用于估計(jì)散射的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于估計(jì)散射的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年9月25日提交的并且代理人案卷編號(hào)為124-0014-US-PR0的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/882,566的權(quán)益。本申請(qǐng)還涉及共同擁有的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/663,494(于2012年6月22日提交的)和專利合作條約(PCT)申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2013/047199(于2013年6月22日提交的)。包括其任何附錄或附件的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/882，566、美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/663,494和PCT申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2013/047199通過(guò)引用以其整體并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]除非在本文中另外指出，否則在該部分中所描述的途徑并不是本申請(qǐng)中權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，也不應(yīng)當(dāng)因?yàn)楸话ㄔ谠摬糠种卸怀姓J(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)包括:通過(guò)在單個(gè)掃描操作(“掃描”)中收集幾個(gè)投影圖像(“射線照相投影”)來(lái)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，并且在醫(yī)療領(lǐng)域中廣泛用于觀察人體的選定部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在理想的成像系統(tǒng)中，輻射射線從輻射源沿著相應(yīng)的直線傳輸路徑行進(jìn)，通過(guò)目標(biāo)對(duì)象，然后在沒(méi)有生成散射射線的情況下，行進(jìn)到成像系統(tǒng)的相應(yīng)的像素檢測(cè)器。然而，在真實(shí)系統(tǒng)中，當(dāng)輻射量子被目標(biāo)對(duì)象的一部分吸收時(shí)，通常生成偏離入射輻射的傳輸路徑的一個(gè)或多個(gè)散射射線。這些散射射線通常由不位于在其上傳送初級(jí)輻射量子的傳輸路徑上的“周邊”檢測(cè)器元件接收，由此會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。
[0005]由散射輻射產(chǎn)生的測(cè)量誤差導(dǎo)致由成像系統(tǒng)產(chǎn)生的射線照相投影數(shù)據(jù)和CT圖像的空間和對(duì)比分辨率的偽影和損失。散射輻射還可能導(dǎo)致圖像重建算法的數(shù)值誤差。所有前述內(nèi)容會(huì)導(dǎo)致圖像劣化。
[0006]已經(jīng)提出解決方案來(lái)估計(jì)和/或糾正散射輻射。對(duì)于使用散射核的解決方案，由內(nèi)部不均勻性或外部相鄰對(duì)象產(chǎn)生的某些散射可能難以建模。包括將來(lái)自投影數(shù)據(jù)的估計(jì)散射與模擬散射進(jìn)行比較的其它解決方案可能需要解決對(duì)模擬簡(jiǎn)檔進(jìn)行縮放的艱難過(guò)程。
[0007]因此，需要開(kāi)發(fā)出能夠進(jìn)一步提高估計(jì)精度但以有效的方式進(jìn)行的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本公開(kāi)的至少一些實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于估計(jì)與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的散射的方法。該方法可以包括:使用成像系統(tǒng)的輻射源和檢測(cè)器獲取原始投影數(shù)據(jù)集，該原始投影數(shù)據(jù)集包括處于與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)選定投影角度的初級(jí)輻射和散射輻射，使用散射估計(jì)算法從原始投影數(shù)據(jù)集生成第一估計(jì)散射數(shù)據(jù)集，通過(guò)使用第一估計(jì)散射數(shù)據(jù)集執(zhí)行第一輪重建來(lái)生成重建圖像數(shù)據(jù)，基于重建圖像數(shù)據(jù)來(lái)生成與處于一個(gè)或多個(gè)選定投影角度的目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的參照散射數(shù)據(jù)集，基于重建圖像數(shù)據(jù)來(lái)生成處于與一個(gè)或多個(gè)選定投影角度的目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的參照初級(jí)和散射數(shù)據(jù)集，使用散射估計(jì)算法基于參照初級(jí)和散射數(shù)據(jù)集來(lái)生成與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的第二估計(jì)散射數(shù)據(jù)集，并且通過(guò)比較參照散射數(shù)據(jù)和第二估計(jì)散射數(shù)據(jù)集來(lái)生成與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的擾動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0009]前面的概述僅是說(shuō)明性的并非旨在以任何方式進(jìn)行限制。除了上文所描述的說(shuō)明性方面、實(shí)施例和特征之外，參照附圖和以下的【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步的方面、實(shí)施例和特征將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[00?0]圖1是不例成像系統(tǒng)；
[0011]圖2是對(duì)于如由機(jī)架沿著圓形軌跡繞著目標(biāo)對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)所提供的兩個(gè)選定投影角度的臺(tái)子相對(duì)于臺(tái)子上的目標(biāo)對(duì)象、輻射源和檢測(cè)器的示例配置；
[0012]圖3是與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的散射估計(jì)的示例流程；
[0013]圖4是用于生成參照散射數(shù)據(jù)集和參照初級(jí)和散射數(shù)據(jù)集的示例流程；
[0014]圖5是用于生成擾動(dòng)數(shù)據(jù)的示例流程；
[0015]圖6是根據(jù)圖3的示例流程與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的散射估計(jì)的示例實(shí)現(xiàn)方式；
[0016]圖7是不例正弦圖擾動(dòng)映射圖；
[0017]圖8A、圖8B、圖8C和圖8D是使用成像系統(tǒng)掃描的大骨盆幻像的重建圖像；
[0018]圖9是可以被配置成執(zhí)行散射估計(jì)的示例計(jì)算設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在以下【具體實(shí)施方式】中，參照形成其一部分的附圖。在附圖中，類似符號(hào)通常標(biāo)識(shí)類似部件，除非上下文另外指示。在【具體實(shí)施方式】、附圖和權(quán)利要求書(shū)中所描述的說(shuō)明性實(shí)施例并不意味著是限制性的。可以利用其它實(shí)施例，并且在不脫離本文中所呈現(xiàn)的主題的精神或范圍的情況下，可以做出其它改變。容易理解的是，如本文中通常描述的并且在附圖中所圖示的本公開(kāi)的方面可以以廣泛多種不同配置進(jìn)行布置、替換、組合、分離和設(shè)計(jì)，所有這些在本文中都明確地預(yù)期。
[0020]在整個(gè)的本公開(kāi)中，術(shù)語(yǔ)“投影視圖”和“投影角度”可以互換使用，并且“投影”、“投影圖像”和“投影數(shù)據(jù)”還可以互換使用。
[0021]圖1是示例成像系統(tǒng)100。該成像系統(tǒng)100包括輻射源110、具有沿著投影線布置在輻射源110對(duì)面的像素檢測(cè)器的檢測(cè)器120、設(shè)置在輻射源110和檢測(cè)器120之間的第一組扇形葉片130、保持扇形葉片130并且設(shè)定它們的位置的第一扇形葉片驅(qū)動(dòng)135。扇形葉片130的邊緣可以被定向成基本上垂直于掃描軸(定義如下)，并且基本上平行于檢測(cè)器120的橫切面維度(定義如下)。
[0022]作為選項(xiàng)，成像系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括設(shè)置在輻射源110和檢測(cè)器120之間的第二組扇形葉片140、和保持扇形葉片140并且設(shè)定它們的位置的第二扇形葉片驅(qū)動(dòng)145。扇形葉片140的邊緣可以被定向成基本上平行于掃描軸(定義如下)，并且基本上垂直于檢測(cè)器120的軸向維度(定義如下)。扇形葉片通常比檢測(cè)器120更靠近輻射源110設(shè)置。它們通常保持敞開(kāi)，以使檢測(cè)器120的全部范圍能夠暴露于輻射，但可能在某些情形下被部分關(guān)閉。[0023 ]成像系統(tǒng)100還包括:機(jī)架150，其以彼此固定的或已知的空間關(guān)系至少保持輻射源110、檢測(cè)器120和扇形葉片驅(qū)動(dòng)135和145;機(jī)械驅(qū)動(dòng)155，其繞著設(shè)置在輻射源110和檢測(cè)器120之間的目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架150;以及檢測(cè)器120，其一方面具有設(shè)置在扇形葉片130和140之間的目標(biāo)對(duì)象，另一方面具有檢測(cè)器120。術(shù)語(yǔ)機(jī)架具有廣泛的意義，并且涵蓋可以以固定的或已知的(但可能可移動(dòng)的)空間關(guān)系保持上文所標(biāo)識(shí)的部件的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的所有配置。為了附圖中的視覺(jué)簡(jiǎn)單起見(jiàn)，機(jī)架外殼、機(jī)架支撐和扇形葉片支撐未被示出。
[0024]附加地，成像系統(tǒng)100還包括控制器160、用戶接口165和計(jì)算設(shè)備170?？刂破?60可以電性地耦合到輻射源110、機(jī)械驅(qū)動(dòng)155、扇形葉片驅(qū)動(dòng)135和145、檢測(cè)器120和用戶接口 165。用戶接口 165可以被配置成使用戶能夠至少發(fā)起對(duì)目標(biāo)對(duì)象的掃描，并且從檢測(cè)器120收集所測(cè)量的投影數(shù)據(jù)。用戶界面165可以被配置成呈現(xiàn)所測(cè)量的數(shù)據(jù)的圖形表示。耦合到控制器160的計(jì)算設(shè)備170可以被配置成執(zhí)行模擬操作、數(shù)據(jù)處理操作和其它操作。
[0025]在成像系統(tǒng)100中，機(jī)架150可以被配置成在掃描期間繞著目標(biāo)對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輻射源110、扇形葉片130和140、扇形葉片驅(qū)動(dòng)135和145和檢測(cè)器120環(huán)繞目標(biāo)對(duì)象移動(dòng)。更具體地，如圖1所示，機(jī)架150可以繞著掃描軸轉(zhuǎn)動(dòng)這些部件，其中，掃描軸與投影線相交，并且通常垂直于投影線。目標(biāo)對(duì)象以基本上固定的關(guān)系與掃描軸對(duì)準(zhǔn)。該構(gòu)造一方面提供了投影線之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且另一方面提供了掃描軸和與其對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)對(duì)象，而相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)由角位移值Θ測(cè)量。
[0026]機(jī)械驅(qū)動(dòng)155可以耦合到機(jī)架150以根據(jù)控制器160的命令提供轉(zhuǎn)動(dòng)。可以周期性地讀取檢測(cè)器120上的像素檢測(cè)器陣列來(lái)獲得射線照相投影的數(shù)據(jù)。檢測(cè)器120的X軸和Y軸彼此互相垂直。檢測(cè)器120可以被定向成使得其Y軸平行于掃描軸。出于這個(gè)原因，Y軸還可以被稱為檢測(cè)器120的軸向維度，并且X軸可以被稱為設(shè)備120的橫切面維度、或橫向維度。
[0027]X軸垂直于由掃描軸和投影線所限定的平面，并且Y軸平行于同一平面。每個(gè)像素被分配沿著X軸的離散X坐標(biāo)(“X”)和沿著Y軸的離散Y坐標(biāo)(“Y”)。為了視覺(jué)清晰度起見(jiàn)，圖中示出了較少數(shù)量的像素。檢測(cè)器可以在投影線上居中，以使目標(biāo)對(duì)象能夠全扇形成像，可以與投影線偏移，以使目標(biāo)對(duì)象能夠半扇形成像，或者可以相對(duì)于投影線是可移動(dòng)的以允許目標(biāo)對(duì)象的全扇形成像和半扇形成像。
[0028]在錐形射束系統(tǒng)中，各種部件可以散射輻射。一些示例包括但不限于蝴蝶結(jié)型過(guò)濾器、要掃描的對(duì)象、抗散射柵格和系統(tǒng)的檢測(cè)器外殼。在共同擁有的美國(guó)專利號(hào)8，326，011中提供附加描述，其通過(guò)引用以其整體并入本文。
[0029]圖2是對(duì)于如由機(jī)架沿著圓形軌跡220繞