用于计算机层析成像数据的有损压缩和解压缩的方法和系统技术方案

用于CT扫描器数据的压缩器和解压缩器首先执行对个体CT采样值的无损压缩。在该压缩之后，计算压缩率CR。将它与目标压缩率进行比较。如果目标压缩率大于或者等于达到的压缩率，通过削减无损压缩值的位数来执行附加的有损压缩。在这种有损压缩之后在压缩器内立即执行有损解压缩，并且存储解压缩值作为用于压缩器的历史，保持压缩器和解压缩器同步。这允许在实现更高的压缩率的同时获得更好的解压缩数据质量。

【技术实现步骤摘要】
用于计算机层析成像数据的有损压缩和解压缩的方法和系统
本专利技术一般地涉及医学诊断成像和行李成像的技术，特别涉及用于计算机层析成像的方法和设备，其中测量数据在到重建扫描对象的图像的计算机的途中被压缩以及可能被解压缩。
技术介绍
在计算机层析成像（CT）中，在通过来自不同方向（投射）的X射线源的X射线照射的对象的扫描期间，获取原始数据（rawdata）。通过物体被衰减的X射线入射到多个传感器（通道）上，所述多个传感器（通道）被布置在放射线检测器的多个行中。所述多个行通常被称为多个切面（slices）。X射线源和检测器被安装在转动器（rotor）或扫描架（gantry）上。因此，对于每个转动器位置，获得与所述多个切面对应的多个数据矢量（也称为“扇（fan）”或“读数”）。在扫描期间，转动器以角度步幅被转动，每个步幅给出新的读数。在完整的一次转动期间或之后，待检对象（患者）在与转动器平面正交的方向上被移动，并且在许多次转动中积累的数据被合成为一个文件，该文件伴随着用于每个矢量的附加元数据和文件元数据。在具有带有128个切面的640个传感器的示例性CT扫描中，有640*128个通道，并且每次转动可以有2000个读数。因此，每次转动的1亿6千4百万个测量值被获得，每个测量的值被存储作为16位（2字节）的无符号字。由此，每次转动大约有400M字节的数据。转动的次数取决于要被扫描的患者的身材。对于每秒4次转动，数据速率大致为每秒1.6G字节。需要例如大致10～20次转动用于扫描人类头部。如此，生成相当高的数据速率，这进而被传输到中央处理单元以用于重建被扫描的对象图像。因此，能够有效率地压缩到计算机的途中的此数据的压缩方法可以通过减小将数据传输到中央处理单元所需的存储空间和带宽，在CT成像装置的总体操作方面进行改进。作为医学工具的CT成像由于其在医学分析中的益处而被公知，但是同时，由于X射线的使用，CT成像也被公知为对被扫描的人类（或者其他活体对象）有害。为此，为了从造成最小伤害的角度最大化医学益处，规范要求：从扫描获得的有意义的数据不应该被损失。数据损失的来源可能包括由于传输手段的物理限制而通常不可避免的数据损坏以及有损压缩技术。这种传输手段通常确保位错误率低于1,000,000,000,000（10的12次方）分之一，但不是零。对于在CT扫描中经过的并且在以上计算的数据尺寸（4～8G字节），这意味着每几十次扫描中有一次扫描会遭受一个或更多个位的损坏。由于要求不丢失有意义的数据，用于CT图像数据的压缩算法优选地（尽管不是排他地），是无损压缩算法。此外，应使用检错和纠错方案，以便保护免受数据损坏的不幸事件。在本领域中已提出用于CT成像数据的若干种压缩算法。多数这样的算法（如果不是全部的话）由三个主要步骤组成：第一步骤，关于期待的数据进行预测；第二步骤，要被压缩的数据与该预测相比较；以及第三步骤，要被压缩的数据和预测数据之间的差值尽可能有效率地被编码（通常称为熵编码步骤）。在国际专利申请公布WO2011/033381A1中公开了这样的压缩器，由于改进的预测器和进一步改进的编码器，该国际专利申请公布WO2011/033381A1提供了相对高的压缩。为了进一步增大压缩，在美国专利7,852,977B2中公开了有损压缩算法。这种压缩算法去除数据的被认为对于图像重建没有用处的一些特定部分。为了估计数据去除程度，反馈环路被提供以用于测量外出数据速率。滑电环（slipring，电子工程方面）是用于通过转动组件而形成电连接的设备。滑电环也被称为转动电气接口、转动电连接器、集电器、旋转器（swivels）或电旋转接头。滑电环由安装在轴杆上并且与轴杆绝缘的导电环或带构成。从系统的转动部分（诸如发电机的转子）电连接到该滑电环。固定触点或者电刷与滑电环相接触地运行，将电力或信号传送到系统的外部的静态部分。本质上，滑电环是具有横穿旋转接头而不被缠结的能力的电力和通信缆线的等同物。此外，使用非接触数据和电力传输系统，在此也称作滑电环。在US20030185427A1中公开了一个示例。滑电环在CT扫描器中被频繁使用，以便在生成CT原始数据的扫描器的转动器与被用于从该数据重建和显示3D图像的静态中央处理单元之间进行连接。当前的滑电环在其数据吞吐量方面被限于大约每秒10Giga位（10Gbps，其是每秒10的9次方位）。对于一些高分辨率CT扫描，该带宽对于实时地传送原始数据和在静态显示器上显示CT图像是不够的。因此，在虚拟地扩大滑电环的通信容量方面，压缩是有用的。压缩算法根据其定义是取决于其需要压缩的数据的。在本领域中公知，对于任何压缩算法，都存在根本不能被压缩的数据，特别是不能在给定阈值比率以上被压缩的数据。因此，当要被压缩的数据不能以要求的比率压缩时，被设计为取决于总是能够达到的最小压缩率的系统可能不能成功工作。对于采用压缩的CT扫描器尤其如此。在没有对被扫描的对象和通过用CT扫描器对所述对象进行扫描产生的数据的先验知识的情况下，CT扫描器设计将需要假设压缩可能根本不是有效的。因此考虑最坏情况的情形会消除压缩的主要益处——将相对低吞吐量的通信链路用于高带宽通信的能力。
技术实现思路
实施例基于通过引入改进的有损压缩来改进原始CT数据的压缩的目的。另一方面是以几乎独立于数据的预定压缩率压缩该数据。本专利技术的进一步的方面是将损失降低到绝对的所要求的最小值，以便实现期望的压缩率。本专利技术的进一步的方面是压缩器和解压缩器、用于压缩的方法和用于解压缩的方法。这里公开的是用于从旋转数据源（诸如X射线扫描器）通过滑电环向静态目标（诸如中央处理单元）传送数据的示例性的方法和系统。特别地，公开了用于压缩数据的方法、用于解压缩数据的方法、数据压缩器、解压缩器、用于压缩和解压缩数据的系统、具有用于压缩和解压缩数据的系统的滑电环以及具有用于压缩和解压缩数据的系统的CT扫描器。公开一种压缩滑电环系统，包括：压缩器，位于连接到数据生成器的转动平台上，所述压缩器从该数据生成器接收数据；滑电环，在所述转动平台和静态平台之间被分割并且在所述转动平台和所述静态平台之间被连接；以及解压缩器，位于所述静态平台上，所述静态平台经由通信网络连接到目标。用于压缩滑电环系统的压缩器可以包括这里公开的任何特征。用于压缩滑电环系统的解压缩器可以包括这里公开的任何特征。包括压缩滑电环系统的CT扫描器可以包括这里公开的任何特征。在此，数据生成器是信号接收机从X射线检测器接收的模拟信号的数字采样器，有时也被称为数据获取系统（DAS）。在此，对于可以用16位表示的表示一个检测器单元的一个X射线检测器采样的值，使用术语“采样”。采样也可以被称为像素。一般来说，实施例与现有技术区别在于，将衰减逻辑部件更深地插入到压缩器自身中，从而降低反馈环路的长度并且消除在能够在没有损失时达到期望的压缩率的情况下对损失的需要。基本上，有损数据压缩器使用无损压缩算法。在WO2011/033381中公开了这种无损压缩算法，在此将WO2011/033381以引用方式包含在本文中。无损压缩算法可以包括以下步骤：1）从如CT扫描器的数据源输入采样；2）选择用于预测数据的模型，优选地基于历史；3）计算接收到的数据与模型之间的差值D=S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压缩来自CT扫描器的原始CT数据的方法，该方法包括以下步骤：a）输入来自CT扫描器的数据；b）基于历史选择用于预测数据的模型；c）计算接收的数据与模型之间的差值D；d）比较实际压缩率与目标压缩率；e）如果实际压缩率小于目标压缩率，则执行有损压缩，所述有损压缩包括：e.a）计算有损差值D‘；e.b）根据有损差值D‘计算重建近似值S‘‘；e.c）在历史中存储近似值S‘‘；f)如果步骤e）被跳过，则对D进行编码，否则对D‘进行编码；g)如果步骤e）被跳过，则输出差值D的压缩值，否则输出有损差值D‘的压缩值。

【技术特征摘要】
2012.05.11 EP 12167757.9;2012.05.19 US 13/475,9601.一种用于压缩来自CT扫描器的原始CT数据的方法，该方法包括以下步骤：a)输入来自CT扫描器的数据；b)基于历史选择用于预测数据的模型；c)计算接收的数据与模型之间的差值D；d)比较实际压缩率与目标压缩率；e)如果实际压缩率小于目标压缩率，则执行有损压缩，所述有损压缩包括：e.a)计算有损差值D‘；e.b)根据有损差值D‘计算重建近似值S“；e.c)在历史中存储近似值S“；f)如果步骤e)被跳过，则对D进行编码，否则对D‘进行编码；g)如果步骤e)被跳过，则输出差值D的压缩值，否则输出有损差值D‘的压缩值。2.如权利要求1所述的方法，其中步骤d)包含以下步骤：d.a)计算编码的尺寸；d.b)计算编码尺寸的移动平均值；d.c)计算需要削减的位数。3.如权利要求2所述的方法，其中在步骤d.c)中，需要削减的位数是通过将编码尺寸的移动平均值与目标编码尺寸进行比较而被计算的。4.如权利要求2所述的方法，其中在步骤d.c)中，需要削减的位数对于预定数量的采样是被预定义的。5.如权利要求1所述的方法，其中步骤e)包括以下步骤：e.a)通过从差值D去除R位，计算有损差值D‘；e.b)用R个预定的最低有效位填充有损差值D‘；e.c)通过使有损差值D‘与基于历史的参考值H相加，计算第一近似值S‘；e.d)根据第一近似值S‘计算经过溢出处理的值S“；e.e)将S“存储在历史中。6.如权利要求5所述的方法，其中步骤e.d)包括以下步骤：e.d.a)如果S‘的MSB＝“0”，则通过从S‘去除该MSB计算S“；e.d.b)如果S‘的MSB＜＞“0”并且D‘＞＝0，则将S“设定为预定的最大采样值；e.d.c)如果S‘的MSB＜＞“0”并且D‘＜0，则将S“设定为零。7.一种用于解压缩来自CT扫描器的原始CT数据的方法，该方法包括以下步骤：a)输入差值；b)如果该差值是有损压缩值D‘，则：b.a)用R个预定的最低有效位填充D‘；b.b)通过使D‘与基于历史的参考值H相加，计算第一近似值S‘；b.c)通过对S‘进行溢出处理，根据S‘计算近似值S“；c)输出S“的解压缩值，并且将其存储在所述历史中。8.如权利要求7所述的方法，其中步骤b)包括以下步骤：b.a)用R个预定的最低有效位填充D‘；b.b)通过使D‘与基于历史的参考值H相加，计算第一近似值S‘；b.c)如果S‘的MSB＝“0”，则通过从S‘中去除该MSB来计算S“；b.d)如果S‘的MSB＜＞“0”并且D‘＞＝0，则将S“设定为预定的最大采样值；b.e)如果S‘的MSB＜＞“0”并且D‘<0，则将S“设定为零。9.一种用于压缩来自CT扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·肯普弗，
申请(专利权)人：X环技术有限公司，
类型：发明
国别省市：