專(zhuān)利名稱(chēng)：用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)的制作方法
用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)
本發(fā)明涉及用于生成核函數(shù)集(a set of kernel)的方法，用于誤差補(bǔ)償 的方法和系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和程序單元，尤其涉及X射線散射的基于 巻積的誤差補(bǔ)償方法。
計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(CT)是使用數(shù)字處理從圍繞單一旋轉(zhuǎn)軸獲得的一 系列二維x射線圖像生成研究對(duì)象(感興趣對(duì)象，檢査對(duì)象)的內(nèi)部的三 維圖像的過(guò)程。CT圖像的重建可以通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行。
CT成像的基本原理是通過(guò)CT系統(tǒng)的探測(cè)器獲得檢查對(duì)象的投影數(shù) 據(jù)。投影數(shù)據(jù)代表輻射束所經(jīng)過(guò)的對(duì)象的信息。為了從投影數(shù)據(jù)當(dāng)中生成 圖像，這些投影數(shù)據(jù)(線積分)可以被反投影，從而產(chǎn)生二維圖像，艮P， 代表盤(pán)。從多個(gè)這樣的二維圖像當(dāng)中可以重建所謂的體素表示，即，三維 像素的表示。在探測(cè)器已經(jīng)以平面的形式布置的情況下，獲得二維投影數(shù) 據(jù)并且反投影的結(jié)果是三維體素。也就是說(shuō)，在現(xiàn)代的、更復(fù)雜的所謂的 "錐束"CT和重建方法中，二維探測(cè)器即具有以矩陣的形式布置的多個(gè)探 測(cè)元件的探測(cè)器的投影數(shù)據(jù)在單一重建步驟中被直接反投影到體素的三維 分布中。
散射輻射是錐束X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)中的偽影的主要來(lái)源。通過(guò) 在重建圖像中導(dǎo)致偽影例如噪聲、條紋和低頻不均勻性，所謂的杯狀偽影， 散射阻礙了柔和對(duì)比度即具有低對(duì)比度的部分的可見(jiàn)性。尤其在使用防散 射濾線柵效率低的介入性X射線系統(tǒng)的體積成像中，需要用于散射補(bǔ)償?shù)?可靠和準(zhǔn)確的回顧性方法。 一種用于校正的方法是所謂的基于巻積的方法， 該方法經(jīng)常用于估計(jì)射線攝影圖像的散射背景。例如，這樣的基于巻積的 方 去在"Computerized scatter correction in diagnostic radiology", K.RMaher 和J.RMalone， Contemporary Physics 38(2)， 131-148， 1997中得以描述。
盡管這些基于巻積的校正方法的確增加了重建圖像的質(zhì)量，但是重建 圖像仍然呈現(xiàn)出偽影，特別是在體積圖像中。希望提供用于生成核函數(shù)集的備選方法，用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)， 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和程序單元，其可以在誤差補(bǔ)償中表現(xiàn)出更大的準(zhǔn)確度或 者可以在重建圖像中較少地傾向于產(chǎn)生偽影。
根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于生成核函數(shù)集的備選方法，用于誤差補(bǔ)償?shù)?方法和系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和程序單元可以滿足該需要。
根據(jù)用于針對(duì)由成像系統(tǒng)記錄的物理對(duì)象的投影圖像的巻積誤差補(bǔ)償 生成核函數(shù)集的方法的一個(gè)典型實(shí)施例，所述方法包括以這樣的方式計(jì)算 核函數(shù)集使得對(duì)于投影圖像的每個(gè)像素計(jì)算用于誤差補(bǔ)償?shù)耐ǔ２粚?duì)稱(chēng)的 散射分布，從而表示在X射線源和像素之間由射束定義的體積中發(fā)生的X 射線散射。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例， 一種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)姆?法包括接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像，將原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)
量圖像(water equivalent image)(水當(dāng)量厚度的圖像)，從所述水當(dāng)量圖像 并且可能從它的梯度提取許多標(biāo)量參數(shù)，根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的 一個(gè)典型實(shí)施例通過(guò)使所提取參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定 至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)，和通過(guò)使用所確定的所述至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算 的核函數(shù)來(lái)補(bǔ)償原始投影圖像的誤差。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例， 一種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)南?br> 統(tǒng)包括接收單元，其適于接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像；計(jì)算單 元，其適于將原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖 像，并且從水當(dāng)量厚度的圖像并且特別從所述梯度提取許多參數(shù)；確定單 元，其適于根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的一個(gè)典型實(shí)施例通過(guò)使所提取 參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)； 和補(bǔ)償單元，其適于通過(guò)使用所確定的所述至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ) 償原始投影圖像的誤差。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例， 一種斷層攝影裝置包括輻射源，輻射探測(cè)器，
和用于根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，其中，所述輻射探測(cè)器 適于記錄代表被成像物理對(duì)象的原始投影圖像的信息的數(shù)據(jù)。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)某绦虼鎯?chǔ)在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，當(dāng)由處理器執(zhí) 行時(shí)，所述程序適于控制一種方法，所述方法包括接收被成像物理對(duì)象 的原始投影圖像，將原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，根據(jù)用于生成核函 數(shù)集的方法的一個(gè)典型實(shí)施例通過(guò)使所提取參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參 數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)，和通過(guò)使用所確定的所述至少 一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ)償原始投影圖像的誤差。
根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例，提供了一種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)
償?shù)某绦騿卧?，?dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，所述程序適于控制一種方法，所述方 法包括接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像，將原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水 當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖像，從所述水當(dāng)量圖像并且特別從所 述梯度圖像提取許多標(biāo)量參數(shù)，根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的一個(gè)典型 實(shí)施例通過(guò)使所提取參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè) 預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)，和通過(guò)使用根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的一個(gè)典型 實(shí)施例確定的所述至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ)償原始投影圖像的誤差。
提供一種用于預(yù)先計(jì)算核函數(shù)的方法可以被看作是本發(fā)明的一個(gè)典型 實(shí)施例的要旨，取決于射線穿透被成像對(duì)象的位置，所述核函數(shù)足夠解決 沿著射線生成的散射分布的不對(duì)稱(chēng)。可以看到本發(fā)明的一個(gè)典型方面在于 本發(fā)明精確地解決了如下事實(shí)，即，被探測(cè)散射X射線量子的大部分可以 源自靠近被成像物理對(duì)象的邊界的區(qū)域并且沿著到這樣的位置的路徑生成 的散射分布可能是高度不對(duì)稱(chēng)的。典型實(shí)施例可以提供校正方案，所述校 正方案可以提供可能性以更加定量地估計(jì)和校正射線攝影圖像中的散射和 錐束計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)采集的投影。由此，與基于巻積的方法相比， 可能減小圖像偽影并且因此可能增強(qiáng)低對(duì)比度可見(jiàn)性，所述基于巻積的方 法不會(huì)考慮對(duì)射線穿透被成像對(duì)象的位置的依賴(lài)性，例如，被考慮像素與 物理對(duì)象的中心相關(guān)還是與邊界區(qū)域相關(guān)。優(yōu)選地，核函數(shù)集的計(jì)算以這 樣的方式進(jìn)行，即使得對(duì)于投影圖像的每個(gè)像素計(jì)算用于誤差補(bǔ)償?shù)牟粚?duì) 稱(chēng)的散射分布，從而表示沿著從X射線源到像素的射線發(fā)生的X射線散射， 其中不對(duì)稱(chēng)可以表示不存在對(duì)稱(chēng)軸。特別地，該不對(duì)稱(chēng)甚至可以在不使用 防散射濾線柵的情況下存在。
提供的巻積相關(guān)散射估計(jì)方案(不基于嚴(yán)格數(shù)學(xué)意義上的巻積)使用預(yù)先計(jì)算散射核函數(shù)，所述散射核函數(shù)取決于在所述像素處的對(duì)象衰減和 從投影圖像導(dǎo)出的進(jìn)一步性質(zhì)(例如總對(duì)象大小或它的最大深度的估計(jì)值， 或在所述像素處的水當(dāng)量圖像中的衰減梯度的估計(jì)值)，確定從X射線源到 探測(cè)元件的射線的散射分布?？梢酝ㄟ^(guò)總計(jì)所有這樣的射線的貢獻(xiàn)獲得總 散射圖像?？梢杂脤?shí)驗(yàn)方法或數(shù)值地生成所述核函數(shù)。這些核函數(shù)是可使 用的以便對(duì)投影圖像,)(x,力進(jìn)行誤差補(bǔ)償，所述投影圖像由初級(jí)部分P和 散射部分S組成，艮口， "(x,力^(;c,;;) + S0c，力。
該重建方法可以用于斷層攝影裝置的領(lǐng)域，例如計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置， 特別是X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)。
在下面，將描述用于生成核函數(shù)集的方法的進(jìn)一步典型實(shí)施例。然而， 這些實(shí)施例也適用于用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)，斷層攝影裝置，計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)和程序單元。
根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的另一典型實(shí)施例，通過(guò)使用X射線模
體(phantom)作為模型用實(shí)驗(yàn)方法確定核函數(shù)集。特別地，在核函數(shù)集的 計(jì)算中可以使用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果。
根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的另一典型實(shí)施例，通過(guò)使用對(duì)幾何模 型的散射模擬，優(yōu)選地假設(shè)類(lèi)水散射特性或其他材料的散射特性，計(jì)算核 函數(shù)集。優(yōu)選地，核函數(shù)集的每個(gè)核函數(shù)是幾何模型的參數(shù)的函數(shù)。
也就是說(shuō)，為了生成預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)，可以使用幾何模型的筆形束 蒙特卡羅(Monte-Carlo)散射模擬離線生成歸一化散射分布，所述散 射分布可以以這樣的方式被參數(shù)化，即使得它考慮校正系統(tǒng)幾何形狀，例 如斷層攝影系統(tǒng)的幾何形狀，校正束波譜，例如斷層攝影系統(tǒng)的相應(yīng)輻射 源的能量譜，和正確的防散射濾線柵，例如防散射濾線柵是否用在斷層攝 影系統(tǒng)中和哪個(gè)特定防散射濾線柵用在斷層攝影系統(tǒng)中。通過(guò)總計(jì)撞擊在 投影圖像中的單個(gè)探測(cè)器像素上的射線的預(yù)先計(jì)算的貢獻(xiàn)，從這些散射分 布可獲得散射圖像W(u)的估計(jì)值。
根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的另一典型實(shí)施例，至少一個(gè)參數(shù)是幾 何模型的半徑。優(yōu)選地，所述核函數(shù)進(jìn)一步是所述幾何模型的投影中心與 穿透筆形束撞擊在探測(cè)器上的位置之間的移位的函數(shù)。
也就是說(shuō)，對(duì)于給定的系統(tǒng)配置，例如斷層攝影系統(tǒng)配置，可以作為
ii模型參數(shù)M例如至少一個(gè)半徑的函數(shù)，和作為模型相對(duì)于用于模擬的筆形 束的位置移位(r,(D)的函數(shù)離線生成獨(dú)立核函數(shù)^^。(;c，力，其中(r,O)是表示 在平行于斷層攝影系統(tǒng)的探測(cè)器平面的平面中的移位的極坐標(biāo)。通過(guò)作為 位置移位(。①)的函數(shù)計(jì)算核函數(shù)，有可能取決于像素位置，例如像素是邊 界像素還是中心像素，而解決散射變化。
根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的另一典型實(shí)施例，所述幾何模型是橢 球體模型。優(yōu)選地，核函數(shù)集的每個(gè)核函數(shù)是幾何模型的^2和,*3以及模型 的中心與筆形束穿透模型的位置之間的移位r,①的函數(shù)，所述移位可能導(dǎo)致 幾何模型的投影中心與穿透筆形束撞擊在探測(cè)器上的位置之間的移位，其 中和r3可以是橢球體模型的半軸。
對(duì)于這些模型參數(shù)M例如^^和^可以計(jì)算預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)，艮口， 可以作為這些模型參數(shù)M的函數(shù)和作為模型相對(duì)于筆形束的位置移位(r,O)) 的函數(shù)計(jì)算預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)^c，力。對(duì)于模型參數(shù)M^^^)的每個(gè)組合， 可以在筆形束與平行于探測(cè)器的平面中的橢球體模型之間的相對(duì)位置的變 化下生成散射核函數(shù)A^，^Oc,力，其中橢球體模型相對(duì)于筆形束的位置移位
由極坐標(biāo)o,①)表示。
根據(jù)用于生成核函數(shù)集的方法的另一典型實(shí)施例，所述幾何模型是球 體模型。優(yōu)選地，核函數(shù)集的每個(gè)核函數(shù)是球體模型的半徑i 的和模型的中 心與筆形束穿透模型的位置之間的移位r,①的函數(shù)，所述移位可能導(dǎo)致幾何 模型的投影中心與穿透筆形束撞擊在探測(cè)器上的位置之間的移位。
在下面，將描述用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ倪M(jìn)一步典型實(shí)施例。然而，這 些實(shí)施例也適用于用于生成核函數(shù)集的方法，用于誤差補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，斷層 攝影裝置，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和程序單元。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，原始投影圖像被歸一化。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，核函數(shù)集的每個(gè)核函數(shù) 是成像系統(tǒng)的幾何形狀、成像系統(tǒng)的射束波譜和/或成像系統(tǒng)的防散射濾線 柵參數(shù)的函數(shù)。
在該上下文中"歸一化"表示這樣的事實(shí)，即，數(shù)量？表示由空氣值歸
一化的初級(jí)輻射的探測(cè)強(qiáng)度，使得/> = 1對(duì)應(yīng)于直接輻射并且^ = 0對(duì)應(yīng)于完全
吸收。通過(guò)歸一化投影圖像和將它轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，有可能通過(guò)使用預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)提供誤差補(bǔ)償圖像的高效方式。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，根據(jù)7^,力=—ln(P(°)(W》
將原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，其中,)代表原始投影圖像，roc,力代 表水當(dāng)量厚度r的圖像，并且;/代表水的適當(dāng)衰減值。
特別地，生成水當(dāng)量圖像可能是合適的，原因是水在人體中占多數(shù)， 因此導(dǎo)致簡(jiǎn)單但仍然足夠正確的模型。
根據(jù)另一典型實(shí)施例，用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟ€包括通過(guò)總計(jì)與所有像 素對(duì)應(yīng)的所有核函數(shù)的貢獻(xiàn)計(jì)算像素陣列中給定像素處的總散射。
對(duì)所有核函數(shù)的所有貢獻(xiàn)進(jìn)行的這種總計(jì)是用于計(jì)算總散射貢獻(xiàn)對(duì)在 給定像素處測(cè)量的強(qiáng)度，例如在計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置的探測(cè)器元件處測(cè)量 的強(qiáng)度的影響的高效方式。該總散射貢獻(xiàn)以后可以用于補(bǔ)償通過(guò)散射引入 投影圖像的誤差。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，在給定像素處的總散射
由下式定義
其中W(/,刀是在像素(/,y)處的總散射，w表示像素的面積，并且
-w-/)是核函數(shù)，其指示從在像素(/,力的位置處撞擊像素ou)
的射線引入的散射并且取決于代表幾何模型的參數(shù)的M ，和代表幾何模型
相對(duì)于像素陣列的中心的位置移位的(。①)。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，使用橢球體模型計(jì)算核
函數(shù)，其中似代表橢球體模型的半軸^,2,3，其中/"^r^wrt04/兀)并且,'^S，
」=物理對(duì)象的最大橫截面積，并且5=物理對(duì)象的最大厚度。
相應(yīng)的參數(shù)/!^和^可以從物理圖像的投影圖像提取并且可以代表橢球
體模型的半軸。優(yōu)選地，根據(jù)r(:c,力=—ln(pW(^))將投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量
厚度r的圖像，其中盧代表原始投影圖像，其中r(u)代表水當(dāng)量厚度r的 圖像，并且//表示水的適當(dāng)衰減值。參數(shù)^可以被指定為在投影圖像上的物 理對(duì)象的陰影，例如衰減超過(guò)某個(gè)閾值的投影區(qū)域的面積，除以系統(tǒng)的幾何放大因數(shù)的平方。參數(shù)5可以被指定為低通濾波之后的roc,力的最大值或 來(lái)自r的直方圖的百分位數(shù)，兩者都可以使強(qiáng)衰減變化的影響最小化。在一
個(gè)備選實(shí)施例中，可以從模型的正投影到采集投影的最小平方擬合確定模 型參數(shù)。
在該上下文中應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于給定模型M，不同移位值相當(dāng)于在筆
形束位置的水當(dāng)量厚度的不同值，從在零移位的模型的最大厚度向下變化 到在幾乎等于模型的空間范圍的移位處的幾乎零厚度。轉(zhuǎn)而，對(duì)于簡(jiǎn)單幾
何模型和固定移位角①，在考慮范圍內(nèi)的水厚度r的給定值明確地確定r的 相應(yīng)值，使得在區(qū)間(o,rmax]中可以假設(shè)Kr)為唯一方程。
對(duì)于該實(shí)施例，考慮撞擊在帶有標(biāo)記(W)的探測(cè)器像素上的射線的散射
貢獻(xiàn)。在另一像素(/,力的位置，該射線產(chǎn)生由表達(dá)式&,^,))，，"(/",卜/)大 致描述的散射貢獻(xiàn)，其中對(duì)于所利用核函數(shù)，位移半徑r由在像素(w)處的 水厚度指定，并且移位角o(/U)可以在以"衰減質(zhì)量的中心"(q,o作為原
點(diǎn)的坐標(biāo)系中被選擇作為像素(W)的極角，(c,，c2)被指定為
^4^.2^(w)ffl。然后可以通過(guò)總計(jì)所有射線(w)的貢獻(xiàn)獲得在像
〉j7W) A/ 、/乂
素o)處的總散射，產(chǎn)生^(/，力=^5;&禪，/))，,/)(卜^-/)，其中求和在探測(cè)
器的所有像素(w)上進(jìn)行，并且w表示像素面積。
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例，使用球體模型計(jì)算核函
數(shù)，其中在給定像素處的總散射由下式定義
其中是在像素(/，y)處的總散射，w表示像素面積，并且
&卵,^ ,，稀力)婦力(''-0是核函數(shù)，其指示從在像素(!',力的位置處撞 擊像素OU)的射線引入的散射并且取決于代表球體幾何模型的半徑的J ，代 表水當(dāng)量厚度r的相應(yīng)圖像的梯度的g，和代表橢球體幾何模型相對(duì)于像素
陣列的中心的位置移位的(r,cD)。
r
根據(jù)用于誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ牧硪坏湫蛯?shí)施例根據(jù)/^t.V^7和
14^丄.g和d^arg(gradr)選擇參數(shù)/ 和r，其中T =物理對(duì)象的水當(dāng)量厚度，并 4
根據(jù)該典型實(shí)施例，可以使用球體幾何模型，其可以具有的顯著優(yōu)點(diǎn) 在于它并不需要對(duì)每個(gè)投影估計(jì)全局模型參數(shù)，而是基于對(duì)每個(gè)單一射線 局部估計(jì)這樣的參數(shù)。該變型使用球體幾何模型(模體)，并且如先前所述 的變型一樣，也通過(guò)相對(duì)于筆形束的模體偏移工作。
應(yīng)用于投影P ，所述方法首先可以要求計(jì)算水當(dāng)量厚度r:-(ln。/^的 相應(yīng)圖像的梯度，對(duì)于每個(gè)探測(cè)器元件所述梯度具有某個(gè)幅度值g叫g(shù)mdrl 和方向①-arg(gradr)。為了估計(jì)給定源射線的散射貢獻(xiàn)，水當(dāng)量厚度r的局 部值，梯度幅度g和方向①，然后可以唯一地確定所利用的球體模體的參數(shù) (i ,。cD)，其中i 可以表示球體的半徑，并且(r,d))可以是它在平行于探測(cè)器 的平面中的位置偏移。以這樣的方式進(jìn)行映射(r，g)-(i 力，即使得所利用
的球體的平行投影將具有水當(dāng)量厚度r和在筆形束的位置處的厚度梯度g。
這通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)i^二.V^7， "二.g。應(yīng)當(dāng)注意的是以該方式，位4 4
置偏移在平圖像區(qū)域中將接近于零，同時(shí)它在陡梯度，例如在對(duì)象邊界附 近變成接近于球體半徑。使用該方法，對(duì)于給定系統(tǒng)幾何形狀和射束質(zhì)量， 與在基于橢球體模型(核函數(shù))的方法的情況下的四個(gè)參數(shù)相比，取決于 三個(gè)參數(shù)(凡,',①)預(yù)先計(jì)算巻積核函數(shù)。
當(dāng)通過(guò)截?cái)嘤绊懲队皥D像時(shí)，例如在物理對(duì)象大于可能的成像對(duì)象的 情況下，這樣的球體模型可能是特別高效的。盡管橢球體模型可以由于該 截?cái)嗍艿侥Ｐ蛥?shù);!-^的錯(cuò)誤估計(jì)的影響，基于球體核函數(shù)的方法由于它 的模型參數(shù)的局部估計(jì)可以受到截?cái)嘤绊憽?br> 根據(jù)另一典型實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)使用總散射以乘法方
式計(jì)算第一誤差補(bǔ)償圖像。優(yōu)選地，根據(jù)盧"+1)=^^執(zhí)行乘法校正，其
中W表示從投影圖像估計(jì)的散射圖像。
乘法方式可以是特別有利的，原因是它可以表現(xiàn)出增加的收斂穩(wěn)定性 并且可以具有的附加優(yōu)點(diǎn)在于避免了負(fù)投影值。使用后一校正方案，假設(shè)估計(jì)的散射相同，在帶有高衰減的區(qū)域中與帶有低衰減的區(qū)域相比更少的 散射量可以被校正。與最大被減散射量的預(yù)定閾值可以被指定以避免負(fù)投 影值的減法校正相比，可以使用乘法校正自動(dòng)避免這樣的影響。與減法校 正相比，乘法校正可能需要在全分辨率投影圖像上執(zhí)行，并且因此在每次 迭代中在應(yīng)用校正步驟之前可以對(duì)估計(jì)的粗略散射分布再次至少部分上采 樣。
根據(jù)另一典型實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)使用總散射以減法方 式計(jì)算第一誤差補(bǔ)償圖像。優(yōu)選地，根據(jù)盧"+1)=,°)-S(")執(zhí)行減法校正，其 中表示從投影圖像估計(jì)的散射圖像。
根據(jù)另一典型實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括通過(guò)將第一誤差補(bǔ)償圖像 用作投影圖像計(jì)算第二誤差補(bǔ)償圖像。也就是說(shuō)，可以以迭代方式，例如 在4一5次重復(fù)中執(zhí)行校正。也就是說(shuō)，在散射圖像，)(x,力的估計(jì)之后，然 后該圖像用于校正原始采集的投影圖像,V,力(包含初級(jí)和散射輻射兩者 的貢獻(xiàn))，從而產(chǎn)生真實(shí)初級(jí)圖像的估計(jì)值盧"Oc,力。由于初始散射惡化
(scatter deteriorated)的投影圖像")導(dǎo)致稍稍失真的厚度圖像r ，估計(jì)和校 正步驟優(yōu)選地以迭代方式重復(fù)多次，直到達(dá)到估計(jì)的初級(jí)圖像的收斂(這 通常在大約4一5次迭代中獲得)。由于散射分布是平滑的，可以使用強(qiáng)下 采樣探測(cè)器像素柵格執(zhí)行散射估計(jì)以便減小計(jì)算工作量。
可以看出本發(fā)明的一個(gè)典型方面在于在核函數(shù)生成期間引入了所利用 模體的可變偏移?；跈E球體核函數(shù)和基于球體核函數(shù)的方案利用這樣的 偏移，并且因此潛在地能夠適當(dāng)?shù)亟鉀Q在對(duì)象邊界附近產(chǎn)生的散射分布的 不對(duì)稱(chēng)。兩個(gè)估計(jì)方案可以具有應(yīng)用于X射線體積成像的高潛力。尤其基 于預(yù)先計(jì)算的球體核函數(shù)的方案可以產(chǎn)生不同身體區(qū)域(例如頭，胸和骨 盆區(qū)域)的準(zhǔn)確結(jié)果，并且它的性能可以不受截?cái)嗟拇嬖谟绊?。最重要地?這些身體區(qū)域的最佳校正因數(shù)幾乎可以是相同的。關(guān)于計(jì)算成本，球體方 法可能比橢球體方法稍稍要求高些，原因是所有可能球體配置的散射核函 數(shù)優(yōu)選地被讀取并且同時(shí)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。對(duì)于該方法的最高效使用， 該數(shù)據(jù)可以保持在存儲(chǔ)器中而不是當(dāng)該方法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)采集的投影序列時(shí) 重復(fù)被讀取。
為了改善基于橢球體核函數(shù)的方法，當(dāng)應(yīng)用于胸和骨盆的投影時(shí)所述
16方法可能受到截?cái)嗟挠绊懀锌赡苁褂媚Ｐ偷恼蛲队巴ㄟ^(guò)優(yōu)化算法更穩(wěn) 健地估計(jì)模型參數(shù)，所述優(yōu)化算法也可獨(dú)立地應(yīng)用于每個(gè)采集投影。這是 由于這樣的事實(shí)，g卩，該方法至少依賴(lài)于每個(gè)投影的兩個(gè)全局參數(shù)的近似 估計(jì)，其中的一個(gè)全局參數(shù)在截?cái)嗟那闆r下難以估計(jì)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型方面考慮了散射補(bǔ)償?shù)男Ｕ襟E的兩個(gè) 不伺方案，目卩，減法和乘法校正。每個(gè)方案可以與根據(jù)典型實(shí)施例的每個(gè) 散射估計(jì)算法組合。盡管減法校正可能偶爾產(chǎn)生削波相關(guān)條紋偽影并且可 能遭受迭代估計(jì)校正過(guò)程的令人不滿意的穩(wěn)定性，它可以有較少的計(jì)算時(shí) 間消耗。備選地，乘法校正可以在所有情況下產(chǎn)生有利結(jié)果。由于乘法校 正可能需要在較高分辨率投影圖像上被執(zhí)行，在每次迭代中在應(yīng)用校正步 驟之前可以對(duì)估計(jì)的粗略散射分布再次上采樣。
可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序，即通過(guò)軟件，或者通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)用電 子優(yōu)化電路，即在硬件中，或者以混合形式，即通過(guò)軟件部件和硬件部件， 實(shí)現(xiàn)對(duì)物理對(duì)象的投影圖像的誤差補(bǔ)償。計(jì)算機(jī)程序可以以任何合適的編
程語(yǔ)言例如0++寫(xiě)入并且可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如CD-ROM上。而
且，計(jì)算機(jī)程序可從網(wǎng)絡(luò)獲得，例如萬(wàn)維網(wǎng)，它可以從所述網(wǎng)絡(luò)下載到圖 像處理單元或處理器，或任何合適的計(jì)算機(jī)。
在該上下文中應(yīng)當(dāng)注意的是本發(fā)明并不限于計(jì)算機(jī)斷層攝影，而是可
以包括使用基于C形臂的3D旋轉(zhuǎn)X射線成像，正電子發(fā)射斷層攝影等。 也應(yīng)當(dāng)注意的是該技術(shù)特別可用于對(duì)患者的不同身體區(qū)域例如頭、胸或骨 盆區(qū)域進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像。
從和參考下文描述的實(shí)施例將顯而易見(jiàn)和闡明本發(fā)明的這些和其他方 面。在該申請(qǐng)的任何地方描述的公開(kāi)實(shí)施例和方面可以彼此混合和/或組合。
在下面將參考下圖描述本發(fā)明的典型實(shí)施例。


圖1顯示了計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖2顯示了用于生成橢球體核函數(shù)的幾何圖形的示意草圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的誤差補(bǔ)償方法的示意性流程圖;
圖4顯示了一些典型散射圖像。圖中的圖示是示例性的。在不同的圖中，類(lèi)似或相同的元件帶有類(lèi)似 或相同的參考符號(hào)。
圖1顯示了計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的一個(gè)典型實(shí)施例，其中投影數(shù)據(jù)可 以由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的校正方法處理。
圖1中描繪的計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)100是錐束CT掃描器。圖1中描繪
的CT掃描器包括可圍繞旋轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)的掃描架101。掃描架101借助于 電機(jī)103驅(qū)動(dòng)。參考數(shù)字105指示輻射源例如X射線源，其發(fā)射多色或單 色輻射。
參考數(shù)字106指示孔徑系統(tǒng)，其將從輻射源單元發(fā)射的輻射束成形為 錐形輻射束107。錐束107被引導(dǎo)使得它穿透布置在掃描架101的中心，即 在CT掃描器的檢查區(qū)中的感興趣對(duì)象110，并且撞擊在探測(cè)器115 (探測(cè) 單元)上。從圖1可以看出，探測(cè)器115與輻射源單元105相對(duì)地布置在 掃描架101上，使得探測(cè)器115的表面由錐束107覆蓋。圖1中描繪的探 測(cè)器115包括多個(gè)探測(cè)元件115a，每個(gè)能夠探測(cè)由感興趣對(duì)象110散射、 衰減或穿過(guò)其中的X射線。圖1中示意性顯示的探測(cè)器115是二維探測(cè)器， 即，單個(gè)探測(cè)器元件被布置在平面中，這樣的探測(cè)器被用在所謂的錐束斷 層攝影術(shù)中。
在掃描感興趣對(duì)象110期間，輻射源單元105，孔徑系統(tǒng)106和探測(cè)器 115沿著掃描架101沿著由箭頭117指示的方向旋轉(zhuǎn)。為了使帶有輻射源單 元105，孔徑系統(tǒng)106和探測(cè)器115的掃描架101旋轉(zhuǎn)，電機(jī)103連接到電 機(jī)控制單元120，所述電機(jī)控制單元連接到控制單元125 (其也可以被指示 并且用作計(jì)算、重建或確定單元)。
在圖1中，感興趣對(duì)象IIO是設(shè)置在操作臺(tái)112上的人。在對(duì)頭110a， 胸或人110的任何其他部分的掃描期間，當(dāng)掃描架101圍繞人110旋轉(zhuǎn)時(shí)， 操作臺(tái)112可以沿著平行于掃描架101的旋轉(zhuǎn)軸102的方向移動(dòng)人110。這 可以使用電機(jī)113進(jìn)行。通過(guò)這樣，頭沿著螺旋掃描路徑被掃描。操作臺(tái) 112也可以在掃描期間停止，由此測(cè)量信號(hào)切片。
探測(cè)器115連接到控制單元125?？刂茊卧?25接收探測(cè)結(jié)果，即，來(lái) 自探測(cè)器115的探測(cè)元件115a的讀數(shù)，并且在這些讀數(shù)的基礎(chǔ)上確定掃描 結(jié)果。此外，控制單元125與電機(jī)控制單元120通信以使帶有電機(jī)103和113的掃描架101的運(yùn)動(dòng)與操作臺(tái)112協(xié)調(diào)。
控制單元125適于從探測(cè)器115的讀數(shù)重建圖像。由控制單元125生 成的重建圖像可以通過(guò)接口輸出到顯示器(未在圖1中顯示)。
控制單元125可以由數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)以處理來(lái)自探測(cè)器115 的探測(cè)器元件115a的讀數(shù)。
圖1中所示的計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置可以采集患者的頭或胸的計(jì)算機(jī)斷 層攝影數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，當(dāng)掃描架101旋轉(zhuǎn)并且當(dāng)操作臺(tái)112線性移位時(shí)， 然后相對(duì)于患者由X射線源105和探測(cè)器115執(zhí)行螺旋掃描。在采集這些 數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到控制單元125，并且對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性分析。
圖2顯示了用于生成橢球體核函數(shù)的幾何圖形的示意草圖。通過(guò)參考 該草圖，將描述帶有可變偏移的橢球體核函數(shù)的典型實(shí)施例。該方法解決 了如下事實(shí)，即，源自靠近被成像對(duì)象的邊界的區(qū)域(例如對(duì)象中心相比 于邊界區(qū)域)的散射分布是高度不對(duì)稱(chēng)的，而在已知方法中在散射射線和 模型之間不使用偏移，所以產(chǎn)生的散射分布的不對(duì)稱(chēng)通常未被準(zhǔn)確地解決。
根據(jù)橢球體模型，投影圖像POc，力首先被歸一化并且然后根據(jù)公式 r = -(lnp)/一被轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量厚度r(x,力的等效圖像，其中//表示水的近似衰 減值。
然后，從水當(dāng)量厚度r的圖像提取兩個(gè)標(biāo)量，用類(lèi)水衰減和散射特性指 定被成像對(duì)象的橢球體模型的參數(shù)。特別地，假設(shè)均勻橢球體具有在平行
于探測(cè)器表面的平面中的半軸/",^-sqrt04Z;r)，和垂直于探測(cè)器的半軸
r3=rmax/2。在這里，^是平行于探測(cè)器表面的被成像對(duì)象的橫截面積的測(cè)量
值并且被指定為對(duì)象陰影(其被定義為帶有的水當(dāng)量厚度在某個(gè)閾值例如
10mm之上的投影中的區(qū)域)的面積除以系統(tǒng)的幾何放大因數(shù)的平方。數(shù)量 T^是最大水當(dāng)量厚度的近似測(cè)量值。為了計(jì)算解決了對(duì)像素位置的重要依 賴(lài)性的散射核函數(shù)，已知的水厚片由橢球體模型替換，并且附加地考慮模 型相對(duì)于模擬筆形束的位置偏移。對(duì)于模型參數(shù)M^n, "的每個(gè)組合，在 平行于探測(cè)器的平面中在筆形束與橢球體模型之間的相對(duì)位置的變化下生 成散射核函數(shù)^^，。(^)，其中橢球體模型相對(duì)于筆形束的位置移位由極坐 標(biāo)(/",①)表示。在該上下文中應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于給定模型M，不同移位值相 當(dāng)于在筆形束位置的水當(dāng)量厚度的不同值，從在零移位處的模型的最大厚
19度向下變化到在幾乎等于模型的空間范圍的移位處的幾乎零厚度。轉(zhuǎn)而，
對(duì)于固定移位角f，在考慮范圍內(nèi)的水厚度r的給定值明確地確定r的相應(yīng) 值，使得在區(qū)間(o，7;j中Kr)為唯一方程。在圖2中示出了用于生成橢球體 核函數(shù)的幾何圖形。
圖2顯示了包括列x和行y的平板探測(cè)器201。在探測(cè)器上探測(cè)到的穿 透橢球體模型的射線的散射分布示意性地由平板探測(cè)器201上的白區(qū)描繪。 可以看出探測(cè)到的散射是高度不對(duì)稱(chēng)的，即，散射對(duì)平板探測(cè)器201的左 半部的影響比對(duì)平板探測(cè)器201的右半部的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高，這導(dǎo)致留下離 中心的更亮像素。進(jìn)一步地，圖2在示意性形狀中顯示了用于生成橢球體 核函數(shù)^^(x,力的水橢球體202。橢球體202由幾個(gè)參數(shù)特別是半軸/",203， 。204表征，而^未在圖2中被描繪，原因是它垂直于圖2中所示的平面延 伸。此外，在圖2中標(biāo)示了非零位置移位r205， g口，從焦斑207延伸到平 板探測(cè)器201的中心的焦線206和水橢球體202的中心之間的非零移位。 與^相同，未在圖2中顯示移位角0，原因是它在平行于探測(cè)器表面的平面 中被定義。水厚度r在圖2中被描繪成208，而線209示意性地顯示了不同 散射射線。
使用模型和位置相關(guān)核函數(shù)^^，。(x,力，在另一像素(/,力的位置處撞擊 在帶有標(biāo)記(W)的探測(cè)器像素上的射線的散射貢獻(xiàn)由表達(dá)式 - W - /)給出，其中所利用的核函數(shù)的位置移位的長(zhǎng)度卩通過(guò)在 像素(W)處的水厚度指定，并且移位角C^,/)可以在以"衰減質(zhì)量的中心"
(…&)作為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中被選擇作為像素(W)的極角，(c,^)被指定為
A ) i______ "、
、、
xnw)H。這可以在單一、近似橢球體形狀的對(duì)象的情況下
2/(W)" 、"
提供不對(duì)稱(chēng)散射核函數(shù)分布的合適定向。然后通過(guò)總計(jì)所有射線(w)的貢獻(xiàn)
獲得在像素a力處的總散射，從而產(chǎn)生,(/,力=^2>乾仰,,)脾,,々'-^-/)。
4.乂
除了r,^^^-i 之外，即代替水橢球體使用水球體，用于生成球體核
函數(shù)的幾何圖形與圖2中所描繪的相同。然而，可以不同地計(jì)算偏移。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的誤差補(bǔ)償方法的示意性流程圖。 該實(shí)施例特別涉及橢球體幾何模型。該方法獨(dú)立地處理每個(gè)采集的投影圖 像并且可以包括以下序列
1.根據(jù)7" = -(lnP(。)(u))/z/將由初級(jí)部分P和散射部分S組成的采集的 歸一化投影圖像")(W)^(x,力+ S(;c,力轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量厚度r的圖像，其中一 表示水的適當(dāng)衰減值(步驟S301)。
2.從圖像r提取許多標(biāo)量參數(shù)，指定被成像對(duì)象的簡(jiǎn)單幾何模型的 參數(shù)。例如，可以根據(jù)例如^和S為標(biāo)量的/","2-sqrt(^/7r)和r^5計(jì)算帶有 平行于探測(cè)器平面的圓形橫截面和類(lèi)水衰減的均勻橢球體對(duì)象模型的半軸 r.。在該特定實(shí)施例中，即在橢球體情況下，^是平行于探測(cè)器表面的被成 像對(duì)象的最大橫截面積的近似測(cè)量值，并且S是被成像對(duì)象的最大水當(dāng)量厚 度的適當(dāng)測(cè)量值。^可以被指定為對(duì)象陰影，例如衰減在某個(gè)閾值之上的投 影區(qū)域的面積除以系統(tǒng)的幾何放大因數(shù)的平方。為了最小化局部強(qiáng)衰減變
化的影響，s可以被指定為低通濾波之后r(x,力的最大值或來(lái)自r的直方圖 的百分位數(shù)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，從模型的正向投影到采集投影的最小 平方擬合確定模型參數(shù)(步驟302)。
3.通過(guò)總計(jì)撞擊在單個(gè)探測(cè)器像素上的射線的預(yù)先計(jì)算的貢獻(xiàn)獲得 散射圖像W(x,力的估計(jì)值。為了該目的，考慮正確的系統(tǒng)幾何形狀、射束波 譜和防散射濾線柵參數(shù)，使用參數(shù)對(duì)象模型的筆形束蒙特卡羅
(Monte-Cario)散射模擬離線生成歸一化散射分布X(x,力。對(duì)于給定系統(tǒng)配 置，作為模型參數(shù)M的函數(shù)，和為了解決像素位置相對(duì)于投影對(duì)象中心的 重要依賴(lài)性作為模型相對(duì)于筆形束的位置移位(。o)的函數(shù)離線生成獨(dú)立核 函數(shù)4,,。"力，其中"O)是表示在平行于探測(cè)器的平面中的移位的極坐標(biāo)。 重要的是應(yīng)當(dāng)注意對(duì)于給定模型M，不同移位值相當(dāng)于在筆形束位置的水 當(dāng)量厚度的不同值，從在零移位處的模型的最大厚度向下變化到在幾乎等 于模型的空間范圍的移位處的幾乎零厚度。轉(zhuǎn)而，對(duì)于簡(jiǎn)單幾何模型和固
定移位角cD ，在考慮范圍內(nèi)的水厚度r的給定值明確地確定了 r的相應(yīng)值，
使得在區(qū)間(o,rmaj中，可以假?zèng)]k:o為唯一方程。
現(xiàn)在，考慮了撞擊在標(biāo)記為(w)的探測(cè)器像素上的射線的散射貢獻(xiàn)。在
21另一像素(/,_/)的位置，該射線產(chǎn)生了由表達(dá)式/^(歌,),錄,)(/"，卜/)大致描述 的散射貢獻(xiàn)，其中對(duì)于所利用的核函數(shù)，移位半徑r由在像素(W)處的水厚
度指定，并且移位角O(W)可以在以"衰減質(zhì)量的中心"(C,2)作為原點(diǎn)的
坐標(biāo)系中被選擇作為像素(W)的極角，(c',c2)被指定為
^~一.5>(w).f"。然后可以通過(guò)總計(jì)所有射線ou)的貢獻(xiàn)獲得在像
素(/,_/)處的總散射，從而產(chǎn)生S。(/,力=w. - W -/)，其中求和在
探測(cè)器的所有像素(W)上進(jìn)行，并且w表示像素面積(步驟303)。
4.使用估計(jì)的散射f)(x，力，然后校正所采集投影圖像")(x,力，從 而產(chǎn)生真實(shí)初級(jí)圖像的估計(jì)值,V,力(步驟304)。由于初始散射惡化的投 影圖像,)導(dǎo)致稍稍失真的厚度圖像r，當(dāng)以迭代方式重復(fù)1至4 (步驟301 至304)大約四次直到達(dá)到估計(jì)的初級(jí)圖像的收斂時(shí)獲得最佳結(jié)果，其中重 復(fù)2次(步驟302)是最佳的。由于散射分布是平滑的，可以使用強(qiáng)下采樣 探測(cè)器像素柵格執(zhí)行以上步驟以便減小計(jì)算工作量。
可以以減法或乘法方式執(zhí)行校正。根據(jù)公式盧"+"-,)-，執(zhí)行n次迭
代減法校正(n^1)。然而，發(fā)現(xiàn)根據(jù)= :、 的乘法校正增加了收
斂的穩(wěn)定性并且具有的附加優(yōu)點(diǎn)是避免了負(fù)投影值。
圖4顯示了一些典型散射圖像。在圖2的上圖中特別地在橢球體模型 中顯示了本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的誤差校正方法的結(jié)果，而圖2的下圖 顯示了基于預(yù)先計(jì)算散射核函數(shù)的已知方法的結(jié)果，其并不使用模型的位 置偏移并且因此并未準(zhǔn)確地解決尤其靠近對(duì)象邊界的射線的不對(duì)稱(chēng)散射貢 獻(xiàn)。具體地，圖4a在上部分中顯示了針對(duì)具有行y和列;c的二維探測(cè)器描 繪的估計(jì)的散射圖像。在圖4a的下部分中顯示了沿著通過(guò)圖像的中心水平 橫截面的相應(yīng)輪廓。圖4b在上部分中顯示了針對(duì)具有行y和列;c的二維探 測(cè)器描繪的估計(jì)的散射圖像。在圖4b的下部分中顯示了沿著通過(guò)圖像的中 心水平橫截面的相應(yīng)輪廓。圖4c在上部分中顯示了針對(duì)具有行y和列x的二維探測(cè)器描繪的模擬
背景實(shí)況(ground truth)。在圖4a的下部分中顯示了沿著通過(guò)圖像的中心 水平橫截面的相應(yīng)輪廓。圖4d描繪了已知方法的相同圖像。圖4c和4d是 相同的，原因是將相同的背景實(shí)況用于比較。
圖4e在上部分中顯示了在行y和列;c的二維繪圖中估計(jì)圖像與背景實(shí) 況的比率?？梢郧宄乜闯銎骄嚷蚀蠹s為1，但是仍然顯示了大約5%的 稍稍高估，而散射形狀被良好地近似，這可以從灰度級(jí)值的相對(duì)均勻分布 看出。相反地，圖4f顯示了高度不均勻分布。特別在圖像中心，對(duì)應(yīng)于對(duì) 象的最大厚度的區(qū)域，散射被大大高估，而在邊界附近高估要小得多。高 估平均大約為44%。
在測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的校正方法的計(jì) 算工作量?jī)H僅是己知的基于巻積的方法的大約兩倍高，其結(jié)果在圖4的下 部分中被描繪。 一般而言根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的校正方法可以允 許潛在地遠(yuǎn)遠(yuǎn)更準(zhǔn)確地估計(jì)散射分布，這是由于這樣的事實(shí)，即，散射對(duì) 進(jìn)一步參數(shù)而不僅是水當(dāng)量厚度的依賴(lài)性得以解決。應(yīng)當(dāng)注意的是詞語(yǔ)"包 括"并不排除其他元件或步驟并且"一"并不排除多個(gè)。而且結(jié)合不同實(shí) 施例描述的元件可以組合。應(yīng)當(dāng)注意的是權(quán)利要求中的參考符號(hào)不應(yīng)當(dāng)被 理解成限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于生成核函數(shù)集的方法，所述核函數(shù)集用于對(duì)由成像系統(tǒng)記錄的物理對(duì)象的投影圖像進(jìn)行卷積誤差補(bǔ)償，所述方法包括以如下方式計(jì)算所述核函數(shù)集，即使得對(duì)于所述投影圖像中的每個(gè)像素計(jì)算用于誤差補(bǔ)償?shù)牟粚?duì)稱(chēng)散射分布，從而表示在由X射線源和所述像素之間的射束定義的體積中產(chǎn)生的X射線散射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用X射線模體作為模型用實(shí)驗(yàn)方法確定所述核函數(shù)集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用幾何模型的散射模擬計(jì)算所述核函數(shù)集。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述核函數(shù)集的每個(gè)核函數(shù)是所述幾何模型的參數(shù)的函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述參數(shù)中的至少一個(gè)是所述幾何模型的半徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，所述核函數(shù)進(jìn)一步是所述幾何模型的投影中心與穿透筆形束撞 擊在探測(cè)器上的位置之間的移位的函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2—6中任一項(xiàng)所述的方法， 其中，所述幾何模型是橢球體模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述核函數(shù)集中的每個(gè)核函數(shù)是所述幾何模型的。^和6的以及 所述模型的中心與所述筆形束穿透所述模型的位置之間的移位r,(D的函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2—6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述幾何模型是球體模型。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述核函數(shù)集中的每個(gè)核函數(shù)是所述球體模型的半徑i 的和所述 模型的中心與所述筆形束穿透所述模型的位置之間的移位;",O的函數(shù)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述核函數(shù)集中的每個(gè)核函數(shù)是所述成像系統(tǒng)的幾何形狀、所 述成像系統(tǒng)的射束波譜和/或所述成像系統(tǒng)的防散射濾線柵參數(shù)的函數(shù)。
12. —種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，所述方法包括接收被成像物理?duì)象的原始投影圖像；將所述原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖像； 從所述水當(dāng)量厚度的圖像并且特別從所述梯度圖像提取許多參數(shù)； 根據(jù)權(quán)利要求l一ll的任何一個(gè)通過(guò)使所提取的參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)；和通過(guò)使用所述確定的至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ)償所述原始投影圖像的誤差。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，歸一化所述原始投影圖像。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，根據(jù)r(x,力=—ln(iJ(。w))將所述原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，其中，,)代表所述原始投影圖像， r(;c,力代表所述水當(dāng)量厚度r的圖像；并且A代表水的適當(dāng)衰減值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12—14中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括 通過(guò)總計(jì)對(duì)應(yīng)于所有像素的所有核函數(shù)的貢獻(xiàn)計(jì)算在像素陣列中的給定像素處的總散射。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述給定像素處的總散射由下式定義 "("力=w. $ ^^亂，(w) ('■",_/-,)，其中W(!',力是在像素處的總散射， ^表示像素的面積，并且^W雄^U-/)是核函數(shù)，其指示從在所述像素(U)的位置處撞擊 像素(W)的射線引入的散射并且取決于 代表所述幾何模型的參數(shù)的M;和代表所述橢球體幾何模型相對(duì)于所述像素陣列的中心的位置移位的 C 。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，使用橢球體模型計(jì)算所述核函數(shù)；并且 其中，M代表所述橢球體模型的半軸。^,^ 其中，。-r2-s^^04/;r)并且^-S，4 =所述物理對(duì)象的最大橫截面積，并且 ^ =所述物理對(duì)象的最大厚度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，使用球體模型計(jì)算所述核函數(shù)；并且 其中，在給定像素處的總散射由下式定義<formula>formula see original document page 4</formula> 其中w(/，刀是在像素(/,力處的總散射，w表示所述像素的面積，并且脾，,々'-W -0是核函數(shù)，其指示從在所述像素的 位置處撞擊像素(/M)的射線引入的散射并且取決于-代表所述球體幾何模型的半徑的i ; 代表所述水當(dāng)量厚度r的相應(yīng)圖像的梯度的g，和 代表所述橢球體幾何模型相對(duì)于像素陣列的中心的位置移位的(r①)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，J4 + g2禾口r^二.g禾口0^arg(gradr)， 4 4r二所述物理對(duì)象的水當(dāng)量厚度，并且g = |gradr| 。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16—19中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括 通過(guò)使用所述總散射以乘法方式計(jì)算第一誤差補(bǔ)償圖像。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)戶("+') = V:執(zhí)行所述乘法校正，其中 ^表示從所述投影圖像,)估計(jì)的散射圖像。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16—19中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括 通過(guò)使用所述總散射以減法方式計(jì)算第一誤差補(bǔ)償圖像。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括 根據(jù)尸("+1) = sw執(zhí)行所述乘法校正，其中表示從所述投影圖像盧")估計(jì)的散射圖像。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20—23中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括-通過(guò)將所述第一誤差補(bǔ)償圖像用作所述投影圖像來(lái)計(jì)算第二誤差補(bǔ)償圖像。
25. —種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 接收單元，其適于接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像； 計(jì)算單元，其適于將所述原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖像，并且從所述水當(dāng)量厚度的圖像并且特別從所述梯度圖 像提取許多參數(shù)；確定單元，其適于根據(jù)權(quán)利要求l一ll的任何一個(gè)通過(guò)使所提取的參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)；和補(bǔ)償單元，其適于通過(guò)使用所述確定的至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ) 償所述原始投影圖像的誤差。
26. —種斷層攝影裝置，其包括 輻射源；輻射探測(cè)器；和用于根據(jù)權(quán)利要求25進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)；其中，所述輻射探測(cè)器適于記錄代表所述被成像物理對(duì)象的所述原始 投影圖像的數(shù)據(jù)。
27. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)某?序存儲(chǔ)在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)，所述程序適于控制 一種方法，所述方法包括接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像；將所述原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖像;從所述水當(dāng)量厚度的圖像并且特別從所述梯度圖像提取許多參數(shù)；根據(jù)權(quán)利要求l一ll的任何一個(gè)通過(guò)使所提取的參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核 函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)；和通過(guò)使用所述確定的至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ)償所述原始投影圖 像的誤差。
28. —種用于對(duì)物理對(duì)象的圖像進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)某绦騿卧?，?dāng)由處理 器執(zhí)行吋，所述程序適于控制一種方法，所述方法包括接收被成像物理對(duì)象的原始投影圖像；將所述原始投影圖像轉(zhuǎn)換成水當(dāng)量圖像，特別是計(jì)算相應(yīng)的梯度圖像;從所述水當(dāng)量厚度的圖像并且特別從所述梯度圖像提取許多參數(shù)；根據(jù)權(quán)利要求l一ll的任何一個(gè)通過(guò)使所提取的參數(shù)與預(yù)先計(jì)算的核 函數(shù)的參數(shù)相關(guān)來(lái)確定至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)；和通過(guò)使用所述確定的至少一個(gè)預(yù)先計(jì)算的核函數(shù)補(bǔ)償所述原始投影圖 像的誤差。
全文摘要
一種用于生成核函數(shù)集的方法，所述核函數(shù)集用于對(duì)由成像系統(tǒng)記錄的物理對(duì)象的投影圖像進(jìn)行卷積誤差補(bǔ)償，所述方法包括以如下方式計(jì)算所述核函數(shù)集，即使得對(duì)于所述投影圖像中的每個(gè)像素計(jì)算用于誤差補(bǔ)償?shù)牟粚?duì)稱(chēng)散射分布，從而表示由X射線源到所述像素的射束產(chǎn)生的X射線散射。
文檔編號(hào)G06T5/00GK101473348SQ200780022897
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者J·維格特, J·蒂默, M·貝爾特拉姆, N·J·努爾德霍爾克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司