基于单能量图像记录确定材料属性值的空间分布制造技术

描述了一种用于确定检查对象的检查区域中材料属性值的空间分布的方法。根据该方法，首先提供使用具有限定的测量能量的单能CT记录并且使用限定的测量投影几何结构捕获从检查对象的检查区域生成的测量投影数据。然后基于所捕获的测量投影数据重建图像数据。接下来，使用阈值来估计检查区域中两种基本材料的分布。基于两种基本材料的所确定的分布并且基于材料属性值的分布与两种基本材料的分布之间的先前已知的理论关系，确定材料属性值的空间分布。另外，描述了材料属性分布确定设备。还描述了计算机断层扫描系统。

Spatial distribution of material attribute values is determined based on single energy image recording

A method for determining the spatial distribution of material attribute values in an inspection area of a check object is described. According to the method, a single energy CT recording with a defined measurement energy is first provided and a measured projection data generated from the inspection region of the inspected object is captured using a defined measurement projection geometry. Then, the image data is reconstructed based on the captured measurement projection data. Next, a threshold is used to estimate the distribution of the two basic materials in the inspection area. The spatial distribution of material property values is determined based on the known distribution of the two basic materials and based on the previously known theoretical relationship between the distribution of material property values and the distribution of the two basic materials. In addition, a device for determining the distribution of material properties is described. A computer tomography system is also described.

【技术实现步骤摘要】
基于单能量图像记录确定材料属性值的空间分布
本专利技术涉及一种用于确定检查对象的检查区域中材料属性值的空间分布的方法。本专利技术还涉及一种材料属性分布确定设备。还描述了一种计算机断层扫描系统。
技术介绍
当在放射治疗的情况下计划患者的照射时，通过例如CT图像记录来捕获放射学数据，使得可以建立用于计划的照射的辐射剂量。特别地，重要的是，建立具有高度空间分辨率的辐射剂量，以便仅破坏待照射区域中的恶性组织并且保护相邻且可能非常敏感的区域。照射期间辐射与组织之间发生的相互作用可以分为初级和次级效应。主要效果是与组织的直接相互作用。在用光子照射的情况下，相互作用主要是与电子进行。如果用重颗粒照射组织，则相互作用主要与原子核进行。此外，在上述主要过程的情况下，在相互作用期间将这么多能量转移到电子，使得这些电子与分子分离，并且它们本身仍然具有足够的能量以引起作为次级效应的进一步的电离过程。在电磁辐射与电子的相互作用期间发生不同的效应。当在主要由水组成的软组织中吸收辐射时，康普顿效应是主要的，而在固体物质、例如骨物质中是吸收的情况下，光电效应是主要的。为了能够预先确定用于放射治疗的辐射剂量，必须知道电荷密度分布，即特别是存在于待检查区域中的材料的电子密度分布或核电荷分布。用于基于CT图像数据记录确定电子密度的常规方法在于使用简单的表将CT图像数据的衰减值(以下也称为CT值)映射到电子密度上。然而，使用该方法不能实现非常高的精度水平，因为当应用如在CT图像记录的情况下使用的多色X射线时，图像中相同材料的CT值取决于吸收它们的被检查对象的大小，并且还取决于被照射区域在物体的横截面中的位置。这源于以下事实：由于辐射硬化(radiationhardening)，在映射期间，近表面体积元暴露于比中心定位的体积元更软的辐射。因此，对于相同的密度和相同的材料，近表面体积元被分配比中心定位的体积元更高的CT值(更大的衰减度)。由于不同的CT值，因此，近表面体积元被分配比中心定位的体积元更高的电子密度。因此，即使使用测试体(所谓的幻影)预先非常精确和重复地执行校准，该方法的精度也受到限制。确定电子密度的另一种方式是基于使用两个光谱的CT测量，也称为双能CT，其中所记录的测量数据用基本材料击穿来表示。然后可以将根据各个材料划分的测量数据再次映射到电子密度。如上所述，生物相关材料的吸收性质基本上仅基于两种不同的效应，即光电效应和康普顿效应，并且因此基于两种基本材料、例如水和钙的测量数据的击穿就足够了。以这种方式，对于这些材料，患者体型和体积元在患者体内的位置的影响减小。然而，并非所有CT设备都具有双能量图像记录的可能性，因此该方法具有有限的可用性。这提出了开发用于确定检查对象的检查区域中的电荷密度分布的精确方法的问题，当使用单能CT系统用于预记录时，该方法也起作用。
技术实现思路
该目的通过根据权利要求1所述的用于确定检查对象的检查区域中材料属性值的空间分布的方法、通过根据权利要求11所述的材料属性分布确定设备以及通过根据权利要求12所述的计算机断层扫描系统来实现。根据用于确定检查对象、例如患者的检查区域中材料属性值的空间分布的本专利技术方法，首先提供了使用具有定义的测量能量的单能CT记录并且使用定义的测量投影几何结构来捕获从检查对象的检查区域生成的测量投影数据。材料属性涉及材料特定的行为，其可以独立于用于测量X射线的能量来确定。这样的属性涉及例如材料或材料混合物的电子密度或核电荷数。此外，对于预定辐射能量的衰减系数或吸收性质也是材料属性。单能CT图像记录通常使用多色X射线进行。这包括在特定能量范围上的光谱分布，或具有不同频率但仅一个频率间隔的X射线。定义的测量投影几何结构可以包括例如在其方向上捕获测量投影数据的投影线。然后基于捕获的测量投影数据重建图像数据。随后，通过优选地在图像数据空间中根据图像点是否包含显著比例的第二基本材料对图像点进行分类，使用阈值估计检查区域中包括第一和第二基本材料的两种基本材料的分布。这种分布可以是例如包括两种基本材料的2-材料系统。在另一步骤中，基于估计的分布和已经关于测量投影数据对两种基本材料的分布的依赖性确定的一般依赖性规则来确定两种基本材料的分布。一般依赖性规则指定两种基本材料的分布与测量投影数据的值之间的函数关系。例如，它可以通过使用与在记录测量投影数据时使用的相同定义的测量投影几何结构在实验地或数学地进行应用。基于两种基本材料的所确定的分布以及材料属性值的分布与两种基本材料的分布之间的先前已知的理论关系，则确定材料属性值的空间分布，其独立于测量能量。因此，使用本专利技术的方法，可以使用简单的单能CT设备确定被检查对象、例如患者的检查区域中的材料属性分布，特别是电子密度分布。假设知道材料属性分布，则可以计划和执行治疗措施，例如肿瘤的照射。因此，有利地可以不使用复杂的双能CT系统，使得也可以使用简单或更旧的CT系统，甚至在不能提供这些更昂贵的双能CT系统的较小、甚至分散的治疗设施中进行治疗计划。然而，在这种情况下，材料属性分布以高精度确定，这对应于当使用复杂的双能CT系统时实现的精度。本专利技术的材料属性分布确定设备包括用于捕获测量投影数据的投影数据捕获单元。它还具有用于基于投影数据重建图像数据的图像数据重建单元。另外，本专利技术的材料属性分布确定设备的一部分是材料分布估计单元，材料分布估计单元用于通过根据图像点是否包含包括第一和第二基本材料的两种基本材料中的显著比例的第二基本材料对图像点进行分类，使用阈值确定检查区域中两种基本材料的所估计的分布。本专利技术的材料属性分布确定设备还包括基本材料分布确定单元，基本材料分布确定单元用于基于所估计的分布和已经关于所捕获的测量投影数据对两种基本材料的分布的依赖性确定的一般依赖性规则来确定两种基本材料的分布。除此之外，本专利技术的材料属性分布确定设备具有材料属性分布确定单元，材料属性分布确定单元用于基于两种基本材料的分布并且基于材料属性值的分布与两种基本材料的分布之间的先前已知的理论关系确定材料属性值的空间分布，所述分布独立于测量能量。本专利技术的材料属性分布确定设备的附加单元包括评估设备，其可以容易地被添加到常规CT成像系统中，而不必从根本上改变现有的技术结构单元。因此，本专利技术的材料属性分布确定设备可以容易且经济地实施。本专利技术的计算机断层扫描系统包括本专利技术的材料属性分布确定设备。例如，材料属性分布确定设备可以是用于计算机断层扫描系统的控制设备或附接到计算机断层扫描系统的评估系统的一部分。本专利技术的材料属性分布确定设备的基本部件可以大部分以软件部件的形式来设计。这特别涉及图像数据重建单元、材料分布估计单元、基本材料分布确定单元和材料属性分布确定单元中的部分。然而，原则上，这些部件中的一些也可以以软件支持的硬件的形式实现，例如，FPGA或类似的，特别是当涉及特别快速的计算时。同样，所需的接口可以被设计为软件接口，例如，在它们只接收来自其他软件部件的数据的情况下。然而，它们也可以被设计为由合适的软件激活的基于硬件的接口。很大程度上基于软件的实现具有以下优点：目前使用的材料属性分布确定设备也可以通过软件更新容易地升级，以便以本专利技术的方式操作。在此方面，本专利技术的目的还通过具有计算机程序的相应的计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定检查对象(O)的检查区域(FoV)中材料属性值的空间分布(Ie(x,y,z))的方法，包括步骤：使用具有限定的测量能量的单能CT记录并且使用限定的测量投影几何结构捕获从所述检查对象(O)的所述检查区域(FoV)生成的测量投影数据(P

【技术特征摘要】
2015.12.16 DE 102015225395.31.一种用于确定检查对象(O)的检查区域(FoV)中材料属性值的空间分布(Ie(x,y,z))的方法，包括步骤：使用具有限定的测量能量的单能CT记录并且使用限定的测量投影几何结构捕获从所述检查对象(O)的所述检查区域(FoV)生成的测量投影数据(PM(k))，基于所捕获的测量投影数据(PM(k))重建图像数据(IM(x,y,z))，通过根据图像点是否包含有包括第一基本材料(M1)和第二基本材料(M2)的两种基本材料(M1，M2)中的显著比例的所述第二基本材料(M2)对所述图像点分类，使用阈值(T2)来估计所述检查区域(FoV)中所述两种基本材料(M1，M2)的分布(IT(x,y,z)，PT(k))，基于所估计的分布(IT(x,y,z))以及一般依赖性规则(P(d1,d2))，确定所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)，所述一般依赖性规则(P(d1,d2))已经关于所述测量投影数据(PM(k))对所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)的依赖性而被确定，基于所述两种基本材料(M1，M2)的所确定的分布(d1，d2)并且基于所述材料属性值的分布(Ie(x,y,z),Iz(x,y,z))与所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)之间的先前已知的理论关系(Petheo(d1,d2),Pztheo(d1,d2))，确定所述材料属性值的空间分布(Ie(x,y,z),Iz(x,y,z))，所述空间分布(Ie(x,y,z),Iz(x,y,z))独立于所述测量能量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一般依赖性规则(P(d1,d2))使用另外的测量或者取决于所述两种基本材料(M1，M2)的厚度(d1，d2)的测量信号衰减(P)的仿真来确定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一般依赖性规则(P(d1,d2))包括给出取决于所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)的测量信号衰减的线积分的投影(P)。4.根据权利要求1到3中的一项所述的方法，其中所述材料属性值的分布与所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)之间的所述先前已知的理论关系(Petheo(d1,d2),Pztheo(d1,d2))包括先前已知的理论投影(Petheo,Pztheo)，所述先前已知的理论投影(Petheo,Pztheo)给出取决于所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)的所述两种材料(M1，M2)中包含的材料属性载流子(e,Z)的密度(ρ1,ρ2)的线积分。5.根据权利要求1到4中的一项所述的方法，其中所述材料属性值的分布与所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)之间的所述先前已知的理论关系(Petheo(d1,d2),Pztheo(d1,d2))被公式化为线性关系，所述线性关系包括所述两种基本材料(M1，M2)的分布(d1，d2)与所述两种基本材料(M1，M2)中包含的材料属性载流子(e,Z)的比密度(ρe,Z)的乘积的和。6.根据权利要求1到5中的一项所述的方法，其中所述材料属性值包括与光谱吸收和/或电子密度(ρe)和/或核电荷载流子密度(Z)有关的值。7.根据权利要求1到6中的一项所述的方法，其中所估计的分布(IT(x,y,z))基于重建的图像数据(IM(x,y,z))来确定，其中假定在所述检查区域(FoV...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·劳帕赫，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE