CN103620393A

CN103620393A - 成像装置

Info

Publication number: CN103620393A
Application number: CN201280030185.XA
Authority: CN
Inventors: E·勒斯尔; A·特伦; R·普罗克绍
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN103620393B; WO2012176088A1; EP2724147A1; US9177397B2; US20140112565A1

Abstract

本发明涉及一种用于对对象成像的成像装置（31）。重建单元（12）确定对应例如对象的基础材料的成分投影数据值，并且基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。对应射线的成分投影数据值被确定为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值和相同射线的取向。这允许认为相应的分解可能取决于射线的取向，从而允许所述成像装置改善将提供的能量投影数据值分解为成分投影数据值的质量以及由此改善基于成分投影数据值而重建的对象的最终重建图像的质量。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及一种用于对对象成像的成像装置、成像方法和成像计算机程序。本发明还涉及一种用于生成加权基函数的加权基函数生成装置、加权基函数生成方法和相应计算机程序，其由用于对对象成像的成像装置能够使用。

背景技术

Philip Stenner等人在Medical Physics,Vol.34,No.9,p.3630-3641（2007年9月）上的文章“Empirical dual energy calibration(EDEC)for cone-beamcomputed tomography”公开了一种双能量计算机断层摄影系统，其生成对应已经贯穿被成像对象后的射线的能量投影数据值，其中，对于每个射线，生成针对两个不同能量的能量投影数据值。取决于生成的能量投影数据值的分解函数，用于将生成的能量投影数据值分解成基础材料投影数据值，使得针对每个射线确定两个基础材料投影数据值，其对应被成像对象的两个不同的基础材料。之后，经分解的基础材料投影数据值用于重建对应对象的第一基础材料的第一基础材料图像以及对应对象的第二基础材料的第二基础材料图像。分解函数是多项式函数，其中，使用基于校准体模阈图像的最小二乘法拟合来确定多项式的系数。

将最初生成的能量投影数据值分解成基础材料投影数据值能够在确定基础材料投影数据值中产生伪影，并且由此，在最终重建基础材料图像中产生伪影。因此，能够降低最终重建基础材料图像的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对对象成像的成像装置、成像方法和成像计算机程序，其中，能够改善重建图像的质量。本发明的又一目的是提供一种用于生成加权基函数的加权基函数生成装置、加权基函数生成方法和相应计算机程序，其由用于对对象成像的成像装置使用。

在本申请的第一方面，提出了一种用于对对象成像的成像装置，其中所述成像装置包括：

-投影数据提供单元，其用于提供能量投影数据值，所述能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿对象后的射线，

-重建单元，其用于基于提供的能量投影数据值来重建对象的图像，其中，所述重建单元适于：

-通过对加权基函数进行组合来确定成分投影数据值，所述成分投影数据值对应贯穿对象后的射线并且对应对象的成分，所述加权基函数取决于提供的能量投影数据值，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值，并且取决于相同射线的取向，

-基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。

由于加权基函数取决于相应射线的取向，根据提供的能量投影数据值确定成分投影数据值能够认为相应的分解可能取决于射线的取向，从而允许成像装置改善将提供的能量投影数据值分解为成分投影数据值的质量，并且改善基于成分投影数据值而重建的对象的最终重建图像的质量。

所述投影数据提供单元能够是存储单元，在所述存储单元中已经存储能量投影数据值，并且能够从中检索能量投影数据值，以提供相同的能量投影数据值。投影数据提供单元也能够是接收单元，其用于从例如能量投影数据值采集单元接收能量投影数据值，并且用于提供接收到的能量投影数据值。而且，投影数据提供单元也能够是用于采集能量投影数据值的采集单元，如计算机断层摄影采集单元或核采集单元。优选地，投影数据提供单元适于提供针对不同能量的计算机断层摄影投影数据值作为能量投影数据值。

成分投影数据值能够对应的对象的成分是，例如，对象的某种材料，具体地说，当贯穿对象时影响射线的某种物理效应和/或某种基础材料。物理效应是，例如，光电效应或康普顿效应（Compton effect）。重建单元能够适于确定仅仅成分投影数据值的单个集合，其对应对象的某种成分，或适于确定成分投影数据值的若干个集合，其对应对象的不同成分，例如，其对应对象的不同材料和/或对应不同的物理效应。重建单元能够适于基于确定的成分投影数据值的单个集合或根据确定的成分投影数据值的若干个集合来重建对象的图像。重建单元也能够适于重建对象的若干幅图像，其中，这些图像中的每幅图像基于确定的成分投影数据值的相应的单个集合。例如，能够重建一幅或若干幅图像，其中，每个图像示出单个基础材料或单个物理效应。

加权基函数优选地通过校准测量进行预定义。

优选地，投影数据提供单元适于提供对应已经由辐射源发射并且已经贯穿对象的射线的能量投影数据值，其中，射线的取向由扇角、锥角和辐射源的位置中的至少一个来定义。进一步优选地，加权基函数在扇角和锥角中的至少一个中是对称的。例如，如果取向至少由扇角和/或锥角来定义，则加权能够取决于扇角和/或锥角的绝对值或平方。如果加权基函数取决于扇角，则能够考虑贯穿被成像对象的辐射的扇角相关能量谱。例如，由射束成形器如蝶形滤波器，能够导致扇角相关的谱，所述射束成形器可以位于对象和发射贯穿对象的辐射的辐射源之间。如果加权基函数取决于相应射线的锥角，则能够考虑锥角相关的谱，其能够导致在最终重建图像中足跟效应（Heel effect）伪影的减少。

当发射相应射线的辐射源和对象相对于彼此移动从而提供对应辐射源的不同位置的射线时，优选地已经采集提供的能量投影数据值。如果加权基函数取决于辐射源的该位置，具体地说，如果动态蝶形滤波器存在于对象和辐射源之间并且如果根据辐射源的位置动态地修改碟形滤波器，则能量投影数据值被分解为成分投影数据值的质量以及由此最终重建图像的质量能够被进一步提高。

优选地，所述重建单元适于将成分投影数据值建模为加权基函数的总和。进一步优选地，基函数取决于中间基函数的乘积，其中，第一中间基函数取决于能量投影数据值，并且第二中间基函数取决于相应射线的取向。第一中间基函数能够是能量投影数据值的单项式。这允许以相对简单的方式高质量地将能量投影数据值分解为成分投影数据值。

进一步优选地，所述重建单元适于针对不同种类的成分投影数据值使用加权基函数的不同集合。由此，例如，如果成分投影数据值应当涉及对象的不同基础材料，则能够使用加权基函数的第一集合，以及例如，如果成分投影数据值应当涉及在贯穿对象的同时引起辐射衰减的不同的物理效应，则能够使用相应的加权基函数的第二集合。优选地，加权基函数的不同集合的基函数是相同的，但集合与集合之间的权重是不同的，利用所述权重对加权基函数进行加权。

在实施例中，成像装置还包括校准图像提供单元，其用于提供校准对象的成分校准图像，其中，成分校准图像对应校准对象的成分，其中，投影数据提供单元适于提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的并且对应已经贯穿校准对象后的射线，其中，成像装置还包括用于提供基函数的基函数提供单元，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向，其中，重建单元适于通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来提供加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至提供的校准图像来确定权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的校准能量投影数据值。这允许仅通过使用校准测量确定权重来提供加权基函数。

校准图像提供单元能够适于提供校准对象的若干幅成分校准图像，其中，所述若干幅成分校准图像对应校准对象的若干个成分。例如，第一成分校准图像能够对应第一基础材料，并且第二成分校准图像能够对应第二基础材料，或者，第一成分校准图像能够对应光电效应，并且第二成分校准图像能够对应康普顿效应。相应地，重建单元能够适于通过确定用于对提供的基函数进行加权的若干权重集合来提供加权基函数，其中，确定的权重集合中的每个对应校准对象的某种成分。为了确定某个权重集合，重建单元能够将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至相应的提供的成分校准图像，所述校准成分投影数据值对应某个权重集合的成分，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数已经通过某个权重集合进行加权，并且取决于相应的相同射线的校准能量投影数据值。

在本发明的又一方面，提出了一种用于生成加权基函数的加权基函数生成装置，其能够由根据权利要求1所述的用于对对象成像的成像装置使用，其中，所述加权基函数生成装置包括：

-校准图像提供单元，其用于提供校准对象的成分校准图像，所述校准对象的成分校准图像对应校准对象的成分，

-投影数据提供单元，其用于提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿校准对象后的射线，

-基函数提供单元，其用于提供基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向，

-重建单元，其用于通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来确定加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至提供的校准图像来确定权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

加权基函数生成装置也能够适于针对不同成分（例如，针对不同基础材料和/或针对不同物理效应）确定不同的权重集合。

在本发明的又一方面，提出了一种用于对对象成像的成像方法，其中，所述成像方法包括：

-由投影数据提供单元提供能量投影数据值，所述能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿对象后的射线，

-由重建单元基于提供的能量投影数据值来重建对象的图像，其中，所述重建单元：

-通过对加权基函数进行组合来确定成分投影数据值，所述成分投影数据值对应已经贯穿对象后的射线并且对应对象的成分，所述加权基函数取决于提供的能量投影数据值，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值，并且取决于相同射线的取向，

-基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。

在本发明的又一方面，提出了一种用于生成加权基函数的加权基函数生成方法，其能够由根据权利要求11所述的用于对对象成像的成像方法使用，其中，所述加权基函数生成方法包括：

-由校准图像提供单元提供校准对象的成分校准图像，其对应校准对象的成分，

-由投影数据提供单元提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿校准对象后射线，

-由基函数提供单元提供基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向，

-通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来确定加权基函数，通过由重建单元将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至提供的成分校准图像来确定权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

在本发明的又一方面，提出了一种用于对对象成像的成像计算机程序，其中，所述成像计算机程序包括，当所述成像计算机程序在控制根据权利要求1所述的成像装置的计算机上运行时，用于令所述成像装置执行根据权利要求1所述的成像方法的步骤的程序代码模块。

在本发明的又一方面，提出了一种用于生成加权基函数的计算机程序，其中，所述计算机程序包括，当所述计算机程序在控制根据权利要求12所述的加权基函数生成方法的计算机上运行时，用于令根据权利要求12所述的加权基函数生成装置执行所述加权基函数生成方法的步骤的程序代码模块。

应当理解，根据权利要求1所述的成像装置、根据权利要求10所述的加权基函数生成装置、根据权利要求11所述的成像方法、根据权利要求12所述的加权基函数生成方法、根据权利要求13所述的成像计算机程序以及根据权利要求14所述的计算机程序具有尤其根据从属权利要求中所述的相似的和/或相同的优选实施例。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各个独立权利要求的任何组合。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。

在图中：

图1示意性且范例性地示出了用于对对象成像的成像装置的实施例；

图2示意性且范例性地示出了用于生成加权基函数的加权基函数生成装置的实施例；

图3示出了范例性地图示了用于对对象成像的成像方法的流程图；以及

图4示出了范例性地图示了用于生成加权基函数的加权基函数生成方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性和范例性示出了用于对对象成像的成像装置。在该实施例中，成像装置31是用于对检查区5内的对象进行成像的计算机断层摄影装置。计算机断层摄影装置31包括机架1，其能够围绕平行于z方向延伸的旋转轴R旋转。辐射源2生成用于贯穿检查区5的锥形辐射射束4。所述辐射源2包括X-射线管17和准直器3，所述准直器3形成来自通过X-射线管12生成的辐射的锥形辐射射束4。所述辐射4贯穿对象（未示出），诸如，在该实施例中，位于圆柱形检查区5内的患者。在已经贯穿对象后，辐射射束4入射到包括二维探测表面21的探测器6上。探测器6被安装在机架1上。

计算机断层摄影装置31包括两个电机7、8。以优选地恒定的角速度但通过电机7能调节的角速度来驱动机架1。提供电机8，用于在平行于旋转轴R或z轴的方向上位移对象，例如，被布置在检查区5中的扫描床上的患者。电机7、8由控制单元9控制，使得辐射源2和检查区5内的对象沿螺旋轨迹相对于彼此移动。然而，也能够控制电机7、8，使得辐射源2和检查区5内的对象沿另一轨迹相对于彼此移动。例如，当电机8在平行于旋转轴R或z轴方向不移动对象时，电机7能够驱动机架1，使得辐射源2围绕检查区5内的对象旋转。在这种情况下，辐射源2和检查区5内的对象沿圆形轨迹相对于彼此移动。在辐射源2和检查区5内的对象相对移动期间，探测器6生成指示已经贯穿对象后的辐射射束4的能量投影数据值。

电机7、电机8、辐射源2、探测器6、机架1和控制单元9形成作为投影数据提供单元的计算机断层摄影采集单元30，用于提供能量投影数据值，所述能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿对象后的辐射射束4的射线。

针对每个射线，所述提供的能量投影数据值包括两个能量投影数据值，其对应两种不同能量。在这一实施例中，由探测器6提供两种不同能量，探测器6被形成为例如R.Carmi等人在Nuclear Science SymposiumConference Record,IEEE,第1876到1878页，2005年上的“Materialseparation with dual-layer CT”一文公开的双层探测系统，在此通过引用将其并入本文。然而，在其他实施例中，也能够通过使用另一投影数据采集单元，尤其，通过使用另一计算机断层摄影投影数据采集单元提供两种能量。例如，能够提供如，例如T.G.Flohr等人在European Radiology,volume16,第256到268页（2006）上的“First performance evaluation of adual-source CT(DSCT)system”一文公开的具有发射两种不同能量的辐射的两个不同X射线管的计算机断层摄影采集单元，在此通过引用将其并入本文。或者，探测器能够是例如E.Roessl等人在Physics in Medicine andBiology,volume52,第4679-4696页(2007)上的“K-edge imaging in x-raycomputed tomography using multi-bin photon counting detectors”一文和J.P.Schlomka等人在Physics in Medicine and Biology,volume53,第4031到4047页(2008)上的“Experimental feasibility of multi-energy photon-counting K-edgeimaging in pre-clinical computed tomography”一文公开的光子计数探测器，在此通过引用将其并入本文。

对于每个射线，所述提供的能量投影数据值也能够包括多于两个能量投影数据值，其对应多于两种不同能量。例如，能够组合两种双能量技术，以提供包括针对每个射线四个能量投影数据值的能量投影数据值，所述四个能量投影数据值对应四种不同能量，即，在实施例中，能量投影数据值能够由四能量CT系统来提供。

每个提供的能量投影数据值对应某个射线，并且，由此对应射线的某个取向。在该实施例中，由辐射源的位置、扇角和锥角定义射线的取向。所述扇角被定义为在垂直于旋转轴R并且包含相应辐射源位置的平面上相应射线的投影与线之间的角，所述线位于相同平面并且连接相应辐射源的位置与旋转轴R。能够在包含旋转轴R和相应辐射源位置的平面上定义所述锥角，其中，锥角是在该平面上相应射线的投影与位于该平面内并且位于辐射射束4中心的线之间的角。

所述计算机断层摄影装置31还包括重建12，其用于基于提供的能量投影数据值重建检查区5内的对象的图像。具体而言，重建单元12适于通过组合加权基函数来确定成分投影数据值，其对应已经贯穿对象后的射线，所述加权基函数取决于提供的能量投影数据值，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为取决于相同方式的能量投影数据值的加权基函数的组合，并且其中，加权基函数取决于射线的取向。之后，所述重建单元12基于确定的成分投影数据值来重建检查区5内的对象的图像。

由扇角、锥角和辐射源的相应位置定义相应射线的取向。加权基函数能够取决于扇角、锥角和辐射源的位置中的一个、两个或全部。

在该实施例中，加权基函数仅取决于扇角。然而，在其他实施例中，备选地或额外地，加权基函数能够取决于锥角和/或辐射源的位置。所述重建单元12能够适于根据以下方程确定针对第i个射线和第q种成分的成分投影数据值

：

其中，

表示用于对基函数进行加权的权重，并且

表示基函数，其取决于由指数1和2以及相同第i个射线指示的两种不同能量的能量投影数据值并且其取决于相同第i个射线的扇角平方

的平方。在该实施例中，因此，基函数在扇角中是对称的。所述基函数能够由以下方程定义：

由此，基函数优选地是取决于能量投影数据值的第一中间基函数

和取决于扇角的平方的第二中间基函数的乘积。第一中间基函数优选是能量投影数据值的单项式，例如，其能够被定义如下：

b_{2} (l_{i}^{1}, l_{i}^{2}) = l_{i}^{2}, b_{3} (l_{i}^{1}, l_{i}^{2}) = {(l_{i}^{1})}^{2}, b_{4} (l_{i}^{1}, l_{i}^{2}) = {(l_{i}^{2})}^{2}, b_{5} (l_{i}^{1}, l_{i}^{2}) = l_{i}^{1} l_{i}^{2} .

在该范例中，定义五个第一中间基函数，即，M是5。然而，在其他实施例中，M也能够具有另一值。一般而言，预定义变量M和L，从而优化以下描述的校准过程。所述第二中间基函数

优选是扇角的偶数幂。例如，能够提供如下函数作为第二中间基函数：在该范例中，定义三个第二中间基函数，即，L是3。然而，在其他实施例中，L也能够具有另一值。

所述重建单元5优选适于通过使用例如滤波反投影算法、拉东（Radon）转换算法或另一个重建算法，基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。

所述重建单元12能够适于针对不同种类的成分投影数据值使用不同的加权基函数集合。例如，如果提供的能量投影数据值应当被分解为基础材料投影数据值，则能够提供第一相应加权基函数集合，以及，如果能量投影数据值应当被分解成例如光电效应投影数据值和康普顿效应投影数据值，则能够提供相应的第二加权基函数集合。不同的加权基函数集合能够由如下文将描述的校准来确定。

具有已知成分分布的校准对象被布置在检查区5内，其中，由校准图像提供单元13提供示出已知成分分布的相应的成分校准图像。例如，能够提供第一成分校准图像，其示出第一基础材料分布或第一物理效应分布，并且能够提供第二成分校准图像，其示出第二基础材料分布或第二物理效应分布。之后，执行校准扫描，用于提供校准能量投影数据值，其中，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿校准对象后的射线。具体而言，在实际扫描中生成的校准能量投影数据值和上述的能量投影数据值，取决于已经贯穿校准对象后的射线的强度。

所述成像装置1还包括基函数提供单元14，其用于提供预定义的基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述预定义的基函数取决于对应已经贯穿校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向。在该实施例中，基函数提供单元14提供在方程（2）中定义的基函数。

所述重建单元12能够适于通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重

来提供加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至相应的提供的成分校准图像来确定权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定经加权的提供的基函数的组合，所述加权提供的函数取决于相同射线的校准能量投影数据值。由此，能够修改权重

使得对指示校准对象的重建图像和相应的提供的成分校准图像之间的相似性程度的相似性测量进行优化。例如，所述相似性测量是在两个图像中相应像素或体素的图像值的平方差的和。根据以下方程能够执行校准对象的图像的重建：

其中，

表示校准对象的重建图像的图像值，其对应由指数j指出的第q种成分，表示线性重建操作，如转换拉东变换操作，

表示针对第i个射线和第q种成分的校准成分投影数据值，

表示拟合权重，

表示提供的预定义基函数，并且

表示针对两种不同能量和第i个射线的提供的校准能量投影数据值。

为了产生若干幅相应的中间图像，所述重建单元12能够适于首先执行重建操作

其中，之后，修改权重

即，确定权重

使得

与相应提供的成分校准图像之间的差异测量最小化。例如，差异测量基于在重建图像

和在相应的成分校准图像中相应的图像值之间的平方差。

由此，在校准过程中，根据方程（3）能够确定权重

其中，在已经完成校准过程后，提供的预定义基函数连同校准权重一起能够用作加权基函数，用于在未知对象的实际扫描中根据方程（1）确定成分投影数据值。

向显示单元11提供重建图像，以显示重建图像。

尽管在上述参考图1描述的实施例中，所述计算机断层摄影装置31能够通过执行上述校准过程来确定加权基函数，并且能够基于采集到的能量投影数据值和确定的加权基函数来重建未知对象的图像，计算机断层摄影装置也能够适于仅仅使用已经确定的加权基函数，而不能够通过执行上述校准过程来确定加权基函数。在这种情况下，通过使用能够执行以上描述的校准过程的加权基函数生成装置来确定加权基函数，其中，向不能够执行校准过程的成像装置提供生成的加权基函数。

图2示意性且范例性地示出了用于生成加权基函数的加权基函数生成装置的实施例，加权基函数由以上参考图1描述的成像装置使用。

所述加权基函数生成装置16包括校准图像提供单元13，其用于提供示出校准对象的已知成分分布的校准对象的成分校准图像。所述加权基函数生成装置16还包括投影数据提供单元15，其用于提供校准能量投影数据值。校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿校准对象后的射线。在该实施例中，投影数据提供单元15是存储单元，在所述存储单元中，已经存储校准能量投影数据值。在另一实施例中，投影数据提供单元也能够是接收单元，其用于接收校准能量投影数据值并且用于提供接收到的能量投影数据值。所述投影数据提供单元也能够是投影数据采集单元，具体而言，是计算机断层摄影投影数据采集单元，其用于采集校准能量投影数据值并且用于提供采集到的校准能量投影数据值。

所述加权基函数生成装置16还包括用于提供基函数的基函数提供单元14，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向。此外，所述加权基函数生成装置16包括重建单元12，其用于通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来确定加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至提供的成分校准图像来确定权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

所述加权基函数生成装置也能够适于通过使用不同相应的成分校准图像来确定针对对象的不同成分的若干个权重集合。

在下文中，将参考图3中所示的流程图范例性地描述用于对对象成像的成像方法的实施例。

在步骤101中，由投影数据提供单元30提供能量投影值。能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿检查区5内的对象后的射线。具体而言，辐射源2相对于对象移动，以在不同的角方向上采集能量投影数据值。在步骤102中，重建单元12通过组合取决于提供的能量投影数据值的加权基函数来确定成分投影数据值，所述成分投影数据值对应已经贯穿检查区5内的对象后的射线，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为取决于相同射线的能量投影数据值的加权基函数的组合。加权基函数取决于相应射线的取向。在该实施例中，通过校准测量已经确定加权基函数，并且加权基函数取决于扇角。在步骤103中，基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。

在下文中，将参考图4中所示的流程图范例性地描述用于生成加权基函数的加权基函数生成方法的实施例。

在步骤201中，由校准图像提供单元13提供具有已知成分分布的校准对象的成分校准图像。在步骤202中，由投影数据提供单元15提供校准能量投影数据值。校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿校准对象后的射线。在步骤203中，由基函数提供单元14提供基函数。基函数取决于对应已经贯穿对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于射线的取向。基函数适于将成分保护数据值建模为加权基函数的组合。在步骤204中，由重建单元12通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来确定加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的校准对象的图像拟合至提供的成分校准图像来确定权重。对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

所述成像装置和成像方法优选地适于执行双能量成分分解，而无需现有的频谱知识，诸如，辐射的能量谱、探测器的灵敏度函数和/或用于对辐射进行滤波的辐射滤波器的具体性能。所述成像装置和成像方法优选地基于以专用校准体模（即，校准对象）的光谱扫描形式的预校准。得到的校准数据用于将能量投影数据值分解为成分投影数据值。

上述Stenner等人的文章假设辐射强度测量的频谱转换对于X-射线探测器的所有探测器像素是相同的。这个假设在应用射束成形器以使存在患者的探测器上的X-射线通量均等的商业计算机断层摄影扫描的情况下构成严重的缺陷。则通量均匀性的副作用是沿扇角的射束硬化的不同水平。

根据本发明的成像装置和成像方法针对探测器的不同探测器像素优选地不假设测量的均匀频谱转换，即，能量投影数据值的均匀频谱转换。具体而言，所述成像装置和成像方法包括如以上描述的扇角相关分解多项式的情况。

尽管在附图和上述描述中详细图示并描述了本发明，这样的图示和描述被认为是说明性或范例性的，并非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

具体而言，尽管在以上描述的实施例中，所述成像装置是计算机断层摄影装置，在其他实施例中，所述成像装置也能够是提供能量投影数据值的另一成像模态。

尽管在以上描述的实施例中，针对相同射线，提供两个能量投影数据值，其对应两种不同能量，在其他实施例中，针对相同射线，也能够提供多于两个的能量投影数据值，其对应多于两种能量。

尽管在以上描述的实施例中，加权基函数仅仅取决于扇角，加权基函数也能够取决于描述射线取向的另一参数。例如，加权基函数能够取决于锥角和辐射源位置中的至少一个以及扇角。如果加权基函数也取决于锥角和辐射源位置，重建能够适于根据以下方程来确定成分投影值：

所述重建单元能够适于基于如由方程（4）定义的成分投影数据值来重建对象的图像。能够根据以下方程来执行用于确定权重

的校准过程：

方程（4）对应方程（1），方程（5）对应方程（2）并且方程（6）对应方程（3）。优选地选择变量M、L、K和N，从而优化以上描述的校准过程。在方程中，

表示基函数，其取决于能量投影数据值能量投影数据值扇角

锥角

和指示第i个射线的辐射源位置的指数p_i。而且，g_n(p_i)表示取决于辐射源位置的中间基函数，

表示取决于锥角的中间基函数，并且表示取决于扇角的中间基函数。

所述成像装置优选为计算机断层摄影装置，其中，在成像对象和辐射源之间优选地布置射束成形器如蝶形滤波器，具体为动态蝶形滤波器。动态蝶形滤波器优选为根据辐射源位置改变其辐射衰减的蝶形滤波器。

尽管变量li1、li2已经被描述为能量投影数据值，这些变量也能够指示取决于提供的能量投影数据值的其他值。例如，他们能够指示沿相应射线测量出的线积分，其能够从相应的能量投影数据值中被确定。

以上描述的取决于扇角或锥角的中间基函数也能够取决于另一变量，所述另一变量取决于锥角或扇角。例如，如果在辐射源和被成像对象之间提供射束成形器，射束成形器内的相应射线的长度取决于锥角和/或扇角。由此，相应的中间基函数也能够取决于该长度，以便间接地认为加权基函数取决于扇角和/或锥角。

由一个或若干个单元或装置执行的计算，如成分投影数据值的确定和对象图像的重建，能够由任何其他数量的单元或装置来执行。例如，步骤102和步骤103能够由单个单元或由任何其他数量的不同单元来执行。所述计算和/或根据成像方法控制成像装置和/或根据加权基函数生成方法控制加权基函数生成装置，能够作为计算机程序的程序代码模块和/或作为专用硬件来实施。

计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线通信系统。

在权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。

本发明涉及一种用于对对象成像的成像装置。重建单元确定对应例如对象的基础材料的成分投影数据值，并且基于确定的成分投影数据值来重建对象的图像。对应射线的成分投影数据值被确定为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值以及相同射线的取向。这允许认为相应的分解可能取决于射线的取向，从而允许所述成像装置改善将提供的能量投影数据值分解为成分投影数据值的质量，以及由此改善基于成分投影数据值重建的对象的最终重建图像的质量。

Claims

1.一种用于对对象成像的成像装置，所述成像装置（31）包括：

-投影数据提供单元（30），其用于提供能量投影数据值，所述能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿所述对象后的射线，

-重建单元（12），其用于基于提供的能量投影数据值来重建所述对象的图像，其中，所述重建单元（12）适于：

-通过组合取决于所述提供的能量投影数据值的加权基函数来确定成分投影数据值，所述成分投影数据值对应已经贯穿所述对象后的所述射线，并且对应所述对象的成分，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值，并且取决于所述相同射线的取向，

-基于确定的成分投影数据值来重建所述对象的图像。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述投影数据提供单元（30）适于提供对应射线的能量投影数据值，所述射线已经由辐射源发射并且所述射线已经贯穿所述对象，其中，所述射线的所述取向由扇角、锥角和所述辐射源位置中的至少一个来定义。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，所述加权基函数在所述扇角和所述锥角中的至少一个中是对称的。

4.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述重建单元（12）适于将成分投影数据值建模为所述加权基函数的总和。

5.根据权利要求1所述的成像装置，其中，基函数取决于中间基函数的乘积，其中，第一中间基函数取决于所述能量投影数据值，并且第二中间基函数取决于相应射线的取向。

6.根据权利要求5所述的成像装置，其中，所述第一中间基函数是所述能量投影数据值的单项式。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述重建单元（12）适于对如下成分投影数据值建模，所述成分投影数据值对应当所述射线贯穿所述对象时影响所述射线的不同物理效应和所述对象的不同材料中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述重建单元（12）适于针对不同种类的成分投影数据值使用不同的加权基函数集合。

9.根据权利要求1所述的成像装置，其中

-所述成像装置（31）还包括校准图像提供单元（13），其用于提供校准对象的成分校准图像，其中，所述成分校准图像对应所述校准对象的成分，

-所述投影数据提供单元（30）适于提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿所述校准对象后的射线，

-所述成像装置（1）还包括基函数提供单元（14），其用于提供基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿所述校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于所述射线的所述取向，

-所述重建单元（12）适于通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来提供所述加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的所述校准对象的图像拟合至提供的成分校准图像来确定所述权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于所述相同射线的校准能量投影数据值。

10.一种用于生成加权基函数的加权基函数生成装置，所述加权基函数生成装置能够由根据权利要求1所述的成像装置使用，以对对象成像，其中，所述加权基函数生成装置（16）包括：

-校准图像提供单元（13），其用于提供校准对象的成分校准图像，所述成分校准图像对应所述校准对象的成分，

-投影数据提供单元（15），其用于提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿所述校准对象后的射线，

-基函数提供单元（14），其用于提供基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应贯穿所述校准对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于所述射线的取向，

-重建单元（12），其用于通过确定用于对所述提供的基函数进行加权的权重来确定所述加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的所述校准对象的图像拟合至所述提供的成分校准图像来确定所述权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

11.一种用于对对象成像的成像方法，所述成像方法包括：

-通过投影数据提供单元提供能量投影数据值，所述能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿所述对象后的射线，

-通过重建单元基于提供的能量投影数据值来重建所述对象的图像，其中，所述重建单元：

-通过组合取决于所述提供的能量投影数据值的加权基函数来确定成分投影数据值，所述成分投影数据值对应已经贯穿所述对象后的射线，并且对应所述对象的成分，其中，对应射线的成分投影数据值被建模为加权基函数的组合，所述加权基函数取决于相同射线的能量投影数据值和所述相同射线的取向，

-基于确定的成分投影数据值来重建所述对象的图像。

12.一种用于生成加权基函数的加权基函数生成方法，所述加权基函数生成方法能够由根据权利要求11所述的成像方法使用，以对对象成像，其中，所述加权基函数生成方法包括：

-由校准图像提供单元提供校准对象的成分校准图像，所述成分校准图像对应所述校准对象的成分，

-由投影数据提供单元提供校准能量投影数据值，所述校准能量投影数据值是能量相关的，并且对应已经贯穿所述校准对象后的射线，

-通过基函数提供单元提供基函数，以将成分投影数据值建模为加权基函数的组合，所述基函数取决于对应已经贯穿对象后的射线的能量投影数据值，并且取决于所述射线的取向，

-由重建单元通过确定用于对提供的基函数进行加权的权重来确定所述加权基函数，通过将基于校准成分投影数据值而重建的所述校准对象的图像拟合至提供的成分校准图像来确定所述权重，其中，对应射线的校准成分投影数据值被确定为经加权的提供的基函数的组合，所述经加权的提供的基函数取决于相同射线的提供的校准能量投影数据值。

13.一种用于对对象成像的计算机程序，所述计算机程序包括，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的成像装置的计算机上运行时，令所述成像装置执行根据权利要求11所述的成像方法的步骤的程序代码模块。

14.一种用于生成加权基函数的计算机程序，所述计算机程序包括，当所述计算机程序在控制根据权利要求12所述的加权基函数生成方法的计算机上运行时，令根据权利要求12所述的加权基函数生成装置执行所述加权基函数生成方法的步骤的程序代码模块。