專利名稱：多能量斷層造影的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明基本涉及非介入成像領域，更具體地說，涉及多能量斷層造影(tomosynthesis)成像的使用。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代醫(yī)療保健(healthcare)設備中，成像系統(tǒng)可用于治療患者，例如用于疾病或其它情況的識別和診斷。例如以X射線為基礎的系統(tǒng)，例如X射線照相系統(tǒng)、計算機X射線斷層攝影(CT)系統(tǒng)、雙能量系統(tǒng)以及斷層造影根據(jù)穿過患者的X射線的衰減，也就是不同組織對X射線的吸收或反射不同，產(chǎn)生患者的內(nèi)部圖像或視圖。相反，其它成像形式，例如超聲、核磁共振成像(MRI)和正電子發(fā)射斷層攝影可以以其它物理現(xiàn)象為基礎通過非介入方式產(chǎn)生患者的內(nèi)部圖像或視圖。
如上所述，斷層造影是基于X射線技術(shù)的、用于產(chǎn)生患者的內(nèi)部圖像的一個例子。在斷層造影系統(tǒng)中，從相對患者的不同位置發(fā)射X射線，從而可在所采集的圖像中得到三維或深度信息。在這種方式中，可以獲得患者內(nèi)部區(qū)域中的三維圖像。然而，雖然斷層造影技術(shù)能夠有效重建患者內(nèi)部區(qū)域中的三維圖像，但是如果診斷感興趣區(qū)域被不透明的組織遮擋或掩蓋，骨骼或軟組織(或其它組織類型)在圖像中的同時出現(xiàn)可能限制圖像的有效性。
用以改善基于X射線的成像中的被遮擋的組織的可見性的一個技術(shù)利用了具有不同能量光譜或分布的X射線輻射。例如，可以使用兩種不同的X射線能量分布(即，雙能量)獲得患者或患者的一部分的X射線圖像，從而獲得每個能量分布的不同的圖像數(shù)據(jù)集。在處理時，不同的圖像數(shù)據(jù)集可用于構(gòu)造以成像體積的密度或衰減特性為特征的不同圖像。通過分解所采集的圖像數(shù)據(jù)，也可以產(chǎn)生有區(qū)別地反映成像體積的成份(例如在醫(yī)學領域中的骨骼或軟組織)的圖像。
然而，使用兩個或多個能量的斷層造影技術(shù)仍然存在降低其有用性的缺點。例如，由于在向查看圖像的放射科醫(yī)生提供上下文時有用的解剖結(jié)構(gòu)(例如由于諸如骨骼結(jié)構(gòu))被去除，使用雙能量X射線成像所采集的斷層造影圖像難以理解?；蛘撸瑘D像質(zhì)量可能由于患者的運動(例如呼吸或心臟運動)而降低，這可能導致在圖像中引入與運動相關(guān)的偽影。本發(fā)明可以解決這些問題以及其它問題。
發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供一種多能量斷層造影成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個被配置成相對成像體積在有限的角度范圍內(nèi)從多個位置發(fā)射X射線的X射線源。該成像系統(tǒng)還包括具有探測器元件陣列的數(shù)字探測器，用于響應于所發(fā)射的X射線產(chǎn)生圖像。該成像系統(tǒng)還包括從數(shù)字探測器采集圖像的探測器采集電路。該成像系統(tǒng)還包括配置成根據(jù)能量特征分解多幅圖像和重建該多幅圖像以產(chǎn)生三維多能量斷層造影圖像的處理電路。
根據(jù)另一方案，本發(fā)明提供了一種獲得多能量斷層造影圖像的方法。該方法包括在有限的角度范圍上采集多能量投影圖像，并分解所述多能量投影圖像以產(chǎn)生分解的投影圖像。該方法還包括重建所分解的投影圖像以產(chǎn)生一個或多個三維成分像或重建該多個多能量投影圖像以產(chǎn)生一個或多個三維能量圖像。該方法還包括顯示一個或多個三維組成物圖像或三維能量圖像中的至少一個圖像。
參考后面的附圖閱讀說明書，可以更好的了解本發(fā)明的這些和其它的特征，方案和優(yōu)點，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的方案的多能量斷層造影系統(tǒng)的示例性實施例；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方案采集和重建多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例采集和重建多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方案、根據(jù)預定的選通采集選通的多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的方案、根據(jù)回溯的選通采集選通的多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的方案配準多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例配準多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例配準多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟的流程圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的方案使用多能量斷層造影圖像的計算機輔助診斷(CAD)的示例性過程步驟的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明廣義上涉及產(chǎn)生對醫(yī)療和非醫(yī)療應用的有用的圖像的斷層造影成像技術(shù)。本領域普通技術(shù)人員應當理解，本發(fā)明可用于各種醫(yī)療和非醫(yī)療的應用，例如乘客和/或行李篩選，以提供有用的三維數(shù)據(jù)和上下文(context)。然而，為了便于闡釋本技術(shù)，在本文中將僅討論醫(yī)療應用，但是應當理解本發(fā)明也包括非醫(yī)療應用。
斷層造影成像利用了在相對于患者的有限角度范圍(通常小于180度)采集的多個投影圖像。組合和重建這些投影圖像以產(chǎn)生患者的全部或部分的三維圖像。例如，可以使x射線源在平行于探測器的平面內(nèi)移動，或者相對于探測器和/或患者弧形移動來產(chǎn)生投影圖像。當組合和重建時，從其采集投影圖像的不同視角和位置提供了所需的三維信息。
現(xiàn)在首先參考附圖，首先參考圖1，圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)使用的多能量斷層造影系統(tǒng)10的一個示例性實施例。如圖所示，斷層造影系統(tǒng)10包括支撐X射線源14的支撐器12或定位器。支撐器12可以包括一個或多個可根據(jù)需要定位在射線源14和成像體積之間的x射線濾波器16。諸如平板探測器的數(shù)字探測器18通常從X射線源14越過成像體積放置，而且可以是固定的或與X射線源14和/或支撐板12協(xié)同移動或獨立于X射線源14和/或支撐板12移動?？梢栽跀?shù)字探測器18和成像體積之間提供抗散射柵格20。當提供抗散射柵格時，該抗散射柵格20通?？拷鼣?shù)字探測器18安裝以減少散射的X射線入射到數(shù)字探測器18上。在一個實施例中，抗散射柵格是可操縱的。在另一實施例中，可以不提供抗散射柵格，而是用算法散射校正代替以獲得定量的投影圖像。
X射線源14被配置成在有限的角度范圍內(nèi)，從多個位置朝位于成像體積內(nèi)的患者22的全部或部分發(fā)射X射線，該成像體積包括患者22的感興趣區(qū)域。X射線源14可以以人工或自動的方式在一維、二維或三維上移動到不同位置，從而X射線源14可以相對患者22和/或數(shù)字探測器18改變位置。典型地，在X射線源14的極限位置之間的角度范圍可以是80度左右，但不限于該范圍。通常在X射線源14的極限位置之間的角度范圍典型地小于180度。
通常，X射線源配置成對成像所需的物體或患者22有用的一個或多個光譜的X射線。例如，在醫(yī)療領域，X射線源可以發(fā)射可能對于成像患者有用的寬光譜的X射線輻射，或者可以根據(jù)所需的X射線透射特性發(fā)射一個或多個分別對于將患者成像有用的窄光譜的X射線輻射?？梢杂蒟射線源14在一個或多個位置發(fā)射X射線或由一個或多個X射線輻射發(fā)生器發(fā)射X射線。例如，X射線源14可以是被配置成當成像時在X射線源14的角度范圍內(nèi)移動到多個位置的X射線管?；蛘撸琗射線源14可以包括多個在所需發(fā)射位置的固定X射線管(即，位于每個所需發(fā)射位置的X射線管)或位于所需發(fā)射位置的固定X射線管和能夠在角度范圍內(nèi)移動到所需發(fā)射位置的可移動X射線管的組合。
雖然用X射線管作為X射線源14產(chǎn)生X射線是一種可能的技術(shù)方案，但是在其它實施例中，X射線源14可以采用其它的X射線產(chǎn)生和發(fā)射技術(shù)。例如在上述實施方案中可以用固態(tài)X射線發(fā)射器，也就是說用一個或多個可移動的或固定的固態(tài)發(fā)射器代替X射線管作為X射線源14。然而，雖然X射線管和固態(tài)X射線發(fā)射器是可以使用的X射線產(chǎn)生和發(fā)射技術(shù)的兩個例子，但是也可以將其它能夠產(chǎn)生具有醫(yī)療(或工業(yè))有用光譜的X射線的X射線產(chǎn)生技術(shù)或設備與本發(fā)明一起使用。
如上所述，X射線源14穿過患者22向數(shù)字探測器18發(fā)射X射線輻射24。數(shù)字探測器18通常包括配置成響應于X射線輻射24產(chǎn)生數(shù)字信號的探測器元件陣列。在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)字探測器18不會辨別照射到像素上的不同光子的能量，也就是說，每個像素積分并表現(xiàn)各種X射線光譜的電荷信息。在這一實施例中，X射線濾波器16可通過在不同的時間限制或改變所發(fā)射的光譜，例如對于交變的X射線輻射，來區(qū)分X射線的能量。X射線濾波器16可以由銅、鋁、鐵、鉬、錫、鋇、釓、鎢、鉛或其它合適材料制造?；蛘?，在本發(fā)明的另一實施例中，X射線源14可以被配置成以兩個或更多個光譜發(fā)射X射線，使得可以在不同的時間透射具有偏移(offset)光譜或能量分布的X射線而不用濾波器16。
或者，在又一實施例中，X射線源14不被過濾或配置成以兩個或更多個光譜發(fā)射X射線，而數(shù)字探測器18是能量辨別探測器，其自身能夠識別具有不同能量分布或水平的X射線輻射。例如，在一個實施例中，能量辨別探測器用于捕捉在一次曝光中X射線源的特定位置的高能量和低能量圖像。同樣，在另一實施例中，數(shù)字探測器18可以包括堆疊的閃爍器和光電二極管陣列，其中每個堆垛被配置成探測具有不同光譜或能量分布的X射線。在這個實施例中，數(shù)字探測器18可用于同時捕捉高能量和低能量的圖像。
X射線源14的工作可以由系統(tǒng)控制器26控制。例如系統(tǒng)控制器26通過X射線控制器30控制X射線源14的激勵和工作，包括準直和定時。另外，在X射線源被配置成發(fā)射多于一個能量分布的X射線的實施例中，系統(tǒng)控制器26可以被配置成通過能量分布切換電路28控制或選擇X射線發(fā)射的能量分布。
X射線源14和/或數(shù)字探測器18的運動也可以由系統(tǒng)控制器26，例如電機控制器32來控制，從而彼此獨立地或同步地移動。例如，在一個實施例中，電機控制器32可以控制諸如C形臂的定位器12的工作，X射線源14和/或數(shù)字探測器18物理連接到該C形臂。通常，定位器12根據(jù)預定的或操作者選擇的成像軌跡使X射線源14和/或數(shù)字探測器18物理運動。因此依靠定位器12，系統(tǒng)控制器26可以方便地采集以各種角度通過患者的X射線照相投影。或者，在X射線源14和數(shù)字探測器18固定的實施例中，也就是其中X射線源14包括多個相對探測器18以不同角度固定的X射線管或固態(tài)發(fā)射器的實施例中，不提供定位器12。也可以采用可替換的和混和的結(jié)構(gòu)，例如，在一個實施例中，也可以使用作為一個集合(即，不單獨地)移動的多個X射線源14。另外，在一些實施例中，可以相對(多個)X射線源和/或探測器移動被成像的患者或物體以在有限的角度范圍中的不同視角產(chǎn)生投影角度。
系統(tǒng)控制器26通過例如探測器采集電路34也可以控制數(shù)字探測器18的運轉(zhuǎn)和讀出。在一個實施例中，數(shù)字探測器18將響應于X射線輻射所采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號提供給探測器采集電路34用于進一步處理。處理電路36通常用于處理和重建由探測器采集電路34從數(shù)字探測器18讀出的數(shù)據(jù)。特別是，投影數(shù)據(jù)或投影圖像典型地由探測器采集電路34響應于由X射線源14發(fā)射的X射線產(chǎn)生。在X射線被產(chǎn)生或過濾成在不同的時間具有不同的光譜或能量分布的實施例中，可以在所有限定的位置采集特定能量分布的投影圖像，而且可以對其它能量分布重復該過程?；蛘撸部梢栽谔囟ǖ奈恢貌杉心芰糠植挤秶耐队皥D像，而且可以對所有限定的位置重復該過程。也可以采用其它的采集次序。然而，在使用能量辨別探測器作為數(shù)字探測器18的實施例中，由于每個投影圖像包括所需的能量信息，因此通常在每個位置僅采集一個投影圖像。由探測器18收集的投影數(shù)據(jù)可以在探測器采集電路34和/或處理電路36預先處理。另外，處理電路36可以重建該投影數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個或多個用于顯示的三維圖像。
示例性斷層造影系統(tǒng)10也包括感測裝置38，例如，但不限于心臟運動傳感器或呼吸運動傳感器。感測裝置38可以連接到患者22以監(jiān)測與成像體積內(nèi)的內(nèi)部或外部運動相關(guān)的活動，例如與成像體積內(nèi)一個或多個器官相關(guān)的電活動、移動、加速、變形、速度、壓力和聲音。感測裝置38獲得的數(shù)據(jù)也可以由處理電路36采集和處理。
處理電路36可以根據(jù)能量特征分解投影圖像，從而使不同的能量特征與不同的材料類型相連系。處理電路36可以進一步重建投影圖像以產(chǎn)生三維斷層造影圖像。如下所述，重建和分解的步驟可以以任一順序完成，但是，通常在兩個步驟都完成時，產(chǎn)生表現(xiàn)不同材料或組織類型的成分三維斷層造影圖像。例如，成分斷層造影圖像可以包括軟組織斷層造影圖像、骨骼斷層造影圖像和/或?qū)Ρ葓D像。相反，如果處理電路重建所采集的投影數(shù)據(jù)而并不分解該投影數(shù)據(jù)，那么可以產(chǎn)生能量斷層造影圖像，例如低能量斷層造影圖像、中能量斷層造影圖像和高能量斷層造影圖像。這些能量斷層造影圖像顯示了由成像體積中的患者22或物體導致的各能量分布的X射線的衰減。在醫(yī)療領域中，各種斷層造影圖像揭示了患者22的內(nèi)部感興趣區(qū)域，這可以用于進一步的診斷。處理電路36也可以包括存儲電路以儲存已處理的和待處理的數(shù)據(jù)。存儲電路也可以儲存處理參數(shù)和/或計算機程序。
處理電路36可以連接到操作者工作站40。由處理電路36產(chǎn)生的圖像可以發(fā)送到操作操作者工作站40用以顯示，例如在顯示器42上顯示。處理電路36可以配置成從操作者工作站40接收與處理或圖像或圖像數(shù)據(jù)有關(guān)的命令或處理參數(shù)，該操作者工作站40可以包括諸如鍵盤、鼠標和其它用戶互動裝置的輸入裝置(未示出)。操作者工作站40也可以連接到系統(tǒng)控制器26，以允許操作者將與X射線源14和/或探測器18的工作有關(guān)的命令和掃描參數(shù)提供給系統(tǒng)控制器26。因此操作者可以通過操作者工作站40控制系統(tǒng)10的全部或部分的運轉(zhuǎn)。
操作者工作站40通常連接到能夠再現(xiàn)由處理電路36產(chǎn)生的斷層造影圖像的顯示器42和/或打印機44。操作者工作站40內(nèi)的顯示器和/或打印機電路通常將斷層造影圖像提供給相應的顯示器42或打印機44用于再現(xiàn)。另外，操作者工作站40也可以連接到圖片存檔系統(tǒng)(PACS)46，該系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡連接到內(nèi)部工作站48和/或外部工作站50，使得在不同位置的人們可以得到斷層造影圖像和/或圖像數(shù)據(jù)。類似，操作者工作站40可以通過PACS 46訪問圖像或數(shù)據(jù)，用于由處理電路36處理和/或由顯示器42或打印機44再現(xiàn)。
請記住圖1的系統(tǒng)，圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案用于采集、重建和顯示多能量斷層造影圖像的示例性過程步驟。所示的示例性方法包括對每個能量分布(即，X射線光譜)和每個感興趣位置(即，X射線發(fā)射點)采集多能量投影圖像52。例如，如上所述，可以在所有限定的位置采集特定能量分布的投影圖像，并且可以對其它能量分布重復該過程。或者，也可以在特定的限定位置采集所有能量分布的投影圖像，并且可以在其它位置重復該過程。
如上所述，可以將所采集的多能量投影圖像52分解以根據(jù)材料密度或成份(例如所示出的第一和第二組織類型)區(qū)分圖像數(shù)據(jù)，這在步驟54中示出。投影圖像可以用能指出的log減影(logsubtraction)、基材料分解方法分解，但是可用于分解投影圖像的方法很少。本領域普通技術(shù)人員應當理解，在步驟54可以根據(jù)所采集的投影數(shù)據(jù)的能量特征分解投影圖像，使得不同的能量特征與不同的材料種類相連系。如步驟58所示，然后重建被分解的投影圖像56以產(chǎn)生一個或多個相應材料種類的三維成分像60。例如，在步驟58的重建可以使用重建算法來實現(xiàn)，可說出的重建算法有例如慮波反投影、代數(shù)重建技術(shù)、移位加(shift and add)、傅立葉重建、基于目標函數(shù)的重建，但這種重建算法很少。在一個實施例中這些三維成分像60可以包括軟組織斷層造影圖像62、骨骼斷層造影圖像64和對比介質(zhì)斷層造影圖像66。另外，也可以在步驟68通過重建而不是分解多能量投影圖像52產(chǎn)生三維能量圖像70。三維能量圖像70可以包括高能量斷層造影圖像72、中能量斷層造影圖像74和低能量斷層造影圖像76。上述的三維圖像可以提供定量數(shù)據(jù)，例如材料種類的密度和其它特征。
上述的一個或多個斷層造影圖像可以在步驟78進行后處理以最小化或避免偽影或以其它方式改進或提高圖像質(zhì)量。然后在步驟80，三維斷層造影圖像可以由操作者工作站40顯示或呈現(xiàn)在相應的顯示器42或打印機44上。
例如，在步驟80顯示電路通過允許操作者在三維圖像中的兩個或兩個以上之間切換，可以顯示這些圖像中的一個或多個。在另一實施例中，顯示電路被配置成在一個或多個顯示器42上同時或交替地顯示兩個或兩個以上三維圖像。在其它實施例中，顯示電路也可以配置成顯示疊加在第二三維圖像(諸如軟組織斷層造影圖像62)上的第一三維圖像(例如，對比介質(zhì)斷層造影圖像66)的結(jié)構(gòu)特征。在又一實施例中，顯示電路配置成顯示一個或多個三維圖像的組合。在另一實施例中，顯示電路配置成使用同步電影顯像技術(shù)顯示兩個或兩個以上的三維圖像。
或者，如圖3所示，可以進行采集、重建和顯示多能量斷層造影圖像的過程，使得在產(chǎn)生成分三維圖像70的過程中，在分解之前重建，如圖3所示。在這個實施例中，在步驟84重建多能量投影圖像52以產(chǎn)生多能量三維圖像70。如圖3所示，在缺少隨后的分解步驟88時，重建的三維能量圖像70相當于結(jié)合圖2描述的那些圖像，即高能量斷層造影圖像72、中能量斷層造影圖像74和高能量斷層造影圖像76。然而，如果在步驟88分解重建的三維能量圖像70，則產(chǎn)生三維成分像60。如上所述，這些三維成分像60可以包括軟組織斷層造影圖像62、骨骼斷層造影圖像64和對比介質(zhì)斷層造影圖像66。然后這些斷層造影圖像可以在步驟78進行后處理并在步驟80顯示和可視化。
在一個實施例中，為有限數(shù)量的X射線源14的位置或發(fā)射點采集多能量投影圖像，且為其它位置或發(fā)射點采集單能量投影圖像(或以少于在第一數(shù)量位置中的能量分布采集的圖像)。然后可以根據(jù)圖2和3的技術(shù)處理多能量投影圖像，以根據(jù)從有限數(shù)量的多能量投影圖像得到的成分信息產(chǎn)生成分斷層造影圖像60。然后可以將成分斷層造影圖像60投影在單能量圖像上并將其減影以產(chǎn)生諸如軟組織的其它結(jié)構(gòu)的圖像。在一個例子中，對X射線源的發(fā)射點的第一子集采集雙能量圖像，這些圖像隨后用于重建三維骨骼斷層造影圖像。使用這個三維骨骼斷層造影圖像中的信息，在其它采集的投影圖像(對應X射線發(fā)射點的第二子集)中骨骼的微分貢獻可以通過如下方式確定和除去，即，通過例如重新投影骨骼斷層造影圖像并從所采集的投影圖像中減影該重新投影。最后得到的圖像(對應X射線發(fā)射點的第二子集)僅顯示軟組織信息，因而能夠用于與對應于X射線發(fā)射點的第一子集的軟組織圖像結(jié)合以重建高質(zhì)量的軟組織斷層造影圖像。
在一些實施例中，將投影圖像的采集限制在與循環(huán)或重復性運動(例如心跳或呼吸)相對應的所需周期或階段可能是理想的。圖4是使用預期的選通采集選通的多能量斷層造影圖像的一個示例性實施例的流程圖。該示例性的過程包括如步驟114所示，基于具有第一能量分布的X射線采集第一投影圖像；和如步驟118所示，基于具有第二能量分布的X射線采集第二投影圖像。而且，本領域普通技術(shù)人員應當理解，如步驟120所示，可以用另外的X射線能量分布采集另外的投影圖像。
步驟114、118和120的投影圖像采集是基于一個或多個相應的選通時間間隔112的。選通時間間隔112可以根據(jù)感興趣周期(例如最小的心臟或呼吸運動周期)確定，并在一個實施例中根據(jù)感測的運動數(shù)據(jù)116確定。在這個實施例中，感測的運動數(shù)據(jù)116包括從其它裝置(例如感測裝置38)得到的數(shù)據(jù)，所述裝置記錄了在圖像采集過程中成像區(qū)域內(nèi)的患者或器官運動。在另一實施例中，選通時間間隔112可以從所采集的投影數(shù)據(jù)中得到，例如從投影圖像的初始或預先的設置中得到，通過這些投影圖像確定視野內(nèi)的器官的循環(huán)或重復運動。
在步驟122作出在全部限定的或所需的位置采集投影圖像的過程是否完成的判定。如果未在所有所需的位置采集圖像，如步驟124所示，X射線源移動到下一位置或在下一位置被激勵，并且基于選通時間間隔112采集投影圖像?；蛘?，可以以不同的順序或次序采集投影圖像。一旦完成圖像的采集，如在步驟122作出的判定，可以根據(jù)前面討論的方案處理最后得到的選通的多能量投影圖像126以產(chǎn)生一個或多個所需的斷層造影圖像。
在另一實施例中，如圖5所示，可以使用回溯選通產(chǎn)生一組選通的多能量投影圖像。例如，在這個實施例中，(例如可使用繞患者旋轉(zhuǎn)小于180度的體積成像系統(tǒng)采集的)多能量投影圖像128的擴展組，可以被回溯地選通，使得僅處理那些對應一個或多個所需的階段的投影圖像。例如，如步驟134所示，那些對應一個或多個所需的運動階段的多能量投影圖像可以根據(jù)一個或多個選通時間間隔130從多能量投影圖像128的擴展組中選出。選通時間間隔130可以如上所述得自感測得的運動數(shù)據(jù)116，或者得自從多能量投影圖像128的擴展組的投影圖像獲得的運動數(shù)據(jù)。從而可以根據(jù)前面的討論選通多能量投影圖像136以產(chǎn)生一個或多個所需的斷層造影圖像。在一個實施例中，選通的多能量投影圖像136的集合可用于產(chǎn)生包括時間信息的用于觀看的四維數(shù)據(jù)集。特別是，在該實施例中，多能量投影圖像128的擴展組和多個感興趣期間的選擇，如在選通時間間隔130中所反應的，可以允許在步驟134在不止一個階段選擇投影圖像。
雖然前面的討論通過選通技術(shù)致力于最小化可歸因于時序的圖像差別，但是也會出現(xiàn)由非歸因于循環(huán)或重復行為的運動導致的所采集的圖像中的空間差別。這些空間差別可以在不同時間通過圖像配準來解決。本領域普通技術(shù)人員應當清楚，圖像的配準是一種技術(shù)，通過該技術(shù)，將在不同時間、以不同方式或從不同位置(即視角)產(chǎn)生的圖像彼此相配，使得圖像中所示的一個或多個特征對準。配準可以根據(jù)有意置于圖像內(nèi)的標記或指示符或根據(jù)未處理或已處理的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的可識別結(jié)構(gòu)或特征實現(xiàn)。也可以使用其它配準技術(shù)。
在一個實施例中，配準可用于對準在一對(或更多)投影圖像中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，所述投影圖像在相同位置或略微偏移的位置以不同能量水平采集。例如，參考圖6，該圖顯示了根據(jù)這個實施例用于平配準多能量投影圖像的示例性過程。該示例性的過程包括在步驟138基于具有第一能量分布的X射線采集第一投影圖像，并在步驟140在相同的或略微偏移的位置基于具有第二能量分布的X射線采集第二投影圖像。另外，本領域普通技術(shù)人員應當理解，如步驟142所示，可以在相同或略微偏移的位置以另外的X射線能量分布采集另外的投影圖像。如果在判定框144做出了采集過程未完成的判定，如步驟146所示，在下一位置激勵X射線源。然而如果在判定框144做出了采集過程完成的判定，可以為所采集的投影圖像進行空間配準。
在步驟148中在待配準的圖像中識別用于配準的標記。根據(jù)所識別出的標記，在步驟150配準或?qū)蕡D像以產(chǎn)生配準的投影圖像152，該圖像可以通過例如重建和/或重建并分解來處理以產(chǎn)生一個或多個所需的斷層造影圖像。
除了投影圖像的配準外，也可以使用其它的配準技術(shù)。例如，在一個實施例中，可以在顯示或可視化前配準二維多能量圖像。例如參考圖7，描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于配準多能量圖像的一種技術(shù)。特別是，所示的過程可用于配準二維多能量圖像，所述二維圖像然后可以組合以產(chǎn)生三維或圖像體積。該示例性過程包括在步驟156識別二維圖像中的配準標記。在步驟158根據(jù)識別出的標記配準這些圖像以產(chǎn)生配準的二維圖像160。在步驟162分解配準的二維圖像160以產(chǎn)生配準的二維成分和/或能量像164。然后將這些配準的二維圖像相關(guān)聯(lián)或組合以在步驟168產(chǎn)生成像體積166。
或者，在另一實施例中，與在二維空間中相反，可以在圖像體積中，也就是三維空間中進行配準過程。例如參考圖8，該圖顯示了根據(jù)本技術(shù)的一個實施例配準成像體積的過程。在這個實施例中，在步驟170，在分解或不分解的情況下處理多能量投影圖像154以產(chǎn)生二維成分和/或能量像172。然后處理過的二維圖像172用于在步驟176產(chǎn)生圖像體積174。在一個例子中，為每個處理過的二維圖像產(chǎn)生單獨的圖像體積174。在步驟178在圖像體積174內(nèi)識別配準標記。然后在步驟180根據(jù)所識別的標記配準圖像體積174以產(chǎn)生配準的圖像體積182，該圖像體積在所有的三維空間都是對準的。然后在步驟184以合適的方式組合配準的圖像體積182以產(chǎn)生重建的圖像體積186。在一個實施例中，例如如果不執(zhí)行另外的分解過程，那么通過簡單的平均在步驟184實現(xiàn)組合。在另一實施例中，在步驟184的組合除了通過簡單平均或加權(quán)平均或其它組合技術(shù)之外，還包括另一分解步驟。
也可以將二維和三維配準技術(shù)結(jié)合使用。在一個例子中，使用二維配準技術(shù)配準對應于相同X射線發(fā)射位置的所有圖像，同時在三維中配準對應于不同發(fā)射位置的數(shù)據(jù)。
前面的討論內(nèi)容基本涉及處理多能量投影圖像以減少由時間或者空間采集差導致的變化。另外，在本發(fā)明的一個實施例中，可以將一個或多個自動例行程序和/或算法應用于所采集的投影數(shù)據(jù)，應用于重建的能量斷層造影圖像或重建和分解的成分斷層造影圖像。例如，現(xiàn)在參考圖9，在步驟192可將一個或多個計算機輔助檢查和/或診斷(CAD)用于多能量投影圖像52以產(chǎn)生一組CAD結(jié)果194。本領域普通技術(shù)人員應當理解，CAD結(jié)果194可以提供診斷數(shù)據(jù)，該診斷數(shù)據(jù)可用于幫助診斷醫(yī)生檢測或診斷在數(shù)據(jù)或圖像中觀察到的結(jié)構(gòu)或異常。例如，CAD結(jié)果194可以包括一個或多個確定的損傷、鈣化或其它結(jié)構(gòu)異常的識別，與所識別的結(jié)構(gòu)相關(guān)的統(tǒng)計可能性，根據(jù)一個或多個嚴重度標準給所識別的結(jié)構(gòu)分級或其它設計成幫助診斷醫(yī)生的檢查和/或診斷。
同樣，在另一實施例中，可以在步驟192將CAD算法用于一組能量和/或成分斷層造影圖像190，該能量和/或成分斷層造影圖像由多能量投影圖像52在步驟192重建或重建并分解。在該實施例中，如上所述，最后得到的CAD結(jié)果194也提供對診斷醫(yī)生有用的檢測和/或診斷。在這兩個示例性實施例中，CAD結(jié)果194可以在步驟196與它們所相關(guān)的一幅或多幅三維圖像190一起顯示(如關(guān)于圖1所討論的)，這可以通過例如將CAD結(jié)果194疊加到(多幅)圖像上或顯示從CAD結(jié)果194得到的可視標記、彩色編碼或文本數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)。此外，在另一實施例中，可將CAD結(jié)果自動地或通過操作者互動用于實現(xiàn)一個或多個由CAD結(jié)果194識別的感興趣區(qū)域的另外的目標圖像的采集，如步驟198所示。然后可以將通過這種目標采集產(chǎn)生的特定多能量投影圖像200重建或重建并分解以產(chǎn)生在CAD結(jié)果中識別的區(qū)域的目標能量和/或成分視圖，作為有保證的附加檢查。
雖然在這里僅闡釋和描述了本發(fā)明的某些特征，但是許多的改進和變化對本領域普通技術(shù)人員是顯而易見的。因此，應當明白后附的權(quán)利要求覆蓋了所有在本發(fā)明真正精神內(nèi)的改進和變化。
附圖標記列表10多能量斷層造影醫(yī)學成像系統(tǒng)12斷層造影醫(yī)學成像系統(tǒng)的定位器14多能量X射線源16X射線濾波器18數(shù)字探測器20抗散射柵格22患者24X射線輻射流26系統(tǒng)控制器28能量分布切換電路30X射線控制器32電機控制器34探測器采集電路36處理電路38感測裝置40操作者工作站42顯示電路44打印機46圖片存檔系統(tǒng)(PACS)48內(nèi)部工作站50外部工作站52多能量投影圖像54分解多能量投影圖像56被分解的投影圖像58重建所分解的圖像以產(chǎn)生三維成分像60三維成分像62軟組織斷層造影圖像64骨骼斷層造影圖像66對比斷層造影圖像
68重建多能量投影圖像以產(chǎn)生三維能量圖像70三維能量圖像72高能量斷層造影圖像74中能量斷層造影圖像76低能量斷層造影圖像78后處理一個或多個斷層造影圖像80顯示一個或多個斷層造影圖像84重建多能量投影圖像86多能量三維投影圖像88分解多能量三維投影圖像以產(chǎn)生三維成分像112選通時間間隔114基于具有第一能量分布的X射線采集第一投影圖像116感測得的運動數(shù)據(jù)118基于具有第二能量分布的X射線采集第二投影圖像120基于具有第N個能量分布的X射線采集第N個投影圖像122檢查是否在所有所需的位置完成采集的判定框124在下一位置激勵X射線源或?qū)射線源移動到下一位置126選通的多能量投影圖像128多能量投影圖像130選通時間間隔134選擇對應一個或多個所需階段的多能量投影圖像136選通的多能量投影圖像138基于具有第一能量分布的X射線采集第一投影圖像140基于具有第二能量分布的X射線采集第二投影圖像142基于具有第N個能量分布的X射線采集第N個投影圖像144檢查是否在所有所需的位置完成采集的判定框146在下一位置激勵X射線源或?qū)射線源移動到下一位置148找到在一個位置采集的每個圖像內(nèi)的標記150根據(jù)標記配準在一個位置采集的每一個圖像152配準的投影圖像154多能量投影圖像156找到在一個位置采集的每個二維圖像內(nèi)的標記
158根據(jù)標記配準每個圖像160配準的二維圖像162分解配準的多能量投影圖像164配準二維成分和/或能量像166圖像體積168產(chǎn)生圖像體積170處理和/或分解多能量投影圖像172二維成分和/或能量像174圖像體積176產(chǎn)生圖像體積178找到圖像體積內(nèi)的標記180根據(jù)標記配準圖像體積182配準的圖像體積184組合的配準的圖像體積186重建圖像體積188分解和重建多能量投影圖像190三維能量和/或成分像192將一個或多個CAD算法應用于圖像194CAD結(jié)果196顯示一個或多個三維圖像和CAD結(jié)果198進行目標采集200特定的多能量投影圖像
權(quán)利要求
1.一種多能量斷層造影成像系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括的X射線源(14)，配置成在有限的角度范圍內(nèi)相對成像體積在多個位置發(fā)射X射線(24)；數(shù)字探測器(18)，包括探測器元件的陣列，其中該數(shù)字探測器被配置成響應于所發(fā)射的X射線產(chǎn)生多幅圖像；探測器采集電路(34)，被配置成從數(shù)字探測器(18)采集所述多幅圖像；以及處理電路(36)，被配置成根據(jù)能量特征分解所述多幅圖像并重建所述多幅圖像以產(chǎn)生三維多能量斷層造影圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中X射線源(14)包括被配置成移動到多個位置中的每個位置的X射線管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中X射線源(14)包括多個固態(tài)X射線發(fā)射器，其中該多個固態(tài)X射線發(fā)射器中的每個固態(tài)X射線發(fā)射器可以定位在所述多個位置中的至少一個位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中數(shù)字探測器(18)包括非能量辨別探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，還包括被配置成過濾不同能量水平的X射線的濾波器(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中數(shù)字探測器(18)包括能量辨別探測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中數(shù)字探測器(18)響應于所發(fā)射的X射線產(chǎn)生數(shù)字信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括用于監(jiān)測患者(22)的運動或患者的一個或多個器官的運動的感測裝置(38)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述三維圖像包括低能量斷層造影圖像、中能量斷層造影圖像、高能量斷層造影圖像、軟組織斷層造影圖像、骨骼斷層造影圖像或?qū)Ρ冉橘|(zhì)斷層造影圖像中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括最接近數(shù)字探測器(18)設置并且被配置成減少散射X射線在數(shù)字探測器(18)上的入射的抗散射柵格(20)。
全文摘要
多能量斷層造影的方法和系統(tǒng)簡而言之，根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供一種多能量斷層造影成像系統(tǒng)(10)。該系統(tǒng)包括被配置成在有限的角度范圍內(nèi)相對成像體積從多個位置發(fā)射X射線(24)的X射線源(14)。成像系統(tǒng)(10)還包括具有探測器元件陣列的數(shù)字探測器(18)，用于響應于所發(fā)射的X射線(24)產(chǎn)生圖像。該成像系統(tǒng)還包括從數(shù)字探測器(18)采集多幅圖像的探測器采集電路(34)。成像系統(tǒng)(10)還包括被配置成根據(jù)能量特征分解多幅圖像和重建多幅圖像以產(chǎn)生三維多能量斷層造影圖像的處理電路(36)。
文檔編號A61B6/00GK1768707SQ200510107000
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者J·W·埃伯哈德, J·P·考夫霍爾德, B·E·H·克勞斯, K·N·雅布里, G·B·阿維納什, J·M·薩波爾 申請人:通用電氣公司