本发明大体涉及领域信号处理技术，尤其涉及一种用于计算机断层扫描中的散射校正的信号处理方法及成像系统。
背景技术：
非侵入式成像技术，例如计算机断层扫描(computedtomography，ct)，允许物体的内部结构的图像在无需对物体执行侵入式过程的情况下即可得到。在ct成像系统中，x射线测量值中的散射信号可能会导致阴影伪影，降低图像解析度以及其他劣化图像质量的伪影。同时，来自物体的散射信号是来自ct成像系统的重构图像中的定量测量值的偏移的主要来源之一。
因此，有必要降低或消除来自待测量物体的散射的影响。所以，一种改进的散射校正方法将能够改善ct图像质量。
技术实现要素：
本发明的一个方面在于提供一种信号处理方法。所述方法包括：探测穿过包括多种材料的物体的x射线的总强度；获得所述多种材料的基础材料信息以及所述物体的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息中的至少一组基础信息；根据所述至少一组基础信息和所述探测到的总强度来估算所述探测到的x射线的散射强度分量；及根据所述探测到的总强度和所述估算出的散射强度分量来获得入射到探测器上的初级x射线的强度估算值。
本发明的另一个方面在于提供一种成像系统。所述成像系统包括探测器 和计算机。所述探测器用于探测穿过包括多种材料的物体的x射线的总强度。所述计算机用于其用于获得所述多种材料的基础材料信息以及所述物体的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息中的至少一组基础信息，根据所述至少一组基础信息和所述探测到的总强度来估算所述探测到的x射线的散射强度分量，并且，根据所述探测到的总强度和所述估算出的散射强度分量来获得入射到所述探测器上的初级x射线的强度估算值。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个具体实施方式的示意性ct成像系统的示意框图；
图2是在图1的计算机中执行的模块的一个具体实施方式的示意框图；
图3是在图1的计算机中执行的模块的另一个具体实施方式的示意框图；
图4是根据本发明的一个具体实施方式的示意性信号处理方法的流程图；
图5示出根据本发明的一个具体实施方式的如何获得至少一组基础信息的步骤；以及
图6示出根据本发明的另一个具体实施方式的如何获得至少一组基础信息的步骤。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术 语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的示意性成像系统的示意框图。如图1所示，示意性成像系统100，例如ct成像系统，可以包括机架1。机架1具有辐射源12，辐射源12将x射线的x射线束14投向位于机架1相对侧的探测器阵列2。
探测器阵列2可以由多个探测器20形成，多个探测器20一起感测穿过包括多种材料的物体200，例如患者的投影束14。每一个探测器20可以产生代表穿过物体200的x射线的每一个投影束14的总强度的电信号。探测器阵列2可以探测穿过物体200的单能x射线的总强度，并且，也可以探测多能x射线，例如双能x射线中的每种能量x射线的总强度，其也可以称之为多能x射线的强度系列。
在用于获得与探测到的x射线有关的投影数据的扫描过程中，机架1及其安装在其上的元件可以绕旋转中心10旋转。
机架1的旋转和辐射源12的操作可以由ct成像系统100的控制机构3来管理。控制机构3可以包括辐射控制器31和机架马达控制器32，辐射控制器31将电源和定时信号提供给辐射源12，机架马达控制器32对机架1的转速和位置进行控制。在控制机构3中的数据采集系统(dataacquisitionsystem，das)33可以对来自多个探测器20的模拟信号进行采样，并且，将 模拟信号转换成数字信号用于后续的处理。
计算机4也可以通过操作员控制台6接收来自操作员的命令和扫描参数。操作员提供的命令和参数由计算机4使用，从而将控制信号和信息提供给das33，辐射控制器31以及机架马达控制器32。此外，计算机4可以对载台马达控制器52进行操作，载台马达控制器52对电动载台51进行控制，从而将物体200定位在机架1中。电动载台51可以通过机架1的开口(未标号)来移动物体200的一部分。
计算机4可以接收来自das33的采样的且数字化的辐射数据，并且执行相应的处理来重构x射线图像体积。相关的显示器7可以让操作员观察到来自计算机4的重构的图像img和其他数据。计算机4可以将重构的图像img保存在存储装置8中。
本发明的具体实施方式的计算机4可以根据探测到的x射线的总强度it来获得多种材料的基础材料信息。获得多种材料的基础材料信息可以包括获得对于x射线的每一个投影束14的每种材料的路径长度、线性衰减系数的积分和密度分布的积分中的至少一个的投影数据。
替代地，本发明的具体实施方式的计算机4可以根据探测到的x射线的总强度it来获得物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息。物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息可以从材料分解中获得。
本发明所述的探测到的x射线的总强度it应该意在包括探测到的单能x射线的总强度或者探测到的多能x射线中的每种能量x射线的总强度(即多能x射线的强度系列)。
以下，将结合图5-6详细描述计算机4是如何根据探测到的x射线的总强度it来获得基础材料信息和基础成分信息中的至少一组基础信息的。
图5示出获得至少一组基础信息的一个具体实施方式。在图5的步骤b51中，可以由探测器20探测穿过包括多种材料的物体200的多能x射线中的 每种能量x射线的总强度。作为一个示例，探测到的多能x射线的多个总强度(也称为强度系列)可以包括双能x射线测量值，双能x射线测量值包括低能x射线测量值和高能x射线测量值。具体地，探测器20可以探测穿过包括多种材料的物体200的低能x射线的总强度，以及探测穿过包括多种材料的物体200的高能x射线的总强度。
在可选的步骤b52中，可以对探测到的多能x射线的各自总强度执行必要的数据转换和校正。例如，可以对低能x射线的总强度执行数据转换和校正，并且，可以对高能x射线的总强度执行数据转换和校正。
在步骤b53中，可以根据探测到的多能x射线的各自总强度执行材料分解。例如，可以根据探测到的低能x射线的总强度和探测到的高能x射线的总强度来执行材料分解。在包括步骤b52的具体实施方式中，可以根据校正后的低能x射线的总强度和校正后的高能x射线的总强度来执行材料分解。
在步骤b54中，在步骤b53的材料分解之后，可以获得多种材料的基础材料信息或者物体200的基础成分信息。
图6示出获得多种材料的基础材料信息的另一个具体实施方式。在图6的步骤b61中，可以根据探测到的总强度it来执行临时图像重构。
在步骤b62中，可以根据临时图像重构来对多种材料进行分割。
在步骤b63中，可以将分割后的多种材料的图像再投影，从而来获得多种材料的投影数据、路径长度或者路径长度序列。多种材料的投影数据、路径长度或者路径长度序列可以代表多种材料的基础材料信息。
多种材料的基础材料信息可以包括对于x射线的每一个投影束14的多种材料中的每种材料的投影数据、路径长度或者路径长度序列。在又一个具体实施方式中，对于x射线的每一个投影束14的每种材料的投影数据、路径长度或者路径长度序列也可以从探测到的总强度it的投影数据的直接分割中来获得。
计算机4在获得多种材料的基础材料信息或者光电吸收基础成分和康普 顿散射基础成分的基础成分信息之后，可以使用基础材料信息或者基础成分信息执行散射校正。通过使用基础成分信息来执行的散射校正与通过使用基础材料信息来执行的散射校正类似。
以下，将结合图2-3详细描述计算机4是如何使用多种材料的基础材料信息或者物体200的基础成分信息来执行散射校正。
图2示出根据本发明的一个具体实施方式的在计算机4中执行的模块的示意框图。如图2所示，计算机4可以包括散射模型41和散射强度估算模块44。在一个具体实施方式中，散射模型41可以与多种材料的基础材料信息相关联。在本具体实施方式中，多种材料可以具有低有效原子序数材料和高有效原子序数材料的特征。低有效原子序数材料可以包括例如软组织。高有效原子序数材料可以包括例如骨头、金属和诸如碘的造影剂中的至少一种。替代地，在使用基础成分信息的具体实施方式中，散射模型41与物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息相关联。
散射强度估算模块44可以使用散射模型41并且根据获得的多种材料的基础材料信息和探测到的x射线的总强度it来估算散射强度分量isc。多种材料的基础材料信息可以包括沿x射线的每一个投影束14的用来表征多种材料的基础材料信息的投影数据。替代地，在使用基础成分信息的具体实施方式中，散射强度估算模块44可以使用散射模型41并且根据获得的物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息和探测到的x射线的总强度it来估算散射强度分量isc。
散射模型41可以根据探测到的总强度it和获得的沿每一个投影束14的每种材料的基础材料信息的投影数据来建立。
例如，在一个具体实施方式中，散射模型41可以包括如下公式：
其中，isc代表估算出的散射强度分量，it代表在物体200的扫描下探测 到的x射线的总强度，i0代表在没有物体200的空气扫描下探测到的x射线的总强度，pl代表低有效原子序数材料的投影数据，ph代表高有效原子序数材料的投影数据，f1和f2代表pl和ph的函数，k代表常数比例因数，并且，pl和ph可以表征低有效原子序数材料和高有效原子序数材料的基础材料信息。
因此，散射强度估算模块44可以使用探测到的总强度it，没有物体200情况下探测到的总强度i0，以及低有效原子序数材料和高有效原子序数材料的投影数据pl和ph从散射模型41中来估算散射强度分量isc。
在另一个具体实施方式中，散射模型41可以包括如下的公式：
其中，k、a1、a2、b1和b2是分别用于低有效原子序数材料和高有效原子序数材料的调试参数。
在又一个具体实施方式中，散射模型可以包括如下的公式：
其中，kl、al、bl、kh、ah和bh是分别用于低有效原子序数材料和高有效原子序数材料的调试参数。
以上的公式(1)-(3)仅是散射模型41的示意性示例。然而，本发明的散射模型41并不应局限于此。但凡加入了材料信息的散射模型41将均涵盖在本发明的保护范围之内。
计算机4可以包括校正模块45。校正模块45可以接收估算出的散射强度分量isc和探测到的总强度it，并且根据估算出的散射强度分量isc和探测到的总强度it来获得入射到探测器20上的初级x射线的强度估算值ic。作为一个示例，可以从探测到的总强度it中减去估算出的散射强度分量isc，从而来获得初级x射线的强度估算值ic。
计算机4可以包括图像重构单元47。图像重构单元47可以接收由校正模块45输出的初级x射线的强度估算值ic，并且，可以使用获得的初级x射 线的强度估算值ic来重构x射线图像img。
可以再次执行更为精确的材料分解过程，从而提供每种材料的基础材料信息的投影数据用于图像重构。
图3示出根据本发明的另一个具体实施方式的在计算机4中执行的模块的示意框图。如图3所示，计算机4可以包括权重模型42、单材料散射模型43以及散射强度估算模块44。
散射强度估算模块44可以使用权重模型42去对多种材料的基础材料信息(例如获得的每种材料的投影数据)进行权重，根据每种材料的各自单材料散射模型43来确定每种材料的散射强度分量isc,i，用权重后的每种材料的投影数据来对由单材料散射模型43确定出的每种材料的散射强度分量isc,i进行权重，并且，根据权重后的每种材料的散射强度分量来估算探测到的x射线的散射强度分量isc。
在一个具体实施方式中，权重模型42可以包括如下公式：
p′i＝pi×σe(se×f(εsc，i，e，εi，e))(5)
其中，wi代表由公式(4)确定出的每种材料的权重因数、i代表材料的索引，pi′代表由公式(5)确定出的权重后的每种材料的投影数据、pi代表在材料分解过程中获得的每种材料的投影数据、se代表在x射线的能量e下能谱的x射线强度、εsc,i,e代表在能量e下每种材料的康普顿散射和瑞利散射的截面总和、εi,e代表在能量e下每种材料的x射线相互作用的总截面、以及f代表εsc,i,e和εi,e的函数。
每种材料的各自单材料散射模型43可以包括如下公式：
其中，isc,i代表由每种材料的各自单材料散射模型43获得的每种材料的散射强度分量、it代表在物体200的扫描下探测到的x射线的总强度、i0代表在没有物体200的空气扫描下探测到的x射线的总强度、以及ki、mi和ni是用于单材料散射模型43的调试参数。
散射强度估算模型44可以接收探测到的总强度it、获得的多种材料的基础材料信息、每种材料的权重因数wi、以及由每种材料的各自单材料散射模型43获得的每种材料的散射强度分量isc,i，并且，根据如下的公式估算散射强度分量isc：
isc＝∑i(isc,i×wi)(7)
由于基础成分信息和基础材料信息之间可以通过使用一些简单的传递函数来相互转换，因此，在图3的模块中所执行的方法能够类似地适用于基础成分信息。
本发明的具体实施方式的系统100可以使用多种材料的基础材料信息或物体200的基础成分信息来执行散射校正，并且，解决了快速散射估算和校正中的多种材料问题。因此，本发明的具体实施方式的系统100可以大大降低或者甚至消除由散射所引起的伪影，并且，提高了图像质量以及重构图像的亨斯菲尔德单位(hounsfieldunits，hu)的定量测量值。
本发明还可以提供一种信号处理方法。图4示出根据本发明的一个具体实施方式的示意性信号处理方法的流程图。
如图4所示，在步骤b41中，可以在单能或多能下用单次或多次扫描来探测穿过包括多种材料的物体200的x射线的总强度或强度系列it。
在步骤b42中，可以获得多种材料的基础材料信息以及物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息中的至少一组基础信息。多种材料的基础材料信息例如可以参照图5-6中示出的方法来获得。多种材料的基础材料信息可以包括对于x射线的每一个投影束14的每种材料的路径长度、线性衰减系数的积分和密度分布的积分中的至少一个的投影数据。 物体200的光电吸收基础成分和康普顿散射基础成分的基础成分信息可以从材料分解中获得。
在步骤b43中，可以根据至少一组基础信息和探测到的总强度it来估算探测到的x射线的散射强度分量isc。
在步骤b44中，可以根据探测到的总强度it和估算出的散射强度分量isc来获得入射到探测器20上的初级x射线的强度估算值ic。初级x射线的强度估算值ic可以通过从探测到的总强度it中减去估算出的散射强度分量isc来获得。
在步骤b45中，可以使用获得的初级x射线的强度估算值ic重构x射线图像img。
本发明的具体实施方式的方法可以使用多种材料的基础材料信息或物体200的基础成分信息来执行散射校正，并且，解决了快速散射估算和校正中的多种材料问题。因此，本发明的具体实施方式的方法可以大大降低或者甚至消除由散射所引起的伪影，并且，提高了图像质量以及重构图像的亨斯菲尔德单位的定量测量值。
尽管根据本发明的具体实施方式的信号处理方法的动作被示出为功能块，但是，在图4-6所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如，可以以不同的顺序来执行各个功能块，并且，与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。