专利名称：计算层析x射线摄影环纹抑制滤波器的制作方法
技术领域：
本发明与下列被转让给本受让人并被引用作为本申请参考的美国专利申请相关连No.08/587,468，“用于计算层析X射线摄影系统中的条纹抑制滤波器”(1996年1月17日递交)；No.08/614,623，“用于计算层析X射线摄影系统中的运动赝象抑制滤波器”(1996年3月13日递交)；和No.08/614,660，“用于计算层析X射线摄影系统中的自校准环纹抑制滤波器”(1996年3月13日递交)。
本发明总的说关于医学领域中用于生成例如人类病人的CT图象和计算层析X射线摄影(CT)系统。较具体地说本发明关于用于降低CT图象中环纹的改进的环纹抑制滤波器。
第三代型式的CT系统包含有被分别固紧在一圆环状的盘的正对着的对边上的一X射线源和一X射线检测器系统。此圆盘被可转动地安装在一门框式支架内，以使得在扫描期间，此圆盘连续地围绕一转轴旋转而同时X射线能由其源通过一位于圆盘开孔之内的对象到达检测器系统。
此检测器系统一般包含被布置成一其曲率中心在一被称之为“焦点”(在这里射线由X射线源发射)的点上的圆弧状的单排的检测器陈列。此X射线源和检测器陈列被配置得使源与各检测器之间的X射线路径全都位于一垂直于该圆盘的旋转轴的同一平面内(后面称为“切片平面”或“扫描平面”)。由于X射线路径起源于一基本上为一点的发射源且以不同角度散射到检测器，X射线路径就类似一扇状的，因此常利用术语“扇形射束”来描述任一时间瞬间的全部X射线路径。扫描期间在一测量瞬间入射到单个检测器上的X射线一般被称之为“射线(ray)”，而各个检测器产生一指明其对应射线的强度的输出信号。各个射线被其路径中的所有物质部分地衰减。实际上，各检测器所产生的输出信号表示分布在该检测器与X射线源之间的所有物质的密度(亦即，位于检测器的相应射线路径中的物质的密度)，并且是其一个函数。
由X射线检测器所产生的输出信号通常由CT系统的信号处理部分处理。此信号处理部分总的说包含一数据采集系统(DAS)，对X射线检测器所产生的输出信号进行滤波以改善它们的信噪比。由DAS产生的经过滤波的输出信号通通常称之为“原始数据信号”。此信号处理部分通常包含一投影滤波器，对原始数据的信号作对数处理以生成一组投影数据信号，使各投影数据信号能代表位于一相应射线路径中的质量的密度。一测量瞬间的所有投影数据信号的集合通常称之为“投影”或“视图”。在一单个扫描期间，圆盘旋转时产生多个投影使得每一投影都是在圆盘的一不同的角度位置时产生的。射线源和检测器在圆盘上对应于一特定投影的角度取向被称之为“投影角”。
采用公知算法例如Radon算法，可由每一投影角度所收集的全部投影数据信号生成一CT图象。一CT图象表示被扫描对象的沿扫描平面的一个二维“切片”的密度。由投影数据信号生成一CT图象的处理通常称之为“经滤波的后投影”或“重建”，因为此CT图象可被认为是由投影数据重建的。CT系统的信号处理部分通常包含一用于由投影数据信号生成此被重建的CT图象的后投影仪。
CT系统的一个问题是各种各样的噪声和误差源可能会对重建的CT图象带来噪声或赝象。因此CT系统经常采用许多信号处理技术来改善信噪比和减少重建的CT图象中赝象的出现。
可能导致重建的CT图象中出现所不希望的赝象的一个重要因素与X射线检测器的一致性和稳定性有关。如一单个检测器相对于陈列中其他检测器校准不当，此单个的检测器将导致所重建的CT图象中出现具有以所重建的CT图象的“中心”为中心的一圆环或者一或多个圆弧的形状的赝象(这里，所重建CT图象的“中心”相应于圆盘的旋转轴的地点)。如果不只一个检测器校准失调，它们集合地趋使所重建的CT图象中出现一组同心圆环或圆弧。这样的赝象一般被称之为“环纹”，而“去环纹”或“环纹抑制”则是指为降低或消除所重建的CT图象中环纹的出现的方法和设备。
理想地是将X射线检测器制作得使它们的传输函数、或简单说它们的“响应”全都相同，但这在实际上是难以达到的。在许多CT系统中，投影滤波器含有一“响应校准表”，被用来调整投影数据信号以补偿检测器响应中的差异。此响应校准表一般由扫描已知密度的对象产生，常被称之为“仿真”，而此响应校准表还被周期地更新。这样的响应校准表总的说在紧随表被更新之后在抑制环纹上是有效的。然而由于温度变化和辐射损伤，以及礤他一些因素，检测器响应趋向随时间漂移，而且通常很难保持任一单个检测器的响应将保持在其他检测器的一给定容差之内。经常一或多个检测器的响应在响应校准表的更新之间发生的漂移足以导致重建的CT图象中出现环纹。
图1为一人类头部的重建的CT图象，作为对有关环纹问题的说明。如本技术领域中的熟练人士将会理解的，图1中所示的CT图象含有会防碍图象的解释的环纹。
先有技术抑制环纹的方法一般涉及到对投影信号作高通滤波来生成一组高频信号，然后在若干相邻投影角的范围内对高频信号进行平均以确定每一检测器的偏移。每一高频信号可被认为含有被叠加在数据成份上的误差成份(这里，数据成份代表病人的密度分布构型的高频成份而误差成份代表一检测器的响应相对于其他检测器的偏移)。由于在由许多投影角观察时数据成份在一定程度上是随机的而误差成份则趋向于一定程度地保持恒定，所以对高频信号进行平均即趋向于消除数据成份仅留下误差成份。然后此经过平均的信号即被用作为调整投影数据信号的偏移量并由此来补偿检测器响应中的偏差。
这些先有技术方法因数种理由而是不利的。在大多数CT扫描仪中，环纹误差与投影角无关，因此对数个相邻投影角作高频信号平均不会产生满意的偏移值。而且，被扫描对象中的高反差特性往往会产生一具有很大幅值的高频信号，而在平均过程中包含这样的大幅值的高频信号会产生不正确的偏移值。
因此需要有用于减少CT图象中的环纹的改进的方法和设备。
本发明的目的就是要大大减轻或克服上面指出的先有技术的问题。
本发明的另一目的是提供一环纹抑制滤波器，对每一通道产生作为投影振幅的函数地描述各通道中的误差的直方图信号。
本发明的再一个目的是提供能利用全局数据来抑制甚至在不可能得到表示环纹的高质量数据的局部区域中的环纹的环纹抑制滤波器。
本发明还有一目的是提供能利用取自一或多个先前扫描的数据来抑制当前扫描中的环纹的计算层析X射线摄影系统。
这些和其他的目的均由一用于CT系统中的经改善的环纹抑制滤波器来实现。此系统产生多个投影角的投影，且各投影包含多个投影数据信号中每一个的一个量度。此环纹抑制滤波器包含有一高通滤波器、一直方图发生器和一组合器。高通滤波器产生对应于投影数据信号之一的每一个量度的误差信号量度，而每一误差信号量度则表示投影之一的一部分中的高频成份。直方图发生器产生表征误差信号量度与一个投影数据信号的量度之间的关系。组合器组合此一投影数据信号和直方图信号的量度来生成一被经环纹校正的信号的多个量度。
此环纹抑制滤波器可产生多个经环纹校正的信号的量度，每一个经环纹校正的信号对应于投影数据信号之一。通过利用经环纹校正的信号而不用投影数据信号，此系统就能生成具有被降低的环纹的CT图象。
由下面举出的数个实施例和仅供理解本发明的最佳方式的说明，对于本技术领域内的熟知人员来说将容易了解本发明的其他目的和优点。将会理解，本发明可能有其他不同的实施例，且许多细节能在各个方面修改，而全都不违背本发明。因此，附图和说明均应被认是说明性的，而不是约束或限制性的，本申请的范围仅在权利要求中指明。
为全面了解本发明的性质和目的，应结合附图参照下面的详细说明，图中相同标号用于指明相同或类似部分，其中图1为说明有关环纹的问题的一CT图象；图2为按照本发明构成的一优选CT系统的轴向视图；图3为详细表明图2中所示环纹抑制滤波器的方框图；图4A为表明由按照本发明构成的环纹抑制滤波器产生的直方图信号示例的图形；图4B-C为可由按本发明构成的环纹抑制滤波器用来生成直方图信号的中间变量的图形；图5为说明按照本发明的构成的环纹抑制滤波器可能用以生成直方图信号的处理的流程图；图6为由包含按本发明构成的环纹抑制滤波器的CT系统利用与用于生成图1中所示图象的同样数据所生成的一CT图象示例；图7为说明按照本发明构成的、利用取自前面扫描的数据抑制当前扫描中的环纹的一CT系统的方框图；图8为按本发明构成的一优选CT系统的信号处理部分的方框图；图9A-B分别说明扇形射束和平行射束投影的产生；图10A-B说明可由按照本发明构成的CT系统用来生成平行射束投影的一种方法；图11A-B分别说明投影角为0°或180°的X射线源与检测器间的空间关系；图12说明在投影角为0°与180°时检测器陈列间的空间关系；和图13为按照本发明构成的另一优选CT系统的信号处理部分的方框图。
图2表明一体现本发明的原理的示范CT系统、即扫描仪40。扫描仪40含有一X射线源42和一包括安装到圆盘46的检测器陈列的检测器组件44。源42和检测器组件44在作CT扫描期间围绕转动轴48(垂直于图2所示视图延伸)旋转以便在通过圆盘46的中心开口伸展的对象50的周围转动。对象50可以是人类病人的一部分例如头或躯干。源42在扫描平面内(垂直于旋转轴48)发射连续的扇形X射线射束52，其在通过对象50之后被组件44的检测器检测。对象50与组件44的检测器之间最好安置一防散射板陈列54以便充分地防止检测器检测到散射的射线。在一优选实施例中检测器数为384且覆盖48°弧度，虽然此数量和角度是可改变的。最好是由轻型材料例如铝构成的圆盘46被作快速平稳地围绕轴48旋转。圆盘46是一种开口框架结构，使得对象50能被置于穿过圆盘的开口。对象50可被支撑在例如一台面56上，此台面最好当其用于X射线时是透明的。
由检测器组件44产生的输出信号被提供给由其产生一组原始数据信号的DAS70(以方框图形式表示)。此原始数据信号被加给生成一组投影数据信号的投影滤波器72。在圆盘46转动时，投影数据信号被用来由许多投影角提供投影。投影数据信号被加到一环纹抑制滤波器74，后者对投影数据信号按照本发明作降低所重建的CT图象中的环纹那样的滤波。由环纹抑制滤波器74产生的输出信号被称作“环纹校正投影数据信号”或简称“经环纹校正的信号”，其随后被加到由此经环纹校正的信号生成CT图象的后投影仪76。此后投影仪具有一包含用于在作后投影需要时取数据的卷积的卷积滤波器的输入级。
扫描仪40是一多通道装置，各通道中的数据传送一个原始数据信号、一个投影数据信号和一个经环纹校正的信号。各通道中，每一个这些信号最好以每一个投影角产生。
如下面将进一步讨论的，依靠利用由环纹抑制滤波器74产生的经环纹校正的信号而不是由投影滤波器72产生的投影数据信号，后投影仪76能产生具有较少明显环纹和清晰度得到改善的完善化CT图象。
如上面已说过的环纹在被重建的CT图象中的出现通常是在一个检测器相对于陈列中的相邻检测器校准失调时所引起的。同样，在一通道中的任一组成部件使得该通道相对于扫描仪中其他通道校准失调时也要造成环纹。另外，在当多于一个的通道相对其他通道校准失调当然也会引起环纹。在一或多个公共部件被用于处理组成检测器组件的检测器的数个子集的每一个时，象例如一多路器被用来处理通过这样的公共部件的检测器输出时，如果公共部件之一相对于其他的校准失调，那么其结果将会是最终图象中的多重环纹。这样，如这里所用的术语“通道”即是一来自于一检测器然后通过各种已说过的组成部件被加以处理的信号的路径，而此时应理解的是数个通道可能(虽然不一定)共用至少一部分公共信号路径，在此例如这些通道共用一公共部件。在任一这类事件中，由于存在通道的响应中的这种差异，每一通道中的投影数据信号各自可被认为含有叠加在一数据成份(这里各数据成份代表病人一部分的密度)上的被称之为“环纹误差”的误差成份。环纹抑制滤波器72用来去除各通道中的环纹误差以使得经环纹校正的信号只含有数据成份。这样，由经环纹校正的信号重建的CT图象即含有较少的环纹而质量得到改善。
图3表明按照本发明构成的环纹抑制滤波器74一实施例的方框图。滤波器74接收由投影滤波器72生成的投影数据信号且由其产生被加到后投影仪76的经环纹校正的信号。环纹抑制滤波器74包含一低通滤波器310、一高通滤波器312、一直方图发生器318、一限幅器320、和一减法器322。投影数据信号被加到低通滤波器310和减法器322的正输入端。低通滤波器310对投影数据信号进行滤波由此产生一组低频投影信号，该信号被加到高通滤波器312和直方图发生器318的二输入端之一，高通滤波器312对低频投影信号进行滤波由此产生一组被加到直方图发生器318的另一输入端的误差信号。直方图发生器318由低频投影信号和误差信号生成一组直方图信号。此直方图信号被加到一限幅器320，后者据此生成一组被加到减法器322的负输入端的偏移信号。减法器322通过由投影数据信号减除偏移信号来产生经环纹校正的信号。
一单个扫描期间(亦即圆盘的一次旋转)所收集的投影数据信号的量度可被组织在一以下式(1)所表示的矩阵PDS中
PDS矩阵中各个元素PDS(i,θ)表示对一投影角等于θ的第i通道中的投影数据信号的量度。式(1)中，N代表扫描仪40中的通道数。如前所述，在此优选实施例中陈列44中有384个检测器，所以此优选实施例中扫描仪中有384个通道且N等于384。如所述，通道由0至N-1的连续编号对应于检测器的定向的相同排序，所以检测器组件44的检测器的编号连续地由一端到另一端，通道0对应于一端部检测器1，通道1对应于位于检测器1与2之间的检测器2，等等。Δθ表示相续投影之间的圆盘46的转动量(亦即相连续投影间投影角的角度增量)。在此优选实施例中，圆盘46在各投影间转动1/8度且扫描仪在一单个扫描中产生2880个投影(亦即，360°中每度8个投影)，所以在此优选实施例中Δθ等于0.125°。PDS矩阵的各行表示在一单个投影角所收集的投影数据信号的全部量度。在此实施例中因此PDS矩阵具有2880行。PDS矩阵的各列表示在一扫描期间所收集的通过一通道的全部量度(投影数据信号值)，而在此实施例中PDS矩阵有384列。空间上此PDS矩阵具有周期性，其中第一行为最后行的继续，亦即，PDS(i,0)=PDS(i,360)，因为此二值是在同一投影角取得的，虽然这些值有可能不同(因为它们可能在不同时间测量)。
低通滤波器310最好由对跨越某些投影角(即跨越PDS矩阵的数行)的投影数据信号作低通滤波来产生低频投影信号。低通滤波器310最好产生一低频投影信号的量度矩阵PLF，且此PLF矩阵的各个元素PLF(i,θ)是对一等于θ的投影角的第i通道中低频投影信号的量度。如本技术领域的熟练人员将会理解的，环纹抑制滤波器74的性能对用于实现低通滤波器310的滤波器的特定形式并不敏感，低通滤波器310可以采用例如有限脉冲响应(FIR)滤波器、无限脉冲响应(IIR)滤波器、递旧或非递归滤波器，或者由采用例如傅里叶变换技术的频域滤波器来实现。在一实施例中，低通滤波器310产生PLF矩阵的各个元素PLF(i,θ)使其成为按照下式(2)所示公式得到的PDS矩阵的加权平均元素PLF(i,θ)=Σk=-MMAkPDS(i,θ+kΔθ)Σk=-MMAk---(2)]]>其中M最好等于50(当Δθ等于0.125°时)而加权因子AK最好全都等于1。这样，在此优选实施例中，对于投影角为θ时的一通道i,PLF(i,θ)由对投影角θ、和先前的50及后50个投影角、或总共约12.5°的角度的PDS值确定。不过，加权因子AK的其他分布和M的其他值当然也可能。式(2)中最好以将变量θ解释作为模360(从而例如θ=(360+Δθ)的值被解释作为θ=Δθ)来利用PDS矩阵的循环性质，以便使在投影角为0°时收集的数据“卷绕”到在360°时所收集的数据。
高通滤波器312最好由对跨越数个通道(即跨越PLF矩阵数列)的低频信号作高通滤波来生成误差信号。因而各误差信号即提供一通道中的投影数据信号与该通道的相邻通道中的投影数据信号有多大差别的量度。被用于实现高通滤波器312的具体滤波器最好被选择使每一误差信号能提供其通道中环纹误差的良好量度(当然是被叠加在其通道中的数据成份的量度上的)，而这些数据成份则表示病人的密度断面的高频成份)。
高通滤波器312最好产生误差信号的量度矩阵ES，且矩阵ES的各个元素ES(i,θ)为一投影角等于θ的第i通道中误差信号的量度。在一优选实施例中，高通滤波器312被实现为一双通路滤波器并按照式(3)所示公式生成矩阵ES的各个元素ES(i,θ)。第一通路结果PHF(i,θ)被作进一步的高通滤波以生成第二通路结果ES(i,θ)。本技术领域的熟悉人士将会理解，此滤波器的二通路可被组合进一单个通路，也可以采用其他形式的高通滤波器，包括那些提供多于二通路的，各通路利用或多或少的相邻检测器的，那些提供不同加权值给相邻检测器的输出的，等等。
PHF(i,θ)=PLF(i,θ)-1/6[PLF(i-2,θ)+2PLF(i-1,θ)+2PLF(i+1,θ)+PLF(i+2,θ)](3)ES(i,θ)=PHF(i,θ)-1/5[PHF(i-2,θ)+PHF(i-1,θ)+PHF(i,θ)+PHF(i+1,θ)+PHF(i+2,θ)]如由式(3)可看到的，各经高通滤波的信号PHF(i,θ)由对该通道的经低通滤波的信号PLF(i,θ)减去通道(i)每一侧的下面二相邻通道(检测器)中的经低通滤波的信号的加权和来确定，其中在二相邻通道(i-1)和(i+1)中的经低通滤波的信号各自被作2倍加权，在此二通道(检测器)的相反侧并与之相邻的通道(i-2)和(i+2)中经低通滤波的信号各自被作1倍加权，而此信号的总和被除以6，如可很容易地确定的，假如五个经低通滤波的信号每一个的值均相同，PHF(i,θ)的值即为0，表明无差异。
ES(i,θ)的值以对各通道的PHF(i,θ)的值减去被除以5的PHF(i-2,0)、PHF(i-1,θ)、PHF(i,θ)、PHF(i+1,θ)和PHF PHF(i+2,θ)的作均匀加权的值的总和。
误差信号和低频投影信号被加给直方图发生器318，由其生成直方图信号。在所说明的实施例中，发生器318包含一量化及累加装置330、二低通滤波器332、334和一除法器336。量化及累加装置330对各通道产生二中间信号HIST1、HIST2。HIST1信号被加到低通滤波器332，由此产生一组经低通滤波的信号HISTLF1，而HIST2信则被加到低通滤波器334，由此产生一组经低通滤波的信号HISTLF2。除法器336接收经滤波的信号并由将经滤波的信号HISTLF1除以经滤波的信号HISTLF2来生成各通道中的直方图信号。
图4A、4B、4C分别为说明由直方图发生器318所产生的直方图信号、中间信号HIST1和中间信号HIST2示例的图。具体说，图4A、4B和4C表示直方图信号HIST(1,j)，中间信号HIST1(1,j)，和中间信号HIST2(1,j)的图形，全都对第一通道。虽然这些图是说明对第一通道所生成的信号，本技术领域的熟悉人士会理解，这些图形同样对每一个其他通道所生成信号均具有说明性的。
图4A-C中，各图的横轴表示第一通道的投影振幅(即第一通道中低频投影信号的振幅)，它最好被量化成数段。变量j表示经量化的投影振幅使得变量j的各个值对应于一量化间隔即一个投影振幅的范围。j的最大值对应于一包含任一投影振幅的最大期望值的范围，而j的最小值对应于一包含任一投影振幅的最小期望值的范围，两者间的差定义动态范围。直方图发生器318产生直方图信号使它们作为被量化变量j的函数。图4A-C中，投影振幅被表明为量化成对应于100个间隔的100段，当然也可以是其他段数。图4A中垂直轴表示第一通道中的环纹误差，因而图4A中所示的信号HIST(1,j)表明作为投影振幅的函数的第一通道中的环纹误差。
图5为说明可被量化和累加装置330用来对所有通道生成中间直方图信号HIST1、HIST2的优选处理500。为简单起见，处理500将结合生成对第一通道的中间直方图信号HIST1(1,j)、HIST2(1,j)讨论，虽然本技术领域的熟悉人员会理解对其他通道的中间直方图信号也以同样方式加以计算。处理500中第一步是将处理中所用的变量设置为0的初始化步骤510。较具体说，表明投影角的变量θ被设置为0°，和将对所有j值的HIST1(1,j)和HIST2(1,j)的值设置为0。
步骤510之后执行一比较、即阈值处理步骤512。步骤512中，将误差信号矩阵ES的元素ES(1,θ)与一预定阈值THR比较。如果元素ES(i,θ)的绝对值小于THR的值，则认为元素ES(i,θ)是“阈值之下”，而如果元素ES(i,θ)的绝对值不小于THR的值，则认为元素ES(i,θ)为“超过阈值”。如果元素ES(1,θ)为阈值之下即顺序执行量化步骤514，更新步骤516和增量步骤518，从而使处理500可利用元素ES(1,θ)和对应的PLF矩阵的元素PLF(1,θ)来生成中间直方图信号。相反，如果元素ES(1,θ)为超过阈值，则跳过量化步骤514和更新步骤516，而是随后执行增量步骤518从而处理500将不利用元素ES(1,θ)和对应的元素PLF(1,θ)来生成直方图信号。
阈值处理步骤512被执行来区分相邻检测器间由于其绝对值｜ES(i,θ)｜将为超过阈值的图象数据(例如骨骼和相邻软组织的边缘)所生成的反衬度与由于其中｜ES(i,θ)｜的值将为阈值以下的环纹赝象所生成的反衬度。｜ES(i,θ)｜的绝对值由试验决定。量化步骤514中，段数j最好利用式(4)中所示的量化函数QUANT由量化元素PLF(1,θ)来计算。
j=QUANT[PLF(1,θ)](4)如果本技术领域熟悉人士将会理解的，量化函数QUANT可由许多不同方法来实现。一种优选量化函数由下式(5)中的公式给定QUANT[PLF(i,θ)]=INT(PLF(i,θ)(maxjmax))+1---(5)]]>式(5)中，值max和jmax为常数，max等于低频投影信号的最大期望值，jmax等于j的最大值(所以在一产生如图4A-C中说明的直方图的实施例中j=100)。等式(5)中INT是公知的整数函数，通常INT(x)等于自变量x的整数部分(例如INT(3.6)=3)。
一旦在量化步骤514中确定了段数j后即执行更新步骤516。在更新步骤516中HIST1(1,j)和HIST2(1,j)的值被更新。HIST1(1,j)的新值被设定为等于HIST1(1,j)的老值加以元素ES(1,θ)的值，而HIST1(1,j)的新值则被设定为等于HIST2(1,j)的老值加以1。
更新步骤516之后执行增量步骤518。在增量步骤518中，变量θ的当前值被增加量Δθ。接着增量步骤518执行测试步骤520。测试步骤520中变量θ与360°比较。如θ＜360°，即再次执行步骤512及相继的步骤，而如果θ≮360°则处理500完成，计算得到对一完整扫描的HIST1(1,j)和HIST2(1,j)的值。
图4B和4C为表明分别为由处理500所计算得的HIST1(1,j)和HIST2(1,j)的图形。对于j的各个值，HIST1(1,j)的值等于对ES(1,θ)为阈值之下和对QUANT[PLF(1,θ)]等于j的所有θ值的元素ES(1,θ)的总和，而HIST2(1,j)的值则基等于被总和来形成HIST1(1,j)的元素ES(1,θ)数。中间直方图信号HIST1(i,j)和HIST2(i,j)被分别加给低通滤波器332、334(如图3中所示)，以平滑数个投影振幅的中间信号。在一个实施例中，低通滤波器332和334分别按照下面式(6)和(7)中所示公式生成经滤波的直方图信号HISTLF1(i,j)和HISTLF2(i,j)HISTLF1(i,j)=Σk=-MMBkHIST1(i,j+k)Σk=-MMBk---(6)]]>HISTLF2(i,j)=Σk=-MMBkHIST2(i,j+k)ΣK=-MMBk---(7)]]>其中滤波宽度M=8，加权因子BK全都等于1，当然也可能采用其他加权因子BK的分配和其他值的滤波宽度M。另外，其他实施例中自然也能采用另外的低通滤波函数。
然后经滤波的直方图信号HISTLF1(i,j)和HISTLF2(i,j)被加到图3所示的除法器336。除法器336按照下式(8)生成所有i和j的最后直方图信号HIST(i,j)HIST(i,j)=HISTLF1(i,j)HISTLF2(i,j)---(8)]]>对于j的每一个值，HIST(i,j)等于所有均为阈值之下并且具有一位于段j中的对应投影振幅的元素ES(i,θ)的平均。由于各元素ES(i,θ)均表示被叠加在数据成份上的环纹误差，和由于在元素ES(i,θ)被对数个投影角θ和对数个邻接j的振幅段作平均时数据成份趋向于互相抵消，所以HIST(i,j)提供作为投影振幅的函数的第i通道中的环纹误差的量度。
最好是除法器336检测，HISTLF2(i,j)的等于0并将对应的HIST(i,j)的值设置为0，来避免由使被0除而产生误差或溢出的情况。更为有利的是在进行式(8)的除法运算之前除法器336将HISTLF2(i,j)增量1或某一其他很小的数，以避免对HIST(i,j)产生错误的很大值。
直方图信号可以含有对应于对之无可用数据的投影振幅的间隙，特别是在滤波器332、334所利用的如由等式(6)和(7)所定义的滤波宽M相对很小时。例如图4B-C中所示的中间直方图信号HIST1(i,j)和HIST2(i,j)在段数4(即j=4)处含有一间隙。如果没有一个元素PHF(i,θ)被量化成一特定段，或者如果所有被量化成一特定段的元素PLF(i,θ)均对应于超过阈值的元素PLF(i,θ)，对第i通道的中间直方图信号中就会发生这样的间隙。一个间隙可能如图4B、4C中所示的一单个振幅段那样的窄小，或象许多振幅段那样宽。低通滤波器332、334趋向于填满这样的间隙。例如，图4B-C中所示间隙填满成如图4A中所示的直方图信号HIST(i,j)中没有任何间隙。尽管滤波器332、334趋向于填满相对窄的间隙，它们将不会完全填满相对很宽的间隙。不过，直方图信号中的间隙不会妨碍环纹抑制滤波器74的运行，因为直方图信号中的间隙对应于一特定振幅的投影数据的不存在，因此间隙仅对不存在的数据提出校正。
低通滤波器332、334采用不同方法计算接近最外端投影振幅(例如接近于j=1的段)的经滤波的直方图信号可能是可取的。等式(6)和(7)中，参数M可被看作是作定义用于生成经滤波的直方图信号的取平均窗口的大小的。在计算接近最外端投影振幅的经滤波直方图信号时减小取平均窗口的大小(例如通过降低M值)使得取平均窗口不致伸出任一最外端，可能是可取的。所以，例如在计算HISTLF1(i,3)和HISTLF2(i,3)时可能最好是将M设定为等于2。另外也可以，可将取平均窗口的大小维持不变而可调整加权值BK以使得任何位于超过最外端的直方图信号的值均被忽略(例如，在等式(6)和(7)中当j+k＜1时将BK设置为0)。
也可能有利的是，低通滤波器332、334与对所有其他段不同地处理对应于最小投影振幅的段(即j=1)。一般最好不将这一段包括在由低通滤波器332、334所进行的任一取平均中，使得能对所有通道i均将HISTLF1(i,1)、HISTLF2(i,1)分别设置为等于HIST1(i,1)、HIST2(i,1)。最好也不将这一段的值包含在于其他段中所进行的任一取平均之中。最好不同地对待这一段，因为通常在投影振幅接近0时环纹误差可能显现极为不同，所以对这段测得的环纹误差不应与在其他段测得的环纹误差进行平均。这一段对应于其中X射线量为发生最小吸收的射线，亦即在入射到X射线检测器之前仅穿过空间(而不存在病人身体部分)的射线。在大多数描扫中，对应于接近检测器陈列的边缘的检测器的通道中的投影数据信号几乎总被量化成最小振幅段(亦即病人总不会被置于X射线源与接近陈列边缘的检测器之间，故接近陈列边缘的检测器很少“看到”病人)，而在接近检测器陈列中心的通道中的投影数据信号总是不会被量化成最小振幅段(亦即接近陈列中心的检测器几乎总会“看到”病人)。所以在任一给定通道中，通常要不是具有许多对最小振幅段的误差信号的量度，要不就根本没有。在一具有许多对最小振幅段的误差信号的量度的通道中，无需对这些量度作与来自其他段的误差信号的平均，仅仅由对最小振幅段中的误差信号的大量量度进行平均来获取高质量的环纹误差的量度。在没有对最小振幅段的误差信号的量度的通道中，无需为最小振幅段评估环纹误差。
如上面说过的，先有技术系统要由对在数个相邻投影角的范围中的投影数据信号的高频经滤波部分(即高频信号)作平均来测取环纹误差。例如，先有技术系统由对所有在0与45°之间投影角作一通道中的高频信号平均来测取对一投影角为22.5°的该通道中的环纹误差。这种先有技术系统因它们要利用“局部数据”来产生环纹误差量度而受到限制。与这样的先有技术系统相反，图3中所示和这里加以说明的环纹抑制滤波器74利用“全局数据”来产生环纹误差的量度。对各投影振幅均以求取来自全部投影角的阈值之下的误差信号的平均产生直方图信号。这使得滤波器74能依靠利用来自图象其他部分的数据来校正那些无适当的环纹校正数据可行的图象部分中的环纹，这在先有技术系统中是不可能的。
而且，先有技术系统以对在相邻投影角范围内的高频信号作平均来产生对各通道的单个偏移量度，而滤波器74则将平均处理分成为(投影振幅的)数个不同的段并由此来得到各段的环纹误差量度。这是很有用的，因为检测器的响应可能作为入射在检测器上的X射线的密度的函数而波动。
限幅器320(图3中所示)由除法器336接收直方图信号，由其生成偏移信号。限幅器320产生各个偏移信号是使得在当直方图信号的振幅低于一阈值时它能等于其对应的直方图信号，而在当此振幅超过阈值时限制为此阈值。这是很有用的，因为被扫描的对象50(图2中所示)可能含有环状结构，这将导致对相应检测器和振幅的虚假的HIST(i,j)值。此限幅器320最好使直方图信号饱和达到MAX ERR的偏移极限和按照以下的式组(9)产生偏移信号OFFSET(i,j)OFFSET(i,j)=MAX_ERR,HIST(i,j)＞MAX_ERR=-MAX_ERR,HIST(i,j)＜-MAX_ERR(9)=HIST(i,j)，其它本技术领域熟悉人员将会理解，偏移信号OFFSET(i,j)是一类似于HIST(i,j)的直方图信号形式。实际应用的MAX_ERR值由试验确定。
偏移信号和投影数据信号被加到减法器322，后者从投影数据信号减除适当的偏移信号以产生经环纹校正的信号。减法器322可被看作为产生一经环纹校正的信号矩阵RCS，而每一个元素RCS(i,θ)按照下式(10)所示的公式来生成
RCS(i,θ)=PDS(i,θ)-OFFSET(i,QUANT[PDS(i,θ)])(10)而后此经环纹校正的信号被加给后投影仪76，由此产生重建的CT图象。由于各投影数据信号可被认为包含一数据成份和一环纹误差，并由于偏移信号为环纹误差的量度，所以经环纹校正的信号仅含数据成份。因此依靠利用经环纹校正的信号而不用投影数据信号，后投影仪76即生成改善的重建CT图象。
如本技术领域熟悉人士将理解的，为实现环纹抑制滤波器74有许多不同途径。环纹抑制滤波器74的每一组成部件均可利用分离部件来实现，或者，滤波器74中的一个或多个部件可在一数字计算机例如一阵列处理器上实现。例如减法器322的实现可包含一存储偏移信号表的存储器，例如一查找表(LUT)。这样的LUT将被用来在减法器接收到投影数据信号时产生经环纹校正的信号。而且，滤波器74虽被作为其中每一信号均被加以采样(即投影数据信号被采样来形成一矩阵PDS)的数字系统加以讨论的，而本技术领域熟悉人士将会理解，滤波器74也可被实现为采用不对信号进行采样而将它们作为连续信号处理的部件的模拟滤波器。
图6为利用与被用于重建图1中所示CT图象的相同数据重建的CT图象。然而，图6中，投影数据信号首先利用环纹抑制滤波器74进行处理。为生成这一图象，环纹抑制滤波器74利用一0.004的阈值THR和0.002的偏移极限MAX_ERR，而病人的最大投影振幅一般在5到10的范围内。图6中所示图象较之图1所示图象明显的环纹远远少得多并改善了清晰度。
环纹抑制滤波器74已被描述作为由在一次扫描中收集的投影数据信号生成一组偏移信号，和利用这些偏移信号来校正该同一扫描中的投影数据信号(亦即产生一组经环纹校正的信号)，环纹抑制滤波器75也可作其他方式应用。例如，它可有利地利用在一或多个前面的扫描期间所产生的一组偏移信号来校正当前扫描中的投影数据信号。在这种方式中，偏移信号可在CT系统为其他闲置状态时“脱机”产生，在这种情况下环纹抑制滤波器74的速度无关紧要。在其他方式中，环纹抑制滤波器74可利用来自一或多个先前扫描的投影数据信号生成偏移信号。这可能是吸引人的，因为如果一次扫描缺乏为许偏移信号的满意数据(例如，如果异常大的误差信号百分数为超过阈值)，其他扫描可补偿这一短缺。而且依靠对数个扫描取平均，就有可能产生对例如瞬态现象不太敏感的更正确的偏移信号。在一优选形式中，直方图发生器318产生作为先前由前面扫描所产生的直方图信号的加权平均的信号，而环纹抑制滤波器74利用这些加权平均值来产生偏移信号。在一种这样的形式中，图3的直方图发生器318中，信号H_AVE1(i,j)和H_AVE2(i,j)分别被在处理器336和低通滤波器334的输出端提供，后面二个信号分别为直方图信号HIST(i,j)和低通滤波信号HISTLF2(i,j)的加权平均。初始，H_AVE1(i,j)和H_AVE2(i,j)对所有i和j值均被设定为等于0。在每次扫描后，直方图发生器318按照式组(11)、(12)Wold(i,j)=H_AVE2(i,j)SUM(i,j)---(11)]]>Wmew(i,j)=HISTLF2(i,j)SUM(i,j)---(12)]]>SUM(i,j=H_AVE2(i,j)+HISTLF2(i,j) (13)一经计算得加权值Wold(i,j)和Wnew(i,j)，即按照下式(14)和(15)中所示公式更新信号H_AVE1(i,j)和H_AVE2(i,j):
H_AVE1(i,j)=H_AVE1(i,j)*Wold(i,j)*Wnew(i,j) (14)
其中T为恒定的阈值。式(14)和(15)防止信号H_AVE2(i,j)上升超过T。如本技术领域熟悉人员将理解的，这具有限制来自先前扫描的较老的直方图信号可能对信号H_AVE1(i,j)所起的作用的效果。其他限制较老的直方图信号对信号H_AVE1(i,j)的影响的方案也能在本发明中同样起作用。
在每一扫描之后，按照下式(16)中所示公式生成信号HIST(i,j)(与式(8)同)，然后利用在该扫描期间产生的信号更新H_AVE1(i,j)信号HIST(i,j)=HISTLF1(i,j)HISTLF2(i,j)---(16)]]>如本技术领域熟悉人员将理解的，信号H_AVE1(i,j)包含过去直方图的加权平均。一旦直方图发生器318生成信号H_AVE1(i,j)，即可将H_AVE1(i,j)信号加到限幅器320来生成偏移信号，然后可按式(10)生成经环纹校正的信号。
当环纹抑制滤波器74利用来自数次扫描的投影数据信号的记载来产生经环纹校正的信号时，滤波器74可能有数种运行方式。一种模式中，滤波器74保留环纹误差信息的记载并利用这种过去的信息来生成偏移信号。这一方式的一例是滤波器74生成H_AVE1(i,j)信号和利用这些信号来生成偏移信号。
图7说明滤波器74的另一种运行模式。图7为按照本发明构成的CT系统700的信号处理部分的方框图。系统700中，投影滤波器72包含一响应校准表710和一环纹补偿表712。如上面说过的，响应校准表被用于补偿检测器响应中的差异，或更准确地说检测器的传输函数，通常被加以频繁的更新，并以公知方式由扫描“仿真”产生。在系统700中，由响应校准表710产生的输出信号被加到环纹补偿表712，由此生成被加给环纹抑制滤波器74的投影数据信号。环纹抑制滤波器74产生被加到后投影仪76的经环纹校正的信号，还通过反馈途径更新环纹补偿表712的内容。环纹补偿表712和响应校准表710双方均可被实现为包含存储器例如查找表(LUT)，或者如本技术领域熟悉人员会理解的，可将环纹补偿表712与响应校准表710加以组合实现成为一单个的LUT。
一开始，随着响应校准表的更新，环纹补偿表712最好生成投影数据信号使它们等于由响应校准表710所产生的输出信号。不过在每次扫描后，环纹抑制滤波器74将更新环纹补偿表712的内容所以投影数据信号利用由前面扫描得到的环纹误差信息的记载来生成。环纹补偿表712可被看作是存储一组环纹误差的估量，这里各个估量为自从响应校准表710最近的更新以来对应通道的响应从校准值偏离的量度。
所以在系统700中，投影滤波器72补偿在前面扫描中被滤波器74觉察到的检测器响应中的误差，而环纹抑制滤波器74补偿在当前扫描期间觉察到的检测器响应中的误差。实现系统700的一种方法是，环纹抑制滤波器74将经低通滤波的直方图信号HISTLF1和HISTLF2加给投影滤波器72以使得滤波器72能由此产生H_AVE1(i,j)信号并将这些信号存储进表712。环纹补偿表712还可以包含一类似于限幅器320(图3所示)的限幅器以便将H_AVE1(i,j)信号的值限制到一阈值如MAX_ERR。然后投影滤波器72按照下式(17)生成投影数据信号PDS(i,θ)=PDSpre(i,θ)-H_AVE1(i,QUANT[PDS(i,θ)])(17)其中，PDSpre(i,θ)为在由环纹补偿表712校正前的投影数据信号的量度(亦即，PDSpre(i,θ)为由响应校准表710所产生的量度)。
所以在系统700中滤波器72所产生的投影数据信号已被修改来对前面的扫描期间由滤波器74觉察到的环纹误差进行校正(亦即，环纹补偿表712对最后一次响应校准表710的更新与最近扫描之间觉察到的通道中的偏差的补偿)。然后环纹抑制滤波器74按照式(10)生成经环纹校正的信号来对当前扫描期间觉察到的环纹误差校正投影数据信号。环纹抑制滤波器74还产生一组新的环纹误差估量，其中这些估量的每一个为当前扫描与最近的先前扫描之间发生的一个通道的响应偏差的量度。而后投影滤波器利用此来自环纹抑制滤波器74的新的估量更新其存储在环纹补偿表712中的估量。
在于数据扫描期间收集的投影数据信号的过去的信息被用来生成经环纹校正的信号的任何方式中，均可将CT系统看作为一自动校准包含形成连接到环纹抑制滤波器的输入的信号处理通道的组件44的检测器在内的组成部件的传输函数的装置。CT系统当然仍要产生重建的CT图象，但在此之外，CT系统还利用在扫描病人的所收集的数据来维持检测器组件的校准。
已结合在CT系统中用于由投影滤波器72所提供的投影数据信号生成经环纹校正的信号讨论了环纹抑制滤波器74。但按照本发明构成的CT系统可在重建一CT图象前对投影数据信号作许多不同形式的滤波。图8为按照本发明构成的优选CT系统900的信号处理部分的方框图。系统900除环纹抑制滤波器74外，还包含有一平行射束变换器910，一运动补偿滤波器912，一条纹抑制滤波器914，和一插值滤波器920。平行射束变换器910、运动补偿滤波器912和条纹抑制滤波器914在上面引用的这里用作参考的美国专利申请No.08/587468“用于计算层析X射线摄影系统中的条纹抑制滤波器”和No.08/614623“用于计算层析X射线摄影系统中的运动赝象抑制滤波器”中有更完整的讨论，被用于抑制CT图象中的其他形式赝象。在系统900的一优选实施例中，由投影滤波器72产生的投影数据信号被加给平行射束变换器910，由此生成一组平行射束信号。此平行射束信号被加到环纹抑制滤波器74，生成经环纹校正的信号。经环纹校正的信号被加到运动补偿滤波器912，生成一组运动补偿信号。而后运动补偿信号被加给条纹抑制滤波器914，由此产生一组条纹抑制信号。此条纹抑制信号被加给插值滤波器920，其输出被加到后投影仪76由其生成重建的CT图象。
在系统900的另一实施例中，可以省略平等射束、环纹抑制、运动补偿、和条纹抑制滤波器中的任何一、二或三个。但系统900的优选实施例中包含所有的四个滤波器910、74、912、914。其他的实施例中，当然可将环纹抑制滤波器74通过一反馈路径耦合到投影滤波器72，如已结合图7讨论过的那样。再另外一些实施例中，环纹抑制滤波器74和/或条纹抑制滤波器914可被耦合在投影滤波器72与平行射束变换器910之间而不是在平行射束变换器910与后投影仪76之间。
平行射束变换器910包含一重组变换器916和一交错变换器918。重组变换器916由投影滤波器72接收投影数据信号和由其生成一组作重新排列的信号。经重组的信号被加给变错变换器918，由此生成平行射束信号。由投影滤波器72产生的投影可被认为是“扇形射束”数据，因为所有投影均是利用扇形射束52(如图2所示)产生的。平行射束变换器910改变投影形成平行射束投影。
图9A说明形成病人50的一单个断面投影视图的一部分的一组射线1010。由于射线的每一个均是由基本上为一点光源的X射线源42发射的，所以没有任何射线1010是平行的，结果所得投影就是扇形射束投影。PDS矩阵的各行对应于一单个扇形射束投影。重组变换器916重新整理投影数据信号以使得各经重组的投影均由一组平行射线例如图9B中所示射线1020所形成。
图10A-B说明一可为重组变换器916用于产生重组的投影的优选方法。图10A-B表示在产生二连续投影视图期间X射线源42和检测器阵列44的位置。在一扫描期间，X射线源42和检测器阵列44围绕圆1120的中心作反时针方向旋转。在第一投影期间，如图10A中所示，射线1130入射到检测器44:4(即阵列44的形成第4通道一部分的检测器)。在下一投影期间，如图10B中所示，射线1132入射到检测器44:3(即阵列44的形成第3通道一部分的检测器)。在此优选实施例中，检测器间的间距与生成相继投影间的旋转量相匹配以使得射线1130平行于、并稍许偏离射线1132。在此优选实施例中，这一基本关系对所有检测器均是正确的而使得在相继的投影期间任何两个入射到相邻检测器的射线均相互平行并作稍许偏离。如上面说过的，在此优选实施例中，阵列44中各检测器由其相邻检测器隔开0.125°。重组变换器916利用这一基本关系重组数据和产生经重组的投影。
重组变换器916最好重新组织PDS矩阵以形成重组信号的矩阵RE以使得RE矩阵的各行等效于由平行射束形成的投影。重组变换器916最好生成此RE矩阵使得RE矩阵的各元素RE(i,θ)能按以下式(18)所示公式来选取RE(i,θ)=PDS(i,[i-k][Δθ]+θ)(18)其中第k通道为最接近检测器阵列的几何中心的通道。RE矩阵的各元素RE(i,θ)表示对一平行射束投影角θ的第i通道中的重组信号的量度。
重组变换器916也可包含一为对各通道作相邻投影角的投影的平均的低通滤波器。经平均的、即十中取一的平行射束矩阵RE(i,θ)将具有较少数量的间隔以较大角度间隔Δθ的行。以这种方式对RE矩阵作十中取一处理是可取的，因为它减少用于随后操作的计算。
交错变换器918(图8中所示)接收经重组的信号和由其生成平行射束信号。交错变换器918最好将相矩180°的平行射束投影组成对以形成较密集的投影。图11A和11B分别说明对投影角为0°和180°时的X射线源42、病人50的断面、和检测器阵列44间的空间关系。图11A-B中，检测器阵列44被表示含有7个检测器，且形成第4通道44:4的一部分的检测器为阵列44的中央检测器。如已说明过的，在此优选实施例中检测器阵列44具有384个检测器，但为易于说明现在讨论7检测器的实施例。在此优选实施例中，检测器阵列44由圆盘46的中心1210稍稍偏移使得穿过源42的焦点和中心1210的直线1234不穿过中央检测器44:4的中心。这样一检测系统配置在一转让给本申请受让人的在此引用作为参考的美国专利申请No.08/191428“为改善扫描图象的质量的X射线层析摄影系统和方法”(1994年2月3日递交，律师文档号ANA-044)中有更完整说明。
图12说明了在投影角为0°和180°时检测器阵列44与入射在3个检测器上的射线1310、1312、1314间的空间关系。因为阵列44与圆盘46的中心1210之间的偏移，在投影角为0°时检测器阵列44由在180°时的检测器阵列44有销许偏移。结果，对投影角为180°入射到第6通道检测器44:6上的射线1310即落在对投影角为0°的分别入射在检测器44:2和44:3的射线1312与1314之间。在这一示例中，检测器44:6可被认为是一“中央”检测器而检测器44:2和44:3可看作是“对向一相邻”检测器。在各投影角时，各检测器测量病人一部分的密度，而通常被对向一相邻检测器测量的部分较之由任何其他检测器测量部分更接近由中央检测器测量的部分(例如，在投影角为0°时由检测器44:2、44:3测量的部分较之在投影角为180°时由检测器44:5和44:7测量的部分更接近于在投影角为180°时由检测器44:6测量的部分)。利用这一中央与对向一相邻检测器间的关系可将任何两个相位180°的投影进行交错来形成一单个较密集的部分。例如，对图12中所示配置的一种作这样交错的投影由量〔RE(1,0)、RE(7,180)、RE(2,0)、RE(6,180)、RE(3,0)、RE(5,180)、RE(4,0)、RE(4,180)、RE(5,0)、RE(3,180)、RE(6,0)、RE(2,180)、RE(7,0)、RE(1,180)〕组成，其中RE(i,θ)是由投影角为θ时第i通道中的检测器生成的经重组的信号。交错变换器918就这样对经重组信号作交错处理以形成较密集的投影。
交错变换器918最好生成平行射束信号的量度矩阵PAR，且PAR矩阵的各个元素PAR(i,θ)为对平行射束投影角为θ的第i通道中的平行射束信号的量度。PAR矩阵的结构以下式(19)表示
如式(19)中所示，PAR矩阵具有PDS矩阵2倍的列和一半的行。所以PAR矩阵的各行表示含有PDS矩阵的一行的2倍数据的平行射束投影。因而，各平行射束投影可被看作为具有来自一扇形射束投影的2倍多的通道的图象数据。与PDS矩阵稍许不同，PAR矩阵具有循环性质，其中最后一行以相反顺序接续到第一行，从而PAR(0,180)=PAR(2N-1,0)；PAR(1,180)=PAR(2N-2,0)等等。在此优选实施例中，交错变换器918按照以下式组(20)所示公式生成PAR矩阵的元素PAR(2i,θ)=RE(i,θ)PAR(2i+1,θ)=RE(N-1-i,θ+180)(20)对于0≤i＜N众所周知，为将扇形射束数据变换成平行射束数据的平行射束变换器例如变换器910(图8中所示)通常包含一插值滤波器例如滤波器920(图8中所示)。但此插值滤波器通常被配置于紧随交错变换器918之后。由于检测器一般被隔开来使相邻检测器间的角偏移相对于X射线源对所有检测器均相等，所以检测器并不作线性等距离隔开。因此，PAR矩阵的各行(亦即各平行射束投影)含有被非等距离隔开的数据点。而是，接近各投影中心、亦即接近通过等角点的中央射线的元素被隔开得较之接近各投影的端部的元素有更大的距离。插值滤波器插入数据生成一新的平行射束数据矩阵以使各投影的所有元素能作等距离隔开。在此优选实施例中，插值滤波器920采用公知的技术插入数据生成含有等距离隔开的元素的投影，但滤波器920最好如图8中所示被置于条纹补偿滤波器914之后，而不是紧随交错变换器918。不过，如果插值滤波器920如先有技术中通常所作那样被置于紧随交错变换器918之后本发明亦将良好地运行。
同样众所周知的是，将扇形射束数据变换到平等射束数据通常引入微小的转动使得0°的平行射束投影角不能与0°的扇形射束投影完全一致。如果不加校正，这种转动将导致产生由水平稍许转动的重建图像。这一转动通常是因为如式(18)中所用的中央检测器“k”通常不是准确地以一从源通过等角点到达中央检测器“k”的直线为中心所引入的。此转动量通常小于Δθ/2并可采用公知技术由插值滤波器920或由后投影仪76校正，或者可仅仅将其忽略。
因而，在图8中所说明的实施例中，环纹抑制滤波器74按由平行射束变换器910所产生的平行射束数据运行。由于数据中可能存在的运动赝象，环纹抑制滤波器74生成作为未作交错的信号的函数(亦即利用由重组变换器916所生成的经重组的信号)生成平行射束直方图和偏移信号实际上是很有用的。图13表示按照本发明构成的另一优选CT系统1300的信号处理部分的方框图。系统1300与系统900(图8中所示)相同，但在系统1300中环纹抑制滤波器74被耦合在重组转换器916与交错转换器918之间而不是交换转换器918与运动抑制滤波器912之间。在此实施例中环纹抑制滤波器74基本上如上述那样运行，不同的是环纹抑制滤波器74是按由重组滤波器916所产生的经重组的信号的运行而不是按投影滤波器72所产生的投影数据信号。
因为在上述设备中可作一定的改变而不脱离这里所涉及的本发明的范畴，所以应指出，以上说明中所含的和附图中所示的所有事实均应被解释为说明性而非限制性的。
权利要求
1.一种计算层析X射线摄像系统，用于产生病人的计算层析X射线摄影图象，包含(a)X射线源和(b)用于定义多个具有对应的传输函数的信号处理通道的通道定义装置，并包括包含有用于检测由所述源发射的X射线的一检测器阵列的多个对应检测器的、用于生成作为被对应检测器在一层析X射线摄影扫描的多个投影角的每一个时检测得的X射线的函数和表示病人的层析X射线摄影图象的多个图象数据信号的装置，所述系统还包括根据在一病人的整个扫描期间产生的图象数据信号生成误差校正数据的装置；和用于作为所述误差校正数据的函数自动校准所述通道的传输函数以便使由所述图象数据信号产生的计算层析X射线摄影图象中的环纹赝象最小的装置。
2.一种计算层析X射线摄影系统，用于产生病人的计算层析X射线摄影图象，包含(a)X射线源和(b)用于定义多个具有对应传输函数的信号处理通道的通道定义装置并包括包含有用于检测由所述源发射的X射线的检测器阵列的多个对应检测器的、用于生成作为被对应检测器在一层析X射线摄影扫描的多个投影角的每一个时检测得的X射线的函数和表示病人的层析X射线摄影图象的多个图象数据信号的装置，还包括用于作为由在扫描一病人期间所生成的图象数据信号得到的误差校正数据的函数自动校准所述通道的传输函数以使由所述图象数据信号产生的计算层析X射线摄影图象中的环纹赝象最小的装置，所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含有用于由每一个通过各通道处理的所述图象数据信号作为通过该通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
3.按照权利要求2的计算层析X射线摄影系统，其特征是，所述用于由每一个通过各通道处理的所述图象数据信号作为通过该通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正信号的装置包含用于对在每一所述投影角时对每一所述通道生成一表示传输函数中被估计的误差的估量信号的装置；用于将每一个所述估量信号的振幅值与一预定阈值相比较的装置；和用于对每一所述估量信号仅在估量信号的值为低于阈值时生成误差校正数据的装置。
4.按照权利要求1的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述用于自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由每一通过各通道处理的所述图象数据信号作为由对应检测器所提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和通过与邻接到对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
5.按照权利要求1的计算层析X射线摄影系统，其特征是，所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由每一个通过各通道处理的所述图象信号对所述投影角中预先选定的那些作为由对应检测器所提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和通过与邻接到对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
6.按照权利要求1的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含对预定数量投影角的每一个由每一个通过各通道处理的所述图象数据信号作为由对应检测器提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
7.按照权利要求1的计算层析X射线摄影系统，其特征是，所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由每一通过各通道处理的所述图象数据信号作为(a)在每一所述投影角时由对应检测器提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和(b)在一预定数的相邻投影角时该检测器的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
8.按照权利要求7的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由每一通过各通道处理的所述图象数据信号作为由对应检测器提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和通过与邻接对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
9.一种用于扫描一对象的计算层析X射线摄影系统，包括(a)多个信号处理装置，包含有对应的多个检测器，用于生成各自的多个投影数据信号，每一信号处理装置的特点是各自一个的多个传输函数，每一投影数据信号包含有数据成份和误差成份，误差成份表示信号处理装置的传输函数之间的相对差，数据成份表示对象的部分的密度；和(b)滤波器，包括用于生成误差成份的估量的装置，每一估量为对应一个投影数据信号的振幅的函数。
10.一种计算层析X射线摄影系统，用于产生一对象的计算层析X射线摄影图象，系统包含有用于生成多个投影的装置，每一投影包含多个投影数据信号的每一个的量度，每一个投影数据信号的量度表示对象的一部分的密度，所述系统还包含有抑制层析X射线摄影图象中的环纹赝象的环纹抑制滤波器，所述滤波器包括(A)高通滤波器，用于对每一所述投影作为投影数据信号的对应量度的函数地生成多个量度误差信号，各量度误差信号表示与一个投影的至少一部分相关的高频成份；(B)阈值装置，用于将投影数据信号的每一量度与一阈值相比较和用于指明小于阈值的各投影数据信号的量度作为阈值之下的；和(C)直方图装置，用于取所有对应投影数据信号阈值之下量度的量度误差信号的量度的平均。
11.在一种用于生成一对象的图象的计算层析X射线摄影系统中，所述系统包含用于生成多个射线的装置，每一射线在一对应射线角时产生，每一投影包含多个投影数据信号的每一个的一个量度，每一投影数据信号量度表示对象的一部分的密度，其中一环纹抑制滤波器包括(A)高通滤波器装置，用于生成误差信号的多个量度，此误差信号的每一量度表示与投影之一的一部分相关的高频成份；(B)直方图装置，按照投影数据信号之一的量度和误差信号的量度生成直方图信号，此直方图信号表示误差信号的选择量度与每一对应投影数据信号之间的关系；和(C)组合装置，按照对应投影数据信号的量度和直方图信号，用于由之生成多个经环纹校正的信号的量度。
12.按照权利要求11的环纹抑制滤波器，其特征是，直方图装置包括量化装置，用于分派多个段数之一给一投影数据信号和误差信号的每一个量度以使得一投影数据信号的各量度和误差信号的一对应量度能被分派以相同段数。
13.按照权利要求12的环纹抑制滤波器，其特征是，量化装置分派相同段数到具有相同振幅的一投影数据信号的多个量度。
14.按照权利要求13的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置生成直方图信号以使直方图信号具有对每一段数的值。
15.按照权利要求14的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置对所有被分派到一段数的误差信号的量度进行平均来生成对该一个段数的直方图信号的值。
16.按照权利要求14的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置对所有被分派到一个段数的和具有小于阈值的幅值的误差信号的量度取平均来生成对该一个段数的直方图信号的值。
17.按照权利要求14的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置包含将每一误差信号量度与一阈值相比较的装置，且还包含指定每一具有幅值小于阈值的误差信号的量度作为阈值之下量度的装置。
18.按照权利要求17的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置取所有被分派到一个段数的阈值之下量度的平均以生成对该一个段数的直方图信号的值的装置。
19.按照权利要求18的环纹抑制滤波器，其特征是组合装置由确定哪一段数被分派到一个投影数据信号的量度之一然后由此一个投影数据信号的一个量度减除对该段数的直方图信号的值来生成经环纹校正的信号的各量度。
20.按照权利要求17的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置包含用于生成一第一中间信号和一第二中间信号的装置，对于各段数此第一中间信号具有基本上等于被分派到该段数的所有误差信号的阈值之下量度的总和的值，且对于各段数此第二中间信号具有基本上等于被分派到该段数的所有误差信号的阈值之下量度的总数的值。
21.按照权利要求17的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置包含用于接收第一中间信号并对之作低通滤波由此产生第一经滤波信号的第一低通滤波器装置，且此直方图装置包含用于接收第二中间信号并对之作低通滤波由此产生第二经滤波信号的第二低通滤波器装置。
22.按照权利要求21的环纹抑制滤波器，其特征是直方图装置包含以第二中间信号除第一中间信号由此生成直方图信号的除法装置。
23.按照权利要求22的环纹抑制滤波器，其特征是还包含用于接收直方图信号和由此产生一偏移信号的偏移装置，此偏移信号具有等于或小于直方图信号的幅值的幅值。
24.按照权利要求11的环纹抑制滤波器，其特征是还包含低通滤波器，用于对每一投影作低通滤波和将此经过低通滤波的投影加给高通滤波装置。
25.按照权利要求11的环纹抑制滤波器，其特征是每一投影为一扇形射束投影。
26.按照权利要求11的环纹抑制滤波器，其特征是每一投影为一平行射束投影。
27.按照权利要求11的环纹抑制滤波器，其特征是所述直方图装置响应两个或更多的扫描期间所产生的投影数据信号和误差信号。
28.一种计算层析X射线摄影系统，用于生成一被扫描对象的层析X射线摄影和图象，包含有一X射线源及用于定义多个具有对应的多个传输函数这一特点的信号处理通道的通道定义装置，所述多个信号处理通道包括包含有用于检测由所述源发射的X射线的一检测器阵列的多个对应检测器的、用于生成多个作为在通过对象信号处理通道的一层析X射线摄影扫描的多个投影角的每一个时对应检测器所检测X射线的函数的数据信号的装置，所述系统还包含有用于作为由在至少一个先前对一病人的扫描期间所生成的数据信号得到的误差校正数据的函数对所述通道的传输函数进行自动校准以使得由所述数据信号产生的层析X射线摄影图像中的环纹赝象最少。
29.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准装置作为由在至少一先前对病人的扫描和对病人的当前扫描期间所生成的数据信号得到的误差校正数据的函数自动校准所述通道的传输函数以便使由所述数据信号产生的层析X射线摄影图象中的环纹赝象最少。
30.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准装置作为由在对一个或多个病人的多个先前的扫描期间生成的数据信号得到的误差校正数据的函数自动校准所述通道的传输函数以使得由所述数据信号产生的层析X射线摄影图象中的环纹赝象最小。
31.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述用于自动校准所述通道的传输函数的装置包含由每一通过各通道处理的所述图像数据信号作为通过该通道处理的数据信号的振幅的函数确定误差校正数据的装置。
32.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述用于由每一通过各通道处理的所述图象数据信号作为通过该通道处理的数据信号的振幅的函数确定误差校正数据的装置，用于在每一所述投影角对每一所述通道生成一表示传输函数中被估算的误差的估量信号的装置，用于将每一所述估量信号的振幅值与一预定阈值相比较的装置，和对仅在估量信号的值为在阈值之下时对每一所述估量信息产生误差校正数据的装置。
33.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由通过各通道处理的每一所述图象数据信号作为由对应检测器所提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和通过与邻接到对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
34.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由通过各通道处理的所述图象数据信号作为由对应检测器提供的并通过通道处理的数据信号的振幅和对预先选定的一些所述投影角通过与邻接到对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
35.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由通过各通道处理的每一个所述图象数据信号作为对每一预定数的投影角通过该通道处理的由对应检测器所提供的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
36.按照权利要求28的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由通过各通道处理的所述图象数据信号作为(a)在每一所述投影角由对应检测器所提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和(b)在预定数量的相邻投影角对该检测器的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
37按照权利要求36的计算层析X射线摄影系统，其特征是所述自动校准所述通道的传输函数的装置包含用于由通过各通道处理的每一所述图象数据信号作为由对应检测器提供的并通过该通道处理的数据信号的振幅和通过与邻接此对应检测器的所述阵列的检测器相关连的通道处理的数据信号的振幅的函数地确定误差校正数据的装置。
38.一种计算层析X射线摄影系统，用于通过多个投影角扫描对象，此系统包含多个各自含有一检测器阵列的多个检测器的信号处理装置，每一处理装置用于生成多个投影数据信号的各自的一个，且每一处理装置以多个信号传输函数的各自一个为特点，每一投影数据信号均包含一数据成份和误差成份，误差成份表示处理装置的信号传输函数之间的相对差异，多个处理装置对各扫描生成它们各自的投影数据信号以使数据成分表示被扫描的对象的部分的密度，所述系统还包括(A)存储装置，用于存储由在每一所述投影角对每一所述检测器的至少一先前扫描所收集得的误差成份的一组先前估量，所述存储装置包含用于由当前扫描接收一组新的误差成份的估量和用于生成作为先前的和新的估量组的函数的一组更新的估量的装置；和(B)环纹抑制滤波器装置，用于接收投影数据信号和由此产生一组新的误差成份估量和将此新的估量组供给存储装置。
39.一种用于扫描对象的计算层析X射线摄影系统，此系统包含多个信号处理装置，每一处理装置用于生成多个投射数据信号的各自一个和每一信号处理装置以多个传输函数中各自的一个为其特点，每一投影数据信号包含一数据成份和误差成份，误差成份表示多个处理装置的传输函数之间的相对差异，多个处理装置对各扫描生成它们各自的投影数据信号以使数据成份能表示被扫描对象的部分的密度，还包括(A)存储装置，用于存储在至少一先前扫描期间得到的一组先前的误差成份估量，所述存储装置包含用于接收一组新的误差成份估量和用于作为先前的估量组和新的估量组的函数更新估量组的装置；(B)组合装置，用于接收一次扫描的投影数据信号和旧的估量组并用于作为投影数据信号和旧估量组的函数生成多个经修改的投影数据信号；和(C)环纹抑制滤波器装置，用于接收经修改的投影数据信号和由此生成新的误差成份估量组并将此新的估量组加给存储装置。
全文摘要
计算层析X射线摄影系统中所用的环纹抑制滤波器(74)包含有一高通滤波器(312),一直方图发生器(318),和一组合器(322)。高通滤波器(312)对各投影数据信号(PDS)产生代表高频成分的误差信号(ES)。直方图发生器(318)产生误差信号(ES)与投影数据信号(PDS)相关连的直方图(HIST)。组合器(322)将误差信号(ES)与直方图(HIST)相组合生成经环纹校正的信号(RCS)。
文档编号G06T11/00GK1218377SQ97194558
公开日1999年6月2日 申请日期1997年2月25日 优先权日1996年3月13日
发明者伯纳德·M·戈登, 赖景明 申请人:模拟技术有限公司