Ct成像系統的制作方法

專利名稱：Ct成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于確定對象內物質的流動的CT成像系統、CT方法以及 計算機程序。本發明還涉及用于確定對象內物質的流動的相應的確定設備、 確定方法和計算機程序。
背景技術：
用于確定對象內物質的流動的傳統的CT成像系統使用發射X射線輻 射的X射線源以及探測取決于通過對象后的X射線輻射的探測信號的探測 單元。重建單元使用所述探測信號來重建所述對象的圖像的時間序列，其 中，從所述對象的圖像的時間序列來確定指示了對象內所述物質的流動的 關于流動的值。例如，這些關于流動的值為所述物質的流量或通過所述對 象的平均通過時間。
通過使用這些傳統的CT成像系統，關于流動的值的確定受到與X射 線輻射通過對象相關的效應的影響，即，X射線輻射不僅受到將為其確定 流動的所述物質的影響，還受到對象本身的影響。這降低了所確定的關于 流動的值的質量。

發明內容
因此，本發明的一個目的在于提供一種CT成像系統，其中，減小了與 X射線輻射通過對象相關的效應對關于流動的值的確定的影響，因此提高 了所確定的關于流動的值的質量。另外，將提供對應的CT成像方法、對應 的確定設備以及對應的確定方法。
在本發明的第一個方面中，提出了用于確定對象內物質的流動的CT成 像系統，其包括
多色X射線源，其用于發射多色X射線輻射，
能量分辨X射線探測器，其用于獲得取決于通過所述對象后的所述X射線輻射的能量分辨的探測信號，
計算單元，其用于從所述探測信號確定所述物質的k邊緣分量， 重建單元，其用于從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序
列，
流動確定單元，其用于從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示了所 述物質的流動的關于流動的值。
本發明所基于的思想為物質的k邊緣分量由探測信號確定，并且從所 確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列。這導致重建后的圖像僅 包含所述物質，即，圖像中不包含對象本身。因此，所述物質的這些圖像 不受到對象的干擾。由于使用這些僅包含所述物質的圖像來確定關于流動 的值，因此降低了與X射線輻射通過對象相關的效應對關于流動的值的影 響，因此提高了所確定的關于流動的值的質量。
流動確定單元優選地適于確定物質通過對象的平均通過時間作為關于 流動的值。另外，所述流動確定單元可適于確定物質的流量作為關于流動 的值。由于從僅包含所述物質的k邊緣圖像的時間序列來確定所述平均通 過時間和物質流量，因此可以以與使用傳統CT圖像系統所確定的所述平均 通過時間和物質流量的質量相比改善了的質量來確定所述平均通過時間和 物質流量。
在優選實施例中， 一種物質存在于對象內的流體中，流動確定單元適 于相對于所述流體來校準重建后的k邊緣圖像的時間序列，并且從經校準 的重建后的k邊緣圖像的時間序列來確定指示了在所述對象內的流體流動 的關于流動的值。由于重建后的k邊緣圖像的時間序列是相對于所述流體 而校準的，因此可以確定指示了所述對象內的所述流體流動的關于流動的 值。這允許了直接地確定關于流動的值，具體而言，定量地確定所述流體 通過所述對象的平均通過時間和所述流體的流量。與之相比，傳統的CT灌 注系統僅允許基于在x射線衰減上的轉變來對流動進行的間接定量。
該流體可以為人體或者是動物體內的血液。這允許確定(例如)人體 或動物體內，具體而言，大腦內的血液的平均通過時間和/或流量。因此， 例如可以確定腦血流(CBF)。
優選地，能量分辨X射線探測器適于提供針對多個能量組(bin)的多個能量分辨探測信號，其中，計算單元適于使用針對探測信號的模型通過
解出針對多個能量分辨探測信號的方程組來確定物質的k邊緣分量，所述
模型將探測信號描述為物質的k邊緣效應、光電效應以及康普頓效應的組
合，其中每一個效應向所述探測信號貢獻相應的分量。具體而言，X射線
探測器提供許多具有不同能量組的能量分辨探測信號，不同能量組包括不
同譜靈敏度，具體而言，每一個能量組為完整能量范圍中的在其中可得到
探測信號并該探測信號為感興趣信號的一部分。之后將所掃描的對象建模 為具有第一譜的光電效應、具有第二譜的康普頓效應和具有第三譜的、k邊
緣處于感興趣能量范圍內的物質的組合。將每一探測信號中的每一個分量 的密度長度乘積建模為離散線性系統，解出所述離散線性系統可至少獲得 物質的k邊緣分量。從針對不同探測器位置所獲得的物質的k邊緣分量， 可以以傳統的重建方法對物質的k邊緣圖像進行重建。
優選地，通過使用數值方法來解出針對多個能量分辨探測信號的方程 組。 一種優選的方法為考慮了測量的噪聲統計的極大似然方法。
在另一個實施例中，使用一個考慮了 X射線源的發射譜以及多個能量 組中的每一個中的X射線探測器的譜靈敏度的模型。這得到了高準確度的 所計算的分量，因此，得到了高準確度的重建后的圖像以及所確定的關于 流動的值。
所述物質優選地為注射到對象內的，具體而言，注射到人體或動物體 內的造影劑。這允許確定諸如通過人體器官的平均通過時間或血流量的人 體或動物體內的關于流動的值。
在權利要求10和12中定義了對應的CT成像方法以及對應的計算機程 序。在權利要求9、 ll和13定義了用于確定對象內物質流動的對應的確定 設備、對應的確定方法和對應的計算機程序。在獨立權利要求中定義了本 發明的優選實施例。


通過參考以下描述的實施例，本發明的這些和其它方面將會顯而易見 并且得以闡明。
圖1示出了根據本發明的CT成像系統的圖解性表示；
7圖2示出了說明用于確定對象內物質流動的CT成像方法的實施例的流 程圖3示范性地示出了多色X射線源的譜；
圖4示出了光電效應、康普頓效應和對象內物質的示范性譜。
具體實施例方式
圖1所示的CT成像系統包括能夠圍繞平行于z方向延伸的旋轉軸R 旋轉的掃描架1。諸如X射線管的輻射源2安裝在掃描架1上。X射線源 配備有準直儀設備3，所述準直儀設備將X射線源2發射的輻射形成錐形 輻射束4。在其它實施例中，所述準直儀設備3可適于形成具有諸如扇形的 另一種形狀的輻射束。
輻射橫穿諸如患者的、處于圓柱形檢査區5的感興趣區域中的對象(未 示出)。橫穿檢査區5后，X射線束4入射到能量分辨X射線探測器單元6 上，在這個實施例中，所述探測器單元為安裝在掃描架1上的二維探測器。 在另一個實施例中，所述能量分辨X射線探測器單元為一維探測器。
能量分辨X射線探測器的工作原理(例如)為，對入射光子計數，并 且輸出示出了在某一能量區域內每個能量的光子的數量的信號。例如，在 Llopart， X.，等的"First test measurement of a 64k pixel readout chip working in a single photon counting mode" ， Nucl. Inst, and Meth. A， 509(1-3): 157-163， 2003以及Llopart, X.,等的"Medipix2: A 64-k pixel readout chip with 55 mum square dements working in a single photon counting mode"，正EE Trans. Nucl. Sci. 49(5): 2279-2283， 2002中描述了這種能量分辨探測器。
馬達7以優選地為恒定的但可調整的角速度驅動掃描架1。提供另一馬 達8用于使對象移位，例如使布置在檢查區5內的患者臺上的患者沿平行 于旋轉軸R的方向或z軸移位。這些馬達7、 8由(例如)控制單元9控制， 從而使得輻射源2和檢査區5相對于彼此沿螺旋軌跡移動。但是優選地， 不移動所述對象或檢査區5，而旋轉X射線源2， S卩，X射線源2沿相對于 所述對象的圓形軌跡行進。
向確定設備10提供探測器6所獲取的數據用于確定對象內物質的流 動，具體而言，用于確定指示了對象內的流動的關于流動的值。例如，這些關于流動的值可以為通過對象的平均通過時間或物質流量。如果所述對 象(例如)為人類大腦，那么確定設備可適于確定腦血流和腦平均通過時 間。最后可以向顯示單元11提供所述關于流動的值用于顯示該關于流動的 值。顯示單元11可以顯示單一關于流動的值或對應于對象內某一區域的平 均的關于流動的值，優選地，顯示單元ll示出了二維或三維圖像，其中每 一圖像元素，即，分別地為每一像素或每一體素，示出了對象內對應于相 應圖像元素的位置處的關于流動的值。因此，顯示單元11優選地顯示了關 于流動的值的圖像。
確定設備10包括計算單元12，以從由探測器6所獲取的探測信號中確 定k邊緣分量。所述確定設備10還包括重建單元13用于從所確定的k邊 緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列，并且所述確定設備IO包括流動確定 單元14用于從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示了對象內的流動的關 于流動的值。同樣，所述確定設備10優選地由控制單元9控制。
以下，將根據圖2所示的流程圖，更詳細地描述根據本發明的用于確 定對象內的流動的CT成像方法的實施例。
在步驟101中，X射線源圍繞旋轉軸R或z方向旋轉，并且不移動對 象，即，X射線源2沿圍繞對象的圓形軌跡行進。在另一個實施例中，X 射線源2可以沿諸如螺旋形軌跡的另一種軌跡相對于對象移動。所述X射 線源2發射橫穿了對象的X射線輻射，有一種物質存在于所述對象中。例 如，所述物質為基于碘或釓的、在這個步驟101之前被注射的造影劑。例 如，所述對象為人體或動物體，其中，將所述造影劑注射至例如人體或者 動物體的血管內。探測器6探測通過了對象以及對象內的物質的X射線輻 射，并生成探測信號。因此，在步驟101中，獲取了探測信號。
在步驟102中，將探測信號傳輸至確定設備10的計算單元12。所述計 算單元12從探測信號來確定物質的k邊緣分量。現在將會更詳細地解釋這 一點。
計算單元12的輸入為針對多個(至少三個)能量組的能量分辨探測信 號di。這些探測信號di示出了第i個能量組bi的譜靈敏度Di(E)。另外，多 色X射線管2的發射譜T(E)通常是已知的，或者可以在步驟101之前測量 出來。在圖3中，示意性地示出了這種多色X射線管的發射譜T(E)的一個例子。在確定設備中，具體而言，在計算單元12中，將所述探測信號di 的生成建模為具有譜P(E)的光電效應、具有譜C(E)的康普頓效應以及k 邊緣處于感興趣的能量范圍內并具有譜K(E)的線性組合。
圖4中示范性地示出了譜P(E)、 C(E)和K(E)。
可以將探測信號的生成建模為以下線性系統-
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中P觸、 》頓、A邊緣分別為光電分量、康普頓分量和k邊緣分量的密度 長度乘積。
由于可得到針對至少三個能量組b卜b2、 b3的至少三個探測信號山、 d2、 d3，因此可以形成至少由三個方程構成的具有三個未知數的方程組，該 三個未知數為三個密度長度乘積，因此其可以在計算單元12中由已知的數 值方法解出。如果可得到多于三個能量組，則優選地使用考慮了測量的噪 聲統計的極大似然方法。 一般而言，三個能量組是足夠的。但是，為了提 高靈敏度和噪聲魯棒性，優選地使用用于更多的能量組的更多探測信號。
在步驟103中，將所確定的k邊緣分量，即，密度長度乘積A^傳輸 至重建單元13。由于X射線源2相對于對象移動，因此探測信號以及由此 所確定的密度乘積A^與從不同角方向橫穿所述對象以及物質的X射線相 對應。因此，可以使用傳統的、諸如密度長度乘積/^a的濾波反向投影的 CT重建方法來重建k邊緣圖像。執行獲取步驟101從而可重建對象內相同 位置的k邊緣圖像的時間序列。這意味著(例如)X射線管2沿圍繞對象 的圓形軌跡行進，并且在一時間段上獲取探測信號，所述時間段足夠的長 以至于可獲取使用其可至少為感興趣的區域來重建圖像組的探測信號，其 中，所述圖像組在不同時間點示出了對象內的相同的位置。這樣的組為對 象的k邊緣圖像的時間序列，具體而言，對象的一個視場的k邊緣圖像的 時間序列，即，四維圖像數據集。
在步驟104中，相對于對象內的物質來校準k邊緣圖像。具體而言， 所述物質存在于對象內的流體中，并且相對于對象內的流體來校準k邊緣 圖像。優選地，所述對象為人體或動物體，或者諸如大腦的身體的一部分， 所述流體為血液。可以通過選擇包括一個或多個圖像元素的圖像區域來執 行校準，所述元素為僅對應于所述流體的像素或體素。由于對象的相應區域的體積是己知的，因此這一區域內的流體的體積也是已知的。另外，所 述對象的這一區域內的圖像元素值與這一區域內的物質的量是相關聯的。 因此，可以確定流體體積與k圖像中所示出的物質的量之間的直接的關系。 這一關系可用于校準k邊緣圖像，從而使得所述k邊緣圖像示出了每一個
圖像元素，即，每一個像素或體素中的流體體積。重建單元13或流動確定 單元14可以執行這種校準。舉一個簡單的例子，如果在圖像元素中所重建 的物質的濃度是Cs并且在這個圖像元素中流體的體積為V，則所重建的四 維圖像數據集的每一個值可以與V/Cs相乘，以校準四維圖像數據集，gP， k 邊緣圖像的時間序列。
在步驟105中，流動確定單元14接收經校準的圖像時間序列并且從所 接收的圖像時間序列來確定指示了對象內流動的關于流動的值。由于經校 準的圖像直接地示出了對象內不同位置不同時間點處的血液的值，因此這 些經校準的圖像直接地示出了所述物質的流動。
從經校準的圖像，即，從所確定的物質的流動來確定關于流動的值這 一方法是人們所熟知的。例如，這些關于流動的值為平均通過時間，腦血 流或腦血液體積。例如，在"Dynamic CT Measurement of Cerebral Blood Flow: A Validation Study" ， Aleksa Cenic， Darius G. Nabavi， Rosemary A. Craen, Adrian W. Gelb and Ting-Yim Lee, American Journal Of Neuroradiology 20:63-73(1999)中描述了一種關于流動的值的確定。
盡管已經在附圖和上述的描述中說明并且描述了本發明，但是應將這 種說明和描述視為說明性的或者示范性的而非限制性的。本發明不受到所 公開實施例的限制。
對象可以為對象的整體或者僅是對象的部分。對象的這部分可以是， 例如由用戶所預定的感興趣區域。
對象可以是任何對象，具體而言，所述對象還可以是技術上的對象。 另外，流體可以是對象內的任何流體。具體而言，CT成像系統還可適于確 定與諸如技術上的對象內的水或油的流動相關聯的關于流動的值。
通過研究附圖、說明書和權利要求，本領域技術人員能夠在實踐所要 求保護的本發明的過程當中理解并實施針對所公開的實施例的其它變形。
在權利要求中，"包括"一詞不排除其它元件或者步驟，并且單數冠詞不排除復數個。在互不相同的獨立權利要求中引用某些特征不表示將這些 特征結合使用是不利的。
計算機程序可以存儲/分布在合適的介質上，例如光存儲介質或者與其 它硬件一起提供或作為其它硬件的一部分的固態介質，但是所述計算機程
序可以以其它形式分布，例如通過Internet或其它有線或無線的通信系統。 權利要求中的任何參考標記不應解釋為限制本發明的范圍。
權利要求
1、一種用于確定對象內物質的流動的CT成像系統，其包括多色X射線源，其用于發射多色X射線輻射，能量分辨X射線探測器，其用于獲得取決于通過所述對象后的所述X射線輻射的探測信號(di)，計算單元(12)，其用于從所述探測信號(di)來確定所述物質的k邊緣分量，重建單元(13)，其用于從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列，流動確定單元(14)，其用于從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示所述對象內的所述流動的關于流動的值。
2、 如權利要求1所述的CT成像系統，其中，所述流動確定單元(14)適于將所述物質通過所述對象的平均 通過時間確定為關于流動的值。
3、 如權利要求1所述的CT成像系統，其中，所述流動確定單元(14)適于將所述物質的流量確定為關于流 動的值。
4、 如權利要求1所述的CT成像系統，其中，所述物質存在于所述對象內的流體中，并且其中，所述流動確 定單元(14)或所述重建單元(13)適于相對于所述流體來校準重建后的k 邊緣圖像的時間序列，以及從經校準的重建后的k邊緣圖像的時間序列來 確定指示所述對象內的所述流體的流動的關于流動的值。
5、 如權利要求4所述的CT成像系統，其中，所述流動確定單元(14)適于將所述流體通過所述對象的平均 通過時間確定為關于流動的值。
6、 如權利要求4所述的CT成像系統，其中，所述流動確定單元(14)適于將所述流體的流量確定為關于流 動的值。
7、 如權利要求1所述的CT成像系統，其中，所述能量分辨X射線探測器適于提供針對多個能量組的多個能 量分辨探測信號(di)，以及其中，所述計算(12)單元適于使用將探測信號(di)描述為所述物質 的k邊緣效應、光電效應和康普頓效應的組合的所述探測信號(di)的模型， 通過解出針對所述多個能量分辨探測信號(di)的方程組來確定所述物質的 k邊緣分量，每一種效應向所述探測信號(di)貢獻對應的分量。
8、 如權利要求7所述的CT成像系統，其中，所述計算單元(12)適于使用一種模型，所述模型考慮了所述X 射線源的發射譜P(E)以及所述X射線探測器在所述多個能量組的每一個中 的譜靈敏度。
9、 一種用于確定對象內物質的流動的確定設備(10)，所述確定設備 (10)被提供了探測信號(di)，由能量分辨X射線探測器獲得所述探測信號(di)，所述能量分辨X射線探測器用于獲得取決于由多色X射線發射的 通過所述對象后的X射線輻射的探測信號(di)，所述確定設備(10)包括: 計算單元(12)，其用于從所述探測信號(di)來確定所述物質的k邊 緣分量，重建單元(13)，其用于從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時 間序列，流動確定單元(14)，其用于從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示 所述對象內的所述流動的關于流動的值。
10、 一種用于確定對象內物質的流動的CT成像方法，其包括以下步驟:由多色X射線源發射多色X射線輻射，由能量分辨X射線探測器獲得取決于通過所述對象后的所述X射線輻射的探測信號(di)，由計算單元(12)從所述探測信號(di)來確定所述物質的k邊緣分量， 由重建單元(13)從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列，由流動確定單元(14)從所述k邊緣圖像的所述時間序列確定指示所 述對象內的所述流動的關于流動的值。
11、 一種用于確定對象內物質的流動的確定方法，所述確定方法被提 供了探測信號(di)，由能量分辨X射線探測器獲得所述探測信號(di)，所 述能量分辨X射線探測器用于獲得取決于由多色X射線發射的通過所述對 象后的X射線輻射的探測信號(di)，所述確定方法包括由計算單元(12)從所述探測信號(di)來確定所述物質的k邊緣分量， 由重建單元(13)從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列，由流動確定單元(14)從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示所述 對象內的所述流動的關于流動的值。
12、 一種用于確定對象內物質的流動的計算機程序，其包括程序代碼 模塊，當所述計算機程序在用于控制如權利要求1所述的CT成像系統的計 算機上執行時，所述程序代碼模塊使計算機執行如權利要求IO所述的方法 的步驟。
13、 一種用于確定對象內物質的流動的計算機程序，其包括程序代碼 模塊，當^f述計算機程序在用于控制如權利要求9所述的確定設備(10) 的計算機上執行時，所述程序代碼模塊使計算機執行如權利要求11所述的 方法的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用于確定對象內物質的流動的CT成像系統，其中，所述CT成像系統包括多色X射線源和能量分辨X射線探測器，所述能量分辨X射線探測器用于獲得取決于通過對象后的X射線輻射的探測信號。計算單元(12)從所述探測信號確定所述物質的k邊緣5分量，以及重建單元(13)從所確定的k邊緣分量來重建k邊緣圖像的時間序列。流量確定單元(14)從所述k邊緣圖像的時間序列來確定指示所述對象內的流動的關于流動的值。
文檔編號A61B6/03GK101547648SQ200780044728
公開日2009年9月30日 申請日期2007年11月29日 優先權日2006年12月4日
發明者R·普羅克紹 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司