光子计数计算机断层摄影制造技术

一种图像信号处理系统(ISP)，包括：输入接口(IN)，其用于接收由具有光子计数探测器(D)的X射线成像装置(IA)采集的光子计数投影数据。所述系统的校准数据存储器(CMEM)保存校准数据。所述校准数据针对i)所述探测器(D)或ii)不同探测器的不同能量阈值对光子计数数据与路径长度曲线进行编码。所述曲线中的至少一条曲线不是一对一的。所述系统的路径长度转换器(PLC)基于所述校准数据将在所述光子计数投影数据中的条目转换成相关联的路径长度。

Photon counting computed tomography

An image signal processing system (ISP) includes an input interface (IN) for receiving photon counting projection data collected by an X-ray imaging device (IA) with a photon counting detector (D). The calibration data memory (CMEM) of the system stores the calibration data. The calibration data encodes the photon counting data and the path length curve for different energy thresholds of the detectors (D) or I I described in I. At least one of the curves is not one-to-one. The path length converter (PLC) of the system converts entries in the photon counting projection data into associated path lengths based on the calibration data.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子计数计算机断层摄影
本专利技术涉及一种图像信号处理系统、一种成像系统、一种图像信号处理方法、一种计算机可读介质、一种计算机程序单元以及一种计算机可读介质。
技术介绍
基于X射线的成像是在诸如医学的各努力领域中的重要工具。在医学领域中，更常规的X射线系统使用能量积分探测器，其中，基本上忽略了在所探测到的X射线辐射中固有的谱信息。随着光子计数探测器系统的出现，这种情况已经得到了改善，所述系统能够将在所探测到的辐射中的能量分解成谱能量分量，从而增强信息内容提取。如在光子计数探测器中所使用的像素大小(像素间距)对速率性能具有影响。具体地，像素尺寸越小，速率性能越好。在一些光子计数CT系统中使用约200微米的像素尺寸。例如参见ZhicongYu等人在Phys.Med.Biol.，第61卷，第1572-1595页(2016)上的“Evaluationofconventionalimagingperformanceinaresearchwhole-bodyCTsystemwithaphoton-countingdetectorarray”一文。事实上，可瘫痪(paralyzable)探测器中的足够小的像素尺寸有助于防止根据在临床CT的通量范围外部的输入通量的输出计数率的不可避免的折叠。然而，在这样的系统中，由于电荷共享事件的增加，较弱的谱性能是后果之一。对此，CarstenSchirra等人在Proc.ofSPIE，第9033卷，第90330N-1-90330N-9页(2014)上的“TowardsIN-vivoK-edgeImagingUsingaNewsemi-AnalyticalCalibrationmethod”一文中公开了一种用于光子计数谱计算机断层摄影的半分析校准方法，其将校准测量的利用与分析模型相组合以预测预期的光子计数。WO2015/197786A1公开了一种用于处理由X射线敏感探测器探测到的计数事件的方法和装置，其中，信号模型被用于拟合所探测到的事件以计算感兴趣的物理量，诸如衰减、折射或退相干/散射能力。借助于此，尤其可以考虑堆积效应。WO2007/049168A1公开了一种装置，其接收来自对电离辐射敏感的探测器的信号，由此，微分器生成指示探测器信号的速率变化的输出。鉴别器然后对微分器的幅度进行分类，并且由鉴别器的输出触发的积分器来生成指示所探测到的光子的输出。一个或多个校正器校正脉冲堆积，并且组合器使用校正器的输出来生成指示所探测到的光子的数量和能量分布的输出信号。US2010/0074397A1公开了一种用于探测X射线辐射的方法以及相应的X射线系统。当X射线辐射的量子撞击在传感器上时，生成量子的能量的脉冲幅度特性的电脉冲，其中，多个阈值能量是预定的。当超过对应于相应能量的脉冲幅度时，每当超过对应于相应阈值能量的脉冲幅度时发出信号。即使在具有高X射线量子率的图像区域中，这也允许可靠和高质量的成像。对此，阈值能量中的至少一个阈值能量是预定的，使得其高于由X射线发射器发射的X射线谱的最大能量。
技术实现思路
因此，可能有在光子计数系统中解决上文所提到的缺点中的一些缺点的需求。通过独立权利要求的主题解决了本专利技术的目的，其中，在从属权利要求中包含了另外的实施例。应当注意，本专利技术的以下描述的方面同样适用于图像信号处理方法、图像信号处理系统、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，提供了一种图像信号处理系统，包括：输入接口，其用于接收由具有光子计数探测器的X射线成像装置采集的光子计数投影数据；校准数据存储器，其保持校准数据，所述校准数据针对i)所述探测器或ii)不同探测器的不同能量阈值对光子计数数据与路径长度曲线进行编码，所述曲线中的至少一条曲线是非单射(non-injective)的；以及路径长度转换器，其被配置为：基于在所述校准数据中编码的至少两条光子计数数据与路径长度曲线，将所述光子计数投影数据中的条目(亦即，针对像素的计数)转换成相关联的路径长度。根据一个实施例，所述校准数据是先前在校准流程中探测到的，或者所述校准数据的集合是根据信号模型(理论地)导出的。根据一个实施例，所述系统包括：图像重建器，其被配置为至少基于经转换的路径长度来重建图像的图像元素。根据一个实施例，所述路径长度转换器操作用于根据所述曲线中的至少两条曲线将所述光子计数投影数据的所述条目拟合到光子计数数据。根据一个实施例，由所述路径长度转换器进行的路径长度转换包括：基于所述至少两条曲线中的一条曲线来计算针对所述相关联的路径长度的至少两个估计，并且基于i)针对至少一个其他阈值的光子计数投影数据和所述曲线中的至少一条其他曲线来选取所述两个估计中的一个估计作为所述相关联的路径长度。根据一个实施例，所述路径长度转换器被配置为通过优化目标函数来转换为所述相关联的路径长度，所述目标函数取决于根据所述曲线的光子计数数据与所述投影数据之间的偏差。具体地，并且根据一个实施例，所述目标函数一次针对所有能量分组(bin)组合在测量与根据校准曲线的预期之间的偏差(“失配”)。根据一个实施例，所述目标函数包括最小二乘和。根据一个实施例，所述目标函数包括基于针对光子计数数据的概率密度函数(pdf)的似然函数。所述pdf可以根据理论信号模型导出或者根据校准数据来估计。根据一个实施例，所述目标函数包括噪声建模部件，所述噪声建模部件被配置为针对所述探测器的噪声性能进行建模或者针对不同探测器进行建模。再次地，所述噪声部件(例如，方差)可以根据理论信号模型导出或者可以根据校准数据来估计。所提出的路径长度转换器能够基于不是一对一的校准曲线来转换成路径长度。不是一对一的曲线在本文中也被称为“非单射的”。所述校准数据包括不是一对一的至少一条曲线(在本文中也被称为“校准曲线”)：换言之，存在模糊性，因为在该校准曲线下，存在被分配了两个或更多个不同路径长度的至少一个光子计数值。又换言之，由于这种模糊性，所述校准曲线在经典意义上是不可逆的。如果曲线是连续的(如当校准曲线被内插或者根据理论信号模型导出时将是这种情况)，那么在本文中设想到的非单射曲线也可以说是非单调的。所述路径长度转换器不仅基于每个阈值的一条校准曲线，而且基于针对不同能量阈值(或“分组”)的多条校准曲线，将光子计数数据转换为针对给定像素的(有效)路径长度。换言之，转换操作不限于针对给定像素在来自给定分组的一条曲线上操作，而且来自其他分组的其他曲线也被认为用于实施所述转换。在一个实施例中，但是不一定是所有实施例，来自所有分组的所有曲线被用于针对给定像素位置的转换。计算每个像素的有效路径长度(在本文中也被简称为“路径长度”)，从而其相关联的计数率(根据校准数据)“最佳地”解释其他分组中的实际测量到的计数率中的一些或所有计数率。在一个极端实施例中，仅考虑两条校准曲线，其在一些低噪声设置中可能确实是足够的。然而，优选地，包括多于两条曲线(3条、4条或者更多条直到实现的能量分组的总数)，特别是所有曲线，以计算针对任何给定像素的转换。使用来自不同分组的多于一条校准曲线允许更噪声鲁棒的转换，即，有效路径长度的最佳估计。所提出的系统允许具体地处理来自具有相对大的像素尺寸的光子计数探测器的光子计数数据。更详细地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像信号处理系统(ISP)，包括：输入接口(IN)，其用于接收由具有光子计数探测器(D)的X射线成像装置(IA)采集的光子计数投影数据；校准数据存储器(CMEM)，其保存校准数据，所述校准数据针对i)所述探测器(D)或ii)不同探测器的不同能量阈值对光子计数数据与路径长度曲线进行编码，所述曲线中的至少一条曲线是非单射的；以及路径长度转换器(PLC)，其被配置为：基于在所述校准数据中编码的至少两条光子计数数据与路径长度曲线，将所述光子计数投影数据中的条目转换成相关联的路径长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 EP 16176936.91.一种图像信号处理系统(ISP)，包括：输入接口(IN)，其用于接收由具有光子计数探测器(D)的X射线成像装置(IA)采集的光子计数投影数据；校准数据存储器(CMEM)，其保存校准数据，所述校准数据针对i)所述探测器(D)或ii)不同探测器的不同能量阈值对光子计数数据与路径长度曲线进行编码，所述曲线中的至少一条曲线是非单射的；以及路径长度转换器(PLC)，其被配置为：基于在所述校准数据中编码的至少两条光子计数数据与路径长度曲线，将所述光子计数投影数据中的条目转换成相关联的路径长度。2.根据权利要求1所述的图像信号处理系统，其中，所述校准数据是先前在校准流程中探测到的，或者所述校准数据的集合是根据信号模型导出的。3.根据权利要求1或2所述的信号处理系统，包括：图像重建器(RECON)，其被配置为至少基于经转换的路径长度来重建图像的图像元素。4.根据权利要求1或2所述的信号处理系统，其中，所述路径长度转换器(PLC)操作用于根据所述曲线中的至少两条曲线将所述光子计数投影数据的所述条目拟合到光子计数数据。5.根据前述权利要求中的任一项所述的信号处理系统，其中，由所述路径长度转换器(PLC)进行的所述路径长度转换包括：基于所述至少两条曲线中的一条曲线来计算针对所述相关联的路径长度的至少两个估计，并且基于i)针对至少一个其他阈值的光子计数投影数据和所述曲线中的至少一条其他曲线来选取所述两个估计中的一个估计作为所述相关联的路径长度。6.根据前述权利要求中的任一项所述的信号处理系统，其中，所述路径长度转换器(PLC)被配置为通过优化目标函...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·勒斯尔，R·斯特德曼，C·赫尔曼，R·普罗克绍，
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