專利名稱：一種利用多能量x射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字X射線圖像合成成像應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種利用多能量X射線 復(fù)合投影數(shù)字成像合成的方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于數(shù)字X光線照像術(shù)(DR-Digital Radiography)相對(duì)于膠片X光線照像術(shù)具 有以下優(yōu)點(diǎn)提高疾病診斷效率和減少病人的輻射劑量，及沒有環(huán)境污染，不需用膠片和及 其有關(guān)的化學(xué)原料?？傮w上來(lái)講，數(shù)字X光線照像術(shù)是在傳統(tǒng)投影X光線照像術(shù)的技術(shù)上 利用數(shù)字儀器和數(shù)字圖像處理技術(shù)。數(shù)字X光線照像術(shù)作為一種是在投影X光線照像術(shù)， 它通常由三部分組成第一部分是X-射線源，包括X-射線管及相關(guān)高電壓控制電路。第二 部分是X-線接收器，通常有兩種接收方式，一種是CCD (Charged-Coupled Devices)接收， 另一種是半導(dǎo)體平板(Flat Panel Detectors)接收。CCD (Charged-Coupled Devices)接 收器首先將X-射線通過一個(gè)轉(zhuǎn)換板(CsI)將它轉(zhuǎn)換成可見光，然后這些可見光就可以被聚 焦到CXD芯片表面，并被它所吸收。CXD芯片是由一組分離的半導(dǎo)體硅積分電路或單元組 成，例如一個(gè)2. 5x2. 5cm的C⑶芯片可含有1024x1024個(gè)電路單元?？梢姽獗籆XD芯片表 面吸收后將產(chǎn)生電子并存儲(chǔ)在每一個(gè)單元上，光的強(qiáng)弱與電子數(shù)直接成比例。然后這些電 子可以以列輸出的型式被讀出。對(duì)于大屏幕接收器，需要一個(gè)非常精確的光學(xué)聚焦透鏡將 它投影到相對(duì)面積較小的CCD表面。半導(dǎo)體平板接收器表面上含有很多獨(dú)立的接受單元。 每一單元將其接受的X-射線能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將這些電信號(hào)以系列水平及垂直線的 方式將被讀出。CCD接收器相對(duì)與半導(dǎo)體平板接收器而言成本較低，但由于它含有一個(gè)光 學(xué)聚焦系統(tǒng)，因此它的圖像分辨率和信噪比較低，并且體積較大。第三部分是數(shù)字圖像信號(hào) 處理及圖像顯示。相對(duì)于傳統(tǒng)的膠片X射線照像術(shù)而言，數(shù)字X光線照像術(shù)所成的像具有 更大的動(dòng)態(tài)顯示范圍，同時(shí)DR可充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的診斷效 果。以數(shù)字X光線照像術(shù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，近年來(lái)已不斷發(fā)展出更新的應(yīng)用技術(shù)雙能量照像術(shù) (Dual-energyRadiography)，數(shù)字?jǐn)鄬用婧铣杉夹g(shù)(Digital Tomosynthesis)等等。通過 這些新的技術(shù)的應(yīng)用，使醫(yī)學(xué)臨床診斷更加準(zhǔn)確。雙能量照像術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在X射線熒屏血管造影術(shù)中。由于特殊的電子束縛 能效應(yīng)，X射線造影劑材料(如碘、鋇等)的X射線吸收譜在某些能量段( 33keV)有突變 的X射線吸收系數(shù)，但人體的組織的X射線吸收系數(shù)在該能量段沒有這樣的突變。利用這 些不同的X射線吸收的特點(diǎn)，我們可以產(chǎn)生兩幀X射線圖像，一幀是由吸收系數(shù)突變前的相 對(duì)低能量X射線所產(chǎn)生，而另一幀則是由吸收系數(shù)突變后的相對(duì)高能量X射線所產(chǎn)生。然 后將這兩幀數(shù)字圖像進(jìn)行加權(quán)線性組合，就可得只含造影劑材料的X射線圖像。如果造影 劑材料只含在某些血管的血液中，我們就可利用它來(lái)診斷血管及其附近器官的生理功能。還有一種方式為在數(shù)字X光線照像術(shù)成像過程中，由于人體內(nèi)軟組織和骨組織 的有效原子數(shù)的不一樣性(軟組織的有效原子數(shù)z = 7. 6，骨組織的有效原子數(shù)Z = 13)。在低能量( 50kVp)段，X-射線吸收系數(shù)是直接與原子數(shù)Z有關(guān)與Z~3成比例(主要是 光電效應(yīng))。而在高能量( 120kVp)段，X-射線吸收系數(shù)與原子數(shù)Z沒有關(guān)(主要是康 普頓效應(yīng))。類似于雙能量X射線熒屏血管造影術(shù)，我們可產(chǎn)生兩幀圖像，一幀是由相對(duì)低 能量X-射線產(chǎn)生( 50kVp)，另一幀則是由相對(duì)高能量X-射線產(chǎn)生( 120kVp)。然后 將這兩幀圖像進(jìn)行加權(quán)線性組合，就可得到只含軟組織(如肺器官)或者骨骼組織(如胸 部骨骼)的兩幀X射線圖像。盡管雙能量方法在單一投影成像中得到應(yīng)有，如X射線熒屏血管造影術(shù)，但它還 沒有在別的成像系統(tǒng)中得到實(shí)現(xiàn)，如在數(shù)字?jǐn)鄬用婧铣沙上?DigitalTomosynthesis)方 面。“數(shù)字?jǐn)鄬用婧铣沙上瘛笔且环N新的成像方法。這技術(shù)和方法將有效地提高圖像的“對(duì) 比分辨率”，從而能有效地診斷出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微小變化?！皵鄬用婧铣沙上瘛笔腔谀：粼?聚焦斷層面以外結(jié)構(gòu)的投影圖像，而保存聚焦面上的結(jié)構(gòu)的投影圖像的技術(shù)。到目前為止， 數(shù)字?jǐn)鄬用婧铣杉夹g(shù)只利用單一能量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且這技術(shù)主要應(yīng)用在乳房成像系統(tǒng) 中。圓形物位于聚焦面上方，方形物位于聚焦面中，三角形物位于聚焦面下方。當(dāng)我們將X 射線源從左側(cè)位置A移動(dòng)到右側(cè)位置B時(shí)，X射線投影的像“A”和“B”也將產(chǎn)生變化。在 投影像“A”中，左，中，右的像分別是“三角形物”，“方形物”，和“圓形物”。而在投影像“B” 中，左，中，右的像分別是“圓形物”，“方形物”，和“三角形物”。給出了這兩個(gè)投影的圖像，并將這兩個(gè)投影的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性相加。從相加 的圖像中我們可以看到圓形物和三角形物的投影在合成后的圖像中，由于分布在左右兩 側(cè)而被模糊掉，方形物的投影在合成后的圖像中，始終位于同一個(gè)位置而被保留下來(lái)。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的斷層面合成技術(shù)已被進(jìn)一步擴(kuò)展到數(shù) 字的斷層面合成。采用相類似的概念，當(dāng)我們將X-射線源從最左側(cè)位置“A”移動(dòng)到位置 “B”，“C”和“D”(最右側(cè)位置)時(shí)，X射線投影所成的像“A”，“B”，“C”和“D”也將產(chǎn)生變 化。我們將這四組圖像進(jìn)行不同程度的平移及簡(jiǎn)單的線性組合，就可以得到新的四幀圖像。 每幀圖像將會(huì)保留某個(gè)特定斷層面的結(jié)構(gòu)的投影，而模糊掉其它層面的結(jié)構(gòu)的投影。這樣 的話，最終我們將會(huì)得到一系列斷層面結(jié)構(gòu)的投影的影像。這些影像將可被用來(lái)臨床診斷 這些斷層面結(jié)構(gòu)及其特性。斷層面合成技術(shù)能使我們看到在傳統(tǒng)投影成像中的看不到的結(jié) 構(gòu)。由于這些先進(jìn)的數(shù)字X射線照像術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得在臨床上醫(yī)生們 能更加準(zhǔn)確地診斷出病人早期的病變。同時(shí)這些先進(jìn)的數(shù)字X射線照像術(shù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的CT 相比，還能保持相對(duì)低廉的成本，使用方便，X射線輻射劑量低等優(yōu)點(diǎn)。本專利發(fā)明將進(jìn)一 步發(fā)展這些新技術(shù)，將現(xiàn)有數(shù)字X射線照像術(shù)的單一能量的斷層面成像方法和設(shè)備進(jìn)一步 發(fā)展到多能量的斷層面成像的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法及 其裝置，可以有效地解決現(xiàn)有單能量成像技術(shù)清晰度不足，不能有效地區(qū)分不同組織的結(jié) 構(gòu)等問題，實(shí)現(xiàn)圖像診斷的靈敏度和精確度大幅提高。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特征在于依次包括如下步驟A、投影圖像信號(hào)的采集采用η份不同能量的X射線分別在m個(gè)不同空間位置投 影出s份圖像信號(hào)，η彡1，m彡1，s = nXm ；B、投影圖像的前處理投影圖像模擬信號(hào)首先經(jīng)過信號(hào)放大器及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，將投影圖像模擬信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)；然后將數(shù)字圖像信號(hào)輸入到數(shù)字圖 像前處理器；數(shù)字圖像前處理器對(duì)每一接收的像素單元靈敏度做補(bǔ)償；C、投影數(shù)字圖像的合成將修正的數(shù)字圖像通過數(shù)字圖像合成器，利用數(shù)字圖像 處理，合成為一系列的合成數(shù)字圖像；D、合成數(shù)字圖像的后處理以滿足診斷的要求；E、合成數(shù)字圖像的輸出將處理后圖像輸出至終端設(shè)備。優(yōu)選的，步驟A為先采用η份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投影出η 份圖像，再采用η份不同能量在另外的(m-1)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s =nXm份圖像，n≥l，m≥1。更優(yōu)選的，步驟A為先采用兩份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投影出 兩份圖像，再采用兩份不同能量在另外的(m-Ι)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn) 生s = 2m份圖像，m≥1。優(yōu)選的，步驟A為先采用一設(shè)定能量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像，再 采用另外的(n-1)份不同能量的X射線分別在m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生S = nXm份 圖像，η≥1，m≥1。更優(yōu)選的，步驟A為先采用一設(shè)定能量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像， 再采用另一份不同能量的X射線在m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = 2m份圖像，m≥ 1。優(yōu)選的，步驟B中對(duì)像素單元靈敏度做補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怯靡痪鶆虻腦射線直接照射 接收器，調(diào)整每一像素單元的增益，使得從每一像素單元輸出一樣強(qiáng)度的圖像信號(hào)。優(yōu)選的，步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將利用散射X射線的物理特性及近似假設(shè)， 對(duì)散射X射線對(duì)接收信號(hào)干擾做修正。更優(yōu)選的，修正的方法是散射X射線均勻分布在每個(gè)局部區(qū)域，其散射強(qiáng)度與每 個(gè)局部區(qū)域X射線衰減成比例、或與通過的局部區(qū)域的人體組織的厚度成比例。進(jìn)一步，步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將做投影數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)修正，包括人體 外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正，以得到運(yùn)動(dòng)位移修正的投影數(shù)字圖像。優(yōu)選的，人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用光感應(yīng)器定位人體位移，求解出 人體外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。優(yōu)選的，人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為通過對(duì)人體外部特征結(jié)構(gòu)的投影圖像 進(jìn)行圖像處理及圖像比較，求解出人體外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。更進(jìn)一步，步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將做投影數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)修正，包括人 體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正，以得到運(yùn)動(dòng)位移修正的投影數(shù)字圖像。優(yōu)選的，人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用心電圖描記器的信號(hào)來(lái)定位人體 內(nèi)部的周期性運(yùn)動(dòng)位移，心電圖描記器的信號(hào)可提供心臟跳動(dòng)的周期相位信息，在相同的 相位有著相同的心臟跳動(dòng)位移，求解出人體內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。優(yōu)選的，人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為通過對(duì)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影圖像進(jìn)行圖像處理及圖像比較，人體器官邊界或血管形狀特征的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)定義人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，求解出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。優(yōu)選的，步驟C中的合成為先對(duì)每相同空間角度但具有不同能量的投影先采用一 固定的加權(quán)線性組合，以得到器官/組織成分的投影像，然后將所有投影角度的器官/組織 的投影像進(jìn)行組合，從而產(chǎn)生一組含有器官/組織成分的斷層面結(jié)構(gòu)的圖像。優(yōu)選的，步驟C中的合成為先將一設(shè)定能量的不同角度的投影像進(jìn)行合成，以得 到組織斷層面結(jié)構(gòu)的圖像；然后將不同能量所形成的斷層面的圖像采用加權(quán)平移線性組 合，從而得到器官/組織成分?jǐn)鄬用娼Y(jié)構(gòu)的圖像。優(yōu)選的，步驟D中后處理包括數(shù)字圖像的動(dòng)態(tài)壓縮、動(dòng)態(tài)圖像噪音降低、圖像區(qū)域 選擇、圖像增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)圖像顯示，得到一系列處理后的圖像。一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1中利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法的 裝置，其特征在于包括X射線源和圖像接收器，圖像接收器依次連接放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器、數(shù)字投影圖像前處理器、臨時(shí)數(shù)字投影圖像存儲(chǔ)器、數(shù)字圖像處理及合成器、數(shù)字合 成圖像后處理器和數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器，數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器連接最終圖像顯示器或計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出。進(jìn)一步，X射線源連接X射線源高頻高壓控制電路和X射線源位置控制電路，圖像 接收器連接接收器控制電路，X射線源高頻高壓控制電路、X射線源位置控制電路、接收器 控制電路、數(shù)字圖像處理及合成器、數(shù)字合成圖像后處理器、數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器、最終圖 像顯示器均連接終端用戶控制器。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有以下有益效果本發(fā)明主要結(jié)合人體不同組織對(duì)X射線在不同的能量段所具有的不同的X射線吸 收特性，和不同空間角度投影的數(shù)字圖像進(jìn)行數(shù)字合成，最終得到一系列高對(duì)比度、高靈敏 度的醫(yī)學(xué)圖像，這些圖像將包含不同物質(zhì)成分的斷成面信息，能使醫(yī)生更加準(zhǔn)確地診斷病 情。本發(fā)明與計(jì)算機(jī)斷成掃描技術(shù)(CT-Computerized Tomography)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，成本低，使用方便，X射線輻射劑量小的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、安檢儀等，也可將本發(fā)明的方法應(yīng)用到乳房機(jī)及其 他專門化的醫(yī)療成像儀器的開發(fā)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，依次包 括如下步驟A、投影圖像信號(hào)的采集采用η份不同能量的X射線分別在m個(gè)不同空間位置投 影出s份圖像信號(hào)，η ^ l,m^l,s = nXm。投影圖像信號(hào)的采集可以采用下述方法先采用η份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投影出η份圖像，再采用η份不同能量在 另外的(m-Ι)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生S = nXm份圖像，η彡l，m彡1。 更優(yōu)選的，投影圖像信號(hào)的采集為先采用兩份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投 影出兩份圖像，再采用兩份不同能量在另外的(m-Ι)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投 影產(chǎn)生s = 2m份圖像，1。投影圖像信號(hào)的采集也可以采用下述方法先采用一設(shè)定能 量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像，再采用另外的(n-1)份不同能量的X射線分 別在m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = nXm份圖像，η彡1，m彡1。更優(yōu)選的，步驟A為 先采用一設(shè)定能量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像，再采用另一份不同能量的X 射線在m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = 2m份圖像，1。即多能量和多角度空間投影 圖像的采集，一種方法是我們可以先采用一固定的X射線能量(例如低能量或高能量)而 變化空間角度投影來(lái)以獲得一組投影圖像；然后變化X射線能量，并重復(fù)相同的空間角度 位置重新投影獲得另一組投影圖像。另一種方法是我們可以先采用一固定的空間角度和 不同的X射線能量(例如低能量和高能量)投影來(lái)以獲得兩幀投影圖像；然后變化空間角 度位置，而重復(fù)相同的X射線能量(低能量和高能量)投影來(lái)以獲得另兩幀投影圖像，最后 完成所有的空間角度的投影。類似地，一般情況下我們可用多能量來(lái)代替雙能量。例如先 采用2份不同能量的X射線分別在第1個(gè)固定空間位置投影出2份圖像，再采用2份不同 能量的X射線分別在第2個(gè)不同空間位置投影出2份圖像，再采用2份不同能量的X射線 分別在第3個(gè)不同空間位置投影出2份圖像，再采用2份不同能量的X射線分別在第4個(gè) 不同空間位置投影出2份圖像，一共得到8份圖像；2份能量不同的χ射線，一份為高能量， 一份為低能量。再例如先采用高能量的X射線分別在3個(gè)固定空間位置投影出3份圖像， 再采用低能量的X射線分別在上述3個(gè)不同空間位置投影出3份圖像，得到6份不同圖像。
B、投影圖像的前處理投影圖像模擬信號(hào)首先經(jīng)過信號(hào)放大器及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，將投影圖像模擬信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)；然后將數(shù)字圖像信號(hào)輸入到數(shù)字圖 像前處理器；數(shù)字圖像前處理器對(duì)每一接收的像素單元靈敏度做補(bǔ)償和修正、以及將散射 X射線對(duì)接收信號(hào)干擾做修正。由于人體成像過程需要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，在這期間人 體器官組織的運(yùn)動(dòng)，如人體呼吸、心臟跳動(dòng)等，都不可避免。而這些運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的圖像 信息，從而得到錯(cuò)誤的臨床診斷結(jié)果。這里我們將采用自動(dòng)數(shù)字圖像修正的方法進(jìn)行修正。 對(duì)像素單元靈敏度做補(bǔ)償修正一種簡(jiǎn)單的方法是用一均勻的X射線直接照射接收器，調(diào) 整每一像素單元的增益，使得從每一像素單元輸出一樣的強(qiáng)度的圖像信號(hào)。同時(shí)我們將根 據(jù)X射線散射的物理特性，將X射線散射對(duì)接收信號(hào)干擾的做修正，修正的方法是散射X射 線均勻分布在每個(gè)局部區(qū)域，其散射強(qiáng)度與每個(gè)局部區(qū)域X射線衰減成比例、或與通過的 局部區(qū)域的人體組織的厚度成比例。數(shù)字圖像前處理器還將做投影數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)修正， 包括人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正和人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正，以得到運(yùn)動(dòng)位移 修正的投影數(shù)字圖像。人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用光感應(yīng)器定位人體位移，求 解出人體外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正也可以為通過對(duì)人體外 部結(jié)構(gòu)的投影圖像進(jìn)行圖像處理及圖像比較，求解出人體外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。人體內(nèi) 部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用心電圖描記器的信號(hào)來(lái)定位人體內(nèi)部的周期性運(yùn)動(dòng)位移， 心電圖描記器的信號(hào)可提供心臟跳動(dòng)的周期相位信息，在相同的相位有著相同的心臟跳動(dòng) 位移，求解出人體內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正也可以為通過對(duì)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影圖像進(jìn)行圖像處理及圖像比較，人體器官邊界或血管形狀特征的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)來(lái)定義人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求解出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。C、投影數(shù)字圖像的合成將修正的數(shù)字圖像通過數(shù)字圖像合成器，利用數(shù)字圖像 處理，合成為一系列的合成數(shù)字圖像。投影數(shù)字圖像的合成為先對(duì)每相同空間角度但具有 不同能量的投影先采用一固定的加權(quán)線性組合，以得到器官/組織成分的投影像，然后將 所有投影角度的器官/組織的投影像進(jìn)行組合，從而產(chǎn)生一組含有器官/組織成分的斷層 面結(jié)構(gòu)的圖像。投影數(shù)字圖像的合成也可以為先將一設(shè)定能量的不同角度的投影像進(jìn)行合 成，以得到組織斷層面結(jié)構(gòu)的圖像；然后將不同能量所形成的斷層面的圖像采用加權(quán)平移 線性組合，從而得到器官/組織成分?jǐn)鄬用娼Y(jié)構(gòu)的圖像。D、合成數(shù)字圖像的后處理合成圖像通過數(shù)字圖像后處理器處理，如數(shù)字圖像的 動(dòng)態(tài)壓縮、動(dòng)態(tài)圖像噪音降低、圖像區(qū)域選擇、圖像增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)圖像顯示等等，得到一系列處 理后的圖像，以滿足診斷的要求。E、合成數(shù)字圖像的輸出將處理后圖像輸出至終端設(shè)備。如圖2所示，為一種用于實(shí)現(xiàn)利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法的 裝置，包括X射線源和圖像接收器，圖像接收器依次連接放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù) 字投影圖像前處理器、臨時(shí)數(shù)字投影圖像存儲(chǔ)器、數(shù)字圖像處理及合成器(DSP)、數(shù)字合成 圖像后處理器和數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器，數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器連接最終圖像顯示器或計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)輸出。X射線源連接X射線源高頻高壓控制電路與X射線源位置控制電路，數(shù)字圖像接 收器連接接收器控制電路，X射線源高頻高壓控制電路、X射線源位置控制電路、接收器控 制電路、數(shù)字圖像處理及合成器、數(shù)字合成圖像后處理器、數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器、最終圖像 顯示器均連接終端用戶控制器。用戶可通過“終端用戶控制器”對(duì)所需X射線源輸入指令(參數(shù))1)X射線源高 頻高壓控制電路單能量或多能量，kVp，mAs/mA，X射線源大小(如0. Imm, 0. 3mm或0. 6mm), 2)X射線源位置控制電路單一或多個(gè)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)/平動(dòng)速度等。具體采集過程 是這樣的，當(dāng)X射線源接受到這些指令后，首先以一固定的X射線能量(例如140kVp)，轉(zhuǎn)動(dòng) 射線源以形成不同角度的空間投影圖像，然后變化X射線能量(例如70kVp)，再重復(fù)上述轉(zhuǎn) 動(dòng)以形成另一組不同角度的空間投影圖像。在這過程中，用戶可通過“終端用戶控制器”，對(duì)“接受器”輸入指令(參數(shù))開始 /停止采集信號(hào)，每幀投影圖像信號(hào)采集所需的時(shí)間，采集速度等等。接收的模擬圖像信號(hào) 將通過“信號(hào)放大器”，“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，和“數(shù)字投影圖像前處理器”后臨時(shí)存儲(chǔ)在“投 影數(shù)字圖像存儲(chǔ)器”。然后用戶可通過“終端用戶控制器”輸入指令(參數(shù))圖像斷層面 深度(cm)，斷層面層數(shù)(單層或多層面)，及器官類別(肺臟，骨骼)，對(duì)存儲(chǔ)在“數(shù)字投影 圖像存儲(chǔ)器”里的數(shù)字圖像進(jìn)行合成。這些合成是在“數(shù)字圖像處理及合成器”中完成的。 一種最簡(jiǎn)單的合成方法是將某一特定的X射線能量(如在HOkVp高壓下產(chǎn)生的X射線) 的所有投影的數(shù)字圖像組進(jìn)行簡(jiǎn)單的平移相加的處理。在這一合成過程中，我們可以對(duì)人 體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)修正。一種簡(jiǎn)單的方法是將第二幅投影像相對(duì)于同一空間投影位置的第 一幅投影像做相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移的修正。合成以后的圖像信號(hào)將被輸出到“數(shù)字圖像后處理器”。用戶可通過“終端用 戶控制器”，對(duì)“后處理器”輸入指令(參數(shù))合成圖像感興趣的圖像信號(hào)范圍和區(qū)域采集所需的時(shí)間。“數(shù)字圖像后處理器”將數(shù)字圖像做相應(yīng)的處理，如數(shù)字圖像的動(dòng)態(tài)壓縮 (Dynamic compression)、動(dòng)態(tài)圖像噪音降低(Dynamicimage noise reduction)、圖像區(qū)域 選擇(Image segmentation)、圖像增強(qiáng)(Imageenhancement)等等。最后將處理好的數(shù)字圖像存儲(chǔ)在“數(shù)字圖像存儲(chǔ)器”中。這些數(shù)字圖像可在高分 辨率顯示器中顯示，或打印出來(lái)，輸出到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，或DVD上，供以后診斷用。以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此，任何以本發(fā) 明為基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)基本相同的技術(shù)效果，所作出地簡(jiǎn)單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋 于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特征在于依次包括如下步驟A、投影圖像信號(hào)的采集采用η份不同能量的X射線分別在m個(gè)不同空間位置投影出 s份圖像信號(hào)，η彡1，m彡1，s = nXm ；B、投影圖像的前處理投影圖像模擬信號(hào)首先經(jīng)過信號(hào)放大器及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將 投影圖像模擬信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)；然后將所述數(shù)字圖像信號(hào)輸入到數(shù)字圖像 前處理器；數(shù)字圖像前處理器對(duì)每一接收的像素單元靈敏度做補(bǔ)償；C、投影數(shù)字圖像的合成將修正的數(shù)字圖像通過數(shù)字圖像合成器，利用數(shù)字圖像處理， 合成為一系列的合成數(shù)字圖像；D、合成數(shù)字圖像的后處理以滿足診斷的要求；E、合成數(shù)字圖像的輸出將處理后圖像輸出至終端設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟A為先采用η份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投影出η份圖 像，再采用所述η份不同能量在另外的(m-1)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s =nXm份圖像，n彡l，m彡1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特征 在于所述步驟A為先采用兩份不同能量的X射線分別在一設(shè)定空間位置投影出兩份圖像， 再采用所述兩份不同能量在另外的(m-Ι)個(gè)不同空間投影位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = 2m份圖像，m > 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟A為先采用一設(shè)定能量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像，再采用 另外的(n-1)份不同能量的X射線分別在所述m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = nXm份 圖像，η彡l，m彡1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟A為先采用一設(shè)定能量的X射線在m個(gè)空間位置投影出m份圖像，再采用 另一份不同能量的X射線在所述m個(gè)位置進(jìn)行投影，即投影產(chǎn)生s = an份圖像，m > 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟B中對(duì)像素單元靈敏度做補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怯靡痪鶆虻腦射線直接照射接收 器，調(diào)整每一像素單元的增益，使得從每一像素單元輸出一樣強(qiáng)度的圖像信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將利用散射X射線的物理特性及近似假設(shè)，對(duì)散 射X射線對(duì)接收信號(hào)干擾做修正。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述修正的方法是散射X射線均勻分布在每個(gè)局部區(qū)域，其散射強(qiáng)度與每個(gè)局部 區(qū)域X射線衰減成比例、或與通過的局部區(qū)域的人體組織的厚度成比例。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將做投影數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)修正，包括人體外部 運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正，以得到運(yùn)動(dòng)位移修正的投影數(shù)字圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特征在于所述人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用光感應(yīng)器定位人體位移，求解出人體 外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述人體外部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為通過對(duì)人體外部特征結(jié)構(gòu)的投影圖像進(jìn)行 圖像處理及圖像比較，求解出人體外部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法， 其特征在于所述步驟B中數(shù)字圖像前處理器還將做投影數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)修正，包括人體 內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正，以得到運(yùn)動(dòng)位移修正的投影數(shù)字圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其 特征在于所述人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為利用心電圖描記器的信號(hào)來(lái)定位人體內(nèi) 部的周期性運(yùn)動(dòng)位移，心電圖描記器的信號(hào)可提供心臟跳動(dòng)的周期相位信息，在相同的相 位有著相同的心臟跳動(dòng)位移，求解出人體內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其 特征在于所述人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像影響的修正為通過對(duì)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的投影圖像進(jìn)行圖 像處理及圖像比較，人體器官邊界或血管形狀特征的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)定義人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，求解出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟C中的合成為先對(duì)每相同空間角度但具有不同能量的投影先采用一固定 的加權(quán)線性組合，以得到器官/組織成分的投影像，然后將所有投影角度的器官/組織的投 影像進(jìn)行組合，從而產(chǎn)生一組含有器官/組織成分的斷層面結(jié)構(gòu)的圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其特 征在于所述步驟C中的合成為先將一設(shè)定能量的不同角度的投影像進(jìn)行合成，以得到組 織斷層面結(jié)構(gòu)的圖像；然后將不同能量所形成的斷層面的圖像采用加權(quán)平移線性組合，從 而得到器官/組織成分?jǐn)鄬用娼Y(jié)構(gòu)的圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，其 特征在于所述步驟D中后處理包括數(shù)字圖像的動(dòng)態(tài)壓縮、動(dòng)態(tài)圖像噪音降低、圖像區(qū)域選 擇、圖像增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)圖像顯示，得到一系列處理后的圖像。
18.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1中所述利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的 方法的裝置，其特征在于包括X射線源和圖像接收器，所述圖像接收器依次連接放大器、 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字投影圖像前處理器、臨時(shí)數(shù)字投影圖像存儲(chǔ)器、數(shù)字圖像處理及合成 器、數(shù)字合成圖像后處理器和數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器，所述數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器連接最終圖 像顯示器或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的裝置，其特征 在于所述X射線源連接X射線源高頻高壓控制電路和X射線源位置控制電路，所述圖像接 收器連接接收器控制電路，所述X射線源高頻高壓控制電路、X射線源位置控制電路、接收 器控制電路、數(shù)字圖像處理及合成器、數(shù)字合成圖像后處理器、數(shù)字合成圖像存儲(chǔ)器、最終 圖像顯示器均連接終端用戶控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用多能量X射線復(fù)合投影數(shù)字合成成像的方法，依次包括A、投影圖像信號(hào)采集采用n份不同能量的X射線分別在m個(gè)不同空間位置投影出s份圖像信號(hào)，n≥1，m≥1，s＝n×m；B、投影圖像前處理投影圖像模擬信號(hào)首先經(jīng)過信號(hào)放大器及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將投影圖像模擬信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)；然后將所述數(shù)字圖像信號(hào)輸入到數(shù)字圖像前處理器；數(shù)字圖像前處理器對(duì)每一接收的像素單元靈敏度做補(bǔ)償；C、投影數(shù)字圖像合成將修正的數(shù)字圖像通過數(shù)字圖像合成器，利用數(shù)字圖像處理，合成為一系列的合成數(shù)字圖像；D、合成數(shù)字圖像后處理以滿足診斷的要求；E、合成數(shù)字圖像的輸出將處理后圖像輸出至終端設(shè)備。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102068268SQ201010592939
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者陳建鋒 申請(qǐng)人:陳建鋒