通过三维定位改进图像质量的系统和方法与流程

本说明书中所公开主题的实施例涉及非侵入式诊断成像，并且更确切地说，涉及用于计算机断层摄影(ct)成像的三维定位扫描。

背景技术：

非侵入式成像技术可以在无需对患者执行侵入性程序的情况下获得患者体内结构或特征的图像。确切地说，所述非侵入性成像技术依赖于各种物理原理，例如x射线差分传输穿透目标体积或者声波的反射来采集数据并且构建图像或以其他方式表示观测到的患者体内特征。

例如，在ct以及其他基于x射线的成像技术中，x射线辐射将跨越感兴趣对象例如人类患者，并且所述辐射的一部分将碰撞收集图像数据的检测器。在数字x射线系统中，光检测器产生表示碰撞检测器表面离散像素区域的辐射量或强度的信号。所述信号之后可以进行处理以生成图像，此图像可以显示以供查看。在ct系统中，包括多个检测器元件的检测器阵列针对扫描架围绕患者移位过程中的各种位置产生类似信号。

通常，要规划最佳诊断扫描，将对患者进行定位扫描(scoutscan)。定位扫描通常是患者的二维(2d)扫描，产生2d定位投影数据。可以在执行全诊断扫描之前使用从2d定位投影数据重建的2d图像确定和确认特定解剖结构或另一感兴趣区域的大体位置。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种方法包括通过基于在患者的三维(3d)定位扫描期间采集的定位投影数据执行校正来从在所述患者的诊断扫描期间采集的投影数据重建图像。通过这种方式，可以通过使用3d定位数据校正投影数据或图像数据来提高诊断图像的图像质量。

应了解，以上简要说明的提供是用于以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。它并不用于确定本发明主题的关键特征或必要特征，本发明主题的范围仅由具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，本发明主题并不限于解决上文或本公开任何部分中指出的任何缺点的实施方案。

附图说明

参考附图阅读以下对非限定性实施例的描述可以更好地理解本发明，其中：

图1示出根据实施例的成像系统的图示。

图2是根据实施例的示例性成像系统的方框示意图。

图3示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用3d定位数据进行图像重建的示例性方法；

图4示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以不同能量采集的3d定位数据来校正投影数据的示例性方法；

图5示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以不同能量采集的3d定位数据来校正图像数据的示例性方法；

图6示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以相同能量采集的3d定位数据来校正投影数据的示例性方法；以及

图7示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以相同能量采集的3d定位数据来校正图像数据的示例性方法。

具体实施方式

以下描述涉及ct成像的各种实施例。确切地说，提供用于使用3d定位扫描来改进图像质量的系统和方法。图1和图2中提供可用于采集根据本发明技术处理的图像的ct成像系统的示例。用于改进图像质量的方法例如图3中所示的方法包括执行3d定位扫描。3d定位扫描可以以与主诊断扫描不同的能量或能量谱执行，并且由此采集的3d定位投影数据可以用于在投影域或图像域中执行射束硬化校正，如图4和图5所示。在其他示例中，所述3d定位扫描可以以与诊断扫描相同的能量或能量谱执行，并且所述3d定位投影数据仍然可以用于在投影域或图像域中执行射束硬化校正，如图6和图7所示。

尽管ct系统是以示例性方式描述，但是应了解，本发明技术在应用于使用其他成像模态例如断层x射线摄影组合、锥形射束计算机断层摄影(cbct)、c形臂血管造影等采集的图像时也是有效的。本说明书中所述的ct成像模态仅作为一种适当成像模态的示例提供。

图1示出示例性ct系统100，所述ct系统配置成实现快速迭代的图像重建。确切地说，所述ct系统100配置成对对象112例如患者、无生命体、一个或多个制造零件以及/或者体内存在的异物例如牙科植入物、支架和/或造影剂进行成像。在一个实施例中，ct系统100包括扫描架102，所述扫描架又可以进一步包括至少一个x射线辐射源104，所述至少一个x射线辐射源配置成投射用于对对象112进行成像的x射线辐射束106。确切地说，所述x射线辐射源104配置成朝向设置于扫描架102的相对侧上的检测器阵列108投射x射线106。尽管图1仅示出一个辐射源104，但是在某些实施例中，可以采用多个x射线辐射源来投射多个x射线106，以便以不同能量级采集与对象112相对应的投影数据。

在某些实施例中，所述ct系统100进一步包括图像处理器单元110，所述图像处理器单元配置成使用迭代或分析图像重建方法来重建对象112的目标体积的图像。例如，所述图像处理器单元110可以使用分析图像重建方法例如滤波背投影(fbp)来重建患者的目标体积的图像。再如，图像处理器单元110可以使用迭代图像重建方法例如自适应统计迭代重建(asir)、共轭梯度(cg)、最大似然期望最大化(mlem)或基于模型的迭代重建(mbir)等来重建对象112的目标体积的图像。

在一些已知的ct成像系统配置中，辐射源投射扇形射束，此扇形射束被对准成位于笛卡尔坐标系的x-y平面内并且通常称为“成像平面”。所述辐射束穿过被成像的物体，例如患者或对象112。所述射束在被所述物体衰减之后撞击辐射检测器阵列。检测器阵列处接收到的衰减辐射束的强度取决于所述物体对辐射束的衰减。所述阵列中的每个检测器元件产生单独的电信号，所述电信号是检测器位置处射束衰减测量值。分别采集来自所有检测器的衰减测量值以产生发射分布。

在一些ct系统中，所述辐射源和检测器阵列随扫描架一起在成像平面内并且围绕待成像物体旋转，使得所述辐射束与所述物体相交的角度不断变化。来自处于一个扫描架角度下的检测器阵列的一组辐射衰减测量值即投影数据称为“视域”(view)。所述物体的“扫描”包括在辐射源和检测器的一次旋转期间以不同扫描架角度或视角产生的一组视域。预期本说明书中所描述方法的益处归于除ct之外的医学成像模态，以便本说明书中所使用的术语“视域”不限于上文相对于来自一个扫描架角度的投影数据所描述的使用。无论何时存在不同角度下的多个数据采集，无论是来自ct、pet或spect采集，以及/或者尚未开发出的任何其他模态以及组合实施例中它们的组合，术语“视域”均用于表示一个数据采集。

在轴向扫描中，对投影数据进行处理以重建与从对象中截取的二维切片相对应的图像。一种用于从一组投影数据重建图像的方法在所属领域中称为滤波反投影(fbp)技术。传输和发射断层摄影重建技术还包括统计迭代方法，例如最大似然期望最大化(mlem)和有序子集期望重建技术以及迭代重建技术。此过程将来自扫描的衰减测量值转换成称为“ct数”或“hounsfield单位”的整数，以用于控制显示装置上的相应像素的亮度。

要缩短总扫描时间，可以执行“螺旋”扫描。要执行螺旋扫描，在采集规定数量切片的数据的同时移动患者。所述系统从锥形射束螺旋扫描产生单螺旋线(helix)。由所述锥形射束标出的螺旋线产生投影数据，使用此投影数据可以重建每个规定切片中的图像。

本说明书中所使用的短语“重建图像”不旨在排除生成表示图像的数据但是不生成可视图像的本公开的实施例。因此，本说明书中所使用的术语“图像”广泛指代可视图像以及表示可视图像的数据。但是，许多实施例均生成(或配置成生成)至少一个可视图像。

图2示出与图1所示的ct系统100类似的示例性成像系统200。根据本公开的方面，所述成像系统200配置成采集三维(3d)定位扫描，并且使用在所述3d定位扫描期间采集的数据来执行射束硬化校正。在一个实施例中，成像系统200包括检测器阵列108(参见图1)。所述检测器阵列108进一步包括多个检测器元件202，这些检测器元件共同感测穿过对象204例如患者的x射线束106(参见图1)，以采集对应的投影数据。因此，在一个实施例中，检测器阵列108制造成多切片构造，包括多排单元或检测器元件202。在所述构造中，一排或多排额外的检测器元件202以并行构造布置，以采集投影数据。

在某些实施例中，成像系统200配置成横穿围绕对象204的不同角位置，以采集预期投影数据。因此，扫描架102以及其上安装的部件可以配置成围绕旋转中心206旋转以采集投影数据，例如以不同能量级进行采集。或者，在相对于对象204的投射角度随时间变化的实施例中，所安装的部件可以配置成沿一般曲线而不是沿圆周一部分移动。

当x射线辐射源104和检测器阵列108旋转时，所述检测器阵列108收集衰减x射线束数据。所述检测器阵列108所收集的数据经历预处理和校准以调节数据，从而表示被扫描对象204的衰减系数的线积分。处理后的数据通常称为投影。

在双能量或多能量成像中，通常采用检测器阵列108的能量解析检测器，以改变构成发出x射线束的入射光子的能量峰值和能量谱的不同管峰值千伏电压(kvp)级，或者替代地，以单个管kvp级或能谱获得被成像物体的两组或更多组投影数据集。

所采集的投影数据集可以用于基础材料分解(bmd)。在bmd期间，测得的投影转换成一组密度线积分投影。可以重建密度线积分投影以形成每个相应基础材料的密度图或图像，例如骨、软组织和/或造影剂图。所述密度图或图像又可以关联以形成被成像体积中的基础材料例如骨、软组织和/或造影剂的体积绘制。

一旦重建，由成像系统200产生的基础材料图像显露对象204的内部特征，以这两种基础材料的密度表示。可以显示密度图像以示出这些特征。在医学状况例如疾病状态，并且更一般地说，医学事件的常规诊断方法中，放射科医师或内科医生会考虑密度图像的硬拷贝或显像，以辨别感兴趣的特征。所述特征可以包括特定解剖结构或器官的损伤、大小和形状，以及基于个体从业人员技能和知识能够从所述图像中辨别的其他特征。

在一个实施例中，成像系统200包括控制机构208，所述控制机构用于控制部件的移动，例如扫描架102的旋转以及x射线辐射源104的操作。在某些实施例中，控制机构208进一步包括x射线控制器210，所述x射线控制器配置成向x射线辐射源104提供功率和定时信号。此外，控制机构208包括扫描架电动机控制器212，所述扫描架电动机控制器配置成基于成像要求控制扫描架102的旋转速度和/或位置。

在某些实施例中，控制机构208进一步包括数据采集系统(das)214，所述数据采集系统配置成对从检测器元件202接收到的模拟数据进行采样，并且将所述模拟数据转换成数字信号以进行后续处理。由das214采样和数字化的数据将传输到计算机或计算装置216。在一个示例中，计算装置216将数据存储在存储装置例如大容量存储器218中。例如，所述大容量存储器218可以包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(cd-r/w)驱动器、数字通用磁盘(dvd)驱动器、闪存驱动器和/或固态存储装置。

此外，计算装置216向das214、x射线控制器210和扫描架电动机控制器212中的一者或多者提供命令和参数，以控制系统操作，例如数据采集和/或处理。在某些实施例中，计算装置216基于操作员输入来控制系统操作。计算装置216通过操作性地连接到计算装置216的操作员控制台220接收操作员输入，例如，包括命令和/或扫描参数。操作员控制台220可以包括键盘(未图示)或触摸屏，以便操作员指定所述命令和/或扫描参数。

尽管图2仅示出一个操作员控制台220，但是多个操作员控制台可以连接到成像系统200，例如，以输入或输出系统参数、请求进行检查并且/或者查看图像。此外，在某些实施例中，所述成像系统200可以通过一个或多个可配置有线和/或无线网络例如互联网和/或虚拟专用网络连接到多个显示器、打印机、工作站和/或类似装置，它们可以位于本地或远程位置，例如，位于机构或医院内，或者在完全不同的位置。

在一个实施例中，例如，成像系统200包括或者连接到图像存档和通信系统(pacs)224。在示例性实施方案中，pacs224进一步连接到远程系统例如放射科信息系统、医院信息系统以及/或者内部或外部网络(未图示)，以便处于不同位置的操作员提供命令和参数并且/或者获取访问图像数据的权限。

计算装置216使用操作员提供以及/或者系统定义的命令和参数来操作检查台电动机控制器226，所述检查台电动机控制器又可以控制检查台228，所述检查台可以包括机动检查台。确切地说，检查台电动机控制器226移动检查台228，以将对象204定位在扫描架102内的适当位置，从而采集与对象204的目标体积相对应的投影数据。

如上所述，das214对由检测器元件202采集的投影数据进行采样和数字化。之后，图像重建器230使用经过采样和数字化的x射线数据来执行高速重建。尽管图2中将图像重建器230图示为单独实体，但是在某些实施例中，图像重建器230可以形成计算装置216的一部分。或者，图像重建器230可以不存在于成像系统200中，并且相反，计算装置216可以执行图像重建器230的一个或多个功能。此外，图像重建器230可以位于本地或远程位置，并且可以使用有线或无线网络操作性地连接到成像系统200。确切地说，一个示例性实施例可以将“云”网络群集中的计算资源用于图像重建器230中。

在一个实施例中，图像重建器230将所重建的图像存储在存储装置或大容量存储器218中。或者，图像重建器230将重建图像传输到计算装置216，以生成用于诊断和评估的有用患者信息。在某些实施例中，计算装置216将重建图像和/或患者信息传输到显示器232，所述显示器以通信方式连接到计算装置216和/或图像重建器230。

本说明书中进一步描述的各种方法和过程可以以可执行指令的形式存储在成像系统200中的计算装置上的非暂态存储器中。例如，图像重建器230可以包括非暂态存储器中的可执行指令，并且可以采用本说明书中所述的方法来从扫描数据重建图像。在另一个实施例中，计算装置216可以包括非暂态存储器中的指令，并且可在从图像重建器230接收重建图像之后对重建图像至少部分应用本说明书中所述的方法。在又一个实施例中，本说明书中所述的方法和过程可以跨图像重建器230和计算装置216分布。

在一个实施例中，显示器232使得操作员能够评估被成像的解剖结构。所述显示器232还使得操作员能够例如通过图形用户界面(gui)来选择感兴趣体积(voi)并且/或者请求患者信息，以进行后续扫描或处理。

成像系统200配置成执行3d定位扫描。例如，成像系统200以比典型诊断扫描更低的辐射剂量执行螺旋扫描，以采集3d定位投影数据。在一些示例中，所述成像系统200可以配置用于稀疏视域数据采集(parseviewdataacquisition)和图像重建，其中x射线源104和检测器阵列108可以配置成以数量相对于典型扫描而言减少的视域来采集数据，从而减少辐射剂量。作为一个说明性和非限制性示例，可以使用选通技术来实现稀疏视域采集。在又一些其他示例中，可以使用低管电流、高螺旋间距和稀疏视域采集的组合来执行3d定位扫描。此外，应理解，所述3d定位扫描产生与被扫描对象的内部解剖结构或内含物相对应的3d定位投影数据。也就是说，所述3d定位投影数据可以重建成描绘对象内部构成的3d图像体积。相反，常规定位扫描仅产生用于规划全3d诊断扫描的二维定位图像。如本说明书中进一步描述，除了使用3d定位投影数据来规划诊断扫描之外，所述成像系统200还配置成使用3d定位投影数据来校正在诊断扫描期间采集的投影数据和/或图像数据。

图3示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用3d定位数据进行图像重建的示例性方法300。确切地说，方法300涉及使用在3d定位扫描期间采集的数据来校正在全扫描期间采集的数据。方法300相对于图1和图2所示的部件和系统描述，但应理解，在不脱离本公开范围的情况下，所述方法可以采用其他系统和/或部件实施。方法300可以实施为计算装置例如计算装置216和/或图像重建器230的非暂态存储器中的可执行指令。

方法300从305开始。在305中，方法300执行3d定位扫描。要执行3d定位扫描，可以将待扫描对象例如患者定位在所述成像系统的成像空间内。为此，所述方法可以例如通过检查台电动机控制器来控制检查台，以便移动成使得待成像的感兴趣区域位于扫描架孔内。然后控制所述成像系统以相对于典型诊断扫描减小的辐射剂量采集定位投影数据。在一些示例中，所述定位扫描以相对于典型诊断扫描的较低管电流和较高螺旋间距来执行。例如，在定位扫描期间，(例如，通过采用检查台电动机控制器226移动检查台228)使对象移动通过扫描架孔，同时控制x射线源以产生低剂量x射线束。对于更高螺旋间距，检查台运动速度以及x射线源围绕扫描架孔的旋转速度中的一者或多者相对于正常扫描增大。

附加地或替代地，在其他示例中，所述成像系统可以配置用于稀疏视域数据采集和图像重建，其中所述x射线源和检测器阵列可以配置成以数量相对于典型扫描而言减少的视域来采集数据，从而减少辐射剂量。作为一个说明性和非限制性示例，可以使用选通技术来实现稀疏视域采集。在又一些其他示例中，可以使用低管电流、高螺旋间距和稀疏视域采集的组合来执行定位扫描。

此外，应理解，所述3d定位扫描产生与被扫描对象的内部解剖结构或内含物相对应的3d定位投影数据。也就是说，所述3d定位投影数据可以重建成描绘对象内部构成的3d图像体积。相反，常规定位扫描仅产生用于规划全3d诊断扫描的二维定位图像。

在一些示例中，所述3d定位扫描可以以相对于主扫描的不同能量级执行。例如，所述3d定位扫描可以以第一能量谱执行，而主扫描可以以与所述第一能量谱不同的第二能量谱执行。由于定位扫描和主扫描以不同能量级执行，因此所述方法可以将双能量技术例如材料分解或表征应用于在定位扫描和主扫描期间采集的投影数据。如本说明书中进一步讨论，所述技术使得所述方法能够校正在主扫描期间采集的投影数据，从而改进图像质量。本说明书中将相对于图4和图5进一步描述使用以不同能量级采集的定位数据的方法。

在其他示例中，所述3d定位扫描可以以与主扫描相同的能量级或能量谱执行。如本说明书中进一步描述，可以使用以与在主扫描期间采集的投影数据相同的能量谱采集的3d定位数据来校正投影数据，尤其是当主扫描已经对比增强时。本说明书中将相对于图6和图7进一步描述使用以与主扫描相同的能量级采集的定位数据的方法。

再次参见图3，方法300在执行3d定位扫描之后继续到310。在310中，方法300处理在3d定位扫描期间采集的3d定位数据。确切地说，所述方法处理所述3d定位数据以确定全扫描的一个或多个参数。

作为一个示例，可以处理所述3d定位数据以在所述3d定位图像中自动或手动定位患者解剖结构。例如，所述方法可以从所述3d定位数据重建3d定位图像，将预先标记的3d体积图谱配准到所述3d定位图像，并且将来自所述图谱的分割和/或解剖结构标记转移到所述3d定位图像。所述方法可以使用局部患者解剖结构信息来对个体结构进行剂量管理，确定扫描范围，对重建参数进行自动优化，并且确定扫描架内的患者定向等。

作为另一示例，可以处理所述3d定位数据以自动确定指定曝光参数(例如峰值千伏电压和毫安秒值)的自动曝光控制(aec)协议，所述曝光参数定义x射线源针对全扫描生成的x射线束。例如，所述方法可以基于通过所述3d定位数据确定的对象不同视域中的不同衰减量来确定最适于所述对象的管电流。

在315中，所述方法300基于处理后的3d定位数据执行扫描。所述扫描包括剂量相对于所述定位扫描增大的全诊断扫描。要基于处理后的3d定位数据来执行扫描，所述方法基于使用所述3d定位数据确定的患者局部化来执行扫描。此外，所述方法使用基于所述3d定位数据确定的aec协议来执行扫描。

在315中执行扫描之后，方法300继续到320。在320中，所述方法300通过基于所述3d定位数据执行射束硬化校正来重建图像。通常，方法300使用所述3d定位数据来改进从在315中的扫描期间采集的投影数据重建的图像的图像质量。

更确地说，在一些示例中，所述方法在图像重建之前基于3d定位数据来校正在扫描期间采集的投影数据，使得所述校正在投影域中执行。本说明书中将相对于图4和图6进一步描述用于基于3d定位数据在投影域中执行射束硬化校正的方法。

在其他示例中，所述方法在图像域而不是投影域中执行射束硬化校正。例如，所述方法可以从所述3d定位数据重建3d定位图像并且从扫描期间采集的投影数据重建图像，然后可以使用所述3d定位图像和所述图像执行校正。本说明书中将相对于图5和图7进一步描述用于基于3d定位数据在图像域中执行射束硬化校正的方法。

此外，在定位扫描以与主扫描不同的能量谱执行的示例中，可以使用双能量技术例如材料分解技术来执行校正。本说明书中将相对于图4和5进一步描述所述示例。在定位扫描以与主扫描相同的能量谱执行的示例中，可以基于从定位扫描和主扫描确定的对比图来获得校正。本说明书中将相对于图6和7进一步描述所述示例。

在325中，方法300输出重建图像。例如，所述方法可以将重建图像输出到以下项中的一者或多者：用于显示给用户的显示器232、用于后期检索和查看的大容量存储器218、用于存储和/或在另一个工作站查看的pacs224，等等。方法300随后结束。

因此，提供一种用于改进图像质量的方法，所述方法包括通过基于在患者的3d定位扫描期间采集的定位投影数据执行校正来从在所述患者的诊断扫描期间采集的投影数据重建图像。

图4示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以不同能量采集的3d定位数据来校正投影数据的示例性方法400。确切地说，方法400涉及使用以不同能量谱采集的3d定位数据在投影域中执行校正。方法400相对于图1和图2所示的部件和系统描述，但应理解，在不脱离本公开范围的情况下，所述方法可以采用其他系统和/或部件实施。方法400可以实施为计算装置例如计算装置216和/或图像重建器230的非暂态存储器中的可执行指令。

方法400从405开始。在405中，方法400以第一能量执行3d定位扫描。方法400可以执行上文相对于图3所述的3d定位扫描。继续到410中，方法400处理在3d定位扫描期间采集的3d定位数据。确切地说，所述方法400处理在所述3d定位扫描期间采集的所述3d定位数据以确定诊断扫描的一个或多个参数。例如，如上文相对于图3所讨论，方法400可以处理所述3d定位数据以在所述3d定位图像中自动定位患者解剖结构。此外，方法400可以处理所述3d定位数据以自动确定指定曝光参数的aec协议，所述曝光参数定义x射线源针对全扫描生成的x射线束。

在415中，方法400基于处理后的3d定位数据以第二能量执行扫描，其中所述第二能量与第一能量不同。作为说明性和非限制性示例，所述第一能量可以包括80kv，而第二能量可以包括120kv，使得3d定位扫描在80kv下执行，而所述扫描在120kv下执行。应理解，在一些示例中，术语“第一能量”和“第二能量”可以指不同范围的能量谱，例如第一能量谱和第二能量谱，而在其他示例中，术语“第一能量”和“第二能量”是指具体能量级。所述扫描包括剂量相对于所述定位扫描增大的全诊断扫描。要基于处理后的3d定位数据来执行扫描，方法400基于使用所述3d定位数据确定的患者局部化来执行所述扫描。此外，方法400使用基于所述3d定位数据确定的aec协议来执行扫描。

在以第二能量执行扫描之后，方法400继续到420。在420中，方法400基于所述3d定位数据来校正在所述扫描期间采集的投影数据。为简单起见，在415中的扫描期间采集的投影数据在下文中称为主投影数据，而在405中的3d定位扫描期间采集的3d定位数据称为定位投影数据。由于主投影数据和定位投影数据是以不同的能量谱采集的，因此主投影数据和定位投影数据可以混合在一起以执行材料分解(md)。但是，由于定位投影数据在低通量条件下采集，因此方法400可以视情况在执行md之前对定位投影数据进行去噪。

作为说明性和非限制性示例，方法400可以通过分别将主投影数据和定位投影数据表示成下式来确定对主投影数据的波束硬化校正：

其中s1(e)和s2(e)是两个不同能量级下的固有滤波器和蝴蝶结(bowtie)滤波之后的管频谱，η1(e)和η2(e)是两个不同能量级下的检测器效率，并且(μ/ρ)w和(μ/ρ)b分别是水和骨的质量衰减系数。此外，δw和δb分别是水和骨的面积密度：

对于非对比扫描，可以使用来自定位扫描和主扫描的双能量信息来使用2d查找表或2d多项式拟合生成δw和δb(即，骨和水密度的线积分)：

其中ai，j和bi，j是射束硬化系数。校正后的投影pcorr是给定能量e0的单色投影：

另一种获得射束硬化校正后的投影数据pcorr的方法是从δb和主投影数据计算校正项(假设主投影数据在此处包括p1而不失一般性)：

pcarr＝p1+δp

其中δp包括射束硬化校正。

校正主投影数据以获得校正后的投影数据之后，方法400继续到425。在425中，方法400从校正后的投影数据重建图像。方法400可以通过将分析或迭代图像重建算法应用于校正后的投影数据来重建图像。在430中，方法400输出重建图像。例如，方法400可以将重建图像输出到以下项中的一者或多者：显示装置例如显示器232，存储装置例如大容量存储器218，以及图片归档和通信系统例如pacs224。方法400随后结束。

因此，一种方法包括以不同能量谱采集定位投影数据和主投影数据；将定位投影数据和主投影数据组合在投影域中以获得射束硬化校正后的投影数据；以及从所述射束硬化校正后的投影数据重建图像。

在另一个示例中，所述射束硬化校正可以在图像域而不是投影域中获得。图5示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以不同能量采集的3d定位数据来校正图像数据的示例性方法500。方法500相对于图1和图2所示的部件和系统描述，但应理解，在不脱离本公开范围的情况下，所述方法可以采用其他系统和/或部件实施。方法500可以实施为计算装置例如计算装置216和/或图像重建器230的非暂态存储器中的可执行指令。

方法500从505开始。在505中，方法500以第一能量执行3d定位扫描，如上文相对于图3和图4所述。同样，在510中，方法500处理在3d定位扫描期间采集的3d定位数据以执行患者解剖结构局部化并且确定aec协议。在515中，方法500基于处理后的3d定位数据，例如基于患者解剖结构局部化以及aec协议以第二能量执行诊断扫描。

在520中，方法500从在扫描期间采集的投影数据重建图像。在525中，方法500从3d定位数据重建定位图像。方法500可以使用适当分析或迭代图像重建算法来重建图像和定位图像。

在530中，方法500基于重建的定位图像来校正重建图像。作为非限制性示例，方法500使用重建的定位图像来获得重建图像的射束硬化校正。

通常，首先使用全局阈值处理分割骨体素以产生骨掩模，从而对骨执行二次射束硬化校正。然后将掩模内的骨体素向前投射以产生骨体素的线积分。校正项δp可以通过2d多项式拟合来建模：

挑战在于骨体素由于束硬化而不准确。因此，所述校正是迭代式的，因此会影响计算效率。此外，在对比增强的情况下，骨和碘体素的hu值通常重叠并且难以分割。

方法500通过引入不同能量下的定位扫描的新信息来缓解此问题。作为说明性和非限制性示例，如果重建的体素在一个能量下的ct数为x1并且在另一个能量下的ct数为x2，则分解的水和骨结果是

如果有效能量级e1和e2被适当调谐，则分解的骨体素对第一遍重建中的射束硬化的敏感性将减小。如果主扫描是对比增强扫描，则可以使用xb结果的阈值处理来分割碘体素。骨体素的前向投影产生骨体素的线积分：

δb＝∫xbdl

之后，可以使用与上文相对于图4所描述的基于投影的方法类似的技术来获得校正后的图像pcorr：

pcorr＝x1+δx，

其中x1和δx分别是p1和δp的重建。

在535中，方法500输出校正后的图像。例如，方法500可以将校正后的图像输出到以下项中的一者或多者：显示装置例如显示器232，存储装置例如大容量存储器218，以及图片归档和通信系统例如pacs224。方法500随后结束。

因此，一种方法包括以不同能量采集定位投影数据和主投影数据；分别从所述定位投影数据和主投影数据重建定位图像和图像；基于所述定位图像确定对所述图像的射束硬化校正；以及通过所述射束硬化校正来校正所述图像。

在一些示例中，可以通过执行多材料校正来应用二次射束硬化校正。例如，对于给定的x射线路径，主扫描中的总衰减可以写为：

其中s(e)是固有滤波器和蝴蝶结滤波器之后的管频谱，η(e)是检测器效率，μi和li是第i种材料的衰减系数和路径长度。对于典型临床案例，所述材料可以选择为水、碘和骨。对于基于闪烁体的检测器，检测到的强度采用能量e加权。要通过执行多材料校正来执行二次射束硬化校正，将ptotal的第一遍重建分割、转换成两个基础材料(例如，水和碘)，并且前向投影以生成基础材料的投影pw和pio。单色投影数据是两种基础材料的线性组合：

pmono＝μw(e0)lw+μio(e0)lio，

其中e0是预定义有效能量。二次射束硬化校正的校正项通过构建2d多项式模型来计算：

所述校正项δp定义成理想值pmono与总衰减ptotal之间的差值。因此，校正后的投影是：

pcorrected＝ptotal+δp

但是，分割ptotal的第一遍重建以区分不同的基础材料是困难的，因为只有一个能量级可用。例如，错误分割可能不可避免，因为不同材料例如经过对比增强的血管和骨的ct数是重叠的。下文相对于图6和7所描述的方法通过使用3d定位数据来改进分割步骤，从而实现更准确的射束硬化校正。

例如，图6示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以相同能量采集的3d定位数据来校正投影数据的示例性方法600。方法600相对于图1和图2所示的部件和系统描述，但应理解，在不脱离本公开范围的情况下，所述方法可以采用其他系统和/或部件实施。方法600可以实施为计算装置例如计算装置216和/或图像重建器230的非暂态存储器中的可执行指令。

方法600从605开始。在605中，方法600以第一能量执行3d定位扫描。方法600执行上文相对于图3所述的3d定位扫描。在610中继续，方法600处理在3d定位扫描期间采集的3d定位数据。例如，方法600可以处理上文所述的3d定位数据以执行患者解剖结构局部化并且确定aec协议。在615中，方法600基于处理后的3d定位数据以第一能量执行诊断扫描。也就是说，方法600以相同能量执行3d定位扫描和诊断扫描。作为非限制性示例，方法600使用在610确定的患者解剖结构局部化以及aec协议来执行诊断扫描。

在620中，方法600从在扫描期间采集的3d定位数据和投影数据生成对比投影图。所述对比投影图包括主扫描期间的造影剂分布投影。例如，由于3d定位扫描未经对比增强，但主诊断扫描已经执行对比增强，因此如果造影剂包括碘，则方法600通过从投影数据中减去3d定位数据来确定碘分布投影。

继续在625中，方法600基于对比投影图来校正投影数据。代替上述执行全局阈值处理以分割碘，在620中生成的对比投影图已经包括投影空间中的碘分布。因此，为校正在615中采集的投影数据，方法600从在615中收集的投影数据中减去对比投影图，使用得到的投影数据执行第一遍重建，并且从软组织中分割骨体素。由于已经减去造影剂，因此此分割简单直接。方法600将骨体素转换成基础材料(例如，水和碘)图并且将转换后的碘图前向投射。通过将在620中生成的对比投影图与从骨体素转换的碘图的前向投影相组合来获得碘等积投影。因此，方法600使用碘等积投影执行上述的多材料校正。因此，方法600获得对主投影数据的波束硬化校正，而不存在通过重新绘制体积的前向投影来确定碘等积投影时通常会产生的残留伪影(artifact)。

在630中，方法600从校正后的投影数据重建图像。方法600通过将分析或迭代图像重建算法应用于校正后的投影数据来重建图像。继续到635，方法600将重建的图像输出到以下项中的一者或多者：显示装置例如显示器232，存储装置例如大容量存储器218，以及pacs例如pacs224。方法600随后结束。

因此，提供一种用于减少或最小化以单能量而非双能量采集的图像中的射束硬化伪影的方法。尽管方法600涉及确定投影空间中的碘分布，但是应理解，碘分布也可以在图像空间中获得。例如，图7示出高级流程图，其中示出根据实施例的用于使用以相同能量采集的3d定位数据来校正图像数据的示例性方法700。方法700相对于图1和图2所示的部件和系统描述，但应理解，在不脱离本公开范围的情况下，所述方法可以采用其他系统和/或部件实施。方法700可以实施为计算装置例如计算装置216和/或图像重建器230的非暂态存储器中的可执行指令。

方法700从705开始。在705中，方法700以第一能量执行3d定位扫描。方法600执行上文相对于图3所述的3d定位扫描。继续在710中，方法700处理在3d定位扫描期间采集的3d定位数据。例如，方法700处理上文所述的3d定位数据以执行患者解剖结构局部化并且确定aec协议。在715中，方法700基于处理后的3d定位数据以第一能量执行扫描。例如，方法700使用在710中确定的患者解剖结构局部化以及aec协议来执行诊断扫描。

继续到720，方法700从715中的扫描期间采集的投影数据重建图像。在725中，方法700从3d定位数据重建定位图像。方法700使用分析或迭代图像重建算法来重建图像和定位图像。

在730中，方法700从重建的图像和重建的定位图像生成对比图。例如，方法700从重建的图像中减去重建的定位图像。由于重建的定位图像未经对比增强，而重建的图像已执行对比增强，因此差异图像或对比图包括描绘造影剂分布的图像。

在735中，方法700基于对比图来校正投影数据。为基于所述对比图来校正投影数据，方法700首先从在720中生成的重建图像中减去对比图，然后使用全局阈值处理将骨体素从软组织中分割开。由于造影剂已经从图像中去除，因此此分割简单直接。众所周知，骨的衰减可以转换成水和碘衰减的线性组合，所述水和碘定义成“基础材料”：

μb＝w1μw+w2μio，

其中μb是骨衰减系数，μw是水衰减系数，μio是碘衰减系数，并且w1和w2是权重。因此，分割开的骨体素可以转换成水和碘图。总碘图是在730中生成的对比图以及从骨体素转换的碘图的总和。方法700通过将总碘图前向投射来获得碘等积投影，然后使用碘等积投影进行多材料校正来获得上文相对于图6所述的投影数据的射束硬化校正。

在740中，方法700从校正后的投影数据重建图像。方法700使用分析或迭代图像重建算法来重建图像。继续到745，方法700将校正后的图像输出到以下项中的一者或多者：显示装置例如显示器232，存储装置例如大容量存储器218，或者pacs例如pacs224。方法700随后结束。

本公开的技术效果是使用三维定位扫描来采集三维定位投影数据。本公开的另一个技术效果是使用三维定位数据来校正诊断投影数据。本公开的又一个技术效果是以不同能量采集定位数据和采集投影数据。本公开的另一个技术效果是减少单能量计算机断层摄影的图像伪影。

在一个实施例中，一种方法包括通过基于在患者的三维(3d)定位扫描期间采集的定位投影数据执行校正来从在所述患者的诊断扫描期间采集的投影数据重建图像。

在所述方法的第一示例中，所述方法进一步包括基于所述定位投影数据以及从所述定位投影数据重建的定位图像中的一者或多者来执行所述诊断扫描的患者解剖结构局部化和自动曝光控制中的一者或多者。在视情况包括第一示例的所述方法的第二示例中，所述方法进一步包括以第一能量执行所述3d定位扫描并且以与所述第一能量不同的第二能量执行所述诊断扫描。在视情况包括第一示例和第二示例中的一者或多者的所述方法的第三示例中，通过基于所述定位投影数据执行校正来从所述投影数据重建所述图像包括使用所述定位投影数据对所述投影数据执行射束硬化减少以获得校正后的投影数据，并且将所述校正后的投影数据重建成所述图像。在视情况包括第一示例到第三示例中的一者或多者的所述方法的第四示例中，通过基于所述定位投影数据执行校正来从所述投影数据重建所述图像包括从所述定位投影数据重建定位图像；从所述投影数据重建未校正图像；使用所述定位图像对所述未校正图像执行射束硬化减少以获得校正后的图像，其中所述图像包括所述校正后的图像。在视情况包括第一示例到第四示例中的一者或多者的所述方法的第五示例中，所述方法进一步包括以指定能量执行所述3d定位扫描并且以所述指定能量执行所述诊断扫描。在视情况包括第一示例到第五示例中的一者或多者的所述方法的第六示例中，通过基于所述定位投影数据执行校正来从所述投影数据重建所述图像包括获得所述患者体内的造影剂分布，基于所述造影剂分布计算射束硬化校正，以及使用所述射束硬化校正从所述投影数据重建所述图像。在视情况包括第一示例到第六示例中的一者或多者的所述方法的第七示例中，获得所述患者体内的造影剂分布包括从所述投影数据中减去所述定位投影数据。在视情况包括第一示例到第七示例中的一者或多者的所述方法的第八示例中，获得所述患者体内的所述造影剂分布包括：从所述定位投影数据重建定位图像，从所述投影数据重建未校正图像，以及从所述未校正图像中减去所述定位图像。

在另一个实施例中，一种方法包括执行患者的3d定位扫描以采集3d定位投影数据，执行所述患者的诊断扫描以采集投影数据，以及通过基于所述3d定位投影数据执行射束硬化校正来从所述投影数据重建图像。

在所述方法的第一示例中，所述诊断扫描通过造影剂进行对比增强，并且通过基于所述3d定位投影数据执行射束硬化校正来从所述投影数据重建所述图像包括获得所述患者体内的造影剂分布，基于所述造影剂分布计算射束硬化校正，以及使用所述射束硬化校正从所述投影数据重建所述图像。在视情况包括第一示例的所述方法的第二示例中，获得所述患者体内的造影剂分布包括以下项中的一者：从所述投影数据中减去所述定位投影数据或者从所述定位投影数据重建定位图像，从所述投影数据重建未校正图像，以及从所述未校正图像中减去所述定位图像。在视情况包括第一示例和第二示例中的一者或多者的所述方法的第三示例中，所述方法进一步包括以第一能量执行3d定位扫描以及以与所述第一能量不同的第二能量执行诊断扫描。在视情况包括第一示例到第三示例中的一者或多者的所述方法的第四示例中，通过基于所述3d定位投影数据执行射束硬化校正来从所述投影数据重建所述图像包括使用所述3d定位投影数据对所述投影数据执行射束硬化减少以获得校正后的投影数据，并且将所述校正后的投影数据重建成所述图像。在视情况包括第一示例到第四示例中的一者或多者的所述方法的第五示例中，通过基于所述3d定位投影数据执行射束硬化校正来从所述投影数据重建所述图像包括从所述3d定位投影数据重建定位图像；从所述投影数据重建未校正图像；以及使用所述定位图像对所述未校正图像执行射束硬化减少以获得校正后的图像，其中所述图像包括所述校正后的图像。

在又一个实施例中，一种系统包括：x射线源，所述x射线源朝向待成像对象发射x射线束；检测器，所述检测器接收经过所述对象衰减的所述x射线；数据采集系统(das)，所述数据采集系统可操作地连接到所述检测器；以及计算装置，所述计算装置可操作地连接到所述das并且配置有位于非暂态存储器中的可执行指令，所述可执行指令在被执行时使所述计算装置：通过基于在所述对象的3d定位扫描期间经由所述das采集的定位投影数据执行校正来从在所述对象的诊断扫描期间经由所述das采集的投影数据重建图像。

在所述系统的第一示例中，所述x射线源和检测器被控制成以第一能量采集定位投影数据并且以与所述第一能量不同的第二能量采集投影数据。在视情况包括第一示例的所述系统的第二示例中，所述计算装置进一步配置有位于非暂态存储器中的可执行指令，所述可执行指令在被执行时使得所述计算装置使用所述定位投影数据针对射束硬化假象对所述投影数据进行校正，其中，所述校正在图像空间或投影空间中执行。在视情况包括第一示例和第二示例中的一者或多者的所述系统的第三示例中，所述x射线源和检测器被控制成以相同能量采集定位投影数据和投影数据。在视情况包括所述第一示例到第三示例中的一者或多者的所述系统的第四示例中，所述诊断扫描通过造影剂增强，并且所述计算装置进一步配置有位于非暂态存储器中的可执行指令，所述可执行指令在被执行时使所述计算装置基于所述定位投影数据和所述投影数据计算对象体内的造影剂分布，并且基于所述造影剂分布计算所述校正。

如本说明书中所使用，除非明确排除，否则以单数形式表示并前跟字词“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤。此外，对本发明的“一个实施例”的引用并不旨在解释成排除存在同样包括所引用特征的额外实施例。此外，除非明确指出相反情况，否则“包含”、“包括”或“拥有”具备特定性质的某个元件或多个元件的实施例可以包括不具备所述性质的其他元件。术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作对应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效物。另外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字要求或特定位置顺序。

本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得所属领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域中的普通技术人员得出的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也应在权利要求书的范围内。