计算机断层扫描数据的压缩与解压缩制造技术

用于压缩来自数据采集系统的投影数据的ＣＴ扫描仪的压缩方法和子系统。投影数据被分类入较重要样本子集和较不重要样本子集。依据压缩控制参数而压缩子集从而使较不重要样本以大于较重要样本的程度被压缩。可以监测压缩的投影数据的比特率并且调节压缩控制参数以提供期望的比特率。压缩的数据依据压缩控制参数解压缩用于从解压缩的投影数据重建图像。此摘要不限定如权利要求中所描述的本发明专利技术范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及获取自计算机断层扫描(CT)的投影数据的压缩与解压缩，特别是涉 及对CT投影数据的不同部分应用不同的压缩方法。
技术介绍
在CT成像系统中，物体的多个X射线放射照相视图产生投影数据集合。投影数据 的每条线代表所述物体的平面或切片内的内部结构的密度值的集成。从多个投影数据集 合，CT成像系统产生所述物体的内部结构的二维(2D)截面图像和三维(3D)图像。通过对 投影数据集合应用众所周知的图像重建算法而获取图像。从多个投影数据集合重建截面图 像或者三维图像的技术被广泛地称为“断层扫描术”。使用可编程的基于处理器的设备执行 图像重建被广泛地称为计算机(计算机化或者计算机辅助)断层扫描。在典型的应用中，X 射线辐射源穿过物体将X射线投影到X射线感测器(或探测器)阵列。X射线感测器输出 被数字化以形成投影数据集合。根据探测器阵列的几何结构，投影数据集合可以为一维或 二维。一个或多个物体、X射线源以及X射线感测器阵列之间的相对运动提供具有不同透 视的多个视图。能够通过多视图的数学变换的使用而近似穿过物体的切片的图像，或者截 面图像。在特定应用中，可以结合截面图像以形成可能否则不可观测的物体的3D图像。X射线CT的众所周知的应用在于用于人体的非侵入性成像的医用CT扫描仪。在 医用CT扫描仪中，通过使用吊架转动X射线源与探测器并且跨过滑动环传输投影数据而获 取多个视图。现代CT扫描仪(截至2007年)在每秒一到七千样本(ksamp/sec)而每个数 字样本具有每样本16到24比特的范围中对成千上万个X射线感测器输出进行数字化，造 成跨过滑动环的每秒许多千兆比特(Gbps)的总计数据传输带宽。随着本行业奋力争取增 加的空间和时间分辨率以及数量增加的X射线感测器，用于数据传输与数据存储子系统的 带宽要求将会很快超过lOGbps。X射线CT的另一种应用在于工业产品的自动化检测。例如，重建自X射线投影数 据的截面图像使用在用于包括如电子设备，比如印刷电路板之类的制造的产品的质量控制 检测系统之中。可以使用断层扫描以重建在研究中的物体的一个或多个平面，或者截面的 图像，用以评估所述物体的质量。X射线CT系统在关于感兴趣的物体的不同位置和视角采 集投影数据集合。用于工业检测系统的系统架构不同于医用CT扫描仪。然而，如同医用CT 系统，有大量的投影数据需要数据传输与存储。对于自动化检测系统，受测物体的更高的吞 吐量是期望的，因为这会降低受测产品的成本。更高的吞吐量增加用于数据传输和数据存 储的带宽需求。由CT系统的数据采集子系统所采集的大量投影数据在用于数据传输和数据存储 的系统资源上造成负担。在数据传输带宽中的限制延迟了用于重建和显示被扫描物体的图 像的投影数据的可用性。在数据传输之前压缩投影数据并接着在图像重建处理前解压缩降 低了在用于数据传输和存储的系统资源上的负担。压缩的益处包括缩短数据采集与图像显 示之间的时延、增加在具有有限带宽的通信信道上传输的数据量并且提供压缩的投影数据用以通过网络存储与传输，用于随后的访问与图像重建。由于压缩使得系统资源能够容纳 更多的投影数据，因而能够提高图像分辨率并且/或者扫描物体的更大区域。用以实施压 缩操作的计算资源的可用性也是CT系统中的约束条件。压缩操作具有低运算复杂度并且 能够实时运行以最小化对计算资源的影响是期望的。在计算机断层扫描中，有两个与图像相关的数据域，即Radon变换域和空间域。投 影数据，或者正弦图数据在也被称为投影域或正弦图域的Radon变换域中。在其中投影数 据获取自物体的一个切片或者产生自X射线感测器的线性阵列的情况中，投影数据可以是 2D的。在其中投影数据获取自物体的一个以上切片或者产生自X射线感测器的二维阵列的 情况中，投影数据可以是3D的。重建自投影数据的2D截面图像是在2D空间域中的。构建 自多个截面图像的三维图像是在3D空间域中的。Radon变换是构成在Radon变换域中的投 影数据与重建自投影数据的空间域图像之间的关系的基础的数学变换。由于投影数据与重 建的图像之间的数学关系，应用压缩算法到Radon变换域中的投影数据将不会产生与应用 相同的算法到空间域中的重建的图像相同的结果。图像压缩技术，例如JPEG图像压缩，通常应用到空间域图像数据，例如照相图像。 空间域图像压缩技术还应用到计算机断层扫描中的重建的图像，用于空间域图像的高效图 像存储或者传输。实现在空间域图像中的额外的压缩的方案为，识别图像中的感兴趣区域 并应用无损压缩到所述感兴趣区域以及应用有损压缩到感兴趣区域以外的区域。这种方案 的范例描述于由 Thammineni 等人在 Proceedings of SPIE，5371 卷，160-169 页，2004 年发 表的标题为Segmentation-based CT Image Compression，，的论文中，以及由 Hashimoto 等人在 IEEE 2004 International Conference on ImageProcessing, 3185-3188 页发表的 t示H^J“CT Image compression withLevel of Interest” 白勺Hifet巾。对于投影域或正弦图域，投影数据的压缩与解压缩应用在空间域中图像的重建 之前。投影数据的压缩的某些方案在投影域中应用JPEG图像压缩方法。这种方案的 范例由Bae等人描述在公布于2003年12月11日的，标题为“Method and Apparatus for CompressingComputed Tomography Raw Projection Data，，白勺美国专禾串i青公开第 2003/0228041之中。这种方案应用无损或有损压缩到投影数据。用以压缩落在被扫描物 体的界限以内的投影数据的方案由Nishide等人描述在公布于2003年10月14日的标题 为X-Ray CT Apparatus,System and Projection Data Compression/Restoring Method，， 的特开(未经审查)专利公开编号为2003-290216 (P2003-290216A)的日本公开专利申请 之中。这种方案将投影数据分成在其中X射线横穿过空区域的空气信息区域，以及在其中 X射线横穿过物体或患者的受试对象信息区域。不同的压缩方法被应用到空气信息区域和 受试对象信息区域，或者空气信息区域可被删除。用以压缩投影数据的所述方案的缺点包括以下。因为限定的感兴趣区域以及无损 压缩取决于数据，因而在上述技术中压缩的数据的比特率可能会不可预知地变化。由于压 缩的数据的带宽随时间变化，将会需要比如FIFO之类的接口以支持变化的数据速率。由于 FIFO接口需要额外的控制信号(半满、近满、近空等等)，因而其比固定速率接口更为复杂。 将压缩的数据的比特率控制在期望的范围之内将会是有益的。有损固定速率压缩模式将会 允许压缩的数据的带宽的控制。压缩的数据能够在随后以固定的数据速率跨越接口传输至 存储介质。固定数据速率简化用于压缩的数据的传输的接口。另一个缺点是计算复杂度，其取决于应用何种压缩方法。降低计算复杂度以减本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于压缩计算机断层扫描系统中的投影数据的方法，所述计算机断层扫描系统提供多个感测器测量以形成一个或多个投影数据集合，其中每个投影数据集合代表投影域的一部分并且包含样本的阵列，所述阵列具有至少一条线，所述样本包括较重要样本和较不重要样本，所述方法包括：设置一个或多个压缩控制参数以控制压缩操作，所述压缩控制参数包括至少一个对应于较重要样本的压缩控制参数以及至少一个对应于较不重要样本的压缩控制参数；依据分类控制参数将投影数据集合中的至少一条线的样本分类入至少两个子集，所述子集包括至少一个包含有较重要样本的较重要子集以及至少一个包含有较不重要样本的较不重要子集；通过依据相对应的压缩控制参数来应用压缩操作而压缩每个子集的样本以形成相应的压缩的数据子集，其中对于较不重要子集的压缩比大于对于较重要子集的压缩比；以及依据基于压缩的数据的特性的反馈参数调节一个或多个压缩控制参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-3 11/949,670用于压缩计算机断层扫描系统中的投影数据的方法，所述计算机断层扫描系统提供多个感测器测量以形成一个或多个投影数据集合，其中每个投影数据集合代表投影域的一部分并且包含样本的阵列，所述阵列具有至少一条线，所述样本包括较重要样本和较不重要样本，所述方法包括设置一个或多个压缩控制参数以控制压缩操作，所述压缩控制参数包括至少一个对应于较重要样本的压缩控制参数以及至少一个对应于较不重要样本的压缩控制参数；依据分类控制参数将投影数据集合中的至少一条线的样本分类入至少两个子集，所述子集包括至少一个包含有较重要样本的较重要子集以及至少一个包含有较不重要样本的较不重要子集；通过依据相对应的压缩控制参数来应用压缩操作而压缩每个子集的样本以形成相应的压缩的数据子集，其中对于较不重要子集的压缩比大于对于较重要子集的压缩比；以及依据基于压缩的数据的特性的反馈参数调节一个或多个压缩控制参数。2.根据权利要求1的方法，其中调节一个或多个压缩控制参数的步骤进一步包括 测量压缩的数据的比特率以形成测量的比特率；将测量的比特率与期望的比特率相比较以形成反馈参数；以及 依据反馈参数调节至少一个较不重要子集的相应的压缩控制参数，其中压缩步骤响应 于相应的压缩控制参数对至少一个较不重要子集应用有损压缩操作，以降低压缩的数据的 比特率。3.根据权利要求1的方法，其中压缩步骤依据相应的压缩控制参数应用有损压缩操作 到较不重要子集和较重要子集中的至少一个。4.根据权利要求1的方法，进一步包括在具有存储容量的缓冲器中存储压缩的数据， 其中调节步骤进一步包括相对于存储容量来检测缓冲器的充满情况以形成反馈参数；以及 依据反馈参数修改至少一个较不重要子集的相应的压缩控制参数，其中压缩步骤响应 于相应的压缩控制参数而对至少一个较不重要子集应用有损压缩操作，以产生用于在缓冲 器中存储的压缩的数据的较低的比特数量。5.根据权利要求1的方法，其中压缩步骤进一步包括计算较重要子集的至少一部分的连续样本之间的差分以形成多个差分样本；以及 对多个差分样本进行编码以形成相应的压缩的数据子集的至少一部分。6.根据权利要求1的方法，其中阵列包含多条样本线，所述压缩步骤进一步包括 计算来自于投影数据集合的第一线的较重要子集的至少一部分的多个样本与投影数据集合的第二线的多个相应的样本之间的多个差分，以形成多个差分样本；以及 对所述多个差分样本进行编码以形成相应的压缩的数据子集的至少一部分。7.根据权利要求1的方法，其中压缩步骤进一步包括计算来自第一投影数据集合的较重要子集的至少一部分的多个样本与第二投影数据 集合中相应的样本之间的多个差分，以形成多个差分样本；以及对所述多个差分样本进行编码以形成相应的压缩的数据子集的至少一部分。8.根据权利要求1的方法，其中压缩步骤进一步包括 确定至少一个用于较不重要子集的描述符；以及对所述描述符进行编码以形成相应的压缩的数据子集的至少一部分。9.根据权利要求8的方法，其中所述描述符代表包含在较不重要子集中的一系列连续 样本与相邻的较重要子集的边界位置。10.根据权利要求1的方法，其中压缩步骤进一步包括以下步骤中的至少一个 依据衰减控制参数衰减较不重要子集的样本；以及依据相应的压缩控制参数对较不重要子集的样本进行量化。11.根据权利要求1的方法，其中分类控制参数代表幅度阈值，所述分类步骤进一步包括将至少一部分样本中的每个样本的幅度值与幅度阈值相比较，以形成比较值；以及 基于比较值为所述样本选择子集。12.根据权利要求11的方法，进一步包括基于投影数据的多个样本的统计数据确定幅度阈值。13.根据权利要求1的方法，其中所述分类步骤进一步包括将至少一部分样本中的每个样...

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