Системы спиральной кт и способы реконструкции

Использование: для спиральной компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что вычисляют минимальное количество рядов детекторов, необходимое для покрытия окна Тама в соответствии с шагом системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядным интервалом множества рядов детекторов; компенсируют утерянные проекционные данные посредством взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов; пересортировывают данные конусного пучка в данные параллельных конусных пучков; выполняют взвешивание косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных конусов, а затем выполняют одномерную фильтрацию по данным в направлении ряда виртуальных детекторов, образованных при пересортировке проекционных данных в данные параллельных пучков; и выполняют обратное проецирование в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений. Технический результат: повышение пропускной способности для багажа при сохранении качества восстановленных изображений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления изобретения в целом относятся к визуализации посредством излучения и, в частности, к системе компьютерной томографии (КТ) с большим шагом и к способу реконструкции для такой системы.

Уровень техники

Системы КТ для досмотра багажа играют важную роль при обнаружении взрывчатых веществ и широко применяются в общественных местах, таких как аэропорты, вокзалы и т.д. Основной задачей системы обнаружения с использованием метода КТ является получение проекционных данных о багаже путем сканирования, получение его томографических изображений с помощью алгоритма реконструкции, идентификация взрывчатых веществ на основе алгоритма идентификации и выдача сигнала оповещения. Сканирование осуществляется за счет вращения контактного кольца, установленного вместе с источником рентгеновского излучения и детекторами, при одновременном перемещении объекта по ленте, и поэтому траектория сканирования является спиральной. Для соответствия требованиям станций досмотра по пропускной способности для багажа скорость перемещения ленты должна достигать определенного предельного значения, например 0,3 м/с - 0,5 м/с. Для того чтобы собрать все проекционные данные, необходимые для реконструкции изображений, нужно увеличить скорость вращения контактного кольца или увеличить количество рядов детекторов. Для соблюдения механической интенсивности и устойчивости скорость вращения контактного кольца нельзя увеличивать бесконечно. С другой стороны, с точки зрения предельного значения угла конуса источника рентгеновского излучения и расходов на детекторы количество рядов детекторов также нельзя увеличивать бесконечно. В целом с учетом указанных выше различных факторов наиболее эффективным способом увеличения пропускной способности для багажа является лишь увеличение шага сканирования.

На протяжении последних лет был достигнут ряд существенных результатов в области алгоритмов реконструкции для спиральной КТ, например алгоритм Кацевича, PI-алгоритм, алгоритм CB-FBP и т.п. Однако все алгоритмы должны удовлетворять определенному условию шага, и увеличение шага и угла конуса приводит к потере проекционных данных, увеличению ошибки в результатах реконструкции или даже появлению артефактов. Для того чтобы качество изображений соответствовало требованиям, коэффициент изменения шага в целом не должен превышать 1,5.

В системах досмотра на основе метода КТ выполнение алгоритма реконструкции в реальном времени также является важным показателем. В соответствии с алгоритмом реконструкции фильтрация в неодномерной инвариантной относительно сдвига форме, обратное проецирование в геометрии конусного пучка с весовым коэффициентом расстояния, решение большого количества нелинейных уравнений и использование большого углового диапазона обратного проецирования будет обуславливать неэффективность алгоритма реконструкции, поэтому использования таких алгоритмов следует избегать. Следовательно некоторые из перечисленных выше алгоритмов реконструкции предусматривают стадии, которые влияют на эффективность алгоритмов, а также главным образом используются в случае, если проекционные данные являются полными или избыточными.

В заключение, проблема потери данных при условии большого шага в уровне техники в последнее время не рассматривалась, следовательно технологии предшествующего уровня техники нельзя непосредственно использовать в системе КТ с большим шагом.

Раскрытие изобретения

С учетом одной или нескольких проблем, свойственных предшествующему уровню техники, предлагается система спиральной КТ и способ реконструкции для такой системы, которые удовлетворяют требованиям, выдвигаемым к реконструкции изображений при условии большого шага.

В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается способ реконструкции для системы спиральной компьютерной томографии (КТ) в геометрии конусного пучка, предусматривающий стадии: вычисления минимального количества рядов детекторов, требуемого для покрытия окна Тама согласно шагу системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядному интервалу для множества рядов детекторов; компенсации утерянных проекционных данных за счет взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов; пересортировки данных конусного пучка в данные параллельных конусных пучков; реализации взвешивания косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных конусов, а затем реализации одномерной фильтрации по данным вдоль направления ряда виртуальных детекторов, образованных во время пересортировки проекционных данных, в данные параллельных пучков; и реализации обратного проецирования в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается система спиральной компьютерной томографии (КТ) в геометрии конусного пучка, содержащая: средства для вычисления минимального количества рядов детекторов, требуемого для покрытия окна Тама согласно шагу системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядному интервалу для множества рядов детекторов; средства для компенсации утерянных проекционных данных за счет взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов; средства для пересортировки дополненных проекционных данных в данные параллельных пучков с углом конуса; средства для выполнения взвешивания косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных конусов, а затем выполнения одномерной фильтрации по данным вдоль направления ряда виртуальных детекторов, образованных во время пересортировки проекционных данных в данные параллельных пучков; и средства для выполнения обратного проецирования в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений.

Согласно некоторым вариантам осуществления с помощью указанных выше решений скорость движения ленты можно увеличить в несколько раз, если существующая область с детекторами и существующая скорость контактного кольца остаются неизменными, тем самым повышая пропускную способность для багажа и сохраняя качество восстановленных изображений неизменными.

Краткое описание чертежей

Для более глубокого понимания изобретения далее варианты осуществления изобретения будут описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показана схема сканирования по спиральной траектории в системе КТ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, где серая область на детекторах представляет собой окно Тама;

на фиг. 2 показано определение пары сопряженных лучей при сканировании веерным пучком в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 3 показана принципиальная схема компьютерного томографа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 4 показана принципиальная блок-схема вычислительного процессора, показанного на фиг. 3;

на фиг. 5 показана принципиальная блок-схема контроллера в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 6 показана схема способа реконструкции в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 7 показана схема интерполяции сопряженных проекций при сканировании по спиральной траектории в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 8 показана схема пересортированных параллельных пучков с углом конуса и виртуальными детекторами;

на фиг. 9 показаны результаты реконструкции, где шаг равен 3,9 см в соответствии с характерным вариантом осуществления изобретения; и

на фиг. 10 показаны результаты реконструкции, где шаг равен 6 см в соответствии с характерным вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Более подробно характерные варианты осуществления изобретения будут описаны ниже. Необходимо отметить, что варианты осуществления в настоящем документе приведены исключительно в иллюстративных целях без ограничения настоящего раскрытия. В приведенном ниже описании описаны некоторые характерные детали, позволяющие понять изобретение более подробно. Однако специалисту в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что изобретение может быть реализовано и без этих характерных деталей. В других случаях хорошо известные схемы, материалы или способы специально не описываются, чтобы не усложнять понимание изобретения.

Под используемыми во всем описании выражениями «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «один пример» или «пример» подразумевается, что различные характерные признаки, структуры или свойства, описываемые в связи с вариантом осуществления или примером, включены по меньшей мере в один вариант осуществления изобретения. Поэтому выражения «в соответствии с одним вариантом осуществления», «в соответствии с вариантом осуществления», «в соответствии с одним примером» или «в соответствии с примером», которые встречаются в различных местах в описании, необязательно относятся к тому же варианту осуществления или примеру. Более того, характерные признаки, структуры или свойства могут быть объединены в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах в любую соответствующую комбинацию и/или подкомбинацию. Более того, специалисту в области техники, к которой относится изобретение, понятно, что в настоящем документе термин «и/или» подразумевает все без исключения комбинации одного или нескольких перечисленных элементов.

Ввиду того что требования к реконструкции при условии большого шага в предшествующем уровне не выполняются, в частности когда коэффициент изменения шага превышает значение 1,5, в соответствии с вариантами осуществления изобретения предлагается компенсация утерянных в результате большого шага данных за счет взвешивания дополнительных проекционных данных для проекционных данных, полученных с помощью системы спиральной КТ. После того как данные были дополнены, данные конического пучка пересортируются в данные параллельных конусных пучков, взвешивание косинуса угла конуса и одномерную фильтрацию осуществляют по пересортированным данным параллельных конусов и наконец выполняют обратное проецирование параллельных пучков по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений. Согласно некоторым вариантам осуществления с помощью указанного выше способа скорость движения ленты можно увеличить в несколько раз, если существующая область с детекторами и существующая скорость контактного кольца остаются неизменными, тем самым повышая пропускную способность для багажа и сохраняя качество восстановленных изображений неизменными.

На фиг. 1 показана схема сканирования по спиральной траектории в системе КТ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 1, радиус вращения источника 110 рентгеновского излучения обозначен как R, расстояние, на которое лента перемещается при вращении контактного кольца по кругу (называемое шагом), обозначено как h, угол обзора веерного пучка цилиндрических равноугольных детекторов 120 обозначен как 2αm, а расстояние от источника 110 рентгеновского излучения до детекторов 120 обозначено как D. Количество рядов детекторов 120 представляет собой Nrow, а межрядный интервал представляет собой srow. Коэффициент изменения шага определяется следующим образом:

Круговое вращение контактного кольца и прямолинейное перемещение ленты образуют спиральную траекторию 131 за счет относительного движения. В системе координат сканируемого объекта траекторию движения источника рентгеновского излучения можно выразить следующим образом:

В случае спиральной траектории сканирования проекционные данные, требуемые для точной реконструкции, представляют собой проекционные данные, покрываемые проекцией двух сегментов спиральной линии, которые расположены максимально близко друг к другу на детекторах, т.е. окно 121 Тама-Дэниельсона (далее упрощенно окно Тама), как показано на фиг. 1. Таким образом, минимальное количество рядов детекторов, необходимое для покрытия окна Тама, если такие параметры, как межрядный интервал srow и шаг h или подобные, определены, можно рассчитать следующим образом:

Согласно уравнению (3) максимальный шаг и максимальный коэффициент изменения шага, допускаемые в системе КТ, в которой количество рядов детекторов, межрядный интервал и угол веерного пучка являются фиксированными, можно получить обратным вычислением:

Например, если угол веерного пучка составляет 2δm=π/3, максимальный коэффициент изменения шага равен 1,3.

На фиг. 2 показано определение пары сопряженных лучей при сканировании веерным пучком в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 2, радиус вращения источника 210 рентгеновского излучения обозначен как R, расстояние, на которое перемещается лента при вращении контактного кольца по кругу (называемое шагом), обозначено как h, угол обзора веерного пучка цилиндрических равноугольных детекторов 220 обозначен как 2αm, а расстояние от источника 210 рентгеновского излучения до детекторов 220 обозначено как D. В случае двухмерного сканирования веерным пучком два луча, расположенные на одной прямой линии, называются парой сопряженных лучей L-L′, т.е. луч от источника 210 излучения к точке 210′ и луч от точки 210′ к точке 210, если источник излучения расположен в точке 210′, как показано на фиг. 2. В случае спирального сканирования в геометрии конусного пучка соответствующая пара сопряженных лучей отсутствует; однако дополнительные проекции с аналогичным взаимоотношением можно определить следующим образом:

Таким образом, во время обратного проецирования алгоритм спиральной реконструкции может порождать избыточное взвешивание или компенсировать утерянные данные за счет использования дополнительных проекционных данных.

На фиг. 3 показана принципиальная схема компьютерного томографа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 3, компьютерный томограф в соответствии с вариантом осуществления изобретения содержит гентри 20, несущий элемент 40, контроллер 50, вычислительный процессор 60 или подобное. Гентри 20 содержит источник 10 излучения, испускающий рентгеновское излучение для проведения досмотра, например рентгеновский аппарат, и устройство 30 обнаружения и сбора данных. На несущем элементе 40 располагают досматриваемый багаж 70 для пропускания через сканируемую область между источником 10 излучения и устройством 30 обнаружения и сбора данных, расположенных на гентри 20, при этом гентри 20 вращается относительно направления движения досматриваемого багажа 70 вперед. Таким образом, излучение в форме конусного пучка, испускаемое источником 10 излучения, может проходить через досматриваемый багаж 70 для выполнения сканирования посредством КТ досматриваемого багажа 70.

Устройство 30 обнаружения и сбора данных представляет собой, например, детекторы и устройства для сбора данных в виде интегрированной модульной конструкции, например в виде множества рядов детекторов, для обнаружения лучей, проходящих через досматриваемые материалы, для получения аналогового сигнала и преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал для выдачи проекционных данных касательно досматриваемого багажа 70 относительно рентгеновского излучения. Контроллер 50 предназначен для управления различными частями целой системы с обеспечением их синхронной работы. Вычислительный процессор 60 предназначен для обработки данных, собранных устройством для сбора данных, обработки и реконструкции данных и выдачи результата.

Как показано на фиг. 3, источник 10 излучения может быть расположен с одной стороны досматриваемого объекта, а устройство 30 обнаружения и сбора данных расположено с другой стороны досматриваемого багажа 70, включая детекторы и устройства для сбора данных, для получения передаваемых данных и/или проекционных данных досматриваемого багажа 70, полученных под различными углами. Устройство для сбора данных содержит схему усиления и формирования данных, которая может работать в режиме интегрирования (тока) или в импульсном (счетном) режиме. Кабель вывода данных устройства 30 обнаружения и сбора данных соединен с контроллером 50 и вычислительным процессором 60 для сохранения собранных данных в вычислительном процессоре 60 согласно команде на включение.

На фиг. 4 показана принципиальная блок-схема вычислительного процессора 60, показанного на фиг. 3. Как показано на фиг. 4, данные, собранные устройством для сбора данных, сохраняются в запоминающем устройстве 61 посредством интерфейсного модуля 68 и шины 64. Постоянное запоминающее устройство (ROM) 62 содержит информацию о конфигурации и программы вычислительного процессора, хранящиеся в нем. Оперативное запоминающее устройство (RAM) 63 предназначено для временного хранения различных данных в ходе работы процессора 66. Более того, запоминающее устройство 61 также содержит компьютерные программы для обработки хранящихся в нем данных. Внутренняя шина 64 предназначена для соединения запоминающего устройства 61, ROM 62, RAM 63, устройства 65 ввода, процессора 66, устройства 67 отображения и интерфейсного модуля 68, как было описано выше.

После ввода пользователем рабочей команды посредством устройства 65 ввода, например клавиатуры, мыши или подобного, командные коды компьютерной программы подают на процессор 66 команду на выполнение заданного алгоритма реконструкции данных, а после получения результатов обработки данных команду на отображение результата на устройстве 67 отображения, таком как жидкокристаллический (ЖК) дисплей или подобное, или команду непосредственного вывода результата обработки в виде бумажного носителя, такого как печатная копия.

На фиг. 5 показана принципиальная блок-схема контроллера в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 5, контроллер 50 содержит блок 51 контроллера, предназначенный для управления источником 10 излучения, несущим элементом 40 и устройством 30 обнаружения и сбора данных в соответствии с командой, поступившей от компьютера 60; блок 52 создания сигнала на включение, предназначенный для создания команды на включение для активации работы источника 10 излучения, устройства 30 обнаружения и сбора данных и несущего элемента 40 под управлением блока управления; первое приводное устройство 53, предназначенное для приведения в действие несущего элемента 40 для перемещения досматриваемого багажа 70 в соответствии с командой на включение, созданной блоком 52 создания сигнала на включение под управлением блока 51 управления; и второе приводное устройство 54, предназначенное для приведения во вращение гентри 20 в соответствии с командой на включение, созданной блоком 52 создания сигнала на включение под управлением блока 51 управления. Проекционные данные, полученные устройством 30 обнаружения и сбора данных, сохраняются в компьютере 60 для реконструкции томографических изображений КТ с целью получения данных томографических изображений досматриваемого багажа 70. В соответствии с другими вариантами осуществления описанная выше система получения с использованием КТ также может представлять собой двухэнергетическую систему КТ, то есть источник 10 рентгеновского излучения на гентри 20 может испускать два луча, т.е. высокоэнергетический луч и низкоэнергетический луч, а после обнаружения устройством 30 обнаружения и сбора данных проекционных данных на разных энергетических уровнях вычислительный процессор 60 осуществляет двухэнергетическую реконструкцию с использованием КТ для получения данных с эквивалентными зарядовыми числами и эквивалентной плотностью электронов для различных томографических изображений досматриваемого багажа 70.

На фиг. 6 показана схема способа реконструкции в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 6, на стадии S61 в соответствии с шагом системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядным интервалом множества рядов детекторов вычисляют минимальное количество рядов детекторов, необходимое для покрытия окна Тама. Например, минимальное количество рядов детекторов , необходимое для покрытия окна Тама, вычисляется на основании таких параметров, как шаг, межрядный интервал или подобное.

На стадии S62, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов, утерянные проекционные данные компенсируют посредством взвешивания дополнительных проекционных данных. Например, если фактическое количество рядов детекторов меньше , утерянные данные компенсируются дополнительными проекциями. Как показано на фиг. 7, существует два условия:

1) если s>smax,

2) аналогично, если s<smin,

где s - координата в направлении ряда (угол конуса) детекторов, α - координата в направлении столбца (угол веерного пучка) детекторов, λ - проекционный угол, smin - минимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, smax - максимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, R - радиус вращения источника рентгеновского излучения, h - расстояние, на которое перемещается лента во время вращения контактного кольца по кругу, т.е. шаг, и D - расстояние от источника рентгеновского излучения до цилиндрических детекторов.

На стадии S63 дополненные данные конусного пучка P(λ,α,s) пересортируют в данные параллельных конусных пучков, например данные параллельных пучков с углом конуса Pp(λ,t,s). Пересортированные виртуальные детекторы образуются в прямоугольной области в центре вращения и параллельно оси z, ширина которой равна диаметру 2Rsinαm поля, покрываемого углом веерного пучка реальных цилиндрических детекторов, как показано на фиг. 8.

На стадии S64 сначала выполняют взвешивание косинуса угла конуса по пересортированным данным, а затем выполняют одномерную фильтрацию по данным, причем направление фильтрации проходит вдоль направления ряда виртуальных детекторов. Если процесс фильтрации проходит в одномерной инвариантной относительно сдвига форме, фильтрация может быть выполнена с помощью быстрого преобразования Фурье. При выполнении алгоритма фильтрации и обратного проецирования параллельных пучков в качестве ядра фильтрации выбирают ядро свертки R-L (алгоритм Ричардсона-Люси):

На стадии S65 для получения восстановленных изображений выполняют обратное проецирование в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания:

Согласно способу в соответствии с вариантом осуществления изобретения скорость движения ленты можно увеличить в несколько раз, если существующая область с детекторами и существующая скорость контактного кольца остаются неизменными, тем самым повышая пропускную способность для багажа и сохраняя качество восстановленных изображений неизменными. С другой стороны, способ в соответствии с изобретением позволяет изменить конструкцию существующей системы КТ для конкретного варианта применения для соответствующего уменьшения количества рядов детекторов, тем самым снижая стоимость системы.

Например, источник рентгеновского излучения имеет радиус вращения, равный 50 см, расстояние от источника до детекторов составляет 80 см, угол веерного пучка детекторов составляет 60°, количество рядов детекторов равно 32, а межрядный интервал равен 1,5 мм. Если необходимо выполнить требования для сбора всех проекционных данных, максимальный коэффициент изменения шага равен 1,3, а соответствующий максимальный шаг равен 3,9 см. Благодаря способу в соответствии с изобретением максимальный шаг можно увеличить до 6 см, а коэффициент изменения шага равен 2.

На фиг. 9 показаны результаты реконструкции, где шаг равен 3,9 см в соответствии с характерным вариантом осуществления изобретения. На фиг. 10 показаны результаты реконструкции, где шаг равен 6 см в соответствии с характерным вариантом осуществления изобретения. На чертежах видно, что при увеличении скорости сканирования качество восстановленных изображений сохраняется.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления скорость ленты можно дополнительно увеличить в условиях существующего оборудования, такого как детекторы, контактное кольцо или подобное, для повышения пропускной способности, что может быть применимо, например, в области досмотра при поиске взрывчатых веществ, наркотиков и т.п. Более того, предлагаемый способ компенсации утерянных данных с помощью дополнительной проекции применим в случае, если проекционные данные являются неполными, также обеспечивая качество восстановленных изображений, даже если коэффициент изменения шага превышает 1,5. В то же время алгоритм реконструкции, предлагаемый в соответствии с вариантом осуществления, имеет инвариантную относительно сдвига форму, в нем используется обратное проецирование параллельных пучков без коэффициента взвешивания по расстоянию, минимальный угловой диапазон обратного проецирования составляет 180 градусов, при этом нет необходимости решать группу нелинейных уравнений. Таким образом, способ является менее сложным по сравнению с уровнем техники и может обеспечивать соответствие требованиям выполнения досмотра в реальном времени.

Приведенное выше подробное описание продемонстрировало различные варианты осуществления способа реконструкции и системы спиральной КТ посредством использования схем, блок-схем и/или примеров. Если такие схемы, блок-схемы и/или примеры содержат одну или несколько функций и/или операций, специалисту в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что каждая функция и/или операция в таких схемах, блок-схемах или примерах может быть реализована отдельно и/или совместно в широком диапазоне конструкций, оборудования, программного обеспечения, встроенных программ или практически в любом их сочетании. Согласно одному варианту осуществления несколько частей объекта, описанного в вариантах осуществления изобретения, могут быть реализованы посредством специализированных интегральных микросхем (ASIC), программируемых пользователем матриц логических элементов (FPGA), цифровых сигнальных процессоров (DSP) или других встроенных схем. Однако специалисту в области техники, к которой относится изобретение, будет понятно, что некоторые аспекты вариантов осуществления, раскрытые в настоящем документе, целиком или частично также могут быть реализованы в интегральных схемах, в виде одной или нескольких компьютерных программ, работающих на одном или нескольких компьютерах (например, в виде одной или нескольких программ, работающих на одной или нескольких компьютерных системах), в виде одной или нескольких программ, работающих на одном или нескольких процессорах (например, в виде одной или нескольких программ, работающих на одном или нескольких микропроцессорах), в виде встроенных программ или в виде практически любой их комбинации, и что проектирование схем и/или написание кода для программного обеспечения и/или встроенных программ будет в компетенции специалистов в данной области техники, к которой относится изобретение. Более того, специалистам в данной области техники будет понятно, что механизмы объекта, раскрытого в настоящем документе, могут быть представлены в виде программного продукта в различных формах, и что наглядный вариант осуществления объекта, описанного в настоящем документе, является релевантным, независимо от типа передающего сигнал средства, используемого для фактической реализации. Примеры передающего сигнал средства включают, помимо прочего, следующее: записываемый носитель, такой как гибкий диск, жесткий диск, компакт-диск (CD), универсальный цифровой диск (DVD), магнитная лента для цифровой записи, память компьютера и т.д.; и пропускное средство, такое как цифровое и/или аналоговое средство передачи данных (например, волоконно-оптический кабель, волновод, проводной канал передачи данных, беспроводной канал передачи данных и т.д.).

Хотя изобретение было описано со ссылкой на несколько характерных вариантов осуществления, специалисту в области техники, к которой относится изобретение, понятно, что термины приведены в иллюстративных и пояснительных целях без ограничения. Изобретение может быть реализовано на практике в различных формах, при этом не выходя за пределы сущности и объема изобретения. Необходимо понимать, что варианты осуществления не ограничиваются приведенными выше деталями и должны трактоваться в самом широком смысле в пределах объема изобретения, определенного приведенной ниже формулой изобретения. Поэтому все модификации и альтернативы, подпадающие под объем формулы изобретения или их эквиваленты, входят в объем правовой охраны, определяемый прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ реконструкции для системы спиральной компьютерной томографии (КТ) в геометрии конусного пучка, предусматривающий стадии:
вычисления минимального количества рядов детекторов, необходимого для покрытия окна Тама в соответствии с шагом системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядным интервалом множества рядов детекторов;
компенсации утерянных проекционных данных посредством взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов;
пересортировки данных конусного пучка в данные параллельных конусных пучков;
выполнения взвешивания косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных конусов, а затем выполнения одномерной фильтрации по данным в направлении ряда виртуальных детекторов, образованных при пересортировке проекционных данных в данные параллельных пучков; и
выполнения обратного проецирования в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений.

2. Способ по п. 1, в котором стадия компенсации утерянных проекционных данных посредством взвешивания дополнительных проекционных данных предусматривает:
если s>smax,


если s<smin,

,
где s - координата в направлении ряда (угол конуса) детекторов, α - координата в направлении столбца (угол веерного пучка) детекторов, λ - проекционный угол, smin - минимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, smax - максимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, R - радиус вращения источника рентгеновского излучения, h - расстояние, на которое перемещается лента во время вращения контактного кольца по кругу, т.е. шаг, и D - расстояние от источника рентгеновского излучения до цилиндрических детекторов.

3. Способ по п. 1, в котором для одномерной фильтрации применяют ядро свертки R-L (алгоритм Ричардсона-Люси).

4. Система спиральной компьютерной томографии (КТ) в геометрии конусного пучка, содержащая:
средства для вычисления минимального количества рядов детекторов, необходимого для покрытия окна Тама в соответствии с шагом системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядным интервалом множества рядов детекторов;
средства для компенсации утерянных проекционных данных посредством взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов;
средства для пересортировки дополненных проекционных данных в данные параллельных конусных пучков;
средства для выполнения взвешивания косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных пучков, а затем выполнения одномерной фильтрации по данным в направлении ряда виртуальных детекторов, образованного при пересортировке проекционных данных в данные параллельных пучков; и
средства для выполнения обратного проецирования в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений.

5. Система по п. 4, в которой средства для компенсации утерянных проекционных данных посредством взвешивания дополнительных проекционных данных содержат средства, которые функционируют следующим образом:
если s>smax,

,
если s<smin,

,
где s - координата в направлении ряда (угол конуса) детекторов, α - координата в направлении столбца (угол веерного пучка) детекторов, λ - проекционный угол, smin - минимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, smax - максимальное значение координаты в направлении ряда (угол конуса) детекторов, R - радиус вращения источника рентгеновского излучения, h - расстояние, на которое перемещается лента во время вращения контактного кольца по кругу, т.е. шаг, и D - расстояние от источника рентгеновского излучения до цилиндрических детекторов.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к визуализации с помощью компьютерной томографии. Система визуализации содержит источник излучения, чувствительную к излучению матрицу детекторов и динамический послепациентный фильтр, включающий в себя один или более сегментов фильтра, при этом сегменты фильтра выполнены с возможностью перемещения в направлении оси z и перпендикулярно направлению пучка излучения или в направлении, поперечном оси z, и перпендикулярно направлению пучка излучения.

Изобретение относится к устройству обнаружения для обнаружения фотонов, использующемуся в радиографических системах формирования изображений. Блок обнаружения формирует импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии обнаруженных фотонов, причем блок формирования значений обнаружения формирует значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения.

Использование: для контроля объекта посредством проникающего излучения. Сущность изобретения заключается в том, что самоходная система лучевого контроля содержит мобильную платформу, детекторную консоль, перевозимую на мобильной платформе, и канал сканирования, образованный между детекторной консолью и мобильной платформой, источник излучения, установленный на мобильной платформе и выполненный с возможностью испускания излучения на инспектируемый объект, проходящий через канал сканирования, и детектор, установленный на детекторной консоли и выполненный с возможностью приема излучения, испускаемого источником излучения, при этом самоходная система лучевого контроля дополнительно содержит механизм сопровождения, отделенный от детекторной консоли, при этом механизм сопровождения содержит материал для защиты от излучения, при этом механизм сопровождения сопровождает детекторную консоль, чтобы перемещаться бесконтактно в процессе проверки инспектируемого объекта для недопущения утечки излучения.

Использование: для рентгеновской томографии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство рентгеновской томографии для получения 3D томографического изображения образца содержит рентгеновский источник, излучающий пучок фотонов в направлении оси пучка, при этом рентгеновский источник представляет собой источник, близкий к монохроматическому источнику, и пучок фотонов имеет пространственный угол больше чем 0,1 градуса относительно оси пучка; ячейку, выполненную с возможностью включать в себя пористый образец, изображение которого снимают, с возможностью расположения ячейки внутри пучка фотонов и поворота ячейки вокруг своей оси, которая по существу перпендикулярна оси пучка, а также с возможностью обеспечения затопления указанного пористого образца по меньшей мере одной текучей средой; детектор фотонов, принимающий прошедший пучок фотонов, который пропущен через упомянутую ячейку, при этом детектор фотонов обеспечивает получение по меньшей мере одного изображения для каждого угла из множества углов ячейки, причем полученные изображения снимаются в течение менее десяти минут; и модуль обработки, выполненный с возможностью рассчитывать томографическое изображение на основе указанных полученных изображений, соответствующих указанному множеству углов ячейки.

Использование: для контроля объекта посредством проникающего излучения. Сущность изобретения заключается в том, что конфигурация гентри для составной мобильной системы лучевого контроля содержит первую консольную раму, выполненную с возможностью перемещения вдоль первого рельса, вторую консольную раму, противоположную первой консольной раме, выполненную с возможностью перемещения вдоль второго рельса, параллельного первому рельсу, и третью консольную раму, соединяющую первую и вторую консольные рамы, чтобы перемещаться с первой и второй консольными рамами, при этом первая, вторая и третья консольные рамы вместе образуют канал сканирования, чтобы позволить инспектируемому объекту пройти через него, при этом конфигурация гентри для составной мобильной системы лучевого контроля дополнительно содержит устройство измерения положения, выполненное с возможностью обнаружения позиционной погрешности между первой консольной рамой и второй консольной рамой, и контроллер, выполненный с возможностью управления скоростью перемещения, по меньшей мере, одной из первой консольной рамы и второй консольной рамы на основе позиционной погрешности, обнаруженной устройством измерения положения, с тем чтобы позиционная погрешность между первой консольной рамой и второй консольной рамой стала равной нулю.

Использование: для восстановления изображения компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют выполнение сканирования формирования изображения, в котором L последовательных углов проекции измеряются при низкой энергии рентгеновских лучей и Н последовательных углов проекции измеряются при высокой энергии рентгеновских лучей чередующимся образом, где L существенно меньше, чем Н, для генерации набора данных проекции низкой энергии, содержащего измерения углов проекции при низкой энергии, и набора данных проекции высокой энергии, содержащего измерения углов проекции при высокой энергии; оценивание субдискретизированной части набора данных проекции низкой энергии, чтобы сформировать оцененный полный набор данных проекции низкой энергии, причем оценивание низкой энергии выполняется без восстановления изображения набора данных проекции низкой энергии или набора данных проекции высокой энергии.

Использование: для анализа области, представляющей интерес, в объекте с использованием рентгеновских лучей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют (a) предоставление данных измерений посредством системы дифференциальной фазово-контрастной рентгеновской визуализации, и (b) анализ характеристик объекта в области, представляющей интерес.

Использование: для реконструкции рентгеновской двухэнергетической компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что способ реконструкции рентгеновской двухэнергетической CT согласно настоящему изобретению содержит: (a) оценку энергетического спектра и создание двухэнергетической таблицы поиска; (b) сбор данных высокой энергии и данных низкой энергии системы формирования изображений двухэнергетической CT с использованием детектора системы формирования изображений двухэнергетической CT; (c) получение изображений проекции и масштабированных изображений и согласно полученным данным высокой энергии и данным низкой энергии ; (d) реконструкцию масштабированного изображения с использованием первого условия ограничения кусочной гладкости и, тем самым, получение изображения электронной плотности; и (e) реконструкцию масштабированного изображения с использованием второго условия ограничения кусочной гладкости и, тем самым, получение изображения эквивалентного атомного номера.

Использование: для формирования изображений методом дифференциального фазового контраста. Сущность изобретения заключается в том, что дифракционная решетка для формирования изображений методом дифференциального фазового контраста снабжена, по меньшей мере, одним участком первой подобласти и, по меньшей мере, одним участком второй подобласти.

Использование: для формирования дифференциальных фазово-контрастных изображений. Сущность изобретения заключается в том, что дифракционная решетка для формирования рентгеновских дифференциальных фазово-контрастных изображений снабжена первой подобластью, содержащей по меньшей мере один участок первой решеточной структуры и по меньшей мере один участок второй решеточной структуры.
Изобретение используется для регистрации радиографических изображений, сформированных с помощью ионизирующего излучения, относится к области радиографии, в частности к способам регистрации оптических изображений, сформированных с помощью протонного излучения, и может быть использовано, например, в системах цифровой съемки для определения внутренней структуры плотных объектов или исследования быстропротекающих процессов. Сущность изобретения заключается в том, что сначала ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, а затем через запоминающий люминесцентный экран, с которого в последствии считывают изображение, при этом в качестве ионизирующего излучения используют пучок протонов, ускорение которых осуществляют до энергии не менее 10 ГэВ, а в качестве запоминающего люминесцентного экрана используют пластину с чувствительным слоем на основе флюорогалогенидов бария, активированных европием. Технический результат - обеспечение высокой просвечивающей способности при высоком пределе разрешения, отсутствие потерь исходной информации при преобразованиях энергии, отсутствие геометрических искажений.

Группа изобретений относится к способам и устройствам для формирования дифференциальных фазовых контрастных изображений. Техническим результатом является обеспечение возможности корректировки количества артефактов в данных изображения. Для корректировки данных 52 дифференциального фазового изображения принимают данные 52 дифференциального фазового изображения, полученные с помощью излучения на разных энергетических уровнях, причем данные 52 дифференциального фазового изображения содержат пиксели 60, каждый пиксель 60 имеет значения 62a, 62b, 62c градиента фазы для каждого энергетического уровня. После этого определяют зависящее от энергии поведение значений 62a, 62b, 62c градиента фазы пикселя 60 и определяют скорректированное значение 68 градиента фазы для пикселя 60 на основании значений 62a, 62b, 62c градиента фазы пикселя 60 и модели для зависимости от энергии значений 62a, 62b, 62c градиента фазы. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для досмотра объекта посредством компьютерной томографии (КТ). Сущность изобретения заключается в том, что предложены система КТ для досмотра и соответствующий способ. Способ включает в себя: считывание данных обследования для обследуемого предмета; вставку по меньшей мере одного фиктивного трехмерного (3D) изображения опасного предмета (FTI) в 3D-изображение обследования для обследуемого предмета, которое получают из данных обследования; прием выбора по меньшей мере одной области на 3D-изображении обследования, включающей в себя 3D FTI, или по меньшей мере одной области на двумерном (2D) изображении обследования, включающей в себя 2D FTI, соответствующее 3D FTI, причем 2D-изображение обследования получают из 3D-изображения обследования или получают из данных обследования; и выдачу в ответ на упомянутый выбор обратной связи о 3D-изображении обследования, включающем в себя по меньшей мере одно 3D FTI. Технический результат: обеспечение возможности быстро отмечать подозрительный предмет на КТ-изображении, определяя посредством обратной связи изображение опасного предмета. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 21 ил.

Использование: для отображения изображения в СТ-системе. Сущность изобретения заключается в том, что способ отображения изображения в системе компьютерной томографии (CT), содержащий этапы, на которых: осуществляют CT-сканирование проверяемого объекта, чтобы получить данные СТ-проекции; организуют данные СТ-проекции в соответствии с предварительно определенным интервалом; извлекают базовые данные из организованных данных СТ-проекции, используя фиксированный угол в качестве начального угла и используя 360 градусов в качестве интервала; формируют цифровое радиографическое (DR) изображение, основываясь на извлеченных базовых данных; реконструируют трехмерное изображение проверяемого объекта из данных СТ-проекции; и отображают на экране одновременно DR-изображение и реконструированное трехмерное изображение. Технический результат: обеспечение возможности более точно и быстрее проверять вещи, перевозимые пассажиром. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу и системе для инспекции тела человека на основе обратного рассеивания. Способ предусматривает получение сканированного изображения тела человека на основе обратного рассеивания в ходе инспекции, обособление изображения тела от фонового изображения в сканированном изображении на основе обратного рассеивания и вычисление характерного параметра фонового изображения для определения того, переносят ли радиоактивное вещество в теле или на теле человека. При помощи некоторых вариантов осуществления по настоящему раскрытию можно определить, переносят ли радиоактивное вещество в теле или на теле человека в ходе инспекции тела человека на основе обратного рассеивания. В соответствии с дополнительными вариантами осуществления по настоящему раскрытию можно примерно определить, в какой части(частях) или на какой части(частях) тела человека переносят радиоактивное вещество. Технический результат - повышение эффективности инспекции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для калибровки компьютерно-томографического (КТ) изображения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют: размещение фиксированного калибровочного элемента снаружи области канала и в пределах максимальной области реконструирования сканирующего устройства компьютерной томографии (КТ) и сохранение теоретического значения фиксированного калибровочного элемента; сбор проекционных данных фиксированного калибровочного элемента для получения фактического реконструированного изображения фиксированного калибровочного элемента; и сравнение фактического реконструированного изображения с сохраненным соответствующим теоретическим значением для установления функции отображения для корректировки фактического реконструированного изображения в теоретическое значение. Технический результат: повышение качества калибровки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области протонной радиографии, в частности к способу регистрации оптических изображений, сформированных с помощью протонного излучения, и может быть использовано в системах цифровой съемки для определения внутренней структуры объектов или исследования быстропротекающих процессов. Техническим результатом является повышение достоверности информации при обработке полученных протонных изображений при упрощении процесса получения изображений. Предложен способ получения и обработки изображений, сформированных с помощью протонного излучения, который осуществляют с помощью двух систем регистрации, каждая из которых включает конвертор, преобразующий протонное излучение в фотоны, регистрируемые ПЗС-матрицей, где перед конвертором первой системы регистрации устанавливают металлические реперные объекты, размещая их в одной плоскости. Получают два цифровых изображения протонного пучка - до прохождения области исследования и в плоскости фокусировки магнитооптической системы после прохождения, определяют координаты реперных объектов на двух цифровых изображениях с последующим определением перспективного преобразования, используя которое осуществляют приведение цифровых изображений протонного пучка к одному ракурсу для получения двух приведенных изображений протонного пучка: первое - до прохождения им области исследования, а второе - после, затем осуществляют попиксельное деление второго приведенного изображения на первое приведенное изображение, в результате чего получают изображение области исследования. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

Использование: для проверки груза. Сущность изобретения заключается в том, что рентгенографическая установка для проверки груза, находящегося в относительном движении, содержит источник излучения импульсов расходящегося рентгеновского излучения; коллиматор источника для ограничения падающего пучка рентгеновского излучения; и датчики приема рентгеновского излучения, расположенные в области прохождения падающего пучка для приема рентгеновского излучения после его прохождения через груз и для генерирования необработанных сигналов изображения. Установка содержит контрольный блок, включающий в себя промежуточные датчики рентгеновского излучения, расположенные в падающем пучке между источником и грузом и облучаемые по меньшей мере двумя разными угловыми секторами падающего пучка и выдающие независимые контрольные сигналы, соответствующие каждому угловому сектору, для использования при преобразовании необработанных сигналов изображения в часть рентгеновского изображения. Технический результат: обеспечение возможности получения изображения улучшенного качества, а также обеспечение возможности получения данных о химической природе просвечиваемых материалов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству радиационной визуализации и к системе радиационной визуализации. Устройство радиационной визуализации для обнаружения радиационного изображения включает в себя панель радиационной визуализации, включающую в себя множество подложек для визуализации и сцинтиллятор, имеющий первую поверхность и вторую поверхность, которые расположены противоположно друг другу, корпус, выполненный с возможностью вмещения панели радиационной визуализации и включающий в себя первую часть в форме пластины и вторую часть в форме пластины, первый опорный элемент, расположенный между первой поверхностью сцинтиллятора и первой частью в форме пластины упомянутого корпуса, для поддержки сцинтиллятора посредством множества подложек для визуализации, и второй опорный элемент, расположенный между второй поверхностью сцинтиллятора и второй частью в форме пластины упомянутого корпуса, для поддержки сцинтиллятора. Технический результат – снижение образования артефактов на изображении, получаемом сканирующим устройством. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для формирования изображений разных областей объекта. Сущность изобретения заключается в том, что многоэнергетический многодозовый ускоритель содержит электронную пушку, выполненную с возможностью обеспечивать первое напряжение электронной пушки и второе напряжение электронной пушки, и ускорительную трубку, выполненную с возможностью генерировать первое рентгеновское излучение, имеющее первую дозу и первую энергию, соответствующие первому напряжению электронной пушки, и генерировать второе рентгеновское излучение, имеющее вторую дозу и вторую энергию, соответствующие второму напряжению электронной пушки, причем первая доза представляет собой дозу, которая может быть допустимой для человеческих тел и намного меньше, чем вторая доза, причем первое рентгеновское излучение используется для обследования первой области, где находится человек, а второе рентгеновское излучение используется для обследования второй области, где находятся товары. Технический результат: обеспечение возможности быстрого контроля транспортного средства, включающего кабину водителя и контейнер. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: для спиральной компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что вычисляют минимальное количество рядов детекторов, необходимое для покрытия окна Тама в соответствии с шагом системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка и межрядным интервалом множества рядов детекторов; компенсируют утерянные проекционные данные посредством взвешивания дополнительных проекционных данных в случае, если количество рядов детекторов системы спиральной КТ в геометрии конусного пучка меньше минимального количества рядов детекторов; пересортировывают данные конусного пучка в данные параллельных конусных пучков; выполняют взвешивание косинуса угла конуса по пересортированным данным параллельных конусов, а затем выполняют одномерную фильтрацию по данным в направлении ряда виртуальных детекторов, образованных при пересортировке проекционных данных в данные параллельных пучков; и выполняют обратное проецирование в геометрии параллельных конусных пучков без взвешивания по отфильтрованным данным для получения восстановленных изображений. Технический результат: повышение пропускной способности для багажа при сохранении качества восстановленных изображений. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх