用于提高多片層成像系統(tǒng)的空間分辨率的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及診斷成像，以及更具體地來說，涉及一種用于實(shí)現(xiàn)多片 層成像系統(tǒng)的改進(jìn)的空間分辨率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型地，在計(jì)算機(jī)層析（CT)成像系統(tǒng)中，X射線源向受檢者或?qū)ο螅缁颊呋蛞患?行李發(fā)射扇形射線束。下文中，術(shù)語"受檢者"和"對(duì)象"應(yīng)包含能夠被成像的任何事物。具 體來說，X射線源內(nèi)包含的X射線管在焦點(diǎn)或焦斑處發(fā)射X射線束。在被受檢者衰減之后， 射線束在放射或X射線檢測(cè)器陣列上成像。
[0003] 在現(xiàn)有CT系統(tǒng)中，將X射線束從X射線源經(jīng)由患者前準(zhǔn)直器投射，該患者前準(zhǔn)直 器定義患者軸或z軸中X射線束輪廓。準(zhǔn)直器典型地包括X射線吸收材料，其具有孔徑以 用于限制X射線束。
[0004] X射線檢測(cè)器還典型地包括用于將檢測(cè)器處接收的X射線束準(zhǔn)直的準(zhǔn)直器、鄰近 準(zhǔn)直器且用于將X射線轉(zhuǎn)換成光能的閃爍器以及用于從鄰近閃爍器接收光能并據(jù)以產(chǎn)生 電信號(hào)的光電二極管。作為備選，X射線檢測(cè)器可以包括將X射線束直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的 直接轉(zhuǎn)換裝置。
[0005] 典型地，閃爍器陣列中的每一個(gè)閃爍器將X射線轉(zhuǎn)換成光能。每個(gè)閃爍器將光能 釋放到與之鄰接的光電二極管。每個(gè)光電二極管檢測(cè)光能并生成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。然后將光 電二極管的輸出傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以用于校準(zhǔn)和圖像重構(gòu)。
[0006] 檢測(cè)器陣列處接收的衰減的射線束輻射強(qiáng)度典型地取決于受檢者對(duì)X射線的衰 減。檢測(cè)器陣列的每個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生單獨(dú)電信號(hào)，其指示每個(gè)檢測(cè)器元件接收的衰減的 射線束。這些電信號(hào)被傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以用于分析，最終產(chǎn)生圖像。
[0007] -般來說，X射線源和檢測(cè)器陣列在成像平面內(nèi)繞著臺(tái)架和圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)，以使 X射線束與受檢者相交的角度恒定地改變。在一個(gè)臺(tái)架角度下來自檢測(cè)器陣列的一組X射 線衰減測(cè)量，即，投射數(shù)據(jù)稱為"視圖"。受檢者的"掃描"包括X射線源和檢測(cè)器的一個(gè)循 環(huán)期間，在不同臺(tái)架角度下或查看角度下制作的一組視圖。作為備選，可以將X射線源和檢 測(cè)器的陣列布置成完全包圍患者，從而允許CT系統(tǒng)獲取完整數(shù)據(jù)或投射集合而無需旋轉(zhuǎn) 移動(dòng)。
[0008] CT成像系統(tǒng)沿著其z軸的分辨率是重要的性能參數(shù)。能夠解析精細(xì)結(jié)構(gòu)可使更好 的診斷成為可能。例如，提高的分辨率不僅有助于IAC和四肢研究，而且對(duì)于心臟科應(yīng)用還 幫助檢查支架結(jié)構(gòu)的完整性。
[0009] CT成像系統(tǒng)典型地在諸如準(zhǔn)直器孔徑尺寸、X射線焦斑尺寸、檢測(cè)器單元尺寸和 CT系統(tǒng)的幾何形狀的因素造成的限制內(nèi)提供沿著患者縱軸（Z軸）的圖像分辨率。至少一 種公知的CT系統(tǒng)的最小片層厚度是1. 25毫米，其主要由檢測(cè)器單元間距尺寸確定。為了 提高圖像分辨率，期望將片層厚度減小到小于1毫米，以及以對(duì)成像系統(tǒng)硬件最小的影響 來實(shí)現(xiàn)這種減小。對(duì)于具有本身片層厚度小于1mm的CT系統(tǒng)(例如，至少一個(gè)公知CT系 統(tǒng)提供0. 625mm)，期望更進(jìn)一步地減小片層厚度(例如，減小到小于0. 5mm)。
[0010] 為了減小單一片層或雙片層成像系統(tǒng)的片層厚度，照射檢測(cè)器元件的多個(gè)部分， 以及將如投射數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)去卷積（deconvolved)，以減少重構(gòu)的片層分布 的半峰全寬（FWHM)間距。但是，可能在對(duì)多片層成像系統(tǒng)同時(shí)收集多于兩個(gè)檢測(cè)器行信號(hào) 實(shí)現(xiàn)此方法時(shí)產(chǎn)生困難，因?yàn)榉浅ｋy將患者前準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)成部分地遮擋每個(gè)個(gè)體檢測(cè)器行 的X射線束。
[0011] 針對(duì)多片層成像系統(tǒng)提高z軸的空間分辨率的過往工作主要著重于硬件解決方 案，如將檢測(cè)器單元切割得更小或動(dòng)態(tài)地偏轉(zhuǎn)X射線焦斑以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的采樣。針對(duì)提高z 軸中的空間分辨率而提出的另一種方法是"薄雙（thintwin)"方法，其中將多片層檢測(cè)器 與窄準(zhǔn)直的X射線束組合來實(shí)現(xiàn)比檢測(cè)器的孔徑更薄的片層分布。雖然這些基于硬件的方 法可以提高分辨率，但是這些方法增加了整體系統(tǒng)成本、技術(shù)的復(fù)雜性以及掃描器的采集 時(shí)間。
[0012] 為了提高z軸空間分辨率，也已經(jīng)提出基于軟件的解決方案。例如，已有多種嘗試 使用去卷積技術(shù)來減小片層靈敏度分布。雖然這些技術(shù)在減小片層靈敏度分布的FWHM中 可能是有效的，但是，這些技術(shù)一般會(huì)由于去卷積算法的特點(diǎn)而導(dǎo)致已處理的圖像中的過 沖（overshoot)和欠沖（undershoot)。過沖和欠沖現(xiàn)象是非常不希望見到的，因?yàn)樗诟?密度對(duì)象周圍產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，并且可能潛在地導(dǎo)致圖像的臨床誤解釋。
[0013] 因此，期望設(shè)計(jì)一種克服前述缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法以用于提高多片層CT成像系統(tǒng) 的z軸中的空間分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)其上存儲(chǔ)有包含指令的 計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述指令被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，促使所述計(jì)算機(jī)使用CT成像系統(tǒng)從對(duì)象獲取投 射集合并根據(jù)所述投射集合重構(gòu)被掃描的對(duì)象的初始圖像，重構(gòu)的初始圖像包含多個(gè)像 素。所述指令還促使所述計(jì)算機(jī)在所述多個(gè)像素內(nèi)識(shí)別候選像素，對(duì)所述候選像素應(yīng)用非 線性強(qiáng)化以便迭代地調(diào)整所述候選像素的強(qiáng)度值，以及使用所述候選像素的已調(diào)整的強(qiáng)度 值來生成最終圖像。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種生成CT圖像的方法包括，從CT成像系統(tǒng)獲取表示對(duì) 象的CT數(shù)據(jù)，根據(jù)所獲取的CT數(shù)據(jù)重構(gòu)CT圖像，以及基于所述CT圖像的相鄰像素之間的 強(qiáng)度變化從所述CT圖像中識(shí)別候選像素集合。該方法還包括迭代地增強(qiáng)所述候選像素集 合的強(qiáng)度并使用該迭代強(qiáng)化的候選像素集合和來自所述CT圖像的多個(gè)未增強(qiáng)的像素生成 所述對(duì)象的最終圖像。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種CT系統(tǒng)包括具有開口以接納要掃描的受檢者的可 旋轉(zhuǎn)臺(tái)架、設(shè)在所述可旋轉(zhuǎn)臺(tái)架上且配置成對(duì)所述受檢者投射X射線的X射線源以及連接 到所述臺(tái)架且定位成接收來自所述X射線源且穿過所述受檢者的X射線的多片層檢測(cè)器陣 列。所述CT系統(tǒng)還包括定位在所述開口中的工作臺(tái)和計(jì)算機(jī)，所述工作臺(tái)可在所述CT系 統(tǒng)的Z方向上移動(dòng)。所述計(jì)算機(jī)編程為獲取所述對(duì)象的多個(gè)投射數(shù)據(jù)集，使用所述多個(gè)投 射數(shù)據(jù)集重構(gòu)所述對(duì)象的圖像，以及基于多個(gè)候選像素中相應(yīng)后續(xù)像素與所述重構(gòu)的圖像 中與所述相應(yīng)候選像素相鄰的至少兩個(gè)像素以從所述重構(gòu)的圖像中識(shí)別所述多個(gè)候選像 素。所述計(jì)算機(jī)還編程為修改所述多個(gè)候選像素的強(qiáng)度并使用所述多個(gè)候選像素的修改的 強(qiáng)度來生成強(qiáng)化的圖像。
[0017] 通過下文的詳細(xì)描述和附圖，將使多種其他特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。
【附圖說明】
[0018] 這些附圖圖示目前設(shè)想用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0019] 在這些附圖中： 圖1是CT成像系統(tǒng)的繪畫視圖。
[0020] 圖2是圖1所示的系統(tǒng)的示意框圖。
[0021] 圖3是CT系統(tǒng)檢測(cè)器陣列的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0022] 圖4是檢測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0023]圖5是CT成像系統(tǒng)，如圖1的CT成像系統(tǒng)的示范性片層靈敏度分布。
[0024] 圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種用于生成強(qiáng)化的圖像的技術(shù)。
[0025] 圖7是圖示沿著z軸的相鄰樣本點(diǎn)群組所對(duì)應(yīng)的像素之間的示范強(qiáng)度變化的曲線 圖。
[0026] 圖8是圖示沿著z軸的相鄰樣本點(diǎn)群組所對(duì)應(yīng)的像素之間的另一個(gè)示范強(qiáng)度變化 的曲線圖。
[0027] 圖9是圖示沿著z軸的相鄰樣本點(diǎn)群組所對(duì)應(yīng)的像素之間的另一個(gè)示范強(qiáng)度變化 的曲線圖。
[0028] 圖10是圖示沿著z軸的相鄰樣本點(diǎn)群組所對(duì)應(yīng)的像素之間的另一個(gè)示范強(qiáng)度變 化的曲線圖。
[0029]圖11圖示CT成像系統(tǒng)，如圖1的CT成像系統(tǒng)獲取的薄箱片仿真的示范性冠狀圖 像，其中靶向的片層厚度為0.625mm以及按0.1mm增量重構(gòu)的圖像。
[0030]圖12圖示CT成像系統(tǒng)，如圖1的CT成像系統(tǒng)獲取的薄箱片仿真（phantom)的示 范性冠狀圖像，其中靶向片層厚度為1. 25_以及按0. 2_增量重構(gòu)的圖像。
[0031] 圖13是圖11所示圖像所對(duì)應(yīng)的片層靈敏度分布。
[0032] 圖14是圖12所示圖像所對(duì)應(yīng)的片層靈敏度分布。
[0033] 圖15是用于與非侵入包裹檢查系統(tǒng)一起使用的CT系統(tǒng)的繪畫視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 本發(fā)明的操作環(huán)境是結(jié)合64片層計(jì)算機(jī)層析（CT)系統(tǒng)來描述的。但是，本領(lǐng)域 技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明等效地可應(yīng)用于與其他多片層配置結(jié)合使用。此外，雖然本發(fā)明 是結(jié)合與CT系統(tǒng)一起使用的圖像重構(gòu)技術(shù)來描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本文 闡述的概念不限于CT，并且可以應(yīng)用于與醫(yī)療領(lǐng)域和非醫(yī)療領(lǐng)域中的其他成像設(shè)備一起使 用的重構(gòu)技術(shù)，例如，X射線系統(tǒng)、PET系統(tǒng)、SPECT系統(tǒng)、MR系統(tǒng)或其任何組合。而且，本發(fā) 明將結(jié)合X射線的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換來描述。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可等效地 應(yīng)用于其他高頻電磁能的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。本發(fā)明將結(jié)合"第三代"CT掃描器來描述，但是可等 效地與其他CT系統(tǒng)一起應(yīng)用。
[0035] 參考圖1，計(jì)算機(jī)層析（CT)成像系統(tǒng)10示出為包括表示"第三代"CT掃描器的臺(tái) 架12。臺(tái)架12具有x射線源14,x射線源14向臺(tái)架12的對(duì)側(cè)上的檢測(cè)器組裝件或準(zhǔn)直器 18投射X射線束?，F(xiàn)在參考圖2,檢測(cè)器組裝件18由多個(gè)檢測(cè)器20和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS) 32形成。多個(gè)