CN114947899A - 基于基础材料的位置相关变化的权重产生x射线图像数据 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种X射线成像方法，优选CT‑X射线成像方法，用于产生要检查的对象的检查区域的图像数据。在该方法中，从检查区域利用第一X射线能谱采集第一X射线投影测量数据并且利用第二X射线能谱采集至少第二X射线投影测量数据，第二X射线能谱不同于所述第一X射线能谱。此外，至少基于第一X射线投影测量数据重建先验图像数据，并且求取在检查区域中的X射线衰减值的位置相关的分布。基于第一X射线投影测量数据和至少第二X射线投影测量数据执行基础材料分解。根据X射线衰减值的位置相关的分布，求取基础材料的位置相关的权重。最后，通过重建位置相关不同加权的、虚拟的、基础材料加权的图像数据求取检查区域的整体图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生要检查的对象的检查区域的图像数据的X射线成像方法。本发明还涉及一种图像数据产生装置。此外，本发明涉及一种计算机断层扫描系统。
背景技术
借助于现代成像方法，经常产生二维或三维的图像数据，这些图像数据可以用于使成像的检查对象可视化，并且还可以用于其他应用。
在许多情况下，成像方法基于对X射线辐射的采集，其中产生所谓的投影测量数据。例如，可以借助于计算机断层扫描系统(CT系统)来获取投影测量数据。在CT系统中，由布置在机架上的X射线源和相对设置的X射线探测器构成的组合通常围绕测量室转动，其中检查对象(该检查对象在下文中在不限制一般性的情况下通常被称作患者)处于测量室中。转动中心(也称为“等中心”)在此与所谓的系统轴线z重合。在一次或多次旋转时，对患者用X射线源的X射线进行透视，其中借助于相对置的X射线探测器采集投影测量数据或X射线投影测量数据。
所产生的投影测量数据尤其与X射线探测器的构型相关。X射线探测器通常具有多个探测单元，这些探测单元通常以规则像素阵列的形式设置。采集单元分别为射到探测单元上的X射线辐射产生探测信号，探测信号在特定时间点在X射线辐射的强度和谱分布方面进行分析，以便获得对于检查对象的结论并产生投影测量数据。
在CT检查中，管电压通常匹配于患者参数、即例如患者身高和体型，以及匹配于所计划的检查类型。例如，可以在没有造影剂的情况下执行自然成像，或借助造影剂或CT血管造影方法执行对诸如肝脏的实质器官的检查。
在具有谱分辨的CT数据的CT成像中，借助于多材料分解、也称作为基础材料分解计算虚拟的单能图像数据，其中CT数据例如通过使用光子计数的探测器、双源CT系统或具有两个X射线的CT系统产生。在此，例如在65keV的平均X射线能量下重建的单能CT图像大约对应于具有经典图像重建的120kV图像。这样的平均X射线能量值在下文中也简称为keV值。用于计算这种虚拟单能图像数据的能量范围大约在45keV和190keV之间。用于计算虚拟单能图像数据的能量选择可以用于计算具有不同材料对比度的图像序列，进而为后续诊断提供改进的基础。
在创建这种图像序列时的问题在于：在图像中没有全局普遍有效的keV值可以确保在该图像的所有部分区域中的最佳图像质量。例如，对比度形成在区域上与相应的器官相关。例如，对肝脏适宜的keV值不利于对连接于肝脏的动脉血管进行成像，因为对肝脏适宜的keV值在那里产生过高的对比度。例如，对于整个图像恒定的、所谓的中心/宽度窗口值引起“止挡”血管并且仅还发出白光。这意味着血管的X射线衰减值(也简称HU值)远远超过所确定的窗口的X射线衰减值的最大值。
目前，产生大量附加的单能序列，并且医生在诊断图像时根据在图像中当前要诊断的区域在序列之间来回跳转。替选地，存在如下可能性：以允许在工作站处交互式计算单能图像的形式重建CT系统的图像。通过这种方式，在诊断时通过操作称为“Slider”的滑块来适配图像显示，滑块改变keV值并触发重新计算图像。因此，医生可以根据需要重新调整keV值。当然，为了频繁重新计算图像必须需要高的计算耗费，使得对CT系统的计算机单元提出高要求。因此，在切换keV值时，医生通常要等待更长的时间，直到相应的图像被重新计算并显示。
发明内容
因此，存在提出一种X射线成像方法以及相应的图像数据产生装置的目的，其在图像质量良好的情况下实现对扩展的身体区域的简化图像显示。
该目的通过根据本发明的用于产生要检查的对象的检查区域的图像数据的X射线成像方法、图像数据产生装置和计算机断层扫描系统来实现。
在根据本发明的用于产生要检查的对象的检查区域的图像数据的X射线成像方法、优选CT-X射线成像方法中，首先从检查对象的检查区域中利用第一X射线能谱采集第一X射线投影测量数据并且利用第二X射线能谱采集至少第二X射线投影测量数据，其中第二X射线能谱不同于第一X射线能谱。
例如，可以从计算机断层扫描系统的数据存储器或诊所系统的数据网络接收X射线投影测量数据。但是，X射线投影测量数据也可以直接在CT测量方法的范围中获取，并且借助根据本发明的方法进一步处理。在该情况下，例如可以使用所谓的多能量测量方法，优选使用双能测量方法，其中朝要检查的区域的方向发射具有不同的X射线能谱的X射线，X射线被要检查的区域部分地吸收，并且随后由不同的X射线探测器检测X射线的透射部分。
X射线探测器可以但非必要是谱分辨的。在双源的情况下，即在使用两个具有不同X射线能量的单独的X射线源的方法的情况下，或在不同值之间切换X射线源的电压的kV切换装置中，也使用如今传统的X射线探测器。在此，借助不同的X射线能谱进行记录。替选地，也可以借助谱分辨的X射线探测器记录谱数据。在该情况下，于是仅借助具有唯一的X射线能谱的仅一个X射线进行记录就足够了。与发射具有不同X射线能谱的X射线的前述方法不同，在这种情况下，在X射线探测器处实现能量分离。然而，通常也可以将该方法与谱X射线探测器组合。
此外，至少基于第一X射线投影测量数据重建先验图像数据。替选地，也可以从第一和第二X射线投影测量数据集中产生混合图像，混合图像对应于经典的CT图像或原始图像。在这种混合图像中，不同X射线谱的图像数据通常以近似相同加权的方式混合。这种混合图像典型地对应于120kV图像，120kV图像是针对水进行对比度优化的，特别是涉及对比度噪声比。因此，在实际的多能图像重建之前产生先验图像数据，以便准备随后的图像重建。
然后，基于重建的先验图像数据求取在检查区域中的X射线衰减值的位置相关的分布。为此，例如可以为检查区域的各个部分区域求取局部的X射线衰减值。在此，优选地识别具有分别受限制的衰减值带宽的各个部分区域并且将其进行分段。在极端情况下，该部分区域也可以分别仅包括一个图像点或一个图像像素。然后，将衰减值的与各个像点相关联的区域带宽用作为基准值，以便在基于第一X射线投影测量数据和至少第二X射线投影测量数据进行基础材料分解之后，根据X射线衰减值的所求取的位置相关的分布来求取基础材料的位置相关或特定于区域的权重，该分布对于基于基础材料分解来重建图像数据是必需的。最后，通过重建位置相关的、例如区域不同加权的虚拟的基础材料加权的图像数据和其在所提出的整体图像中的组合来产生检查区域的整体图像。为此，可以首先通过重建位置相关的、不同加权的虚拟的基础材料加权的图像数据来产生具有特定位置的部分图像数据的部分图像，最后可以通过组合部分图像数据产生整体图像。
用于重建或计算虚拟的基础材料加权的图像数据、尤其是伪单能图像数据的方法从Alvarez R.E.和Macovski A.的“Energy-selective reconstructions in x-raycomputed tomography X射线计算机断层扫描中的能量选择性重建”，Phys.Med.Biol.21,733-744(1976)中已知。
在K.L.Grant等的“Assessment of an Advanced Image-Based Technique toCalculate Virtual Monoenergetic Computed Tomographic Images From a Dual-Energy Examination to Improve Contrast-To-Noise Ratio in Examinations UsingIodinated Contrast Media评估先进的基于图像的技术，以从双能检查中计算虚拟单能计算机断层扫描图像，以改进使用碘造影剂的检查中的对比度与噪声比”，InvestigativeRadiology 2014；00:00-00中描述用于重建或计算这样重建的图像数据、尤其是伪单能图像数据的尤其适合的方法。
在不同地重建的图像数据的重建和组合中，可以使用滤波方法和平滑方法，以便尤其协调各个部分区域之间的过渡区域或减少噪声影响。
在例如通过位置相关或区域相关地使用所谓的keV水平来对基础材料加权的情况下，这种具有不同权重的局部优化的图像生成实现了在唯一的图像中改进地示出强烈不同的材料对比度。有利地，医生可以根据唯一的图像系列来执行完整的诊断，而不必在不同的重建之间来回跳转。此外，减少了检查所需的图像数量，这在对于图像重建的计算时间方面、对于图像数据所需的存储空间方面和图像数据的管理方面节省了资源。keV值也可以连续变化。以该方式可以避免由于keV值的变化的不连续性而产生的伪影。
根据本发明的图像数据产生装置具有控制单元，用于操控CT系统的一个或多个X射线源，使得产生具有第一X射线能谱和与第一X射线能谱不同的第二X射线能谱的X射线。优选地，分别借助第一或第二平均能量产生不同的X射线能谱。两个能量值可以是预设的标准值。
根据本发明的图像数据产生装置还包括投影测量数据采集单元，用于从检查对象的检查区域利用第一X射线能谱采集第一X射线投影测量数据并且利用第二X射线能谱采集至少第二X射线投影测量数据。
先验图像重建单元也是根据本发明的图像数据产生装置的一部分，其用于至少基于第一X射线投影测量数据重建先验图像数据。
此外，根据本发明的图像数据产生装置包括值求取单元，用于求取在检查区域中的X射线衰减值的位置相关的分布。
根据本发明的图像数据产生装置还包括加权单元，用于根据X射线衰减值的位置相关的分布来求取基础材料的位置相关的权重。为此，优选地，基于相应求取的区域的X射线衰减来求取适当的第三X射线能谱，第三X射线能谱具有区域特定的、适当的第三平均能量、优选地单个第三能量值、也称为keV值，其中第三X射线能谱或平均能量可以用于在重建基础材料加权的图像数据中的加权。
还可以在基于基础材料的重建中使用谱可变的权重代替恒定权重。权重可以作为任何函数关系w＝f(E(keV),x,y)求取。在此，x、y是位置坐标，并且E是以keV为单位的谱能量。代替将权重乘以基础材料份额的相应的X射线衰减，例如也可以执行谱可变权重与谱分辨的X射线衰减的卷积。为此需要谱高分辨率的X射线计数的探测器。借此，可以实现改进的重建精度，具有更少的伪影。
图像产生单元也是根据本发明的图像数据产生装置的一部分，其用于通过重建位置相关不同加权的、虚拟的、基础材料加权的图像数据来产生检查区域的整体图像。优选地，基于采集到的第一和至少第二X射线投影测量数据进行区域的、优选伪单能图像数据的逐区域的重建，这些图像数据与具有相应的第三平均能量(优选唯一第三能量值)的相应的第三X射线能谱相关联。由图像产生单元将区域重建的图像数据组合形成整体图像。为此，图像产生单元的功能也可以划分为部分图像产生单元和整体图像产生单元。部分图像产生单元首先通过重建位置相关不同加权的虚拟的基础材料加权的图像数据来产生具有位置特定的部分图像数据的部分图像，并且整体图像产生单元最终通过件部分图像数据组合来产生整体图像。根据本发明的图像数据产生装置共享根据本发明的X射线成像方法的优点。
根据本发明的计算机断层扫描系统具有根据本发明的图像数据产生装置。根据本发明的图像数据产生装置尤其可以是计算机断层扫描系统的控制装置的一部分。根据本发明的计算机断层扫描系统共享根据本发明的图像数据产生装置的优点。
根据本发明的图像数据产生装置的主要部件的大部分可以以软件部件的形式构成。这尤其涉及先验图像重建单元、值求取单元、分解单元、加权单元和图像产生单元。但是，原则上，尤其当涉及快速计算时，这些部件也可以部分地以软件支持的硬件的形式实现，例如以FPGA等形式实现。同样地，当仅涉及从其他软件部件接收数据时，所需的接口例如可以被设计为软件接口。但是，接口也可以被设计为硬件方面构成的接口，该接口通过适当的软件来操控。
很大程度上在软件方案的实现方案具有以下优点：计算机断层扫描系统的目前使用的计算机单元或控制装置也可以已经以简单的方式通过软件升级来改装，以便以根据本发明的方式工作。在这方面，该目的还通过具有计算机程序的相应的计算机程序产品来实现，计算机程序可以直接加载到计算机断层扫描系统的计算机单元的存储装置或控制装置中并且包括程序段，以便当计算机程序在计算机断层扫描系统的计算机单元或控制装置中执行时，执行根据本发明的方法的所有步骤。
除了计算机程序之外，这种计算机程序产品可以包括附加组成部分，即例如文档和/或附加部件，还包括硬件部件，即例如用于使用软件的硬件密钥(加密狗等)。
计算机可读介质、例如记忆棒、硬盘或其他可运输或固定装入的数据载体可以用于运输至计算机断层扫描系统的计算机单元和/或用于存储在计算机断层扫描系统的计算机单元处，其中在数据载体上存储计算机程序的可由计算机单元读取的和执行的程序段。计算机单元例如可以为此具有一个或多个共同工作的微处理器等。
以下描述包含本发明的特别有利的设计方案和改进形式。在此，特别地，一个权利要求类别的权利要求也可以类似于另一权利要求类别的从属权利要求来改进。此外，在本发明的范围内，不同实施例和权利要求的各种特征也可以组合成新的实施例。
优选地，求取位置相关的权重包括：基于X射线衰减值的所求取的位置相关的分布，自动地求取具有区域特定的适当的第三平均能量(优选唯一第三能量值)的适当的第三X射线能谱。然后，该第三平均能量值或与该值相关联的keV值被用作在各个区段或区域中分别重建区域的、优选地伪单能图像数据的基础。基于采集到的第一和至少第二X射线投影测量数据，借助具有相应的第三平均能量(优选具有唯一第三能量值)的相应的第三X射线能谱重建图像数据。第三能量值或第三X射线能谱现在可以对于每个区段或每个区域是不同的，并且有利地匹配于相应区域中的对比度表现或HU值，以便改进检查区域的各个部分区域或区段中的局部图像质量。有利地，为了选择第三X射线能谱，使用关于X射线衰减值和适合于最佳图像质量的keV值或适合与此的X射线能谱之间的关联的事先已知的信息。对此的细节在下文进一步解释。
第三X射线能谱优选地具有唯一的X射线能量。即，优选地存在单能X射线能谱作为第三X射线能谱，其中第三“平均”能量于是代表单能X射线能谱的单独能量。如果下文提到具有第三平均能量的第三X射线能谱，则其中尤其优选也应始终包含如下特定实施方式，其中基于单独能量产生伪单能X射线图像。于是，“平均”能量对应于该单独能量值或keV值。
在产生虚拟单能图像数据、也称为伪单能图像数据时，将采集到的投影测量数据在原始数据空间中分解，或将从中重建的图像数据在图像数据空间中分解。例如，在使用碘造影剂的情况下，分解为碘/钙成分和水/软组织成分，然后借助于由用户选择的X射线能量(keV)值的制表的值为相应的体素计算衰减值(HU值)。优选地，采集到的第一和/或第二投影测量数据是在造影剂存在的情况下产生的投影测量数据。例如，可以借助造影剂使血管或浸血的组织成分尤其良好地可见。
在根据本发明的X射线成像方法的一个设计方案中，通过将查找表应用于X射线衰减值的在先验图像数据中所求取的位置相关的分布来求取位置相关的第三能量值或keV值。有利地，keV值和X射线衰减值分布之间的关联可以以实验的方式或也以基于模型的方式求取，并且存储在表格中，可以随时在没有计算耗费或重新进行的实验耗费的情况下访问该表格。
替选地，可以通过使用将X射线衰减值映射到适当的keV值的目标函数来求取位置相关的第三能量值。这种目标函数例如可以根据经验确定。有利地，所求取的X射线衰减值和keV值之间的关联可以在理论上或基于模型在没有实验程序的情况下求取。
特别有利地，选择相应的第三能量值或keV值，使得与具有第一或第二能量值的图像显示相比实现改进的对比度噪声比。
优选地，在先验图像数据中对各个成像的器官区域进行分段和分类。然后，根据X射线衰减值在不同区段中的不同的位置相关的分布来分别确定特定的基础材料权重。在此，例如可以根据各个区段按器官类型的分类来求取区域特定的、适当的第三平均能量。然而，对于整体图像，分别重建特定于区段进行加权的、虚拟的基础材料加权的图像数据。有利地，在选择第三平均能量时可以使用关于不同器官的最佳显示的事先已知的信息。例如已知肝脏可以在45keV的平均能量值下以特别高的细节和对比度显示，肾脏可以在55keV的值平均能量值下以特别高的细节和对比度显示，动脉可以在70keV的值平均能量值下以特别高的细节和对比度显示，并且静脉可以在65keV的值平均能量值下以特别高的细节和对比度显示。
除了衰减值之外，谱信息还可以用于虚拟的基础材料加权的图像数据的重建中。特别地，除了先验图像数据之外，还可以将谱信息用于求取区域特定的适当的第三平均能量。例如，信息可以作为所谓的双能比提供。谱信息可以有利地用于识别检查区域中的特定的外源材料，例如假肢的材料，并且根据识别到的材料确定区域特定的、适合的第三平均能量，以减少尤其通过患者身体中的金属部件引起的图像伪影。例如，可以识别冠状动脉造影检查中的血管支架。典型地，金属要么产生伪影，要么对图像印象产生负面影响，使得在由金属覆盖的图像区域中，高keV值是不期望的。
在特定于区段进行加权的、虚拟的基础材料加权的图像数据的重建中，第三能量值优选地在至少一个区段中连续地根据位置发生变化，并且在至少两个区段之间的边界区域中，通过使两个区段的第三能量值或keV值在边界区域中相互近似来产生连续的过渡。
该处理方式类似于平滑方法作用于各个区域或区段之间的过渡。由此，进行对将检查区域划分成区段的补偿，使得尤其在各个区段之间的过渡区域中不造成各个平均能量值之间的跳跃进而不造成图像对比度之间的跳跃。有利地，通过这种类型的修改进一步改进图像质量。
在重建位置相关不同加权的、虚拟的基础材料加权的图像数据时，可以有利地使用以下材料分解中的至少一种：
-根据碘和水的材料分解，
-虚拟的非对比图像的材料分解，
-虚拟的非钙图像的材料分解，
-对于检查区域的不同区域进行区域不同的材料分解的组合。
根据碘和水的材料分解运行清楚地显示加载造影剂的血管。
虚拟的非对比图像的材料分解包括根据碘和水的材料分解，其中然后基于基础材料通过适当的加权来重建虚拟的非对比图像。非对比图像在此对应于基础材料的水份额。
非钙图像的材料分解首先包括根据碘和钙的分解。然后，如上已经描述，从标准混合图像中减去钙图像，使得产生没有钙份额的图像。有利地，由非常致密、强烈吸收的钙遮盖或闪耀的结构被更好地可见。
针对检查区域的不同区域进行区域不同的材料分解的组合允许将图像重建特别有效地匹配于区域材料分布。
在根据本发明的X射线成像方法的一个特别的变型形式中，对于没有造影剂的情况下进行记录的情况而言，在低密度区域中选择尽可能高的能量值作为第三平均能量值。有利地，在该处理方式中，可以减小硬化伪影和金属伪影。由于在该情况下不使用造影剂，所以选择较低平均能量也不产生更好的对比度噪声比。因此，在这种情况下有利的是使用较高的第三平均能量值或keV值来产生伪单能图像数据，其中所提到的伪影被减少进而实现改进的图像质量。
附图说明
下面参考附图并结合实施例更详细地解释本发明。附图示出：
图1示出说明根据本发明的一个实施例的X射线成像方法的流程图，
图2示出根据本发明的一个实施例的图像数据产生装置的框图，
图3示出根据本发明的一个实施例的计算机断层扫描系统的示意图，
图4示出患者的躯干的先验X射线图像，
图5示出基于图4所示的先验图像产生的目标keV图像，
图6示出通过根据本发明一个实施例的X射线成像方法产生的整体图像。
具体实施方式
图1示出流程图100，该流程图解释根据本发明的一个实施例的借助于产生患者的对比度增强的图像数据的所谓的双能技术的CT成像方法。
在借助于双能技术的成像方法中，记录两个投影测量数据组PMD1、PMD2，这些投影测量数据组分别通过具有不同X射线能谱RE1、RE2的X射线产生，X射线能谱具有不同的平均能量值E1、E2。为了产生具有不同X射线能谱RE1、RE2的X射线，例如可以使用两个X射线源15a、15b(见图3)，X射线源发射具有不同平均X射线能量E1、E2或X射线能谱RE1、RE2的X射线。
在成像方法的范围中，在步骤1.I中，首先由两个不同的X射线源产生具有不同的第一X射线能谱RE1和第二X射线能谱RE2的X射线。X射线能谱RE1、RE2借助于80kV的相对低的第一管电压LURE1和150kV的相对高的第二管电压HURE2产生。借助第一和第二管电压LURE1和HURE2激发X射线源的X射线管，产生具有预设的第一和第二平均能量值E1、E2的X射线。如此产生的X射线谱的平均能量值E1、E2对于第一X射线能谱RE1约为45keV，并且对于第二X射线能谱RE2约为80keV。此外，在步骤1.I中，由两个X射线源产生的X射线也由两个与相应的X射线源相对置设置的X射线探测器16a、16b采集(见图3)。也作为双能CT测量方法已知的所述成像方法在图1中使用的方法中用于产生第一和第二投影测量数据集PMD1、PMD2，第一和第二投影测量数据集与相应的不同的X射线能谱RE1、RE2相关联。
然后，在步骤1.II中，基于以较低的第一能量E1＝45keV记录的第一X射线投影测量数据PMD1重建先验图像数据A-BD。先验图像数据A-BD的重建耗费程度比基于两个图像数据集PMD1、PMD2显著更低。
在步骤步骤1.III中，根据检查区域中的先验图像数据A-BD求取区域的X射线衰减值R-HU。在图4中示出借助45keV的低能量对患者躯干进行CT图像记录的视图。这种图像适合作为用于根据出现的HU值和伪影进行后续分段的基础。其中例如也可以识别如肺部的尤其弱吸收的区域。
在步骤1.IV中，基于所求取的X射线衰减值R-HU执行对检查区域的分段。在此，根据所求取的X射线衰减值确定区段或区域R并进行分类。
然后，在步骤1.V中，针对每个区域自动地基于分别求取的区域的X射线衰减值R-HU确定具有特定于区域的、适当的第三平均能量E3或相应的keV值的适当的第三X射线能谱RE3。在该具体的示例中，通过使用查找表来进行确定，该查找表将所求取的区域的HU值R-HU与用于图像重建的适当的keV值置于关联。替选地，也可以特定于器官地确定区段，并且针对各个器官求取器官特定的keV值。为此，基于先验图像数据A-BD产生目标keV图像，如在图5中示出。
然后，在步骤1.VI中，基于采集到的第一和第二X射线投影测量数据PMD1、PMD2与特定于区段的权重W(E3)，利用分别求取的目标keV值E3来重建各个区段的虚拟的单能图像数据V-BD。
最后，在步骤1.VII中，基于区域的虚拟的单能图像数据V-BD产生整体图像G-BD。
此外，对各个区段或区域R之间的边界区域执行图像数据的强烈平滑，以在所述图像区域中减少各个目标keV值或能量E3之间的强噪声和/或强跳跃。
在此重要的是不执行或计划对各个部分图像的平滑，而是平滑和由此带来的平滑过渡仅涉及由单个部分拼接成的加权函数W(E3)。可以视作为加权函数的特性的是该加权函数足够平滑。
在图2示意地示出根据本发明的一个实施例的图像数据产生装置20。
图像数据产生装置20包括输入接口25，借助输入接口采集提供关于患者的要检查的区域FOV的吸收行为的情况的信息，特别是尺寸参数值A，以及采集关于在成形方法之前事先给患者施用的造影剂KM和所使用的成像方法AB的类型的信息。采集到的数据A、AB、KM从输入接口25传输给能谱求取单元26。
能谱求取单元26借助于自动keV算法基于输入的keV值求取第一X射线能谱RE1和第二X射线能谱RE2的对应的平均能量值E1、E2。
同样是图像数据产生装置20的一部分的控制单元27现在基于接收到的能量值E1、E2产生操控信号AS，该操控信号被传输给所属的CT系统1(见图3)的控制接口34(见图3)。此外，所求取的第一和第二平均能量值E1、E2被传输给会进一步解释的重建单元24。
图2中所示的图像数据产生装置20还包括投影测量数据采集单元21。投影测量数据采集单元21用于在实际成像过程期间从检查对象O的检查区域FOV或从数据库中采集具有不同X射线能谱RE1、RE2的X射线投影测量数据PMD1、PMD2，在数据库中存储X射线投影测量数据PMD1、PMD2。在成像过程中通过如下方式产生X射线投影测量数据PMD1、PMD2：对检查区域FOV加载具有第一和第二X射线能谱RE1、RE2的X射线，并且透射的X射线由彼此分开的X射线探测器(见图3中的探测器16a、16b)采集。随后，将由X射线探测器产生的并由投影测量数据采集单元21采集的X射线投影测量数据PMD1、PMD2转发给已经提到的图像数据重建单元24，图像数据重建单元随后会从中重建伪单能图像数据V-BD。第一X射线投影测量数据PMD1也附加地传输给先验图像重建单元22a，先验图像重建单元被设计用于基于第一X射线投影测量数据PMD1重建先验图像数据A-BD。先验图像数据A-BD被传输给值求取单元22b，值求取单元22b被设计用于求取检查区域FOV中的各个区段的区域的X射线衰减值R-HU。区域的X射线衰减值R-HU被传输给能量值求取单元23，能量值求取单元被设计用于为每个区段基于分别针对各个区段求取的区域的X射线衰减值R-HU求取keV值E3。
所求取的平均keV值E3被传输给已经提到的重建单元24。重建单元24包括分解单元24a，分解单元基于采集到的第一和第二X射线投影测量数据PMD1、PMD2执行基础材料分解，其中对于基础材料、例如对于碘和水分别求取第一和第二X射线衰减值。借助第一X射线衰减值一定程度产生碘图像J-BD，并且借助第二X射线衰减值产生非对比图像NK-BD。加权单元24b也是重建单元24的一部分，加权单元现在为每个区段或每个与各个区段相关联的keV值E3求取加权因子W(E3)，借助加权因子随后对各个基础材料的X射线衰减值或碘图像J-BD和非对比图像NK-BD进行加权。
从keV值E3中可以通过使用物理NIST表格的方式来计算相关联的加权因子。在此为查找表，查找表建立keV值和重量之间的物理关联。该物理关联可以从材料分解和所属的能量效应计算康普顿效应散射对比光效应散射。
加权因子W(E3)被传输给子图像产生单元24c，子图像产生单元同样是重建单元24的一部分并且通过碘图像J-BD和非对比图像NK-BD的加权组合产生区域的虚拟的单能的图像数据V-BD。
因此，根据以下公式产生区域的虚拟的单能图像数据V-BD：
IV-BD＝W(E3)·IJ-BD+(1-W(E3))·INK-BD (1)
在此，权重W(E3)是虚拟能量E3或keV值的函数，并且X射线衰减值IV-BD、IK-BD、INK-BD是区域的虚拟的单能的图像数据V-BD的、碘图像数据J-BD的和非对比图像数据NK-BD的X射线衰减值。重建单元24包括滤波函数和平滑函数，借助滤波函数和平滑函数适配权重因子W(E3)或keV值E3，使得各个区段之间的边界区域被协调并且噪声相应被减小。换言之，keV值E3也可以在一区段内变化。例如，彼此邻接的区段的keV值E3可以在区段的边界线或边界面处相互接近，使得可以避免由于区段的边界区域中的keV值E3的跳跃引起的伪影。
在DE 10 2011 083 727 A1中描述一种滤波方法。在德国专利商标局的申请号为10 2015 223 601.4和10 2015 223 606.4的申请中也描述了用于降低X射线图像中的噪声的滤波方法。
区域重建的图像数据V-BD被传输给整体图像产生单元28，整体图像产生单元被设计用于基于区域的虚拟的单能图像数据V-BD产生整体图像G-BD。
组合的滤波的、大范围没有噪声的整体图像数据G-BD随后被传输给输出接口29，整体图像数据G-BD从该接口输出，例如输出给数据存储单元(见图3、数据存储单元32)或传输给显示单元，整体图像数据在该显示单元上被图形示出。
在图3中示出计算机断层扫描系统1，简称CT系统1，计算机断层扫描系统包括图2所示的图像数据产生装置20。设计为双能CT系统的CT系统1在此基本上由通常的扫描单元10构成，在扫描单元中在机架11处投影测量数据采集单元5围绕测量测量室12转动，投影测量数据采集单元具有两个X射线探测器16a、16b和两个与探测器16a、16b相对置的X射线源15a、15b。患者支承装置3或患者台3处于扫描单元10之前，患者支承装置或患者台的上部分2可以与位于其上的患者O朝扫描仪10移位，以便患者O穿过测量室12相对于探测器系统16a、16b移动。扫描单元10和患者台3由控制装置30操控，从控制装置经由通常的控制接口34得到采集控制信号AS，以便以常规的方式根据预设的测量协议操控整个系统。在螺旋采集的情况下，通过患者O沿着z方向的移动和X射线源15a、15b的同时环绕对于X射线源15a、15b相对于患者O在测量期间得到蜗形轨道，其中所述z方向对应于纵向通过测量空间12的系统轴线z。在此，并行地，探测器16a、16b总是相对于X射线源15a、15b一起行进，以便采集投影测量数据PMD1、PMD2，投影测量数据然后用于重建体积和/或切片图像数据。同样地，也可以执行顺序测量方法，其中在z方向上接近固定的位置，并且然后在相关的z位置处的一次旋转、部分旋转或多次旋转期间，采集所需要的投影测量数据PMD1、PMD2，以便重建所述z位置处的截面图像或以便从多个z位置的投影测量数据中重建图像数据。原则上，根据本发明的方法也可以在其他的CT系统处使用，其他的CT系统例如是具有仅一个唯一的X射线源和具有相对置的X射线计数的探测器的CT系统或具有唯一的带有kV切换功能的X射线源或具有形成完整环的X射线探测器的CT系统。例如，根据本发明的方法也可以应用于具有不一定的患者台和在z方向上移动的机架(所谓的滑动机架)的系统。
由探测器16a、16b获取的投影测量数据PMD1、PMD2(以下也称为原始数据)经由原始数据接口33传输给控制装置30。然后，必要时在适当的预处理之后，在图像数据产生装置20中继续处理原始数据，图像数据产生装置20在该实施例中以处理器上的软件形式在控制装置30中实现。所述图像数据产生装置20借助根据本发明的方法基于原始数据PMD1、PMD2重建整体图像数据G-BD。这种图像数据产生装置20的实施结构在图2中详细示出。
然后，由图像数据产生装置20产生的整体图像数据G-BD存储在控制装置30的数据存储单元32中和/或以通常的方式在控制装置30的屏幕上输出。整体图像数据还可以经由图3中未示出的接口馈送到连接于计算机断层扫描系统1的网络中，例如放射信息系统(RIS)中，并存储在可访问的大容量存储器中或在所连接的打印机或胶片站作为图像输出。因此，数据可以以任何方式继续处理，并且然后存储或输出。经由图像数据产生装置20还基于先前输入的数据、尤其检查对象O的尺寸参数值A和关于成像类型的信息来求取适当的操控参数或操控信号AS。然后，将操控信号传输给所提到的控制接口34。然后，操控信号AS从那里直接传输给参与成像的单元，例如X射线源15a、15b、X射线探测器16a、16b、患者床3等。
附加地，在图3中还示出造影剂注射装置35，借助造影剂注射装置可以事先(即在CT成像方法开始之前)给患者O注射造影剂。然后，可以将改进的对比度用于基于造影剂图像和诸如水或骨材料的第二基础材料图像来求取上述虚拟的单能图像数据V-BD。
图像数据产生装置20的部件可以主要或完全以适当的处理器上的软件元件的形式实现。特别地，这些部件之间的接口也可以纯在软件方面构成。所需要的仅是存在对适当的存储区域访问的选项，在存储区域中可以适当地暂存数据并且可以随时再次调用和更新。
在图4中示出患者冠状切片的典型图像40。该图示在此借助具有60HU中心且400HU窗口宽度的窗口进行，这对应于-140HU的下限阈值和260HU的上限阈值。在此，特别地，可以细节丰富地识别肺L，肺可以在图像左上方识别并且包括低HU值。肺L的具有尤其低密度的相对富含空气的组织在低能量的情况下相对良好吸收X射线，使得该区域显得相对亮。肾脏N在其精细的血管结构中具有大量血液，进而也吸收显著更剧烈的X射线。如图4中可识别，肾脏显示得非常亮。肾脏的HU值在第一能量E1＝45keV的情况下已经非常高，使得其位于针对详细显示肺L所选择的窗口的边缘处，并且可以说几乎“命中”在窗口的上限阈值处，进而以最大亮度显示。例如，肺窗口位于-1000HU到200HU的X射线衰减值中。另一方面，肾脏窗口包括从大约-120HU到240HU的值，进而刚好还位于所选窗口的范围内。为了更详细地显示肾脏N，更高的keV值，E3＝55keV更有利。血管和动脉包括特别大量的血液与相应的碘造影剂，进而比肾脏N还更强地吸收X射线。在45keV的情况下，大约-300HU和500HU之间的窗口适合于血管和动脉。因此，更高的keV值，即E3＝65keV适合于由背景H所包括的所述区域。如果要显示具有髋关节HG和脊柱WS的骨骼，其中窗口上限阈值为大约1300HU并且骨骼特别致密并且及极端强地吸收X射线，则E3＝150的keV值是适合的。
在图5中示出图4中所示的躯干的所谓的目标keV图像50。目标keV图像50被划分为区段S1、S2、S3、S4。图5中的左上方所示的第一区段S1包括肺L并且适合于45keV的keV值。在第一区段S1右侧旁边的第二区段S2划分为两个区域，这些区域包括肾脏N。55keV的keV值适合于所述第二区段S2。第三区段S3包括例如具有大血管的背景H，并且应将以65keV的keV值显示。第四区段S4包括骨骼，骨骼具有在图像左和右下方的髋关节HG和在图像中间中的脊柱WS。第四区段S4现在应以150keV的keV的值显示。该图像显示区段S1、S2、S3、S4之间的柔和模糊过渡，该过渡通过对原始器官映射进行低通滤波来实现。模糊过渡旨在表示在该区域中产生具有连续过渡的、具有keV值的虚拟单能图像数据，以在随后的整体图像G-BD中实现各个区段S1、S2、S3、S4之间的平滑过渡并且减少噪声效应和伪影。
在图6中示出已经在图4中示出的躯干的视图60，其中所示的图像由具有不同的器官相关的keV权重的图像区域组成。在此，总体借助具有60HU中心和400HU宽度的相同窗口进行显示，这对应于-140HU的下限阈值和260HU的上限阈值。
在此，肺L再次显示在图像中的左上方并且尤其可以细节丰富地识别。肺区段借助45keV的keV值显示。肺的具有相对低密度的相对富含空气的组织在低能量下相对良好地吸收X射线，使得所述区域显得相对亮。肾脏N借助55keV的keV值显示，由此肾脏显得不那么明亮，并且显得具有略多的组织结构。此外，背景H借助65keV的keV值显示。由此，可以更显著地识别血管的结构和延伸。
具有图像中的左右下方的髋关节HG以及图像中央中的脊椎WS的骨骼借助150keV的keV值显示。现在，在骨骼中，结构也更加显著可见，因为通过较低的亮度减少了伪影，并且统一确定的窗口的HU值范围可以更好地用于结构显示。
最后再次指出，上述方法和设备仅是本发明的优选的实施例，并且只要本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下改变上述方法和设备。因此，主要根据用于记录医学图像数据的系统来解释用于产生检查区域的图像数据的X射线成像方法和图像数据产生装置。然而，本发明不限于在医学领域的应用，而是原则上本发明还可用于记录其他目的的图像。为完整起见还需要指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除相关特征也可以重复存在。同样地，术语“单元”不排除该单元由多个部件组成，这些部件必要时也可以是空间分布的。
Claims (15)
1.一种X射线成像方法(100)，优选CT-X射线成像方法，所述X射线成像方法用于产生要检查的对象(O)的检查区域(FOV)的图像数据(G-BD)，具有以下步骤：
-从所述检查区域(FOV)利用第一X射线能谱(RE1)采集第一X射线投影测量数据(PMD1)并且利用第二X射线能谱(RE2)采集至少第二X射线投影测量数据(PMD2)，所述第二X射线能谱(RE2)不同于所述第一X射线能谱(RE1)，
-至少基于所述第一X射线投影测量数据(PMD1)重建先验图像数据(A-BD)，
-基于所述先验图像数据(A-BD)求取在所述检查区域(FOV)中的X射线衰减值(R-HU)的位置相关的分布，
-基于所述第一X射线投影测量数据(PMD1)和至少所述第二X射线投影测量数据(PMD2)执行基础材料分解，
-根据所述X射线衰减值(R-HU)的所述位置相关的分布，求取基础材料的位置相关的权重(W(E3))，
-通过重建位置相关不同加权的、虚拟的、基础材料加权的图像数据(V-BD)，产生所述检查区域(FOV)的整体图像(G-BD)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中求取位置相关的权重(W(E3))包括：
-根据X射线衰减值(R-HU)的所求取的位置相关的分布，求取具有位置相关的第三平均能量(E3)的位置相关的第三X射线能谱(RE3)，
-基于所求取的位置相关的第三X射线能谱(RE3)求取所述位置相关的权重(W(E3))。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述位置相关的第三X射线能谱(RE3)分别包括单个位置相关的第三能量值(E3)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过将查找表应用于X射线衰减值(R-HU)的所求取的位置相关的分布来求取所述位置相关的第三能量值(E3)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中通过使用目标函数来求取所述位置相关的第三能量值(E3)，所述目标函数将X射线衰减值(HU)映射到适当的第三能量值(E3)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
-在所述先验图像数据(A-BD)中，对各个成像的器官区域(S1，S2，S3，S4)进行分段和分类，
-根据所述X射线衰减值(R-HU)在不同的区段(S1，S2，S3，S4)中的不同的位置相关的分布，分别确定特定的基础材料权重(W(E3))，和
-对于所述整体图像(G-BD)分别重建特定于区段进行加权的、虚拟的基础材料加权的图像数据(V-BD)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中根据按器官类型(L，N，H，HG，WS)对各个所述区段(S1，S2，S3，S4)的分类，求取所述特定的基础材料权重(W(E3))。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据所述先验图像数据(A-BD)的谱信息进行对所述虚拟的基础材料加权的图像数据(V-BD)的重建。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述谱信息被用于识别外源材料，并且根据所识别的材料确定特定的基础材料权重，以用于重建所述虚拟的基础材料加权的图像数据(V-BD)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中在重建特定于区段进行加权的、虚拟的基础材料加权的图像数据(V-BD)时，
-所述第三能量值(E3)在至少一个区段(S1，S2，S3，S4)中连续地根据位置发生变化，并且
-在至少两个区段(S1，S2，S3，S4)之间的边界区域中，通过使两个所述区段的第三能量值(E3)在所述边界区域中相互近似来产生连续的过渡。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在重建所述虚拟的基础材料加权的图像数据(V-BD)时使用以下基础材料分解中的一种基础材料分解：
-根据碘和水的材料分解，
-根据碘和骨骼的材料分解，
-对于所述检查区域(FOV)的不同区域进行区域不同的材料分解的组合。
12.一种图像数据产生装置(20)，具有：
-一个控制单元(27)，用于操控一个CT系统(1)的一个或多个X射线源，使得产生具有第一X射线能谱(RE1)和不同的第二X射线能谱(RE2)的X射线，
-一个投影测量数据采集单元(21)，用于从检查对象(O)的检查区域(FOV)利用第一X射线能谱(RE1)采集第一X射线投影测量数据(PMD1)并且利用第二X射线能谱(RE2)采集至少第二X射线投影测量数据(PMD2)，
-一个先验图像重建单元(22a)，用于至少基于所述第一X射线投影测量数据(PMD1)重建先验图像数据(A-BD)，
-一个值求取单元(22b)，用于基于所述第一X射线投影测量数据(PMD1)求取在所述检查区域中的X射线衰减值(R-HU)的位置相关的分布，
-一个分解单元(24a)，用于基于所述第一X射线投影测量数据(PMD1)和至少所述第二X射线投影测量数据(PMD2)执行基础材料分解，
-一个加权单元(24b)，用于根据所述X射线衰减值(R-HU)的所述位置相关的分布来求取基础材料的位置相关的权重，
-一个图像产生单元(24c，28)，用于通过重建位置相关不同加权的、虚拟的、基础材料加权的图像数据(V-BD)来产生所述检查区域(FOV)的整体图像(G-BD)。
13.一种计算机断层扫描系统(1)，具有一个根据权利要求12所述的图像数据产生装置(20)。
14.一种计算机程序产品，具有计算机程序，所述计算机程序能够直接加载到一个计算机单元的一个存储单元中，所述计算机程序具有程序段，以便在所述计算机单元中运行所述计算机程序时，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的所有步骤。
15.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有能够由计算机单元执行的程序段，以便在所述计算机单元运行所述程序段时，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的所有步骤。
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