用于在x射线曝光期间评估x射线射束不均匀性的源的存在的方法

用于在x射线曝光期间评估x射线射束不均匀性的源的存在的方法
【专利摘要】对通过x射线检测器的基本上均匀的照射获得的图像中的至少一个关注区域的像素值执行统计分析，并且通过将统计分析的结果与至少一个预定接受准则进行比较来决定x射线射束不均匀性的源的存在。
【专利说明】用于在X射线曝光期间评估X射线射束不均匀性的源的存在的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及直接和计算放射线照相术。
[0002]更具体地讲，本发明涉及一种用于通过在系统(重新)校准期间检测存在于X射线射束路径中的可避免的干扰来防止次佳增益映射图质量的方法。

【背景技术】
[0003]系统校准对于数字和计算投影式放射线照相术而言极其重要，其中平板检测器和X射线存储介质以及数字化转换器被用于获取用于临床、兽医或工业用途的数字图像。
[0004]这些图像获取装置是相当复杂的混合(模拟和数字)系统，该系统包括各种高度交互的机械、光电、物理化学、电子、软件和图像处理部件和处理，每个部件和处理具有其典型公差和物理性质。
[0005]放射线照相系统的总体图像质量性能也能够取决于周围的温度、湿度、大气压以及与系统使用的程度关联的X射线曝光历史和系统的实际年龄。
[0006]另外，由于系统部件与经受放射线照相的病人、动物、物体、操作人员的外部接触导致的或由纤维和灰尘颗粒污染引起的逐渐增加的系统污染的水平能够取决于装备的专用使用模式和周围的气候条件，并且能够影响系统的各部件和处理的性质和行为，因此导致更频繁的超出定期安排的清洁和重新校准活动。
[0007]尤其对于平板检测器(其中紧挨着密集像素个体光陷阱或直接X射线检测阵列电路，大量的高度小型化的像素、行和列特定电流互连以及几个按块布置的读出电子电路也应该和谐地协作)，在没有校正动作的情况下，个体图像像素、图像行和图像列的信号质量和X射线响应将会缓慢地或有时甚至突然地降低至不能再确保所需的高图像质量水平的水平。
[0008]因此，图像获取系统需要被定期地清洁和重新校准。
[0009]通常不仅在运送并且安装装备之后作为执行其初始接受测试的前提执行这些活动，还在每个安排的定期质量控制测试之前执行这些活动。
[0010]在装备移动之后，在系统修改之后，以及在关键系统部件的预防性维护或修理干预之后，也经常需要另外的系统重新校准以确保在所述预定总体图像质量范围内的放射线照相图像获取系统的安全而有效的操作。
[0011]系统校准处理不仅提供放射线照相装备的更好地调整的并且更加清洁的状态，而且除了用于原始诊断图像的基于软件或硬件的像素灵敏度校正的一个或多个增益映射图之外，还产生用于不稳定的和或有缺陷的像素、行和列的重构的按照像素分辨率的一个或多个图像范围映射图。检测器系统的增益映射图是每个个体检测器像素针对X射线剂量的(相对)信号响应的图像范围表示。
[0012]一旦建立，这些新产生的校正映射图被用于优化从那时起获取的每个原始图像的图像质量，并且这些映射图将会保持不变并且有效，直至成功地执行下一次系统重新校准处理，下一次系统重新校准处理将会产生一组新的校正映射图。
[0013]通常，使用在上一次系统(重新)校准期间确定的同一组校正映射图校正获取的几千个原始平板检测器图像。
[0014]虽然对于正常系统操作而言极为重要，但(重新)校准活动相当干扰工作流程，因为系统清洁、装备重新调整、校准专用图像集合获取和用于产生校正映射图的数据处理的过程经常需要操作人员的手工干预并且可能非常耗时，同时使得无法进行系统的正常诊断使用。
[0015]在没有关于系统重新校准的最小频率的规章或局部建议的情况下，由于系统重新校准活动导致的不可避免的停工时间的争论能够导致这样的情况:用户常常尽可能久地推迟系统重新校准处理。
[0016]因此，这意味着:将会基于同一组校正映射图校正甚至比在正常情况下已经很高的量的获取的原始平板检测器图像多的原始平板检测器图像。
[0017]如果用于获取的原始图像的像素灵敏度校正的增益映射图将会随着时间过去而缓慢地变差至这样的状态，即它变得不够有代表性，则大量的校正诊断图像可能受到各种水平的图像伪像的影响，其中一些图像伪像仅能够在过了一会之后才可被微弱地注意到，并且这可能导致降低的阅读舒适性、放射科医生不确定性，并且最终导致错误诊断。
[0018]甚至图像重新拍摄(除了引起耗费时间的工作流程干扰之外，还使病人或物体重新曝光)也可能在这种情况下仍然不足以补偿校正图像的局部缺少的、受到干扰的图像质量，因为相同的次佳增益映射图(问题的真实原因)将会再次被用于校正新的图像。
[0019]经常结合一组专用的均匀曝光原始平场图像从一组非X射线曝光原始暗图像计算增益映射图，增益映射图被确定为(重新)校准处理的输出之一。
[0020]一旦设置了管的焦斑、源至图像距离、射束准直的水平、射束滤波、管电压、管电流和曝光时间并且也以几何方式布置了平板检测器，能够容易地从操作人员的控制柜顺序获取校准期间的增益映射图确定所需的这些专用图像集合，而不需要对系统自身的另外的手工干预。
[0021]有时，虽然忘记移走的看得见的物体(例如，放射量测定器、抹布、工具、操作人员和维修人员在维护、修理和重新校准期间常用的所有其它种类的物体)以及看不见的物体(错误布置的准直仪叶片、错误安装的栅格或自动曝光控制室)仍然能够在校准专用图像的实际获取期间干扰X射线射束路径。假设在根本没有对这些个体图像执行的任何目视检查的情况下半自动地获取这些个体图像，将会可能无法从该远处的操作人员位置看见这些射束路径干扰问题。
[0022]这些干扰物体能够在尺寸方面难以检测并且能够部分地吸收朝着平板检测器表面的X射线辐射，因此局部地影响成功获取用于计算增益映射图的所述一组代表性平场图像所需的曝光场的均匀特性。
[0023]干扰物体能够具有从非常大(例如，螺丝刀、拔送器)到非常小(例如，螺钉、垫圈、丢失的U形钉)的各种尺寸。
[0024]一些具有混合材料成分的物体能够局部地引入强烈波动的X射线衰减(例如，放射量测定器)，而其它物体具有几乎不会注意到的模糊的并且有噪声的物体边界(例如，抹布)。甚至不能完全排除昆虫的意外访问在系统重新校准期间偶然干扰X射线射束路径。
[0025]另外，由于用于检测器阵列的并行图像读出的多个基于ASIC的电子电路，也位于这个检查的范围中的非校正原始平板检测器图像能够表现出显著水平的条纹和带状信号变化。
[0026]考虑到存在原始非校正图像固有的其它非物体相关噪声源，依赖于物体和它的平滑背景之间的信号差或依赖于基于信号梯度的边缘分析的检查概念将会不足以有效地寻找所有这些种类的图像干扰。
[0027]如果未对每个原始平场曝光图像执行干扰物体检查以预先确定该图像是否充分地没有干扰并且能够被允许用作用于计算增益映射图的有效的以及代表性的输入图像，则可能不注意地潜在产生用于校正数千个未来的原始诊断图像的次佳增益映射图。
[0028]在最好的情况下，这种次佳增益映射图将会产生经常在校准过程中作为最后步骤获取的校正核查平场图像，该校正的核查平场图像显示足够水平的图像干扰从而被正在执行(重新)校准活动的操作人员视为系统校准问题。
[0029]在这种情况下，校准必须被视为失败，并且需要获取新的新的平场图像的新的校准处理。
[0030]重新执行系统校准需要另外的工作并且能够显著增加系统的停工时间。
[0031]源于受到干扰的增益映射图的问题经过校准处理而未被检测到，如果没有最后的平场核查(使用新的但物体干扰的增益映射图以用于原始平场图像的校正)被执行。
[0032]随后将会取决于放射科医生经验以及取决于干扰可见性的水平的是，无论是否能够检测到在原始图像校正之后产生受到干扰的诊断图像的次佳校准状态并且通过系统重新校准快速地缓解次佳校准状态，或者将会不可避免地导致降低的总体图像质量水平，这可能妨碍接下来的许多校正图像的正确诊断。
[0033]虽然从现有技术参考资料EP 2 050 395 ；W0 2007/043974 和 DE 10 2005 017491众所周知这样的事实，即应该在照射检测器的X射线射束中不存在任何物体的情况下执行增益校正数据的获取，但这些现有技术参考资料都未解决可能导致无法察觉地获取受损的增益校正数据的干扰物体的重要问题。
[0034]因此，本发明的一方面在于提供一种用于避免获取不可接受的增益校正数据的方法。
[0035]对于要求很高的计算放射线照相术应用，也出现射束路径干扰物体或表面污染的类似问题，其中在根据标题为“Method of determining the spatial response signatureof a detector in computed rad1graphy” 的欧洲专利申请 EP 2407016 A2 和标题为“Method of removing the spatial response signature from a computed rad1graphyimage”的共同未决欧洲专利申请11151202.6的制造中确定用于校正x射线存储检测器介质的检测器特定二维灵敏度分布的增益映射图。


【发明内容】

[0036]通过具有在权利要求1中阐述的特定步骤的方法来消除上述方面。在从属权利要求中阐述本发明的优选施例的特定步骤和特征。
[0037]本发明提出这样一种快速而有效的方法:在系统(重新)校准活动期间，防止由于存在于射束路径中的任何地方的可避免的物体或表面污染的存在而由从不够均匀的X射线射束状态导致的受到干扰的增益映射图校正引起的以上讨论的问题。
[0038]一种依赖于许多相邻或部分重叠的潜在受到物体干扰的关注区域的统计分析的自动方法能够作用于为了增益映射图计算的目的而获取的原始(非校正)专用平场图像以优化直接和计算放射线照相术图像获取系统的总体图像质量性能。
[0039]作为结果，在执行初始的、定期的或另外的系统(重新)校准的同时，能够在增益映射图确定的处理中在早期已经检测到并且缓解次佳图像条件。
[0040]因此能够避免与一组射束路径受到干扰的无用的平场图像的操作人员辅助获取关联的昂贵的时间损失和不必要的管磨损，并且能够实现关于计算的增益映射图((重新)校准处理的输出)的有效性的更高的确定性水平。
[0041]通过下面的描述和附图，本发明的另外的优点和实施例将会变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0042]图1表示与一组预定阈值水平相比基于在图像中分析的一组局部肩显著性和不平衡结果的决策逻辑，
图2代表从物体干扰的图像图块剪切的局部关注区域及其至空间分布的肩像素模式的统计转换，
图3代表分析并且在统计上分成清楚地空隙分离的低肩直条和高肩直条的物体干扰的局部关注区域的有效像素直方图，
图4代表局部肩部分及其相对于它们的显著性和不平衡阈值水平的肩比。

【具体实施方式】
[0043]在安装之后的初始校准，或者在执行平板检测器直接放射线照相术系统的定期的或另外的重新校准的同时，暂时停止为了诊断成像目的而使用这个装备。
[0044]释放时间和人员，直至获取新的校准专用图像集合(包括非曝光以及均匀曝光原始平板检测器图像)，并且能够计算将接下来的数千个原始诊断图像转换成最佳校正图像所需的各种更新的有缺陷的像素映射图和更新的增益映射图。
[0045]以下，针对平板检测器放射线照相术系统描述在系统校准期间检测由射束路径受到干扰的类似均匀曝光图像的获取引起的次佳增益校正映射图条件的方法的特定实施例，其中为了构成所述一组均匀曝光图像而获取的个体X射线图像在被接受为用于计算更新的增益映射图的有效输入图像之前单独经受一种快速的自动的干扰物体检查方法。
[0046]图1通过作用于为了增益映射图确定的目的而获取的个体图像的处理流程图来解释本发明的方法的特定实施例，所述个体图像可包含受到干扰的局部关注区域。
[0047]在这个示例性实施例中，可避免的受到干扰的X射线射束路径条件由在开始校准专用图像获取之前偶然留在检测器表面上的橡皮筋引起。在图2中描述这一点。
[0048]为了提高这个低X射线吸收物体的可见性而以高对比度-放大率表示的受到干扰的图像图块显示这个‘忘记移走’的物体如何与任意选择的关注区域ROIij部分交叉并且它如何局部地影响正常预期平滑背景噪声模式，对于均匀曝光检测器图像而言，所述正常预期平滑背景噪声模式是典型的。
[0049]均匀曝光平场图像中的干扰物体的自动检测的处理开始于将经受这个检查的图像划分成多个小得多的局部关注区域。
[0050]虽然正好相邻的局部检查ROI使检查工作最小化，但邻近ROI的部分重叠将会更有助于小的干扰射束路径物体的检测。
[0051]如果这些发生在边缘或发生在局部ROI的拐角中，则小尺寸物体被细分成甚至更小的分散在相邻ROI上的图像干扰。
[0052]ROI重叠越大，邻居ROI上的空间分散的影响将会越小。
[0053]在这个实施例中描述的射束路径检查概念使用在两个图像方向上都具有1/4 ROI尺寸重叠的64x64像素(8 mm正方形)检查ROI。
[0054]因此，由具有小于4 _的长度的干扰物体引起的整个图像影响将会因此总是在局部或也在全都经受这个检查的八个部分重叠的邻居ROI之一中具有它的全部影响。
[0055]一旦图像的检查区域被划分成部分重叠的检查ROI的网格，分析这些局部ROI中的每一个，如图1检查方法流程图中的循环结构所示。
[0056]对于直接放射线照相术平板检测器图像，标记检测器阵列的不可靠像素、行和列的预定的所谓缺陷映射图可被用于使用邻近可靠像素数据的图像重构的目的。
[0057]使用该缺陷映射图(可选地)，获得检查ROI的有效像素子集，从所述检查ROI的有效像素子集，计算局部中值(在优选实施例中)或平均值或方式信号值。
[0058]该值代表对有效像素值的直方图执行的进一步操作的中心信号值“C”，如图3中所述。
[0059]由于所有图像像素在基于数字化转换器/介质的计算放射线照相术(CR)中是有效的，所以既不存在缺陷映射图，在为了计算CR盒的增益图像而制作的均匀曝光图像的检查期间的射束路径干扰物体的检测也不需要缺陷映射图。
[0060]存在于图2的平滑背景信号中的未受到干扰的图像噪声的直方图是量子噪声占优势，并且被描述为以图3中的中心值C为中心的虚线高斯状分布。
[0061]检查ROI中的局部物体干扰的图像影响引入X射线吸收，这以这种方式减小受影响的像素的信号值，即直方图变为相对于垂直点划线不对称，该垂直点划线代表在不存在该干扰物体的情况下的中心信号值。
[0062]物体的吸收水平越高，向外膨胀的低信号肩的平均信号值越低。
[0063]由该物体影响的ROI像素的量越大，局部直方图的次级最大值越大。
[0064]考虑低信号值和高信号值:C_增量和C+增量，对称地以中心信号值为中心。
[0065]假设+/_1%C信号值空隙,相对于中心信号值,低信号肩和高信号肩能够在局部直方图里面被定义为包括具有低于C-增量或高于C+增量的信号值的在空间上分布的像素的低有效像素肩部分和高有效像素肩部分的集合。
[0066]这些肩能够被表示为局部ROI的有效像素子集的一部分。
[0067]从图2中的肩像素空间分布示图，能够看出(对于这个图像并且利用这个+/_1%C增量)，平滑背景噪声中的几乎相等的量的大约在空间上均匀地分布的像素仍然属于低直方图肩和高直方图肩。
[0068]然而，从射束路径干扰橡皮筋物体与局部检查ROI交叉的像素位置观看，清楚的是，这些受到干扰的有效像素全都属于低直方图肩。
[0069]由使低肩和高肩与中心值分离的信号增量确定的直方图空隙能够被预先确定为中心值自身的一部分，或者被预先确定为预定因子乘作为中值噪声偏差估计从有限的一组在空间上分布的图像ROI计算的平滑背景噪声的标准差。
[0070]以这种方式，分离两个直方图肩的以C为中心的信号空隙能够自动使自己适应存在于所检查的图像中的平滑背景噪声的量。
[0071]在射束路径中存在各种类型的干扰物体的情况下在均匀曝光图像上执行的许多实验已显示:局部直方图的低肩部分和高肩部分之间的足够水平的不平衡与两个肩部分中的至少一个肩部分的足够水平的显著性的组合是用于所检查的图像中的干扰物体条件的存在的灵敏的、可靠的并且快速的指示器。
[0072]ROI的低肩部分L和高肩部分H被计算为具有低于C-增量或高于C+增量值的信号的有效像素的量除以局部存在的有效像素的总量。
[0073]通过将两个肩部分中的最大肩部分除以最小肩部分来计算肩比。未受到干扰的图像噪声将会通常返回几乎对等肩比。
[0074]这些计算的结果被示出在图4中。
[0075]一旦物体将要产生肩部分的不平衡，肩比就将会增加。
[0076]一旦在局部计算了 L肩部分和H肩部分以及它们的比率R，将它们中的每一个与其预定阈值水平进行比较。
[0077]肩部分的阈值确定测量的值是否足够显著以被标记为物体检测的先决条件之一。
[0078]肩比的阈值确定测量的值是否足够不平衡以被标记为物体检测的先决条件之一。
[0079]用于ROI干扰的检测的决定逻辑使得:如果存在足够水平的肩不平衡，并且如果同时至少一个肩部分足够显著，则局部ROI被视为受到物体干扰。
[0080]该局部ROI决定的结果能够被存储在图像范围干扰存储器中以用于在更高水平的关于图像干扰的进一步的决策。
[0081]在单个ROI干扰的检测将会足以将整个图像视为受到干扰的情况下，能够跳过另外的经过其它检查ROI的循环。
[0082]一旦已调查所有的局部ROI并且已知它们的逻辑干扰状态，通过将所述预定准则与图像范围干扰存储器的内容进行比较来做出关于整个图像的物体干扰的决定。
[0083]图像范围准则能够是:如果这些孤立的干扰全都发生在与图像边界相邻的ROI中，则非常有限的量的孤立的受到干扰的ROI仍然能够被接受。
[0084]如果不满足这些准则，则停止图像的调查，并且接受检查的图像并且将其添加到用于系统(重新)校准的目的的输入图像的集合。
[0085]如果满足图像范围干扰准则，则射束路径被视为受到物体干扰。在那种情况下，在能够执行图像重新拍摄之前，可能需要X射线射束路径的另外的检查、清洁和或校正(例如,去除干扰物体)。
【权利要求】
1.一种用于通过评估在获取X射线检测器的增益校正数据期间是否存在X射线射束不均匀性的源来决定直接放射线照相术或计算放射线照相术图像的所述增益校正数据的接受的方法，所述方法包括下述步骤: -通过使所述X射线检测器暴露于基本上均匀的X射线射束以产生X射线图像并且将所述X射线图像转换成数字图像表示，获取增益校正数据， -对所述X射线图像中的至少一个关注区域的像素值执行统计分析， -通过将统计分析的结果与至少一个预定接受准则进行比较来决定所述增益校正数据的接受。
2.如权利要求1所述的方法，其中至少两个部分重叠的关注区域经受所述统计分析。
3.如权利要求1所述的方法，其中单个关注区域经受所述统计分析。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述准则是图像范围准则。
5.如权利要求1所述的方法，其中仅对关注区域中的非缺陷像素执行所述统计分析。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述统计分析包括相对于直方图中的中心值确定的所述关注区域中的所述像素值的所述直方图的低直方图肩和高直方图肩的评估。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述中心值是所述关注区域的像素值的中值、平均值或方式值。
8.如权利要求7所述的方法，其中作为通过对低肩部分和高肩部分取阈值而确定的至少一个显著性水平的评估的结果获得关于射束不均匀性的原因的检测的决定，所述低肩部分和高肩部分被确定为具有低于低肩值的值的ROI像素的量除以POI像素的总量以及具有高于高肩值的值的ROI像素的量除以ROI像素的总量。
9.如权利要求7所述的方法，其中作为相对于预定比率阈值水平的肩比的不平衡水平的评估的结果获得关于射束不均匀性的原因的检测的决定，所述肩比被确定为最大肩部分除以最小肩部分，其中所述低肩部分和高肩部分是具有低于低肩值的值的ROI像素的量和具有高于高肩值的值的ROI像素的量。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中所述低肩值和高肩值被确定为所述中心值或平均值或方式值减去和加上下述各项的预定部分: -所述中心值，或 -为图像中的在空间上分布的关注区域的子集计算的标准差的中值或平均值。
11.如权利要求8或9所述的方法，其中作为对至少一个显著性水平和不平衡水平执行的逻辑运算的结果获得关于射束不均匀性的原因的检测的决定。
12.一种方法，其中非校正检测器图像、偏移映射图校正图像、缺陷像素映射图校正图像或两种校正的组合经受如权利要求1所述的方法。
【文档编号】H04N5/32GK104350738SQ201380030642
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】M.克雷森斯, H.范高伯根 申请人:爱克发医疗保健公司