用于产生物质选择的立体图像的方法技术

本发明专利技术涉及一种产生待检查对象的不同物质成分的物质选择的立体图像的方法。该方法支持借助于Ｘ射线装置（１）从不同投影方向拍摄的多光谱投影图像，并且可以用叠代的方式定量地精确确定物质选择的立体图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具有步骤 -借助射线源产生不同能量范围的射线；-在不同的能量范围内以及从不同的投影方向透射由不同物质成分组成的 对象；-用射线加载探测器装置，并通过该探测器装置采集不同能量范围的投影 图像；以及-通过连接于探测器装置之后的分析单元产生物质选择的立体图像。技术背景这样的方法由ALVAREZ, R. B.; MACOVSKI, A.: "Energy selective reconstruction in X-ray computerized tomography", Phys, Med. Biol"第21巻，第 733-744页，(1976)公知。该公知的方法是计算机断层造影(CT)方法，在该方 法中，在不同能量范围中记录的投影图像被用来产生待检查对象的两种不同物 质成分的空间密度分布的立体图像。在此，立体图像应该理解为不同物质成分 的密度分布的三维图像。在WARP， R. J.; DOBBINS, J. T.: "Quantitative evaluation of noise reduction strategies in dual-energy imaging" ， Med. Phys. 30(2), 2003年2月中描述了所谓的 双能量投影成像的细节。在双能量投影成像中利用两个不同的X射线光谱拍摄 待检查对象的两个投影图像。通过适当组合这两个投影图像可以分离放射学上 不同的物质，例如软组织和骨骼。特别是基本上可以产生单位面积质量图像 (Massenbelegungsbild )，在这些单位面积质量图像中分别显示一种物质成分的 单位面积质量。例如可以产生纯骨骼图像或纯软组织图像。单位面积质量图像 特别应该理解为单位面积质量平面密度的二维图像。然而在射线路径中通常出现多于两种不同的物质，例如软组织、钙质组织 或骨骼或者还有填充有作为造影剂的捵的组织。但是在仅使用两个不同光谱的双能量投影成像中，对两个未知数只提供两个等式。因此当要在两种物质中进 行分离时，就会错误地将第三种物质显示为该其它两种物质的组合。由于这个 原因，双能量投影成像在多于两种不同物质的情况下通常不再能定量地提供正 确的结果。对多光谱计算机断层造影同样是这样，在该多光谱计算机断层造影中，借 助从不同投影方向拍摄的多光镨投影图像产生物质选择的立体图像。
技术实现思路
从该现有技术出发，本专利技术要解决的技术问题是，提出用于多光谱计算机 断层造影的改善的方法。在本专利技术的方法中首先根据一 系列由不同投影方向拍摄的投影图像产生 对象的立体图像。接着，将该立体图像分割为最高与能量范围的数量相应数量 的主要成分和至少一个次要成分。通过接着对不同能量范围内的至少一个次要 成分进行反投影可以产生在不同能量范围内与至少一个次要成分关联的单位面 积质量子图像。为此在下一步骤中使用该与至少一个次要成分关联的单位面积 质量子图像来从用探测器装置产生的投影图像中去除那些源自于至少 一个次要 成分的部分。从这样校正的投影图像中可以通过对多维衰减函数求逆来产生主 要成分的单位面积质量子图像，该单位面积质量子图像又可以被用于产生主要 成分的物质选择的立体图像。通过该方法可以定量地正确地再现若干物质成分的密度分布。在此独立的 物质成分的数量可以大于为拍摄而使用的能量范围的数量。此外产生物质选择 的立体图像隐含着对射线硬化的校正。由此不再需要附加地进行由现有技术公 知的所谓的水校正或骨校正。因此没有附加的射线硬化校正的再现的立体图像也不含硬化伪影，如看似的图像中心的密度下降(杯状凹陷，Cupping)或在骨 之间梁形的密度下降。此外，通过将主要成分的物质选择的立体图像分割为该主要成分的校正的 立体图像和至少一个次要成分的剩余部分，以及通过对校正的立体图像进行再 投影而产生主要成分的校正的单位面积质量子图像，可以进一步改善至少一个 次要成分的物质选择的立体图像。接着可以查找在不同的能量范围的至少一个 子成分的单位面积质量子图像，该单位面积质量子图像最小化与不同能量范围 内的主要成分和次要成分的单位面积质量子图像对应的投影图像与采集的投影图像间的偏差。这样，就可以由至少一个次要成分的单位面积质量子图像产生 该至少一个次要成分的改善的物质选择的立体图像。通过产生与在不同能量范围的至少一个子成分关联的子投影图像，并且从 所采集的投影图像中通过去除与子投影图像相应的部分产生不同能量范围的校 正的投影图像，至少一个次要成分的改善的单位面积质量子图像又可以被用来 改善主要成分的物质选择的立体图像。然后，根据校正的投影图像可以通过对 多维衰减函数求逆来产生主要成分的单位面积质量子图像，该单位面积质量子 图像又可以被用来产生主要成分的物质选择的立体图像。可以叠代地重复最后两个可以改善主要成分和次要成分的物质选择的立 体图像的步骤，直到在主要成分的物质选择的立体图像中低于针对至少一个次要成分的剩余部分的度量(Mal3),或者直到在依次接续的叠代步骤中立体图像 的变化低于预定的度量。优选通过从采集的投影图像中减去借助于衰减函数从至少一个次要成分 的单位面积质量子图像中产生的子投影图像，对采集的投影图像进行校正。为了对衰减函数的应用和求逆保持小的计算开销，预先进行计算，并为衰 减函数的求逆使用在数据存储器中存储的表值。同样地，对于主要成分的和至少一个次要成分的立体图像的再投影可以预 先进行计算，并使用在数据存储器中存储的表值。对于主要成分和次要成分优选从骨组织、软组织、积聚有造影剂的组织和 植入物这些物质成分的组中进行选择。由此可以独立地三维显示从医疗的角度 感兴趣的患者的身体部分。以下结合附图详细解释的本专利技术的实施例的描述给出了本专利技术的其它优 点和特征，其中附图说明图1示出X射线装置，具有C弧，在其末端安装了用于双X射线成像的X 射线管和X射线探测器；图2示出质量衰减系数随着不同身体部分的光子能量而变化的特性；图3示出两个在不同管电压情况下拍摄的具有钨阳极的X射线管的光子的光i普；图4示出产生软组织和积聚有造影剂的身体区域的物质选择的立体图像的 第一步骤；图5示出产生圆顶形骨的物质选择的立体图像的、紧接着图4的第一步骤 的第二步骤；图6示出产生软组织和圆顶形骨的物质选择的立体图像的第一步骤；以及 图7示出产生积聚造影剂的身体区域的物质选择的立体图像的、紧接着图 6的第一步骤的第二步骤。具体实施方式图1示出适合于多光谱X射线成像的X射线装置1的透视图。详细地说，X射线装置1包括X射线管3和釆集由X射线管3发出的X 射线的探测器4。探测器4优选地是数字的平板探测器。目前使用具有典型的 尺寸为大约20x20cn^至40x40cn^的这样的平板探测器。这些平板探测器具 有由非晶硅构成的光电二极管。关于大小和所使用的材料没有任何限制。通过 使用这样的平板探测器，X射线装置1既可以用于多光谱三维成像也可以用于 干预中的平面透视。X射线装置也适合于借助造影剂检查血管的血管造影术。X射线在到达探测器4的路径上横穿患者2，从而探测器4记录患者2的 投影图像。由于X射线在患者的身体中通过散射或吸收而部分地衰减，所以投 影图像再现通过患者2的X射线的衰减。X射线管3和探测器4被安装在由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生物质选择的立体图像的方法，具有步骤：　借助射线源（３）产生不同能量范围的射线；　在不同的能量范围内以及从不同的投影方向透射由不同物质成分组成的对象（２）；　用所述射线加载探测器装置（４），并且通过所述探测器装置（４）采集不同能量范围的投影图像；以及　通过连接于所述探测器装置（４）之后的分析单元（１２）产生物质选择的立体图像，　其特征在于，　借助一系列由不同投影方向拍摄的投影图像（２８）产生对象（２）的立体图像（３０）；　从该立体图像（３０）中除了分割出最高与能量范围的数量相应数量的主要成分之外，还分割出至少一个次要成分的立体图像（３５，５８）；　通过对在不同能量范围内的至少一个次要成分的立体图像（３５，５８）进行反投影（３６），产生在不同能量范围内的与该至少一个次要成分相关联的单位面积质量子图像（３７）；　从所采集的投影图像（２８）中通过去除与该单位面积质量子图像（３７）相应的分量，产生在不同能量范围内的校正的投影图像（３９）；　借助所述校正的投影图像（３９）通过对多维衰减函数求逆（４０）来产生主要成分的单位面积质量子图像（４１）；以及　借助该单位面积质量子图像（４１）产生主要成分的物质选择的立体图像（４３，４４，５９，６０）。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈黑勒，厄恩斯特彼得鲁尔恩肖普夫，伯恩哈德肖尔兹，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]