本發(fā)明涉及一種圖像重建方法、圖像重建設(shè)備和計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在x射線通過檢查對(duì)象的投影期間，根據(jù)所使用的光譜和要穿透的材料，發(fā)生不同的吸收和散射行為，其中吸收光譜中的低能量分量比高能量分量(輻射硬化(radiationhardening))更快。因此，在檢查對(duì)象后面檢測到的x射線輻射包含關(guān)于檢查對(duì)象的材料特性的信息。在其中同時(shí)檢測到x射線輻射的多個(gè)光譜的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)(ct系統(tǒng))中，在獲取投影數(shù)據(jù)之后，可以重建包含關(guān)于包含在檢查對(duì)象中的材料的信息的圖像數(shù)據(jù)集合?！安煌膞射線能量”應(yīng)被理解為使用不同x射線能量光譜來檢測x射線輻射。這可以得以實(shí)現(xiàn)，首先在于以不同的電壓來操作x射線源。因此，通常x射線能量也簡單地用已經(jīng)設(shè)置的x射線電壓(以kv為單位)表示。其次，可以在用于其的檢測器的部分中選擇性地檢測所投影的x射線光譜的各個(gè)區(qū)域。針對(duì)表示或評(píng)估而預(yù)先確定的能量不一定對(duì)應(yīng)于所投影的x射線光譜的實(shí)際檢測能量，而是還可以借助于在特定范圍內(nèi)的插值來自由地確定。這里，圖像數(shù)據(jù)集合應(yīng)當(dāng)被重建為盡可能免受由輻射硬化引起的偽像的影響。

從文獻(xiàn)de102005008767a1中已知一種基于原始數(shù)據(jù)的校正方法，其中，從x射線輻射的若干個(gè)不同的檢測光譜區(qū)域中，可以重建其中基本上抑制輻射硬化偽像的圖像。為此，對(duì)于每個(gè)材料成分，透射厚度被確定為測量值，其中，不同成分具有不同的吸收系數(shù)的能量相依性。因而，透射厚度被求和加權(quán)為偽單色測量值。根據(jù)這些偽單色測量值，然后重建其中基本上抑制輻射硬化偽影的圖像。因此，為了簡化圖像重建，材料成分的光譜上不同的測量值一起分組為偽單色測量值。

從實(shí)踐中已知的另一基于圖像數(shù)據(jù)的途徑是對(duì)x射線光譜的每個(gè)測量區(qū)域的單獨(dú)的輻射硬化校正。為此目的，首先進(jìn)行第一重建并且選擇基本材料。在第一重建中，借助于分割，標(biāo)識(shí)具有其它基本材料的外加劑的那些體素。盡管這成功地減少了輻射硬化偽像，但是限制了材料特性(衰減貢獻(xiàn)或比例)的定量表示的精度，使得輻射硬化減少的圖像不一定對(duì)應(yīng)于一致的單色圖像。這種限制特別應(yīng)用于分離多于兩種材料。此外，在實(shí)踐中不能考慮光譜例如通過整形過濾器在視場上的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種圖像重建方法、圖像重建設(shè)備和計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)，利用它們可以改進(jìn)成像。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像重建方法、根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像重建設(shè)備和根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

該發(fā)明內(nèi)容部分中提及的方法用于基于第一多個(gè)光譜原始數(shù)據(jù)集合來圖像重建，該第一多個(gè)光譜原始數(shù)據(jù)集合各自與不同的x射線光譜相關(guān)聯(lián)，該方法包括至少以下步驟：

首先，在步驟a)中，組合光譜原始數(shù)據(jù)集合以形成第二多個(gè)虛擬原始數(shù)據(jù)集合。在步驟b)中，基于虛擬原始數(shù)據(jù)集合(vd1，vd2，...，vdm)重建(r')相應(yīng)的輔助圖像數(shù)據(jù)集合(hb1，hb2，...，hbm)。隨后，在步驟c)中，從包括多種材料的材料組中選擇第一材料。在步驟d)中，對(duì)于材料組的若干種第二材料，由第二材料的輔助圖像數(shù)據(jù)集合生成材料特定的映射圖(material-specificmap)。在步驟e)中，使用相應(yīng)的材料特定的映射圖的前向投影，來確定第二材料的材料線積分。在步驟f)中，在此基礎(chǔ)上并且在虛擬原始數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上，確定每種材料的合成投影數(shù)據(jù)集合。最后，在步驟g)中，在合成投影數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上，重建材料組的若干種材料的至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)集合。

本文中的光譜原始數(shù)據(jù)集合表示檢查對(duì)象的投影數(shù)據(jù)，其優(yōu)選地借助于ct設(shè)備已經(jīng)從多個(gè)不同的投影角度來獲取。在每種情況下，本文中根據(jù)所檢測的x射線光譜(即，與所投影的x射線輻射的能量光譜或波長區(qū)域相關(guān)聯(lián))在“原始”或?qū)嶋H(與后來定義的虛擬相對(duì))“光譜信道”，獲取光譜原始數(shù)據(jù)集合。這可以借助于各種多能量ct途徑進(jìn)行，例如，雙源、分割過濾器(split-filter)或kv切換等。優(yōu)選地，為此目的，ct設(shè)備具有量子計(jì)數(shù)檢測器，其根據(jù)其在因此形成原始光譜信道的分離的倉中的能量閾值來檢測x射線輻射。

因此，借助于若干個(gè)不同的原始光譜信道來定義多個(gè)(n)光譜原始數(shù)據(jù)集合。它們最初被組合以形成第二(優(yōu)選地，相同或更小的)多個(gè)(m)“虛擬”原始數(shù)據(jù)集合。這可以例如通過光譜原始數(shù)據(jù)集合的線性組合(即，通過用可定義的加權(quán)系數(shù)的加權(quán)相加)來進(jìn)行。因此，虛擬原始數(shù)據(jù)集合與新的虛擬光譜放在一起，并且因此也優(yōu)選地被分配給“虛擬”光譜信道，其中材料也優(yōu)選與該“虛擬”光譜信道相關(guān)聯(lián)。如下文將詳細(xì)描述的，該步驟用來使后續(xù)步驟的數(shù)據(jù)成為盡可能優(yōu)選的形式。

根據(jù)虛擬原始數(shù)據(jù)集合，在諸如經(jīng)過濾的反向投影之類的共同重建方法的幫助下，計(jì)算輔助圖像數(shù)據(jù)集合。輔助圖像數(shù)據(jù)集合基本上是如在正常重建在上文所描述的、先前已經(jīng)修改的x射線光譜下的獲取中獲得的原始數(shù)據(jù)集合時(shí)可能生成的檢查對(duì)象的三維圖像。

輔助圖像數(shù)據(jù)集合的數(shù)目m(即，虛擬原始數(shù)據(jù)集合的數(shù)目m)對(duì)應(yīng)于材料組的材料的數(shù)目m。材料組包含隨后在根據(jù)本發(fā)明的重建中考慮的材料。材料可以是化學(xué)元素(例如，鈣)或物質(zhì)(例如，水)。因此，一般而言，它表示檢查對(duì)象中相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成，例如，骨骼、軟組織等。然而，可以添加造影劑(例如，釓)作為用于數(shù)據(jù)獲取的附加材料，以便強(qiáng)調(diào)特定結(jié)構(gòu)(諸如血管等)。

從材料組中選擇第一材料，其中隨后沒有生成材料特定的映射圖。其它材料是生成材料特定的映射圖的材料組的兩種材料。本文中的材料特定的映射圖表示材料密度分布，其是考慮到來自輔助圖像數(shù)據(jù)集合的材料相依的衰減系數(shù)的局部衰減貢獻(xiàn)而按體素確定的，即，一個(gè)體積圖像點(diǎn)接一個(gè)體積圖像點(diǎn)。因此，借助于x射線輻射的光譜相依的空間分辨衰減，可以使檢查對(duì)象中的相應(yīng)的材料濃度局部化。如下文詳細(xì)描述的，為了更準(zhǔn)確地確定材料特定的映射圖，可以在進(jìn)一步達(dá)到的圖像分析的幫助下來處理輔助圖像數(shù)據(jù)集合。

優(yōu)選地，材料特定的映射圖的前向投影是用與虛擬原始數(shù)據(jù)集合相同的幾何形狀來建模。因此，生成對(duì)應(yīng)于原始獲取期間的掃描布置的各個(gè)材料映射圖的虛擬投影。與從實(shí)踐中已知的方法相反，在本發(fā)明的上下文中，將投影幾何形狀考慮在內(nèi)。這種虛擬前向投影遞送線積分，所謂的材料線積分作為第二材料中的每種第二材料的結(jié)果。這些各自表示投影路線上的整合材料成分。

在材料線積分的幫助下，生成用于確定優(yōu)化的合成投影數(shù)據(jù)集合的成像函數(shù)。在該成像函數(shù)中，虛擬原始數(shù)據(jù)集合因此表示函數(shù)的自變量(argument)。成像函數(shù)因此用作重建矩陣，利用該重建矩陣，由虛擬原始數(shù)據(jù)集合來產(chǎn)生優(yōu)化的合成投影數(shù)據(jù)集合。

這是基于以下考慮。在預(yù)先確定的光譜中，測量值可以被確定為第一函數(shù)，其形式為用于相應(yīng)材料的材料線積分的(線性)組合。材料線積分因此是第一函數(shù)的分量。由于其嚴(yán)格的單調(diào)性，可以例如對(duì)第一函數(shù)的第一分量(第一分量在本文中被分配給第一材料)求逆。這意味著第一材料的材料線積分可以根據(jù)第一函數(shù)和剩余材料線積分而表示為逆函數(shù)。然而，在本文中第一函數(shù)是測量值本身。因此，逆函數(shù)(第一材料的材料線積分)取決于測量值和剩余材料線積分。

成像函數(shù)各自生成合成投影數(shù)據(jù)集合，即，合成測量值。因此，對(duì)于這些，還適用上述構(gòu)造規(guī)則。第一分量在本文中以上文所描述的逆函數(shù)的形式表示，即，根據(jù)作為測量值的虛擬原始數(shù)據(jù)集合并且根據(jù)其它材料線積分。剩余的分量由剩余的材料線積分來產(chǎn)生。分配給每種材料的吸收系數(shù)用作各個(gè)分量的系數(shù)。

根據(jù)以這種方式準(zhǔn)備的合成投影數(shù)據(jù)，最后借助于諸如經(jīng)過濾的反向投影之類的共同重建方法，對(duì)至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)集合進(jìn)行重建，但是優(yōu)選地，每種材料一個(gè)圖像數(shù)據(jù)集合。

與現(xiàn)有技術(shù)相反，根據(jù)本發(fā)明，數(shù)據(jù)因此在開始時(shí)不被縮減為偽單能量數(shù)據(jù)集合，而是虛擬原始數(shù)據(jù)集合的數(shù)目m或合成投影數(shù)據(jù)集合的數(shù)目m保持相同，并且每個(gè)虛擬原始數(shù)據(jù)集合借助于其自身的成像函數(shù)而被最佳地各個(gè)單色化。

根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備包括數(shù)據(jù)輸入接口、數(shù)據(jù)輸出接口，并且被配置成使得對(duì)于經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入接口接收的第一多個(gè)光譜原始數(shù)據(jù)集合，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法。為此，其優(yōu)選地還包括組合模塊和優(yōu)化模塊。優(yōu)選地，圖像重建設(shè)備還包括輸入接口。該輸入接口接收輸入值作為根據(jù)本發(fā)明的方法的參數(shù)。由此，例如，可以規(guī)定要選擇的材料、形成虛擬原始數(shù)據(jù)集合的光譜原始數(shù)據(jù)集合的組合的方式和方法、迭代步驟的數(shù)目等。

根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)具有至少一個(gè)源檢測器布置，其包括x射線輻射源和檢測器，并且被配置成使得檢測器接收在不同的原始光譜信道中從x射線輻射源發(fā)射的輻射作為光譜原始數(shù)據(jù)集合。計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)還具有根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備。優(yōu)選地，光譜原始數(shù)據(jù)集合通過源檢測器布置的原始數(shù)據(jù)輸出接口而傳遞到圖像重建設(shè)備，其數(shù)據(jù)輸入接口被連接到原始數(shù)據(jù)輸出接口以接收光譜原始數(shù)據(jù)集合。

根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備的基本部件(特別地，組合模塊和優(yōu)化模塊)可以主要以軟件部件的形式來配置。然而，原則上，特別地，如果涉及特別快速的計(jì)算，這些部件還可以部分地以軟件支持的硬件(例如，fpga等)的形式來實(shí)現(xiàn)。類似地，所需的接口可以被配置為例如僅就接受來自其它軟件部件的數(shù)據(jù)而言的軟件接口。然而，它們也可以被配置為由硬件構(gòu)成的接口，其由合適的軟件來控制。

特別地，根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備可以是用戶終端的一部分或計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的控制設(shè)備。

主要通過軟件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，常規(guī)使用的圖像重建設(shè)備也可以通過軟件更新的簡單方法來升級(jí)，以便以根據(jù)本發(fā)明的方式來操作。因此，該目的是通過具有計(jì)算機(jī)程序的對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算機(jī)程序可以直接加載到計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的圖像重建設(shè)備的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)施中，該計(jì)算機(jī)程序具有程序部分以便當(dāng)在圖像重建設(shè)備中執(zhí)行程序時(shí)，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有步驟。除了計(jì)算機(jī)程序之外，這樣的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括附加部件(如果相關(guān)的話)，諸如例如，文檔部件和/或包括硬件部件在內(nèi)的附加部件，例如，硬件密鑰(加密狗等)，以便使用軟件。

為了傳送到圖像重建設(shè)備和/或?yàn)榱舜鎯?chǔ)在圖像重建設(shè)備處或其中，可以使用計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如，記憶棒、硬盤或另一可傳遞的或牢固安裝的數(shù)據(jù)載體，在其上存儲(chǔ)可以通過圖像重建設(shè)備的計(jì)算機(jī)單元讀取和執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序的程序步驟。為此目的，計(jì)算機(jī)單元可以具有一個(gè)或多個(gè)協(xié)作微處理器等。

通過從屬權(quán)利要求和以下的具體實(shí)施方式公開了本發(fā)明的其它特別有利的實(shí)施例和改進(jìn)，其中，一個(gè)權(quán)利要求類別的獨(dú)立權(quán)利要求也可以類似于另一權(quán)利要求類別的從屬權(quán)利要求來開發(fā)，并且特別地，不同的示例性實(shí)施例或變型的各個(gè)特征可以被組合以形成新的示例性實(shí)施例或變型。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利的示例性實(shí)施例中，對(duì)光譜原始數(shù)據(jù)集合進(jìn)行組合以形成虛擬原始數(shù)據(jù)集合，使得虛擬原始數(shù)據(jù)集合具有限定的平均能量。如下文所描述的，虛擬原始數(shù)據(jù)集合具有限定的平均能量的事實(shí)意味著它們包括具有限定的平均能量的虛擬測量值。一般而言，原始數(shù)據(jù)集合包含由多個(gè)測量值按像素組成的投影數(shù)據(jù)集合。在光譜原始數(shù)據(jù)集合的組合期間按像素來組合根據(jù)其能量檢測的光譜原始數(shù)據(jù)集合的實(shí)際測量值，使得所得到的虛擬測量值具有限定的平均能量。限定的平均能量在本文中可以由用戶指定或者根據(jù)材料的特定特性(諸如吸收系數(shù)等)來規(guī)定。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利的示例性實(shí)施例中，對(duì)光譜原始數(shù)據(jù)集合進(jìn)行組合以形成虛擬原始數(shù)據(jù)集合，使得虛擬原始數(shù)據(jù)集合具有限定的有效能量。如上文已經(jīng)定義的那樣進(jìn)行組合，但是使用有效能量代替平均能量。有效光譜特別在量子計(jì)數(shù)檢測器中取決于被檢測器實(shí)際獲取的信號(hào)。這意味著，有效光譜也明顯根據(jù)信號(hào)隨著引入到光束路徑中的檢查對(duì)象而改變。因而，在光譜原始數(shù)據(jù)集合的組合中考慮該改變，以形成具有限定的有效能量的虛擬原始數(shù)據(jù)集合。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利的示例性實(shí)施例中，對(duì)光譜原始數(shù)據(jù)集合進(jìn)行組合以形成虛擬原始數(shù)據(jù)集合，使得虛擬原始數(shù)據(jù)集合與光譜原始數(shù)據(jù)集合相同，并且剩余虛擬原始數(shù)據(jù)集合的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性位于特定極限值以下，并且優(yōu)選地被最小化。通過這種方法，最佳地利用了被檢測器獲取的光譜原始數(shù)據(jù)的可用量子信息，即，使包含在數(shù)據(jù)中的噪聲最小化。

在本文中，方法的組合也是可能的。在該示例性實(shí)施例與前述實(shí)施例的這種組合中，可以認(rèn)為在一定范圍內(nèi)，對(duì)于虛擬原始數(shù)據(jù)集合，主要是噪聲將被最小化、還是要盡可能地獲得特定的平均能量或有效能量?？梢岳缃柚谟脩舻妮斎雭硪?guī)定選項(xiàng)之間的比例。

優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法中，選擇水作為第一材料。這是有利的，因?yàn)樵谟糜谝呀⒌挠?jì)算機(jī)斷層攝影獲取方法的光譜數(shù)據(jù)中，水根據(jù)其在線積分中的照射長度來基本上線性地傳遞。

在本發(fā)明的有利改進(jìn)中，使用閾值函數(shù)由輔助圖像數(shù)據(jù)集合來生成步驟d)中的材料特定的映射圖。輔助圖像數(shù)據(jù)集合的圖像值(通常為hu值)用作函數(shù)自變量。該閾值函數(shù)優(yōu)選地是具有線性路線的這樣的函數(shù)：其假設(shè)與零相同的函數(shù)值直到閾值甚至更大的值。閾值在本文中被設(shè)置為大于輔助圖像數(shù)據(jù)集合中的第一材料通常采用的值的值。這樣，主要包含第一材料的輔助圖像數(shù)據(jù)集合的這樣的區(qū)域可以被忽略，即，設(shè)置為零。相比之下，其它區(qū)域被表示為與通常一樣。

在根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法的有利的實(shí)施例中，對(duì)于作為材料特定的映射圖的第二材料，使用電子密度映射圖、原子序數(shù)映射圖、和/或衰減系數(shù)映射圖。

不同的材料特定的映射圖在本文中是基于x射線輻射與材料的不同相互作用效應(yīng)。電子密度映射圖基本上基于康普頓效應(yīng)，對(duì)于該康普頓效應(yīng)，大多數(shù)材料中的相互作用與其質(zhì)量密度成比例。與此相反，原子序數(shù)映射圖基本上基于給出關(guān)于檢查對(duì)象的元素材料組成的信息的光電效應(yīng)。特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法還可能生成對(duì)與x射線輻射具有特定相互作用特性的材料敏感的材料特定的映射圖。該材料的示例是造影劑釓，其在通常使用的x射線輻射的區(qū)域中具有k邊緣，并且因此在光譜上容易與其它材料分離。

吸收系數(shù)由各個(gè)相互作用(光電效應(yīng)、康普頓散射和可能的配對(duì)成形)的總和來產(chǎn)生，并且因此準(zhǔn)許廣泛考慮。例如，在病變的區(qū)域中，通常增加吸收系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠區(qū)分原子序數(shù)和電子密度，即，例如可以在材料特定的映射圖的基礎(chǔ)上在鈣化和節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行區(qū)別。

在根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法的有利的迭代實(shí)施例中，重復(fù)若干個(gè)遍次的步驟b)至f)，并且在步驟中的至少一個(gè)步驟中，一遍次的合成投影數(shù)據(jù)集合在隨后遍次中用作虛擬原始數(shù)據(jù)集合。例如，遍次的數(shù)目可以在本文中預(yù)先定義、由用戶確定、或者根據(jù)終止準(zhǔn)則(諸如對(duì)比度的最小值、信噪比等)來指定。如果相關(guān)的話，類似于根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法的步驟a)，可以在下一迭代遍次之前重新組合合成投影數(shù)據(jù)集合以形成虛擬原始數(shù)據(jù)集合。

因此，借助于該迭代方法，將在前一遍次中準(zhǔn)備的合成投影數(shù)據(jù)再次用作輸入值，即，用作用于進(jìn)一步優(yōu)化的虛擬原始數(shù)據(jù)集合。因此，虛擬光譜信道的數(shù)據(jù)集合總是進(jìn)一步單色化。本文中，隨著遍次數(shù)目的增加，相應(yīng)的成像函數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤膱D像，即，在一定數(shù)目的遍次之后，數(shù)據(jù)集合是單色的，使得在其它遍次時(shí)，它們幾乎不再變?yōu)閱紊?/p>

在迭代方法的有利發(fā)展中，一遍次的合成投影數(shù)據(jù)集合在隨后遍次中用作步驟b)和步驟f)中的虛擬原始數(shù)據(jù)集合，并且使用原始虛擬原始數(shù)據(jù)集合。本文中，與第一變型不同，它不是用作相應(yīng)成像函數(shù)的函數(shù)變量的先前遍次的合成投影數(shù)據(jù)集合，而是始終是在方法開始時(shí)(即，在第一遍次中)確定的原始虛擬原始數(shù)據(jù)集合。因此，在該變型中，僅迭代地改進(jìn)相應(yīng)的成像函數(shù)。隨著遍次數(shù)目的增加，對(duì)相應(yīng)成像函數(shù)的改變變得越來越小，以使其朝向極限函數(shù)而收斂。

在用于圖像重建的迭代方法的有利發(fā)展中，對(duì)合成投影數(shù)據(jù)集合進(jìn)行加權(quán)，使得在合成投影數(shù)據(jù)集合在隨后遍次中用作虛擬原始數(shù)據(jù)集合之前，合成投影數(shù)據(jù)集合在統(tǒng)計(jì)上盡可能弱地相關(guān)。這可以借助于相應(yīng)數(shù)據(jù)集合的線性組合，如已經(jīng)關(guān)于圖像重建方法的示例性實(shí)施例所描述的那樣來發(fā)生。

附圖說明

現(xiàn)在，將參照附圖使用示例性實(shí)施例再次對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在各種附圖中，相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖原則上不按比例繪制。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意表示，

圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備的示例性實(shí)施例的示意表示，其中具有根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法的示例性實(shí)施例的框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于圖像重建的第一迭代方法的示例性實(shí)施例的示意表示；以及

圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于圖像重建的第二迭代方法的示例性實(shí)施例的示意表示。

具體實(shí)施方式

在圖1中作為示例、并且粗略示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1，其包括用戶終端25和計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備2。計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)1被配置成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法。計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備2包括用于定位作為檢查對(duì)象的患者1的患者臺(tái)12，其可以沿著系統(tǒng)軸線16位移。系統(tǒng)軸線16在下文也被表示為z軸，其可以隨著患者10位移到掃描場。它還包括具有源-檢測器布置4、5的臺(tái)架3，其被安裝成可繞系統(tǒng)軸線16轉(zhuǎn)動(dòng)。源-檢測器布置4、5具有x射線輻射源5和量子計(jì)數(shù)檢測器4，其彼此相對(duì)定向，使得在操作中從x射線束源5的焦點(diǎn)出射的x射線束入射到檢測器4上。檢測器4被構(gòu)建成用于以單獨(dú)的像素17來空間分辨獲取x射線輻射，這些像素17布置在多個(gè)檢測器行中。目前，使用具有總共64行或更多行、并且具有亞毫米范圍內(nèi)的空間分辨率的檢測器4。對(duì)于每個(gè)投影，檢測器4生成投影數(shù)據(jù)集合。本文中的投影數(shù)據(jù)表示被患者1衰減的x射線輻射的所有像素17的衰減值。根據(jù)它們的能量，它們在檢測器4的像素17的單獨(dú)的倉中被檢測到。在對(duì)應(yīng)的倉中用相同能量已經(jīng)檢測到的所有投影的投影數(shù)據(jù)的相應(yīng)比例在本文中是一個(gè)光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn。光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn使用圖像重建設(shè)備13被傳遞到用戶終端25上，并且借助于根據(jù)本發(fā)明的方法被計(jì)算為所得到的圖像，該圖像例如可以顯示在顯示單元19和/或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置中和/或可以被發(fā)送到其它系統(tǒng)。為此目的，圖像重建設(shè)備13包括組合模塊14和優(yōu)化模塊15。用戶終端25還包括作為輸入設(shè)備的鍵盤26，如果相關(guān)的話，用戶可以使用該鍵盤在圖像重建中設(shè)置參數(shù)值。

已知使用這種類型的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備2用于3-d圖像重建。為了從檢查區(qū)域(或感興趣區(qū)域)捕獲圖像，在源-檢測器布置4、5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從在倉中能量分辨的多個(gè)不同投影方向獲取投影數(shù)據(jù)作為光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn。在螺旋掃描的情況下，在源-檢測器裝置4、5的一次轉(zhuǎn)動(dòng)期間，例如，同時(shí)進(jìn)行患者臺(tái)12在系統(tǒng)軸線16的方向上的連續(xù)調(diào)整。通過這種類型的掃描，x射線輻射源5和檢測器4因此在圍繞患者10的螺旋路徑上移動(dòng)。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像重建設(shè)備13的示意表示，其中具有根據(jù)本發(fā)明的圖像重建方法的框圖。圖像重建設(shè)備13包括組合模塊14和優(yōu)化模塊15以及輸入接口20和輸出接口21。輸入接口20接收通過計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備2獲取的若干個(gè)(n)光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn并且將它們傳遞到組合模塊14。組合模塊14執(zhí)行光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn的線性組合k，并且在其中生成若干個(gè)(m)虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm。從虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm生成開始，索引1，2，...，m表示虛擬光譜信道。因此，它們被分配給相應(yīng)地組合的光譜，并且隨后分配給材料。

在線性組合k中，虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm的光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn各自乘以系數(shù)(即，標(biāo)量因子)并且隨后相加，以使根據(jù)操作者的選擇，它們已經(jīng)定義了平均能量或有效能量和/或在統(tǒng)計(jì)上盡可能弱地相關(guān)。數(shù)目m優(yōu)選為3，特別優(yōu)選為2，因此小于光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn的數(shù)目n，因?yàn)闄z測器4通常將x射線輻射的光譜解析為比目前可以有效用于隨后重建的材料相依優(yōu)化的能量閾值更多的能量閾值。

優(yōu)化模塊15包括第一輸入接口22和第二輸入接口23以及輸出接口24。虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm從組合模塊14不僅傳遞到第一輸入接口22以生成優(yōu)化成像函數(shù)g1，g2，...，gm，而且還傳遞到第二輸入接口23作為優(yōu)化成像函數(shù)g1，g2，...，gm的自變量。

由第一輸入接口22接收的虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm各自借助于作為輔助測量而被過濾的反向投影r'來重建，以形成輔助圖像數(shù)據(jù)集合hb1，hb2，...，hbm。下面是輔助圖像數(shù)據(jù)集合hb1，hb2，...，hbm的另一可選的線性組合k`，以形成新加權(quán)的輔助圖像數(shù)據(jù)集合，其被分配給材料，并且例如再次盡可能弱地靜態(tài)相關(guān)。輔助圖像數(shù)據(jù)集合hb1中的一個(gè)輔助圖像數(shù)據(jù)集合被分配給被選擇的材料“水”(按照上文所描述的方法的步驟c))。借助于閾值函數(shù)f，通過其它m-1個(gè)輔助圖像數(shù)據(jù)集合hb2，hb3，...，hbm，在每種情況下按體素來計(jì)算材料特定的映射圖mk2，mk3，...，mkm。這些基本上圖示了相應(yīng)材料的局部濃度，但也可以表示電子密度映射圖或原子序數(shù)映射圖。

隨后(根據(jù)上文所描述的方法的步驟e))，借助于具有與用于獲取原始數(shù)據(jù)相同的幾何形狀的虛擬前向投影p，從每種材料的材料特定的映射圖mk2，mk3，...，mkm來獲取材料線積分l2，...，lm。隨后，基本上借助于用吸收系數(shù)μ2，μ3，...，μm加權(quán)的材料線積分l2，...，lm的線性組合來生成m個(gè)優(yōu)化成像函數(shù)g1，g2，...，gm。附加于此，作為材料線積分l2，...，lm以及所選擇的材料的吸收系數(shù)μ1j和分配給相應(yīng)的虛擬光譜信道j＝1，...，m的虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm的函數(shù)hj，分配給所選擇的材料的相應(yīng)成像函數(shù)gj(其中j＝1，...，m)的第一分量形成為自變量，如下：

gj(vdj,l2,…,lm)＝hj(vdj；l2,…,lm)μ1j+l2μ2j+l3μ3j+…

通過優(yōu)化成像函數(shù)g1，g2，...，gm(按照上文所描述的方法的步驟f))，由作為自變量的虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm生成相應(yīng)的優(yōu)化合成投影數(shù)據(jù)p1，p2，...，pm。這使得優(yōu)化模塊15經(jīng)由輸出接口24離開。

在以下步驟(按照上文所描述的方法的步驟g))中，在每種情況下，借助于經(jīng)過濾的反向投影r將合成投影數(shù)據(jù)p1，p2，...，pm重建為圖像數(shù)據(jù)集合b1，b2，...，bm。這些集合被傳遞到輸出接口21，并且然后例如可以在計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1的用戶終端25的顯示單元19上顯示，或者還被傳遞到任意其它顯示單元和/或存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)施。

通常，所描述的方法的所有數(shù)據(jù)(即，從光譜原始數(shù)據(jù)sd1，sd2，...，sdn到圖像數(shù)據(jù)b1，b2，...，bm)、特別是成像函數(shù)gj具有對(duì)射束參數(shù)的相依性。射束參數(shù)例如是投影角度、信道數(shù)目、檢測器行等。例如，這種關(guān)系存在，是因?yàn)橛捎谡芜^濾器，x射線光譜根據(jù)距轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的間距而改變。諸如吸收系數(shù)μ之類的變量自然保持與射束參數(shù)無關(guān)。

圖3是用于圖像重建的迭代方法的第一變型的示例性示意表示。虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm由光譜原始數(shù)據(jù)集合sd1，sd2，...，sdn(在此未示出)在準(zhǔn)備步驟中借助于組合模塊14得以組合。由此，在任意數(shù)目個(gè)優(yōu)化階段i，ii，iii，...中，生成優(yōu)化合成投影數(shù)據(jù)集合p1，p2，...，pm。為此，特別優(yōu)選地被配置為軟件模塊的優(yōu)化模塊相應(yīng)地運(yùn)行多次。這里，作為備選實(shí)施例，清楚地示出了相繼連接的對(duì)應(yīng)數(shù)目個(gè)優(yōu)化模塊15。第一優(yōu)化模塊15在兩個(gè)輸入接口22，23處接收虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm。隨后，其計(jì)算合成投影數(shù)據(jù)集合p1，p2，...，pm，并且將它們經(jīng)由其輸出接口24傳遞到布置在其后面的優(yōu)化模塊15的兩個(gè)輸入接口22，23。該過程重復(fù)所需的遍次數(shù)目。最后，即，一旦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)期望的優(yōu)化程度，則輸出優(yōu)化的合成投影數(shù)據(jù)集合p1，p2，...，pm，然后如已經(jīng)所描述的那樣進(jìn)行重建，以形成圖像數(shù)據(jù)集合b1，b2，...，bm(這里未示出)。

圖4作為示例示意性地示出了用于圖像重建的迭代方法的第二變型。圖4在本文中和圖3類似。不同之處在于，僅相應(yīng)的優(yōu)化模塊15的第一輸入接口22從先前優(yōu)化遍次i'，ii'，iii'，...接收優(yōu)化的合成投影數(shù)據(jù)集合p1，p2，...，pm作為虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm。相比之下，第二輸入接口23一直(即，在每個(gè)遍次)接收原始虛擬原始數(shù)據(jù)集合vd1，vd2，...，vdm。

根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠靈活地使用多光譜信息，以用于減少輻射硬化偽像或用于計(jì)算單色圖像或基本材料圖像。因此，它統(tǒng)一了基于圖像的方法和基于原始數(shù)據(jù)的方法的優(yōu)點(diǎn)，并且避免了各自的缺點(diǎn)。

最后，應(yīng)當(dāng)再次注意，上文所詳細(xì)描述的設(shè)備和方法僅僅是示例性實(shí)施例，其可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，由本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式進(jìn)行修改。因此，例如，合成吸收系數(shù)也可以以下形式來分配給材料：即，使得對(duì)于特定材料，吸收系數(shù)被設(shè)置為等于零以便隱藏該材料。進(jìn)一步地，不定冠詞“一(a)”或“一個(gè)(an)”的使用不排除相關(guān)特征也可以存在多個(gè)。類似地，術(shù)語“單元”、“模塊”和“部件”不排除由多個(gè)協(xié)作部分部件組成的相關(guān)部件，如果必要，這些部件也可以在空間上分布。