用于生成光子计数光谱图像数据的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于生成光子计数光谱图像数据的设备(10)，包括：输入单元(20)；处理单元(30)；以及输出单元(40)。输入单元被配置为接收非光子计数X射线光谱能量数据。处理单元被配置为实施深度学习回归算法以生成光子计数X射线光谱数据，并且该生成包括利用非光子计数X射线光谱能量数据。输出单元被配置为输出光子计数X射线光谱数据。出光子计数X射线光谱数据。出光子计数X射线光谱数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成光子计数光谱图像数据的设备


[0001]本专利技术涉及一种用于生成光子计数光谱图像数据的设备，以及一种成像系统。

技术介绍

[0002]传统的计算机断层扫描(CT)扫描仪通常包括被安装在可旋转的门架上的x射线管，其与包括一排或多排检测器像素的检测器阵列相对。x射线管围绕位于x射线管和检测器阵列之间的检查区域旋转，并发射多色辐射，该多色辐射穿过检查区域和设置在检查区域中的物体或受试者。检测器阵列检测穿过检查区域的辐射，并生成指示检查区域和设置在检查区域中的物体或受试者的投影数据。重建器处理投影数据并生成指示检查区域和设置于检查区域中的物体或受试者的体积图像数据。体积图像数据可以被处理以生成一个或多个图像，该一个或多个图像包括物体或受试者的被扫描部分。所产生的图像包括像素，其通常以对应于相对放射密度的灰度值来表示。这些信息反映了被扫描的受试者和/或物体的衰减特性，且通常显示结构，如患者体内的解剖学结构、无生命物体的物理结构等等。被检测到的辐射还包括光谱信息，因为受试者和/或物体对辐射的吸收取决于x射线的能量。这种光谱信息可以提供额外的信息，如指示受试者和/或物体的组织和/或物质的元素或物质成分(例如，原子数)的信息。然而，利用这样的扫描仪，投影数据并不反映光谱特性，因为由检测器阵列输出的信号与在能量谱上积分的能量通量成比例。因此，所产生的数据实际上是单色的。
[0003]因此，这种传统CT方法的一项发展就是获取光谱数据。因此，被配置为光谱成像的计算机断层扫描仪(光谱扫描仪)利用这种光谱信息来提供指示元素或物质成分的进一步信息。一种方法包括使用两个X射线管，每个X射线管发射具有不同能量谱的X射线束。另一种方法包括快速kVp切换，其中管上的电压在两个不同的电压之间切换，使得在两种能量下进行测量。另一种方法包括多层间接转换检测器，其具有检测低能量的X射线的最上层，和检测高能量的X射线的最下层。这样的光谱数据在这里被称为非光子计数X射线光谱数据。
[0004]这种光谱扫描仪(其可以是在两种X射线能量下获取数据的双能量扫描仪)的输出可以是两个图像，一个是在高X射线能量下，一个是在低X射线能量下。
[0005]然而，用于重建计算机断层扫描图像的物质的质量衰减系数实际上整合了影响物质对x射线光子的衰减的几种物理现象。这些现象包括光电效应、康普顿散射、K
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边缘效应。例如参见J.Hsieh的Computed Tomography:Principles,Design,Artifacts,and Recent Advances，SPIE,2015。因此，非光子计数光谱数据也可以利用在两个光子能量下同时获取的两个衰减值进行处理，以解决光电效应和康普顿散射的基础分量。由于两个基础函数的任何两个线性独立的和跨越了整个衰减系数空间，任何物质都可以由两个基础物质的线性组合来表示。基础物质成分可被用于产生康普顿散射图像和光电图像。
[0006]因此，双能量CT系统利用在两个不同的光子能量下获取的两个衰减值来解决光电效应和康普顿散射，而忽略了物质的质量衰减系数的其他分量(如一个或多个K边缘)的贡献。例如参见R.E.Alvarez和A.MacOvski的“Energy
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selective reconstructions in X
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ray computerized tomography”，Phys.Med.Biol.,1976。双能量方法允许重建高x射线能量图像和低x射线能量图像，或康普顿散射图像和光电图像。然而，基础函数也可被用于确定虚拟单色图像、碘浓度图、虚拟非对比图像等，以及常规CT图像。这样允许重建虚拟单色图像、碘浓度图、虚拟非对比图像等，以及传统的CT图像。一些研究已经表明光谱CT在更好地表示人体解剖学结构和功能方面的潜力。例如参见T.R.C.Johnson的“Dual
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Energy CT:General Principles”，Am.J.Roentgenol.,vol.199,no.5_增刊,pp.S3
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S8,Nov.2012以及C.H.McCollough、S.Leng,L.Yu和J.G.Fletcher的“Dual
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and Multi
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Energy CT:Principles,Technical Approaches,and Clinical Applications”，Radiology,vol.276,no.3,pp.637
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653,2015。
[0007]这个方案很适合例如碘的物质，其K边缘能量接近诊断能量范围的平均值。因此，在能量范围的低位和高位处的两个测量值的线性组合可以表示该物质。在更复杂的情况下，需要更准确的物质定量，或存在具有不同的k
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边缘能量的多种物质，双能量方法可能导致次优的结果，因为它没有能力区分具有不同的k
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边缘能量的物质。
[0008]光子计数CT系统已被开发出来，其使用直接转换检测器技术来获取在多个能量级别下的数据。这就有可能允许对不同的x射线相互作用(包括K
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边缘能量分量)进行更详细的量化，而不是局限于仅由光电效应和康普顿散射组成的近似模型。例如参见E.Roessl和R.Proksa的“K
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edge imaging in x
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ray computed tomography using multi
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bin photon count detectors”，Phys.Med.Biol.，2007以及E.Roessl,B.Brendel、K.J.Engel、J.P.Schlomka、A.Thran和R.Proksa的“Sensitivity of photon
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counting based K
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Edge Imaging in X
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ray computed tomography”，IEEE Trans.Med.Imaging，2011。
[0009]这种光子计数系统有以下优点：
[0010]相对于积分检测器而言有改进的SNR
[0011]剂量减少(减少的电子噪声)
[0012]改善的组织分化/物质标记
[0013]利用CT改善的定量成像
[0014]能够实现新的成像技术，如K
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边缘成像
[0015]减少波束硬化伪影
[0016]此外，更先进的CT技术，如相位对比成像，可以在减小的剂量下具有改善的灵敏度。例如参见H.Hetterich等人的“Phase
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Contrast CT:Qualitative and Quantitative Evaluation of Atherosclerotic Carotid Artery Plaque”，Radiology，2014。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成光子计数光谱图像数据的设备(10)，包括：输入单元(20)；处理单元(30)；和输出单元(40)；其中，所述输入单元被配置为接收非光子计数X射线光谱能量数据；其中，所述处理单元被配置为实施深度学习回归算法以生成光子计数X射线光谱数据，且所述生成包括利用所述非光子计数X射线光谱能量数据；以及其中，所述输出单元被配置为输出所述光子计数X射线光谱数据。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述非光子计数X射线光谱能量数据包括非光子计数图像数据，或者非光子计数图像数据是由所述非光子计数X射线光谱数据图像数据生成的，并且所述非光子计数图像数据包括在第一X射线能量下的第一光谱图像和在第二X射线能量下的第二光谱图像，且所述光子计数X射线光谱数据包括至少一个光子计数光谱图像。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的设备，其中，所述非光子计数X射线能量数据包括非光子计数图像数据，或者非光子计数图像数据是由所述非光子计数X射线光谱数据图像数据生成的，并且所述非光子计数图像数据包括康普顿散射图像和光电图像，且所述光子计数X射线光谱数据包括至少一个光子计数光谱图像。4.根据权利要求2至3中的任一项所述的设备，其中，所述处理单元被配置为实现重建器，以处理所述非光子计数X射线光谱数据，从而生成所述非光子计数图像数据。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个光子计数光谱图像包括来自包括以下各项的组的一个或多个光子计数光谱图像：在所述第一X射线能量下的光子计数图像、在所述第二X射线能量下的光子计数图像、光子计数康普顿图像、光子计数光电图像、光子计数虚拟单色图像、光子计数对比剂定量图像、光子计数非对比图像、光子计数对消图像、光子计数碘图像、光子计数K
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边缘图像。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的设备，其中，所述输入单元被配置为接收由重建器采用以生成所述非光子计数图像数据的重建参数，且所述光子计数X射线光谱数据的生成包括利用所述重建参数。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其中，所述输入单元被配置为接收由图像获取单...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：