用于多材料分解的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为“用于多材料分解的方法和系统”。本发明专利技术提供了用于计算机断层摄影术的多材料分解的各种方法和系统。在一个实施方案中，一种方法包括：经由成像系统采集多个x射线光谱的投影数据，基于投影数据和成像系统的校准数据来估计多种材料的路径长度，基于从校准数据导出的线性化模型迭代地细化估计路径长度，以及由迭代细化的估计路径长度重建多种材料中的每种材料的材料密度图像。通过在不对成像系统的物理学建模的情况下以这种方式确定路径长度估计，可更快速地执行准确的材料分解并且对系统的物理学变化的敏感性较低，并且此外可扩展到两种以上的材料。外可扩展到两种以上的材料。外可扩展到两种以上的材料。

【技术实现步骤摘要】
用于多材料分解的方法和系统


[0001]本文所公开的主题的实施方案涉及计算机断层摄影(CT)成像，并且更具体地涉及用于CT成像的多材料分解。

技术介绍

[0002]双能谱或多能谱计算机断层摄影(CT)成像系统可显示对象中不同材料的密度，并生成与多个单色x射线能级对应的图像。CT成像系统可基于来自光谱中光子能量的至少两个区域(例如，入射x射线光谱的低能量部分和高能量部分)的信号来导出不同单色能级下的行为。在医学CT的给定能量区域中，其中被扫描的对象为患者，以下两种物理过程主导x射线衰减过程：康普顿散射和光电效应。从两个能量区域检测到的信号提供足够的信息来解析对被成像材料的能量依赖性。从两个能量区域检测到的信号提供足够的信息来确定由两种假想材料构成的物体的相对组成。

技术实现思路

[0003]在一个实施方案中，一种方法包括：经由成像系统采集多个x射线光谱的投影数据；基于所采集的投影数据和成像系统的校准数据来估计多种材料的路径长度；以及由估计路径长度重建多种材料中的每种材料的材料密度图像。在下文中，术语“路径长度”用于指定沿着将x射线源连接到各个检测器元件的线的材料密度图像的线积分。通过在不对成像系统的物理学建模的情况下以这种方式确定路径长度估计，可更快速地执行准确的材料分解并且对系统的物理学变化的敏感性较低，并且此外可扩展到两种以上的材料。
[0004]应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
[0005]通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本专利技术，其中以下：
[0006]图1示出了根据一个实施方案的成像系统的绘画视图；
[0007]图2示出了根据一个实施方案的示例性成像系统的方框示意图；
[0008]图3示出了根据一个实施方案的高级流程图，该高级流程图示出用于多材料分解的示例性方法；
[0009]图4示出了根据一个实施方案的高级流程图，该高级流程图示出用于基于校准数据计算多种材料的路径长度的初步估计的示例性方法；
[0010]图5示出了根据一个实施方案的描绘用于初始估计多种材料的路径长度的示例性多维表面的一组曲线图；
[0011]图6示出了根据一个实施方案的描绘用于细化多种材料的路径长度的初始估计的示例性线性模型的一组曲线图；
[0012]图7示出了根据一个实施方案的示出材料的示例性估计正弦图和真实正弦图的曲线图；
[0013]图8示出了说明图7的曲线图的放大视图的曲线图；
[0014]图9示出了根据一个实施方案的示出图7的估计正弦图与真实正弦图的差异的曲线图；并且
[0015]图10示出了根据一个实施方案的高级流程图，该高级流程图示出用于估计单色正弦图的示例性方法。
具体实施方式
[0016]以下描述涉及光谱计算机断层摄影(CT)成像的各种实施方案。具体地讲，提供了用于在光谱CT成像中进行多材料分解的方法和系统。在图1和图2中示出了可以用于根据本专利技术技术采集图像的CT成像系统的示例。CT成像系统可配置有能量鉴别检测器，诸如光子计数检测器，其提供能够经由材料分解来区分材料的保真度。材料分解可在投影域、图像域中执行，或与重建联合执行。然而，与投影域方法和图像域方法两者相比，联合材料分解
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重建方法在计算上通常是昂贵的。此外，用于多材料分解(即，两种或更多种材料的材料分解)的投影域方法通常取决于成像系统的先验知识，诸如有效x射线光谱的一些模型的知识，该有效x射线光谱通常为x射线光谱和检测器光谱响应的组合。在实施过程中，此类先验知识难以以高精度获得，尤其是如果检测器光谱响应在整个检测器阵列上变化和/或当发射的x射线光谱随x射线管寿命而变化时。用于多材料分解的方法，诸如图3中所描绘的方法，通过仅基于校准数据并且无需多能量CT成像系统的物理学知识来估计多材料路径长度克服了这些先前方法的挑战。该方法包括两步法，其中首先基于校准数据和所采集的投影数据获得初步估计，然后使用初步估计来初始化迭代方案，该迭代方案优化统计标准以进一步增强多材料路径长度在统计意义上的准确性。如图4所示，用于获得多材料路径长度的初步估计的方法包括函数反查找和局部多线性拟合方法的组合。计算此类初步估计的过程用模拟数据在图5和图6中示出。进一步模拟的结果在图7至图9中示出，表明初步估计是高度准确的，使得迭代方案在仅数次迭代的情况下即可以甚至更高的准确度获得多材料路径长度的最终估计。本文所述的用于直接估计多材料路径长度的方法还可适于估计多个能量下的单色正弦图，如图10所示。
[0017]图1示出了被配置用于CT成像的示例性CT系统100。具体地，CT系统100被配置为对受检者112(诸如患者、无生命对象、一个或多个制造部件)和/或外来对象(诸如存在于身体内的牙科植入物、支架和/或造影剂)进行成像。在一个实施方案中，CT系统100包括机架102，该机架继而还可以包括至少一个x射线源104，该至少一个x射线源被配置为投射x射线辐射束106(参见图2)以用于对躺在检查台114上的受检者112进行成像。具体地，x射线源104被配置为将x射线辐射束106朝向定位在机架102的相对侧上的检测器阵列108投射。尽管图1仅描绘了仅一个x射线源104，但是在某些实施方案中，可以采用多个x射线源和检测器来投射多个x射线辐射束106，以采集对应于患者的不同能级下的投影数据。在一些实施方案中，x射线源104可以通过快速峰值千伏电压(kVp)切换来实现双能谱成像。在一些实施
方案中，所采用的x射线检测器是能够区分不同能量的x射线光子的光子计数检测器。在其他实施方案中，使用两组x射线源和检测器来生成双能量投影，其中一组x射线源和检测器在低kVp下操作而另一组x射线源和检测器在高kVp下操作。因此，应当理解，本文所述的方法可用多种多光谱采集技术来实现，并且不限于特定的所述实施方案。
[0018]在某些实施方案中，CT系统100还包括图像处理器单元110，该图像处理器单元被配置为使用迭代或分析图像重建方法来重建受检者112的靶体积的图像。例如，图像处理器单元110可以使用诸如滤波反投影(FBP)的分析图像重建方法来重建患者的靶体积的图像。作为另一示例，图像处理器单元110可以使用迭代图像重建方法(诸如高级统计迭代重建(advanced statistical iterative reconstruction，ASIR)、共轭梯度(conjugate gradient，CG)、最大似然期望最大化(maximum likelihood expectation maximization，MLEM)、基于模型的迭代重建(model
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based iterative reconstructio本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：经由成像系统采集多个x射线光谱的投影数据；基于所述投影数据和所述成像系统的校准数据来估计多种材料的路径长度；基于从所述校准数据导出的线性化模型迭代地细化所述估计路径长度；以及由所述迭代细化的估计路径长度重建所述多种材料中的每种材料的材料密度图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述投影数据和所述成像系统的所述校准数据来估计所述多种材料的路径长度包括：在不对所述成像系统的物理学建模的情况下，基于所述投影数据和所述校准数据来估计所述多种材料的所述路径长度，所述成像系统的所述物理学包括所述多个x射线光谱和所述成像系统的检测器的光谱响应。3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述投影数据和所述成像系统的所述校准数据来估计所述多种材料的路径长度包括：执行对所述校准数据的反函数查找，以生成对应于所述投影数据的所述多种材料的路径长度的第一估计。4.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述投影数据和所述成像系统的所述校准数据来估计所述多种材料的路径长度还包括：生成由所述校准数据构建的正向模型的线性逼近，以及基于所述线性逼近求解线性方程组，以获得所述多种材料的路径长度的初步估计。5.根据权利要求3所述的方法，其中执行对所述校准数据的所述反函数查找以生成对应于所述投影数据的所述多种材料的所述路径长度的第一估计包括：针对每个正弦图区间选择所述校准数据中的材料路径长度的候选向量，所述候选向量在被输入到由所述校准数据构建的正向模型时，产生所述投影数据的阈值距离内的结果，并且针对每个正弦图区间，由所述候选向量的加权和计算所述路径长度的第一估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨斯什，
申请(专利权)人：通用电气精准医疗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：