CN101249000B

CN101249000B - X射线断层摄影成像设备

Info

Publication number: CN101249000B
Application number: CN200710169186.3A
Authority: CN
Inventors: 今井靖浩; 西出明彦
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: NL1034728C2; NL1034728A1; DE102007053511A1; JP4575909B2; US20080260092A1; US7873141B2; CN101249000A; JP2008125900A

Abstract

本发明涉及X射线断层摄影成像设备，其包括：图像对照信息计算部分，用于计算第一能量断层摄影图像和第二能量断层摄影图像间的图像对照信息；感兴趣区域限定部分，用于限定感兴趣区域；加权因子确定部分，用于确定第一能量断层摄影图像和第二能量断层摄影图像间进行加权相减处理中使用的加权因子，这样通过进行所述加权相减处理使得感兴趣区域内的图像对照信息可以基本上消除；和双重能量图像重建部分，用于通过利用加权因子确定部分确定的加权因子对图像对照信息计算部分中使用的第一能量断层摄影图像和第二能量断层摄影图像之间进行加权相减处理从而重建双重能量图像。

Description

X射线断层摄影成像设备

技术领域

本发明涉及一种X射线断层摄影成像技术，尤其是一种与双重能量成像相关的X射线断层摄影成像设备。

背景技术

在双重能量成像中，可以采集图像，并且基于使用具有两种不同能谱的X射线采集的成像对象的X射线投影数据，来高亮显示待检查对象中的特定材料。具体而言，对利用高能量的X射线获得的图像和利用低能量的X射线获得的图像进行加/减处理，从而获得可以清晰表示骨骼和钙化病变的或可以清晰表示软组织的双重能量图像。

在进行双重能量成像时，利用高能量的X射线获得的投影数据和利用低能量的X射线获得的投影数据，可以通过对每次扫描在高压和低压之间交替切换用于由X射线成像设备发射出的X射线的管电压，或通过替换X射线滤波器以改变X射线能量，来获得。例如，日本专利申请公开号No.2003-244542公开了一种发明，该发明包括基于利用高能量的X射线获得的图像和利用低能量的X射线获得的图像，来显示表现骨骼或软组织的图像。为了获得骨骼或软组织的图像，本发明使用了根据骨骼(钙)等的原子预先决定的加权因子。

发明内容

然而，由于目标大小的不同以及目标之间个体差异造成的X射线吸收系数的差异，用于加权相减处理以获得骨骼或软组织图像的加权因子不总是恒定。如果不考虑目标大小不同等带来的影响，利用恒定加权因子的双重能量图像作出诊断，结果就可能导致对疾病或损伤的过高估计或过低估计。

因此，本发明的一个方面就是提供一种X射线断层摄影成像设备，其中可以针对每一个目标以及目标中的每一个区域设定合适的加权因子。此外，本发明的另一个目标就是提供一种X射线断层摄影成像设备，其能够利用合适的加权因子显示易于定量并直观理解的图像。

在第一方面的X射线断层摄影成像设备是这样一种X射线断层摄影成像设备，其根据使用第一能量的X射线的第一能量断层摄影图像或第一能量投影数据集和使用与所述第一能量不同的第二能量的X射线的第二能量断层摄影图像或第二能量投影数据集，获得双重能量图像，该设备包括：图像对照信息计算部分，用于计算所述第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与所述第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的图像对照信息；感兴趣区域限定部分，用于限定感兴趣区域；加权因子确定部分，用于确定在所述第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与所述第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间进行加权相减处理过程中使用的加权因子，从而通过进行所述的加权相减处理基本上消除所述感兴趣区域内的所述图像对照信息；以及双重能量图像重建部分，其利用在所述加权因子确定部分中确定的加权因子，通过在所述图像对照信息计算部分中所用的所述第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像和所述第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间执行加权相减处理，重建双重能量图像。

用于获得骨骼图像或软组织图像的加权因子随着对象大小的差异而变化。图10表示的是对含有脂肪、钙和碘的断层摄影图像之间的像素值比值关系的研究，其中水平轴对应于140kV的管电压，垂直轴对应于80kV的管电压。可以看出，由于横截面面积不同，在横截面面积为700cm²和300cm²的模体之间，材料的像素值的各比值是不同的。对模体可以粗略地预测像素值的比值。然而，由于不仅是横截面面积、横截面形状的差异，还有由个体差异等造成的X射线吸收系数的差异，使得被检测目标具有不同的像素值比值。因此，错误的像素值比值就可能导致对疾病或损伤的过高估计或过低估计。

在第一方面的X射线断层摄影成像设备具有加权因子确定部分，其确定加权因子，从而可以将感兴趣区限定部分所限定的感兴趣区域内的图像对照信息基本消除。之后，双重能量图像重建部分利用该加权因子重建双重能量图像，并且可以显示出可以定量并直观理解的图像。

在第二方面的X射线断层摄影成像设备包括图像对照信息计算部分，其通过该第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与该第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的相减处理重建对照图像，并计算该对照图像的图像特征量作为图像对照信息。

由于通过这种配置，可以将获得的对照图像的图像特征量作为图像对照信息，从而可以容易地确定出对照图像的图像特征量和加权因子。

第三方面的X射线断层摄影成像设备是在第二方面的X射线断层摄影成像设备的基础上，进一步包含有图像显示部分，用于显示该对照图像，其中该感兴趣区域限定部分使得能够根据显示在该图像显示部分上的对照图像限定出感兴趣区域。

通过这种配置，将对照图像显示在图像显示部分上，操作者可以根据对照图像方便地确定出该操作者想要诊断的感兴趣区域。

在第四方面，该第二或第三方面的X射线断层摄影成像设备进一步包括：图像特征量显示部分，用于显示随加权因子的变化而变化的图像特征量，其中该加权因子确定部分包含有加权因子调整部分，其使得能够在观察显示的图像特征量的变化的同时，手动修改加权因子。

通过这种配置，当操作者除了观察该对照图像之外，还观察显示在图像特征量显示部分上的图像特征量变化时，可以通过该加权因子调整部分手动调整该加权因子。尤其，滑杆(slider bar)等类似物可被用来调整该加权因子。

第五方面的X射线断层摄影成像设备是第四方面的X射线断层摄影成像设备，其中，该图像特征量为对照图像中感兴趣区域内像素的像素值的平均值或中值，并且该加权因子确定部分在图像特征量变成零或落入零附近的一定范围内时确定一加权因子，将其作为该感兴趣区域的加权因子。

通过这种配置，感兴趣区域内的对照图像的平均值或中值被用作感兴趣区域的图像特征量，从而为加权因子设定合适的值。中值是当感兴趣区域内的对照图像的值以上升(或下降)的顺序排列时的中心值。并且，如果图像特征量为零或落到零附近的一定范围内，就可以获得基本消除的图像。

第六方面的X射线断层摄影成像设备，包括图像对照信息计算部分，其计算该第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与该第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的像素值的比值，将其作为图像对照信息，并且感兴趣区域限定部分提取具有相似像素值比值的区域作为感兴趣区域。

通过这种配置，可以通过该第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与该第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的像素值比值的分布，可以自动修改加权因子。实际上，可以从用X射线对对象成像获得的断层摄影图像中自动地确定出加权因子。特别地，可以在考虑对象的横截面面积、横截面形状以及由个体差异等引起的X射线吸收系数的差异的情况下，确定加权因子。由于利用由精确的加权因子计算所得的双重能量图像进行诊断，因此可以对疾病或损伤作出准确的判断。

第七方面的X射线断层摄影成像设备，包括在第六方面中的加权因子确定部分，其根据感兴趣区域内第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的像素值比值分布的峰值确定该加权因子。

通过这种配置，根据实际所拍图像的像素值比值分布中的峰值确定出加权因子，这样可以获得对应于该峰值的等效图像的双重能量图像。例如，可以从该分布的柱状图的微分值找出该峰值。

第八方面的X射线断层摄影成像设备，进一步包括着色显示部分，用于对感兴趣区域上色，并将其重叠显示在第一能量断层摄影图像或第二能量断层摄影图像之上。

通过这种配置，由于感兴趣区域被上了色，因此在观察双重能量图像的同时进行诊断的操作者可以一边注意该感兴趣区域一边进行诊断。

第九方面的X射线断层摄影成像设备是该第八方面的X射线断层摄影成像设备，其中该着色显示部分可以以不同的颜色显示一个对象的多个不同的感兴趣区域。

通过这种配置，可以利用不同的颜色标识两个或更多个感兴趣区域，人们可以在观察两个或更多个感兴趣区域的同时，进行诊断。例如，水用蓝色显示，钙用黄色显示。

第十方面的X射线投影断层成像设备进一步包括：着色显示部分，其采用随该第一能量投影数据集或第一能量断层摄影图像与该第二能量投影数据集或第二能量断层摄影图像之间的像素值比值变化的色调地行上色。

通过这种配置，根据像素值比值对感兴趣区域进行上色，一边观测双重能量图像一边进行诊断的操作者可以一边注意感兴趣区域一边进行诊断。

根据本发明，观察双重能量图像的同时进行诊断的操作者可以知道获得双重能量图像所需的准确的加权因子。这样，在双重能量图像成像过程中，可以准确地感知特定物质(原子)，例如，对象内的造影剂、脂肪或钙，以进行诊断。

附图说明

图1是根据本发明的X射线CT设备10的结构框图；

图2是X射线断层摄影成像设备10的操作流程图；

图3是用于进行加权相减处理以生成双重能量图像DI的高能谱断层摄影图像HT或低能谱断层摄影图像LT的概念图；

图4中(a)是描述三维图像中目标HB的图，(b)表示的是沿xz平面的视图；

图5中(a)是用于手工设定加权因子的图像处理装置20的框图，(b)表示的是为操作者一边观察显示器60上的双重能量图像DI一边手工设定合适的加权因子的显示器的一个例子；

图6是操作者手工设定合适的加权因子的流程图；

图7中(a)是用于自动设定加权因子的图像处理装置20的框图；(b)是自动设置合适的加权因子的流程图；

图8是柱状图，水平轴表示低能谱的X射线断层摄影图像LT除以高能谱X射线断层摄影图像HT的比值，垂直轴表示像素数目；

图9是解释对双重能量图像DI进行上色的框图；

图10是用低能的X射线和高能的X射线获得的包含脂肪、钙以及碘的断层摄影图像之间的像素值比值的图示。

具体实施方式

<X射线断层摄影成像设备的结构>

图1是根据本发明实施例的X射线断层摄影成像设备(X射线CT设备)10的配置框图。该X射线断层摄影成像设备10具有台架100和用于将对象HB***到台架100中的成像区域内的平台109。平台109在Z方向上移动，该方向为目标HB的体轴方向。该台架100具有旋转环102，其包含用于发射锥形束形状的X射线的X射线管101和面对该X射线管101配置的多行X射线探测器103。该X射线管101被配置成可以发射具有高能谱的X射线和具有低能谱的X射线。该多行X射线探测器103探测穿过对象HB的X射线。

该多行X射线探测器103由闪烁体(scintillator)和光电二极管构成。该多行X射线探测器103排列成在通常平行于旋转环102的旋转轴的Z方向上形成多行，从而可以同时检测到多个切片(行)的投影数据。该多行X射线探测器103还具有以X射线管101的焦点为中心的弧形排列的多通道形式。应该注意的是平行于旋转轴的Z方向有时也被称为“切片方向”，沿着X射线探测器元件行的弧的方向称为“通道方向”。该多行X射线探测器103连接于数据采集电路104，其通常被称为DAS(数据采集***)。该数据采集电路104的每个通道上都提供有用于将来自多行X射线探测器103的每个通道的电流信号转换成电压的I-V转换器、用于与X射线发射周期同步地周期地将电压信号积分的积分器、用于将该积分器的输出信号进行放大的放大器、以及用于将前置放大器的输出信号转换成数字信号的模数转换器。来自该数据采集电路104的数字信号通过数据传送装置105发送给图像处理装置20。

在操作者控制台一侧，提供有激励X射线的高压(HV)/低压(LV)发生器51。该高压(HV)/低压(LV)发生器51周期地产生高压和低压，并通过集电环113将它们供应给X射线管101。

位于操作者控制台一侧的扫描控制器53执行包括轴向扫描、螺旋式扫描、可变螺距螺旋扫描等多种扫描模式。轴向扫描是这么一种扫描方法：在利用旋转机构111旋转X射线管101和X射线探测部分103时，获取投影数据，每次平台109在Z轴方向上移动预定节距。螺旋式扫描是这么一种扫描方法：当以预定速度移动平台109并旋转X射线管101和X射线检测部分103时获取投影数据。可变螺距螺旋扫描是这么一种扫描方法：与螺旋式扫描一样，当通过旋转机构111旋转X射线管101和X射线检测部分103时，在平台109变化的速度下获取投影数据。扫描控制器53以与高压/低压发生器51同步的方式驱动旋转机构111以整体控制扫描，包括利用数据采集电路104对投影数据的周期采集等。

图像处理装置20包括图像重建部分21和双重能量图像重建部分22。

图像重建部分21接收低能量的投影数据集LD或高能量的投影数据集HD，并根据该低能量的投影数据集LD或高能量的投影数据集HD重建图像。对该低能量的投影数据集LD或高能量的数据集HD进行快速傅立叶变换(FFT)以将其转换成频域，再乘以重建函数并进行反傅立叶变换。对与重建函数进行卷积后的投影数据进行三维反投影(backprojection)处理以生成对象HB的体轴方向(Z方向)的断层摄影图像(xy平面)。该断层摄影图像被存储在存储装置59中，并还显示在显示器60上。由于在本实施例中，X射线管101向对象HB发射具有低能谱和具有高能谱的X射线，因此，图像重建部分21根据高能谱的X射线重建出高能量的断层摄影图像HT，根据低能谱的X射线重建出低能量的断层摄影图像LT。

双重能量图像重建部分22通过将高能谱的投影数据集HD的图像和低能谱的投影数据集LD的图像中的一个或两个乘以加权因子、在这两个投影数据集之间相减、并将加权并相减后的投影数据重建成图像，从而生成双重能量图像DI。双重能量图像重建部分22也可以通过将高能谱的断层摄影图像HT和低能谱的断层摄影图像LT中的一个或两个乘以加权因子，并在所述图像之间进行相减从而重建双重能量图像DI。双重能量图像DI将在后边参照图3进行解释。

输入装置55包括键盘或鼠标，用于接收操作者的输入。

存储装置59存储程序、X射线探测器数据、投影数据以及X射线断层摄影图像。它还存储该双重能量图像DI。

显示器60用于指定目标的成像条件，并显示X射线断层摄影图像。在本实施例中，它还显示用颜色高亮显示对象中的特定物质的双重能量图像DI。

<X射线断层摄影成像设备的工作>

图2是X射线断层摄影成像设备10的操作流程图。下面对根据本发明实施例的X射线断层摄影成像设备10的操作过程进行描述。

步骤S11，将对象放置在平台109上并定位在适当的位置。使放置在平台109上的对象中的某区域内的参考点与台架100上切片中心位置对准。然后，采集侦察图像(也称之为定位扫描图像(scanogram)或X射线荧光检查图像)。根据对象的大小，也就是成人或孩子，可以获取两种侦察图像，通常是在0度和90度的位置获取这些图像。在例如像头部这样的某些区域，只能获取90度的侦察图像。在侦察成像中，在平移平台109的同时，在X射线管101和多行X射线探测器103固定的情况下进行数据的采集。

步骤S12，操作者利用输入装置55中的键盘等在显示器60上显示的侦察图像上限定出后面断层摄影成像中将要捕获的断层摄影图像的位置和范围。这时，也可以对轴向扫描、螺旋式扫描、电影扫描(cine scan)、可变螺距螺旋扫描或螺旋往复式扫描(helical shuttle scan)进行设定。可变螺距螺旋扫描是这么一种成像方法，与螺旋式扫描中的一样，在X射线管101和多行X射线探测器103旋转和平台109移动的同时，采集X射线投影数据，其中速度是变化的。螺旋往复式扫描是这样一种扫描方法，在X射线管101和多行X射线探测器103旋转，并且平台109加速和减速地沿着Z轴的正方向和负方向往复移动的同时，采集X射线投影数据。

步骤S13，指定断层摄影成像或双重能量图像DI成像的条件。例如，对于向对象HB发射具有高能谱的X射线和具有低能谱的X射线的X射线管101，分别将高压和低压设定为140kV和80kV。并且，为了尽可能地防止位置偏移，与旋转机构111的旋转同步地对高压X射线和低压X射线的交替发射进行设定。例如，可以构想这样的设定，即对于X射线管101的每次旋转，X射线管101重复交替高压和低压，或在短脉冲周期中重复交替高压和低压。

此外，在步骤S13，指定在双重能量图像DI的成像过程中要诊断的特定物质(原子)。例如，指定对象内的造影剂、脂肪、钙等。此外，指定图像重建中的滤波函数、核(Kernel)函数等。这些指定的条件被存储在存储装置59中。应该注意，虽然在实施例中由电压生成了高能谱和低能谱，但是可以通过将滤波器***到锥形束X射线中对能谱进行调制。

在步骤S14-S20，进行断层摄影成像。

步骤S14，采集低能谱的X射线投影数据集LD和高能谱的X射线投影数据集HD。如果数据采集是在传统扫描中进行的，那么对X射线探测器数据的数据采集操作则是在X射线管101和多行X射线探测器103围绕对象旋转的同时平台109固定的情况下进行的。之后，将z方向坐标位置Ztable(view)附加给由视角view、探测器行索引j和通道索引i(j＝1-ROW，和i＝1-CH)表示的X射线探测器数据D0(view，j，i)。

在步骤S15，对低能量的投影数据集LD0(view，j，i)和高能量的投影数据集HD0(view，j，i)进行预处理。尤其，进行偏移校正、对数转换、X射线剂量校正以及之后的灵敏度校正。

在步骤S16，对预处理的低能量的投影数据集LD(view，j，i)和高能量的投影数据集HD(view，j，i)进行束硬化校正。

在步骤S17，图像重建部分21执行z滤波卷积处理。这里，对束硬化校正后的投影数据集进行采用z方向(行方向)上的滤波器的z滤波卷积处理。具体地，在每个视角以及每个X射线数据采集***中都进行了预处理之后，行方向滤波器在行方向上应用到来自多行X射线探测器的束硬化校正后的投影数据集D上。

在步骤S18，图像重建部分21执行重建函数卷积处理。特别地，X射线投影数据集D经傅立叶变换到频域，再乘以重建函数，之后再进行反傅立叶变换。在重建函数卷积处理中，对重建函数Kernel(j)进行卷积。

在步骤S19，图像重建部分21执行三维反投影处理。这里，对进行了重建函数卷积处理的投影数据集D执行三维反投影处理，以获得反投影的数据集。对要进行重建的图像在垂直于z轴的xy平面上进行三维重建。下面描述的重建区域P被认为与xy平面平行。

在步骤S20，图像重建部分21执行后处理。对背投影数据集进行包括图像滤波卷积和CT值转换的后处理，以获得高能谱的断层摄影图像HT和低能谱的断层摄影图像LT。

在步骤S21，将重建成的高能谱的断层摄影图像HT和低能谱的断层摄影图像LT显示在显示器60上。

然后在步骤S22，将这些断层摄影图像HT和LT存储在存储装置59中。

在步骤S23，双重能量图像重建部分22将双重能量图像DI显示在显示器60上。

然后在步骤S24，之后将要讨论的着色显示部分28将颜色加到断层摄影图像HT和LT上，对每种特定物质(例如相同原子物质、脂肪、水、钙、碘造影剂等等)使用一种颜色。

<双重能量图像DI的图像重建>

图3是将被进行加权相减处理以获得双重能量图像DI的高能谱的断层摄影图像HT或低能谱的断层摄影图像LT的概念图。

双重能量成像包括在某z方向坐标位置上，在如80kV的低X射线管电压下的断层摄影图像LT和在如140kV的高X射线管电压下的断层摄影图像HT之间的加权相减处理，以生成断层摄影图像DI，该断层摄影图像DI是所期望物质的分布的定量图像。

在图3的上部，首先获取低能谱的X射线投影数据集LD和高能谱的X射线投影数据集HD，如前面描述的图2中的步骤S14。

接着，图像重建部分21对低能量的投影数据集LD和高能量的投影数据集HD执行上面结合图2描述的步骤S15-步骤S20的处理，以重建低能谱的断层摄影图像LT和高能谱的断层摄影图像HT。

在图3的下部，双重能量图像重建部分22将低能谱的断层摄影图像LT乘以加权因子1，将高能谱的断层摄影图像HT乘以加权因子α，并与常量C1一起进行加权相减处理。这样即可获得双重能量图像DI。加权因子α和常量C1根据在显示器中待提取的原子、待高亮显示的原子以及待排除的原子或区域来确定。取α的倒数，可以定义低能谱的断层摄影图像LT的加权因子为α，而高能谱的断层摄影图像HT的为1。图3中，示出了脂肪信息的提取。

除了可以由低能谱的断层摄影图像LT和高能谱的断层摄影图像HT获得双重能量图像DI，还可以通过对在低X射线管电压下采集的X射线投影数据集LD和在高X射线管电压下采集的X射线投影数据集HD执行加权相减处理、并将加权相减处理后的X射线投影数据集重建成图像，从而获得双重能量图像DI。

图4(a)表示的是描述三维图像中的对象HB的图，和图4(b)表示的是从xz平面获取的(a)的视图。

将多个横截面T的双重能量图像DI(包括低能谱的断层摄影图像LT和高能谱的断层摄影图像HT)存储在存储装置59中，并且可以将这些横截面的断层摄影图像T组合起来显示如图4(a)中所示的体绘制的三维图像31。同样地，也可以显示双重能量图像DI的三维图像。

图4(b)中表示的冠状面图像(coronal image)33是从冠状面(xz平面)33截取的(a)的图像，这样就可以获得任意冠状面上的双重能量图像DI。并且，虽然未显示出来，但是也可以获得在矢状面(yz平面)34上的双重能量图像DI，并且还可以获得包括倾斜方向的任意方向的横截面上的双重能量图像DI。操作者可以适当地采用任何适于诊断的双重能量图像DI。

<权重设定方法>

<手动加权因子设定的方法>

图5(a)是执行手动权重设定方法的图像处理装置20的框图，图5(b)是在显示器60上显示对照图像也就是双重能量图像DI的同时，用于操作者手工设定适当的加权因子的显示器的实例。这种方法用于手动优化由于对象HB之间的个体差异引起的对象HB之间的尺寸差异、X射线吸收系数的差异等等。

在手动设定加权因子时，如图5(a)所示，图像处理装置20包括图像重建部分21、双重能量图像重建部分22、第一感兴趣区域限定部分23-1、第一图像对照信息计算部分24-1、加权因子调整部分25-1、图像特征量显示部分27以及着色显示部分28。由于图像重建部分21和双重能量图像重建部分22前边已经进行了描述，因此这里将不再赘述。

操作者通过第一感兴趣区域限定部分23-1由限定以后将要描述的第一图像对照信息计算部分24-1获得并显示在显示器60上的对照图像的部分区域，作为将要再次查看的感兴趣区域ROI。操作者可以使用鼠标任意地限定感兴趣区域ROI，鼠标为输入装置55的组件之一。

第一图像对照信息计算部分24-1首先重建通过在低能量的X射线投影数据集LD或低能量的断层摄影图像LT与高能量的X射线投影数据集HD或高能量的断层摄影图像HT之间进行相减处理获得的对照图像。对照图像可以通过将它们中的一个或两个乘以预先根据原子或物质确定的加权因子，然后从一个中减去另一个而获得，或者可以是不乘以加权因子的差别图像。应该注意的是，对该对照图像执行的图像重建可以在双重能量图像重建部分22执行。接着，为第一感兴趣区域限定部分23-1限定的感兴趣区域ROI计算前述对照图像的图像特征量。可以对整个对照图像进行该图像特征量的计算，然后只提取出感兴趣区域ROI上的信息；或者仅仅对感兴趣区域ROI执行该计算。此外，图像特征量包括感兴趣区域ROI中限定的像素的平均值或中值。应该注意的是，像素的中值是限定的感兴趣区域ROI中的像素值的中心像素值。

加权因子调整部分25-1是允许操作者调整用于获取双重能量图像DI的加权因子的调整部分。操作者确定要与高能量的投影数据集HD或高能量的断层摄影图像HT和低能量的投影数据集LD或低能量的断层摄影图像LT中的至少一个或两个相乘的加权因子。

图像特征量显示部分27显示由第一图像对照信息计算部分24-1计算出的图像特征量165。

着色显示部分28被设置成对同一原子物质(也就是具有相同X射线吸收率的物质)应用相同的颜色，对不同原子的物质使用不同的颜色。特别地，对识别为脂肪、钙和碘造影剂的像素分别使用红色、蓝色和绿色着色，以便在显示器60上显示。

如图5(b)所示，第一感兴趣区域限定部分23-1在显示器60上显示出用于限定感兴趣区域的视窗。操作者操作输入装置55中的鼠标在显示器60上在显示的对照图像的部分上限定感兴趣区域ROI1。可以任意限定感兴趣区域ROI1的大小，并且其不限于某一尺寸，或圆形。图5中，感兴趣区域ROI1被限定在心脏中。一旦感兴趣区域ROI1已被限定，第一图像对照信息计算部分24-1为感兴趣区域ROI1内的像素计算图像特征量165。如图5所示，图像特征量显示部分27围绕双重能量图像DI显示该计算的结果也就是M7.1。例如如果图像特征量165是对照图像中感兴趣区域ROI1内的平均值，就显示“M 3.0”；如果是对照图像中的感兴趣区域ROI1中的中值，则显示“C 3.0”。平均值和中值间的选择是操作者所作的选择。

接着，操作者向右或向左移动加权因子调整部分25-1，具体为一滑杆，使得图像特征量165的值变成0或落入0附近的一定范围内。在滑杆下方，显示有标记163。标记163标明加权因子α。也就是，操作者可以利用滑杆任意地调整加权因子(下面将参照前述的加权因子α对其进行描述)。虽然显示了标记163标明加权因子从0到3，但是如果X射线管101在140kV和80kV的管电压下操作的话，0.5到2.5的加权因子已经足够显示出双重能量图像DI。图5所示的滑杆161指向0.9。可以根据高能量的X射线和低能量的X射线的组合自动更新标记163。此外，虽然图5中显示了滑杆161，但是加权因子α也可以通过键盘直接输入，其中键盘为输入装置55的组件之一。

一旦操作者利用滑杆对加权因子α进行了调整，第一图像对照信息计算部分24-1利用调整后的加权因子α对感兴趣区域ROI1中的像素重新计算图像特征量165。此外，双重能量图像重建部分22利用调整后的加权因子α重建对照图像，同时，改变双重能量图像DI。操作者在观察对照图像的同时，检查显示在图像特征量显示部分27上的图像特征量，从而确定是否该图像特征量165变成了0或落入了距离0的一定范围内，或利用滑杆调整加权因子α。一旦完成了加权因子α的调整，操作者可以按下SET按钮162，以结束加权因子的手动设定。当SET按钮162被按下时，指示感兴趣区域ROI1的框(图5(b)中用虚线表示)消失。此外，当按下COLOR按钮164时，着色显示部分28对感兴趣区域ROI1内的值为0或值落入距离0一定范围内的像素上色，该感兴趣区域ROI1层叠在低能量的断层摄影图像LT或高能谱的断层摄影图像HT之一的上方。例如，当感兴趣区域ROI1内的碘造影剂的值为0时，包含该碘造影剂的心脏、大动脉、血管等等都用红色上色。

除了感兴趣区域ROI1外，操作者还可以在显示器60上显示的对照图像中限定出另一个感兴趣区域ROI2。第一感兴趣区域限定部分23-1在图5中限定脊骨部分作为表示感兴趣区域ROI2的框(图5(b)中用虚线表示)。之后，如前所述，操作者调整滑杆161使得感兴趣区域ROI2的图像特征量165变成0或落入距离0的一定范围内。操作者按下RETURN按钮167，以在完成所有设定之后将视窗改变到另一个。

图6表示的是如上结合图5的描述操作者手动调整加权因子到合适值的流程图。也就是，它表示的是操作者手动地调整加权因子到合适值的流程图。

在步骤S41，如图4所示，将要诊断的任意横截面的对照图显示在显示器60上。

在步骤S42，操作者通过第一感兴趣区域限定部分23-1在显示的对照图像上限定出感兴趣区域ROI。

在步骤S43，第一图像对照信息计算部分24-1计算感兴趣区域RO1内像素的图像特征量165。特别地，计算对照图像中像素值的平均值，以确定图像特征量165，其被显示在图像特征量显示部分27中。

在步骤S44，操作者一边观察显示在图像特征量显示部分27中的图像特征量165，一边利用如滑杆的加权因子调整部分25-1对加权因子α进行调整。

在步骤S45，调整的加权因子α导致图像特征量165发生改变，并且使包括感兴趣区域ROI的整个对照图像发生改变。操作者利用滑杆161对加权因子α进行微调，使得图像特征量165变成0或落入距离0的一定范围内。

在步骤S46，如果图像特征量165变成了0或落入了0附近的一定范围内，操作者就按下SET按钮162，以在感兴趣区域ROI中固定该加权因子α。

在步骤S47，操作者决定是否随后还要限定另一个感兴趣区域ROI。如果要限定另一个感兴趣区域ROI，程序则返回至步骤S42；如果所有感兴趣区域ROI已经限定完毕，程序则前进至S48。

在步骤S48，双重能量图像重建部分22重建双重能量图像DI，其中利用调整后的加权因子α将感兴趣区域ROI制成了等效图像。作为显示在显示器60上的图像，为了便于操作者诊断，着色显示部分28将低能量的断层摄影图像LT或高能谱的断层摄影图像HT中的一个与着色的等效图像重叠显示。

《自动加权因子设定方法》

图7(a)表示的是执行自动权重设定方法的图像处理装置20的框图，图7(b)表示的是自动设定合适加权因子的方法的流程图。将要诊断的任意横截面的双重能量图像DI显示在显示器60上。之后，自动权重设定被激活。

图8是分布柱状图，水平轴表示在逐个像素的基础上的低能谱的X射线断层摄影图像LT的像素值除以高能谱的X射线断层摄影图像HT的像素值的比值，垂直轴表示像素数量。

在自动设定加权因子时，如图7(a)所示，图像处理装置20包括图像重建部分21、双重能量图像重建部分22、第二感兴趣区域限定部分23-2、第二图像对照信息计算部分24-2、加权因子确定部分25-2以及着色显示部分28。由于图像重建部分21和双重能量图像重建部分22前边已经进行了描述，这里就不再赘述。

第二图像对照信息计算部分24-2计算低能量的断层摄影图像LT中每个像素(512*512)的值除以高能谱的断层摄影图像HT中的每个像素的值，或高能谱的断层摄影图像HT中每个像素值除以低能量的断层摄影图像LT中每个像素值的值。通过这种像素值的比值计算，第二图像对照信息计算部分24-2测量水平轴表示像素值比值和垂直轴表示像素数量的分布柱状图。

第二感兴趣区域限定部分23-2从测得的分布柱状图的像素值比值中提取具有相似像素比值的区域作为感兴趣区域。特别地，第二感兴趣限定区域23-2限定的感兴趣区域为包括在分布柱状图中的峰值周围具有相似像素值比值的像素。

加权因子确定部分25-2根据分布柱状图中峰值处的像素值比值确定加权因子。这样，使得用于生成双重能量图像的加权因子对应于所提取的感兴趣区域。

着色显示部分28对同一个感兴趣区域使用相同的颜色，并对不同的感兴趣区域使用不同的颜色。具体地，识别为脂肪、钙和碘造影剂的像素分别用红色、蓝色和绿色上色，以在显示器60上显示。

在步骤S51，从存储装置59中读取当前任意横截面的低能谱的X射线断层摄影图像LT和高能谱的X射线断层摄影图像HT。

在步骤S52，第二图像对照信息计算部分24-2计算低能谱的X射线断层摄影图像LT和高能谱的X射线断层摄影图像HT之间的像素比值。总的来说，当采用管电压为80kV的X射线断层摄影图像LT和管电压为140kV的X射线断层摄影图像HT时，对象内物质的比值分布在0.5至2.5的范围。

在步骤S53，第二图像对照信息计算部分24-2测量水平轴表示像素值比值和垂直轴表示像素数目的分布柱状图。图8中表示了这种例子。图8中所示的曲线图可以被显示在显示器60上，或者仅将所有像素的比值存储在存储器中。

在步骤S54，第二感兴趣区域限定部分23-2确定是否存在值大于阈值SH1的像素数目的分布，这样根据值大于阈值SH1的像素数目的分布限定感兴趣区域。图8中，阈值SH1被定义在一定位置。图8中峰值P1、P2、P3和P5大于阈值SH1。这样，就存在像素数目的四个分布大于阈值SH1。大于阈值的部分中的峰值可以通过对柱状图分布进行微分来识别。另一方面，峰值P4并不大于阈值SH1。可能由噪声、人为因素或位置偏移引起的峰值P4可以消除。第二感兴趣区域限定部分23-2执行这样的处理，以提取具有类似像素值比值的区域作为感兴趣区域。如果发现了一个或多个大于阈值SH1的峰值P，程序就前进到步骤S55；如果没有发现大于峰值SH1的峰值P，程序就前进到步骤S57。

在步骤S55，针对由第二感兴趣区域限定部分23-2提取的峰值P1、P2、P3或P5处的、也就是具有相似像素值比值的特定物质，加权因子确定部分25-2为该特定物质确定加权因子α。

在步骤S56，由双重能量图像重建部分22重建用于显示的双重能量图像DI，该双重能量图像DI中利用固定的加权因子α使得峰值P附近的范围成为等效图像。如果发现了多个峰值P，则计算它们各自的等效图像，并将这些等效图像彼此重叠显示。作为显示在显示器60上的图像，为了便于操作者诊断，着色显示部分28将低能量的断层摄影图像LT或高能谱的断层摄影图像HT中的一个与着色的等效图像重叠显示。

前进到步骤S57意味着第二感兴趣区域限定部分23-2不能提取任何峰值，因此，阈值SH1被减小。然后，程序返回至步骤S54，并决定是否发现了值大于阈值SH1的像素数目的分布。

虽然在本实施例中，示出了减小阈值SH1以搜索峰值P的流程图，但是，如果出现了多个峰值P并且操作者希望使物质的范围变窄，也可以增加该阈值，如阈值SH2中那样。

<对双重能量图像DI中的物质进行着色的例子>

图9是用来解释利用着色显示部分28为等效图像着色的视图。

图9(a)是一张彩色图90，其中水平轴表示低能谱的X射线断层摄影图像LT和高能谱的X射线断层摄影图像HT之间像素值的比值，也就是加权因子α，垂直轴表示色调(颜色的种类(红、蓝、黄等等))。虽然这里的垂直轴的标准化为0到1，但是也可以用0度到360度的角度表示。

由于彩色图90的水平轴表示加权因子α，为了便于操作者识别，识别为脂肪(α＝0.8)、水(α＝1.0)、钙(α＝1.45)和碘造影剂(α＝1.9)的像素分别用红色、蓝色、黄色和绿色上色。例如，在该彩色地图的曲线图91中，对处于0.95至1.40范围的加权因子α分配同一颜色。当想要将不同的颜色用于着色显示部分28中时，可以用鼠标拖动显示在显示器60上的彩色图的曲线图91，使曲线图91沿箭头93表示的方向垂直移动至虚线表示的位置，这样就改变了色调。此外，如果想要对1.00至1.40的加权因子α分配相同的颜色，可以用鼠标拖动曲线图91，使曲线图91沿箭头95表示的方向水平移动至虚线表示的位置，这样就改变了具有相同颜色的范围。

此外，从水到钙的颜色过渡可以通过完全不同的色调来绘制，如曲线图91的部分95中所示。另一方面，从钙到碘造影剂的颜色过渡可以通过逐步改变色调来绘制，如曲线图91的部分97中所示。虽然图9中仅表示出了线性改变，但是也可以设置非线性的色调改变。

采用这样设置的色调，对特定物质着色，并将着色的特定物质显示在低能量的断层摄影图像LT或高能谱的断层摄影图像HT中的一个中。图9(b)表示了这样的例子。

根据本发明，可以采用手动或自动的方式在双重能量图像DI中对特定物质的加权因子α进行精确设定。然后，就可以容易地对特定物质着色以显示在显示器60上。这样，操作者可以观察精确的双重能量图像DI以作出诊断。虽然在实施例中，集中对脂肪、水、钙、碘造影剂等进行了描述，但是很容易地可以认识到也可以为其他物质。

实施例中的图像重建技术可以是根据传统已知的Feldkamp方法的三维图像重建技术。前面所述的实施例并不特别限于特定的扫描模式。也就是，利用轴式扫描、螺旋式扫描、可变螺距螺旋扫描和螺旋往复式扫描中的任何一种都可以获得同样的技术效果。此外，扫描台架的倾斜也不受限制。也就是，用所谓的倾斜扫描也可以获得同样的技术效果。此外，前面所述的实施例可以用于心脏图像的重建，其中与生物信号，尤其是心脏信号同步地进行图像的重建。

附图标记

图1

20图像处理装置

21图像重建部分

22双重能量图像重建部分

51HV/LV发生器

53扫描控制器

59存储装置

103探测器

105数据传送装置

111旋转机构

113集电环

图2

开始

S11生成侦察图像

S12限定需要诊断的断层摄影图像的范围

S13定义成像条件，例如X射线能量

S14-S20断层摄影成像

S14采集投影数据集LD、HD

S15预处理

S16束硬化校正

S17 Z滤波卷积处理

S18重建函数卷积处理

S19 3D反投影处理

S20后处理

S21显示断层摄影图像LT、HT

S22在存储装置59中存储断层摄影图像LT、HT

S23显示双重能量图像

S24对特定物质着色

结束

图3

图2中步骤S15-S20的处理

肝脏

椎体

常量C1

脂肪信息的提取

图5(a)

至扫描控制器53等

23-1第一ROI限定部分

21图像重建部分

24-1第一图像对照信息计算部分

27图像特征量显示部分

25-1加权因子调整部分

28着色显示部分

22双重能量图像重建部分

来自数据传送装置105

至显示器60等

图6

开始手动加权因子设定方法

S41在显示器60上显示任意横截面的对照图像

S42操作者在对照图像中限定感兴趣区域ROI

S43在图像对照信息计算部分24-1计算感兴趣区域ROI的图像特征量165，并将其显示在图像特征量显示部分27中

S44操作者移动滑杆161以作出调节，使图像特征量165变成0或落入0附近的一定范围内

S45双重能量图像重建部分22随着滑杆161的移动改变显示的图像特征量165

S46如果显示的图像特征量变成0或落入0附近的一定范围内，操作者按下SET按钮162

S47已经限定了所有感兴趣区域ROI？

S48在显示器60上显示双重能量图像DI，该双重能量图像DI中使感兴趣区域ROI成为等效图像

结束

图7(a)

至扫描控制器53等

23-2第二ROI限定部分

21图像重建部分

24-2第二图像对照信息计算部分

25-2加权因子调整部分

27图像特征量显示部分

22双重能量图像重建部分

28着色显示部分

来自数据传送装置105

至显示器60等

图7(b)

开始自动加权因子设定方法

S51从存储装置59中读取任意横截面的低能谱的X射线断层摄影图像LT和高能谱的X射线断层摄影图像HT

S52第二图像对照信息计算部分24-2为512*512像素中的每一个计算LT/HT

S53第二图像对照信息计算部分24-2对测量分布的柱状图

S54是否有值大于阈值SH1的像素数目的分布？

S55加权因子确定部分25-2确定物质和加权因子α

S56双重能量图像重建部分22重建双重能量图像DI以显示在显示器60上，双重能量图像DI中使值大于阈值SH1的像素成为等效图像

S57调整阈值SH1么？

结束

图8

柱状图

(纵轴)像素数目

(横轴)物质(加权因子α)

图9(a)

(横轴)LT/HT(加权因子α)

图10

(纵轴)80kV时X射线管电流(单位：mA)

(横轴)140kV时X射线管电流(单位：mA)

模体的横截面积

Claims

1.一种X射线断层摄影成像设备(10)，用于根据使用第一能量的X射线的第一能量投影数据集(LD)、第一能量断层摄影图像(LT)和使用不同于所述第一能量的第二能量的X射线的第二能量投影数据集(HD)与第二能量断层摄影图像(HT)获得双重能量图像，该设备包括：

图像对照信息计算部分(24)，用于计算所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)与所述第二能量断层摄影图像(HT)之间的图像对照信息；

感兴趣区域限定部分(23)，用于限定感兴趣区域；

加权因子确定部分(25-3)，用于确定所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)与所述第二能量断层摄影图像(HT)之间进行加权相减处理中使用的加权因子，这样通过进行所述加权相减处理使得所述感兴趣区域内的所述图像对照信息基本上被消除以及

双重能量图像重建部分(22)，用于利用所述加权因子确定部分(25-2)确定的加权因子，在所述图像对照信息计算部分中使用的所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)与第二能量断层摄影图像(HT)之间进行加权相减处理，从而重建双重能量图像。

2.根据权利要求1的X射线断层摄影成像设备(10)，其中所述图像对照信息计算部分(24)利用所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)与所述第二能量断层摄影图像(HT)之间的相减处理重建对照图像，并计算所述对照图像的图像特征量作为所述图像对照信息。

3.根据权利要求2的X射线断层摄影成像设备(10)，进一步包括：

图像显示部分(28)，用于显示所述对照图像，

其中所述感兴趣区域限定部分(23)使得能够根据显示在所述图像显示部分上的对照图像限定出所述感兴趣区域。

4.根据权利要求2的X射线断层摄影成像设备(10)，进一步包括：

图像特征量显示部分(27)，用于显示随所述加权因子变化而变化的图像特征量，

其中所述加权因子确定部分(25-2)包括加权因子调整部分(25-1)，使得能够在观察所述所显示图像特征量的变化时手动修改所述加权因子。

5.根据权利要求4的X射线断层摄影成像设备(10)，其中：

所述图像特征量为所述对照图像中感兴趣区域内像素的像素值的平均值或中值，并且

所述加权因子确定部分(25-2)将所述图像特征量变成0或落入0附近的一定范围内时的加权因子确定为所述感兴趣区域的加权因子。

6.根据权利要求1的X射线断层摄影成像设备(10)，其中：

所述图像对照信息计算部分(24)计算所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)与所述第二能量断层摄影图像(HT)之间的像素值比值，作为所述图像对照信息，并且

所述感兴趣区域限定部分(23)提取具有相似像素值比值的区域作为感兴趣区域。

7.根据权利要求6的X射线断层摄影成像设备(10)，其中：

所述加权因子确定部分(25-2)根据所述感兴趣区域内所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD)和所述第二能量断层摄影图像(HT)之间的像素值比值分布的峰值，确定所述加权因子。

8.根据权利要求1的X射线断层摄影成像设备(10)，进一步包括：着色显示部分(28)，用于对所述感兴趣区域着色，并将其重叠在所述第一能量断层摄影图像(LT)或所述第二能量断层摄影图像(HT)上进行显示。

9.根据权利要求8的X射线断层摄影成像设备(10)，其中：

所述着色显示部分(28)能够以不同颜色显示一个对象中多个不同的感兴趣区域。

10.根据权利要求6的X射线断层摄影成像设备(10)，进一步包括：着色显示部分(28)，用于采用随着所述第一能量投影数据集(LD)与所述第一能量断层摄影图像(LT)和所述第二能量投影数据集(HD与所述第二能量断层摄影图像(HT)之间的像素值比值而变化的色调进行着色。