首页 / 专利库 / 信号处理 / 脉冲畸变 / 成像方法、装置及图像处理设备

成像方法、装置及图像处理设备

阅读:1021发布:2020-05-12

专利汇可以提供成像方法、装置及图像处理设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 申请 提供一种成像方法、装置及 图像处理 设备。所述方法应用于 光子 计数型计算机 断层 扫描系统,所述方法包括:在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列,利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、 能量 分辨率 模型、脉冲堆叠模型,从而消除了光子计数探测器存在的电荷共享、能谱分辨率和脉冲堆叠中的至少一种现象对物质分布参数的大小产生的影响,保证了所得的物质分布参数的准确性,根据目标物质分布参数进行成像,消除了能谱畸变和计数损失导致的伪影,提高了成像 质量 。,下面是成像方法、装置及图像处理设备专利的具体信息内容。

1.一种成像方法,其特征在于,应用于光子计数型计算机断层扫描系统,所述方法包括:
在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
根据所述目标物质分布参数进行成像。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述光子计数模中设有物质分布参数;
所述利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,包括:
调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出的理论光子计数序列与所述实测计数序列之间的差异最小时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述光子计数模块中设有物质分布参数;
所述利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,包括:
调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出所述实测计数序列的概率最高时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,所述光子计数模型的构建模型包括:所述电荷共享模型、所述能量分辨率模型和所述脉冲堆叠模型;所述系统还包括所述光子计数探测器的入射射线能谱模型,所述入射射线能谱模型中包括所述物质分布参数;
所述电荷共享模型基于所述入射射线能谱模型输出的第一结果,输出第二结果;
所述能量分辨率模型基于所述电荷共享模型输出的所述第二结果,输出第三结果;
所述脉冲堆叠模型基于所述能量分辨率模型输出的所述第三结果,输出第四结果;
所述光子计数模型基于所述脉冲堆叠模型输出的所述第四结果,输出光子计数结果。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述入射射线能谱模型为:
其中,Sij(E0)为入射射线能谱;S0(E0)为对应于曝光电压、曝光电流、曝光时间的球管发射能谱;i为扫描视编号;j为探测器像素单元的编号;Sii(E0)为第i扫描视角下射入第j探测器像素单元的射线的入射射线能谱;μf(E0)为形状过滤器的衰减系数曲线;Lij为第i扫描视角下射向第j探测器像素单元的射线穿过形状过滤器的长度即衰减长度;l为体素编号;
aijl为第i扫描视角下射向第j探测器像素单元的射线穿过第l体素的长度即衰减长度;μl(E0)为第l体素的物质分布参数;N为划分所述被扫描物体后得到的体素的数量;
所述电荷共享模型为:
其中,SCS(E1)为电荷共享畸变能谱; 为Sij(E0)与SCS(E1)之间的映射关系;RCS(E1|E0)为电荷共享能谱响应函数;
所述能量分辨率模型为:
其中,SER(E2)为能量分辨能谱; 为SCS(E1)和SER(E2)之间的映射关系;RER(E2|E1)为能量分辨能谱响应函数;
所述脉冲堆叠模型为:
其中,SPP(E3)为脉冲堆叠畸变能谱; 为SER(E2)和SPP(E3)之间的映射关系;N0为第i扫描视角下的入射光子总数量;DLR为计数损失率;m为脉冲堆叠的阶数;M为第i扫描视角下脉冲堆叠的最大阶数;P(m)为第i扫描视角下,被计数的事件是m阶脉冲堆叠的概率;Ω(E3|m,SER(E2))为m阶脉冲堆叠谱密度函数;
所述光子计数模型为:
其中, 为第i扫描视角下第j探测器像素单元记录的计数能谱; 为SPP(E3)和之间的映射关系;Nijk为第i扫描视角下第j探测器像素单元检测到的位于Ek至Ek+1能量段内的光子数量;k为能量段的编号;Ek为能量段k的能量下限值;Ek+1为能量段k的能量上限值。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述物质分布参数包括体素衰减系数,或者,所述物质分布参数包括:体素组织成分的质量密度。
7.一种成像装置,其特征在于,应用于光子计数型计算机断层扫描系统,所述装置包括:
获取模块,被配置为在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
确定模块,被配置为利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
成像模块,被配置为根据所述目标物质分布参数进行成像。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述光子计数模块中设有物质分布参数;
所述确定模块,被配置为调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出的理论光子计数序列与所述实测计数序列之间的差异最小时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述光子计数模块中设有物质分布参数;
所述确定模块,被配置为调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出所述实测计数序列的概率最高时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
10.一种图像处理设备,其特征在于,包括:内部总线,以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口;其中,
所述外部接口,用于在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
所述存储器,用于存储成像对应的机器可读指令;
所述处理器,用于读取所述存储器上的所述机器可读指令,并执行所述指令实现如下操作:
利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
根据所述目标物质分布参数进行成像。

说明书全文

成像方法、装置及图像处理设备

技术领域

[0001] 本申请涉及医学成像技术领域,尤其涉及成像方法、装置及图像处理设备。

背景技术

[0002] CT设备一般包括X射线源(如球管)和探测器等主要部件,X射线源发出X射线,X射线经过物体衰减后被探测器接收并转换成计算机能识别的信号,供图像重建使用。
[0003] 目前,根据物理机制和输出信号采集方式的不同,探测器主要分为能量积分型探测器和光子计数探测器两大类。能量积分型探测器通过采集X光子束的总能量积分信号来实现X射线信息的探测,不具有能谱分辨的能。光子计数探测器将入射光子的能量信息转换成脉冲信号,通过脉冲高度来识别入射光子的能量,具有能量分辨的优势,通过能谱分区间计数,实现不同能量段的能谱成像。由于不同组织或材料对同一能量的光子的衰减系数不同,因此通过光子计数进行能谱成像可以反映更多被扫描物体或人体组织的细节信息。
[0004] 然而,光子计数探测器本身存在不足,基于光子计数探测器的结构和工作原理,使得光子计数探测器在实际扫描过程中所记录的能谱和实际入射的能谱之间存在偏差,导致探测器所记录的光子数量与实际入射的光子数量存在偏差,从而影响成像质量发明内容
[0005] 为克服相关技术中存在的问题,本申请提供了一种成像方法、装置及图像处理设备,以提高成像质量。
[0006] 第一方面,提供一种成像方法,应用于光子计数型计算机断层扫描系统,所述方法包括:
[0007] 在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
[0008] 利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
[0009] 根据所述目标物质分布参数进行成像。
[0010] 第二方面,提供一种成像装置,应用于光子计数型计算机断层扫描系统,所述装置包括:
[0011] 获取模,被配置为在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
[0012] 确定模块,被配置为利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
[0013] 成像模块,被配置为根据所述目标物质分布参数进行成像。
[0014] 第三方面,提供一种图像处理设备,包括:内部总线,以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口;其中,
[0015] 所述外部接口,用于在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
[0016] 所述存储器,用于存储成像对应的机器可读指令;
[0017] 所述处理器,用于读取所述存储器上的所述机器可读指令,并执行所述指令实现如下操作:
[0018] 利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
[0019] 根据所述目标物质分布参数进行成像。
[0020] 本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
[0021] 本申请实施例中,预先建立了光子计数模型,光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型,在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列,利用光子计数模型和实测光子计数序列,确定被扫描物体的目标物质分布参数,从而消除了光子计数探测器存在的电荷共享、能谱分辨率和脉冲堆叠中的至少一种现象对物质分布参数的大小产生的影响,保证了所得的物质分布参数的准确性,根据目标物质分布参数进行成像,消除了能谱畸变和计数损失导致的伪影,提高了成像质量。
[0022] 应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。附图说明
[0023] 此处的附图被并入说明书中并构成本申请的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0024] 图1是本申请一示例性实施例示出的一种成像方法的流程图
[0025] 图2是本申请一示例性实施例示出的一种成像装置的示意图;
[0026] 图3是本申请一示例性实施例示出的一种图像处理设备的示意图。

具体实施方式

[0027] 这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0028] 本申请提供了一种成像方法,应用于光子计数型计算机断层扫描系统(下面简称为系统),系统安装有光子计数探测器。
[0029] 下面结合说明书附图,对本申请实施例进行详细描述。
[0030] 图1是本申请一示例性实施例示出的一种成像方法的流程图,该实施例可以包括以下步骤:
[0031] 在步骤101中,在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列。
[0032] 系统安装有光子计数探测器,光子计数探测器由多个小方格构成,每个小方格具有独立收集信号和计数的功能,每个小方格称为一个探测器像素单元,每个探测器像素单元设有多个计数器,一个计数器用于对一个能量段内的光子进行计数。例如,每个探测器像素单元设有k个计数器,通过k个计数器对k个能量段的光子进行计数。
[0033] 在扫描过程中,系统中机架发生旋转,机架带动X射线源和光子计数探测器旋转,光子计数探测器在每个扫描视下对光子进行计数,具体地,每个探测器像素单元上的每个计数器对相应能量段的光子进行计数,在扫描结束后,光子计数探测器输出实测光子计数序列。实测光子计数序列为各扫描视角下得到的光子计数的集合。
[0034] 扫描视角的确定方式有多种,例如,可以确定机架每旋转预设角度后的视角为扫描视角,或者,可以确定机架每旋转预设时长后的视角为扫描视角。
[0035] 在步骤102中,利用光子计数模型和实测光子计数序列,确定被扫描物体的目标物质分布参数,光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型。
[0036] 电荷共享是由于入射光子与光子计数探测器发生作用产生载流子之后,部分电荷被相邻探测器像素单元探测到,从而导致单个入射光子分别在不同探测器像素单元产生计数的现象。电荷共享主要引起能谱红移。
[0037] 能量分辨率体现光子计数探测器准确分辨入射光子能量的能力,对于实际的光子计数探测器,即使每次在同一像素入射相同能量的光子,每次能量甄别的结果却不是一个固定值,而是在一定范围内浮动。能量分辨率主要引起能谱展宽。
[0038] 脉冲堆叠是指当先后入射到探测器像素单元的入射光子的时间间隔小于死区时间时,光子计数探测器无法分辨出每个入射光子,相邻入射的入射光子产生的脉冲信号会发生叠加,共同产生一个计数。脉冲堆叠主要引起能谱畸变(以能谱蓝移为主)以及计数损失。
[0039] 本申请实施例预先建立光子计数模型,光子计数模型反映了光子计数和物质分布参数之间的映射关系,物质分布参数为待求参数,是系统成像的依据。
[0040] 光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型,其中,电荷共享模型是基于电荷共享机理建立的模型,能量分辨率模型是基于能量分辨机理建立的模型,脉冲堆叠模型是基于脉冲堆叠机理建立的模型。
[0041] 例如,光子计数模型可以通过电荷共享模型、能量分辨率模型和脉冲堆叠模型构建,可以通过上述两个模型构建,可以通过上述一个模型构建,如通过电荷共享模型构建等,可以根据需要进行设置。
[0042] 系统按照光子计数模型确定的理论光子计数序列和实测光子计数序列相等或相近的原则,对光子计数模型中的物质分布参数进行优化,确定出最优的目标物质分布参数。
[0043] 物质分布参数的优化方法有多种,例如,光子计数模块中设有物质分布参数,系统可以采用最小二乘法,调整光子计数模型中物质分布参数的大小,当光子计数模型根据调整后的物质分布参数计算出的理论光子计数序列与实测计数序列之间的差异最小时,确定调整后的物质分布参数为目标物质分布参数;又如,系统可以采用最大似然估计法,调整光子计数模型中物质分布参数的大小,当光子计数模型根据调整后的物质分布参数计算出实测计数序列的概率最高时,确定调整后的物质分布参数为目标物质分布参数。本申请实施例仅是对物质分布参数的优化方法进行举例,并不限定,凡是适用本申请的优化方法均可。
[0044] 适用的物质分布参数有多种,例如,物质分布参数可以为体素衰减系数,体素是对被扫描物体进行空间划分后得到的单位体,体素衰减系数反映体素对射线的强度的衰减能力。
[0045] 又如,体素衰减系数等于各体素组织成分的衰减系数的线性加和,可以表示为各体素组织成分的衰减系数与质量密度的乘积的加和,其中,各体素组织成分的衰减系数是已知的,质量密度是未知的。例如,若人体在扫描之前注射了造影剂,人体体素组织包括、造影剂等体素组织成分,体素衰减系数=水的衰减系数×水的质量密度+钙的衰减系数×钙的质量密度+造影剂的衰减系数×造影剂的质量密度+…。基于体素衰减系数的上述表达形式,物质分布参数可以为体素组织成分的质量密度。
[0046] 本申请实施例中,利用电荷共享模型、能量分辨率模型和脉冲堆叠模型中的至少一个模型构建光子计数模型,使得在依据光子计数模型和实测光子计数序列确定物质分布参数的过程中,消除了光子计数探测器存在的电荷共享、能谱分辨率和脉冲堆叠中的至少一种现象对物质分布参数的大小产生的影响,保证了所得的物质分布参数的准确性。
[0047] 在步骤103中,根据目标物质分布参数进行成像。
[0048] 系统在确定出目标物质分布参数后,根据目标物质分布参数进行成像,从而提高了成像质量。
[0049] 通过下面示例,对本申请内容进行详细介绍。
[0050] 本示例包括以下部分:光子计数模型的构建、光子计数探测器的性能参数测量和光子计数模型的应用。
[0051] 一、光子计数模型的构建。
[0052] 本示例中,光子计数模型的构建模型包括:电荷共享模型、能量分辨率模型和脉冲堆叠模型。系统还包括光子计数探测器的入射射线能谱模型,入射射线能谱模型中包括物质分布参数。
[0053] 电荷共享模型基于入射射线能谱模型输出的第一结果,输出第二结果;能量分辨率模型基于电荷共享模型输出的第二结果,输出第三结果;脉冲堆叠模型基于能量分辨率模型输出的第三结果,输出第四结果;光子计数模型基于脉冲堆叠模型输出的第四结果,输出光子计数结果。
[0054] 入射射线能谱模型可以通过以下方式构建:
[0055] 系统包括X射线源、形状过滤器和光子计数探测器,在扫描过程中,X射线源发出的X射线先发射至形状过滤器,经形状过滤器过滤后射向被扫描物体,经过被扫描物体后射向光子计数探测器。
[0056] X射线的衰减过程包括两部分,一部分是在形状过滤器中的衰减,另一部分是在被扫描物体中的衰减,每个扫描视角下每个探测器像素单元接收到的入射射线能谱可以表达为:
[0057]
[0058] 其中,S(E)为入射射线能谱;S0(E)为对应于曝光电压、曝光电流、曝光时间的球管发射能谱;为空间位置,E为入射光子能量; 为物质的衰减系数与 E的关系。
[0059] 不同管电压下球管发射能谱形状不同,需要在低管电流下(保证脉冲堆叠比例足够低),通过空扫和阈值遍历的方法来测出球管发射能谱,通过归一化得到能谱分布函数和发射光子数的估计。在实际扫描时,球管发射能谱可以通过下面形式表达:
[0060] S0(E)=k(U)·I·T·ΩU(E)   (2)
[0061] 其中,k(U)为和管电压有关的常数,需要在每个管电压下分别测量;I为管电流;T为曝光时间;ΩU(E)为发射能谱分布函数。
[0062] 由于形状过滤器的材料、几何形状和尺寸均已知,因此形状过滤器的衰减系数的空间分布已知,需要求解的是被扫描物体的衰减系数的空间分布。假设空间中每个体素、每个能量段对应一个体素衰减系数,则有:
[0063]
[0064] 其中,l为空间中体素的编号,与空间位置相对应;μl(E)为体素l的衰减系数;k为能量段的编号;Ek为能量段k的能量下限值;Ek+1为能量段k的能量上限值;K为能量段的最大编号;(Ek,Ek+1]为第k个能量段对应的阈值区间,μlk为入射光子能量位于(Ek,Ek+1]内时体素l的衰减系数;当入射光子的能量落在(Ek,Ek+1]内时, 等于一,当入射光子的能量未落在(Ek,Ek+1]内时, 等于零。
[0065] 根据(1)式和(2)式,可以得到下面的入射射线能谱模型:
[0066]
[0067] 其中,Sij(E0)为入射射线能谱;S0(E0)为对应于曝光电压、曝光电流、曝光时间的球管发射能谱;E0为入射光子的真实能量;i为扫描视角的编号;j为探测器像素单元的编号;Sij(E0)为第i扫描视角下射入第j探测器像素单元的射线的入射射线能谱;Lij为第i扫描视角下射向第j探测器像素单元的射线穿过形状过滤器的长度即衰减长度;μf(E0)为形状过滤器的衰减系数曲线;l为体素的编号;aijl为第i扫描视角下射向第j探测器像素单元的射线穿过体素l的长度即衰减长度;μl(E0)为体素l的体素衰减系数;N为划分被扫描物体后得到的体素的数量。
[0068] 在构建出入射射线模型后,可以根据入射射线模型构建电荷共享模型,电荷共享模型为:
[0069]
[0070] 其中,SCS(E1)为电荷共享畸变能谱;E1为电荷共享作用下识别的光子的能量;为Sij(E0)与SCS(E1)之间的映射关系;RCS(E1|E0)为电荷共享能谱响应函数。∞代表球管发射的光子的最大能量。
[0071] 在构建出电荷共享模型后,可以根据电荷共享模型构建能量分辨率模型,能量分辨率模型为:
[0072]
[0073] 其中,SER(E2)为能量分辨能谱;E2为能量分辨率作用下识别的光子的能量; 为SCS(E1)和SER(E2)之间的映射关系;RER(E2|E1)为能量分辨能谱响应函数。
[0074] 在构建出能量分辨率模型后,可以根据能量分辨率模型构建脉冲堆叠模型,脉冲堆叠模型为:
[0075]
[0076] 其中,SPP(E3)为脉冲堆叠畸变能谱;E3为脉冲堆叠作用下识别的光子的能量;为SER(E2)和SPP(E3)之间的映射关系;N0为第i扫描视角下的入射光子总数量;DLR为计数损失率;m为脉冲堆叠的阶数;M为第i扫描视角下脉冲堆叠的最大阶数;P(m)为第i扫描视角下,被计数的事件是m阶脉冲堆叠的概率;Ω(E3|m,SER(E2))为m阶脉冲堆叠谱密度函数。计数损失率DLR可以根据探测器类型由光子计数率估计得到。
[0077] 在构建出脉冲堆叠模型后,可以根据脉冲堆叠模型确定第i扫描视角下第j探测器像素单元记录的计数能谱 计数能谱 为:
[0078]
[0079] 在确定出计数能谱 后,根据计数能谱 构建光子计数模型,光子计数模型为:
[0080]
[0081] 其中,Nijk为第i扫描视角下第j探测器像素单元检测到的位于Ek至Ek+1能量段内的光子数量; 为第i扫描视角下第j探测器像素单元记录的计数能谱;k为能量段的编号;Ek为能量段k的能量下限值;Ek+1为能量段k的能量上限值。
[0082] 通过上述(1)式至(9)式,基于电荷共享模型、能量分辨率模型和脉冲堆叠模型构建出光子计数模型。
[0083] 在光子计数探测器的实际探测过程,电荷共享、能量分辨率和脉冲堆叠等物理作用具有一定的耦合性,但在本申请实施例提供的光子计数模型中,假设这几个部分相互独立且连续作用在能谱上,通过模型复合产生综合效果,对物质分布参数进行修正。
[0084] 需要说明的是,当上述公式中,体素衰减系数以各体素组织成分的衰减系数和质量密度进行表示时,系统确定出各体素组织成分的目标质量密度,依据目标质量密度进行成像。
[0085] 二、光子计数探测器的性能参数测量。
[0086] 光子计数模型中涉及若干个参数,需要通过实验测量或根据相关物理性能参数计算得到,故需要对相关参数进行测量。例如,电荷共享模型依赖的性能参数包括像素大小、外加电场强度、半导体输运特性等;能量分辨率模型中需要测量的是能量分辨率,结合能量校正结果和阈值遍历扫描,得到光子计数能谱,通过对主峰进行高斯拟合可得到半峰全宽(Full Width At Half Maxima,简称FWHM);脉冲堆叠模型依赖的性能参数包括死区时间,对于光子计数探测器而言,死区时间一般是预先校正和配置好的。在构建光子计数模型时,需要对上述相关参数进行测量。
[0087] 三、光子计数模型的应用。
[0088] 在该光子计数模型的应用中,系统在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列Mijk,根据上述(9)式所示的光子计数模型和实测光子计数序列Mijk,确定出最优的目标体素衰减系数。
[0089] 例如,采用最小二乘法,基于下面表达式确定目标体素衰减系数:
[0090]
[0091] 其中,Nijk为光子计数模型确定的理论光子计数序列,Mijk为光子计数探测器输出的实际光子计数序列,Q为扫描视角的总数量;N为划分被扫描物体后得到的体素的数量;k为能量段的编号。
[0092] 基于(10)式,针对每个能量段,调整光子计数模型中体素衰减系数的大小,当光子计数模型根据调整后的体素衰减系数计算出的理论光子计数序列Nijk与实测计数序列Mijk之间的差异最小时,确定调整后的体素衰减系数为目标体素衰减系数,系统依据目标体素衰减系数进行成像。通过以上求解,可得到k幅图像,一个能量段对应一幅图像。
[0093] 系统通过构造最优化问题进行迭代求解,求解出最优的目标体素衰减系数,目标体素衰减系数相等或非常接近真实体素衰减系数,保证了所得的物质分布参数的准确性。
[0094] 除上述三个部分之外,本示例还包括:光子计数探测器的能量校正。
[0095] 每个探测器像素单元根据设定的标准能量段阈值,通过探测器像素单元上的计数器对相应能量段的入射光子进行计数,计数完成后,每个探测器像素单元均输出K个不同能量段的光子计数数据。
[0096] 探测器像素单元中设有寄存器,寄存器用于存储寄存器阈值,寄存器阈值本质上是能量段阈值,探测器像素单元依据寄存器存储的寄存器阈值,对光子进行分段计数。
[0097] 基于探测器像素单元的结构、使用寿命等因素,使得探测器像素单元的性能不同,针对同一信号的检测结果不同,在这种情况下,如果寄存器中存储标准能量段阈值,则会导致光子计数数据不准确。例如,标准能量段阈值为20keV和60keV,在探测器像素单元检测不准确的情况下,探测器像素单元根据20keV和60keV进行光子分段计数时,可能将能量为61keV的光子计数在内,导致光子计数数据偏大。
[0098] 为解决上述问题,预设一校正表,校正表中记录了各探测器像素单元的标准能量段阈值和寄存器阈值的对应关系,系统在每次扫描时根据标准能量段阈值,利用校正表完成每个探测器像素单元的寄存器阈值配置。探测器像素单元根据寄存器存储的寄存器阈值进行光子分段计数,实现对标准能量段阈值范围内的光子的计数。系统在寄存器阈值配置完成后,可以进行扫描操作。
[0099] 可以在使用探测器之前或者定期对校正表中的对应关系进行校正。以线性模型为例,预先设定的标准能量段阈值和寄存器阈值的对应关系如下:
[0100] E=G·THR+b   (11)
[0101] 其中,E为标准能量段阈值;THR为寄存器阈值;G为增益;b为偏置。G和b是需要通过校正得到的常数。由于探测器像素单元之间的差异性,每个探测器像素单元的G和b是不同的,需要分别完成校正,得到校正表。
[0102] 校正方法可以采用放射性同位素或者借助物质的k-edge特性等进行能量的识别。以放射性同位素校正方法为例,包括以下步骤:
[0103] 步骤a、以放射性同位素A(已知峰值能量EA)作为射线源,并将寄存器阈值设置为最低(记为THR[0]),持续采集Δt时间内的信号,得到总光子计数NA[0]。
[0104] 步骤b、以ΔTHR为阈值步长,逐步增大寄存器阈值,重复步骤a,获得寄存器阈值THR[s]=THR[0]+s·ΔTHR对应的总光子计数NA[s](s=1~Z),其中,Z是测量步数。
[0105] 步骤c、以放射性同位素B(已知峰值能量EB)作为射线源,重复步骤a和步骤b,得到总光子计数NB[s](s=1~Z)。
[0106] 将总光子计数NA[s]和总光子计数NB[s]分别对寄存器阈值求差商,绘制差商-寄存器阈值曲线,并选取主峰段进行高斯拟合,分别得到峰值能量对应的寄存器阈值THRA和寄存器阈值THRB。
[0107] 将(THRA,EA)和(THRB,EB)上述(11)式中,求解出参数G和b,完成校正,得到G和b的校正表。该校正表中探测器像素单元之间的G和b不统一,存在差异。
[0108] 本示例仅是对电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型进行举例,并不限于给出的形式,仅对物质分布参数的形式和优化方法进行举例,并不做限制,可以采用任何适用的模型形式、参数形式和优化方法。
[0109] 本申请中,在图像重建的过程中结合了光子计数探测器物理过程的各个模型,从而消除能谱畸变和计数损失导致的伪影。本申请提供的方法可以应用于断层扫描、螺旋扫描等适用的扫描过程。
[0110] 光子计数模型直接与重要物理要素建立关联,可根据光子计数探测器的具体性能,通过参数调整和模型优化等手段改进光子计数模型。
[0111] 本申请提供的成像方法具有较强的兼容性,可与其他技术直接结合,从而优化最终成像质量。
[0112] 本申请提供的方法具有较强的可扩展性,可根据光子计数探测器的实际性能和物理作用特征,在光子计数模型中加入其他参数,消除其他不良影响。
[0113] 与前述成像方法相对应,本申请还提供了成像装置及图像处理设备的实施例。
[0114] 参见图2,是本申请一示例性实施例示出的一种成像装置的示意图,该装置应用于光子计数型计算机断层扫描系统,该装置包括:获取模块21、确定模块22和成像模块23;其中,
[0115] 所述获取模块21,被配置为在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
[0116] 所述确定模块22,被配置为利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
[0117] 所述成像模块23,被配置为根据所述目标物质分布参数进行成像。
[0118] 在一个可选的实施例中,所述光子计数模块中设有物质分布参数,在图2所示的成像装置的基础上,所述确定模块22,可以被配置为调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出的理论光子计数序列与所述实测计数序列之间的差异最小时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
[0119] 在一个可选的实施例中,所述光子计数模块中设有物质分布参数,在图2所示的成像装置的基础上,所述确定模块22,可以被配置为调整所述光子计数模型中所述物质分布参数的大小,当所述光子计数模型根据所述调整后的物质分布参数计算出所述实测计数序列的概率最高时,确定所述调整后的物质分布参数为所述目标物质分布参数。
[0120] 参见图3,是本申请一示例性实施例示出的一种图像处理设备的示意图,该设备可以包括:通过内部总线310连接的存储器320、处理器330和外部接口340。
[0121] 其中,外部接口340,用于在被扫描物体扫描结束后,获取光子计数探测器输出的实测光子计数序列;
[0122] 存储器320,用于存储成像对应的机器可读指令;
[0123] 处理器330,用于读取所述存储器320上的所述机器可读指令,并执行所述指令以实现如下操作:
[0124] 利用光子计数模型和所述实测光子计数序列,确定所述被扫描物体的目标物质分布参数,所述光子计数模型的构建模型包括以下至少一种:电荷共享模型、能量分辨率模型、脉冲堆叠模型;
[0125] 根据所述目标物质分布参数进行成像。
[0126] 在公开实施例中,计算机可读存储介质可以是多种形式,比如,在不同的例子中,所述机器可读存储介质可以是:RAM(Radom Access Memory,随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等),或者类似的存储介质,或者它们的组合。特殊的,所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质,这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如,光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理,然后可以被存储到计算机介质中。
[0127] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈