用于在计算Ｘ线断层照相系统里压缩投射数据的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于在计算Ｘ线断层照相系统里压缩投射数据的装置。具体地，一种用于计算Ｘ线断层照相系统的压缩子系统压缩投射数据以用于高效的数据传输和存储。这种压缩包括检测对应于被成像的对象的透射数据的边缘以设置压缩操作的边界。该边缘检测将差分采样与正的和负的阈值作比较以确定边界。在边界之间的投射采样或差分采样被压缩。边界被编码并被包括在已压缩数据中。已压缩采样在图像重建处理之前被解压缩。解压缩包括对已压缩采样以及边界值进行解码。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及对获取的用于计算X线断层照相术(CT)的投射数据的压縮和解 压縮，特别涉及通过使用导数来确定边界以及压縮边界之间的数据。
技术介绍
在CT成像系统中，对对象的多个x射线照相视图产生多组投射数据。投射数据的 每行表示该对象的内部结构的密度值在某个面或切片内的积分。从多组投射数据中，CT成 像系统产生对象的内部结构的二维(2D)剖面图像和三维(3D)图像。这些图像是通过对多 组投射数据应用公知的图像重建算法来获得的。从多组投射数据来重建剖面图像或三维图 像的技术被广泛地称为X线断层照相术。使用基于可编程处理器的设备来执行该图像重 建被广泛地称为计算(计算机化的或计算机辅助的)X线断层照相术。在某个典型应用中， x射线辐射源将x射线穿过对象投射到x射线传感器(或检测器)阵列上。X射线传感器 的输出被数字化以形成一组投射数据。根据检测器阵列的几何形状，该组投射数据可以是 一维的或二维的。对象、x射线源和x射线传感器阵列中一个或多个之间的相对移动提供 多个具有不同透视的视图。穿过对象的切片图像或剖面图像可以通过使用对多个视图的数 学变换来近似。在某些应用中，剖面图像可以被组合以形成对象的3D图像，该对象的3D图 像可能无法用另外的方式观察得到。 X射线CT的一种公知的应用是用于对人体进行非介入性成像的医学CT扫描器。 在医学CT扫描器中，通过使用托台来旋转x射线源和检测器阵列以及穿过滑动环传送投射 数据，获得多个视图。现代CT扫描器(如2008年的CT扫描器)对好几万个在从l千采样 /秒(ksamp/sec)到10千采样/秒(ksamp/sec)范围内的x射线传感器输出进行数字化， 其中每个数字采样具有每采样16到24比特，结果穿过滑动环(slip ring)产生每秒若干 吉比特的总数据传送带宽。在图像重建之前，投射数据还必须被实时地存储或缓存。通常， 图像重建过程较数据获取过程要慢10到20倍，由此产生对存储的需求。典型的存储子系 统包括独立磁盘冗余阵列(RAID)驱动。随着穿过滑动环的数据传送速率增加，RAID子系 统的存储容量和吞吐量也必须增加。随着业界努力实现增大的空间和时间分辨率以及增加 数量的x射线传感器，所以数据传送和数据存储子系统的带宽需求将很快超过10Gbps。 X射线CT的另一应用是工业产品的自动化检查。例如，从x射线投射数据重建出 的剖面图像被用于工业产品的质量控制检查系统中，所述工业产品包括诸如印刷电路板之 类的电子设备。X线断层照相术可以用于重建被研究的对象的一个或多个面或剖面的图像， 以便评价对象的质量。X射线CT系统获取关于感兴趣的对象的位于各种位置处的多组投射 数据以及视图。工业检查系统的系统架构不同于医学CT扫描器。然而，像医学CT系统一 样，大量投射数据需要数据传送和存储。对于自动检查系统，被测对象的更高吞吐量是理想 的，因为它降低被测试的产品的成本。更高的吞吐量增加了对数据传送和数据存储的带宽 需求。使用CT扫描技术的自动检查的另一例子是自动行李筛选系统。 CT系统的数据获取子系统所获得的大量投射数据给用于数据传送和数据存储的系统资源造成了负担。数据传送带宽的限制延迟了投射数据在重建和显示被扫描的对象的 图像方面的可用性。在数据传送之前压縮投射数据并且随后在图像重建之前解压縮降低了 用于数据传送和存储的系统资源上的负担。压縮的好处包括降低数据获取和图像显示之间 的反应时间，增加通过具有有限带宽的通信通道传送的数据量，以及提供已压縮投射数据 用于存储和在网络上传送，供以后访问和图像重建。因为压縮允许系统资源容纳更多的投 射数据，所以图像分辨率可以被改善和/或对象的更大区域可以被扫描。实现压縮操作的 计算资源的可用性也是CT系统中的一个限制。理想的是压縮操作具有低的计算复杂度并 且可以实时操作，以使对计算资源的影响达到最小。 在计算X线断层摄影术中，存在图像相关的数据的两个域，即Radon变换域和空间 域。投射数据或窦腔X线照相(sinogram)数据是在Radon变换域中，也被称为投射域或窦 腔X线照相域。在投射数据是针对对象的一个切片获得的或者是从x射线传感器的线性阵 列中产生的情形中，投射数据可以是2D的。在投射数据是针对对象的不止一个切片获得的 或者是从x射线传感器的二维阵列中产生的情形下，投射数据可以是3D。从投射数据重建 出的2D剖面图像是在2D空间域中。从多个剖面图像重建出的三维图像是在3D空间域中。 Radon变换是一种数学变换，其是Radon变换域中的投射数据与从投射数据重建出的空间 域图像之间的关系的基础。因为投射数据与重建图像之间的数学关系的原因，向Radon变 换域中的投射数据应用压縮算法与向空间域中的重建图像应用相同的算法不会产生相同 的结果。 图像压縮技术，例如JPEG图像压縮，通常被应用到空间域图像数据，例如照相图 像。空间域图像压縮技术在计算X线断层摄影术中还被应用到重建图像，以便进行空间域 图像的高效图像存储或传输。在空间域图像中获得额外压縮的方法是识别图像中的感兴趣 区域并对感兴趣的区域应用无损压縮而对感兴趣的区域之外的区域应用有损压縮。在2004 年的SPIE会议论文集的Vol. 5371，pp. 160-169的，标题为Segmentation-based CT Image Compression的文章以及在IEEE 2004图像处理国际会议中由Hashimoto等人的标题为 CT Image compressionwith Level of Interest的会议论文中描述了这禾中方法的例子。 对于投射域或窦腔X线照相域，在空间域中重建图像之前应用对投射数据的压縮 和解压縮。压縮投射数据的某些方法在投射域中应用JPEG图像压縮方法。在2008年2月5 日发给Bae等人的标题为Methodand Apparatus for Compressing Computed Tomography Raw ProjectionData的美国专利7， 327， 866中描述了这种方法的例子。这种方法对投射数 据应用无损和有损压縮。在2003年10月14日公布的标题为X-RayCT Apparatus, System and Projection Data Compressing/Resto:ringMethod，，的Nishide等人的未审专利公开号 为2003-290216 (P2003-290216A)的日本公开专利申请中描述了压縮落入正被扫描的对象 的边界内的投射数据的方法。这种方法将投射数据分成空气信息区域(其中x射线已经穿 过空白的区域)和主体信息区域(其中x射线已经穿过对象或病人)。不同的压縮方法被 应用到空气信息区域和主体信息区域，或者空气信息区域可以被删除。 上面的压縮投射数据的方法的缺点包括以下缺点。在上面的技术中，已压縮数据 的比特速率会不可预知地变化，因为限定的感兴趣的区域和无损压縮是取决于数据的。因 为已压縮数据的带宽是随时间变化的，所以诸如FIFO之类的接口需要支持变化的数据速 率。FIFO接口比固定速率接口更加复杂，因为它需要额外的控制信号(半满、几乎全满、几乎为空，等等)。获得比特速率落入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在计算Ｘ线断层照相系统里压缩投射数据的装置，其特征在于，所述计算Ｘ线断层照相系统包括多个传感器，所述多个传感器提供多个传感器量度以形成一组或多组投射数据，其中每组投射数据表示投射域的一部分并且包括投射数据采样的阵列，所述阵列具有至少一行采样，其中每个采样具有由采样坐标所指示的在所述阵列中的位置，所述装置包括：压缩子系统，其被耦合以接收投射数据的采样，并提供已压缩采样给数据传送接口，所述压缩子系统还包括：边缘检测器，其被应用到所述阵列的行中的采样，其中所述边缘检测器确定所述采样行中的第一边缘采样和第二边缘采样，并分别基于所述第一边缘采样和所述第二边缘采样来设置第一边界和第二边界；压缩器，其对与介于所述第一边界与所述第二边界之间的采样坐标相对应的采样进行压缩以形成已压缩采样；以及边界编码器，其对所述第一边界和第二边界进行编码以与所述已压缩采样一起被包括，其中所述边缘检测器还包括：差值计算器，其计算所述阵列的行中的采样之间的多个差值以形成差分采样，每个差分采样具有正值或负值；以及阈值运算器，其被应用到所述正差分采样和所述负差分采样以产生所述第一边缘采样和所述第二边缘采样。

【技术特征摘要】
US 2008-9-11 12/208,835一种用于在计算X线断层照相系统里压缩投射数据的装置，其特征在于，所述计算X线断层照相系统包括多个传感器，所述多个传感器提供多个传感器量度以形成一组或多组投射数据，其中每组投射数据表示投射域的一部分并且包括投射数据采样的阵列，所述阵列具有至少一行采样，其中每个采样具有由采样坐标所指示的在所述阵列中的位置，所述装置包括压缩子系统，其被耦合以接收投射数据的采样，并提供已压缩采样给数据传送接口，所述压缩子系统还包括边缘检测器，其被应用到所述阵列的行中的采样，其中所述边缘检测器确定所述采样行中的第一边缘采样和第二边缘采样，并分别基于所述第一边缘采样和所述第二边缘采样来设置第一边界和第二边界；压缩器，其对与介于所述第一边界与所述第二边界之间的采样坐标相对应的采样进行压缩以形成已压缩采样；以及边界编码器，其对所述第一边界和第二边界进行编码以与所述已压缩采样一起被包括，其中所述边缘检测器还包括差值计算器，其计算所述阵列的行中的采样之间的多个差值以形成差分采样，每个差分采样具有正值或负值；以及阈值运算器，其被应用到所述正差分采样和所述负差分采样以产生所述第一边缘采样和所述第二边缘采样。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，对应于空白空间的投射数据的值小于对 应于被扫描对象的投射数据的值，其中所述阈值运算器还包括第一比较器，用以将正差分采样与正阈值进行比较以形成具有大于正阈值的差值的第 一组候选边缘采样；以及第二比较器，用以将负差分采样与负阈值进行比较以形成具有小于负阈值的差值的第 二组候选边缘采样，所述边缘检测器还包括边缘选择器，其接收所述第一组和所述第二组，其中所述边缘选择器选择所述第一组 中的具有最低采样坐标的候选边缘采样作为所述第一边缘采样，并选择所述第二组中的具 有最高采样坐标的候选边缘采样作为所述第二边缘采样。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，对应于空白空间的投射数据的值大于对 应于被扫描对象的投射数据的值，其中所述阈值运算器还包括第一比较器，用以将正差分采样与正阈值进行比较以形成具有大于正阈值的差值的第 一组候选边缘采样；以及第二比较器，用以将负差分采样与负阈值进行比较以形成具有小于负阈值的差值的第 二组候选边缘采样，所述边缘检测器还包括边缘选择器，其接收所述第一组和所述第二组，其中所述边缘选择器选择所述第一组 中的具有最高采样坐标的候选边缘采样作为所述第一边缘采样，以及选择所述第二组中的 具有最低采样坐标的候选边缘采样作为所述第二边缘采样。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压縮器还包括编码器，其被应用到对应于介于...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔伯特W魏格纳，凌一，
申请(专利权)人：信飞系统公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]