技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描儀(簡(jiǎn)稱(chēng)CT掃描儀)，尤其是涉及CT掃描儀的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法及散焦校正方法。

背景技術(shù)：

CT掃描儀是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)被測(cè)物體斷層掃描圖像進(jìn)行重建獲得三維斷層圖像的設(shè)備。CT掃描儀使用X射線球管發(fā)射X射線到焦點(diǎn)區(qū)，從而聚焦到被照射物體(如人體器官)。散焦輻射是X射線球管內(nèi)從焦點(diǎn)以外區(qū)域輻射出X射線的現(xiàn)象，它是由于二次電子和場(chǎng)發(fā)射電子轟擊球管靶區(qū)焦點(diǎn)以外區(qū)域產(chǎn)生X射線造成的。散焦現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致被照射物體邊緣部分對(duì)比度退化或產(chǎn)生陰影，影響甚至誤導(dǎo)醫(yī)生根據(jù)圖像進(jìn)行診斷。因此需要在CT掃描儀包含對(duì)散焦現(xiàn)象的校正。

美國(guó)專(zhuān)利US 6628744B1提出了一種CT掃描儀中散焦輻射的校正方法。該方法使用依據(jù)理論模型計(jì)算的散焦校正系數(shù)在數(shù)據(jù)域進(jìn)行散焦校正。理論模型計(jì)算的缺陷在于，它可能與實(shí)際產(chǎn)品的散焦輻射情況有出入，從而導(dǎo)致所計(jì)算的散焦校正系數(shù)不準(zhǔn)確。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種CT掃描儀的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法以及根據(jù)該測(cè)量方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行散焦校正的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種CT掃描儀的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法及散焦校正方法，它可以實(shí)際測(cè)量每一CT掃描儀的散焦強(qiáng)度，并作為散焦校正的依據(jù)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提出一種電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描儀的散焦強(qiáng)度的測(cè)量方法，包括以下步驟：將一能夠遮蔽X射線的模體置于該掃描儀的機(jī)架孔徑內(nèi)；使該掃描儀的X射線球管及檢測(cè)器陣列圍繞掃描儀的機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)以執(zhí)行旋轉(zhuǎn)曝光掃描，在旋轉(zhuǎn)的每一圈中，處于靜止?fàn)顟B(tài)的該模體會(huì)逐漸先遮蔽后退出該檢測(cè)器陣列中各檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)，從而使各檢測(cè)器所接收的X射線輻射強(qiáng)度相應(yīng)地先減弱后增強(qiáng)；以預(yù)定的采樣率從該檢測(cè)器陣列的至少部分檢測(cè)器中獲取輻射強(qiáng)度值；以及依據(jù)該模體逐漸進(jìn)入并退出該至少部分檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)期間相鄰采樣點(diǎn)的檢測(cè)器的輻射強(qiáng)度值變化，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)位置的X射線球管散焦強(qiáng)度，從而得到該X射線球管的散焦強(qiáng)度分布。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該模體垂直于該掃描儀的機(jī)架光平面。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述方法包括將該散焦強(qiáng)度分布作為該掃描儀出廠前的預(yù)存設(shè)置。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述方法包括在該掃描儀出廠后定期地更新該散焦強(qiáng)度分布。

本發(fā)明還提出一種電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描儀的散焦校正方法，包括以下步驟：提供該掃描儀的X射線球管的散焦強(qiáng)度分布；獲取未進(jìn)行散焦校正的基礎(chǔ)圖像；對(duì)基礎(chǔ)圖像進(jìn)行正投影，得到原始投影值；將原始投影值轉(zhuǎn)化為原始強(qiáng)度值；根據(jù)該原始強(qiáng)度值以及X射線球管的散焦強(qiáng)度分布，計(jì)算散焦引起的誤差強(qiáng)度；根據(jù)該誤差強(qiáng)度計(jì)算誤差投影；將誤差投影進(jìn)行圖像重建，得到誤差圖像；以及從該基礎(chǔ)圖像中減去誤差圖像，得到最終校正后的圖像。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，對(duì)基礎(chǔ)圖像進(jìn)行正投影，得到原始投影值之前還包括：判斷該基礎(chǔ)圖像是否包含它所對(duì)應(yīng)斷面的整個(gè)被掃描物體，若是，則執(zhí)行該正投影步驟，否則以更大的視野重建該基礎(chǔ)圖像。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述散焦校正是在該掃描儀的建像機(jī)中執(zhí)行。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述誤差強(qiáng)度通過(guò)如下方式獲得：其中OffR(i)是該散焦強(qiáng)度分布和一焦點(diǎn)強(qiáng)度的比例系數(shù)，N是對(duì)散焦強(qiáng)度測(cè)量時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)，原始投影(i)是對(duì)應(yīng)于第i條散焦射線經(jīng)過(guò)的被掃描物體的投影值。

本發(fā)明還提出一種電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描儀，包括一機(jī)架、一能夠遮蔽X射線的模體、主控臺(tái)以及一建像機(jī)。該機(jī)架具有一孔徑，該機(jī)架內(nèi)部具有一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包含設(shè)于該孔徑一側(cè)的X射線球管和設(shè)于該孔徑另一側(cè)的檢測(cè)器陣列。該模體適于放置于該掃描儀的機(jī)架孔徑內(nèi)。該主控臺(tái)被配置為執(zhí)行一旋轉(zhuǎn)掃描曝光，以及以預(yù)定的采樣率從該檢測(cè)器陣列的至少部分檢測(cè)器中獲取輻射強(qiáng)度值；其中在旋轉(zhuǎn)掃描曝光過(guò)程中，該X射線球管及該檢測(cè)器陣列圍繞掃描儀的機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，而在旋轉(zhuǎn)的每一圈中，處于靜止?fàn)顟B(tài)的該模體會(huì)逐漸先遮蔽后退出該檢測(cè)器陣列中各檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)，從而使各檢測(cè)器所接收的X射線輻射強(qiáng)度相應(yīng)地先減弱后增強(qiáng)。該建像機(jī)，被配置為依據(jù)該模體逐漸進(jìn)入并退出至少檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)期間相鄰采樣點(diǎn)的檢測(cè)器的輻射強(qiáng)度值變化，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)位置的X射線球管散焦強(qiáng)度，從而得到該X射線球管的散焦強(qiáng)度分布。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在上述建像機(jī)中執(zhí)行如下步驟：獲取未進(jìn)行散焦校正的基礎(chǔ)圖像；對(duì)基礎(chǔ)圖像進(jìn)行正投影，得到原始投影值；將原始投影值轉(zhuǎn)化為原始強(qiáng)度值；根據(jù)該原始強(qiáng)度值以及X射線球管的散焦強(qiáng)度分布，計(jì)算散焦引起的誤差強(qiáng)度；根據(jù)該誤差強(qiáng)度計(jì)算誤差投影；將誤差投影進(jìn)行圖像重建，得到誤差圖像；以及從該基礎(chǔ)圖像中減去誤差圖像，得到最終校正后的圖像。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明測(cè)量散焦強(qiáng)度的方式是基于實(shí)測(cè)的方法，相比理論模型的計(jì)算方法，具有準(zhǔn)確、操作方便、結(jié)果實(shí)用性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明根據(jù)測(cè)量的結(jié)果在圖像域進(jìn)行散焦校正，對(duì)于薄切片掃描重建厚圖像的情況，基于圖像的校正方式可以減少運(yùn)算量，節(jié)約校正時(shí)間；另外，由于默認(rèn)用戶僅對(duì)所選視野內(nèi)組織感興趣，僅針對(duì)圖像視野內(nèi)區(qū)域進(jìn)行散焦校正，降低參與運(yùn)算的人體體積，也即降低數(shù)據(jù)量，節(jié)約校正時(shí)間。

附圖說(shuō)明

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明，其中：

圖1示出本發(fā)明的CT掃描儀成像系統(tǒng)的示意圖。

圖2示出本發(fā)明物理測(cè)量散焦強(qiáng)度的示意圖，其中模體未遮擋X射線球管的光子輻射區(qū)。

圖3示出本發(fā)明的物理測(cè)量散焦強(qiáng)度的示意圖，其中模體逐步遮擋X射線球管的光子輻射區(qū)。

圖4示出本發(fā)明散焦強(qiáng)度測(cè)量方法的流程示意圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明散焦強(qiáng)度測(cè)量方法測(cè)得的散焦強(qiáng)度分布進(jìn)行散焦校正的建像流程示意圖。

圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例的散焦校正示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的CT掃描儀成像系統(tǒng)的示意圖。參照?qǐng)D1所示，CT掃描儀100包括機(jī)架110，該機(jī)架110包括一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有一孔徑111。在孔徑111的一側(cè)設(shè)有X射線球管112。X射線球管112產(chǎn)生的X射線主要地由焦點(diǎn)O射出，然后射向位于孔徑111內(nèi)的被照射物體(如人體)。孔徑111的另一側(cè)設(shè)有檢測(cè)器陣列114，用于檢測(cè)穿過(guò)被照射物體后的X射線強(qiáng)度。當(dāng)X射線球管112和檢測(cè)器陣列114設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，當(dāng)該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)X射線球管112連續(xù)地照射及檢測(cè)器陣列114連續(xù)地檢測(cè)，就能得到被照射物體各個(gè)角度的輻射強(qiáng)度。

在本實(shí)施例中，CT掃描儀100的孔徑111內(nèi)設(shè)置有一模體113，用于部分地遮蔽X射線球管112射出的X射線。為達(dá)到此目的，模體113使用可屏蔽X射線的材料，例如鉬、鎢、或鉛等強(qiáng)衰減物質(zhì)。在本實(shí)施例中，模體113為邊緣平滑、厚度均勻的金屬板。

在實(shí)施散焦強(qiáng)度測(cè)量時(shí)，模體113置于孔徑111內(nèi)，其垂直于機(jī)架110的光平面，并在機(jī)架軸向方向上能夠覆蓋所有X光視野。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用機(jī)架外罩或其他裝置來(lái)支撐模體113，使其穩(wěn)定地固定，并不隨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。在正式使用時(shí)，模體113可自機(jī)架上取下。

檢測(cè)器陣列114所獲得的數(shù)據(jù)將通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸鏈路120傳輸?shù)浇ㄏ駲C(jī)130。在建像機(jī)130內(nèi)將根據(jù)檢測(cè)器陣列114所獲得的數(shù)據(jù)完成影像的重建。所重建的影像可在圖形顯示設(shè)備150中顯示。主控臺(tái)140用于對(duì)CT掃描儀100的控制。例如，當(dāng)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)曝光掃描時(shí)，主控臺(tái)140可控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，并以一定的采樣率從檢測(cè)器陣列114獲得輸出輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

圖2和圖3示出本發(fā)明散焦校正系數(shù)的測(cè)量示意圖。參照?qǐng)D2，未示出的X射線球管112發(fā)射的X射線可以視為被很大范圍低強(qiáng)度X光發(fā)射源(散焦區(qū))環(huán)繞的高強(qiáng)度X光發(fā)射源(焦點(diǎn)區(qū))。X射線的輻射區(qū)以標(biāo)記201表示，該輻射區(qū)201包括焦點(diǎn)區(qū)域O和散焦區(qū)OFF。

在圖2中示出檢測(cè)器陣列114中的單個(gè)檢測(cè)器114a，它能接收的X射線最大輻射區(qū)為W。

在旋轉(zhuǎn)曝光掃描時(shí)，X射線球管112發(fā)射X射線，檢測(cè)器114a檢測(cè)其最大輻射區(qū)W內(nèi)的輻射，可以獲得一圈多個(gè)角度下的扇束投影，對(duì)每個(gè)角度下的投影稱(chēng)為一個(gè)檢測(cè)視野(view)。這個(gè)過(guò)程可以等效視為機(jī)架110的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)靜止，而模體113沿孔徑111繞機(jī)架110的旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)锳，而模體113未遮擋X射線球管112的X光子區(qū)域時(shí)模體113相對(duì)于機(jī)架110的位置為P。

對(duì)每個(gè)檢測(cè)器114a而言，當(dāng)模體113未‘切割’該檢測(cè)器114a所能接收的最大輻射區(qū)時(shí)(如圖2的位置P)，該檢測(cè)器114a接收到全部最大輻射區(qū)W的能量；而當(dāng)模體113進(jìn)入最大輻射區(qū)W，模體113會(huì)逐步遮擋(或相反過(guò)程，釋放)該檢測(cè)器114a的最大輻射區(qū)W。

例如圖3所示，在旋轉(zhuǎn)曝光掃描過(guò)程中的時(shí)刻i-1，模體113處在位置Pi-1，此時(shí)假設(shè)模體113未‘切割’該檢測(cè)器114a所能接收的球管X射線輻射區(qū)時(shí)，該檢測(cè)器114a接收到全部最大輻射區(qū)W的能量，其輻射強(qiáng)度以Si-1表示。在時(shí)刻i，模體113剛進(jìn)入最大輻射區(qū)W，遮擋一部分的該檢測(cè)器114a的最大輻射區(qū)W，檢測(cè)器114a只能接收到最大輻射區(qū)W的其余部分的能量，其輻射強(qiáng)度以Si表示。輻射強(qiáng)度Si-1和Si之間的差異在圖3中直觀地示出。

模體113離開(kāi)最大輻射區(qū)W的過(guò)程與圖3所示恰好相反，在此不再描述。

從上述實(shí)例可以看出，當(dāng)模體113‘切割’最大輻射區(qū)W時(shí)，可以視為，相鄰扇形束投影的強(qiáng)度差異(如圖中第i-1和第i個(gè)檢測(cè)視野的強(qiáng)度差異)，就是該檢測(cè)器在該幾何角度下球管散焦強(qiáng)度值(ΔS)。

對(duì)每個(gè)檢測(cè)器，在一圈的多個(gè)角度扇束投影中，都可以找到一組連續(xù)的檢測(cè)視野，檢測(cè)器輸出強(qiáng)度值在這一組檢測(cè)視野之間的差異，即可視為將球管X射線輻射區(qū)離散化的強(qiáng)度分布。提供足夠的采樣率，可使該強(qiáng)度分布達(dá)到所需的精度。

這樣，對(duì)所有檢測(cè)器通道進(jìn)行此類(lèi)運(yùn)算，就可以獲得所有檢測(cè)器通道所接收的球管X射線輻射區(qū)的強(qiáng)度分布(例如圖2所示的X射線的輻射區(qū)201所示出的強(qiáng)度分布)。

基于上述描述，歸納本發(fā)明一實(shí)施例的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法流程如圖4所示，其過(guò)程描述如下：

在步驟401，將一能夠遮蔽X射線的模體置于CT掃描儀的機(jī)架上；

在步驟402，令CT掃描儀執(zhí)行旋轉(zhuǎn)曝光掃描，使X射線球管及檢測(cè)器陣列圍繞CT掃描儀的機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)的每一圈中，處于靜止?fàn)顟B(tài)的模體會(huì)逐漸先遮蔽后退出檢測(cè)器陣列中各檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)，從而使各檢測(cè)器所接收的X射線輻射強(qiáng)度相應(yīng)地先減弱后增強(qiáng)；

在步驟403，以預(yù)定的采樣率從檢測(cè)器陣列的各檢測(cè)器中獲取輻射強(qiáng)度值；

在步驟404，依據(jù)模體逐漸進(jìn)入并退出各檢測(cè)器的X射線最大輻射區(qū)期間，相鄰采樣點(diǎn)的檢測(cè)器的輻射強(qiáng)度值變化，計(jì)算對(duì)應(yīng)位置的X射線球管散焦強(qiáng)度。所有位置的X射線球管散焦強(qiáng)度組合成X射線球管的散焦強(qiáng)度分布。

上述的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法可以在各個(gè)CT掃描儀組裝完成后、出廠前實(shí)施，所獲得的散焦強(qiáng)度分布可以預(yù)存于CT掃描儀中，以便在使用時(shí)進(jìn)行校正。另外，考慮到X射線球管在使用過(guò)程中的變化，上述的散焦強(qiáng)度測(cè)量方法也可以在各個(gè)CT掃描儀的使用期間定期地實(shí)施，以獲得更新的散焦強(qiáng)度分布。

在獲得上述散焦強(qiáng)度分布圖后，可執(zhí)行基于圖像的散焦校正，這一過(guò)程可在CT掃描儀100的建像機(jī)130中執(zhí)行，其方法流程如下：

步驟501，提供X射線球管的散焦強(qiáng)度分布。它可以按照上述實(shí)施例的方法獲得，并預(yù)存于CT掃描儀中。

步驟502，CT掃描儀獲取未進(jìn)行散焦校正的圖像，作為基礎(chǔ)圖像521。例如，CT掃描儀按照正常的流程對(duì)進(jìn)入機(jī)架孔徑中被掃描物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)曝光掃描，依據(jù)所獲得的X射線強(qiáng)度重建有關(guān)該被掃描物體的基礎(chǔ)圖像。

基礎(chǔ)圖像需要包含它所對(duì)應(yīng)斷面的整個(gè)被掃描物體，或至少大于被重建視野一定范圍，以保障獲得用于校正的所有正投影數(shù)據(jù)。因此在步驟503，判斷重建視野是否包含斷面的整個(gè)被掃描物體，若是，則繼續(xù)進(jìn)入到步驟504，否則在步驟505以更大的視野重建。擴(kuò)大視野的程度取決于步驟501執(zhí)行過(guò)程所獲得的球管X射線輻射區(qū)的寬度。

在步驟506，對(duì)基礎(chǔ)圖像521進(jìn)行正投影，得到原始投影值523。

在步驟507，將原始投影值523轉(zhuǎn)化為原始強(qiáng)度值。

在步驟508，根據(jù)對(duì)原始強(qiáng)度采樣值，以及步驟501得到的球管散焦強(qiáng)度的分布，計(jì)算散焦對(duì)檢測(cè)器的接收強(qiáng)度的影響(以誤差強(qiáng)度表征)。

在步驟509，根據(jù)該誤差強(qiáng)度計(jì)算出投影域的誤差，稱(chēng)為誤差投影。

誤差投影＝-log(原始強(qiáng)度-誤差強(qiáng)度)-原始投影。

在步驟510，將誤差投影進(jìn)行圖像重建，得到誤差圖像524。

在步驟511，從原始未校正的基礎(chǔ)圖像521中減去誤差圖像524，得到最終校正后的圖像525。

在上述的步驟508中，

其中OffR(i)是在步驟501中得到的散焦強(qiáng)度分布和焦點(diǎn)強(qiáng)度的比例系數(shù)，N是對(duì)散焦強(qiáng)度測(cè)量時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)。原始投影(i)是對(duì)應(yīng)于第i條散焦射線經(jīng)過(guò)的被掃描物體的投影值。

以圖6為例，以下描述原始投影的計(jì)算方式：

設(shè)CT掃描儀機(jī)架的旋轉(zhuǎn)中心距離某原始投影路徑的距離是D，則該投影所屬通道編號(hào)是：

通道號(hào)＝中心通道號(hào)+arcsin(D/焦心距)/ΔchR

其中中心通道號(hào)是焦點(diǎn)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)中心到達(dá)檢測(cè)器通道的位置編號(hào)，焦心距是焦點(diǎn)到達(dá)旋轉(zhuǎn)中心的距離，ΔchR是每個(gè)通道對(duì)應(yīng)的扇角。

原始投影所屬檢測(cè)視野(view)和當(dāng)前view的距離是：

其中α是原始投影位置和“焦點(diǎn)——旋轉(zhuǎn)中心”連線的夾角，ΔviewR是每個(gè)view采樣劃過(guò)的角度。

所以原始投影(i)中的每一項(xiàng)均可從相鄰view某通道的正投影值獲得。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，π+扇形束角度的正投影范圍獲得的數(shù)據(jù)即可用于校正。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于散焦本身的低頻特性，可以采用較低的通道數(shù)和檢測(cè)視野數(shù)進(jìn)行正投影。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)投影值域值判斷，若投影區(qū)域全是空氣，則不進(jìn)行誤差計(jì)算。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。