断层摄影中的定量暗场成像制造技术

一种信号处理装置和一种相关的方法。具体地，所述装置包括新颖的图像重建器以根据干涉投影数据(m)来重建样本的横截面图像。所述重建器(RECON)是基于新的前向模型的，所述新的前向模型考虑相衬信号到暗场信号中的串扰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】断层摄影中的定量暗场成像
本专利技术涉及图像信号处理装置、图像信号处理方法、计算机程序产品以及计算机可读介质。
技术介绍
差分相衬成像是使用包括光栅的干涉仪来对由人们想要成像的目标引起的相位变化进行成像的成像技术。当处理相称图像数据时，出现了当前吸引研究团体的注意力的另一信号。这就是涉及由电磁波在其通过被成像目标时经受的相干性损失的暗场信号。然而，已经观察到暗场图像(如能根据这样的暗场信号以断层摄影的方式进行重建)有时候会遭受伪影。
技术实现思路
因此可能存在对于用于改进暗场图像的保真度或准确度的方法和相关系统的需要。本专利技术的目标通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本专利技术的以下描述的方面同等地应用于图像信号处理方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。根据本专利技术的第一方面，提供了一种图像信号处理装置，包括：输入端口，其用于接收干涉测量数据，所述干涉测量数据是响应于在投射X射线射束通过要被成像的样本之后所述射束入射在探测器上而在所述探测器处探测到的，所述数据包括相衬信号和暗场信号；重建器，其被配置为运行图像重建算法以至少将所述暗场信号重建成暗场图像ε，其中，所述重建算法基于前向模型的，所述前向模型并入了被配置为捕获所述相衬信号到所述暗场信号中的串扰的模型分量；输出端口，其用于至少输出所重建的暗场图像ε。具体地，所述相衬信号可以是差分相衬信号。所述信号是通过允许X射线射束路径通过样本和干涉测量装置的至少两个光栅而获得的。由于所提出的方法专门考虑了图像信号之间的串扰，尤其是通过使用专门的(或者，在一个实施例中，明确的)串扰分量，导出的暗场图像遭受较小(或没有遭受)伪影。根据一个实施例，所述前向模型是根据以下的组合来形成的复合前向模型：i)针对差分相衬信号的专用前向模型，和ii)针对暗场信号的专用前向模型。该组合的形成可以涉及非线性运算，但是在备选实施例中也可以只涉及线性运算。根据一个实施例，串扰模型分量与针对所述差分相衬信号的专用前向模型的空间偏导数的绝对值成比例或所述专用前向模型的绝对值成比例。根据备选的实施例，并不是使复合前向模型由针对两个信号中每个的专用前向模型组成，而是所述前向模型是针对所述相衬信号和所述暗场信号两者的公共前向模型。具有用于公共前向模型或复合的前向模型的选项在处理测量数据(正弦图)中提供了增加的灵活性。正弦图能够(通过合适地信号处理)被预先分析成针对两个渠道(分别是相衬和暗场)的各自的正弦图并且然后按照所提出的方法的一个实施例被处理，或者正弦图能够备选地通过使用如在本文中所提出的公共前向模型来直接处理。根据一个实施例，所述公共前向模型包括针对所述相衬信号的模型分量和针对所述暗场信号的模型分量，其中，所述串扰模型分量与针对所述相衬信号的所述模型分量的空间偏导数的绝对值成比例。根据一个实施例，所述重建算法是迭代的。根据一个实施例，所述迭代重建算法是由目标函数的优化驱动的。根据一个实施例，所述目标函数包括关于所述前向模型的余量。在一个实施例中，目标函数是用于两个信号的公共目标函数，并且两个信号是在一起求解的。因此考虑了两个渠道对目标函数的贡献，这继而已经被观察到以产生高保真度的图像。根据一个实施例，所述射束的几何形状是平行的或发散的，例如，锥形射束。如果几何形状是发散的几何形状，则前向模型可以包括校正分量。暗场信号是散射和来自折射的贡献的叠加。所提出的系统操作为在重建期间估计对暗场信号的非散射贡献，并且因此提供主要地(如果非唯一地)对应于实际材料散射属性的重建的经重建的暗场图像。针对暗场信号的各种重建算法(基于FBP的或迭代的)引起严重的伪影。针对FBP方法中的伪影的存在的原因之一是对暗场信号的折射贡献(亦即，串扰)并未像这样顺应“线积分”的常规模型假设。所提出的利用串扰建模的迭代重建提供了关于与线积分模式的这种非顺应性的方法。附图说明图1示出了包括干涉光栅的X射线成像系统；图2示出了如由图1中的成像系统的探测器探测到的重建的衰减、相位和暗场图像以及它们各自的投影数据；图3在上行示出了微分相位正弦图和微分相位正弦图的导数的绝对值的图像，在下行示出了各自的重建图像；图4在顶行示出了暗场正弦图、微分相位正弦图和微分相位正弦图的导数的绝对值，在下行示出了各自的重建图像；图5示出了图像信号处理方法的流程图。具体实施方式参考图1，示出了包括干涉仪装备的X射线成像系统(IM)的组件。所述成像系统可以是计算机断层摄影扫描器(CT)或(例如旋转C/U型臂类型或其他类型的)另一X射线成像模态。广义地，从X射线源XR发出的X射线辐射经过检查区域并且然后入射在探测器D上。在检查区域中驻留有要被成像的目标PB。X射线射束当波动光学地看它时，定义传播通过检查区域的电磁波并且与要被成像的样本PB中的物质相互作用。在CT中，至少X射线源XR被安装在可旋转机架上以将X射线波沿着多个投影方向投影通过样本PB。波与物质的相互作用引起波被改变。这种改变一方面包括衰减，这是在传统X射线成像中通常所研究的。衰减是波被吸收和康普顿散射的结果。另一改变涉及当波经过物质时波的相位改变。这种波改变能够通过波前的方向的改变来理解。最后，并且在本文中主要感兴趣的是，波也经受另一类型的散射，通常被称为小角度散射。其是人们在暗场成像中想要成像的散射的类型，在所述暗场成像中，对比度对应于局部小角度散射的量。小角度散射被假设是由波与样本PB中的微结构的相互作用引起的。小角度散射能够被理解为当波首先经过干涉仪装备并然后经过物质时相干性的损失。波在光学方面的相干性损失能够被理解为物质对波造成的使波前弯曲或缠绕(warp)的方式的干扰。而传统的基于吸收的X射线成像研究样本中的线性衰减系数的分布，在相衬成像中，研究的是样本中的折射率的分布。在暗场成像中，人们询问样本PB中的个体体积点对波遭受的相干性损失的贡献有多少。该贡献是由被称为可见性V的量来测量的。更具体地，暗场成像涉及由相位光栅G1创建的干涉条纹的可见性的损失。在CT中，人们将检查区域认为是在空间中被划分成体积元素或“体素”的部分。由于样本驻留在检查区域中，因此体素的该网格造成样本PB本身的体素化。在计算机断层摄影中，人们观看两个不同的空间：一方面是由体素组成的“图像空间”，另一方面是由在探测器处记录的投影数据组成的“投影空间”。在计算机断层摄影中，人们想要根据投影空间中的投影数据来重建，亦即计算，针对图像空间中的体素的值。这被理解为逆向问题。更具体地，并且在本文中主要感兴趣的是，暗场图像的重建实质上是根据投影数据计算针对暗场图像的每个体素的相关的感兴趣量的任务，在该情况中相关的感兴趣量为可见性V。重建的体素的集合表示在通过针对暗场信号的样本的各个平面中的一个或多个横截面图像(在本文中也被称为暗场图像)。已经发现，如果在波与干涉仪装备和样本PB两者发生相互作用之后在探测器处探测到X射线波，则三种感兴趣信号中的任一种(即，衰减信号、相位信号和暗场信号)都能够根据由碰撞波引起的(一个或多个)探测器信号而恢复。干涉仪装备实质上是光栅系统。现在将进一步参考图1来简洁地解释示范性的干涉仪装备设置。干涉仪装备(“干涉仪”)在本文中纯粹地被解释为示范性实施例，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像信号处理装置(SPS)，包括：输入端口(IN)，其用于接收干涉测量数据(m)，所述干涉测量数据是响应于在投射X射线射束通过要被成像的样本之后所述射束入射在探测器上而在所述探测器处探测到的，所述数据包括相衬信号和暗场信号；重建器(RECON)，其被配置为运行图像重建算法以至少将所述暗场信号重建成暗场图像ε，其中，所述重建算法是基于前向模型的，所述前向模型并入了被配置为捕获所述相衬信号到所述暗场信号中的串扰的模型分量；输出端口(OUT)，其用于输出至少所重建的暗场图像ε。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.13 EP 14180751.11.一种图像信号处理装置(SPS)，包括：输入端口(IN)，其用于接收干涉测量数据(m)，所述干涉测量数据是响应于在投射X射线射束通过要被成像的样本之后所述射束入射在探测器上而在所述探测器处探测到的，所述数据包括相衬信号和暗场信号；重建器(RECON)，其被配置为运行图像重建算法以至少将所述暗场信号重建成暗场图像ε，其中，所述重建算法是基于前向模型的，所述前向模型并入了被配置为捕获所述相衬信号到所述暗场信号中的串扰的模型分量；输出端口(OUT)，其用于输出至少所重建的暗场图像ε。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述前向模型是从以下的组合形成的复合前向模型：i)针对差分相衬信号的专用前向模型；和ii)针对所述暗场信号的专用前向模型。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述串扰模型分量与针对所述差分相衬信号的所述专用前向模型的空间偏导数的绝对值成比例或与所述专用前向模型的绝对值成比例。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述前向模型是针对所述相衬信号和所述暗场信号两者的公共前向模型。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述公共前向模型包括针对所述相衬信号的模型分量和针对所述暗场信号的模型分量，其中，所述串...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·克勒，B·J·布伦德尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL