X射线散射校正制造技术

在锥形束体积计算断层摄影或其他类似成像技术中，通过使用一个束补偿滤波器（蝴蝶结滤波器）（６１０），空气隙（Ｇ）技术，一个反散射栅格（６１２）降低ｘ射线散射效应，通过使用一个束截捕器阵列（ｂｅａｍ　　ｓｔｏｐ　　ａｒｒａｙ）（６０２）联系插值卷积运算来校正ｘ射线散射效应。在有束截捕器阵列（６０２）时拍摄图像，在没有束截捕器阵列（６０２）时拍摄大量的图像。对有束截捕器阵列（６０２）时拍摄的图像空间插值导出散射信息，然后对没有束截捕器阵列（６０２）时拍摄的图像进行角插值以提供尽量多的散射信息。通过三次样条函数插值或其他任何技术或低通滤波运算（以给定的卷积核进行卷积运算）进行插值。从相对应的没有束截捕器阵列（６０２）时拍摄的图像中每一个减去每一个散射图像，从而提供了一个散射－校正图像序列。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种降低成像系统中X射线散射的系统和方法，尤其涉及一种，使用空间和时间相互作用来降低散射的系统和方法。本专利技术可应用于几种成像技术，包括扇形束CT和锥形束CT。
技术介绍
散射降低和校正是医学成像应用(如临床成像和小动物成像)和非医学成像应用(如爆炸物探测、无损检测和工业图像引导制造应用)所需要的。在对成像有用的x射线能量范围内(10keV到几MeV)，康普顿散射相互作用总是存在的。在一些x射线谱段，x射线散射相互作用占优势。例如，在医疗诊断CT的有效能量范围内(60-80keV)，当x射线光子穿过水状的软组织时，相对于光电相互作用(＜10％)和相干相互作用(＜5％)，公认康普顿相互作用(＞80％)扮有重要角色，尽管在x射线光子穿过致密骨骼时，可以观察到光电相互作用和相干相互作用的百分比稍微要高些。然而由探测器探测到的散射强度通常对噪声有贡献，而对用于成像的有用信号却不起作用。因此，为改进线性衰减系数(LAC)分布的重建精度，从而用于医学成像应用(如临床成像和小动物成像)和非医学成像应用(如爆炸物探测、无损检测和工业图像导向制造应用)，需要散射降低和校正。在描述x射线散射与锥形束体积计算断层摄影(cone beamvolume computed tomography，CBVCT)成像之间的干涉机制之前，了解x射线散射如何恶化投影成像的质量是有益的。图1A显示了一种圆盘102嵌入在一种均匀的圆柱对象104中的实例，圆柱对象104的LAC比圆盘102的稍大。如果对象104放置在由一种锥形束源106发射的锥形束C中，锥形束C然后由探测器108接收，那么需要一种如图1B所示的投影图像。由于LAC的差异，对应于圆盘的区域探测到的x射线光子数为N+ΔN，而在背景区域探测到的x射线光子数为N，并没有散射的x射线光子。在限于无附加噪声(additive-noise-free)的情况下，直观化这样一种结构的性能，一般是通过对比度来估计，定义为C=N+ΔN-NN=ΔNN---(1)]]>已知x射线光子流遵守泊松分布，而透射过一个目标的x射线光子遵守二项式分布。泊松过程和二项式过程级联后仍然是一种泊松过程。因此，如果透射过圆盘和它周围区域的x射线光子平均数分别为N+ΔN和N，它们对应的标准差为 和 从系统分析的观点来看，散射的x射线光子的表现如同剩余噪声。在数字投影成像中，ROI(感兴趣区域)的显示窗口可以任意调整，直观化这样一种局部结构的性能，可以更适当地通过SNR(信躁比)来度量，定义为SNR=N+ΔN-NN=ΔNN=CN---(2)]]>另一方面，设散射的x射线光子平均数为Ns，则散射-初始比(SPR)定义为SPR=NsN---(3)]]>散射递降因子(scatter degradation factorSDF)定义为SDF=NN+Ns=11+Ns/N=11+SPR---(4)]]>因此，当存在x射线散射时，(1)和(2)式分别变为Cs=N+Ns+ΔN-(N+Ns)N+Ns=ΔNN+Ns=C1+Ns/N=SDF·C---(5)]]>SNRs=N+Ns+ΔN-(N+Ns)N+Ns=ΔNN+Ns=SNR1+Ns/NSDF·SNR---(6)]]>换句话说，由于散射的x射线光子，在投影图像中，结构的局部对比度和SNR分别以因子SDF和 劣化。假设Ip(i，j)(i∈I，j∈J)指由初始x射线光子形成的图像，Is(i，j)(i∈I，j∈J)为由散射光子形成的图像，其中I和J分别为投影图像的垂直和平行尺寸。结果，二维的SPR分布定义为 SPR(i,j)=Is(i,j)Ip(i,j),(i∈I,j∈J)---(7)]]>随之SDF(i,j)=11+SPR(i,j),(i∈I,j∈J)---(8)]]>业已发现，给定一个对象，Is(i，j)的分布依赖于它的结构、厚度和视野(FOV)，通过它们形成Ip(i，j)。然而，不管Ip(i，j)的分布如何波动，Is(i，j)的变化非常平缓，以至于它可以近似当作Ip(i，j)的二维空间滤波器，而且已经提出了几种与不同滤波核相关的低通滤波模型。这意味着在相邻象素之间存在着强空间相关性。直观地，每个投影图像中的散射分布可以从它的空间样本中恢复，使用或者插值方法，例如三次样条插值或双线性插值法，或者以一个选定的卷积核进行卷积运算(一种频域内的低通滤波)。另一方面，SPR(i，j)或者SDF(i，j)通常波动非常剧烈，尤其在Ip(i，j)相对较低时。因此，通常考虑SPR(i，j)或者SDF(i，j)，以反映投影成像中x射线散射的严重程度。一幅CBVCT(锥形束体积计算断层摄影)图像从连续得到的一套连续二维投影图像中得到重建。本质上，x射线散射与x射线变换之间发生非线性干涉。一旦得到x射线变换，X线断层摄影图像中由x射线散射导致的伪影依赖于重建算法。这样，实际中优选用实验研究X线断层摄影成像中的x射线散射伪影。在传统CT(计算断层摄影)中，由于采用了狭缝准直器，与横向散射的x射线光子相比，纵向散射的x射线光子严重性降低了一个量级。为了进一步降低横向散射的x射线，通常考虑其它措施，例如蝴蝶结x射线衰减器，用于三代CT的患者后层面外准直器(post-patient out-of-slice collimator)或者用于4代CT的参考探测器。不幸的是，对于CBVCT来说，为了完全利用生成的锥形x射线束，不得不去掉狭缝准直器。因此，尽管空气隙技术和束成形(蝴蝶结)衰减器来降低散射仍然是有用的，但CBVCT中仍然有很严重的x射线散射。假设Ip(i，j)指初始x射线光子形成的投影图像，Is(i，j)指散射x射线光子形成的投影图像，我们得到 It(x，y)＝Ip(x，y)+Is(x，y) (9)结果，二维SPR分布定义为SPR(x,y)=Is(x,y)Ip(x,y)---(10)]]>将(10)代入(9)，得到It(x，y)＝Ip(x，y) (11)进一步，考虑入射x射线强度分布Io(x，y)并取对数，我们得到用于CB重建的x射线变换数据P(x,y)=lnI0(x,y)It(x,y)=lnI0(x,y)Ip(x,y)]]>=lnI0(x,y)Ip(x,y)-ln---(12)]]>≡Pp(x,y)+Ps(x,y)]]>其中Pp(x,y)=lnI0(x,y)Ip(x,y)---(13)]]>Ps(x，y)＝-ln (14)分别为相对于初始x射线光子和散射x射线光子的x射线变换分布。因此，由于散射干涉，对象的CB重建变为f^(r→)=f(r→)+Δf(r→)---(15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对对象进行成像并对散射校正的方法，该方法包括：（ａ）提供成像辐射源，束补偿滤波器，反散射栅格，用于成像辐射的探测器，对象和探测器之间的空气隙，以及束截捕器阵列；（ｂ）围绕对象移动所述源和探测器；（ｃ）当所述源 和探测器围绕对象移动时，使用源、束补偿滤波器、束截捕器阵列、对象和探测器之间的空气隙、反散射栅格和探测器，在选定的不同投影角下拍摄对象的第一图像序列，以获得第一图像序列中每一个的散射分布样本，第一图像序列包括Ｎ’个图像；（ｄ）不使用 束截捕器阵列，使用源和探测器在不同的投影角下拍摄对象的第二图像序列，第二图像序列包括Ｎ个图像，Ｎ≥Ｎ’；（ｅ）在对象的第一图像序列上进行投影角插值，得到一个散射图像序列，该散射图像序列包括Ｎ个图像，每一个对应于第二图像序列中Ｎ个图像 中的一个；以及（ｆ）得到一个初始图像序列，该初始图像序列包括Ｎ个图像，每一个根据第二图像序列的Ｎ个图像中对应的一个以及散射图像序列的Ｎ个图像中对应的一个而形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：劳拉宁，
申请(专利权)人：罗切斯特大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]