單色圖像的生成的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文公開(kāi)的主題涉及多能成像，包括多能計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT)，以及多能成像環(huán) 境下最佳單色圖像的生成。
【背景技術(shù)】
[0002] 在基于X射線的成像系統(tǒng)中，X射線輻射跨越感興趣的主題，例如病人，并且該輻 射的一部分撞擊探測(cè)器，該探測(cè)器采集圖像數(shù)據(jù)。在數(shù)字X射線系統(tǒng)中，光探測(cè)器通常產(chǎn)生 表示撞擊探測(cè)器表面的離散像素區(qū)域的輻射量或輻射強(qiáng)度的信號(hào)。然后可以處理這些信 號(hào)，以生成可以被顯示來(lái)查看的圖像。在計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT)系統(tǒng)中，當(dāng)臺(tái)架圍繞病人移 位時(shí)，包括一系列探測(cè)器元件的探測(cè)器陣列在各個(gè)位置處產(chǎn)生類似的信號(hào)。
[0003] 在這些系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像中，基于X射線穿透病人組織時(shí)所碰到物質(zhì)對(duì)X射線的 不同衰減，產(chǎn)生了對(duì)比度。通常，具有原子數(shù)越大的原子的物質(zhì)，將越強(qiáng)烈地衰減穿過(guò)成像 容積的X射線。因此，例如骨頭的組織可以在圖像內(nèi)相對(duì)于其它組織（例如脂肪組織）產(chǎn) 生相對(duì)高的對(duì)比度。用于基于X射線的成像的一些技術(shù)使用造影劑人為地在通常不會(huì)具有 相對(duì)高對(duì)比度的區(qū)域例如血管內(nèi)產(chǎn)生對(duì)比度。這些造影劑可以包括能夠相對(duì)高效率地衰減 X射線的一個(gè)或多個(gè)原子，例如碘。例如，在CT血管造影中，通常將造影劑注入病人，之后進(jìn) 行CT成像。造影劑通常灌注進(jìn)病人的某些組織，并且所產(chǎn)生的CT圖像包含對(duì)應(yīng)于灌注有 造影劑的區(qū)域的對(duì)比度增強(qiáng)的區(qū)域。
[0004] 對(duì)于典型的基于單能X射線的成像，基于病人對(duì)由X射線源發(fā)射并且被X射線探 測(cè)器探測(cè)的X射線的衰減，所產(chǎn)生的X射線圖像基本上表示各個(gè)被分析體素的平均密度。 然而，對(duì)于多能X射線成像，對(duì)于各個(gè)像素或體素將收集更大量的成像數(shù)據(jù)，例如對(duì)各個(gè)被 分析像素或體素中物質(zhì)類型的估計(jì)。例如，在雙能X射線成像系統(tǒng)中，采用具有兩個(gè)不同能 量分布的X射線譜。較高能量的X射線光子對(duì)病人組織的作用通常遠(yuǎn)低于較低能量的X射 線。在CT環(huán)境下，為了重構(gòu)多能投影數(shù)據(jù)，在被稱為物質(zhì)分解（MD)的方法中，考慮了X射 線與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)物理效應(yīng)，即康普頓散射效應(yīng)和光電效應(yīng)。通過(guò)使用這些技術(shù)，有 可能確認(rèn)各個(gè)被分析體素中的兩個(gè)或更多組成部分。
[0005] 因此，雙能或多能成像可以提供允許組織或物質(zhì)特性表征的好處。在某些環(huán)境下， 這些物質(zhì)分解圖像可以允許生成模擬單色圖像，其描述如果使用單能（keV)帶成像將出現(xiàn) 的成像區(qū)域，與多色能譜形成對(duì)照。
[0006] 然而，已經(jīng)觀察到，這些模擬單色圖像質(zhì)量不一，并不必然在預(yù)期質(zhì)量?jī)?yōu)良的那些 能帶上具有期望的圖像質(zhì)量。尤其是，執(zhí)行掃描的人無(wú)法控制的一個(gè)變量是成像主體所引 入的差異性。即，在醫(yī)學(xué)環(huán)境下，經(jīng)歷成像的病人在他們的組成和路徑長(zhǎng)度方面引入差異 性，這些無(wú)法建模或預(yù)料。因此，即使當(dāng)光子通量在掃描期間保持恒定時(shí)，這種差異性會(huì)在 探測(cè)器處看到的所觀察的信噪比中引入差異。而且，這種差異性的一些部分即使在不同能 量上獲得的掃描中可能都會(huì)顯示，從而導(dǎo)致在不同能量上觀察到相關(guān)噪聲。反之，在不同能 量上觀察到的噪聲的一些部分將是不相關(guān)的?？傊瑹o(wú)論是由于主體所引入的差異性、源處 所引入的漂移還是探測(cè)器處所引入的噪聲效應(yīng)，這種差異性會(huì)導(dǎo)致低于生成模擬單色圖像 時(shí)預(yù)期的圖像質(zhì)量，即使在理論上應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生最高圖像質(zhì)量的單色能量上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于確定模擬單色圖像的全部或部分的最佳單色能 量的方法。根據(jù)所述方法，執(zhí)行步驟，包括至少獲取使用第一多色譜獲得的第一圖像和使用 第二多色譜獲得的第二圖像。使用所述第一圖像和所述第二圖像生成至少兩種物質(zhì)的物質(zhì) 密度圖。使用所述物質(zhì)密度圖生成多個(gè)模擬單色圖像。各個(gè)模擬單色圖像在不同的單色能 量上。對(duì)于所述多個(gè)模擬單色圖像，關(guān)于使用所述模擬單色圖像所生成的分布確定離差最 小化的最佳單色能量。分布可以包括經(jīng)驗(yàn)直方圖，或者擬合參數(shù)分布或擬合半?yún)?shù)分布，例 如其處可以是多核的核密度估計(jì)?？赡苓m用于模擬單色圖像測(cè)量的參數(shù)分布的實(shí)例包括但 不限于正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、瑞利分布、伽瑪分布、威布爾分布或泊松分布?？赡苓m用于 該數(shù)據(jù)的非參數(shù)分布的實(shí)例包括但不限于核密度估計(jì)，包括高斯核、邏輯斯蒂核、哈爾核、 葉帕涅奇尼科夫核。
[0008] 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，提供了圖像分析系統(tǒng)。所述圖像分析系統(tǒng)包括存儲(chǔ)一個(gè)或 多個(gè)例程的存儲(chǔ)器和執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的所述一個(gè)或多個(gè)例程的處理器。當(dāng)被所述處 理器執(zhí)行時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)例程使所述處理器：至少獲取使用第一多色譜獲得的第一圖 像和使用第二多色譜獲得的第二圖像；使用所述第一圖像和所述第二圖像生成至少兩種物 質(zhì)的物質(zhì)密度圖；使用所述物質(zhì)密度圖生成多個(gè)模擬單色圖像，其中各個(gè)模擬單色圖像在 不同的單色能量上；以及對(duì)于所述多個(gè)模擬單色圖像，關(guān)于使用所述模擬單色圖像所生成 的分布確定離差最小化的最佳單色能量。
[0009] 在另一實(shí)施例中，提供了一種非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀媒體，編碼一個(gè)或多個(gè)處理器可 執(zhí)行例程。當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，所述例程使動(dòng)作被執(zhí)行，所述動(dòng)作包括：至少獲取使用第一 多色譜獲得的第一圖像和使用第二多色譜獲得的第二圖像；使用所述第一圖像和所述第二 圖像生成至少兩種物質(zhì)的物質(zhì)密度圖；使用所述物質(zhì)密度圖生成多個(gè)模擬單色圖像，其中 各個(gè)模擬單色圖像在不同的單色能量上；以及對(duì)于所述多個(gè)模擬單色圖像，關(guān)于使用所述 模擬單色圖像所生成的分布確定離差最小化的最佳單色能量。
[0010] 技術(shù)方案1: 一種用于確定模擬單色圖像的全部或部分的最佳單色能量的方法， 所述方法包括：
[0011] 至少獲取使用第一多色譜獲得的第一圖像和使用第二多色譜獲得的第二圖像；
[0012] 使用所述第一圖像和所述第二圖像生成至少兩種物質(zhì)的物質(zhì)密度圖；
[0013] 使用所述物質(zhì)密度圖生成多個(gè)模擬單色圖像，其中各個(gè)模擬單色圖像在不同的單 色能量上；以及
[0014] 對(duì)于所述多個(gè)模擬單色圖像，關(guān)于使用所述模擬單色圖像所生成的分布確定離差 最小化的最佳單色能量。
[0015] 技術(shù)方案2 :根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述模擬單色圖像對(duì)應(yīng)于成像容積 的全部或部分，并且其中所述模擬單色圖像是數(shù)值計(jì)算的，或使用重構(gòu)技術(shù)物理測(cè)量或生 成的。
[0016] 技術(shù)方案3 :根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中所述模擬單色圖像對(duì)應(yīng)于體素、切 片的全部或部分、或者所述成像容積的子容積。
[0017] 技術(shù)方案4 :根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中確定所述最佳單色能量包括：
[0018] 對(duì)于各個(gè)模擬單色圖像，基于相應(yīng)的模擬單色圖像的全部或部分導(dǎo)出分布；
[0019] 計(jì)算各個(gè)分布的熵度量；以及
[0020] 關(guān)于單色能量確認(rèn)熵中的最小值，其中所述最小值表示所述最佳單色能量。
[0021] 技術(shù)方案5 :根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中所述熵度量包括香農(nóng)熵、相對(duì)熵或 雷尼熵中的一個(gè)或多個(gè)。
[0022] 技術(shù)方案6 :根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，進(jìn)一步包括顯示所述最佳單色能量上的 模擬單色圖像。
[0023] 技術(shù)方案7 :根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，進(jìn)一步包括顯示所述子容積的每個(gè)體素 處的所述最佳能量。
[0024] 技術(shù)方案8 :根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中生成所述多個(gè)模擬單色圖像包括使 用相應(yīng)物質(zhì)的相應(yīng)質(zhì)量衰減系數(shù)作為權(quán)重來(lái)執(zhí)行所述物質(zhì)密度圖的線性加權(quán)組合。
[0025] 技術(shù)方案9 :一種圖像分析系統(tǒng)，包括：
[0026] 存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)例程；以及
[0027] 處理器，執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的所述一個(gè)或多個(gè)例程，其中當(dāng)被所述處理器執(zhí) 行時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)例程使所述處理器：
[0028] 至少獲取使用第一多色譜獲得的第一圖像和使用第二多色譜獲得的第二圖像；
[0029] 使用所述第一圖像和所述第二圖像生成至少兩種物質(zhì)的物質(zhì)密度圖；
[0030] 使用所述物質(zhì)密度圖生成多個(gè)模擬單色圖像，其中各個(gè)模擬單色圖像在不同的單 色能量上；以及
[0031] 對(duì)于所述多個(gè)模擬單色圖像，關(guān)于使用所述模擬單色圖像所生成的分布確定離差 最小化的最佳單色能量。
[0032] 技術(shù)方案10