具有多個能窗的計算機斷層攝影中的數據處理和分析的製作方法

2023-06-06 02:05:06 4

專利名稱：具有多個能窗的計算機斷層攝影中的數據處理和分析的製作方法
技術領域：
本發明涉及由x射線計算機斷層攝影(CT)和用於提供光譜信息 的其它系統所生成數據的分析，並且更具體地涉及使用該系統來確定
被檢查對象的物質成分。它特別適用於醫學成像；並且還適用於無損 測試和分析、安全應用以及物質分解能力有用的其它應用場合。
背景技術：
計算機斷層攝影(CT)掃描儀生成用於指示被檢査對象的x射線 衰減的圖像。CT掃描儀中採用的x射線管典型地產生具有單個、相 對較寬能譜的x射線。類似地，如果有的話，該系統中採用的檢測器 典型地提供與檢測到的輻射的能譜相關的有限信息。雖然這些掃描儀 提供了與被檢查對象的內部結構相關的有價值的信息，但是它們提供 關於對象的物質成分的信息的能力有限，尤其是在不同的化合物具有 類似的輻射衰減的情況下。
確定被檢查對象的物質成分的能力具有各種各樣的應用。在醫學 領域中，這些包括冠狀動脈鈣化和軟斑的分析和分類、頸和頭部動脈 的分析和分割(區分骨骼和血管)、分析和分割外周動脈疾病、充碘內 腔和血管壁之間造影劑的一般增強、灌注研究的量化、幾乎所有身體 部分中的多組織鑑別和分析、以及作為分子功能成像示蹤劑的少量重 物質的成像。
因為不同的化合物能夠以不同的方式改變衰減的輻射光譜，因 此，所以已經建議雙能掃描作為用於提高物質分離能力的技術。該想 法是利用兩種或多種不同的x射線光譜進行掃描，或者使用提供光譜 信息的檢測器來獲取數據。參見"Evaluation of a Prototype Dual-Energy Computed Tomographic Apparatus, I.Phantom Studies" ， W.A. Kalender等人，Phys.13(3)， 334-339頁(1986); "Evaluation of a Prototype Dual-Energy Computed Tomographic Apparatus, II.Determination of vertebral bone mineral content" ， J.R. Vetter等人,Phys.l3(3),340-343頁 (1986); "Technology and image results of a spectral CT system", B丄Heismann等人，SPIE proceedings Vol.5368(2004年5月)，52-59頁； 以及"Dual Kvp Material Decomposition Using Flat-Panel Detectors"， D.Walter等人，SPIE proceedings Vol.5368(2004年5月)，29-39頁。
一種用於獲得具有多個能量通道或能窗的數據的技術是指在連 續幀中將x射線管的電壓在多個值(例如140kv和80kv)之間切換。另 一種技術是在x射線管後設置輻射濾波器，其中該濾波器在連續幀中 交替。另一種技術使用多能量檢測器；再一種技術使用光子計數檢測 器。參見美國公幵的Acharya等人的專利申請No.20040022359，其發 明名稱為 "Method, System and Computer Product for Plaque Characterization ";以及美國公開的Iatrou等人的專利申請 No.20040136491,其發明名稱為"Methods and Systems for Detecting Components of Plaque ，，。
一種用於處理雙能CT數據的策略在重建步驟之前已經對投影測 量進行了物質分解。第二種策略已經用於對利用每個能窗所重建的圖 像進行後處理操作。參見"Energy-selective Reconstruction in X-ray Computerized Tomography" ， R.E. Alvarez禾口 A.Macovski， Phys. Med. Biol.21, 733(1976)。
第一種策略通常基於分解為兩種基本物質(例如軟組織和骨骼)。 理論上，可以看出具有兩個能窗的掃描足以將所有物質表示為兩種已 知選擇的物質的組合。但是，在預重建階段的數據分析更加複雜，並 且如果在掃描的對象中出現許多不同的物質，那麼該數據分析不一定 健壯。而且，如果掃描的對象中的物質在相關能窗中或者在相關能窗 附近具有吸收限(例如碘，其在大約33kev處具有K吸收限)，那麼通 常在該分析中使用的理論模型不精確。
後處理策略通常包括第三圖像，所述第三圖像是通過對由兩個能 窗生成的圖像進行減法運算產生的。該差值圖像一直被用來產生某種
7增強或物質分解等價物，例如通過使用另外的特殊校準。參見美國公
開的Acharya等人的專利申請No.20040022359，其發明名稱為 "Method, System and Computer Product for Plaque Characterization"; 以及美國公開的Iatrou等人的專利申請No.20040136491，其發明名稱 為"Methods and Systems for Detecting Components of Plaque "。
雖然後處理技術通常比預處理分析更簡單以及更健壯，但是它對 射束硬化效應更加敏感。另外，兩個能窗的圖像的相減不一定給出了 最優的解決方案。

發明內容
本發明的多個方面都致力於解決這些問題和其它問題。
根據本發明的一個方面， 一種方法包括接收第一數據，其中所述 第一數據指示在第一能譜下的體空間中的位置的輻射衰減；接收第二 數據，其中所述第二數據指示在第二能譜下的所述體空間中的所述位 置的輻射衰減；根據所述體空間中的所述位置在衰減空間中的位置來 確定它的物質成分；以及生成指示物質成分的圖像。對於多個位置， 重複接收第一數據的步驟、接收第二數據的步驟、以及分類的步驟。
根據本發明的限制方面，該方法包括基於在所述第一能譜下的 所述體空間中的多個位置的輻射衰減來執行第一多色校正；以及基於 在所述第二能譜下的所述體空間中的多個位置的輻射衰減來執行第 二多色校正。所述多色校正生成在所述第一能譜下的所述體空間中的 所述位置的第一校正的輻射衰減，以及所述多色校正生成在所述第二 能譜下的所述體空間中的所述位置的第二校正的輻射衰減。所述接收 第一數據的步驟包括接收所述第一校正的輻射衰減，而所述接收第二 數據的歩驟包括接收所述第二校正的輻射衰減。
根據本發明的更加限制的方面，所述執行第一多色校正的步驟包 括生成第一衰減映射。所述執行第二多色校正的步驟包括生成第二衰 減映射。
根據本發明的限制方面，所述確定的步驟包括將所述位置分類為 包含至少第一和第二物質中的一種。根據本發明的更加限制的方面，所述物質中的一種是混合物質或 不確定物質。該方法還可以包括將所述位置分類為包含至少骨骼和造 影劑中的一種。
根據本發明的限制方面，所述生成圖像的步驟包括根據函數 i^/Cu,，M,)生成所述體空間中的多個位置的圖像數據，其中P是所述
圖像數據，^是輻射衰減，M是物質成分，而l是所述體空間中的位置。
根據本發明的更加限制的方面，所述輻射衰減p是在所述第一能 譜下的所述輻射衰減和在所述第二能譜下的所述輻射衰減的合成。
根據本發明的限制方面，所述生成的步驟包括生成圖像，該圖像 包括在其上疊加了所述物質成分的所述體空間中的多個位置的輻射 衰減。
根據本發明的限制方面，該方法包括接收計算機斷層攝影掃描數 據，其指示沿著穿過處於所述第一能譜下的對象的多個投影的輻射衰 減；接收計算機斷層攝影掃描數據，其指示沿著穿過處於所述第二能 譜下的所述對象的多個投影的輻射衰減；重建所述第一能量的所述掃 描數據，以生成用於指示在所述第一能譜下的所述體空間中的多個位 置處的所述對象的輻射衰減的數據；以及重建所述第二能量的所述掃 描數據，以生成用於指示在所述第二能譜下的所述體空間中的多個位 置處的所述對象的輻射衰減的數據。
根據本發明的另一限制方面，所述確定的步驟包括根據函數 M產y^l/,ki2/)來確定物質成分，其中M是所述物質成分，pl是在所述 第一能譜下的輻射衰減，P是在所述第二能譜下的輻射衰減，而1 是所述體空間中的位置。
根據本發明的另一限制方面，所述體空間是二維的。 根據本發明的另一限制方面，所述第一和第二能譜重疊。 根據本發明的另一方面， 一種方法包括根據物質分類函數 M1=f(u1, u2l...un1)對計算機斷層攝影圖像空間中的多個位置進行分 類，其中M是物質，n是能譜的數量，p是在能譜n下的輻射衰減， 而1是圖像空間中的位置，並且以人可讀的形式呈現所述分類結果。N大於或等於2。
根據本發明的限制方面，所述對計算機斷層攝影圖像空間中的多 個位置進行分類的步驟包括根據圖像空間中的每個位置在n維衰減 空間中的位置來對所述圖像空間中的每個位置進行分類。
根據本發明的另一限制方面，該方法包括對所述圖像空間中的所 述多個位置執行多色校正，以在每個能譜下生成校正的輻射衰減，以 及包括使用所述校正的輻射衰減來對所述多個位置進行分類。
根據本發明的更加限制的方面，執行多色校正的步驟包括生成每 個能譜n的衰減映射。
根據本發明的另一限制方面，呈現分類結果的步驟包括根據函數 /^/(//,，M,)生成所述多個位置的圖像數據，其中P是所述圖像數據， p是輻射衰減，而M是物質。
根據本發明的更加限制的方面，該方法包括生成圖像，該圖像包 括其上疊加有所述分類結果的輻射衰減。
根據本發明的另一限制方面，A是基於檢測的光子的計數的衰
減，而Kl2是基於檢測的光子的能量的積分的衰減。
本領域技術人員在閱讀後附權利要求之後將意識到本發明的其 它方面。


圖1示出了計算機斷層攝影掃描儀和數據處理；
圖2示出了建立物質分類函數的步驟；
圖3是一般圓柱形的人體模型的端視圖4示出了二維衰減空間；
圖5示出了執行後處理多色校正的步驟；
圖6示出了在體空間中的投影；
圖7示出了雙層CT檢測器；以及
圖8示出了確定物質分類的步驟。
具體實施方式
參照圖1，計算機斷層攝影(CT)掃描儀10提供了多個能譜E1、 E2、…、En中的每一個的CT數據40,、 402、…、40n。
示例性掃描儀10包括圍繞檢査區域14旋轉的旋轉機架18。該 機架18支撐諸如x射線管之類的x射線源12。該機架18還支撐x 射線敏感檢測器20，其對著檢査區域14的相對側上的圓弧。x射線 源12產生的x射線橫向穿過(traverse)檢查區域14並由檢測器20 檢測。相應地，掃描儀10生成掃描數據，該掃描數據指示沿著穿過 設置在檢查區域的對象的多個投影的輻射衰減。
諸如躺椅之類的支架16支撐檢查區域14中的病人或其它對象。 病人支架16優選可在z方向上移動。在螺旋掃描中，同時調整支架 16和機架18的移動，以使得x射線源12和檢測器20相對於病人橫 向穿過通常為螺旋形的路徑。
在多層掃描儀的情況下，檢測器20包括沿z方向延伸的兩行或 多行檢測器。取決於掃描儀10和檢測器20的結構，x射線源12生 成通常為扇形、楔形或錐形的輻射束。而且，還可以實現所謂的第四 代掃描儀結構，其中檢測器20跨越360度的弧度，並在x射線源12 旋轉時保持靜止。
在一個實施例中，檢測器20包括多層檢測器，例如在Levene等 人於2005年4月26日提交的美國申請序列號為No.60/674905的 "Improved detector Array for Spectral CT"中公開的檢測器，其內容 清楚地併入這裡作為參考。檢測器20提供了兩個能譜E,、 E2中的每 一個的掃描數據。假設x射線管的電壓為140kv，那麼這兩個能譜大 致以70kev和卯kev為中心。
雖然通常通過增加能譜Ei、 E2.....En之間的間隔、減小光
譜的寬度、以及減小它們之間的重疊來實現改進的物質分離，但是本
領域技術人員應該意識到這些不是影響整個系統性能的僅有因素。
相應地，特定場合的CT掃描儀10的結構以及用於獲得光譜信息的
技術的選擇(例如，改變源電壓、濾波、多能量檢測器、光子計數檢 測器等)可能受多個因素的影響，並最終根據該多個因素的結果來選 擇。繼續參照圖l，能量組合器42接收CT掃描數據40,、 402、...、
40 並且生成合成的CT數據40e，其類似於在常規的CT掃描中獲取
的數據。能量組合器42優選在記錄操作之前組合檢測器輸出信號,以
生成組合的輸出信號。在兩種能量的系統中，根據下述關係式生成組
合的標準化輸出信號-
&"'^/ =(VS0,) + (VS02)i 方程i
其中S,和S2是在每個能量下的信號，S(H和S。2是它們在空氣中測量
的信號，而k是每個檢測器像素的常數。下面將進一步描述能量組合
器的操作，特別是常數k的確定。
或者，可以對信號進行相加
&。my方程2
能量組合器42也可以省略，例如在通過改變x射線源的電壓來 獲得光譜信息的情況下，或者在不需要合成的CT數據40c的情況下。
重建器46接收CT掃描數據40卜402.....40n以及合成的CT
掃描數據40c，並且生成體數據48卜482、 ...、 48 以及基於合成數據
40c的合成體數據48e，所述體數據48,、 482 ..... 48 表示被檢查對
象在每個能譜E,、 E2、 ...、 En下的衰減和放射密度。雖然重建器46 被描述為單個重建器46，但是重建器46可以包括多個重建單元，使 得可以並行重建每個數據40,、 402、 ...、 40n。
示例性的重建技術包括濾波反投影法和迭代技術。取決於檢測器 的幾何結構，可以以兩維的或基於體的技術為基礎進行重建。還可以 應用適當的校準和校正，例如預處理多色校正來校正水的衰減。類似 地，還可以利用迭代的骨骼校正，以在存在骨骼時校正射束硬化。在 任何情況下，各種重建技術和系統在現有技術中是已知的，並且對於 特定系統和應用來講，技術的選擇受多種因素的影響，這對於本領域 技術人員是公知的。
體數據48卜482.....48n和48e提供圖像或體空間中的信息。更
具體而言，體數據48！、 482 ..... 48n以及合成的體數據48e每個都被
模型化為包含多個體素(voxd)或像素，每一個在體空間中都具有坐標x,y,z。體數據還可以僅提供關於單個圖像切片的信息，在這種情況下， 體空間可以被模型化為二維空間。給定能譜下的輻射衰減和體空間中
的位置可以表示為
〃":,W 方程3
其中P是衰減，n是能譜E，而x,y，z是位置。在CT中，輻射衰減典 型地以亨氏單位(HU)表示。
為了校正射束硬化，多色校正器50對體數據48" 482..... 48n
進行多色校正以生成校正的體數據52,、 522..... 52n。下文將進一
步描述該多色校正。
物質分類器54接收校正後的體數據52,、 522..... 52 並且產生
分類的體數據58。該分類器應用了下述形式的物質分類函數56:
= /(WW^2W..^"W) 方程4
其中M是物質成分。在具有兩種能量(g卩，n-2)的數據的系統的情況 下，物質分類函數56可以表示為
MW=/(WW,/"2W) 方程5
下文將進一步描述該物質分類函數。
圖像處理器60處理合成的體數據48e和分類的體數據58，用於 以人們可讀的形式在輸出設備62上呈現，該輸出設備62例如是監視 器、顯示器或硬拷貝輸出設備。更具體而言，圖像處理器60生成一 個或多個指示物質成分的圖像。該圖像處理器60根據下述函數生成 體空間中的多個位置的圖像數據
C/(〃1W，MW) 方程6
其中P是圖像數據，p是輻射衰減，而M是物質。在一個實施例中， 轄射衰減是合成的衰減^。或者，該輻射衰減是在其它能量中的一 種能量下的輻射衰減或者其組合的輻射衰減。當通過改變x射線源的 電壓來獲得光譜信息時，可以使用較高的管電壓下的輻射衰減。因為 較高的管電壓趨向產生具有較寬能譜的x射線束，因此在較高電壓下 測量的衰減提供了跨能譜的輻射衰減的令人滿意的指示。利用一種用於呈現數據的技術將不同的顏色分配給物質中的每
一種並且通過將各自的顏色覆蓋在合成的體數據48c的灰度圖像上來 呈現組合的圖像。而且，可以根據特定位置是特定物質的置信度或概 率來呈現顏色、不透明度或色調。可以根據物質的濃度來呈現顏色、 不透明度或色調。期望的是僅顯示一種單一的物質或物質的一個子 集。
同樣期望的是允許用戶在灰度圖像上改變增強顏色的不透明度， 例如從完全透明(0%不透明度)變為完全的彩色(100%不透明度)。操作 者界面包括滑塊或滾動條，其允許用戶調整增強顏色的不透明度。附 加的滑塊允許用戶分別調整HU窗口的中心和寬度。
另外，數據58、 48,、 482、 ...、 48。和48e中的每一個都可以單獨 呈現，或者它們可以以各種組合形式顯示。如果合成圖像不可用，那
麼分類的體數據58可以用於使其它能量範圍48,、 482..... 48 中的
一個的衰減數據增強。如下面結合多色校正所述，通常優選的是顯示 未校正的數據48。但是，還可以顯示校正後的數據52。
在根據本發明一個實施例的操作中，參照圖8，在902，掃描要 被成像的對象，以便生成針對多個(n)能譜中的每一個的CT掃描 數據。在903，組合各種能量的CT掃描數據以生成合成的CT數據。 在904，重建每個能量的CT掃描數據以及合成的數據，以生成每個 能量的體空間衰減數據。在906，將多色校正應用於體空間衰減數據， 以針對每個能量產生校正的體空間衰減數據。在908，確定體空間中 的每個位置的物質成分。在910，生成並顯示包括物質成分和合成的 體空間數據在內的圖像。
現在將結合掃描儀10更加詳細地描述物質分類函數56的生成， 該掃描儀10生成兩個能譜中的每一個的CT數據40i、 402。可以將 物質分類函數56確定為掃描儀的特定結構或系列的初始特徵。實際 上，在設計過程中，可以使用在估計物質分類函數時獲得的信息，以 便優化掃描儀10的設計，例如作為選擇適當的檢測器物質或結構、x 射線源的能量、濾波器或者用於獲得光譜或非光譜數據的其它技術的 輔助手段。如果需要的話，還可以將分類函數56確定或調整為在產生特定的掃描儀或掃描儀組期間的一個步驟。還可以在掃描儀10的 使用壽命期間時不時地核査和更新該分類函數56，或者甚至在即將 進行的特定圖像掃描之前，進行檢查和更新。如應該意識到的那樣， 取決於確定分類函數56的目的，可以在不同的計算機或處理器，或 者甚至在不同的掃描儀上執行一些或所有過程。
參考圖2和3，在30，掃描已知的人體模型400。特別適合於對 骨骼和造影劑物質分類的人體模型400是20cm的水筒(water cylinder),其包含十個8mm的樣本圓筒402、 404、 406、 408、 410、 412、 414、 416、 418、 420。樣本圓筒402、 404、 406、 408、 410每 個包含不同的碘濃度，碘濃度從402中的最高變化到410中的最低。 樣本圓筒412、 414、 416、 418、 420每個包含不同的鈣濃度，鈣濃度 從412中的最高變化到420中的最低。有利的是，將圓筒404、 406、 414以及416中的濃度選擇成是在掃描冠狀動脈期間典型地遇到的濃 度的代表。當然，可以實現不同或其它物質、濃度、數量的樣本圓筒， 以及圓筒的相對物理位置。
返回圖2，在32,和322，重建掃描數據40以生成每個能譜E,、 E2的體數據48！、 482。可以在3+和342應用多色校正，以生成每個 能譜E" E2的校正體數據52i和522，用以校正人體模型中的射束硬 化。取決於人體模型的特性，可以省略該步驟。
參照圖2和圖4，在步驟36，根據各個衰減值^ilw和Pw，z，將 校正的體數據52,和522中的每個位置x，y,z映射到衰減空間500中。 如果圖像空間52中的位置具有第一衰減值^x,y，^Vl以及第二衰減值 |A2x,y,z=V2，那麼衰減空間中的相應位置的計數或值C可以增加
C(n， F2) = C(Fl, F2) +1 方程7
對於體空間中的每個位置x,y,z，重複該過程。該結果可以顯現為 衰減空間500中的二維柱狀圖。
通過掃描已知的人體模型，對於特定的掃描儀結構，可以推理地 確定所選擇的物質和它們在衰減空間500中的位置之間的關係。在雙 能源系統的示例性情況下，每種物質通常沿衰減空間500中的線502、504分布。在物質處於具有不同濃度的水溶液的場合下，物質的不同 濃度出現在沿著相應的物質線502、 504的不同位置上，這導致看起 來象以水506的衰減空間坐標為中心的表的指針。
圖4呈現了基於多層檢測器和上述人體模型的仿真(包括噪聲)的 示意性結果。
可以看出，碘通常沿第一條線502分布，而鈣通常沿第二條線 504分布。圓筒402的物質通常出現在位置508，圓筒404的物質通 常出現在位置510，圓筒406的物質通常出現在位置512,等等。類 似地，包含鈣的各種圓筒沿著鈣線504出現在位置520、 522、 524、 526、 528。象素或具有部分體的體素出現在各自的物質線502、 504 上。
現在，返回圖2，在38建立物質分類函數56。參照圖4，衰減 空間500的經驗性檢查產生了物質分離線528，其限定了線的一側530 上的第一物質區域和線的另一側532的第二物質區域。將具有第一區 域530中的衰減空間坐標的圖像空間52中的位置x，y，z分成碘類；而 將具有第二區域532中的衰減空間500的坐標的位置分成鈣類。
在直角坐標系統中，簡單的分類函數可以表示為
方程8
M…=
1 A
W，z
當然，可以實現其它的分類函數和方案。分類函數56可以返回
值Mxvz，其不僅表示物質，而且還表示它的濃度和分類精確的置信
度或概率。在圖4的仿真中，例如，距分離線528的距離提供了分類 精確的概率或置信度。
分類沒有必要是二元的。這樣，例如，期望的是將映射在分離線 528附近的體空間位置分類為包含有部分體或分類為不確定的物質。 類似地，將映射至較低濃度的區域或映射至距物質線502、 504較遠 距離的區域的體空間位置分類為不確定。
物質分類函數56還可以是不穿過原點的線性函數，或曲線或其 它非線性函數。在另一示例中，可以將物質分類實現為査找表，其中 衰減值提供了表中的坐標。
16當特徵在於使用適當的人體模型時，分類函數還可以用於對兩種
以上的物質進行分類。當與提供了 n個能窗或通道的掃描儀10 —起 使用時，衰減空間500可以被模型化為n維空間，其中分類函數56 被建立為n維空間中的位置的函數。
現在將更加詳細地描述多色校正器50的操作。多色校正器50用 於射束硬化的校正，其中射束硬化是指在多色x射線束穿過對象時較 低的能量優先衰減的現象。當較低能量的x射線衰減時，射束逐漸變 硬或更具穿透力。射束硬化的程度是初始的x射線光譜、x射線束橫 向穿過的物質或組織的成分以及x射線束穿過的物質的厚度的函數。
射束硬化的有害影響在於衰減空間500中的特定物質的位置是 依賴於對象的。這樣，如果減小該對象依賴性，那麼物質分類函數 56的精確性將得到改善。
在將CT數據40在圖像空間48中重建之後，但在物質分類之前， 應用所述多色校正50。
參照圖5和圖6，在步驟602i、 6022，對於每個能譜E，產生衰 減映射。如圖6中所示，針對體空間中的任意能量和位置704，計算
沿穿過該位置的多個(p)投影702,、 7022、 7022 ..... 702p中的每
一個的衰減和。該投影依次被求和以產生體空間中的該位置的衰減值 Anx,y,z。針對體空間中的每個位置並針對每個能量，重複該過程。
在604,、 6042，根據下述關係，使用各自的衰減映射來生成校正 的體數據52jtl 522:
= (^"W,z — + F X + /"。 方程9
其中P",y,z是校正後的衰減值，F是通過經驗獲得的常數，其給出了 物質(例如碘和鈣)的相關集合的平均最優校正，而^是水的衰減。經
驗係數F可以從具有不同射束硬化效應量的幾個不同的人體模型的
最終圖像中獲得。當然，可以使用其它的校正函數。
注意上述方程不會改變水的衰減。並且，校正後的衰減值不代
表體空間中的實際的或真實的衰減，但是這為更加精確地將位置映射
到衰減空間500提供了校正，從而保留分類區域。另外，方程9假設重建數據集的觀察域包括整個對象。當重建的 觀察域小於對象時，則重建另一包括整個對象的數據集。當所需的衰 減映射不包括高的空間頻率時，可以以較低的解析度和矩陣尺寸重建 該圖像集。 一旦已經利用低解析度圖像生成了衰減映射，可以重新調 整衰減映射以適應原始圖像的觀察域。
方程9的校正被單獨應用於兩個體空間48,和482中的每一個。 係數F對於每個體空間可以不同。
現在將結合CT檢測器元件更加詳細地描述能量組合器42的操 作，該CT檢測器元件具有兩個閃爍體層802、 804和相應的光電檢 測器806、 808，如圖7所示。I,和12分別代表第一個層802和第二個 層804吸收的x射線的光子數。S,和S2代表在光學器件和電子器件 後的原始信號。
在標準CT中，x射線衰減的能量相關方程為
/ = p￡./。(￡).e-^., 方程IO
其中I是在檢測器中吸收的光子數，而I。是空氣掃描的光子數。
實際上，在標準CT中，能量不相關的衰減線積分由下述方程近 似計算
^W血=-kA = —c卩(五)腿 方程11
其中S和S。是分別通過對象和空氣的信號，C是轉換係數。積分內 的項E是由閃爍過程引起的。 對於雙層結構來講-
/(￡) = /,(￡) + /2(￡) 方程12
/。(￡) = /。,(￡)+ /。2(￡) 方程13
其中I(H和12是用於空氣掃描的光子數，I,和12是用於對象掃描的光 子數，而I和Io是標準CT中的總光子數。 該信號與光子數量的關係如下
S = C, j7, S2 = C2卩2 方程14formula see original document page 19方程15
其中d和C2是每個檢測器類型和元件特有的轉換係數。 該衰減線積分可以通過下述方程計算
formula see original document page 19方程16
仏2(￡)￡必S。, +S。2 .(C, /C2) 假設我們可以直接測量該關係-formula see original document page 19萬程17
該關係取決於具體系統的幾何結構和物質(參見下文)。轉換係數之間
的關係變為
formula see original document page 19 方程18 而衰減線積分變為formula see original document page 19方程19
在這種形式中，用於計算衰減線積分的近似法與標準CT中的是相同 的。
為了測量空氣中的校準參數，下述關係 formula see original document page 19 方程20
可以利用標準單個閃爍體層的測試系統以及附加的可移除的適當濾 波器來測量，其中該濾波器與雙能系統的上閃爍體層相同。由於兩個 測量由完全相同的檢測器完成formula see original document page 19
其中S。f和Soot分別是具有濾波器和沒有濾波器的信號。應該針對每 個像素來進行該測量。
原則上，該測量僅進行一次，並且可以用於所有具有相同結構的 雙層系統。
如上所述，本技術還可以與半導體或其它光子計數檢測器一起使用。可以使用這樣的檢測器對檢測的光子的數量以及每個光子達到某
一有限能量解析度的能量進行計數。在CT中使用該檢測器的一種選 擇是使用專門的硬體或通道，其計數檢測的光子的數量，而不管能量。 並行地，將檢測到的光子的能量對已知的時間段進行積分或求和。最 終的數據流可以單獨重建，以提供第一和第二體數據集。第一數據集 基於檢測的光子的數量提供衰減信息，而第二個基於檢測的光子的能 量的積分提供衰減信息。如上所述，這些數據集可以用於執行物質分 類。
這裡描述的各種功能和操作優選藉助一個或多個適當的計算機 或處理器以及存儲在計算機可讀存儲器中的指令來實現。當執行這些 指令時，這些指令使得計算機或處理器執行所述功能。
已經參照優選實施例描述了本發明。當然，基於閱讀和理解前述 描述會想到許多修改和替換。旨在將本發明理解為包括所有的這些在 後附權利要求或其等價的範圍內的修改和替換。
權利要求
1、 一種方法，包括接收第一數據，其中所述第一數據指示在第一能譜(48,)下的體空 間中的位置的輻射衰減；接收第二數據，其中所述第二數據指示在第二能譜(482)下的所述 體空間中的所述位置的輻射衰減；根據所述體空間中的所述位置在衰減空間(500)中的位置來確定 它的物質成分；重複所述接收第一數據的步驟、所述接收第二數據的步驟，並對 多個位置進行分類；生成指示所述物質成分的圖像。
2、 如權利要求1所述的方法，進一步包括 基於在所述第一能譜下的所述體空間中的多個位置的輻射衰減來執行第一多色校正，其中所述多色校正生成在所述第一能譜下的所 述體空間中的所述位置的第一校正的輻射衰減；基於在所述第二能譜下的所述體空間中的多個位置的輻射衰減 來執行第二多色校正，其中所述多色校正生成在所述第二能譜下的所 述體空間中的所述位置的第二校正的輻射衰減；其中所述接收第一數據的步驟包括接收所述第一校正的輻射衰 減，而所述接收第二數據的步驟包括接收所述第二校正的輻射衰減。
3、 如權利要求2所述的方法，其中所述執行第一多色校正的步 驟包括生成第一衰減映射，而所述執行第二多色校正的步驟包括生成 第二衰減映射。
4、 如權利要求1所述的方法，其中所述確定的步驟包括將所述 位置分類為包含至少第一和第二物質中的一種。
5、 如權利要求4所述的方法，其中所述第二物質是混合物質。
6、 如權利要求4所述的方法，其中所述第二物質是不確定物質。
7、 如權利要求6所述的方法，其中所述方法包括將所述位置分 類為包含至少骨骼和造影劑中的一種。
8、 如權利要求1所述的方法，其中所述生成圖像的步驟包括根 據函數/^/U，M,)生成所述體空間中的多個位置的圖像數據，其中P 是所述圖像數據，^是輻射衰減，M是物質成分，而l是所述體空間 中的位置。
9、 如權利要求8所述的方法，其中所述輻射衰減p是在所述第 一能譜下的所述輻射衰減和在所述第二能譜下的所述輻射衰減的合 成。
10、 如權利要求1所述的方法，其中所述生成的步驟包括生成圖 像，該圖像包括在其上疊加了所述物質成分的所述體空間中的多個位 置的輻射衰減。
11、 如權利要求l所述的方法，進一步包括接收計算機斷層攝影掃描數據，其指示沿著穿過處於所述第一能 譜(40,)下的對象的多個投影的輻射衰減；接收計算機斷層攝影掃描數據，其指示沿著穿過處於所述第二能 譜(402)下的所述對象的多個投影的輻射衰減；重建所述第一能量的所述掃描數據，以生成用於指示在所述第一 能譜(48,)下的所述體空間中的多個位置處的所述對象的輻射衰減的 數據；重建所述第二能量的所述掃描數據，以生成用於指示在所述第二 能譜(482)下的所述體空間中的多個位置處的所述對象的輻射衰減的數據。
12、 如權利要求1所述的方法，其中所述確定的步驟包括根據函 數M產y^Un2/)來確定所述物質成分，其中M是所述物質成分，pl 是在所述第一能譜下的輻射衰減，P是在所述第二能譜下的輻射衰 減，而l是所述體空間中的位置。
13、 如權利要求l所述的方法，其中所述體空間是二維的。
14、 如權利要求l所述的方法，其中所述第一和第二能譜重疊。
15、 一種裝置，包括用於接收體空間中的多個位置中的每一個的第一和第二數據的 模塊(54)，其中所述第一和第二數據分別指示在第一和第二能譜下的 位置的輻射衰減；用於根據所述體空間中的所述多個位置在衰減空間中的各個位 置來確定它們的物質成分的模塊(56);用於生成指示所述物質成分的圖像的模塊(60)。
16、 一種方法，包括根據物質分類函數M哨叫,^…Mn,)，對計算機斷層攝影圖像空 間(48p 482、 483、 ...、 48n)中的多個位置進行分類，其中M是物質， n是能譜的數量，^n是在能譜n下的輻射衰減，而l是圖像空間中的 位置，並且其中n大於或等於2;以人可讀的形式呈現所述分類結果。
17、 如權利要求16所述的方法，其中所述對計算機斷層攝影圖 像空間中的多個位置進行分類的步驟包括根據圖像空間中的每個位 置在n維衰減空間(500)中的位置來對所述圖像空間中的每個位置進 行分類。
18、 如權利要求16所述的方法，包括對所述圖像空間中的所述 多個位置執行多色校正，以在每個能譜下生成校正的輻射衰減(52,、 522、 523 、 ...、 52n)，以及包括使用所述校正的輻射衰減來對所述多 個位置進行分類。
19、 如權利要求18所述的方法，其中執行多色校正的步驟包括 生成每個能譜n的衰減映射。
20、 如權利要求16所述的方法，其中n等於2。
21、 如權利要求16所述的方法，其中呈現所述分類結果的步驟 包括根據函數《=/(//,,^)生成所述多個位置的圖像數據，其中P是所 述圖像數據，而p是輻射衰減。
22、 如權利要求21所述的方法，其中所述輻射衰減是在多個能 譜下的輻射衰減的合成。
23、 如權利要求22所述的方法，包括生成圖像，該圖像包括其 上疊加有所述分類結果的輻射衰減。
24、 如權利要求16所述的方法，其中所述分類函數是線性函數。
25、 如權利要求16所述的方法，其中^是基於檢測的光子的計 數的衰減，而^是基於檢測的光子的能量的積分的衰減。
全文摘要
一種裝置包括計算機斷層攝影(CT)掃描儀(10)、重建器(46)、多色校正器(50)、物質分類器(54)以及圖像處理器(60)。該掃描儀提供光譜CT信息。該重建器(46)將來自CT掃描儀(10)的數據在體空間中重建。該物質分類器(54)根據體空間中的位置在衰減空間中的位置來確定它們的物質成分。在顯示器(62)上，呈現用於指示物質成分的信息。
文檔編號G06T7/00GK101313332SQ200680032710
公開日2008年11月26日 申請日期2006年8月18日 優先權日2005年9月6日
發明者A·阿爾特曼, G·納韋, R·卡爾米 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司