具有能量敏感探測的差分相位對比成像的制作方法
【專利摘要】為了校正差分相位圖像數(shù)據(jù)52，接收利用處于不同能量水平的輻射采集的差分相位圖像數(shù)據(jù)52，其中，所述差分相位圖像數(shù)據(jù)52包括像素60，每個像素60具有針對每個能量水平的相位梯度值62a、62b、62c。其后從所述像素60的所述相位梯度值62a、62b、62c以及針對所述相位梯度值62a、62b、62c的能量相關(guān)性的模型，來確定像素60的相位梯度值62a、62b、62c的能量相關(guān)行為和確定針對所述像素60的校正相位梯度值68。
【專利說明】具有能量敏感探測的差分相位對比成像
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及差分相位對比成像。具體而言，本發(fā)明涉及用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法、用于生成經(jīng)校正的差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法、計算機程序、計算機可讀介質(zhì)以及差分相位成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線輻射攝影和斷層攝影是用于多種應(yīng)用的重要方法，例如對大件樣品的非破壞性探查、對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測以及對患者身體內(nèi)部的感興趣解剖結(jié)構(gòu)及組織區(qū)域的無創(chuàng)檢查。
[0003]在諸如骨的高吸收性解剖結(jié)構(gòu)被嵌入在相對弱吸收性材料的組織中的地方，基于X射線的衰減的X射線成像可以產(chǎn)生優(yōu)異的結(jié)果。這是因為以下事實，即硬X射線束的穿透深度可以相當高，這允許記錄衰減系數(shù)的銳利投影。
[0004]當具有類似吸收橫截面的不同種類的組織經(jīng)受檢查時(例如在乳房攝影或血管造影中)，X射線吸收的對比度可能相對較差。在該情況中，可以采用相位對比X射線輻射攝影和斷層攝影，在其中檢查穿透所述感興趣對象的X射線的相位的改變。獲得相位對比信息的一種方法是如下文中所描述的所謂差分相位對比成像。
[0005]在差分相位對比X射線輻射攝影和斷層攝影中，可能發(fā)生相位纏繞。如果相位波前的梯度在每光柵周期[-H;H]的范圍以外，則所述梯度被纏繞到該區(qū)間內(nèi)。這種情形尤其可能出現(xiàn)在目標的邊緣處，例如由于空氣與組織之間折射率的大的跳躍。對于己針對目標大小已在Imm以下的相位柵極，所述相位纏繞可以在2 μ m的合理光柵節(jié)距的情況下而發(fā)生。尤其地，在差分相位對比X射線斷層攝影中，這可能導(dǎo)致在所重建的圖像中的強蓋帽偽影(capping artifact)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標是提供用差分相位對比X射線成像(尤其是斷層攝影)記錄的清楚和準確地圖示和表示所成像的感興趣對象的圖像。
[0007]該目標通過獨立權(quán)利要求的主題得以實現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求及以下描述，另外的示范性實施例是明顯的。
[0008]本發(fā)明的第一個方面涉及一種用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法。例如，所述方法可以被應(yīng)用于X射線相位對比成像，尤其是乳房攝影。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括以下步驟:接收利用處于不同能量水平的輻射采集的差分相位圖像數(shù)據(jù)，其中，所述差分相位圖像數(shù)據(jù)包括像素，每個像素具有針對每個能量水平的相位梯度值；確定像素的相位梯度值的能量相關(guān)行為；從所述像素的所述相位梯度值和針對所述相位梯度值的所述能量相關(guān)性的模型，確定針對所述像素的校正相位梯度值。用所述方法，通過使用能量敏感探測來在差分相位對比CT中進行相位解纏是可能的。可以逐個像素地，即局部地執(zhí)行所述方法。[0010]例如，利用針對所述相位梯度值的所述能量相關(guān)性的模型，可以從所述能量相關(guān)行為確定所述像素處的纏繞數(shù)。通過使用在不同能量水平(即不同波長的輻射)采集的所述差分相位圖像數(shù)據(jù)，可以確定所述纏繞數(shù)，即在所述相位的位置處完成將所述輻射的所述相位移動2π的次數(shù)。所述差分相位圖像數(shù)據(jù)的每個像素都與相位梯度值(例如至少三個值)相關(guān)聯(lián)，從所述相位梯度值可以確定所述相位處的所述相位梯度的所述能量相關(guān)行為。由于所述能量相關(guān)行為以所述纏繞數(shù)為特征，因此可以確定在所述像素處的所述纏繞數(shù)。利用所述纏繞數(shù)，可以確定選擇的參考能量處的校正的相位梯度值，并且可以從所述校正像素來生成校正的差分相位圖像數(shù)據(jù)。
[0011]以這種方式，可以從所述圖像數(shù)據(jù)中減少或消除所述探測過程期間所述圖像數(shù)據(jù)中基于相位纏繞的偽影。
[0012]本發(fā)明的另一方面是用于生成經(jīng)校正的差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括積分所述差分數(shù)據(jù)以獲得所述對象的平掃相位對比圖像(放射成像)或者與所述衰減對比圖像的方便圖像融合。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括以下步驟:生成不同能量水平的輻射；探測穿透感興趣對象的所生成的輻射；從所探測輻射采集或記錄差分相位圖像數(shù)據(jù)；以及執(zhí)行如在上文和下文中所描述的用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法的步驟。
[0015]本法的另外一方面涉及一種差分相位成像系統(tǒng)，例如CT系統(tǒng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述系統(tǒng)包括輻射源、探測器和控制器，其中，所述輻射源適于生成不同能量水平的輻射，其中，所述探測器適于探測被所述輻射穿透的感興趣對象的差分相位圖像數(shù)據(jù)，其中，所述控制器適于實施如在上文和下文中所描述的方法。
[0017]本發(fā)明的另外的方面為用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)或用于生成經(jīng)校正的差分相位圖像數(shù)據(jù)的計算機程序，以及在其上存儲有這樣的計算機程序的計算機可讀介質(zhì)。
[0018]必須理解，如在上文和下文中所描述的方法的特征可以是如在上文和下文中所描述的系統(tǒng)、計算機程序以及計算機可讀介質(zhì)的特征。
[0019]通過下文中描述的實施例，本發(fā)明的這些以及其他方面將變得顯而易見，并將參考下文中描述的實施例對本發(fā)明的這些以及其他方面進行闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面，參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明的實施例。
[0021]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的差分相位成像系統(tǒng)。
[0022]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有絕對相位梯度值的曲線圖。
[0023]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例具有纏繞的相位梯度值的曲線圖。
[0024]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像數(shù)據(jù)。
[0025]圖5的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于生成和校正差分相位圖像數(shù)據(jù)的方法。
[0026]原則上，附圖中相同的部分被提供有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0027]圖1示意性地示出具有輻射源10、探測器12和控制器14的差分相位成像系統(tǒng)10。[0028]輻射源10可以包括非相干X射線源16 (例如X射線管18)，以及用于實現(xiàn)空間光束相干的源光柵20。輻射源10可以適于生成輻射的空間相干光束。
[0029]探測器12可以包括相位光柵22、吸收器光柵24以及適于從從所述輻射源輻射通過感興趣對象28的X射線探測圖像數(shù)據(jù)的X射線探測器元件26。
[0030]源光柵20、相位光柵22和吸收器光柵24具有多個等距X射線吸收(源光柵和吸收器光柵)或相移(相位光柵)條紋，所述條紋在垂直于成像系統(tǒng)10的光軸A的方向平行延伸。
[0031]相位光柵22充當相移分束器，所述相移分束器將所述X射線束的相位波前的變化變換成強度調(diào)制，即，在吸收器光柵24的位置處的具有相位光柵22的節(jié)距的一半的典型長度尺度的干涉圖樣。吸收器光柵24從離開相位光柵22的所述X射線生成摩爾干涉圖樣。探測器元件26上的摩爾干涉圖樣包含關(guān)于在通過對象28和相位光柵22兩者之后被偏轉(zhuǎn)和被相移的X射線的相移信息。
[0032]控制器16包括處理器30，其用于記錄或采集來自探測器元件26的所述圖像數(shù)據(jù)，并且用于命令和/或控制電機32來在正交于光柵22、24的所述條紋的所述延伸的方向移動吸收器光柵24。由于吸收器光柵26的所述移動，在探測器元件26上生成不同的摩爾圖樣。這些不同的摩爾圖樣可以被處理器30記錄，并被變換成差分相位圖像數(shù)據(jù)，其可以被存儲在控制器14的存儲器34中。
[0033]控制器16并且尤其是處理器30還可以適于以生成不同能量水平的X射線的方式控制非相干X射線源16。例如，X射線管16的管電壓可以被調(diào)節(jié)為使得生成不同能量水平的X射線。
[0034]總結(jié)，差分相位成像系統(tǒng)10可以包括輻射源12、探測器14和控制器16。輻射源10可以適于生成不同能量水平的輻射，探測器14可以適于探測被所述輻射穿透的感興趣對象28的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可以被控制器16變換成差分相位圖像數(shù)據(jù)。
[0035]此外，差分相位成像系統(tǒng)10適于在所述X射線輻射的不同能量水平下采集圖像數(shù)據(jù)。換言之，對所述圖像數(shù)據(jù)的所述采集可以是能量敏感的。
[0036]一方面，這可以通過控制輻射源12在不同時間點生成不同能量水平的X射線來實現(xiàn)，例如通過利用控制器16改變所述管電壓并且利用對所有生成的能量水平敏感的探測器。在該情況中，可以利用針對所述管電壓和/或束濾波的不同設(shè)置進行幾次測量(在不同時間點)，用于生成所述圖像數(shù)據(jù)。
[0037]另一方面，可以利用同時生成不同能量水平的輻射的輻射源12和適于在不同能量水平之間區(qū)分的探測器14 (例如光譜探測器)實現(xiàn)能量敏感采集。
[0038]有可能系統(tǒng)10為X射線差分相位對比輻射攝影系統(tǒng)10和/或X射線差分相位對比斷層攝影系統(tǒng)10。在后一種情況中，系統(tǒng)10可以從圖像數(shù)據(jù)計算來自對象18的切片或三維表示，所述圖像數(shù)據(jù)為已通過移動輻射源12和探測器14和對象28相對于彼此的布置而從不同方向采集的。
[0039]所生成的輻射攝影或斷層攝影圖像可以被顯示在系統(tǒng)10的顯示器36上。
[0040]由于對象28的折射率δ (X，y, z)的空間變化，通過對象28的兩束不同的X射線可能經(jīng)歷其相位的不同相位改變，這可以用探測器12探測到，并且可以用處理器30從所探測的原始數(shù)據(jù)計算差分相位圖像數(shù)據(jù)并將其存儲在存儲器34中。[0041]然而，用探測器14以及以下對所述原始數(shù)據(jù)的變換過程，不能毫無疑義地確定所述相位梯度。換言之，當實際相位梯度在區(qū)間[_π，Ji]以外時，所確定的相位梯度被纏繞到該區(qū)間，即，僅可以確定實際相位梯度模2 π。
[0042]可以通過使用能量敏感采集結(jié)合測量過程的光譜模型，來解決所確定的相位梯度的不確定性，這將在下文中得以解釋。
[0043]可以使用電勢定律來描述折射率δ的實部的相關(guān)性
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)的方法，所述方法包括以下步驟: 接收利用處于不同能量水平(EfEpE1)的輻射采集的差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)，其中，所述差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)包括像素(60)，每個像素(60)具有針對每個能量水平(E+E。、E1)的相位梯度值(62a.62b.62c)； 確定像素出0)的相位梯度值（62a、62b、62c)的能量相關(guān)行為(44a至44g)； 從所述像素(60)的所述相位梯度值(62a、62b、62c)和針對所述相位梯度值^2a、62b、62c)的能量相關(guān)性的模型，來確定針對所述像素(60)的經(jīng)校正的相位梯度值(68)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法， 其中，所述能量相關(guān)行為是通過將所述像素(60)的所述相位梯度值(62a、62b、62c)擬合到多個相位纏繞曲線(44a至44g)來確定的，每個纏繞曲線都與纏繞數(shù)相關(guān)聯(lián)； 其中，所述像素(60)的所述纏繞數(shù)是通過確定具有所述像素(60)的所擬合的相位梯度值(62a、62b、62c)的最佳擬合的纏繞曲線(44a至44g)并且通過選擇與所確定的纏繞曲線(44a至44g)相關(guān)聯(lián)的所述纏繞數(shù)來確定的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法， 其中，纏繞曲線(44a至44g)由與能量水平(EfEpE1)相關(guān)聯(lián)的相位梯度值(42、46)表不; 其中，針對能量水平(EfEc^E1)的纏繞曲線(44a至44g)的相位梯度值(42、46)與處于該能量水平的所述像素(60)的相位梯度值(62a、62b、62c)相擬合。
4.如權(quán)利要求3所述的方法， 其中，所述纏繞曲線(44a至44g)的所述相位梯度值(42、46)被確定為使得處于參考能量水平(Etl)的相位梯度值(42)相等。
5.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法， 其中，所述像素(60)具有衰減值(64)； 其中，所述方法包括以下步驟: 確定所述像素(60)處的所述衰減值(64)的所述梯度； 選擇纏繞數(shù)的估計的區(qū)域； 將像素(60)的所述相位梯度值(62a、62b、62c)擬合到與所述估計的區(qū)域中的纏繞數(shù)相關(guān)聯(lián)的多個纏繞曲線(44a至44g)。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其中，所述經(jīng)校正的相位梯度值(68)是通過利用所述相位(60)的所確定的纏繞數(shù)，來移動與參考能量水平(Eo)相關(guān)聯(lián)的所述像素(60)的所述相位梯度值(62b)而確定的。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其中，像素具有對應(yīng)于至少三個能量水平(EfEpE1)的相位梯度值(62a、62b、62c)。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其中，所述輻射為電磁輻射。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其中，所述輻射的所述能量水平EfEpE1包括參考能量水平(Etl)以及與所述參考能量水平(Etl)相差8%至12%的兩個相鄰能量水平(EfE1)。
10.一種用于生成經(jīng)校正的差分相位圖像數(shù)據(jù)(66)的方法，所述方法包括以下步驟:生成處于不同能量水平(EfEpE1)的輻射； 探測穿透感興趣對象(28)的所生成的輻射； 從所探測到的輻射采集差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)； 利用所生成的差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)執(zhí)行如權(quán)利要求1至9中的一項所述的方法的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法， 其中，所述差分相位圖像數(shù)據(jù)是在相對于所述感興趣對象的不同方向采集的； 其中，所述方法包括以下步驟: 從所述經(jīng)校 正的差分相位圖像數(shù)據(jù)生成斷層攝影圖像數(shù)據(jù)。
12.一種用于校正差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)的計算機程序，所述計算機程序在由處理器(30)執(zhí)行時，適于實施如權(quán)利要求1至11中的一項所述的方法的步驟。
13.一種存儲有根據(jù)權(quán)利要求12所述的計算機程序的計算機可讀介質(zhì)(34)。
14.一種差分相位成像系統(tǒng)(10)包括: 輻射源(12)； 探測器(14);以及 控制器(16)； 其中，所述輻射源(12)適于生成不同能量水平的輻射； 其中，所述探測器(14)適于探測被所述輻射穿透的感興趣對象(28)的差分相位圖像數(shù)據(jù)(52)； 其中，所述控制器(16)適于實施根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項所述的方法。
15.如權(quán)利要求14所述的差分相位成像系統(tǒng)(10)， 其中，所述差分相位成像系統(tǒng)為X射線CT系統(tǒng)(10)。
【文檔編號】G06T5/50GK103918005SQ201280053647
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月31日
【發(fā)明者】T·克勒, J-P·施洛姆卡 申請人:皇家飛利浦有限公司