[发明专利]X线断层图象数据的归一化

说明书

本申请与共有待决的美国专利申请序列号NO.有关，该美国专利申请以John Dobbs和Ruvin Deych的名义同时申请，并转让给目前的受让人(代理人记录号ANA-56)，题目为“X线焦点移动补偿装置”(X-RAY FOCAL SPOT M0VEMENT COMPENSATION APPARATUS)。

一般地，本发明涉及提高X线断层扫描图象的质量，特别地涉及使用在CT(计算机辅助X线断层术)描述中得到的X线照射量读数以将从该扫描中得到的图象数据归一化。

第三代CT扫描仪包括分别固定在环形盘的径向相对侧上的X线源和X线探测器系统。后者可旋转地安装于门式支架里，这样在扫描中该盘连续地绕旋转轴旋转，与此同时，来自X线源的X线穿过位于该盘的开口里的物体到达探测器系统。

探测器系统通常包括按圆弧形排成一单排装配的一探测器阵列，此圆弧有一曲率中心，在该点(称之为焦点)处从X线源发出辐射。X线源和探测器阵列都固定，以便该源和每个探测器之间的X线路径都位于与该盘的旋转轴垂直的同一平面(此后称为“切片平面”或“扫描平面”)。因为射线路径发源于基本上一个点源并以不同角度延伸到探测器，因此射线路径组成扇形，并且经常使用“扇”光束一语来描述在任一时刻的所有射线路径。在扫描期间一测量时刻由单个探测器探测到的X线被认为是一束“射线”。此射线在其路径上被所有的物质部分衰减，由此产生作为一单强度量值作为并因此是此路径上物质密度的函数。投影或视象，也就是X线强度测量通常在盘上多个角度位置的每一处上进行。例如，扫描仪可在持续大约2秒的单扫描中进行2880次投影，每次投影用一数据获取系统(DAS)得到384个数据读数。

根据在扫描中在所有投影角获取的数据重建的图象将是穿过被扫描物体沿着扫描平面的一切片。为了“重建”在确定的扫描平面里的“视场”中物体截面或“切片平面”的密度图象，通常以象素阵列重建该图象，其中阵列里的每个象素是代表在扫描中所有穿过扫描平面中其相应位置的光线的衰减的值。当光源和探测器绕物体旋转时，射线从不同方向或投影角透过物体，穿过不同组合的象素位置。根据这些测量值数学地生成该切片平面中物体的密度分布，并且设置每个象素亮度值来表示这种分布。结果就是具有不同值的象素阵列，它代表了该切片平面的密度图象。

为了产生高质量的图象，CT扫描仪设计者努力使误差源最小。于是，通常采用一些方法或通过校正设计或通过校准来校正误差。例如，在零X线级，使信号偏移最小并使其稳定是重要的，这样任何测量值都将包含能做出校正的已知恒定偏移。另外，在满标尺(full scale)下提供X线并进行测量，以便产生在X线路径中没有吸收材料的“空气”数据，由此使由于增益上的漂移和满标下测量不确定所引起的误差最小。因此，有了两个参照点，在这两点之间校正数据。在代表零和满标的两点之间，有一表示X线级和数据值之间关系的曲线。由于电信号随信号强度以非线性方式变化，导致X线级和数据值间关系的非线性。于是，为了校准该系统，将预定厚度的已知吸收值的材料(例如，水，聚乙烯，聚氯乙烯等放置)在扇光束的路径上，并产生数据。这些数据将表示该曲线上的点。使用这些已知材料使得可以确定具体扫描的正确剂量级和探测器效率。使用已知技术能容易地确定最适合的多项式，这样能生成并存储查找表。

在确保优质X线断层图象的条件下，数据代表所有探测器对任何给定量光子的相同检测也是重要的。如果代表在测量期间从一个探测器接收到大量光子的一个数据不同于对相同测量的自所有其他通道接收的数据，结果将是在重建的图象中出现假象。因此，过去采用一些方法来校准每个数据通道的偏移和增益，这样使这两个因素引起的误差减小到最小。

另外的误差由X线源引起。尽管设置X线管来提供恒定的X线通量输出，但是规定的时间期限内照射在检测器上的光子数在各探测器之间会发生变化。如上述，已知每个光子都会产生噪声。因此，探测到的光子数越少，信噪比(S/N)越差。