微分相位對比成像中的規則化的相位恢復的製作方法

2023-04-27 16:50:36 2

專利名稱：微分相位對比成像中的規則化的相位恢復的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及X射線成像技術。更具體而言，本發明涉及微分相位對比成像。具體而言,本發明涉及一種用於相位對比成像中的規則化(regularized)的相位恢復(retrieval)的方法、一種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的設備、一種包括根據本發明的設備的X射線系統、一種根據本發明的設備在X射線系統和CT系統之一中的用途、一種計算機可讀介質以及一種程序單元。
背景技術：
在透射X射線圖像採集中，待檢查的對象，例如患者，被布置在例如X射線管的X射線生成裝置與X射線探測器之間。源自X射線生成裝置的X射線輻射貫穿待檢查的對象並且隨後到達用於採集圖像信息的X射線探測器，所採集的圖像信息之後被重建為X射線圖像以供呈現。對象的內部結構，例如，組織結構，提供對貫穿所述對象的X輻射的空間衰減。相應地，X射線探測器配準空間衰減的X射線輻射。某些對象可能僅對X射線輻射衰減較小的程度，或者可能相當均勻地衰減X射線束，造成所採集的X射線圖像具有低對比度。然而，即使對象僅對貫穿對象的X射線束有少量的衰減，同一對象對X射線輻射的波前的相位的影響的程度也可能相當大。相應地，可以採用相位對比成像以獲得對象的具有增強的對比度的圖像信息。在相位對比成像中，X射線源連同鄰近所述X射線源布置的所謂的源格柵元件生成至少部分空間相干的X射線輻射。貫穿對象的相干的X射線允許相位信息的之後的恢復。由于波的相位可能不是直接測量的，採用另一格柵元件，即所謂的相位格柵，其被布置在待檢查的對象與X射線探測器之間。相位格柵允許通過多個波的幹涉將相移轉換為強度調製，所述強度調製然後能夠由X射線探測器探測。然而,通過僅採用相位格柵生成的幹涉模式(pattern)對於當前的X射線探測器而言可能過小而不能夠被精確地探測，因為X射線探測器的空間解析度不足。在本文中，可以採用額外的格柵元件，即所謂的分析器格柵，其被鄰近X射線探測器布置在相位格柵元件與X射線探測器之間。分析器格柵提供幹涉模式，其足夠大從而能夠被當前X射線探測器探測。為了獲得適當的相位對比圖像信息，執行相位步進以獲得多個相位對比投影。在相位步進中，源格柵元件、相位格柵元件和分析器格柵元件之一被相對於其他格柵和X射線探測器元件橫向位移相應格柵跨度(pitch)的分數，例如，例如相位格柵的格柵跨度的四分之一、六分之一、八分之一。將圖像採集和橫向位移重複例如四次、六次或八次，以採集多個相位對比投影，共同構成相位步進間隔。在微分相位對比成像中，X射線探測器探測並由此測量垂直于格柵元件的格柵方向的，即，垂直於屏蔽區域和格柵結構的溝槽區域的延長線的一階導數。由于格柵結構，所採集的圖像信息可以被認為是高度對稱的，其中邊緣在一方向上，即，在垂直于格柵方向的方向上，尤其被增強。平行於所述格柵方向的方向可能未被增強。為了重建圖像信息，沿微分的線，S卩，垂直于格柵結構的積分流程，可以得到具有條紋狀偽影或者由於噪聲或其他誤差的條紋的圖像信息，其局部地布置在微分圖像信息中並且其可以沿圖像數據的記憶的線傳播。由此，可能有益的是提供用於降低甚至移除所述條紋狀偽影的裝置。在Weitkamp T.、Diaz A.、David C.等人的 「X_ray phase imaging with agrating interferometer，，，Optics Express6296, 8.August2005/vol.13, n0.16, 以 及Bartl P.> Durst J.、Haas ff.等人的 「Simulation of X-ray phase-contrast computedtomography of a medical phantom comprising particle and wave contributions』Trocof SPIE vol.762276220Q-1這兩篇文獻中都描述了相位對比成像。在Numer.Math.69:25-31 (1994)上的 Engl H.W.和 Grever W.的「Using theL-curve for determining optimal regularization parameters」一文中描述了石角定規貝1J
化參數。

發明內容
本發明的一方面可以被視為採用已知的規則化方法來解決不良姿態(ill-posed)問題以降低圖像偽影。相應地，提供了根據獨立權利要求的一種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的方法、一種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的設備，一種包括根據本發明的設備的X射線系統、根據本發明的設備在X射線系統和CT系統之一中的使用、一種計算機可讀介質以及一種程序單元。從屬權利要求能夠得到優選實施例。本發明的這些和其他方面能夠參考上下文中描述的實施例變得顯而易見並得以闡述。附圖中的圖示說明是示意性的。在不同的附圖中，以相似或相同的參考標記提供相似或相同的元件。附圖未按照比例繪製，然而可以描繪定性性質。


圖1示出了根據本發明的X射線系統的示範性實施例；圖2示出了根據本發明的微分相位對比成像系統的示範性實施例；圖3示出了根據本發明的用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的設備的示範性實施例；圖4示出了根據本發明的用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的方法的示範性實施例；圖5a_c示出了根據本發明的採用微分相位對比圖像數據的圖像信息的示範性重建。
參考標記列表100X射線系統102X射線生成裝置/X射線源104 X射線探測器106 機架108 對象110 支撐物112 處理系統114 X射線輻射200 微分相位對比成像系統202 源格柵204 相位格柵Gl206 分析器格柵G2208 致動器元件210a、b 波前300 微處理器302 存儲元件304 顯示元件400 用於規則化的相位恢復和相位對比成像的方法402 接收微分相位對比圖像數據404 生成重建的圖像數據406 呈現重建的圖像數據500 條紋狀偽影
具體實施例方式本發明應用用於解決不良姿態問題的規則化的方法，以解決當從採用微分相位對比成像系統採集的微分相位對比圖像數據來重建X射線圖像時的偽影抑制問題。對於以下的解釋說明，不失一般性地，假設所採集的二維圖像信息是包括NxN矩陣圖像結構的圖像信息。換言之，二維圖像包括圖像行與圖像列同樣多的像素，由此得到二次方圖像。因此，用於採集所述圖像數據而採用的X射線探測器元件可以例如包括512x512或者1024x1024的單個個體像素元件。此外，假設待重建的圖像信息包括Nx(N+l)的矩陣形式。然而，應當理解，以下解釋還可以應用於具有十分不同的像素結構的圖像數據，並且本領域技術人員可以容易地 調整以下教導以準確地實現圖像數據大小或形狀。對於以下解釋說明，我們假設條紋狀偽影作為源自相對於圖像信息豎直對準的格柵結構的水平條紋。此外，不失一般性的，假設微分的方向是沿著圖像的行。圖像數據的行由i表示，而列由j表示。測量到的微分圖像數據被稱為二維圖像數據du，而期望的二維圖像信息，即重建的二維圖像信息，被表示為
對於規則化方法的應用而言，逐行積分問題被再次變換構成線性重建問題。微分操作可以被視為前向(forward)問題，其可以根據方程I被表示為g與d之間的關係。di；J=gi；J+1-gi；J 方程 I根據方程1，給出了 g與d之間的線性關係。因此，二維圖像數據g和d可以被表示為一維矢量，而前向操作可以根據方程2被用方程表示為矩陣A。d=A.g 方程 2由於圖像信息g是要從測量的圖像數據d或測量的矢量d重建的圖像信息，重建操作可以被視為從所測量的矢量d來估計g。相對於矢量記法，針對d和g的單個腳本指示，例如dk，可以被用於識別相應矢量d和g的單個元件。所述指示可以根據關係k(i, j)=Ni+j或者反之j (k)=k mod N, i (k) = (k/N)的整數
部分來映射。那麼矩陣A是如下稀疏矩陣:
權利要求
1.種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的方法(400)，包括: 接收(402)對象(108)的微分相位對比圖像數據(屯，P ； 生成(404)所述對象(108 )的重建圖像數據(gi,」)；以及 呈現(406 )所述對象(108 )的重建圖像數據(gi, j)； 其中，所述微分相位對比圖像數據和所述重建圖像數據包括具有第一維度(i )和第二維度(j)的二維數據結構； 其中，生成重建圖像數據包括在所述數據結構的所述第一維度(i)和所述第二維度(j)之一中對圖像數據的積分； 其中，在所述數據結構的所述第一維度(i)和所述第二維度(j)的另一個中確定梯度算子；並且 其中，採用所述梯度算子以用於重建圖像數據。
2.據前述權利要求所述的方法， 其中，所述 重建圖像數據是通過採用如下方程生成的: di, j—Si, j+1 Si, j °
3.據前述權利要求中的至少一項所述的方法， 其中，所述梯度算子是由如下方程確定的:
4.據前述權利要求中的至少一項所述的方法， 其中，所述圖像數據是通過對如下方程求解來重建的:||^-g-42+^-||Vz-g||2 =mm
5.據權利要求1至3中的一項所述的方法， 其中，所述圖像數據是通過對如下方程求解來重建的:{A-g-d)T ■ C1 -{A-g-d)+X.^ w((vz -g),) = min ο k
6.據權利要求5所述的方法， 其中，Ψ是二次懲罰、Huber懲罰以及一般化高斯Markov隨機場的一個勢函數。
7.種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的設備(112)，包括: 存儲元件(302)，其用於存儲接收的對象的微分相位對比圖像數據(φ，ρ; 處理元件(300 )，其用於生成所述對象的重建圖像數據(gi, P ; 其中，所述設備(112)適於執行根據前述權利要求之一所述的方法(400)。
8.種包括根據前述權利要求所述的設備(112)的X射線系統(100)。
9.種根據權利要求7所述的設備(112)在X射線系統(100)和CT系統(100)之一中的用途。
10.種計算機可讀介質，在所述計算機可讀介質中存儲有用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的電腦程式，所述電腦程式在由處理器(300)執行時，適於執行根據權利要求I至6中的至少一項所述的方法(400)。
11.種用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的程序單元，所述程序單元在由處理器(300)執行時，適於執行根據權利要求1至6中的至少一項所述的方法(400)。
全文摘要
本發明涉及對象(108)的微分相位對比成像。當從微分相位對比圖像數據重建圖像信息時，可能產生條紋狀偽影(502)。所述偽影(502)可能實質地降低重建圖像數據的易讀性。因此，去除或者至少抑制所述偽影(502)可能是有益的。因此，提供了用於相位對比成像中的規則化的相位恢復的方法(400)，包括接收(402)對象(108)的微分相位對比圖像數據；生成(404)對象(108)的重建圖像數據；並呈現(406)對象(108)的重建圖像數據。微分相位對比圖像和重建圖像數據包括具有第一維度和第二維度的二維圖像數據結構。生成重建圖像數據包括在數據結構的第一維度和第二維度之一中對圖像數據的積分，在所述數據結構的第一維度和第二維度的另一個中確定梯度算子，並且採用數據結構以重建圖像數據實現重建圖像數據內的偽影(500)的降低。
文檔編號G06T11/00GK103098095SQ201180041652
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月1日 優先權日2010年9月3日
發明者T·克勒, E·羅塞爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司