專利名稱：用于高數(shù)據(jù)率的x 射線層析掃描儀的成像、數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)分發(fā)方法以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
申請人:開發(fā)了新一代X射線系統(tǒng)，其在單個真空殼體內(nèi)實(shí)施具有多于一個電子槍以及一個或多個高電壓陽極的X射線源。
背景技術(shù)：
靜電控制下的電子槍的迅速開關(guān)啟動了 X射線管的有效焦斑(focal spot)的快速移動以及層析(tomographic) X射線掃描數(shù)據(jù)集的迅速產(chǎn)生，而無需使用移動部件。通過適當(dāng)設(shè)置電子槍的發(fā)射次序，可以在比傳統(tǒng)系統(tǒng)高得多的速率上收集X射線投影數(shù)據(jù)的最優(yōu)集。從而，因為申請人的最新一代X射線層析系統(tǒng)能夠高速產(chǎn)生很高分辨率的層析X 射線數(shù)據(jù)，所以許多新數(shù)據(jù)捕獲以及數(shù)據(jù)傳輸和分發(fā)系統(tǒng)被使能和/或需要，以充分利用和/或最佳管理這些高數(shù)據(jù)率系統(tǒng)。例如，當(dāng)前存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)不能在沒有過度延遲的情況下有效地將大量圖像數(shù)據(jù)傳送到操作者工作站的網(wǎng)絡(luò)。此外，這樣的延遲隨著網(wǎng)絡(luò)上的圖像產(chǎn)生系統(tǒng)的數(shù)目的增加而增加并隨著分析圖像所需要的操作者的數(shù)量的增加而增加。因此，需要改善數(shù)據(jù)捕獲、傳輸和分發(fā)系統(tǒng)來充分利用和/或最佳管理高速(例如大于IG比特/秒的數(shù)據(jù)率)產(chǎn)生的高分辨率X射線數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
在實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種X射線系統(tǒng)，包括源探測器模塊，包括多個X射線源和探測器用于掃描檢查對象；掃描引擎，連接到源探測器模塊，用于從源探測器模塊收集掃描數(shù)據(jù)；圖像重建引擎，連接到掃描引擎，用于將收集到的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個X射線圖像；以及掃描控制器，與源探測器模塊、掃描引擎和圖像重建引擎中的至少一個、以及用戶輸入模塊連接，用于基于通過用戶輸入模塊獲得的用戶限制條件、掃描數(shù)據(jù)、以及X射線圖像數(shù)據(jù)中的至少一個而提供控制信息，所述控制信息動態(tài)地優(yōu)化X射線系統(tǒng)的操作。X 射線系統(tǒng)還包括連接到圖像重建引擎的數(shù)據(jù)可視化引擎，用于將圖像數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到人可讀的屏幕；以及連接到源探測器模塊、掃描引擎和圖像重建引擎中的一個或多個的一個或多個存儲設(shè)備，用于存儲從它們獲得的數(shù)據(jù)。在實(shí)施例中，掃描引擎協(xié)調(diào)源探測器模塊，并且以逐掃描(scan-by-scan)為基礎(chǔ)以及在掃描內(nèi)是可編程的，從而允許迅速重新優(yōu)化源探測器模塊。掃描控制器通過分析掃描數(shù)據(jù)來識別一個或多個包括所需信息的區(qū)域，以及控制掃描引擎僅從對應(yīng)于一個或多個識別的區(qū)域的X射線源和探測器中收集掃描數(shù)據(jù)，而優(yōu)化掃描引擎。在實(shí)施例中，通過使用正弦圖分析掃描數(shù)據(jù)來獲得感興趣的區(qū)域，所述正弦圖包括來自布置在水平行上的每個探測器的數(shù)據(jù)以及來自布置在連續(xù)行中的每個X射線源旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)，以形成二維數(shù)據(jù)集，并且通過獲得對應(yīng)于檢查對象中的至少兩個需求點(diǎn)的完整正弦圖數(shù)據(jù)集的軌跡而獲得感興趣的區(qū)域。在實(shí)施例中，掃描控制器通過提供指引圖像重建引擎僅將掃描數(shù)據(jù)的預(yù)定義部分轉(zhuǎn)換為X射線圖像的控制信息而優(yōu)化圖像重建引擎。此外，掃描控制器控制掃描引擎在掃描方向上產(chǎn)生第一空間分辨率以及在掃描平面中產(chǎn)生第二空間分辨率，所述第一空間分辨率低于第二空間分辨率。而且，掃描控制器還動態(tài)地控制掃描引擎收集的掃描數(shù)據(jù)的空間分辨率，所控制的數(shù)據(jù)被傳遞給圖像重建引擎用于產(chǎn)生可變分辨率圖像數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種圖像傳輸系統(tǒng)，包括多個X射線系統(tǒng)，用于通過使用X射線檢查一個或多個對象以及產(chǎn)生每個對象的至少一個三維(3D)圖像；多個3D 引擎，每個3D引擎至少連接一個X射線系統(tǒng)，用于通過處理X射線系統(tǒng)生成的每個3D圖像來獲得一個或多個二維OD)圖像，所述2D圖像是3D圖像的投影；至少一個網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器，通過專用網(wǎng)絡(luò)鏈接連接到每個3D引擎，用于將一個或多個2D圖像呈現(xiàn)給一個或多個操作者用于人工檢查，每個操作者檢查2D圖像來獲得一個或多個預(yù)定義的特性，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器在接收到對對應(yīng)的3D圖像的請求時將對應(yīng)的3D圖像呈現(xiàn)給操作者用于檢查；以及至少一個存儲陣列，通過高速專用網(wǎng)絡(luò)鏈接連接每個X射線系統(tǒng)，用于存儲一個或多個3D圖像和2D圖像。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明關(guān)注一種圖像傳輸系統(tǒng)，包括多個X射線系統(tǒng)，用于通過使用X射線檢查一個或多個對象并且生成每個對象的至少一個三維圖像；多個引擎，每個引擎與至少一個χ射線系統(tǒng)連接，用于通過處理所述χ射線系統(tǒng)產(chǎn)生的每個圖像而獲得一個或多個二維圖像，所述二維圖像是所述三維圖像的投影；至少一個網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器，其通過網(wǎng)絡(luò)鏈接連接到每個三維引擎，用于將所述一個或多個二維圖像呈現(xiàn)給一個或多個操作者用于人工檢查，其中所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器將對應(yīng)的三維圖像呈現(xiàn)給操作者，用于在接收到對這種三維圖像的請求時進(jìn)行檢查；以及至少一個存儲陣列，其通過高速專用網(wǎng)絡(luò)鏈接與每個所述X射線系統(tǒng)連接，用于存儲一個或多個所述三維圖像和所述二維圖像。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明關(guān)注一種X射線系統(tǒng)，包括多個探測器，用于生成原始X 射線數(shù)據(jù)；掃描引擎，連接到所述多個探測器，用于接收所述原始X射線數(shù)據(jù)并生成經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)；圖像重建引擎，連接到所述掃描引擎，用于將所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個經(jīng)處理的X射線圖像；以及掃描控制器，與所述掃描引擎或圖像重建引擎中的至少一個以及所述多個探測器連接，其中所述掃描控制器接收所述原始X射線數(shù)據(jù)，并動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理或所述圖像重建引擎對所述經(jīng)校準(zhǔn)的χ射線數(shù)據(jù)的處理中的至少一個。所述X射線系統(tǒng)還包括用戶輸入，其中所述用戶輸入從用戶接收控制信息，并且其中所述掃描控制器使用所述控制信息來動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理或所述圖像重建引擎對所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)的處理中的至少一個。所述原始 X射線數(shù)據(jù)為透射數(shù)據(jù)。所述原始X射線數(shù)據(jù)為反向散射數(shù)據(jù)。所述X射線系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)可視化引擎，連接到所述圖像重建引擎，用于將經(jīng)處理的X射線圖像呈現(xiàn)到人可讀的屏幕。所述X射線系統(tǒng)還包括一個或多個存儲設(shè)備，連接到所述多個探測器中的一個或多個、 所述掃描引擎以及所述圖像重建引擎，用于存儲從所述多個探測器、所述掃描引擎以及所述圖像重建引擎獲得的數(shù)據(jù)。所述掃描控制器通過分析所述原始X射線數(shù)據(jù)以及識別一個或多個包括所需信息的區(qū)域來動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理。所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域是所述多個探測器探測到的所有區(qū)域的子集，例如不是所有區(qū)域都包含所需信息，并且僅那些包含所需信息的區(qū)域才接受校準(zhǔn)或圖像處理。所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令，以僅處理來自對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的探測器的原始X射線數(shù)據(jù)。所述掃描控制器向所述圖像重建引擎發(fā)出指令，以僅處理來自對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的探測器的經(jīng)校準(zhǔn)的X 射線數(shù)據(jù)。所述X射線系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)可視化引擎，其中所述數(shù)據(jù)可視化引擎從所述圖像重建引擎接收對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的多個坐標(biāo)。在另一實(shí)施例中，所述X射線系統(tǒng)包括具有掃描旋轉(zhuǎn)的輻射源；多個探測器，用于生成原始X射線數(shù)據(jù)；掃描引擎，連接到所述多個探測器，用于接收所述原始X射線數(shù)據(jù)并生成經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)；圖像重建引擎，連接到所述掃描引擎，用于將所述經(jīng)校準(zhǔn)的X 射線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個經(jīng)處理的X射線圖像；以及掃描控制器，與所述掃描引擎或圖像重建引擎中的至少一個以及所述多個探測器連接，其中所述掃描控制器接收所述原始X 射線數(shù)據(jù)，并基于所述原始X射線數(shù)據(jù)動態(tài)地調(diào)制所述輻射源或掃描引擎中的至少一個。 所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令，以基于所述原始X射線數(shù)據(jù)修改掃描的空間分辨率。通過在掃描方向上生成第一空間分辨率以及在掃描平面上生成第二空間分辨率來修改所述空間分辨率，所述第一空間分辨率與所述第二空間分辨率不同。所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令，以生成掃描中的第一分辨率和所述掃描中的第二分辨率，其中所述第一分辨率與第二分辨率不同。所述掃描引擎將所述具有第一分辨率和第二分辨率的掃描傳送給所述圖像重建引擎。所述圖像重建引擎基于所述具有第一分辨率和第二分辨率的掃描生成具有可變分辨率的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像重建引擎生成具有粗像素、中粒度像素或高粒度像素的至少一個區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。所述掃描控制器向所述掃描引擎或輻射源中的至少一個發(fā)出指令，以控制所述輻射源的旋轉(zhuǎn)速率。


7
圖1為本發(fā)明的X射線系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖；圖2描繪了與檢查對象相關(guān)的成像區(qū)域；圖3描繪了本發(fā)明生成的示例性正弦圖；圖4描繪了基于掃描對象的可變掃描；圖5為掃描對象的可變像素水平的示例性示意圖；圖6為具有改善的數(shù)據(jù)傳輸?shù)腦射線系統(tǒng)集合的圖；圖7描繪了從全部三維數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的示例性二維圖像。
具體實(shí)施例方式通過引用合并到這里的上述申請中公開的X射線系統(tǒng)能夠迅速并實(shí)時地控制X射線源的軌跡。本發(fā)明基于調(diào)查中的對象的特性和所需的檢查決定的質(zhì)量兩者，通過動態(tài)地控制X射線源的軌跡以及動態(tài)地改變圖像重建方法而利用這種能力。這種動態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化可以具有多個益處，包括掃描劑量的減少、計算復(fù)雜度的降低和數(shù)據(jù)帶寬的減少。可以使用相同及相關(guān)優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)其它目的。為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明而提供以下公開。僅為示例目的而提供示例性實(shí)施例，并且各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。此處定義的一般原理可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下適用于其它實(shí)施例和應(yīng)用。并且，使用的術(shù)語和措詞是為了描述示例性實(shí)施例目的并且不應(yīng)被視為限制。因此，本發(fā)明符合包含多個替代、修改以及與所公開的原理和特征一致的等同體的最大范圍。為清晰起見，有關(guān)在與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中公知的技術(shù)材料的細(xì)節(jié)未被詳細(xì)描述，以免不必要地使本發(fā)明令人費(fèi)解。將在如附圖所示的實(shí)施例的背景下討論本發(fā)明。參考圖1，示出了 X射線系統(tǒng)構(gòu)造的一個實(shí)施例。X射線系統(tǒng)100包括一組X射線源和X射線探測器105，X射線探測器105 能夠收集關(guān)于檢查中的對象的信息。該組源和探測器(傳感器)105在一個實(shí)施例中被設(shè)置為產(chǎn)生適用于層析圖像重建的透射X射線數(shù)據(jù)組。替代地，在另一實(shí)施例中，該組源和傳感器105被設(shè)置為產(chǎn)生一組衍射X射線數(shù)據(jù)或一組反向散射X射線數(shù)據(jù)。替代地，在再一實(shí)施例中，源和傳感器105被設(shè)置為產(chǎn)生一組立體透射X射線數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)意識到，本發(fā)明可以適用于其它源和傳感器布局(geometry)。如圖1所示，掃描引擎110協(xié)調(diào)檢查中的對象的掃描以及從X射線源和探測器105 的信息收集。掃描引擎110可以以逐掃描(scan-by-scan)為基礎(chǔ)編程，而且在掃描中允許迅速重新優(yōu)化X射線系統(tǒng)100。如圖1所示，圖像重建引擎115獲取由掃描引擎110輸出的原始數(shù)據(jù)和/或經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可識別的圖像數(shù)據(jù)組或經(jīng)處理的數(shù)據(jù)組。應(yīng)認(rèn)識到可以由預(yù)處理器產(chǎn)生經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，預(yù)處理器是掃描引擎110的一部分并且也可以被看作是圖像重建引擎115的第一級。例如，假設(shè)掃描引擎110通常提供一組經(jīng)校準(zhǔn)的透射X射線投影數(shù)據(jù)。圖像重建引擎115獲取此投影數(shù)據(jù)，并使用多個處理技術(shù)(諸如將投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回2維或3維層析 X射線圖像的濾波反向投影(filtered backprojection)將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為X射線圖像。如此處所使用的，原始數(shù)據(jù)是指直接從一個或多個探測器傳送的數(shù)據(jù)或者還未接受校準(zhǔn)或歸一化的探測器數(shù)據(jù)。已被校準(zhǔn)或歸一化的原始數(shù)據(jù)稱為經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。經(jīng)處理的數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)是已經(jīng)穿過一個或多個濾波器的經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)?？蛇x地，來自圖像重建引擎115的經(jīng)處理的數(shù)據(jù)被傳遞給可選數(shù)據(jù)可視化引擎 120。數(shù)據(jù)可視化引擎120獲取重建的圖像數(shù)據(jù)并將其呈現(xiàn)到人可讀的屏幕上。在一個實(shí)施例中，該數(shù)據(jù)可視化引擎120能夠執(zhí)行如插值、三維投影到二維圖像、以及基于重建的圖像密度、材料類型或其它所需參數(shù)的圖像著色等功能。在一個實(shí)施例中，為X射線圖像數(shù)據(jù)存檔提供諸如RAID(獨(dú)立盤的冗余陣列)陣列、硬盤組或者其它存儲系統(tǒng)的存儲設(shè)備125。專業(yè)人士將理解，存儲設(shè)備125必須能夠存儲來自信號鏈中任何點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而不僅僅是在數(shù)據(jù)可視化引擎的輸出處的數(shù)據(jù)。掃描控制器130能夠解析從成像鏈中的所有組件輸出的X射線圖像數(shù)據(jù)。掃描控制器130還能夠?qū)⒖刂菩畔⑤敵龅匠上矜溨械乃薪M件。以這種方式，掃描控制器130能夠優(yōu)化整個系統(tǒng)操作。掃描控制器130還接收來自用戶輸入臺135的輸入數(shù)據(jù)，其中用戶可以通過例如與計算設(shè)備通信的觸摸屏、鼠標(biāo)或者鍵盤，輸入他們對圖像優(yōu)化處理的限制條件。例如，在安檢系統(tǒng)中，用戶可以選擇當(dāng)前威脅等級(例如高、中或低)。在醫(yī)療系統(tǒng)中，用戶可以選擇劑量或空間分辨率限制條件(例如高診斷質(zhì)量，低劑量)。掃描控制器130因此從兩個不同的源(即用戶限制條件和X射線圖像數(shù)據(jù))獲取輸入，并根據(jù)用戶限制條件執(zhí)行處理X射線圖像數(shù)據(jù)的方法，以便連續(xù)并動態(tài)地重新優(yōu)化X 射線源和探測器105、掃描引擎110、圖像重建引擎115和/或數(shù)據(jù)可視化引擎120的操作。應(yīng)該認(rèn)識到，通過硬件(諸如包括至少一個處理器的服務(wù)器)執(zhí)行存儲在諸如 RAM、ROM、硬盤或其它存儲結(jié)構(gòu)中的多個程序指令使能這里所描述的X射線源和探測器 105、掃描引擎110、圖像可視化引擎115和/或數(shù)據(jù)可視化引擎120的功能和特征。可以將各種引擎集成到彼此遠(yuǎn)程或本地的一個或更多個服務(wù)器中。X射線系統(tǒng)的組件因此可以是彼此本地或遠(yuǎn)程的，可以被集成到單一服務(wù)器中或通過網(wǎng)絡(luò)分布在多個服務(wù)器中，以及/ 或者可以通過任何有線或無線形式的發(fā)送和接收而彼此通信。還應(yīng)該認(rèn)識到，每個引擎包括至少一個數(shù)據(jù)接收器、數(shù)據(jù)發(fā)送器以及能夠執(zhí)行存儲在存儲器中的多個程序指令的數(shù)據(jù)處理器，以執(zhí)行如這里所描述的引擎的功能和特征。參考圖2，在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的層析X射線成像系統(tǒng)將部分填充成像區(qū)域 205的對象210成像。常規(guī)地，使用旋轉(zhuǎn)架臺(gantry)X射線源，并且對所有投影角度以及從所有探測器元件累積投影數(shù)據(jù)。當(dāng)僅X射線檢查區(qū)域的一部分被相關(guān)對象實(shí)際填充時收集和處理所有這些數(shù)據(jù)在計算上是高成本的。用戶通常對X射線檢查區(qū)域中被空氣225或?qū)ο笾Ъ?20填充的部分不感興趣。在一個實(shí)施例中，該掃描情形可以按下述方法改進(jìn)。掃描控制器130首先分析X 射線系統(tǒng)產(chǎn)生的原始掃描數(shù)據(jù)，而不是掃描和處理整個成像區(qū)域205。將圖像數(shù)據(jù)的包含相關(guān)信息的區(qū)域與不包含相關(guān)數(shù)據(jù)的區(qū)域區(qū)分。如圖3所示，正弦圖300可以被用于察看所述數(shù)據(jù)。圖300在水平行中布置來自每個探測器(從-d/2通過0到+d/2，其中d =投影中探測器的總數(shù))的數(shù)據(jù)，并在連續(xù)行(consecutive rows)中布置來自每個源旋轉(zhuǎn)角度(從 Phi_l到，其中η=投影角度的數(shù)量)的數(shù)據(jù)，以形成二維數(shù)據(jù)集。圖中還示出對象中標(biāo)記為Α305和Β315的兩個點(diǎn)的完整正弦數(shù)據(jù)集的軌跡。
在本發(fā)明中，一旦收集到正弦圖的第一條線(Phi_l)，就推理得知在所有其它投影角度上將要收集正弦圖的哪個部分。因此，掃描控制器可以優(yōu)化掃描引擎，以僅收集和處理來自那些實(shí)際需要的探測器元件的數(shù)據(jù)，例如，將真實(shí)產(chǎn)生相關(guān)數(shù)據(jù)的探測器元件，從而節(jié)省前端數(shù)據(jù)帶寬和計算機(jī)電力。數(shù)學(xué)上，通過Radon變換(Radon Transform)將正弦圖數(shù)據(jù)向前聯(lián)系到反向投影的圖像。在這個變換下，正弦圖中的每個點(diǎn)代表通過重建的圖像的一個反向投影的線。因為正弦圖的哪些部分包含有用數(shù)據(jù)并因此由掃描引擎收集這些部分是已知的，所以限制圖像重建引擎，以僅過濾和反向投影正弦圖數(shù)據(jù)的有價值部分。這可以在圖像重建引擎中節(jié)省大量計算消耗。圖像重建引擎通常被設(shè)計為以完全重建圖像切片速率準(zhǔn)許整個圖像重建循環(huán)的完全圖像重建。很多時候，僅圖像重建循環(huán)中的一部分具有對象，并且可以利用便宜地多的圖像重建引擎提供設(shè)計為使用掃描控制器的系統(tǒng)，所述圖像重建引擎被優(yōu)化為動態(tài)地僅重建對象的相關(guān)部分。優(yōu)選地，掃描引擎和圖像重建引擎將包括或有權(quán)訪問緩沖存儲器，以允許臨時存儲其中對象比設(shè)計的圖像重建循環(huán)填充容量更大的圖像序列，直至圖像重建引擎趕上當(dāng)前的數(shù)據(jù)流。向數(shù)據(jù)可視化引擎提供子圖像的坐標(biāo)(如切片編號和切片內(nèi)的位置)，所述子圖像由圖像重建引擎提供，并且數(shù)據(jù)可視化引擎使用這些坐標(biāo)(切片編號和切片內(nèi)的位置) 在數(shù)據(jù)可視化以前將重建的圖像數(shù)據(jù)引用到三維重建圖像體積(volume)的適當(dāng)部分。凈效果是存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)帶寬的大幅降低。由于不存儲不想要的背景數(shù)據(jù)，這簡化了網(wǎng)絡(luò)附接存儲的設(shè)計并且降低了存儲方案的成本。在使用本發(fā)明的另一例子中，可能有待檢查對象沿著其長度具有可變的檢查重要性的情況。例如人體的某些部分在掃描方向(腿)上相當(dāng)對稱，并且在這里設(shè)計在掃描方向上(沿著腿)產(chǎn)生比在掃描平面中低的空間分辨率的層析成像系統(tǒng)可能是有利的。為此，用戶可能要求掃描控制器使用低劑量掃描方法，為了減少劑量，可以在對腿的長骨成像時動態(tài)控制掃描旋轉(zhuǎn)速率來允許一定程度的掃描方向部分體積假象 (artifact)而實(shí)現(xiàn)該低劑量掃描方法。參考圖4，當(dāng)?shù)竭_(dá)在掃描方向上實(shí)質(zhì)可變的膝蓋402 時，掃描控制器可以自動指引掃描引擎提高掃描速率(也因此增加X射線劑量)，以便一旦在經(jīng)過膝蓋回到長骨404而返回低劑量率之前，創(chuàng)建膝蓋402的高分辨率圖像。數(shù)學(xué)上，掃描控制器可以通過從前面的正弦圖減去每個新的正弦圖來確定掃描方向上的信息改變率，差值是掃描方向上的信息改變率的指示。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以使用掃描控制器動態(tài)地調(diào)整掃描引擎收集的數(shù)據(jù)的空間分辨率。接著將該數(shù)據(jù)傳送給圖像重建引擎，其繼而提供可變分辨率圖像。為了由數(shù)據(jù)可視化引擎顯示而編碼重建的圖像，從而該圖像在空間和時間域上都被正確地表示。作為例子，在提供三維層析圖像重建的安全檢查應(yīng)用中，可以利用粗像素515 (例如大于最小像素尺寸的十倍)重建低密度區(qū)(例如衣服)，為復(fù)雜對象(例如膝上計算機(jī)， 其模擬較高威脅對象)保留中粒度像素525(例如最小像素尺寸的二到十倍)以及高粒度像素530(例如最小像素尺寸，即lmmXlmm)，如圖5所示。通過在某些區(qū)域中放松分辨率要求，并因此需要較少計算，可以為在圖像的復(fù)雜區(qū)域中提供改善的分辨率而分配空閑計算能力。凈效果是數(shù)據(jù)帶寬降低、計算成本減小以及存儲要求降低，且?guī)缀醪粨p害診斷質(zhì)量。
在一個實(shí)施例中，正弦圖數(shù)據(jù)關(guān)于為了形成重建的圖像應(yīng)該分配什么計算能力而指引掃描控制器。顯示高變化度的正弦圖區(qū)域，例如具有較小信噪比的區(qū)域(即小于20的信噪比，優(yōu)選地小于10)，直接聯(lián)系到重建的圖像中那些應(yīng)該實(shí)現(xiàn)高圖像分辨率的區(qū)域。高圖像分辨率就像素大小而言通常小于2mmX 2mmX 2mm，而低圖像分辨率就像素大小而言通常大于5mmX5mmX5mm。顯示低變化度的正弦圖區(qū)域，例如較高信噪比的區(qū)域(即大于40 的信噪比，優(yōu)選地大于50)，聯(lián)系到重建的圖像中那些可以容忍低圖像分辨率的區(qū)域。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，應(yīng)該對可變分辨率的重建圖像進(jìn)行編碼，使得數(shù)據(jù)可視化引擎可以將可變分辨率的重建圖像數(shù)據(jù)引用到三維數(shù)據(jù)集中的適當(dāng)位置，用于為人顯示的目的。還可以理解，適合的圖像處理方法，例如三維圖像插值，可以被用于將具有均勻的高空間分辨率的圖像呈現(xiàn)給屏幕，即使可能已經(jīng)以可變分辨率重建了背后的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，認(rèn)識到，圖像重建處理本身的性質(zhì)可能受到正被掃描引擎處理的信息的影響。通過舉例，考慮典型地在均勻矩陣中尋找低原子序數(shù)、低對比度對象的成像系統(tǒng)。這樣的圖像適合于濾波反向投影層析圖像重建方法。假設(shè)有高原子序數(shù)的污染物不時地進(jìn)入成像體積。在這種情況下，高原子序數(shù)材料很可能導(dǎo)致不想要的束硬化假象，其可以使低原子序數(shù)材料的分析失真。已知在最小化束硬化效應(yīng)時比典型的濾波反向投影算法更好的迭代處理。在這種情況下，掃描控制器可以為特別高衰減的對象檢查正弦圖并且可以為那些其中具有高衰減對象的區(qū)域換用迭代算法，以及可以在圖像的所有其它區(qū)域中運(yùn)用需要較少計算的濾波反向投影算法。結(jié)果最小化了束硬化假象并改善了最終圖像分析。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言很顯然，取決于用戶已經(jīng)設(shè)置的優(yōu)化要求、系統(tǒng)制造時評估的成本限制、以及存儲系統(tǒng)的可用性和性能，可以同時并且單獨(dú)地運(yùn)用這里描述的方法。如上所述，高數(shù)據(jù)率、高吞吐量的系統(tǒng)需要改善的圖像傳輸系統(tǒng)來提供反應(yīng)靈敏的、可擴(kuò)展的以及成本有效的傳輸方法。參考圖6所示，示出了 X射線系統(tǒng)605的集合，其各自能夠產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)集包括對象的三維圖像。對每個X射線系統(tǒng)605提供高速專用網(wǎng)絡(luò)鏈接，其可以在小延遲的全帶寬上直接將該三維數(shù)據(jù)集傳遞高容量存儲陣列 645。存儲陣列645上的數(shù)據(jù)庫由系統(tǒng)服務(wù)器655處理，系統(tǒng)服務(wù)器655通過網(wǎng)絡(luò)連接到X射線系統(tǒng)605和磁盤控制器665。一系列操作者在一系列聯(lián)網(wǎng)的工作站635上查看三維圖像數(shù)據(jù)。工作調(diào)度器應(yīng)用在系統(tǒng)服務(wù)器655上執(zhí)行并且辨別新三維數(shù)據(jù)可用的時間。所述工作調(diào)度器應(yīng)用分配某一操作者察看新的三維數(shù)據(jù)集，并且所述操作者將他或她的發(fā)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)報告回系統(tǒng)服務(wù)器655。此時，該三維數(shù)據(jù)集可能被丟棄，或者可能為中期或長期存儲而被存檔。這樣的系統(tǒng)由于三維數(shù)據(jù)集的大小，可能很慢并且使用很大的網(wǎng)絡(luò)帶寬量。在本發(fā)明中，3D引擎組件615連接到系統(tǒng)，每個X射線系統(tǒng)605 —個3D引擎615。由于3D引擎 615直接連接到X射線系統(tǒng)605而不是受中間網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲所限制，所以3D引擎615 實(shí)時處理X射線系統(tǒng)605產(chǎn)生的完全三維數(shù)據(jù)集。
3D引擎615將X射線系統(tǒng)605的數(shù)據(jù)處理為一個或多個表示通過三維數(shù)據(jù)的投影的二維圖像。圖7中提供了從完全三維數(shù)據(jù)集導(dǎo)出的示例二維圖像700。圖像700描繪了不同方向上的三維三角形對象和立方體形對象。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然的是，二維圖像的大小比完全三維數(shù)據(jù)集小。因此，2D圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸時間比完全3D數(shù)據(jù)集的傳輸時間短。在本發(fā)明中，3D引擎615的輸出直接連接到網(wǎng)絡(luò)，使得在系統(tǒng)服務(wù)器655上運(yùn)行的工作調(diào)度器應(yīng)用可以首先將緊湊的2D圖像集調(diào)度給操作者工作站635，用于及時察看。作為最低限，將迅速地產(chǎn)生一個2D圖像并將其調(diào)度給操作者。更典型地，將預(yù)呈現(xiàn)5 到8個2D圖像并將其調(diào)度給操作者工作站635。很頻繁地，操作者可以檢查具有充分完整性的對象而不需要訪問完全三維數(shù)據(jù)集，從而準(zhǔn)許操作者工作站635具有相對低的規(guī)范 (specification)，并且與完全3D工作站相比減少了成本。網(wǎng)絡(luò)幾乎可以是任何一個中等帶寬的商用網(wǎng)絡(luò)，例如千兆以太網(wǎng)絡(luò)。在檢查者不能僅用2D圖像檢查對象的事件中，操作者可以給工作調(diào)度器發(fā)送檢查不完整的信號以及應(yīng)該將圖像數(shù)據(jù)傳送給具有受過合適訓(xùn)練的操作者的完全3D操作者工作站來進(jìn)行進(jìn)一步察看。在這種情況下，工作調(diào)度器將定位適合的合格3D操作者并且將首先將2D圖像集發(fā)送給所述操作者用于察看。此時，操作者將開始僅從2D圖像分析圖像數(shù)據(jù)。在該背景中， 工作調(diào)度器將開始將完全3D數(shù)據(jù)集傳送給3D操作者。一旦3D數(shù)據(jù)集已經(jīng)到達(dá)操作者工作站，則操作者工作站中的3D引擎將準(zhǔn)備數(shù)據(jù)集用于操作者的3D察看。當(dāng)3D數(shù)據(jù)集為查看準(zhǔn)備就緒時，圖像工作站啟動一組三維數(shù)據(jù)分析工具并且操作者可以開始在互動方式中使用它們。由于必要數(shù)據(jù)集變?yōu)榭捎?，因此操作者?D檢查方法轉(zhuǎn)移到3D檢查方法。這樣的二級圖像傳輸方法最小化操作者開始工作所花費(fèi)的時間，但仍然在需要時提供所有用于察看的數(shù)據(jù)。使用適中帶寬的網(wǎng)絡(luò)和延遲實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并因此具有低成本。在另一個實(shí)施例中，提供操作者的網(wǎng)絡(luò)，其中所有操作者有資格檢查3D數(shù)據(jù)并且有訪問3D操作者工作站的權(quán)限。在這種情況下，操作者將立即接收2D數(shù)據(jù)，并且可以在他或她不能僅使用2D預(yù)呈現(xiàn)的圖像完成他或她的檢查時請求全部3D圖像數(shù)據(jù)。這再次允許在保持高檢查吞吐量的同時利用高可靠性的低成本網(wǎng)絡(luò)。盡管這里對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述和圖示，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到它們僅是說明性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離或違背所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種X射線系統(tǒng)，包括a、多個探測器，用于生成原始X射線數(shù)據(jù)；b、掃描引擎，連接到所述多個探測器，用于接收所述原始X射線數(shù)據(jù)并生成經(jīng)校準(zhǔn)的X 射線數(shù)據(jù)；c、圖像重建引擎，連接到所述掃描引擎，用于將所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個經(jīng)處理的X射線圖像；以及d、掃描控制器，與所述掃描引擎或圖像重建引擎中的至少一個以及所述多個探測器連接，其中所述掃描控制器接收所述原始X射線數(shù)據(jù)，并動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理或所述圖像重建引擎對所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)的處理中的至少一個。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，還包括用戶輸入，其中所述用戶輸入從用戶接收控制信息，并且其中所述掃描控制器使用所述控制信息來動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理或所述圖像重建引擎對所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)的處理中的至少一個。
3.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中所述原始X射線數(shù)據(jù)為透射數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中所述原始X射線數(shù)據(jù)為反向散射數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)可視化引擎，連接到所述圖像重建引擎，用于將經(jīng)處理的X射線圖像呈現(xiàn)到人可讀的屏幕。
6.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，還包括一個或多個存儲設(shè)備，連接到所述多個探測器中的一個或多個、所述掃描引擎以及所述圖像重建引擎，用于存儲從所述多個探測器、所述掃描引擎以及所述圖像重建引擎獲得的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器通過分析所述原始X射線數(shù)據(jù)以及識別一個或多個包括所需信息的區(qū)域來動態(tài)地調(diào)制所述掃描引擎對所述原始X射線數(shù)據(jù)的處理。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線系統(tǒng)，其中所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域是所述多個探測器探測到的所有區(qū)域的子集。
9.如權(quán)利要求8所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令，以僅處理來自對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的探測器的原始X射線數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求8所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器向所述圖像重建引擎發(fā)出指令，以僅處理來自對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的探測器的經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的X射線系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)可視化引擎，其中所述數(shù)據(jù)可視化引擎從所述圖像重建引擎接收對應(yīng)于所述一個或多個包括所需信息的區(qū)域的多個坐標(biāo)。
12.—種X射線系統(tǒng)，包括a、具有掃描旋轉(zhuǎn)的輻射源；b、多個探測器，用于生成原始X射線數(shù)據(jù)；c、掃描引擎，連接到所述多個探測器，用于接收所述原始X射線數(shù)據(jù)并生成經(jīng)校準(zhǔn)的X 射線數(shù)據(jù)；d、圖像重建引擎，連接到所述掃描引擎，用于將所述經(jīng)校準(zhǔn)的X射線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個經(jīng)處理的X射線圖像；以及e、掃描控制器，與所述掃描引擎或圖像重建引擎中的至少一個以及所述多個探測器連接，其中所述掃描控制器接收所述原始X射線數(shù)據(jù)，并基于所述原始X射線數(shù)據(jù)動態(tài)地調(diào)制所述輻射源或掃描引擎中的至少一個。
13.如權(quán)利要求12所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令， 以基于所述原始X射線數(shù)據(jù)修改掃描的空間分辨率。
14.如權(quán)利要求13所述的X射線系統(tǒng)，其中通過在掃描方向上生成第一空間分辨率以及在掃描平面上生成第二空間分辨率來修改所述空間分辨率，所述第一空間分辨率與所述第二空間分辨率不同。
15.如權(quán)利要求12所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器向所述掃描引擎發(fā)出指令， 以生成掃描中的第一分辨率和所述掃描中的第二分辨率，其中所述第一分辨率與所述第二分辨率不同。
16.如權(quán)利要求15所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描引擎將所述具有第一分辨率和第二分辨率的掃描傳送給所述圖像重建引擎。
17.如權(quán)利要求16所述的X射線系統(tǒng)，其中所述圖像重建引擎基于所述具有第一分辨率和第二分辨率的掃描生成具有可變分辨率的圖像數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求16所述的X射線系統(tǒng)，其中所述圖像重建引擎生成具有粗像素、中粒度像素或高粒度像素的至少一個區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求12所述的X射線系統(tǒng)，其中所述掃描控制器向所述掃描引擎或輻射源中的至少一個發(fā)出指令，以控制所述輻射源的旋轉(zhuǎn)速率。
20.一種圖像傳輸系統(tǒng)，包括a、多個X射線系統(tǒng)，用于通過使用X射線檢查一個或多個對象，并產(chǎn)生每個對象的至少一個三維圖像；b、多個引擎，每個引擎與至少一個X射線系統(tǒng)連接，用于通過處理所述X射線系統(tǒng)產(chǎn)生的每個圖像而獲得一個或多個二維圖像，所述二維圖像是所述三維圖像的投影；C、至少一個網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器，其通過網(wǎng)絡(luò)鏈接連接到每個三維引擎，用于將所述一個或多個二維圖像呈現(xiàn)給一個或多個操作者用于人工檢查，其中所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度器將對應(yīng)的三維圖像呈現(xiàn)給操作者，用于在接收到對這種三維圖像的請求時進(jìn)行檢查；以及d、至少一個存儲陣列，其通過高速專用網(wǎng)絡(luò)鏈接與每個所述X射線系統(tǒng)連接，用于存儲所述三維圖像和所述二維圖像中的一個或多個。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有源探測器模塊的X射線系統(tǒng)，其包括X射線源和探測器，用于掃描檢查對象；連接到源探測器模塊的掃描引擎，用于從源探測器模塊中收集掃描數(shù)據(jù)；連接到掃描引擎的圖像重建引擎，用于將收集到的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個或多個X射線圖像；以及與源探測器模塊、掃描引擎和圖像重建引擎中的至少一個連接的掃描控制器，用于連接優(yōu)化X射線系統(tǒng)的操作。
文檔編號H01L27/146GK102460703SQ201080030042
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者E.J.莫頓 申請人:拉皮斯坎系統(tǒng)股份有限公司