多能量成像的利记博彩app
【专利摘要】一种方法包括针对在被扫描结构中的不同材料组分生成界标，以及使用所述界标来执行无射束硬化伪迹的图像域的材料分离和量化，其中，界标表示在多能量亨氏单位空间中通过射束硬化而失真的材料组分的位置。
【专利说明】多能量成像
【技术领域】
[0001]下文总体上涉及多能量成像，并且关于对计算机断层摄影(CT)的具体应用加以描述；然而，下文也可处理其他成像模态。
【背景技术】
[0002]在双能量CT成像中，由于射束硬化效应，非水材料的亨氏单位(HU)依赖于被扫描物体的尺寸和组分可以具有不同的值。因此，特定材料如碘造影剤在双能量HU-HU平面上的位置可以变化并且依赖于患者的组分和尺寸。这ー现象可以劣化对患者内材料的分类和量化。在下文中提出了两种方法来减少这种劣化。
[0003]R.Carmi, G.Naveh 和 A.Altman 在 IEEE Nuclear Science Symposiumrecords (2005) “Material separation with dual layer CT”中提出 了基于针对姆个图像像素计算平均射束硬化因数来在图像域中进行校正。以上提及的不稳定性敏感地依赖于射束硬化和所考虑的材料(例如碘)的能量衰减曲线之间的相互影响。这ー图像域方法没有考虑这ー相互影响，并且，因此遗憾地具有有限的精确性和鲁棒性。
[0004]R.E.Alvarez 和 A.Macovski 于 Phys.Med.Bio1.21, 733 (1976)中提出 了一种双基础模型，其包括将投影域内的衰减系数分解为由散射和光电效应吸收所导致的两个分量。根据这ー模型，不同材料的衰减能量依赖曲线被表示为联合针对所有材料的散射和光电效应曲线的线性组合。遗憾的是，这ー近似的有限的精确性，结合射束硬化，限制了这一方法的精确性和鲁棒性。
[0005]图1、图2和图3图示了后一方法的有限的精确性可以如何导致射束硬化失真。对于这ー范例，两个仿真体模，肝脏体模102 (图1)以及肝脏与胸腔体模202 (图2)，包括在肝脏器官106和206中的相同浓度的碘104和204。以80和140kVp模拟这些体模的单个切片圆形扫描，随后进行基于水的校正以及针对水的散射和光电效应分量的投影域分解。注意到，模拟的结果酷似或者类似于通过执行实际扫描而将获得的結果。
[0006]图3示出了在双能量散射/光电效应HU-HU平面300上针对两个不同材料所产生的碘溶液位置。在图3中，y轴302表示散射HU，并且x轴304表示光电效应HU。当将双基础模型应用于在相关能量范围内具有K边缘的碘时内含的近似具有有限的精确性。由于这ー有限的精确性，结合射束硬化失真，尽管碘点306和308具有相同的浓度，但是碘点306和308位于对于两个不同的体模102和202的不同的(X，y)坐标。考虑到至少上述内容，对降低这种射束硬化失真的用于处理多能量成像数据的其他方法的需要仍未得到解決。
【发明内容】
[0007]本申请的各方面解决了以上提及的问题和其他问题。
[0008]根据ー个方面，ー种方法包括针对在被扫描结构中的不同材料组分生成界标，其中界标表示在多能量亨氏单位空间中通过射束硬化失真的材料组分的位置，以及使用所述界标来执行图像域的材料分离和量化。[0009]在另一方面中，一种系统包括线积分计算器，其被配置为基于被分解为至少两个不同分量的所收集的线积分、感兴趣材料的人工路径长度、所述感兴趣材料的衰减曲线、以及多能量处的多色谱来计算线积分。所述系统进ー步包括分解器，其将所述所收集的线积分以及由所述线积分计算器计算出的所述线积分分解为至少两个不同的分量。所述系统进一歩包括位移向量确定器，其从所述经分解的计算出的线积分分量中减去经分解的所收集的线积分分量，生成差分经分解线积分分量。所述系统进ー步包括位移向量确定器，其将所述差分经分解线积分分量除以所述人工路径长度。所述系统进ー步包括反投影器，其将所述差分经分解线积分分量进行反投影。该系统进ー步包括缩放器，其将所述经反投影的差分经分解线积分分量缩放为亨氏单位，生成界标。界标表示在多能量亨氏单位空间中通过射束硬化失真的材料组分的位置。
[0010]在另一方面中，ー种被编码具有计算机可读指令的计算机可读存储介质，在由计算系统的处理器执行所述计算机可读指令时，其使得所述处理器:利用从所述所收集的线积分经分解分量中重建的所述图像以及所述计算出的界标，来执行基本上无射束硬化伪迹的图像域的材料分离和量化。
[0011]在阅读和理解以下详细描述的情况下，本领域技术人员将意识到本发明的还存在的其他方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本发明可采取各种部件和部件布置的形式，以及采取各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不被解释为限制本发明。
[0013]图1、图2和图3图示了与现有技术的双基础分解方法有关的射束硬化伪迹。
[0014]图4示意性图示了与界标确定器有关的范例成像系统。
[0015]图5图示了界标确定器的范例。
[0016]图6、图7和图8图示了根据在本文中描述的界标方法的范例。
[0017]图9图示了计算出的投影读数和界标之间的关系。
[0018]图10图示了用于产生和使用界标的范例方法。
【具体实施方式】
[0019]图4图示了范例谱成像系统400，诸如，谱计算机断层摄影(CT)系统。
[0020]成像系统400包括通常固定的机架402和由该固定机架402旋转支撑的旋转机架404。旋转机架404围绕检查区域406关于纵轴或者z轴旋转。
[0021]辐射源408 (诸如，X-射线管)由旋转机架404支撑并且发射辐射，准直所述辐射以产生通常锥形、扇形、楔形、或者其他形状的辐射束，所述辐射束横穿检查区域406以及被安置于其中的对象或者物体的一部分。辐射源408被配置为在至少两个不同的峰值发射谱(例如，80kVp与140kVp)之间进行切換，以进行扫描。在另ー实施例中，系统400可以额外地或者备选地包括多个源408，其中的ー个或多个源408可能被配置为或者可能不被配置为用于kVp切換。
[0022]辐射敏感探测器阵列410包括一维或者ニ维探测器阵列，其被配置为探测横穿检查区域406的辐射，并产生指示所述辐射的电信号。所述探测器可包括常规的探測器或者能量分辨谱探測器，诸如，多层探测器(其中，每ー层被配置为探测与不同的预定能量范围对应的光子)、光子计数探測器、和/或其他谱探测器。当阵列410被配置有谱探测器时，源408可以备选地为单个非kVp切换源408。
[0023]诸如卧榻的对象支架412支撑检查区域406中的人类或动物患者或者物体。对象支架412是能够与扫描协同移动的，以便相对于检查区域406导引对象或者物体。
[0024]通用目的计算机用作操作者控制台414。控制台414包括诸如监视器或者显示器的人类可读输出设备以及诸如键盘和鼠标的输入设备。控制台414上的常驻软件允许操作者经由图形用户界面(GUI)或者以其他方式来与系统400交互，用于控制系统400。
[0025]投影域降噪器418能够用于对线积分降噪。在一个实例中，这可以改善SNR。适当的降噪算法包括但不限于，全变差最小化算法。在另ー实施例中，省略投影域降噪器418。
[0026]分解器420基于在不同能量处的多色谱将所收集的线积分分解为至少两个分量。在图示的实施例中，分解器420被配置为基于预先计算出的查找表(LUT)将线积分分解为光电效应分量和散射分量。在另ー实施例中，分解器420能够被配置为将信号分解为其他分量，诸如，水和优维显(Ultravist)、水和骨、和/或其他分解結果。
[0027]重建器422将经分解的线积分重建为图像。在一个实例中，这包括将光电效应分量和散射分量単独地和/或以组合方式地进行重建。
[0028]图像域降噪器424能够用于在图像域中对重建图像进行降噪。同样地，适当的降噪算法包括但不限于，全变差最小化算法。在另ー实施例中，省略图像域降噪器424。
[0029]将意识到，分解器420执行常规的双基础模型投影域分解。
[0030]界标确定器426针对在多能量HU空间上的不同材料的位置来确定界标或者点。一旦适当地考虑特定扫描物体收集数据以及图像像素位置，就能够明确定义这种界标。如下文中更加详细描述的，界标确定器426基于人工加入沿线积分的材料的恒定路径长度来确定界标。
[0031]通常，每个界标预测针对像素的測量点，如果仅在这ー像素的位置处的真实的物体组分已经被材料替代，则已经获得所述测量点。考虑本身依赖于特定的患者尺寸和形状的实际的射束硬化，完成这ー计算。因此，界标能够用作參考点，用于降低在材料的分离和量化期间的射束硬化影响。
[0032]数据分析器428被配置为基于所确定的界标来执行图像域材料分离和/或量化。这种分析基本上是无射束硬化失真的。数据分析器428输出的范例包括碘图，其示出了在被扫描结构中的碘浓度。
[0033]将意识到，能够经由一个或多个处理器来实现投影域降噪器418、分解器420、重建器422、图像域降噪器424、界标确定器426、或数据分析器428中的ー个或多个，所述处理器执行被嵌入或者被编码到诸如物理存储器的计算机可读存储介质中的一个或者多个计算机可读和/或可执行指令。另外或者作为备选，该ー个或多个处理器能够执行信号介质中承载的指令。
[0034]图5图示了界标确定器426的范例。
[0035]线积分计算器504基于经分解的所收集的线积分、适当的材料组分衰减曲线、以及在不同能量处的多色谱来计算线积分，所述线积分沿所收集的线积分加入材料的人工恒定路径长度。[0036]分解器506基于在不同能量处的多色谱将加入了人为恒定路径而获得的线积分分解为至少两个分量。在图示的实施例中，分解器506被配置为基于由分解器420 (图4)使用的预先计算出的查找表(LUT)，将线积分分解为光电效应分量和散射分量。
[0037]位移向量确定器508确定在经分解的所收集的线积分与通过506加入人为恒定路径而计算出的经分解的线积分之间的位移向量。在一个实例中，这包括确定与光电效应对应的线积分之间的差(例如，相減)，以及确定与散射对应的线积分之间的差。在图示的实施例中，位移向量确定器也将通过相减获得的差除以在504中使用的材料的恒定路径长度。
[0038]反投影器510将线积分进行反投影。在一个实例中，这包括将线积分反投影至用于角平均的过程网格(例如，~40_的像素尺寸)
[0039]缩放器512将反投影的图像缩放至亨氏单位，获得界标。能够使用图像的像素的子矩阵来计算该界标，并且能够使用其他插值技术来生成界标，用于维持图像的像素。
[0040]下文提供了对由分解器420和重建器422执行的双基础模型(TBM)的范例描述。
[0041]每个感兴趣材料的能量依赖衰减曲线能够被近似为水的光电和散射机制的衰减曲线的线性组合，如在方程I中所示:
[0042]方程1:
[0043]
【权利要求】
1.ー种方法，包括: 针对在被扫描结构中的不同材料组分生成界标，其中，界标表示在多能量亨氏单位空间中通过射束硬化而失真的材料组分的位置；以及使用所述界标来执行图像域的材料分离和量化。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述图像域的材料分离和量化基本上没有射束硬化伪迹。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，生成所述界标，包括: 基于被分解为至少两个不同分量的所收集的线积分、被加入到与所述所收集的线积分相对应的射线路径中的感兴趣材料的人工路径长度、所述感兴趣材料的裳减曲线、以及在所述多能量处的多色谱来计算线积分；以及基于计算出的线积分来生成所述界标。
4.如权利要求3所述的方法，生成所述界标，还包括: 通过从在将所述感兴趣材料的所述人工路径长度加入到与所收集的线积分相对应的所述射线路径中之后计算出的所述线积分的所述经分解分量中减去所述所收集的线积分的所述经分解分量，确定差分线积分；以及基于所述差分线积分来生成所述界标。
5.如权利要求4所述的方法，生成所述界标，还包括: 将所述差分线积分除以额外的人工路径长度；以及 对除以所述额外的人工路径 长度的所述差分线积分进行反投影，生成所述界标。
6.如权利要求5所述的方法，所述反投影，包括: 执行角平均。
7.如权利要求5-6中的任一项所述的方法,还包括: 将经反投影的差分线积分缩放至亨氏单位，生成所述界标。
8.如权利要求5-7中的任一项所述的方法，其中，所述反投影包括采用迭代重建，所述迭代重建使用估计的反投影权重。
9.如权利要求3-8中的任一项所述的方法，生成所述界标，还包括:将所述所收集的线积分分解为至少两个不同的分量。
10.如权利要求3-9中的任一项所述的方法，其中，经分解的所收集的线积分的所述不同分量和计算用于找到所述界标的经分解的线积分的所述不同分量两者都包括散射分量和光电效应分量。
11.如权利要求3-9中的任一项所述的方法，其中，所述经分解的所收集的线积分的所述不同分量和计算用于找到所述界标的所述经分解的线积分的所述不同分量两者都包括水分量或者造影剤分量。
12.如权利要求3-9中的任一项所述的方法，其中，所述经分解的所收集的线积分的所述不同分量和计算用于找到所述界标的所述经分解的线积分的所述不同分量两者都包括水分量或者韩分量。
13.如权利要求1-12中的任一项所述的方法，还包括: 针对图像的像素的子集生成所述界标；以及 基于所述生成的界标通过插值来得到所述图像的其他像素的界标。
14.一种系统,包括: 线积分计算器(504)，其被配置为基于被分解为至少两个不同分量的所收集的线积分、感兴趣材料的人工路径长度、所述感兴趣材料的衰减曲线、在多能量处的多色谱、以及探測器谱响应率来计算线积分； 分解器(506)，其将计算出的线积分分解为至少两个不同分量； 位移向量确定器(508)，其从经分解的计算出的线积分分量中减去经分解的所收集的线积分分量，生成差分经分解的线积分分量； 位移向量确定器(508)，其将所述差分经分解的线积分分量除以所述人工路径长度； 反投影器(510)，其对所述差分经分解的线积分分量进行反投影；以及 缩放器(512)，其将经反投影的差分经分解的线积分分量缩放为亨氏单位，生成界标， 其中，界标表示在多能量亨氏单位空间中通过射束硬化而失真的材料组分的位置。
15. 如权利要求14所述的系统，还包括: 数据分析器(428)，其基于重建的图像数据和所述界标来执行图像域的材料分离和量化。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述图像域的材料分离和量化没有射束硬化伪迹。
17.如权利要求14-16中的任一项所述的系统，其中，所述至少两个不同的分量包括散射分量和光电效应分量。
18.如权利要求14-17中的任一项所述的系统，其中，所述线积分计算器(504)通过将所述人工路径长度加入穿过所述所收集的线积分的不同材料的路径中来计算所述线积分。
19.如权利要求14-17中的任一项所述的系统，其中，所述背照投影器针对图像的像素的子集生成所述界标，并且通过向所述生成的界标进行插值来确定针对所述图像的其他像素的界标。
20.ー种利用计算机可读指令编码的计算机可读存储介质，当由计算系统的处理器执行所述计算机可读指令时，使得所述处理器: 利用从所收集的线积分经分解分量中重建的图像以及计算出的界标来执行基本上无射束硬化伪迹的图像域的材料分离和量化。
【文档编号】G06T11/00GK103493101SQ201280020383
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】G·谢克特 申请人:皇家飞利浦有限公司