CN1879560A - 用于计算机断层造影的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在计算机断层造影中利用可变管电压进行辐射硬化的多频谱校正的一种装置和一种方法。尤其是公开了水校正和再现后硬化校正。为了进行水校正，对投影图像数据(40)进行校正，其中，在预先确定的校正表(40)中查找校正值，利用这些校正值对投影图像数据(40)进行校正。通过图像再现(43)从中产生校正的立体图像(44)。

Description

用于计算机断层造影的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于计算机断层造影的装置，其具有：

-用于对待检查对象从不同的投影方向进行透视的辐射源，

-对该辐射源的辐射进行采集的检测器，以及

-连接于该检测器后的分析单元，其对由该检测器记录的待检查对象的投影图像的辐射硬化(Strahlungaufhaertung)进行校正。

本发明还涉及一种计算机断层造影的方法。

背景技术

在DE 10051462 A1中公开了一种计算机断层造影设备以及一种用于校正射线硬化的方法。该公知设备包括共同围绕待检查对象旋转的X辐射源和X射线检测器。由X射线检测器记录的投影图像被输入分析单元，分析单元对辐射硬化进行校正。在此，该分析单元执行再现后校正方法。在再现后校正方法中，分析单元首先从未经校正的投影图像中近似地再现待检查对象的立体图像。在此，立体图像的概念应如以下所述理解为三维立体视图和两维截面图像。然后，进行再投影，其中仅考虑立体图像中那些图像值位于预先给定的阈值之上、并被解释为不同于软组织的物质的图像点。这些物质例如可以是骨骼或造影剂。通过限制在特定的图像点上可以降低再投影时的计算开销。

在经典的计算机断层造影中，对直至很小的由发电机对管电压造成的波动都用恒定电压来对所有投影方向进行处理。在此，优选地这样选择管电压，使得由检测器接收的射线剂量对于所有投影方向和对象厚度都是足够的。当待检查对象为患者时，就可能使患者遭受大于拍摄各投影图像所需的射线剂量。

因此开发出了各种装置和方法，以尽可能降低患者所受的射线剂量。例如在US 6222907 B1中公开了一种这样的装置和这样的方法。在该公知的装置和方法中，相应于穿过待检查对象的射线路径来调节X射线管的参数。

该公知装置和方法的应用领域是放射线照相术和荧光镜照相术。

近来用于旋转血管造影的C型设备得到了不断地改进。尤其是C臂的机械稳定性得到了提高，这使得可以近似于同心地旋转。与平面检测器的使用一起，这种设备以相对于X射线图像放大器扩展了的动力学使得可以进行计算机断层造影立体再现。

发明内容

从该现有技术出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种具有优化的辐射剂量和更好的图像质量的用于计算机断层造影的装置。此外，本发明要解决的技术问题还在于，提供一种从投影图像再现立体图像的方法。

本发明的特点尤其在于，所采用的辐射源根据待检查对象的吸收特性，通过匹配至少一个运行参数，在不同的投影方向上用不同的能量分布来发射射线。分析单元被加以在特定投影方向上采用的运行参数的值，以从数据存储器中读取对应于运行参数值的校正值，并由此对所涉及的投影图像进行辐射硬化的校正。

相应地，在用于再现立体图像的方法中，将投影图像数据和至少一个表征用于拍摄投影图像时采用的辐射的能量分布的运行参数一起输入分析单元。此外，分析单元还根据运行参数的值读取存储在数据存储器中的用于射线校正的校正值，并由此就辐射硬化来对投影图像进行校正。

由于辐射源的运行参数确定所发射射线的能量，在已知的运行参数中还已知由辐射源发出的辐射的能量分布。由此可以预先为不同的运行参数值确定校正值，利用这些校正值可以校正辐射硬化。由此，即使在数据量很大的情况下也可以实时地对辐射硬化进行校正

在一优选实施方式中，辐射源是X射线辐射源，而运行参数是X射线辐射源的管电压。在阳极的物质组成已知的情况下，通过管电压的值可以了解由阳极发射的X射线光子的能量分布。

在另一优选实施方式中，分析单元进行所谓的水校正，其中，分析单元对于一个特定的图像值确定存储在数据存储器中的、取决于该图像值以及管电压的校正值。在此，简化地假设辐射衰减是由水等价物质引起的。

此外，分析单元还可以根据管电压进行再现后校正。在此，分析单元从投影图像中产生根据吸收特性区分的三维对象模型，并将图像值分别与由该对象模型导出的对象数据组相对应。此外，分析单元还从数据存储器中读出对象数据组和与管电压相对应的校正值，并由此对辐射硬化进行校正。

为了降低计算开销，优选地分析单元利用小于投影图像的空间分辨率的空间分辨率来进行辐射硬化的校正。这一般就足够了，因为由于辐射硬化在再现的立体图像中感应出的伪影一般具有较低的空间频率。

附图说明

以下对本发明其它细节和优点进行描述，在本发明的实施例中借助附图进行详细解释。图中：

图1示出具有C臂的计算机断层造影设备的透视图；

图2示出X射线源的管电压相对于投影角的变化的图；

图3示出在不同管电压下由钨阳极发射的X射线辐射的频谱的图；

图4示出在不同管电压下由X射线检测器采集的有效频谱的图；

图5示出透视20厘米水时的结果频谱的图；

图6示出不同物质的衰减系数与X射线光子的能量的依赖关系；

图7示出不同物质的质量衰减系数与X射线光子的能量的依赖关系；

图8示出对于不同管电压模拟穿过水的通路的投影值与路径长度的依赖关系的图；

图9示出穿过待检查对象的截面和用于可视化物质选择的再投影的平面图像检测器；

图10示出用于说明第一阶分析校正、即所谓的水校正的流程的框图；

图11示出用于说明第二阶迭代多频谱分析校正的流程的框图；

图12示出图11的第二阶迭代多频谱硬化校正的细节的框图；

图13示出对象的再现，其中在假设恒定管电压的条件下借助利用可变管电压拍摄的投影图像进行再现；

图14示出在考虑电压变化的条件下的图13的对象再现；

图15示出图13和14中示出的图像的差图像。

具体实施方式

图1示出可用于旋转血管造影的X射线设备1的透视图。X射线设备1使得可以对患者2的体内结构进行计算机断层造影立体再现。X射线设备1包括X射线管3和采集X射线管3发射的X射线的检测器4。患者2在至检测器4的路径上横切X射线，从而使得检测器4可以拍摄患者2的投影图像。检测器4优选为数字平面检测器。

X射线管3和检测器4固定在由支架6支撑的C臂5上。C臂5在切线方向7上可移动地安装在支架6中。支架6本身可绕旋转轴9旋转地安装在机架8上。机架8安装在落地架10上，落地架10使得机架8可以移动。

在X射线设备1运行时，C臂5绕旋转轴9旋转，并绕患者2位于其上的患者卧榻11运行。

检测器4与分析单元12连接，分析单元12从由检测器4拍摄的投影图像中计算出患者2体内结构的立体图像。该立体图像例如可在显示器13上显示。除了其它的之外，在分析单元12上还连接有输入设备14，利用该输入设备14可控制X射线设备1。

在用于高速计算机断层造影的经典设备中，X射线检测器和X辐射源在固定的框架上以高速围绕待检查对象绕行。与此相比，X射线设备1的X射线管3和检测器4运动得相对慢。因此，与待检查对象的尺寸相匹配的管电压U的控制装置就可以相对简单地实现。

图2中的电压曲线15示出了在对心脏进行旋转血管造影拍摄时管电压U的典型变化。在此，C臂5例如在200度的角范围内从左前倾斜100度位置移动到右前倾斜100度。在C臂5运动期间例如拍摄200幅投影图像。为了对在不同投影角下的不同衰减进行平衡，在C臂5旋转期间对管电压、X射线脉宽以及管电流等参数动态地进行调整。在胸部旋转拍摄时管电压U可以始终在对于前-后透视的约70kV和对于通过肩部的侧向成像的125kV之间的范围内变化。

取决于电压的射线硬化(Strahlaufhaertung)

此外，X射线管3的辐射是多色的。作为制动辐射在阳极上发射的光子的能量谱首先取决于所施加的管电压U，在该管电压U下电子从阴极到阳极被加速。管电压U一般为kV范围内的高压。这样，最大光子能量为：

E_max(U)＝U(keV/kV)＝eU

其中，通常作为能量单位采用千电子伏特(keV)。图3中示出一些对于不同电压的典型发射频谱Q_U(E)，其中发射频谱16、17和18分别示出在管电压为60kV、90kV、120kV时的发射频谱Q_U(E)。可以注意到，X射线管3的阳极由钨制成，并且由阳极发射的辐射被2.5毫米的铝制强大的壁滤波。

不过，对于成像来说起决定作用的并不仅是发射频谱，而是还有所采用的频谱滤波器的透明度

W(E)＝exp(-μ(E)T)

其中，μ(E)为取决于能量的衰减系数，而T为厚度。此外，对于成像来说检测器的频谱响应灵敏度η_D(E)也是很重要的。

因此，结果有效标准频谱分布S_U(E)由下式定义：

S_U(E)＝Q_U(E)W(E)η_D(E)/c_U                                (#1)

其中，标准化系数为：

$c_U=\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}{Q}_U\left(E\right)W\left(E\right){\mathrm{\η}}_D\left(E\right)\mathrm{dE},\⇒\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}{S}_U\left(E\right)\mathrm{dE}=1.$

例如对于有效频谱分布S_U(E)，在图4中示出了在考虑附加的滤波器和检测器4的检测器响应灵敏度的条件下由发射频谱16至18给出的不同结果频谱分布S_U(E)。尤其是，发射频谱16、17和18分别导致频谱分布19、20和21。在图4所示的情况下，采用了厚度为0.3毫米的铜滤波器，并且检测器是具有厚度为0.55毫米和密度为3.6g/cm³的CsI闪烁器的检测器。

此外，在穿过物质时，低能量光子的数目通过吸收或散射较之高能量光子的数目大大减少，由此导致取决于物质和路径长度的射线硬化。较高能量光子在结果频谱分布S_U ^R(E)中的主导地位例如可从图5中看出。图5示出在穿过20厘米水时由结果频谱分布19、20和21给出的结果频谱分布22、23和24。比较图4可见，图4中的结果频谱分布19、20和21在穿过20厘米水时在低能量端被衰减。

这一射线硬化现象在均匀物质的对象的情况下就已出现。在水的圆柱形截面的情况下，例如对于垂直于纵轴的射线路径，在边缘的衰减小于在圆柱的中心区域，在那里射线要经过长路径穿过圆柱。

不过，立体图像的再现理论以单色辐射为前提。忽略多色性例如导致再现后的所谓的杯吸效应(Schuesseleffekt)：再现的衰减系数(灰度值)从边缘向中心连续地减小。该效应在低原子序数的所谓的似水物质(如软组织、脂肪及多种塑料)中可以相对简单地进行校正。这被称为水校正或第一阶硬化校正。

此外，射线硬化通过高原子序数物质的存在而加强，首先是骨骼、造影剂或金属置入物。在上述水校正后还会出现局部密度失真，尤其是例如在强吸收的骨骼结构之间的条状或阴影状伪影。这样的第二阶硬化伪影的强度可以达到几十至约100HU(Hounsfield单位，相当于水衰减系数的千分之一)。其原因最终在于高原子序数物质的衰减系数的极其不同于水的能量依赖性。对该效应的校正在以下被称为第二阶硬化校正。

在图6和图7中示出了不同物质的衰减系数对光子能量的依赖性。图6示出线性衰减系数μ对光子能量的依赖性，图7示出质量衰减系数μ/ρ的依赖关系。衰减曲线25示出通过骨骼组织的衰减。骨骼组织的衰减曲线25明显地位于软组织的衰减曲线26、脂肪组织的衰减曲线27、树脂玻璃的衰减曲线28和水的衰减曲线29之上。图6中引人注目的是，软组织的衰减曲线26几乎与水的衰减曲线29重合。如果观察图7所示的质量衰减系数，还可以更明显地看到骨骼组织与软组织、脂肪组织和水之间的区别。在这种情况下骨骼的衰减曲线25明显位于其它相互间相对密集排列的衰减曲线26至29之上。

多频谱水校正：第一阶预设射线硬化校正

在水校正或第一阶硬化校正中，简单地假设X光子射线在通常为患者2的待检查对象中的衰减仅由水等价物质引起。在此，水等价的意思是，假设质量衰减系数(μ/ρ)(E)的能量依赖性与水的相同，其差别仅在于局部密度的不同。由此，肌肉组织、血液或者还有骨骼组织与水一样被认为具有较高密度(ρ＞1g/cm³)。

现在观察穿过待检查对象的测量射线。该射线路径的长度的坐标用x表示，局部(线性)依赖于能量的衰减系数为

μ(x，E)＝ρ(x)α(x，E)，

在此，将质量衰减系数用α缩写为：

α(x，E)＝μ(x，E)/ρ(x)。

这样，对于所观察的测量射线的多色对数CT投影值为：

$\widetilde{\mathrm{\ρ}}=-\log (\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}\exp (-\∫\mathrm{\μ}(x,E)\mathrm{dx})S_U\mathrm{dE}=-\log \left(\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}\exp (-\∫\mathrm{\ρ}\left(x\right)\mathrm{\α}(x,E)\mathrm{dx})S_U\mathrm{dE}\right))---(\#2)$

在此，该测量射线属于在管电压U＝U_j下拍摄的投影号为j的投影。

对此，按以下方式来确定等价水厚度 $b_U=b_U\left(\tilde{p}\right):$ 设α_W(E)为水的依赖于能量的质量衰减系数，则对于测量射线的多色对数投影值可以用依赖于电压的频谱分布S_U(E)、在水(ρ＝1g/cm³)中衰减的路径长度(表面密度)的长度b来确定：

$f_U\left(b\right)=-\log \left(\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}\exp (-b{\mathrm{\α}}_W\left(E\right))S_U\mathrm{dE}\right).---(\#3)$

该函数可对每个电压U预先计算或者试验地确定。图8以对于管电压的投影值曲线30和31的形式示出根据不同的电压值的函数f_U。投影值曲线30示出多色对数投影值 在管电压为70kV时与路径长度b的依赖关系，而投影值曲线31则示出多色对数投影值 在管电压为100kV时与路径长度b的依赖关系。投影值曲线30和31随着b单调上升并可以反向。这点优选为数值地实现，例如通过反向内插。

根据公式(#2)，对每个测量值

都可以这样确定等价水厚度 $b_U=b_U\left(\tilde{p}\right)=b,$ 使得按照公式(#3) $\tilde{p}=f_U\left(b\right)$ 成立。即通过将公式(#3)倒置得到：

$b_U={f_U}^{-1}\left(\tilde{p}\right).---(\#4)$

这样，利用b_U可以换算到相应的投影值，这些投影值是理想情况下在单色频谱下利用仅具有单一参考能量E₀的光子测量的：即利用根据公式(#4)的b_U得出校正是水等价单色对数投影值

$p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}={\mathrm{\α}}_W\left(E_0\right)b_U={\mathrm{\α}}_W\left(E_0\right){f_U}^{-1}\left(\tilde{p}\right)=F_U\left(\tilde{p}\right).---(\#5)$

图8的投影值曲线32示出在光子能量E₀为40kV时等价单色对数投影值p^korr(0)的变化。

借助图8可以说明水校正。利用所测量的投影值 借助与管电压相适应的投影值曲线30或31来查找所属的b_U。然后，利用b_U的值可以在投影值曲线32上查找校正的单色投影值p^korr(0)。

应注意，尽管换算 $\tilde{p}\→p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}$ 依赖于管电压U，但在均匀物质水和固定的预先给定的路径长度b的情况下，从公式(#4)的倒置中可以得出恒定的路径长度b_U＝b，并由公式(#5)得出与U无关的、恒定的单色投影值p^korr(0)。

此外，还应注意，如果测量射线是在水中穿过厚度b，则公式(#2)和(#3)的右侧相同，这样在公式(#2)中b＝∫ρ(x)dx以及α(x，E)＝α_W(E)。

多频谱物质选择的再现后硬化校正：第二阶硬化校正

在显示了直接应用于投影数据的第一阶硬化校正后，现在借助图9描述第二阶多频谱物质选择的硬化校正。第二阶硬化校正基于迭代的再现后校正方法，其中，利用已再现但尚未足够校正的立体图像33对射线硬化的物理过程进行后模型化。在通常为三维立体图像33的已有立体图像33上借助阈值准则应用物质选择的分割。图9示出对立体图像33的分割。为简洁起见图9仅示出了穿过立体图像33的截面。立体图像33包含患者2的结构数据，患者的外轮廓用椭圆表示。在患者2内部除了软组织34外还有骨骼组织35。此外，还可能有充有造影剂的血管或金属置入物。立体图像33由各个立体元素36、即所谓的体素组成。各个体素根据灰度值被划分为软组织34类或骨骼组织35类，或还可能划分到其它的类。然后立体图像33投影到检测器4的像素37上。在此，沿着对应于相应像素37的测量射线38确定对于软组织34和骨骼组织35的每立方厘米克的单位长度质量。

然后，从分割后的再投影中对每条测量射线38得出一个对于表面密度(Belegungsdichte)的、单位为对不同分割的物质以g/cm²的密度×路径长度的、沿测量射线38穿过对象立体的值组(Wertetupel)。

以下的实施方式在不对一般性加以限制的情况下，出于简洁的原因仅限于两种表面密度为b_W和b_K的物质。这样，通过访问表、通常利用随后的内插来将值对(b_W，b_K)与一个用于将由硬化效应干扰的多色投影数据换算为与单色投影数据的校正系数相对应。

对于就b_W和b_K来说而分为更细的步骤且仍依赖于管电压U的多参数校正表C，可以下述方式在利用X射线设备1进行拍摄之前进行预计算，有时还可通过测量确定或适配：

C_U(b_W，b_K)＝g⁽⁰⁾(b_W，b_K，E₀)/g_U(b_W，b_K)                 (#6)

在此，g⁽⁰⁾和g_U是对数单色和多色投影值，通过下式定义：

g⁽⁰⁾(b_W，b_K，E₀)＝b_Wα_W(E₀)+b_Kα_K(E₀)                   (#7)

$g_U(b_W,b_K)=-\log \left(\underset{0}{\overset{\mathrm{eU}}{\∫}}\exp (-b_W{\mathrm{\α}}_W\left(E\right)-b_K{\mathrm{\α}}_K\left(E\right))S_U\mathrm{dE}\right)---(\#8)$

与公式(#3)相比，下式成立：

f_U(b)＝g_U(b，0)。                                       (#9)

然后，与校正系数C_U相乘来实现对测量的多色投影数据

的硬化校正：

$p^{\mathrm{korr}}=C_U(b_W,b_k)\tilde{p}---(\#10)$

或者相加来实现硬化校正：

$p^{\mathrm{korr}}=\tilde{p}+{\mathrm{\δp}}^{\left(1\right)}---(\#11)$

其中，校正投影数据

${\mathrm{\δp}}^{\left(1\right)}=(C_U(b_W,b_K)-1)\tilde{p}.---(\#12)$

可以看出，校正与投影号为j的投影所采用的电压U＝U_j相关。校正的投影数据或校正投影数据用于新的立体图像再现。这样，校正周期可以用新的分割、通过分割投影重新确定的特定于物质的分布(Belegung)b_W’和b_K’、根据公式(#10)和(#11)-(#12)的新的校正以及新的再现迭代地重复。

两级校正：第一阶和第二阶多频谱射线硬化校正

需指出的是，在实际在X射线设备1中实现时，校正(#11)、 $\tilde{p}\→p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}$ 并不是在一个步骤中实现的，而是首先进行水校正。这直接在投影数据上进行操作并且不要求再投影。然后，作为第二阶校正仅校正与水校正的偏差。为此要求分割的投影：

第一阶校正： $\tilde{p}\→p^{\mathrm{korr}\left(0\right)},$ 根据公式(#5)

第二阶校正：p^korr(0)→p^korr＝p^korr(0)+δp⁽²⁾              (#13)

${\mathrm{\δp}}^{\left(2\right)}=(C_U^{\left(2\right)}(b_W,b_K)-1)p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}---(\#14)$

$C_U^{\left(2\right)}(b_W,b_K)=C_U(b_W,b_K)\tilde{p}/p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}---(\#15)$

如已所述，校正与投影号为j的投影所采用的电压U＝U_j相关。校正过程可以迭代地进行。

减少再现后校正的计算开销

有各种降低计算开销的方法，在DE 10051462中，通过合适的数据组织来利用较高原子序数的非似水硬化的物质，如骨骼、造影剂或金属，这些物质大多仅包括像素37或体素36的一部分。

此外，还可以仅对相应于δp⁽¹⁾或δp⁽²⁾的校正投影数据进行新的立体图像再现，以计算出校正立体图像并在此后才将未经校正立体图像相加地重叠。在此，主要利用了图像再现的直线性(Lineritaet)，因为直线性允许改变相加和再现的顺序。

可以进行组合两种用于降低开销的方法。

以下将借助图10至12详细描述射线硬化校正的实施。在分析单元12中运行的射线硬化校正既可以用软件实现，也可以用硬件实现。以下既描述了给出流程的框图，也给出了伪码。

多频谱水校正

图10示出由分析单元12实施的水校正的流程。

首先，利用检测器4进行数据采集39，由此得出投影图像数据40。投影图像数据40还包含所采用的X射线管3的各个管电压U。在采用可用于管电压U的校正表41的条件下进行射线硬化的多频谱校正42，在该表中包含根据所测量的投影值的校正的投影值。校正42取决于X射线管3的当前管电压U。然后，借助于校正的投影图像数据进行图像再现43，由此产生立体图像44，在此，通过水或具有类似于水的吸收特性的患者2的身体部位的射线硬化得到校正。

以下将通过伪码对水校正的过程进行描述。

在此的前提是，对于在***调节时使用的具有适当离散性U＝U_n＝U_min+(n-1)ΔU，n＝1，2，...的电压范围U_min≤U≤U_max已有预先计算出可供使用(例如ΔU＝5kV)的(两参数的)水校正表组F_U(p)。

由此的伪码为：

对于每个投影角为_j＝₀+(j-1)Δ且管电压为U_j的投影方向j＝1，N：

*用U＝U_j加载表F_U()或加载用U＝U_n≤U_j＜U‘＝U_n+1由F_U()和F_U’()内插出的表；

*读取投影图像 $\tilde{p}=\left({\tilde{p}}_{\mathrm{kl}}\right),$ 其中，k，l是投影号为j的投影图像的像素索引；

*对于每个投影图像像素(k，l)：

*利用表F_U()： $\tilde{p}\→F_U\left({\tilde{p}}_{\mathrm{kl}}\right)$ 根据公式(#5)进行水校正

*对于校正的投影图像 $p^{\mathrm{korr}\left(0\right)}=\left(F_U\left({\tilde{p}}_{\mathrm{kl}}\right)\right):$

*图像再现更新(再现立体中的相加重叠)。

应注意，图像再现不限于在＜360度投影角下的Feldkamp算法(可能利用Parker加权)。还有一般化的、滤掉了类型的反投影。此外，原则上还可以使用所有合适的再现算法，例如还可以使用代数迭代的再现类型的再现方法。

第二阶迭代多频谱硬化校正

图11示出射线硬化的第二阶迭代多频谱校正的流程图。

如借助图10所描述的水校正，数据采集39产生投影图像数据40。根据投影图像数据40进行图像再现45，由此产生未经校正的立体图像46。对原始投影图像数据40和该未经校正的立体图像46分别进行粗化47和48，其中原始投影图像数据40和未经校正的立体图像46的空间分辨率被降低。然后借助如此获得的数据和管电压U的值进行对射线硬化的多频谱校正49，其中，对于投影图像分别考虑对应的管电压U。

然后，通过对由校正49提供的校正立体图像进行细化50而产生校正立体图像51，将其与未经校正的立体图像46相加从而产生校正的立体图像52。在细化50中通过内插而使校正立体图像的空间分辨率相应于未经校正的立体图像46的空间分辨率有所提高。

原则上可以放弃粗化步骤47和48以及细化步骤50。不过，这将导致计算开销增高。

图12示出图11的校正49的细节。

对于未经校正的投影图像数据40的粗化47导致粗化的投影图像数据53，而粗化48导致粗化的未经校正的立体图像54。根据粗化的未经校正的立体图像54进行根据图9的分割及随后的再投影56，该再投影56给出单位长度质量数据57，例如(b_K，b_W)。根据管电压U和单位长度质量数据57在校正表58中查找用于从多色投影值换算为单色投影值的、依赖于管电压U的校正值C_U(b_K，b_W)。利用这些校正表58中的校正数据来运行校正算法59，该算法对粗化的投影图像数据53进行处理并从中产生估计的校正投影图像数据60。根据估计的校正投影图像数据60进行再现61，由此产生具有较低空间分辨率的校正图像62。通过随后的询问63检验校正图像62在最后的迭代步骤中是否有显著的改变。如果有显著的改变，则将校正图像62与粗化的未经校正的立体图像54相加并重新执行分割55。然后，重新进行再投影56以产生改进的单位长度质量数据57，并随后查找校正表58及重新执行校正算法59，从而产生改善的估计的校正投影图像数据60。然后可以重新进行再现61，由此产生改善的校正图像62。

如果校正图像62不再有显著的改变，则执行细化50，产生具有原始空间分辨率的校正立体图像51。

以下将用伪码再次描述第二阶硬化校正的流程。

在此的前提仍然是，根据公式(#6)的(三个或多个参数)硬化校正表组C_U()对于在***控制时使用的具有适当离散性的电压范围U_min≤U≤U_max已有预先计算出的可供使用。

由此的伪码为：

*借助标准再现进行第一立体图像再现

*利用物质选择的阈值进行立体图像分割

*计算物质选择的硬化校正立体图像：

*对于每个投影角为_j＝₀+(j-1)Δ且管电压为U_j的投影方向j＝1，N：

*用U＝U_j加载多参数硬化校正表C_U或加载用U＝U_n≤U_j＜U‘＝U_n+1由C_U和C_U’内插出的表；

*读取投影图像 $\tilde{p}=\left({\tilde{p}}_{\mathrm{kl}}\right),$ 其中，k，l是投影号为j的投影图像的像素索引；

*对于每个投影图像像素(k，l)以及该像素所涉及的测量射线：

*分割(物质选择的)投影，从中得出表面密度b_W，b_K，...

*根据公式(#12)借助查找表C_U： ${\tilde{p}}_{\mathrm{kl}}\→{{\mathrm{\δp}}^{\left(1\right)}}_{\mathrm{kl}}$ 的硬化校正投影值

*对于校正投影图像δp⁽¹⁾＝(δp⁽¹⁾ _kl)：过滤的反投影

*图像再现更新(立体中的相加重叠)

*硬化校正立体图像与标准再现立体图像相加重叠

*迭代(可选)：重复步骤1^*至3^*。

模拟计算

在此描述的方法已在模拟计算中进行了测试。对于模拟计算采用了具有低对比度应用的极大简化的大腿骨(Femur)模型。图13示出再现的立体图像的截面，该立体图像是利用可变电压拍摄的，但其中硬化校正是在假设电压恒定的情况下进行的。图14示出同一截面，其是在按照在此描述的方法在进行硬化校正时考虑管电压的变化的情况下得出的。

最后，图15示出图13和14中的截面图像的差图像。在软组织中的误差约为+/-20HU。

在此所描述的方法和X射线设备1具有一系列的优点：

在X射线设备1中可使X射线的剂量最小。通过校正取决于电压的多频谱辐射硬化同时改善了图像的质量。由此大大提高了再现后的立体图像的量化精度。在最大程度上消除了硬化伪影。

最后，还应注意的是，在此描述的方法还可以结合具有X辐射源和X射线检测器在其中旋转的固定框架的传统计算机断层造影设备使用。

还应注意，在此描述的方法可以用软件或硬件实现。此外，还应注意的是，分析单元的概念应理解为是功能上的。对于分析单元不一定要构建一个物理上的单元，而是还可以由多个物理单元来实现分析单元的功能。

最后，还应注意，对在此描述的实施例中，采用X射线管的管电压来改变X射线辐射的能量分布。但还可以考虑改变X射线设备1的其它运行参数。例如，还可以通过选择滤波器来改变X射线辐射的能量分布。在这种情况下，还必须根据附加的运行参数来计算多参数校正表C。在采用其它X射线辐射源来代替X射线管时可以考虑影响X射线辐射能量分布的其它运行参数。

Claims (16)

1.一种用于计算机断层造影的装置，其具有：

-用于对待检查对象(2)从不同的投影方向进行透视的辐射源(3)，

-对该辐射源(3)的射线进行采集的检测器(4)，以及

-连接于该检测器(4)后的分析单元(12)，该分析单元(12)对由该检测器(4)记录的待检查对象(2)的投影图像的射线硬化进行校正，

其特征在于，在匹配至少一个运行参数(U)的情况下，从该辐射源(3)可以根据待检查对象(2)的吸收特性在不同的投影方向上发射具有不同能量分布的辐射，以及该分析单元(12)被加以在特定投影方向上采用的运行参数(U)的值，以从数据存储器(58)中读取对应于该运行参数(U)值的校正值，用于利用该读取的校正值来校正所涉及的各投影图像的辐射硬化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射源(3)是X射线管(3)，而所述检测器(4)是X射线检测器(4)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述X射线管(3)的可变运行参数是管电压(U)。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述分析单元(12)用于从数据存储器(41)中读取根据所采用的各管电压(U)而预先给定的校正值，并利用该校正值对所涉及的投影图像进行水校正。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述分析单元(12)用于根据所采用的管电压(U)对在待检查对象(2)中引起大于或小于水等价物质的衰减的硬化进行再现后校正。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分析单元(12)从投影图像(40)中确定出根据吸收特性区分的对象模型(46)，该分析单元(12)将该投影图像(40)的图像点(37)与由该对象模型(46)导出的对象数据组(57)相对应，以及该分析单元(12)利用该对象数据组(57)和数据存储器(58)中的管电压(U)为该投影图像(40)确定校正值。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述对硬化的再现后校正由所述分析单元(12)迭代地进行。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述对硬化的再现后校正由所述分析单元(12)利用小于投影图像(40)的空间分辨率的空间分辨率来进行。

9.一种用于对待检查对象(2)的投影图像(40)进行图像处理的方法，其中，对辐射硬化进行校正，其特征在于，将投影图像数据(40)和至少一个用于拍摄投影图像(40)时采用的射线的能量分布的用于产生投影图像的辐射源(3)的表征运行参数(U)一起输入分析单元(12)，该分析单元(12)根据该运行参数(U)的值读取存储在数据存储器(41，58)中的校正值，并由此就辐射硬化来对投影图像(40)进行校正。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述投影图像(40)是利用X射线管(3)和X射线检测器(4)产生的。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述管电压(U)被用作所采用的辐射的能量分布的表征运行参数。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述分析单元(12)进行水校正，其中，根据所采用的管电压(U)从数据存储器(41)中读取校正值，并由此对投影图像(40)进行校正。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析单元(12)根据所采用的管电压(U)对由强于或弱于水等价物质衰减的物质引起的硬化进行再现后校正。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述分析单元(12)从投影图像(40)中确定出根据吸收特性区分的三维对象模型(46，64)，将该投影图像(40)与由该对象模型(46，64)导出的对象数据组(57)相对应，并利用该对象数据组(57)和数据存储器(58)中的管电压(U)为该投影图像(40)确定校正值。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述对硬化的再现后校正由所述分析单元(12)迭代地进行。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，利用小于投影图像(40)的空间分辨率的空间分辨率来进行所述对硬化的再现后校正。

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