RU2776773C2

RU2776773C2 - Geometric combination, sample movement adjustment and normalization of intensity of computer tomography projections using pi-lines optimization

Info

Publication number: RU2776773C2
Application number: RU2019107567A
Authority: RU
Inventors: Эндрю М. КИНГСТОН; Олаф ДЕЛЬГАДО-ФРИДРИХС; Гленн Р. МАЙЕРС; Шейн Дж. ЛЭТАМ; Эдриан П. ШЕППАРД; Тронд К. ВАРСЛОТ; Петр СТРЕЛЕЦ
Original assignee: Феи Компани
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2022-07-26

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: method for the adjustment of non-combination of a computer tomography system includes: obtaining sample projections, wherein each projection of the mentioned projections is obtained at different location around the sample, based on a trajectory; determination of pairs of opposite projections of the mentioned projections based on a corresponding pi-line; determination of an inconsistency value between data of the corresponding pi-line for each pair of opposite projections, wherein data of the pi-line is based, at least partially, on detector data; and combination of each pair of opposite projections by minimization of difference of detector data associated with corresponding pi-lines for each pair of opposite projections. Moreover, for each pair of opposite projections, a location and/or orientation of a detector and/or location of a source is displaced until the difference of detector data between the pair of opposite projections is minimized. The computer tomography system contains a source for X-ray emission; a detector for detection of X-rays passed through the sample or around it; and a controller made with the possibility of control of the source and the detector. In this case, the controller additionally contains a program code for the implementation of the method.

EFFECT: use of this group of inventions will allow for an increase in the efficiency of adjustment of inconsistency of a computer tomography system.

27 cl, 7 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к компьютерной томографии и, конкретнее, к оптимизации согласованности пи-линий для получения геометрического совмещения, коррекции движения образца и нормализации интенсивности в компьютерной томографии.[0001] The present invention relates generally to computed tomography, and more specifically to optimizing pi-line consistency to obtain geometric registration, sample motion correction, and intensity normalization in computed tomography.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Для получения данных о внутренней структуре образца в компьютерной томографии (КТ) используют разные способы исследования, например, рентгеновские лучи или электронные пучки. Для получения данных, снятых под многими углами относительно образца, в системах КТ обычно используют перемещение, например вращение, образца и источника рентгеновского излучения и детектора относительно друг друга. Затем данные сканирования могут обрабатываться с помощью алгоритмов для получения реконструкций участков внутри образца. На разрешающую способность реконструкций могут влиять расстояния между различными компонентами, такими как источник, образец и детектор. Например, в системах КТ с конусным пучком излучения большое расстояние между источником и образцом обычно приводит к снижению разрешающей способности полученных данных. Кроме того, на качество реконструкций могут влиять зависимые от времени изменения компонентов системы, которые происходят в процессе сканирования. Например, перемещение образца и/или источника-детектора может быть не совсем таким, как ожидаемое, что приводит к несовмещению. К тому же, изменяющаяся по времени интенсивности источника также может оказывать влияние на полученные данные.[0002] To obtain data on the internal structure of the sample in computed tomography (CT) use different methods of research, for example, x-rays or electron beams. To obtain data taken from many angles relative to the sample, CT systems typically use movement, such as rotation, of the sample and the x-ray source and detector relative to each other. The scan data can then be processed with algorithms to obtain reconstructions of regions within the sample. The resolution of the reconstructions can be affected by the distances between different components such as source, sample, and detector. For example, in cone-beam CT systems, a large distance between the source and the sample usually leads to a decrease in the resolution of the acquired data. In addition, the quality of reconstructions can be affected by time-dependent changes in system components that occur during scanning. For example, the movement of the sample and/or source detector may not be exactly as expected, resulting in misalignment. In addition, time-varying source intensity can also affect the acquired data.

[0003] Несовмещение может повлиять на качество реконструкций. Хотя было предпринято много попыток смягчить такое зависимое от времени несовмещение и изменения интенсивности источника, такие попытки требуют больших вычислительных затрат или использования чрезвычайно точной механики. Следовательно, требуется способ решения проблемы, связанной с временным несовмещением и изменениями интенсивности источника, устраняющий ограничения из предыдущих решений. В более общем случае, этот способ может быть применен к оценке после получения любой формы отклонения от идеализированного эксперимента, которая проявилась бы в ненулевом значении разности данных для лучей противоположного направления.[0003] Misregistration can affect the quality of the reconstructions. While many attempts have been made to mitigate such time-dependent misalignment and source intensity changes, such attempts require high computational costs or the use of extremely precise mechanics. Therefore, what is needed is a way to solve the problem of temporal misalignment and changes in source intensity that overcomes the limitations of the previous solutions. More generally, this method can be applied to the evaluation after receiving any form of deviation from the idealized experiment, which would manifest itself in a non-zero value of the data difference for rays of the opposite direction.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0004] В данном документе раскрыты способы и устройства для геометрического совмещения, коррекции движения образца и нормализации интенсивности проекций компьютерной томографии с использованием оптимизации пи-линий. Примерный способ по меньшей мере включает в себя получение множества проекций образца, причем каждую проекцию из упомянутого множества получают в различном местоположении вокруг образца на основе траектории; определение пар противоположных проекций из упомянутого множества проекций на основе соответствующей пи-линии; и определение величину несогласованности между данными соответствующей пи-линии для каждой пары противоположных проекций, для которых данные для пи-линии основаны по меньшей мере частично на данных измеренной интенсивности.[0004] Disclosed herein are methods and apparatus for geometric alignment, sample motion correction, and intensity normalization of computed tomography projections using pi-line optimization. An exemplary method at least includes obtaining a plurality of projections of the sample, and each projection from the said set is obtained at a different location around the sample based on the trajectory; determining pairs of opposite projections from said plurality of projections based on the corresponding pi line; and determining an amount of inconsistency between the corresponding pi-line data for each pair of opposite projections for which the pi-line data is based at least in part on measured intensity data.

[0005] Система КТ содержит источник для выдачи рентгеновского излучения, детектор для обнаружения рентгеновских лучей после их прохождения через образец и контроллер, выполненный с возможностью управления источником и детектором, причем контроллер дополнительно содержит управляющую программу, которая, будучи исполняемой, заставляет контролеру команду получать множество проекций образца, причем каждая проекция из упомянутого множества проекций получается в различном местоположении вокруг образца на основе траектории; определять пары противоположных проекций из упомянутого множества проекций образца на основе соответствующей пи-линии; и определять величину несогласованности между данными соответствующей пи-линии для каждой пары противоположных проекций, где данные пи-линии основаны по меньшей мере частично на данных ослабления.[0005] The CT system includes a source for issuing x-rays, a detector for detecting x-rays after they have passed through the sample, and a controller configured to control the source and the detector, the controller further comprising a control program that, when executed, causes the controller to receive a set of projections of the sample, and each projection of the aforementioned set of projections is obtained in a different location around the sample based on the trajectory; determine pairs of opposite projections from said plurality of sample projections based on the corresponding pi line; and determining the amount of inconsistency between the respective pi line data for each pair of opposite projections, where the pi line data is based at least in part on attenuation data.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0006] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение системы КT согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию.[0006] FIG. 1 is a schematic representation of a CT system according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0007] Фиг. 2А и 2В представляют собой примеры КТ сканирований согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию.[0007] FIG. 2A and 2B are examples of CT scans according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0008] Фиг. 3А-3С представляют собой схемы проекций сканирования КТ в горизонтальной плоскости согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию. [0008] FIG. 3A-3C are horizontal plane CT scan projections according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0009] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение комбинации двух проекций пи-линии согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию.[0009] FIG. 4 is a schematic representation of a combination of two pi line projections according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0010] Фиг. 5А-5С изображают пару проекций согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию.[0010] FIG. 5A-5C depict a pair of projections according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0011] Фиг. 6 описывает примерный способ совмещения проекций КТ сканирования на основе пи-линий согласно варианту осуществления изобретения раскрытому в данном документе.[0011] FIG. 6 describes an exemplary pi-line-based CT scan alignment method according to the embodiment of the invention disclosed herein.

[0012] Фиг. 7 представляет собой примерную функциональную блок-схему системы КT согласно варианту осуществления изобретения по данному раскрытию. [0012] FIG. 7 is an exemplary functional block diagram of a CT system according to an embodiment of the invention of this disclosure.

[0013] Одинаковые номера позиций относятся к соответствующим частям на нескольких видах чертежей.[0013] Like reference numerals refer to corresponding parts in multiple views of the drawings.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0014] Варианты осуществления по настоящему изобретению описаны ниже в контексте устройства томографической визуализации для микроразмерной или наноразмерной компьютерной томографии малых объектов, которые могут быть любой формы, но которые часто имеют цилиндрическую форму, с использованием конусного пучка рентгеновского излучения и круговой либо спиральной траектории сканирования. В некоторых вариантах осуществления изобретения пи-линии могут быть использованы для совмещения проекций, таких как пары почти противоположных друг к другу проекций, для коррекции зависимого от времени несовмещения и других варьирующих во времени изменений системы, а также могут комбинироваться со способами коррекции статических несовмещений. Такое зависимое от времени несовмещение и другие варьирующие во времени изменения, такие как несогласованная яркость источника, как правило, могут быть отнесены к несогласованностям в данных, связанным с противоположными проекциями. Однако понятно, что способы, описанные в данном документе, общеприменимы к широкому диапазону различных томографических способов и устройств, включая системы как с конусным, так и параллельным пучком излучения, и не ограничиваются каким-либо конкретным типом устройства, типом пучка, типом объекта, линейным масштабом или траекторией сканирования [0014] Embodiments of the present invention are described below in the context of a tomographic imaging device for microscale or nanoscale computed tomography of small objects, which can be of any shape, but which are often cylindrical, using a cone X-ray beam and a circular or helical scan path. In some embodiments, pi lines can be used to align projections, such as pairs of near-opposite projections, to correct for time-dependent misalignments and other time-varying system changes, and can also be combined with methods for correcting static misalignments. This time-dependent misalignment and other time-varying changes, such as inconsistent source brightness, can generally be attributed to data inconsistencies associated with opposite projections. However, it is understood that the methods described herein are generally applicable to a wide range of different imaging techniques and devices, including both cone and parallel beam systems, and are not limited to any particular device type, beam type, object type, linear scale or scan path

[0015] В контексте настоящей заявки и в пунктах формулы изобретения упоминание элемента в единственном числе не исключает множества таких элементов за исключением случаев, когда явно подразумевается иное. Кроме того, термин «включает» означает «содержит». К тому же термин «соединенный» не исключает наличия промежуточных звеньев между соединенными элементами.[0015] In the context of the present application and in the claims, the mention of an element in the singular does not exclude a plurality of such elements, unless expressly implied otherwise. In addition, the term "includes" means "comprises". In addition, the term "connected" does not exclude the presence of intermediate links between the connected elements.

[0016] Никоим образом не следует считать, что данный документ ограничен системами, устройствами и способами, раскрытыми в нем. Наоборот, настоящее изобретение направлено на всем новые и неочевидные признаки и аспекты различных раскрытых вариантов осуществления, как взятым отдельно, так и в различных комбинациях и подкомбинациях одного с другим. Раскрытые системы, способы и устройства не ограничены каким-либо конкретным аспектом или признаком, или сочетанием вышеуказанного, а также раскрытые системы, способы и устройства не требуют наличия какого-либо одного или более конкретных преимуществ или решений проблемы. Любые описания функционирования использованы для облегчения разъяснения, но раскрытые системы, способы и устройства не ограничены такими принципами действия. [0016] In no way should this document be considered limited to the systems, devices, and methods disclosed therein. Rather, the present invention is directed to novel and non-obvious features and aspects of the various disclosed embodiments, either alone or in various combinations and subcombinations of one with the other. The disclosed systems, methods, and apparatuses are not limited to any particular aspect or feature, or combination of the foregoing, nor are the disclosed systems, methods, and apparatuses required to provide any one or more particular advantages or solutions to a problem. Any descriptions of operation are used to facilitate explanation, but the disclosed systems, methods, and apparatuses are not limited to such operating principles.

[0017] Хотя для удобства изложения действия некоторых из раскрытых способов описаны в определенном последовательном порядке, следует понимать, что этот стиль описания включает в себя изменение порядка их выполнения за исключением случаев, когда нижеследующие конкретные формулировки требуют в описании использования определенной последовательности. Например, в некоторых случаях порядок выполнения действий, изложенных последовательно, может быть изменен либо такие действия могут выполняться одновременно. Помимо этого, для простоты изложения, прилагаемые фигуры могут не отображать различных вариантов использования раскрытых систем, способов и устройств в сочетании с иными системами, способами и устройствами. Кроме того, для описания раскрытых способов в описании иногда используются такие термины, как «изготавливать» и «получать». Эти термины представляют собой абстрактные формы высокого уровня для фактически выполняемых действий. Фактические действия, которые соответствуют этим терминам, будут меняться в зависимости от конкретного варианта осуществления и легко определяются специалистом в данной области техники.[0017] Although, for convenience of presentation, the operations of some of the disclosed methods are described in a certain sequential order, it should be understood that this style of description includes a change in the order of their execution, except when the following specific statements require the use of a certain sequence in the description. For example, in some cases, the order of performing actions set out in sequence may be changed, or such actions may be performed simultaneously. In addition, for ease of presentation, the accompanying figures may not depict various uses of the disclosed systems, methods, and devices in combination with other systems, methods, and devices. In addition, terms such as "manufacture" and "obtain" are sometimes used in the description to describe the disclosed methods. These terms are high-level abstract forms for the actions actually performed. The actual actions that correspond to these terms will vary depending on the particular implementation and are easily determined by a person skilled in the art.

[0018] В некоторых примерах значения, процедуры или устройства обозначены как «самые низкие», «лучшие», «минимальные» или тому подобное. Понятно, что такие описания предназначены для указания на возможность выбора из множества используемых функциональных альтернативных вариантов, и для выбранного варианта не требуется быть лучше, меньше или более предпочтительным по сравнению с другими. Кроме того, выбранные значения могут быть получены с помощью численных или иных приближенных способов вычисления и представлять собой лишь приближение к абсолютно точным значениям.[0018] In some examples, values, procedures, or devices are designated as "lowest", "best", "minimum", or the like. It is understood that such descriptions are intended to indicate the possibility of choosing from a variety of usable functional alternatives, and the selected option is not required to be better, smaller, or more preferred than others. In addition, the selected values can be obtained using numerical or other approximate methods of calculation and represent only an approximation to absolutely accurate values.

[0019] Лабораторные системы КТ, которые могут быть применимы для получения микроразмерных или наноразмерных данных, используют для визуализации различных образцов. Образцы могут быть биологическими, минералогическими, кристаллографическими и т.п., а полученное изображение может представлять собой реконструкцию внутренней структуры. В общем случае система КТ содержит источник рентгеновского излучения и детектор с образцом, расположенным между ними. Источник КТ может испускать излучение равномерно по широкоугольному конусу (КТ на основе широкоугольного конуса может называться конусно-лучевой томографией), и эффективность такой конусно-лучевой томографии возрастает при более высоких углах падения конуса на образец, что может быть получено за счет использования небольших расстояний между источником и образцом. Как было отмечено, эти системы КТ либо перемещают образец относительно источника и детектора, либо перемещают совместно источник и детектор относительно образца. В некоторых вариантах осуществления изобретения относительное перемещение образца по отношению к источнику и детектору может включать в себя вращение либо образца, либо пары источник-детектор. Например, образец может вращаться, то есть вращаться вокруг оси в пространстве между источником и детектором. В системах КТ могут наблюдаться зависимое от времени несовмещение в процессе сканирований и/или несогласованностей в функционировании различных компонентов от проекции к проекции, что может, например, приводить к нежелательному ухудшению качества реконструкций. [0019] Laboratory CT systems, which may be applicable to obtain microscale or nanoscale data, are used to visualize various samples. The samples may be biological, mineralogical, crystallographic, and the like, and the resulting image may be a reconstruction of the internal structure. In general, the CT system contains an X-ray source and a detector with a sample located between them. A CT source can emit radiation evenly over a wide-angle cone (wide-angle CT can be called cone beam tomography), and the efficiency of such cone beam tomography increases at higher angles of incidence of the cone on the sample, which can be obtained by using small distances between source and model. As noted, these CT systems either move the sample relative to the source and detector, or move the source and detector together relative to the sample. In some embodiments of the invention, the relative movement of the sample with respect to the source and detector may include rotation of either the sample or the source-detector pair. For example, the sample may rotate, that is, rotate around an axis in the space between the source and the detector. In CT systems, there may be time-dependent misalignment during scans and/or inconsistencies in the operation of various components from projection to projection, which may, for example, lead to undesirable deterioration in the quality of reconstructions.

[0020] Ряд эффектов может вызывать нежелательное относительное перемещение точечного источника рентгеновского излучения, образца и детектора, приводящие к несовмещению томографического устройства. Некоторые компоненты систем КТ могут изменяться во время получения данных, например, смещение точки источника рентгеновского излучения, погрешности в моторизированных этапах позиционирования и тепловое расширение компонентов представляют собой несколько примеров, приводящих к ошибкам несовмещения. Кроме того, временные или пространственные изменения интенсивности источника и/или спектрального состава источника также могут приводить к получению несогласованных данных. Несогласованные данные ухудшают качество изображения, что обычно проявляется, например, в артефактных пространственных изменениях значений серого в реконструированных изображениях. Как проблемы совмещения, так и проблемы несогласованных данных в системах КТ могут приводить к ухудшению качества изображения и реконструкций. В контексте данного документа термин «несогласованность» может использоваться для описания несовмещения, несогласованных данных либо того и другого, а раскрытые в данном документе способы направлены на решение проблем, связанных с обоими явлениями, рассмотренными либо в отдельности, либо в их сочетании.[0020] A number of effects can cause undesirable relative movement of the point x-ray source, sample, and detector, leading to misalignment of the tomographic device. Some components of CT systems can change during data acquisition, such as x-ray source point offset, errors in motorized positioning steps, and thermal expansion of components are a few examples that lead to misalignment errors. In addition, temporal or spatial variations in source intensity and/or source spectral composition can also lead to inconsistent data. Inconsistent data degrades image quality, which usually manifests itself, for example, in artifactual spatial changes in gray values in reconstructed images. Both alignment problems and inconsistent data problems in CT systems can result in poor image quality and reconstructions. In the context of this document, the term "inconsistency" can be used to describe misalignment, inconsistent data, or both, and the methods disclosed herein are directed to solving problems associated with both phenomena, considered either separately or in combination.

[0021] Ошибки, связанные с моторизированным позиционированием, могут в некоторых случаях создавать серьезные проблемы. Стандартные механические устройства могут оказаться непригодными для обеспечения точности полного трехмерного позиционирования, необходимого для микроразмерных и наноразмерных систем КТ. Обычно желательно иметь устройства, способные выдерживать большие нагрузки и обеспечивать значительные длины перемещений. Однако такие устройства могут быть недостаточно точными и могут демонстрировать систематические и несистематические ошибки движения, например, мертвый ход. Поэтому, как правило, при реконструкции изображения микро-КТ необходимо проводить коррекцию несовмещения. В настоящем описании разъяснен способ идентификации и коррекции как статических, так и зависимых от времени ошибок на основе минимальных допущений и относительно небольших вычислительных затрат. По сравнению с известными техническими способами раскрытый подход является значительно более надежным и эффективным, особенно при применении к данным, полученным их высокоизотропных траекторий сканирования, таких как заполняющие пространство траектории, что может быть связано с тем, что более изотропные траектории имеют пи-линии, которые более широко распределены по пространству возможных положений и углов .[0021] Errors associated with motorized positioning can in some cases create serious problems. Standard mechanical devices may not be suitable for the full 3D positioning accuracy required for micro- and nano-sized CT systems. It is generally desirable to have devices capable of withstanding heavy loads and providing significant travel lengths. However, such devices may not be accurate enough and may exhibit systematic and non-systematic motion errors, such as backlash. Therefore, it is usually necessary to perform misregistration correction when reconstructing a micro-CT image. The present description explains a method for identifying and correcting both static and time dependent errors based on minimal assumptions and relatively low computational cost. Compared to prior art techniques, the disclosed approach is significantly more reliable and efficient, especially when applied to data acquired from highly isotropic scan trajectories such as space-filling trajectories, which may be due to the fact that more isotropic trajectories have pi lines that more widely distributed over the space of possible positions and angles.

[0022] Кроме того, ошибки, связанные с получением несогласованных данных из-за временных или пространственных изменений интенсивности источника и/или спектрального состава источника могут создавать проблемы с проведением реконструкций. Например, различия в интенсивности источника и/или его спектральном составе могут приводить к различным значениям ослабления, и например, к слабому соответствию между противоположными проекциями.[0022] In addition, errors associated with obtaining inconsistent data due to temporal or spatial variations in source intensity and/or spectral composition of the source can create problems with reconstructions. For example, differences in source intensity and/or its spectral composition can lead to different attenuation values, and for example, to a weak match between opposite projections.

[0023] Траектории сканирования, будь то круговая, спиральная, двойная спиральная или заполняющая пространство обычно имеют множество пар проекций, для которых точки источника размещены практически с противоположных сторон образца. Обычно траектории сканирования могут быть определены системой координат в системе отсчета образца, причем траекторию задает движение точечного источника в системе координат. Корректно совмещенные данные могут повысить качество реконструированных изображений. Усовершенствования могут способствовать повышению симметрии траектории сканирования, как фактической, так и расчетной, снижению изменения коэффициента усиления в пределах образца или, например, при большем числе углов обзора. Однако, если несовмещенные в противоположном направлении проекции не находятся в ожидаемом/желаемом местоположении, основанном на модели траектории, например, в результате статического и/или зависимого от времени несовмещения, как обсуждалось выше, тогда получающиеся в результате реконструкции могут иметь качество хуже ожидаемого, что проявляется в появлении фантомных контуров, размытия либо смазывания изображения, «двойных контуров» и т.д. Эти несовмещения, как правило, более существенны для микро- и нано- КТ из-за размера вокселей и значения относительного несовмещения, которое имеет тот же порядок величины. Несмотря на то, что в течение ряда лет были разработаны различные способы совмещения, такие как программное совмещение на этапе после получения данных («апостериори») и физическое совмещение систем на этапе до получения данных, такие известные способы либо обеспечивают неполную коррекцию, либо требуют больших затрат временных и/или финансовых ресурсов. Следовательно, необходим способ совмещения, реализация которого требует меньшего количества операций компьютерной обработки.[0023] Scan paths, whether circular, helical, double helix, or space-filling, typically have multiple pairs of projections for which source points are placed on substantially opposite sides of the specimen. Typically, scanning trajectories can be defined by a coordinate system in the reference system of the sample, and the trajectory specifies the movement of a point source in the coordinate system. Correctly aligned data can improve the quality of reconstructed images. Improvements can improve the symmetry of the scan path, both actual and calculated, reduce the change in gain within the sample, or, for example, at a greater number of viewing angles. However, if the projections that are misaligned in the opposite direction are not in the expected/desired location based on the trajectory model, for example, as a result of static and/or time-dependent misalignment as discussed above, then the resulting reconstructions may be of poorer quality than expected, such that manifests itself in the appearance of phantom contours, blurring or smearing of the image, “double contours”, etc. These misregistrations tend to be more significant for micro- and nano-CT due to the size of the voxels and the relative misalignment value, which is of the same order of magnitude. While various alignment techniques have been developed over the years, such as post-acquisition software alignment (“post- acquisition ”) and pre-acquisition physical alignment of systems, such known techniques either provide incomplete correction or require large time and/or financial resources. Therefore, a matching method is needed, the implementation of which requires fewer computer processing operations.

[0024] Одно из решений включает высокоточный апостериорный способ измерения и коррекции зависимого от времени несовмещения томографического устройства до процесса реконструкции путем использования пар лучей с разных направлений, которые проходят один и тот же путь через образец, но в противоположных направлениях и, следовательно, выдают избыточную информацию. В контексте данного документа термины «луч» и «лучи» относятся к среде передачи, например рентгеновскому излучению или электронам, проходящим через образец по пути от источника к детектору. Каждый луч может воздействовать на пиксель детектора, а уровень интенсивности соответствующего луча записывают. При этом уровень интенсивности указывает на степени ослабления луча, прошедшего через образец, или величину преломления/дифракции из-за фазовой природы образца. Уровни интенсивности, записанные на детекторе, могут затем вносить вклад или быть использованы для получения двумерного проекционного изображения. Измеренную интенсивность каждого луча, проходящего через образец, можно сравнить со значением интенсивности эквивалентного беспрепятственно распространяющегося луча, например, из проекции «яркого поля», полученной при удалении образца, при этом сравнение обеспечивает указание на соответствующее ослабление луча или изменении его фазы. Противоположные лучи, которые проходят один и тот же путь, могут называться пи-линиями, и любая пи-линия будет проходить через местоположение источника на каждой проекции из пары или из пар проекций, а также проходить путь через образец. Другим способом определения пи-линии была бы прямая линия между источником двух противоположных проекций, которая проходит по одному и тому же пути через образец и местоположение источника каждой из противоположных проекций. Кроме того, данные детектора от соответствующих лучей должны быть одинаковыми из-за одинакового ослаблении от образца. [0024] One solution involves a highly accurate a posteriori method for measuring and correcting time-dependent misalignment of a tomographic device before the reconstruction process by using pairs of rays from different directions that travel the same path through the sample, but in opposite directions and, therefore, produce an excess information. In the context of this document, the terms "beam" and "beams" refer to the transmission medium, such as x-rays or electrons passing through the sample on the way from the source to the detector. Each beam can affect a detector pixel, and the intensity level of the corresponding beam is recorded. In this case, the intensity level indicates the degree of attenuation of the beam that passed through the sample, or the amount of refraction/diffraction due to the phase nature of the sample. The intensity levels recorded on the detector can then contribute to or be used to produce a 2D projection image. The measured intensity of each beam passing through the sample can be compared to the intensity value of an equivalent unobstructed beam, for example from a "bright field" projection obtained when the sample is removed, the comparison providing an indication of the corresponding beam attenuation or phase change. Opposite rays that follow the same path can be called pi-lines, and any pi-line will pass through the source location on each projection of the pair or of pairs of projections, as well as path through the sample. Another way to define a pi line would be a straight line between the source of two opposite projections that follows the same path through the sample and the location of the source of each of the opposite projections. In addition, the detector data from the respective beams must be the same due to the same attenuation from the sample.

[0025] С помощью данного способа можно достичь совмещения системы, скорректировать ошибки моторизированного позиционирования образца и скомпенсировать временные изменения потока источника, например, изменения потока рентгеновского излучения, поскольку каждый из этих факторов может привести к тому, что две точки данных детектора будут неодинаковыми. Для достижения вышеизложенной цели параметры, управляющие траекторией сканирования, расчетной либо фактической, изменяют достижения максимальной согласованности между парами точек данных, соответствующих каждой идентифицированной пи-линии. С целью компенсации ошибок движения точка источника или положение детектора могут быть смещены на основе каждой проекции, в то время как изменения потока могут быть скомпенсированы путем изменения интенсивности изображения для каждой проекции. По сравнению с другими способами рассматриваемый в данном документе способ с использованием пи-линий является более эффективным с точки зрения вычислений и может устранить статическое и зависимое от времени несовмещение наряду с изменением интенсивности в одном процессе. Вариации данного способа потенциально могут быть применены к неполным траекториям сканирования, имеющим недостаточное число пи-линий, в сочетании с условиями эпиполярной согласованности либо с помощью отдельного «контрольного сканирования», где до или после первичного получения данных получают подмножество проекций. К тому же, способ можно объединять с другими существующими способами коррекции несовмещения или их вариациями, при этом способы объединяют либо последовательно (когда с помощью одного способа уточняют оценку другого), либо совместно, либо путем использования каждого способа для коррекции различных аспектов.[0025] Using this method, system alignment can be achieved, errors in motorized sample positioning can be corrected, and temporal changes in source flow, such as changes in X-ray flux, can be compensated for, since each of these factors can cause two detector data points to be unequal. To achieve the above goal, the parameters that control the scan path, calculated or actual, change the achievement of maximum agreement between pairs of data points corresponding to each identified pi-line. In order to compensate for motion errors, the source point or detector position can be shifted on a per-view basis, while flux changes can be compensated by changing the image intensity on a per-view basis. Compared to other methods, the pi-line method discussed herein is more computationally efficient and can eliminate static and time-dependent misalignment along with intensity variation in a single process. Variations of this method can potentially be applied to incomplete scan paths having insufficient pi lines, in combination with epipolar matching conditions, or by using a separate "control scan" where a subset of projections is obtained before or after the initial acquisition of data. In addition, the method can be combined with other existing misregistration correction methods or variations thereof, the methods being combined either sequentially (when one method refines the estimate of the other), or together, or by using each method to correct different aspects.

[0026] Кроме того, способ получения низких вычислительных затрат может использовать исходные собранные данные для определения наличия какого-либо несовмещения и/или несогласованности и исправить такие несовмещение и/или несогласованность, если это необходимо. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения к исходным данным могут быть отнесены необработанные данные детектора или данные детектора после незначительной коррекции, например, по яркому полю или темному полю. Могут быть определены пи-линии и могут быть сопоставлены исходные данные для связанных пи-линий. В общем случае пи-линии могут быть рассчитаны в реальном (непрерывном) пространстве, и они могут не совпадать идеально с конкретным пикселем детектора. В этом случае требуется некоторая интерполяция значений пикселей детектора. В случае отсутствия несовмещения/несогласованности данные для двух точек, соответствующих каждой пи-линии («данные пи-линий»), должны быть идентичными, поскольку оба луча проходят один и тот же путь через образец независимо от направления, что приводит к одинаковым величинам ослабления. Однако если между противоположными проекциями существует несовмещение/несогласованность, то данные пи-линий могут отличаться. Чтобы скорректировать несовмещение/несогласованность, одна или обе противоположные парные проекции для каждой пары проекций для пи-линии могут быть поступательно перемещены, повернуты или увеличены, чтобы свести разность к минимуму. В альтернативном варианте траектория сканирования, фактическая или смоделированная, может быть изменена для представления несовмешения/несогласованности, например, путем смещения точки источника для каждой проекции, соответствующей каждой проекции, полученной во время сканирования. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждое сканирование может приводить к значительному числу пар проекций для пи-линии, и несовмещение может быть скорректировано для каждой пары по пи-линии либо одновременно, либо в результате итераций. В целом следует признать, что точность субпикселя (или субвокселя) может быть получена как в результате такой интерполяции на детекторе, так и потому, что можно интерполировать целевую функцию, вычисленную с использованием способа оптимизации, для определения минимальной точности до субвокселя.[0026] In addition, the low computational cost method can use the original collected data to determine if any mismatch and/or inconsistency exists and correct such mismatch and/or inconsistency if necessary. In some embodiments of the present invention, raw detector data or detector data after slight correction, such as bright field or dark field, may be referred to as raw data. Pi lines can be defined and reference data for associated pi lines can be compared. In general, pi lines can be calculated in real (continuous) space, and they may not match perfectly with a particular detector pixel. In this case, some interpolation of detector pixel values is required. In the absence of misalignment/inconsistency, the data for the two points corresponding to each pi line (“pi line data”) should be identical since both beams travel the same path through the sample regardless of direction, resulting in the same attenuation values. . However, if there is misalignment/inconsistency between opposite projections, then the pi-line data may differ. To correct misalignment/inconsistency, one or both of the opposite pair projections for each pair of projections for the pi line can be translated, rotated, or enlarged to minimize the difference. Alternatively, the scan path, actual or simulated, can be modified to represent mismatch/inconsistency, for example by shifting the source point for each projection corresponding to each projection obtained during the scan. In some embodiments of the present invention, each scan may result in a significant number of pairs of projections for the pi-line, and misregistration may be corrected for each pair along the pi-line, either simultaneously or as a result of iterations. In general, it should be recognized that the accuracy of a subpixel (or subvoxel) can be obtained both as a result of such interpolation at the detector, and because it is possible to interpolate the objective function calculated using the optimization method to determine the minimum accuracy to the subvoxel.

[0027] Хотя в данном документе преимущественно рассматривают полные сканирования образца, не следует считать, что изобретение ограничено таковым. Следует отметить, что изобретение также может быть использовано при сканировании исследуемой области (ИО), в которой область сканирования охватывает лишь часть образца. При сканировании в ИО особенно полезно проводить коррекцию интенсивности, поскольку в этом случае отсутствуют неослабленные лучи, которые можно сравнивать со значениями для яркого поля для оценки изменения интенсивности. В таком случае, при использовании термина «образец», его следует заменить на «исследуемый под-объем в образце».[0027] While this document is primarily concerned with full scans of the sample, it should not be considered that the invention is limited as such. It should be noted that the invention can also be used when scanning a region of interest (ROI) in which the scan area covers only part of the sample. In AUT scanning, intensity correction is especially useful, as there are no unattenuated beams that can be compared with bright field values to evaluate the change in intensity. In such a case, when using the term "sample", it should be replaced with "test sub-volume in the sample".

[0028] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение системы КT 100 согласно варианту осуществления изобретения по настоящему раскрытию. Систему КТ 100 можно использовать для получения проекций образца и выдачи в ответ изображений КТ и/или реконструкций. Система КТ 100 может по меньшей мере содержать источник 102, держатель 108 и детектор 106. В некоторых вариантах осуществления источник 102, держатель 108 и детектор 106 могут быть соединены с управляющей электроникой (не показана), которая управляет их работой и принимает данные от по меньшей мере детектора 106. Система КТ 100 может получать проекции, например, в виде данных по ослаблению рентгеновского излучения, образца 104, которые затем можно использовать для получения реконструкций желаемых областей и/или объемов образца 104. В некоторых вариантах осуществления пи-линии могут быть использованы для коррекции зависимого от времени несовмещения и/или флюктуаций источника в системе КТ 100. В общем случае, в контексте данного документа термины «несогласованность», «несогласованности» и «несогласованные данные» могут одновременно относиться как к зависимому от времени несовмещению, так и зависимым от времени флюктуациям источника, включая интенсивность источника и его спектральный состав. Однако такие термины могут также относиться к тем или иным зависимым от времени проблемам. Коррекция несогласованностей может быть выполнена апостериори, но до начала процесса реконструкции. В некоторых вариантах осуществления для коррекции несогласованностей могут быть использованы исходные или незначительно скорректированные проекционные данные. Обычно данные сканирования могут проходить различные этапы предварительной обработки для коррекции дефектных пикселей, нелинейного отклика детектора, увеличения жесткости излучения, темных полей, ярких полей и/или линеаризации. Вследствие этого основанный на пи-линиях способ коррекции, например, путем минимизации разности пи-линии, раскрытый в данном документе, может быть использован место на любом этапе предварительной обработки полученных данных до этапа использования данных для реконструкции изображения. [0028] FIG. 1 is a schematic representation of a KT 100 system according to an embodiment of the invention of the present disclosure. The CT system 100 can be used to acquire projections of a specimen and return CT images and/or reconstructions. CT system 100 may at least include source 102, holder 108, and detector 106. In some embodiments, source 102, holder 108, and detector 106 may be coupled to control electronics (not shown) that controls their operation and receives data from at least detector 106. CT system 100 can acquire projections, such as X-ray attenuation data, of sample 104, which can then be used to obtain reconstructions of desired areas and/or volumes of sample 104. In some embodiments, pi-lines can be used to correct for time-dependent misalignment and/or source fluctuations in the CT 100 system. In general, in the context of this document, the terms “inconsistency”, “inconsistencies” and “data mismatch” can simultaneously refer to both time-dependent misalignment and dependent from time to fluctuations of the source, including the intensity of the source and its spectral composition av. However, such terms may also refer to certain time-dependent problems. Inconsistency correction can be performed a posteriori, but before the reconstruction process begins. In some embodiments, the original or slightly corrected projection data may be used to correct inconsistencies. Typically, the scan data may be subjected to various pre-processing steps to correct for defective pixels, non-linear detector response, hardening, dark fields, bright fields, and/or linearization. Therefore, the pi-based correction method, for example, by minimizing the pi-line difference disclosed herein, can be used at any stage in the pre-processing of the received data up to the stage of using the data for image reconstruction.

[0029] Источник 102 может выдавать рентгеновские лучи 110 в форме конусного излучения, испускаемого источником 102 под большими углами конусности. В контексте данного документа, «большой угол конусности» обозначает угол, отсчитываемый от нормали к источнику 102. Исходя из этого определения, малый угол конусности будет представлять собой меньший угол, отсчитываемый от нормали. В общем случае, большой угол конусности обозначает больший конус, а малый угол конусности обозначает меньший конус. Кроме того, относительные расстояния между источником 102, образцом 104 и детектором 106 могут оказывать влияние на величину угла конусности, используемого для получения любой проекции. Эти относительные расстояния могут в целом влиять на величину разрешения сканирований, а также на область сканирования (ОСк). Как было упомянуто, при уменьшении этих расстояний могут быть получены изображения с более высоким разрешением за счет увеличения потока рентгеновского излучения, проходящего через образец 104 и попадающего на детектор 106. [0029] Source 102 may produce x-rays 110 in the form of cone radiation emitted from source 102 at large cone angles. In the context of this document, "large taper angle" means the angle measured from the normal to the source 102. Based on this definition, the small taper angle will be the smaller angle measured from the normal. In general, a large taper angle indicates a larger taper and a small taper angle indicates a smaller taper. In addition, the relative distances between source 102, sample 104, and detector 106 may affect the amount of taper angle used to obtain any projection. These relative distances can generally affect the resolution of the scans as well as the scan area (OS). As mentioned, as these distances are reduced, higher resolution images can be obtained by increasing the x-ray flux passing through sample 104 and reaching detector 106.

[0030] Детектор 106 может быть установлен для приема рентгеновских лучей, прошедших через образец 104. Детектор 106 может содержать сцинтиллятор, который при облучении рентгеновскими лучами генерирует световое излучение в видимой области спектра, и CCD или плоский датчик на основе аморфного кремния, установленный за сцинтиллятором, который генерирует данные изображения, представляющие собой двумерные изображения пространственного расположения сцинтилляций, генерируемых сцинтиллятором. В результате получается двумерное изображение или карта интенсивности рентгеновского излучения для рентгеновских лучей, проходящих через объект. Полученная в результате карта или карта интенсивности рентгеновского излучения может называться, например, проекцией. Понятно, что каждое из этих изображений показывает как внешние, так и внутренние структурные элементы образца 104, проецируемые вдоль направления распространения рентгеновских лучей, передаваемых через образец 104 на детектор 106.[0030] Detector 106 may be positioned to receive X-rays that have passed through sample 104. Detector 106 may include a scintillator that, when irradiated with X-rays, generates light in the visible region of the spectrum, and a CCD or flat amorphous silicon based sensor mounted behind the scintillator , which generates image data that is a two-dimensional image of the spatial arrangement of scintillations generated by the scintillator. The result is a two-dimensional image or x-ray intensity map for x-rays passing through the object. The resulting map or x-ray intensity map may be referred to as a projection, for example. It will be understood that each of these images shows both external and internal structural features of sample 104 projected along the direction of propagation of x-rays transmitted through sample 104 to detector 106.

[0031] Держатель 108 поддерживает образец 104. В некоторых вариантах осуществления держатель 108 может обладать возможностью вращения по направлению часовой стрелки, против направления часовой стрелки или в обоих направлениях (Θ показан на фиг. 1) и дополнительно обладать возможностью осуществлять поступательное перемещение вверх и вниз как показано в направлении Z, как показано на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления держатель 108, тем не менее, может оставаться неподвижным, в то время как источник 102 и детектор 106 совместно вращаются вокруг образца, также поступательно перемещаясь вдоль направлений +/– Z. Относительное перемещение образца 104 и пары источник 103/детектор 106 может определять траекторию, используемую при получении проекций, например данных изображения. В некоторых вариантах осуществления траектория может быть двухмерной, в то время как в других вариантах осуществления траектория может быть трехмерной. Например, 2D траектория может представлять собой окружность, например, с частичным или полным поворотом вокруг образца 104 в той же плоскости, а 3D траектория может представлять собой спираль или двойную спираль, образованную вокруг образца 104. Траектории в виде заполняющих пространство кривых (ПК) также могут быть использованы для получения 3D проекций образца 104, и могут считаться трехмерными траекториями. Траектории ПК могут образовывать совокупность точек сбора данных, расположенных вокруг поверхности образца 104, и будут более подробно рассмотрены ниже.[0031] The holder 108 supports the specimen 104. In some embodiments, the holder 108 may be rotatable in a clockwise direction, counterclockwise, or both (Θ shown in FIG. 1) and additionally be able to translate up and down as shown in the Z direction as shown in FIG. 1. In some embodiments, holder 108 may, however, remain stationary while source 102 and detector 106 co-rotate around the sample, also translating along the +/– Z directions. Relative displacement of sample 104 and source pair 103/ detector 106 may determine the trajectory used in obtaining projections, such as image data. In some embodiments, the implementation of the trajectory may be two-dimensional, while in other embodiments, the implementation of the trajectory may be three-dimensional. For example, a 2D trajectory may be a circle, for example, with a partial or complete rotation around the sample 104 in the same plane, and a 3D trajectory may be a spiral or double helix formed around the sample 104. Trajectories in the form of space-filling curves (PCs) are also may be used to obtain 3D projections of the sample 104, and may be considered 3D trajectories. The PC paths may form a collection of data points located around the surface of the sample 104 and will be discussed in more detail below.

[0032] Траектории выполняются системой КТ 100 для получения проекций образца 104 под желаемыми углами, например, в точках сканирования КТ вокруг образца 104. Траектории могут быть представлены как пути и/или положения сбора данных, в которых могут находиться источник 102 и детектор 106 вокруг образца 104 независимо от выбора фактически движущегося компонента. При движении по желаемой траектории система КТ 100 может получать изображения с изменяющимися скоростями, которые включают в себя непрерывные, полунепрерывные или периодические. Затем изображения могут быть объединены/обработаны для получения реконструкций срезов образца 104 вдоль любой желаемой плоскости. [0032] Trajectories are performed by the CT system 100 to obtain projections of the sample 104 at desired angles, for example, at CT scan points around the sample 104. The trajectories can be represented as acquisition paths and/or positions that source 102 and detector 106 can be around sample 104 regardless of the choice of the actual moving component. While moving along the desired path, the CT system 100 can acquire images at varying speeds, which include continuous, semi-continuous, or periodic. The images can then be combined/processed to obtain slice reconstructions of the sample 104 along any desired plane.

[0033] Проекции представляют собой рентгеновские изображения образца 104, полученные с помощью рентгеновских лучей 110. Рентгеновские лучи 110 испускаются из источника 102, передаются через образец 104, чтобы столкнуться с детектором 106. Рентгеновские лучи 110 могут испускаться, например, в геометрии веерного типа или в форме конуса. Каждый индивидуальный рентгеновский луч 110 проходит разный путь или линию от источника 102 к детектору 106 таким образом, что каждый рентгеновский луч 110, который проходит через образец 104, сталкивается с разным пикселем детектора 106 либо с промежуточным местоположением на детекторе 106, для которого промежуточные местоположения образуются между двумя или более пикселями. Данные детектора, например исходные данные по интенсивности, могут затем становиться затененными участками образца 104 на детекторе 106 вследствие ослабления рентгеновских лучей образцом 104 или вследствие фазового характера образца. Вследствие этого, данные детектора могут предоставлять информацию об ослаблении для образца 104 в соответствии с каждой рентгеновской линией или лучом. Для проекций, которые были получены с противоположных сторон образца 104, могут существовать рентгеновские линии, например, лучи, которые совмещены друг с другом и с источником 102. Лучи, которые совмещены друг с другом, могут проходить через образец по тому же пути, но в противоположных направлениях. Эти типы рентгеновских линий, как было рассмотрено выше, называют пи-линиями, поскольку они отстоят друг от друга на 180º, например, разделены углом в пи радиан. Как отмечалось, наряду с прохождением одинаковых линий внутри образца, пи-линии будут совмещены с источником с обеих сторон. При получении проекции система КТ 100 может моделировать траекторию и на основе модели определять, какие проекции должны быть противоположными, и дополнительно определять, какой пиксель на детекторе 106 будет содержать данные ослабления для пи-линии. В некоторых вариантах осуществления пи-линии могут не сталкиваться с отдельным пикселем, а попадать на детектор 106 в местоположения между пикселями, например, в промежуточные местоположения. В таком варианте осуществления настоящего изобретения данные, полученные для пикселей из окрестности точки столкновения, могут быть интерполированы или усреднены для получения пиксельных данных пи-линии. [0033] The projections are x-ray images of the sample 104 obtained using x-rays 110. The x-rays 110 are emitted from the source 102, transmitted through the sample 104 to collide with the detector 106. The x-rays 110 can be emitted, for example, in a fan-type geometry or in the shape of a cone. Each individual X-ray beam 110 travels a different path or line from source 102 to detector 106 such that each X-ray beam 110 that passes through sample 104 hits a different pixel in detector 106 or an intermediate location on detector 106 for which the intermediate locations are generated. between two or more pixels. Detector data, such as raw intensity data, may then become shadow areas of sample 104 on detector 106 due to X-ray attenuation by sample 104 or due to the phase nature of the sample. As a consequence, the detector data may provide attenuation information for the sample 104 in accordance with each x-ray line or beam. For projections that were taken from opposite sides of sample 104, there may be x-ray lines, such as beams that are aligned with each other and with source 102. Rays that are aligned with each other can travel through the sample along the same path, but in opposite directions. These types of x-ray lines, as discussed above, are called pi lines because they are 180º apart, for example, separated by an angle of pi radians. As noted, along with the passage of the same lines within the sample, the pi lines will be aligned with the source on both sides. When a projection is obtained, the CT system 100 may simulate the trajectory and, based on the model, determine which projections should be opposite, and further determine which pixel on the detector 106 will contain attenuation data for the pi line. In some embodiments, the pi lines may not collide with an individual pixel, but may hit detector 106 at locations between pixels, such as intermediate locations. In such an embodiment of the present invention, the data obtained for pixels from the vicinity of the collision point may be interpolated or averaged to obtain pi-line pixel data.

[0034] Поскольку пи-линии проходят один и тот же путь или линию через образец, они должны иметь одинаковые проекционные данные, например, пиксельные данные или данные ослабления. Однако, если пиксельные данные, связанные с пи-линиями, отличаются, например, не идентичны, то может быть установлено, что проекции, например проекции пи-линий, могут быть несовмещены друг с другом. Это несовмещение, например, может быть вызвано зависимым от времени движением компонента(ов) системы КТ, таким как дрейф источника 102, несогласованное перемещение держателя 108, несогласованное перемещение детектора 106 и т.п. или дополнительно вследствие геометрической ошибки или нескорректированного сдвига интенсивности/спектрального состава источника 102. Кроме того, если противоположные проекции несогласованы, либо вследствие несовмещения и/или несогласованность источника, то данные КТ могут быть изначально противоречивыми, и может быть трудно или невозможно произвести точную реконструкцию. В общем реконструкции КТ могут зависеть от идеальной или почти идеальной геометрической модели, и если в движении присутствуют неоднородности, например несовмещения, или несогласованность источника, то данные КТ могут быть изначально несогласованы, что может привести к трудностям или невозможности осуществления достоверной реконструкции. Например, реконструкции из несогласованных противоположных проекций могут содержать среди прочего искажения в виде размытия либо смазывания изображения и «двойных контуров». Пи-линии могут быть использованы для коррекции несовмещения/несогласованностей и уменьшения либо устранения искажений в проекциях и реконструкциях. Например, если система КТ 100 определит, что пи-линии из пары противоположных проекций отличаются, то система 100 может произвести смещение одной или обеих проекций из пары противоположных проекций для минимизации разность данных этой пи-линии. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения модель траектории может быть отрегулирована с учетом несовмещения. Например, модель траектории может быть параметризована с целью определения того, где проекции были быть получены без какой-либо зависимой от времени несогласованности/несовмещения пи-линии и связанной с этим минимизации. В других вариантах осуществления для совмещения пи-линий противоположные проекции могут быть смещены, повернуты или увеличены. В любом случае, коррекция несовмещений, как правило, приводит к размещению разных пикселей детектора 106 в конце каждой пи-линии, изменяя при этом сравниваемые значения и, как следствие, общую согласованность пи-линии.[0034] Since the pi lines follow the same path or line through the sample, they must have the same projection data, such as pixel data or attenuation data. However, if the pixel data associated with the pi lines is different, eg, not identical, then it can be found that the projections, eg, the projections of the pi lines, may be misaligned with each other. This misalignment may, for example, be caused by time-dependent motion of the CT system component(s), such as source 102 drift, holder 108 mismatch, detector 106 mismatch, and the like. or additionally due to a geometric error or an uncorrected shift in the intensity/spectral composition of the source 102. In addition, if the opposite projections are inconsistent, or due to misalignment and/or source inconsistency, then the CT data may be inherently inconsistent, and it may be difficult or impossible to produce an accurate reconstruction. In general, CT reconstructions may depend on an ideal or near-ideal geometry model, and if there are inhomogeneities in motion, such as misalignments, or source mismatches, then the CT data may be inherently inconsistent, which can lead to difficulties or impossibility of performing a reliable reconstruction. For example, reconstructions from inconsistent opposite projections may contain, among other things, distortions in the form of blurring or smearing of the image and "double contours". Pi-lines can be used to correct misalignment/inconsistencies and reduce or eliminate distortion in projections and reconstructions. For example, if CT system 100 determines that the pi lines from a pair of opposite projections are different, then system 100 may offset one or both projections from the pair of opposite projections to minimize the difference in that pi line data. In some embodiments of the present invention, the trajectory model may be adjusted for misalignment. For example, the trajectory model can be parameterized to determine where projections were obtained without any time-dependent pi-line inconsistency/misalignment and associated minimization. In other embodiments, the opposing projections may be shifted, rotated, or enlarged to align the pi lines. In either case, correcting for misregistrations typically results in placing different pixels of the detector 106 at the end of each pi-line, thereby changing the compared values and, as a result, the overall consistency of the pi-line.

[0035] Обычно каждая проекция составляет пару с большим количеством других проекций, для которых точка источника находится на другой стороне образца. Для пары проекций, которые являются достаточно противоположными, имеется общий, но противоположный по направлению путь пройденный лучом (например, пи-линия), потому что положение источника для одной проекции находится в области КТ сканирования для другой проекции. В некоторых примерах для каждой противоположной пары проекций для согласования по меньшей мере этих двух проекций может быть использована только одна пи-линия. Для согласования проекций с использованием малого количества допущений могут быть использованы исходные или практически исходные пиксельные данные, связанные с пи-линиями, выбранными на основе модели траектории. В общем случае раскрытый способ позволяет определять несовмещение на основе исходных или практически исходных пиксельных данных с использованием малого количества допущений, особенно по сравнению с известными способами. И поскольку согласование может быть осуществлено на основе проекции, зависимые от времени несовмещения, появившиеся между проекциями, могут быть исправлены или устранены. Кроме того, для коррекции несовмещения могут не потребоваться пробные реконструкции, которые необходимы для некоторых других способов, поскольку для коррекции используют исходные или практически исходные данные проекций. Хотя согласование с помощью пи-линий применимо к любому типу траектории, некоторые траектории могут быть скорректированы проще или более эффективно, чем другие. Например, траектория ПК может быть скорректирована проще или более эффективно по сравнению со спиральной траекторией, что может быть связано с пространственным положением траектории ПК и соответствующим широким распределением направлений и положений пи-линий.[0035] Typically, each projection is paired with a large number of other projections for which the source point is on the other side of the sample. For a pair of projections that are sufficiently opposite, there is a common but opposite path traveled by the beam (eg, a pi-line) because the source position for one projection is in the CT scan area for the other projection. In some examples, for each opposite pair of projections, only one pi line may be used to match at least the two projections. To match projections using a small number of assumptions, original or near-original pixel data associated with pi-lines selected based on the trajectory model can be used. In general, the disclosed method allows misregistration to be determined based on raw or near-original pixel data using a small number of assumptions, especially when compared to known methods. And since matching can be done on a projection basis, time-dependent misalignments introduced between projections can be corrected or eliminated. In addition, misregistration correction may not require trial reconstructions, which are necessary for some other methods, since the original or near-original projection data is used for correction. While pi-line matching is applicable to any type of toolpath, some toolpaths can be adjusted more easily or more effectively than others. For example, a PC path can be adjusted more easily or more efficiently than a spiral path, which may be due to the spatial position of the PC path and the corresponding wide distribution of pi line directions and positions.

[0036] На фиг. 2А и 2В представлены примеры КТ сканирований 201 и 203 соответственно согласно варианту осуществления по настоящему раскрытию. Сканирования 201 и 203 КТ (или сканирования) могут быть получены, например, системой 100 и выполняются для получения проекций образца 204 на основе разных траекторий сканирования. Например, сканирование 201 для получения проекций образца 204 использует траекторию сканирования 214A, тогда как сканирование 203 для получения проекций образца 204 использует траектории сканирования 214B и/или 214C. Хотя в настоящем изобретении описаны только три разные траектории сканирования, траектория сканирования, реализованная с помощью любого данного КТ сканирования, для настоящего раскрытия не является ограничивающим аспектом, а в данном документе предполагаются все возможные траектории сканирования. Следует отметить, что графическое отображение сканирований не приведены в фактическом масштабе, и что в данном документе предполагаются все возможные расстояния между точками сканирования или линиями сканирования. Проекционные данные, полученные с помощью сканирований 201 и 203, могут использоваться, например, для создания томограмм и реконструкций образца 204, а противоположные проекции, полученные с помощью сканирований КТ 201 и 203, могут использоваться для коррекции несовмещения с использованием связанных пи-линий. Следует отметить, что, как правило, может существовать большое число противоположных проекций, поскольку каждая проекция будет «противоположна» большому числу других проекций в том смысле, что для них имеется общий, но противоположный по направлению путь, пройденный лучом (например, они связаны через пи-линию). Следует также отметить, что в то время как лучи должны быть идеально противоположными (то есть, отделены друг от друга углом в «пи» радиан или 180 градусов), противоположные проекции должны быть только достаточно противоположными, таким образом, чтобы точка источника одной из них находилась в области сканирования другой. В некоторых вариантах осуществления определение противоположных проекций может быть основано на модели реализованной траектории.[0036] FIG. 2A and 2B show examples of CT scans 201 and 203, respectively, according to an embodiment of the present disclosure. The CT scans 201 and 203 (or scans) may be obtained, for example, by the system 100 and are performed to obtain projections of the sample 204 based on different scan paths. For example, scan 201 to obtain projections of sample 204 uses scan path 214A, while scan 203 to obtain projections of sample 204 uses scan paths 214B and/or 214C. Although only three different scan paths are described in the present invention, the scan path realized by any given CT scan is not a limiting aspect of the present disclosure, and all possible scan paths are contemplated herein. It should be noted that the graphical representations of the scans are not to actual scale, and that all possible distances between scan points or scan lines are assumed in this document. Projection data obtained from scans 201 and 203 can be used, for example, to create tomograms and reconstructions of specimen 204, and opposite projections obtained from CT scans 201 and 203 can be used to correct misalignment using coupled pi-lines. It should be noted that, as a rule, there can be a large number of opposite projections, since each projection will be "opposite" to a large number of other projections in the sense that they have a common but opposite path taken by the beam (for example, they are connected through pi line). It should also be noted that while the beams must be perfectly opposite (i.e., separated from each other by an angle of "pi" radians or 180 degrees), the opposite projections only need to be opposite enough so that the source point of one of them was in the scanning area of another. In some embodiments, the implementation of the definition of opposite projections may be based on the realized trajectory model.

[0037] Траектория 214A сканирования, которая может представлять собой спираль либо двойную спираль, реализована путем сканирования 201. Траектория 214A сканирования может вызывать вращение и поступательное перемещение образца 204 в вертикальном направлении относительно пары источника и детектора, например, источника 102 и детектора 106. Например, образец 204 может быть установлен на держателе, который обеспечивает вращение и поступательное перемещение вдоль направления Z, например, в вертикальном. В некоторых вариантах осуществления источник и детектор также могут перемещаться, иногда – динамически, в то время как источник вращается. В других вариантах осуществления источник и детектор могут быть неподвижными. Перемещение в Θ (например, вращение) и Z направлениях может выполняться непрерывно, полунепрерывно, либо периодически, и таким же образом могут быть получены проекционные данные. Траектория сканирования 214A может приводить к получению проекционных данных, полученных вдоль линии, которая перемещается вокруг образца 204 по спиральной траектории, которая может называться траекторией источника в системе отсчета, где образец неподвижен. Вследствие этого, может существовать множество противоположных проекций, полученных вокруг образца 204 вдоль траектории сканирования 214A, причем каждая пара противоположных проекций будет иметь связанную пи-линию. Затем пи-линии могут быть использованы для коррекции несовмещения между противоположными проекциями, вызванного, например, неточностью относительного движения образца 204, источника и детектора, путем оптимизации согласованности данных пи-линии для каждой пары противоположных проекций. Хотя несогласованность данных пи-линии не может служить для точной оценки величины несовмещения, оптимизация согласованности пи-линии может уменьшить или устранить несовмещение, что может привести к улучшению изображений образца 204. В других вариантах осуществления согласованность отдельных пи-линий может не использоваться в явном виде, но вместо этого средняя величина согласованности всех пи-линий из упомянутого множества противоположных проекций может позволить получить достаточно гладкую функцию, например, несовмещения, усредненного по всем пи-линиям, которое может быть оптимизировано для коррекции несовмещения, связанного со всеми проекциями одновременно. В другом варианте осуществления каждая проекция может быть совмещена (скорректирована) отдельно путем максимизации согласованности упомянутого множества пи-линий, связанных с этой проекцией, и совмещения, улучшенного путем итерации по всем проекциям и последующего многократного повторения этой операции. Несовмещение может быть затем уменьшено или устранено за счет совмещения пи-линий, например, путем поступательного перемещения одной или обеих противоположных проекций для совмещения пикселей для их пи-линии, изменения проекций посредством увеличения, то есть масштабирования, или путем представления несовмещения в виде измененной траектории сканирования, которая также может приводить к соразмерному сдвигу пикселей пи-линии (пиксельных данных пи-линии). В некоторых вариантах осуществления для учета несовмещения и/или несогласованности может быть изменена оценка траектории сканирования.[0037] Scan path 214A, which may be a helix or a double helix, is implemented by scan 201. Scan path 214A may cause sample 204 to rotate and translate in a vertical direction relative to a source and detector pair, such as source 102 and detector 106. For example, , sample 204 can be mounted on a holder that allows rotation and translation along the Z direction, for example, vertically. In some embodiments, the source and detector may also move, sometimes dynamically, while the source rotates. In other embodiments, the source and detector may be stationary. Movement in the Θ (eg, rotation) and Z directions may be performed continuously, semi-continuously, or intermittently, and projection data may be obtained in the same way. The scan path 214A may result in projection data acquired along a line that moves around the sample 204 in a spiral path, which may be referred to as a source path in the reference frame where the sample is at rest. Because of this, there may be multiple opposite projections obtained around sample 204 along scan path 214A, with each pair of opposite projections having an associated pi line. The pi lines can then be used to correct misalignment between opposite projections, caused, for example, by inaccuracies in the relative motion of the sample 204, source, and detector, by optimizing the consistency of the pi line data for each pair of opposite projections. Although pi-line data mismatch cannot be used to accurately estimate the amount of misalignment, pi-line consistency optimization can reduce or eliminate misalignment, which can result in improved images of sample 204. In other embodiments, individual pi-line consistency may not be used explicitly. , but instead, the average value of the consistency of all pi-lines from the mentioned set of opposite projections can allow to obtain a sufficiently smooth function, for example, mismatch, averaged over all pi-lines, which can be optimized to correct the mismatch associated with all projections simultaneously. In another embodiment, each projection can be aligned (corrected) separately by maximizing the consistency of said set of pi lines associated with that projection and the alignment improved by iterating over all projections and then repeating this operation many times. The misalignment can then be reduced or eliminated by aligning the pi lines, for example by translating one or both of the opposite projections to align the pixels for their pi line, changing the projections by zooming in, i.e. scaling, or by representing the misalignment as a modified trajectory scanning, which may also result in a commensurate shift of pi-line pixels (pi-line pixel data). In some embodiments, the scan path estimate may be modified to account for misalignment and/or inconsistency.

[0038] Сканирование 203 может быть получено на основе либо траектории сканирования 214В либо 214С, причем обе траектории являются примером заполняющих пространство ПК траекторий сканирования. Траектории сканирования 214B и 214C показаны в виде упорядоченной совокупности точек, разнесенных вокруг образца 204. Точки обозначают местоположения, из которых были получены проекции. Две траектории сканирования 214B и 214C являются вариантами друг друга и не обязательно отличаются друг от друга. Например, траектория сканирования 214С можно охарактеризовать как асимметрическую версию 214В. Конечно, также другие параметры и схемы расположения совокупности точек возможны и предполагаются в данном документе. Траектории сканирования 214B и 214C могут называться заполняющими пространство траекториями, поскольку они образуют упорядоченную совокупность точек, в которых получают проекции с области поверхности образца 204, а не вдоль непрерывной линии вокруг образца 204, каковой является траектория 214A. По отношению к противоположным парам проекций траектории сканирования 214B и 214C могут привести к большему числу противоположных проекций за счет пространственного расположения траекторий сканирования. Вследствие этого, вероятно, имеется большее число противоположных пар проекций, имеющих по меньшей мере одну пи-линию, чем в случае траектории сканирования 214А, что может быть связано скорее с более равномерным (например, более изотропным) распределением пи-линий, чем с общим числом проекций. [0038] Scan 203 may be derived from either scan path 214B or 214C, both paths being an example of PC space-filling scan paths. Scan paths 214B and 214C are shown as an ordered set of dots spaced around the sample 204. The dots indicate the locations from which the projections were obtained. The two scan paths 214B and 214C are variants of each other and are not necessarily different from each other. For example, scan path 214C can be characterized as an asymmetric version of 214B. Of course, also other parameters and arrangements of the set of points are possible and contemplated in this document. Scan paths 214B and 214C may be referred to as space-filling paths because they form an ordered collection of points at which projections are made from the surface area of sample 204 rather than along a continuous line around sample 204, which is path 214A. With respect to opposite pairs of projections, scan paths 214B and 214C may result in more opposite projections due to the spatial arrangement of the scan paths. As a result, there are likely to be more opposing pairs of projections having at least one pi line than in the case of scan path 214A, which may be due to a more uniform (e.g., more isotropic) distribution of pi lines rather than a general the number of projections.

[0039] Фиг. 3А и 3В представляют собой схемы проекций сканирования КТ в горизонтальной плоскости – 305 и 307, соответственно, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Проекции сканирования КТ 305 и 307 могут быть получены системой 100, например, во время единичного сканирования КТ. Проекции 305 и 307 могут быть получены с использованием любой из траекторий сканирования, рассмотренных на фиг. 2, таких как спиральная, двойная спиральная и ПК. Однако для получения проекций 305 и 307 может быть реализована любая траектория сканирования. Проекции сканирования КТ 305 и 307 могут быть получены для образца 304 с использованием рентгеновских лучей 110А и 110В, проходящих сквозь образец 304 из источника 302 и падающих на детектор 306. Рентгеновские лучи 110А, 110В могут быть параллельными, конусообразными или веерообразными, что может зависеть от расположения детектора в некоторых вариантах осуществления. Форма рентгеновского излучения, падающего на образец, не является ограничивающим аспектом для настоящего изобретения. Отдельные рентгеновские лучи для сканирований КТ 305 и 307 могут распространяться вдоль отдельных путей или следов от источника 302 через образец 304 и попадать на детектор 306. [0039] FIG. 3A and 3B are horizontal plane CT scan projections 305 and 307, respectively, according to an embodiment of the present disclosure. CT scan projections 305 and 307 may be acquired by system 100, for example, during a single CT scan. Projections 305 and 307 may be obtained using any of the scan paths discussed in FIG. 2, such as spiral, double spiral and PC. However, any scan path can be implemented to obtain projections 305 and 307. CT scan projections 305 and 307 may be obtained from sample 304 using X-rays 110A and 110B passing through sample 304 from source 302 and incident on detector 306. X-ray beams 110A, 110B may be parallel, cone-shaped, or fan-shaped, which may depend on location of the detector in some embodiments. The shape of the x-rays incident on the sample is not a limiting aspect for the present invention. Separate X-rays for CT scans 305 and 307 may travel along separate paths or traces from source 302 through sample 304 and onto detector 306.

[0040] Проекции 305 и 307 могут быть получены с противоположных сторон образца 304, например, они могут являться противоположными проекциями, имеющими связанные пи-линии и данные пи-линий для каждой из противоположных проекций, которые также могут называться линейными проекциями. На основе модели реализованной траектории сканирования, например заполняющей пространство ПК траектории или траектории линейного типа, система 100 может определить, что проекции 305 и 307 являются проекциями на пи-линии (противоположными проекциями), например, что имеется по меньшей мере один луч из каждой проекции, который проходит по тому же пути через образец 304 и проходит через виртуальное пространство местоположения источника 302 на другой проекции. Тем не менее, из-за неточного перемещения держателя, источника или детектора, проекции пи-линии могут быть не совмещены, как показано на фиг. 3C. Исключительно в иллюстративных целях показано, что средний ход рентгеновского луча 312А для проекции 305 и ход рентгеновского луча 312В для проекции 307 могут быть предполагаемыми пи-линиями. Как показано на фиг. 3С, комбинация проекций 309 не совмещена, на что указывают два хода рентгеновских лучей 312А и 312В, которые не проходят по одному и тому же пути через образец 304, и не попадают на источник 302 в противоположной проекции. Величина сдвига, которая может быть связана со сдвигом вращения, преувеличена в иллюстрационных целях.[0040] The projections 305 and 307 may be taken from opposite sides of the sample 304, for example, they may be opposite projections having associated pi lines and pi line data for each of the opposite projections, which may also be referred to as linear projections. Based on a model of the implemented scan path, such as a PC space-filling path or a linear type path, system 100 may determine that projections 305 and 307 are pi-line projections (opposite projections), for example, that there is at least one ray from each projection. , which follows the same path through the sample 304 and passes through the virtual space of the source location 302 on another projection. However, due to inaccurate movement of the holder, source, or detector, the pi-line projections may not be aligned, as shown in FIG. 3C. For illustrative purposes only, it is shown that the average X-ray beam path 312A for projection 305 and the X-ray beam path 312B for projection 307 may be intended pi-lines. As shown in FIG. 3C, the combination of projections 309 is not aligned, as indicated by two x-ray paths 312A and 312B that do not follow the same path through sample 304 and do not strike source 302 in the opposite projection. The amount of shift that may be associated with rotational shift is exaggerated for illustrative purposes.

[0041] В дополнение к несовмещению связанные пи-линии могут быть не согласованы из-за флуктуаций или несогласованности интенсивности источника и/или его спектрального состава. Хотя эта несогласованность может и не проявляться в качестве несовмещения, несогласованность может привести к разности в пиксельных данных пи-линии, которая также может быть откорректирована с помощью раскрытого способа. [0041] In addition to misalignment, coupled pi lines may be mismatched due to fluctuations or inconsistencies in source intensity and/or its spectral composition. Although this inconsistency may not appear as a misalignment, the inconsistency may result in a difference in the pi-line pixel data, which can also be corrected using the disclosed method.

[0042] После совмещения двух проекций 305 и 307, как показано для комбинации проекций 311 на фиг. 3D, пи-линии 312A и 312B совмещены. Эти две проекции могут быть совмещены за счет поступательного перемещения, поворота или увеличения одной или обеих проекций 305 и 307, либо путем изменения моделируемой траектории сканирования, например, за счет смещения местоположения источника. Степень совмещения может быть определена из величины несовмещения и/или величины несогласованности между данными пи-линии, что также может повлиять на выполненные корректирующие действия. Если несовмещение велико, например, в случае ошибок, превышающих пять пикселей детектора, совмещение может быть проведено путем смещения местоположения источника и проекции. Перемещение как источника, так и детектора может называться «изменением моделируемой траектории сканирования». Как показано на фиг. 3D, контур правого детектора 306 очерчен точечно/пунктирной линией с тем, чтобы указать на факт смещения проекции, а не только местоположения источника. Если величина несовмещения мала, например, менее чем примерно пять пикселей, совмещение может быть выполнено путем смещения только проекции, например за счет смещения детектора.[0042] After aligning the two views 305 and 307, as shown for the combination of views 311 in FIG. 3D, pi lines 312A and 312B are aligned. The two views may be aligned by translation, rotation, or enlargement of one or both of the views 305 and 307, or by changing the simulated scan path, such as by shifting the source location. The degree of alignment can be determined from the amount of misalignment and/or the amount of inconsistency between the pi-line data, which can also affect the corrective action taken. If the misalignment is large, such as in the case of errors greater than five detector pixels, alignment can be done by shifting the source and projection locations. Moving both the source and the detector may be referred to as "changing the simulated scan path". As shown in FIG. 3D, the contour of the right detector 306 is outlined with a dotted/dashed line to indicate the fact that the projection has shifted, and not just the location of the source. If the amount of misalignment is small, such as less than about five pixels, alignment can be performed by shifting the projection only, such as by shifting the detector.

[0043] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение комбинации 413 двух проекций пи-линии согласно варианту осуществления изобретения по настоящему раскрытию. Комбинация 413 содержит пару проекций пи-линии, полученных в процессе КТ сканирования по желаемой траектории сканирования. В некоторых вариантах осуществления траектория сканирования может представлять собой спиральную или двойную спиральную траекторию, которая сочетает вращение и перемещение вдоль направления Z. Вследствие этого пара проекций пи-линии может быть получена из различных по высоте местоположений относительно образца 404. Конечно, могут быть реализованы также и другие траектории сканирования. Хотя высоты двух проекций могут отличаться, тем не менее, может существовать связанная пи-линия, такая как пи-линия 412. Однако, поскольку две проекции получены в разных местоположениях z, проекционные данные могут не полностью совпадать, хотя могут по меньшей мере иметь общие данные пи-линии 412, что также может быть в общем случае справедливым для любой пары проекций пи-линии, в которых точки источника не разделены углом, равным точно 180º. Конечно, проекционные данные для обеих проекций могут содержать дополнительные элементы образца 404.[0043] FIG. 4 is a schematic representation of a combination 413 of two pi line projections according to an embodiment of the invention of the present disclosure. Combination 413 contains a pair of pi-line projections obtained during the CT scan along the desired scan path. In some embodiments, the scan path may be a helical or dual helix path that combines rotation and movement along the Z direction. As a result, a pair of pi-line projections may be obtained from different height locations relative to the sample 404. Of course, one can also implement other scan paths. Although the heights of the two projections may differ, there may nevertheless be a related pi-line, such as pi-line 412. However, since the two projections are taken at different z locations, the projection data may not exactly match, although it may at least have common pi-line data 412, which can also be generally true for any pair of pi-line projections in which the source points are not separated by an angle of exactly 180º. Of course, the projection data for both projections may contain additional pattern 404 elements.

[0044] Первая проекция может содержать рентгеновские лучи 410A, а противоположная проекция может содержать рентгеновские лучи 410B. Как показано на фиг. 4, пи-линия 412 проходит одинаковый путь через образец и проходит через местоположение источника для каждой проекции. На основе модели реализованной траектории система КТ будет знать пиксели или окрестность пикселей детектора 406, связанные с данным пи-линии для каждой проекции. Если проекции совмещены, проекционные данные пикселей должны быть равными, поскольку рентгеновские лучи пройдут одинаковый путь через образец 404, тем самым получая одинаковое ослабление. Однако, если проекции не совмещены, пиксельные данные будут разными, что указывает на несовмещение.[0044] The first projection may include x-rays 410A and the opposite projection may include x-rays 410B. As shown in FIG. 4, pi line 412 travels the same path through the sample and passes through the source location for each projection. Based on the realized trajectory model, the CT system will know the pixels or neighborhood of detector 406 pixels associated with the pi line data for each projection. If the projections are aligned, the projection data of the pixels should be equal because the x-rays will travel the same path through the sample 404, thereby obtaining the same attenuation. However, if the projections are misaligned, the pixel data will be different, indicating misalignment.

[0045] Затем система КТ может определить необходимое поступательное перемещение, поворот и/или увеличение по меньшей мере для одной из проекций с целью минимизации или устранения разности в пиксельных данных, тем самым совмещая две проекции. В альтернативном варианте система может допускать возмущения на моделируемой траектории источника. [0045] The CT system may then determine the necessary translation, rotation, and/or magnification for at least one of the views to minimize or eliminate the difference in the pixel data, thereby aligning the two views. Alternatively, the system may tolerate perturbations on the simulated source path.

[0046] На фиг. 5А-5С представлена пара проекций 515 и 517 согласно варианту осуществления изобретения по настоящему раскрытию. Проекции 515 и 517, как показано на фиг. 5А и 5В, могут быть получены из одного КТ сканирования и в некоторых вариантах осуществления могут представлять собой проекции пи-линии. Проекции 515 и 517 могут быть получены, например, с использованием заполняющей пространство ПК траектории. Проекции 515 и 517 пи-линии могут быть не совмещены на величину, показанную на фиг. 5С. Несовмещение 520 может быть вызвано зависимым от времени несовмещением, возникающим, например, в процессе КТ сканирования проекций 515 и 517. Кроме того, проекции пи-линии 515 и 517 могут страдать от флуктуаций интенсивности источника и/или его спектрального состава, что влияет на согласованность пиксельных данных данной пи-линии.[0046] FIG. 5A-5C are a pair of views 515 and 517 according to an embodiment of the invention of the present disclosure. Projections 515 and 517, as shown in FIG. 5A and 5B may be obtained from a single CT scan and, in some embodiments, may be pi-line projections. The projections 515 and 517 can be obtained, for example, using a space-filling PC trajectory. Pi line projections 515 and 517 may be misaligned by the amount shown in FIG. 5C. Misregistration 520 may be caused by time-dependent misalignment that occurs, for example, during CT scans of projections 515 and 517. In addition, pi-line projections 515 and 517 may suffer from fluctuations in the source intensity and/or its spectral composition, which affects the consistency. pixel data of the given pi-line.

[0047] Проекция 515 содержит элементы 518 и пи-линию 512А, представленные на компоненте изображении 516А образца 504. Компонента изображения 516A образована рентгеновскими лучами 510A, генерируемыми источником 502 и падающими на детектор 506 после прохождения через образец 504. Компонента изображения 516А может быть получена из исходных или практически исходных пиксельных данных. Практически исходные пиксельные данные могут представлять собой, например, исходные пиксельные данные, откорректированные для яркого или темного поля, но также могут быть предварительно обработаны, как было рассмотрено выше. Проекция 517 может приводить к компоненте изображения 516B, которая содержит элементы 518 и пи-линию 512B.[0047] Projection 515 includes elements 518 and pi line 512A represented in image component 516A of sample 504. Image component 516A is formed by x-rays 510A generated by source 502 and incident on detector 506 after passing through sample 504. Image component 516A can be obtained from the original or nearly original pixel data. In practice, the original pixel data may be, for example, the original bright-field or dark-field corrected pixel data, but may also be pre-processed as discussed above. Projection 517 may result in image component 516B, which contains elements 518 and pi-line 512B.

[0048] На фиг. 5С представлено несовмещение 520 в виде перекрывающихся проекций 515 и 517. Как показано, несовмещение 520 может содержать в себе компоненты вращения, увеличения и поступательного перемещения. Точка или пиксель 512, связанные с пи-линиями 512A, B, определяются как соответствующие пи-линиям исходя из модели траектории. Разность в пиксельных значениях для пи-линий 512A, B может быть использована для минимизации этой разности, что также может приводить к уменьшению или устранению несовмещения 520 и/или к высшей степени приближения для выявленного несовмещения 520. В результате этого проекции 515 и 517 могут быть совмещены, а качество любой реконструкции может быть улучшено.[0048] FIG. 5C depicts misalignment 520 as overlapping projections 515 and 517. As shown, misalignment 520 may include rotation, zoom, and translation components. The dot or pixel 512 associated with the pi lines 512A, B is determined to correspond to the pi lines based on the path model. The difference in pixel values for the pi lines 512A, B can be used to minimize this difference, which can also result in a reduction or elimination of the misregistration 520 and/or a higher approximation for the detected misregistration 520. As a result, the projections 515 and 517 can be are combined, and the quality of any reconstruction can be improved.

[0049] В некоторых вариантах осуществления величина несовмещения/несогласованности может влиять на выполненную коррекцию. Например, если несовмещение 520 мало, например, около пяти пикселей, то проекции могут перекрываться в разумном приближении. Однако если несовмещение 520 является значительным, например, большим чем примерно 5 пикселей, то несовмещения может быть не скорректировано путем геометрического преобразования. В этом случае угол сканирования также может изменяться относительно идеальной траектории, и поэтому проекции 515 или 517 могут отличаться от идеальных проекций. Если данные пи-линии содержат несогласованности из-за флуктуаций источника, корректирующее действие может включать, например, увеличение одной или обеих проекций.[0049] In some embodiments, the amount of misalignment/inconsistency may affect the correction performed. For example, if the misalignment 520 is small, such as about five pixels, then the projections may overlap to a reasonable extent. However, if the misregistration 520 is significant, such as greater than about 5 pixels, then the misregistration may not be corrected by the geometric transformation. In this case, the scan angle may also vary relative to the ideal trajectory, and therefore the projections 515 or 517 may differ from the ideal projections. If the pi-line data contains inconsistencies due to source fluctuations, corrective action may include, for example, increasing one or both projections.

[0050] Фиг. 6 описывает примерный способ 621 совмещения проекций КТ сканирований на основе пи-линий согласно варианту осуществления изобретения раскрытому в данном документе. Способ 621 может быть выполнен системой КТ, такой как система КТ 100. Способ 621 может начинаться с выполнения этапа 623, который включает в себя получение множества проекций образца, причем каждую проекцию из упомянутого множества получают в различном местоположении вокруг образца на основе траектории. Траектория может быть, например, кольцевой, спиральной, двойной спиральной или заполняющей пространство ПК. Проекции могут отображать данные ослабления для каждого рентгеновского луча, проходящего через образец и падающего на детектор. Пиксели детектора могут быть связаны с рентгеновскими лучами, некоторые из которых проходят через образец, что приводит к получению данных ослабления, например в качестве данных изображения. [0050] FIG. 6 describes an exemplary method 621 for aligning projections of pi-line based CT scans according to an embodiment of the invention disclosed herein. Method 621 can be performed by a CT system, such as CT system 100. Method 621 can begin by performing step 623, which includes taking a plurality of views of the sample, each view from said set being taken at a different location around the sample based on a trajectory. The path may be, for example, circular, helical, double helix, or space-filling PC. The projections can display attenuation data for each x-ray beam passing through the sample and incident on the detector. The detector pixels may be associated with x-rays, some of which pass through the sample, resulting in attenuation data, eg as image data.

[0051] После этапа 623 процесса может следовать этап 625 процесса, который включает определение пар противоположных проекций из упомянутого множества проекций на основе соответствующей пи-линии. Этап 625 процесса в некоторых вариантах осуществления может включать определение поднабора из всех наборов противоположных проекций на основе связанных пи-линий, при этом могут быть определены не все противоположные проекции. Как правило, каждое сканирование может приводить к получению большого числа противоположных проекций, например, к множеству проекций пи-линий.[0051] Process step 623 may be followed by process step 625 which includes determining pairs of opposite projections from said set of projections based on the corresponding pi line. Process step 625 in some embodiments may include determining a subset of all sets of opposite projections based on associated pi lines, where not all opposite projections may be determined. Typically, each scan may result in a large number of opposite projections, such as multiple pi-line projections.

[0052] После этапа 625 процесса может следовать этап 627 процесса, который включает определение данных пикселей, соответствующих пи-линиям, на основе модели траектории. Система, основанная на модели траектории, может определять, какие пиксели соответствуют пи-линиям противоположных пар проекций. Дополнительно способ 621 может определять, какой пиксель соответствует пи-линии по каждой проекции из упомянутого множества проекций пи-линий. Следует отметить, что изобретение не ограничивается определением данных одного или всех пикселей, и в некоторых вариантах осуществления может быть определен поднабор проекций пи-линий и связанных пиксельных данных. В то время как утверждается, что данные могут относиться к пикселю, также возможно, что может потребоваться интерполяция пиксельных данных с использованием соседних пикселей в случае, когда луч вдоль пи-линии падает на детектор между пикселями, а не на сам пиксель непосредственно. Этап 627 процесса может представлять собой часть этапа 625 процесса.[0052] Process step 625 may be followed by process step 627, which includes determining pixel data corresponding to pi lines based on a path model. A system based on the trajectory model can determine which pixels correspond to the pi lines of opposite pairs of projections. Additionally, the method 621 can determine which pixel corresponds to a pi line on each projection from said plurality of pi line projections. It should be noted that the invention is not limited to defining one or all pixel data, and in some embodiments, a subset of pi-line projections and associated pixel data may be defined. While it is stated that the data may be per pixel, it is also possible that the pixel data may need to be interpolated using neighboring pixels in the case where a pi-line beam hits a detector between pixels rather than the pixel itself. Process step 627 may be part of process step 625.

[0053] После этапа 627 процесса может следовать этап 629 процесса, который включает определение величины несогласованности между данными соответствующей пи-линии для каждой пары противоположных проекций, причем несогласованность указывает на то, что либо противоположные проекции, например проекции пи-линии, несовмещены, либо имеет место несогласованность источника. В некоторых вариантах осуществления несогласованность может быть определена на основе данных ослабления, связанных с данными пи-линии для каждой проекции в каждой паре противоположных проекций. Например, для каждой проекции из пары проекций могут сравниваться пиксельные данные, связанные с пи-линией, для определения отличаются ли они, и если да, то насколько сильно отличаются. Исходя из наличия разности, система может определить наличие несовмещения проекций, которое может включать в себя величину смещения при вращении, увеличении и поступательном перемещении. Хотя величина несовмещения не может быть определена из несогласованности пи-линий, например, из разности в пиксельных данных пи-линии, уменьшение или устранение несогласованности может привести к уменьшению или устранению несовмещения. Дополнительно способ 621 может повторять действия по этапу 627 для каждой проекции пи-линии из упомянутого множества проекций пи-линий с целью определения связанного несовмещения для каждой проекции из упомянутого множества проекций пи-линий.[0053] Process step 627 may be followed by process step 629, which includes determining the amount of inconsistency between corresponding pi-line data for each pair of opposite projections, where the inconsistency indicates that either the opposite projections, e.g., pi-line projections, are misaligned, or there is a source inconsistency. In some embodiments, the implementation of the inconsistency can be determined based on the attenuation data associated with the pi-line data for each projection in each pair of opposite projections. For example, for each projection of a pair of projections, the pixel data associated with the pi-line can be compared to determine if they differ, and if so, how much they differ. Based on the presence of the difference, the system can determine the presence of projection misalignment, which may include the amount of offset in rotation, zoom, and translation. Although the amount of misalignment cannot be determined from the mismatch of the pi lines, for example, from a difference in the pixel data of the pi line, reducing or eliminating the mismatch can reduce or eliminate the misalignment. Additionally, method 621 may repeat steps 627 for each pi line projection of said pi line projection set to determine an associated misalignment for each projection of said pi line projection set.

[0054] После этапа 629 процесса может следовать этап 631 процесса, который включает совмещение каждой пары противоположных проекций путем минимизации разности данных на детекторе, связанных с пи-линиями для каждой пары противоположных проекций. В некоторых вариантах осуществления все идентифицированные проекции пи-линий, например упомянутое множество проекций пи-линий, демонстрирующих несовмещение и/или несогласованность, могут быть одновременно или итеративным способом совмещены с целью минимизации общей разности данных детектора, полученных от большого числа (наиболее вероятно, более 100000) пи-линий сканирования. [0054] Process step 629 may be followed by process step 631 which includes superimposing each pair of opposite projections by minimizing the difference in detector data associated with the pi lines for each pair of opposite projections. In some embodiments, all of the identified pi-line projections, such as said plurality of pi-line projections exhibiting misalignment and/or mismatch, may be simultaneously or iteratively aligned to minimize the overall difference in detector data obtained from a large number (most likely more than 100000) scan pi lines.

[0055] Фиг. 7 представляет собой примерную функциональную блок-схему системы КT 700 согласно варианту осуществления изобретения по настоящему раскрытию. Система КТ 700 может представлять собой пример системы КТ 100 и может использоваться для получения КТ сканирований образцов и выдачи реконструкций различных срезов и объемов образца. Система КТ 700 может по меньшей мере содержать контроллер 720, память 522, держатель 724, программы 726, детектор 728 и источник 730. В общем случае система КТ 700 может выполнять сканирование образцов, как описано в данном документе.[0055] FIG. 7 is an exemplary functional block diagram of a KT 700 system according to an embodiment of the invention of the present disclosure. The CT 700 system may be an example of the CT 100 system and can be used to acquire CT scans of specimens and to provide reconstructions of various slices and specimen volumes. CT system 700 may at least include a controller 720, memory 522, holder 724, programs 726, detector 728, and source 730. In general, CT system 700 may scan samples as described herein.

[0056] Контроллер 720 может представлять собой микроконтроллер, ЦП с одним или более вычислительными ядрами или тому подобное. Контроллер 720 может осуществлять управление различными аспектами системы КТ 700 и может быть подсоединен для приема данных от и выдачи сигналов управления к другим различным компонентам системы КТ 700. Например, контроллер 720 может исполнять программные коды, сохраненные в программах 726, чтобы заставлять систему КТ 700 выполнять сканирования КT с использованием желаемой траектории и определять проекций пи-линий на основе модели траектории. Дополнительно, на основе связанных пиксельных данных для пи-линий система 700 может определять величину несогласованности между проекциями пи-линий, если таковое имеется, и минимизировать любую разность для коррекции несогласованности. Кроме того, данные сканирования, полученные детектором 728, могут быть выданы на контроллер 720. В ответ на это контроллер 720 может выполнять алгоритмы обработки данных для получения КТ сканирований, проекции и т.п. Алгоритмы, как было отмечено, могут являться частью программ 726.[0056] Controller 720 may be a microcontroller, a CPU with one or more processing cores, or the like. Controller 720 can control various aspects of CT system 700 and can be connected to receive data from and provide control signals to various other components of CT system 700. For example, controller 720 can execute program codes stored in programs 726 to cause CT system 700 to execute scan the CT using the desired trajectory and determine the projections of the pi-lines based on the trajectory model. Additionally, based on the associated pi-line pixel data, system 700 can determine the amount of mismatch between pi-line projections, if any, and minimize any difference to correct for the mismatch. In addition, scan data obtained by detector 728 may be output to controller 720. In response, controller 720 may execute data processing algorithms to obtain CT scans, projections, and the like. The algorithms, as noted, may be part of programs 726.

[0057] Память 722 может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью, подсоединенной для хранения данных и команд. Программы 726, которые могут быть частью памяти 722, могут содержать управляющие команды и программные коды для выполнения различных задач системы КТ 700, таких как управление держателем, источником и детектором, а также различными другими вспомогательными компонентами.[0057] Memory 722 may be volatile or non-volatile memory connected to store data and instructions. Programs 726, which may be part of memory 722, may contain control instructions and program codes for performing various tasks of the CT system 700, such as controlling the holder, source, and detector, and various other ancillary components.

[0058] Держатель 724 может поддерживать образец и обеспечивать его перемещение в ответ на сигналы управления, выдаваемые контроллером 720. Управляющие сигналы могут быть сгенерированы контроллером 720 при исполнении команд управления держателем, сохраненных в памяти 722 и/или программ 726. Например, программы управление держателем может вызывать перемещение держателя в соответствии с желаемой траекторией, такой как, например, спираль, двойная спираль или заполняющая пространство ПК. [0058] Holder 724 may support and move the sample in response to control signals provided by controller 720. Control signals may be generated by controller 720 by executing holder control commands stored in memory 722 and/or programs 726. For example, holder control programs may cause the holder to move in accordance with the desired trajectory, such as, for example, a helix, a double helix, or a space-filling PC.

[0059] Детектор 728 может обнаруживать рентгеновские лучи, прошедшие через образец, и регистрировать их интенсивность. Интенсивность рентгеновских лучей может уменьшаться вследствие ослабления при прохождении через образец. Величина ослабления может служить в качестве данных, используемых для визуализации образца и получения реконструкций. Данные изображения или данные сканирования могут быть выданы на контроллер 720 для обработки или сохранены в памяти 722 для последующей обработки. Кроме того, детектор 728 может перемещаться в ответ на управляющие сигналы контроллера 720.[0059] The detector 728 can detect x-rays that have passed through the sample and record their intensity. The intensity of the x-rays may decrease due to attenuation as they pass through the sample. The amount of attenuation can serve as data used to visualize the sample and obtain reconstructions. The image data or scan data may be output to the controller 720 for processing or stored in the memory 722 for further processing. In addition, detector 728 may move in response to control signals from controller 720.

[0060] Источник 730 подает рентгеновские лучи на образец и может управляться контроллером 720. Например, источник 730, в ответ на управляющие сигналы контроллера 720, может испускать рентгеновские лучи с желаемой интенсивностью и также может перемещаться относительно образца.[0060] Source 730 delivers x-rays to the sample and can be controlled by controller 720. For example, source 730, in response to control signals from controller 720, can emit x-rays at a desired intensity and can also be moved relative to the sample.

Claims

1. A method for correcting misalignment of a computed tomography system, including:

obtaining projections of the sample, and each projection of the above projections is obtained in a different location around the sample based on the trajectory;

determining pairs of opposite projections from said projections based on the corresponding pi line;

determining an amount of inconsistency between the corresponding pi line data for each pair of opposite projections, the pi line data being based at least in part on detector data; and

superimposing each pair of opposite projections by minimizing the difference in the detector data associated with the corresponding pi lines for each pair of opposite projections, and for each pair of opposite projections, shifting the location and/or orientation of the detector and/or the location of the source until the difference is minimized detector data between a pair of opposite projections.

2. The method of claim 1, wherein determining the amount of inconsistency between the corresponding pi line data for each pair of opposite projections includes determining the difference between the detector data for the pi line associated with each projection of each pair of opposite projections.

3. The method of claim 2, wherein the detector data for the pi line associated with both projections of each pair of opposite projections is based on data from a detector pixel or interpolated data from two or more adjacent detector pixels.

4. The method of claim 1, wherein the pi line is a ray path associated with both projections of each pair of opposing projections that travels the same path through the sample and source location for both projections of each pair of opposing projections.

5. The method of claim 1, wherein the detector data is raw intensity data.

6. The method of claim 1, wherein the detector data is raw intensity data that has undergone one or more pre-processing steps.

7. The method of claim 6, wherein said one or more pre-processing steps include bright field correction.

8. The method of claim 6, wherein said one or more pre-processing steps include dark field correction.

9. The method of claim 1, wherein the inconsistency results from misalignment between opposite pairs of projections, changes in source intensity, or a combination thereof.

10. The method of claim 1, wherein the path is selected from one of helical, double helix, and space-filling curves (PC).

11. The method of claim 1, wherein minimizing the difference in detector data associated with the pi line comprises responding to an amount of inconsistency above a threshold, wherein the difference in detector data associated with the pi line is minimized by offsetting source and projection locations; and responding to an amount of mismatch below a threshold, wherein the detector data difference associated with the pi line is minimized by shifting only the projection.

12. The method of claim 1, wherein minimizing the detector data difference associated with the pi line further comprises translating, rotating, or enlarging one or both opposite projections.

13. The method of claim 11, wherein the alignment of each pair of opposite projections comprises iteratively minimizing the inconsistency between the corresponding pi line data of each pair of opposite projections.

14. The method of claim. 11, wherein the alignment of each pair of opposite projections includes jointly minimizing the inconsistency of the pi lines for each pair of opposite projections.

15. Computed tomography system, comprising:

a source for issuing x-rays;

a detector for detecting x-rays that have passed through or around the sample; and

a controller configured to control the source and the detector, the controller further comprising program code which, being executable by the controller, causes the controller to:

obtain projections of the sample, and each projection of the above projections is obtained in a different location around the sample based on the trajectory;

determine pairs of opposite projections from said projections based on the corresponding pi-line;

determine the amount of inconsistency between the respective pi-line data for each pair of opposite projections, the pi-line data being based at least in part on detector data; and

superimpose each pair of opposite projections by minimizing the difference in the detector data associated with the respective pi lines for each pair of opposite projections, with each pair of opposite projections shifting the location and/or orientation of the detector and/or the location of the source until the difference is minimized detector data between a pair of opposite projections.

16. The computed tomography system of claim. 15, wherein the program code that causes the controller to determine the amount of inconsistency between the data of the corresponding pi line for each pair of opposite projections, further comprises program code that, when executed, causes the controller to determine the difference between the data of the detector for a pi-line associated with each projection of each pair of opposite projections.

17. The computed tomography system of claim 15, wherein the detector data for the pi line associated with both projections of each pair of opposite projections is based on data from a detector pixel or interpolated data from two or more neighboring detector pixels.

18. The computed tomography system of claim 15, wherein the pi line is the ray path associated with both projections of each pair of opposing projections that travels the same path through the sample and source location for both projections of each pair of opposing projections.

19. The computed tomography system of claim 15, wherein the detector data is raw intensity data.

20. The computed tomography system of claim 15, wherein the detector data is raw intensity data that has undergone one or more pre-processing steps.

21. The computed tomography system of claim 20, wherein said one or more pre-processing steps include bright field correction.

22. The computed tomography system of claim 15, wherein the inconsistency results from misalignment between opposite pairs of projections, changes in source intensity, or a combination thereof.

23. The computed tomography system of claim 15, wherein the trajectory is selected from one of helical, double helix, and space-filling curves (PC).

24. The computed tomography system according to claim 15, wherein minimizing the difference in detector data associated with the pi line includes responding to an amount of inconsistency above a threshold, wherein the difference in detector data associated with the pi line is minimized by changing the trajectory; and responding to an amount of mismatch below a threshold, wherein the detector data difference associated with the pi line is minimized by shifting only the projection.

25. The computed tomography system of claim 15, wherein the program code that causes the controller to minimize the detector data difference associated with the pi line further comprises program code that, when executed, causes the controller to translate, rotate, or increase one or both of the opposite projections.

26. The computed tomography system of claim 24, wherein the program code that causes the controller to align each pair of opposing views further comprises program code that, when executable, causes the controller to iteratively minimize the inconsistency between the corresponding pi line data for each pair of opposing views.

27. The computed tomography system of claim 24, wherein the program code that causes the controller to align each pair of opposing views further comprises program code that, when executable, causes the controller to jointly minimize pi line mismatch for each pair of opposing views.