CN104706371B - 成像方法及成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成像方法及成像系统。该成像方法包括以下步骤：通过射线源向探测对象发射若干条射线；通过一个或多个探测器模组产生响应穿过所述探测对象的所述射线的电信号，所述探测器模组包括至少一个探测器单元，至少部分所述射线斜入射至所述探测器单元；确定射向每一所述探测器的若干条所述射线的有效路径；及根据所述电信号和所述有效路径形成图像。本发明还涉及一种成像系统。通过该成像方法和系统形成的图像的质量较高，图像中无伪影。

Description

成像方法及成像系统

技术领域

本发明有关一种成像方法及成像系统。

背景技术

现有的成像方法，例如CT（Computed Tomography，计算机断层成像）、X-射线成像、SPECT（Single Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像）等，通过射线源向探测对象诸如病人发射射线，例如X-射线、γ-射线等。探测对象在让射线通过时使其衰减。衰减后的光束被一组探测器探测，探测器产生代表入射射线强度的电信号。处理该电信号形成有用的图像。在医学上，可以从图像来定位或识别各种病状或其它所关心的结构。图像质量是影响病状诊断的一个重要因素。因此希望研制图像质量好的成像方法和系统。图像中的伪影会严重影响图像质量，从而影响病状的识别。

因此，有必要提供一种成像方法及成像系统来解决上面提及的技术问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种成像方法。该成像方法包括以下步骤：通过射线源向探测对象发射若干条射线；通过一个或多个探测器模组产生响应穿过所述探测对象的所述射线的电信号，所述探测器模组包括至少一个探测器单元，至少部分所述射线斜入射至所述探测器单元；确定射向每一所述探测器单元的若干条所述射线的有效路径；及根据所述电信号和所述有效路径形成图像。

本发明的另一个方面在于提供一种成像系统。该成像系统包括：射线源，用来向探测对象发射若干条射线；一个或多个探测器模组，包括至少一个探测器单元，所述探测器单元用来产生响应穿过所述探测对象的所述射线的电信号，至少部分所述射线斜入射至所述探测器单元；校正模块，用来确定射向每一所述探测器单元的若干所述射线的有效路径；及成像模块，用来根据所述电信号和所述有效路径形成图像。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为本发明成像系统的一个实施例的示意图；

图2所示为本发明成像方法的一个实施例的流程图；

图3所示为本发明的成像系统的射线源和探测器模组的一个实施例的示意图；

图4所示为本发明的射线源和一个探测器模组的一个实施例的示意图；

图5所示为本发明的射线源和探测器模组的其中一个探测器单元的一个实施例的示意图；

图6所示为图3中成像方法的确定有效路径的步骤的一个实施例的子流程图；

图7所示为图6中确定有效路径的步骤中形成的图像的一个实施例的示意图；

图8所示为图3中确定有效路径的步骤的另一实施例的子流程图。

具体实施方式

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1所示为一个实施例的成像系统100的示意图。成像系统100可以用于CT（Computed Tomography，计算机断层成像）、X-射线成像、SPECT（Single Photon EmissionComputed Tomography，单光子发射计算机断层成像）或其他成像系统。图示实施例中，成像系统100为CT系统。成像系统100包括射线源11、一个或多个探测器模组13、校正模块15和成像模块140。射线源11用来向探测对象26发射若干条射线17。探测器模组13包括至少一个探测器单元131。探测器单元131用来产生响应穿过探测对象26的射线17的电信号，至少部分射线17斜入射至探测器单元131。校正模块15用来确定射向每一探测器131的若干条射线17的有效路径。成像模块140用来根据电信号和有效路径形成图像。

成像系统100包括图像获取单元110、控制单元120、处理器130、成像模块140、数据存储装置150、输入装置160和显示装置170。图像获取装置110包括构台20、射线源11、探测器模组13、承载台22和收容腔24。探测器单元131包括至少一个闪烁体（未图示）和感光器（未图示）。在一些实施例中，感光器包括光电二极管或光电晶体管，但不限于此。射线源11和探测器模组13相对设置于构台20，两者被收容腔24隔开。探测对象26放置于承载台22上，且与承载台22一起可位于收容腔24内。在一实施例中，射线源11和探测器模组13相对于构台20和探测对象26旋转设置。在另一实施例中，射线源11和探测器模组13保持不动。

射线源11向探测对象26（例如人、动物等）发射射线17，射线17穿过探测对象26到达探测器模组13。射线17可以是X-射线、γ-射线或其他射线。射线源11可以发射扇形或锥形的射线束，每一射线束包括若干条射线17。当射线17穿过探测对象26，探测对象26使射线17发生衰减。因探测对象26内部的组织和结构，穿过探测对象26的射线17的衰减程度不尽相同，因此该些射线17的强度不尽相同。衰减的射线17被探测器单元131的闪烁体吸收。闪烁体将吸收的射线转换为可见光。感光器将可见光转换为电信号，其为代表穿过探测对象26的射线17的强度的信号。每一感光器产生的电信号与闪烁体接收的衰减的射线17的强度成正比。

控制单元120包括承载台控制单元30、射线控制单元32、构台控制单元34、校正模块15和数据处理单元36。承载台控制单元30控制承载台22的运动。射线控制单元32提供功率和时序信号给射线源11。构台控制单元34控制射线源11的旋转速度和角度方位。在本实施例中，数据处理单元36连接于探测器模组13，用来接收来自探测器模组13的电信号，且将电信号转换为投影信号提供给成像模块140。投影信号可以是数字信号。

校正模块15用来确定射向每一探测器单元131的若干条射线17的有效路径。有效路径为用于成像的最佳路径，根据有效路径形成的图像最优。每一探测器单元131对应一条有效路径。由于射线17的入射方向和衰减程度等诸多因素，有效路径可能沿射向对应的探测器单元131的若干条射线17形成的椎体的几何中心线，也可能偏离该几何中心线。

成像模块140用来根据电信号和有效路径形成图像。在一实施例中，例如CT成像中，成像模块140和处理器130根据电信号和有效路径重建三维的图像。将电信号转换为二维的投影信号，再将二维的投影信号转换为三维的图像。在另一实施例中，例如X-射线成像中，成像模块140根据电信号和有效路径产生二维的图像。图像存储于数据存储装置150。在一实施例中，数据存储装置150也存储图像形成过程中的中间处理数据。输入装置160用来接收来自使用者的输入。显示装置170显示探测对象26的图像。

在一实施例中，校正模块15可以与承载台控制单元30、射线控制单元32、构台控制单元34和数据处理单元36整合在一起。在一实施例中，数据处理单元36可以与探测器模组13整合在一起。在一些实施例中，数据存储装置150可以是磁存储介质或光存储介质，例如，硬盘、存储芯片等，但不限于此。在一实施例中，计算机程序或指令等可以通过输入装置160上传至处理器130。输入装置160可以包括按键、音频输入、视频输入等，但不限于此。在一些实施例中，显示装置170可包括液晶显示仪、阴极射线管显示仪、等离子显示仪等，但不限于此。

图2所示为一个实施例的成像方法200的流程图。成像方法200包括步骤201、203、205和207。结合参考图1，步骤201中，通过射线源11向探测对象26发射若干条射线17。步骤203中，通过一个或多个探测器模组13产生响应穿过探测对象26的射线17的电信号。探测器模组13包括至少一个探测器单元131。至少部分射线17斜入射至探测器单元131。图3示出了一个实施例的探测器模组13。在图3所示的实施例中，成像系统100具有多个探测器模组13，用来探测穿过探测对象26的射线17。每一探测器模组13为平板状，多个探测器模组13的中心排列在一个弧形60上，构成近似的圆弧状的探测器阵列。在本实施例中，用多个分离的平板状的探测器模组13组成探测器阵列，平板状的探测器模组13较易加工，且每个探测器模组13包含的探测器单元131相对较少，从而其结构较小，且成品率较高。在另一实施例中，成像系统100仅有一个探测器模组13。该探测器模组13可以是平板探测器模组。在再一实施例中，多个探测器模组13的中心排列在一条折线上，或根据具体的应用按照其他方式进行排列。

图4示出了一个实施例的一个探测器模组13。在图示实施例中，探测器模组13包括多个探测器单元131。探测器模组13的探测器131排列在同一平面内，且探测器模组13的入射面139为平面。在另一实施例中，多个探测器单元131排列在多个平面内。探测器单元131的入射面为平面。在再一实施例中，探测器模组13仅有一个探测器单元131。在本实施例中，部分射线17斜入射至探测器单元131，部分射线17垂直射入探测器单元131。在图示实施例中，射线173垂直于入射面139射入探测器模组13。射线173沿探测器模组13的中心线135入射。射线171倾斜于入射面139射入探测器单元131。为了图示说明的目的，图中仅画了两条典型的射线，实际上射线源11向探测器模组13发出若干条射线。在本实施例中，偏离中心线135的射线17倾斜于入射面139。

继续参考图1和图2，步骤205中，确定射向每一探测器单元131的若干条射线17的有效路径。步骤207中，根据电信号和有效路径形成图像。可以重建三维的图像，或形成二维的图像。根据有效路径形成的图像的质量较高，无伪影。在X-射线成像中，可以利用有效路径对图像的空间位置进行校正，从而提高形成的图像的准确度。

在一实施例中，确定有效路径的步骤205包括对与探测器单元131相互作用的射线17进行加权平均获得有效路径。图5所示为射线源11向一个探测器单元131发射射线17的平面图。射线源11发射锥形的射线束，探测器单元131为三维几何体（例如长方体）。射向探测器单元131的几何边缘的若干射线（例如射线175和177）在射线源11处形成一立体角θ，立体角θ为三维的。该立体角θ内的射线17被探测器单元131接收。将该立体角θ内的射线17进行加权平均计算获得有效路径18。该有效路径18为射线的权重平均。根据有效路径18形成的图像的质量较高，无伪影。

在一实施例中，确定探测器单元131吸收的射线17的吸收权重且根据吸收权重确定有效路径18。进入探测器单元131的射线17部分被探测器单元131吸收。对探测器单元131吸收的射线17进行加权平均获得吸收权重，吸收权重作为对立体角θ内的射线17进行加权平均的一个因子。在另一实施例中，确定探测器单元131产生的电信号的电信号权重且根据电信号权重确定有效路径18。探测器单元131响应吸收的射线17产生电信号，对电信号进行加权平均获得电信号权重。电信号权重作为对立体角θ内的射线17进行加权平均的一个因子。在再一实施例中，确定穿过探测对象26的射线17的能量谱的谱权重且根据谱权重确定有效路径18。射线17穿过探测对象26后的能量谱发生变化，对穿过探测对象26的射线17的能量谱进行加权平均获得谱权重。谱权重作为对立体角θ内的射线17进行加权平均的一个因子。在其他实施例中，吸收权重、电信号权重和谱权重中的两个或全部共同作为对立体角θ内的射线17进行加权平均的因子。如此可以获得更准确的有效路径18，从而提高根据有效路径18形成的图像的质量。

在另一实施例中，确定有效路径的步骤205包括确定平均作用深度（Depth ofInteraction，以下简称“DOI”）且根据DOI确定有效路径。DOI为平均作用点137至入射面139的距离，如图5所示。有效路径18为从射线源11至平均作用点137的路径。在一实施例中，根据探测器单元131的几何形状和投射至该探测器单元131的射线17的入射方向计算DOI。因射线17斜入射，平均作用点137偏离探测器单元131的入射面的几何中心，向探测器单元131内偏离。在另一实施例中，对多个射线17在探测器单元131内的作用深度进行加权平均获得DOI。通过DOI获得有效路径的方法简单，容易实现。

在再一个实施例中，确定有效路径的步骤205包括初始化有效路径且根据图像更新有效路径。通过迭代法获得准确的有效路径。图6所示为该实施例的确定有效路径的步骤205的子流程图。在模块301中，初始化有效路径，可以设定有效路径沿射向探测器单元131的任一射线17。在一实施例中，初始化有效路径为自射线源11至探测器单元131的几何中心或入射面的中心的路径。在另一实施例中，初始化有效路径为射向探测器单元131的若干条射线17形成的椎体的几何中心线。

模块303中，根据初始化的有效路径和电信号产生图像。模块305中，判断图像质量的高低。在本实施例中，主要判断图像中是否有伪影。如果图像中有伪影，则图像质量较低。如图7所示，图像410中存在伪影411，此图像质量不高。相应地，图像420清晰且无伪影，此图像质量较高。类似地，图像430中有伪影431和433，此图像质量不高。相应地，图像440中无伪影，此图像质量较高。

模块307中，如果图像质量不高，更新有效路径。图像质量不高，说明有效路径偏左或偏右。选择左侧或右侧的一个有效路径，再次进行成像。成像后再次判断图像质量的高低。如果图像中伪影加深了，下次则选择相反侧的有效路径。如果图像中伪影变浅了，下次则继续选择同侧的有效路径。例如，更新时选择初始有效路径左侧的路径，图像中伪影加深了，说明该路径偏离准确的有效路径更远了，则下次选择上次路径右侧的路径进行成像。如果伪影变浅了，说明该路径更靠近准确的有效路径，则下次继续往左侧选择路径。通过迭代法多次更新有效路径，直至图像质量较高，伪影被消除。模块309中，图像质量高时，获得准确的有效路径。用于形成此时图像的有效路径为准确的有效路径，如此确定有效路径，该有效路径可用来形成清晰无伪影的图像。

图8所示为另一实施例的确定有效路径的步骤205的子流程图。图8所示的方法类似于图6所示的方法。图8所示的实施例中通过迭代DOI获得有效的DOI和有效路径。模块501中，初始化DOI。可以设置DOI为0或其他可行的任意值。模块502中，根据DOI确定有效路径。根据初始化的DOI可以获得有效路径的初始值。模块503类似于图6中的模块303，根据有效路径和电信号进行成像。模块505类似于图6中的模块305，判断图像质量的好坏。模块507中，如果图像质量不好，更新DOI。可以增大或减小DOI。进一步通过模块502获得更新的有效路径，再通过模块503再次成像。多次更新DOI来更新有效路径，直至获得清晰无伪影的图像，获得此时的最佳的DOI和有效路径。最佳的有效路径可以用来形成清晰的图像。在本实施例中，也可以根据图像中伪影的情况来判断下次需要增大还是减小DOI。

在一实施例中，有效路径可以使用基于幻影的校准测量来确定。确定有效路径的步骤205及其子步骤可以通过图1的校正模块15完成。校正模块15用来确定探测器单元131吸收的射线17的吸收权重且根据吸收权重确定有效路径。校正模块15用来确定探测器单元131产生的电信号的电信号权重且根据电信号权重确定有效路径。校正模块15用来确定穿过探测对象26的射线17的能量谱的谱权重且根据谱权重确定有效路径。校正模块15用来确定DOI且根据DOI确定有效路径。校正模块15用来初始化有效路径且根据图像更新有效路径。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (12)

1.一种成像方法，其特征在于，其包括以下步骤：

通过射线源向探测对象发射若干条射线；

通过一个或多个探测器模组产生响应穿过所述探测对象的所述射线的电信号，所述探测器模组包括至少一个探测器单元，至少部分所述射线斜入射至所述探测器单元；

确定射向每一所述探测器单元的若干条所述射线的平均作用深度，且根据平均作用深度确定有效路径；及

根据所述电信号和所述有效路径形成图像。

2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述确定有效路径的步骤包括对与所述探测器单元相互作用的所述射线进行加权平均获得所述有效路径。

3.如权利要求2所述的成像方法，其特征在于：所述加权平均的步骤包括确定所述探测器单元吸收的所述射线的吸收权重且根据所述吸收权重确定所述有效路径。

4.如权利要求2所述的成像方法，其特征在于：所述加权平均的步骤包括确定所述探测器单元产生的电信号的电信号权重且根据所述电信号权重确定所述有效路径。

5.如权利要求2至4中任一所述的成像方法，其特征在于：所述加权平均的步骤包括确定穿过所述探测对象的所述射线的能量谱的谱权重且根据所述谱权重确定所述有效路径。

6.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述确定有效路径的步骤包括初始化所述有效路径且根据所述图像更新所述有效路径。

7.一种成像系统，其特征在于，其包括：

射线源，用来向探测对象发射若干条射线；

一个或多个探测器模组，包括至少一个探测器单元，所述探测器单元用来产生响应穿过所述探测对象的所述射线的电信号，至少部分所述射线斜入射至所述探测器单元；

校正模块，用来确定射向每一所述探测器单元的若干条所述射线的平均作用深度，且根据平均作用深度确定有效路径；及

成像模块，用来根据所述电信号和所述有效路径形成图像。

8.如权利要求7所述的成像系统，其特征在于：所述校正模块用来对与所述探测器单元相互作用的所述射线进行加权平均获得所述有效路径。

9.如权利要求8所述的成像系统，其特征在于：所述校正模块用来确定所述探测器单元吸收的所述射线的吸收权重且根据所述吸收权重确定所述有效路径。

10.如权利要求8所述的成像系统，其特征在于：所述校正模块用来确定所述探测器单元产生的电信号的电信号权重且根据所述电信号权重确定所述有效路径。

11.如权利要求8至10中任一所述的成像系统，其特征在于：所述校正模块用来确定穿过所述探测对象的所述射线的能量谱的谱权重且根据所述谱权重确定所述有效路径。

12.如权利要求7所述的成像系统，其特征在于：所述校正模块用来初始化所述有效路径且根据所述图像更新所述有效路径。