以下總體上涉及譜成像，并且更具體地涉及生成針對(duì)譜圖像迭代重建(ir)的開(kāi)始圖像，并且結(jié)合針對(duì)計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)的具體應(yīng)用來(lái)描述。然而，以下還適用于其他成像應(yīng)用。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)掃描器包括發(fā)射x射線輻射的x射線管。所述輻射貫穿被定位在視場(chǎng)中的對(duì)象或目標(biāo)并且由此被衰減。探測(cè)器陣列探測(cè)貫穿所述視場(chǎng)的輻射并產(chǎn)生指示所述輻射的信號(hào)。重建器對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行重建以產(chǎn)生一幅或多幅圖像。重建算法包括非迭代重建算法(例如，濾波反投影)和迭代重建算法(例如，統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)值等)。迭代重建算法以初始圖像開(kāi)始，并且然后通過(guò)一系列中間圖像來(lái)迭代地更新所述初始圖像，直到滿足停止標(biāo)準(zhǔn)。遺憾的是，該過(guò)程是時(shí)間密集的，尤其是當(dāng)初始圖像偏離最終圖像較遠(yuǎn)(例如，全零的初始圖像)時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，一種計(jì)算系統(tǒng)，包括重建處理器，所述重建處理器被配置為運(yùn)行計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令令所述重建處理器：以電子格式接收非譜投影數(shù)據(jù)；重建所述非譜投影數(shù)據(jù)以生成非譜圖像。所述重建處理器還從非譜體素值到譜體素值映射圖的集合中檢索針對(duì)感興趣基材料的非譜體素值到譜體素值映射圖。所述重建處理器還基于所述非譜圖像和所述非譜體素值到譜體素值映射圖來(lái)生成譜迭代重建開(kāi)始圖像。所述重建處理器還利用譜迭代重建算法和所述譜迭代重建開(kāi)始圖像根據(jù)所述非譜投影數(shù)據(jù)來(lái)重建針對(duì)所述感興趣基材料的電子格式的譜圖像。

在另一方面中，一種方法，包括：以電子格式從掃描接收非譜投影數(shù)據(jù)。所述方法還包括重建所述非譜投影數(shù)據(jù)以生成非譜圖像。所述方法還包括從非譜體素值到譜體素值映射圖的集合中檢索針對(duì)感興趣基材料的非譜體素值到譜體素值映射圖。所述方法還包括基于所述非譜圖像和所述非譜體素值到譜體素值映射圖來(lái)生成譜迭代重建開(kāi)始圖像。所述方法還包括利用譜迭代重建算法和所述譜迭代重建開(kāi)始圖像根據(jù)所述非譜投影數(shù)據(jù)來(lái)重建針對(duì)所述感興趣基材料的電子格式的譜圖像。

在又一方面中，一種成像系統(tǒng)，包括：探測(cè)器陣列，其接收貫穿檢查區(qū)域的輻射，并且生成指示所述檢查區(qū)域的非譜投影數(shù)據(jù)；以及計(jì)算系統(tǒng)。所述計(jì)算系統(tǒng)包括重建處理器，所述重建處理器被配置為運(yùn)行計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令令所述重建處理器以電子格式接收非譜投影數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)可讀指令還令所述重建處理器重建所述非譜投影數(shù)據(jù)以生成非譜圖像。所述計(jì)算機(jī)可讀指令還包括令所述重建處理器從非譜體素值到譜體素值映射圖的集合中檢索針對(duì)感興趣基材料的非譜體素值到譜體素值映射圖。所述計(jì)算機(jī)可讀指令還令所述重建處理器基于所述非譜圖像和所述非譜體素值到譜體素值映射圖來(lái)生成譜迭代重建開(kāi)始圖像。所述計(jì)算機(jī)可讀指令還令所述重建處理器利用譜迭代重建算法和所述譜迭代重建開(kāi)始圖像根據(jù)所述非譜投影數(shù)據(jù)來(lái)重建針對(duì)所述感興趣基材料的電子格式的譜圖像。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明可以采取各種部件和各種部件的布置，以及各個(gè)步驟和各個(gè)步驟的安排的形式。附圖僅是出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1示意性圖示了具有重建處理器的范例成像系統(tǒng)，所述重建處理器根據(jù)非譜圖像和非譜值與譜值之間的映射來(lái)生成譜ir開(kāi)始圖像。

圖2示意性圖示了重建處理器的范例。

圖3圖示了根據(jù)非譜圖像和非譜值與譜值之間的映射來(lái)生成針對(duì)譜圖像ir的譜ir開(kāi)始圖像的方法。

具體實(shí)施方式

圖1圖示了范例成像系統(tǒng)100，例如，計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)系統(tǒng)。成像系統(tǒng)100包括固定機(jī)架102和由固定機(jī)架102能旋轉(zhuǎn)支撐的旋轉(zhuǎn)機(jī)架104。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104關(guān)于縱軸或z軸(“z”)圍繞檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)。成像系統(tǒng)100還包括輻射源110，例如，x射線管，其由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104能旋轉(zhuǎn)地支撐，隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)架104旋轉(zhuǎn)，并且發(fā)射貫穿檢查區(qū)域106的x射線輻射。

成像系統(tǒng)100還包括探測(cè)器陣列112，所述探測(cè)器陣列112相對(duì)于輻射源110以角弧度與檢查區(qū)域106相對(duì)。探測(cè)器陣列112探測(cè)貫穿檢查區(qū)域106的輻射并生成指示所述輻射的非譜投影數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器陣列112包括至少具有上層和下層的多層探測(cè)器陣列。在該實(shí)例中，所述非譜投影數(shù)據(jù)包括來(lái)自所述上層的數(shù)據(jù)、來(lái)自所述下層的數(shù)據(jù)、來(lái)自所述上層和所述下層的所述數(shù)據(jù)的組合等。多層探測(cè)器的范例包括雙層探測(cè)器，例如在于2006年4月10日提交的標(biāo)題為“doubledeckerdetectorforspectralct”的美國(guó)專利7968853b2中所描述的雙層探測(cè)器，在此通過(guò)引用將其整體并入本文。在另一實(shí)施例中，探測(cè)器陣列112包括直接轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)探測(cè)器像素。利用這樣的像素，所生成的信號(hào)將包括具有指示探測(cè)到的光子的能量的峰值幅度或峰值高度的電流或電壓。所述直接轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)探測(cè)器像素可以包括任何合適的直接轉(zhuǎn)換材料，例如，cdte、cdznte、si、ge、gaas或其他直接轉(zhuǎn)換材料。

成像系統(tǒng)100還包括重建處理器114，所述重建處理器114接收來(lái)自探測(cè)器陣列112和/或其他設(shè)備(例如，其他成像系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備等)的電子格式的非譜投影數(shù)據(jù)。重建處理器114還接收掃描參數(shù)(例如，管電壓、濾子(filtration)等)和/或被掃描的目標(biāo)或?qū)ο蟮奶卣?例如，大小，感興趣區(qū)域等)。這樣的信息能夠從電子文件中的域、成像協(xié)議、用戶輸入等獲得。重建處理器114處理所述非譜投影數(shù)據(jù)，并且重建譜圖像，所述譜圖像例如為以下中的一種或多種：光電圖像、康普頓散射圖像、碘圖像、虛擬非對(duì)比圖像、骨骼圖像、軟組織圖像，和/或其他基材料圖像。如在本文中所利用的，術(shù)語(yǔ)“圖像”包括二維圖像和三維體積圖像數(shù)據(jù)。

如在下文詳細(xì)描述的，在一個(gè)非限制性實(shí)例中，重建處理器114針對(duì)具體基材料從利用所述非譜投影數(shù)據(jù)生成的非譜圖像導(dǎo)出譜ir開(kāi)始圖像，并且以所述譜ir開(kāi)始圖像開(kāi)始譜圖像ir。針對(duì)兩種或更多種基材料，重建處理器114導(dǎo)出針對(duì)每種基材料的譜ir開(kāi)始圖像。以所述譜ir開(kāi)始圖像開(kāi)始所述譜圖像ir允許相對(duì)于利用另一開(kāi)始圖像(例如，全零)的配置降低重建時(shí)間，這是因?yàn)樗鲎Vir開(kāi)始圖像將更接近最終譜圖像。亦即，所述譜ir開(kāi)始圖像將已經(jīng)包含邊緣，并且通常要求許多次迭代的高頻分量以及要求較少次迭代的低頻分量將通過(guò)迭代過(guò)程來(lái)更新。

該圖示的重建處理器114是計(jì)算系統(tǒng)16的一部分，并且經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)處理器(例如，中央處理單元(cpu)、微處理器等)來(lái)實(shí)施。(一個(gè)或多個(gè))處理器運(yùn)行被嵌入在或被編碼在計(jì)算系統(tǒng)116的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的一條或多條計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)不包括瞬態(tài)介質(zhì)而包括物理存儲(chǔ)器和/或其他非瞬態(tài)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令還能夠由諸如載波、信號(hào)和/或其他瞬態(tài)介質(zhì)的瞬態(tài)介質(zhì)來(lái)承載。

成像系統(tǒng)100還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)118，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)118存儲(chǔ)成像系統(tǒng)100和/或其他成像系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)和/或重建圖像。所圖示的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)118是成像系統(tǒng)100的一部分，例如，成像系統(tǒng)100的物理存儲(chǔ)器。在另一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)118是與成像系統(tǒng)100分離的，例如，圖片存檔及通信系統(tǒng)(pacs)、放射學(xué)信息系統(tǒng)(ris)、醫(yī)院信息系統(tǒng)(his)、電子病例(emr)、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器，和/或其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)的一部分。

成像系統(tǒng)100還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)充當(dāng)操作者控制臺(tái)120，所述操作者控制臺(tái)具有人類可讀輸出設(shè)備(例如，監(jiān)測(cè)器)和輸入設(shè)備(例如，鍵盤、鼠標(biāo)等)。駐留在控制臺(tái)120上的軟件允許操作者經(jīng)由圖形用戶接口(gui)或者以其他方式與掃描器100交互和/或操作掃描器100。例如，控制臺(tái)120允許操作者選擇掃描協(xié)議、譜圖像ir算法和/或非譜圖像重建算法、初始掃描等。

成像系統(tǒng)100還包括諸如臥榻的對(duì)象支撐物122，所述對(duì)象支撐物122在檢查區(qū)域106中支撐人類或動(dòng)物對(duì)象或目標(biāo)。對(duì)象支撐物122能與掃描協(xié)調(diào)一致地移動(dòng)，使得在掃描之前、期間和/或之后并且為了裝填和/或卸載所述對(duì)象或目標(biāo)而相對(duì)于檢查區(qū)域106引導(dǎo)人類或動(dòng)物對(duì)象或目標(biāo)。

圖2示意性圖示了重建處理器114的范例。重建處理器114接收非譜投影數(shù)據(jù)作為輸入。根據(jù)以上內(nèi)容，這樣的信息能夠從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)118和/或成像系統(tǒng)(例如，成像系統(tǒng)100和/或其他成像系統(tǒng))獲得。重建處理器114還接收掃描參數(shù)(例如，管電壓、濾子等)和/或被掃描的目標(biāo)或?qū)ο蟮奶卣?例如，大小，感興趣區(qū)域等)作為輸入。根據(jù)以上內(nèi)容，這樣的信息能夠從電子文件、成像協(xié)議、用戶輸入等獲得。

重建處理器114包括非譜圖像重建器202，所述非譜圖像重建器202利用非譜圖像重建算法204來(lái)重建所接收的非譜投影數(shù)據(jù)，并且生成(一幅或多幅)非譜圖像。重建處理器114還包括一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206，每個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖包括非譜圖像的體素與譜圖像的體素之間的映射。在一個(gè)實(shí)例中，所述一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206被包括在一個(gè)或多個(gè)查找表(lut)中。例如，所述非譜圖像的體素值和所述譜圖像的體素值可以按對(duì)或者以其他方式來(lái)分組。在另一實(shí)例中，所述一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)多項(xiàng)式中和/或以其他方式來(lái)存儲(chǔ)。

能夠通過(guò)以下操作針對(duì)基材料來(lái)生成映射圖206中的映射圖：針對(duì)具有相似掃描參數(shù)(例如，管電壓、濾子等)的采集并且針對(duì)相似大小和/或區(qū)域的目標(biāo)或?qū)ο螅》亲V圖像的訓(xùn)練集合和基材料圖像的訓(xùn)練集合；并且針對(duì)每個(gè)非譜圖像體素值計(jì)算針對(duì)所述基材料(例如，康普頓散射、光電、碘、虛擬非對(duì)比、骨骼、軟組織等)值的平均基材料圖像。例如，針對(duì)訓(xùn)練非譜圖像的集合中的具有v±t(其中，v例如是以亨氏單位為單位的，并且t是容限并且考慮噪聲)的值的所有體素(或其子集)，在訓(xùn)練基材料圖像的集合中的相同體素(即，相同的x、y、z坐標(biāo))的值被平均，并且針對(duì)所述基材料的所述映射圖利用值v±t和對(duì)應(yīng)的平均基材料體素值來(lái)填充。

具有相似掃描參數(shù)的非譜圖像的訓(xùn)練集合和基材料圖像的訓(xùn)練集合能夠用于相同的目標(biāo)或?qū)ο蠛?或不同但相似的目標(biāo)或?qū)ο?例如，大小、幾何形狀等相似)。這包括對(duì)應(yīng)于所輸入的非譜投影數(shù)據(jù)的相同目標(biāo)或?qū)ο蠛?或不同但相似的目標(biāo)或?qū)ο蟆Ｄ軌蚴褂玫亟ê?或非迭代重建來(lái)生成非譜圖像的訓(xùn)練集合和/或基材料圖像的訓(xùn)練集合。所述一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206能夠在工廠和/或在終端用戶設(shè)施處的組裝、測(cè)試和校準(zhǔn)期間生成。所述一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206能夠被存儲(chǔ)在成像系統(tǒng)100的本地存儲(chǔ)器中和/或遠(yuǎn)離成像系統(tǒng)100但能由成像系統(tǒng)100經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和/或以其他方式訪問(wèn)的存儲(chǔ)器中。

重建處理器114還包括譜ir開(kāi)始圖像生成器208，所述ir開(kāi)始圖像生成器208基于從一個(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206和所重建的非譜圖像來(lái)生成譜ir開(kāi)始圖像。針對(duì)所述映射圖，映射圖選擇器210基于所輸入的掃描參數(shù)和/或目標(biāo)或?qū)ο筇卣鲝乃鲆粋€(gè)或多個(gè)非譜體素值到譜體素值映射圖206中選擇映射圖206。在個(gè)體映射圖206被組合成單個(gè)映射圖206的情況下，選擇單個(gè)映射圖206。所述譜ir開(kāi)始圖像生成器208然后檢索在所選擇的映射圖206中對(duì)應(yīng)于在所述非譜圖像中的非譜值的譜值。在所選擇的映射圖206不包括針對(duì)非譜值的精確匹配的情況下，所述譜ir開(kāi)始圖像生成器208選擇最接近的值，在相鄰值之間進(jìn)行插值等。

重建處理器114還包括譜圖像重建器212，所述譜圖像重建器212使用所述譜ir開(kāi)始圖像作為初始圖像，利用譜圖像ir算法214根據(jù)所述非譜投影數(shù)據(jù)來(lái)迭代地重建譜圖像。重建處理器114能夠使用一幅或多幅基材料特異性ir開(kāi)始圖像來(lái)生成針對(duì)一種或多種基材料的一幅或多幅譜圖像，以迭代地重建所述一幅或多幅譜圖像。再次地，基材料的范例包括，但不限于，光電圖像、康普頓散射圖像、碘圖像、虛擬非對(duì)比圖像、骨骼圖像、軟組織圖像，和/或其他基材料圖像。

利用在本文中描述的方法，初始ir圖像(即，譜ir開(kāi)始圖像)包含非譜圖像的邊緣和高頻分量。正因如此，初始譜圖像更接近最終譜圖像。一般而言，邊緣和高頻分量要求許多次迭代，而低頻分量要求較少次迭代。結(jié)果，在本文中描述的方法將要求較少次迭代，并且因此相對(duì)于使用不同開(kāi)始圖像(例如，全零)的配置要求較少的重建時(shí)間。

圖3圖示了根據(jù)在本文中描述的實(shí)施例的方法。

應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，以下動(dòng)作的排序是出于解釋的目的而非限制。正因如此，在本文中也設(shè)想到了其他排序。另外，可以省略所述動(dòng)作中的一個(gè)或多個(gè)和/或可以包括一個(gè)或多個(gè)其他動(dòng)作。

在302處，執(zhí)行對(duì)目標(biāo)或?qū)ο蟮姆亲V掃描，產(chǎn)生所述對(duì)象或目標(biāo)的非譜投影數(shù)據(jù)。

在304處，重建所述非譜投影數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一幅或多幅非譜圖像。

在306處，獲得非譜掃描的掃描參數(shù)。如在本文中所描述的，這樣的參數(shù)包括x射線管電壓、濾子，和/或其他參數(shù)，這些參數(shù)能夠從數(shù)據(jù)文件、成像協(xié)議中獲得和/或以其他方式獲得。

在308處，獲得掃描目標(biāo)或掃描對(duì)象的特征。如在本文中所描述的，這樣的信息能夠從電子文件、成像協(xié)議中獲得和/或以其他方式獲得。在變體中，該動(dòng)作被忽略。

在310處，獲得針對(duì)感興趣基材料并且對(duì)應(yīng)于掃描參數(shù)和目標(biāo)或?qū)ο筇卣鞯姆亲V體素值到譜體素值映射圖。在存在超過(guò)一個(gè)感興趣基材料的情況下，針對(duì)每種基材料獲得非譜體素值到譜體素值映射圖。

在312處，如在本文中所描述的和/或以其他方式，基于非譜圖像和非譜體素值到譜體素值映射圖來(lái)生成針對(duì)基材料的譜ir開(kāi)始圖像。

在314處，利用譜ir算法、非譜投影數(shù)據(jù)和譜ir開(kāi)始圖像來(lái)重建針對(duì)基材料的譜圖像。在于2014年7月4日提交的并且標(biāo)題為“hybrid(spectral/non-spectral)imagingdetectorarrayandcorrespondingprocessingelectronics”的序列號(hào)為pct/ib2014/062846的申請(qǐng)中(在此通過(guò)引用將其整體并入本文)以及在long等人的“multi-materialdecompositionusingstatisticalimagereconstructionforspectralct”(ieeetransactiononmedicalimaging，第33卷，第8號(hào)，第1614-1626頁(yè)，2014年8月)中描述了譜ir算法的范例。

在本文中論述的方法的至少部分可以通過(guò)被編碼或被嵌入在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(其不包括瞬態(tài)介質(zhì))上的計(jì)算機(jī)可讀指令來(lái)實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)可讀指令當(dāng)由(一個(gè)或多個(gè))計(jì)算機(jī)處理器被運(yùn)行時(shí)令所述(一個(gè)或多個(gè))處理器執(zhí)行所描述的動(dòng)作。額外地或者備選地，所述計(jì)算機(jī)可讀指令中的至少一個(gè)由信號(hào)、載波或其他瞬態(tài)介質(zhì)所承載。

已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解前面的具體描述的情況下可以想到修改和替代。本文旨在將本發(fā)明解釋為包括所有這樣的修改和替代，只要它們落入權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)方案的范圍內(nèi)。