計算x線斷層照相投射數據的自適應壓縮的制作方法

專利名稱：計算x線斷層照相投射數據的自適應壓縮的制作方法
計算X線斷層照相投射數據的自適應壓縮
背景技術：
本發明涉及針對計算X線斷層照相(CT)而獲取的投射數據的壓縮和解壓縮，特別 涉及對投射數據采樣的自適應衰減，以獲得已壓縮數據中期望的每采樣的比特數。在CT成像系統中，對對象的多個χ射線照相視圖產生多組投射數據。投射數據的 每行表示該對象的內部結構的密度值在某個面或切片內的積分。從多組投射數據中，CT成 像系統產生對象的內部結構的二維OD)剖面圖像和三維(3D)圖像。這些圖像是通過對多 組投射數據應用公知的圖像重建算法來獲得的。從多組投射數據來重建剖面圖像或三維圖 像的技術被廣泛地稱為“X線斷層照相”。使用基于可編程處理器的設備來執行該圖像重建 被廣泛地稱為計算(計算機化的或計算機輔助的)X線斷層照相。在某個典型應用中，χ射 線輻射源將χ射線穿過對象投射到χ射線傳感器(或檢測器)陣列上。X射線傳感器的輸 出被數字化以形成一組投射數據。根據檢測器陣列的幾何形狀，該組投射數據可以是一維 的或二維的。對象、χ射線源和χ射線傳感器陣列中一個或多個之間的相對移動提供多個 具有不同透視的視圖。穿過對象的切片圖像或剖面圖像可以通過使用對多個視圖的數學變 換來近似。在某些應用中，剖面圖像可以被組合以形成對象的3D圖像，該對象的3D圖像可 能無法用另外的方式觀察得到。X射線CT的一種公知的應用是用于對人體進行非介入性成像的醫學CT掃描器。 在醫學CT掃描器中，通過使用托臺來旋轉X射線源和檢測器陣列以及穿過滑動環傳送投射 數據，獲得多個視圖。現代CT掃描器(如2008年的CT掃描器)對好幾萬個在從1千采樣 /秒(ksamp/sec)到10千采樣/秒(ksamp/sec)范圍內的χ射線傳感器輸出進行數字化， 其中每個數字采樣具有每采樣16到M比特，結果穿過滑動環(slip ring)產生每秒若干 吉比特的總數據傳送帶寬。在圖像重建之前，投射數據還必須被實時地存儲或緩存。通常， 圖像重建過程較數據獲取過程要慢10到20倍，由此產生對存儲的需求。典型的存儲子系 統包括獨立磁盤冗余陣列(RAID)驅動。隨著穿過滑動環的數據傳送速率增加，RAID子系 統的存儲容量和吞吐量也必須增加。隨著業界努力實現增大的空間和時間分辨率以及增加 數量的χ射線傳感器，所以數據傳送和數據存儲子系統的帶寬需求將很快超過10(ibpS。X射線CT的另一應用是工業產品的自動化檢查。例如，從χ射線投射數據重建出 的剖面圖像被用于工業產品的質量控制檢查系統中，所述工業產品包括諸如印刷電路板之 類的電子設備。X線斷層照相可以用于重建被研究的對象的一個或多個面或剖面的圖像，以 便評價對象的質量。X射線CT系統獲取關于感興趣的對象的位于各種位置處的多組投射 數據以及視圖。工業檢查系統的系統架構不同于醫學CT掃描器。然而，像醫學CT系統一 樣，大量投射數據需要數據傳送和存儲。對于自動檢查系統，被測對象的更高吞吐量是理想 的，因為它降低被測試的產品的成本。更高的吞吐量增加了對數據傳送和數據存儲的帶寬 需求。使用CT掃描技術的自動檢查的另一例子是自動行李篩選系統。CT系統的數據獲取子系統所獲得的大量投射數據給用于數據傳送和數據存儲的 系統資源造成了負擔。數據傳送帶寬的限制延遲了投射數據在重建和顯示被掃描的對象的 圖像方面的可用性。在數據傳送之前壓縮投射數據并且隨后在圖像重建之前解壓縮降低了
8用于數據傳送和存儲的系統資源上的負擔。壓縮的好處包括降低數據獲取和圖像顯示之間 的反應時間，增加通過具有有限帶寬的通信通道傳送的數據量，以及提供已壓縮投射數據 用于存儲和在網絡上傳送，供以后訪問和圖像重建。因為壓縮允許系統資源容納更多的投 射數據，所以圖像分辨率可以被改善和/或對象的更大區域可以被掃描。實現壓縮操作的 計算資源的可用性也是CT系統中的一個限制。理想的是壓縮操作具有低的計算復雜度并 且可以實時操作，以使對計算資源的影響達到最小。在計算X線斷層攝影術中，存在圖像相關的數據的兩個域，即Radon變換域和空間 域。投射數據或竇腔X線照相(Sinogram)數據是在Radon變換域中，也被稱為投射域或竇 腔X線照相域。在投射數據是針對對象的一個切片獲得的或者是從χ射線傳感器的線性陣 列中產生的情形中，投射數據可以是2D的。在投射數據是針對對象的不止一個切片獲得的 或者是從χ射線傳感器的二維陣列中產生的情形下，投射數據可以是3D。從投射數據重建 出的2D剖面圖像是在2D空間域中。從多個剖面圖像重建出的三維圖像是在3D空間域中。 Radon變換是一種數學變換，其是Radon變換域中的投射數據與從投射數據重建出的空間 域圖像之間的關系的基礎。因為投射數據與重建圖像之間的數學關系的原因，向Radon變 換域中的投射數據應用壓縮算法與向空間域中的重建圖像應用相同的算法不會產生相同 的結果。圖像壓縮技術，例如JPEG圖像壓縮，通常被應用到空間域圖像數據，例如照相圖 像。空間域圖像壓縮技術在計算X線斷層攝影術中還被應用到重建圖像，以便進行空間域 圖像的高效圖像存儲或傳輸。在空間域圖像中獲得額外壓縮的方法是識別圖像中的感興趣 區域并對感興趣的區域應用無損壓縮而對感興趣的區域之外的區域應用有損壓縮。在2004 年的 SPIE會議論文集的 Vol. 5371，pp. 160-169 的，標題為“kgmentation-based CT Image Compression”的文章以及在IEEE 2004圖像處理國際會議中由Hashimoto等人的標題為 "CT Image compression with Level of Interest”的會議論文中描述了這種方法的例子。對于投射域或竇腔X線照相域，在空間域中重建圖像之前應用對投射數據的壓縮 和解壓縮。壓縮投射數據的某些方法在投射域中應用JPEG圖像壓縮方法。在2008年2月5 El胃 合Bae·入的f示IS為“Method and Apparatus for Compressing Computed Tomography Raw Projection Data”的美國專利7，327，866中描述了這種方法的例子。這種方法對投 射數據應用無損和有損壓縮。在2003年10月14日公布的標題為“X-Ray CT Apparatus, System and Projection Data Compressing/Restoring Method，，的Nishide等人的未審專 利公開號為2003-290216 (P2003490216A)的日本公開專利申請中描述了壓縮落入正被掃 描的對象的邊界內的投射數據的方法。這種方法將投射數據分成空氣信息區域(其中χ射 線已經穿過空白的區域)和主體信息區域(其中χ射線已經穿過對象或病人)。不同的壓 縮方法被應用到空氣信息區域和主體信息區域，或者空氣信息區域可以被刪除。上面的壓縮投射數據的方法的缺點包括以下缺點。在上面的技術中，已壓縮數據 的比特速率會不可預知地變化，因為限定的感興趣的區域和無損壓縮是取決于數據的。因 為已壓縮數據的帶寬是隨時間變化的，所以諸如FIFO之類的接口需要支持變化的數據速 率。FIFO接口比固定速率接口更加復雜，因為它需要額外的控制信號(半滿、幾乎全滿、幾 乎為空白，等等)。獲得比特速率落入理想范圍內的已壓縮數據是有利的。有損的固定速率 壓縮模式允許控制已壓縮數據的帶寬。于是可以以固定數據速率將已壓縮數據通過接口傳送到存儲介質。固定數據速率簡化了用于傳送已壓縮數據的接口并且使FIFO的深度達到 最小。上面的方法的另一缺點是計算復雜度，其取決于哪種壓縮算法被應用。有利的是降 低計算復雜度以減輕對系統資源的負擔并允許對投射數據的實時壓縮。
在 2007 年 12 月 3 日提交的，標題為 “Compression and Decompression of Computed Tomography Data”的，共同擁有并共同未決的美國專利申請No. 11/949670(第 ‘670申請)中描述了在圖像重建之前壓縮投射數據并解壓縮該已壓縮的投射數據。該‘670 申請講述了將投射數據采樣基于它們的重要性分類成子集。應用到這些子集的壓縮操作取 決于投射數據采樣的重要性。 在這種討論中，“實時”意指至少如數字信號的采樣速率一樣快的速率。術語“實 時”可以被用于描述用于處理、傳送和存儲數字信號的速率。采樣速率是在模擬信號的轉換 期間模數轉換器(ADC)形成數字信號的采樣的速率。當將數字信號轉換到模擬信號時，采 樣速率是數模轉換器(DAC)從數字信號的采樣形成模擬信號的速率。未壓縮的采樣的或數 字的信號的比特速率是每采樣的比特數目乘以采樣速率。壓縮比是原始信號采樣的比特速 率與已壓縮的采樣的比特速率的比值。針對本申請，實時是指ADC從χ射線傳感器的輸出 信號形成投射數據的數字采樣的速率。這種描述參考無損和有損壓縮。在無損壓縮中，已解壓縮的采樣具有與原始采樣 相同的值。如果無損壓縮在已壓縮的采樣的比特速率方面沒有給出足夠降低，則對于提供 對比特速率的充分降低，有損壓縮是必須的。在有損壓縮中，已解壓縮的采樣類似于原始采 樣但不等同于原始采樣。有損壓縮在已壓縮的采樣的比特速率與已解壓縮的采樣中的失真 之間進行折衷。

發明內容
考慮上述傳統問題做出了本發明的實施例。本發明的目的是壓縮CT投射數據。壓 縮CT投射數據的好處包括增大穿過CT掃描器的滑動環接口的數據傳送的效率，降低遞送 給諸如RAID陣列之類的存儲子系統的數據的帶寬，以及降低在CT成像系統中用于一組投 射數據所需的存儲容量。本發明的另一目的是提供固定輸出比特速率。用戶指定的對已壓 縮的數據的輸出比特速率或每采樣的比特數的控制導致可預測的數據傳送速率和數據存 儲要求。當用戶指定的壓縮比是諸如2 1之類的整數值時，可以獲得CT系統部件的額外 的成本節省。例如，固定的2 1壓縮比允許系統中的某些部件(諸如存儲器、現場可編程 門陣列(FPGA)、數據傳送電纜和用于數據存儲的盤驅動器)減少一半。為了實現上述目的，本發明的一個方面提供了 一種用于在計算X線斷層攝影系統 中壓縮投射數據的方法，該計算X線斷層攝影系統包括多個傳感器，這些傳感器提供多個 傳感器量度以形成一組或多組投射數據，其中每組投射數據表示投射域的一部分并包括投 射數據的采樣的陣列，該陣列具有至少一行采樣，其中每個采樣由原始的比特數來表示并 在該陣列中具有由采樣坐標所指示的位置。該方法包括在存儲器中設置衰減分布的一個或多個參數，其中該衰減分布是采樣坐標的函數 并指定多個衰減值，其中這些衰減值小于或等于1 ；根據衰減分布來衰減陣列中的采樣以形成具有小于或等于采樣的原始幅度的已 衰減采樣；以及
對已衰減的采樣進行編碼以形成已壓縮的采樣。本發明的另一方面提供一種用于在計算X線斷層攝影系統中壓縮投射數據的裝 置，該計算X線斷層攝影系統包括多個傳感器，這些傳感器提供多個傳感器量度以形成一 組或多組投射數據，其中每組投射數據表示投射域的一部分并包括投射數據的采樣的陣 列，該陣列具有至少一行采樣，其中每個采樣由原始的比特數來表示并具有由采樣坐標所 指示的在該陣列中的位置。該裝置包括壓縮子系統，其被耦合以接收投射數據的采樣并將已壓縮的采樣提供給數據傳送 接口，該壓縮子系統還包括存儲器，其存儲由一個或多個參數表示的衰減分布，其中衰減分布是采樣坐標的 函數并指定多個衰減值，其中該衰減值小于或等于1 ；衰減器，其耦合到存儲器并根據衰減分布來衰減采樣以形成具有小于或等于采樣 的原始幅度的已衰減的采樣；以及編碼器，其對已衰減的采樣進行編碼以產生已壓縮的采樣。


圖Ia是表示根據現有技術在CT成像系統中用于CT掃描數據獲取的基本配置的 圖示。圖Ib示出根據現有技術的由從一行傳感器輸出的投射數據形成的信號的例子。圖2是根據現有技術的用于投射數據的壓縮系統的框圖。圖3a示出由函數g(x) = 給出的衰減分布的指數函數y (j)的例子。圖北示出由函數g(x) =2_ )給出的衰減分布的指數函數y(j)的另一例子。圖4是包括差分算子的用于投射數據的壓縮系統的框圖。圖5示出對應于不同組的投射數據的已衰減采樣的兩個陣列的例子。圖6是示出用于控制每個已壓縮采樣的平均比特數的各種元件的相互作用的框 圖。圖7是微分邊界檢測器的框圖。圖8是用于后續圖像重建的解壓縮的框圖。
具體實施例方式本發明涉及在Radon域(也稱為投射域或竇腔X線照相域)中對投射數據的壓縮 和解壓縮。對投射數據的壓縮允許實現從CT系統中的數據獲取子系統到存儲子系統和圖 像重建處理器的更為高效的數據傳送。稍后在對空間域圖像進行圖像重建之前對已壓縮的 投射數據進行解壓縮。壓縮和解壓縮可以被應用到從一幅視圖中產生的一組投射數據或者 從多幅視圖中產生的多組投射數據。本發明獨立于圖像重建處理器用以計算空間域圖像所 使用的視圖的數目。本發明的實施例可以被用于壓縮和解壓縮醫學計算X線斷層攝影掃描器中的投 射數據以生成人體的剖面圖像，以及可被用于壓縮和解壓縮工業計算X線斷層攝影系統中 的投射數據以檢查被研究的對象。在醫學計算X線斷層攝影掃描器中，通過旋轉托臺，將X 射線源和檢測器陣列圍繞病人旋轉。檢測器陣列所獲取的投射數據經由托臺系統的旋轉單
11元與靜止單元之間的通信通道傳輸給存儲系統，并稍后傳輸到處理器以進行圖像重建。在 工業計算X線斷層攝影系統中，X射線源與檢測器陣列可能具有有限的移動或保持靜止，而 被研究的對象可以平移或旋轉。投射數據通過通信鏈路傳輸到存儲設備并稍后傳送到處理 器以進行圖像重建。在兩種應用中，通信通道均具有有限帶寬。這種帶寬限制決定了投射 數據到圖像重建中使用的處理器的傳輸速度。投射數據在傳輸之前被壓縮從而更多的數據 可以在有限的帶寬通道上傳送。在投射數據被存儲的應用中，對投射數據進行壓縮允許以 給定的存儲器容量存儲更多的數據或減少所需的存儲器容量和存儲器接口帶寬。已壓縮的 投射數據被解壓縮并處理以進行圖像重建。圖Ia是表示在醫學CT成像系統中用于進行CT掃描數據獲取的基本配置的圖示。 對象或病人110被置于平臺120上，平臺120可以在CT成像系統的旋轉托臺(未示出)內 來回移動。該托臺包括χ射線源100和數據獲取系統(DAQ 130。DAS 130包括一行或多行 χ射線傳感器和模數變換器(ADC)的矩陣。ADC對來自χ射線傳感器的信號進行數字化以 產生其幅度表示χ射線計數或Hoimsfield單元的采樣。本O008) CT系統每個切片或行可 以包括大約IOM個χ射線傳感器的矩陣，并且每個視圖多至320個切片。根據系統設計，X 射線源100生成具有特殊幾何形狀的波束。圖1中所示的例子具有扇形波束的幾何形狀。 對χ射線的衰減程度取決于它的路徑。在圖Ia中，射線140a和140e是未被衰減的，因為 它們穿過空氣。射線140c被衰減，因為當它穿過對象110時它被部分吸收。射線140b和 140d穿過對象110的邊界，因此它們的衰減將比射線140c少。X射線傳感器陣列測量接收 到的χ射線以形成用于ADC的信號。CT掃描器的χ射線傳感器需要多個幅度級別的動態范 圍來捕獲來自χ射線源100的衰減的和未衰減的χ射線信號的范圍。當前Q008)CT掃描 器的χ射線傳感器使用這樣的ADC，該ADC使用每個采樣16到M比特來對χ射線傳感器 輸出進行采樣。對于每個采樣16比特，最大(未衰減的)χ射線計數是216或65，536。對 于每個采樣M比特，最大χ射線計數是2"或16，777，216個。針對每個視角增量，DAS 130 產生一組投射數據。該組投射數據包括采樣陣列，其中該陣列中的一行采樣或掃描行對應 于χ射線穿過對象110的一個切片的測量。因為托臺圍繞病人旋轉，所以多組投射數據被 捕獲并且穿過滑動環傳送到外部計算機或處理器(未在圖Ia中示出)。處理器對所述多組 投射數據組應用圖像重建算法以形成圖像。根據掃描協議，圖像重建算法可以產生被掃描 對象的二維剖面圖像或三維圖像。重建的圖像接著被顯示以供分析。X射線源波束的特殊 幾何形狀、檢測器的幾何形狀、DAS 130的配置或掃描協議不限制本發明的應用。圖Ib說明由從DAS 130的一行傳感器輸出的投射數據所形成的信號150的例子。 區域150a和150e對應于未衰減的射線140a和140e并具有最大的χ射線計數。由150b 和150d所指示的區域是過渡區域，其表示在邊界處檢測的射線140b和140d。由150c所 指示的區域對應于已經穿過對象110的并且因此具有基本上更低的χ射線計數的衰減的射 線140c。在用的CT系統通常包括傳感器矩陣，其比被掃描的對象更寬，因此諸如區域150a 和150e之類的、具有未衰減的χ射線的區域通常出現在投射數據中。在重建的圖像中，這 些“空白”區域對應于在重建的圖像之外的區域。CT圖像重建算法通常不使用來自于空白 區域150a和150e的投射數據。對于圖Ib的例子，對應于空白空間的投射數據比對應于穿過對象的射線的投射 數據具有更高的值。在某些CT系統中，預處理產生投射數據，其中對應于空白空間的采樣比對應于對象的采樣具有更高的值。對于本發明，假設采樣的索引從左往右遞增。然而，表 示采樣坐標的習慣不限制本發明的范圍。圖2是用于投射數據的壓縮系統的框圖。DAS 130針對每幅視圖生成一組投射數 據160。該組投射數據160包括投射數據采樣陣列。該陣列的幾何形狀取決于數據獲取過 程并且不限制本發明的范圍。投射數據160的陣列包括投射數據采樣dn、d12等等，其具有 相關聯的坐標或索引。壓縮處理器200對陣列160的投射數據采樣進行壓縮。衰減器210 根據衰減分布214的參數來減小陣列160中的每排或每行中的采樣的幅度。衰減分布214 取決于陣列160中的采樣的坐標并提供小于或等于1的衰減值。根據衰減分布214，已衰減 的采樣的幅度被減小或保持原始值。衰減器210主要是減小已衰減的采樣的動態范圍，從 而它們可以通過使用較少的比特來進行表示。編碼器212使用無損或有損編碼對已衰減的 采樣進行打包，如下面進一步描述的那樣。編碼器212輸出已壓縮的采樣到緩存器230供 經由通信通道240進行傳輸。在CT掃描器系統中，滑動環接口提供通信通道M0。壓縮控 制器220接收來自編碼器212的反饋信息。用于對輸出比特速率進行反饋控制的反饋信息 可以包括已壓縮數據的比特速率或每個已壓縮采樣的比特數。壓縮控制器220使用反饋信 息以調節壓縮控制參數，其包括衰減分布214的參數，從而已壓縮數據的比特速率或每個 已壓縮的采樣的比特數保持恒定或落入期望的范圍內。包括對應于衰減分布214的參數的 壓縮控制參數可以被編碼并與已壓縮的數據一起被包括，并且稍后被用于解壓縮控制。壓 縮控制器220還可以接收用戶輸入201，諸如針對已壓縮的數據的期望輸出比特速率、壓縮 操作的選擇以及設置控制參數。衰減分布214包括確定由衰減器210應用到陣列160中的采樣上的衰減程度。優 選類型的衰減分布214由具有以2為底數的指數函數的分段的函數來表示。在一個備選項 中，衰減分布214提供從陣列160的每排的邊界朝著中心的遞減衰減。例如，假設陣列160 中第i排或行的坐標Clij從j = 1延伸到j = N，其中N表示DAS 130的一行中的χ射線傳 感器的數目。例如，在當前O008)CT系統中，陣列可以具有每行或每排多至IOM個元素的 行或排。指數衰減分布提供作為采樣坐標j的函數g(j)的衰減，其由下式給出g(j) = 2-y(J) y(j) ^O(1)由g(j)表示的衰減分布214包括指數函數y(j)。因為該指數在等式(1)中是負 的，所以用函數g(j)的值乘以采樣會減小采樣的幅度，除非y(j) =O0指數函數y(j)是由 g(j)表示的衰減分布的負的10 (即2為底數的對數)。表示第j個已衰減的采樣所需的 比特數(包括一個比特的分數)小于表示未用指數函數y(j)的第j個值衰減的第j個未 衰減的采樣所需的比特數。圖3a示出一個例子，其中指數函數y(j)包括作為索引j的線性函數的分段。Y軸 指示第j個采樣的幅度的減少的比特數(包括一個比特的分數)。參數Ymax將產生最大衰 減，其由下式給出gmax = 2_Ymax(2)在圖3a中示出的對稱指數函數將對陣列160中的第i行中的采樣d(i，1)和d(i， N)應用最大衰減。Ymax的值小于或等于由DAS 130生成的投射采樣的比特精度，并且可以 被選擇用以獲得已壓縮的數據的目標輸出比特速率，如下面針對圖7所描述。例如，當DAS 130產生20比特采樣時，Ymax的值是20或更少。諸如針對20比特采樣Ymax是諸如10之類的較低的值，則產生較弱的衰減，結果導致較小的壓縮。參數Ymin對應于最小衰減，其由下 式給出gmin=2_Ymin(3)對于Ymin = 0，對應于圖3a中的d(i，N/2)的中心采樣將保持相同的幅度。Ymin 的值還可以被調節以獲得目標輸出比特速率，如下面針對圖7所描述。用于指數函數的另 一例子包括多個線性分段，如圖北中所示出。作為替代，指數函數可以具有作為采樣坐標 的非線性函數的分段。衰減分布可以由線性的、指數的、拋物線的、階梯的、顫振的(dithered)或其他非 線性的分段來表示。同樣，衰減分布不需要是對稱的或在陣列160的N長度行的中心(N/2) 元素處具有最小值。優選地，衰減分布提供從一個采樣到另一個采樣的漸進的改變。已經觀 察到，在衰減分布中的采樣之間的大于1比特的改變可以導致重建圖像中的環形偽像。對 于某些非醫學CT應用，這種環形偽像是可以容忍的。對于醫學CT，這種環形偽像可能被阻 止。為了阻止這種環形偽像，由g(j)表示的衰減分布的改變應該小于每個采樣索引j 一個 比特。這種約束還可以由下式來表示Abs [Iog2 (g (j)) -Iog2 (g (j+1)) ] < 1對于等式⑴中所表示的g(j)，y (j)的線段的傾斜的幅度必須小于或等于1以滿 足該約束。圖3a和北中的例子滿足這種約束。這種約束還可以用分貝(dB)單位來表達。 一個比特表示6dB的衰減，因此小于每個采樣索引6dB的衰減步幅滿足上面的標準。例如， 0. 375dB的衰減步幅對應于1/16比特，并且已經觀察到使用6dB的衰減步幅時明顯出現的 環形偽像在衰減步幅減小到0. 375dB時不存在。因此，臨界衰減步幅將取決于CT成像的應 用。在高分辨率的CT系統中，避免環形偽像的臨界衰減步幅可以小于ldB。衰減步幅的幅 度反比于可以獲得的壓縮比。由此，對于需要至少2 1的壓縮比的系統，建議更高的衰減 步幅。已發現，通過使用這里所描述的衰減和編碼技術，可以獲得有效的壓縮，而同時保持 用于醫學成像的高分辨率CT系統的平滑的可重建圖像。優選地，衰減分布向在陣列160的邊緣附近的采樣應用更大的衰減而對陣列中心 附近的采樣應用較低的衰減或者不應用任何衰減，以便保持重建圖像的中心區域的準確 度。當對采樣的衰減得到無損壓縮時，就保持了重建圖像的中心區域的準確度，而同時在外 圍區域中錯誤增加了。對于陣列中的所有行，衰減分布值可以是相同的。優選地，對于陣列 中的不同行或對于不同投射數據組，衰減分布值可以發生變化。通過將采樣乘以和/或移位對應的衰減值，衰減器210應用諸如等式(1)所表示 的那樣的衰減分布214。相乘以及移位允許實現浮點范圍{0.0,1.0}中的分數衰減值。例 如，使用M比特來表示衰減分布的浮點衰減值提供了 {0.0,1.0}范圍內的2M個衰減值。衰 減值自身可以被存儲在存儲器中的查找表內，并且被提供給衰減器210。作為替代，衰減器 210可以通過使用存儲器中所存儲的諸如斜率和分段的終點之類的限定衰減分布214的參 數來計算衰減值。衰減器210的簡單實施例包括將采樣向右移位對應于衰減值的比特的數 目。單獨進行移位會以2為因子來減小采樣的幅度，因為向右移位對應于除以2。當衰減分 布214對應于如等式(1)所示的以2為底數的指數函數時，指數函數y(j)可以被截取或四 舍五入以確定向右移位的總數目。向右移位將移出對應數目的最低位比特，因此減少了用 于表示該采樣的比特數目。對應于衰減值的向右移位的值可以被存儲在查找表中或由衰減器210基于衰減分布214的參數計算出來。編碼器212還減小表示已衰減的采樣的比特數目以產生已壓縮的采樣。編碼器 212可以應用塊浮點編碼、霍夫曼編碼或其他比特分組的方法。作為替代，已衰減的采樣可 以被順序地分組，因為每個采樣的比特數目是采樣索引的已知函數，其由衰減分布來表示。 例如，對于由等式(1)所表示的衰減分布214，第j個采樣的比特數目減少y(j)的四舍五入 值或截取值，從而每個已壓縮的采樣的比特數是已知的，其是采樣索引j的函數。編碼器212可以應用塊浮點編碼。優選的塊浮點編碼將待編碼的采樣的每行劃分 進N_GR0UP采樣的組中并應用以下步驟。對于第一組采樣1)確定具有最大幅度的采樣的指數(底數為2、，諸如通過計算N_GR0UP采樣的 每個組中最大幅度的以2為底數的對數(Iog2)。這指示每個已編碼的采樣的比特數，或n_ exp (0)ο2)使用S個比特來對第一組中的指數n_eXp(0)進行絕對式編碼。3)使用每個采樣n_exp (0)比特來對N_GR0UP采樣進行編碼。對于N_GR0UP采樣 中的第i個組4)確定具有最大幅度的第i個指數(底數為幻，其指示在第i組中每個已編碼的 采樣的比特數，或n_eXp(i)；5)通過從n_eXp (i_l)中減去n_eXp (i)來對第i個指數進行差分編碼，以確定第 i個差分值。使用對應的記號來對第i個差分值進行編碼，其中較短的記號表示更為常見的 差分值而較長的記號表示較不常見的差分值。6)使用每個采樣n_exp (i)個比特來對N_GR0UP中的第i組進行編碼對于第一組采樣，指數11_^ (0)被直接編碼。例如，指數n_eXp(0)可以被如下編 碼，其中S是每個采樣的原始比特數a) 0 n_exp (0) = 0 (所有4個采樣值都是0)b) 1 n_exp (0) =2(每個采樣 2 個比特)c) 2 n_exp (0) =3(每個采樣 3 個比特)d)等等，直到S-I :n_exp (0) = S (每個采樣S個比特)對于第i組，使用前綴碼字對指數n_eXp(i)進行差分編碼，其中沒有任何碼字是 另一碼字的前綴。優選的差分編碼如下1.計算差分e_diff = n_exp(i)-n_exp(i-l)2.如下編碼 e_diff a) 0 e_diff = e (i) _e (i_l)b) 101 e_diff = +1c) 110:e_diff = -1d) 1001 e_diff = +2e) 1110 e_diff = -2f)等等。備選的有損壓縮編碼方法提供對采樣值的尾數和指數的分別編碼。對尾數和指數 分開進行編碼可以提供額外的壓縮并減小有損壓縮錯誤的影響。在該方法中，連續的采樣
15的指數的差值被計算以確定指數差值。該指數緩慢變化，因此被零值字符串分隔開的非零 值相對較少。指數差值可以通過僅僅表示非零差值和它們對應的位置來有效地編碼。位置 可以由對應的索引值來表示或者可以由相對于最后一個非零差差值的位置來表示。對指數 差值進行編碼是無損的，其防止了相對較大的錯誤。對尾數進行編碼可以是有損的。為了對 指數進行解碼，指數值通過對指數差值進行積分并對對應的位置進行解碼來重建得到。當 對尾數進行解碼時，每個已重建的尾數值被限制，從而不改變已解碼的采樣的對應指數的 值。對于已解碼的指數n_eXp，重建的尾數可以具有最大值2n-exp_l。這阻止了來自改變指 數值的尾數中的有損壓縮錯誤。在進行塊浮點或其他編碼之前對已衰減的采樣進行差分編碼可以提供額外的壓 縮。對于差分編碼，壓縮處理器200包括差分算子216，如圖4中所示。該差分算子216計 算已衰減的采樣的第一或更高階差分。差分算子216具有以下選項用于計算差分1)計算相同行(排)的連續的已衰減的采樣之間的差值，或者列與列的差值；2)計算相同組的投射數據中的連續行(排)中的已衰減的采樣之間的差值，或排 與排的差值；3)計算連續的投射數據組或視圖中的對應位置的已衰減的采樣之間的差值。圖5示出對應于不同組的投射數據的已衰減的采樣的兩個陣列A和B的例子。對 于第一個可選選項，差分算子計算相同行或排中連續采樣之間的差值。例如，對于組160a 的第一行，在已衰減的采樣之間計算的差值包括Diff3 = a14-a13(4)Diff2 = a13-a12(5)Diffl = a12-an(6)對于計算相同組的投射數據的不同行中的已衰減的采樣之間的差值，針對陣列A 的例子如下Diffl = [a21 a22 a23 a24. . . ]-[an a12 a13 a14. . . ] (7)Diff2 = [a31 a32 a33 a34. . . ]-[a21 a22 a23 a24. . . ] (8)針對計算不同組的投射數據的對應的已衰減的采樣之間的差值，例子如下Diffl = B-A(9)對于第二階差值，針對各例子，差分算子216計算如下Sdiffl = Diff2-Diffl(10)Sdiff2 = Diff3-Diff2(11)對于第三階差值，針對各例子，差分算子216計算如下Tdiffl = Sdiff2-Sdiffl(12)壓縮控制器220提供控制參數，其配置差分算子216以執行期望的計算。壓縮控 制器220可以響應于用戶輸入201以設置控制參數的值。差值可以被量化到更少比特以實 現額外的特別減少。如上所述，編碼器212應用塊浮點編碼、霍夫曼編碼或其他比特分組方 法(無損或有損)到不同的采樣。圖2和圖4中的比特速率監視器222跟蹤已壓縮采樣中的每個采樣的輸出比特， 以對輸出比特速率進行反饋控制。比特速率監視器222針對一組已壓縮采樣計算每個采樣 的平均比特。將每個已壓縮采樣的平均比特數與期望值或值的范圍進行比較。如果每個已壓縮采樣的平均比特數在該范圍之外，則壓縮控制器220可以調節衰減分布214的參數 以減少或增加每個采樣的輸出比特。例如，參考圖3a，為了減少每個采樣的輸出比特，參數 Ymax可以被增加，使分段的斜率更陡以提供對采樣的增加的衰減。比特速率監視器222可 以計算壓縮性能的其他量度，諸如壓縮比。圖6是示出用于將輸出比特速率反饋控制到目標值的各個元件之間的交互作用 的框圖。比特速率監視器222接收來自編碼器212的已壓縮的比特速率信息，諸如已壓縮 的比特計數和/或采樣計數。每個采樣的比特的計算器221計算針對一組已壓縮采樣的每 個采樣的平均比特數。優選地，該組已壓縮采樣對應于一組投射數據。減法器223從目標 或期望的每個采樣的比特數中減去每個采樣的平均比特數以給出誤差值。定標(scale)因 子225和濾波器227被應用以平滑誤差值。定標因子225的值和濾波器系數可以由用戶來 指定以確定反饋環的響應時間或時間常數。參數計算器2 基于已平滑的誤差值來修改衰 減分布214的參數。在一個方法中，參數計算器2 設置衰減分布214的參數從而每個采 樣的減少的平均比特值近似等于已平滑的誤差值。例如，對于由等式⑴到⑶所表示的 衰減分布214，參數計算器2 調節函數y(j)的參數Ymax和Ymin的值。參考圖3a，該平 均值給出如下mean = (Ymax+Ymin) /2(13)為了讓每個采樣的比特減少數量r，參數Ymax和Ymin可以被調節從而新的均值 mean (2)從老的均值Hiean(I)增加數量r。mean (2) =mean(l)+r(14)= [Ymax(I)+Ymin (l)+2r]/2 (15)等式15示出用于調節Ymax和/或Ymin的三個可選選項以讓均值增加數量r 1)令 Ymax(2) = Ymax(l)+2r and Ymin(2) = Ymin(I) ； (16a)2)令 Ymax (2) = Ymax (l)+r and Ymin (2) = Ymin (l)+r ； (16b)3)令 Ymax(2) = Ymax(I)and Ymin(2) = Ymin(l)+2r ； (16c)可選選項1和3改變指數函數y (j)的分段的斜率。可選選項2在正的方向上移 位指數函數y (j)。用戶可以確定可選選項中的哪一個被用作改變指數函數的參數的規則。 衰減分布214和指數函數的其他參數可以被調節，諸如斜率、y截距值和分段長度。在備選的實施例中，衰減分布214可以相關于圖1中的被掃描對象110的邊界 140a和140b而進行限定。邊界檢測器可以確定在投射數據的陣列160中的每行里的過渡 區150b和150d的邊界采樣。衰減分布214被應用到對應于在對應于過渡區150b和150d 的邊界內的已衰減的χ射線的采樣。對應于空白區域150a和150e的采樣沒有被編碼。作 為替代，邊界的坐標被編碼。優選的邊緣檢測器確定行內的基于邊緣采樣的采樣差分或導數，并在此處被稱為 導數邊緣檢測器。圖7是被應用到陣列160的一行采樣160i的導數邊緣檢測器的框圖。 在圖7中示出的導數邊緣檢測器框圖應用到投射數據，其中對應于空白空間150a和150e 的采樣值大于對應于對象150c的采樣值，圖Ib中的信號150也是這樣。假設，索引從左往 右遞增，從而左邊緣具有較低值的索引而右邊緣具有較高值的索引。針對這種情況，為負數 且足夠大的導數可以指示對應于過渡區150b的左邊緣，而為正數且足夠大的導數可以指 示對應于過渡區150d的右邊緣。差分計算器310計算第i行中的采樣Clij的第一階差分。比較器320a將負差分與負閾值Tneg進行比較，而比較器320b將正差分與正閾值Tp。s進行 比較。組330a包括具有小于負閾值的負差分的候選采樣NDiffiq。組330b包括具有大于 正閾值的正差分的候選采樣PDiffitr低索引選擇器340a確定對應于組330a的候選采樣 NDiffiq的最低索引qmin以指示左邊緣。高索引選擇器340b確定對應于組330b的候選采樣 PDiffiq的最高索引Pmax以指示右邊緣。對于衰減分布214，組下界框350a和組上界框350b 分別確定衰減分布214的下邊界和上邊界。衰減分布214的下邊界和上邊界可以包括附著 到最低索引qmin和最高索引Pmax的空白。下邊界和上邊界被作為參數提供給衰減分布214。 編碼器212還編碼下邊界和上邊界以與已壓縮采樣一起被包括。當對應于空白空間的采樣值小于對應于被成像的對象的投射數據的采樣值時，正 差值和負差值與右邊緣和左邊緣之間的關系是倒過來的。大于正閾值的正差分采樣對應于 左邊緣而小于負閾值的負差分采樣對應于右邊緣。對于圖7中示出的操作，針對負差值的 比較器320a和組330a將提供到高索引選擇器!MOb的輸入，而比較器320b和組330b將提 供到低索引選擇器340a的輸入。同樣，假設索引從左往右遞增。負閾值Tneg和正閾值Tp。s可以像以下這樣迭代地確定1)將初始閾值Tneg和Tp。s設置成具有最大幅度；2)應用比較器320a和320b以分別將負差值與TMg進行比較以及將正差值與Tp。s 進行比較；3)如果候選采樣組330a或330b是空白，則分別減小Tneg或Tp。s的幅度，并且重新 應用步驟2)；4)如果候選采樣組330a或330b不是空白的，則分別用低索引選擇器340a或高索 引選擇器:340b來繼續。導數邊緣檢測器可以被用于需要投射數據中的邊界信息的其他應用。在這種情況 下，組下界塊350a和組上界塊350b將提供邊界信息給其他應用。也可以應用備選的壓縮算 法到邊界之間的投射采樣。例如，對采樣行內邊界之間的采樣的差分編碼可以被有效地實 現，因為已經針對邊緣檢測計算出第一階差分。塊浮點編碼、霍夫曼編碼或其他比特分組可 以被應用到邊界之間的差分采樣。邊界坐標可以被編碼并且與已壓縮的數據一起被包括。圖8是用于后續的圖像重建的解壓縮的框圖。在經由通道240的傳輸和可選的存 儲242之后，解壓縮處理器400在進行圖像重建處理之前對已壓縮的采樣進行解壓縮。圖 像重建處理器430通過使用公知的CT圖像重建算法，用已解壓縮的采樣來計算圖像。重建 的圖像可以在顯示器432上呈現。可選地，在被解壓縮處理器400解壓縮并由圖像重建處 理器430進行圖像形成之前，已壓縮的采樣可以被存儲在存儲設備或數據存儲介質中。解 壓縮控制器420提供壓縮控制參數給解壓縮處理器400。當壓縮控制參數被包括在已壓縮 的數據中時，它們被解壓縮控制器420恢復。解壓縮控制器420可選地接收用戶輸入201。圖8中所描繪的解壓縮處理器400對應于圖4中的應用差分編碼的壓縮處理器 200。解碼器410通過應用塊浮點解碼、霍夫曼解碼或其他適合于編碼器212所應用的編碼 的解分組來，對已壓縮的采樣進行解分組。因為，如針對圖4所描述的，壓縮處理器200包 括差分算子216，所以解分組的采樣對應于已解碼的差分采樣。解壓縮處理器400應用積分 算子416以形成重建的已衰減的采樣。根據以下中的一個，積分算子416應用第一階或高 階積分以反轉差分算子216的操作
1)對相同行或排里的已解碼的差分采樣進行積分以重建連續的已衰減的采樣，或 者逐列地積分；2)對多行中對應位置的已解碼差分采樣進行積分，或者逐行地積分，以重建對應 于相同組的投射數據的連續行的已衰減的采樣；3)對多個陣列的對應位置的已解碼差分采樣進行積分，或者逐陣列地積分，以重 建對應于連續的多組投射數據的已衰減的采樣的陣列。可選地，針對圖2中的不包括差分編碼的壓縮處理器200，解壓縮處理器400將旁 路或不包括積分算子416。解碼器410通過應用塊浮點解碼、霍夫曼解碼或適合于編碼器 212所應用的編碼的其他解分組來對已壓縮的采樣進行解分組。在這種情況下，已解碼的采 樣對應于重建的已衰減的采樣并被輸入到放大器412。放大器412將增益分布414應用到重建的已衰減的采樣以形成解壓縮的采樣。針 對等式(1)中的衰減分布函數g(j)，對應的增益分布函數f(j)是f(j) = 2y(J) y(j) ^O(17)放大器412并不恢復陣列160中的原始采樣值，因為產生自衰減的截取或四舍五 入是不可逆的。因為增益分布f(j)不提供衰減分布g(j)的精確的反轉，所以結果得到的 壓縮/解壓縮是有損的。然而，已解壓縮的采樣具有與原始采樣相同的每個采樣的比特數 以及相同的動態范圍。放大器412通過將重建的已衰減的采樣乘以對應的增益值f(j) ^ 1，來應用諸如 等式(17)中那樣的增益分布414。增益分布414的增益值可以被存儲在存儲器中的查找 表中，并被提供給放大器412。可選地，放大器412可以從表示增益分布414的參數中計算 增益值。放大器412的簡單的實施例包括將采樣向左移位對應于增益值的比特數，并將其 他的最小位比特設置成零或顫振值。向左移位一次對應于乘以2。當f(j)所表示的增益 分布414是底數為2的指數函數時，如等式(17)中那樣，指數函數y(j)可以被截取或四舍 五入以確定向左移位的總數目。對應于增益分布414的向左移位值可以被存儲在查找表中 或由放大器412根據增益分布414的參數計算。可選地，當等式(7)中的值y(j)不是整數 時，y(j)的分數部分可以通過使用乘法器來應用。圖像重建處理器430從已解壓縮的采樣 來重建圖像。當壓縮處理包括限定衰減分布214相對于投射數據的邊緣采樣的邊界時，諸如關 于圖7所描述的那樣，解壓縮處理器400也對與已壓縮的采樣一起被包括的邊界信息進行 解碼。放大器412在重建的已衰減的采樣的合適邊界內應用增益分布414。壓縮處理器200應用簡單的操作，其可以對從DAS 130的ADC輸出的采樣進行實 時壓縮。衰減器210可以包括乘法器、除法器和/或向右移位算子。存儲器中所存儲的查 找表可以提供衰減器210的衰減值。差分算子216包括一個或多個減法器。并行操作的多 個減法器可以逐行地或逐陣列地計算差分。應用塊浮點編碼的編碼器212使用比較器、減 法器和查找表。應用霍夫曼編碼的編碼器212使用查找表來向已衰減的采樣值或差分值分 配碼子。比特速率監視器222和壓縮控制器220使用加法、減法和乘法運算。解壓縮處理 器400應用簡單操作以對已壓縮的采樣進行實時地解壓縮。解碼器410包括查找表和加法 器，用于塊浮點解碼。積分算子416包括一個或多個加法器，用于對已解碼的采樣進行積 分。放大器412可以包括乘法器或向左移位算子。增益分布414的值可以被存儲在存儲器中的查找表里。本發明可以被實現成DAS 130里的壓縮子系統。在用于包括ADC的DAS 130的專 用集成電路(ASIC)中，該壓縮子系統可被集成進ASIC中以對從ADC輸出的采樣進行壓縮。 在備選的實現中，壓縮子系統用分立設備來具體實現，其被耦合到DAS 130里的ADC芯片的 輸出。該設備可以被實現成ASIC、現場可編程門陣列(FPGA)或可編程處理器，諸如數字信 號處理器(DSP)、微處理器、微控制器、多內核CPU(諸如IBM Cell)或者圖形處理單元(GPU， 諸如Nvidia Geforce) 0取決于CT系統的架構，解壓縮子系統可以被合并入圖像重建處理 器的相同設備或不同于圖像重建處理器的設備。解壓縮子系統可以用ASIC、FPGA或現場可 編程處理器來實現。通過使用現有技術中所公知的編程技術，用戶接口可以被集成進CT系 統的控制臺。盡管此處使用與計算X線斷層攝影術的醫學應用有關的例子來描述本發明的各 實施例，但是本發明不局限于醫學應用。本發明的實施例還可以是合適在工業計算X線斷 層攝影術中使用。在工業計算X線斷層攝影系統中，移動目標、X射線源和檢測器陣列的裝 置是針對被測對象的類型來設計的。在對對象進行掃描的期間，對象、χ射線源和檢測器陣 列的相對運動導致若干幅視圖，其生成本發明的實施例可以被應用到其上的投射數據組。盡管已經圖示并描述了本發明的優選實施例，但是很清楚，本發明不是僅局限于 這里的實施例。對于本領域技術人員而言，在不偏離如在權利要求書中所描述的本發明的 精神和范圍的情況下，許多修改、改變、變化、替代和等同是顯然的。
權利要求
1.一種用于在計算X線斷層照相系統中壓縮投射數據的方法，所述計算X線斷層照相 系統包括多個傳感器，所述多個傳感器提供多個傳感器量度以形成一組或多組投射數據， 其中每組投射數據表示投射域的一部分并且包括投射數據采樣的陣列，所述陣列具有至少 一行采樣，其中每個采樣在所述陣列中具有由采樣坐標所指示的位置，所述方法包括設置存儲器中的衰減分布的一個或多個參數，其中所述衰減分布是所述采樣坐標的函 數并且指定多個衰減值，其中所述衰減值小于或等于1 ；根據所述衰減分布來衰減所述陣列的所述采樣，以形成幅度小于或等于所述采樣的原 始幅度的已衰減采樣；以及編碼所述已衰減采樣以形成已壓縮采樣。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述編碼的步驟還包括 對所述已衰減采樣進行塊浮點編碼以形成所述已壓縮采樣。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述編碼的步驟還包括差分編碼，包括 計算相應的已衰減采樣之間的多個差值以形成多個差分采樣；以及對差分采樣進行塊浮點編碼以形成所述已壓縮采樣。
4.根據權利要求3所述的方法，其中計算多個差值的步驟包括以下之一 計算來自所述陣列的每個行的連續的已衰減采樣之間的差值；計算來自所述陣列的連續行的對應位置的已衰減采樣之間的差值；以及 計算來自連續的投射數據組的對應位置的已衰減采樣之間的差值。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述衰減分布包括底數為2的指數函數，所述指數 函數的指數基于采樣坐標并且小于或等于零。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述衰減分布的參數包括向右移位參數，其中所 述衰減的步驟還包括根據所述向右移位參數將相應采樣向右移位η比特，其中η大于或等 于零。
7.根據權利要求1所述的方法，其中用于相應采樣的衰減值小于1，以提供對所述相應 采樣的有損編碼。
8.根據權利要求1所述的方法，其中用于相應采樣的衰減值等于1，以提供對所述相應 采樣的無損編碼。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述衰減分布的參數還包括 與采樣行中的第一邊緣采樣相對應的衰減分布的第一邊界；以及與采樣行中的第二邊緣采樣相對應的衰減分布的第二邊界，其中所述衰減的步驟將所 述衰減分布應用到具有介于所述第一邊界與所述第二邊界之間的采樣坐標的采樣。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述設置的步驟還包括 檢測所述陣列的行中的所述第一邊緣采樣和所述第二邊緣采樣；以及基于所述第一邊緣采樣來確定所述第一邊界，并且基于所述第二邊緣采樣來確定所述 第二邊界。
11.根據權利要求10所述的方法，其中對應于空白空間的投射數據的值小于對應于被 掃描的對象的投射數據的值，其中所述檢測的步驟還包括計算所述陣列的行中的采樣之間的差值； 選擇大于正閾值的差值以形成第一組候選邊緣采樣；選擇小于負閾值的差值以形成第二組候選邊緣采樣；從所述第一組中選擇具有最低采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第一邊緣采樣；以及 從所述第二組中選擇具有最高采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第二邊緣采樣。
12.根據權利要求10所述的方法，其中對應于空白空間的投射數據的值大于對應于被 掃描的對象的投射數據的值，其中所述檢測步驟還包括計算所述陣列的行中的采樣之間的差值； 選擇大于正閾值的差值以形成第一組候選邊緣采樣； 選擇小于負閾值的差值以形成第二組候選邊緣采樣；選擇所述第一組中的具有最高采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第一邊緣采樣；以及 選擇所述第二組中的具有最低采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第二邊緣采樣。
13.根據權利要求1所述的方法，還包括通過調節所述衰減分布的至少一個參數，提 供小于或等于目標比特速率的所述已壓縮采樣的輸出比特速率。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括計算針對多個所述已壓縮采樣的每個已壓縮采樣的平均比特數； 確定所述平均比特數與每個已壓縮采樣的目標比特數之間的誤差；以及 基于所述誤差來調節所述衰減分布的至少一個參數，以將輸出比特速率減少為小于或 等于目標比特速率。
15.根據權利要求1所述的方法，還包括通過所述計算X線斷層照相系統中的滑動環接口中的通信通道來傳輸所述已壓縮采樣。
16.根據權利要求1所述的方法，還包括解壓縮所述已壓縮采樣，所述解壓縮包括 設置存儲器中的增益分布的一個或多個參數，其中所述增益分布對應于所述衰減分布，并且指定作為采樣坐標函數的多個增益值，其中所述增益值大于或等于1 ；對所述已壓縮采樣進行解碼以形成具有相應采樣坐標的重建的已衰減采樣；以及 根據所述增益分布來放大所述重建的已衰減采樣以形成已解壓縮采樣。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述解碼的步驟還包括 對所述已壓縮采樣進行塊浮點解碼。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述解碼步驟提供已解碼差分采樣，所述方法 還包括對相應的已解碼差分采樣進行積分以形成所述重建的已衰減采樣。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述積分還包括以下之一對與每行相對應的已解碼差分采樣進行積分以重建所述行中的連續的已衰減采樣； 對與連續行相對應的已解碼差分采樣進行積分以重建所述連續行的所述已衰減采樣；以及對與連續投射數據組相對應的已解碼差分采樣進行積分以重建所述連續投射數據組 的所述已衰減采樣。
20.根據權利要求16所述的方法，其中所述增益分布包括底數為2的指數函數，所述指 數函數的指數基于采樣坐標并且大于或等于零。
21.根據權利要求16所述的方法，其中所述增益分布的參數包括向左移位參數，其中所述放大的步驟還包括根據所述向左移位參數將相應的重建的已衰減采樣向左移位η比 特，其中η大于或等于零。
22.根據權利要求16所述的方法，其中所述編碼的步驟還包括對與所述衰減分布相 對應的至少一個參數進行編碼，以形成與所述已壓縮采樣一起被包括的已編碼參數，所述 解壓縮的步驟還包括對所述已編碼參數進行解碼以形成已解碼參數；以及基于所述已解碼參數來確定所述增益分布的所述參數中的至少一個。
23.根據權利要求16所述的方法，還包括向圖像重建處理器提供所述已解壓縮采樣， 以用于產生空間域圖像。
24.一種用于在計算X線斷層照相系統中壓縮投射數據的裝置，所述計算X線斷層照相 系統包括多個傳感器，所述多個傳感器提供多個傳感器量度以形成一組或多組投射數據， 其中每組投射數據表示投射域的一部分并且包括投射數據采樣的陣列，所述陣列具有至少 一行采樣，其中每個采樣具有由采樣坐標所指示的在所述陣列中的位置，所述裝置包括壓縮子系統，其被耦合以接收投射數據的采樣，并提供已壓縮采樣給數據傳送接口，所 述壓縮子系統還包括存儲器，其存儲表示衰減分布的一個或多個參數，其中所述衰減分布是所述采樣坐標 的函數并指明多個衰減值，其中所述衰減值小于或等于1 ；衰減器，其耦合到所述存儲器并根據所述衰減分布來衰減所述采樣以形成幅度小于或 等于所述采樣的原始幅度的已衰減采樣；以及編碼器，其編碼所述已衰減采樣以產生所述已壓縮采樣。
25.根據權利要求M所述的裝置，其中所述編碼器還包括塊浮點編碼器，其應用到所述已衰減采樣以形成所述已壓縮采樣。
26.根據權利要求M所述的裝置，所述編碼器還包括差分運算器，其計算相應的已衰減采樣之間的多個差值以形成多個差分采樣；以及塊浮點編碼器，其應用到差分采樣以形成所述已壓縮采樣。
27.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述差分運算器被配置成根據以下之一來計算 所述差值來自所述陣列的每行的連續的已衰減采樣之間的差值；來自所述陣列的連續行 的對應位置的已衰減采樣之間的差值；以及來自連續投射數據組的對應位置的已衰減采樣 之間的差值。
28.根據權利要求M所述的裝置，其中所述衰減分布包括底數為2的指數函數，所述指 數函數的指數基于采樣坐標并且小于或等于零。
29.根據權利要求M所述的裝置，其中所述衰減分布的參數包括向右移位參數，其中 所述衰減器包括移位器，所述移位器根據所述向右移位參數將相應采樣向右移位η比特， 其中η大于或等于零。
30.根據權利要求M所述的裝置，其中用于相應采樣的衰減值小于1，以提供對所述相 應采樣的有損編碼。
31.根據權利要求M所述的裝置，其中用于相應采樣的衰減值等于1，以提供對所述相 應采樣的無損編碼。
32.根據權利要求M所述的裝置，其中所述衰減分布的參數還包括對應于采樣行中的第一邊緣采樣的衰減分布的第一邊界；以及對應于采樣行中的第二邊緣采樣的衰減分布的第二邊界，其中所述衰減器將所述衰減 分布應用到具有介于所述第一邊界與所述第二邊界之間的采樣坐標的采樣。
33.根據權利要求32所述的裝置，其中所述壓縮子系統還包括邊緣檢測器，其被應用到所述陣列的行中的采樣，其中所述邊緣檢測器確定所述采樣 行中的所述第一邊緣采樣和所述第二邊緣采樣，并提供對應的第一邊緣和第二邊緣給所述 衰減器。
34.根據權利要求33所述的裝置，其中對應于空白空間的投射數據的值小于對應于被 掃描的對象的投射數據的值，所述邊緣檢測器還包括差分計算器，其計算所述陣列的行中的采樣之間的多個差值；閾值運算器，其被應用到所述差值，并形成具有大于正閾值的差值的第一組候選邊緣 采樣以及形成具有小于負閾值的差值的第二組候選邊緣采樣；以及邊緣選擇器，其接收所述第一組和所述第二組，其中所述邊緣選擇器選擇所述第一組 中具有最低采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第一邊緣采樣，并選擇所述第二組中的具有 最高采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第二邊緣采樣。
35.根據權利要求33所述的裝置，其中對應于空白空間的投射數據的值大于對應于被 掃描的對象的投射數據的值，其中所述邊緣檢測器還包括差值計算器，其計算所述陣列的行中的采樣之間的多個差值；閾值運算器，其被應用到所述差值，并形成對應于大于正閾值的差值的第一組候選邊 緣采樣以及形成對應于小于負閾值的差值的第二組候選邊緣采樣；以及邊緣選擇器，其接收所述第一組和所述第二組，其中所述邊緣選擇器選擇所述第一組 中的具有最高采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第一邊緣采樣，以及選擇所述第二組中的 具有最低采樣坐標的候選邊緣采樣作為所述第二邊緣采樣。
36.根據權利要求M所述的裝置，還包括反饋控制器，其耦合到所述編碼器和所述存儲器，其中所述反饋控制器調節所述衰減 分布的至少一個參數以提供小于或等于目標比特速率的已壓縮采樣的輸出比特速率。
37.根據權利要求36所述的裝置，其中所述反饋控制器還包括比特速率計算器，其耦合到所述編碼器以針對多個已壓縮采樣確定每個已壓縮采樣的 平均比特數；減法器，其從每個已壓縮采樣的目標比特數中減去所述平均比特數以形成誤差；以及壓縮控制器，其耦合到所述減法器和所述存儲器，所述壓縮控制器基于所述誤差來調 節所述衰減分布的至少一個參數。
38.根據權利要求M所述的裝置，其中所述數據傳送接口包括滑動環接口，所述裝置 還包括緩沖器，其被耦合以從所述編碼器接收所述已壓縮采樣，并提供所述已壓縮采樣給所 述滑動環接口中的通信通道。
39.根據權利要求M所述的裝置，其中所述計算X線斷層照相系統還包括解壓縮子系 統，所述解壓縮子系統從所述數據傳送接口接收所述已壓縮采樣并產生已解壓縮的采樣， 所述解壓縮子系統還包括解碼器，其對所述已壓縮采樣進行解碼以形成具有相應采樣坐標的重建的已衰減采樣；增益分布存儲器，其存儲表示增益分布的一個或多個參數，所述增益分布基于采樣坐 標指明多個增益值，其中所述增益分布對應于所述衰減分布，并且所述增益值大于或等于 1 ；以及放大器，其根據所述增益分布來增大所述重建的已衰減采樣的幅度以形成所述已解壓 縮采樣。
40.根據權利要求39所述的裝置，其中所述解碼器還包括被應用到所述已壓縮采樣的塊浮點解碼器。
41.根據權利要求39所述的裝置，其中所述解碼器還包括塊浮點解碼器，其被應用到所述已壓縮采樣以提供已解碼差分采樣；以及積分運算器，其被應用到對應的已解碼差分采樣以形成所述重建的已衰減采樣。
42.根據權利要求41所述的裝置，其中所述積分運算器被應用以積分所述已解碼差分 采樣以提供以下之一對每行中的已解碼差分采樣進行積分以重建所述行中的連續的已衰 減采樣；對連續行中的已解碼差分采樣進行積分以重建所述已衰減采樣；以及對對應于連 續投射數據組的陣列中的已解碼差分采樣進行積分以重建所述已衰減采樣。
43.根據權利要求39所述的裝置，其中所述增益分布包括底數為2的指數函數，其中指 數是采樣坐標的函數并且所述指數大于或等于零。
44.根據權利要求39所述的裝置，其中所述增益分布的參數包括向左移位參數，其中 所述放大器還包括移位器，其根據所述向左移位參數將相應采樣向左移位η個比特，其中η 大于或等于零。
45.根據權利要求39所述的裝置，其中所述編碼器對所述衰減分布的參數中的至少 一個進行編碼以形成與所述已壓縮采樣一起被包括的已編碼參數，所述解壓縮子系統還包 括解壓縮控制器，其對所述已編碼參數進行解碼以形成已解碼參數，并基于所述已解碼 參數來確定所述增益分布的參數中的至少一個。
46.根據權利要求M所述的裝置，其中所述壓縮子系統是用現場可編程門陣列 (FPGA)、專用集成電路(ASIC)或可編程處理器來實現的。
47.根據權利要求M所述的裝置，其中所述壓縮子系統位于所述計算X線斷層照相系 統的托臺的旋轉單元里。
48.根據權利要求39所述的裝置，其特征在于，所述解壓縮子系統是用現場可編程門 陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或可編程處理器來實現的。
49.根據權利要求39所述的裝置，其中所述解壓縮子系統位于以下之一中所述計算X線斷層照相系統的托臺的靜止單元；以及所述計算X線斷層照相系統的圖像重建處理器。
50.一種用于在計算X線斷層照相系統中壓縮投射數據的方法，所述計算X線斷層照 相系統包括多個傳感器，所述多個傳感器提供多個傳感器量度以便以采樣比特速率形成一 組或多組投射數據，其中每組投射數據表示投射域的一部分并且包括投射數據的采樣的陣 列，所述陣列具有至少一行采樣，其中每個采樣在陣列中具有由采樣坐標指示的位置，所述方法包括設置存儲器中的衰減分布的一個或多個參數，其中所述衰減分布是所述采樣坐標的函 數并指定多個衰減值，其中所述衰減值小于或等于1，并且針對相鄰采樣坐標的衰減值的區 別小于用戶指定的值；根據所述衰減分布衰減所述陣列的所述采樣以形成幅度小于或等于所述采樣的原始 幅度的已衰減采樣；編碼所述已衰減采樣以形成已壓縮采樣；以及通過最大比特速率小于或等于所述采樣比特速率一半的通信通道來傳輸所述已壓縮 采樣。
全文摘要
本發明提供了用于在計算X線斷層照相系統里壓縮投射數據的裝置。該壓縮裝置壓縮投射數據以用于高效的數據傳送和存儲。這種壓縮包括將衰減分布應用到投射數據采樣陣列。該衰減分布是采樣坐標的函數，并確定應用到采樣的衰減值。已衰減的采樣被編碼并被打包以便進行數據傳送。可選地，不同的算子被施加到已衰減采樣，并且差值被編碼。每個已壓縮采樣的平均比特數被監視，并且衰減分布可以被修改以獲得期望的每個壓縮采樣的比特數。在圖像重建處理之前，已壓縮采樣被解壓縮。解壓縮包括對已壓縮采樣進行解碼并將增益分布應用到已解碼采樣以恢復原始動態范圍。
文檔編號A61B6/03GK102149328SQ200980135743
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年9月11日
發明者凌一, 阿爾伯特·W·魏格納 申請人:信飛系統公司