[发明专利]使用双能计算机断层造影的多材料分解有效

专利信息
申请号: 201510312169.5 申请日: 2009-11-27
公开(公告)号: CN105011960B 公开(公告)日: 2018-10-16
发明(设计)人: P.R.门唐卡;P.E.利卡托;R.博蒂卡;B.W.汤森 申请(专利权)人: 通用电气公司
主分类号: A61B6/03 分类号: A61B6/03
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 姜甜
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 双能计算机断层造影 分解 物理化学模型 材料基础 图像 成像对象 获取图像 扫描 施加 应用
【说明书】:

发明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)。

技术领域

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 energy)x射线源的多材料分解(multi-materialdecomposition)方法。

背景技术

通常,在CT成像系统中,x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,x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x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x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x射线管电压电平,而另一次成像扫描以诸如60-80kVp的较低x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80kVp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x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x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x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x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 dependence)。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x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。

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