电子密度图像的联合重建的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于生成图像的方法、图像处理系统、计算机程序单元和计算机可读 介质。
【背景技术】
[0002] 传统X射线成像关注于作为提供在各种类型的人类组织之间的对比的物理量的衰 减。最近，如双能量成像或相位对比成像的其他成像技术提供与如被成像组织的电子密度、 折射率递减或散射横截面的不同物理量有关的信息。似乎在基于衰减的成像或基于折射率 成像中的任一个中图像对比（即，在图像元素之间的相对差异)能够更为显著，并且似乎不 能够做出关于这两个成像技术中的一个是更好的综述。
【发明内容】
[0003] 因此，可能存在对用于图像生成的方法和相关装置或系统的需要以鲁棒性地改善 在广泛的应用中的图像质量。
[0004] 本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中包含另 外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面同样适用于图像处理系统、计算机程序单 元和计算机可读介质。
[0005] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于生成对象中的电子密度分布的图像的方 法，其包括以下步骤：
[0006] 接收：
[0007] i)针对至少一个能量值，如由辐射敏感探测器探测的相位对比正弦图尸?，其中， 涉及在辐射通过所述对象之后由所述辐射经历的相移的相移梯度；以及
[0008] ii)如由所述辐射敏感探测器探测的或者不同辐射敏感探测器探测的康普顿衰减 正弦图PC，其中，PC实质上记录到对由所述辐射在所述的通过所述对象中经历的总体衰减的 康普顿散射贡献；
[0009] 基于两个正弦图户?和pC两者，联合重建所述电子密度的横截面图像。
[0010] 在一个实施例中，联合重建基于(统计)迭代重建算法，即从针对电子密度图像的 初始估计到针对电子密度图像的一系列后续"经更新的"估计迭代地进行的算法，并且本文 提出将康普顿正弦图pc和微分相位对比正弦图提供到所述(单一或共同）迭代重建算法 中。这允许将来自两种不同模态或"通道"（在一方面谱或双能量(其被用于导出康普顿正弦 图）以及在另一方面相位对比，其被用于导出相位对比正弦图）的与电子密度有关的投影信 息进行组合，以由此更好地管理否则可能损坏图像质量的不利噪声行为。
[0011] 根据一个实施例，"联合重建"尤其包括在每个迭代步骤中（或者至少在多个迭代 步骤中）生成针对两个正弦图的估计，并将其与实际测量的正弦图PC和P?进行 比较。根据关于针对PC和的所估计的正弦图两者的"失配"导出针对电子密度图像估计 的每次更新。再换言之，正弦图p c和夕却两者被用作"参考数据"以测量迭代是否收敛于针对 电子密度的估计，当被向前投影时，其足够程度地接近实际测量的正弦图pC和
[0012] 因为在提出的方法中，来自两种模式的数据被组合成单一重建算法，有用的平衡 可以被打破以由此更好地处理或对付两个相反的噪声效应：（i)在双能量材料分解中在更 高的空间频率中的主导图像噪声，以及（ii)由相位正弦图却的微分属性引起的在微分相 位对比成像通道中在更低的空间频率中的主导图像噪声。另外，在提出的方法中，由于关于 缺失数据（出于相位缠绕、相干损失等的原因）将来自两个通道(PC和ΡΦ)的数据合并到(联 合)迭代重建中是更鲁棒的，这是因为其他通道仍然可以保持足够的信息来实现具有令人 满意的保真度的重建。本文中不一定必需由相同的探测器采集两个正弦图PC和并且本 文设想由专用探测器模块采集每个通道的技术，比如其中的各自的曝光由所使用的X射线 源的焦点移动来控制。
[0013] 根据一个实施例，联合重建中的迭代由成本函数来驱动，所述成本函数包括对如 在两个正弦图中记录的噪声进行建模的噪声项。正确地考虑在两个正弦图中的单个噪声水 平和/或行为。不需要对图像域中的噪声进行建模，因为相反考虑针对所测量的数据的噪声 估计，其更易于实施，因为噪声在图像域中被认为是白噪声。换句话说，重建基本是从投影 空间（其中定义正弦图）到图像空间（即，由在扫描器的在成像期间对象驻留在其中并且将 要被重建的电子密度图像将要被定义在其中的膛中的点定义的3D空间）的变换。考虑像这 样的转换的重建算法，所提出的方法之后能够被认为将成本函数中的噪声项用于模型，或 捕捉已经在投影空间中但不在图像空间中的噪声行为。
[0014] 成本函数被配置为考虑两个信号通道换言之，成本函数是针对两个通道 的共同成本函数。比如，这通过在成本函数中并且针对重建使用具有针对康普顿通道的专 用部件(其是线积分的传统离散实施方式)和针对微分相位对比通道的另一专用部件(其是 微分线积分的离散实施方式)的（"组合"）系统矩阵（即，向前投影运算符的表示)来实现。成 本函数的噪声项被用于对在实际测量的正弦图与在迭代重建的过程期间生成的电子密度 估计的投影之间的偏差进行加权。
[0015] 在一个实施例中，噪声项中的噪声模型通过协方差矩阵来参数化。在一个范例性 实施例中，协方差矩阵是对角形式的。在该实施例中，协方差矩阵忽略在两个通道之间的任 何可能的协方差。这对良好近似是有效的，但是所提出的发明也能够被实施具有含有至少 一个非零非对角元素或者尤其是全协方差矩阵的协方差矩阵。
[0016] 根据一个实施例，重建合并共辄梯度方法来解决电子密度图像，尤其是使所述成 本函数最小化。
[0017] 根据一个实施例，使用多能量扫描器，尤其是双能量扫描器或具有多层的扫描器， 尤其是双层探测器，或者具有光子计数探测器的谱成像扫描器来探测pc正弦图和/或Ρ却正 弦图。
[0018] 根据一个实施例，扫描器包括用于采集相位对比正弦图ΡΦ的微分相位对比成像 装备。在一个实施例中，所述装备包括干涉仪，所述干涉仪包括多个光栅结构。
[0019] 在一个实施例中，成本函数基于最大似然方法，并且迭代重建的更新函数通过被 应用到成本函数的数值最小化算法来导出。
[0020] 对象可以是人类或动物患者或其相关部分(感兴趣区域）。所述方法和相关系统也 可以在其中对象是诸如在安全检查中的行李件或在非破坏性材料测试中的有机或无机样 本的非医学情境中使用。
【附图说明】
[0021 ]现在将参考以下附图来描述本发明的范例性实施例，其中：
[0022] 图1示出了成像布置；
[0023] 图2示出了如在根据图1的布置中使用的相位对比成像装备；
[0024] 图3示出了生成图像的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 参考图1，示出了根据一个实施例的成像系统。广泛地，所述成像布置包括基于X射 线的CT扫描器IMA和用于控制所述扫描器IMA的操作的工作站或操作控制台C0N。
[0026] 通用计算系统可以充当操作员控制台C0N，并且包括输出设备（例如显示器Μ)和输 入设备(例如键盘、鼠标等）。驻留在控制台C0N上的软件允许操作员控制系统頂Α的操作，例 如允许操作员通过选择预生成的成像协议直接地或间接地选择成像参数。显示单元(例如 监控器/屏幕)Μ通信耦合到控制台C0N以辅助输入控制信息或观察扫描器的操作状态或观 察由扫描器供应的图像或通过图像处理如此供应的图像来获得图像的操作状态。也具有图 像处理模块IP，在一个实施例中其通信耦合到控制台C0N以实现图像处理。广泛地，图像处 理器IP包括输入IN和输出OUT接口，并且提供图像重建功能。下面在图3中将进一步更详细 地解释图像处理模块IP的操作。
[0027] 通过可视化器件VS来图像绘制经重建的图像以供显示在屏幕Μ上，可视化器件VS 被配置为接收图像数据和可视化信息来驱动控制台C0N的视频卡以由此实现在屏幕Μ上的 显示。可视化信息可以包括颜色或灰度面板，在所述颜色或灰度面板上通过映射器来映射 图像值以实现以在期望范围中的期望颜色编码或灰度编码的显示。
[0028] 扫描器ΙΜΑ包括固定机架和由固定机架可旋转地支撑的旋转机架G。旋转机架104 绕检查区域关于纵轴或ζ轴旋转。检查区域被形成作为旋转机架G中的开口或膛。
[0029]诸如卧榻的对象支撑物Β将对象PAT或目标支撑在检查区域中，并且能够被用于在 扫描之前、期间和/或之后相对于X轴、y轴和/或Z轴定位对象或目标。
[0030] 诸如X射线管（"管"）的辐射源XR由旋转机架104支撑，并且随旋转机架G绕检查区 域旋转，并且经由焦点放射贯穿检查区域的辐射。在一个实施例中，该源XR能够在至少两个 不同电压处操作以由此提供双能量模式功能。
[0031] 辐射射束以膛的等中心为中心，并且定义（扫描器的）大体圆形视场FoV以重建贯 穿重建平面，其大体垂直于射束的中心射线并且其延伸通过等中心。
[0032] (在适当的外壳中的）辐射敏感探测器阵列D被定位为跨检查区域与辐射源XR相 对。探测器阵列D包括一行或多行探测器像素 px，其探测贯穿检查区域的辐射并生成指示探 测到的辐射的电流或电压信号。可旋转机架的旋转（以及由此至少X射线源的焦点的旋转， 在第四代扫描器中仅仅管在机架中旋转，其中探测器阵列被固定地布置以将机架内部的全 部排成行以使得探测器的至少部分能够接收针对任何旋转角度的辐射）由一个或多个控制 器和/或一个或多个驱动系统(例如，电机、耦合等)来实现。
[0033] 在当扫描器处于使用中时的成像运行期间，在对象或目标的扫描期间焦点