谱投影扩展的制作方法

下文总体涉及处理谱投影数据并且更具体而言涉及扩展针对包括谱探测器和非谱探测器两者的探测系统的截断的谱投影的集合，并将结合计算机断层摄影(ct)的特定应用来描述。然而，本发明还适用于平板、x-射线、放射治疗和/或其他成像应用。

背景技术：

谱探测器与能量积分探测器相比具有相对高的成本。为了减小成本，探测系统可包括具有谱探测器和能量积分探测器两种的混合探测器阵列，而不全部是谱探测器。通过一种方法，探测器阵列可与谱探测器非对称地填充。例如，探测器的第一的集合可以是谱探测器，而其余探测器是能量积分探测器。在该示例中，其中谱探测器覆盖小的视场而不是整个全视场，全视场采集将得到截断的谱投影的集合。

在cho等人的phys.med.biol.40，1995，第1863-1883页中论述了用于扩展针对非对称概况的截断的非谱投影的方法。通过该方法，通过相对的机架角度处测量的互补(或近似冗余)线积分来扩展非对称概况。在轴向扫描模式中能够实现针对小锥角的合适图像质量。对于较大的锥角(例如，大于1.5度)或较高节距(例如，大于0.8)，非对称截断的采集的3d图像质量逐渐劣化。前者在等人的“fbpandbpfreconstructionmethodsforcircularx-raytomographywithoff-centerdetector”，med.phys.vol.38(7)，s85-s94(2011年)中讨论，并且后者在zamyatin等人的“helicalconebeamctwithanasymmetricaldetector，”med.phys.32，3117-3127(2005年)中讨论。可惜的是在谱情形中，该问题针对每个谱通道都出现。

技术实现要素：

一种方法，包括利用成像系统的混合数据探测系统接收辐射。所述混合数据探测系统包括沿检查区域的横轴布置的混合数据探测器阵列，所述混合数据探测器阵列具有谱探测器的集合和积分探测器的集合。所述方法还包括利用谱探测器的第一集合生成截断的谱投影的集合。所述方法还包括估计针对积分探测器的谱投影的集合。所述方法还包括将所述截断的谱投影的集合与所估计的谱投影的集合进行组合。所述方法还包括基于所组合的集合来估计谱投影的集合以产生谱投影的完整集合。所述方法还包括处理谱投影的所述完整集合以生成体积图像数据。

一种成像系统，包括被配置为发射辐射的辐射源和被配置为接收辐射的混合探测器阵列。所述混合探测器阵列包括谱探测器和积分探测器。所述谱探测器关于混合探测器阵列的中心区域非对称地布置。所述谱探测器生成截断的谱投影。所述成像系统还包括重建器，所述重建器被配置为：估计针对积分探测器的谱投影，将所述截断的谱投影与所估计的谱投影进行组合以产生谱投影的完整集合，并且处理所述谱投影的所述完整集合以生成体积图像数据。

一种装置，包括被配置为存储指令的存储器和被配置为执行所述指令的处理器。所述处理器响应于执行所述指令，从包括谱探测器和积分探测器的探测器阵列接收截断的谱投影和积分投影，基于谱探测器的互补谱投影来估计针对积分探测器的谱投影，并且将所述截断的谱投影与所估计的谱投影进行组合以产生谱投影的完整集合。

附图说明

本发明可以采取各种部分和各部件布置以及各种步骤和各步骤安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本发明的限制。

图1图示了具有重建器的范例成像系统，其包括谱投影扩展器。

图2图示了具有谱探测器和能量积分探测器两者的范例混合探测器阵列。

图3图示了具有谱探测器和能量积分探测器的另一范例混合探测器阵列。

图4图示了谱投影扩展器的范例。

图5图示了针对图2的混合探测器阵列的范例的缺失的投影的范例。

图6图示了针对图2的混合探测器阵列的范例的互补的投影的范例。

图7图示了根据本文所述的实施方式的方法。

具体实施方式

图1图解地图示了示例成像系统100，诸如计算机断层摄影(ct)扫描器。

成像系统100包括旋转机架102和静止机架104。旋转机架102由静止机架104可旋转地支撑。旋转机架102被配置为关于纵向或z轴绕检查区域106旋转。成像系统100还包括辐射源108，诸如x射线管，其由旋转机架102可旋转地支撑。辐射源108随旋转机架102绕检查区域106旋转并被配置为发射穿过检查区域106的辐射。

成像系统100还包括混合探测系统110。混合探测系统110被定位为与辐射源108相对，在检查区域106对面。混合探测系统110包括具有沿着z轴方向布置的一行或多行探测器的一维或二维阵列112。该一维或二维阵列112包括沿检查区域106的横向(x/y)轴布置的谱(多能量)探测器和能量积分(非谱)探测器的组合。

图2和3示出了阵列112的非限制示例。在图2中，从探测器阵列位置1直至探测器阵列位置αx的第一探测器子区域202填充有谱探测器204，并且从探测器阵列位置αx+1直至探测器阵列位置x的第二探测器子区域206填充有能量积分探测器208，其中，x指示单行中探测器元件的数量并且是大于等于二的正整数，并且α是小于100％的百分比。在该配置中，谱探测器204关于探测器阵列112的中心区域214非对称地布置。

在图2中，第一子区域202覆盖小的视场(sfov)210，例如其提供用于头部扫描、心脏扫描等的完全覆盖。第一子区域202和第二子区域206的组合提供了针对大的视场(lfov)212的覆盖，例如其提供了用于肩膀、腹部等的完全覆盖。在图3中，第一和第二探测器子区域202和206反转以使得能量积分探测器208从位置1持续到位置αx并且谱探测器204从位置αx+1持续到位置x。

参照图1、2和3，混合探测系统110被配置为以谱模式和能量积分模式操作。在能量积分模式中，在至少一百八十度(180°)加上针对spov210和lfov212的扇角后采集吸收投影的完整集合。在谱模式中，在至少一百八十度(180°)加上针对spov210但是不针对lfov212的扇角后采集谱投影的完整集合。对于lfov212，由于针对被第二子区域206覆盖的区域的谱投影缺失，因而谱投影是截断的。

参照图1，成像系统100还包括重建器114，重建器114重建投影并生成体积数据。针对谱lfov采集，重建器114包括谱投影扩展器116，其估计针对第二子区域206的谱投影。针对第一子区域202的截断的谱投影和针对第二子区域206的估计的谱投影的组合提供了针对谱lfov采集的谱投影的完整集合。这样，估计的谱投影延伸被截断的谱投影来生成针对lfov采集的完整投影的集合。

如下文更加详细地描述的，在一个非限制情形中，谱投影扩展器116基于来自第一子区域202的互补的谱投影和来自第二子区域206的能量积分测量来估计针对第二子区域206的谱投影。所述方法将很好地适于不对称谱探测器概况，包括适于轴向扫描上较大的锥角(例如，大于1.5度)和/或适于螺旋扫描的较高节距(例如，大于0.8)，不像省略所述方法的配置。针对能量积分模式和sfov谱模式，谱投影扩展器116未被采用。

重建器114能够经由执行嵌入或编码在计算机可读存储介质上的(一条或多条)计算机可执行指令的(一个或多个)处理器(例如，中央处理单元(cpu)、微处理器等)来实施，其排除瞬态介质并包括物理存储器和/或其他非瞬态介质。重建器114还能够执行由诸如载波、信号等瞬态介质承载的计算机可读指令。重建器114能够是成像系统100(如所示)的部件或与其相分离。

成像系统100还包括受检者支撑体118，诸如床，其例如在扫描前、扫描期间和/或扫描后将受检者支撑于检查区域106中。

成像系统100还包括计算系统，其用作操作者控制台120并包括人类可读输出设备，诸如监视器，和输入设备，诸如键盘，鼠标等。控制台120允许操作者与扫描器100通过图形用户界面(gui)和/或以其他方式来交互。例如，用户能够利用输入设备来选择成像协议，诸如包括lfov和谱模式的成像协议。

在示例通用情形中，针对探测器元件的谱测量包括n个不同测量，每个用于不同的能量箱并具有不同谱灵敏度。这能够通过公式1所示的来表达：

公式1：

ii＝∫si(e)ψ(e)e^-μ(e)de。

其中ii表示第i个强度测量，si(e)表示针对该测量的有效谱灵敏度，ψ(e)是辐射源能量发射谱，并且μ(e)表示吸收的能量依赖性。

子区域202中的探测器204的测量的谱衰减能够表示为如公式2中所示：

公式2：

并且

对应的能量积分测量能够表示为如公式3中所示：

公式3：

每个谱通道的分数能够如公式4中所示地计算：

公式4：

针对子区域206中的每个能量积分测量i²⁰⁸，谱信息能够如公式5中所示地使用来自子区域202的对应射线的谱分数来估计：

公式5：

图4图示了重建器114和谱投影扩展器116的示例。在该示例中，n＝2，并且两个谱箱映射到光电和康普顿散射基组。在另一实施方式中，n＞2，并且谱箱能够包括光电、康普斯散射、和/或其他基组。

对于由谱探测器204取得的谱测量，重建器114分别基于公式6和7确定射线中由光电效应的有效吸收p和由康普顿散射的有效吸收c。

公式6：

以及

公式7：

其中il和ih是较低和较高强度测量，μp(e)和μc(e)是吸收的能量依赖性，并且sl(e)和sh(e)是有效谱灵敏度。

重建器114相应地基于公式8来确定针对谱探测器204的第一子区域202的非谱测量(相当于能量积分测量)：

公式8：

其中i是组合(积分等价)测量并且s(e)＝sh(e)+sl(e)。针对第二子区域206，重建器114利用谱投影扩展器116来估计谱投影。其示例如下。

谱投影扩展器116包括互补射线识别器402，其识别来自第一子区域202的与第二子区域206的积分射线互补的谱射线。为了清楚地区分考虑中的两个射线，根据公式8测量的积分射线在本文中称为直接射线。暂时转向图5，图示了用于第一子区域206的示例缺失的谱测量502。图6示出了来自第二子区域201的互补的谱测量602。

谱投影扩展器116还包括互补射线有效吸收确定器404，其确定由光电效应和康普顿散射针对互补射线的有效吸收pcr和ccr。在一种情形中，互补射线有效吸收确定器404利用cho匹配。cho匹配的示例在cho等人的phys.med.biol.40，1995，第1863-1883页中描述。

cho匹配算法确定最佳匹配互补射线的几何位置，其是通过探测器系统设计由双层像素测量的射线。因此，针对互补射线，线积分pcr和ccr是可获得的，或者直接通过分解，或者得到正确的ih和il的几何信息并在这些数据上执行分解。

谱投影扩展器116还包括谱有效吸收估计器406，其针对第二子区域206基于公式9来估计由光电效应的有效吸收xpcr和由康普顿散射的有效吸收xccr：

公式9：

其中，i是积分测量，x是缩放因子，pcr是针对互补的射线的有效光电吸收，并且ccr是针对互补的射线的有效康普顿散射吸收。

使用公式9，谱有效吸收估计器406确定缩放因子x是将总吸收匹配至积分测量i的数值(其现在是良好定义的问题，由于仅一次测量i和一个参数x要估计)。谱有效吸收估计器406输出xpcr和xccr作为直接射线的估计有效光电吸收和估计有效康普顿散射吸收。

重建器114使用估计的有效吸收xpcr和xccr作为针对lfov212的有效吸收p和c，从而生成针对lfov212的谱数据的完整集。重建器114处理p和c来生成针对大视场212的谱图像数据。

在一个变体中，重建器114仅确定pcr对ccr的比率(反之亦然)，而不是pcr和ccr全部两者，并使用所述比率来估计缺失的谱数据。

在另一变体中，重建器114如图10和11中所示地基于强度比率来估计谱强度：

公式10：

以及

公式11：

其中和是较低和较高互补射线强度测量。公式10和11类似于针对两箱范例的公式4和5。

在另一变体中，重建器114如公式12和13中所示地基于强度比率来估计谱强度的对数：

公式12：

以及

公式13：

图7图示了根据在本文中所描述的实施例的方法。通过该示例，n＝2，并且两个谱箱映射至光电散射基组和康普顿散射基组。在另一实施例中，n＞2，并且谱箱能够包括光电基组、康普顿散射基组、和/或其他基组。

应当意识到，以下动作的排序是出于解释的目的并且是非限制性的。这样，在本文中还预期其他排序。另外，可以省略动作中的一个或多个和/或可以包括一个或多个其他动作。

在702处，通过混合探测器阵列探测由成像系统的辐射源发射的射线，其包括沿探测器阵列非对称布置的谱探测器的集合和积分探测器的集合。

在704处，针对所述积分探测器的集合，确定针对所述谱探测器的集合的互补的谱投影的集合。

在706处，针对互补的谱投影集合，识别有效光电吸收和有效康普顿散射吸收。

在708处，基于所述积分探测器的集合的强度测量，对针对所述互补的谱投影集合的有效光电吸收和有效康普顿散射吸收进行缩放。

在710处，基于经缩放的有效光电散射吸收和有效康普顿散射吸收，估计针对所述积分探测器的集合的有效光电吸收和有效康普顿散射吸收。

在712处，确定针对所述谱探测器的集合的有效光电吸收和有效康普顿散射吸收。

在714处，处理针对所述积分探测器的集合的有效光电吸收和有效康普顿散射吸收和针对所述谱探测器的集合的有效光电吸收和有效康普顿散射吸收，以生成体积图像数据。

可以通过编码或嵌入在计算机可读存储介质上的计算机可读指令实施以上内容，所述的计算机可读指令在由(一个或多个)计算机处理器执行时，使所述(一个或多个)处理器执行所描述的动作。额外地或可替代地，述计算机可读指令中的至少一条由信号、载波或其他瞬态介质承载。

已经参照优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解了前面的详细描述后，可以想到各种修改和变化。目的是，将本发明被构造为包括所有这些修改和变化，只要它们落在所附权利要求书及其等价方案的范围内。