專利名稱：減小產(chǎn)生的對(duì)象圖像中放射硬化偽影的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)于X射線裝置減小所產(chǎn)生的對(duì)象圖像中的放射硬化偽影的方法，其中由X射線放射器產(chǎn)生X射線，并通過(guò)由多個(gè)檢測(cè)器元件構(gòu)成的檢測(cè)器從不同投影方向采集取決于X射線穿過(guò)該對(duì)象的衰減的測(cè)量值。本發(fā)明還涉及一種具有執(zhí)行該方法的裝置的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。
背景技術(shù)：
由X射線裝置的X射線放射器產(chǎn)生的透射對(duì)象的X射線不是單頻的，而是具有取決于所設(shè)置的管電壓的能量譜。對(duì)于X射線在穿過(guò)物質(zhì)時(shí)的被吸收程度，由于吸收系數(shù)取決于能量而使得能量少的X射線較之能量高的X射線被吸收得更多。這種被稱為放射硬化的效應(yīng)主要取決于被透視物質(zhì)的平均核電荷數(shù)和X射線的頻譜分布。從量化的角度，該效應(yīng)隨著物質(zhì)的核電荷數(shù)的增長(zhǎng)以及隨著X射線-質(zhì)子能量的下降而升高。
由X射線透視的對(duì)象通常由不同成分組成，這些成分的一些部分具有完全不同的吸收系數(shù)。此外這些成分也不是繞X射線裝置的旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地分布的，從而這些成分是在拍攝系統(tǒng)的不同設(shè)置的投影角下以不同的順序被透視的。由于放射硬化，在透視厚度和按照單頻放射的衰減法則的信號(hào)衰減之間不存在理想的指數(shù)關(guān)系。
檢測(cè)器采集的不是穿過(guò)對(duì)象觸及的X射線的頻譜分布，而只是X射線質(zhì)子的總能量或總量子數(shù)，從而出現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)量值不一致，該不一致在由這些測(cè)量值產(chǎn)生的圖像中以典型的放射硬化偽影的形式表達(dá)出來(lái)。這種不一致通過(guò)沿著經(jīng)歷巨大硬化效應(yīng)的射線的偽影而顯示出來(lái)。
圖像偽影例如在檢查患者頭部時(shí)出現(xiàn)。在相應(yīng)的斷層圖像中，可以看見在厚骨骼層之間的軟組織中、尤其是在頭顱基骨的區(qū)域中會(huì)對(duì)診斷引起強(qiáng)烈干擾的黑色條紋。
由于這個(gè)原因需要校正圖像的措施以便能盡可能消除放射硬化偽影。
已建立的用于在計(jì)算機(jī)斷層造影中消除具有多種成分的對(duì)象的斷層圖像中的放射硬化偽影的方法迭代地工作，并需要很高的計(jì)算開銷。在第一方法步驟中，根據(jù)從不同投影方向中獲得的對(duì)象的測(cè)量值來(lái)再現(xiàn)出臨時(shí)斷層圖像。接著在該臨時(shí)斷層圖像中利用對(duì)斷層的像素圖像進(jìn)行分割來(lái)識(shí)別出不同的成分，如骨骼部分和組織部分，從而在對(duì)成分圖像進(jìn)行重新投影之后可以對(duì)測(cè)量值進(jìn)行校正。接著根據(jù)這樣校正后的測(cè)量值又再現(xiàn)出一幅斷層圖像，在這幅圖像中放射偽影只以微弱的形式存在。為了從該斷層圖像中足夠好地去掉放射硬化偽影，必須在特定的方法中重復(fù)分割、重投影、校正和再現(xiàn)斷層圖像的過(guò)程直至收斂。
用于校正放射硬化偽影的公知方法的僅一個(gè)迭代步驟本身與簡(jiǎn)單的再現(xiàn)斷層圖像相比上述計(jì)算開銷就已經(jīng)變成了三倍，由此不能總是執(zhí)行這樣的校正。此外，X射線穿過(guò)對(duì)象的放射變化越復(fù)雜，用于消除放射硬化偽影的迭代算法的可應(yīng)用性就越差。在3D反向投影的領(lǐng)域中，還需要3D前向投影或相應(yīng)的射線跟蹤以計(jì)算放射變化過(guò)程，這同樣帶來(lái)了很高的計(jì)算開銷。
DE10356116公開了另一種減小計(jì)算機(jī)斷層造影中放射硬化偽影的方法。該方法包括針對(duì)兩種不同頻譜的X射線放射從不同的投影方向采集對(duì)象的測(cè)量數(shù)據(jù)，再現(xiàn)至少一幅第一臨時(shí)能量圖像和一幅第二臨時(shí)能量圖像，將第二臨時(shí)能量圖像轉(zhuǎn)換為第一轉(zhuǎn)換能量圖像，將第一臨時(shí)能量圖像與第一轉(zhuǎn)換能量圖像組合以產(chǎn)生組合的第一能量圖像，在該圖像中減小了放射硬化效應(yīng)。就是這種方法也只能以很大的計(jì)算開銷來(lái)執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于X射線裝置或者說(shuō)計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備方法，可以有效地減小所產(chǎn)生的對(duì)象圖像中的放射硬化偽影。
本發(fā)明人基于以下認(rèn)識(shí)，當(dāng)X射線裝置的檢測(cè)器的每個(gè)檢測(cè)元件在每個(gè)投影方向上至少采集到對(duì)應(yīng)于X射線放射的至少兩個(gè)不同能量區(qū)域的兩個(gè)測(cè)量值時(shí)，就可以無(wú)需采用迭代過(guò)程且無(wú)需計(jì)算臨時(shí)能量圖像來(lái)校正X射線裝置的測(cè)量值，以減小放射硬化偽影。在這種情況下，例如可以通過(guò)從至少一個(gè)查找表中讀取校正值來(lái)確定對(duì)每個(gè)測(cè)量值的校正，其中該校正值對(duì)應(yīng)于一個(gè)偽單頻測(cè)量值，該測(cè)量值考慮了在X射線放射穿透對(duì)象時(shí)針對(duì)至少兩種成分的放射硬化。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中產(chǎn)生X射線并通過(guò)由檢測(cè)器元件構(gòu)成的檢測(cè)器采集來(lái)自不同投影方向的取決于穿過(guò)對(duì)象的X射線放射的衰減的測(cè)量值，該方法包括步驟a)對(duì)每個(gè)檢測(cè)器元件在每個(gè)投影方向上采集對(duì)于X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值，其中N＞＝2，b)對(duì)每個(gè)檢測(cè)器元件從采集的N個(gè)測(cè)量值中分別確定一個(gè)偽單頻測(cè)量值，c)根據(jù)這樣確定的檢測(cè)器元件的偽單頻測(cè)量值再現(xiàn)圖像，其中基本上抑制了放射硬化偽影。
因此，放射硬化偽影的校正在沒有高計(jì)算開銷的迭代過(guò)程和不計(jì)算臨時(shí)能量圖像的情況下直接基于由檢測(cè)器元件采集的測(cè)量值進(jìn)行，無(wú)需再現(xiàn)臨時(shí)圖像，尤其是斷層圖像。該校正因此可以在對(duì)對(duì)象掃描期間實(shí)時(shí)進(jìn)行。
對(duì)應(yīng)于X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值可以簡(jiǎn)單的方式通過(guò)N個(gè)不同設(shè)置的X射線的頻譜來(lái)采集。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選變形中，同樣可以考慮在X射線的頻譜不變時(shí)、但在能量分辨的檢測(cè)器的不同能量窗中采集這些測(cè)量值。
優(yōu)選從N個(gè)測(cè)量值中確定偽單頻測(cè)量值包括確定N個(gè)不同成分的N個(gè)透視厚度，其中該N個(gè)不同成分由于不同的平均核電荷數(shù)或密度而具有不同的吸收特性。
對(duì)每個(gè)測(cè)量值可以簡(jiǎn)單方式與X射線以什么順序透視各成分無(wú)關(guān)地確定對(duì)象的N個(gè)不同成分的透視厚度。確定透視厚度尤其是提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即所導(dǎo)出的測(cè)量參數(shù)不受放射硬化效應(yīng)的影響。
偽單頻測(cè)量值優(yōu)選根據(jù)N個(gè)不同成分的分別用加權(quán)系數(shù)加權(quán)的N個(gè)透視厚度的和來(lái)計(jì)算。加權(quán)系數(shù)在此優(yōu)選為各成分對(duì)應(yīng)的X射線的吸收系數(shù)。
在本發(fā)明的優(yōu)選變形中，N個(gè)不同成分的N個(gè)透視厚度從分別具有N個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的N個(gè)查找表中確定，其中該N個(gè)輸入值是對(duì)應(yīng)于X射線的N個(gè)頻譜分量的N個(gè)測(cè)量值，輸出值是相應(yīng)成分的透視厚度。從N維查找表中讀取一個(gè)值只需要很少的計(jì)算時(shí)間，從而可以隨著掃描實(shí)時(shí)地確定N個(gè)成分的N個(gè)透視厚度。
另外，還可以分別采用一個(gè)適用于根據(jù)N個(gè)測(cè)量值來(lái)確定N個(gè)成分的透視厚度的多項(xiàng)式來(lái)代替查找表。
優(yōu)選以簡(jiǎn)單方式這樣確定該N個(gè)查找表，即模擬對(duì)應(yīng)于X射線的不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值并以N維矩陣的形式存儲(chǔ)起來(lái)，其中在模擬期間改變N個(gè)不同成分的透視厚度，然后將這樣確定的N維矩陣轉(zhuǎn)換為修正矩陣，該修正矩陣屬于通過(guò)N維矩陣定義的、從N個(gè)測(cè)量值到N個(gè)透視厚度的映射的反映射。在此，由N個(gè)修正矩陣中的每一個(gè)矩陣來(lái)構(gòu)成N個(gè)查找表之一。
除了用于確定對(duì)象的N個(gè)成分的N個(gè)透視厚度以便從中確定與放射硬化無(wú)關(guān)的偽單頻測(cè)量值的N個(gè)查找表之外，同樣還優(yōu)選直接從唯一的一個(gè)具有N個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的查找表中確定偽單頻測(cè)量值，其中該N個(gè)輸入值是X射線的N個(gè)不同頻譜的N個(gè)測(cè)量值，該輸出值是該偽單頻測(cè)量值。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，輸出值可以由對(duì)相應(yīng)查找表的項(xiàng)進(jìn)行插值得到，在這種情況下，不需要在產(chǎn)生查找表時(shí)考慮將所有可能的近似連續(xù)的測(cè)量值作為輸入值。而是可以由輔助輸出值插值出那些由與該測(cè)量值相比查找表中最近的更大輸入值和最近的更小輸入值來(lái)確定的輸入值、與測(cè)量值匹配的輸出值和匹配的偽單頻測(cè)量值。
特別合適的是，通過(guò)對(duì)輔助輸出值的N維多線性插值來(lái)確定對(duì)應(yīng)于測(cè)量值的輸出值的插值。
優(yōu)選通過(guò)多項(xiàng)式來(lái)表示相應(yīng)的查找表，該多項(xiàng)式描述查找表的輸入值和輸出值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在更小的存儲(chǔ)需求下考慮對(duì)象的大量不同成分時(shí)，可以將多項(xiàng)式而非查找表用于確定透視厚度。
優(yōu)選由X射線管形式的X射線放射器產(chǎn)生X射線放射。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，X射線的不同頻譜在這種情況下通過(guò)不同設(shè)置的X射線管電壓來(lái)產(chǎn)生。
對(duì)于N等于2且待檢查對(duì)象基本上只具有兩種成分、即骨骼和水的情況，優(yōu)選產(chǎn)生X射線的第一頻譜，用于在管電壓設(shè)置為80kV時(shí)采集第一測(cè)量值，產(chǎn)生X射線的第二頻譜，用于在管電壓設(shè)置為140kV時(shí)采集第二測(cè)量值。
下面在不限制一般性情況下從X射線裝置是計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備出發(fā)。原理上該方法還可用于其它類型的X射線裝置，其中從不同的投影方向采集穿過(guò)對(duì)象的X射線的多個(gè)測(cè)量值，從而基于這樣采集的測(cè)量值來(lái)產(chǎn)生圖像。


本發(fā)明的實(shí)施例以及其它優(yōu)選實(shí)施方式在附圖中示出。其中圖1以部分結(jié)構(gòu)框圖、部分透視圖的形式示出用于執(zhí)行本發(fā)明方法的X射線裝置；
圖2以草圖形式示出對(duì)偽單頻測(cè)量值的確定，以例如校正采集的檢測(cè)器元件的兩個(gè)測(cè)量值的放射硬化偽影；圖3示出X射線的第一頻譜的模擬測(cè)量值的等勢(shì)線作為兩種成分的透視厚度的函數(shù)；圖4示出X射線的第二頻譜的模擬測(cè)量值的等勢(shì)線作為兩種成分的透視厚度的函數(shù)；圖5示出作為測(cè)量值與X射線的第一和第二頻譜分量的函數(shù)的第一種成分的透視厚度；圖6示出作為測(cè)量值與X射線的第一和第二頻譜分量的函數(shù)的第二種成分的透視厚度。
具體實(shí)施例方式
在圖1中以部分框圖、部分透視圖的形式示出X射線裝置，在此是計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的支撐裝置包括可移動(dòng)臥榻17，利用該臥榻可將諸如患者的待檢查對(duì)象16移動(dòng)通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備外殼內(nèi)的一個(gè)開口而進(jìn)入與該計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備對(duì)應(yīng)的拍攝系統(tǒng)1、2的測(cè)量區(qū)域25中。對(duì)象16和拍攝系統(tǒng)1、2的測(cè)量區(qū)域25可通過(guò)這種方式相對(duì)移動(dòng)。
拍攝系統(tǒng)1、2具有諸如X射線管的X射線放射器1和設(shè)置在該X射線放射器對(duì)面的檢測(cè)器2，該檢測(cè)器包括多個(gè)排列成行和列的檢測(cè)器元件3。X射線放射器1產(chǎn)生扇形的X射線束。該X射線束穿過(guò)定位在拍攝系統(tǒng)1、2的測(cè)量區(qū)域25中的對(duì)象16，并落在檢測(cè)器2的檢測(cè)器元件3上。每個(gè)檢測(cè)器元件3分別產(chǎn)生一個(gè)取決于穿過(guò)測(cè)量區(qū)域25的X射線衰減的衰減值，下面將其稱為測(cè)量值。X射線到測(cè)量值的轉(zhuǎn)換例如通過(guò)與閃爍器光耦合的光電二極管或通過(guò)直接轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體進(jìn)行。針對(duì)X射線放射器相對(duì)于對(duì)象16的一個(gè)特殊位置拍攝的一組檢測(cè)器2的測(cè)量值稱為“投影”。
在計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的內(nèi)部具有未示出的支架，上面設(shè)置拍攝系統(tǒng)1、2。利用未示出的驅(qū)動(dòng)單元使支架以很高的旋轉(zhuǎn)速度圍繞計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的系統(tǒng)軸18旋轉(zhuǎn)。通過(guò)這種方式可以從不同投影方向?qū)?duì)象16進(jìn)行多次投影。通過(guò)旋轉(zhuǎn)支架的同時(shí)連續(xù)在系統(tǒng)軸18方向移動(dòng)對(duì)象16可以掃描對(duì)象16的檢查區(qū)，該檢查區(qū)大于由拍攝系統(tǒng)1、2構(gòu)成的測(cè)量區(qū)25。在螺旋形掃描19時(shí)從不同投影方向中獲得的對(duì)象16的測(cè)量值可以被計(jì)算成斷層或立體圖像，并為操作人員可視地顯示在顯示單元22上。
計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備還可以其它不同于螺旋形掃描19的形式運(yùn)行。例如可以想到在臥榻17沒有移動(dòng)的情況下只通過(guò)拍攝系統(tǒng)1、2的旋轉(zhuǎn)來(lái)掃描對(duì)象16。這種掃描類型例如在檢查心臟的周期運(yùn)動(dòng)過(guò)程的心臟病檢查中采用。掃描需要的運(yùn)行參數(shù)可以利用操作單元23由操作人員預(yù)先輸入，其中操作單元23與計(jì)算單元20連接。
待檢查的對(duì)象16通常具有不同材料的成分，這些材料成分部分地具有完全不同的吸收系數(shù)。由X射線放射器1產(chǎn)生的穿過(guò)對(duì)象16的X射線不是單頻的，而是具有取決于管電壓的頻譜。低能量的X射線在穿過(guò)材料或者說(shuō)穿過(guò)對(duì)象時(shí)比高能量的X射線具有更強(qiáng)的衰減。由于X射線對(duì)同一對(duì)象16的不同衰減取決于以何種順序來(lái)透視該材料，因此在所產(chǎn)生的結(jié)果圖像中形成放射硬化偽影。由此產(chǎn)生的測(cè)量值不一致導(dǎo)致放射硬化偽影。
當(dāng)用每個(gè)檢測(cè)器元件3針對(duì)每個(gè)投影方向采集X射線的不同能量區(qū)域的多個(gè)測(cè)量值時(shí)就可以校正放射硬化偽影。原理上可以根據(jù)針對(duì)不同能量區(qū)域采集的N個(gè)測(cè)量值來(lái)補(bǔ)償被透視對(duì)象16的N個(gè)成分的放射硬化效應(yīng)。
針對(duì)X射線的不同能量區(qū)域采集測(cè)量值可以不同方式進(jìn)行。這樣，例如可以想到對(duì)于一個(gè)固定設(shè)置的X射線的頻譜在圖1所示的檢測(cè)器2的N個(gè)不同能量窗中采集測(cè)量值，其中檢測(cè)器2可以采集X射線的至少兩個(gè)不同能量區(qū)域的測(cè)量值。除了采用這種由能量觸發(fā)的檢測(cè)器2之外，還可以簡(jiǎn)單方式通過(guò)采用X射線的N個(gè)不同頻譜來(lái)采集對(duì)應(yīng)于該X射線的不同能量區(qū)域的測(cè)量值。對(duì)于本方法來(lái)說(shuō)用何種方式來(lái)產(chǎn)生頻譜完全沒有關(guān)系。例如可以想到計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備為此具有多個(gè)X射線放射器。在該非限制性的實(shí)施例中，通過(guò)以不同設(shè)置的管電壓來(lái)運(yùn)行X射線管1，可以產(chǎn)生不同的頻譜。
下面從諸如患者的對(duì)象16基本上具有N＝2種成分、也就是骨骼和水出發(fā)。因此為了消除這兩種成分的放射硬化偽影，對(duì)每個(gè)投影方向和每個(gè)檢測(cè)器元件都需要針對(duì)X射線的兩個(gè)不同設(shè)置的頻譜進(jìn)行兩次測(cè)量。
通常對(duì)象的任意多種不同成分都可以在校正放射硬化偽影的過(guò)程中考慮到。原理上考慮的對(duì)象成分越多，放射硬化偽影的針對(duì)性校正就越有效。
為了對(duì)所產(chǎn)生的圖像、如斷層圖像中的放射硬化偽影進(jìn)行這樣的校正，計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備具有對(duì)應(yīng)于支架和X射線放射器1的控制單元24。通過(guò)控制單元24可以預(yù)先給定不同的管電壓，從而可以用不同設(shè)置的X射線的頻譜來(lái)透視對(duì)象。
管電壓的設(shè)置與投影角位置和/或拍攝系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)有關(guān)，從而對(duì)每個(gè)檢測(cè)器元件在每個(gè)投影方向上針對(duì)X射線的N個(gè)不同能量區(qū)采集N個(gè)測(cè)量值，其中將N選擇為大于等于2。由檢測(cè)器元件3采集的測(cè)量值在此利用采集單元20讀取，接著傳送給計(jì)算單元21作進(jìn)一步處理。
在這里實(shí)施的例子中，對(duì)象基本上包括兩種成分一骨骼和水，在X射線的第一頻譜和與之不同的第二頻譜下采集測(cè)量值，其中第一頻譜在管電壓設(shè)置為80kV時(shí)產(chǎn)生，第二頻譜在管電壓設(shè)置為140kV時(shí)產(chǎn)生。
計(jì)算單元21用于如圖2所示由兩個(gè)測(cè)量值4、5分別確定一個(gè)偽單頻測(cè)量值8。偽單頻測(cè)量值8是一個(gè)虛構(gòu)的測(cè)量值，其是針對(duì)對(duì)象16在X射線假定為單頻時(shí)可以測(cè)量到的，這樣在產(chǎn)生的圖像、如斷層造影的斷層圖像中不會(huì)產(chǎn)生放射硬化偽影。
圖2以草圖形式示出單頻測(cè)量值8的確定，以例如校正檢測(cè)器元件3針對(duì)不同X射線頻譜采集的兩個(gè)測(cè)量值4、5的放射硬化偽影。
為了確定偽單頻測(cè)量值8，為此首先根據(jù)相應(yīng)的針對(duì)X射線的不同頻譜采集的兩個(gè)測(cè)量值4、5來(lái)確定兩種成分骨骼和水的兩個(gè)透視厚度6、7。透視厚度6、7可以特別有效的方式通過(guò)兩個(gè)查找表9、10確定，其中從每個(gè)查找表9、10中可以確定一種成份的透視厚度6、7。查找表9、10的輸入值是兩個(gè)測(cè)量值4、5，輸出值是相應(yīng)成分的透視厚度6或7。
然后基于這樣確定的透視厚度6、7通過(guò)下面的加權(quán)和來(lái)合成偽單頻值8C(m1，m2)＝μ1*D1(m1，m2)+μ2*D2(m1，m2)其中，C(m1，m2)是偽單頻測(cè)量值8，D1(m1，m2)是第一種成分即水的第一透視厚度6，D2(m1，m2)是第二種成分即骨骼的第一透視厚度7，m1是在X射線的第一設(shè)置頻譜下的第一測(cè)量值4，m2是在X射線的第二設(shè)置頻譜下的第二測(cè)量值5，μ1是第一種成分的吸收系數(shù)，μ2是第二種成分的吸收系數(shù)。
原理上可以通過(guò)選擇吸收系數(shù)來(lái)任意設(shè)置偽單頻測(cè)量值8。合適的是，第一種成分的吸收系數(shù)對(duì)應(yīng)于水的吸收系數(shù)，第二種成分的吸收系數(shù)對(duì)應(yīng)于骨骼的吸收系數(shù)。
圖2中以虛線形式示出針對(duì)N個(gè)不同頻譜采集N個(gè)測(cè)量值的一般情況。根據(jù)這N個(gè)測(cè)量值從對(duì)應(yīng)的N維查找表中讀取N種成分的N個(gè)透視厚度，從而可以用這N個(gè)透視厚度的加權(quán)和合成出偽單頻值8。出于存儲(chǔ)容量的原因還可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的、描述查找表的輸入值和輸出值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系的多項(xiàng)式來(lái)描述查找表。
N個(gè)查找表9、10是這樣來(lái)確定的，首先針對(duì)X射線的N個(gè)可調(diào)節(jié)頻譜的每一個(gè)分別模擬出穿過(guò)具有N種成分的對(duì)象的X射線的測(cè)量值4、5，并以N維矩陣的形式存儲(chǔ)起來(lái)。
在具有兩種成分、即水和骨骼的對(duì)象的具體例子中，對(duì)測(cè)量值的模擬例如需要可以針對(duì)在測(cè)量時(shí)設(shè)置的不同管電壓數(shù)字地產(chǎn)生頻譜。為此例如在模擬之前利用分光計(jì)測(cè)量和存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)設(shè)置的管電壓下的X射線的頻譜，從而可以在模擬期間調(diào)用X射線頻譜。同樣還可以想到在模擬期間以參數(shù)化的形式調(diào)用X射線頻譜。不同的頻譜例如可以通過(guò)n階的多項(xiàng)式來(lái)表示，其中作為參數(shù)預(yù)先給定的管電壓的改變會(huì)引起X射線頻譜的移動(dòng)。在X射線穿過(guò)材料或者說(shuō)穿過(guò)對(duì)象成分過(guò)程中吸收X射線的隨機(jī)過(guò)程例如可以借助蒙特卡洛模擬來(lái)執(zhí)行，其中相應(yīng)成分的透視厚度在模擬測(cè)量值時(shí)是一個(gè)參數(shù)值。從模擬中獲得的、對(duì)應(yīng)于X射線不同頻譜的測(cè)量值以矩陣的形式來(lái)采集。
圖3和圖4示出X射線的第一和第二頻譜的模擬測(cè)量值的等勢(shì)線作為對(duì)象中存在的兩種成分的透視厚度的函數(shù)，其中在所顯示的x軸方向上記錄第一種成分的透視厚度值，在y軸方向上記錄第二種成分的透視厚度值。在圖3和圖4顯示的等勢(shì)線上的測(cè)量值分別具有相同的值。
如圖3所示，根據(jù)第一種成分的透視厚度6和第二種成分的透視厚度7可以確定第一測(cè)量值4，該第一測(cè)量值在所設(shè)置的第一管電壓或者說(shuō)X射線的第一設(shè)置頻譜下由相應(yīng)的檢測(cè)器元件3產(chǎn)生。按照同樣的方式，根據(jù)第一種成分的透視厚度6和第二種成分的透視厚度7可以確定第二測(cè)量值5，如圖4所示，該第二測(cè)量值在所設(shè)置的第二管電壓或者說(shuō)X射線的第二設(shè)置頻譜下由相應(yīng)的檢測(cè)器元件3產(chǎn)生。
可這樣確定的測(cè)量值4、5分別作為元素記錄到一個(gè)矩陣中，其中該矩陣中的測(cè)量值這樣排列，在所示行方向14上的測(cè)量值對(duì)應(yīng)于第一種成分的透視厚度6的上升的值，在所示列方向15上的測(cè)量值對(duì)應(yīng)于第二種成分的上升的透視厚度7。
第一矩陣描述了第一和第二種成份的透視厚度6、7根據(jù)X射線的第一頻譜映射為穿過(guò)對(duì)象的X射線的測(cè)量值4。第二矩陣相應(yīng)地描述了第一和第二種成份的透視厚度6、7根據(jù)X射線的第二頻譜映射為穿過(guò)對(duì)象的X射線的測(cè)量值5。
然后可以根據(jù)數(shù)值方法將通過(guò)矩陣定義的映射顛倒。在第一方法步驟中，根據(jù)第一矩陣的映射構(gòu)成第一輔助映射，其中第一種成分的透視厚度6和取決于第一頻譜的測(cè)量值4被映射為第二種成分的透視厚度7。對(duì)應(yīng)的，根據(jù)第二矩陣的映射構(gòu)成第二輔助映射，其中第一種成分的透視厚度6和取決于第二頻譜的測(cè)量值5同樣被映射為第二種成分的透視厚度7。這些輔助映射在此通過(guò)讀取相應(yīng)的值三角形(Werttripel)來(lái)產(chǎn)生，該值三角形是a)第一種成分的透視厚度6，b)第二種成分的透視厚度7，c)取決于X射線的第一或第二頻譜的測(cè)量值4或5。在兩個(gè)輔助矩陣中可以給出第二種成分的透視厚度7具有相同值的等勢(shì)線。用圖像描述的話輔助映射可以相互疊加，從而第二種成分的透視厚度7針對(duì)兩個(gè)值a)第一種成分的透視厚度6和b)X射線的第一或第二頻譜的測(cè)量值4或5的特定組合的等勢(shì)線相交。基于在該等勢(shì)線的相交點(diǎn)的第一種和第二種成分的透視厚度值6、7以及X射線頻譜的第一和第二頻譜的測(cè)量值4、5，可以構(gòu)成給出穿過(guò)對(duì)象的X射線取決于第一和第二頻譜的測(cè)量值4、5以及兩種成分的透視厚度6、7之間的關(guān)系的反映射，每個(gè)這樣的映射都可以用修正矩陣的形式表示。第一修正矩陣描述穿過(guò)對(duì)象的X射線對(duì)應(yīng)于該X射線的第一和第二頻譜的測(cè)量值4、5到第一種成分的透視厚度6的映射。第二修正矩陣對(duì)應(yīng)地描述穿過(guò)對(duì)象的X射線對(duì)應(yīng)于該X射線的第一和第二頻譜的測(cè)量值4、5到第二種成分的透視厚度7的映射。
最后將修正矩陣的元素傳送到查找表9、10中，其中對(duì)應(yīng)于X射線的兩個(gè)不同頻譜的兩個(gè)測(cè)量值4、5是輸入值，而從查找表9或10中讀取的值分別對(duì)應(yīng)于一種成份的透視厚度6或7。
在圖5和圖6中示出第一種成分的第一透視厚度6或第二種成分的第二透視厚度7作為對(duì)應(yīng)于X射線第一頻譜的第一測(cè)量值4和對(duì)應(yīng)于X射線第二頻譜的第二測(cè)量值5的函數(shù)，其中在x軸12的方向上記錄第一測(cè)量值，在y軸15的方向上記錄第二測(cè)量值。為概略起見在圖5和圖6中分別只設(shè)置了具有一個(gè)標(biāo)記的一個(gè)第一測(cè)量值4和一個(gè)第二測(cè)量值5。
如圖5所示，根據(jù)第一測(cè)量值4和第二測(cè)量值5確定第一種成分的第一透視厚度6。按照同樣的方式根據(jù)第一測(cè)量值4和第二測(cè)量值5確定第二種成分的第二透視厚度7，如圖6所示。
原則上為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，合適的是在產(chǎn)生查找表時(shí)不將所有可能的近似連續(xù)的測(cè)量值計(jì)算為輸入值。在這種情況下，對(duì)查找表來(lái)說(shuō)可以有一個(gè)測(cè)量值不作為輸入值。如果通過(guò)查找表沒有找到一個(gè)測(cè)量值，則在這種情況下為該測(cè)量值確定在該查找表中存在的離得最近的更大輸入值和離得最近的更小輸入值。接著從這樣確定的輸入值中讀取所屬的偽單頻測(cè)量值。最后通過(guò)插值確定對(duì)應(yīng)于所查找的測(cè)量值的偽單頻測(cè)量值。該插值優(yōu)選通過(guò)多線性的、例如通過(guò)雙線性的插值來(lái)實(shí)現(xiàn)。但還可以采用其它插值，例如樣條差值，其中不只分別采用一個(gè)相鄰的查找表項(xiàng)，而是采用多個(gè)查找表項(xiàng)。
除了用于確定對(duì)象的N種成分的N個(gè)透視成分以便從中確定不依賴于放射硬化的偽單頻測(cè)量值的N個(gè)查找表之外，還可以直接從唯一的一個(gè)具有N個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的查找表中確定偽單頻測(cè)量值，其中該唯一的查找表由N個(gè)查找表通過(guò)從針對(duì)所有可能的測(cè)量值的全部偽單頻測(cè)量值中以已被描述的方式合成并傳送到該唯一的查找表中來(lái)產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線裝置的減小所產(chǎn)生的對(duì)象(16)圖像中的放射硬化偽影的方法，其中，產(chǎn)生X射線并通過(guò)由多個(gè)檢測(cè)器元件(3)構(gòu)成的檢測(cè)器(2)來(lái)采集來(lái)自不同投影方向、取決于穿過(guò)對(duì)象(16)的X射線的衰減的測(cè)量值(4，5)，其中a)針對(duì)每個(gè)檢測(cè)器元件(3)在每個(gè)投影方向上都對(duì)X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域采集N個(gè)測(cè)量值(4，5)，其中，N＞＝2，b)針對(duì)每個(gè)檢測(cè)器元件(3)從所采集的N個(gè)測(cè)量值(4，5)中分別確定一個(gè)偽單頻測(cè)量值(8)，c)根據(jù)這樣確定的檢測(cè)器元件(3)的偽單頻測(cè)量值再現(xiàn)圖像，其中基本上抑制了放射硬化偽影。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對(duì)于X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值(4，5)從N個(gè)不同設(shè)置的X射線頻譜中產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)能量分辨的檢測(cè)器在N個(gè)不同的能量窗中采集所述對(duì)于N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值(4，5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，從N個(gè)測(cè)量值(4，5)中確定所述偽單頻測(cè)量值(8)包括確定N個(gè)不同成分的N個(gè)透視厚度(6，7)，其中該N個(gè)不同成分具有不同的、與能量有關(guān)的吸收系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述偽單頻測(cè)量值(8)根據(jù)N個(gè)不同成分的分別用加權(quán)系數(shù)加權(quán)的N個(gè)透視厚度(6，7)的和(11)來(lái)計(jì)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述透視厚度(6，7)的加權(quán)系數(shù)是各成分對(duì)X射線放射的吸收系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述N個(gè)透視厚度(6，7)分別從具有N個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的N個(gè)查找表(9，10)中確定，其中該N個(gè)輸入值是所述N個(gè)測(cè)量值(4，5)，輸出值是相應(yīng)成分的透視厚度(6，7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，這樣確定所述N個(gè)查找表(9，10)，模擬所述對(duì)于N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值(4，5)并以N維矩陣的形式存儲(chǔ)起來(lái)，其中在模擬期間改變N個(gè)不同成分的透視厚度(6，7)，然后將這樣確定的N維矩陣轉(zhuǎn)換為修正矩陣，修正矩陣屬于通過(guò)N維矩陣定義的、從N個(gè)測(cè)量值(4，5)到N個(gè)透視厚度(6，7)的映射的反映射，其中由N個(gè)修正矩陣中的每一個(gè)矩陣來(lái)構(gòu)成N個(gè)查找表(9，10)之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，直接從一個(gè)具有N個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的查找表中確定所述偽單頻測(cè)量值(8)，其中該N個(gè)輸入值是所述N個(gè)測(cè)量值(4，5)，該輸出值是該偽單頻測(cè)量值(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述偽單頻測(cè)量值(8)由對(duì)相應(yīng)查找表(9，10)的項(xiàng)進(jìn)行插值得到。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，對(duì)所述偽單頻測(cè)量值(8)的插值是多線性插值。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述各查找表(9，10)通過(guò)多項(xiàng)式來(lái)表示，該多項(xiàng)式描述查找表(9，10)的輸入值和輸出值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由X射線管形式的X射線放射器(1)產(chǎn)生X射線放射。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述對(duì)于X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域的N個(gè)測(cè)量值(4，5)通過(guò)不同設(shè)置的X射線管電壓產(chǎn)生。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中N＝2，并且產(chǎn)生X射線的第一頻譜，用于在管電壓設(shè)置為80kV時(shí)采集第一測(cè)量值(4)，產(chǎn)生X射線的第二頻譜，用于在管電壓設(shè)置為140kV時(shí)采集第二測(cè)量值(5)。
16.一種計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的能減小對(duì)象圖像中的放射硬化偽影的方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于X射線裝置的減小所產(chǎn)生的對(duì)象(16)圖像、如患者的斷層圖像中的放射硬化偽影的方法，其中對(duì)于X射線的N個(gè)不同能量區(qū)域采集N個(gè)測(cè)量值(4，5)，從采集的N個(gè)測(cè)量值中分別確定一個(gè)偽單頻測(cè)量值(8)，從而根據(jù)這樣計(jì)算的不同投影方向的偽單頻測(cè)量值產(chǎn)生其中基本上抑制了放射硬化偽影的圖像。
文檔編號(hào)H05G1/00GK1823685SQ20061005494
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者雷納·勞帕克 申請(qǐng)人:西門子公司