使用双能计算机断层造影的多材料分解制造技术

本发明专利技术涉及使用双能计算机断层造影的多材料分解。公开了一种用于获取多材料分解图像的方法，所述方法包括步骤：从成像对象的双能计算机断层造影扫描获取图像对（６２）；选择用于所述图像对的多材料分解的材料基础（６４）；对所述材料基础应用物理化学模型（６６）；以及使用所述物理化学模型所施加的至少一个约束执行多材料分解（７２）。

【技术实现步骤摘要】

这里所公开的主题涉及计算机断层造影(computed tomography, CT)成像 系统，尤其涉及使用用于CT成像系统的双能(dual energyk射线源的多材料分解 (multi-material decomposition)方法。
技术介绍
通常，在CT成像系统中，χ射线源向位于支撑体上的诸如患者或行李物品之类的 主体或对象发射扇形或锥形X射线束。所述X射线束撞击在位于所述主体远侧的包括多个 检测器模块的检测器组件上，其中所检测到的X射线束的强度是X射线束被所述主体衰减 (attenuation)的函数。在已知的“第三代” CT系统中，χ射线源和检测器组件将主体部分 地装入可旋转的机架(gantry)结构中。跨机架角度的范围收集表示所检测χ射线束的强 度的数据，并且最终对所述数据进行处理以形成图像。CT成像系统可被配置为能量鉴别、多能和/或双能CT成像系统。双能CT成像是 以两个不同能量级别(energy level)或能谱在相同条件下对相同目标进行多次扫描的成 像过程，并用来识别所述目标中的不同材料。例如，具有相对低密度的柔软组织和类似材料 通常比诸如骨头或碘造影剂之类的相对高密度的材料将入射χ射线衰减较低的程度。在相 关领域中意识到以两次成像扫描执行CT成像，一次以诸如110-150kVp的较高χ射线管电 压电平，而另一次成像扫描以诸如60-80kVp的较低χ射线管电压电平执行，比单能CT成像 扫描提供更多的关于所扫描材料的信息。从双能CT成像扫描所获取的数据可被用来使用基础材料分解计算过程重构图 像。所生成的图像表示所选择的基础材料密度对。除了材料密度图像之外，双能投影数据 可被用来产生具有与所选择的单色能量相当的X射线衰减系数的新图像。这样的单色图像 可包括这样的图像，其中图像体素(voxel)的密度值被指定得就像通过用单色X射线束收 集来自主体的投影数据所创建的CT图像一样。例如，在医学成像领域，可以以约SOkVp的相对“低能量”级别以及约140kVp的相 对“高能量”级别执行双能CT扫描，其中可“背靠背(back-to-back)”或交织地获取扫描。 可在χ射线源和能量敏感检测器之间设置特殊滤波器，使得不同检测器行收集不同χ射线 能谱的投影。可通过以下步骤获得测量值(i)利用两个不同的能谱进行扫描；(ii)根据检测 器中的能量沉积检测光子能量；并且(iii)利用多个能量舱(energy bin)进行光子计数。 在没有对象散射的情况下，CT系统能够基于来自光谱(spectrum)中两个或更多光子能量 区域的信号得出与相对于能量的对象衰减相关的信息，所述光谱中的两个或更多光子能量 区域例如是入射χ射线光谱的低能量和高能量部分。在医学CT中，两个物理过程主导了 χ 射线衰减康普顿(Compton)散射和光电效应。从两个能量区域所检测到的信号通常提供 足够的信息来解决所成像材料的能量依赖(energy d印endence)。此外，从两个能量区域所 检测的信号提供足够的信息来确定由两种材料所构成的对象的相对组分(composition)。使用在这些CT扫描期间所获得的图像，能够生成基础材料密度图像和单色图像， 也就是表示以理想的单色管源执行计算机断层造影扫描的效果的图像。给定一对材料密度 图像，可能生成其它的基础材料图像对。例如，根据相同解剖结构(anatomy)的水和碘图 像，可能生成不同的材料密度图像对，诸如钙或钆。类似地，通过使用基础材料图像对，能够 生成均处于特定χ射线能量的单色图像对。类似地，能够从单色图像对获得基础材料图像 对或不同能量的单色图像对。传统的材料基础分解利用以下概念在医学CT的能量区域中，任何给定材料的χ 射线衰减能够由两种其它材料的适当密度混合(mix)来表示，所述两种其它材料通常被表 示为“基础材料”。基础材料沉积计算过程产生两幅CT图像，每一幅表示一种基础材料的等 效(equivalent)密度。由于材料密度不依赖于χ射线光子能量，所以所述两幅CT图像很 大程度上摆脱了射束硬化伪影(beam-hardening artifact) 0操作员能够选择基础材料来 以感兴趣的材料为目标，例如用以提高图像对比度。因此，双能CT是扩展了标准CT能力的成像模态，并且使得能够对图像体积中的每 个体素估计全线性衰减曲线，而不是以Hoimsfield为单位的标量图像。如以上所解释的， 这是通过以两个不同能谱获取X射线投影并且在仔细校准下重构材料分解图像对来实现 的。该对中的每个共同记录(co-registered)的体素是对应于构成该体素的两种预选材料 的密度估计的二维向量，该估计与投影数据相一致。由于线性衰减曲线的空间可描述为二 维流形加残差(residualdifference)，所述残差太小而无法在当前CT技术下测量，该分解 过程基本上局限于仅有两种材料的规范。 本专利技术在这里认识到需要一种通过多材料分解而产生多于两种预选材料的计算 机断层造影图像的方法。
技术实现思路
公开了一种用于获取多材料分解图像的方法，所述方法包括以下步骤从成像对 象的双能计算机断层造影扫描获取图像对；选择用于所述图像对的多材料分解的材料基 础；对所述基础中的材料混合应用物理化学或数学模型；并且使用所述物理化学或数学模 型所施加的至少一个约束来执行多材料分解。一旦阅读了以下附图和详细描述，根据各实施例的其它系统和/或方法对于本领 域技术人员将会是显而易见的。所有这些附加系统和方法意在落入本专利技术的范围之内，并 且由所附权利要求所保护。附图说明图1是依据现有技术的CT成像系统的等量(isometric)图解视图；图2是图1的CT成像系统的功能框图；图3是来自在双能模式下运行的图1的CT成像系统可提供的两种材料的分解的 /K成分(water-component)图像；图4是来自在双能模式下运行的图1的CT成像系统可提供的两种材料的分解的 碘成分图像；图5是在双能模式下运行的图1的CT成像系统可获得的单色图像，其示出了在70keV下来自到两幅单色图像的分解的衰减；图6是在双能模式下运行的图1的CT成像系统可获得的单色图像，其示出了在 HOkeV下来自到两幅单色图像的分解的衰减；图7是图示双能CT成像系统用来依据所公开的方法提供多材料分解的操作的流 程图；图8是图示在标称密度的线性衰减系数的凸多面体的图表；图9是来自依据所公开方法所获得的多材料分解的空气成分图像；图10是从用来产生图9的图像的多材料分解过程所获得的脂肪成分图像；图11是从用来产生图9的图像的多材料分解过程所获得的血液成分图像； 图12是从用来产生图9的图像的多材料分解过程所获得的骨骼成分图像；和图13是从用来产生图9的图像的多材料分解过程所获得的Omnipaque成分图像。具体实施例方式如以上所提到的，传统的双能CT扫描仪处理并不对材料成分混合中“N ^ 3”种材 料的组分进行评估，由此通常局限于仅到两种材料(即，N = 2)的分解。在所公开方法的 示例性方面，双能CT扫描仪的能力从产生材料分解图像对扩展到产生材料分解图像三元 组(triplet)。所述图像三元组是通过假设在人体内部发现的物质和组织类型的各种混合 物具有与这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取多材料分解图像的方法，所述方法包括步骤：从成像对象的双能计算机断层造影扫描获取图像对（６２）；选择用于所述图像对的多材料分解的材料基础（６４）；对所述材料基础应用物理化学模型（６６）；以及使用所述物理化学模型所施加的至少一个约束执行多材料分解（７６）。

【技术特征摘要】
US 2008-11-28 12/315184一种用于获取多材料分解图像的方法，所述方法包括步骤从成像对象的双能计算机断层造影扫描获取图像对(62)；选择用于所述图像对的多材料分解的材料基础(64)；对所述材料基础应用物理化学模型(66)；以及使用所述物理化学模型所施加的至少一个约束执行多材料分解(76)。2.如权利要求1所述的方法，其中所述图像对包括材料-密度图像对和能量图像对之3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括根据所述图像对中的每个体素的线性衰 减曲线导出质量衰减曲线的步骤(68)。4.如权利要求3所述的方法，其中所述导出步骤包括与至少一个加权系数相乘，所述 加权系数具有位于O和1之间的值。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述材料基础...

【专利技术属性】
技术研发人员：PR门唐卡，PE利卡托，R博蒂卡，BW汤森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]