專利名稱：微分相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及X射線成像技術(shù)。更具體而言，本發(fā)明涉及微分相位對比成像。具體而言,本發(fā)明涉及一種用于相位對比成像中的規(guī)則化(regularized)的相位恢復(retrieval)的方法、一種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的設(shè)備、一種包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的X射線系統(tǒng)、一種根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在X射線系統(tǒng)和CT系統(tǒng)之一中的用途、一種計算機可讀介質(zhì)以及一種程序單元。
背景技術(shù)：
在透射X射線圖像采集中，待檢查的對象，例如患者，被布置在例如X射線管的X射線生成裝置與X射線探測器之間。源自X射線生成裝置的X射線輻射貫穿待檢查的對象并且隨后到達用于采集圖像信息的X射線探測器，所采集的圖像信息之后被重建為X射線圖像以供呈現(xiàn)。對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如，組織結(jié)構(gòu)，提供對貫穿所述對象的X輻射的空間衰減。相應(yīng)地，X射線探測器配準空間衰減的X射線輻射。某些對象可能僅對X射線輻射衰減較小的程度，或者可能相當均勻地衰減X射線束，造成所采集的X射線圖像具有低對比度。然而，即使對象僅對貫穿對象的X射線束有少量的衰減，同一對象對X射線輻射的波前的相位的影響的程度也可能相當大。相應(yīng)地，可以采用相位對比成像以獲得對象的具有增強的對比度的圖像信息。在相位對比成像中，X射線源連同鄰近所述X射線源布置的所謂的源格柵元件生成至少部分空間相干的X射線輻射。貫穿對象的相干的X射線允許相位信息的之后的恢復。由于波的相位可能不是直接測量的，采用另一格柵元件，即所謂的相位格柵，其被布置在待檢查的對象與X射線探測器之間。相位格柵允許通過多個波的干涉將相移轉(zhuǎn)換為強度調(diào)制，所述強度調(diào)制然后能夠由X射線探測器探測。然而,通過僅采用相位格柵生成的干涉模式(pattern)對于當前的X射線探測器而言可能過小而不能夠被精確地探測，因為X射線探測器的空間分辨率不足。在本文中，可以采用額外的格柵元件，即所謂的分析器格柵，其被鄰近X射線探測器布置在相位格柵元件與X射線探測器之間。分析器格柵提供干涉模式，其足夠大從而能夠被當前X射線探測器探測。為了獲得適當?shù)南辔粚Ρ葓D像信息，執(zhí)行相位步進以獲得多個相位對比投影。在相位步進中，源格柵元件、相位格柵元件和分析器格柵元件之一被相對于其他格柵和X射線探測器元件橫向位移相應(yīng)格柵跨度(pitch)的分數(shù)，例如，例如相位格柵的格柵跨度的四分之一、六分之一、八分之一。將圖像采集和橫向位移重復例如四次、六次或八次，以采集多個相位對比投影，共同構(gòu)成相位步進間隔。在微分相位對比成像中，X射線探測器探測并由此測量垂直于格柵元件的格柵方向的，即，垂直于屏蔽區(qū)域和格柵結(jié)構(gòu)的溝槽區(qū)域的延長線的一階導數(shù)。由于格柵結(jié)構(gòu)，所采集的圖像信息可以被認為是高度對稱的，其中邊緣在一方向上，即，在垂直于格柵方向的方向上，尤其被增強。平行于所述格柵方向的方向可能未被增強。為了重建圖像信息，沿微分的線，S卩，垂直于格柵結(jié)構(gòu)的積分流程，可以得到具有條紋狀偽影或者由于噪聲或其他誤差的條紋的圖像信息，其局部地布置在微分圖像信息中并且其可以沿圖像數(shù)據(jù)的記憶的線傳播。由此，可能有益的是提供用于降低甚至移除所述條紋狀偽影的裝置。在Weitkamp T.、Diaz A.、David C.等人的 “X_ray phase imaging with agrating interferometer，，，Optics Express6296, 8.August2005/vol.13, n0.16, 以 及Bartl P.> Durst J.、Haas ff.等人的 “Simulation of X-ray phase-contrast computedtomography of a medical phantom comprising particle and wave contributions’Trocof SPIE vol.762276220Q-1這兩篇文獻中都描述了相位對比成像。在Numer.Math.69:25-31 (1994)上的 Engl H.W.和 Grever W.的“Using theL-curve for determining optimal regularization parameters”一文中描述了石角定規(guī)貝1J
化參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面可以被視為采用已知的規(guī)則化方法來解決不良姿態(tài)(ill-posed)問題以降低圖像偽影。相應(yīng)地，提供了根據(jù)獨立權(quán)利要求的一種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的方法、一種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的設(shè)備，一種包括根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的X射線系統(tǒng)、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在X射線系統(tǒng)和CT系統(tǒng)之一中的使用、一種計算機可讀介質(zhì)以及一種程序單元。從屬權(quán)利要求能夠得到優(yōu)選實施例。本發(fā)明的這些和其他方面能夠參考上下文中描述的實施例變得顯而易見并得以闡述。附圖中的圖示說明是示意性的。在不同的附圖中，以相似或相同的參考標記提供相似或相同的元件。附圖未按照比例繪制，然而可以描繪定性性質(zhì)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的X射線系統(tǒng)的示范性實施例；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的微分相位對比成像系統(tǒng)的示范性實施例；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的設(shè)備的示范性實施例；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的方法的示范性實施例；圖5a_c示出了根據(jù)本發(fā)明的采用微分相位對比圖像數(shù)據(jù)的圖像信息的示范性重建。
參考標記列表100X射線系統(tǒng)102X射線生成裝置/X射線源104 X射線探測器106 機架108 對象110 支撐物112 處理系統(tǒng)114 X射線輻射200 微分相位對比成像系統(tǒng)202 源格柵204 相位格柵Gl206 分析器格柵G2208 致動器元件210a、b 波前300 微處理器302 存儲元件304 顯示元件400 用于規(guī)則化的相位恢復和相位對比成像的方法402 接收微分相位對比圖像數(shù)據(jù)404 生成重建的圖像數(shù)據(jù)406 呈現(xiàn)重建的圖像數(shù)據(jù)500 條紋狀偽影
具體實施例方式本發(fā)明應(yīng)用用于解決不良姿態(tài)問題的規(guī)則化的方法，以解決當從采用微分相位對比成像系統(tǒng)采集的微分相位對比圖像數(shù)據(jù)來重建X射線圖像時的偽影抑制問題。對于以下的解釋說明，不失一般性地，假設(shè)所采集的二維圖像信息是包括NxN矩陣圖像結(jié)構(gòu)的圖像信息。換言之，二維圖像包括圖像行與圖像列同樣多的像素，由此得到二次方圖像。因此，用于采集所述圖像數(shù)據(jù)而采用的X射線探測器元件可以例如包括512x512或者1024x1024的單個個體像素元件。此外，假設(shè)待重建的圖像信息包括Nx(N+l)的矩陣形式。然而，應(yīng)當理解，以下解釋還可以應(yīng)用于具有十分不同的像素結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地 調(diào)整以下教導以準確地實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)大小或形狀。對于以下解釋說明，我們假設(shè)條紋狀偽影作為源自相對于圖像信息豎直對準的格柵結(jié)構(gòu)的水平條紋。此外，不失一般性的，假設(shè)微分的方向是沿著圖像的行。圖像數(shù)據(jù)的行由i表示，而列由j表示。測量到的微分圖像數(shù)據(jù)被稱為二維圖像數(shù)據(jù)du，而期望的二維圖像信息，即重建的二維圖像信息，被表示為
對于規(guī)則化方法的應(yīng)用而言，逐行積分問題被再次變換構(gòu)成線性重建問題。微分操作可以被視為前向(forward)問題，其可以根據(jù)方程I被表示為g與d之間的關(guān)系。di；J=gi；J+1-gi；J 方程 I根據(jù)方程1，給出了 g與d之間的線性關(guān)系。因此，二維圖像數(shù)據(jù)g和d可以被表示為一維矢量，而前向操作可以根據(jù)方程2被用方程表示為矩陣A。d=A.g 方程 2由于圖像信息g是要從測量的圖像數(shù)據(jù)d或測量的矢量d重建的圖像信息，重建操作可以被視為從所測量的矢量d來估計g。相對于矢量記法，針對d和g的單個腳本指示，例如dk，可以被用于識別相應(yīng)矢量d和g的單個元件。所述指示可以根據(jù)關(guān)系k(i, j)=Ni+j或者反之j (k)=k mod N, i (k) = (k/N)的整數(shù)
部分來映射。那么矩陣A是如下稀疏矩陣:
權(quán)利要求
1.種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的方法(400)，包括: 接收(402)對象(108)的微分相位對比圖像數(shù)據(jù)(屯，P ； 生成(404)所述對象(108 )的重建圖像數(shù)據(jù)(gi,」)；以及 呈現(xiàn)(406 )所述對象(108 )的重建圖像數(shù)據(jù)(gi, j)； 其中，所述微分相位對比圖像數(shù)據(jù)和所述重建圖像數(shù)據(jù)包括具有第一維度(i )和第二維度(j)的二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 其中，生成重建圖像數(shù)據(jù)包括在所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所述第一維度(i)和所述第二維度(j)之一中對圖像數(shù)據(jù)的積分； 其中，在所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所述第一維度(i)和所述第二維度(j)的另一個中確定梯度算子；并且 其中，采用所述梯度算子以用于重建圖像數(shù)據(jù)。
2.據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法， 其中，所述 重建圖像數(shù)據(jù)是通過采用如下方程生成的: di, j—Si, j+1 Si, j °
3.據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法， 其中，所述梯度算子是由如下方程確定的:
4.據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的方法， 其中，所述圖像數(shù)據(jù)是通過對如下方程求解來重建的:||^-g-42+^-||Vz-g||2 =mm
5.據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的方法， 其中，所述圖像數(shù)據(jù)是通過對如下方程求解來重建的:{A-g-d)T ■ C1 -{A-g-d)+X.^ w((vz -g),) = min ο k
6.據(jù)權(quán)利要求5所述的方法， 其中，Ψ是二次懲罰、Huber懲罰以及一般化高斯Markov隨機場的一個勢函數(shù)。
7.種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的設(shè)備(112)，包括: 存儲元件(302)，其用于存儲接收的對象的微分相位對比圖像數(shù)據(jù)(φ，ρ; 處理元件(300 )，其用于生成所述對象的重建圖像數(shù)據(jù)(gi, P ; 其中，所述設(shè)備(112)適于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法(400)。
8.種包括根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備(112)的X射線系統(tǒng)(100)。
9.種根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備(112)在X射線系統(tǒng)(100)和CT系統(tǒng)(100)之一中的用途。
10.種計算機可讀介質(zhì)，在所述計算機可讀介質(zhì)中存儲有用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的計算機程序，所述計算機程序在由處理器(300)執(zhí)行時，適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至6中的至少一項所述的方法(400)。
11.種用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的程序單元，所述程序單元在由處理器(300)執(zhí)行時，適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中的至少一項所述的方法(400)。
全文摘要
本發(fā)明涉及對象(108)的微分相位對比成像。當從微分相位對比圖像數(shù)據(jù)重建圖像信息時，可能產(chǎn)生條紋狀偽影(502)。所述偽影(502)可能實質(zhì)地降低重建圖像數(shù)據(jù)的易讀性。因此，去除或者至少抑制所述偽影(502)可能是有益的。因此，提供了用于相位對比成像中的規(guī)則化的相位恢復的方法(400)，包括接收(402)對象(108)的微分相位對比圖像數(shù)據(jù)；生成(404)對象(108)的重建圖像數(shù)據(jù)；并呈現(xiàn)(406)對象(108)的重建圖像數(shù)據(jù)。微分相位對比圖像和重建圖像數(shù)據(jù)包括具有第一維度和第二維度的二維圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。生成重建圖像數(shù)據(jù)包括在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的第一維度和第二維度之一中對圖像數(shù)據(jù)的積分，在所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的第一維度和第二維度的另一個中確定梯度算子，并且采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以重建圖像數(shù)據(jù)實現(xiàn)重建圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的偽影(500)的降低。
文檔編號G06T11/00GK103098095SQ201180041652
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者T·克勒, E·羅塞爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司