使用雙能計算機斷層造影的多材料分解制造技術

本發明專利技術涉及使用雙能計算機斷層造影的多材料分解。公開了一種用于獲取多材料分解圖像的方法，所述方法包括步驟：從成像對象的雙能計算機斷層造影掃描獲取圖像對(62)；選擇用于所述圖像對的多材料分解的材料基礎(64)；對所述材料基礎應用物理化學模型(66)：以及使用所述物理化學模型所施加的至少一個約束執行多材料分解(72)。

【技術實現步驟摘要】

這里所公開的主題涉及計算機斷層造影（computed tomography，CT)成像 系統，尤其涉及使用用于CT成像系統的雙能（dual energy)X射線源的多材料分解 (multi-material decomposition)方法。
技術介紹
通常，在CT成像系統中，X射線源向位于支撐體上的諸如患者或行李物品之類的 主體或對象發射扇形或錐形X射線束。所述X射線束撞擊在位于所述主體遠側的包括多個 檢測器模塊的檢測器組件上，其中所檢測到的X射線束的強度是X射線束被所述主體衰減 (attenuation)的函數。在已知的"第三代"CT系統中，X射線源和檢測器組件將主體部分 地裝入可旋轉的機架（gantry)結構中?？鐧C架角度的范圍收集表示所檢測X射線束的強 度的數據，并且最終對所述數據進行處理以形成圖像。 CT成像系統可被配置為能量鑒別、多能和/或雙能CT成像系統。雙能CT成像是 以兩個不同能量級別（energy level)或能譜在相同條件下對相同目標進行多次掃描的成 像過程，并用來識別所述目標中的不同材料。例如，具有相對低密度的柔軟組織和類似材料 通常比諸如骨頭或碘造影劑之類的相對高密度的材料將入射X射線衰減較低的程度。在相 關領域中意識到以兩次成像掃描執行CT成像，一次以諸如110-150kVp的較高X射線管電 壓電平，而另一次成像掃描以諸如60-80kVp的較低X射線管電壓電平執行，比單能CT成像 掃描提供更多的關于所掃描材料的信息。 從雙能CT成像掃描所獲取的數據可被用來使用基礎材料分解計算過程重構圖 像。所生成的圖像表示所選擇的基礎材料密度對。除了材料密度圖像之外，雙能投影數據 可被用來產生具有與所選擇的單色能量相當的X射線衰減系數的新圖像。這樣的單色圖像 可包括這樣的圖像，其中圖像體素（voxel)的密度值被指定得就像通過用單色X射線束收 集來自主體的投影數據所創建的CT圖像一樣。 例如，在醫學成像領域，可以以約SOkVp的相對"低能量"級別以及約HOkVp的相 對"高能量"級別執行雙能CT掃描，其中可"背靠背（back-to-back) "或交織地獲取掃描。 可在X射線源和能量敏感檢測器之間設置特殊濾波器，使得不同檢測器行收集不同X射線 能譜的投影。 可通過以下步驟獲得測量值：（i)利用兩個不同的能譜進行掃描；（ii)根據檢測 器中的能量沉積檢測光子能量；并且（iii)利用多個能量艙（energy bin)進行光子計數。 在沒有對象散射的情況下，CT系統能夠基于來自光譜（spectrum)中兩個或更多光子能量 區域的信號得出與相對于能量的對象衰減相關的信息，所述光譜中的兩個或更多光子能量 區域例如是入射X射線光譜的低能量和高能量部分。在醫學CT中，兩個物理過程主導了 X 射線衰減：康普頓（Compton)散射和光電效應。從兩個能量區域所檢測到的信號通常提供 足夠的信息來解決所成像材料的能量依賴（energy dependence)。此外，從兩個能量區域所 檢測的信號提供足夠的信息來確定由兩種材料所構成的對象的相對組分（composition)。 使用在這些CT掃描期間所獲得的圖像，能夠生成基礎材料密度圖像和單色圖像， 也就是表示以理想的單色管源執行計算機斷層造影掃描的效果的圖像。給定一對材料密度 圖像，可能生成其它的基礎材料圖像對。例如，根據相同解剖結構（anatomy)的水和碘圖 像，可能生成不同的材料密度圖像對，諸如鈣或釓。類似地，通過使用基礎材料圖像對，能夠 生成均處于特定X射線能量的單色圖像對。類似地，能夠從單色圖像對獲得基礎材料圖像 對或不同能量的單色圖像對。 傳統的材料基礎分解利用以下概念：在醫學CT的能量區域中，任何給定材料的X 射線衰減能夠由兩種其它材料的適當密度混合（mix)來表示，所述兩種其它材料通常被表 不為"基礎材料"?；A材料丨幾積計算過程廣生兩幅CT圖像，每一幅表不一種基礎材料的等 效（equivalent)密度。由于材料密度不依賴于X射線光子能量，所以所述兩幅CT圖像很 大程度上擺脫了射束硬化偽影（beam-hardening artifact)。操作員能夠選擇基礎材料來 以感興趣的材料為目標，例如用以提高圖像對比度。 因此，雙能CT是擴展了標準CT能力的成像模態，并且使得能夠對圖像體積中的每 個體素估計全線性衰減曲線，而不是以Hounsfield為單位的標量圖像。如以上所解釋的， 這是通過以兩個不同能譜獲取X射線投影并且在仔細校準下重構材料分解圖像對來實現 的。該對中的每個共同記錄（co-registered)的體素是對應于構成該體素的兩種預選材料 的密度估計的二維向量，該估計與投影數據相一致。由于線性衰減曲線的空間可描述為二 維流形加殘差（residual difference)，所述殘差太小而無法在當前CT技術下測量，該分 解過程基本上局限于僅有兩種材料的規范。 本專利技術在這里認識到需要一種通過多材料分解而產生多于兩種預選材料的計算 機斷層造影圖像的方法。
技術實現思路
公開了一種用于獲取多材料分解圖像的方法，所述方法包括以下步驟：從成像對 象的雙能計算機斷層造影掃描獲取圖像對；選擇用于所述圖像對的多材料分解的材料基 礎；對所述基礎中的材料混合應用物理化學或數學模型；并且使用所述物理化學或數學模 型所施加的至少一個約束來執行多材料分解。 -旦閱讀了以下附圖和詳細描述，根據各實施例的其它系統和/或方法對于本領 域技術人員將會是顯而易見的。所有這些附加系統和方法意在落入本專利技術的范圍之內，并 且由所附權利要求所保護?！靖綀D說明】 圖1是依據現有技術的CT成像系統的等量（isometric)圖解視圖； 圖2是圖1的CT成像系統的功能框圖； 圖3是來自在雙能模式下運行的圖1的CT成像系統可提供的兩種材料的分解的 水成分（water-component)圖像； 圖4是來自在雙能模式下運行的圖1的CT成像系統可提供的兩種材料的分解的 碘成分圖像； 圖5是在雙能模式下運行的圖1的CT成像系統可獲得的單色圖像，其示出了在 70keV下來自到兩幅單色圖像的分解的衰減； 圖6是在雙能模式下運行的圖1的CT成像系統可獲得的單色圖像，其示出了在 HOkeV下來自到兩幅單色圖像的分解的衰減； 圖7是圖示雙能CT成像系統用來依據所公開的方法提供多材料分解的操作的流 程圖； 圖8是圖示在標稱密度的線性衰減系數的凸多面體的圖表； 圖9是來自依據所公開方法所獲得的多材料分解的空氣成分圖像； 圖10是從用來產生圖9的圖像的多材料分解過程所獲得的脂肪成分圖像； 圖11是從用來產生圖9的圖像的多材料分解過程所獲得的血液成分圖像； 圖12是從用來產生圖9的圖像的多材料分解過程所獲得的骨骼成分圖像；和 圖13是從用來產生圖9的圖像的多材料分解過程所獲得的Omnipaque成分圖像?！揪唧w實施方式】 如以上所提到的，傳統的雙能CT掃描儀處理并不對材料成分混合中"N多3"種材 料的組分進行評估，由此通常局限于僅到兩種材料（即，N = 2)的分解。在所公開方法的 示例性方面，雙能CT掃描儀的能力從產生材料分解圖像對擴展到產生材料分解圖像三元 組（triplet)。所述圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于獲取多材料的分解圖像的方法，所述方法包括以下步驟：從成像對象的雙能計算機斷層造影掃描獲取圖像對；選擇用于所述圖像對的多材料分解的材料基礎；在所述圖像對的每個圖像位置，對所述材料基礎應用物理化學模型，以產生三元材料分解；確定與所述三元材料分解相關聯的多個分解系數；以及當所述分解系數包括非負值時，選擇與所述三元材料分解相對應的材料三元組。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：PR門唐卡，PE利卡托，R博蒂卡，BW湯森，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國;US