專利名稱：計(jì)算機(jī)層析x射線攝影紋理抑制濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及在醫(yī)/學(xué)中用來生成諸如患者的計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(CT)圖象的CT系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于減少CT圖象中的紋理的改進(jìn)的紋理抑制濾波器。
背景技術(shù)：
第三代類型的計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(CT)系統(tǒng)包含分別固定在環(huán)形盤的直徑對(duì)側(cè)上的X射線源及X射線檢測(cè)器系統(tǒng)。該盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在門式支架上，以便在掃描中，盤連續(xù)地繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)X射線從源通過位于盤的開口內(nèi)的對(duì)象到達(dá)檢測(cè)器系統(tǒng)。
檢測(cè)器系統(tǒng)通常包含成單行布置在園弧形中的檢測(cè)器陣列，該園弧的曲率中心位于稱作“焦點(diǎn)”的來自X射線源的輻射發(fā)散處。X射線源及檢測(cè)器陣列定位成使源與各檢測(cè)器之間的X射線路徑全都位于垂直于盤的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的同一平面中(此后稱作“片平面”或“掃描平面”)。由于X射線由基本上點(diǎn)源發(fā)源，并在不同角度上延伸到檢測(cè)器，X射線路徑象扇子，并因而經(jīng)常用“扇束”一詞來描述在任何瞬時(shí)上的所有X射線路徑。在掃描期間測(cè)定的瞬時(shí)上入射在單個(gè)檢測(cè)器上的X射線通常稱作“射線”，而各檢測(cè)器則生成指示其對(duì)應(yīng)射線的強(qiáng)度的輸出信號(hào)。由于各射線受到其路徑中所有物質(zhì)的部分衰減，因此各檢測(cè)器所生成的輸出信號(hào)代表僅次于檢測(cè)器與X射線源之間的所有物質(zhì)的密度(即位于該檢測(cè)器的對(duì)應(yīng)射線路徑中的物質(zhì)的密度)。
X射線檢測(cè)器所生成的輸出信號(hào)通常由CT系統(tǒng)的信號(hào)處理部分處理。該處理部分通常包括濾波X射線檢測(cè)器生成的信號(hào)以改進(jìn)它們的信噪比的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。DAS所生成的濾波后的輸出信號(hào)通常稱作“原始數(shù)據(jù)信號(hào)”。該信號(hào)處理部分通常包含投影響濾波器，它用對(duì)數(shù)處理原始數(shù)據(jù)信號(hào)以生成一組投影數(shù)據(jù)信號(hào)，以便各投影數(shù)據(jù)信號(hào)表示位于對(duì)應(yīng)的射線路徑中的物質(zhì)的密度。在測(cè)定瞬時(shí)或時(shí)間間隔上的所有投影數(shù)據(jù)信號(hào)的集合通常稱作“投影”或“視圖”。在單次掃描期間，隨著盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，生成多個(gè)投影，使得在盤的不同角位置上生成各投影。對(duì)應(yīng)于特定投影的盤的角方向稱作“投影角”。
采用諸如Radon算法等知名算法，可以從在各投影角上采集的所有投影數(shù)據(jù)信號(hào)中生成CT圖象。CT圖象代表受掃描的對(duì)象沿掃描平面的二維“片”的密度。從投影數(shù)據(jù)信號(hào)中生成CT圖象的過程通常稱作“濾波后的背投影”或“重構(gòu)”，因?yàn)榭蓪T圖象看成是從投影數(shù)據(jù)重構(gòu)的。信號(hào)處理部分通常包含用于從投影數(shù)據(jù)信號(hào)中生成重構(gòu)的CT圖象的背投影機(jī)。
CT系統(tǒng)的一個(gè)問題在于各式各樣的噪聲與誤差源有可能潛在地對(duì)重構(gòu)的CT圖象產(chǎn)生噪聲或人為現(xiàn)象。因此CT系統(tǒng)通常采用許多信號(hào)處理技術(shù)來改進(jìn)信噪比及減少重構(gòu)的CT圖象中存在的人為現(xiàn)象。
CT系統(tǒng)中的一種重要噪聲在重構(gòu)的CT圖象中表現(xiàn)為通常稱作“紋理”的“紋理樣”人為現(xiàn)象的形式。

圖1為展示與紋理相關(guān)的問題的人頭部的示例性重構(gòu)的CT圖象。圖1中的白色區(qū)域表示骨質(zhì)而灰色區(qū)域表示軟組織。熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，圖1中的軟組織區(qū)包含許多紋理，它們干擾圖象的解釋。
產(chǎn)生紋理的一個(gè)重要因素是檢測(cè)器陣列中的檢測(cè)器的有限尺寸與間隔引起的混淆?；颊叩墓琴|(zhì)與軟組織之間的界面(稱作“骨—組織界面”)在投影數(shù)據(jù)信號(hào)中生成高頻分量，它們經(jīng)常由于檢測(cè)器有限尺寸與間隔而抽樣不足。這種抽樣不足在重構(gòu)的CT圖象中產(chǎn)生紋理。紋理也可由諸如在掃描中患者或門架的移動(dòng)等其它因素引起，或者由患者體內(nèi)存在的金屬植入物或其它高密度假器官引起。
圖2A-B示出為何骨—組織界面在投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生高頻分量。熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解圖2A-B不是按比例畫出的而只是為了示例性目的提供的。圖2A示出患者50的斷面、X射線源42及單個(gè)投影角的檢測(cè)器陣列44的一部分?；颊?0的斷面置于源42與檢測(cè)器陣列44之間并包含軟組織區(qū)50A及骨質(zhì)區(qū)50B。檢測(cè)器陣列44示出為包含7個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)器441-447上，射線522入射在檢測(cè)器442上，以此類推。檢測(cè)器陣列44所生成的輸出信號(hào)DET被DAS 45濾波而生成對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)信號(hào)RDS。所示出的DAS 45包含7個(gè)獨(dú)立單元451-457，每單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)檢測(cè)器。DAS 45所生成的原始數(shù)據(jù)信號(hào)此后被投影濾波器的陣列47濾波而生成投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS。所示出的陣列47包含7個(gè)獨(dú)立的投影濾波器471-477，每個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)于一檢測(cè)器。
圖2B為陣列47生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS的幅值圖。由于檢測(cè)器441、442、446及447各自的射線路徑中只置有軟組織(及空氣)，對(duì)應(yīng)的投影濾波器471、472、476及477所生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)的幅值相對(duì)地小。由于檢測(cè)器443、444及445各自的射線路徑中置有一些骨質(zhì)并由于骨質(zhì)比軟組織密實(shí)得多，對(duì)應(yīng)的投影濾波器473、474及475所生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)的幅值相對(duì)地大。因此從軟組織到骨質(zhì)的過渡(即骨—組織界面)在投影數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)為銳“邊”或不連續(xù)性，該邊沿位于幅值急劇變化處(該邊沿在圖2B中位于檢測(cè)器442與443之間的過渡處，及檢測(cè)器445與446之間的過渡處)。這種銳邊表示投影數(shù)據(jù)中的高頻分量。
如圖2A中所示，檢測(cè)器443跨著骨-組織界面(檢測(cè)器445也同樣)這意味著一部分靠近界面的骨質(zhì)及一部分靠近界面的軟組織位于射線路徑523中。在這一位置上入射在檢測(cè)器443上的射線523的強(qiáng)度表示骨與組織密度的平均值。因此，通過跨在骨—組織界面上，檢測(cè)器443“模糊”或抽樣不足界面的位置。在掃描中，在盤充分地轉(zhuǎn)動(dòng)而將新的檢測(cè)器放在界面下之前，單個(gè)檢測(cè)器通常在若干投影角上跨骨—組織界面。然后這一新檢測(cè)器將在若干個(gè)以后的投影角上跨該界面。在若干投影角上有檢測(cè)器以這一方式跨在界面上，掃描器便難于精確地定位界面而在重構(gòu)的CT圖象中產(chǎn)生紋理。
減少紋理的一種先有技術(shù)方法是縮小檢測(cè)器的尺寸及更緊密地將檢測(cè)器組裝在一起，雖然簡(jiǎn)單且有效，但由于需要更多的檢測(cè)器而提高系統(tǒng)的成本，并且這樣小尺寸的檢測(cè)器的制造要求可能超出當(dāng)前技術(shù)的極限。
減少紋理的另一方法是在投影數(shù)據(jù)上應(yīng)用線性低通濾波器從而消除以后產(chǎn)生紋理的高頻分量。通常將這一低通濾波器加入到卷積濾波器中，后者在將這些信號(hào)作用在背投影機(jī)上之前通常用已知的卷積掩碼卷積這些投影數(shù)據(jù)信號(hào)?？梢哉J(rèn)為卷積濾波器是背投影機(jī)的一部分。低通濾波器有時(shí)也用物理前置濾波器來實(shí)現(xiàn)，后者在檢測(cè)器與X射線源之間平均或模糊數(shù)據(jù)。達(dá)到這一物理前置濾波器的一種普通與實(shí)用的方法為放大或振蕩X射線焦點(diǎn)。這一方法的確減少紋理，然而它們也具有消除信息量豐富的高頻分量的缺點(diǎn)，并從而降低所生成的CT圖像的質(zhì)量。通常，這種線性濾波器不能充分濾波數(shù)據(jù)以減少紋理同時(shí)又不產(chǎn)生降低CT圖象的質(zhì)量的不良后果。
因此存在著對(duì)減少CT圖象的紋理的改進(jìn)的方法與裝置的需求。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的為明顯減少或克服上述先有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的另一目的為提供改進(jìn)的紋理抑制濾波器。
本發(fā)明的另一目的為提供用于減少CT圖象中的紋理的改進(jìn)的非線性紋理抑制濾波器。
本發(fā)明的又另一目的為提供用于抑制其輸入信號(hào)的高幅、高頻分量的改進(jìn)的紋理抑制濾波器。
本發(fā)明的另一目的為提供包含高通波波器及用于濾波高通濾波器所生成的輸出信號(hào)的非線性濾波器的改進(jìn)的紋理抑制濾波器。
本發(fā)明的又另一目的為提供包含高通濾波器及用于修剪高通濾波器的輸出的門限裝置的改進(jìn)的紋理抑制濾波器。
發(fā)明概述上述及其它目的是由供在CT系統(tǒng)中使用的改進(jìn)的紋理抑制濾波器提供的。CT系統(tǒng)生成各表示對(duì)象的一部分的密度的多個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)，并且該CT系統(tǒng)包含用于從多個(gè)投影信號(hào)中生成對(duì)象的圖象的圖象生成裝置。紋理抑制濾波器包含用于接收投影數(shù)據(jù)信號(hào)及用于從中生成多個(gè)低頻信號(hào)及多個(gè)高頻信號(hào)的空間濾波器。該紋理抑制濾波器還包含用于濾波高頻信號(hào)來生成多個(gè)經(jīng)過濾波的信號(hào)的非線性濾波器及用于組合對(duì)應(yīng)的低頻與經(jīng)過濾波的信號(hào)從而生成多個(gè)校正過紋理的信號(hào)的裝置。然后，該紋理抑制濾波器將校正過紋理的信號(hào)作用在圖象生成裝置上，后者從中生成對(duì)象的具有減少了紋理的CT圖象。
一方面，該紋理抑制濾波器通過低通濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)形成低頻信號(hào)，并通過從它們對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)信號(hào)中減去這些低頻信號(hào)而形成高頻信號(hào)。
另一方面，非線性濾波器包含用于通過修剪大于閥值的高頻信號(hào)而生成經(jīng)過濾波的信號(hào)的門限裝置。
從下面的詳細(xì)描述中，熟悉本技術(shù)的人員很容易明白本發(fā)明的另外的目的及優(yōu)點(diǎn)，其中示出與描述了若干實(shí)施例，這些實(shí)施例只是例示本發(fā)明的最佳模式。如能理解的，本發(fā)明能具有其它不同的實(shí)施例，而其若干細(xì)節(jié)則可以是完全不脫離本發(fā)明的各方面的修正。從而，附圖及描述應(yīng)認(rèn)為本質(zhì)上是示例性的，而不具有限制性或限定的意義，本申請(qǐng)的范圍在權(quán)利要求書中指明。
附圖的簡(jiǎn)要說明為了對(duì)本發(fā)明的本質(zhì)與目的的更全面的理解，應(yīng)參照下面結(jié)合附圖作出的詳細(xì)描述，其中相同的參照數(shù)字用來指示相同的或類似的部件，附圖中圖1為人頭部的CT圖象，該圖象例示了與紋理相關(guān)的問題；圖2A示出CT掃描器中的X射線源與一組檢測(cè)器之間的射線路徑；圖2B為由圖2A中所示的CT掃描器形成的，表示X射線吸收量的投影數(shù)據(jù)的幅值的曲線；圖3為包含按照本發(fā)明構(gòu)成的紋理抑制濾波器的CT掃描器的軸向視圖；圖4為按照本發(fā)明構(gòu)成的紋理抑制濾波器的方框圖；圖5為詳細(xì)展示空間濾波器的一個(gè)實(shí)施例的圖4中所示的紋理抑制濾波器的方框圖；圖6為使用用來重構(gòu)圖1中所示的圖像的相同的原始數(shù)據(jù)并且還采用按照本發(fā)明的紋理抑制濾波器重構(gòu)的人頭部的CT圖像；圖7A-E為展示圖4及5中所示的門限裝置可以采用的轉(zhuǎn)換函數(shù)的實(shí)例的曲線；圖8為按照本發(fā)明構(gòu)成的較佳CT掃描器的信號(hào)處理部分的方框圖；圖9A示出一組不平行的射線形成的一個(gè)投影的一部分；圖9B示出由一組平行的射線形成的一個(gè)經(jīng)過修正的投影的一部分；圖10A-B示出構(gòu)成由一組平行射線生成的投影的方法；圖11A-B示出分別用于零與180度投影角的按照本發(fā)明構(gòu)成的CT掃描器的X射線源、患者與檢測(cè)器陣列之間的空間關(guān)系；以及圖12示出用于零與180度投影角的檢測(cè)器陣列與相關(guān)射線之間的空間關(guān)系。
附圖的詳細(xì)說明圖3示出采用本發(fā)明的原理的示例性CT系統(tǒng)或掃描器40。掃描器40包括安裝在盤46上的X射線源42及包含檢測(cè)器陣列的檢檢測(cè)器組件44。源42與檢測(cè)器組件44繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸48(垂直于圖3中所示的視圖延伸)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在CT掃描期間繞延伸通過盤46的中央開口的對(duì)象50轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)象50可以是活患者的一部分，如職頭部或軀干。源42在掃描平面內(nèi)(垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸48)發(fā)射X射線的連續(xù)扇形束52，它們?cè)谕ㄟ^對(duì)象50之后由組件44的檢測(cè)器感測(cè)。防散射板陣列54最好位于對(duì)象50與組件44的檢測(cè)器之間以基本上防止檢測(cè)器感測(cè)到散射的射線。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，檢測(cè)器數(shù)目為384并復(fù)蓋48°的弧，但數(shù)目與角度是可變的。最好是鋁等輕重量材料的盤46快速與平滑地繞軸48轉(zhuǎn)動(dòng)。盤46具有開放式構(gòu)造，使得能夠通過盤的開口安置對(duì)象50?？蓪?duì)象50支承在諸如桌子56上，它最好是對(duì)X射線實(shí)際上是透明的。
將檢測(cè)器組件44生成的輸出信號(hào)作用在DAS45上(以方框圖形式示出)，后者從其中生成原始數(shù)據(jù)信號(hào)。將原始數(shù)據(jù)信號(hào)作用在生成投影數(shù)據(jù)信號(hào)的投影濾波器陳列47上。隨著盤46的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用投影數(shù)據(jù)信號(hào)從許多投影角度提供投影。將投影數(shù)據(jù)信號(hào)作用在紋理抑制濾波器70上，后者以減少重構(gòu)的CT圖像中的紋理的方式按照本發(fā)明濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)。將稱作“校正紋理的投影數(shù)據(jù)信號(hào)”或簡(jiǎn)單地稱作“校正紋理的信號(hào)”的紋理抑制濾波器70所生成的輸出信號(hào)作用在背投影機(jī)72上，后者從校正紋理的信號(hào)中生成CT圖象。背投影機(jī)72在輸入級(jí)中包含卷積濾波器來卷積用于背投影的數(shù)據(jù)。
如下面要進(jìn)一步討論的，紋理抑制濾波器70最好是非線性濾波器，并通過采用紋理抑制波器70生成的校正紋理的信號(hào)而不是投影濾波器47生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)，掃描器40便能生成具有較少紋理及改進(jìn)的清晰度的改進(jìn)的更好質(zhì)量的CT圖象。
圖4為詳細(xì)展示紋理抑制濾波器70的CT掃描器40的信號(hào)處理部分的方框圖。掃描器40為N通道裝置而檢測(cè)器陣列44包含N個(gè)檢測(cè)器441-44N。如上所述，在較佳實(shí)施例中，在陣列44中有384個(gè)檢測(cè)器，因此在較佳實(shí)施例中N等于384，然而，其它數(shù)目的通道當(dāng)然也是可能的。陣列44中的N個(gè)檢測(cè)器在每一投影角上生成N個(gè)作用在DAS45上的檢測(cè)器輸出信號(hào)DET1-DETN。DAS45濾波檢測(cè)器輸出信號(hào)并生成N個(gè)對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)信號(hào)RDS1-RDSN。將該N個(gè)原始數(shù)據(jù)信號(hào)作用在投影濾波器47上，后者在每一投影角上生成N個(gè)對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS1-PDSN。將這N個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)作用在紋理抑制濾波器70上，后者為每一投影角生成N個(gè)校正紋理的信號(hào)SCS1-SCSN。將來自所有投影角的N個(gè)校正紋理的信號(hào)作用在生成重構(gòu)的CT圖象的背投影機(jī)72上。
紋理抑制濾波器70為在各投影角上采集的數(shù)據(jù)執(zhí)行基本上相同的功能，因此通常只討論在投影角之一上采集的數(shù)據(jù)的處理。紋理抑制濾波器70包含空間濾波器110、一組N個(gè)門限裝置1201-120N及一組對(duì)應(yīng)的N個(gè)加法器1301-130N。將投影濾波器47生成的N個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS1-PDSN作用在空間濾波器110上，作為響應(yīng)，空間濾波器110生成N個(gè)高頻信號(hào)PDSHF1-PDSHFN及N個(gè)低頻信號(hào)PDSLF1-PDSLFN。將N個(gè)高頻信號(hào)PDSHF1-PDSHFN作用在N個(gè)門限裝置1201-120N上，后者從中生成一組稱作“經(jīng)過濾波的信號(hào)”或“經(jīng)過修剪的信號(hào)”的N個(gè)輸出信號(hào)。將各經(jīng)過修剪的信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的低頻信號(hào)作用在N個(gè)加法器1301-130N之一的輸入端上，后者從中生成對(duì)應(yīng)的校正紋理的信號(hào)，因此N個(gè)加法器1301-130N生成N個(gè)校正紋理的信號(hào)SCS1-SCSN。
各通道中的數(shù)據(jù)包含一個(gè)檢測(cè)器輸出信號(hào)、一個(gè)原始數(shù)據(jù)信號(hào)、一個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)、一個(gè)高頻信號(hào)、一個(gè)低頻信號(hào)及一個(gè)校正紋理的信號(hào)。因此例如，第三通道中的數(shù)據(jù)包含第三通道檢測(cè)器443生成的第三通道檢測(cè)器輸出信號(hào)DET3、第三通道原始數(shù)據(jù)信號(hào)RDS3、第三通道投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS3、第三通道高頻與低頻信號(hào)PDSHF3、PDSLF3及第三通道校正紋理的信號(hào)SCS3。
為了生成高與低頻信號(hào)的目的，掃描器40中各通道最好與通道的鄰域關(guān)聯(lián)?？臻g濾波器110最好通過在該通道的鄰域中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)上執(zhí)行空間高通濾波操作生成各通道的高頻信號(hào)，類似地空間濾波器110最好在該通道的鄰域中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)上執(zhí)行空間低通濾波操作來生成各通道的低頻信號(hào)。各鄰域最好包含一組鄰接的通道，一種較佳的鄰域規(guī)模為三，這意味著各領(lǐng)域是通過組合中央通道與該中央通道兩側(cè)的兩條通道構(gòu)成的。例如，第三通道可與第二與第四通道組合以構(gòu)成三條通道的鄰域，然后空間濾波器110通過采用適當(dāng)?shù)母咄V波卷積掩碼組合第二、第三與第四通道PDS2、PDS3、PDS4中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)來生成第三通道PDSHF3中的高頻信號(hào)。類似地，空間濾波器110通過采用適當(dāng)?shù)牡屯V波卷積掩碼組合第二、第三與第四通道PDS2、PDS3、PDS4中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)來生成第三通道PDSHF3中的高頻信號(hào)。類似地，空間濾波器110通過采用適當(dāng)?shù)牡屯V波卷積掩碼組合第二、第三與第四通道PDS2、PDS3、PDS4中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)來生成第三通道PDSLF3中的低頻信號(hào)。另一種較佳的鄰域規(guī)模為五，熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，其它鄰域規(guī)模在本發(fā)明中也工作得同樣好。此外，空間濾波器110所執(zhí)行的低與高通濾波操作最好將各投影數(shù)據(jù)信號(hào)的所有能量引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)的低頻信號(hào)或?qū)?yīng)的高頻信號(hào)之一中，使得隨后的對(duì)應(yīng)高與低頻信號(hào)的組合正好再生原來的投影數(shù)據(jù)信號(hào)。
N個(gè)門限裝置1201-120N中各個(gè)在其輸入信號(hào)上執(zhí)行修剪操作，即各門限裝置將其輸入高頻信號(hào)與閥值比較，在該高頻信號(hào)的幅值小于閥值時(shí)生成等于該高頻信號(hào)的修剪的信號(hào)，在該高頻信號(hào)大于閥值時(shí)生成等于該閥值的修剪的信號(hào)，而在該高頻信號(hào)小于負(fù)一乘閥值時(shí)生成等于負(fù)一乘該閥值的修剪的信號(hào)。作為替代，如下面將更詳細(xì)地討論的，各門限裝置在高頻信號(hào)大于閥值時(shí)可生成等于與閥值不同的預(yù)選擇的值的修剪的信號(hào)，而在該高頻信號(hào)小于負(fù)一乘閥值時(shí)生成等于負(fù)一乘該預(yù)選擇的值的修剪的信號(hào)。閥值及預(yù)選擇的值可永久性地編程在門限裝置中或者可由操作人員選擇。然后各該N個(gè)加法器1301-130N求和其通道中的修剪的信號(hào)與低頻信號(hào)以生成該通道的校正紋理的信號(hào)。
圖5為展示紋理抑制濾波器70的一個(gè)較佳實(shí)施例的方框圖，其中空間濾波器110是用一組N個(gè)三點(diǎn)空間低通濾波器2101-210N及一組對(duì)應(yīng)的N個(gè)減法器2201-220N實(shí)現(xiàn)的。在各通道中，該空間低通濾波器具有耦合成接收來自該通道的鄰域的投影數(shù)據(jù)信號(hào)的三個(gè)輸入端，并從中生成該通道的低頻信號(hào)。將各通道中的低頻信號(hào)作用在該通道減法器的負(fù)輸入端上，而將該通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)作用在該通道的減法器的正輸入端上。然后在各通道中，減法器從該通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)中減去該通道的低頻信號(hào)，借此生成作用在該通道的門限裝置上的該通道的高頻信號(hào)。例如，將第三通道中低通濾波器2103生成的低頻信號(hào)PDSLF3作用在第三通道的減法器2203的負(fù)輸入端上，并將第三通道中的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS3作用在第三通道的減法器2203的正輸入端上。減法器2203從其正輸入端上的信號(hào)中減去其負(fù)輸入端上的信號(hào)從而生成第三通道的高頻信號(hào)PDSHF3并將這一信號(hào)作用在第三通道的門限裝置1203上。由于各通道中的高頻信號(hào)是簡(jiǎn)單地由該通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)減去該通道的低頻信號(hào)而生成的，隨后的單個(gè)通道的低與高頻信號(hào)的相加將正好再生該通道的原始投影數(shù)據(jù)信號(hào)。這是令人滿意的，因此在高頻信號(hào)在閥值以下時(shí)，校正紋理的信號(hào)正好等于原始投影數(shù)據(jù)信號(hào)并且保留了全部高頻信息供在重構(gòu)CT圖像中使用。在本實(shí)施例中，當(dāng)高頻信號(hào)的幅值小于閥值時(shí)，各校正紋理的信號(hào)等于其對(duì)應(yīng)的原始投影數(shù)據(jù)信號(hào)。然而，當(dāng)高頻信號(hào)的幅值超過閥值時(shí)，校正紋理的信號(hào)主要是通過從其對(duì)應(yīng)的原始投影數(shù)據(jù)信號(hào)中消除一些高頻能量而生成的。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，空間低通濾波器按照式(1)生成低頻信號(hào)。
PDSLFx＝0.25 PDS(x-1)+0.50 PDSx+0.25 PDS(x+1)(1)其中x為從2至(N-1)范圍內(nèi)的整數(shù)。作為特定的實(shí)例，第四通道中的空間低通濾波器2104通過求出0.25倍來自第三通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS3、0.50倍來自第四通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS4及0.25倍來自第五通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS5之和而生成第四通道的低頻信號(hào)PDSLF4。熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，式(1)等價(jià)于用三點(diǎn)卷積掩碼{0.25，0.50，0.25}在投影數(shù)據(jù)信號(hào)上執(zhí)行卷積。在這一實(shí)施例中，低通濾波器為三點(diǎn)濾波器及使用三個(gè)檢測(cè)器的鄰域。在另一較佳實(shí)施例中，低通濾波器為五點(diǎn)濾波器并使用五個(gè)檢測(cè)器的鄰域及使用掩碼{0.10，0.25，0.30，0.25，0.10}。這些掩碼為“平均的”或“模糊的”掩碼，并且是以示例方式給出的。本發(fā)明中其它平均掩碼及其它鄰域規(guī)模也工作得一樣好。此外，空間低通濾波器可用其它有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器、無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器、遞歸或非遞歸濾波器、以及用于諸如傅里葉變換技術(shù)的頻域?yàn)V波器來實(shí)現(xiàn)。
空間低通濾波器2101為位于通道陣列一端的第一通道計(jì)算低頻信號(hào)PDSLF1。由于這一通道并沒有兩側(cè)上的鄰接通道，濾波器2101不可能按照式(1)生成其低頻輸出信號(hào)，并且如圖5中所示，濾波器2101只耦合成接收兩個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)。在靠近陣列端部上計(jì)算鄰域型處理的這一問題是在圖像處理技術(shù)中大家所理解的，并且濾波器2101可采用任何數(shù)目的已知方法來計(jì)算其低頻輸出信號(hào)PDSLF1。例如，空間低通濾波器2101可將其第三輸入端(在圖5中示出為未連接的)耦合到基準(zhǔn)(如地)上，因此將第三輸入永遠(yuǎn)解釋為零，然后用其它濾波器所使用的卷積掩碼的按比例增大的形式卷積這三個(gè)輸入。此外，濾波器2101可將第二與第三輸入端耦合到第二通道投影數(shù)據(jù)信號(hào)PDS2上?；蛘?，濾波器2101可采用與其它濾波器不同的卷積掩碼。位于陣列的另一端的濾波器210N當(dāng)然也利用類似選擇。
紋理抑制濾波器70已結(jié)合圖5討論過為包含低通濾波器陣列的。熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，紋理抑制濾波器70也可采用一組高通濾波器而不是低通濾波器來實(shí)現(xiàn)。在這一實(shí)施例中，高頻信號(hào)是由高通濾波器生成的，而低頻信號(hào)是從對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)信號(hào)中減去高頻信號(hào)生成的。此外，紋理抑制濾波器70可采用分別用于生成高與低頻信號(hào)的一組高通濾波器及一組低通濾波器實(shí)現(xiàn)。
重構(gòu)的CT圖像中的紋理主要是由投影數(shù)據(jù)信號(hào)中的高幅高頻分量產(chǎn)生的。因此，從紋理抑制濾波器70所生成的校正紋理的信號(hào)中重構(gòu)的CT圖像(具有減少的高幅高頻分量)包含較少的紋理。此外，保留在這種CT圖象中的紋理具有降低的幅值。因此，紋理抑制濾波器使重構(gòu)具有提高的實(shí)用性的清楚的CT圖象成為可能。
最好將閥值的幅值設(shè)定為使門限裝置只消除會(huì)在重構(gòu)的CT圖像中生成紋理的高頻信號(hào)部分。如果將閥值設(shè)定得太低而使門限裝置消除太多的高頻信號(hào)，則校正紋理的信號(hào)將主要只包含低頻信息。從這些信號(hào)重構(gòu)的CT圖象可不含任何紋理，但它們也將具有較差的質(zhì)量，因?yàn)橐褟男Ｕy理的信號(hào)中消除了使高分辨率成象成為可能的所有高頻信息。反之，如將閥值設(shè)定得過高，得出的重構(gòu)CT圖象的質(zhì)量可被紋理降低。由于CT圖象中感興趣的區(qū)通常是軟組織區(qū)而不是包含骨骼的區(qū)，最好將閥值設(shè)定為高得足以保留關(guān)于軟組織區(qū)的圖像信息的完整性，并且低得足以消除骨-組織界面生成的高幅高頻分量。以這一方式設(shè)定閥值有可能降低得出的CT圖象靠近骨—組織界面區(qū)中的分辨率，然而由于這些區(qū)中人們很少感興趣，因此犧牲這些區(qū)中的一定分辨率來獲得軟組織區(qū)中的高分辨率無紋理或減少紋理的圖象是可以接受的。因此最好將閥值設(shè)定為高于從無骨—組織界面的區(qū)中生成的典型高頻信號(hào)的幅值而略低于骨—組織界面所生成的典型高頻信號(hào)的幅值。
調(diào)諧紋理抑制濾波器70的一種方法是初始將閥值設(shè)定為零并生成一些重構(gòu)的CT圖象。這些圖象將只從低頻信號(hào)中導(dǎo)出，因此，將是質(zhì)量較差的。通過觀察這些圖像，操作員可選擇適當(dāng)?shù)牡屯V波函數(shù)(即卷積掩碼)供在生成低頻信號(hào)中使用。最好將低通濾波函數(shù)選擇為提供所需求的紋理抑制量所需要的最少的濾波(或模糊)原始數(shù)據(jù)。一旦選定了低通濾波函數(shù)，操作員將閥值從零緩慢地增加到在重構(gòu)的圖象中開始出現(xiàn)紋理為止。由于軟組織區(qū)中包含高頻分量，將閥值設(shè)定得太低會(huì)引起丟失軟組織區(qū)中的信息。因此，應(yīng)將閥值設(shè)定為盡可能地高，同時(shí)保持所需要的紋理抑制程度。即使在最佳調(diào)諧時(shí)，紋理抑制濾波器70也可引入小的強(qiáng)度誤差到重構(gòu)的CT圖象中。然而，這些誤差比紋理小得多，并且它們是肉眼難于看見的。濾波器70達(dá)到的紋理抑制證明了這種誤差的可耐受性。
圖6為利用重構(gòu)圖1中所示的CT圖象所使用的相同數(shù)據(jù)重構(gòu)的CT圖象。然而在圖6中，投影數(shù)據(jù)信號(hào)首先用紋理抑制濾波器70處理過。為了生成這一圖象，紋理抑制濾波器70采用{0.10，0.25，0.30，0.25，0.10}的掩碼來生成低頻信號(hào)并在最大投影數(shù)據(jù)信號(hào)為大約4.8時(shí)采用0.006的閾值。圖6中所示的圖象比圖1中所示的圖象紋理少得多并且提高了清晰度。
已結(jié)合使用修剪高頻信號(hào)的高幅值部分的門限裝置120(圖4-5中所示)討論過紋理抑制濾波器70。圖7A為門限裝置120的轉(zhuǎn)換函數(shù)的曲線。當(dāng)輸入信號(hào)的幅值小于閾值的幅值時(shí)，門限裝置120所生成的輸出信號(hào)等于作用在門限裝置上的輸入信號(hào)，而當(dāng)輸入信號(hào)的幅值大于閾值時(shí)，將輸出信號(hào)限制在閾值上?？蓪㈤T限裝置120理解為生成作為其輸入信號(hào)、第一閾值及第二閾值的函數(shù)的輸出信號(hào)，從而當(dāng)輸入信號(hào)小于第一閾值時(shí)輸出信號(hào)等于第一閾值，當(dāng)輸入信號(hào)大于第一閾值而小于第二閾值時(shí)輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)，而當(dāng)輸入信號(hào)大于第二閾值時(shí)輸出信號(hào)等于第二閾值。在圖7A中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)中，第一與第二閾值幅值相等極性相反，然而熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解在其它實(shí)施例中第一與第二閾值不一定以這一方式關(guān)聯(lián)。
在另外的實(shí)施例中，可以替代地用具有不同于圖7A中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)的濾波器實(shí)現(xiàn)門限裝置120。圖7B-E為在本發(fā)明中工作得一樣好的其它轉(zhuǎn)換函數(shù)的實(shí)例。較佳的轉(zhuǎn)換函數(shù)示出在圖7B中，當(dāng)門限裝置120采用這一轉(zhuǎn)換函數(shù)時(shí)，它生成作為其輸入信號(hào)、正閾值、負(fù)閾值、正預(yù)選值PRESET及負(fù)預(yù)選值-PRESET的函數(shù)的輸出信號(hào)，從而當(dāng)輸入信號(hào)小于負(fù)閾值時(shí)輸出信號(hào)等于負(fù)預(yù)選值-PRESET，當(dāng)輸入信號(hào)大于負(fù)閾值而小于正閾值時(shí)輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)，而當(dāng)輸入信號(hào)大于正閾值時(shí)輸出信號(hào)等于正預(yù)選值PRESET。最好，預(yù)選值PRESET具有比閾值小的幅值，而將常量PRESET設(shè)定等于零更好。如果采用圖7C中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)，則當(dāng)輸入信號(hào)的幅值小于閾值時(shí)裝置120生成等于作用在裝置120上的輸入信號(hào)的輸出信號(hào)，而當(dāng)輸入信號(hào)的幅值大于閾值時(shí)輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)的線性壓縮形式。類似地，如果采用圖7D中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)，則當(dāng)輸入信號(hào)的幅值大于閾值時(shí)裝置120所生成的輸出信號(hào)為輸入信號(hào)的非線性壓縮形式。如果采用圖7E中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)，則當(dāng)輸入信號(hào)的幅值小于閾值時(shí)裝置120在輸入信號(hào)上施加一定的放大，而當(dāng)輸入信號(hào)的幅值大于閾值時(shí)在輸入信號(hào)上施加一定壓縮。如熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解的，圖7A-E中所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)只是示例性的，使用任何壓縮投影數(shù)據(jù)信號(hào)的形成紋理的高幅高頻分量并對(duì)投影數(shù)據(jù)信號(hào)的不形成紋理的低幅高頻分量不施加或施加小量濾波的裝置120，本發(fā)明都將工作得很好。有選擇地在輸入信號(hào)的一部分(即高幅高頻分量)上作用相對(duì)大程度的濾波并有選擇地在另一部分輸入信號(hào)(即低幅高頻分量)上作用相對(duì)小程度的濾波的這些濾波器通常是非線性的，因此，最好作為非線性濾波器實(shí)現(xiàn)紋理抑制濾波器70。
也已相對(duì)于在高頻信號(hào)上應(yīng)用諸如門限裝置120等濾波器討論了本發(fā)明。如熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解的，在其它配置中濾波器也可以等效方式直接在投影數(shù)據(jù)信號(hào)上操作，而不是在低與高頻信號(hào)上，以生成校正紋理的信號(hào)。此外，也已結(jié)合生成高與低頻信號(hào)討論了紋理抑制濾波器70，從而當(dāng)高頻信號(hào)小于閾值時(shí)，一個(gè)通道的高與低頻信號(hào)相加正好再生該通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)。雖然以這一方式生成高與低頻信號(hào)較好，熟悉本技術(shù)的人會(huì)理解，如果不以這一方式生成高與低頻信號(hào)，本發(fā)明也將工作得一樣好。
已結(jié)合在CT系統(tǒng)中的使用討論了用于從投影濾波器47所提供的投影數(shù)據(jù)信號(hào)中生成校正紋理的信號(hào)的紋理抑制濾波器70。然而，在重構(gòu)CT圖象之前，按照本發(fā)明的CT系統(tǒng)可在投影數(shù)據(jù)信號(hào)上施加其它類型的濾波。圖8為按照本發(fā)明構(gòu)成的較佳CT系統(tǒng)900的信號(hào)處理部分的方框圖。系統(tǒng)900除了紋理抑制濾波器70外還包含平行束轉(zhuǎn)換器910及內(nèi)插濾波器920。系統(tǒng)900中，將投影濾波器47生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)作用在平行束轉(zhuǎn)換器910上，后者從中生成一組平行束信號(hào)。將平行束信號(hào)作用在紋理抑制濾波器70上，后者從中生成校正紋理的信號(hào)。然后將校正紋理的信號(hào)作用在內(nèi)插濾波器920上，并將其輸出作用在背投影機(jī)72上以從中生成重構(gòu)的CT圖象。
平行束轉(zhuǎn)換器910包含重排序轉(zhuǎn)換器916及交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918。重排序轉(zhuǎn)換器916接收來自投影濾波器47的投影數(shù)據(jù)信號(hào)并從中生成一組重排序信號(hào)。將重排序的信號(hào)作用在交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918上，后者從中生成平行束信號(hào)。可將投影濾波器47生成的投影想象成“扇束”數(shù)據(jù)，因?yàn)樗型队笆怯蒙刃问傻?圖3中所示)。平行束轉(zhuǎn)換器910重新組織這些投影以形成平行束投影。
在單一掃描期間(即盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周)投影濾波器47所生成投影數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)定值可組織成式(2)所示的矩陣PDS。PDS=PDS(0,0)PDS(1,0)…PDS(N-1,0)PDS(0,Δθ)PDS(1,Δθ)…PDS(N-1,Δθ)PDS(0,2Δθ)PDS(1,2Δθ)…PDS(N-1,2Δθ)...PDS(0,360-Δθ)PDS(1,360-Δθ)…PDS(N-1,360-Δθ)---(2)]]>PDS矩陣中的各元素PDS(i，θ)表示第i通道中投影角等于θ的投影數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)定值。式(2)中，N表示掃描器40中的通道數(shù)。如上所述，在較佳實(shí)施例中陣列44中有384個(gè)檢測(cè)器，因而在較佳實(shí)施例中掃描器40中有384個(gè)通道而N等于384。Δθ表示接連的投影之間盤46的轉(zhuǎn)動(dòng)量(即接連的投影之間的投影角的角增量)。在較佳實(shí)施例中，盤46在各次投影之間轉(zhuǎn)動(dòng)八分之一度并且掃描器40在單一掃描中生成2880個(gè)投影(即360度每度8次掃描)，因此在較佳實(shí)施例中Δθ等于0.125度。PDS矩陣的各行表示在單一投影角上采集的所有投影數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)定值。在較佳實(shí)施例中，PDS矩陣中有2880行。PDS矩陣的各列表示在一次掃描期間所采集的一個(gè)通道的投影數(shù)據(jù)信號(hào)的所有測(cè)定值，在較佳實(shí)施例中的PDS矩陣中有384列。PDS矩陣具有循環(huán)性質(zhì)，因?yàn)榈谝恍惺亲詈笠恍械难永m(xù)，即PDS(i，0)＝PDS(i，360)。
圖9A展示構(gòu)成患者50的斷面的單一扇束投影視圖的一部分的一組射線1010。由于各射線是從基本上點(diǎn)源的X射線源42發(fā)出的，所有射線1010都不平行，而得出的投影為扇形束投影。PDS矩陣的各行對(duì)應(yīng)于單一扇形束投影。重排序轉(zhuǎn)換器916重新組織投影數(shù)據(jù)信號(hào)使得各重新組織的投影是由一組平行射線構(gòu)成的，諸如圖9B中所示的射線1020。
圖10A-B展示一種較佳方法，它可被重排序轉(zhuǎn)換器916用來生成重新組織的投影。圖10A-B示出在生成兩個(gè)接連的投影視圖期間X射線源42及檢測(cè)器陣列44的位置。在掃描期間，X射線源42及檢測(cè)器陣列44繞圓1120的中心1110在逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖10A中所示的第一次投影期間，射線1130入射在檢測(cè)器44∶4上(即陣列44的第四通道中的檢測(cè)器)。在下一次投影期間，如圖10B中所示，射線1132入射在檢測(cè)器44；3上(即陣列44的第三通道中的檢測(cè)器)。在較佳實(shí)施例中，檢測(cè)器之間的間隔是與生成接連的投影之間的轉(zhuǎn)動(dòng)量匹配的，從而射線1130平行于并略為偏離射線1132。在較佳實(shí)施例中，這一基本關(guān)系對(duì)于所有檢測(cè)器都成立，因此在接連的投影期間入射在鄰接的檢測(cè)器上的任何兩條射線是平行的并互相略為偏離。如上所述，在較佳實(shí)施例中Δθ等于0.125度，從而在較佳實(shí)施例中陣列44中的各檢測(cè)器與其鄰接的檢測(cè)器間隔開0.125度。重排序轉(zhuǎn)換器916利用這一基本關(guān)系重排序數(shù)據(jù)及生成重組的投影。
重排序轉(zhuǎn)換器916最好重組PDS矩陣來構(gòu)成重排序信號(hào)的矩陣RE，使得RE矩陣的各行等價(jià)于平行束構(gòu)成的投影。重排序轉(zhuǎn)換器916最好這樣生成RE矩陣，使得RE矩陣的各元素RE(i，θ)是按式(3)中的公式選擇的。
RE(i，θ)＝PDS(i，[i-j][Δθ]+θ)(3)其中第i通道是最靠近檢測(cè)器陣列的幾何中心的通道。RE矩陣的各元素RE(i，θ)表示第i通道中對(duì)于θ平行束投影角的重排序信號(hào)的測(cè)定值。重排序轉(zhuǎn)換器916也可使用低通濾波器來為各通道求出鄰接的角度的投影的平均值。平均或分樣的重排序矩陣RE將具有在較大的角間隔Δθ上的較少的行數(shù)。以這一方式分樣RE矩陣減少后面的運(yùn)算的計(jì)算量。
交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器916(圖8中所示)接收重排序的信號(hào)并從中生成平行束信號(hào)。交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918最好組合相隔180度的平行束投影的對(duì)以形成更濃的投影。圖11A與11B展示X射線源42、患者50的斷面、及分別用于零與180度投影角的檢測(cè)器陣列44的空間關(guān)系。圖11A-B中，檢測(cè)器陣列44示出為包含7個(gè)檢測(cè)器，而第四通道444中的檢測(cè)器為陣列44的中心檢測(cè)器。如上所述，在較佳實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列44擁有384個(gè)檢測(cè)器，然而為了方便現(xiàn)在討論7個(gè)檢測(cè)器的實(shí)施例。在該較佳實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列44略為偏離盤46的中心1210，使得貫穿源42的焦點(diǎn)與中心1210的線1234并不通過中心檢測(cè)器444的中心。這一檢測(cè)器系統(tǒng)的布置更全面地在下述美國(guó)專利申請(qǐng)中描述1994年2月3日提交的名為“改進(jìn)掃描圖象的質(zhì)量的層析X射線攝影系統(tǒng)及方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8/191,428(代理人卷號(hào)ANA-044)并轉(zhuǎn)讓給本受讓人的，通過引用將其結(jié)合在此。
圖12展示在零與180度投影角上的檢測(cè)器陣列44與入射在檢測(cè)器中的三個(gè)上的射線1310、1312、1314之間的空間關(guān)系。由于陣列44與盤46的中心1210之間的偏移，在零度投影角上的檢測(cè)器陣列44略為偏離在180度上的檢測(cè)器陣列44。結(jié)果，對(duì)于180度投影角的入射在第六通道檢測(cè)器446上的射線1310對(duì)于零度的投影角落在分別入射在檢測(cè)器442與443的射線1312與1314之間。在這一實(shí)例中，可能將檢測(cè)器446看成是“中心”檢測(cè)器而將檢測(cè)器442與443看成是“相反方向鄰接”的檢測(cè)器。在各投影角上，各檢測(cè)器測(cè)定患者的一部分的密度，并且通常由相反方向鄰接的檢測(cè)器所測(cè)定的部分比任何其它檢測(cè)器測(cè)定的部分更靠近由中心檢測(cè)器測(cè)定的部分(例如，在零度投影角上檢測(cè)器442、443測(cè)定的部分比在180度投影角上檢測(cè)器445、447測(cè)定的部分更靠近檢測(cè)器446在180度投影角上測(cè)定的部分)。利用中心與相反方向上鄰接的檢測(cè)器之間的這一關(guān)系可以交錯(cuò)任何兩個(gè)相隔180度的投影從而構(gòu)成單一的更濃的投影。例如，圖12中所示的布置的一個(gè)這種交錯(cuò)的投影是由量[RE(1，0)、RE(7，180)、RE(2，0)、RE(6，180)、RE(3，0)、RE(5，180)、RE(4，0)、RE(4，180)、RE(5，0)、RE(3，180)、RE(6，0)、RE(2，180)、RE(7，0)、RE(1，180)]組成的，其中RE(i，θ)是在投影角θ上從第一通道中的檢測(cè)器生成的重排序的信號(hào)。交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918以這一方式交錯(cuò)重排序的信號(hào)以構(gòu)成更濃的投影。
交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918最好地生成平行束信號(hào)的測(cè)定值的矩陣PAR，并且PAR矩陣的各元素PAR(i，θ)為第i通道中對(duì)平行束投影角等于θ的平行束信號(hào)的測(cè)定值。式(4)中示出PAR矩陣的結(jié)構(gòu)。PAR=PAR(0,0)PAR(1,0)…PAR(2N-1,0)PAR(0,Δθ)PAR(1,Δθ)…PAR(2N-1,Δθ)PAR(0,2Δθ)PAR(1,2Δθ)…PAR(2N-1,2Δθ)...PAR(0,180-Δθ)PAR(1,180-Δθ)…PAR(2N-1,180-Δθ)---(4)]]>如式(4)中所示，PAR矩陣擁有兩倍于PDS矩陣的列，及一半的行。因而PAR矩陣的各行表示包含兩倍于PDS矩陣的行的數(shù)據(jù)。因此，可將各平行束投影想象成擁有兩倍于扇形束投影的通道。稍為不同于PDS矩陣，PAR矩陣具有這樣的循環(huán)性質(zhì)，其中最后一行以相反的次序延續(xù)到第一行中，即PAR(0，180)＝PAR(2N-1，0)，PAR(1，180)＝PAR(2N-2，0)，及以此類推。在較佳實(shí)施例中，交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918按式(5)中所示的公式生成PAR矩陣的元素。
對(duì)于0≤i＜NPAR(2i，θ)＝RE(i，θ)PAR(2i+1，θ)＝RE(N-1-i，θ+180)(5)
眾所周知，諸如轉(zhuǎn)換器910(圖8中所示)等用于將扇形束數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平行束數(shù)據(jù)的平行束轉(zhuǎn)換器通常包含內(nèi)插濾波器，諸如濾波器920。然而通常將內(nèi)插濾波器布置在緊隨交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918后面。由于檢測(cè)器通常是間隔開的，使得相鄰的檢測(cè)器之間相對(duì)于X射線源的角位移對(duì)于所有檢測(cè)器都是相等的，從而檢測(cè)器在線性意義上不是等間隔的。因此，PAR矩陣的各行(即各平行束投影)包含不等間隔的數(shù)據(jù)點(diǎn)。并且，靠近各投影中央的元素相隔得比靠近各投影兩端的元素遠(yuǎn)。內(nèi)插濾波器插入數(shù)據(jù)并生成平行束數(shù)據(jù)的新矩陣，使得各投影的所有元素都是等間隔的。在系統(tǒng)900的較佳實(shí)施例中，內(nèi)插濾波器920采用已知的技術(shù)內(nèi)插數(shù)據(jù)并生成包含等間隔元素的投影，然而最好將濾波器920布置在紋理抑制濾波器70后面，而不是緊隨在交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918后面。然而，如果象先有技術(shù)中所做的那樣將內(nèi)插濾波器920布置在緊隨交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器918后面，本發(fā)明也將工作得很好。
也如眾所周知的，將扇形束數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平行束數(shù)據(jù)通常要引入小的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得零度平行束投影角不正好與零度扇形束投影角重合。如果不加校正，這一轉(zhuǎn)動(dòng)在生成重構(gòu)圖象中會(huì)導(dǎo)致略為從水平線轉(zhuǎn)動(dòng)。由于式(3)中使用的中心檢測(cè)器“j”通常不正好在檢測(cè)器陣列的中心上，通常會(huì)引入這一轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)量通常小于Δθ/2并可由內(nèi)插濾波器920內(nèi)背投影機(jī)72用眾所周知的技術(shù)校正，或者也可以簡(jiǎn)單地加以忽略不計(jì)。
雖然紋理抑制濾波器70可以直接在投影濾波器47所生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)上操作，但是如果將平行束轉(zhuǎn)換器910生成的平行束信號(hào)而不是投影數(shù)據(jù)信號(hào)作用在紋理抑制濾波器70上，紋理抑制濾波器910的性能能得到改進(jìn)。
當(dāng)紋理抑制濾波器70在投影濾波器47生成的扇形束投影數(shù)據(jù)上操作時(shí)，熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解，紋理抑制濾波器70每一次在PDS矩陣的一行上操作。例如，當(dāng)紋理抑制濾波器70正在PDS矩陣的第一行上操作時(shí)(即θ等于0度的行)，為了理解濾波器70的處理，可想象為用該行的第一元素PDS(0，0)代入上面描述的信號(hào)PDS1，而可想象用該行的第二元素PDS(1，0)來代入上面描述的信號(hào)PDS2，以此類推。類似地，當(dāng)紋理抑制濾波器70在平行束轉(zhuǎn)換器910生成的平行束信號(hào)上操作時(shí)，則濾波器70每一次在PAR矩陣的一行上操作。例如，當(dāng)紋理抑制濾波器70正在PAR矩陣的第一行上操作時(shí)，可想象將該行的第一元素PAR(0，0)代入上面描述的信號(hào)PDS1，并可想象將PAR矩陣的第二元素PAR(1，0)代入上面描述的信號(hào)PDS2及以此類推。由于PAR矩陣各行的元素是PDS矩陣一行的兩倍，當(dāng)濾波器70在平行束信號(hào)上操作時(shí)，最好包含兩倍的通道(或2N個(gè)通道)。
已相對(duì)于抑制骨-軟組織界面的抽樣不足導(dǎo)致的紋理討論了本發(fā)明。然而，如熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解的，紋理抑制濾波器70可用來抑制高幅高頻信號(hào)中任何類型的不規(guī)則性或不完整性所導(dǎo)致的紋理。因此，紋理抑制濾波器70有效地減少在掃描期間由患者的活動(dòng)及門架的有害運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)導(dǎo)致的紋理，以及由患者體內(nèi)存在的高密度填料或植入物所導(dǎo)致的紋理。
也已相對(duì)于從一組諸如低通濾波器、加法器及減法器等部件構(gòu)成的觀點(diǎn)討論了紋理抑制濾波器70。如熟悉本技術(shù)的人員會(huì)理解的，可以通過采用多路復(fù)用方案減少實(shí)現(xiàn)紋理抑制濾波器的部件的數(shù)目。例如，參見圖5，可采用一個(gè)低通濾波器、一個(gè)減法器、一個(gè)門限裝置、一個(gè)加法器及兩個(gè)1N多路復(fù)用器而不是采用所示的N個(gè)各種部件來構(gòu)成紋理抑制濾波器70。此外，紋理抑制濾波器70也可用諸如數(shù)字計(jì)算機(jī)執(zhí)行的軟件程序等其它手段實(shí)現(xiàn)。
由于可以在不脫離這里所涉及的發(fā)明的范圍的情況下在上述裝置中作出一定的改變，旨在將包含在上述描述中或示出在附圖中的所有事物解釋為示例性的而非限制意義上的。
權(quán)利要求
1.一種供在計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng)中使用的紋理抑制濾波器，該系統(tǒng)用于生成對(duì)象的圖象，該系統(tǒng)包含用于生成多個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，每個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)表示對(duì)象的一部分的密度，該濾波器包括(A)空間濾波器裝置，響應(yīng)投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域，用于從中生成高頻信號(hào)及低頻信號(hào)，高頻信號(hào)包含與投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的高頻分量，而低頻信號(hào)則包含與投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的低頻分量；(B)非線性濾波器裝置，響應(yīng)高頻信號(hào)，用于通過非線性濾波高頻信號(hào)從中生成經(jīng)過濾波的信號(hào)；以及(C)組合裝置，響應(yīng)低頻信號(hào)及經(jīng)過濾波的信號(hào)，用于通過組合低頻信號(hào)與經(jīng)過濾波的信號(hào)從中生成校正紋理的信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的紋理抑制濾波器，其中該非線性濾波裝置通過壓縮具有相對(duì)高的幅值的一部分高頻信號(hào)生成經(jīng)過濾波的信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1的紋理抑制濾波器，其中該非線性濾波器裝置包括用于生成作為高頻信號(hào)、第一閾值、第二閾值、第一預(yù)選值及第二預(yù)選值的函數(shù)的經(jīng)過濾波的信號(hào)的門限裝置，其中當(dāng)高頻信號(hào)小于第一閾值時(shí)該經(jīng)過濾波的信號(hào)等于第一預(yù)選值，當(dāng)高頻信號(hào)大于第一閾值而小于第二閾值時(shí)該經(jīng)過濾波的信號(hào)等于高頻信號(hào)，而當(dāng)高頻信號(hào)大于第二閾值時(shí)該經(jīng)過濾波的信號(hào)等于第二預(yù)選值。
4.按照權(quán)利要求3的紋理抑制濾波器，其中第一與第二閾值是可選的。
5.按照權(quán)利要求3的紋理抑制濾波器，其中第一與第二閾值的幅值相等極性相反。
6.按照權(quán)利要求5的紋理抑制濾波器，其中第一預(yù)選值及第二預(yù)選值是可選的。
7.按照權(quán)利要求5的紋理抑制濾波器，其中第一預(yù)選值及第二預(yù)選值基本上等于零。
8.按照權(quán)利要求3的紋理抑制濾波器，其中第一預(yù)選值基本上等于第一閾值，而第二預(yù)選值基本上等于第二閾值。
9.按照權(quán)利要求1的紋理抑制濾波器，其中該空間濾波器裝置包括用于低通濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域生成低頻信號(hào)的低通濾波器裝置。
10.按照權(quán)利要求9的紋理抑制濾波器，其中該空間濾波器裝置還包括用于從投影數(shù)據(jù)信號(hào)中減去低頻信號(hào)而生成高頻信號(hào)的減法器裝置。
11.按照權(quán)利要求9的紋理抑制濾波器，其中該低通濾波器裝置包括三點(diǎn)濾波器。
12.按照權(quán)利要求9的紋理抑制濾波器裝置，其中該低通濾波器裝置包括五點(diǎn)濾波器。
13.按照權(quán)利要求1的紋理抑制濾波器，其中該組合裝置包含用于通過相加低頻信號(hào)與經(jīng)過濾波的信號(hào)而生成校正紋理的信號(hào)的加法裝置。
14.一種抑制對(duì)象的計(jì)算機(jī)層析X射線攝影圖象中的紋理的方法，包括下述步驟(A)生成多個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)表示對(duì)象的一部分的密度；(B)空間濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域以生成高頻信號(hào)及低頻信號(hào)，該高頻信號(hào)包含與該領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的高頻分量，而該低頻信號(hào)則包含與該領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的低頻分量；(C)非線性濾波高頻信號(hào)以生成經(jīng)過濾波的信號(hào)；以及(D)組合該經(jīng)過濾波的信號(hào)及該低頻信號(hào)以生成校正紋理的信號(hào)。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其中該組合步驟包括相加該經(jīng)過濾波的信號(hào)與該低頻信號(hào)。
16.按照權(quán)利要求14的方法，其中該空間濾波步驟包括低通濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域以生成該低頻信號(hào)。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其中該空間濾波步驟還包括從投影數(shù)據(jù)信號(hào)之一減去該低頻信號(hào)以生成該高頻信號(hào)。
18.一種供在計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng)中使用的多通道濾波器，該系統(tǒng)用于生成對(duì)象的圖象，該系統(tǒng)包含用于在各通道中生成投影數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，各該投影數(shù)據(jù)信號(hào)表示對(duì)象的一部分的密度，該濾波器用于減少圖象中的紋理，該濾波器包括(A)多通道空間濾波器裝置，響應(yīng)投影數(shù)據(jù)信號(hào)，用于在各通道中從中生成高頻信號(hào)及低頻信號(hào)，各高頻信號(hào)包含與投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的高頻分量，而各低頻信號(hào)則包含與投影數(shù)據(jù)信號(hào)的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的低頻分量；(B)多通道非線性濾波器裝置，響應(yīng)高頻信號(hào)，用于在各通道中從中生成經(jīng)過濾波的信號(hào)，該非線性濾波器裝置通過非線性濾波一條通道中的高頻信號(hào)而在這一通道中生成經(jīng)過濾波的信號(hào)之一；以及(C)多通道組合裝置，響應(yīng)低頻信號(hào)與經(jīng)過濾波的信號(hào)，用于在各通道中從中生成校正紋理的信號(hào)，該組合裝置通過組合一條通道中的低頻信號(hào)與經(jīng)過濾波的信號(hào)而在這一通道中生成一個(gè)校正紋理的信號(hào)。
19.一種供在計(jì)算機(jī)層析X射線攝影系統(tǒng)中使用的紋理抑制濾波器，該系統(tǒng)用于生成對(duì)象的圖象，該系統(tǒng)包含用于生成多個(gè)投影數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，各該投影數(shù)據(jù)信號(hào)表示對(duì)象的一部分的密度，該濾波器包括用于濾波投影數(shù)據(jù)信號(hào)及通過抑制投影數(shù)據(jù)信號(hào)中具有相對(duì)高的幅值的高頻分量部分而生成多個(gè)校正紋理的信號(hào)的非線性濾波器裝置。
全文摘要
CT紋理抑制濾波器SSF(70)接收在CT系統(tǒng)中生成的投影數(shù)據(jù)信號(hào)(PDS:1－PDS:N)。該SSF(70)包含空間濾波器(110),用于接收投影數(shù)據(jù)信號(hào)(PDS:1－PDS:N)及生成低(PDSLF:1－PDSLF:N)與高頻信號(hào)(PDSHF:1－PDSHF:N),并且還包含非線性濾波器,用于從高頻信號(hào)(PDSHF:1－PDSHF:N)中生成經(jīng)過濾波的信號(hào)。SSF(70)還包含用于組合低頻(PDSLF:1－PDSLF:N)與經(jīng)過濾波的信號(hào)以生成校正紋理的信號(hào)(SCS:1－SCS:N)的裝置(130:1—130:N)。SSF(70)通過低通濾波(210:1—120:N)原始密度信號(hào)(PDS:1－PDS:N)形成低頻信號(hào)(PDSLF:1－PDSLF;N),并通過從原始密度信號(hào)(PDS:1－PDS:N)中減去(220:1—220:N)低頻信號(hào)(PDSLF:1－PDSLF:N)而形成高頻信號(hào)(PDSHF:1－PDSHF;N)。該SSF(70)通過門限(120:1—120:N)高頻信號(hào)(PDSHF:1－PDSHF;N)形成經(jīng)過濾波的信號(hào)(SCS:1－SCS:N)。
文檔編號(hào)G06T11/00GK1207656SQ96199691
公開日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1996年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月17日
發(fā)明者賴景明 申請(qǐng)人:模擬技術(shù)公司