專利名稱：放射圖像噪聲減少系統(tǒng)和方法
技術領域：
本文公開的主旨涉及數(shù)字X射線成像系統(tǒng)，并且具體地涉及用于校正用這樣的系統(tǒng)采集的圖像數(shù)據(jù)中的電磁干擾(EMI)的影響的技術。
背景技術：
許多具有各種設計的放射成像系統(tǒng)是已知的并且目前正在使用中。這樣的系統(tǒng)一般基于被引導朝向感興趣受檢者的X射線的產生。這些X射線穿越該受檢者并且撞擊膜或數(shù)字檢測器。日益地，這樣的X射線系統(tǒng)使用數(shù)字電路來檢測這些X射線，其由該受檢者的介入結構衰減、散射或吸收。例如，在醫(yī)療診斷背景中，這樣的系統(tǒng)可用于使內部組織可視化并且診斷患者疾病。在其他背景中，可將部件、行李、包裹和其他受檢者成像來評定它們·的容納物以及用于其他目的。基本的X射線系統(tǒng)可設計成用于僅生成投影圖像。盡管圖像數(shù)據(jù)自身可以進行各種呈現(xiàn)，這樣的投影圖像可呈現(xiàn)為眾所周知的倒像。除投影X射線系統(tǒng)外，該技術現(xiàn)在提供基于相似的X射線輻射產生和檢測的熒光透視系統(tǒng)、計算機斷層攝影系統(tǒng)和層析系統(tǒng)。例如，在計算機斷層攝影和層析系統(tǒng)中，圖像基于應用于多個收集的圖像的各種重建技術計算為通過受檢者的切片。熒光透視系統(tǒng)用于獲得受檢者的實時移動圖像。在前述類型系統(tǒng)的任一個中收集的放射系統(tǒng)數(shù)據(jù)中可存在各種偽像。某些類型的偽像是眾所周知的并且可以采用各種已知方式處理、消除或校正。然而，至少通過已知技術還仍然存在無法被輕易校正或避免的偽像。例如，具有數(shù)字檢測器的X射線系統(tǒng)遭受由于電磁干擾(EMI)的存在引起的偽像的影響。EMI的源可包括例如各種可在X射線成像系統(tǒng)附近使用的電氣和電子部件，例如射頻燒灼體、磁性導管導航系統(tǒng)等(僅提到少數(shù)幾個)。取決于這樣的EMI的相位、頻率和幅度，重建圖像中的偽像一般可采取疊加在基本圖像上的較深和較淡平行行的形式。這樣的偽像不僅分散注意力，并且可損害圖像的例如在醫(yī)療背景中用于診斷等的有效使用。特別地，這樣的偽像可使微小或更詳細的特征難以檢測和辨明，這些特征否則在圖像中將是可見的。它們還可干擾計算機輔助技術的有效使用，計算機輔助技術例如是在醫(yī)療診斷和部件與包裹檢查背景中變得日益盛行的計算機輔助檢測和診斷算法、分割算法等。因此，需要有消除放射圖像數(shù)據(jù)中的偽像和噪聲的改進方式。特別需要有可以解決X射線圖像中源自EMI的噪聲的技術。

發(fā)明內容
根據(jù)本公開的一個方面，用于控制X射線放射照相系統(tǒng)的方法包括從數(shù)字X射線檢測器采集數(shù)據(jù)；基于該采集的數(shù)據(jù)表征電磁干擾；基于該表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法；基于該選擇的電磁干擾補償算法經(jīng)由該數(shù)字X射線檢測器采集X射線成像數(shù)據(jù)；以及處理該X射線成像數(shù)據(jù)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)另一個方面，成像系統(tǒng)包括X射線源、數(shù)字X射線檢測器和控制電路。該控制電路配置成經(jīng)由該數(shù)字X射線檢測器采集數(shù)據(jù)(包括X射線圖像數(shù)據(jù)和產生于電磁干擾的數(shù)據(jù))；基于該采集的數(shù)據(jù)表征該電磁干擾；基于該表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法；以及基于該選擇的電磁干擾補償算法經(jīng)由該數(shù)字X射線檢測器采集X射線成像數(shù)據(jù)。該成像系統(tǒng)還包括處理電路，其配置成處理該X射線成像數(shù)據(jù)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)另外的方面，制品包括計算機可讀存儲介質，其具有存儲在其上的可執(zhí)行應用指令。這些應用指令包括適應于從數(shù)字圖像檢測器接收第一數(shù)據(jù)的指令、適應于基于該接收的數(shù)據(jù)表征電磁干擾的指令、適應于基于該表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法的指令、適應于基于該選擇的電磁干擾補償算法從該數(shù)字圖像檢測器采集第二數(shù)據(jù)的指令，以及適應于處理該第二數(shù)據(jù)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)的指令。 根據(jù)另一個方面，用于動態(tài)選擇數(shù)字X射線檢測器積分時間的方法包括確定由該數(shù)字X射線檢測器外部的源產生的電磁干擾信號的時段，并且基于該電磁干擾信號的時段調節(jié)該數(shù)字X射線檢測器的積分時間。調節(jié)包括設置該積分時間使其盡可能地接近該電磁干擾信號時段的整數(shù)倍。根據(jù)另外的方面，用于動態(tài)選擇數(shù)字X射線檢測器掃描線順序的方法包括使用第一掃描線順序確定由該數(shù)字X射線檢測器外部的源產生的電磁干擾信號的多個值，并且將該電磁干擾信號的該多個值分類來獲得第二掃描線順序。該電磁干擾信號的能見度在使用該第二掃描線順序獲得的數(shù)字X射線圖像中降低。


當下列詳細描述參照附圖(其中類似的符號在整個附圖中代表類似的部件)閱讀時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖I是其中可利用本技術的示范性數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的圖解概觀；圖2是可包括在圖I的系統(tǒng)的檢測器中來產生圖像數(shù)據(jù)供重建的某個功能電路的圖解表示；圖3是用于從X射線圖像數(shù)據(jù)消除源自EMI的偽像的示范性的目前設想的系統(tǒng)的圖解概觀；圖4是采集序列中的一部分的圖解表示，其中采集圖像數(shù)據(jù)、偏移數(shù)據(jù)和EMI表征數(shù)據(jù)用于校正EMI數(shù)據(jù)偽像；圖5是根據(jù)實施例示出線時間和積分時間的時序圖；圖6是根據(jù)實施例通過改變線時間或積分時間而易于減少的源自EMI的偽像的圖形表示；圖7是根據(jù)實施例通過將線掃描重新排序而易于減少的源自EMI的偽像的圖形表示；并且圖8是用于從X射線圖像數(shù)據(jù)消除源自EMI的偽像的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I圖解圖示用于采集和處理離散像素圖像數(shù)據(jù)的成像系統(tǒng)10。在該圖示的實施例中，系統(tǒng)10是根據(jù)本技術設計成采集原始圖像數(shù)據(jù)并且處理該圖像數(shù)據(jù)供顯示的數(shù)字X射線系統(tǒng)。在圖I中圖示的該實施例中，成像系統(tǒng)10包括鄰近準直器14安置的X射線輻射源12。準直器14允許輻射流16傳遞進入例如人類患者18等受檢者所安置的區(qū)域。輻射的一部分20通過或繞過該受檢者并且撞擊數(shù)字X射線檢測器(一般以標號22表示)。如下文更充分描述的，檢測器22將在它的表面上接收的X射線光子轉換成較低能量的光子，并且隨后轉換成電信號，其被采集并且處理來重建該受檢者內的特征的圖像。源12由電力供應/控制電路24控制，該電力供應/控制電路24向檢查序列供給電力和控制信號兩者。此外，檢測器22耦合于檢測器控制器26，其命令檢測器22中產生的信號的采集。檢測器控制器26還可執(zhí)行各種信號處理和過濾功能，例如用于動態(tài)范圍的初始調節(jié)、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的間插等。電力供應/控制電路24和檢測器控制器26兩者都響應于來自系統(tǒng)控制器28的信號。一般,系統(tǒng)控制器28命令成像系統(tǒng)10的操作來執(zhí)行檢查規(guī)程并且處理采集的圖像數(shù)據(jù)。在本上下文中，系統(tǒng)控制器28還包括典型地基于通用或專用數(shù)字計算機的信號處理電路、用于存儲由該計算機執(zhí)行的程序和例程以及配置參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)的關聯(lián)存儲器電路、接口電路等。
·
在圖I中圖示的實施例中，系統(tǒng)控制器28鏈接到至少一個輸出裝置，例如以標號30指示的顯示器或打印機等。該輸出裝置可包括標準或專用計算機監(jiān)視器和關聯(lián)的處理電路。一個或多個操作者工作站32可進一步鏈接在系統(tǒng)中用于輸出系統(tǒng)參數(shù)、請求檢查、觀察圖像等。一般，系統(tǒng)10內供應的顯示器、打印機、工作站和相似裝置對于數(shù)據(jù)采集部件可是本地的，或可遠離這些部件，例如在機構或醫(yī)院內的其他地方，或在完全不同的位置，經(jīng)由一個或多個可配置網(wǎng)絡(例如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)絡等)鏈接到圖像采集系統(tǒng)。根據(jù)本技術，由系統(tǒng)10采集的數(shù)據(jù)可被各種EMI源(沒有示出)擾亂，這取決于使用該系統(tǒng)的背景和可環(huán)繞該系統(tǒng)或與其結合使用的裝置。各種頻率和幅度的干擾(其中一些可與采集的數(shù)據(jù)同相和異相)可在收集采集的數(shù)據(jù)時有效疊加在采集的數(shù)據(jù)上。系統(tǒng)10允許表征和校正這樣的干擾，從而允許減少偽像，否則偽像將在圖像數(shù)據(jù)中存在并且在基于該數(shù)據(jù)重建的圖像中可見。系統(tǒng)10可根據(jù)EMI的特性使用若干方法中的一個或多個。例如，一些方法可能比其他方法更適合某些類型的EMI。從而，系統(tǒng)10可分析EMI來確定一個或多個方法中的哪個要應用于圖像數(shù)據(jù)。它自身的表征和校正可在前述電路(包括檢測器電路、檢測器控制器26或系統(tǒng)控制器28)中的任何電路中進行。此外，在期望的情況下，干擾可在后處理步驟中表征和校正，該后處理步驟可部分或完全遠離成像系統(tǒng)10自身。圖2是數(shù)字檢測器22的功能部件的圖解表示。圖2還表示成像檢測器控制器或IDC 34，其將典型地配置在檢測器控制器26內。IDC34包括CPU或數(shù)字信號處理器，以及存儲器電路以用于命令從檢測器采集感測信號。IDC 34經(jīng)由雙路光纖導線耦合于檢測器22內的檢測器控制電路36。在某些目前設想的實施例中，還可使用其他通信系統(tǒng)和技術，例如以太網(wǎng)通信協(xié)議和無線通信裝置與協(xié)議等。IDC 34由此在操作期間對于檢測器22內的圖像數(shù)據(jù)交換命令信號。檢測器控制電路36從一般以標號38表示的電源接收DC電力。檢測器控制電路36配置成產生用于行和列電子設備的時序和控制命令，該行和列電子設備在系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)采集階段期間用于采集圖像數(shù)據(jù)。電路36因此將電力和控制信號傳送給參考/調整器電路40，并且從電路40接收數(shù)字圖像像素數(shù)據(jù)。在本實施例中，檢測器22由將檢查期間在檢測器表面上接收的X射線光子轉換成較低能量(可見)光子的閃爍體構成。光電檢測器陣列然后將這些可見光子轉換成電信號，其表示撞擊檢測器表面的個體像素區(qū)域的光子數(shù)目或輻射強度。在某些目前設想的實施例中，X射線光子可直接轉換成電信號。讀出電子設備將所得的模擬信號轉換成數(shù)字值，其可以被處理、存儲并且在重建圖像后例如在顯示器30或工作站32中顯示。采用目前的形式，光電檢測器的陣列用非晶硅形成。陣列元件采用行和列組織，其中每個元件由光電二極管和薄膜晶體管構成。每個二極管的陰極連接到該晶體管的源極，并且所有二極管的陽極連接到負偏壓。每行中的晶體管的柵極連接在一起并且行電極連接到如下文描述的掃描電子設備。列中的晶體管的漏極連接在一起并且每列的電極連接到讀出電子設備的個體通道。在圖2中圖示的特定實施例中，通過示例，行總線42包括多個導線，用于啟用從檢測器22的各種行的讀出，以及用于停用行并且對選擇的行施加電荷補償電壓(在期望的情況下)。列總線44包括另外的導線，用于當順序地啟用行時命令從列的讀出。行總線42耦合于一系列行驅動器46，其中的每個命令檢測器22中的一系列行的啟用。相似地，讀出電子設備48耦合于列總線44，用于命令檢測器22的所有列的讀出。在圖示的實施例中，行驅動器46和讀出電子設備48耦合于檢測器面板50，其可細·分成多個段52。每段52耦合于行驅動器46中的一個，并且包括一定數(shù)量的行。相似地，每個列驅動器48耦合于一系列的列。上文提到的光電二極管和薄膜晶體管設置由此限定采用行56和列58設置的一系列像素或離散圖片元素54。這些行和列限定具有高度62和寬度64的圖像矩陣60。如也在圖2中圖示的，每個像素54—般限定在行和列交叉點處，列電極68與行電極70在該交叉點處交叉。如上文提到的，薄膜晶體管72提供在每個像素的每個交叉點位置，光電二極管74也是這樣。當行驅動器46啟用每個行時，來自每個光電二極管74的信號可經(jīng)由讀出電子設備48訪問，并且轉換成數(shù)字信號供隨后處理和圖像重建。從而，當起動附連到行上的像素的所有晶體管的柵極的掃描線時，同時控制陣列中的該整行像素。因此，該特定行中像素中的每個通過開關連接到數(shù)據(jù)線，其由讀出電子設備使用來使電荷回復到光電二極管74。應該注意到在某些系統(tǒng)中，當關聯(lián)的專用讀出通道中的每個使電荷同時回復到行中的所有像素時，讀出電子設備將來自之前行的測量從模擬電壓轉換成數(shù)字值。此外，讀出電子設備可在采集子系統(tǒng)之前從行傳遞這些數(shù)字值，該采集子系統(tǒng)將在監(jiān)視器上顯示診斷圖像或將它寫入膠片之前進行一些處理。用于啟用行的電路可在本上下文中基于場效應晶體管對這樣的啟用(行驅動)的使用稱為行啟用或場效應晶體管(FET)電路。與上文描述的行啟用電路關聯(lián)的FET處于“導通”或傳導狀態(tài)用于啟用行，并且當行沒有被啟用用于讀出時被“關斷”或處于非傳導狀態(tài)。盡管這樣說，應該注意到用于行驅動器和列讀出電子設備的特定電路部件可改變，并且本發(fā)明不限于使用FET或任何特定的電路部件。如下文更充分描述的，一般已經(jīng)確定可在圖像數(shù)據(jù)中存在的源自EMI的偽像可以通過采集圖像數(shù)據(jù)(其將包括期望圖像數(shù)據(jù)和EMI噪聲兩者)并且處理該數(shù)據(jù)來表征EMI噪聲(其然后可被去除來獲得校正圖像)而表征。在下文描述的目前設想的實施例中，圖像數(shù)據(jù)連同偏移數(shù)據(jù)一起讀出，并且這些讀出操作都包括其中啟用行(即，“FET導通”)以及其中停用行(即，“FET關斷”)的讀出數(shù)據(jù)。這樣的校正的總體方案在圖3中圖解表示。
如在圖3中示出的，作為過程中的第一步，采集如由標號76指示的X射線圖像數(shù)據(jù)。這可使用上文描述的類型的數(shù)字檢測器采用常規(guī)方式完成。此外，采集圖像數(shù)據(jù)，其中啟用行以便讀出由X射線被受檢者衰減、散射或吸收引起的檢測器中的光電二極管的電荷耗盡。該讀出伴隨有如一般由標號78表示的EMI表征數(shù)據(jù)的讀出。進行該讀出，其中停用行來獲得僅關于源自EMI的噪聲(和在數(shù)據(jù)處理中使用的任何偏移)的信息。然后在如由標號80指示的EMI估計過程中使用后一個數(shù)據(jù)集，其中EMI數(shù)據(jù)采用頻率、相位和幅度表征干擾。在目前設想的實施例中，因為EMI表征數(shù)據(jù)的采集在采集序列中緊接著圖像數(shù)據(jù)采集，確保EMI表征數(shù)據(jù)的相位與圖像數(shù)據(jù)的相位相同。接著，表征的EMI分量從原始圖像數(shù)據(jù)(其否則將包括EMI分量和它們可能引起的任何偽像)扣除，如由求和器82指示的，來達成校正的圖像數(shù)據(jù)84。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該技術允許非常準確地表征數(shù)據(jù)中源自EMI的偽像、去除這些偽像以及呈現(xiàn)從校正的數(shù)據(jù)重建的大大增強的校正的圖像。下文更詳細地描述收集用于表征EMI并且校正圖像數(shù)據(jù)來消除任何源自EMI的偽像的數(shù)據(jù)的特定方式。然而，為表征目的分析EMI的方式通過下列論述呈現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，則如下文更充分描述的那樣，采用該方式來一旦采集并且存儲圖像數(shù)據(jù)和EMI表征數(shù)據(jù)則表征EMI?！MI可以描述為時域中的正弦信號。因為同時采集圖像的每行上的所有像素的數(shù)據(jù)，它們受具有相同相位的EMI影響。如果EMI的強度跨越整個檢測器是相同的(如在大多數(shù)臨床圖像中看見的)，擾亂程度對于圖像的一行上的所有像素是相同的。從而，由于EMI引起的偽像可以通過將圖像的每行上的像素值平均來減少由測量系統(tǒng)引入的隨機附加噪聲而獲得。當EMI強度跨越檢測器變化時，該平均操作不能在整行上進行。在該情況下，圖像應該分成ROI (感興趣區(qū)域)并且然后關于這些ROI中的每個進行平均。因為EMI偽像一般是正弦曲線信號，圖像中偽像的對比度通過正弦曲線的幅度確定。估計偽像對比度的問題變成估計正弦曲線的幅度。如果fEMI和aEMI分別是正弦曲線的頻率和幅度，偽像可以通過下列公式描述y(n) =+e(n)(I);其中e(n)是平均后的測量系統(tǒng)噪聲。感興趣的問題是從測量數(shù)據(jù)序列{y(0)，y(l), "^y(N-I)I估計aEMI，其中N是掃描線的數(shù)目。此外，多個掃描線的偽像可以由變量Y表示，使得Y = [y(0)y(l)…y(N_l)]T (2)；并且C1 (aEME，fEMI) — I I Y_aEMI EMI I(3)；其中( )T指示轉置矩陣。和{aEMI，fEMI}的值的估計可通過最小化下
列非線性最小二乘方(NLS)準則而獲得C1 (aEMI，fEMI) — I I Y_aEMI EMI I(4)；其中I 指示歐幾里德范數(shù)。當噪聲e(n)是零均值白色高斯隨機過程時，NLS估計與最大可能性(ML)估計相合。然而，當噪聲被著色時，NLS估計不再是ML估計，但它們仍然可以具有優(yōu)異的統(tǒng)計表現(xiàn)。
關于aEMI最小化方程(4)中的成本函數(shù)C1給出aEMI的估計a爾=匕小麵)■'=(5)；其中( )H指示復數(shù)共軛轉置。通過將方程(5)代入方程⑷ Y —= Y _ 髓 髓Y —(6)；= YhY -其通過將以下最大化而最小化
·
C20W)= ^emi^(7);因此fEMI可以由以下確定
H 2 /'Am = arg max/N\(8);
JBMI/一旦獲得，準備好從方程(5)確定幅度aEMI _(9)；
fsMi =Iemi看出項
M-\<PLjY = Iyi^ei27lfmrn(10);
n=0在方程(8)和(9)兩者中是可以經(jīng)由FFT計算的序列[y(0), y⑴，…，y (N-I)]的離散傅立葉變換。因此，正弦曲線的幅度可以從FFT的幅度的最高峰值除以N計算。應該注意到來自上文的FFT的頻率估計的分辨率可受行的數(shù)目N限制。在一些情況下，這可能被認為不足以準確地校正偽像。在該情況下，分辨率可通過在進行FFT之前在序列[y(0),y(l),…，y(N-l),0,…,0]中補零而增加,或可在從FFT獲得的初始頻率估計周圍進行精煉搜索。更準確的幅度估計然后用該精煉的頻率估計從方程(9)更新?？梢允境霎擡MI由多個頻率構成時，幅度也可以采用相似的方式計算。當峰在頻域中被很好地分開時，每個峰的高度給出這些頻率中的每個的幅度。當兩個頻率太靠近而不能在頻域中被分開時，這些頻率的幅度可以通過從數(shù)據(jù)序列[y(0)，y(l)，-,y(N-l)]去除獲得的正弦曲線而迭代地獲得。上文描述的方式可以獲得正弦曲線幅度的最好估計。它對可能例如隨檢測器的面板溫度等變化的電子噪聲不敏感。前述估計過程可用于EMI的幅度和頻率。如下文論述的，因為用于表征EMI的數(shù)據(jù)與對X射線圖像收集的數(shù)據(jù)固有地同相，在當前設想的方式中EMI的相位不是難題。即，如下文論述的，EMI表征數(shù)據(jù)采用相同的數(shù)據(jù)采集序列或規(guī)程采集，但其中行啟用的FET簡單地切換到關斷狀態(tài)。從而，當表征EMI時，它可采用簡明的方式從圖像數(shù)據(jù)扣除，而不要求考慮或進行相移。應該注意到該EMI估計方式可發(fā)現(xiàn)在本文描述的表征和圖像數(shù)據(jù)校正實現(xiàn)以外的應用。例如，在其中圖像采集期間實時計算正弦曲線的頻率和幅度的EMI監(jiān)測系統(tǒng)中，在存在EMI的情況下發(fā)送警告信號給操作者。因為不同的觀察者對具有不同頻率的偽像具有不同的視覺敏感度，警告閾值也是依賴頻率的。另外的應用可牽涉根據(jù)干擾的頻率和幅度調節(jié)曝光技術(包括kvp、ma、mas、過濾等)來減少或消除X射線圖像中的偽像。再另一個應用可牽涉一旦偽像超出閾值，警告操作者安裝屏蔽設備，例如檢測器上的屏蔽殼等。對于空間中的給定點，電磁干擾(EMI)可以描述為時域中K個正弦曲線的總和e(i) = j^a(k).e^k)t(11)，
k=\·
其中f (k)是頻率并且
α(Λ) = |α(時刷(12)是代表第k個正弦曲線的幅度|a(k) I和相位識(々)的復數(shù)。從一處到另一處，正弦曲線的頻率保持不變，然而，幅度和相位可根據(jù)源和觀察點之間的取向和距離變化。干擾通過上文描述的檢測器面板和讀出電路增加到X射線圖像數(shù)據(jù)或更一般地影響X射線圖像數(shù)據(jù)。特別地，如上文論述的，面板上的像素設置為二維矩陣，其中一列通過特定讀出電路經(jīng)由數(shù)據(jù)線讀取。掃描線控制像素讀出的順序和時刻。面板的一行上的像素由一個掃描線連接，使得在相同時間讀出每行。結果，附加干擾表現(xiàn)為行相關噪聲(RCN)類型的偽像，其視為在圖像的行方向上的線或帶。位于行m和列η處的像素的附加值可以由以下表示em^Yan(kye^J^m(13),
k=\其中/(免)是偽像在列方向上的頻率，并且
an(k) = \an{k)\e]^k)( 14)代表圖像的列η上的第k個正弦曲線的幅度|5 {是)|和相位氣認)。注意取決于EMI
頻率和檢測器線掃描頻率之間的關系，圖像偽像的頻率/(A)可不同于EMI頻率f(k)。例如，如果便攜式檢測器的線時間是O. 122496ms，這對應于1/0. 122496ms = 8. 164KHz的線掃描頻率。根據(jù)信號采樣定理，當f (k)小于線掃描頻率的一半(其是8. 164/2 = 4. 082KHz)時，兩個頻率相等。當f(k)在該示例中高于4.082KHZ (其在該領域中通常是這樣)時，兩個頻率是不同的。由于列的物理位置不同，由忑^).表示的幅度和相位是列η的函數(shù)。毛(幻和a(k)之間的關系不僅取決于檢測器外殼對EMI的衰減，而且取決于干擾拾取機構的阻抗。這里感興趣的問題是要估計正弦曲線的參數(shù)良(以/(幻丨^，以便重建圖像偽像
,然后將它從圖像去除pmn = pmn -emn (m = 0,1,---,M - I; η = O,I,··-I)(15)，其中M和N代表圖像大小，Pm, n是位于EMI污染圖像的行m和列η處的像素，是由方程(13)限定的對應附加像素值，并且.是EMI校正的像素值。由于圖像包含的結構，正弦曲線的參數(shù)( (幻,/(幻￡庫以從含EMI的圖像數(shù)據(jù)估計。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)偽像獨立于FET狀態(tài)。即，由檢測器拾取的附加噪聲不改變，而不管FET狀態(tài)(即，導通或關斷)如何。從而，EMI信息可通過在任何偏移或光圖像的FET導通幀之前采集ー幀F(xiàn)ET關斷的圖像數(shù)據(jù)來獲得。本技術使用該采集和上文描述的表征方式來校正含EMI的圖像數(shù)據(jù)。該校正算法可以是由系統(tǒng)使用來減少EMI的影響的若干方法(如下文詳細論述的)中的第一個。從其中FET導通和關斷的檢測器采集數(shù)據(jù)允許估計偽像的參數(shù)，其由來自圖像的“擴展”行(即，圖像數(shù)據(jù)的行和EMI表征數(shù)據(jù)的行)的K個正弦曲線的總和描述。因為數(shù)據(jù)中的一些根據(jù)下文描述的本技術在FET關斷時采集，結構可以容易地從無EMI的偏移(其在無EMI存在的情況下用相同技術獲得)去除。從而，如果{(!。，も，…，(VpdM, -,CIm^1I是從行擴展的圖像獲得的矢量，其中{dQ，·Cl1,…，(ImJ對應于正常圖像，并且{dM，…，dM+M}對應于其中FET關斷的行的數(shù)據(jù)，該矢量可以是圖像的列或圖像的若干列的平均(但在目前設想的實施例中，其然而定域于檢測器的一部分)。如果新矢量通過使用具有顛倒順序的{dM，…，dM^}而限定e (I) = dM+L_H，I =0,1, ---L-I (16),包含在{仏，…，dpdj中的正弦曲線變成在矢量トのだ中的那些的延續(xù)。從而，Wm+…，dpdj中的偽像可通過從估計正弦曲線的參數(shù)而重建。從而，可去除由于EMI引起的圖像偽像。為了實現(xiàn)該技術，頻率估計為準確的是可取的。例如，假設M = L = 2048，為了校正圖像的第一行上的偽像，計算ム的值。從而，頻率估計中的誤差可被顯著放大。頻率估計的初始值可以通過FFT獲得，但期望精煉搜索來達到更準確的估計。為了本目的，假設許多已知技術中的任何技術可用于估計正弦曲線的參數(shù)。如上文指出到的，可以在檢測器中實現(xiàn)校正算法。它還可以在檢測器或系統(tǒng)控制電路中實現(xiàn)，或甚至在遠程計算機中通過后處理實現(xiàn)。在后一個情況下，具有圖像和EMI表征數(shù)據(jù)的整行可傳遞到處理電路，或者這些結合的行的大小可通過將若干列平均以及然后保存圖像的未使用區(qū)域中的矢量而減小。例如，圖像的一定數(shù)量的線(例如，在圖像邊緣中的每個上的12條線)可用于存儲平均列矢量。在該情況下，圖像大小將與之前相同。備選地，可擴展圖像的大小。此外，可校正所有偏移和X射線圖像的圖像偽像。假使沒有EMI存在，正弦估計的幅度將等于或接近零。從而，當EMI不存在時，可實行正常圖像采集和處理。當檢測到EMI時，可采集具有行和EMI表征數(shù)據(jù)的“擴展”圖像并且進行EMI校正。再另外，可存儲圖像的未使用區(qū)域中行和EMI表征數(shù)據(jù)的矢量，并且當觀察者(在醫(yī)療背景中的醫(yī)生)在圖像中看見偽像時可進行EMI校正。此外，無EMI的參考FET關斷圖像可以通過檢測器質量檢查或檢測器校準而有規(guī)律地獲得。當沒有檢測到EMI時，它也可以從包括行數(shù)據(jù)和EMI表征數(shù)據(jù)的圖像獲得?？墒褂米詈螳@得的無EMI的FET關斷圖像，或可將最后若干圖像平均。在使用平均圖像的情況下，可采用簡單平均或加權平均，其中最近的圖像具有最大權重。
圖4表示設計成允許根據(jù)第一方法的前述原理的EMI的表征和圖像數(shù)據(jù)的校正的圖像數(shù)據(jù)采集規(guī)程時間線。如上文指出的，檢測器的行典型地通過改變在該驅動器電路中使用的ー個或多個FET的狀態(tài)而由驅動器電路啟用。為了從行讀取數(shù)據(jù)，則接通FET電路來實現(xiàn)這樣的讀出。一般由標號100指代的時間線可包括數(shù)據(jù)讀出的兩個時段102和104。在偏移時段102中，讀出偏移數(shù)據(jù)，其在EMI存在時受這樣的EMI影響。如上文論述的，源自EMI的偽像獨立于FET狀態(tài)。即，對于FET導通和FET關斷，由檢測器檢測的EMI偽像是相同的。從而，偏移時段102包括后跟ー個或多個FET導通幀108的FET關斷幀106。另夕卜，F(xiàn)ET導通幀108可以包括其中FET導通的正常行和其中FET關斷的“擴展”行，用于連續(xù)EMI估計和變化跟蹤。在數(shù)據(jù)采集規(guī)程中接著偏移時段102，在接收時段104期間起動X射線源。由于上文論述的原因，該接收時段104以FET關斷幀106開始。在FET關斷幀106期間，停用行。在FET關斷幀106期間收集的數(shù)據(jù)將受系統(tǒng)處存在的EMI影響，但由于行停用將不包括圖像數(shù)據(jù)。接著，檢測器在X射線脈沖110期間受X射線輻射撞擊。在該X射線脈沖110期 間，X射線輻射將引起每個像素位置處的光電檢測器的電荷(其對應于在閃爍體上該位置接收的X射線輻射量)耗盡。X射線脈沖110后跟數(shù)據(jù)讀出的FET導通幀108，在該數(shù)據(jù)讀出的FET導通幀108期間啟用行。如上文論述的，根據(jù)本技術，該讀出108將包括讀出受EMI影響的圖像數(shù)據(jù)(當EMI在系統(tǒng)處存在吋)，以及用于重建有用圖像的數(shù)據(jù)。S卩，與偏移108相似，對于X射線圖像采集的FET導通幀108還可包括其中FET導通的正常行和其中FET關斷的“擴展”行用于連續(xù)EMI估計來重建。接著，可進行后跟FET導通幀108的X射線脈沖110的一個或多個另外循環(huán)來完成熒光透視程序。使用第一方法收集的數(shù)據(jù)用于表征EMI，使得它可以如上文描述的那樣從圖像數(shù)據(jù)扣除。用于讀出圖像數(shù)據(jù)、偏移數(shù)據(jù)和EMI表征數(shù)據(jù)的時段的持續(xù)時間可變化，其中這些時段彼此相等或典型地其中EMI表征數(shù)據(jù)讀出是較短的。然而，該時段可以更長(在期望的情況下)。一般，進行讀出期間的持續(xù)時間將由于檢測器中行的數(shù)目而是已知的。圖5是示出掃描線152和復位/串行輸出154的時序圖150。該掃描線152指示FET是導通還是關斷的。該復位/串行輸出154示出積分器復位時間156、第一樣本建立時間(sample settling time) 158、FET導通時間160和第二樣本建立時間162。積分時間164是該第一樣本建立時間158、FET導通時間160和第二樣本建立時間162的和。線時間166是該積分器復位時間156、第一樣本建立時間158、FET導通時間160和第二樣本建立時間162之和。在減少EMI影響的第二方法中，可改變積分時間164同時維持線時間166。在減少EMI影響的第三方法中，可改變線時間166同時維持積分時間164。這些方法中的兩者在下文詳細論述。例如，線時間166可以通過調節(jié)FET導通時間160和/或第二樣本建立時間162改變。EMI噪聲源常常以比成像檢測器的線讀出頻率高得多的頻率發(fā)生。這引起EMI噪聲信號混雜到檢測器帶寬內的較低頻率。如果可以確定EMI噪聲信號的真正頻率，檢測器的線時間166可以采用這樣的方式調節(jié)來將混雜的EMI噪聲信號置于對于檢測器無效。為了圖示可如何使用第二和第三方法，圖6是作為時間的函數(shù)的RCN的圖120。具體地，采用毫秒的時間在X軸122上示出，并且RCN在Y軸124上示出。如在圖6中示出的，EMI信號126在時域中具有正弦曲線形狀。另外，該EMI信號126具有規(guī)律時段128，其在圖示的實施例中是近似18. 5毫秒。如果該EMI信號126的頻率固定或不變，積分時間164可使用第二方法改變以等于該EMI信號126的時段128。如果積分時間164與該EMI信號126的時段128相同，源自EMI的偽像可從圖像去除。使用第三方法，線時間166可改變以等于該EMI信號126的時段128。因為積分時間164典型地小于線時間166,積分時間將不與時段128相同。從而，源自EMI的偽像可在原始圖像中保留。然而，因為EMI信號126的頻率固定，積分時間164和時段128之間的差別(即，剰余)對于每個被掃描的線是恒定的，使得在最終圖像中將沒有源自EMI的偽像可見。也就是說，在原始圖像中存在的時段128和積分時間164之間的剩余可在偏移校正后去除。如果積分時間164和/或線時間166是時段128的整數(shù)倍，也可以使用第二和第三方法。例如，圖6中的時間130指示乘以整數(shù)ニ的時段128，其在圖示的實施例中近似等于37毫秒。如果積分時間164改變以等于時間130，源自EMI的偽像可從最終圖像去除。如果線時間166改變以等于時間130，剰余可以是恒定的并且在偏移校正后去除。從而在兩個情況下，源自EMI的偽像從最終圖像去除。然而，如果積分時間164和/或線時間166不是時段128的整數(shù)倍，源自EMI的偽像將保留在最終的圖像中。如在圖6中示出的，線132近似等于30毫秒，其不是18. 5毫秒的時段128的整數(shù)倍。另外，如上文提到的，改變積分時間164和改變線時間166的第二和·第三方法假設EMI信號126的頻率保持恒定。如果EMI信號126的頻率在熒光透視程序期間隨時間漂移，RCN偽像在隨后的圖像上將是可見的。此外，可應用改變積分時間164和線時間166的第二和第三方法來去除單頻率偽像，或具有單個基頻和它的諧振頻率的偽像，并且當EMI源具有多個頻率(其中每個無法按整數(shù)縮放)時可能不被使用。圖7是圖示牽涉將要掃描的線重新排序來減少EMI的影響的第四方法的圖180。具體地，該圖180在X軸182上示出時間，并且在Y軸184上示出RCN。在圖7中示出采集的圖像上具有正弦曲線形狀的EMI信號186。點190、192、194、196、198和200中的每個指示獲得圖像線的時間。點190、192、194、196、198和200中的每個可由規(guī)律時段188間隔開。如在圖7中示出的，圖像上EMI信號186的大小在點190、192、194、196、198和200中的每個處可是不同的，在最終圖像中導致RCN偽像。然而，代替按在圖7中示出的點190、192、194、196、198和200的順序掃描圖像，掃描線可被重新排序來減少EMI信號186在最終圖像上的影響。具體地，點190、192、194、196、198和200可如在下列表格中示出的被重新排序，該表格還示出點190、192、194、196、198和200中的每個的RCN值。
權利要求
1.一種用于控制X射線放射照相系統(tǒng)(10)的方法，其包括 從數(shù)字X射線檢測器(22)采集數(shù)據(jù)； 基于所采集的數(shù)據(jù)表征電磁干擾； 基于所表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法； 基于所選擇的電磁干擾補償算法經(jīng)由所述數(shù)字X射線檢測器(22)采集X射線成像數(shù)據(jù)(76);以及 處理所述X射線成像數(shù)據(jù)(76)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)(84)。
2.如權利要求I所述的方法，其包括選擇多個電磁干擾補償算法以便一起使用來減少所述表征的電磁干擾對所述成像數(shù)據(jù)(76)的影響。
3.如權利要求2所述的方法，其包括確定所述電磁干擾的至少兩個頻率和/或相位，并且對所述至少兩個頻率和/或相位的每個選擇至少兩個電磁干擾補償算法。
4.如權利要求2所述的方法，其中所述電磁干擾補償算法包括至少一個算法，其采用采集所述成像數(shù)據(jù)(76)所采用的方式指導改動。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一個算法指導與所述表征的電磁干擾同相的所述成像數(shù)據(jù)(76)的采集。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一個算法指導對于所述數(shù)字X射線檢測器(22)的線的所述成像數(shù)據(jù)(76)的采集，其在所述表征的電磁干擾的大致上相同的相位開始。
7.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一個算法以基于所述表征的電磁干擾的頻率的順序指導從所述數(shù)字X射線檢測器(22)采集成像數(shù)據(jù)(76)的線。
8.如權利要求4所述的方法，其中選擇兩個不同的電磁干擾補償算法，其包括采用采集所述成像數(shù)據(jù)(76)所采用的方式指導改動的第一算法，和在采集后對所述成像數(shù)據(jù)(76)進行的第二算法。
9.如權利要求2所述的方法，其中所述電磁干擾補償算法包括在采集后對所述成像數(shù)據(jù)(76)進行的至少一個算法。
10.如權利要求9所述的方法，其包括采用熒光透視操作模式進行一系列成像數(shù)據(jù)采集，并且采集數(shù)據(jù)用于表征成像數(shù)據(jù)(76)的連續(xù)采集之間的電磁干擾。
11.如權利要求I所述的方法，其中自動選擇所述電磁干擾補償算法而無需人為干預。
12.如權利要求4所述的方法，其包括基于所述表征的電磁干擾的時段(128)調節(jié)所述數(shù)字X射線檢測器(22)的積分時間(164)，其中調節(jié)包括設置所述積分時間(164)使其盡可能地接近所述表征的電磁干擾的時段(128)的整數(shù)倍。
13.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一個算法使用第一掃描線順序確定所述表征的電磁干擾的多個值，并且將所述表征的電磁干擾的所述多個值分類來獲得第二掃描線順序，其中所述表征的電磁干擾的能見度在使用所述第二掃描線順序獲得的圖像數(shù)據(jù)(84)中降低。
14.一種成像系統(tǒng)(10)，其包括 X射線源(12)； 數(shù)字X射線檢測器(22)；控制電路(24)，其配置成經(jīng)由所述數(shù)字X射線檢測器(22)采集數(shù)據(jù)，其包括X射線圖像數(shù)據(jù)(76)和產生于電磁干擾的數(shù)據(jù)(78)，基于所采集的數(shù)據(jù)表征所述電磁干擾，基于所表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法，以及基于所選擇的電磁干擾補償算法經(jīng)由所述數(shù)字X射線檢測器(22)采集X射線成像數(shù)據(jù)(76);以及 處理電路(28)，其配置成處理所述X射線成像數(shù)據(jù)(76)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)(84)。
15.如權利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述控制電路(24)配置成選擇多個電磁干擾補償算法以便一起使用來減少所表征的電磁干擾對所述成像數(shù)據(jù)(76)的影響。
全文摘要
本公開涉及放射圖像噪聲減少系統(tǒng)和方法。用于控制X射線放射照相系統(tǒng)(10)的方法包括從數(shù)字X射線檢測器(22)采集數(shù)據(jù)；基于該采集的數(shù)據(jù)表征電磁干擾；基于該表征的電磁干擾選擇電磁干擾補償算法；基于該選擇的電磁干擾補償算法經(jīng)由該數(shù)字X射線檢測器(22)采集X射線成像數(shù)據(jù)(76)；以及處理該X射線成像數(shù)據(jù)(76)來產生能夠采用用戶看得見的形式重建的圖像數(shù)據(jù)(84)。
文檔編號A61B6/00GK102783958SQ20121014608
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者G·G·貝拉, J·R·蘭伯蒂, P·R·格蘭富斯, R·G·克倫斯, 劉整社, 張詩嘉, 張風超, 薛平 申請人:通用電氣公司