CN1635850A

CN1635850A - X射线散射校正

Info

Publication number: CN1635850A
Application number: CN03804321.1A
Authority: CN
Inventors: 劳拉·宁
Original assignee: University of Rochester
Current assignee: University of Rochester
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: WO2003073377A3; AU2003222223B2; EP1476077A2; ATE441358T1; US6618466B1; DE60329078D1; WO2003073377A2; EP1476077B1; AU2003222223A1; CN100457039C; CA2476605A1; EP1476077A4

Abstract

在锥形束体积计算断层摄影或其他类似成像技术中，通过使用一个束补偿滤波器(蝴蝶结滤波器)(610)，空气隙(G)技术，一个反散射栅格(612)降低x射线散射效应，通过使用一个束截捕器阵列(beam stop array)(602)联系插值卷积运算来校正x射线散射效应。在有束截捕器阵列(602)时拍摄图像，在没有束截捕器阵列(602)时拍摄大量的图像。对有束截捕器阵列(602)时拍摄的图像空间插值导出散射信息，然后对没有束截捕器阵列(602)时拍摄的图像进行角插值以提供尽量多的散射信息。通过三次样条函数插值或其他任何技术或低通滤波运算(以给定的卷积核进行卷积运算)进行插值。从相对应的没有束截捕器阵列(602)时拍摄的图像中每一个减去每一个散射图像，从而提供了一个散射－校正图像序列。

Description

X射线散射校正

技术领域

本发明涉及一种降低成像系统中X射线散射的系统和方法，尤其涉及一种，使用空间和时间相互作用来降低散射的系统和方法。本发明可应用于几种成像技术，包括扇形束CT和锥形束CT。

背景技术

散射降低和校正是医学成像应用(如临床成像和小动物成像)和非医学成像应用(如爆炸物探测、无损检测和工业图像引导制造应用)所需要的。在对成像有用的x射线能量范围内(10keV到几MeV)，康普顿散射相互作用总是存在的。在一些x射线谱段，x射线散射相互作用占优势。例如，在医疗诊断CT的有效能量范围内(60-80keV)，当x射线光子穿过水状的软组织时，相对于光电相互作用(＜10％)和相干相互作用(＜5％)，公认康普顿相互作用(＞80％)扮有重要角色，尽管在x射线光子穿过致密骨骼时，可以观察到光电相互作用和相干相互作用的百分比稍微要高些。然而由探测器探测到的散射强度通常对噪声有贡献，而对用于成像的有用信号却不起作用。因此，为改进线性衰减系数(LAC)分布的重建精度，从而用于医学成像应用(如临床成像和小动物成像)和非医学成像应用(如爆炸物探测、无损检测和工业图像导向制造应用)，需要散射降低和校正。

在描述x射线散射与锥形束体积计算断层摄影(cone beamvolume computed tomography，CBVCT)成像之间的干涉机制之前，了解x射线散射如何恶化投影成像的质量是有益的。图1A显示了一种圆盘102嵌入在一种均匀的圆柱对象104中的实例，圆柱对象104的LAC比圆盘102的稍大。如果对象104放置在由一种锥形束源106发射的锥形束C中，锥形束C然后由探测器108接收，那么需要一种如图1B所示的投影图像。由于LAC的差异，对应于圆盘的区域探测到的x射线光子数为N+ΔN，而在背景区域探测到的x射线光子数为N，并没有散射的x射线光子。在限于无附加噪声(additive-noise-free)的情况下，直观化这样一种结构的性能，一般是通过对比度来估计，定义为：

C = \frac{N + ΔN - N}{N} = \frac{ΔN}{N} - - - (1)

已知x射线光子流遵守泊松分布，而透射过一个目标的x射线光子遵守二项式分布。泊松过程和二项式过程级联后仍然是一种泊松过程。因此，如果透射过圆盘和它周围区域的x射线光子平均数分别为N+ΔN和N，它们对应的标准差为和从系统分析的观点来看，散射的x射线光子的表现如同剩余噪声。在数字投影成像中，ROI(感兴趣区域)的显示窗口可以任意调整，直观化这样一种局部结构的性能，可以更适当地通过SNR(信躁比)来度量，定义为：

SNR = \frac{N + ΔN - N}{\sqrt{N}} = \frac{ΔN}{\sqrt{N}} = C \sqrt{N} - - - (2)

另一方面，设散射的x射线光子平均数为N_s，则散射-初始比(SPR)定义为：

SPR = \frac{N_{s}}{N} - - - (3)

散射递降因子(scatter degradation factor：SDF)定义为

SDF = \frac{N}{N + N_{s}} = \frac{1}{1 + N_{s} / N} = \frac{1}{1 + SPR} - - - (4)

因此，当存在x射线散射时，(1)和(2)式分别变为：

C_{s} = \frac{N + N_{s} + ΔN - (N + N_{s})}{N + N_{s}} = \frac{ΔN}{N + N_{s}} = \frac{C}{1 + N_{s} / N} = SDF \cdot C - - - (5)

{SNR}_{s} = \frac{N + N_{s} + ΔN - (N + N_{s})}{\sqrt{N + N_{s}}} = \frac{ΔN}{\sqrt{N + N_{s}}} = \frac{SNR}{\sqrt{1 + N_{s} / N}} \sqrt{SDF} \cdot SNR - - - (6)

换句话说，由于散射的x射线光子，在投影图像中，结构的局部对比度和SNR分别以因子SDF和

劣化。

假设I_p(i，j)(i∈I，j∈J)指由初始x射线光子形成的图像，I_s(i，j)(i∈I，j∈J)为由散射光子形成的图像，其中I和J分别为投影图像的垂直和平行尺寸。结果，二维的SPR分布定义为

SPR (i, j) = \frac{I_{s} (i, j)}{I_{p} (i, j)}, (i &Element; I, j &Element; J) - - - (7)

随之

SDF (i, j) = \frac{1}{1 + SPR (i, j)}, (i &Element; I, j &Element; J) - - - (8)

业已发现，给定一个对象，I_s(i，j)的分布依赖于它的结构、厚度和视野(FOV)，通过它们形成I_p(i，j)。然而，不管I_p(i，j)的分布如何波动，I_s(i，j)的变化非常平缓，以至于它可以近似当作I_p(i，j)的二维空间滤波器，而且已经提出了几种与不同滤波核相关的低通滤波模型。这意味着在相邻象素之间存在着强空间相关性。直观地，每个投影图像中的散射分布可以从它的空间样本中恢复，使用或者插值方法，例如三次样条插值或双线性插值法，或者以一个选定的卷积核进行卷积运算(一种频域内的低通滤波)。

另一方面，SPR(i，j)或者SDF(i，j)通常波动非常剧烈，尤其在I_p(i，j)相对较低时。因此，通常考虑SPR(i，j)或者SDF(i，j)，以反映投影成像中x射线散射的严重程度。

一幅CBVCT(锥形束体积计算断层摄影)图像从连续得到的一套连续二维投影图像中得到重建。本质上，x射线散射与x射线变换之间发生非线性干涉。一旦得到x射线变换，X线断层摄影图像中由x射线散射导致的伪影依赖于重建算法。这样，实际中优选用实验研究X线断层摄影成像中的x射线散射伪影。在传统CT(计算断层摄影)中，由于采用了狭缝准直器，与横向散射的x射线光子相比，纵向散射的x射线光子严重性降低了一个量级。为了进一步降低横向散射的x射线，通常考虑其它措施，例如蝴蝶结x射线衰减器，用于三代CT的患者后层面外准直器(post-patient out-of-slice collimator)或者用于4代CT的参考探测器。

不幸的是，对于CBVCT来说，为了完全利用生成的锥形x射线束，不得不去掉狭缝准直器。因此，尽管空气隙技术和束成形(蝴蝶结)衰减器来降低散射仍然是有用的，但CBVCT中仍然有很严重的x射线散射。假设I_p(i，j)指初始x射线光子形成的投影图像，I_s(i，j)指散射x射线光子形成的投影图像，我们得到

I_t(x，y)＝I_p(x，y)+I_s(x，y) (9)

结果，二维SPR分布定义为：

SPR (x, y) = \frac{I_{s} (x, y)}{I_{p} (x, y)} - - - (10)

将(10)代入(9)，得到

I_t(x，y)＝I_p(x，y)[1.0+SPR(x，y)] (11)

进一步，考虑入射x射线强度分布I_o(x，y)并取对数，我们得到用于CB重建的x射线变换数据

P (x, y) = \ln \frac{I_{0} (x, y)}{I_{t} (x, y)} = \ln \frac{I_{0 (x, y)}}{I_{p} (x, y) [1.0 + SPR (x, y)]}

= \ln \frac{I_{0} (x, y)}{I_{p} (x, y)} - \ln [1.0 + SPR (x, y)] - - - (12)

&equiv; P_{p} (x, y) + P_{s} (x, y)

其中

P_{p} (x, y) = \ln \frac{I_{0} (x, y)}{I_{p} (x, y)} - - - (13)

P_s(x，y)＝-ln[1.0+SPR(x，y)] (14)

分别为相对于初始x射线光子和散射x射线光子的x射线变换分布。因此，由于散射干涉，对象的CB重建变为

\hat{f} (\overset{&RightArrow;}{r}) = f (\overset{&RightArrow;}{r}) + Δf (\overset{&RightArrow;}{r}) - - - (15)

即，CB重建总和与初始x射线光子和散射x射线光子形成的投影图像相对应。

由上推断，不难获得如下关于CBVCT中由x射线散射(RE)引入重建误差的重要论断：

·I_s(x，y)为Re的源；

·RE由SPR分布-ln[1.0+SPR(x，y)]决定，而不仅仅由I_s(x，y)决定。换句话说，RE不但由I_s(x，y)而且由I_p(x，y)决定；

·RE始终为负，因为-ln[1.0+SPR(x，y)]小于0。这是CBVCT图像中翘曲效应(cupping effect)或荫影效应(shading effect)的原理；

·当SPR(x，y)＞＞1，即x射线散射干涉相当严重时，RE等价正比于-lnSPR(x，y)；

·当SPR(x，y)＜＜1，即x射线散射干涉相适度时，RE等价正比于-SPR(x，y)；

·减轻x射线散射干涉导致的RE可以通过两种方法：(a)降低I_s(x，y)；(b)增大I_p(x，y)；以及

·应当强调的是由初始x射线光子形成的I_p(x，y)强度下降在实际中应当避免，因为由此导致-ln[1.0+SPR(x，y)]增加的非常高，导致了CBVCT中严重的RE。

抑制x射线散射的最简单方法是空气隙，已经应用于投影成像尤其是胸部放射线照相许多年了。由于保持了x射线探测器和被扫描对象之间的距离，CBVCT继承了空气隙方法。如图2所示，T代表了被成像对象202的厚度，x_p代表初始源(PS)204和对象202的出口表面之间的距离，x_a代表出口表面和x射线接收器206(空气隙)之间的距离。所有的x射线散射光子可以假设为源自距离对象202的出口表面x_s处的有效散射点源(ESPS)208。

由于平方反比定律，初始和散射x射线流都由空气隙所衰减。然而，对于较宽的实验条件范围，例如体模厚度、FOV、x射线源能量、x射线聚焦点与体模的出口表面之间距离x_p，x_s一致地在15-20cm的范围内，并且通常远比x_p短。结果，空气隙对散射x射线光子的衰减在一定程度上比对初始x射线光子的要大。这意味着给定空气隙一合理的范围，更多的散射x射线光子将被空气隙选择性地衰减，这样就改善了SPR。得到最佳的x_a的式子为：

x_{a_opt} = \frac{1}{2} (x_{t} - x_{s}) - - - (16)

其中x_t是从x射线源聚焦点到接收器的允许距离。

在传统CT中，蝴蝶结衰减器的基本功能是改善x射线源的质量，从而由束硬化(beam hardening)引起的伪影将会降低。另一个重要功能是减轻对x射线探测器动态范围的需要，以及降低对病人的辐照剂量。尤其是蝴蝶结衰减器补偿了初始x射线光子分布的不均匀性，因此改进了圆柱形对象的SPR一致性，从而重建图像中的翘曲伪影(cupping artifact)将大大降低。

另一种抑制x射线散射的方法是反散射栅格，它或是线性聚焦或是十字交叉聚焦的。线性聚焦栅格的性能比十字形交叉聚焦栅格好的多。实际中，x射线源的聚焦点位于线性栅格的会聚线上，该会聚线垂直于从聚焦点发射出的中心束，因此大部分初始x射线光子能够透过它的间隙。既然散射的x射线光子表现为类似于源于ESPS，大部分被线性栅格所衰减。总体上，栅格比越大，衰减的选择性就越大。然而，太高栅格比的栅格吸收太多的初始x射线光子，导致了x射线管载荷(tube loading)的增加和对病人辐照暴露量的增加。此外，据观察空气隙和栅格方法的性能都非常强地依赖于x射线散射。对于高x射线散射，两种方法都能对SNR提供同等的改进，而对于低到中等水平，空气隙则性能的确好。进一步讲，如果x射线散射非常弱(SPR＜0.7)，由于栅格吸收x射线光子，它甚至恶化了SNR。因此，对于SPR＜0.7，不必使用反散射栅格。例如，在锥形束体积CT乳房成像(CBVCT乳腺x线摄像)不能使用反散射栅格。

其他方法包括使用束截捕器(BS)阵列。如图3A和3B所示，含有小铅盘304的x射线BS阵列302放置于x射线源306和成像对象之间，示例的成像对象是工作台310上的体模(phantom)308。从源306到体模308的远侧是探测器312。通过适当地选择铅盘304的尺寸，投影图像中的每一个阴影区都会尽量小，而确保了完全阻挡初始x射线光子。将小铅盘配备成阵列，阵列中小圆盘之间的正交距离远大于小铅盘的直径，因此每个阴影区都互相远离。总共拍摄到两幅投影图像-一幅带有束截捕器阵列(图像I)，另一幅没有(图像II)。图像II的每个阴影区中探测到的强度假设只是散射x射线光子强度，这导致了x射线散射分布在稀疏点阵上进行了取样。对这些样本进行空间三次样条插值(或双线性插值)，便估计出散射分布(散射图像)。随后，从图像I中减去散射图像，得到仅由初始x射线光子形成的图像(原像)。

BS阵列方法的优点是它能够自适应地除去散射x射线强度。不过，如果它直接应用于CBVCT中，则辐照量将会加倍，这样加倍的辐照量在实际中是确实不希望要的。

本发明者先前的工作公开于WO 01/35829，5月25日，2001，在此引用作为参考，此发明公开了一种技术，即使用一种BS阵列，可以确定该BS阵列中用于估计散射分布以及估计取样角位置的卷积核的定标因子。然后使用在相应角位置的卷积核估计出散射分布，并将散射分布从探测位置减掉。然而，该技术需要确定卷积核，而不是使用现有的用于三次样条插值的卷积核。该技术还依赖于将病人的胸部压成圆柱形，这对于任何一个给定的成像对象来说并不是如所希望的，或者说甚至是不可能的。

发明内容

由上面将明显地看出在技术上存在一种改进CBVCT中重建精度的需要，而不会对病人的安全产生不利影响，以及不会降低数据获取速度。

本发明的另一个目的是将CBVCT中的x射线散射干涉降低到临床可接受水平。

本发明的进一步目的是降低CBVCT中的散射干涉，改善CBVCT的重建精度。

本发明的进一步目的是降低CBVCT中的散射干涉，但不是对病人或者更一般地对成像对象使用过量的x射线辐照量。

本发明的进一步目的是减小使用BS阵列拍摄的图像数量，并且不需要确定在取样角位置处的卷积核。

本发明的进一步目的是减小使用BS阵列拍摄的图像数量，而不必将所要成像的对象压成任何特殊形状。

本发明的进一步目的是联合下面的技术来对付CBVCT中散射干涉：x射线束补偿滤波器(蝴蝶结滤波器)、空气隙技术和反散射栅格用于降低探测到的散射，一种用于最终散射校正来改善重建精度的图像处理技术。

为达到以上以及其他目的，本发明涉及一种通过分解初始图像和散射图像子序列来降低成像中X射线散射干涉的系统和方法。从图像处理序列的观点来看，所有连续获得到的投影图像构成了一个图像序列，它包括CB重建所需要的初始圈像子序列(PIS)和与CB重建图像干涉的散射图像子序列(SIS)。本发明者发现SIS的空间波动在强度上远远小于PIS的空间波动，标志着前者具有相当大的空间相关性。因此，使用BS阵列技术，从非常低的取样速率下获得的样本中恢复SIS是可能的，然后与之联系的PIS可以相对应地从投影图像序列中减去SIS得到。SIS的取样速率可以非常低，例如，1-2/圈4/圈，这样获取样本的方式与获取搜索定位图像相似，它通常用于传统/螺旋CT中用来指示与解剖标志相关的扫描位置。

从而，附加的辐照量和采集时间将可以接受。此外，按角度使用三次样条插值或双线性插值从样本中恢复SIS。

本发明者从理论上和实验上的研究显示，从投影成像例如空气隙、束成形衰减器和线性反散射栅格继承而来的反散射方法，能够基本上降低CBVCT中由x射线散射干涉造成的翘曲/阴影扭曲(cupping/shading distortion)(LAC重建不精确度)，而本发明也正说明了这一点。用散射体模对本发明进行定量的性能评价表明，它能自适应地抑制CBVCT成像中的x射线散射干涉，甚至在90°的AI(角间隔)下性能仍令人满意，这相当于安装上BS阵列后再仅仅拍摄额外4幅投影图像。这意味着本发明提供了一种新的并且有效地对付CBVCT中x射线散射干涉的方法，并且由此引起的额外x射线辐照在实际中完全可以忍受。

本发明的一个特别实施例提供了一种最优地组合如下技术(上面所讨论的)对付散射干涉的混合方法：一个x射线束补偿滤波器(蝴蝶结形滤波器)，一种空气隙技术和一个反散射栅格来降低探测到的散射，一种用于最终散射校正来改善重建精度的图像处理技术。

最后，由于x射线管的有限聚焦点导致的半影现象干扰了对散射x射线光子形成的分布的精确取样。实际中应该使用校准，如果不能消除干扰的话，也应该尽量减轻这种干扰。

附图说明

本发明的一种优选实施例将参考附图详细提出，其中

图1A和1B给出了现有技术中散射的一个基本实例；

图2给出了现有技术中一种用于降低散射效应的空气隙技术的实例；

图3A和3B给出了现有技术中一种用于降低散射效应的束阻止阵列技术的实例；

图4给出了本发明一种优选实施例的流程图；

图5给出了作为角间隔函数的重建误差；以及

图6A和6B给出了一种能够实现优选实施例的装置。

具体实施方式

现在将参考附图详细地提出本发明的一种优选实施例，其中类似的参考数字始终指代类似的单元或步骤。

优选的实施例联系了如下将要描述的x射线束补偿滤波器(蝴蝶结滤波器)、空气隙技术、反散射栅格和散射校正算法，以降低和校正散射。因此一种优选的系统配置包括：一个用于产生锥形x射线束的x射线管，一个蝴蝶结滤波器，一个在二维探测器前的反散射栅格，二维探测器以及一套计算机系统，用于控制系统和处理两套投影，以获得散射-校正投影和从一套散射-校正投影中重建三维图像。该系统应该具有两个版本：一个系统在适当位置具有一个束截捕器阵列(BSA)，另一个系统没有BSA。

用于本优选实施例的技术将被称为散射校正算法(SCA)。SCA的实现绘制于图4，其中I代表三次样条插值，S代表从另一个图像序列中相对应地减去一个图像序列的每一帧。第一个I运算在空间执行，而第二个I运算在角度上执行。为清晰起见，列出了图4中对图像序列的如下定义，其中(I，J)为图像尺寸，且N’＜N。

I_p+s(n；i，j)，(n∈N)：投影图像序列；

I_p(n；i，j)，(n∈N)：投影图像序列中包含的PIS；

I_s(n；i，j)，(n∈N)：投影图像序列中包含的SIS；

I_bs(n；i，j)，(n∈N′)：使用BS阵列技术获得的投影图像子序列；

I_ss(n；i，j)，(n∈N′)：由空间I运算从I_bs(n；i，j)中获得的SIS样本；

I_rs(n；i，j)，(n∈N)：由角插值I运算从I_ss(n；i，j)中恢复的SIS；

更明确地说，如图4所示，在步骤402使用如图3A和3B的束截捕器阵列拍摄N’个图像，从而提供I_bs图像序列404。在步骤406的空间I运算提供了步骤408的I_ss图像序列。既然图像序列含有N’个图像而不是N幅，在步骤410执行角插值I运算，得到步骤412含有N个图像的I_rs图像序列。

在步骤414，不使用束截捕器阵列拍摄N个图像，得到步骤416的I_p+s图像序列。在步骤418，从相对应的I_p+s图像中减去每一幅I_rs图像，得到步骤420的I_p图像序列。其中任何一个或两个I运算都可以由使用一个适当卷积核的卷积代替，卷积核可以为例如低通滤波器，或者其他任何合适的技术。

理论上，

I_p(n；i，j)＝I_p+s(n；i，j)-I_s(n；i，j) (17)

然而，实际中使用SCA仅仅能获得I_rs(n；i，j)的估计值I_rs(n；i，j)。规定辐照增加因子定义为

EIF = 100 % \cdot \frac{N^{'}}{N} - - - (18)

SCA的成功依赖于作为I_rs(n；i，j)估计值的I_rs(n；i，j)，和EIF在可接受的阈值内。

此外，相对重建误差(RRE)定义为

RRE = 100 % \cdot \sqrt{\frac{1}{I \cdot J} Σ_{i = 0}^{I - 1} Σ_{j = 0}^{J - 1} {(\frac{{\overset{&OverBar;}{I}}_{rs} (i, j) - {\overset{&OverBar;}{I}}_{s} (i, j)}{{\overset{&OverBar;}{I}}_{s} (i, j)})}^{2}}, - - - (19)

其中 I_rs(i，j)是对角取样SIS使用角插值得到散射-校正投影，并从该投影中重建出的中心狭缝图像， I_s(i，j)是从使用完全SIS得到的散射-校正投影中重建出的中心狭缝图像。

已经研究了在SCA应用中作为AI函数的散射体模的LAC重建误差。结果见图5，给出了SCA应用中作为AI函数的散射体模的LAC重建误差。图5表明当AI不大于90°时，LAC重建的精度是可以接受的。然而注意，当SCA应用中的AI小于90°时，LAC重建精度的改进很小。

在体积CT中，可以获得一个对象的直接重建。现在将公开一种这样工作的系统。该系统基于公开的美国专利5999587，12月7日，1999，在此引用作为参考。

现在转向图6A和6B，它给出了如何使用该优选实施例的锥形束X线断层摄影系统600、600’获得一个对象的直接三维重建。该体积CT扫描装置600、600’以简化方框图形式显示。本发明优选与这种体积CT扫描装置联合生成一个对象的三维重建矩阵。根据该三维重建矩阵，可以得到想要的三维显示。图6A的装置600与图6B的装置600’的差别在于，图6A的装置600包括了如图3A和3B的束截捕器阵列602。

体积CT扫描装置使用锥形射线束X检查对象O(可以是人类或动物患者，或者非生命体)，射线束X通过一系列路径穿过该对象O。一个x射线源604和一个探测器606安装在一个围绕被检查对象O旋转的门架608上。x射线源的工作电压由一个传统高压发生器(未标出)提供，于是当高压加上时x射线源604产生想要的锥形射线束。另外还有一个蝴蝶结滤波器610，上面提到的束截捕器阵列602以及一个反散射栅格612。在对象O底部和反散射栅格612之间提供一个种有非零尺寸D_OD的空气隙G。

旋转门架608使得x射线管604和探测器606绕对象O旋转，以含有束截捕器阵列602和没有束截捕器阵列602两种方式同时拍摄图像。门架608和对象O之间的旋转、倾斜和相对直线运动能够获得任何想要的数据采集几何图形，包括圆、圆加弧、圆加直线。当然，许多其他的数据采集几何图形例如圆加多条直线、圆加多弧、螺旋线以及360°×整数。作为进一步的可选方法，两个短圆弧轨道安装在门架608上，一个用于x射线管604，另一个用于探测器606，这样可以不需要倾斜门架608而得到圆弧投影图。

二维探测器606可以为任何适当的探测器。这样探测器的一个优选实例是具有动态范围等于或大于1000∶1，成像滞后小于10％，例如一种硒薄膜晶体管(STFT)阵列或一种硅STFT阵列，目的是提供一种相对于x射线衰减信号图像的二维投影图。x射线源604和二维探测器606安装在门架608上，于是它们都能够同步运动。

由x射线源604产生的锥形射线束X穿过检查的身体或对象O进行投影。二维探测器606测量从锥形束X经由该系列射线束路径透射过的辐射。

选择地，一系列连续二维探测器(未标出)可以固定地安装于贴近门架608处，x射线源604安装于门架608上，这样旋转门架，锥形射线束X投射过被检查的身体O并随之由每系列探测器所接收。

装置600或600’工作在一种系统控制计算机604的控制下。从探测器606的输出信号进入一个图像处理计算机616执行根据上面公开技术的软件散射校正。图像处理计算机616可以包括例如ULTRASPARC-1模型工作站，可以由Mountain View，Calif.94043的SunMicrosystems，Inc.提供。

尽管已经详细地提出了本发明的一种优选实施例，本领域的技术人员在看过本公开后会很容易领会到，在本发明的范围内还可以实现其他实施例。例如，可以使用任何适当的设备拍摄用于SCA的图像。另外，任何合适的空间和时间插值算法都可以使用。因此，本发明应该仅由附加权利要求限定。

Claims

1.一种用于对对象进行成像并对散射校正的方法，该方法包括：

(a)提供成像辐射源，束补偿滤波器，反散射栅格，用于成像辐射的探测器，对象和探测器之间的空气隙，以及束截捕器阵列；

(b)围绕对象移动所述源和探测器；

(c)当所述源和探测器围绕对象移动时，使用源、束补偿滤波器、束截捕器阵列、对象和探测器之间的空气隙、反散射栅格和探测器，在选定的不同投影角下拍摄对象的第一图像序列，以获得第一图像序列中每一个的散射分布样本，第一图像序列包括N’个图像；

(d)不使用束截捕器阵列，使用源和探测器在不同的投影角下拍摄对象的第二图像序列，第二图像序列包括N个图像，N≥N’；

(e)在对象的第一图像序列上进行投影角插值，得到一个散射图像序列，该散射图像序列包括N个图像，每一个对应于第二图像序列中N个图像中的一个；以及

(f)得到一个初始图像序列，该初始图像序列包括N个图像，每一个根据第二图像序列的N个图像中对应的一个以及散射图像序列的N个图像中对应的一个而形成。

2.根据权利要求1的方法，其中步骤(e)包括：

(i)从第一套图像中每一个中恢复出散射分布，以获得一个散射取样图像序列；以及

(ii)在该散射取样图像序列上进行投影角插值，以获得散射图像序列。

3.根据权利要求2的方法，其中步骤(e)(i)包括在对象的第一套图像中每一个上进行空间插值。

4.根据权利要求3的方法，其中空间插值和投影角插值中的每一种包括任何插值方法，所述任何插值方法包括三次样条插值。

5.根据权利要求2的方法，其中步骤(e)(i)包括对对象的第一套图像中每一个进行卷积运算。

6.根据权利要求5的方法，其中以选定卷积核的卷积运算来完成投影角插值。

7.根据权利要求1的方法，其中步骤(f)包括从第二图像序列N个图像中相应的一个减去散射图像序列的N个图像中的每一个。

8.根据权利要求1的方法，其中成像辐射是x射线辐射。

9.根据权利要求8的方法，其中成像辐射是所述x射线辐射的一种锥形束。

10.根据权利要求9的方法，进一步包括(g)使用初始图像序列构建一个锥形束体积计算断层摄影图像。

11.根据权利要求1的方法，其中N’等于或大于1。

12.根据权利要求1的方法，其中角间隔不大于360度。

13.根据权利要求1的方法，其中束补偿滤波器是一种蝴蝶结滤波器。

14.一种用于对对象进行成像并对散射校正的系统，该系统包括：

成像辐射源；

束补偿滤波器；

反散射栅格；

用于成像辐射的探测器，探测器的放置使对象和探测器之间留有空气隙；

在选定时间放置的束截捕器阵列，放置在源和探测器之间的成像辐射路径上；

用于围绕对象旋转的门架；

用于控制门架、源和探测器的控制设备，用于：

(i)使用源、探测器和束截捕器阵列，在选定的不同投影角下拍摄对象的第一图像序列时，控制源和探测器围绕对象旋转，第一图像序列包括N’个图像；

(ii)使用源和探测器而不使用束截捕器阵列，在不同的投影角下拍摄对象的第二图像序列时，控制源和探测器围绕对象旋转，第二图像序列包括N个图像，N≥N’；以及

图象处理设备，接收探测器的输出信号，用于；

(i)在对象的第一图像序列上进行投影角插值，得到一个散射图像序列，该散射图像序列包括N个图像，每一个对应于第二图像序列中N个图像中的一个；以及

(ii)得到一个初始图像序列，该初始图像序列包括N个图像，每一个根据第二图像序列的N个图像中对应的一个以及散射图像序列的N个图像中对应的一个而形成。

15.根据权利要求14的系统，其中通过在第一套图像的每一个中恢复出散射分布，以获得散射取样图像序列，对散射取样图像序列进行投影角插值，以获得散射图像序列，图像处理设备获得散射图像序列。

16.根据权利要求15的系统，其中图像处理设备通过在对象的第一套图像的每一个上进行空间插值来恢复散射分布。

17.根据权利要求16的系统，其中空间插值和投影角插值的每一种包括任何插值方法，所述任何插值方法包括三次样条插值。

18.根据权利要求15的系统，其中图像处理设备通过在对象的第一套图像的每一个上进行卷积运算来恢复散射分布。

19.根据权利要求18的系统，其中以选定卷积核的卷积运算来完成投影角插值。

20.根据权利要求14的系统，其中通过从第二图像序列的N个图像中相应的一个减去散射图像序列的N个图像中的每一个，图像处理设备获得初始图像序列。

21.根据权利要求14的系统，其中成像辐射是x射线辐射。

22.根据权利要求21的系统，其中成像辐射是所述x射线的一种锥形束，所述探测器是二维面探测器。

23.根据权利要求22的系统，其中成像处理设备使用初始图像序列构建锥形束体积计算断层摄影图像。

24.根据权利要求14的系统，其中N’等于或大于1。

25.根据权利要求14的系统，进一步包括一个可旋转的门架，源和探测器安装在上面，其中控制设备控制该可旋转门架使源和探测器绕对象移动，以一种角间隔拍摄第一图像序列。

26.根据权利要求25的系统，其中角间隔不大于360度。

27.根据权利要求14的系统，其中束补偿滤波器是一种蝴蝶结滤波器。

28.一种用于对对象进行成像并对散射校正的方法，该方法包括：

(a)提供成像辐射源，用于成像辐射的探测器以及束截捕器阵列；

(b)使用源、探测器和束截捕器阵列，拍摄对象的第一图像序列，第一图像序列包括N’个图像；

(c)使用源、探测器而不使用束截捕器阵列，拍摄对象的第二图像序列，第二图像序列包括N个图像，N≥N’；

(d)在对象的第一图像序列上进行空间插值，得到一个散射取样图像序列；

(e)对散射取样图像序列进行投影角插值，得到一个散射图像序列，该散射图像序列包括N个图像，每一个对应于第二图像序列中N个图像中的一个；以及

(f)获得一个初始图像序列，该初始图像序列包括N个图像，每一个根据第二图像序列的N个图像中对应的一个以及散射图像序列的N个图像中对应的一个而形成。

29.根据权利要求28的方法，其中步骤(d)和(e)的每一步使用三次样条插值进行。

30.根据权利要求28的方法，其中步骤(d)和(e)的每一步使用一个卷积核进行。

31.根据权利要求28的方法，其中步骤(f)包括从第二图像序列N个图形中相应的一个减去散射图像序列的N个图像中的每一个。

32.一种用于对对象进行成像并对散射校正的系统，该系统包括：

成像辐射源；

用于成像辐射的探测器；

束截捕器阵列；

其上安装源和探测器的门架；

用于控制门架、源和探测器的控制设备，用于：

(i)使用源、探测器和束截捕器阵列，拍摄对象的第一图像序列，第一图像序列包括N’个图像；

(ii)使用源、探测器，不使用束截捕器阵列，拍摄对象的第二图像序列，第二图像序列包括N个图像，N≥N’；以及

图象处理设备，接收探测器的输出信号，用于；

(i)在对象的第一图像序列上进行空间插值，得到一个散射取样图像序列；

(ii)对散射取样图像序列进行投影角插值，得到一个散射图像序列，该散射图像序列包括N个图像，每一个对应于第二图像序列中N个图像中的一个；以及

(iii)获得一个初始图像序列，该初始图像序列包括N个图像，每一个根据第二图像序列的N个图像中对应的一个以及散射图像序列的N个图像中对应的一个而形成。

33.根据权利要求32的系统，其中图象处理设备使用三次样条插值完成空间插值和角插值。

34.根据权利要求32的系统，其中图象处理设备使用卷积核完成空间插值和角插值。

35.根据权利要求32的系统，其中图象处理设备通过从第二图像序列相应的图像减去散射图像序列的每个图像，以获得初始图像。