Ct成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開了一種CT成像系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括：X射線源，發(fā)出多色譜X射線束；探測(cè)和采集裝置，相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)，第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)，第二探測(cè)和采集裝置被設(shè)置為接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)；重建裝置，基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像，從所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，利用結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
【專利說明】CT成像系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及輻射成像，具體涉及一種CT成像系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線CT成像廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、安檢、工業(yè)無損檢測(cè)等領(lǐng)域。能譜CT是近年來受到普遍關(guān)注的發(fā)展方向，尤其是光子計(jì)數(shù)探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展，使得我們可以選擇能量窗采集多個(gè)能量下的X射線穿過對(duì)象的信號(hào)數(shù)據(jù)，經(jīng)過特定的圖像重建算法可以得到對(duì)象的某個(gè)斷層的包含線性衰減系數(shù)、電子密度、等效原子序數(shù)等多個(gè)層面的信息。能譜CT的系統(tǒng)主要有兩種:一種為傳統(tǒng)的雙能CT方式獲得任意單能量X光下物質(zhì)的衰減系數(shù)分布圖；另一種為使用光子計(jì)數(shù)探測(cè)器采集多個(gè)能量窗下的X光CT掃描數(shù)據(jù)，由這多能窗數(shù)據(jù)重建高精度的任意單能量X光下物質(zhì)的衰減系數(shù)分布圖和特定物質(zhì)分布圖。能譜CT的圖像重建主要包括兩重含義:關(guān)于能量軸的信息分解和關(guān)于空間位置的信息分解。目前，關(guān)于能量軸的信息分解主要有基材料分解方式、基效應(yīng)分解方式、材料和效應(yīng)混合的分解方式；關(guān)于空間位置的信息分解等效于傳統(tǒng)單能CT的重建方法。能譜CT的圖像重建可以通過分別完成這兩重意義的信息分解實(shí)現(xiàn)，也可以通過這兩重信息分解融合迭代完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，提出了一種CT成像系統(tǒng)和方法，通過采集極稀疏的多能窗CT數(shù)據(jù)進(jìn)行能譜CT重建，獲得能譜CT圖像。
[0004]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種CT成像系統(tǒng)，包括:X射線源，發(fā)出多色譜X射線束；探測(cè)和采集裝置，相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)，其中所述探測(cè)和采集裝置包括第一探測(cè)和采集裝置和第二探測(cè)和采集裝置，其中所述第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)，所述第二探測(cè)和采集裝置被設(shè)置為接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)；重建裝置，基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像，從所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，利用所述結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
[0005]在本發(fā)明的另一方面，提出了一種CT成像系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括:X射線源，發(fā)出多色譜X射線束；探測(cè)和采集裝置，相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)，其中所述探測(cè)和采集裝置包括第一探測(cè)和采集裝置和第二探測(cè)和采集裝置，該方法包括:所述第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)，所述第二探測(cè)和采集裝置接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)；基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像；從所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息；以及利用所述結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
[0006]根據(jù)上述實(shí)施例的方案，從第一探測(cè)和采集裝置輸出的投影數(shù)據(jù)重建的圖像中獲得結(jié)構(gòu)信息，然后將該結(jié)構(gòu)信息作為約束基于第二探測(cè)和采集裝置針對(duì)從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)重建多能譜下的圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面的附圖表明了本發(fā)明的實(shí)施方式。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中:
[0008]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全數(shù)據(jù)能譜CT布局示意圖；
[0009]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道扇束US-SpectralCT掃描半探測(cè)器布局示意圖；
[0010]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道扇束US-SpectralCT掃描全探測(cè)器布局示意圖；
[0011]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道錐束US-SpectralCT掃描半探測(cè)器示意圖；
[0012]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道錐束US-SpectralCT掃描全探測(cè)器示意圖；
[0013]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋軌道(多層或錐束)US-SpectralCT掃描全探測(cè)器示意圖；
[0014]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT成像方法的流程圖；
[0016]圖9示出了 US-SpectralCT仿真數(shù)據(jù)重建效果圖:(a)單能線衰減系數(shù)圖；(b)電子密度圖；以及(C)等效原子序數(shù)圖；
[0017]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明變型實(shí)施例的圓軌道扇束US-SpectralCT掃描半探測(cè)器布局不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0019]在整個(gè)說明書中，對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0020]由于具有能譜分辨能力或者實(shí)現(xiàn)探測(cè)不同能譜X光的探測(cè)器，例如光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的面積小、成本高，能譜CT系統(tǒng)在獲得更多的關(guān)于物質(zhì)的信息的同時(shí)，也需要在設(shè)備成本和數(shù)據(jù)量方面付出高的代價(jià)。普通能譜CT的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在如圖1所示的系統(tǒng)中，從射線源10發(fā)出多色譜X射線束，對(duì)掃描視野45中的對(duì)象(未示出)進(jìn)行360度完整掃描或者短掃描，能譜探測(cè)器30探測(cè)X射線，產(chǎn)生不同能量窗下的投影數(shù)據(jù)。從獲得不同能量窗下的投影數(shù)據(jù)重建得到相應(yīng)能量窗的衰減系數(shù)圖像。
[0021]在本發(fā)明一些實(shí)施例中，考慮到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本的因素，提出了一種特殊架構(gòu)的能譜CT系統(tǒng)以及重建方法，僅采集極稀疏的多能窗CT數(shù)據(jù)進(jìn)行能譜CT重建，獲得能譜CT圖像，可以應(yīng)用于無損檢測(cè)、醫(yī)療診斷、安檢等領(lǐng)域。這樣，這些實(shí)施例的能譜CT可以大幅度降低能譜CT系統(tǒng)的成本，而且該系統(tǒng)可以在現(xiàn)有單能CT設(shè)備上稍加升級(jí)改造就可以實(shí)現(xiàn)。例如，在一些實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)中，X射線源發(fā)出多色譜X射線束，探測(cè)和采集裝置相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)。探測(cè)和采集裝置包括第一探測(cè)和采集裝置和第二探測(cè)和采集裝置。第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)。第二探測(cè)和采集裝置被設(shè)置為接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)。重建裝置基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像，從第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，利用結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
[0022]例如，本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)可以通過圓軌道掃描實(shí)現(xiàn)也可以通過螺旋軌跡掃描實(shí)現(xiàn)，可用于2維或者三維成像，方法一致，只是在重建的步驟中涉及的投影矩陣要根據(jù)這些不同的實(shí)際情況來計(jì)算。本專利把幾種典型的掃描方式下的情況通過具體示意圖(見附圖2?6)展示。
[0023]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道扇束US-SpectralCT掃描半探測(cè)器布局示意圖。如圖2所示的系統(tǒng)中，將探測(cè)器設(shè)置為僅僅覆蓋掃描視野的大致一半，也就是X射線源10發(fā)出的射線束穿過掃描視野45的中心到達(dá)探測(cè)器30，這里探測(cè)器30是能夠探測(cè)不同能譜下的X射線，輸出相應(yīng)能譜下的投影數(shù)據(jù)，其他的X射線穿過對(duì)象到達(dá)探測(cè)器20，這里探測(cè)器20是傳統(tǒng)的所色譜探測(cè)器。在這種配置下，對(duì)對(duì)象進(jìn)行360度完整掃描，基于探測(cè)器20獲得的完備投影數(shù)據(jù)獲得衰減系數(shù)圖像，從該衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，將結(jié)構(gòu)信息作為約束從多能譜窗下的投影數(shù)據(jù)重建相應(yīng)能譜下的衰減系數(shù)圖像。
[0024]在圖示的實(shí)施例中，由于僅僅在X射線源與掃描視野的中心(軸)的連線延長(zhǎng)線上設(shè)置多能譜X射線探測(cè)器30，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，并且成本降低。
[0025]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道扇束US-SpectralCT掃描全探測(cè)器布局示意圖。在如圖3所示的系統(tǒng)中，將探測(cè)器設(shè)置為覆蓋整個(gè)掃描視野，也就是X射線源10發(fā)出的射線束穿過掃描視野45的中心到達(dá)探測(cè)器30，這里探測(cè)器30是能夠探測(cè)不同能譜下的X射線，輸出相應(yīng)能譜下的投影數(shù)據(jù)，探測(cè)器20設(shè)置在探測(cè)器30兩側(cè)，接收穿過對(duì)象的其他的X射線，這里探測(cè)器20是傳統(tǒng)的所色譜探測(cè)器。在這種配置下，對(duì)對(duì)象進(jìn)行360度完整掃描，基于探測(cè)器20獲得的完備投影數(shù)據(jù)獲得衰減系數(shù)圖像，從該衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，將結(jié)構(gòu)信息作為約束從多能譜窗下的投影數(shù)據(jù)重建相應(yīng)能譜下的衰減系數(shù)圖像。
[0026]在圖示的實(shí)施例中，由于僅僅在X射線源與掃描視野的中心(軸)的連線延長(zhǎng)線上設(shè)置多能譜X射線探測(cè)器30，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，并且成本降低。[0027]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道錐束US-SpectralCT掃描半探測(cè)器示意圖。將探測(cè)器設(shè)置為僅僅覆蓋掃描視野的大致一半，也就是X射線源10發(fā)出的射線束穿過掃描視野45的中心到達(dá)探測(cè)器30，這里探測(cè)器30是能夠探測(cè)不同能譜下的X射線，輸出相應(yīng)能譜下的投影數(shù)據(jù)，其他的X射線穿過對(duì)象到達(dá)探測(cè)器20，這里探測(cè)器20是傳統(tǒng)的所色譜探測(cè)器。在這種配置下，對(duì)對(duì)象進(jìn)行360度完整掃描，基于探測(cè)器20獲得的完備投影數(shù)據(jù)獲得衰減系數(shù)圖像，從該衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，將結(jié)構(gòu)信息作為約束從多能譜窗下的投影數(shù)據(jù)重建相應(yīng)能譜下的衰減系數(shù)圖像。
[0028]在圖示的實(shí)施例中，由于僅僅在X射線源與掃描視野的中心(軸)的連線延長(zhǎng)線上設(shè)置多能譜X射線探測(cè)器30，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，并且成本降低。
[0029]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓軌道錐束US-SpectralCT掃描全探測(cè)器示意圖。在如圖5所示的系統(tǒng)中，將探測(cè)器設(shè)置為覆蓋整個(gè)掃描視野，也就是X射線源10發(fā)出的射線束穿過掃描視野45的中心到達(dá)探測(cè)器30，這里探測(cè)器30是能夠探測(cè)不同能譜下的X射線，輸出相應(yīng)能譜下的投影數(shù)據(jù)，探測(cè)器20設(shè)置在探測(cè)器30兩側(cè)，接收穿過對(duì)象的其他的X射線，這里探測(cè)器20是傳統(tǒng)的所色譜探測(cè)器。在這種配置下，對(duì)對(duì)象進(jìn)行360度完整掃描，基于探測(cè)器20獲得的完備投影數(shù)據(jù)獲得衰減系數(shù)圖像，從該衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，將結(jié)構(gòu)信息作為約束從多能譜窗下的投影數(shù)據(jù)重建相應(yīng)能譜下的衰減系數(shù)圖像。
[0030]在圖示的實(shí)施例中，由于僅僅在X射線源與掃描視野的中心(軸)的連線延長(zhǎng)線上設(shè)置多能譜X射線探測(cè)器30，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，并且成本降低。
[0031]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋軌道(多層或錐束)US-SpectralCT掃描全探測(cè)器示意圖。在圖6所示的例子中，探測(cè)20和30可以設(shè)置為條狀的探測(cè)器，探測(cè)器30基本設(shè)置在條狀探測(cè)器的中心，而探測(cè)器20設(shè)置在探測(cè)器的30。同樣，這樣的系統(tǒng)也能夠獲得與前面的例子相同的技術(shù)效果。
[0032]下面以圓軌道扇束為例介紹本發(fā)明實(shí)施例的CT系統(tǒng)。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本實(shí)施例的CT系統(tǒng)包括射線源10、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分50、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及主控制及數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)60。在一些實(shí)施例中射線源10例如包括X射線加速器、X光機(jī)或者放射性同位素，以及相應(yīng)的輔助設(shè)備。
[0033]機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分50包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)被成像對(duì)象(或者旋轉(zhuǎn)射線源、探測(cè)器)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)(對(duì)象運(yùn)動(dòng)與源、探測(cè)器僅需相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以被成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)和射線源+探測(cè)器旋轉(zhuǎn)等效)。一般在醫(yī)療領(lǐng)域中，避免轉(zhuǎn)動(dòng)病人，通過同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)源和探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。為方便描述，本專利中采用旋轉(zhuǎn)被成像對(duì)象的方式實(shí)現(xiàn)。
[0034]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括探測(cè)器30和設(shè)置在探測(cè)器30兩側(cè)的探測(cè)器20，其中探測(cè)器30為能譜探測(cè)器。例如，探測(cè)器20包括一普通CT探測(cè)器(在三維成像時(shí)為面陣，在二維成像時(shí)為線陣)，探測(cè)器30為一具有能量分辨能力的探測(cè)器(在三維成像時(shí)為線陣，在二維成像時(shí)為筆束)。普通CT探測(cè)器20用于獲取一般意義的透射投影數(shù)據(jù)，要求能夠進(jìn)行普通CT重建。具有能量分辨能力的探測(cè)器30用于獲取多個(gè)(>=2)能窗下的投影數(shù)據(jù)。
[0035]此系統(tǒng)還包括探測(cè)器上投影數(shù)據(jù)的讀出電路和邏輯控制單元等。探測(cè)器可以是固體探測(cè)器，也可以是氣體探測(cè)器，還可以是半導(dǎo)體探測(cè)器。探測(cè)器30的每個(gè)單元在一次采集輸出多個(gè)通道(不同能量窗下)的投影數(shù)據(jù)，例如光子計(jì)數(shù)探測(cè)器、三明治式雙層探測(cè)器。數(shù)據(jù)采集時(shí)，采樣間隔在時(shí)間軸上均勻分布，被檢查對(duì)象勻速運(yùn)動(dòng)，并且探測(cè)器20和探測(cè)器30所有陣列探測(cè)器同步采集。探測(cè)器30至少有一個(gè)探測(cè)器單元對(duì)應(yīng)的射線路徑穿過軌道旋轉(zhuǎn)中心(或軸)，探測(cè)器20的探測(cè)器單元數(shù)目可以在不影響采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳統(tǒng)CT重建的情況下增加個(gè)數(shù)(如圖10所示)，有可能改進(jìn)圖像質(zhì)量，但同時(shí)會(huì)提高系統(tǒng)成本。
[0036]主控制及數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)60包括控制部分和重建裝置，控制部分負(fù)責(zé)能譜CT系統(tǒng)運(yùn)行過程的主控制，包括機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，電氣控制，安全連鎖控制等，重建裝置對(duì)由數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過探測(cè)器20的投影數(shù)據(jù)重建被成像對(duì)象的線衰減系數(shù)分布圖像并進(jìn)行邊緣提取獲得結(jié)構(gòu)信息，利用此結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合探測(cè)器30獲得的多能窗投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，獲得能譜CT任意能量下的衰減系數(shù)圖像，也可以由此計(jì)算等效原子序數(shù)和電子密度分布圖。最后通過斷層或者三維可視化方式在顯示器上顯示。計(jì)算機(jī)可以是單個(gè)PC，也可以是工作站或計(jì)算機(jī)集群。
[0037]在一些實(shí)施例中，重建裝置利用各個(gè)能量窗的衰減系數(shù)圖像，進(jìn)行后處理基函數(shù)分解，得到不同效應(yīng)下的分解系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算感興趣區(qū)域的原子序數(shù)和電子密度圖像。例如，重建裝置針對(duì)所述多個(gè)能窗中的每個(gè)能窗下的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理基函數(shù)分解，得到各個(gè)基函數(shù)的分解系數(shù)的線積分，重建各基函數(shù)的分解系數(shù)，并且基于各個(gè)基函數(shù)的分解系數(shù)計(jì)算所述感興趣區(qū)域物質(zhì)的原子系數(shù)和電子密度。
[0038]在其他實(shí)施例中，當(dāng)能窗的個(gè)數(shù)等于基函數(shù)的個(gè)數(shù)時(shí)，所述重建裝置通過求解非線性多能方程組來得到基函數(shù)分解系數(shù)的線積分，進(jìn)而重建得到分解系數(shù)圖像。當(dāng)能窗的數(shù)目大于基函數(shù)的個(gè)數(shù)時(shí)，所述重建裝置通過構(gòu)造對(duì)數(shù)似然函數(shù)來得到基函數(shù)分解系數(shù)的線積分，進(jìn)而重建得到分解系數(shù)圖像。
[0039]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CT成像方法的流程圖。如圖8所示，在步驟81，第一探測(cè)和采集裝置輸出第一投影數(shù)據(jù)，第二探測(cè)和采集裝置輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)。在步驟82，基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像。
[0040]在步驟83，從第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息。例如使用變換提取操作來從第一線衰減系數(shù)圖像中得到該 結(jié)構(gòu)信息。
[0041]在步驟84，利用結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在從多能窗投影數(shù)據(jù)重建的過程中可以利用結(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息
來重建。
[0043]例如，用f = {f17 f2,…，fN}表示被掃描對(duì)象在普通單能譜CT掃描中也就是使用探測(cè)器20成像過程對(duì)應(yīng)的綜合線衰減系數(shù)分布；用g = {gl, g2，…，gM}表示從探測(cè)20數(shù)據(jù)獲得的投影數(shù)據(jù)；用H= {HU}MXN表示此成像過程的投影矩陣(亦稱系統(tǒng)矩陣)。按照如此符號(hào)定義，對(duì)應(yīng)于探測(cè)器20的普通CT成像過程可以用Hf = g描述。用μ (E)={ μ i (E)，μ 2 (E)，…，μ Ν(Ε) }表示在能量為E的X光照射下被掃描對(duì)象的線衰減系數(shù)分布；用Pk= (Pu，Pu，…，Pk, J表示具探測(cè)器30在第k個(gè)能窗通道中采集到的投影數(shù)據(jù)，用
Hed =v表示此過程對(duì)應(yīng)的投影矩陣；用Wk(E)表示歸一化的第k個(gè)能窗的能譜分布
和探測(cè)器響應(yīng)綜合因子。按照如此符號(hào)定義，對(duì)應(yīng)于探測(cè)器30的成像過程可以用:
[0044]-1nJ ^,(/Oexpf-Hl !,μ(/:,))6/Λ = p, k=1，2，…，K 描述，K 為總的能窗數(shù)目。從
而探測(cè)器30的投影數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)LXK的矩陣P，用P1,,表示在第k個(gè)能窗對(duì)應(yīng)第I條射線的數(shù)據(jù).Α為μ (E)在第k個(gè)能窗情況下的等效線衰減系數(shù)。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例的能譜CT重建可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)。第一種方法如下:
[0046]I)利用一般CT重建方法(例如:圓軌道扇束/錐束重建方法、螺旋軌道重建方法等)從g重建f ;
[0047]2)使用邊緣提取方法獲得f的結(jié)構(gòu)信息Ψ (f);
[0048]3)對(duì)探測(cè)器30的所有數(shù)據(jù)k = 1，2，…，K，按照如下方式重建:
[0049]A/, = argmin |diag 卜(f ))▽“,」[,且滿足
[0050](ΗΕΟμ, - pt f W(HED^_ - p,) < ε
[0051]此處W為一加權(quán)矩陣，ε為一個(gè)小的閾值。
[0052]4)根據(jù)上述重建結(jié)果k = 1，2，…，K計(jì)算單能量的μ (E)圖，或者電子密度、等效原子序數(shù)分布圖。
[0053]第二種方法如下:
[0054]I)利用一般CT重建方法(例如:圓軌道扇束/錐束重建方法、螺旋軌道重建方法等)從g重建f ;
[0055]2)使用邊緣提取方法獲得f的結(jié)構(gòu)信息Ψ (f);
[0056]3)對(duì)所有探測(cè)器30得出的數(shù)據(jù)k = 1，2，…，K，進(jìn)行能譜信息解析。根據(jù)下式求
向量Ατ:
【權(quán)利要求】
1.一種CT成像系統(tǒng)，包括: X射線源，發(fā)出多色譜X射線束； 探測(cè)和采集裝置，相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)，其中所述探測(cè)和采集裝置包括第一探測(cè)和采集裝置和第二探測(cè)和采集裝置，其中所述第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)，所述第二探測(cè)和采集裝置被設(shè)置為接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)； 重建裝置，基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像，從所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息，利用所述結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述重建裝置使用邊緣提取方法對(duì)所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息。
3.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述重建裝置利用各個(gè)能量窗的衰減系數(shù)圖像，進(jìn)行后處理基函數(shù)分解，得到不同效應(yīng)下的分解系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算感興趣區(qū)域的原子序數(shù)和電子密度圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述重建裝置針對(duì)所述多個(gè)能窗中的每個(gè)能窗下的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理基函數(shù)分解，得到各個(gè)基函數(shù)的分解系數(shù)的線積分，重建各基函數(shù)的分解系數(shù)，并且基于各個(gè)基函數(shù)的分解系數(shù)計(jì)算所述感興趣區(qū)域物質(zhì)的原子系數(shù)和電子密度。
5.如權(quán)利要求4所述的CT成像系統(tǒng)，其中當(dāng)能窗的個(gè)數(shù)等于基函數(shù)的個(gè)數(shù)時(shí)，所述重建裝置通過求解非線性多能方程組來得到基函數(shù)分解系數(shù)的線積分，進(jìn)而重建得到分解系數(shù)圖像。
6.如權(quán)利要求4所述的CT成像系統(tǒng)，其中當(dāng)能窗的數(shù)目大于基函數(shù)的個(gè)數(shù)時(shí)，所述重建裝置通過構(gòu)造對(duì)數(shù)似然函數(shù)來得到基函數(shù)分解系數(shù)的線積分，進(jìn)而重建得到分解系數(shù)圖像。
7.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述第二探測(cè)和采集裝置包括至少一個(gè)光子計(jì)數(shù)探測(cè)單元，或至少一個(gè)三明治式雙層探測(cè)單元。
8.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述重建裝置利用所述結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代式重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述第二探測(cè)和采集裝置包括多個(gè)X射線探測(cè)單元，設(shè)置在所述第一探測(cè)和采集裝置兩側(cè)。
10.如權(quán)利要求所述的CT成像系統(tǒng)，其中所述第二探測(cè)和采集裝置包括多個(gè)X射線探測(cè)單元，依次遠(yuǎn)離所述第一探測(cè)和采集裝置布置。
11.一種CT成像系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括:X射線源，發(fā)出多色譜X射線束；探測(cè)和采集裝置，相對(duì)于被檢查對(duì)象與射線源相對(duì)設(shè)置，并且X射線源以及探測(cè)和采集裝置被配置為相對(duì)于被檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)，其中所述探測(cè)和采集裝置包括第一探測(cè)和采集裝置和第二探測(cè)和采集裝置，該方法包括: 所述第一探測(cè)和采集裝置接收穿過被檢查對(duì)象的X射線，輸出第一投影數(shù)據(jù)，所述第二探測(cè)和采集裝置接收從X射線源發(fā)出穿過載臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸的那部分X射線，輸出多個(gè)能窗下的第二投影數(shù)據(jù)； 基于第一投影數(shù)據(jù)重建被檢查對(duì)象的第一線衰減系數(shù)圖像； 從所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息；以及 利用所述結(jié)構(gòu)信息作為權(quán)重建立加權(quán)總變分約束，結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到每個(gè)能量窗下的衰減系數(shù)圖像。
12.如權(quán)利要求 11所述的方法，其中使用邊緣提取方法對(duì)所述第一線衰減系數(shù)圖像中提取結(jié)構(gòu)信息。
【文檔編號(hào)】G01N23/04GK103472074SQ201310248434
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日
【發(fā)明者】邢宇翔, 沈樂, 張麗, 陳志強(qiáng), 吳宏新, 張文宇, 楊光明 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京朗視儀器有限公司