CN1954779A - 用于ct系统的辐射校正的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于CT系统(1)的散射辐射校正的方法，该系统带有两个相互角度错开地设置于可转动的支架上并同时运行的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)，其中，两个角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描该物体：它们绕CT系统(1)的系统轴线(9)转动，并根据所测得的焦点(FA，FB)的辐射衰减确定单个射线的多个吸收值，并且对所测得值进行散射辐射校正，其中，以通道方式为直接射线(S)获得直接射线(S)的强度值(I)与距离180°的互补射线(S’)的强度值(I’)的正的差，并且将该正的差(Δ＝I－I’)作为散射辐射校正从直接射线(S)的强度值(I)中扣除，以便由此确定衰减值并从中以已知的方式重建CT图像和CT立体数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于CT系统的辐射校正的方法，该CT系统带有两个相互角度错开地设置于可转动支架上且同时运行的焦点/检测器系统，其中为了对物体进行扫描，所述两个角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描(abtasten)该物体：它们绕CT系统的系统轴线转动，并且从所测得的焦点辐射的衰减来确定单个射线的多个吸收值，并进行对所测得值的散射辐射校正，以便借助于所获得的吸收数据重建该物体的CT照片和立体数据。
背景技术
例如，在专利文献DE 102 32 429 B3中公开了一种类似的方法。在该专利文献中，两个相互角度错开地设置的焦点/检测器系统至少在时间上交替地运行，使得可以在各个未接通的焦点/检测器系统中直接地测量由处于运行状态的焦点/检测器系统发出的实际出现的散射辐射。为执行该方法，必要的是，所述放射源至少部分地交替运行，从而至少在未运行的X射线管的检测器内此时缺少来自CT扫描的图像信息，使得在数据获取过程中产生间隙。这尤其是在要求较高时间分辨率的CT心脏拍摄的情况下是不利的，并且该方法在实践中导致有缺陷的拍摄结果。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，找到一种用于CT系统的散射辐射校正的方法，其中该CT系统带有两个相互角度错开地设置的焦点/检测器系统，该方法可以省去对散射辐射的直接测量，且可以实现在所述两个焦点/检测器系统的连续运行中对散射辐射分量的确定。
散射辐射总体上分为前向散射和横向散射。然而，前向散射与主辐射抵消，并不作用在其它转动错开地设置的焦点/检测器系统上并因此在本申请中不予考虑。在下文中以术语散射辐射表示的辐射在本发明的实质上涉及的总是辐射的横向散射，该横向散射在转动错开地设置的焦点/检测器系统中导致对直接辐射衰减的测量的失效，因为这些横向散射造成了实际衰减好像是降低了的假象，即使转动错开地设置的焦点/检测器系统处在运行状态下并产生在转动错开地设置的检测器中测得的散射辐射。
本发明人已经了解到，在用两个相互角度错开地设置的焦点/检测器系统对物体进行扫描时，产生散射辐射的典型分布，所述分布允许进一步根据在空间上相反的辐射的测量数据或对面的投影确定散射辐射分量。在此关键的是，相应于本发明者的知识的散射辐射并不同时产生于所扫描的物体内，而是基本上产生于该物体的朝向形成散射辐射的焦点的表面上。与之相应的是，散射辐射在投影中产生强度不对称的轮廓，据此也可以解释在未经校正的重建的CT数据中存在的非均匀性和伪影。
也就是说，基于这种认识可以确定，在对穿过物体的空间位置相同的射线进行观察时，至少大于在相反的方向上的辐射强度的强度分量可以被视为散射辐射分量。将这些认识扩展到以局部完全相同地取向且平行地分类的数据，不过偏移了180°或π的投影，以便相应地根据所述投影的差推断出，相反投影的各个正的强度叠加分别出自于相对于实际观察的焦点/检测器组合角度错开地设置的焦点/检测器组合的散射辐射。
本发明人以此基本思想作为基础提出了一种用于在对相同焦点/检测器系统的单个反向射线的观察下进行散射辐射校正的方法，以及另一种用于在反向的(也就是偏移了π的平行投影)观察下进行散射辐射校正的方法。
根据本发明的第一种基本思想，如下地改善了用于对CT系统进行散射辐射校正的已知方法(该CT系统带有两个相互角度错开地设置在转动支架上并同时运行的焦点/检测器系统，其中，为了对物体进行扫描，相互角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描该物体：它们绕CT系统的系统轴线转动，并根据所测得的焦点的辐射衰减来确定单个射线的多个吸收值并对所测得值进行散射辐射校正，以便随后在所获得的吸收数据的辅助下重建该物体的CT照片或CT立体数据)：对于焦点/检测器系统的每条直接射线，寻找一条偏移180°的相同焦点/检测器系统的反向互补射线，在该互补射线不是直接地从检测器数据提取出的情况下，通过对该焦点/检测器系统的空间位置和取向类似的射线的吸收数据的内插法而获得所述的反向互补射线，从每条直接射线的衰减后的强度值中减去互补射线的强度值，并在所述直接射线的强度值大于所述互补射线的强度值的情况下，将它们的强度值之差解释为散射辐射分量并从直接射线的强度值中减去，从而确定所述直接射线的校正后的吸收值，以便从所述校正后的吸收值重建CT照片或CT立体数据。
根据本发明的另一种基本思想，本发明人提出了对用于CT系统的散射校正的一种已知方法的改进，该CT系统带有两个相互角度错开地设置在转动支架上并同时运行的焦点/检测器系统，其中，在该已知方法中，为了对物体进行扫描，角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描该物体：它们绕CT系统的系统轴线转动，并根据所测得的焦点的辐射衰减从吸收值中建立多个平行投影，根据由物体衰减和未衰减的强度值计算得出这些吸收值，并且对所测得值进行散射辐射校正，以便借助于所述平行投影重建该物体的CT照片或CT立体数据。对该方法的改进在于，对于仅根据焦点/检测器系统的在相同方向上测得的吸收数据而得出的焦点/检测器系统的每个直接平行投影，寻找相同焦点/检测器系统的反向互补平行投影，在该互补平行投影不是直接地从检测器数据提取出的情况下，通过对该焦点/检测器系统的空间位置和取向类似的射线的吸收数据的内插法进行内插，然后将以通道方式(kanalweise)出现的带有正号的差解释为散射辐射分量，并为了散射辐射校正而从直接平行投影中以通道方式将其减去，以便从所述校正后的投影数据重建CT照片或CT立体数据。
通过相同基本思想的上述两种根据本发明的变化，可以仅仅从对物体(优选为患者)的扫描的经过分析的数据中在没有剂量损失的情况下计算得出散射辐射分量，并从所确定的射线的强度值将其减去，并从而显著改善根据校正后的测量数据重建的CT照片或CT立体数据。
要特别强调的是，所述方法必需以所测得的强度I而不是以吸收数据-ln(I/I0)来实施。
如果将这种方法应用于来自所使用的焦点/检测器系统的所有测量数据，那么就可以随后仅仅以相同焦点/检测器系统的吸收数据进行重建，或者可能为重建而混合两个焦点/检测器系统的吸收数据。例如在希望有更高的时间分辨率时，例如在心脏CT拍摄的情况下，这种方法可能是有利的。
此外还应当指出，在为每个焦点/检测器系统进行散射辐射校正之前可以且应当以一种已知的方式进行校准，这种校准涉及一般地公知的例如空气校准、对剂量监测值的归一化、射线硬化校正(Strahlaufhrtungskorrektur)、通道校正以及水定标。
为减少在区分两个焦点/检测器系统的测量结果时遇到的问题，在测量之前通过相互归一化额外地对所述焦点/检测器系统进行相互补偿是有利的。
还可能是有利的是，在直接射线和互补射线的散射辐射信号在其中消失的投影的通道区域内，也就是在投影的位置居中的通道的区域内，对散射辐射分量进行外推。对于该外推，可以例如使用对于中心通道总在边沿的(randstaendig)值并运用对散射辐射变化进行的搜索测量的知识。
附图说明
下面结合优选实施例并借助附图详细说明本发明，其中，仅示出了为理解所必需的特征。在此，采用了下述参考标记：1：CT系统；2：第一焦点；3：第一检测系器系统；4：第二焦点；5：第二检测器系统；6：支架壳体；7：患者；8：可移动的患者卧榻；9：系统轴线；10：控制和计算单元；11：X射线管2的扇形射线区域；12：X射线管4的扇形射线区域；13：直接投影p的散射辐射的强度变化；14：互补投影p’的散射辐射的强度变化；15：两个投影p和p’之间的通道形式的差；Prg1-Prgn：用于执行根据本发明的方法的计算机程序；I：强度；I0：初始强度；S：直接射线；S’：互补射线；FA：焦点/检测器系统FDSA的焦点；FB：焦点/检测器系统FDSB的焦点；DA：焦点/检测器系统FDSA的检测器；DB：焦点/检测器系统FDSB的检测器；Δ：互补射线S’的散射射线分量；βA：焦点/检测器系统FDSA的扇形角；βB：焦点/检测器系统FDSB的扇形角。
具体而言，附图中：
图1示意性地以三维视图示出了带有两个角度错开地设置的焦点/检测器系统的CT系统；
图2示意性地示出了图1所示的CT系统的横截面的视图；
图3以简化图的形式示出了穿过患者的直接射线以及来自角度错开的焦点的同时的散射辐射分量；
图4为图3发生180°角度错开后的视图；
图5示出了在直接投影和对该直接投影进行互补的平行投影所包含的差图像变化中散射辐射的强度变化。
具体实施方式
图1示出了示例性的带有两个焦点/检测器系统的计算机断层造影(CT)系统1，所述焦点/检测器系统包括：带有第一X射线管2和对面的检测器3的第一焦点/检测器系统FDSA，和带有第二X射线管4和对面的检测器5的第二焦点/检测器系统FDSB。焦点/检测器系统2、3和4、5成90°角度错开地设置于在此未明确示出的位于支架壳体6之内的支架，并在扫描过程中绕系统轴线9运动，而患者7则连续地或顺序地移动通过扫描区域。为此，使用可纵向移动的患者卧榻8，该患者卧榻由控制和计算单元10控制。所述控制和计算单元10也负责对于带有两个焦点/检测器系统2、3和4、5的支架的控制和运行。此外，在该控制和计算单元10中，由所述两个焦点/检测器系统获得的吸收数据被搜集，并也可以据此通过已知的重建方法换算成CT图像数据组或CT立体数据组。为此，使用示例性地示出的程序Prg1至Prgn，在所述程序中也描述了根据本发明的方法步骤。
图2中的示意图用来更好地理解在这样一种带有两个焦点/检测器系统的CT系统中的横向散射的问题。其中示出了带有粗略表示的内部结构的患者7，该患者由两个焦点/检测系统FDSA和FDSB进行扫描，其中焦点/检测器系统FDSB与焦点/检测器系统FDSA成90°角度错开地设置，而焦点/检测器系统FDSA带有焦点FA和检测器DA，焦点/检测器系统FDSB带有焦点FB和检测器DB。为了相对于图1给出更好的定向，用参考标记2和4表示出了两个所属的X射线管，而用参考标记5和3表示出了在此仅仅作为一行检测器元件示出的检测器DA和检测器DB。所使用的扇形射线区域的扇形角以βA和βB表示，其中焦点FA和FB构成射线锥12和11。
同样，示出了两个焦点/检测器系统的旋转方向。
如果对从焦点FA向检测器DA的检测器元件发出的直接射线进行观察，则发现，在两个焦点/检测器系统运行时，同时产生散射辐射Δ，该散射辐射同样为在测量到射线S的强度I的、相同检测器元件上的所测得强度做出贡献。本发明人由此认识到，散射辐射的主要部分基本上从被扫描物体的表面层发出，使得例如不是从患者的所有深度层中产生平行于射线S的辐射，而是主要在患者朝向检测器DA的一侧产生散射辐射分量。由于这种几何关系造成了，在观测散射辐射分量的平行投影时从通道的数量上看具有非对称的变化，正如在图5中示例性地以曲线13的变化示出或以曲线14的变化示出的那样。
观察图3中的单条扫描射线S，该射线从焦点FA发出朝向检测器DA的检测器元件并且倾斜，在该处基本上必须产生由与其成90°偏转的焦点FB造成的散射辐射，从而形成散射辐射的主要来源位置，如图3中以散射辐射分量Δ的虚线所示的那样。
为此，图4示出互补地延伸的射线S’，如图所示，两个焦点/检测器系统转过180°。如果通过这一射线变化计算衰减，则射线S’本身必须具有与图3所示射线S相同的强度I。然而，由于图4中的焦点FB设置于另一侧，并且通过所述射线从FB到DA的点线(gepunketet)路径的散射辐射具有明显较小的强度，因而仅仅根据所述射线S和与其互补地设置的射线S’两者的强度的差图像可以确定在图3中测得的散射辐射的基本分量。
按照这种方式可以基本上在所有射线的情况下得出以偏转了180°的相同检测器系统测量的直接射线S和与其互补的射线S’的差，其中，在直接射线的强度I大于互补射线I’的强度时总是可以得出，这一分量是散射辐射分量，因此可以从射线S的强度I中扣除这一分量。
尽管要指出，不是100％的全部散射辐射分量都可以通过该方法从测量数据中去除，但是通过这一计算方法将绝大部分分量消除。
图5示出了一种直接和间接的平行投影的散射辐射的通过蒙特卡洛模拟计算得出的变化，其中，横坐标为通道，而纵坐标为任意单位的所测得的强度I。在此，以附图标记13表示直接投影的散射辐射的变化，而在此以变化14表示互补散射辐射的强度。在此示出为负的强度仅仅表示其涉及反向设置的强度，其中，在实际强度测量时显然仅出现正的强度。如果建立强度变化13和14两者之间的差，则获得曲线15，其中，根据本发明，将曲线15的所有的正值都从直接投影的强度的总变化中减去，并从而进行散射辐射校正。在此，对曲线15的负部分保持不予考虑。
总而言之，本发明提出了一种用于对CT系统进行散射辐射校正的方法，所述CT系统带有两个相互角度错开地设置于可转动的支架上并同时运行的焦点/检测器系统，其中，为了对物体进行扫描，两个角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描该物体：它们绕CT系统的系统轴线转动，并根据所测得的焦点的辐射衰减确定单个射线的多个吸收值，并且对所测得值进行散射辐射校正，其中，以通道方式为直接射线S确定由直接射线S的强度值I和相距180°的互补射线S’的强度值I’的正的差，并且将所述正的差Δ＝I-I’作为散射辐射校正从直接射线S的强度值I中扣除，以便由此确定衰减值并从中以已知的方式重建CT图像和CT立体数据。
应当理解，本发明的上述特征并不仅以各个已给出的组合，而且也按照其它组合或单独加以应用，而并不背离本发明的范围。
总而言之，通过本发明提出了一种用于对CT系统进行辐射校正的方法，其中，两个相互角度错开地设置于可转动的支架上的焦点/检测器系统同时运行，其中，为对物体进行扫描，该两个角度错开地设置的焦点/检测器系统如下地扫描该物体：它们绕CT系统的系统轴线转动，并根据所测得的焦点的辐射衰减确定单个射线的多个吸收值，并且对所测得值进行散射辐射校正，其中，以通道方式为直接射线S获得由直接射线的强度值和距离180°的互补射线的强度值的正的差，并且将所述正的差作为散射辐射校正从直接射线强度值中扣除，以便由此确定实际衰减值并从中以一种已知方式重建CT层图像或CT立体数据。
Claims (8)
1.一种用于对CT系统(1)进行散射辐射校正的方法，所述CT系统带有两个相互角度错开地设置于可转动的支架上并同时运行的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)，其中，
1.1.为了对物体(7)进行扫描，所述相互角度错开地设置的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)如下地扫描该物体：它们绕CT系统(1)的系统轴线(9)转动，并根据所测得的焦点(FA，FB)的辐射衰减而确定单个射线(S)的多个吸收值(a)，并且
1.2.借助于所获得的吸收数据重建该物体的CT照片或CT立体数据，其特征在于，
1.3.对于焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的每条直接射线(S)，寻找一条偏移180°的相同焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的反向互补射线(S’)，在该互补射线不是直接地从检测器数据提取出的情况下，通过对该焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的空间位置和取向类似的射线的吸收数据的内插法而获得所述的反向互补射线，
1.4.从每条直接射线(S)的衰减后的强度值(I)中减去互补射线(S’)的强度值(I’)，并且
1.5.将所述直接射线(S)的强度值(I)与所述互补射线(S’)的强度值(I’)之差的正值部分解释为散射辐射分量(Δ)，并将其从直接射线(S)的强度值(I)中扣除，并从中确定所述直接射线(S)的校正后的吸收值(akorr)，
1.6.从所述校正后的吸收值(akorr)中重建CT照片或CT立体数据。
2.一种用于对CT系统(1)进行散射辐射校正的方法，所述CT系统带有两个相互角度错开地设置于可转动的支架上并同时运行的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)，其中，
2.1.为了对物体(7)进行扫描，所述相互角度错开地设置的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)如下地扫描该物体：它们绕CT系统(1)的系统轴线(9)转动，并根据所测得的焦点(FA，FB)的辐射衰减从吸收值(p＝-ln(I/I0))中建立多个平行投影，根据由物体(7)衰减和未衰减的强度值(I，I0)计算得出这些吸收值，并且对所测得值进行散射辐射校正，并且
2.2.借助于所述平行投影重建该物体(7)的CT照片或CT立体数据，其特征在于，
2.3.对于仅根据焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的在相同方向上测得的吸收数据(a)而得出的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的每个直接平行投影(p)，寻找一个相同焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的反向互补平行投影(p’)，在该互补平行投影不是直接地从检测器数据提取出的情况下，通过对该焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的空间上位置和取向类似的射线的吸收数据的内插法进行内插，
2.4.从每个直接平行投影(p)的衰减后的强度值(I)以通道方式减去互补平行投影(p’)的强度值(I’)的值，
2.5.将以通道方式出现的带有正号的差解释为散射辐射分量(Δ)，并为了散射辐射校正而将其从直接平行投影(p)中以通道方式扣除，并且
2.6.从校正后的投影数据(pkorr)重建CT照片或CT立体数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，仅仅使用相同焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的吸收数据进行重建。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为进行重建，将两个焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)的吸收数据相混合。
5.根据上述权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，在为每个焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)进行散射辐射校正之前进行校准，尤其是空气校准和/或对剂量监测值的归一化和/或射线硬化校正和/或通道校正和/或水定标。
6.根据上述权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，在执行散射辐射校正之前，将焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)相互归一化。
7.根据上述权利要求1至6中任何一项所述的方法，其特征在于，在所述直接射线和互补射线的散射辐射的信号在其中消失的所述投影的通道区域中，对散射辐射分量进行外推。
8.一种CT系统(1)，其带有两个相互角度错开地设置于可转动的支架上并同时运行的焦点/检测器系统(FDSA，FDSB)，以及至少一个带有计算机程序(Prg1-Prgn)的控制和计算单元(10)，该控制和计算单元控制所述CT系统(1)的运行并重建CT照片或CT立体数据，其特征在于，至少一个计算机程序(Prg1-Prgn)包含计算机编码，所述计算机编码在其执行时模拟上述方法权利要求中的至少一项。
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