專利名稱:用于校正層析x射線攝影圖像中的時(shí)間偽像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于校正在計(jì)算的層析X射線攝影(CT)或類似的成像技術(shù)中出現(xiàn)的時(shí)間偽像的系統(tǒng)和方法。
在對象的醫(yī)療X射線檢查中,X射線源發(fā)射由準(zhǔn)直單元準(zhǔn)直的X輻射。X輻射通過正在被檢查的對象,透射的X輻射在X射線敏感的檢測器上被檢測。通過使用X射線敏感的檢測器而采集透射數(shù)據(jù)可得到X射線投影圖像。如果這樣的醫(yī)療X射線檢查包括一系列接連的采集,后面采集的X射線圖像會被X射線檢測器的時(shí)間性能惡化,在這里時(shí)間性能是指從接收的X射線信號到電荷的變換(的多步驟過程)并不立即發(fā)生,而是在時(shí)間上延伸的,正如下面描述的那樣。
典型的X射線檢測器單元包括一個(gè)把X射線量子變換成光子的變換器層(也稱為閃爍器)和一個(gè)用于把光子變換成電荷的光電二極管。當(dāng)由短的X射線脈沖進(jìn)行照射時(shí),這樣的檢測器單元顯示一種信號響應(yīng),它可以用多個(gè)指數(shù)衰減曲線之一或其總和來建模,每個(gè)衰減曲線由衰減時(shí)間常數(shù)表征。例如,如果在接連的采集中被檢查的對象的投影大于在以前的采集時(shí)的投影,則由于對象引起的衰減,以前的被充分照射的區(qū)域僅僅以一個(gè)減小的X射線強(qiáng)度被曝光。一個(gè)殘余信號在以前未遮蔽的檢測器區(qū)域中被檢測,它起源于在這個(gè)區(qū)域中檢測器單元的延遲的時(shí)間響應(yīng)。這個(gè)殘余信號惡化對比分辨率,而且把平均信號電平移位到比起沒有惡化時(shí)的實(shí)際數(shù)值更高的數(shù)值。同樣,對于在以前的和接連的采集之間改變的所有的信號強(qiáng)度,都出現(xiàn)這樣的信號模糊,但差值越大,則影響越大。如果接連的采集用于被檢查的對象的截面圖像的層析X射線攝影圖像的重建,則檢測器的時(shí)間響應(yīng)導(dǎo)致重建的圖像中的時(shí)間偽像。層析X射線攝影圖像是在計(jì)算的層析X射線攝影術(shù)(CT)掃描器或其它裝置中生成的,在其中X射線源和/或檢測器被安排成圍繞對象旋轉(zhuǎn),以使得對象的截面圖像或體積圖像可被重建。
從美國專利5,249,129知道,通過對投影圖像應(yīng)用遞歸濾波器來校正CT檢測器的時(shí)間響應(yīng)和使用濾波的投影圖像來重建對象的截面圖像。
本發(fā)明的目的是為時(shí)間偽像校正的替換的概念提供一種系統(tǒng)和方法。
這個(gè)目的是通過一個(gè)用于成像對象的成像系統(tǒng)而達(dá)到的,所述成像系統(tǒng)包括檢測單元,用于接連地采集對象的投影數(shù)據(jù)組,所速檢測單元具有由至少一個(gè)時(shí)間常數(shù)表征的時(shí)間響應(yīng)函數(shù);旋轉(zhuǎn)單元,它在投影數(shù)據(jù)組被采集時(shí)以基本上恒定的角速度圍繞對象移動檢測單元;重建單元,用于根據(jù)投影數(shù)據(jù)組計(jì)算對象的圖像數(shù)據(jù)組;以及濾波器單元,它在工作狀態(tài)下把濾波器應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)組上以計(jì)算校正值,其中濾波器基本上用作為對于擾動的圖像在與角速度方向相對應(yīng)的方向上的導(dǎo)數(shù),并且基本上正比于時(shí)間常數(shù)和基本上正比于角速度,所述濾波器單元被安排成從圖像數(shù)據(jù)組中減去該校正值。
所描述的系統(tǒng)把濾波器應(yīng)用到重建的圖像上。這允許濾波器單元遠(yuǎn)離檢測單元本身。圖像可以在新的圖像已經(jīng)被檢測單元采集的同時(shí)被校正。通過對重建的圖像應(yīng)用校正,校正操作的次數(shù)也被減小。校正本身也變?yōu)榕c漢字(sinogram)數(shù)據(jù)(投影圖像)無關(guān)的。而且,也有可能在不用知道濾波器參數(shù)的情況下應(yīng)用校正。校正可以被迭代直至被校正的圖像給出如檢查人員判斷的最好的視覺結(jié)果為止,或直至達(dá)到給定的清晰度為止。
這個(gè)目的也是通過一種校正對象的圖像數(shù)據(jù)組中的時(shí)間偽像的方法而達(dá)到的,該方法包括以下步驟在圍繞對象的不同的角度位置處接連地采集對象的投影數(shù)據(jù)組(Pi),其中角度位置的改變以基本上恒定的角度速度進(jìn)行,所述投影數(shù)據(jù)組被至少以一個(gè)時(shí)間常數(shù)表征的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)所惡化,藉助于重建操作根據(jù)投影數(shù)據(jù)組而確定圖像數(shù)據(jù)組,把濾波器應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)組以便計(jì)算校正值,其中該濾波器基本上用作為對于被擾動的圖像在與角速度方向相對應(yīng)的方向上的導(dǎo)數(shù),并且基本上正比于時(shí)間常數(shù)和基本上正比于角速度,所述濾波器單元被安排成從圖像數(shù)據(jù)組中減去校正值。
本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,它包含可被下載到作為本發(fā)明成像系統(tǒng)的一部分的處理裝置上的軟件,然后它執(zhí)行按照上述方法的步驟。
參照此后描述的實(shí)施例和參照附圖將明白和闡述本發(fā)明的這些和其它方面。
在圖上
圖1是時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的示意圖,圖2是時(shí)間響應(yīng)函數(shù)對強(qiáng)度信號的影響的示意圖,圖3是由兩個(gè)具有不同的時(shí)間常數(shù)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)組成的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的示意圖,圖4是被用來獲得在第一時(shí)刻顯示的對象的投影數(shù)據(jù)組和最終的投影數(shù)據(jù)組的示例性成像設(shè)備圖,圖5是成像設(shè)備和在第二時(shí)刻的最終的投影數(shù)據(jù)組的圖,圖6是成像設(shè)備以及重建單元、濾波器單元和顯示單元的示意圖,圖7是具有濾波器操作指示的重建的圖像數(shù)據(jù)組的示意圖,圖8a顯示表示時(shí)間性能對圖像細(xì)節(jié)的影響的仿真結(jié)果,以及圖8b顯示表示與圖8a相同的圖像細(xì)節(jié),但在應(yīng)用本發(fā)明的校正方案后的仿真結(jié)果。
圖1顯示由時(shí)間常數(shù)τ表征的示例性時(shí)間響應(yīng)函數(shù)R(t)=αexp(-t/τ)。這樣的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)描述在由脈沖函數(shù)(狄拉克δ函數(shù))激勵(lì)后的系統(tǒng)的性能。如果系統(tǒng)是一個(gè)用于檢測輻射和生成表示輻射強(qiáng)度的電子信號的檢測單元,則時(shí)間響應(yīng)函數(shù)導(dǎo)致時(shí)間上惡化的電子信號。從輻射到電子信號的變換被延時(shí)。假設(shè)一個(gè)輻射信號s(u,t),其中u是位置參數(shù)和t是時(shí)間,則由檢測單元生成的電子信號 被給出為s-(u,t)x∫0tdt′s(u,t′)R(t-t′),]]>其中x是比例常數(shù)。如果檢測單元是一個(gè)通過首先在閃爍器層中把X射線變換成光子和然后由光電二極管把光子變換成電荷而把入射的X射線變換成表示X射線強(qiáng)度的電子信號的X射線檢測器,正如技術(shù)上已知的那樣,則時(shí)間響應(yīng)函數(shù)可以是由閃爍器層和/或由光電二極管造成的。閃爍器層的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)通常被稱為閃爍器余暉,以及光電二極管的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)通常被稱為光電二極管滯后。這些效應(yīng)例如在J.H.Siewerdsen和D.A.Jaffray,“A ghost storySpatio temporalresponse characteristics of an indirect-detection flat-panel imager(幻象故事非直接檢測平板成像器的空間時(shí)間響應(yīng)特征)”,Med.Phys26(1999)1624-1641中描述。
圖2顯示時(shí)間響應(yīng)函數(shù)對例如代表X射線強(qiáng)度的輸入信號s(u=u0,t)(實(shí)線)的影響。為了清晰起見,表示例如由檢測單元生成的電子信號的最終得到的時(shí)間的惡化的輸出信號 (u=u0,t)(虛線)是按輸入信號被歸一化(x=1)的。在圖2上,I表示以任意單位計(jì)的強(qiáng)度。假設(shè)輸入信號s(u,t)具有某個(gè)開始的強(qiáng)度水平,它在t=t1時(shí)突然增加到較高的強(qiáng)度值,并且在t=t2時(shí)突然下降到較低的強(qiáng)度,然后再在t=t3時(shí)突然上升到開始的強(qiáng)度。在t1以前,時(shí)間響應(yīng)被假設(shè)為處在平衡狀態(tài),因?yàn)榧僭O(shè)信號強(qiáng)度相對于特征時(shí)間常數(shù)τ而言在時(shí)間段ΔT的長度內(nèi)(例如,ΔT=100ms>>τ=1ms)是不變的。結(jié)果,在對于當(dāng)前輸入信號的響應(yīng)中的延時(shí)被來自早先的輸入信號的剩余信號所平衡,這意味著輸出信號遵循輸入信號,如從圖2可以看到的。在t1,輸入信號強(qiáng)度突然上升到較高的強(qiáng)度值。由于由時(shí)間響應(yīng)函數(shù)R(t)引起的延時(shí),輸出信號按照公式1跟隨輸入信號。這在圖2上由虛線示意地表示。在t2,輸入信號強(qiáng)度突然下降到低于開始強(qiáng)度的強(qiáng)度值。輸出信號再次顯示按照公式1有時(shí)間上的延時(shí)。在t3,輸入信號強(qiáng)度再次突然上升到它的原先的開始強(qiáng)度電平。在t3,輸出信號(虛線)在時(shí)間段[t2,t3]內(nèi)還沒有達(dá)到輸入信號電平。輸出信號然后再次上升,直至它達(dá)到輸入信號的強(qiáng)度電平為止。從這個(gè)示意圖可以看到,時(shí)間響應(yīng)函數(shù)使輸入信號在時(shí)間方向上平滑。如果輸入信號改變以高的時(shí)間頻率或以高的幅度而發(fā)生,如圖2所示,則快速改變和大幅度改變會被時(shí)間響應(yīng)函數(shù)所平滑。
圖3顯示由兩個(gè)特征時(shí)間常數(shù)τ1和τ2表征的示例性時(shí)間響應(yīng)函數(shù)。第一時(shí)間常數(shù)τ1代表時(shí)間性能的快衰減部分τ1,和第二時(shí)間常數(shù)τ2代表時(shí)間性能的慢衰減部分。實(shí)際上,可以看到,典型的X射線檢測單元的時(shí)間性能可以由三個(gè)或四個(gè)特征時(shí)間常數(shù)描述。對于某些用途,或當(dāng)在校正后允許有一定的殘余偽像水平時(shí),時(shí)間性能無論如何可以用一個(gè)或兩個(gè)常數(shù)被描述,或有人可能想使用甚至更多的時(shí)間常數(shù)。
由時(shí)間響應(yīng)函數(shù)引起的輸出信號的惡化的校正在技術(shù)上是已知的,例如在Jiang Hsieh,IEEE Transactions on Medical Imaging(醫(yī)療成像學(xué)報(bào)),Vol.19,No.9,September 2000,p.930-940中描述的,其中遞歸時(shí)間濾波器被直接應(yīng)用到輸出信號上。
圖4顯示示例性成像設(shè)備1(在描述的實(shí)施例中這是CT掃描儀),它具有靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分。在旋轉(zhuǎn)部分中,固定地安裝著X射線源2和檢測單元3(在描述的實(shí)施例中這個(gè)檢測單元是X射線檢測器)。X射線源2和檢測單元3圍繞被布置在病人支撐架5上的對象4旋轉(zhuǎn)。X射線源2發(fā)射X射線,X射線由波束成形器或準(zhǔn)直裝置(未示出)形成為扇狀波束7。對象4被安置在扇狀波束7內(nèi),并且被X射線照射。發(fā)送的X射線被檢測單元3測量,并被變換成表示入射到檢測單元的X射線強(qiáng)度的電子信號。當(dāng)沿方向A旋轉(zhuǎn)時(shí),檢測單元3被接連地讀出。在每個(gè)讀出周期中,從電子信號導(dǎo)出的投影數(shù)據(jù)組從檢測單元3被讀出。如果檢測單元是一個(gè)具有多個(gè)D個(gè)檢測器單元的單線檢測器,則投影數(shù)據(jù)組是一系列D個(gè)投影值。在所顯示的實(shí)施例中,投影數(shù)據(jù)組的投影方向是由發(fā)源于X射線源2的焦點(diǎn)并穿過成像設(shè)備1的旋轉(zhuǎn)中心6的一條線所規(guī)定的方向。在圖4上,為在圖4的右面畫出的投影數(shù)據(jù)組P1顯示投影方向p1。在時(shí)間t1測量的投影數(shù)據(jù)組P1被顯示為在檢測單元3上測量的在位置u處的強(qiáng)度值。在檢測單元3上的中心位置具有數(shù)值u=0,以及邊界值分別是在位置u=-U/2和u=U/2處。因此檢測單元3的總長度是U。
在圖5上,顯示與圖4相同的但在處在一個(gè)較后面的時(shí)刻ti的成像設(shè)備1。固定地安裝的X射線源2和檢測單元3圍繞對象4被旋轉(zhuǎn)到不同的位置。這樣的旋轉(zhuǎn)位置可以由相對于其中心為旋轉(zhuǎn)中心6的成像設(shè)備固定的坐標(biāo)系統(tǒng)的X射線源的旋轉(zhuǎn)角度唯一地規(guī)定。投影數(shù)據(jù)組Pi在時(shí)間ti時(shí)被測量。最終得到的強(qiáng)度值還是畫在圖5的右面。可以看到,對于給定的檢測器單元,在位置u=u0,入射的X射線的強(qiáng)度隨時(shí)間變化,因?yàn)閄射線管2和檢測單元3相對于對象4的相對位置由于旋轉(zhuǎn)而變化。如果檢測單元具有一個(gè)時(shí)間響應(yīng)函數(shù),則測量的強(qiáng)度信號因而類似于圖2所示的惡化那樣被在時(shí)間上惡化。
正如技術(shù)上已知的,表示對象的空間分辨的X射線衰減特性的被照射的對象4的截面圖像數(shù)據(jù)組可以根據(jù)至少覆蓋180度旋轉(zhuǎn)角加扇形角的投影數(shù)據(jù)組所重建。對于如圖4和5所示的CT掃描儀,X射線扇形波束7的角度約為60度。由于投影數(shù)據(jù)組的時(shí)間惡化,最終得到的重建的截面圖像數(shù)據(jù)組也因檢測單元的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)而惡化。因?yàn)闀r(shí)間響應(yīng)函數(shù)使在隨時(shí)間變化的輸出信號中的高頻得到平滑,在重建的圖像數(shù)據(jù)中對比度的差別在圖像數(shù)據(jù)組中在旋轉(zhuǎn)方向上被模糊。示例性時(shí)間惡化的圖像細(xì)節(jié)顯示于圖8a。圖8a是考慮到時(shí)間性能的仿真結(jié)果。圖像細(xì)節(jié)顯示由均勻材料(水)包圍的十字形鋁結(jié)構(gòu)。在這個(gè)圖像細(xì)節(jié)上的旋轉(zhuǎn)方向是沿著垂直條從底部到頂部。可以看到,由于檢測器的時(shí)間響應(yīng)性能,十字形結(jié)構(gòu)的水平條以及垂直條的頂部和底部邊緣嚴(yán)重地模糊。圖像細(xì)節(jié)是3cm寬。圖像細(xì)節(jié)根據(jù)仿真結(jié)果被生成,在這里假設(shè)單個(gè)衰減常數(shù)為1ms。它應(yīng)當(dāng)只是示意地表示時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的影響。
下面,估計(jì)時(shí)間濾波對重建的圖像的影響。對于這個(gè)估計(jì),投影數(shù)據(jù)組需要進(jìn)行如下處理在重建以前,代表每個(gè)投影數(shù)據(jù)組的信號值被歸一化為一個(gè)當(dāng)不存在要被成像的對象的情形下得到的信號值。這是技術(shù)上已知的標(biāo)準(zhǔn)過程。被用于歸一化的相應(yīng)的投影數(shù)據(jù)組由s0(u,t)表示,并被稱為參考投影數(shù)據(jù)組。假設(shè)檢測單元的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)對于s0沒有影響,因?yàn)榧僭O(shè)當(dāng)測量s0時(shí),檢測單元處在平衡狀態(tài)。這可以通過在參考投影數(shù)據(jù)組被讀出之前提前對檢測單元照射而達(dá)到。因此,s0(u,t)/t=0成立,以及s0‾(u,t)=s0(u,t)]]>是正確的。對于下式執(zhí)行歸一化[1+τ∂∂t]s-(u,t)=s(u,t)---(2)]]>公式1是在s(u,t)=0的邊界條件下公式2的解。
在歸一化后,對歸一化的公式2的兩邊取對數(shù),此后應(yīng)用重建算子R。通過把b≡RIn(s/s0)表示為未惡化的重建的圖像和把 表示為時(shí)間惡化的圖像數(shù)據(jù)組,求出在時(shí)間惡化的圖像與非惡化的圖像之間的差值為 其中γ=τ∂s-/s-∂t.]]>通過引入角速度ω=θ/t,相對于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)可被重新寫為一個(gè)角度導(dǎo)數(shù)。于是/t=ω/θ和γ=τω∂s-/s-∂θ.]]>如果我們假設(shè)對數(shù)可被線性化,即ln(1+γ)≈γ,則對于Δb的估值可以直接找出。然后通過利用重建操作是線性的和∂s-/s-∂θ=∂(ln(s/-s0))/∂θ]]>成立的事實(shí),在未惡化的和惡化的圖像數(shù)據(jù)組之間的差值導(dǎo)致 由于τ是在重建操作之前提取的,可隱含地假設(shè)τ是檢測單元的檢測器元件的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的總的表示,并且因此是對于所有的檢測器單元不變的(小的偏差實(shí)際上可以忽略,直到某個(gè)強(qiáng)度為止)。同樣地,隱含地假設(shè),在旋轉(zhuǎn)期間角速度ω相對于時(shí)間是常數(shù)(再次地,小的變化可被忽略)。通過最后假設(shè)重建操作和微分操作由于它們的直線性而可以交換,未惡化的圖像數(shù)據(jù)組b被計(jì)算成為Δb=τω·∂b-/∂θ=(1+f)b-=b--c,---(3)]]>其中f是時(shí)間校正濾波器,它被應(yīng)用到時(shí)間惡化的圖像,以便確定校正值c,然后從惡化的圖像 中減去該校正值。換句話說,校正的圖像數(shù)據(jù)組b是通過從惡化的圖像數(shù)據(jù)組 中減去校正值c 而被計(jì)算的。濾波器f基本上用作為對于擾動的圖像在相應(yīng)于角速度方向的方向上的導(dǎo)數(shù),基本上正比于時(shí)間常數(shù)τ和基本上正比于角速度ω,在這里“基本上”是指在旋轉(zhuǎn)期間的角速度中和/或在檢測器中時(shí)間常數(shù)的均勻性上會出現(xiàn)稍微變化,但只要濾波器按照它們的平均值操作,這些變化可被忽略。
類似于以上得到的結(jié)果,對于時(shí)間響應(yīng)函數(shù)由一個(gè)以上的時(shí)間常數(shù)表征的情形,可計(jì)算濾波器操作。通常,假設(shè)對于N個(gè)表征的時(shí)間常數(shù), 描述在由脈沖函數(shù)激勵(lì)后的時(shí)間響應(yīng)。加權(quán)系數(shù)被歸一化,以使得Σn=1Nαn=1]]>成立。然后,重復(fù)上述的過程,從而,Σn=1Nαn·(1+τn·ω·∂∂·θ)b-(r,θ)=b-(r,θ)+(Σn=1Nαn·τn·ω·∂∂θ)b-(r,θ)=b(r,θ)---(5)]]>是要加到未校正的圖像上的濾波操作以計(jì)算校正的圖像。這可以再次被簡化以產(chǎn)生b=(1+f)b-=b--c.---(6)]]>對于如圖4和圖5所示的具有D個(gè)檢測器元件的單線檢測器的成像裝置,投影數(shù)據(jù)組Pi是D個(gè)測量值的一維向量Pi=(V1,i,V2,i,…,VD,i)。在至少覆蓋180度加扇形角的不同的角度情況下得到的多個(gè)這樣的投影數(shù)據(jù)組然后例如通過濾波的后向投影算法而被供重建之用,正如技術(shù)上已知的。因此根據(jù)投影數(shù)據(jù)組可重建一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組I。在給定的實(shí)施例中,I是一個(gè)N×N圖像數(shù)字值的矩陣,表示在實(shí)際空間中在相應(yīng)各點(diǎn)處被照射的對象4的衰減特性。自然,圖像數(shù)據(jù)組不限于N×N矩陣,而是也可以是N×M矩陣或非笛卡爾矩陣(例如,包含六邊形分布的圖像值)。當(dāng)被顯示時(shí),圖像數(shù)據(jù)值也被稱為像素。像素具有二維擴(kuò)展。在笛卡爾矩陣中,像素具有在x方向的延伸和在y方向的擴(kuò)展。取決于重建程序過程,圖像數(shù)據(jù)值可以表示在給定的像素的中心位置處對象的衰減特性或在像素的擴(kuò)展上進(jìn)行平均的平均衰減值。
圖6示意地顯示用于對對象進(jìn)行成像的成像系統(tǒng),它包括成像設(shè)備1,重建單元9,它根據(jù)在圍繞對象的源-檢測器安排的角度間隔的位置處得到的投影圖像重建對象的截面圖像;校正單元10,在重建的切片圖像上對它應(yīng)用所描述的濾波;以及顯示器11,在其上顯示對象的經(jīng)校正的切片圖像12。校正單元10可以是成像設(shè)備1的處理單元的一部分,但它也可以是藉助于耦合8而耦合到重建單元9的獨(dú)立裝置,該耦合8可以是連線耦合或無線耦合。這里,無線耦合將包括如紅外連接或藍(lán)牙連接以及經(jīng)由數(shù)據(jù)載體的連接那樣的技術(shù)。后者意味著載送未校正的切片圖像的數(shù)據(jù)載體被寫入,并且這個(gè)數(shù)據(jù)載體用來輸送信息到校正單元10。有關(guān)旋轉(zhuǎn)速度、特征時(shí)間常數(shù)等的必須信息對校正單元10可以是已知的或可以是藉助于連線或無線耦合8被傳送到校正單元的一部分信息。
在圖7上顯示圖像數(shù)據(jù)組13。正如圖7的右上角部分表示的,圖像數(shù)據(jù)組包含圖像數(shù)據(jù)值的笛卡爾像素矩陣,其中每個(gè)像素具有由Δx給出的、在x方向上的擴(kuò)展和由Δy給出的、在y方向上的擴(kuò)展。在圖像數(shù)據(jù)組中,顯示了成像的對象切片14的的X射線衰減值的截面圖像表示。時(shí)間校正濾波器f例如被應(yīng)用到在離相應(yīng)于CT系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心的點(diǎn)的距離為|r|=(x12+y12)]]>的坐標(biāo)x1,y1處的像素值上。向量r相對于笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸的相對角度由θ表示。這里,圖像坐標(biāo)系統(tǒng)的x和y軸被選擇成使得它們與實(shí)際空間中的坐標(biāo)系統(tǒng)一致,從而旋轉(zhuǎn)中心與圖像坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)一致。
為了施加以上在笛卡爾圖像值矩陣上推導(dǎo)的通用的時(shí)間濾波器f,按照公式3的濾波器操作被離散化,以及總的校正公式為b(n,m)=b-(n,m)+τω[n·Δxb-(n,m)-b-(n,m-1)Δy-m·Δy·b-(n,m)-b-(n-1,m)Δx],---(7)]]>其中n和m表示在(2N+1)×(2M+1)圖像數(shù)據(jù)組中在位置n和m處的圖像數(shù)據(jù)值,其中-N≤n≤N和-M≤m≤M,以及b(0,0)是中心像素。這里|r|=(nΔx)2+(mΔy)2·]]>如果使用均勻像素矩陣,則可以得到類似的公式,并且將也有可能得到一個(gè)用于不同于笛卡爾像素矩陣的像素矩陣的公式。依賴于實(shí)施方案是對于每個(gè)像素值計(jì)算校正值,然后從惡化的圖像像素值中減去它;還是對于所有的像素計(jì)算校正值以生成校正圖像,然后從惡化的圖像中減去它。
圖8b顯示與圖8a相同的、但在施加了按照公式7用于校正時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的濾波器后的細(xì)節(jié)。鋁十字的輪廓基本上得以恢復(fù)。
這表明推導(dǎo)出了一個(gè)時(shí)間校正濾波器,它可以被應(yīng)用到圖像上而代替應(yīng)用到投影數(shù)據(jù)組。能夠把濾波器應(yīng)用到圖像的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,不再必須存儲以前的信號值。把濾波器應(yīng)用到投影數(shù)據(jù)組需要存儲以前的投影數(shù)據(jù)組的強(qiáng)度值,以便應(yīng)用遞歸的濾波器操作,正如從US5,249,123中已知的那樣。另外,圖像像素的數(shù)目典型地(例如,512×512)小于需要被校正的投影數(shù)據(jù)值的數(shù)目(例如,每次旋轉(zhuǎn)1000個(gè)檢測器元件×2000采集數(shù))。對于給定的數(shù)值,這意味著校正運(yùn)算減小到八分之一。由于濾波器是應(yīng)用到重建的圖像上的,它的使用與漢字?jǐn)?shù)據(jù)的可獲得性無關(guān),或換句話說,這使得校正掃描儀是獨(dú)立的。
所描述的概念對于通過螺旋掃描技術(shù)生成的圖像也是有效的,只要所使用的內(nèi)插可以與公式1的積分互換。這例如是對于線性或雙線性內(nèi)插的情形。
特征時(shí)間常數(shù)(或特征時(shí)間常數(shù)組)可以以各種方式被確定。第一種方式是用短脈沖照射檢測器,并且以高的時(shí)間分辨率來測量檢測器的時(shí)間響應(yīng)。然后可以使用標(biāo)準(zhǔn)擬合過程來確定特征時(shí)間常數(shù)。在第二種方式中,對一個(gè)或多個(gè)已知的參考對象成像。然后,例如通過與例如可以藉助于仿真來計(jì)算的理想的信號響應(yīng)相比較,測量信號可以與該理想信號相比較,然后可以確定特征時(shí)間常數(shù)。
權(quán)利要求
1.用于對對象(4)進(jìn)行成像的成像系統(tǒng),包括·檢測單元(3),用于接連地采集對象(4)的投影數(shù)據(jù)組(Pi),所述檢測單元(3)具有由至少一個(gè)時(shí)間常數(shù)(τ)所表征的時(shí)間響應(yīng)函數(shù),·旋轉(zhuǎn)單元,它在投影數(shù)據(jù)組(Pi)被采集的同時(shí)以基本上恒定的角速度(ω)圍繞對象(4)移動檢測單元(3),·重建單元(9),用于根據(jù)投影數(shù)據(jù)組(Pi)計(jì)算對象(4)的圖像數(shù)據(jù)組(13),以及·濾波器單元(10),它在工作狀態(tài)下把濾波器(f)應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)組(13)上,以便計(jì)算校正值,其中該濾波器-基本上用作為對于受擾動的圖像在與角速度方向相對應(yīng)的方向上的導(dǎo)數(shù),-基本上正比于時(shí)間常數(shù)(τ)和-基本上正比于角速度(ω),所述濾波器單元(10)被安排成從圖像數(shù)據(jù)組(13)中減去校正值。
2.按照權(quán)利要求1的成像系統(tǒng),其特征在于,檢測單元是一個(gè)具有導(dǎo)致時(shí)間響應(yīng)函數(shù)的至少一個(gè)變換層的X射線檢測器。
3.按照權(quán)利要求1到2的任一項(xiàng)的成像系統(tǒng),其特征在于,時(shí)間響應(yīng)函數(shù)由兩個(gè)或多個(gè)時(shí)間常數(shù)來表征,以及該濾波器(f)是一個(gè)在濾波器各個(gè)項(xiàng)上的加權(quán)的和值,其每個(gè)濾波器項(xiàng)表示對于各個(gè)相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)的濾波器。
4.按照權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)的成像系統(tǒng),其特征在于,濾波器單元遠(yuǎn)離成像設(shè)備的其它部件,以及它通過無線連接接收圖像數(shù)據(jù)組。
5.校正對象(4)的圖像數(shù)據(jù)組(13)中的時(shí)間偽像的方法,包括以下步驟·在圍繞對象(4)的不同角度的位置處接連地采集投影數(shù)據(jù)組(Pi),其中該角度位置的改變以基本上恒定的角度速度(ω)發(fā)生,所述投影數(shù)據(jù)組(Pi)被由至少一個(gè)時(shí)間常數(shù)(τ)所表征的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)惡化,·通過重建操作根據(jù)投影數(shù)據(jù)組來確定圖像數(shù)據(jù)組(13),·把濾波器(f)應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)組(13)以便計(jì)算校正值,其中該濾波器-基本上用作為對于受擾動的圖像在相應(yīng)于角速度方向的方向上的導(dǎo)數(shù),-基本上正比于時(shí)間常數(shù)(τ)和-基本上正比于角速度(ω),·從圖像數(shù)據(jù)組(13)中減去校正值。
6.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,包括用于校正圖像數(shù)據(jù)組中的時(shí)間偽像的軟件程序,所述程序當(dāng)被下載到處理裝置時(shí)適合于在圖像數(shù)據(jù)組上執(zhí)行按照權(quán)利要求5方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對對象(4)進(jìn)行成像的成像系統(tǒng),所述成像系統(tǒng)包括檢測單元(3),用于接連地采集對象(4)的投影數(shù)據(jù)組(P
文檔編號G06T11/00GK1981303SQ200580022980
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者L·斯皮斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司