在x射线系统中生成衰减图像数据和相位图像数据的制作方法
【专利摘要】在生成相位图像数据38中，接收包括第一逐像素测量信号值30a的第一X射线图像数据28a和包括第二逐像素测量信号值30b的第二X射线图像数据28b。以第一测量模式获得所述第一X射线图像数据28a，并且以不同于所述第一测量模式的第二测量模式获得所述第二X射线图像数据28b。通过根据以第一测量模式在像素31处获得的第一测量信号值30a和以第二测量模式在所述像素31处获得的第二测量信号值30b确定所述像素31处的相位值34来确定包括来自所述第一X射线图像数据28a和所述第二X射线图像数据28b的逐像素相位值34的相位图像数据38。
【专利说明】在X射线系统中生成衰减图像数据和相位图像数据
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于生成相位图像数据的方法、计算机程序以及计算机可读介质，并涉及一种X射线系统。
【背景技术】
[0002]X射线照相及断层摄影是用于多种应用的重要方法，例如大批量样品的非破坏性研究、工业产品的质量检验以及患者身体内部的感兴趣解剖结构和组织区域的无创检查。
[0003]基于X射线的衰减的X射线成像可以得到良好的结果，其中，诸如骨骼的高吸收解剖结构嵌在相对弱吸收材料的组织中。这是由于以下事实，即硬X射线束的穿透深度可以相当高，这允许记录衰减系数的尖锐突出。
[0004]在US2009/0304149A1和US2011/0216878A1中，示出了适于探测基于衰减的图像数据的X射线成像系统。
[0005]当对具有相似吸收截面的不同类型的组织进行检 查时(例如在乳房摄影或血管造影中)，X射线吸收的对比度可能相对较差。在这种情况下，可以采用相位对比X射线照相及断层摄影，其中，对穿透感兴趣对象的X射线的相位变化进行检查。
[0006]存在若干方法来检索相位信息。目前，最流行的是Talbot干涉仪类型的方法，其可以是基于光栅的。但是，也存在替代方案，其中，同轴全息摄影方法是吸引人的，因为它可以不需要任何光学仪器，如需要仔细对准的单色仪或光栅。
[0007]在W02008/006470A1中示出了用于相位对比成像的X射线干涉仪。
【发明内容】
[0008]本发明的目的之一是提供生成相位图像数据的另外的可能性。
[0009]该目的可以由独立权利要求的主题来实现。进一步的示范性实施例根据从属权利要求和以下的描述将是显而易见的。
[0010]本发明的一个方面涉及一种用于生成相位图像数据的方法。
[0011]根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤:接收包括第一逐像素测量信号值的第一 X射线图像数据；接收包括第二逐像素测量信号值的第二 X射线图像数据；其中，所述第一 X射线图像数据是以第一测量模式获得的，并且所述第二 X射线图像数据是以不同于所述第一测量模式的第二测量模式获得的。通常，该方法可以包括以下步骤:接收至少两组X射线图像数据，其中，以不同的测量模式获得每个组。
[0012]该方法包括另外的步骤:通过根据以第一测量模式在像素处获得的第一测量信号值和以第二测量模式在该像素处获得的第二测量信号值确定该像素处的相位值来根据第
一X射线图像数据和第二 X射线图像数据确定包括逐像素相位值的相位图像数据。
[0013]X射线图像数据的相位和衰减信息通常混合在由探测器获得或探测到的强度信息或数据中，该强度信息或数据被存储在X射线图像数据中。以下可以被看作是本发明的主旨，即当以不同的测量模式例如以不同的能量或利用不同的探测器类型获得两组图像数据时，该混合信息或数据可以被分离。该分离可以基于以下事实来执行，即存在将像素处的相位值(和任选的衰减值)映射到强度值或测量信号值的函数关系(通常是可以利用数学模型确定的函数)。利用基于两种不同测量模式的两种测量，可以从该函数关系推导出两个独立的方程，这两个方程可以被求解以得到相位值和/或衰减值。
[0014]本发明的另一方面涉及一种用于生成相位图像数据的程序单元，其在由处理器执行时适于执行如上面和下面所描述的方法的步骤，并且涉及一种计算机可读介质，在该计算机可读介质中存储了这种计算机程序。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储设备、RAM(随机存取存储器)、R0M(只读存储器)和EPR0M(可擦除可编程只读存储器)。计算机可读介质还可以是数据通信网络，例如因特网，其允许下载程序代码。
[0015]本发明的又一方面涉及一种用于X射线系统的控制器，所述X射线系统适于执行如上面和下面所描述的方法。
[0016]本发明的再一个方面涉及一种X射线系统。根据本发明的实施例，该X射线系统包括X射线源、X射线探测器和控制器。该X射线系统适于以不同的测量模式获得X射线图像数据。该控制器适于基于以不同的测量模式获得的X射线图像数据生成相位图像数据。必须理解的是，如上面和下面描述的方法的特征可以是如上面和下面描述的系统或控制器的特征，反之亦然。
[0017]本发明的这些和 其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见，并将参照下文描述的实施例得以阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1示意性示出根据本发明的实施例的X射线系统。
[0019]图2示意性示出根据本发明的实施例的处理单元。
[0020]图3示出根据本发明的实施例的用于控制X射线系统的流程图。
[0021]图4示出根据本发明的实施例的用于控制X射线系统的流程图。
[0022]图5示意性示出一种差分相位成像系统。
[0023]图6示出根据本发明的实施例的用于控制X射线系统的流程图。
[0024]原则上，在附图中为相同的部件提供相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0025]图1示出包括探测器装置12和评估单元14的X射线系统10。探测器装置12包括X射线源16和X射线探测器18。对象20被放置在X射线源16与X射线探测器18之间，并且从X射线源16发出的X射线能够穿透对象20并落在探测器18上。在穿透对象20的过程中，X射线被衰减和移相。然而，探测器18可能只适于以逐像素的方式测量X射线的强度。例如，探测器18是线探测器或二维探测器。
[0026]可以包括工作站14的评估单元14包括适于控制X射线源16和探测器18的控制器22。例如，控制器22可以控制X射线源16的操作持续时间和/或从X射线源16发出的X射线的能级。此外，控制器22可以在测量过程中接收从X射线探测器18生成的图像数据28。
[0027]图像数据28可以在处理单元24中进行处理，并且可以显示在具有显示器的HMI26上。X射线系统10的操作可以由操作人员经由HMI26进行控制。
[0028]在下面，解释了允许分离图像数据中的吸收和相移的不同方法。通常，这可以通过以不同的测量模式获得图像数据28来实现。例如，图像数据28可以以不同的能量水平或利用不同的测量方法获得。
[0029]为了以不同的能量水平获得图象数据28，X射线源16可以适于以不同的能量水平生成X射线，和/或探测器18可以适用于区分不同的能量水平处的X射线。在后者的情况下，探测器18可以是分光探测器。
[0030]然而，也可以通过以不同的测量模式(特别是在一次测量过程中同时地)探测X射线来获得图像数据28。这可以通过使用具有不同谱加权的至少两种测量和/或通过使用适用于同时以18种测量模式工作的探测器18来实现。在这些情况下，可以使用非分光探测器18，例如计数与积分X射线(CIX)探测器18或积分和与坎贝尔处理(Campbelling)X射线(ICX)探测器18。后面的这两个范例可以比分光探测器更便宜。此外，这种探测器18可以产生具有相关噪声的图像数据28，这可以有利于吸收和相位对比度的分离。
[0031]US2009/0304149A1示出适用于计数与积分的探测器。
[0032]US2011/0216878A1示出适用于积分与坎贝尔处理的探测器。
[0033]谱加权并不局限于如分光探测器可能具有的高尖峰函数，而也可以使用像对ICX探测器的CIX有效的一般加权。因此，可以利用这些探测器的不同信道中的噪声相关性的益处。
[0034]图2示出处理单元24中的图像数据28的处理。所探测的图像数据28是由探测器18获得的，图像数据28包括与不同测量模式相关的至少两组图像数据28a、28b。每个图像数据28a、28b包括针对图像数据28a、28b中的每个像素31的测量信号值30a、30b。例如，测量信号值30a、30b可以指示探测器18的特定像素31处的X射线强度。
[0035]对于每个像素31，处理单元24基于测量信号值30a、30b确定衰减值32和/或相位值34，如下面将解释的。根据衰减值32和/或相位值34，由处理单元24重建衰减图像数据36和/或相位图像数据38。必须注意，处理单元34能够仅生成衰减图像数据36或相位图像数据38。
[0036]处理单元24可以包括具有处理器的计算机。在处理器上运行并存储在处理单元24的存储设备中的软件可以执行如上面和下面解释的方法。同样，图像数据28a、28b以及衰减图像数据36和相位图像数据38可以被存储在处理单元24的存储设备中。
[0037]根据本发明的实施例，用于生成衰减图像数据36和/或相位图像数据38的方法包括以下步骤:接收包括处理单元24中的第一逐像素测量信号值30a的第一 X射线图像数据28a，以及接收包括第二逐像素测量信号值30b的第二 X射线图像数据28b。
[0038]根据本发明的实施例，X射线系统10包括X射线源16、X射线探测器18和适于从相位图像数据中分离衰减图像数据的控制器24。X射线系统10可以适于以不同测量模式获得X射线图像数据28a、28b，例如，X射线系统10包括CIX或ICX探测器18。
[0039]根据本发明的实施例，X射线探测器18适于执行不同的测量方法，特别是同时执行不同的测量方法。
[0040]根据本发明的实施例，X射线探测器18适于以至少两种不同的方式对所探测的光子进行谱加权，例如通过对光子计数、对光子能量积分或对光子进行坎贝尔处理。坎贝尔处理可以通过探测光子流的波动并确定波动的平均值来执行，其为光子能量的平方的度量。
[0041]在下面将解释使衰减值32和相位值34与测量信号值30a、30b相关的函数关系所基于的理论背景。
[0042]强度I和相位P在垂直于光轴A且紧随对象20之后(假设处于z = O)的平面中的分布能够以对象20的复折射率η (X，y, ζ, λ ):η = 1- δ +i β的线积分的形式来表达为
[0043]Ux’y’z = 0，λ) = 10(X，y，Z)e-M(x’P = 0’A)
[0044]其中
【权利要求】
1.一种用于生成相位图像数据(38)的方法，所述方法包括如下步骤: 接收包括第一逐像素测量信号值(30a)的第一 X射线图像数据(28a)； 接收包括第二逐像素测量信号值(30b)的第二 X射线图像数据(28b)； 其中，所述第一 X射线图像数据(28a)是以第一测量模式获得的，并且所述第二 X射线图像数据(28b)是以不同于所述第一测量模式的第二测量模式获得的； 其中，所述方法的特征在于， 通过根据以第一测量模式在像素(31)处获得的第一测量信号值(30a)和以第二测量模式在所述像素(31)处获得的第二测量信号值(30b)确定所述像素(31)处的相位值(34)，来根据所述第一 X射线图像数据(28a)和所述第二 X射线图像数据(28b)确定包括逐像素相位值(34)的相位图像数据(38)。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中，所述相位值(34)是基于对测量模式的能量行为进行建模的灵敏度函数(Oi;gE)而确定的。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其中，所述第一X射线图像数据(28a)是以光子能量的第一谱加权获得的，并且所述第二 X射线图像数据(28b)是以不同于所述第一谱加权的第二谱加权获得的。
4.根据权利要求3所述的方法， 其中，所述第一谱加权和所述第二谱加权包括对光子进行计数、对光子能量进行积分或确定光子能量波动。
5.根据前述权利要求之一所述的方法， 其中，所述相位值(34)是通过对所述相位值(34)以及所述第一测量信号值(30a)和所述第二测量信号值(30b)的方程系进行数值反转而确定的。
6.根据前述权利要求之一所述的方法， 其中，所述相位值是基于使所述相位值(34)与基于测量模式的测量信号值(30a、30b)相互关联的经验模型而确定的。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，还包括以下步骤: 根据以第一测量模式在像素(31)处获得的第一测量信号值(30a)和以第二测量模式在所述像素(31)处获得的第二测量信号值(30b)来确定所述像素(31)处的衰减值(32)。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，还包括: 利用适于以不同的谱加权探测光子的一个探测器(18)来同时获得所述第一 X射线图像数据(28a)和所述第二 X射线图像数据(28b)。
9.根据前述权利要求之一所述的方法， 其中，所述第一 X射线图像数据(28a)是以第一能量水平获得的，并且所述第二 X射线图像数据(28b)是以不同于所述第一能量水平的第二能量水平获得的。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，还包括: 利用基于光栅的差分相位成像系统以第一能量水平来获得所述第一X射线图像数据(28a)； 利用所述基于光栅的差分相位成像系统以第二能量水平并在相同的光栅位置处来获得所述第二 X射线图像数据(28b)。
11.一种用于生成相位图像数据的程序单元，其在由处理器执行时适于实施根据权利要求I至10之一所述的方法的步骤。
12.—种计算机可读介质，在其中存储有根据权利要求11所述的计算机程序。
13.一种用于X射线系统(10)的控制器(24)，所述X射线系统适于执行根据权利要求1至10之一所述的方法。
14.一种X射线系统(10)，包括: X射线源(16)； X射线探测器(18)； 控制器(24)； 其中，所述X射线系统(10)适于以不同的测量模式获得X射线图像数据(28a、28b)；其中，所述控制器适于基于以不同测量模式获得的所述X射线图像数据(28a、28b)来生成相位图像数据(34)。
15.根据权利要求14所述的X射线系统(10)， 其中，所述X射线探测器 (18)适于执行不同的测量模式。
【文档编号】A61B6/00GK104039227SQ201280066654
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】T·克勒, E·勒斯尔 申请人:皇家飞利浦有限公司