專利名稱：用于截?cái)嘌a(bǔ)償?shù)姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)圖像重建中的方法和設(shè)備，尤其涉及用于截?cái)嘌a(bǔ)償?shù)姆椒ê驮O(shè)備。
背景技術(shù)：
在某些掃描條件下，病人部分身體可能會(huì)超出檢測(cè)器所能測(cè)量的區(qū)域之外，這會(huì)導(dǎo)致圖像偽影和物體成像不完整。已經(jīng)公布了一些已知方法，其解決減少偽影，而不是超出視野(FOV)的病人部分身體成像。然而，有必要對(duì)超出FOV的病人部分身體成像，例如在2003年6月24日提交的、具有代理人案卷號(hào)為129993的、且要求2002年10月4日所提交的、臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)為60/416,072的申請(qǐng)的利益的、題為“用于截?cái)嘌a(bǔ)償?shù)姆椒ê驮O(shè)備”的共同待審申請(qǐng)序號(hào)##/###,###中所描述的。另外，有必要改進(jìn)超出視野的病人部分身體的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種確定投影是否截?cái)嗟姆椒?。該方法包括?jì)算掃描物體的每個(gè)投影視圖中的所有采樣的和；確定所計(jì)算的和的最大值；當(dāng)索引k的所有采樣的和小于最大值的預(yù)先確定的百分比時(shí)，求投影視圖索引k的多個(gè)采樣m的均值；將均值和門限t進(jìn)行比較，當(dāng)均值大于t時(shí)，確定投影為截?cái)?，?dāng)均值不大于t時(shí)，確定投影為未截?cái)唷?br> 另一方面，提供了一種成像設(shè)備。這種成像設(shè)備包括射線源；檢測(cè)器，其對(duì)射線響應(yīng)，且置于接收該源所放射射線的位置上；以及計(jì)算機(jī)，其操作地耦合到該射線源和該檢測(cè)器。配置該計(jì)算機(jī)以計(jì)算掃描物體的每個(gè)投影視圖中的所有采樣的和；確定所計(jì)算的和的最大值；當(dāng)投影視圖索引k的所有采樣的和小于該最大值的預(yù)先確定的百分比時(shí)，求索引k中多個(gè)采樣m的均值；將均值和門限t進(jìn)行比較，當(dāng)均值大于t時(shí)，確定投影為截?cái)?，?dāng)均值不大于t時(shí)，確定投影為未截?cái)唷?br> 再一個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包含配置的編碼程序，以指示計(jì)算機(jī)計(jì)算掃描物體的每個(gè)投影視圖中的所有采樣的和；確定所計(jì)算的和的最大值；當(dāng)索引k的所有采樣的和小于所述大值的預(yù)先確定的百分比時(shí)，求投影視圖索引k的多個(gè)采樣m的均值；將均值和門限t進(jìn)行比較，當(dāng)均值大于t時(shí)，確定投影為截?cái)?，?dāng)均值不大于t時(shí)，確定投影為未截?cái)?；并?amp;tau;(k)=k2-kk2-k1ξ(k1)+k-k1k2-k1ξ(k2)]]>估計(jì)總衰減τ(k)，其中k1和k2是與含至少一個(gè)確定為截?cái)嗤队暗慕財(cái)鄥^(qū)域相鄰的未截?cái)嗟囊晥D的多個(gè)視圖位置的均值；按ξ(k)=Σi=1Np(i,k)]]>計(jì)算ξ(k)。進(jìn)一步配置該程序以指示計(jì)算機(jī)按λ(k)＝τ(k)-ξ(k)確定衰減差額λ(k)；按η(k)=π2Rl2(k)-xl(k)pl(k)-Rl2(k)arcsin(xl(k)Rl(k))+π2Rr2(k)-xr(k)pr(k)-Rr2(k)arcsin(xr(k)Rr(k))]]>計(jì)算要增加的衰減總量η(k)，其中pl(k)和pr(k)分別是左右投影邊界上的數(shù)個(gè)視圖的平均采樣值幅值，xl(k)、xr(k)、Rl(k)和Rr(k)分別是左右擬合柱面的位置和半徑；通過計(jì)算比率ϵ(k)=η(k)μwλ(k),]]>將η(k)和λ(k)進(jìn)行比較，其中μw是水的衰減系數(shù)；將ε(k)和門限q進(jìn)行比較；當(dāng)ε(k)不大于q時(shí)，至少使用η(k)和λ(k)中的一個(gè)校正圖像。進(jìn)一步配置該程序以指示計(jì)算機(jī)當(dāng)ε(k)大于q時(shí)，基于和k1-n視圖以及k2+n視圖有關(guān)的數(shù)據(jù)，計(jì)算ηn(k)，其中n是整數(shù)；以及使用ηn(k)校正圖像。


圖1是CT成像系統(tǒng)實(shí)施例圖；圖2是圖1所示系統(tǒng)的方框示意圖；圖3是僅出現(xiàn)在部分投影角度上的投影截?cái)鄨D；圖4是不進(jìn)行截?cái)嘈Ｕ龝r(shí)的重建圖像；圖5是根據(jù)代理人案卷號(hào)為129993描述的方法作截?cái)嘈Ｕ玫降膱D像；圖6是按照投影視圖的函數(shù)(function of projection view)繪制的所測(cè)量的每個(gè)投影的衰減總量圖；圖7是擬合(fitting)過程的圖示；圖8說明多個(gè)圖像，且包括圖像，其僅用單個(gè)視圖來估計(jì)左截?cái)嗤队暗姆岛托甭蕄l，sl，且也用單個(gè)視圖來估計(jì)右截?cái)嗤队暗姆岛托甭蕄r，sr；圖9說明如何基于所估計(jì)的柱面計(jì)算缺少的投影采樣；圖10是用這里所述方法和設(shè)備對(duì)圖4和圖5所示的同樣的體模(phantom)掃描進(jìn)行校正得到的圖像。
具體實(shí)施例方式
于此提供的截?cái)嘌a(bǔ)償方法和設(shè)備用于擴(kuò)展CT系統(tǒng)的視野。參考附圖，對(duì)該設(shè)備和方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，所有附圖中的相同的附圖標(biāo)記都指相同的元件。附圖的用意在于例證而不用作限制，且附于此的目的是有助于對(duì)本發(fā)明中示例性方法和設(shè)備的實(shí)施例進(jìn)行解釋。
在一些已知的CT成像系統(tǒng)配置中，射線源投射的扇形光束被校準(zhǔn)在位于笛卡兒坐標(biāo)系的X-Y平面內(nèi)，該平面通常稱為成像平面。射線光束穿過被成像的物體，如病人。經(jīng)物體衰減之后，光束照射射線檢測(cè)器陣列。檢測(cè)器陣列接收到的衰減后的射線光束的強(qiáng)度取決于物體對(duì)射線光束的衰減程度。陣列中的每個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生單獨(dú)的電信號(hào)，它是該檢測(cè)器處的光束衰減測(cè)量值。從所有檢測(cè)器獨(dú)立地獲得衰減測(cè)量值以產(chǎn)生透射輪廓(transmissionprofile)。
在第三代CT系統(tǒng)中，射線源和檢測(cè)器陣列隨臺(tái)架在成像平面內(nèi)圍繞被成像的物體旋轉(zhuǎn)，從而射線光束和物體交叉的角度以常量變化。檢測(cè)器陣列在一個(gè)臺(tái)架角度上獲得的一組射線衰減測(cè)量(即，投影數(shù)據(jù))被稱為一個(gè)視圖。對(duì)物體的掃描包含射線源和檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)一周期間在不同臺(tái)架角度或角度上獲得的一組視圖。
在軸向掃描中，處理投影數(shù)據(jù)以重建相應(yīng)于穿過物體的二維層(twodimensional slice)圖像。從一組投影數(shù)據(jù)重建圖像的方法技術(shù)上稱之為過濾背景投影技術(shù)。該處理將掃描所獲得的衰減測(cè)量值轉(zhuǎn)換成稱為“CT數(shù)”或“Hounsfield單位”的整數(shù)，用以控制顯示設(shè)備上相應(yīng)像素的亮度。
為減少總掃描時(shí)間，可作螺旋狀掃描。為進(jìn)行螺旋狀掃描，在獲取規(guī)定量的層數(shù)據(jù)的時(shí)候，要移動(dòng)病人。這種系統(tǒng)從一次扇形光束螺旋狀掃描中產(chǎn)生單個(gè)螺旋。由扇形光束映射的螺旋產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)重建每個(gè)規(guī)定層中的圖像。
如這里的用法，在所引述的單數(shù)形式元素或步驟之前的“a”或“an”應(yīng)理解成不排除復(fù)數(shù)形式的所述元素或步驟，除非明確說明。另外，本發(fā)明所稱的一個(gè)實(shí)施例也不要解釋成排除包含所述特性的其它實(shí)施例的存在。
如這里的用法，短語(yǔ)“重建圖像”也不要解釋成排除本發(fā)明中只產(chǎn)生表示圖像的數(shù)據(jù)而不產(chǎn)生可視圖像的實(shí)施例。因此，如這里的用法，術(shù)語(yǔ)“圖像”泛指可視圖像和表示可視圖像的數(shù)據(jù)。然而，許多實(shí)施例產(chǎn)生(或配置來產(chǎn)生)至少一種可視圖像。
圖1是CT成像系統(tǒng)(10)的圖。圖2是圖1所示系統(tǒng)(10)的方框示意圖。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，CT成像系統(tǒng)10包括臺(tái)架12，表示第三代CT成像系統(tǒng)。臺(tái)架12有射線源14，將錐形X射線光束16投射到臺(tái)架12另一端的檢測(cè)器陣列18的方向上。
檢測(cè)器組18由多個(gè)檢測(cè)器行(圖中未顯示)組成，包括多個(gè)檢測(cè)器元件20，都用于感知穿過物體(如病人22)的投射出的X射線光束。每個(gè)檢測(cè)器元件20產(chǎn)生電信號(hào)，以表示照射的射線光束的強(qiáng)度，也即光束穿過物體或病人22時(shí)的衰減。成像系統(tǒng)10有多層檢測(cè)器18，能提供多個(gè)表示物體22的圖像。這些多個(gè)圖像中的每一幅圖像相應(yīng)于其中的單獨(dú)層。層的厚度或縫隙取決于檢測(cè)器行的厚度。
在掃描獲取射線投影數(shù)據(jù)期間，臺(tái)架12和其上安裝的組件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。圖2僅顯示單行檢測(cè)器元件20(即檢測(cè)器行)。然而，多層檢測(cè)器陣列18包括由檢測(cè)器元件20構(gòu)成的多個(gè)平行的檢測(cè)器行，因此相應(yīng)于多個(gè)準(zhǔn)平行或平行層的投影數(shù)據(jù)可以在一次掃描中同時(shí)獲得。
臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)和射線源14的操作由CT系統(tǒng)10中的控制機(jī)械裝置26管理。控制機(jī)械裝置26包括射線控制器28，其為射線源14提供電源和定時(shí)信號(hào)；以及臺(tái)架電動(dòng)機(jī)控制器30，其控制臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置。控制機(jī)械裝置26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS 32從檢測(cè)器元件20采樣模擬數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用于后續(xù)處理。圖像重建器34從DAS 32接收采樣的數(shù)字化的射線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高速圖像重建。重建圖像作為計(jì)算機(jī)36的輸入，將圖像存儲(chǔ)于海量存儲(chǔ)設(shè)備38中。
計(jì)算機(jī)36也通過具有鍵盤的控制臺(tái)40接收來自操作員的命令和掃描參數(shù)。相關(guān)的陰極射線管顯示器42使操作員能觀察來自計(jì)算機(jī)36的重建圖像和其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)36使用操作員提供的命令和參數(shù)為DAS 32、射線控制器28和臺(tái)架電動(dòng)機(jī)控制器30提供控制信號(hào)和信息。此外，計(jì)算機(jī)36操縱工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制器44，以控制機(jī)動(dòng)化的工作臺(tái)46，把病人22放到臺(tái)架12中。尤其是，工作臺(tái)46將病人22的部分身體移動(dòng)通過臺(tái)架開口48。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36包括設(shè)備50，如磁盤驅(qū)動(dòng)器或CD-ROM驅(qū)動(dòng)器，以讀取計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)52(如磁盤或CD-ROM)中的指令或數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36執(zhí)行存儲(chǔ)在固件(未示出)中的指令。通常，對(duì)圖2的DAS 32、重建器34和計(jì)算機(jī)36中至少一個(gè)的所含的處理器進(jìn)行編程，以執(zhí)行以下描述的程序。當(dāng)然，這種方法不僅限于在CT系統(tǒng)10中使用，并可用于其它類型或種類的成像系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)計(jì)算機(jī)36編程，以執(zhí)行上述功能，相應(yīng)地，如這里的用法，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”不限于技術(shù)上所指的集成電路意義上的計(jì)算機(jī)，而泛指計(jì)算機(jī)、處理器、微控制器、微機(jī)、可編程控制器、ASIC和其它可編程電路。盡管這里描述的方法針對(duì)醫(yī)療場(chǎng)合，可預(yù)期本發(fā)明的益處對(duì)非醫(yī)用成像系統(tǒng)，如工業(yè)場(chǎng)合或運(yùn)輸場(chǎng)合中常使用的系統(tǒng)，如但不局限于飛機(jī)場(chǎng)或其它運(yùn)輸中心的行李掃描CT系統(tǒng)，也是十分關(guān)鍵的。
已經(jīng)公布了一些已知方法，其解決減少偽影，而不是超出視野的病人部分身體成像。然而，有必要對(duì)超出視野的病人部分身體成像。這在許多領(lǐng)域內(nèi)如腫瘤學(xué)、旋轉(zhuǎn)血管造影術(shù)、融合成像系統(tǒng)以及商用CT掃描器十分有用。至少有一種已知的多層CT掃描器，其現(xiàn)有硬件將重建視野限制在大約50cm范圍內(nèi)。盡管這對(duì)大多數(shù)醫(yī)療應(yīng)用是足夠的，也有必要對(duì)視野進(jìn)行擴(kuò)展，以對(duì)該視野之外的物體成像。這對(duì)諸如腫瘤學(xué)或CT/PET等應(yīng)用非常有益。對(duì)腫瘤學(xué)應(yīng)用來說，需要一個(gè)較大的視野。這主要是因?yàn)閷?duì)射線診療方案而言，病人的四肢常常放在掃描視野之外，以更好的定位瘤的位置。已知的CT重建算法不考慮截?cái)嗤队?，且產(chǎn)生的圖像有嚴(yán)重的偽影。從治療方案講，這些偽影可能影響精確估計(jì)衰減路徑。這里所描述的是一種算法途徑，以將重建視野(FOV)擴(kuò)大到由檢測(cè)器硬件所限制的FOV之外。校正算法可應(yīng)用于不同的重建算法，包括但不受限于全掃描、半掃描/分割、螺旋狀掃描、以及基于心臟部分(cardiac sector)的算法。另外，系統(tǒng)10的配置采用了這里描述的算法。
圖3是出現(xiàn)在部分投影角度上的投影截?cái)鄨D。在某些掃描條件下，病人22的部分身體超出檢測(cè)器18所能測(cè)量的區(qū)域，這會(huì)導(dǎo)致圖像偽影和成像物體不完整。X射線管和檢測(cè)器18被牢牢固定在繞病人22旋轉(zhuǎn)的框架上。在旋轉(zhuǎn)過程中，位于完全采樣視野60內(nèi)，會(huì)獲得不間斷的測(cè)量。穿過物體22的完全采樣視野60之外的任何區(qū)域的射線衰減只能在有限的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測(cè)量到，且該區(qū)域被稱為部分采樣視野區(qū)域。換句話說，位于完全采樣視野60內(nèi)的部分被定位在扇形16之內(nèi)，因此從所有臺(tái)架角度都能測(cè)量到，且所測(cè)得的數(shù)據(jù)被定義成完全采樣視野數(shù)據(jù)。然而，一些部分在某些角度上位于扇形16之內(nèi)，而在另一些角度上卻位于扇形16之外，與這些部分有關(guān)的采集數(shù)據(jù)被定義成部分采樣視野數(shù)據(jù)。在這個(gè)例子中，時(shí)針3所指位置上的投影不存在截?cái)?，但時(shí)針12所指位置上的投影嚴(yán)重截?cái)?。因此，可依賴未截?cái)嗟耐队?如圖3中大約時(shí)針3所指位置上)估計(jì)截?cái)嘁晥D的截?cái)嗫偭?如圖3中大約時(shí)針12所指位置上)。校正處理初期步驟是在處理投影之前用軟件完成扇形光束到平行光束的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)實(shí)施例中，該初期步驟是第一步。該處理技術(shù)眾所周知，且不需要專門的數(shù)據(jù)收集。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成之后，將所有檢測(cè)器通道上的投影集中起來，以獲得下面所詳細(xì)描述的總衰減曲線。
圖4是不進(jìn)行截?cái)嘈Ｕ龝r(shí)的重建圖像80。容易觀察到，圖像80包含截?cái)鄠斡?2。
代理人案卷號(hào)為129993描述了一種針對(duì)大多數(shù)情況的截?cái)嘌a(bǔ)償算法。然而，在某些情況下，代理人案卷號(hào)為129993中描述的補(bǔ)償算法不能獲得最優(yōu)結(jié)果。圖5是根據(jù)代理人案卷號(hào)為129993中的方法作截?cái)嘈Ｕ蟮膱D像。盡管圖像84比圖像80有很大改進(jìn)，但校正區(qū)域86(恢復(fù)手臂)內(nèi)仍存在失真。在該例子中，胸模置于最外端區(qū)域距離相同中心29cm的位置上(在58cm FOV邊緣)。盡管上述校正消除了50cm視野以內(nèi)的偽影，但所恢復(fù)手臂86的形狀和強(qiáng)度從某種程度上而言存在失真。
相信失真主要由所估計(jì)的缺少衰減不精確引起。為了說明起見，圖6是根據(jù)投影視圖的函數(shù)繪制的所測(cè)得的每個(gè)投影的總衰減90的圖。為清楚起見，對(duì)該圖進(jìn)行了放大。在衰減測(cè)量值90中，下降區(qū)92相應(yīng)于截?cái)嘁晥D。從該圖中可清楚看到，對(duì)多個(gè)未截?cái)嗤队?衰減測(cè)量值90中的近似平坦區(qū)域)而言，為每個(gè)投影所測(cè)得的投影測(cè)量值的和在所有投影角度上不是常數(shù)。這是由非理想化校準(zhǔn)和扇形到平行轉(zhuǎn)換處理(parallel rebinning process)引起的。盡管變化較小(小于2％)，它也能表示整個(gè)截?cái)嗤队安蓸又械闹饕糠帧Q句話說，和所估計(jì)的缺少投影相比，該變化百分比要大得多。因此，把其他的信息用于截?cái)喙烙?jì)，而不是用于代理人案卷號(hào)為129993中所描述的補(bǔ)償，將會(huì)帶來更少的、甚至沒有失真。
在多個(gè)體模試驗(yàn)期間，發(fā)現(xiàn)僅投影邊界上的幅值和斜率有時(shí)不足以估計(jì)擬合投影的柱面物體的大小和位置，因?yàn)橛袝r(shí)邊界采樣的斜率偏離所掃描物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，如果一個(gè)氣穴碰巧位于截?cái)嗤队斑吔绮蓸拥那芯€上，在外插投影采樣中會(huì)出現(xiàn)明顯的不連續(xù)(在投影角度上)。這會(huì)引起陰影和拖尾偽影。
當(dāng)投影采樣有噪聲時(shí)(由于有限的x射線光子統(tǒng)計(jì))，發(fā)生另一種復(fù)雜情況。在這種情況下，投影邊界的幅值和斜率都變得不可靠。高頻變化(從一個(gè)視圖到另一個(gè)視圖)可導(dǎo)致嚴(yán)重的拖尾以及物體形狀高度失真。臨床應(yīng)用上，這常發(fā)生在掃描體大的病人時(shí)，或當(dāng)使用低流量(low-flux)獲取協(xié)議時(shí)。這里描述的方法和設(shè)備至少部分解決上述所描述的難題。
更明確地講，投影被聲明為截?cái)嗷蛭唇財(cái)?。要聲明為截?cái)嗤队?，必須滿足一個(gè)條件，即投影邊界采樣的任一端(在幾個(gè)通道上的均值)必須小于預(yù)先確定的門限，除先前代理人案卷號(hào)為129993描述的條件之外。多個(gè)采樣的均值是指多個(gè)邊緣采樣的均值。即如果投影包含N個(gè)采樣，索引從0到N-1，使用從0到m-1左面m個(gè)投影采樣的均值以及從N-m到N-1右面m個(gè)采樣的均值。除上述測(cè)試之外，仍使用代理人案卷號(hào)為129993中的測(cè)試。即計(jì)算所有視圖的所有N個(gè)采樣的和。計(jì)算所有投影視圖中的最大值，且當(dāng)一個(gè)特定視圖的和小于預(yù)先確定的最大值的百分比時(shí)，該視圖被聲明為截?cái)嗟?。門限值非零以考慮非理想校準(zhǔn)。從算式上講，如果下列條件存在，投影被聲明為截?cái)鄍l=1mΣi=1mp(i,k)>t]]>或pr=1mΣi=1mp(N-i,k)>t---(1)]]>其中N是檢測(cè)器通道的數(shù)量，k是投影視圖索引，m是采樣數(shù)，t是門限值。在示例性的實(shí)施例中，t約等于0.42時(shí)，從經(jīng)驗(yàn)上講，性能最好。在其它實(shí)施例中，t約在0.25和0.58之間，t約在0.33和0.5之間，t約在0.375和0.46之間。
用上面描述的確定方法，識(shí)別的未截?cái)嘁晥D在圖6中以雙箭頭顯示。為了估計(jì)缺少投影的量，相鄰未截?cái)嗤队暗目偹p用于估計(jì)。尤其，截?cái)嘁晥D的總衰減通過對(duì)位于截?cái)嘁晥D區(qū)域兩端的兩個(gè)未截?cái)嗤队熬€性內(nèi)插獲得。對(duì)圖6中所示的例子來說，第一組截?cái)嘁晥D位于投影視圖號(hào)290(投射角106°)和445(投射角163°)之間。從視圖號(hào)289和446獲得的總衰減用于估計(jì)截?cái)嘁晥D的總衰減。通過對(duì)兩個(gè)未截?cái)嘁晥D抽樣線性內(nèi)插進(jìn)行估計(jì)，如圖6中的點(diǎn)線所示。從算式上而言，所估計(jì)的總衰減τ(k)是τ(k)=k2-kk2-k1ξ(k1)+k-k1k2-k1ξ(k2)---(2)]]>其中k1和k2是和截?cái)鄥^(qū)域相鄰的未截?cái)嘁晥D的視圖位置，ξ(k)是通過將視圖k的投影測(cè)量值求總和而獲得的總衰減。從算式上而言，它由下面的等式描述ξ(k)=Σi=1Np(i,k)---(3)]]>為改進(jìn)算法的穩(wěn)健性，可以使用幾個(gè)未截?cái)嗤队暗耐队耙晥D的均值。例如，可以使用視圖285到289的平均總衰減來代替只根據(jù)視圖289獲得的總衰減，且k1為視圖285到289的平均值。在示例性的實(shí)施例中，取五個(gè)視圖的平均值，但在其它實(shí)施例中，取非五個(gè)視圖的平均值(如3-7個(gè)視圖或2-8個(gè)視圖)。另外，k2可指單個(gè)視圖或與k1無(wú)關(guān)的幾個(gè)視圖的平均值。例如，參照?qǐng)D6中的例子，若k1指視圖285到289的平均值，則在一個(gè)實(shí)施例中，k2指視圖446到450的平均值，在另一個(gè)實(shí)施例中，k2指446。另外，k1和k2無(wú)關(guān)，且k1可指單個(gè)視圖或與k2無(wú)關(guān)的幾個(gè)視圖。
用于截?cái)嘌a(bǔ)償?shù)耐队霸黾恿喀?k)是所估計(jì)的總衰減和所測(cè)量的總衰減之間的差值λ(k)＝τ(k)-ξ(k)(4)下一步，估計(jì)可擬合每個(gè)截?cái)嗤队斑吔绲乃嫖矬w的大小和位置以推導(dǎo)待估計(jì)的投影?；趍個(gè)投影視圖的截?cái)嗤队斑吔绮蓸拥钠骄档姆岛托甭视?jì)算擬合柱面的位置和半徑xl(k)=-sl(k)pl(k)4μw2,]]>和Rl(k)=pl2(k)4μw2+xl2(k)---(5)]]>xr(k)=-sr(k)pr(k)4μw2,]]>和Rr(k)=pr2(k)4μw2+xr2(k)---(6)]]>其中pl，sl和pr，sr分別是左右數(shù)個(gè)視圖的投影邊界的采樣平均值幅值和斜率，xl、xr、Rl和Rr分別是左右擬合柱面的位置和半徑，μw是水的衰減系數(shù)。擬合過程如圖7所示。
此前，表明在缺少x射線光子的條件下，參數(shù)估計(jì)過程會(huì)變得不可靠，因?yàn)樗烙?jì)的參數(shù)從一個(gè)視圖到另一個(gè)視圖會(huì)有極大波動(dòng)。圖8說明包含圖像102的多個(gè)圖像100，其只使用單個(gè)視圖估計(jì)左截?cái)嗤队暗姆岛托甭蕄l，sl，也只使用單個(gè)視圖估計(jì)右截?cái)嗤队暗姆岛托甭蕄r，sr。圖像102中清楚可見由參數(shù)波動(dòng)引起的拖尾偽影。為克服這種可能的不足，在一個(gè)實(shí)施例中，使用幾個(gè)視圖的投影采樣的均值，以估計(jì)截?cái)嗤队暗姆岛托甭蕄l，slpr，sr。在示例性的實(shí)施例中，使用7個(gè)視圖的投影采樣估計(jì)幅值和斜率。多個(gè)圖像100中的平均圖像104使用7個(gè)視圖估計(jì)幅值和斜率。在另一個(gè)實(shí)施例中，5到9個(gè)視圖用于估計(jì)幅值和斜率。之后，用平均值確定擬合柱面的位置和半徑?；跀M合柱面，對(duì)于投影k增加的柱面的總衰減η(k)(在最初投影之外的柱面部分)按下式計(jì)算η(k)=π2Rl2(k)-xl(k)pl(k)-Rl2(k)arcsin(xl(k)Rl(k))+π2Rr2(k)-xr(k)pr(k)-Rr2(k)arcsin(xr(k)Rr(k))---(7)]]>在一個(gè)實(shí)施例中，將η(k)與所估計(jì)的增量衰減測(cè)量值λ(k)(如等式4描述)進(jìn)行核對(duì)。在理想情況下，這兩個(gè)量應(yīng)該相等。但在實(shí)際情況下，因?yàn)槲矬w的缺少部分極少為一個(gè)理想柱面，所以這兩個(gè)量之間總是有一些差別。因此，計(jì)算這兩個(gè)量的比值ε(k)ϵ(k)=η(k)μwλ(k)---(8)]]>當(dāng)ε(k)完全不等于1時(shí)，說明用擬合的柱面參數(shù)有問題。這可能是由被掃描物體的不規(guī)則形狀引起的，正如上面所描述的。因此，當(dāng)ε(k)＞q時(shí)，不能使用所估計(jì)的參數(shù)作投影補(bǔ)償。q是一個(gè)預(yù)先確定的門限，且在示例性實(shí)施例中設(shè)為2。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，q在1.5和2.5之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，q在1.75和2.25之間。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，q在1.9和2.1之間。
對(duì)ε(k)＞q的投影來說，可使用參數(shù)擬合較好的兩個(gè)投影(即ε(k)≤q)的柱面參數(shù)的內(nèi)插。即如果視圖k1到k2的ε(k)值超過門限，可使用視圖k1-n和k2+n的擬合柱面參數(shù)來估計(jì)這些視圖的柱面參數(shù)，其中n是參數(shù)，n＝1表示第一個(gè)較好擬合的視圖。在示例性的實(shí)施例中，選擇n＝5，采用線性內(nèi)插足夠好。即xl(k)、xr(k)、Rl(k)和Rr(k)是基于xl(k1-n)、xl(k2+n)、xr(k1-n)、xr(k2+n)、Rl(k1-n)、Rl(k2+n)、Rr(k1-n)和Rr(k2+n)的線性內(nèi)插，且使用內(nèi)插按等式7計(jì)算ηn(k)。比值ε(k)也從同樣的視圖組作線性內(nèi)插。當(dāng)然，也可使用其它內(nèi)插方法，如高階插值。另外，沿視圖k的額外低通過濾可被應(yīng)用于所估計(jì)的參數(shù)以改進(jìn)參數(shù)的連續(xù)性。在其它實(shí)施例中，n在2和8之間，或n在3和7之間。
最后，基于所估計(jì)的柱面計(jì)算缺少的投影采樣。圖9圖示這個(gè)過程。因?yàn)檫@些柱面的總衰減不能匹配按一致性條件(等式4)估計(jì)的整個(gè)缺少衰減，要作進(jìn)一步調(diào)整。例如，x軸(檢測(cè)器通道刻度i)按比率縮放，使初始估計(jì)投影(圖9中點(diǎn)線所示)在x上進(jìn)一步擴(kuò)展(如圖9中實(shí)粗線所示)或壓縮。這可通過改變檢測(cè)器通道i的刻度距離，或?qū)Τ跏加?jì)算出的投影進(jìn)行內(nèi)插來實(shí)現(xiàn)。
用這里描述的方法和設(shè)備，代理人案卷號(hào)為129993所描述的方法和設(shè)備的性能和穩(wěn)健性大大提高。圖10是用這里所述方法和設(shè)備對(duì)圖4和圖5所示同樣的體模掃描進(jìn)行校正得到的圖像。位于掃描視野之外的物體106形狀和密度的精確性明顯好轉(zhuǎn)，這是本發(fā)明的技術(shù)效果和貢獻(xiàn)。當(dāng)然，其它技術(shù)效果也存在。
盡管上面所描述的系統(tǒng)和方法只使用了總衰減、邊界采樣的幅值和斜率來估計(jì)缺少投影的分布，其他信息也能用于估計(jì)。例如，對(duì)X線斷層攝影術(shù)而言，可使用Helgason-Ludwig條件(HL條件)進(jìn)一步提煉上述技術(shù)。另外，設(shè)置不同的門限以確保算法在錯(cuò)誤測(cè)量條件下正常工作。例如，可設(shè)置圖9中拉伸率的上下限，以防止由于不可靠的測(cè)量造成誤差增加。另外，為所計(jì)算的斜率sl，sr設(shè)置一個(gè)合理的范圍。如果被掃描物體的材料特征和水完全不同，也可使用已知材料的衰減系數(shù)來計(jì)算等式3和4中的大小和位置。
因?yàn)閮?nèi)插數(shù)據(jù)不可能有和完全采樣視野內(nèi)的數(shù)據(jù)一樣的圖像質(zhì)量，所以對(duì)FOV外推的圖像加以標(biāo)記就十分有用。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了在重建圖像中描繪代表完全采樣視野數(shù)據(jù)和部分采樣視野數(shù)據(jù)區(qū)域的方法。也可以在CT號(hào)中用色彩代碼和變換的CT號(hào)來標(biāo)記。因?yàn)闃?biāo)記可能影響圖像數(shù)據(jù)的可視性，提供了打開和關(guān)閉標(biāo)記的簡(jiǎn)易方式。因此，允許系統(tǒng)10的用戶打開和關(guān)閉該標(biāo)記。
盡管本發(fā)明參照不同的特定實(shí)施例進(jìn)行描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明能夠在權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)加以修改。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備(10)，包括射線源(14)；檢測(cè)器(18)，其對(duì)射線響應(yīng)，并置于接收從所述源放射的射線的位置；以及計(jì)算機(jī)(36)，其操作地耦合到所述射線源和所述檢測(cè)器，且所述計(jì)算機(jī)配置為計(jì)算掃描物體(22)的每個(gè)投影視圖的所有采樣的和；確定所計(jì)算的和的最大值；當(dāng)索引k的所有采樣的和小于所述最大值的預(yù)先確定的百分比時(shí)，求投影視圖索引k的多個(gè)采樣m的均值；將均值和門限t進(jìn)行比較；當(dāng)均值大于t時(shí)，確定投影為截?cái)?；以及?dāng)均值不大于t時(shí)，確定投影為未截?cái)唷?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中進(jìn)一步配置所述計(jì)算機(jī)(36)以將均值和門限t進(jìn)行比較，其中t大約在0.25和0.58之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中進(jìn)一步配置所述計(jì)算機(jī)(36)按下式估計(jì)總衰減τ(k)=k2-kk2-k1ξ(k1)+k-k1k2-k1ξ(k2)]]>其中k1和k2是與含至少一個(gè)確定為截?cái)嗟耐队暗慕財(cái)鄥^(qū)域相鄰的未截?cái)嘁晥D的視圖位置，且按ξ(k)=Σi=1Np(i,k)]]>計(jì)算ξ(k)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中進(jìn)一步配置所述計(jì)算機(jī)(36)以按下式估計(jì)總衰減τ(k)=k2-kk2-k1ξ(k1)+k-k1k2-k1ξ(k2)]]>其中k1和k2是與含至少一個(gè)確定為截?cái)嗟耐队暗慕財(cái)鄥^(qū)域相鄰的未截?cái)嗟囊晥D的多個(gè)視圖位置的均值，且按ξ(k)=Σi=1Np(i,k)]]>計(jì)算ξ(k)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(10)，其中進(jìn)一步配置所述計(jì)算機(jī)(36)為按λ(k)＝τ(k)-ξ(k)確定衰減差額λ(k)；按η(k)=π2Rl2(k)-xl(k)pl(k)-Rl2(k)arcsin(xl(k)Rl(k))+π2Rr2(k)-xr(k)pr(k)-Rr2(k)arcsin(xr(k)Rr(k))]]>計(jì)算要增加的衰減總量η(k)，其中pl(k)和pr(k)分別是左右投影邊界上的數(shù)個(gè)視圖的平均采樣值幅值，xl(k)、xr(k)、Rl(k)和Rr(k)分別是左右擬合柱面的位置和半徑；通過計(jì)算比率ϵ(k)=η(k)μwλ(k),]]>將η(k)和λ(k)進(jìn)行比較，其中μw是水的衰減系數(shù)；將ε(k)和門限q進(jìn)行比較；當(dāng)ε(k)不大于q時(shí)，至少使用η(k)和λ(k)中的一個(gè)校正圖像；以及當(dāng)ε(k)大于q時(shí)基于和k1-n視圖以及k2+n視圖有關(guān)的數(shù)據(jù)，計(jì)算ηn(k)，其中n是整數(shù)；以及使用ηn(k)校正圖像。
全文摘要
一種方法包括計(jì)算掃描物體的每個(gè)投影視圖中的所有采樣的和；確定所計(jì)算的和的最大值；當(dāng)索引k的所有采樣的和小于最大值的預(yù)先確定的百分比時(shí)，求投影視圖索引k的多個(gè)采樣m的均值；將均值和門限t進(jìn)行比較；當(dāng)均值大于t時(shí)，確定投影為截?cái)?，?dāng)均值不大于t時(shí)，確定投影為未截?cái)唷?br> 文檔編號(hào)A61B6/03GK1575760SQ200410061719
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者謝強(qiáng), 布賴恩·格雷科維茨, 愛德華·H·趙, 斯科特·M·麥科拉什, 埃米·L·霍斯特 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司