專利名稱：基于散射輻射分數(shù)的x-射線探測器增益校準的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字x-射線圖像的圖像處理領域，該x-射線圖像通過包括x-射線源和具有空間分辨率的二維x-射線探測器的x-射線裝置進行記錄。特別地，本發(fā)明涉及對于二維分解的x-射線探測器的增益校準方法，所述二維分解的x-射線探測器優(yōu)選地用于醫(yī)學x-射線成像。
進一步地，本發(fā)明涉及獲得被檢查對象的增益校正的x-射線圖像的方法。
本發(fā)明進一步涉及數(shù)據(jù)處理設備和醫(yī)學x-射線成像裝置，用于確定表示二維x-射線探測器的增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集，該二維x-射線探測器特別用于醫(yī)學x-射線成像。
而且，本發(fā)明涉及具有用于執(zhí)行上述方法的指令的計算機可讀介質(zhì)和
程序單元，所述方法用于確定表示二維x-射線探測器增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集。
背景技術：
US2003/0072409 Al公開一種使用X-射線成像系統(tǒng)估計被成像對象的材料組成的方法。從而，產(chǎn)生了多個散射校正和增益校正的基準校準圖像?；鶞蕡D像校正包括去除數(shù)字探測器中隨著時間產(chǎn)生的電子漂移的影響、幾何形狀的影響以及隨著數(shù)字探測器而空間改變的非一致探測器計數(shù)特性。入射到探測器上的輻射或者是"初級的"或者是"散射的"。這意味著每一個X-射線光子或者可以直接穿過材料而不散射，或者可以偏離一些核而散射至少一次。利用散射校正算法估計散射輻射并從基準校準圖像去除該散射輻射。
US 6,789,943 B2公開一種使用封閉(occluded)探測器環(huán)進行散射測量的方法和X-射線裝置。該方法包括使用模型執(zhí)行校準掃描以測量碰撞第一探測器環(huán)的散射的X-射線與碰撞第二探測器環(huán)的散射的X-射線之間的散射信號比。該散射信號比用于確定散射比例因子。
增益校準在對于CT和/或X-射線數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)預處理中是公知的并且是基本的步驟，其目的是重構被檢查對象的高質(zhì)量三維(3D)表示。增益校準包括為二維空間分解的X-射線探測器的不同探測器元件確定不同的增益系數(shù)，其中所述不同的探測器元件對于探測X-輻射具有不同的靈敏度。當然，用于讀出這些探測器元件和/或用于放大由這些探測器元件提供的信號的電子電路也可以對不同的有效X-射線靈敏度產(chǎn)生影響。
適當?shù)脑鲆嫘试试S為3D數(shù)據(jù)提供一種所謂的亨斯菲爾德(Hounsfidd)標度。該亨斯菲爾德標度是一種定量標度，用于描述分別是人類或動物組織的相對透明度的射頻密度。從而，指定空氣為-1000亨斯菲爾德單位(HU)，而指定水為0HU。
進一步地，適當?shù)脑鲆嫘士梢杂糜跍p少在X-射線圖像中存在的諸如遮光、覆蓋和拉延(capping and cupping)、拖影以及環(huán)型等的許多偽影。然而，盡管公知的增益校準程序改善了 X-射線圖像的質(zhì)量，但是明顯的環(huán)形偽影仍然存在，尤其是在使用防散射柵時。
可能需要提供一種X-射線探測器增益校準，其允許特別是環(huán)型偽影的進一步減少。

發(fā)明內(nèi)容
這種需要可以通過根據(jù)獨立權利要求的主題來滿足。本發(fā)明的有利實施例由從屬權利要求進行描述。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于確定表示二維X-射線探測器增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集的方法，所述二維X-射線探測器特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列。所描述的方法包括如下步驟(a)提供表示第一 X-射線圖像的第一增益數(shù)據(jù)集，該第一 X-射線圖像通過直射的X-輻射生成，該直射的X-輻射從X-射線源發(fā)射并且在沒有感興趣的對象存在的情況下由所述X-射線探測器探測；(b)獲得表示第二X-射線圖像的第二增益數(shù)據(jù)集，該第二 X-射線圖像基于散射的X-輻射，該散射的X-輻射從所述X-射線源發(fā)射并且在預定對象存在的情況下由所述X-射線探測器探測；以及(c)使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集結合以給出所述最終的增益數(shù)據(jù)集。
本發(fā)明的該方面基于這樣一種構思所述預定對象的X-射線圖像是直 射圖像與散射圖像之和，該直射圖像由直接撞擊到所述探測器上的X-輻射 獲取，而該散射圖像通過在撞擊到所述探測器之前由被檢查對象的核散射 至少一次的X-輻射獲取。在該方面，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于散射的X-射線的X-射線圖像的分數(shù)僅包括可忽略的結構性噪聲。因此，為了確定增
益數(shù)據(jù)集，單獨考慮由所述x-射線探測器測量的兩種不同類型的輻射是有
益的。 一是直射輻射通常顯示為明顯的結構性噪聲，二是散射輻射通常僅 顯示可忽略的結構性噪聲。
換句話說，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，關于增益校準，顯示很少或沒有結構性噪聲的
X-射線圖像的第一構成部分(contribution)與顯示相對強烈的結構性噪聲 的第二構成部分相比較可以按照不同的方式進行處理，通常該相對強烈的 結構性噪聲通過具有相對高的空間頻率。從而，第一構成部分主要基于散 射輻射，而X-射線圖像的第二構成部分主要基于直射輻射。與公知的增益 校準方法相比較，這種對顯示不同結構性噪聲的不同類型的圖像構成部分 的單獨處理提供了進一步的偽影減少。
與諸如熱噪聲等相比，結構性噪聲在時間上是恒定的。結構性噪聲可 以由諸如具有空間頻率的X-輻射剖面產(chǎn)生。該空間頻率可以由例如X-射線 管的熱陰極產(chǎn)生，其中所述熱陰極包括例如由于熱陰極的不同溫度和/或由 于熱陰極的給定幾何形狀而導致的電子的空間不一致釋放。由于結構性噪 聲通常具有高的空間頻率，所以很難從X-射線圖像中將其去除。特別是在 結構性噪聲的空間頻率與圖像結構的空間頻率類似時更是如此。
然而，結構性噪聲也會由X-射線探測器的空間變化的靈敏度產(chǎn)生，這 導致諸如在最終處理的X-射線圖像中的環(huán)型偽影。由于第一X-射線圖像主 要基于到達X-射線探測器的直射輻射，所描述的方法提供一種改進的增益 校準，其中單獨考慮對于直射輻射和散射輻射的增益系數(shù)。
原則上，所述增益數(shù)據(jù)集可以包括分配給X-射線探測器的每個像素元 件的增益系數(shù)。然而，實際上已經(jīng)證明，通常，增益系數(shù)在探測器的一定 區(qū)域中是常數(shù)。這些區(qū)域可以由探測器像素元件定義，將這些像素元件分 配給單獨的電子電路，該電子電路用于讀出該探測器像素元件的相應信號。
8從而，這些信號表示由每個探測器像素測量的x-射線強度。
必須指出，所獲取的增益系數(shù)用于對獲取的x-射線圖像進行圖像處理， 該獲取的x-射線圖像表示所述預定對象的x-射線衰減。通常，增益系數(shù)并
不用于任何與每個探測器像素相連接的放大器或預放大器。然而，也可以 使用所描述的方法以對與探測器像素元件相連接的電子放大設備的增益系 數(shù)執(zhí)行空間變化校準。
在該方面指出，使用術語"獲得"以描述用于接收所述第二增益數(shù)據(jù) 集的各種不同的測量。例如，術語"獲得"可以意味著測量，即，第二增 益數(shù)據(jù)集特別是通過使用相同的對象而被實驗記錄，假設該對象正在被進
行x-射線成像。然而，術語"獲得"也包括估計程序，其中基于專家知識，
諸如通過使用表示所述對象的模型的標準模型來模擬所述第二增益數(shù)據(jù)
集，假設所述對象模型正在被進行x-射線成像。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，結合防散射柵來使用x-射線探測器。在本文中，
防散射柵是提供用于X-射線衰減的通道型X-射線吸收設備，與直射的X-
射線相比，其與以至少稍微傾斜的角度撞擊到探測器上的散射的x-射線不同。
本發(fā)明者已經(jīng)意識到，X-射線探測器與防散射柵的組合對于散射的X-
射線和對于撞擊到探測器上特別是沒有被感興趣的對象散射的直射輻射具 有不同的靈敏度。這種不同的靈敏度可以被理解為，由于防散射柵引入了 具有相對高的空間頻率的結構性噪聲。盡管在起初敏感度的差異并不大，
但是已經(jīng)證明，這些差異足夠大以產(chǎn)生環(huán)型偽影。配置有防散射柵的x-射
線探測器的不同靈敏度至少部分地由用于進一步圖像處理的空間變化增益 系數(shù)來補償。因此，可以顯著地減少偽影，特別是環(huán)型偽影。
必須指出，即使存在防散射柵，在獲取x-射線圖像時，仍然存在散射
輻射的構成部分。根據(jù)尺寸、材料和被研究對象的散射屬性，散射輻射與
撞擊到X-射線探測器上的總的X-輻射的分數(shù)在10%到100%的數(shù)量級之間。
當然，防散射柵允許對散射輻射的進一步抑制。然而，該防散射柵也減少
了直射輻射，從而為了獲取具有相對低統(tǒng)計噪聲的x-射線圖像，必須增加 被檢查對象的整體輻射量。然而，在醫(yī)學x-射線成像的情況下，人類通常
不可接受這種輻射量的增加。根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，所述獲得第二增益數(shù)據(jù)集的步驟包括通過
對預定對象的實驗記錄而獲取第二增益數(shù)據(jù)集，其中防止直射的x-輻射撞
擊到探測器上。這可以提供如下優(yōu)點可以很精確地確定散射輻射對所述 對象的X-射線圖像的構成部分。因此，在醫(yī)學X-射線成像的情況下，可以 實現(xiàn)患者單獨的增益校準，以使得可以按照非常有效的方式去除或減少特
別是環(huán)型偽影。對于直接和散射的x-射線，x-射線探測器的靈敏度的正確
測量可以導致環(huán)型偽影的大量減少。
在這方面，很清楚的是，在實驗數(shù)據(jù)獲取期間，將被研究的對象置于
x-射線源和x-射線探測器之間的輻射路徑內(nèi)。
有各種己知的方法來選擇性地主要基于散射輻射而獲得x-射線圖像。 一種特別有效的方式是使用x-射線阻擋設備，將該設備置于x-射線源與 x-射線探測器之間。從而，在x-射線阻擋設備的陰影中測量的x-射線一定 是散射的x-射線。 一種更有效的方法可以通過使用準直的x-射線束來實現(xiàn)。
從而，為了獲取第二增益數(shù)據(jù)集，僅考慮探測器元件的信號，該探測器元
件的信號位于直射的準直x-射線束之外。當然，為了獲取完全的二維散射 的x-射線圖像，可以使準直的x-射線束順序地直射到x-射線探測器上各
種不同的空間區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，所述使第一增益數(shù)據(jù)集與第二增益數(shù)據(jù)集 結合的步驟包括使第一增益數(shù)據(jù)集與第二增益數(shù)據(jù)集相加。這具有的優(yōu)點
是增益數(shù)據(jù)集結合是簡單的算術運算，該算術運算可以使用當前公知的
和廣為使用的圖像處理程序而簡單地實現(xiàn)。因此，所描述的方法可以利用
相當簡單地對標準x-射線圖像處理方法的軟件修改來實現(xiàn)。
由于通常直接的x-輻射比散射的x-輻射更強烈，這在使用防散射柵或
掃描類似人類頭部的小對象時更是如此，所以第二增益數(shù)據(jù)集可以被解釋 為包含對于第一增益數(shù)據(jù)集的增益系數(shù)的偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，所述獲得第二增益數(shù)據(jù)集的步驟包括使用
由x-射線探測器探測的散射的x-輻射與由x-射線探測器探測的總的x-輻
射相比較的分數(shù)來估計第二增益數(shù)據(jù)集。這可以提供的優(yōu)點是為了獲得
第二增益數(shù)據(jù)集，對于諸如被檢查的患者不需要額外的輻射量。從而，該 估計程序可以是基于專家和/或經(jīng)驗知識，該專家和/或經(jīng)驗知識也可以通過
10與感興趣的實際對象相對應的標準模型來獲得。如今，合適的模型對于特 別是人體的所有部分都可獲得。這些模型包括不同材料的合成物，該合成
物至少在診斷相關的能量范圍內(nèi)顯示了與感興趣的對象相似的x-射線衰減 或x-射線吸收行為。常見材料例如是水和轉。
當然，散射輻射的分數(shù)不僅依賴于表示模型的材料類型，該散射輻射
的分數(shù)還依賴于撞擊到實際對象上的x-輻射的光子能量和/或光子能量分
布。然而，這些依賴性是眾所周知的，從而對于每一種實驗條件，可以估
計適合的散射分數(shù)。對于散射的X-射線的分數(shù)，其典型值是例如30%。這 意味著由X-射線探測器探測的X-輻射的70%是直射的X-輻射。
優(yōu)選地，由X-射線探測器探測的散射輻射與總輻射相比較的分數(shù)在表 示被檢查對象的相關部分的感興趣的區(qū)域中被估計。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，散射的X-輻射的分數(shù)通過在預定的感興趣 的區(qū)域中平均散射輻射的強度來確定。這可以提供如下優(yōu)點可以在診斷 相關的區(qū)域內(nèi)選擇性地估計散射輻射的分數(shù)。因此，偽影的減少可以集中 在人體的一定部分上，以使得特別是X-射線圖像內(nèi)的診斷相關區(qū)域盡可能 少地被惡化，以盡可能地改善診斷的可辨識性。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，第二增益數(shù)據(jù)集包括表示同質(zhì)的第二 X-射 線圖像的一致像素值。這意味著第一增益數(shù)據(jù)集與非結構性的第二圖像相
^口 口 o
在兩個增益數(shù)據(jù)集的結合只是兩個數(shù)據(jù)集的簡單相加的情況下，第二 增益數(shù)據(jù)集簡單地表示空間常數(shù)偏移。盡管這樣的空間一致偏移看起來只 對增益校準具有很小的影響，但是已經(jīng)證明，當執(zhí)行所描述的增益校準時， 可以獲得大致為2的因數(shù)的偽影減少。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，利用在第一X-射線圖像和域第二X-射線圖 像內(nèi)執(zhí)行的平均程序來獲得一致像素值。這可以提供如下優(yōu)點可以使用
相當簡單的數(shù)學運算來獲得非結構性的第二 x-射線圖像，從而獲得適合的
一致增益校正因數(shù)，這將獲得減少的X-射線圖像偽影。從而，在第一和/ 或第二 X-射線圖像內(nèi)，可以在至少預定的感興趣的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行平均程序。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，所述使第一增益數(shù)據(jù)集和第二增益數(shù)據(jù)集 結合的歩驟包括使第一增益數(shù)據(jù)集與第二增益數(shù)據(jù)集相加。這具有的優(yōu)點是增益數(shù)據(jù)集的結合是簡單的算術運算，其可以在當前已知的和廣泛使 用的圖像處理程序中被簡單地實現(xiàn)。因此，所描述的方法可以通過相當簡
單的對標準x-射線圖像處理方法的軟件修改來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，所述使第一增益數(shù)據(jù)集與第二增益數(shù)據(jù)集
相加的步驟包括(a)考慮具有第一加權因子的第一增益數(shù)據(jù)集，該第一 加權因子表示直射輻射與撞擊到X-射線探測器上的總輻射相比較的分數(shù)； 以及(b)考慮具有第二加權因子的第二增益數(shù)據(jù)集，該第二加權因子表示 散射輻射與撞擊到X-射線探測器上的總輻射相比較的分數(shù)。這樣的對兩個 數(shù)據(jù)集的適當加權可以提供以下優(yōu)點可以獲得明顯改進的增益校準，導 致特別是環(huán)型偽影的進一步減少。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，描述了一種用于獲得被檢查對象的增益校正 的X-射線圖像的方法。所描述的方法包括如下步驟(a)通過執(zhí)行上述方 法的示例性實施例來確定表示二維X-射線探測器增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集； (b)獲取表示被檢查對象的X-射線圖像的第三數(shù)據(jù)集，該被檢查對象被插
入在X-射線源和X-射線探測器之間；(c)通過增益數(shù)據(jù)集除(divide)第
三數(shù)據(jù)集來獲得表示被檢查對象的增益校正圖像的增益校正數(shù)據(jù)集。
本發(fā)明的該方面基于這樣一種構思通過執(zhí)行用于確定增益數(shù)據(jù)集的 上述方法或執(zhí)行上述方法的實施例，可以獲得改善的X-射線圖像，該改善
的x-射線圖像顯示了顯著減少的偽影。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所獲得的x-射線圖像用于被檢查對象的三維重
構。從而，當然在不同投射角度下獲取的多個不同的增益校正的數(shù)據(jù)集可 以用于三維圖像重構。優(yōu)選地，通過執(zhí)行上述方法，已經(jīng)獲得了所有這些
增益校正的數(shù)據(jù)集，上述方法用于獲得被檢査對象的增益校正的x-射線圖像。
在這一方面，需要指出的是，與在二維x-射線圖像中相比，例如不期
望的環(huán)型結構的圖像偽影通常在三維重構的圖像中更明顯。在這方面已經(jīng)
證明，即使結構性噪聲在二維x-射線圖像中不可見，但在相應對象的三維
表示中也是明顯的，其中所述圖像重構基于許多這樣的二維圖像。因此， 上述方法可以廣泛用于顯著地改進三維重構圖像的質(zhì)量。特別地，上述方
法對于所謂的三維低對比度x-射線成像提供了偽影的顯著減少，其中由于
12低對比度圖像，偽影減少使產(chǎn)生的圖像質(zhì)量產(chǎn)生了特別顯著的改進。
已經(jīng)指出，三維圖像重構可以基于一系列不同的投射二維圖像，該二 維圖像已經(jīng)通過例如公知的計算機體層攝影裝置獲得。然而，由于最近己
經(jīng)改進了現(xiàn)代c型臂系統(tǒng)的機械精度，所以用于三維圖像重構的二維x-射 線圖像也可以通過使用現(xiàn)代c型臂系統(tǒng)來獲得。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于確定表示二維x-射線探測器增 益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)處理設備，該二維x-射線探測器特別是用于醫(yī)
學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列。該數(shù)據(jù)處理設備包括(a)適于 執(zhí)行上述方法的示例性實施例的數(shù)據(jù)處理器；以及(b)用于存儲表示第一 X-射線圖像的第一增益數(shù)據(jù)集和表示第二X-射線圖像的第二增益數(shù)據(jù)集的 存儲器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種醫(yī)學X-射線成像裝置。該醫(yī)學X-射線成像裝置特別是計算機體層攝影掃描儀或C型臂系統(tǒng)。該醫(yī)學X-射線 成像裝置包括上述的數(shù)據(jù)處理設備。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種計算機可讀介質(zhì)，其上存儲有用于 確定表示二維X-射線探測器增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集的計算機程序，該二維 X-射線探測器特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列。當該 計算機程序通過數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時，該計算機程序適于實現(xiàn)上述方法的示 例性實施例。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種用于確定表示二維X-射線探測器增 益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集的程序單元，該二維X-射線探測器特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列。當該程序單元由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時， 該程序單元適于實現(xiàn)上述方法的示例性實施例。
該計算機程序單元可以實現(xiàn)為以任何適合的編程語言描述的計算機可 讀指令代碼，該編程語言例如是JAVA、 C++，并且可以將該計算機程序單 元存儲在計算機可讀介質(zhì)上(可移除盤、易失性或非易失性存儲器、嵌入 式存儲器/處理器等)。該指令代碼用于對計算機或其它可編程設備進行編程 以執(zhí)行期望的功能。該計算機程序可以從網(wǎng)絡上獲取，例如可從其上下載 該計算機程序的萬維網(wǎng)。
已經(jīng)注意到，已經(jīng)參照不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。特別地，一些實施例是參照方法類型的權利要求來描述的，而其它實施例是參照裝 置類型的權利要求來描述的。然而，熟悉本領域的技術任意將會從上面和 以下的描述中了解到，除非特別說明，除了屬于一種類型主題的特征的任 意組合之外，在涉及不同主題的特征之間也可以進行任意組合，特別地， 方法類型的權利要求的特征與裝置類型的權利要求的特征之間的任意組合 都被認為由本申請所公開。
本發(fā)明的上述方面和其它方面通過后面將要描述的實施例示例并且參 照對實施例示例的解釋而將變得很明顯。下面將參照實施例示例來更加詳 細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并非局限于此。


圖l示出了計算機體層攝影(CT)系統(tǒng)的簡化示意圖，該系統(tǒng)適于執(zhí)
行依賴于散射分數(shù)的增益校準；
圖2a示出了醫(yī)學C型臂系統(tǒng)的側視圖，該系統(tǒng)適于執(zhí)行依賴于散射分
數(shù)的增益校準；
圖2b示出了圖2a中所示的X-射線擺動臂的透視圖3示出了包括X-射線源和二維X-射線探測器的醫(yī)學X-射線成像系
統(tǒng)的簡化圖，該系統(tǒng)配備有防散射柵。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例用于執(zhí)行依賴于散射分數(shù)的增益校
準的方法步驟流程圖5示出了適于執(zhí)行依賴于散射分數(shù)的增益校準的數(shù)據(jù)處理設備；
圖6a示出了通過采用公知的增益校準而獲得的二維X-射線圖像；以及
圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例通過采用依賴于散射的增益校準而
獲得的二維X-射線圖像。
具體實施例方式
附圖中的解釋是示意性的。注意到，在不同的附圖中，相似或相同的 元件具有相同的附圖標記或其附圖標記中僅第一數(shù)字不同于相應的附圖標 記。
圖1示出了計算機體層攝影裝置100，該裝置也被稱為CT掃描儀。CT掃描儀100包括可圍繞旋轉軸102旋轉的臺架101。臺架101利用電機103
來驅(qū)動。
附圖標記105表示例如X-射線源的輻射源，該輻射源發(fā)射多色輻射 107。 CT掃描儀100進一步包括孔徑系統(tǒng)106，該孔徑系統(tǒng)106使由X畫射 線源105發(fā)射的X-輻射形成輻射束107。由輻射源105發(fā)射的輻射束的光 譜分布可以由過濾元件(未示出)進一步改變，將該過濾元件設置為靠近 孔徑系統(tǒng)106。
使可以是錐形或扇形束107的輻射束107直射以穿過感興趣的區(qū)域 110a。根據(jù)在此描述的實施例，感興趣的區(qū)域是患者110的頭部110a。
將患者110置于平臺112上。將患者的頭部110a置于臺架101的中心 區(qū)域中，該中心區(qū)域表示CT掃描儀100的檢査區(qū)域。在穿過感興趣的區(qū)域 110a之后，輻射束107撞擊到輻射探測器115上。為了能夠抑制由患者的 頭部110a散射的X-輻射以及以傾斜的角度撞擊到X-射線探測器的X-輻射， 提供有未描述的防散射柵。該防散射柵優(yōu)選地位于探測器115的正前方。
將X-射線探測器115置于臺架101上，與X-射線管105相對。探測器 115包括多個探測器元件115a，其中每個探測器元件115a都能夠探測己經(jīng) 通過患者110的頭部110a的X-射線光子。
在掃描感興趣的區(qū)域110a期間，X-射線源105、孔徑系統(tǒng)106和探測 器115隨著臺架101 —起沿著由箭頭117所指的旋轉方向旋轉。為了旋轉 臺架101，將電機103連接到電機控制單元120，該電機控制單元120本身 被連接到數(shù)據(jù)處理設備125。數(shù)據(jù)處理設備125包括重構單元，該重構單元 可以通過硬件和/或軟件實現(xiàn)。重構單元適于基于在各種觀察角度下獲得的 多個2D圖像來重構3D圖像。
此外，數(shù)據(jù)處理設備125也用作控制單元，該控制單元與電機控制單 元120通信以調(diào)整臺架101的運動與平臺112的運動。通過電機113實現(xiàn) 平臺112的線性位移，該電機113也連接到電機控制單元120。
在CT掃描儀100的操作期間，臺架101旋轉并且同時平臺112平行于 旋轉軸102而線性移動，以執(zhí)行對感興趣的區(qū)域110a的螺線掃描。應該注 意到，也可以執(zhí)行圓形掃描，在圓形掃描中沒有沿平行于旋轉軸102的方 向的位移，而只有臺架101圍繞旋轉軸102的旋轉。從而，能夠以高精確
15度測量頭部110a的片段?；颊哳^部的更大三維表示可以通過在分立的步驟 中平行于旋轉軸102順序移動平臺112而獲得，對應于每個分立的平臺位 置已經(jīng)執(zhí)行至少一半的臺架旋轉。
將探測器115耦合到預放大器118，預放大器118本身耦合到數(shù)據(jù)處理 設備125。數(shù)據(jù)處理設備125能夠基于在不同投射角度處獲取的多個不同的 X-射線投射數(shù)據(jù)集來重構患者頭部110a的3D表示。
為了觀察患者頭部110a的重構的3D表示，提供有耦合到數(shù)據(jù)處理設 備125的顯示器126。此外，3D表示的透視圖的任意片段還可以通過也耦 合到數(shù)據(jù)處理設備125的打印機127打印出來。進而，數(shù)據(jù)處理設備125 也可以耦合到圖像存檔和通信系統(tǒng)128 (PACS)。
應該注意到，監(jiān)視器126、打印機127和/或位于CT掃描儀100內(nèi)的其 它設備可以設置在計算機體層攝影裝置100本地?；蛘撸@些部件可以遠 離CT掃描儀100，例如在研究所或醫(yī)院內(nèi)的其它位置，或者在經(jīng)由諸如因 特網(wǎng)、虛擬私人網(wǎng)絡等的一個或多個可配置網(wǎng)絡鏈接到CT掃描儀100的完 全不同的位置中。
參照附圖中的圖2a和2b，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的醫(yī)學X-射線成像 系統(tǒng)200是所謂的C型臂系統(tǒng)。C型臂系統(tǒng)200包括通過機器人類型的臂 208支撐在患者平臺212附近的擺動臂掃描系統(tǒng)201 。在擺動C型臂201內(nèi) 設置有X-射線管205和X-射線探測器215。設置和配置X-射線探測器215 以探測已經(jīng)通過患者210的X-射線207。進而，X-射線探測器215適于生 成代表其強度分布的電信號。通過移動擺動臂201， X-射線管205和X-射 線探測器215可以相對于患者210放置在任何期望的位置和取向。
為了能夠抑制由患者210散射的X-輻射以及以傾斜的角度撞擊到X-射線探測器215上的X-輻射，可以提供未描述的防散射柵。該防散射柵可 以位于探測器215的正前方。
C型臂系統(tǒng)200進一步包括控制單元229和數(shù)據(jù)處理設備225,上述二 者均位于工作站或個人電腦230內(nèi)。控制單元229適于控制C型臂系統(tǒng)200 的操作。數(shù)據(jù)處理設備225適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的依賴于散射 分數(shù)的增益校準方法。
應該指出，C型臂系統(tǒng)200的機械精度可以足夠好，以允許基于多個不同的投射二維圖像來進行患者210的三維圖像重構，該投射二維圖像通 過使用高精度的C型臂系統(tǒng)200獲得。
圖3示出了包括X-射線源305和二維X-射線探測器315的醫(yī)學X-射 線成像系統(tǒng)300的簡化視圖，該系統(tǒng)配備有防散射柵316。防散射柵316包 括多個不同的薄片316a，這些不同的薄片316a以相對于X-射線源305對 齊的方式取向。薄片316a優(yōu)選地由鉛制成，將鉛置于未描述的由諸如塑料 的X-射線透明材料制成的基體(matrix)內(nèi)。薄片316a具有大致3毫米的 高度和大致0.1毫米的厚度。然而，顯然，對于防散射柵，也可以應用其它 幾何尺寸。
通常，薄片316a的光柵結構不適于相鄰X-射線探測元件315a之間的 空隙。這在醫(yī)學X-射線成像系統(tǒng)300是C型臂系統(tǒng)時更是如此，這是因為 C型臂系統(tǒng)通常包括具有大致0.18毫米的典型像素尺寸的探測器。與之相 比，薄片316a具有通常為每毫米8的封裝密度。然而，薄片316a的光柵結 構也可以適于X-射線探測元件315a的光柵結構。這在醫(yī)學X-射線成像系 統(tǒng)300是CT掃描儀時更是如此。
防散射柵316用于阻擋X-射線307c，該X-射線307c由X-射線管305 產(chǎn)生并且在分別到達探測器315和柵316之前已經(jīng)被患者310的核散射， 從而X-射線307c的傳播方向被顯著改變。進而，假設防散射柵316使直射 的X-射線307a進入到探測器315。然而，防散射柵316并不完美以致會發(fā) 生這種情況即使散射的X-射線307b已經(jīng)明顯地改變了其傳播方向，但是 該X-射線307b也會到達探測器316。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例用于執(zhí)行依賴于散射分數(shù)的增益校 準的方法流程圖。該方法從步驟S1開始。
在接下來的步驟S2中，執(zhí)行表示空白X-射線圖像G (x， y)的第一增 益數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)獲取。從而，X-射線源發(fā)射X-輻射，由于X-射線源和X-射線探測器之間沒有任何檢査對象，該X-輻射主要作為直射輻射而撞擊到 探測器上。由X-射線探測器探測的散射輻射分數(shù)可以被忽略，因為在相關 診斷能量范圍內(nèi)，空氣對于X-射線來說只是很弱的散射介質(zhì)。為了允許精 確的增益校正，在獲取第一增益數(shù)據(jù)集期間使用防散射柵。該方法繼續(xù)到 步驟S3。
17在步驟S3，執(zhí)行表示被檢查對象的X-射線圖像I (x， y)的第三數(shù)據(jù) 集的數(shù)據(jù)獲取。從而，使用防散射柵以減少作用于X-射線圖像的散射輻射 分數(shù)。該方法繼續(xù)到步驟S4。
在步驟S4，確定在預定的感興趣的區(qū)域中空白X-射線圖像G (x， y) 的平均強度〈G(x， y)>。從而，該感興趣的區(qū)域?qū)赬-射線圖像I (x， y) 內(nèi)的診斷相關區(qū)域。該方法繼續(xù)到步驟S5。
在步驟S5，在預定的感興趣的區(qū)域中估計I (x， y)的散射輻射的分數(shù) X。從而，基于專家知識進行估計。該估計可以通過對入射到被檢查對象的 X-輻射的散射行為的計算進行支持。該計算可以通過使用適當?shù)臉藴誓Ｐ?來執(zhí)行，該標準模型與實際的被檢查對象相比較表現(xiàn)出類似的X-射線散射 屬性。該方法繼續(xù)到步驟S6。
在步驟S5，執(zhí)行增益校正的X-射線圖像I'(x， y)的計算。從而，使用 下面的等式(1):
可以將"〈G0c,力》X"項理解為第二增益數(shù)據(jù)集，該第二增益數(shù)據(jù)集 表示僅具有一個具體增益值的同質(zhì)增益圖像。由于散射輻射的影響通常小 于直射輻射的影響，"<G(^)>J"項表示偏移值，該偏移值考慮作用于所 獲取的X-射線圖像I (x， y)的散射輻射的分數(shù)。
最后，該方法在步驟S7處結束。
所描述的方法具有如下優(yōu)點顯著地減少了 X-射線圖像偽影并且特別 是環(huán)型偽影。進而，所描述的方法可以通過應用相當簡單的算術運算來執(zhí) 行。因此，所描述的依賴于散射分數(shù)的增益校正方法可以通過當今公知的 并且廣泛應用的圖像處理例程來容易地實現(xiàn)。
圖5示出了適于執(zhí)行上述依賴于散射分數(shù)的增益校準的數(shù)據(jù)處理設備 525。數(shù)據(jù)處理設備525包括中央處理單元(CPU)或圖像處理器561。圖 像處理器561連接到存儲器562，該存儲器562用于臨時存儲所獲取的投射 數(shù)據(jù)。圖像處理器561經(jīng)由總線系統(tǒng)565連接到多個輸入/輸出網(wǎng)絡或診斷 設備，諸如CT掃描儀或C型臂系統(tǒng)。此外，圖像處理器561連接到例如 計算機監(jiān)視器的顯示設備563，用于顯示信息或由圖像處理器561重構的一個或多個圖像。操作者或用戶可以經(jīng)由鍵盤564和/或圖5中未描述的任何 其它輸出設備而與圖像處理器561交互。
圖6a示出了患者頭部675的二維X-射線圖像671，其中X-射線圖像 671通過采用公知的增益校準方法獲取。在所示的患者頭部675的中央，會 清楚地看見偽影環(huán)型結構676。
圖6b示出了二維X-射線圖像672，該圖像672通過采用上面根據(jù)本發(fā) 明優(yōu)選實施例描述的明顯改善的增益校準方法獲取。從而，已經(jīng)考慮了與 直射的X-輻射相比對于散射的X-輻射的不同增益靈敏度。在患者的頭部 675內(nèi)，仍熱可見偽影環(huán)型結構677。然而，與圖6a所示的環(huán)型結構676 相比，很明顯，該環(huán)型結構不太顯著。
應該注意到，術語"包括"不排除其它元件或步驟，并且"一"或"一 個"不排除多個。而且，可以組合結合不同實施例描述的元件。還應該注 意，權利要求書中的附圖標記不應該被理解為限制該權利要求書的范圍。
為了概括本發(fā)明的上述實施例，可以聲明
上面描述了對于二維X-射線探測器315的增益校準，其中單獨地測量 和估計對于散射輻射307b和直射輻射307a的增益系數(shù)。可以對適當?shù)纳?射分數(shù)應用加權平均。與公知的增益校準方法相比，依賴于散射分數(shù)的增 益校準方法在X-射線圖像中產(chǎn)生更少的環(huán)型偽影，其中公知的增益校準方 法不考慮到達X-射線探測器315的散射輻射的分數(shù)。
附圖標記列表
100醫(yī)學X-射線成像系統(tǒng)/計算機體層攝影裝置 101臺架 102旋轉軸 103電機
105X-射線源/X-射線管 106孔徑系統(tǒng) 107輻射束
110感興趣的對象/患者
110a感興趣的區(qū)域/患者的頭部
19112平臺
113電機
115X-射線探測器
115a探測器元件
117旋轉方向
118脈沖鑒別單元
120電機控制單元
125數(shù)據(jù)處理設備(包括重構單元)
126監(jiān)視器
127打印機
128圖像存檔和通信系統(tǒng)(PACS)
200醫(yī)學X-射線成像系統(tǒng)/C型臂系統(tǒng)
201擺動臂掃描系統(tǒng)/C型臂
205 X-射線源/X-射線管
207X-射線
208機器人類型的臂
210感興趣的對象/患者
212平臺
215X-射線探測器
225數(shù)據(jù)處理設備
229控制單元
230工作站/個人電腦
300醫(yī)學X-射線成像系統(tǒng)
305X-射線源/X-射線管
307a直射束
307b到達探測器315的散射束 307c由防散射柵361阻擋的散射束 310感興趣的對象/患者 315X-射線探測器 315a探測器元件
20316防散射柵 Sl開始 S2步驟2 S3步驟3 S4步驟4 S5步驟5 S6步驟6 S7結束
525數(shù)據(jù)處理設備
561中央處理單元/圖像處理器
562存儲器
563顯示設備
564鍵盤
565總線系統(tǒng)
671沒有改善的增益校準的患者頭部的二維X-射線圖像
672具有改善的增益校準的患者頭部的二維X-射線圖像
675患者頭部
676偽影環(huán)型結構
677減少的偽影環(huán)型結構
權利要求
1、一種用于確定表示二維X-射線探測器(115，215，315)的增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集的方法，所述二維X-射線探測器(115，215，315)特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列(115，215，315)，所述方法包括以下步驟提供表示第一X-射線圖像(G(x，y))的第一增益數(shù)據(jù)集，所述第一X-射線圖像(G(x，y))由直射的X-輻射(307a)產(chǎn)生，所述直射的X-輻射(307a)從X-射線源(105，205，305)發(fā)射并且在不存在感興趣的對象(110，210，310)的情況下由所述X-射線探測器(115，215，315)探測；獲得表示第二X-射線圖像的第二增益數(shù)據(jù)集，所述第二X-射線圖像基于散射的X-輻射(307b)，所述散射的X-輻射(307b)從所述X-射線源(105，205，305)發(fā)射并且在存在預定對象(110，210，310)的情況下由所述X-射線探測器(115，215，315)探測；以及使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集結合以給出所述增益數(shù)據(jù)集。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，結合防散射柵(316)來使用所述X-射線探測器(115， 215， 315)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述獲得第二增益數(shù)據(jù)集的步驟包括通過對所述預定對象(110， 210， 310)的實驗記錄而獲取所述第二增益數(shù)據(jù)集，其中防止直射的X-輻射(307a)撞擊到所述X-射線探測器(115，215， 315)上。
4、 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集結合的步驟包括使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集相加。
5、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述獲得第二增益數(shù)據(jù)集的步驟包括通過使用由所述X-射線探測器(115， 215， 315)所探測的散射的X-輻射與由所述X-射線探測器(115， 215， 315)所探測的總的X-輻射(307a，307b)相比較的分數(shù)而估計所述第二增益數(shù)據(jù)集。
6、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，利用在預定的感興趣的區(qū)域內(nèi)平均所述散射輻射的強度來確定所述散射的X-輻射(307b)的分數(shù)。
7、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述第二增益數(shù)據(jù)集包括表示同質(zhì)的第二 X-射線圖像的一致像素值。
8、 根據(jù)利要求7所述的方法，其中，利用平均程序獲得所述一致像素值，在所述第一 X-射線圖像和/或所述第二 X-射線圖像內(nèi)執(zhí)行所述平均程序。
9、 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集結合的步驟包括使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集相加。
10、 根據(jù)利要求9所述的方法，其中，所述使所述第一增益數(shù)據(jù)集與所述第二增益數(shù)據(jù)集相加的步驟包括考慮具有第一加權因數(shù)的所述第一增益數(shù)據(jù)集，所述第一加權因數(shù)表示所述直射輻射(307a)與撞擊到所述X-射線探測器(115， 215， 315)上的所述總的輻射相比較的分數(shù)；并且考慮具有第二加權因數(shù)的所述第二增益數(shù)據(jù)集，所述第二加權因數(shù)表示所述散射輻射(307a)與撞擊到所述X-射線探測器(115， 215， 315)上的所述總的輻射相比較的分數(shù)。
11、 一種用于獲得被檢査對象的增益校正的x-射線圖像的方法，所述方法包括以下步驟通過執(zhí)行根據(jù)權利要求1所述的方法而確定表示二維X-射線探測器的所述增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集；獲取表示所述被檢查對象(110， 210， 310)的X-射線圖像的第三數(shù)據(jù)集，所述被檢查對象被插入在所述X-射線源(105， 205， 305)和所述X-射線探測器(115， 215， 315)之間；以及通過將所述第三數(shù)據(jù)集除以所述增益數(shù)據(jù)集而獲得表示所述被檢查對象(110， 210， 310)的增益校正圖像的增益校正數(shù)據(jù)集。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其中，所述獲得的X-射線圖像用于所述被檢査對象(110， 210， 310)的三維重構。
13、 一種數(shù)據(jù)處理設備，用于確定表示二維X-射線探測器(115, 215，315)的增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集，所述二維X-射線探測器(115， 215， 315)特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列(115， 215， 315)，所述數(shù)據(jù)處理設備(560)包括適于執(zhí)行如權利要求1所述的方法的數(shù)據(jù)處理器(561);以及存儲器(562)，所述存儲器(562)用于存儲-表示所述第一X-射線圖像的所述第一增益數(shù)據(jù)集；和-表示所述第二 X-射線圖像的所述第二增益數(shù)據(jù)集。
14、 一種醫(yī)學X-射線成像裝置，特別是計算機體層攝影掃描儀(100)或C型臂系統(tǒng)(200)，所述醫(yī)學X-射線成像裝置(100， 200)包括根據(jù)權利要求13所述的數(shù)據(jù)處理設備(560)。
15、 一種其上存儲有計算機程序的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機程序用于確定表示二維X-射線探測器(115， 215， 315)的增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集，所述二維X-射線探測器(115， 215， 315)特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列(115， 215, 315)，當由數(shù)據(jù)處理器(561)執(zhí)行所述計算機程序時，所述計算機程序適于執(zhí)行如權利要求1所述的方法。
16、 一種程序單元，用于確定表示二維X-射線探測器(115， 215， 315)的增益系數(shù)的增益數(shù)據(jù)集，所述二維X-射線探測器(115， 215， 315)特別是用于醫(yī)學X-射線成像的二維X-射線探測器陣列(115， 215， 315)，當由數(shù)據(jù)處理器(561)執(zhí)行所述程序單元時，所述程序單元適于執(zhí)行如權利要求1所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于二維X-射線探測器(315)的增益校準，其中單獨地測量或估計用于散射輻射(307b)和直射輻射(307a)的增益系數(shù)?？梢詫⒓訖嗥骄鶓玫竭m當?shù)纳⑸浞謹?shù)。依賴于散射分數(shù)的增益校準方法與公知的增益校準方法相比，在X-射線圖像中產(chǎn)生了更少的環(huán)型偽影，該公知的增益校準方法沒有考慮到達所述X-射線探測器(315)的散射輻射的所述分數(shù)。
文檔編號A61B6/03GK101489486SQ200780027404
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權日2006年7月20日
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