CN1298098A - 用于借助优化的数据采集优化ct图象质量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于优化成象系统(10)的信噪性能的方法被描述,它包含步骤:搜索扫描(116)对象获得搜索扫描数据;利用搜索扫描数据确定(118)多个规范化的X射线输入信号因子;利用规范化的X射线输入信号因子确定(120)至少一个系统输入信号;利用系统输入信号选择(122)用于对象扫描的至少一种增益;以及运用所选定的对应于系统输入信号的增益于对象扫描中。
Description
这个发明普遍涉及计算机X射线断层造影(CT)成象，并且更具体而言，涉及在CT系统处于弱信号条件下用于优化图象质量的方法和装置。
在至少一种已知的计算机X射线断层造影(CT)成象系统结构中，X射线源投射被校准保持在笛卡儿坐标系X-Y平面内的扇形射线束，该平面通常被称为“成象平面”。X射线束穿过被成象的对象，例如病人。射线束，在被对象减弱后，照射在一系列辐射检测器上。在检测器阵列处所接收的被减弱的辐射束的强度取决于X射线束被对象的衰减。阵列的每个检测元件生成单独的电信号，该信号是检测器处射线束衰减的量度。来自全部检测器的衰减量度被分别获得以生成传输的轮廓。
在已知的第三代CT系统中，X射线源和检测器阵列随同台架在成象平面内旋转并环绕着待成象的对象使X射线与对象相交的角度继续不断地改变。来自在一个台架角度处检测器阵列的一组X射线衰减量度，即投射数据，被称为“视图”。对象的“扫描”包含在X射线源和检测器一次回转期间在不同的台架角，或观测角，形成的一套视图。在轴向扫描中，投射数据被处理以构成对应于通过对象所取的二维切片的图象。由一组投射数据重建图象的方法在本技术领域中被称为已过滤的反向投射技术。这个过程把来自扫描的衰减量度转换成被叫做“CT数”或“Hounsfield基数”的整数，它们被用于控制阴极射线管显示器上相应象素的亮度。
当扫描在弱信号条件下被运作时，电子噪声能引起弱信号成象的赝象。已知可施加增益于扫描信号以减小弱信号的赝象。然而，增益过大能导致超出额定界限，这也能引起成象的赝象。其他因素，例如，X射线管输出电流及输出电压和检测器片的厚度也已知能影响图象质量并能造成困难去选择适于避免图象赝象的增益。提供用于优选关于输入信号增益以避免弱信号赝象和超出额定界限赝象二者的方法理应是需要的。
因此，在一种实施例中提供有用于优化成象系统的信号到噪声转换的方法，它包含步骤：搜索扫描对象获得搜索扫描数据；利用搜索扫描数据确定多个规范化的X射线输入信号因子；利用规范化的X射线输入信号因子去确定至少一个系统输入信号；利用系统输入信号选择用于对象扫描的至少一种增益；以及运用所选定的对应于系统输入信号的增益于对象扫描中。上面描述的方法当避免超出额定界限时引起较弱的电子噪声。因而弱信号赝象和超出额定界限赝象二者都被防止。
图1是CT成象系统的绘图；
图2是图1中说明的系统的方框示意图；以及
图3是用于减小本发明成象系统电子噪声方法的实施例的流程图。
参看图1和图2，计算机X射机断层造影(CT)成象系统10作为包含代表“第三代”CT扫描器特征的台架12被示出。台架12具有X射线源14，例如X射线管，它朝着台架12对边上的检测器阵列18投射一束X射线16。检测器阵列18由共同感知被投射的穿过对象22，例如医疗病人，的检测元件20组成。检测器阵列18可以按单片或多片结构被制造。每个检测元件20生成电信号，该信号体现照射X射线束的强度以及从而穿过病人22的射线束的衰减。在扫描获取X射线投射数据的过程中，台架12和安装在其上的部件环绕转动中心24旋转。
台架12的旋转和X射线源14的操作由CT系统10的控制机构26支配。控制机构26包含向X射线源14提供功率及定时信号的X射线控制器和控制台架12旋转速率及位置的台架马达控制器30。控制机构26中的数据采集系统(DAS)32从来自检测元件20的模拟数据抽样并将数据转换成数字信号供随后的处理用。图象重建器34从DAS32接收被抽样和数字化的X射线数据并完成高速率的图象重建。被重建的图象作为输入被运用于计算机36，它将图象存储在大容量存储装置38中。
成象系统10包含当校准成象系统10时能被改变的系统参数。计算机36还通过具有键盘的控制台40从操作者(未示出)接收指令及扫描参数。辅助的阴极射线管显示器42使操作者能观察被重建的图象及其他来自计算机36的数据。操作者传送的指令及参数被计算机36用于提供控制信号及信息到DAS 32，X射线控制器28及台架马达控制器30。另外，计算机36操纵工作台马达控制器44，它控制机动工作台46以在台架12上定位病人22。特别是，工作台46移动病人22的一些部分通过台架开口48。
在被叫作搜索扫描的扫描形式过程中，当工作台46移动通过台架开口48时台架12不旋转而保持静止。在搜索扫描期间，数据被获得供来自相对于病人22的特定台架角的视图用。搜索扫描被使用，例如去获得病人22的横向视图或前后视图。
成象系统10包含多种预先确定的可应用于数据采集的增益。成象系统10被构成以使对应于每个检测器阵列18的片厚度至少有一种增益。用户能选择供扫描用的模式，即片宽度和待运用于搜索扫描的增益。在一种实施例中参看图3，用于优化成象系统10信号到噪声转换的数据采集方法包含将成象系统10空气校准110到从与每个检测器阵列18片厚度相联系的预先确定的增益中预选的一组增益。对每个片厚度预选的增益能被称为高、中和低。
成象系统10的参数然后对与每种预选的增益相当的每片厚度用校准矢量数据来修正112。例如，校准矢量数据能被存储在校准数据库中并且能根据扫描模式的选择被用于扫描数据处理。成象系统10的参数然后用DAS32对预选增益的全部输入信号范围114被修正。
然后横向搜索扫描被运作116以获得属于病人22的搜索扫描数据。如果前后搜索扫描也被运作，数据质量将被提高。搜索扫描数据相对于多个界标，即病人22的轴向位置被收集。搜索扫描数据然后被用于确定至少一个X射线的输入信号因子，该因子依赖于病人22的影响成象系统10所检测的X射线的物理性质。这类性质包括，例如，病人22的尺度，位置和定位，X射线衰减密度及相对衰减因子。规范化的X射线输入信号因子作为X射线管14电压和电流输出，检测器阵列18的片厚度及DAS32增益的函数被确定。规范化的X射线输入信号因子作为病人22轴向位置的函数被存储在成象系统10中。
当轴向或螺旋扫描从控制台40被指令时，由操作者输入的扫描参数被用于估算对于遍及用于扫描所选定的病人22位置的全部检测元件的最大输入信号。最大输入信号用所需要的X射线管14的电压及电流输出和检测器阵列18的片厚度乘以用于所选定病人22位置的规范化X射线输入信号因子确定。然后预选的DAS32增益作为当施加最大输入信号时不导致超出额定界限的最大的预选增益被确定122。在扫描病人22期间所获得的数据随后利用校准时所修正的系统参数和对应于供扫描用的DAS32增益被校正。
借助于数据采集放大增益和基于例如象被扫描对象位置，几何尺度及相对衰减因子那样参数的全部输入信号范围的选择，以上描述的方法改善了在弱信号条件下的图象质量。图象质量还可通过选择信号范围和基于象X射线电压及电流输出，片厚度，检测器/DAS采样频率及台架旋转速率的选择那样的扫描技术的增益被改善。
虽然本发明的特定的实施例已被详细描述和说明，但应清楚地理解到上述情况只是打算采用具体说明和实例的方法而不是被采用作为限制。另外，在这里描述的CT系统是“第三代”系统，其中X射线源和检测器二者都随同台架旋转。如果各个检测元件被校正对给定的X射线束去提供基本上一致的响应，则许多其他的CT系统，包括“第四代”系统，其中检测器是完全环状的静止检测器而只有X射线源随同台架旋转。可被使用。并且，在这里描述的系统执行轴向扫描；然而，本发明可借助螺旋扫描被使用，尽管需要多于360°的数据。虽然本发明通过各种具体实施例被描述，那些熟悉本技术领域的人员将承认本发明能借助在权利要求的精神和范围内的改进被实施。
Claims (30)
1．用于由计算机X射线断层造影成象系统(10)在对象扫描期间降低电子噪声的方法，该方法包含步骤：
搜索扫描(116)对象(22)获得搜索扫描数据；
利用搜索扫描数据确定(118)至少一个规范化的X射线输入信号因子；
利用至少一个规范化的X射线输入信号因子确定(120)至少一个系统输入信号；
利用至少一个系统输入信号选择(122)用于对象扫描的至少一种增益；以及
将至少一种选定的对应于至少一个系统输入信号的增益运用于对象扫描中。
2．根据权利要求1的方法另外包含步骤：
在搜索扫描(116)以前校准成象系统(10)以修正(112)至少一个系统参数；以及
利用至少一个被修正的系统参数校正(124)在对象扫描中所收集的扫描数据。
3．根据权利要求2的方法，其中成象系统(10)被构成以检测在至少可选择的厚度的一片中的X射线，每片厚度对应于多种增益中的至少一种增益，以及校准成象系统包含步骤：
空气校准(110)成象系统以规定对每片厚度的至少一种来自相应增益的预选增益；
对于相应于每种预选增益的每片厚度利用校准矢量数据修正(112)至少一个系统参数；以及
利用对应于预选增益的输入信号范围修正(114)至少一个系统参数。
4．根据权利要求3的方法，其中预选增益相对于每片的厚度被校准(110)为高、中和低。
5．极据权利要求1的方法，其中搜索扫描(116)对象以获得搜索扫描数据的步骤包含实施横向搜索扫描以获得对应于多个搜索扫描界标的搜索扫描数据。
6．根据权利要求5的方法另外包含实施(116)前后的搜索扫描。
7．根据权利要求1的方法，其中成象系统(10)被构成以生成至少一个电压输出和至少一个电流输出，并检测在至少一个可选择厚度的片中的X射线，每片厚度对应于多种增益中的至少一种增益，以及利用搜索扫描数据确定(118)至少一个规范化的X射线输入信号因子的步骤，它包含确定遍及作为对象轴向位置函数的电压输出，电流输出，片厚度及增益中的至少一个被规范化的至少一个X射线输入信号因子。
8．根据权利要求7的方法，其中至少一个X射线输入信号因子是电压输出，电流输出，片厚度及增益中的至少一个的函数。
9．根据权利要求7的方法，其中至少一个X射线输入信号因子包含对象(22)的尺度，位置和定位，X射线衰减密度以及相对衰减因子中的至少一个。
10．根据权利要求7的方法，其中对象(22)轴向位置从多个搜索扫描界标中被确定。
11．根据权利要求1的方法，其中成象系统(10)包含至少一个系统参数以及利用至少一个规范化的X射线输入信号因子确定(120)至少一个系统输入信号的步骤包含利用至少一个系统参数和至少一个规范化的X射线输入信号因子估算至少一个最大扫描输入信号的步骤。
12．根据权利要求11的方法，其中利用至少一个系统输入信号选选择(112)用于对象扫描的至少一种增益的步骤包含选择用于每个最大扫描输入信号增益的步骤。
13．根据权利要求12的方法，其中选择(122)用于每个最大扫描输入信号增益包含选择在使用时不导致超过额定界限的最高的预选增益。
14．根据权利要求11的方法，其中至少一个系统参数包含对象扫描所需要的电压输出，对象扫描所需要的电流输出，及对象扫描所需要的片厚度中的至少一个，并且利用至少一个系统参数和至少一个规范化的X射线输入信号因子估算(120)至少一个最大扫描输入信号的步骤包含用对象扫描所需要的电压输出，电流输出及片厚度中的至少一个去乘至少一个规范化的X射线输入信号因子的步骤。
15．根据权利要求11的方法，其中利用至少一个系统参数和至少一个规范化的X射线输入信号因子估算(120)至少一个最大扫描输入信号的步骤包含利用数据抽样频率及台架(12)旋转速率中的至少一个。
16．供用计算机X射线断层造影成象系统(10)在对象(22)扫描期间降低电子噪声用的装置，该装置被构成以：
搜索扫描(116)对象获得搜索扫描数据；
利用搜索扫描数据确定(118)至少一个规范化的X射线输入信号因子；
利用至少一个规范化的X射线输入信号因子确定(120)至少一个系统输入信号；
利用至少一个系统输入信号选择(122)至少一种用于对象扫描的增益；以及
将至少一个选定的对应于至少一个系统输入信号的增益运用于对象扫描中。
17．根据权利要求16的装置另外被构成以：
在搜索扫描以前校准成象系统(10)以修正(112)至少一个系统参数；以及
利用至少一个被校正的系统参数校正(124)在对象扫描中所收集的扫描数据。
18．根据权利要求17的装置，其中成象系统(10)被构成以检测在至少可选择厚度的一片中的X射线，每片的厚度对应于多种增益中的至少一种增益，以及校准成象系统，该装置被构成以：
空气校准(110)成象系统以规定对于每片厚度至少一种来自相应增益中的预选增益；
对相应于每种预选增益的每片厚度利用校准矢量数据修正(112)至少一个系统参数；以及
利用对应于预选增益的输入信号范围修正(114)至少一个系统参数。
19．根据权利要求18的装置被构成将预选增益相对于每片的厚度校准(110)为高，中和低。
20．根据权利要求16的装置，其中搜索扫描(116)对象获得搜索扫描数据，该装置被构成以实施横向搜索扫描去获得对应于多个搜索扫描界标的搜索扫描数据。
21．根据权利要求20的装置，另外被构成以实施前后的搜索(116)扫描。
22．根据权利要求16的装置，其中成象系统(10)被构成以生成至少一个电压输出和至少一个电流输出并检测在至少可选择厚度的一片中的X射线，每片厚度对应于多种增益中的至少一种增益，以及利用搜索扫描数据确定(118)至少一个规范化的X射线输入信号因子，该装置被构成以确定遍及作为对象轴向位置函数的电压输出，电流输出，片厚度及增益中的至少一个被规范化的至少一个X射线输入信号因子。
23．根据权利要求22的装置另外被构成以确定(118)至少一个作为电压输出，电流输出，片厚度及增益中至少一个的函数的X射线输入信号因子。
24．根据权利要求22的装置被构成将对象(22)的尺度，位置及定位，X射线衰减密度和相对衰减因子中的至少一个确定(118)为至少一个X射线输入信号因子。
25．根据权利要求22的装置被构成从多个搜索扫描界标确定对象(22)的轴向位置。
26．根据权利要求16的装置，其中成象系统(10)包含至少一个系统参数，并利用至少一个规范化的X射线输入信号因子去确定至少一个系统输入信号，该装置被构成利用至少一个系统参数和至少一个规范化的X射线输入信号因子估算(120)至少一个最大的扫描输入信号。
27．根据权利要求26的方法，其中利用至少一个系统输入信号选择(122)至少一种供对象扫描用的增益，该装置被构成以选择用于每个最大扫描输入信号的增益。
28．根据权利要求27的方法，其中选择(122)用于每个最大扫描输入信号的增益，该装置被构成以选择在使用时不导致超出额定界限的最高的预选增益。
29．根据权利要求26的装置，其中至少一个系统参数包含对象扫描所需要的电压输出，对象扫描所需要的电流输出及对象扫描所需要的片厚度中的至少一个，以及利用至少一个系统参数和至少一个规范化的X射线输入信号因子估算(120)至少一个最大扫描输入信号，该装置被构成用对象扫描所需要的电压输出，电流输出及片厚度中的至少一个去乘至少一个规范化的X射线输入信号因子。
30．根据权利要求26的装置，其中该装置被构成利用数据抽样频率和台架(12)旋转速率中的至少一个估算(120)至少一个最大的扫描输入信号。
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