[发明专利]双能量断层摄影成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对对象成像的成像系统、成像方法和成像计算机程序。

背景技术

Alvarez和Macowski的文章“Energy-selective Reconstructions in X-ray Computerized Tomography”（《Phys.Med.Biol》，第21卷，第5期，第733-744页，1976年）中公开了一种计算机断层摄影系统，该系统包括发射多色辐射的辐射源以及用于生成指示已经穿透对象后的辐射的投影数据的能量分辨探测器。在辐射源和对象相对于彼此移动时采集投影数据，以便采集不同投影方向的投影数据。向所采集的投影数据应用成分分解技术，以便确定分别由光电效应和康普顿效应造成的光电效应衰减值和康普顿效应衰减值。光电效应衰减值被反向投影，以生成对象的光电效应图像，并且康普顿效应衰减值被反向投影，以生成对象的康普顿图像。

光电效应图像和康普顿效应图像被噪声破坏，因此具有降低的图像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对对象成像的成像系统、成像方法和成像计算机程序，其中，所述对象的重建图像的质量能够得以改进。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于对对象成像的成像系统，其中，所述成像系统包括：

-投影数据提供单元，其用于提供包括至少两个成分的对象的采集的谱投影数据，

-重建单元，其通过执行若干迭代步骤迭代地重建所述对象的至少两个最终成分图像，在所述若干迭代步骤中基于所采集的谱投影数据和惩罚项更新至少两个中间成分图像，所述惩罚项指示所述至少两个中间成分图像之间的相关噪声。

由于基于所采集的谱投影数据和指示所述至少两个中间成分图像之间的相关噪声的惩罚项更新所述至少两个中间成分图像，因此所述至少两个中间成分图像之间的相关噪声在迭代重建过程中得以惩罚。最终获得的所述对象的成分图像因此受到相关噪声的更少破坏，具有了改进的图像质量。

所述对象能够包括两个或更多成分。

不同的成分能够是不同的基础材料，例如骨骼、软组织、金属、如碘的造影剂，和/或它们能够涉及不同的物理效应，例如光电效应、康普顿效应、K边缘效应等。

所述投影数据提供单元能够是存储单元，在其中已经存储了采集的投影数据，或者它能够是诸如X射线计算机断层摄影系统、X射线C形臂系统、核成像系统等的采集单元的投影数据采集单元所述核成像系统为例如正电子发射断层摄影系统或单光子发射计算机断层摄影系统。

优选地，所提供的采集的谱投影数据对应于通过如下方式已经采集的投影数据：将发射多色辐射的辐射源和所述对象相对于彼此进行移动，并且在所述辐射源和所述对象相对于彼此移动的同时，以谱方式探测所述投影数据，所述投影数据指示已经穿透所述对象之后的辐射。

所述至少两个中间成分图像之间的相关噪声能够是正相关噪声或负相关噪声。

优选地，所述重建单元适于通过优化a）似然项与b）所述惩罚项之和，来更新所述至少两个中间成分图像，所述似然项依赖于定义了贯穿所述中间成分图像的前向投影产生类似于所采集的谱投影数据的模拟谱投影数据的似然的似然函数。所述惩罚项是这样的项：其能够通过在迭代重建过程中修改所述中间成分图像被优化，从而减小了所述至少两个中间成分图像之间的相关噪声。进一步优选地，所述惩罚项依赖于对不同中间成分图像中对应图像元素的协方差的估计。对所述协方差的估计允许以相对简单的方式，通过所述惩罚项考虑相关噪声。

在优选实施例中，所述重建单元适于a）生成在不考虑所述惩罚项的情况下从所采集的投影数据重建的协方差估计成分图像，并且从所述协方差估计成分图像估计所述协方差，或b）从所采集的投影数据估计所述协方差。具体而言，所述重建单元能够适于通过在不考虑所述惩罚项的情况下，向所采集的投影数据应用成分分解技术以生成所述成分的线积分，并且通过从所述成分的所述线积分重建所述协方差估计成分图像，来生成所述协方差估计成分图像。优选地，所述重建单元适于将所述协方差估计成分图像的图像值求平均，并且适于基于经平均的图像值估计不同中间成分图像中的对应图像元素的协方差。这允许以相对低的计算工作量估计不同中间成分图像中对应图像元素的协方差。

同样优选地，所述重建单元适于通过如下方式估计不同中间成分图像中的对应图像元素的协方差：