计算机断层摄影X射线成像的制作方法

本发明涉及用于计算机断层摄影X射线成像的系统和用于计算机断层摄影X射线成像的方法，以及用于控制装置的计算机程序单元，以及计算机可读存储介质。

背景技术：

在谱计算机断层摄影(CT)中，针对几个能量水平或范围探测X射线辐射，以提供增强的图像投影数据用于重建图像。在谱CT成像中，当组合若干幅投影数据图像时，作为预处理流程，可以提供调整。例如，US 2016/0225169描述了一种局部调整正则化参数的方法，用于完全3D迭代的CT重建中的图像质量优化。这可能基于图像测量并具有补偿差异的目的。但是，已经表明这可能会受到噪声的影响。

技术实现要素：

可能需要针对重建提供进一步改进的数据。

本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决；在从属权利要求中并入了另外的实施例。应该注意，本发明的以下描述的方面也适用于：用于计算机断层摄影X射线成像的系统和用于计算机断层摄影X射线成像的方法以及用于控制设备的计算机程序单元和计算机可读介质。

根据本发明，提供了一种用于计算机断层摄影X射线成像的系统。所述系统包括数据接口和处理单元。所述数据接口被配置为提供对象的针对至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据，所述第一X射线能量范围与所述第二X射线能量范围彼此不同。所述对象的所述至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据包括来自不同角度的X射线测量结果的多个切片，以产生所述对象的截面图像。所述处理单元被配置为确定针对X射线测量结果的多个切片的归一化的校正，以关于所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据的像素强度值来对它们进行改变。所述处理单元还被配置为应用针对所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据的均等切片归一化，其中，所述切片归一化中的X射线测量结果中的所述多个切片的所述像素强度值是能改变的，使得提供对预定值的参考，并且由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据。为了校正，所述均等切片归一化基于来自探测如下的X射线辐射的探测器区域的探测器测量的测得的数据，所述X射线辐射在成像期间未受被布置在X射线源与X射线探测器之间的辐射路径中的所述对象影响。此外，所述数据接口被配置为提供经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据以供进一步处理。

术语“未受影响”是指有意免于影响，即免于衰减。因此，X射线辐射不被对象(例如患者)衰减。X射线辐射也不被其他对象衰减，例如针对患者或设备的保持和支持装置。

换句话说，为了校正，均等切片归一化基于在成像期间不受布置在辐射路径中的对象影响的探测器测量结果的测得的数据。

这意味着，为了校正，这些探测器测量结果的测得的数据被提供作为均等切片归一化的基础，这些测量结果是在CT X射线投影数据采集期间从具有到X射线源的直接视线的探测器区域得到的，即在X射线图像数据采集期间。

归一化所基于的测得的数据是在实际成像扫描期间采集的，即与对象的图像数据同时采集，但是在探测到对象的图像数据的探测器区域外被探测到。

简而言之，为了校正，用作均等切片归一化的基础的探测器测量结果的测得的数据来自具有未被衰减的X射线辐射的区域。术语“未被衰减”是指基本上未被衰减的X射线辐射，即辐射不通过诸如患者的任何相关对象。当然，辐射可以穿过基本上X射线透明材料，例如用作壳体或覆盖物的，衣服和支撑表面，并且当然也可以穿过空气。

术语“均等”是指针对两个能量范围(即，针对第一X射线能量范围和第二X射线能量范围)应用校正形式的相同的归一化。

在范例中，提供了一种用于计算机断层摄影X射线成像的系统。所述系统包括数据接口和处理单元。所述数据接口被配置为提供至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据，所述第一X射线能量范围与所述第二X射线能量范围彼此不同。处理单元被配置为确定用于切片归一化的校正。所述处理单元还被配置为对第一CT X射线投影数据和第二CT X射线投影数据应用均等切片归一化，并且由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据。为了校正，均等切片归一化基于不受对象影响的探测器测量结果的测得的数据，例如来自外面的探测器元件的数据。此外，数据接口被配置为提供经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据以供进一步处理。

由此，执行了切片归一化，例如以补偿管通量波动。有利地，针对不同能量范围的切片归一化处理导致测量之间的较小差异，并且导致在代表校正或归一化投影数据重建图像时改进的结果。其还改进以减少由例如外面的探测器元件受到患者或系统内任何其他对象影响而引起的伪影。由于提供了相同的归一化，因此需要检查是否探测到对象影响，这可能导致需要关闭切片归一化过程，这将导致经准备的数据突然变化，基于本发明的过程较不容易出错并且提供的数据是更一致的数据并且伪影减少。

术语“切片”是指多个采集的数据，其作为CT中的相邻切片被采集以理想地覆盖感兴趣区域的整个体积。结果是3D数据集，3D数据集然后用于投影以实现可视化。

术语“归一化”是指图像处理中的像素强度值的范围改变时的处理。例如，范围被改变，使得像素强度值与针对预定辐射衰减的预定标准像素强度值对齐。在另一个范例中，范围被改变以改善进一步的图像处理过程，例如，可以通过归一化来增强对比度。

术语“切片归一化”是指CT中测量的切片的归一化，即在重建以进行可视化之前的测得的数据。“预定”值可以被提供为标准化值。因此，归一化使得能够以优化的方式改变测得的像素强度值的范围，以允许信息内容的改进的使用，即用于CT中的重建过程。“预定”值可以是针对特定系统设置或针对特定检查或介入设置(类型)或针对CT中的特定类型的重建而定义的值。“预定”值也可以是通常使用的标准化的值。

根据范例，用作均等切片归一化的基础的由探测器测量结果提供的测得的数据来自对象投影外部的探测器的区域，使得X射线辐射直接到达探测器。

根据范例，测得的数据由外面的探测器元件提供。

术语“外面的探测器元件”是指布置在探测器的主要(或中心)部分之外的探测器元件，所述中心部分被提供用于探测透过患者/对象的辐射。术语“外面的”是相对于被提供用于对象的投影的探测器部分而言的。根据探测器的大小，“外面的”探测器元件可能位于外围设备上(当几乎所有的探测器表面都用于图像数据采集时)。如果只使用探测器的较小部分来对对象进行投影，则“外面的”探测器元件可以是探测器表面区域内的探测器区域。

根据范例，所述系统还包括计算机断层摄影X射线成像采集装置，所述计算机断层摄影X射线成像采集装置具有被配置为生成X射线束的X射线源和被配置为能量分辨X射线探测器的X射线探测器以同时提供分别针对至少两个不同的X射线能量范围的X射线辐射投影数据。所述计算机断层摄影X射线成像采集装置被配置为采集针对所述至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的所述对象的感兴趣区域的至少第一CT X射线投影数据和第二CT X射线投影数据。

根据范例，所述能量分辨X射线探测器是具有第一探测器层和第二探测器层的双层X射线探测器，其中，所述第一探测器层和所述第二探测器层相对于所述X射线源被彼此前后地布置，并且所述第一探测器层和所述第二探测器层被配置为同时提供针对所述至少两个不同的X射线能量范围的所述X射线投影数据。

根据范例，所述能量分辨X射线探测器是针对不同能量对光子进行计数的光子计数探测器。

根据本发明，还提供了一种用于计算机断层摄影X射线成像的方法。所述方法包括以下步骤：

a)采集具有彼此不同的至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的CT X射线投影数据；其中，所述对象的所述至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据包括来自不同角度的X射线测量结果的多个切片，以产生所述对象的截面图像。

b)确定针对X射线测量结果的所述多个切片的切片归一化的校正因子，以关于所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据的像素强度值来对它们进行改变；

c)对所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据应用均等切片归一化，并且由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据；并且

d)提供所述经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据以供进一步处理。

其中，对于步骤b)，均等切片归一化基于来自探测如下的X射线辐射的探测器区域的探测器测量结果的测得的数据，所述X射线辐射在成像期间未受被布置在X射线源与X射线探测器之间的辐射路径中的所述对象影响。

根据一个范例，提供了一种用于计算机断层摄影X射线成像的方法。所述方法包括以下步骤：

a)采集具有彼此不同的至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的CT X射线投影数据；

b)确定针对切片归一化的校正因子；

c)对所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据应用均等切片归一化，并且由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据；并且

d)提供所述经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据以供进一步处理。

其中，对于步骤b)，均等切片归一化基于不受对象影响的探测器测量结果的测得的数据，例如外面的探测器元件。

根据范例，用作均等切片归一化的基础的由探测器测量结果提供的测得的数据来自对象投影外部的探测器的区域，使得X射线辐射直接到达探测器。

根据范例，所述测得的数据由外面的探测器元件提供。

根据范例，在步骤a)之前，提供a1)利用能量分辨X射线探测器采集具有至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的CT X射线投影数据的步骤。

根据范例，对于步骤b)，针对每个能量水平范围提供外面的探测器元件的测得的数据，并且针对切片归一化的校正确定平均值。

根据另一个范例，对于步骤b)，针对每个能量水平范围提供外面的探测器元件的测得的数据，并且针对切片标准化的校正确定第一能量水平范围或第二能量水平范围的测量值。

根据一个方面，针对投影图像数据的两个(或更多个)能量范围提供均等归一化。实现两个探测器层的一致处理的一个选择是使用上部和下部探测器层的外面的探测器元件的测得的数据的平均来确定针对两个层的切片归一化-重新标度。另一种选择是仅使用两个层中的一个的测得的数据来确定针对两个层的切片归一化-重新标度。由于X射线源的不同X射线强度输出，形成归一化基础的测得的数据可能会有所不同。由于数据是在辐射通过患者的辐射部分之外的区域中测量的，因而可以采集测量的辐射并将其与标准化强度值相关。得到的归一化因此考虑了来自X射线管的辐射的强度的可能变化，例如，由X射线管的通量强度变化引起的，并且得到用于重建的改进的数据。

参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明的示范性实施例：

图1示出了用于计算机断层摄影X射线成像的系统的示意性概览。

图2示出了具有计算机断层摄影X射线成像采集装置的系统的另一范例。

图3示出了用于计算机断层摄影X射线成像的方法的范例的步骤。

具体实施方式

图1示出了用于计算机断层摄影X射线成像的系统10。所述系统10包括数据接口12和处理单元14。数据接口12被配置为提供对象的针对至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据。所述第一X射线能量范围与所述第二X射线能量范围彼此不同。所述对象的所述至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据包括来自不同角度的X射线测量结果的多个切片，以产生所述对象的截面图像。所述处理单元14被配置为确定针对X射线测量结果的多个切片归一化的校正，以关于所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据的像素强度值来对它们进行改变。所述处理单元14还被配置为应用针对所述第一CT X射线投影数据和所述第二CT X射线投影数据的均等切片归一化，其中，所述切片归一化中的X射线测量结果中的所述多个切片的所述像素强度值是能改变的，使得提供对预定值的参考，并且由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据。为了校正，所述均等切片归一化基于来自探测如下的X射线辐射的探测器区域的探测器测量的测得的数据，所述X射线辐射在成像期间未受被布置在X射线源与X射线探测器之间的辐射路径中的所述对象影响。此外，数据接口12被配置为提供经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据以供进一步处理。

缩写CT是指计算机断层摄影X射线成像。

术语“彼此不同”是指彼此独立的范围或值，或者是相邻的或者部分重叠的范围，或者范围是完全重叠的，但是对范围的不同区域具有不同的贡献。

进一步的处理(例如图像处理)可以是用于生成二维或三维CT X射线图像的图像重建步骤。图像因此根据校正的投影数据而被重建。

术语“校正”是指应用到投影数据的校正。所述校正可以被提供为校正值或校正因子或甚至校正项。校正可以应用于对数强度或强度。

在范例中，用作均等切片归一化的基础的由探测器测量结果提供的测得的数据来自对象投影外部的探测器的区域，使得X射线辐射直接到达探测器。

在一个选项中，测得的数据由外面的探测器元件提供。

在范例中，为了校正，提供了与测得的强度相乘的校正因子。

在范例中，为了校正，提供了被加到对数强度或被从对数强度中减去的校正值。

在范例中，为了校正，针对每个“视图”单独地确定切片归一化校正，其中，视图是对于针对源和探测器的相同位置和取向所采集的至少两个不同能量范围的至少两个投影。

图2示出了还包括计算机断层摄影X射线成像采集装置20的范例，所述计算机断层摄影X射线成像采集装置具有被配置为生成X射线束24的X射线源22和被配置为能量分辨X射线探测器的X射线探测器26以同时提供分别针对至少两个不同的X射线能量范围的X射线辐射投影数据。所述计算机断层摄影X射线成像采集装置20被配置为采集至少针对第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的至少第一CT X射线投影数据和第二CT X射线投影数据。

X射线源22和X射线探测器26被可旋转地安装到机架28。在相对于彼此的固定关系中，它们可以围绕机架旋转，其由箭头20所指示。在范例中，X射线源提供锥形X射线束或扇形X射线束。取决于X射线束，提供相应的探测器元件的阵列或线探测器。

在扇形束的情况下，术语“切片”是指以切片形式(由于扇形束辐射对象而产生的)形式采集的数据。

在锥形束的情况下，代替切片，提供X射线衰减图像数据，其然后被用于重建。因此，术语“切片”还涉及用锥形X射线辐射采集的原始图像。

数据接口12和处理单元14数据连接到由线连接表示的X射线成像采集装置20。当然，这种连接可以是有线连接，或者也可以是无线连接。没有显示进一步的供应，例如用于控制系统的能量供应或数据供应。值得注意的是，数据接口12和处理单元14当然也连接到X射线探测器26。

术语“能量分辨”是指能够探测具有不同能量的X射线辐射并同时提供该数据的探测器。所述对象因此利用包含不同范围能量的X射线辐射被辐射。

能量分辨X射线探测器可以是具有第一探测器层和第二探测器层的双层X射线探测器。所述第一探测器层和所述第二探测器层相对于所述X射线源被彼此前后地布置，并且所述第一探测器层和所述第二探测器层被配置为同时提供针对所述至少两个不同的X射线能量范围的所述X射线投影数据。

能量分辨X射线探测器可以作为例如多于两层的多层探测器提供，例如作为三层探测器。

在另一个范例中，所述能量分辨X射线探测器是针对不同能量对光子进行计数的光子计数探测器。

图3示出了用于计算机断层摄影X射线成像的方法100的步骤的范例。在也被称为步骤a)的第一步骤102中，采集具有彼此不同的至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的CT X射线投影数据。所述对象的所述至少第一CT X射线辐射投影数据和第二CT X射线辐射投影数据包括来自不同角度的X射线测量结果的多个切片，以产生所述对象的截面图像。在也被称为步骤b)的第二步骤104中，确定用于X射线测量结果的多个切片的切片归一化的校正因子以根据其像素强度值来改变第一CT X射线投影数据和第二CT X射线投影数据。在也被称为步骤c)的第三步骤106中，对第一CT X射线投影数据和第二CT X射线投影数据应用均等切片归一化，并由此生成经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据。在也被称为步骤d)的第四步骤108中，提供经准备的第一CT X射线投影数据和经准备的第二CT X射线投影数据用于进一步处理。对于步骤b)，均等切片归一化基于来自探测如下的X射线辐射的探测器区域的探测器测量结果的测得的数据，所述X射线辐射在成像期间未受布置在X射线源与X射线探测器之间的辐射路径中的对象影响。

在范例中,用作均等切片归一化的基础的由探测器测量结果提供的测得的数据来自对象投影外部的探测器的区域，使得X射线辐射直接到达探测器；

在一个选项中，测得的数据由外面的探测器元件提供。

作为选项，由散列线指示，在步骤a)之前，提供a1)初始步骤，利用能量分辨X射线探测器采集具有至少第一X射线能量范围和第二X射线能量范围的对象的感兴趣区域的CT X射线投影数据。

在范例中，在步骤a)中，通过双层X射线探测器采集X射线投影数据，所述双层X射线探测器在第一层中提供具有第一X射线能量范围的第一X射线投影数据，并且在双层X射线探测器的第二层中提供具有第二X射线能量范围的X射线投影数据。

在范例中，在步骤d)之后，提供图像重建的步骤e)以提供对象的感兴趣区域的三维X射线图像。

根据范例(未详细示出)，对于步骤b)，针对每个能量水平范围提供外面的探测器元件的测得的数据，并且针对切片归一化的校正确定平均值。

在双层的范例中，测量第一层和第二层中的外面的探测器元件的数据。

根据另一个范例(也没有进一步详细示出)，对于步骤b)，针对每个能量水平范围提供外面的探测器元件的测得的数据，并且针对切片标准化的校正确定第一能量水平范围或第二能量水平范围的测量值。

根据范例，对于步骤c)，提供了与测得的强度相乘的校正因子。

根据范例，对于步骤c)，提供了被添加到对数强度或从对数强度中减去的校正值。

在范例中，对于步骤c)，针对每个“视图”单独地确定切片归一化校正，其中，视图是对于针对源和探测器的相同位置和取向所采集的至少两个不同能量范围的至少两个投影。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其适于在合适的系统上执行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。

计算机程序单元因此可以存储在计算单元上，其也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行上述方法的步骤或引起上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上述装置的部件。所述计算单元可以适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器因此可以被装备为实施本发明的方法。

本发明的该范例性实施例覆盖了从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。

进一步，计算机程序单元可以能够提供用以实现如上所述方法的范例性实施例的过程的所有必要步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序元件由前一部分所描述。

计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统分布。

然而，计算机程序也可以通过如万维网的网络来提供并且可以被从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行本发明的先前描述的实施例中的一个。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题进行描述。具体地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考装置类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员以上和以下描述可以得出，除非另行指出，除了属于同一类型的主题的特任的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合，提供超过所述特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中所记载的若干个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。