CN110648683B - 计算机x射线断层成像系统上消除噪声的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于计算机X射线断层成像系统上消除噪声的装置，其特征在于，包括以下组件：声音收集装置，用于接收来自扫描室的音频信号；去噪声处理装置，用于对所述音频信号进行去噪声处理；输出装置，用于将处理后的音频信号发送到操控室进行播放。本发明还公开了实现该方法的相应设备。

Description

计算机X射线断层成像系统上消除噪声的方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)系统，更特别地涉及CT系统的降噪的方法和装置。

背景技术

本部分中描述的方法能够被实行，但未必是已被预先构思或实行的方法。因此，除非在本文中另外指明，否则本部分中描述的方法对于本申请中的权利要求而言不是现有技术并且不通过包括在本部分中而被承认为现有技术。此外，本发明的所有实施例不必解决在本部分中提出的问题中的全部(或甚至任一个)。

计算机断层扫描，又称为电脑断层扫描，是一种影像诊断学检查。该扫描技术已经被广泛的用来对人体进行检查，形成影像资料，便于医生进行诊断。

通常，计算机断层扫描设备包括多个子系统，各个子系统设置有不同的多个部件共同配合来完成对人体的扫描成像。然而，在计算机断层扫描设备的运行过程中，由于多个部件的运行，就可能产生噪音，从而导致正在进行检查的病人产生不舒服的感觉，甚至影响病人和操控人员之间的正常交流。

产生的噪音主要来自于下述一些部分。比如，由于在计算机断层扫描设备运行过程中，机架(Gantry)中会存在产生热量的问题，这样，就常会在机架中设置多个风扇来对其内相应的部件进行降温。由于风扇的转动，就可能会产生导致病人不舒服的噪音。各个分系统都配置有风扇，比如数据采集系统、球管等等。此外，电流声、同步齿形带旋转发出的声音，齿轮啮合发出的声音都是很可观的。这就需要对计算机断层扫描设备运行过程中产生的噪音进行降低或消除，从而为病人与操控人员之间的交流提供便利，也为病人提供舒适的扫描体验。

发明内容

因此，需要一种的方法和装置以解决上述至少一个或多个问题。

为此，根据本发明的一方面，提供一种用于计算机X射线断层成像系统中消除噪声的方法，其特征在于包括以下步骤：接收来自扫描室的音频信号；对所述音频信号进行去噪声处理；将处理后的音频信号发送到操控室进行播放。

根据本发明的另一方面，提供一种用于计算机X射线断层成像系统上消除噪声的装置，其特征在于，包括以下组件：声音收集装置，用于接收来自扫描室的音频信号；去噪声处理装置，用于对所述音频信号进行去噪声处理；输出装置，用于将处理后的音频信号发送到操控室进行播放。

根据本发明的再一方面，提供一种计算机程序产品，其包括当在处理器上执行时实现本发明所述的方法的指令。

根据本发明的又一方面，提供一种非易失性存储介质，其存储有当在处理器上执行时实现本发明所述的方法的指令。

通过本发明的装置或方法，大大降低了扫描操作者在扫描过程中听到的来自扫描室的噪声，从而能够清楚地与患者进行交流。此外，通过反噪声的应用，也可以增强患者的扫描体验，在相对安静的环境下接受扫描。

附图说明

为了更透彻地理解本公开的内容，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：

图1是根据本发明的CT成像系统的构造图；

图2是图1中所示的系统的示意框图；

图3是用于实施根据本发明的一个实施例的布置的示意图；

图4是现有的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图；

图5是根据本发明一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图；

图6示出了根据一个实施例的降噪模块的处理的流程图；

图7是用于实施根据本发明的另一个实施例的布置的示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图；

图9是根据一个实施例的降噪模块的处理的流程图；

图10是用于实施根据本发明的又一个实施例的布置的示意图。

图11是根据本发明又一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图；

图12示出了根据一个实施方式的消噪设备的布置图；

图13示出了根据另一个实施方式的消噪设备的布置图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考作为其一部分的附图，其中以图示的方式示出了其中可以实现本发明的具体实施例。以足够的细节描述这些实施例，使得本领域技术人员能够实现本发明，并且应该理解在不脱离本发明各个实施例的范围的情况下，可对实施例进行组合，或者可以利用其他实施例并且可以做出结构、逻辑和电气上的变化。因此，下面的详细描述不应该被视作限制性的，而应是说明性的。本发明的范围是由随附的权利要求书及其等同物限定的。

参考图1和2，计算机X射线断层摄影(CT)成像系统100示出为包括扫描架102，其代表“第三代”CT扫描仪。扫描架102具有X射线源1021，其将X射线束朝检测器组装件1024投射在扫描架102的相反侧上。在本发明的实施例中，X射线源包括静止靶或旋转靶。检测器组装件1024由多个检测器和数据获取系统(DAS)形成。所述多个检测器感测穿过医疗患者103的投影的X射线，其中每个检测器产生模拟电信号，其表示碰撞x射线束以及由此当其通过患者103时的衰减束的强度。检测器通常包括用于使在检测器接收的X射线束准直的准直器、邻近准直器的用于将X射线转换为光能的闪烁体(scintillator)、以及用于接收来自于邻近闪烁体的光能以及从其产生电信号的光电二极管。通常，闪烁体阵列的每个闪烁体将X射线转换为光能。每个闪烁体将光能释放至邻近其的光电二极管。每个光电二极管检测光能并生成对应的电信号检测器阵列1024的每个检测器产生单独的电信号，该电信号代表撞击辐射束(例如X射线束)的强度并且因此可以用于估计在辐射束穿过物体或患者103是辐射束的衰减。

在获取X射线投影数据的扫描期间，扫描架102和其上安装的组件围绕旋转中心旋转，并由此产生大量噪声。扫描架102的旋转和X射线源的操作可通过CT系统100的主控板202的扫描控制模块2021来管控。主控板202还包括检测床控制器2022、操控通讯模块2023和降噪模块2024，该检测床控制器2022控制检测床101的移动和位置。该操控通讯模块2023用于与操控设备201进行通讯，接收来自操控设备201的命令和扫描参数并传递给主控板202的其它模块用于控制，之后接收其它模块的反馈等信息并传递给操控设备201，该降噪模块用于降低和消除扫描时产生的噪声，这将在后面详细阐述。

操控设备201具有某种形式的操作者接口，例如键盘、鼠标、语音激活的控制器、或任何其他适合的输入设备。关联的显示器允许操作者观察来自主控板202的其他数据和重构的图像。操作者提供的命令和参数用于向主控板202提供控制信号和信息，以控制扫描架102和检测床101，尤其是扫描架102的旋转和X射线源的操作，以及检测床将患者103整体或部分地移动穿过图1的机架开口1022。

需要指出的是，本实施例中所述的主控板可以位于扫描架102的内部，也可以设置在其外面，或远离其的位置。在一些实施例中，根据具体的应用，本发明的降噪模块2024也可设置在其他设备，而不仅仅如图2所示的设置在计算机断层扫描设备上来降低或消除噪音。

图3是用于实施根据本发明的一个实施例的布置的示意图。通常扫描设备和患者位于一个房间，操控设备和操控者(通常是医生)位于另一个房间，之间以墙壁隔开，因此无法直接交谈，需要将声音信号经由缆线(未示出)传递。用于接收患者声音的麦克风301通常位于扫描架102上患者的上方，因为患者通常面部朝上平躺着，这样的布置有利于收集患者的声音。用于向患者播放声音的扬声器302通常置于检测床上，使得声音可以通过接触更好地传递。操控室的麦克风303和扬声器304，作为示例而非限制，与操控室的对讲控制板(Scan Control IntercomBoard，SCIM)耦接，该对讲控制板可以耦接到操控设备，通过操控设备发送和接收音频信号。可选地，操控室的麦克风和扬声器可以耦接到其它设备，独立于操控设备发送和接收音频信号。

参考图4，其示出了现有的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图。现有的对话基于图3的布置。扫描架上的麦克风301收集了患者的声音，同时也不可避免地收集到了扫描室内的噪声，经由扫描架上主控板一部分的对讲控制板(Gantry IntercomBoard，GICOM)处理，以模拟信号的形式传递到位于操控室的对讲控制板SCIM，通过耦接其上的扬声器304播放，如果噪音过大，则医生无法清楚地听到患者的声音。另一方面，操控室的麦克风303收集操控者的声音，当然也收集到操控室的噪声，但通常这个噪声是非常小的，可以忽略，然后经过SCIM的处理，以模拟信号的形式传递到扫描室内的扬声器302进行播放。

参考图5，示出了根据本发明一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图。该实施例同样基于图3的布置。扫描架上的麦克风301收集了患者的声音，同时也不可避免地收集到了扫描室内的噪声，传送到扫描架上主控板202的降噪模块2023进行处理。该处理包括：将模拟的音频信号进行采样数字化，识别出噪声模式，再去除噪声，关于该处理的具体方式将在下文参考图6给出。经过处理的音频信号发送到位于操控室的对讲控制板(Scan Control Intercom Board，SCIM)，通过耦接其上的扬声器304播放。由于应用了噪声消除，操控者可以比较清晰地听到患者的声音。另一方面，操控室的麦克风303收集操控者的声音，当然也收集到操控室的噪声，但通常这个噪声是非常小的，可以忽略，然后经过SCIM的处理，以模拟信号的形式传递到扫描室内的扬声器302进行播放。通常该扬声器置于检测床上，使得声音可以通过接触更好地传递。

图6示出了根据一个实施例的降噪模块的处理的流程图。在接收到来自扫描架上的麦克风的音频信号后，首先对该信号进行采样数字化处理602；接下来识别出该噪声的模式604，比如平均幅度等；然后针对性地应用噪声消除606，比如压缩所述平均幅度以下的声音信号，或者过滤该信号。该降噪模块的处理方式适用于噪声模式恒定或者缓慢变化的情况，扫描室的噪声模式符合这种情况。

图7是用于实施根据本发明的另一个实施例的布置的示意图。扫描设备和患者位于一个房间，操控设备102和操控者(通常是医生)位于另一个房间，之间以墙壁隔开，因此无法直接交谈，需要将声音信号经由缆线(未示出)传递。用于接收患者声音的麦克风有多个，例如，两个。其中一个麦克301(也可以称为主麦克)通常位于扫描架102上患者的上方，因为患者通常面部朝上平躺着，这样的布置有利于收集患者的声音。另一个麦克701(也可以称为副麦克)可以位于扫描架102上患者的下方，这样是为了不利于收集患者的声音，而主要收集扫描室的噪声，同时在此基础上，相比于其他位置，也保证了距离噪声源较近(其主要位于机架上)，更真实地反映主麦克采集到的噪声。用于向患者播放声音的扬声器通常置于检测床101上，使得声音可以通过接触更好地传递。操控室的麦克风303和扬声器304，作为示例而非限制，与操控室的对讲控制板耦接，该对讲控制板可以耦接到操控设备201，通过操控设备201发送和接收音频信号。可选地，操控室的麦克风303和扬声器304可以耦接到其它设备，独立于操控设备201发送和接收音频信号。

图8是根据本发明另一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图。该实施例基于图7的布置。扫描架上的主麦克301收集了患者的声音，同时也不可避免地收集到了扫描室内的噪声，传送到扫描架上主控板202的降噪模块2023。同时扫描架上的副麦克701主要收集了扫描室的噪声，也传送到扫描架上主控板202的降噪模块2023。虽然它也不可避免地收集到患者的声音，但是由于患者声波的方向主要是朝上的，并且由于检测床的遮挡，衍射到下面的能量有限，相比于大的背景噪声，其可以忽略。降噪模块2023利用主麦克和副麦克收集到的声音对主麦克收集的声音进行噪声消除处理。根据该实施例的降噪模块2023的配置和处理将参考图9给出。经过处理的音频信号发送到位于操控室的对讲控制板SCIM，经由操控室的扬声器304播放。由于应用了噪声消除，操控者可以比较清晰地听到患者的声音。另一方面，操控室的麦克风303收集操控者的声音，当然也收集到操控室的噪声，但通常这个噪声是非常小的，可以忽略，然后经过SCIM的处理，以模拟信号的形式传递到扫描室内的扬声器302进行播放。

图9示出了根据一个实施例的降噪模块的处理的流程图。开始之后先进行噪声消除的参数标定902。先阐述进行噪声消除的参数标定所基于的原理。以M1表示主麦克接收的音频信号，以M2表示副麦克接收的音频信号，V表示患者的声音信号，N表示扫描室的噪声信号，以a1、b1分别表示患者声音信号和扫描室的噪声信号针对主麦克的调整系数，a2、b2分别表示患者声音信号和扫描室的噪声信号针对副麦克的调整系数。上述参数之间的关系如下式所示：

M1＝a1·V+b1·N (1)

M2＝a2·V+b2·N (2)

从上式(1)和(2)可以导出：

其中

进行噪声消除的参数标定过程如下：

患者不发声，即V置为0，测量此时M1和M2的值，并且根据公式(1)，可知

M1＝b1·N (4)

M2＝b2·N (5)

由上式(4)和(5)可知：

从而可以计算出B的值。

接下来，关闭设备，使噪声N为0，可知：

M1＝a1·V

M2＝a2·V

此时患者发出声音，测量此时M1、M2和V的值，便可计算得出a1和a2的值。而后当设备正常运行并且患者开始说话时904，测量M1和M2的值，并且采用公式(3)计算得到消除噪声后的患者的声音信号906。该降噪模块的处理方式既适用于噪声模式恒定或者缓慢变化的情况(扫描室的噪声模式符合这种情况)，也适合于噪声模式发生改变的情形，当然，噪声模式发生了改变，各个参数需要重新标定。

图10是用于实施根据本发明的又一个实施例的布置的示意图。前面两个实施例主要针对从患者传递到操作者的声音的处理，而对于从操作者到患者的声音，没有进行噪声消除的处理。该实施例的布置相比于图7的布置，唯一的不同是在检测床上增加了一个消噪设备1001。该消噪设备中置有扬声器1002，该扬声器在扫描过程中播放消音信号以抵或抑制消患者所听到的噪声。图10示出的消噪设备1001位于检测床的顶端，即患者的头顶上方，可选地，当患者改变头脚方向躺下时，其也可以位于检测床的末端，以就近患者的耳朵。无论位于何处，都遵循一个原则，不能影响对患者的扫描活动。

图11是根据本发明又一个实施例的扫描过程中患者和医生之间对话的音频处理示意图。该实施例基于图10的布置。扫描架上的主麦克301收集了患者的声音，同时也不可避免地收集到了扫描室内的噪声，传送到扫描架上主控板202的降噪模块2023。同时扫描架上的副麦克701主要收集了扫描室的噪声，也传送到扫描架上主控板202的降噪模块2023。虽然它也不可避免地收集到患者的声音，但是由于患者声波的方向主要是朝上的，并且由于检测床的遮挡，衍射到下面的能量有限，相比于大的背景噪声，其可以忽略。降噪模块利用主麦克301和副麦克701收集到的声音对主麦克收集的声音进行噪声消除处理。根据该实施例的对主麦克收集的声音进行噪声消除处理已在上文参考图9给出。经过处理的音频信号发送到位于操控室的对讲控制板，经由操控室的扬声器304播放。由于应用了噪声消除，操控者可以比较清晰地听到患者的声音。同时，该降噪模块2023生成抗噪声信号，并以射频的方式发送到消噪设备1001进行播放，以抵消扫描室中的噪声。该抗噪信号可以简单地根据副麦克风收集的音频来生成，也可以根据如前文所述的公式(1)和(2)计算得到。当然，该消噪设备的使用可以根据患者或操作者的意愿来选择。优选地，该消噪设备采用电池供电，可以做到即插即用，方便改变位置，也可以避免电线供电所带来的理线问题。可选地，也可以通过固定消噪设备的装置来供电，同样可以避免电线供电带来的理线问题。另一方面，操控室的麦克收集操控者的声音，当然也收集到操控室的噪声，但通常这个噪声是非常小的，可以忽略，然后经过SCIM的处理，以模拟信号的形式传递到扫描室内的扬声器302进行播放。通常该扬声器置于检测床上，使得声音可以通过接触更好地传递。通过消噪设备的应用，患者也可以更为清晰地听到来自操作者的声音。

图12示出了根据一个实施方式的消噪设备的布置图。该消噪设备1001分为电气部分1203和填充部分1204，电气部分以虚线示出，其中设置有对称分布的两个扬声器1201和1202，为了不影响扫描活动，该部分不应处于影像链。填充部分1204由轻软材料构成，其不会对X射线产生影响，因此可以处于影像链，可以作为枕头供患者使用，以提升扫描体验。优选地，该消噪设备可以采用任何现有用于方便地将其固定在检测床上的技术和/或方便地拆卸的固定装置与检测床耦合。并且可选地，该固定装置可以为消噪设备供电。

图13示出了根据另一个实施方式的消噪设备的布置图。该消噪设备仅包括电气部分1203，同样以虚线示出，其中设置有对称分布的两个扬声器1201和1202，为了不影响扫描活动，该部分不应处于影像链。优选地，该消噪设备可以采用任何现有用于方便地将其固定在检测床上的技术和/或方便地拆卸的固定装置与检测床耦合。并且可选地，该固定装置可以为消噪设备供电。

在本文中，术语“一”或“一个”包括单数各或多于一个的复数个。术语“或”被用于指不排除的或(nonexclusive or)，除非另有所指。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且不意在对其对象施加数值要求或顺序要求。

各种实施例或其部件可作为计算机系统的一部分实现。该计算机系统可以包括计算机、输入设备、显示单元和例如用于访问因特网的接口。微处理器可以连接到通信总线。计算机还可以包括存储器。该存储器可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。该计算机系统还可以包括存储设备，其可以使硬盘驱动器或诸如软盘驱动器、光盘驱动器等的可移动存储设备。该存储设备还可以使用于装载计算机程序或其他指令到计算机系统中的其他类似的装置。

在本发明的各种实施例，创建此处描述的消除噪声的方法或其任何部件可以处理机的形式体现。处理机的典型示例包括通用计算机、编程的微处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器、外围集成电路元件，以及能够实现此处所述方法的步骤的其他设备或设备的布置。

如本文所使用的，术语“计算机”并不限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是可以包括任何基于处理器或基于未处理的系统，包括使用微控制器，精简指令集电路(RISC)，专用集成电路(ASIC)，逻辑电路和能够执行此处所述功能的任何其他电路或处理器的系统。上述事例只是示范性的，而且并不打算以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。诸如计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路和其他可编程电路之类的这些术语在本文是可互换使用的。

处理机构执行一组指令(例如，对应所述的方法步骤)，该指令存储在一个活多个存储元件中(还称作计算机可用介质)。存储元件的形式可以为数据库或存在于处理机中的物理存储元件。存储元件还可以按照需要持有数据或其他信息。物理存储器可以是，例如但不限于：电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质。物理存储器的更具体事例包括但不限于下例：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、硬盘驱动器(HDD)和只读光盘存储器(CDROM)。上述存储器类型只是示范性的，因此对于可用于存储计算机程序的存储器的类型并不是限制性的。

所述指令组可以包括各种命令，该命令指示处理机执行特定的操作，例如本发明各种实施例的过程。指令组的形式可以是软件程序。软件可以是诸如系统软件或应用软件的各种形式。此外，软件的形式可以是单独程序，在较大程序中的程序模块或一部分程序模块的集合。软件还包括以面向对象编程为形式的模块化程序设计。由处理机处理输入数据可以是相应于用户的命令，或相应于先前处理的结果，或相应于由另一个处理机做出的请求。

本发明的各种实施例，消除噪声的方法可由软件、硬件或其组合实现。例如通过使用标准编程语言(例如C、C++、Java等)可以软件实现由本发明的各种实施例提供的方法。如这里使用的，术语“软件”和“固件”可以互换，并且包括存储在存储器中的用于由计算机执行的任何计算机程序性。

另外，虽然这里所述的方法是在以计算X射线断层摄影(CT)系统的医学场景中描述的，但是可以预期这些益处还有利于磁共振(MR)系统、正电子发射X射线断层摄影(PET)系统、核医疗和其他类型的系统，只要患者和操控者不处于同一房间并且存在大量噪声的情况下。

Claims (2)

1.一种用于计算机X射线断层成像系统中消除噪声的方法，包括以下步骤：

接收来自扫描室的音频信号，其中所述音频信号来自第一声音收集装置和第二声音收集装置，所述第一声音收集装置同时收集到语音和扫描室的噪声，并且所述第二声音收集装置收集所述扫描室的噪声；

对所述音频信号进行去噪声处理；

将处理后的音频信号发送到操控室进行播放；

其特征在于，

所述去噪声处理进一步包括以下步骤：

在仅有噪声信号和在没有噪声信号的情况下，利用所接收的音频信号进行参数标定；

测量扫描过程中患者说话时来自所述第一声音收集装置和所述第二声音收集装置的音频信号；以及

计算出消除噪声后患者的语音信号，并且

所述方法还包括以下步骤：

计算出反噪声信号，所述反噪声信号是根据所述第二声音收集装置所收集的音频生成的，或者是根据所述第一声音收集装置和所述第二声音收集装置二者收集的音频生成的；

播放反噪声信号以在患者耳朵处抵消扫描室的噪声。

2.一种用于计算机X射线断层成像系统上消除噪声的装置，包括以下组件：

声音收集装置，用于接收来自扫描室的音频信号，其中所述声音收集装置包括第一声音收集装置和第二声音收集装置，所述第一声音收集装置同时收集到语音和扫描室的噪声，并且所述第二声音收集装置收集所述扫描室的噪声；

去噪声处理装置，用于对所述音频信号进行去噪声处理；

输出装置，用于将处理后的音频信号发送到操控室进行播放；

其特征在于，

所述去噪声处理装置进一步用于：

在仅有噪声信号和在没有噪声信号的情况下，利用所接收的音频信号进行参数标定；

测量扫描过程中患者说话时来自所述第一声音收集装置和所述第二声音收集装置的音频信号；以及

计算出消除噪声后患者的语音信号，并且

所述用于计算机X射线断层成像系统上消除噪声的装置还包括噪声抵消装置和通信装置，其中，所述去噪声处理装置进一步用于：

计算出反噪声信号，其中，所述反噪声信号是根据所述第二声音收集装置所收集的音频生成的，或者是根据所述第一声音收集装置和所述第二声音收集装置二者收集的音频生成的；

所述通信装置用于将反噪声信号发送到所述噪声抵消装置；

所述噪声抵消装置用于播放反噪声信号以在患者耳朵处抵消扫描室的噪声。

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