[發明專利]計算X線斷層照相系統中的投射數據的壓縮和存儲

無效

• 申請號: 200980153075.0
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102264299A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 阿爾伯特·W·魏格納;卡爾·R·柯勞福;凌一
• 申請（專利權）人: 信飛系統公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

背景技術

本發明涉及在計算X線斷層照相(computed?tomography，CT)系統的可旋轉部分中壓縮并存儲投射數據，用于稍后通過滑動環(slip?ring)接口傳送給靜止部分以進行圖像重構。

在CT成像系統中，對對象的多個x射線照相視圖產生多組投射數據。投射數據的每行表示該對象的內部結構的密度值在某個面或切片內的積分。從多組投射數據中，CT成像系統產生對象的內部結構的二維(2D)剖面圖像和三維(3D)圖像。這些圖像是通過對多組投射數據應用公知的圖像重構算法來獲得的。從多組投射數據來重構剖面圖像或三維圖像的技術被泛稱為“X線斷層照相術”。使用基于可編程處理器的設備來執行該圖像重構被泛稱為計算(計算機化的或計算機輔助的)X線斷層照相術。在某個典型應用中，x射線輻射源將x射線穿過對象投射到x射線傳感器(或檢測器)陣列上。x射線傳感器的輸出被數字化以形成一組投射數據。根據檢測器陣列的幾何形狀，該組投射數據可以是一維的或二維的。對象、x射線源和x射線傳感器陣列中一個或多個之間的相對移動提供多個具有不同透視的視圖。穿過對象的切片圖像或剖面圖像可以通過使用對多個視圖的數學變換來近似。在某些應用中，剖面圖像可以被組合以形成對象的3D圖像，該對象的3D圖像可能無法用另外的方式觀察得到。

x射線CT的一種公知的應用是用于對人體進行非介入性成像的醫學CT掃描器。在醫學CT掃描器中，通過使用托臺來旋轉x射線源和檢測器陣列以及穿過滑動環傳送投射數據，獲得多個視圖。通常，現代CT掃描器(如2008年的CT掃描器)對好幾萬個在從1千采樣/秒(ksamp/sec)到10千采樣/秒(ksamp/sec)范圍內的x射線傳感器輸出進行數字化，其中每個數字采樣具有每采樣16到24比特，結果穿過滑動環產生每秒若干吉比特的總數據傳送帶寬。在圖像重構之前，投射數據還必須被實時地存儲或緩存。通常，圖像重構過程較數據獲取過程要慢10到20倍，由此產生對存儲的需求。典型的存儲子系統包括獨立磁盤冗余陣列(RAID)驅動。隨著穿過滑動環的數據傳送速率增加，RAID子系統的存儲容量和吞吐量也必須增加。隨著業界努力實現增大的空間分辨率和時間分辨率以及動態范圍，數據傳送和數據存儲子系統的帶寬需求已經超過10Gbps。當前，存儲子系統的成本可能成為醫學CT系統的材料成本計費中的重要部分，高達40％。

x射線CT的另一應用是工業產品的自動化檢查。例如，從x射線投射數據重構出的剖面圖像被用于工業產品的質量控制檢查系統中，所述工業產品包括諸如印刷電路板之類的電子設備。X線斷層照相術可以用于重構被研究的對象的一個或多個面或剖面的圖像，以便評價對象的質量。x射線CT系統獲取關于感興趣的對象的位于各種位置和視圖的多組投射數據。工業檢查系統的系統架構不同于醫學CT掃描器。然而，像醫學CT系統一樣，大量投射數據需要數據傳送和存儲。對于自動檢查系統，被測對象的更高吞吐量是理想的，因為它降低被測試的產品的成本。更高的吞吐量增加了對數據傳送和數據存儲的帶寬需求。使用CT掃描技術的自動檢查的另一例子是自動行李篩選系統。

CT系統的數據獲取子系統所獲得的大量投射數據給用于數據傳送和數據存儲的系統資源造成了負擔。數據傳送帶寬的限制延遲了投射數據在重構和顯示被掃描的對象的圖像方面的可用性。在數據傳送之前壓縮投射數據并且隨后在圖像重構之前解壓縮降低了用于數據傳送和存儲的系統資源上的負擔。壓縮的好處包括降低數據獲取和圖像顯示之間的反應時間，增加通過具有有限帶寬的通信通道傳送的數據量，以及提供已壓縮投射數據用于存儲和在網絡上傳送，供以后訪問和圖像重構。因為壓縮允許系統資源容納更多的投射數據，所以圖像分辨率可以被改善和/或對象的更大區域可以被掃描。壓縮還能夠實現增大的視圖獲取速率，其有助于對諸如跳動的人類心臟之類的動態改變的對象進行成像。實現壓縮操作的計算資源的可用性也是CT系統中的一個限制。理想的是壓縮操作具有低的計算復雜度并且可以實時操作，以使對計算資源的影響達到最小。