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CN109561865B - 一种通过时空重叠x射线来重建三维图像的方法和系统 - Google Patents

一种通过时空重叠x射线来重建三维图像的方法和系统 Download PDF

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CN109561865B
CN109561865B CN201780048054.7A CN201780048054A CN109561865B CN 109561865 B CN109561865 B CN 109561865B CN 201780048054 A CN201780048054 A CN 201780048054A CN 109561865 B CN109561865 B CN 109561865B
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Abstract

一种使用新颖的重建技术，通过时空重叠X射线来重建一感兴趣的区域的三维图像的X射线成像系统和方法。

Description

一种通过时空重叠X射线来重建三维图像的方法和系统
技术领域
本公开一般涉及X射线成像，尤其涉及一种通过时空重叠X射线来重建三维图像的方法和系统。
背景技术
通过X射线投影来重建三维图像是医学成像、工业检测和机场安检等应用中遇到的一个重要的图像重建问题。传统的X射线成像往往基于平面射线照相。这种方法利用由一组真空管组成的单个点状X射线源，真空管布置成在很宽的能量和电流范围内产生单个锥形或扇形X射线束。然而，利用这种点状X射线源可能得到的成像几何形状是有限的，主要是因为X射线源必须与要成像的物体(或人)相距很远，以确保X射线覆盖足够区域。
在传统的X射线系统中，源和物体20之间的远距离(通常称为源到物体距离(“SOD”)或投射距离)需要大量能量。为了提供这种能量，传统的X射线系统使用大型，昂贵且重(数十公斤)的电源，这些电源通常需要冷却，这进一步增加了系统的体积和重量。
另外，顾名思义，平面射线照相仅用于生成二维图像。可以采用X射线断层摄影或部分成像生成三维图像。通常，X射线断层摄影涉及从多个方向拍摄静态物体或人的多个图像，然后使用这些多个二维图像来重建三维图像。通常，需要利用机械门架沿着一系列位置移动单个X射线源(真空管)，这增加了X射线系统的大小和费用。而且，因为图像是按照顺序拍摄的，所以相较于其它理想的设置，这种设置需要的整个图像捕获时间更长。
为了尽量缩短图像捕获时间，可以将多个真空管源放置在物体或人周围的固定或静止位置，其中每个源被选择性地激活。这种配置使得整个图像捕获时间更短；然而，考虑到源的成本及其相对体积，这种系统并不实用。另外，因为每个真空管源的尺寸相对较大，所以系统只能容纳有限数量的视角。换而言之，由于源的大小，仅能从有限数量的方向成像物体或人，这妨碍了生成高分辨率三维图像的能力。
这些方法的替代方案是由发射器阵列中的单个分布式源产生多个X射线源。场增强发射器(“FEE”)阵列(有时称为场发射器阵列)，例如Spindt阵列，可用于X射线管并可用作高级阴极。在高电压下，中等场增强尖端(例如，钼尖端或钼锥)的FEE阵列可以用作发射器来产生X射线，其中可以选择各个尖端(或尖端组)以发射X射线，从而充当X射线源。同样，碳纳米管(CNT)产生的阴极可以允许在低电压下控制电子发射，从而允许选择单独的CNT来发射X射线。在所有情况下，这种FEE阵列允许通过分布式源产生多个X射线源。
分布式源阵列(也称为发射器阵列)允许通过选择性地激活各个发射器(例如，钼尖端、CNT等)从不同观察的角度成像物体。因此，通过分布式源阵列，人们不再需要移动物体或人周围的笨重的基于真空管的源，或者不再需要使用基于这种真空管的多个源。例如，在平板发射器阵列的情况下，阵列的尺寸可以很大并且允许从阵列的一个角上的一个源(例如“第一发射器元件”)到相对角上的第二源(例如，第二发射器元件)的显著位移。通过激活遍布整个阵列的源，或者更具体地发射器元件，可以从不同的视角同时获得图像，与单源系统相比，这尽可能地缩短了图像捕获时间，同时还允许从足够的角度使物体成像，从而可以重建三维图像。
通过这种方式，分布式源阵列允许断层摄影和断层合成(高分辨率，有限角度断层摄影)。但是分布式源阵列也对系统设计设定了严格的几何约束。因为阵列中的每个源或发射器都会产生自己的X射线锥，以确保完全覆盖物体-或物体内的感兴趣区域(“ROI”)-所以在空间上一定量地重叠锥。然而，这种空间重叠，特别是探测器处的X射线重叠，可能导致使用这种阵列形成的图像由于从多个角度照射物体的特征而包括多个图像或阴影。
传统的重建方法不能充分地分离时空X射线重叠。因此，在没有X射线的时空重叠的传统系统中，SOD必须保持在窄范围内以实现所需的图像分辨率。这种相关性可表示为：
这里的M为设计参数，其调节可实现的图像分辨率，取1到4之间的值(例如，M＝2)，dmax是物体的最大厚度，该物体可利用给定的系统设计被成像至指定分辨率，而δ：是SOD。M值越大，可实现的图像分辨率越高，但是SOD受到的约束就越大。由于给定源的间距和准直角是dmax和M的函数，因此这些限制严重限制了源和探测器的几何形状。除此之外，这种限制使得必须产生不同的发射器阵列面板几何形状以对不同的身体部位成像。
因此，使用传统的方法来重建图像，必须将X射线成像系统设计成使得在探测器处没有X射线同时重叠。除了其他因素之外，这种限制可归因于重叠X射线的测量值不是线性的，并且传统的重建方法，例如线性压缩感测，无法正确处理非线性约束，例如由X射线重叠产生的约束。由于这些限制，传统的X射线图像重建方法远离设计有时空X射线重叠的系统。
解决重叠的现有方法包括使用防散射网格，防散射网格用于限制X射线对探测器的接收角度，从而防止重叠。但是防散射网格通过限制X射线覆盖的区域也限制了给定曝光的可用信息。或者，通过选择性地激活发射器，可以在探测器处没有X射线重叠的情况下完全覆盖物体。然而，避免与分布式源阵列的空间重叠意味着每个源必须覆盖整个感兴趣的区域，这增加了所需的功率，或者需要更长的时间来获取图像，因为只有某些非重叠的发射器元件可以被同时激活。需要花更长的时间来获取图像这一点特别令人担心，因为特别就儿童和受伤患者而言，儿童和受伤患者都有可能在扫描期间移动。
因此，本领域需要一种允许更灵活的成像几何形状的X射线成像系统和方法，包括在选择源(或发射器元件)和探测器之间的距离和准直角的大小方面有很强的灵活性。还需要一种系统和方法，其被设置成用于生成准确的三维图像，同时相较于传统的系统能尽可能地缩短图像捕获所需的时间。此外，还需要一种系统和方法，该系统和方法被设置用于充分地处理时空重叠的X射线。
发明内容
本公开的实施例涉及通过时空重叠X射线来重建三维图像的系统、方法和技术。
在第一方面，提供了一种X射线成像系统，包括一探测器，该探测器被设置成响应于入射到探测器上的X射线而产生信号，其中信号表示入射到探测器的像素上的X射线的强度；多个X射线源，其中多个X射线源中的至少两个X射线源被设置成发射X射线，使得所述X射线通过感兴趣区域(ROI)并且在探测器的像素处在时间上和空间上重叠；一处理单元，用于接收信号，该信号表明入射到探测器的像素上的X射线的强度，并且生成在探测器的像素处重叠的两个或多个X射线中的每个X射线的强度的估值。
可以以受控方式在探测器处有意地创建X射线的时空重叠，然后可以使用新型重建技术使用，至少部分使用重叠X射线的测量值来重建成像物体、人或ROI的准确三维图像。
处理单元还被设置成使用在探测器的像素处重叠的两个或多个X射线中的每个X射线的强度的一个或多个估值来产生ROI的三维表示。
该系统还可包括可操作地连接到处理单元的显示器，其中显示器被布置成显示ROL的三维表示的一个或多个二维视图。
多个X射线源可以包括分布式源阵列的两个或更多个发射器元件。处理单元还可以被设置成将ROI体素化为多个三维非重叠体素；估计每个体素的衰减系数；以及根据每个体素的衰减系数将ROI重新体素化为多个三维非重叠体素。
处理单元可以进一步设置为重复所述重新体素化，直到满足停止标准。处理单元还可以被设置为使用压缩感测算法来估计每个体素的所述衰减系数。
压缩感测算法可以包括应用于估计的衰减系数的优化和线性化算法、正向反向分裂算法及其组合中的至少一个。
多个X射线源和探测器可各自包括一个或多个传感器，一个或多个传感器被布置成确定X射线源和探测器的相对位置。
系统还包括用于操作X射线成像系统的控制器，其中控制器被设置为激活多个X射线源的子集。
探测器可被设置成用于响应于X射线而产生电子信号。信号可以随着探测器处的X射线强度而变化，从而提供由物体或人造成的衰减(例如，X射线强度的吸收或弱化)的测量。X射线成像系统还可包括多个X射线辐射源。这些源中的至少两个源可以发射X射线，使得X射线穿过物体或人，然后在探测器的像素处在空间上和时间上重叠。
在一个实施例中，X射线源可以包括分布式源阵列中的离散发射器元件。处理单元接收来自探测器的信号，包括重叠的X射线的信号，处理单元可被设置成采用新颖的重建技术来估计在探测器处重叠的每个X射线的强度，并且产生成像物体或人的ROI的准确的三维重建。如本领域技术人员所理解的，像素表示探测器内的离散元件或传感器，其中探测器被设置成产生可与探测器的其它元件区分开的信号。
在第二方面，提供了一种重建X射线图像的方法，包括：激活两个或多个源以发射X射线，使得所述X射线被传送到感兴趣区域(ROI)并且在探测器的像素处在空间和时间上重叠；探测入射到探测器像素上的重叠X射线的强度；以及使用入射到探测器的像素上的重叠X射线的集聚强度来产生在探测器的像素处重叠的两个或更多个X射线中每一个X射线的强度的估值。
本公开的实施例还可以包括一种通过时空重叠X射线来重建三维图像的方法。根据这种方法，可以使两个或更多个X射线辐射源发射X射线，使得X射线通过物体或人，或更具体地通过ROI，并且在探测器处在时空上重叠。然后可以探测入射到探测器上的重叠X射线的强度，从而提供由物体或人造成的衰减的量度。然后可以估计在探测器处重叠的每个X射线的强度，然而生成成像物体或人的ROI的三维图像。可以采用新颖的重建技术来估计每个重叠的X射线的强度。
该方法还可以包括利用在探测器的像素处重叠的二个或更多个X射线中的每个X射线的强度的一个或多个估值来生成ROI的三维表示。
该方法还可以包括显示ROI的三维表示的一个或多个二维视图。
该方法可以包括将ROI体素化为多个三维非重叠体素；估计每个所述体素的衰减系数；以及根据估计的每个所述体素的衰减系数将ROI重新体素化为多个三维非重叠体素。
该方法还可以包括重复所述重新体素化，直到满足停止标准。
该方法还可以包括使用压缩感测算法来估计每个体素的所述衰减系数。
所述压缩感测算法可以包括优化和线性化算法、正向反向分裂算法及其组合中的至少一个。
该方法还可以包括执行校准，该校准包括激活每个源以一次发射一个X射线的步骤；以及激活源集以发射X射线，使得所述X射线在探测器的像素处重叠的步骤。
该方法还包括选择两个或更多个源以激活以发射X射线，从而优化图像采集速度、图像质量和ROI覆盖范围中的至少一个。
可以使用第一方面的系统来执行本文所述的方法。
短语“被设置成”可以理解为“能够”。通过本公开的实施例的具体描述和附图，本发明的各种目的、特征、实施例和优点将变得更加显而易见。尽管本发明内容简要介绍了各种实施例，但是其并不旨在限制要求保护的主体的范围。根据前述公开内容，本发明的其它优点对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的各个方面的X射线成像系统的示例的示意性横截面图示。
图2是根据本公开的各个方面的发射器阵列的示意性平面图图示。
图3是示出了根据本公开的各个方面的重建X射线图像的示例性方法的流程图。
将结合某些附图描述本发明，但是本发明不限于这些附图，而是仅由权利要求限制。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。每张附图可以不包括本发明的所有特征，因此不应该被认为是本发明的实施例。在附图中，为了说明的目的，可夸大某些元件并且未按比例进行绘制。尺寸和相对尺寸不和实际减小到本发明的实际相一致。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，并且不一定以任何排序或以任何方式描述时间或空间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且除了本文描述和说明的顺序外，还可以按照其它顺序进行操作。
此外，说明书和权利要求中的术语顶部、底部、在……正上方、在……上方等用于描述目的而不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且除了本文描述和说明的方向外，还可以沿着其它方向进行操作。
应注意，在权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于下文列出的装置；它不排除其它元件或步骤。因此，应将其解释为指定所述的特征、整数、步骤或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件，或其组的存在或添加。因此，“包括装置A和B的设备”的这种表述的范围不应该限制于仅包括部件A和B的设备。这意味着在本发明中，设备的唯一相关部件为A和B。
同样，应该注意，在说明书中使用的术语“连接”，不应被解释为仅限于直接连接。因此，表达“连接到设备13的设备A”的范围不应限于设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或系统。这意味着A的输出和B的输入之间存在一条路径，这条路径可能是包括其它设备或装置的路径。“连接”可以表示两个或更多个元件直接物理或电接触，或者两个或更多个元件彼此不直接接触但仍然彼此协作或相互作用。例如，设想无线连接。
整个说明书中提及“一个实施例”或者“一个方面”意味着结合各个实施例或各个方面描述的特定特征、结构或特点包含在本发明的至少一个实施例或方面中。因此，本说明书中出现的短语“在一个实施例中”，或“在一个方面”并不一定都指代相同的实施例或方面，而是可以指代不同的实施例或方面。此外，在一个或多个实施例或方面中，如本领域普通技术人员通过本公开所显而易见的，本发明的任何实施例或方面的特定特征、结构或特点可以以任何合适的方式组合。
同样地，应当理解，在说明书中，有时在简单的实施例、附图或附图说明中将本发明的各种特征组合在一起，用于简化本公开以及利于帮助人们理解一个或多个各个发明方面。然而，本公开的方法不应被解释为体现所要求保护的发明需要比每个权利要求中明确表示的更多特征的意图。而且，对于任何各个附图或方面的描述不一定理解为本发明的一个实施例。相反，如接下来的权利要求书所反映的，本发明的方面在于比单个前述实施例的所有特征还少的特征。因此，在具体实施方式之后的权利要求书在此明确地并入本具体实施方式中，其中每条权利要求独自作为本发明的一个单独的实施例。
此外，如本领域技术人员将理解的，尽管本文描述的一些实施例包括在其它实施例中包括的一些特征，但是不同实施例的特征的组合意在本发明的范围内，并且形成其它实施例。例如，在以下权利要求中，可以以任何组合使用要求保护的实施例中的任何一个。
本文提供的说明书中描述了许多具体细节。然而，应该理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，没有详细示出公知的方法、结构和技术，以免模糊对本说明书的理解。
在本发明的讨论中，除非另有说明，否则一个参数的允许范围的上限或下限的替代值的公开，以及所述值中的一个值要比其它值高的多的指示应被理解为暗示在所述替代值的更优选的值和较不优选的值之间的所述参数的每个中间值本身优选为所述较不优选的值以及所述较不优选的值和所述中间值之间的每个值。
在某些情况下，术语“至少一个”的使用可能仅表示一个。在某些情况下，术语“任何”的使用可以表示“全部”和/或“每个”。
现在将通过与本发明的示例性特征有关的至少一幅附图的详细描述来描述本发明的原理。显然，在不脱离本发明的潜在概念和技术教导内容的情况下，可以依靠本领域的技术人员的知识配置其它布置，本发明仅受所附权利要求的限制。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的各个方面的X射线成像系统100的示例。如图所示，X射线成像系统100可包括两个或更多个X射线辐射源110，例如分布式源阵列的两个或更多个发射器元件。
一准直器(未示出)可以设置成与每个源110相邻，并且可以用于确定由每个源110发射的每个X射线辐射束130的尺寸和形状。在典型的使用中，X射线束130可以是圆锥形，从而形成锥。或者，源110可以发射各种其他形状的X射线束130。“锥”可以指来自单个发射器的X射线发射的大致锥形包络。该术语可用于区分单个发射器的发射与整个发射器阵列的发射。
参考图2，在本公开的某些实施例中，源110可以形成分布式源阵列的一部分，例如FEE。在一个示例中，分布式源阵列200可以包括多个单独的和离散的发射器元件，其中每个发射器元件是X射线辐射的源110。如图所示，每个源110可以布置成其中心位于等边三角形的网格的节点处。因此每个源110可以在整个发射器阵列200(垂直和水平)等间距地间隔开。或者，源110可以以各种其他结构布置(例如，源在y轴上的间距要比x轴上的间距远得多，其由不同网格图案形成，例如正方形、长方形、六边形，或随机或伪随机地分布)。
X射线成像系统100还可以包括一个或多个探测器140，探测器140可以包括产生电信号的元件，该电信号表示在探测器140上照射X射线束130的强度，从而提供物体160衰减(例如，X射线强度的吸收或弱化)的测量。如本文所讨论的，因为这些电信号提供了物体160的扫描部分的衰减的测量，可对这些电信号进行处理以生成物体160的ROI的三维重建。在本公开的实施例中，探测器140可以由多个探测器像素(或者传感二极管)形成，每个探测器像素可以设置成产生表示入射的X射线束130的强度的电信号。
如图1所示，可以将X射线成像系统100配置成使得在使用时，ROI的至少一次曝光或扫描涉及至少两个不同的源110发射的X射线束130的探测器140处的时空重叠。可以以各种方式实现该配置。例如，控制器180可以可操作地连接到源110，进而用于选择性地激活源110的子集。在一个方面，控制器180可以被配置为控制提供给每个单独的源110的能量。以这种方式，控制器180可以能够提供发射点激活，使得可以激活源110的子集以发射X射线束130，并且还使得可以选择重叠源110。
X射线成像系统100还可以包括处理单元150。处理单元150可以包括一个或多个处理器、计算机，CPU或类似设备，并且可以被配置为处理图像信息，例如入射到探测器140上的X射线束130的强度。例如，处理单元150可以可操作地连接到探测器140，以便从探测器140接收数据，例如对应于照射到探测器140上的X射线束130的强度的电信号。
处理单元150还可以被配置为实现一个或多个过程(如本文所述)以去卷积在探测器140处时空重叠的X射线束130的联合测量的衰减。通过知道源110和探测器140的相对位置，例如在给定曝光中激活的每个源110的位置以及从其接收表示X射线束130的强度的电信号的探测器140(例如，探测器像素)的部分的位置，处理单元150可以将从探测器140接收的电子信号转换成三维数据阵列，该三维数据阵列表示整个ROI中的各个点处的衰减。
在本公开的一个方面，处理单元150可以对物体160，或者更具体地，物体160的ROI再细分为三维的，非重叠的体积元素或体素。然后，处理单元150可以将每个体素建模为被物体160的一部分占据，并且由均匀材料构成，该材料的衰减系数(其表征X射线在体素内如何轻松通过材料)表示单个数据点。然后处理单元150可以在称为矢量的阵列中收集这些数据点。
处理单元150可以将建模的矢量与从探测器140接收的电子信号进行比较，该电子信号对应于将X射线束130照射到探测器140上的强度。通过这种方式，处理单元150可以将每个体素的建模衰减与检测到的每个体素的衰减相比较。然后处理单元150可以利用基于压缩感测方法的重建算法，基于实际测量值迭代地细化建模的矢量，并且反过来，可以使用这种迭代的结果来重建ROI的三维模型。
参考图1，X射线成像系统100还可以包括存储器170。存储器170可以是处理单元150的一部分，或者可选地，可以可操作地连接到处理单元150。存储器170可以存储，以便稍后通过处理单元150处理在一次或多次X射线扫描期间获取的数据。例如，在典型应用中，物体或患者可能暴露于短序列的X射线曝光(1-50次曝光，例如5-10次曝光)，以及来自这些曝光的数据，例如可以将每次曝光期间的测量的衰减存储在存储器170中，并且随后对测量的衰减进行处理或将衰减用于改进如本文所讨论的图像重建。
应该注意，为了确定物体160的ROI的部分的衰减，必须知道每个源110和探测器140或检测到的像素的相对位置(距离和取向)。在固定安装的情况下，可以在安装时进行所需的测量，并在日常维护期间验证测量。或者，可以通过任何数量的其它方式，包括通过机械测量来确定相对位置。
在本公开的一个方面，X射线成像系统100可以包括一个或多个传感器190，其布置成确定源110与探测器140的相对位置，和/或反之亦然。传感器190可以是任何类型的接近传感器，其可以用于确定每个源110和探测器140之间的距离。该距离可以用于选择在成像物体160时使用的合适的源子集110。例如，操作员或放射线技师可以利用控制器180来选择物体160的ROI。在本公开的一个方面，然后可以基于制造的源110和要成像的ROI的固定的间距和准直角度将SOD的范围预先计算(例如，通过处理单元150)并提供给操作员。操作员或放射线技师可以将探测器140放置在特定的SOD的范围内。然后，传感器190可以测量源110和探测器140之间(或者可选地，源110和物体160之间)的距离，并且可以(例如，通过处理单元150)计算源110的子集，包括将在探测器140的一个或多个像素处时空重叠的两个或更多个源110，源110的子集优化图像采集速度、图像质量和/或ROI覆盖范围。出于本公开的目的，空间和时间重叠(或时空重叠)可以包括在采样时间间隔内两个或更多个X射线入射在探测器的像素上的情况。
X射线成像系统100还可以包括可视化工作站和显示器120。可视化工作站和显示器120可以可操作地连接到处理单元150，并且可以用于观察物体160的ROI的重建的三维图像。例如，可视化工作站120可以执行计算以将由处理单元150确定的三维数据阵列转变为可显示给操作员或放射线技师的ROI的一个或多个间隔视图(例如，二维切片)。
图3是示出了根据本公开的各个方面的重建X射线图像的示例性方法的流程图。该方法可以从步骤501开始，其中可以执行校准操作，例如空气校准(或空隙爆破)，作为抵消每个源110的空气衰减、空间变化，探测器140灵敏度变化以及补偿探测器140的错误像素等的手段。校准数据还可用于理解，以及如果必要的话，用于补偿探测器140响应中的非线性；传统的数字探测器是线性的(例如，两倍的输入通量产生两倍的信号输出)，但是当入射角不同时，这可能不再是真实的。
在本公开的一个方面，可以执行两步校准，由此可以每次激活一个源110，然后可以按组或集激活源110，其中至少两个X射线束130在探测器140处时空重叠。而这种两步校准不能解释所有可能的潜在变化，它确实允许在给定的情况中抵消主要的响应问题。
该校准可以作为图3中所示的方法的第一步骤(在步骤502之前)执行。或者，不需要在实施图3中所示方法之前立即执行这种校准，而是可以周期性(例如，每天或每周)执行这种校准以捕获(例如，由于温度引起的)性能变化或(例如，由于老化、X射线曝光或物理损坏引起的)衰败。校准结果可以用于调整本文描述的重建算法，并且来自这种校准的数据可以存储在存储器170中以及稍后由处理单元150处理。
参考图3，假设校准结果在可接受的限度内并且已经记录了任何配置改变或修改的测量值，可以执行一个或多个数据采集步骤(步骤502-505)。作为第一件事，可以在步骤502处选择物体(或人)160的ROI的三维。如本领域技术人员根据本公开所理解的，可以由操作员或放射线技师使用控制器180来执行该选择，或者可选地，可以以很多的方式来执行该选择。基于所选择的ROI，源110的间距和准直角以及SOD，可以在步骤503选择要用于对ROI成像的源110的组或子集110。考虑到ROI几何形状、间距和准直角，以及SOD的几何计算可用于优化图像采集速度、图像质量和/或ROI覆盖范围中的一个或多个。
虽然未示出，但是在本公开的一个方面中，可以基于制造的源110的固定间距和准直角来计算SOD的范围，并且将SOD的范围提供给操作员或放射线技师。然后，操作员可以将物体160放置在源110和探测器140之间的计算的SOD范围内。然后可以通过例如传感器190或机械地测量源110和探测器140之间的距离。或者，源110和探测器140可以保持静止，或者如果保持移动的话，源110和探测器140可以被设计成以在整个X射线扫描过程中始终知道它们的相对位置的方式移动(例如，源110和/或探测器140可以以已知图案移动)。
在步骤504处，可以激活在步骤503选择的源110的组或子集，并且可以将所选择的ROI(步骤502)暴露给一系列X射线曝光。然后可以(在通过物体160之后)在步骤505处测量将X射线束130照射到探测器140上的强度的局部变化，从而提供物体160的衰减的量度。在步骤505处测量的衰减可以例如，存储在存储器170中，或者存储在处理单元150中。可以将这些衰减测量值附加到从先前扫描(例如，来自源110的组或子集的先前激活)获得的衰减测量值。可以重复该过程，直到捕获到足够的原始数据以允许将数据转换成ROL的期望图像。
接下来参考框506到507，可以实施迭代重建过程，重建物体160的ROI的三维表示。然后可以将ROI细分(步骤506)为称为体素的n个三维非重叠体积元素。可以将定义(或重新定义)这种体素的过程称为体素化(或重新体素化)。每个体素可以被建模为始终具有均匀的辐射吸收特性(例如，相同的衰减系数)。通过这种方式，每个体素可以表示单个样本或数据点(例如，单个衰减系数)。可以在称为矢量的阵列中收集所有这些数据点。如本领域技术人员根据本公开内容将理解的，该体素化过程可以由处理单元150执行，或者可选地，通过任何其它数量的手段来执行。
如本文所讨论的压缩感测方法，被设置成用于确定两个或更多个时空重叠的X射线束中的每一个的强度，可以用于确定最符合在步骤505处获得的可用数据的一组衰减系数。通过这种方式，然后可以通过迭代地细化体素化(重复步骤506和507)，直到满足停止的标准(例如实现预定的最优性条件(例如，所需的分辨率)来确定合适的体素化。因为用于确定特定体素化的衰减系数的压缩的感测方法通常涉及一个或多个迭代，为了便于参考，体素化的每个连续细化可以被称为外部迭代，而压缩感测方法(在每个特定体素化内)的每个连续迭代可以被称为内部迭代。
参考方框507，在体素化(或重新体素化)之后，可以使用压缩感测方法来去卷积时空重叠的X射线的强度测量，并且因此确定占据每个体素的材料的衰减，或更精确地衰减系数。压缩感测是一种数学技术，其利用图像中的稀疏性，允许以比其它方式需要的更少的测量进行重建。该技术也可以称为基础追踪问题。常规的基础追踪问题涉及欠定线性系统，欠定线性系统具有无限多个解，其目的是在这些系统中找到具有最少非零项的解。在数学上，这个概念可以表示为：
其中|·|表示集合的基数或元件的数量，A是m x n矩阵，且b是尺寸m的矢量，其中m是测量的数量，n是体素的数量，x是衰减系数的矢量，而Xi是第i个体素的衰减系数。
在来自不同源110的两个或更多个X射线束130在探测器140处重叠的情况下，来自这种重叠X射线的测量将不是线性的(因为它们用于非重叠的X射线)。相反，如果两个X射线束130在探测器140处重叠，或者更具体地在探测器140的像素处重叠，则测量j时的衰减总计达到
其中右手侧的两个项中的每一个对应于一个X射线束140的测量值，其中IEjk对应于发射器(或源)k处的辐射，IDj对应于探测器j处的辐射，并且其中ξijk表示第k个源110发射的X射线束130经过第i个体素的距离。对于在j个探测器140的像素处重叠的Pj X射线，更普遍的公式是
在一种方法中，非线性约束(2)可以通过忽略测量的非线性来线性化，假设对于在[0,1]中两个足够接近的正a,b∈R和λ，我们具有log(λa+(1-λ)b)≈λlog(a)+(1-λ)log(b)。在重叠X射线束130的情况下，约束(2)被简化为
其中系数是凸组合中的权重，也就是说它们是正的且总和为1。将对数应用到右手侧，获得以下线性约束：
或者Ax＝b，其中b是bj的向量，并且其中A是由距离的负凸组合组成的矩阵，其中pj表示在测量j处重叠的X射线源的数量。可以将A解释为由顺序曝光产生的相应线性测量矩阵的压缩版本：
以上提供了非线性测量的第一线性近似。然而，取决于沿着重叠的X射线束130的衰减的差异，(4)中的两个项可能会有很大不同，以致于不能说明这种简化的正确性。
因此，对于每个测量j，可以迭代地估计确定线性化的参数τj。然后可以基于这些参数优化相应的模型。
对于两个值和凸组合权重使得可以定义为如下比
当所有的时，由于对数函数的凹性，τ(a，λ)仍然成立。通过将这概念应用到测量(3)，用于在测量j处重叠的X射线锥的Pj的比例τj(x)由以下给出
因此，获得约束(2)的以下公式，其中如之前一样bj＝log(ψj)，
其中是矩阵A的解。引入对角矩阵
τ＝diag(τ1，...，τm) (11)
得到约束
τAx＝b (12)
基于前述内容，可以制定以下重建(优化和线性化)算法，其中该组测量的X射线可以在X射线和体素的交叉长度的一稀疏矩阵中表示，与相应的矢量测量b相关联，其中m(测量的数量)可以远小于n(体素的数量)：一旦组装了稀疏矩阵和矢量测量，可以求解以下内容，并且对于t＝1，2，3...，迭代地细化，直到矢量X充分收敛。
1.更新X
其中μ＞0是一个正则化参数，它提供稀疏性先验和数据保真度项之间的平衡，并且其中稀疏性先验||x||s是L1-范数，全变差范数，或两者的凸组合。
2.更新τ
τ←diag(τ1(x)，...，τm(x))，
其中
可以执行初始化，其中可以首先计算以下内容：
0.x＝ATb，τ＝I，其中I是m x m单位矩阵。
以下描述了解决具有重叠的重建问题的替代方式。参考(2)，假设再次对矢量X的稀疏重建产生兴趣，则用具有LI先验的最小化产生
测量值系数ξijk可以用稀疏矢量表示：
rjk＝-ξ1jk...-ξnjk)T，(j＝1，...，m).
(14)
在数据约束项中允许噪声，导出以下(13)的最小二乘公式：
使用正则化参数μ＞0，它提供稀疏性先验和数据保真度项之间的平衡。公式(15)对应于形式的优化问题
其中凸的不可微化：f：Rn→R
f(x)＝||x||1，
(17)
以及部分凸的，可微化的：g：Rn→R
形式(16)的优化问题可通过使用t＝0,1,2…和X0＝0的一阶，前后分裂更新序列来解决：
其中收敛速度O(1/t)和步长λ＝1/L。如果f是下半连续凸函数，则更新序列(19)收敛至(16)的最小值，同时g是凸的可微化的，且具有利普希茨连续梯度。
为了优化(15)作为(16)的特殊情况，x的初始化保持小于极小化变量因为g对于是部分凸的。此外，应该选择步长v，使得针对所有迭代t确保可以使用回溯线搜索算法(例如，λ←λc)来确定步长。测量值用给出，其中
因此，线搜索可受到以下约束
ψj(x)≤ψj，for all j＝1，...，m.
(20)
对于这是必要但不充分的条件。
基于前述内容，可以制定以下第二重建(前向-后向分裂)算法，并用于生成ROI(或ROI的一部分)的三维重建：可基于在方框505处获得的测量值来组装以下：
ψ∈Rm：测量值的矢量
射线和体素的交叉长度的稀疏向量
c，τ∈(0，1)：线搜索控制参数
g的利普希茨常数
θ＞0：停止标准的相容阈值
接下来，可以进行初始化操作X0＝0，得到以下解，同时细化迭代t＝1,2,..等：
1.计算搜索方向：
2.回溯线搜索：
λ＝1/L
λ←λc
而
3.更新X：
4.停止标准：
如果则停止
使用模拟和现实世界测量的实验结果已经表明，本文公开的重建算法显著地改善了线性约束的重建精度。这样的实验表明，本方法被设置为恢复与达到-2的平均重叠的顺序(非重叠的)曝光几乎相同的图像质量，同时高度增加SOD和发射器准直角的鲁棒性，并增加图像捕获时间。换句话说，当探测器140的每个像素的时空X射线重叠平均可归因于两个或更少的源110时，本方法提供最佳结果。因为在典型使用中，探测器140的像素子集将探测一个或者更少的X射线束130，本方法允许这样的配置，其中第二像素子集可以探测来自>2个源110的时空重叠的X射线。
再次参考步骤507，在每次内部迭代结束时(例如，在解决和迭代地细化压缩感测算法时)，可以执行随后的外部迭代(步骤506)。在每个随后的外部迭代中，可以基于在步骤507处确定的衰减系数来修改先前体素化的每个体素。例如，为了更好地拟合测量的衰减，体素可以进一步细分为更小的体素，或可选地，两个或更多个相邻体素可以合并为单个体素。可以通过迭代地修改体素化直到满足停止标准(例如，期望的图像分辨率)来获得最佳体素化。
在迭代循环(步骤506和507)结束时，为每个体素导出的所得X(衰减系数)值可用于产生ROI物体160的三维图形表示。可以将这个图形表示显示(步骤508)为三维图像，或更典型地为(例如，沿着z轴的)一组二维“切片”。通过这种方式，操作员或放射线技师可检查ROI。
值得注意的是，前述方法虽然以有序步骤呈现以用于说明性目的，但其仅仅是示例性的。所描述的步骤不需要以所述顺序执行。此外，不需要执行所述步骤中的每一个以仍然与本公开一致。
如本领域技术人员根据本公开内容将理解的，本文描述的实施例可以克服传统系统的设计限制，因为非重叠条件的移除允许更稳健的系统配置。例如，在厚的物体的断层融合的情况下，放松非重叠条件可能是特别有用的。在这种情况下，为了确保X射线完全覆盖在物体的顶部，由于X射线束的锥形或扇形，物体的底部通常会有足够的重叠。因为传统系统不能处理这种重叠，所以与物体的底部相比，这些物体的顶部通常是欠采样的(因此，不清晰)。因为本发明的实施例允许X射线重叠，所以可以在这些物体的顶部实现更高的采样，从而产生更清晰的图像。
此外，在医疗应用中，由于患者移动，连续曝光的总持续时间有限(通常为0.1秒)，传统系统必须在x-y平面(探测器的平面)中可实现的分辨率和在z-方向(与x-y平面正交的方向上)可实现的分辨率之间取得平衡。为了增z方向上的分辨率，必须使用更钝的准直角，这使得难以避免导致在允许的时间限制内(例如，0.1秒)进行更少的曝光的重叠。本公开的实施例通过以时间上重叠的方式使用具有尖锐和钝的准直角的源110(或发射器)的混合来克服该限制，其中尖锐的角有助于增加x-y平面中的分辨率，而钝的角有助于增加z方向上的图像分辨率。
此外，在医疗或临床环境中可能会出现源110和探测器140未正确对准(例如，源的间距和偏航与探测器不共面)，这可能导致X射线甚至在其它可接受的SOD上重叠。本公开的实施例承受重叠的能力消除了这种担忧，同时使得为患者，例如躺在床上的患者照射X射线时具有更大的灵活性，可从床脚板以仰卧姿势进行成像，从而不需要在患者上方悬挂重型源。
在处理不同ROI方面，本公开的实施例相较于传统系统具有明显的优点。在ROI与探测器的面积相似的情况下，X射线重叠允许对ROI的边缘进行良好采样，而不需要额外的源110或发射器，这又提高了运行速度。在传统系统中(其中不能容忍X射线重叠)，边缘源或发射器(例如，传统发射器面板上的发射器的外部行和列)通常覆盖ROI的一小部分。由于发射器，更特别地是由不同发射器发射的X射线不能重叠，因此这需要操作员或放射线技师分别激活边缘发射器，因此执行了比本公开的实施例所需的扫描更多的扫描。
在ROI与探测器相比较小的情况下，由于不同发射器发射的X射线可以有效地覆盖整个ROI，本公开的实施例可以有效地将获取时间减半。通过这种方式，操作员或放射线技师可以快速拍摄一系列图像，从而减少运动伪影的数量。这种特征对于儿童或虚弱患者而言尤其有益，其中运动可能是一个更大的问题，而身体厚度较小。
应当理解，虽然上文已经描述了本公开的实施例，但是本发明不应受到前述内容的限制。相反，给出前述书面描述、附图和摘要是为了说明的目的，并且决不意味着限制本发明。实际上，鉴于本公开内容，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对前述内容进行各种改变。

Claims (9)

1.一种重建X射线图像的迭代方法，包括：
激活两个或多个源以发射X射线束，使得所述X射线束被传送到感兴趣区域(ROI)并且在探测器的至少一像素处在空间和时间上重叠；
探测入射到所述探测器的所述像素上的所述X射线束的强度；
使用一压缩感测算法，包括一优化和线性化算法或一前向后向分裂算法，重建一对象的感兴趣区域的三维表示；
体素化所述感兴趣区域为多个三维非重叠的体素，采用所述压缩感测算法估计每个所述体素的衰减系数；
基于每个所述体素的估计的衰减系数，再体素化所述感兴趣区域为多个三维非重叠的体素，重复所述再体素化直到满足停止标准；
其中，所述压缩感测算法适用于生成于所述至少一像素处的两个或多个X射线束的每一个的强度测量值的一估值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括显示所述感兴趣区域的所述三维表示的一个或多个二维视图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括执行一校准，所述校准包括激活每个源以一次发射一个X射线束的步骤；以及激活多组源以发射X射线束，使得所述X射线束在所述探测器的像素处重叠。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择两个或更多个源以激活以发射X射线束，从而优化图像采集速度、图像质量和感兴趣区域覆盖范围中的至少一个。
5.一种X射线成像系统，其特征在于，包括：
一探测器，其被设置成用于响应于入射到所述探测器上的X射线束产生一信号，其中所述信号表示入射到所述探测器的一像素上的所述X射线束的强度；
多个X射线源，其中所述多个X射线源中的至少两个X射线源被设置成发射X射线束，使得所述X射线束被传送到一感兴趣区域(ROI)并且在所述探测器的至少一像素处在时间上或空间上重叠；以及
一处理单元，用于根据权利要求1-4任意一项所述的方法实施，生成至少一个像素处的两个或多个X射线束的每一个的强度测量值的一个估值。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括一显示器，所述显示器可操作地连接到所述处理单元，其中所述显示器被布置成显示所述感兴趣区域(ROI)的所述三维表示的一个或多个二维视图。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多个X射线源包括一分布式源阵列的两个或更多个发射器元件。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多个X射线源和所述探测器各自包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置成确定所述X射线源和所述探测器的相对位置。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括一控制器，用于操作所述X射线成像系统，其中所述控制器被设置成激活所述多个X射线源的子集。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11051771B2 (en) 2014-06-17 2021-07-06 Xintek, Inc. Stationary intraoral tomosynthesis imaging systems, methods, and computer readable media for three dimensional dental imaging
US20180153205A1 (en) * 2015-04-28 2018-06-07 Xiang Wu Imaging and forming method using projection operation and back projection method
CN106526686B (zh) * 2016-12-07 2019-05-07 同方威视技术股份有限公司 螺旋ct设备和三维图像重建方法
CA3115575A1 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Xin Vivo, Inc. Intraoral tomosynthesis x-ray imaging device, system, and method with interchangeable collimator
JP7036704B2 (ja) * 2018-11-16 2022-03-15 ヤフー株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及び情報処理プログラム
US12266127B2 (en) * 2019-03-25 2025-04-01 Sony Group Corporation Medical system, signal processing device, and signal processing method
GB2588385B (en) * 2019-10-17 2022-08-03 Adaptix Ltd A system and method for obtaining an x-ray image of a subject
GB2590946B (en) 2020-01-08 2023-10-25 Adaptix Ltd Apparatus and method of producing a tomogram
WO2021213412A1 (en) * 2020-04-20 2021-10-28 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. Imaging systems and methods
CN113520416A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 上海联影医疗科技股份有限公司 一种用于生成对象二维图像的方法和系统
CN111992514B (zh) * 2020-08-06 2022-03-25 北京霍里思特科技有限公司 宽体智能分选设备的双光源信号采集单元及信号采集方法
KR102615862B1 (ko) * 2021-08-26 2023-12-20 주식회사 에이치엔티메디칼 엑스레이 이미지 노이즈 제거를 위한 캘리브레이션 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778614A (en) * 1968-08-23 1973-12-11 Emi Ltd Method and apparatus for measuring x- or {65 -radiation absorption or transmission at plural angles and analyzing the data
US6375354B1 (en) * 2000-05-23 2002-04-23 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Method and system for determining a variable lateral center-to-center setpoint for a digital imaging system
CN101472524A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 多管成像系统散射校正
CN101726501A (zh) * 2008-10-20 2010-06-09 通用电气公司 用于x-射线成像的方法和系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556199B1 (en) * 1999-08-11 2003-04-29 Advanced Research And Technology Institute Method and apparatus for fast voxelization of volumetric models
GB0525593D0 (en) * 2005-12-16 2006-01-25 Cxr Ltd X-ray tomography inspection systems
GB0329534D0 (en) * 2003-12-20 2004-01-28 Ibm Method for determining the bounding voxelisation of a 3d polygon
US7103136B2 (en) * 2003-12-22 2006-09-05 General Electric Company Fluoroscopic tomosynthesis system and method
CN101495886B (zh) * 2006-08-01 2012-11-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 立体管计算机断层摄影
US7860210B2 (en) * 2008-11-18 2010-12-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Data normalization in inverse geometry computed tomography system
EP2378974B1 (en) * 2008-12-17 2013-04-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray examination apparatus and method
US8862206B2 (en) * 2009-11-12 2014-10-14 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Extended interior methods and systems for spectral, optical, and photoacoustic imaging
DE102010006774A1 (de) * 2010-02-04 2011-08-04 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 CT-Messung mit Mehrfachröntgenquellen
US8447011B2 (en) * 2010-08-24 2013-05-21 Fujifilm Corporation Radiographic image capturing system and radiographic image capturing method
US9245363B2 (en) * 2012-12-21 2016-01-26 Nvidia Corporation System, method, and computer program product implementing an algorithm for performing thin voxelization of a three-dimensional model

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778614A (en) * 1968-08-23 1973-12-11 Emi Ltd Method and apparatus for measuring x- or {65 -radiation absorption or transmission at plural angles and analyzing the data
US6375354B1 (en) * 2000-05-23 2002-04-23 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Method and system for determining a variable lateral center-to-center setpoint for a digital imaging system
CN101472524A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 多管成像系统散射校正
CN101726501A (zh) * 2008-10-20 2010-06-09 通用电气公司 用于x-射线成像的方法和系统

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