用于低剂量多谱X射线断层扫描的系统和方法技术方案

一种多谱断层扫描成像系统包括：被配置为将多个谱中的辐射束引导到感兴趣区域(ROI)的一个或多个源设备，以及被配置为接收辐射束的一个或多个检测器。该系统包括处理器，该处理器被配置为在组件中的至少一个中引起移动，使得针对该ROI的小于360度的移动具有第一谱的第一辐射束被引导到ROI。处理器还被配置为处理由一个或多个检测器检测到的数据，其中该数据至少部分地来自具有第一谱的第一辐射束，该第一辐射束被引导到ROI，以使该ROI的移动小于360度。处理器还被配置为基于经处理的数据生成ROI的图像。

System and method for low dose multispectral X-ray tomography

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低剂量多谱X射线断层扫描的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月22日提交的美国临时专利申请No.62/562,138的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。政府许可权本专利技术是在美国国立卫生研究院授予的CA182264、CA158446和EB018102的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
X射线断层扫描，包括计算机断层扫描(CT)，可以用于多种目的，诸如用于筛查、诊断、疾病评估、材料分析等。在筛查、诊断和评估案例中，包括CT图像的X射线断层扫描图像可以测量与诸如患者的成像主体中不同X射线能量下的X射线衰减值相关的量。使用X射线获取附加信息的一种方法是在多种不同能量下测量患者，因为所有材料的衰减都与能量相关。这种能量相关性对于不同的材料是不同的。在包括双能量CT成像的双能量X射线断层扫描中，用对应于两种不同能量分布的两种不同的X射线谱来照射主体。在医疗X射线成像能量范围内，通常存在两种主要的物理效应，即康普顿效应和光电效应。
技术实现思路
一种说明性的多谱断层扫描成像系统包括被配置为将多个谱中的辐射束引导到感兴趣区域(ROI)的一个或多个源设备。该系统还包括被配置为接收辐射束的至少一部分的一个或多个检测器。该系统还包括与一个或多个源设备和一个或多个检测器通信的处理器。处理器被配置为在一个或多个源设备、一个或多个检测器以及ROI中的至少一个中引起移动，使得针对所述ROI相对于所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器的小于360度的移动，具有第一谱的第一辐射束被引导到所述ROI。处理器还被配置为处理由所述一个或多个检测器检测到的数据，其中所述数据至少部分地来自针对所述ROI的小于360度的移动而被引导到所述ROI的具有所述第一谱的所述第一辐射束。处理器还被配置为基于经处理的数据生成ROI的图像。一种执行多谱断层扫描的说明性方法包括由一个或多个源设备将多个谱中的辐射束引导到感兴趣区域(ROI)。该方法还包括由一个或多个检测器接收辐射束的至少一部分。该方法还包括由与一个或多个源设备和一个或多个检测器通信的处理器，引起在一个或多个源设备、一个或多个检测器和ROI中的至少一个中的移动。该方法还包括由处理器通过基于由一个或多个检测器检测到的数据求解最优化问题来处理由一个或多个检测器检测到的数据，其中，数据至少部分地来自被引导到ROI的具有第一谱的第一辐射束。该方法还包括由处理器基于经处理的数据生成ROI的图像。附图说明并入本说明书并构成本说明书一部分的附图图示了主题的各个方面，并且与说明书一起来解释其原理。为了方便起见，在所有附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的元件。图1A描绘了根据说明性实施例的单kVp切换成像技术，其中对于低kVp存在一个旋转，而对于高kVp存在另一个旋转。图1B是示出根据说明性实施例的包括80kVp(120)、100kVp(125)、120kVp(130)和140kVp(135)的多个标准化谱的图。图2图示了根据说明性实施例的稀疏视角配置的示例，其中在180度至360度之间的任何值的角度范围内的多组交错稀疏视角处收集多谱数据。图3图示了根据说明性实施例的有限角度范围配置，其中在180度至360度之间的任何值的角度范围内的多组有限角度范围处收集多谱数据。图4图示了根据说明性实施例的块配置，其中在任何值2π或更小的角度范围内的多组检测器块处收集多谱数据。图5是根据说明性实施例的稀疏视角配置的表示，其中在均匀分布在2π上的两组交错稀疏视角处收集低kVp和高kVp数据。图6是根据说明性实施例的有限角度范围配置600的表示，其中在两个相邻的有限角度范围内收集低kVp和高kVp数据(从源向物体306上输出低kVp602和输出高kVp604)。图7是根据说明性实施例的分割照明配置的表示，其中在均匀分布在2π上的640个视角中的每个处，用低kVp和高kVp的两个相邻照明覆盖来收集低kVp和高kVp数据。图8是根据说明性实施例的块照明配置的表示，其中在均匀分布在2π上的640个视角中的每个处，用低kVp和高kVp的多个相邻交替照明覆盖来收集低kVp和高kVp数据。图9是根据说明性实施例的总结在图10的体模的组成中使用的材料的表格。图10A描绘了根据说明性实施例的具有在由1至18突出显示的16个圆形插入物和2个背景区域内的18个感兴趣区域的DE-472体模。图10B是根据说明性实施例的肺部体模。图10C是根据说明性实施例的具有感兴趣的肌肉区域的肺部体模。图10D是根据说明性实施例的具有感兴趣的骨区域的肺部体模。图10E是根据说明性实施例的具有感兴趣的水区域的肺部体模。图11图示了根据说明性实施例的作为迭代n的函数的收敛度量和cα(b(n))，以及重构误差图12图示了根据说明性实施例的真值以及重构的水基础和骨基础图像。图13图示出了根据说明性实施例的作为迭代次数n的函数的用ε＝0.0170获得的80KeV单色图像的收敛度量和cα(b(n))，以及重构误差图14图示了根据说明性实施例的水基础图像和骨基础图像。图15描绘了根据说明性实施例的沿着图14的行2中指示的水平和垂直线的真值和重构的单色图像的轮廓图。图16图示出根据说明性实施例的在两个模体的中间迭代处的120KeV单色图像的重构。图17图示了根据说明性实施例的来自用稀疏视角配置获取的数据的两个体模的重构结果。图18图示了根据说明性实施例的沿着图14的行2中指示的水平和垂直线在40和120KeV处重构的(虚线)和真值(单色)单色图像的轮廓。图19图示了根据说明性实施例的来自用有限角范围配置获取的数据的两个体模的重构结果。图20描绘了根据说明性实施例的沿着图14中指示的水平和垂直线的重构的和真值单色图像的轮廓图，以揭示定量差异。图21图示了根据说明性实施例的来自用分割照明配置获取的数据的两个体模的照明重构结果。图22描绘了根据说明性实施例的沿着图14的行2中指示的水平和垂直线的重构的和真值单色图像的轮廓图。图23图示了根据说明性实施例的分别来自DE-472体模和肺部体模的块照明扫描数据的水基础和骨基础图像(行1)、40KeV和120KeV单色图像(行2)，以及类似于图14的行3中的ROI图像的放大视图(行3)。图24图示了根据说明性实施例的分别来自DE-472体模和肺部体模的块状照明扫描数据的沿着图14的行2中指示的水平和垂直线在40KeV和120KeV处重构的(虚线)和真值(实线)单色能量图像的轮廓。图25描绘了根据说明性实施例的用于实现对凸集的非凸投影(NC-POCS)的伪代码。图26描绘了根据说明性实施例的MSXT成像系统。具体实施方式多谱X射线断层扫描(MSXT)是一种使用多种不同能谱进行断层扫描的成像技术。多谱X射线断层扫描的一个示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多谱断层扫描成像系统，包括：/n被配置为将多个谱中的辐射束引导到感兴趣区域(ROI)的一个或多个源设备；/n被配置为接收所述辐射束的至少一部分的一个或多个检测器；以及/n与所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器通信的处理器，其中所述处理器被配置为：/n在所述一个或多个源设备、所述一个或多个检测器和所述ROI的至少一个中引起移动，使得针对所述ROI相对于所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器的小于360度的移动，具有第一谱的第一辐射束被引导到所述ROI；/n处理由所述一个或多个检测器检测到的数据，其中所述数据至少部分地来自针对所述ROI的小于360度的移动而被引导到所述ROI的具有所述第一谱的所述第一辐射束；以及/n基于经处理的数据生成所述ROI的图像。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 US 62/562,1381.一种多谱断层扫描成像系统，包括：
被配置为将多个谱中的辐射束引导到感兴趣区域(ROI)的一个或多个源设备；
被配置为接收所述辐射束的至少一部分的一个或多个检测器；以及
与所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器通信的处理器，其中所述处理器被配置为：
在所述一个或多个源设备、所述一个或多个检测器和所述ROI的至少一个中引起移动，使得针对所述ROI相对于所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器的小于360度的移动，具有第一谱的第一辐射束被引导到所述ROI；
处理由所述一个或多个检测器检测到的数据，其中所述数据至少部分地来自针对所述ROI的小于360度的移动而被引导到所述ROI的具有所述第一谱的所述第一辐射束；以及
基于经处理的数据生成所述ROI的图像。


2.如权利要求1所述的多谱断层扫描成像系统，其中，多个谱中的辐射束包括以所述第一谱的所述第一辐射束和以第二谱的第二辐射束，使得所述系统执行双能量X射线断层扫描或双能量计算机断层扫描。


3.如权利要求2所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述处理器被配置为控制所述一个或多个源设备，使得针对所述ROI相对于所述一个或多个源设备和所述一个或多个检测器的小于2π的移动所述一个或多个源设备分别在所述ROI处引导所述第一辐射束和所述第二辐射束。


4.如权利要求1所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述一个或多个源设备包括单个源设备。


5.如权利要求4所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述单个源设备包括辐射源和开关，所述开关被配置为在至少两个不同谱之间切换由所述辐射源输出的辐射谱。


6.如权利要求5所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述处理器被配置为控制所述辐射源和所述开关，使得所述单个源设备在所述ROI相对于所述单个源设备和所述一个或多个检测器的相应的相对移动期间，以所述至少两个不同谱中的每个谱输出辐射束。


7.如权利要求6所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述ROI的所述相应的相对移动为180°或更小。


8.如权利要求6所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述ROI的所述相应的相对移动为90°或更小。


9.如权利要求4所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述单个源设备包括辐射源和被配置为在第一谱和第二谱之间切换所述辐射源的开关，其中所述处理器被配置为控制所述辐射源和所述开关，使得所述单个源设备在所述ROI相对于所述单个源设备和所述一个或多个检测器的第一相对移动期间输出所述第一谱中的辐射，并且在所述ROI相对于所述单个源设备和所述一个或多个检测器的第二相对移动期间输出所述第二谱中的辐射，并且其中所述第一相对移动和所述第二相对移动小于360度。


10.如权利要求9所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述第一相对移动小于180°。


11.如权利要求9所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述第一相对移动小于90°，并且其中所述第二相对移动小于180°。


12.如权利要求9所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述处理器被配置为控制所述辐射源和所述开关，使得所述单个源设备在所述ROI的第一相对移动期间以所述第一谱连续地输出辐射。


13.如权利要求12所述的多谱断层扫描成像系统，其中，所述处理器被配置为控制所述辐射源和所述开关，使得所述单个源设备在所述ROI的第二相对移动期间以所述第二谱连续地输出辐射。


14.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘晓川，陈步新，张征，E·西德基，夏丹，
申请(专利权)人：芝加哥大学，
类型：发明
国别省市：美国;US