差分相位衬度X射线成像中暗场信号的优化能量加权制造技术

用于暗场成像的装置及相关方法。所述装置操作在探测器处探测到的在不同能量通道中投影强度。能量加权被用于改善信噪比。在对数域中操作模型。

Differential phase contrast optimization energy weighted dark field signal in X ray imaging

A device for dark field imaging and related methods. The device operates in the projection intensity detected in the different energy channels at the detector. Energy weighting is used to improve signal to noise ratio. Operation model in logarithmic domain.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】差分相位衬度X射线成像中暗场信号的优化能量加权
本专利技术涉及信号处理器装置、成像系统、信号处理方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
技术介绍
在过去的几年间，已经关于针对诊断成像(尤其是在整形手术和乳房摄影的领域中)的潜在益处广泛地研究了使用Talbot-Lau类型干涉仪的差分相位衬度成像。该成像方法除了X射线衰减的常规图像以外还提供两幅另外的图像，即，差分相位衬度图像(其反映被成像目标内的电子密度的信息)和暗场图像(其中，通过小角度散射来创建衬度)。具体地，由于有证据显示在该图像中在非常早的阶段，甚至在钙化足够大到在衰减衬度图像中可见之前，显现出微小钙化，并且有证据显示暗场信号能够被用于对不同类型的钙化进行分类，因此，最近暗场信号/图像才得到相当的关注。医学X射线图像中的另一可得到的技术是使用能量解析光子计数探测器。在衰减衬度成像的区中，由于光电效应和康普顿散射，使用探测器类型允许在X射线的衰减之间进行区分。其还允许借助于所谓的能量加权(PMShikhaliev，“Projectionx-rayimagingwithphotonenergyweighting:experimentalevaluationwithaprototypedetector”(PhysicsinMedicineandBiology，第54卷，第16期，第4971-4992页，2009年))提供具有改善的衬度噪声比的衰减衬度图像。在差分相位衬度成像(GPelzer等人，“Grating-basedx-rayphase-contrastimagingwithamultienergy-channelphoton-countingpixeldetector”(OPTICSEXPRESS，2013年11月4日，，第21卷，第22期，第25677-25684页))和暗场成像(GPelzer等人，“Energyweightedx-raydark-fieldImaging”(OPTICSEXPRESS，2014年10月6日，第22卷，第20期，第24507-24515页))的领域中，已经使用类似的概念，其中，能量加权也可以改善信噪比。
技术实现思路
存在对备选的暗场成像装置和方法的需要。本专利技术的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，另外的实施例被并入从属权利要求。应当注意，本专利技术的以下描述的方面等效地应用于成像系统、信号处理方法、计算机程序单元和计算机可读介质。根据本专利技术的第一方面，提供了一种信号处理装置，包括：输入端口，其用于接收在不同能量通道中的各自的暗场信号数据，所述暗场信号数据对应于在暴露于来自X射线源的X射线辐射之后的探测器处探测到的所述不同能量通道中的信号；对数单元，其被配置为对所述暗场信号数据取对数，以获得对数暗场信号数据；任选的线性变换器，其被配置为对所述对数暗场信号数据进行变换；信号积分器，其被配置为通过使用对应于至少两个能量通道的能量权重将所述至少两个能量通道的经变换的对数暗场信号数据或所述对数暗场信号数据积分成能量加权的对数暗场信号；以及输出端口，其被配置为输出所述能量加权的对数暗场信号。所述暗场信号涉及由在暴露于X射线辐射之后的被成像目标引起的X射线辐射散射(即，小角度散射)。通过合适的直接暗场成像技术能够直接获得每个能量通道的暗场信号数据，其中，确保由探测器探测到的信号能够在很大程度上归因于小角度散射。备选地，能够使用诸如干涉仪的设置物，其中，暗场信号被间接地测量。更具体地，如果使用间接暗场成像，在一个实施例中，所述装置包括暗场信号提取器，所述暗场信号提取器被配置为针对所述通道中的至少两个通道从先前获得的强度数据中提取各自的暗场信号数据。所述强度数据可以根据在暴露于来自X射线源的X射线辐射之后的探测器处探测到的不同能量通道中的投影数据来导出。在投影数据上测量强度。更具体地，优选地在2D探测器处探测“投影”强度，所述2D探测器进行操作以对垂直于X射线通量的两个空间方向上的强度进行空间解析，由此量化“投影”强度。根据一个实施例，所述强度形成由X射线波与要被成像的目标和被布置在X射线源与探测器之间的技术设置物的相互作用引起的干涉图案。如所提及的，在一个实施例中，投影强度是干涉测量的，即，所述设置物是基于光栅的干涉仪。然而，也可以设想其他的基于非光栅设置物。有利地，申请人已经发现在对数域中进行处理以产生良好结果，并且该建模方法表现为良好地捕获暗场信号域中潜在的乘法驱动物。能够以不同方式实施不同能量通道。在一个实施例中，探测器是能量解析(例如，光子计数)类型的探测器，并且不同能量通道对应于能量解析探测器的不同能量值。在备选实施例中，探测器是能量积分类型的探测器，并且不同能量通道对应于针对X射线源在不同电压水平处的X射线暴露的探测器读数。根据一个实施例，所述权重包括EP形式的各自的能量项，其中，p＜-2，或者能够以等同于该形式的其他代数形式来如此表达。更具体地，根据一个实施例，-4≤p＜-2。更具体地，根据一个实施例，p约为-3。在备选实施例中，所述权重包括各自的能量项，所述各自的能量项中的至少一个能量项将能量值作为指数。换句话说，在本文中提出在一个实施例中采用光子计数探测器来执行使用数据的对数域表示的暗场信号的能量加权。在一个实施例中，对于信号的能量E的相关性被建模为Ep(p＜-2)，申请人发现所述模型提供与实验数据的极好拟合。根据一个实施例，所述权重包括(或其代数等价形式)形式的各自的能量项，其中，a是任意常数，b是涉及被成像目标的内部结构的常数，E0是设计能量，并且Ei是针对通道i的不同能量水平。根据一个实施例，所述线性变换器是以下中的任一个：(i)高通滤波器或低通滤波器，(ii)反向投影算子，其在一个实施例中是经滤波的反向投影算子。换句话说，所提出的系统能够用于2D投影成像和3DCT重建成像两者。更具体地，能量积分步骤能够被应用在投影域(在该情况下不要求线性算子，尽管如果期望的话仍然能够执行滤波操作)中。换句话说，在投影数据上执行信号积分步骤。在CT应用的情况下，相反地，能够在图像空间中执行上述信号积分/能量加权步骤，尽管即使在CT中，仍然希望首先执行能量加权并且然后进行反向投影。换句话说，在投影域或图像域中执行能量积分/加权步骤。根据第二方面，提供了信号处理方法，包括：接收在不同能量通道中的各自的暗场信号数据；对所述暗场信号数据取对数，以获得对数暗场信号数据；任选地，对所述暗场信号数据进行线性变换；通过使用对应于至少两个能量通道的能量权重将所述至少两个通道的所述对数暗场信号数据或经变换的对数暗场信号数据积分成能量加权的对数暗场信号，并且输出所述能量加权的对数暗场信号。根据一个实施例，所述方法还包括针对所述通道中的至少两个通道从投影强度数据中提取各自的暗场信号数据，所述投影强度数据是在暴露在来自X射线源的X射线辐射之后在探测器处在不同能量通道中(先前)探测到的。本专利技术允许在诸如医院的临床环境中的有用应用。更具体地，本专利技术非常适合于用于患者的医学检查的成像模态中的应用，例如，乳房摄影、诊断放射、介入放射和计算机断层摄影(CT)。另外，本专利技术允许在工业环境中的有用应用。更具体地，本专利技术非常适合于在非破坏性测试中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号处理装置(SPM)，包括：输入端口(IN)，其用于接收针对不同能量通道的暗场信号数据(V)，所述暗场信号数据(V)对应于在暴露于来自X射线源(XR)的X射线辐射之后的探测器(D)处探测到的所述不同能量通道中的信号；对数单元(LOG)，其被配置为对所述暗场信号数据(V)取对数，以获得对数暗场信号数据(l

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 EP 15166504.91.一种信号处理装置(SPM)，包括：输入端口(IN)，其用于接收针对不同能量通道的暗场信号数据(V)，所述暗场信号数据(V)对应于在暴露于来自X射线源(XR)的X射线辐射之后的探测器(D)处探测到的所述不同能量通道中的信号；对数单元(LOG)，其被配置为对所述暗场信号数据(V)取对数，以获得对数暗场信号数据(li)；任选的线性变换器(LIN)，其被配置为对所述对数暗场信号数据(li)进行变换；信号积分器(SINT)，其被配置为通过使用对应于至少两个能量通道的能量权重将所述至少两个能量通道的经变换的对数暗场信号数据或所述对数暗场信号数据(li)积分成能量加权的暗场信号以及输出端口(OUT)，其被配置为输出所述能量加权的对数暗场信号2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述权重包括：各自的能量项，其能够以EP的形式来表达，其中，p＜-2。3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其中，-4≤p＜-2。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的信号处理装置，其中，探测到的信号对应于投影数据，所述装置还包括暗场信号提取器(DSX)，所述暗场信号提取器被配置为针对所述通道中的至少两个通道从强度数据中提取各自的暗场信号数据(V)，所述强度数据是根据所述投影数据导出的。5.根据权利要求1或4所述的信号处理装置，其中，所述权重包括：各自的能量项，所述各自的能量项中的至少一个能量项将能量值作为指数。6.根据权利要求5所述的信号处理装置，其中，所述权重包括：的形式的各自的能量项，其中，a是任意常数，b是涉及被成像目标的内部结构的常数，E0是设计能量，并且Ei是针对通道i的不同能量水平。7.根据前述权利要求中的任一项所述的信号处理装置，其中，所述线性变换器(LIN)是以下中的任一个：(i)高通滤波器或低通滤波器，或者(ii)反向...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·克勒，E·勒斯尔，G·马滕斯，H·德尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL