平面，并在机架轴向方向上能够覆盖所有X光视野。在本发明的实施例中，可以使用机架外罩或其他装置来支撑模体113，使其稳定地固定，并不随旋转机构旋转。在正式使用时，模体113可自机架上取下。

检测器阵列114所获得的数据将通过数据传输链路120传输到建像机130。在建像机130内将根据检测器阵列114所获得的数据完成影像的重建。所重建的影像可在图形显示设备150中显示。主控台140用于对CT扫描仪100的控制。例如，当执行旋转曝光扫描时，主控台140可控制旋转机构旋转，并以一定的采样率从检测器阵列114获得输出辐射强度数据。

图2和图3示出本发明散焦校正系数的测量示意图。参照图2，未示出的X射线球管112发射的X射线可以视为被很大范围低强度X光发射源（散焦区）环绕的高强度X光发射源（焦点区）。X射线的辐射区以标记201表示，该辐射区201包括焦点区域O和散焦区OFF。

在图2中示出检测器阵列114中的单个检测器114a，它能接收的X射线最大辐射区为W。

在旋转曝光扫描时，X射线球管112发射X射线，检测器114a检测其最大辐射区W内的辐射，可以获得一圈多个角度下的扇束投影，对每个角度下的投影称为一个检测视野(view)。这个过程可以等效视为机架110的旋转机构静止，而模体113沿孔径111绕机架110的旋转中心旋转一周，旋转方向为A，而模体113未遮挡X射线球管112的X光子区域时模体113相对于机架110的位置为P。

对每个检测器114a而言，当模体113未‘切割’该检测器114a所能接收的最大辐射区时（如图2的位置P），该检测器114a接收到全部最大辐射区W的能量；而当模体113进入最大辐射区W，模体113会逐步遮挡（或相反过程，释放）该检测器114a的最大辐射区W。

例如图3所示，在旋转曝光扫描过程中的时刻i-1，模体113处在位置Pi-1，此时假设模体113未‘切割’该检测器114a所能接收的球管X射线辐射区时，该检测器114a接收到全部最大辐射区W的能量，其辐射强度以Si-1表示。在时刻i，模体113刚进入最大辐射区W，遮挡一部分的该检测器114a的最大辐射区W，检测器114a只能接收到最大辐射区W的其余部分的能量，其辐射强度以Si表示。辐射强度Si-1和Si之间的差异在图3中直观地示出。

模体113离开最大辐射区W的过程与图3所示恰好相反，在此不再描述。

从上述实例可以看出，当模体113‘切割’最大辐射区W时，可以视为，相邻扇形束投影的强度差异（如图中第i-1和第i个检测视野的强度差异），就是该检测器在该几何角度下球管散焦强度值（ΔS）。

对每个检测器，在一圈的多个角度扇束投影中，都可以找到一组连续的检测视野，检测器输出强度值在这一组检测视野之间的差异，即可视为将球管X射线辐射区离散化的强度分布。提供足够的采样率，可使该强度分布达到所需的精度。

这样，对所有检测器通道进行此类运算，就可以获得所有检测器通道所接收的球管X射线辐射区的强度分布（例如图2所示的X射线的辐射区201所示出的强度分布）。

基于上述描述，归纳本发明一实施例的散焦强度测量方法流程如图4所示，其过程描述如下：

在步骤401，将一能够遮蔽X射线的模体置于CT扫描仪的机架上；

在步骤402，令CT扫描仪执行旋转曝光扫描，使X射线球管及检测器阵列围绕CT扫描仪的机架旋转中心旋转。在旋转的每一圈中，处于静止状态的模体会逐渐先遮蔽后退出检测器阵列中各检测器的X射线最大辐射区，从而使各检测器所接收的X射线辐射强度相应地先减弱后增强；

在步骤403，以预定的采样率从检测器阵列的各检测器中获取辐射强度值；

在步骤404，依据模体逐渐进入并退出各检测器的X射线最大辐射区期间，相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，计算对应位置的X射线球管散焦强度。所有位置的X射线球管散焦强度组合成X射线球管的散焦强度分布。

上述的散焦强度测量方法可以在各个CT扫描仪组装完成后、出厂前实施，所获得的散焦强度分布可以预存于CT扫描仪中，以便在使用时进行校正。另外，考虑到X射线球管在使用过程中的变化，上述的散焦强度测量方法也可以在各个CT扫描仪的使用期间定期地实施，以获得更新的散焦强度分布。

在获得上述散焦强度分布图后，可执行基于图像的散焦校正，这一过程可在CT扫描仪100的建像机130中执行，其方法流程如下：

步骤501，提供X射线球管的散焦强度分布。它可以按照上述实施例的方法获得，并预存于CT扫描仪中。

步骤502，CT扫描仪获取未进行散焦校正的图像，作为基础图像521。例如，CT扫描仪按照正常的流程对进入机架孔径中被扫描物体进行旋转曝光扫描，依据所获得的X射线强度重建有关该被扫描物体的基础图像。

基础图像需要包含它所对应断面的整个被扫描物体，或至少大于被重建视野一定范围，以保障获得用于校正的所有正投影数据。因此在步骤503，判断重建视野是否包含断面的整个被扫描物体，若是，则继续进入到步骤504，否则在步骤505以更大的视野重建。扩大视野的程度取决于步骤501执行过程所获得的球管X射线辐射区的宽度。

在步骤506，对原始图像522进行正投影，得到原始投影值523。

在步骤507，将原始投影值521转化为原始强度值。

在步骤508，根据对原始强度采样值，以及步骤501得到的球管散焦强度的分布，计算散焦对检测器的接收强度的影响（以误差强度表征）。

在步骤509，根据该误差强度计算出投影域的误差，称为误差投影。

误差投影=-log(原始强度-误差强度)-原始投影。

在步骤510，将误差投影进行图像重建，得到误差图像524。

在步骤511，从原始未校正的基础图像521中减去误差图像524，得到最终校正后的图像525。

在上述的步骤508中，

其中OffR(i)是在步骤501中得到的散焦强度分布和焦点强度的比例系数，N是对散焦强度测量时的采样点数。原始投影(i)是对应于第i条散焦射线经过的被扫描物体的投影值。

以图6为例，以下描述原始投影的计算方式：

设CT扫描仪机架的旋转中心距离某原始投影路径的距离是D，则该投影所属通道编号是：

通道号=中心通道号+arcsin(D/焦心距)/ΔchR

其中中心通道号是焦点经过旋转中心到达检测器通道的位置编号，焦心距是焦点到达旋转中心的距离，ΔchR是每个通道对应的扇角。

原始投影所属检测视野(view)和当前view的距离是：

其中α是原始投影位置和“焦点——旋转中心”连线的夹角，ΔviewR是每个view采样划过的角度。

所以原始投影(i)中的每一项均可从相邻view某通道的正投影值获得。

在本发明的实施例中，π+扇形束角度的正投影范围获得的数据即可用于校正。

在本发明的实施例中，由于散焦本身的低频特性，可以采用较低的通道数和检测视野数进行正投影。

在本发明的实施例中，根据投影值域值判断，若投影区域全是空气，则不进行误差计算。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种电子计算机X射线断层扫描仪的散焦强度的测量方法，包括以下步骤：

将一能够遮蔽X射线的模体置于该扫描仪的机架孔径内；

使该扫描仪的X射线球管及检测器阵列围绕扫描仪的机架旋转中心旋转以执行旋转曝光扫描，在旋转的每一圈中，处于静止状态的该模体会逐渐先遮蔽后退出该检测器阵列中各检测器的X射线最大辐射区，从而使各检测器所接收的X射线辐射强度相应地先减弱后增强；

以预定的采样率从该检测器阵列的至少部分检测器中获取辐射强度值；以及

依据该模体逐渐进入并退出该至少部分检测器的X射线最大辐射区期间相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，分别计算对应位置的X射线球管散焦强度，从而得到该X射线球管的散焦强度分布。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该模体垂直于该扫描仪的机架光平面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将该散焦强度分布作为该扫描仪出厂前的预存设置。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在该扫描仪出厂后定期地更新该散焦强度分布。

5.一种电子计算机X射线断层扫描仪的散焦校正方法，包括以下步骤：

提供该扫描仪的X射线球管的散焦强度分布，该散焦强度分布是依照如权利要求1所述的方法获得；

获取未进行散焦校正的基础图像；

对基础图像进行正投影，得到原始投影值；

将原始投影值转化为原始强度值；

根据该原始强度值以及X射线球管的散焦强度分布，计算散焦引起的误差强度；

根据该误差强度计算误差投影；

将误差投影进行图像重建，得到误差图像；以及

从该基础图像中减去误差图像，得到最终校正后的图像。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对基础图像进行正投影，得到原始投影值之前还包括：判断该原始图像是否包含它所对应断面的整个被扫描物体，若是，则执行该正投影步骤，否则以更大的视野重建该基础图像。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述散焦校正是在该扫描仪的建像机中执行。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述误差强度通过如下方式获得：

其中OffR(i)是该散焦强度分布和一焦点强度的比例系数，N是对散焦强度测量时的采样点数，原始投影(i)是对应于第i条散焦射线经过的被扫描物体的投影值。

9.一种电子计算机X射线断层扫描仪，包括：

一机架，具有一孔径，该机架内部具有一旋转机构，该旋转机构包含设于该孔径一侧的X射线球管和设于该孔径另一侧的检测器阵列；

一能够遮蔽X射线的模体，适于放置于该扫描仪的机架孔径内；

一主控台，被配置为执行一旋转扫描曝光，以及以预定的采样率从该检测器阵列的至少部分检测器中获取辐射强度值；其中在旋转扫描曝光过程中，该X射线球管及该检测器阵列围绕扫描仪的机架旋转中心旋转，而在旋转的每一圈中，处于静止状态的该模体会逐渐先遮蔽后退出该检测器阵列中各检测器的X射线最大辐射区，从而使各检测器所接收的X射线辐射强度相应地先减弱后增强；以及

一建像机，被配置为依据该模体逐渐进入并退出至少检测器的X射线最大辐射区期间相邻采样点的检测器的辐射强度值变化，分别计算对应位置的X射线球管散焦强度，从而得到该X射线球管的散焦强度分布。

10.如权利要求9所述的电子计算机X射线断层扫描仪，其特征在于：在所述建像机中执行如下步骤：

获取未进行散焦校正的基础图像；

对基础图像进行正投影，得到原始投影值；

将原始投影值转化为原始强度值；

根据该原始强度值以及X射线球管的散焦强度分布，计算散焦引起的误差强度；

根据该误差强度计算误差投影；

将误差投影进行图像重建，得到误差图像；以及

从该基础图像中减去误差图像，得到最终校正后的图像。

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