RU2515338C2

RU2515338C2 - Формирование спектральных изображений

Info

Publication number: RU2515338C2
Application number: RU2011126153/28A
Authority: RU
Inventors: Эвальд РЕССЛЬ
Original assignee: Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2014-05-10
Also published as: JP2012509697A; US8611489B2; CN102224435A; CN102224435B; EP2370836B1; EP2370836A2; US20110216878A1; RU2011126153A; JP5588994B2; WO2010061307A2; WO2010061307A3

Abstract

Изобретение относится к формированию спектральных изображений и находит конкретное применение в спектральной компьютерной томографии (CT). Спектральный процессор, который обрабатывает сигнал детектора, показывающий полихроматическое излучение, детектированное системой формирования изображений, содержащий: первый канал обработки, который формирует первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора; и второй канал обработки, который формирует второй спектральный сигнал, полученный из составляющей переменного тока сигнала того же самого сигнала детектора, при этом второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора, при этом первый и второй спектральные сигналы используются для спектрального разложения сигнала детектора. Технический результат - повышение спектрального разрешения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Последующее в целом относится к формированию спектральных изображений и находит конкретное применение в спектральной компьютерной томографии (CT). Однако оно также является поддающимся другим медицинским и немедицинским применениям.

Традиционный интегрирующий сканер компьютерной томографии (CT) включает в себя рентгеновскую трубку, установленную на вращающемся портале напротив матрицы детекторов, которая включает в себя матрицу сцинтилляторов, оптически связанную с матрицей фотодатчиков. Рентгеновская трубка вращается вокруг зоны обследования и испускает полихроматическое излучение, которое проходит через зону обследования и субъекта и/или объект, расположенный в зоне обследования. Матрица детекторов принимает излучение, которое проходит через зону обследования. Матрица сцинтилляторов поглощает излучение и вырабатывает свет, показывающий его. Свет принимается матрицей фотодатчиков, которая преобразует свет в сигнал электрического тока, показывающий его.

Сигнал электрического тока включает в себя составляющую постоянного тока и составляющую переменного тока, или колебания около составляющей постоянного тока. Амплитуды колебаний являются функциями энергии детектированного излучения и, таким образом, включают в себя спектральную информацию. К сожалению, в режиме интегрирования электрический сигнал интегрируется по энергетическому спектру, создавая усредненное или среднее значение интенсивности для интервала интегрирования, и спектральная информация, представленная составляющей переменного тока, теряется. Интегрированный сигнал реконструируется, а результирующие объемные данные изображения могут использоваться для формирования изображения сканируемого субъекта или объекта. Результирующее изображение включает в себя пиксели, которые типично представлены в показателях значений шкалы серого, соответствующих относительной рентгенопроницаемости. Такая информация отражает характеристики затухания сканируемого субъекта или объекта.

Были предложены различные технологии для извлечения спектральной информации из интегрированных сигналов. Например, можно использовать то обстоятельство, что поглощение излучения является зависящим от энергии фотона. По существу, одна из технологий включает в себя наложение строк пикселей сцинтилляторов поверх друг друга в направлении падающего излучения и установку соответственных пикселей фотодатчиков для каждой строки. Обычно фотоны более низкой энергии поглощаются в строках пикселей сцинтилляторов, более близких к падающему излучению, а фотоны более высокой энергии поглощаются в строках пикселей сцинтилляторов, удаленных от падающего излучения.

В другом примере напряжение трубки переключается между разными напряжениями, выдавая один набор измерений для более низкого напряжения трубки, и другой набор измерений для более высокого напряжения трубки. В еще одном примере система формирования изображений сконфигурирована многочисленными рентгеновскими трубками, каждая возбуждается разным напряжением трубки, и, таким образом, получаются многочисленные наборы измерений для разных эмиссионных спектров. В еще одном примере используется чувствительный к изменению энергии подсчитывающий фотоны детектор, выдающий спектральную информацию в определенном количестве энергетических окон. Более того, технология спектрального разложения была предложена для разложения интегрированных сигналов на фотоэлектрическую и комптоновскую составляющие. В тех случаях, когда используется контрастный агент с веществом с K-оболочкой, имеющим известную энергию K-оболочки, спектральное разложение может быть расширено, чтобы также выдавать составляющую K-оболочки.

К сожалению, вышеотмеченные технологии могут влечь за собой добавление специализированных аппаратных средств и/или сложность, борьбу с технологическими трудностями и/или увеличение себестоимости системы в целом. Однако тенденция в CT состоит в том, чтобы двигаться по направлению к более высоким спектральным разрешениям, поскольку формирование спектральных изображений может предоставлять информацию, показывающую элементарный или материальный состав (например, атомное число) сканируемого субъекта или объекта. Таким образом, есть неразрешенная необходимость в действенных, новейших и экономически эффективных технологиях формирования изображений.

Представленные аспекты заявки предусматривают новую и улучшенную технологию спектральной CT, которая принимает меры в ответ на вышеупомянутые и другие проблемы. В последующем термин «сигнал детектора» указывает ссылкой на сигнал тока или сигнал напряжения, либо другой сигнал, показывающий их, который вырабатывается в детекторе в результате воздействия отдельных детектированных частиц.

В соответствии с одним из аспектов спектральный процессор включает в себя первый канал обработки, который формирует первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора, и второй канал обработки, который формирует второй спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора, при этом первый и второй спектральные сигналы используются для спектрального разложения сигнала детектора и при этом сигнал детектора является показывающим детектированное полихроматическое излучение.

Согласно еще одному аспекту способ включает в себя детектирование полихроматического излучения, проходящего через зону обследования системы формирования изображений, формирование сигнала детектора, показывающего энергию детектированного излучения, определение первой спектральной информации о падающем излучении из сигнала детектора, определение второй спектральной информации о падающем излучении из сигнала детектора, при этом первая и вторая спектральная информация являются разными, и спектрально раскладывают сигнал детектора на основании первой и второй спектральной информации.

Согласно еще одному аспекту система формирования изображений включает в себя источник излучения, который испускает полихроматическое излучение, которое проходит через зону обследования, матрицу детекторов, которая детектирует излучение и формирует сигнал детектора, показывающий его, и спектральный процессор, который обрабатывает сигнал детектора. Спектральный процессор включает в себя первый канал обработки, который формирует первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора, и второй канал обработки, который формирует второй спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора. Первый и второй спектральные сигналы используются для спектрального разложения сигнала детектора.

Изобретение может обретать форму различных компонентов и компоновок компонентов и различных этапов и компоновок этапов. Чертежи предназначены только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны истолковываться в качестве ограничивающих изобретение.

Фиг.1 иллюстрирует примерную систему формирования изображений.

Фиг.2 иллюстрирует примерный спектральный процессор.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют примерные спектральные детекторы.

Фиг.5 иллюстрирует примерную систему формирования изображений, применяющую переключение пикового напряжения в киловольтах.

Фиг.6 иллюстрирует примерную систему формирования изображений с двумя трубками.

Фиг.7 иллюстрирует примерный способ.

Последующее в целом относится к одновременному использованию детектора как в режиме колебаний, так и режиме интегрирования тока. Результирующие выходные сигналы могут использоваться для применений формирования изображений с двумя энергиями в различных областях, таких как медицинская, сканирование для обеспечения безопасности, анализ материалов и т.д. Информация с двумя энергиями выдается соответственно разными энергетическими зависимостями сигнала режима колебаний (переменного тока) и сигнала режима интегрирования тока (постоянного тока), которые соответственно пропорциональны среднеквадратической энергии и средней энергии рентгеновского спектра, падающего на детектор, соответственно. Одновременное детектирование составляющих переменного тока и постоянного тока приводит к положительной корреляции шума в измеренных отсчетах, которая может приводить к относительному подавлению основного шума материала по отношению к случаю некоррелированных (последовательных) измерений.

Фиг.1 иллюстрирует систему 100 формирования изображений, такую как сканер компьютерной томографии (CT). Система 100 включает в себя в целом неподвижный портал 102 и вращающийся портал 104. Вращающийся портал 104 с возможностью вращения поддерживается в целом неподвижным порталом 102 посредством подшипника или тому подобного.

Источник 106 излучения, такой как рентгеновская трубка, поддерживается вращающейся частью 104 портала и вращается с ней вокруг зоны 108 обследования вокруг продольной или оси 110 z и испускает полихроматическое излучение. Коллиматор источника или тому подобное коллимирует излучение, испускаемое источником 106 излучения, создавая имеющий форму конуса, веера, клина или иную форму пучок излучения, который проходит через зону 108 обследования.

Матрица 114 детекторов стягивает дугу, противоположную зоне 108 обследования относительно источника 106 излучения. Проиллюстрированная матрица 114 детекторов является двухмерной матрицей, которая включает в себя матрицу 116 фотодатчиков с матрицей 112 сцинтилляторов, оптически связанной с ней. Матрица 112 сцинтилляторов принимает излучение, которое проходит через зону 108 обследования и вырабатывает свет, показывающий его. Матрица 116 фотодатчиков принимает свет и формирует сигнал детектора, такой как электрический ток, напряжение или другой сигнал, показывающий его.

Процессор 118 обрабатывает сигнал детектора из матрицы 114 детекторов. Проиллюстрированный процессор 118 включает в себя множество каналов 120₁, …, 120_N обработки, где N - целое число, вместе указываемых ссылкой в материалах настоящей заявки как каналы 120 обработки. Каналы 120 обработки независимо обрабатывают один и тот же поступающий сигнал из матрицы 114 детекторов. Как подробнее описано ниже в одном из примеров, по меньшей мере два канала 120 обработки формируют соответственные сигналы, которые соответственно показывают разную информацию о энергии, соответствующую сигналу детектора из матрицы 114 детекторов.

В проиллюстрированном варианте осуществления процессор 118 показан в качестве отдельного компонента системы 100. В еще одном варианте осуществления процессор 118 является частью матрицы 114 детекторов. В еще одном другом варианте осуществления процессор 118 расположен удаленно от системы. Например, процессор 118 может быть частью отдельной вычислительной системы, такой как настольный компьютер, рабочая станция или тому подобное. В дополнение, усилитель может использоваться для усиления сигнала детектора перед обработкой сигнала детектора.

Реконструктор 122 реконструирует сигналы из процессора 118 и формирует объемные данные изображения. Формирователь 124 изображений может использоваться для формирования изображения на основании объемных данных изображения. Должно быть принято во внимание, что сигналы из процессора 118 могут спектрально раскладываться в области проекций и/или в области изображений. Например, в одном из примеров спектральная реконструкция, спектральное разложение или другой спектральный алгоритм может использоваться для спектрального разложения сигналов в области проекций. Дополнительно или в качестве альтернативы, традиционная реконструкция выполняется для каждого сигнала, и сигналы спектрально раскладываются на основании получающихся в результате изображений.

Сканер 100 также включает в себя кушетку или постамент 126 пациента, которая удерживает субъекта, такого как человек или животное, либо объект в пределах области 108 обследования. Постамент 126 является подвижным, что дает оператору или системе возможность надлежащим образом позиционировать субъекта в пределах зоны 108 обследования до, во время и/или после сканирования.

Вычислительная система, такая как пульт 128 оператора, облегчает взаимодействие пользователя со сканером 100. Программные приложения, выполняемые пультом 128 оператора, предоставляют пользователю возможность конфигурировать и/или управлять работой сканера 100. Например, пользователь может взаимодействовать с пультом 128 оператора для выбора протокола формирования спектральных или традиционных изображений.

Как вкратце описано выше, по меньшей мере два канала 120 обработки формируют соответственные сигналы, которые показывают разную информацию об энергии, соответствующую сигналу детектора из матрицы 114 детекторов. В одном из примеров два канала 120 обработки могут быть сконфигурированы для формирования соответственных сигналов на основании статистической или математической модели.

В качестве примера, среднее значение интенсивности и дисперсия поступающего электрического сигнала детектора соответственно пропорциональны первому и второму моментам падающего спектра плотности энергии рентгеновского излучения. Это показано ниже в уравнениях 1 и 2:

где M_I - первый сигнал измерения, показывающий среднюю энергию фотона в рентгеновском пучке, соответствующий первому моменту ∫EФ(E)dE спектра плотности энергии рентгеновского излучения, k_I - постоянная преобразования из интенсивностей рентгеновского излучения в ток сигнала, E - энергия рентгеновского излучения, и

где M_II - второй сигнал измерения, показывающий средний квадрат энергии фотона в рентгеновском пучке, соответствующий второму моменту ∫E ²Ф(E)dE спектра плотности энергии рентгеновского излучения, k_II - постоянная преобразования из возведенных в квадрат интенсивностей рентгеновского излучения в ток сигнала.

Два значения M_I и M_II хорошо пригодны для применения обработки с двумя энергиями. Например, их шум сильно коррелирован, так как измерения соответствуют одному и тому же поступающему электрическому сигналу детектора. Положительные корреляции шума могут уменьшать шум основного изображения. В дополнение, есть корреляции, вызванные стохастическими флуктуациями в относительных вкладах сигнала из спектральных областей высокой энергии и низкой энергии во входном спектре. Вышеприведенные и/или другие характеристики делают первый и второй моменты хорошо пригодными для вывода информации о двух энергиях из одиночного измерения излучения.

Фиг.2 иллюстрирует примерный процессор 118, который обрабатывает поступающий сигнал электрический сигнал детектора из матрицы 114 детекторов на основании уравнений 1 и 2. Процессор включает в себя два канала 120 обработки, i-й канал 120_i и j-й канал 120_j, где i-й канал 120_i обрабатывает поступающий сигнал детектора на основании первого момента спектра плотности энергии рентгеновского излучения или среднего значения энергии (см. уравнение 1), а j-й канал 120_j обрабатывает тот же самый поступающий сигнал детектора на основании второго момента спектра плотности энергии рентгеновского излучения или среднеквадратического значения энергии (см. уравнение 2).

Маршрутизатор 200 сигнала принимает электрический сигнал детектора из матрицы 114 детекторов и выдает сигнал в оба, i-й и j-й каналы 120_i и 120_j процессора 118. Как отмечено выше, вообще, поступающий электрический сигнал детектора включает в себя составляющую постоянного тока и составляющую переменного тока, которая содержит колебания сигнала, которые являются зависящими от энергии детектированного излучения, причем излучение более низкой энергии приводит к колебаниям электрического сигнала детектора, имеющим меньшую амплитуду относительно колебаний, соответствующих излучению более высокой энергии.

i-й канал 120_i включает в себя интегратор 202. Интегратор 202 интегрирует поступающий электрический сигнал детектора на энергетическом спектре за предопределенный интервал интегрирования или период времени. Интегратор 202 выдает сигнал, показывающий среднее или усредненное значение интенсивности поступающего электрического сигнала детектора, представляющее составляющую постоянного тока поступающего электрического сигнала детектора; усредненное значение интенсивности дает первую спектральную информацию. Однако во время последовательности операций усреднения спектральная информация, ассоциативно связанная с составляющей переменного тока (например, спектральная информация, закодированная в относительном колебании плотности энергии рентгеновского излучения вокруг измеренного среднего значения), теряется.

j-й канал 120_j включает в себя полосовой фильтр 204, электронику 206 возведения в квадрат и интегратор 208. Фильтр 204 фильтрует поступающий электрический сигнал детектора и удаляет составляющую постоянного тока и низкочастотные составляющие ниже нижней частоты среза из поступающего электрического сигнала детектора, а также частотные составляющие выше верхней частоты среза.

В одном из неограничивающих примеров нижняя частота среза может использоваться для подавления нежелательных источников сигнала в канале колебаний, являющихся следствием вращения сканера и движений объекта, наряду с тем, что срез высокой энергии может быть установлен как можно ближе к высокочастотным составляющим, наведенным в сигнале импульсной характеристикой. Дополнительно или в качестве альтернативы, нижняя частота среза может быть установлена, чтобы снижать или ослаблять шум (например, дробовый шум, тепловой шум и т.д.), возникающий в качестве части сигнала флуктуаций. Как правило, общий уровень шумов, являющийся следствием всех источников, иных, чем стохастическое падение частиц в детекторе, определяет наименьшие возможные скорости потока, для которых сигнал режима колебаний будет давать полезную информацию.

Электроника 206 возведения в квадрат выдает мгновенное возведенное в квадрат значение фильтрованного сигнала детектора. Среднеквадратическое значение дает статистическое измерение амплитуды изменяющейся во времени составляющей. Среднеквадратические отклонения флуктуаций тока дают вторую спектральную информацию. Интегратор 202 интегрирует возведенный в квадрат фильтрованный сигнал и выдает сигнал, показывающий составляющую переменного тока поступающего электрического сигнала детектора.

Как показано, два сигнала могут выдаваться в реконструктор 122. Как отмечено выше, в одном из примеров реконструктор 122 реконструирует сигналы на основании традиционных алгоритмов реконструкции. Другими словами, каждый сигнал реконструируется с использованием традиционного алгоритма реконструкции. Результирующие объемные данные изображения затем могут использоваться для формирования изображения для каждого сигнала. Сигналы затем могут спектрально раскладываться посредством изображений с использованием известных технологий. В еще одном примере реконструктор 122 реконструирует сигналы на основании специальных алгоритмов реконструкции. Например, алгоритм реконструкции может включать в себя разложение сигнала для получения различных составляющих в сигналах, таких как фотоэлектрическая составляющая и комптоновская составляющая. Формирователь 124 изображений (фиг.1) затем может использоваться для формирования изображения для одной или более этих составляющих и/или комбинированного изображения, включающего в себя все из составляющих.

Должно быть принято во внимание, что варианты осуществления, описанные в материалах настоящей заявки, могут использоваться в связи с одним или более других подходов. Например, варианты осуществления, описанные в материалах настоящей заявки, могут использоваться в комбинации со спектральным детектором (например, двухслойной системой), переключением пикового напряжения в киловольтах и/или системой с многочисленными трубками. Посредством комбинирования вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, с одной или более из технологий и/или другими технологиями может быть увеличено спектральное разрешение разделения.

Примеры таких пригодных спектральных детекторов показаны на фиг.3 и 4. Матрица 302 сцинтилляторов включает в себя первый и второй слои пикселей 304, 306 сцинтилляторов, которые уложены стопой в направлении падающего излучения. Поглощение падающего излучения в матрице 302 сцинтилляторов является зависящим от энергии, причем фотоны более низкой энергии проходят в среднем меньшее расстояние через матрицу 302 сцинтилляторов до поглощения в первом слое 304, а фотоны более высокой энергии проходят в среднем большее расстояние через матрицу 302 сцинтилляторов до типичного поглощения во втором слое 306. По существу, глубина поглощения является показывающей энергию детектированного излучения.

Как показано на фиг.3, в одном из примеров матрица 302 сцинтилляторов оптически присоединена поверх матрицы 308 фотодатчиков, имеющей первый фоточувствительный пиксель 310 с первой спектральной характеристикой, настроенной на один из первого или второго слоев 304, 306 сцинтилляторов, и второй фоточувствительный пиксель 312 со второй спектральной характеристикой, настроенной на другой из первого или второго слоев 304, 306 сцинтилляторов. Таким образом, матрица 308 фотодатчиков будет иметь два спектрально разных выходных сигнала. Использование такого детектора со спектральной обработкой, описанной в материалах настоящей заявки, будет давать два спектрально различных выходных сигнала, или пару сигналов средней энергии/среднеквадратической энергии для каждой из двух спектральных характеристик фоточувствительных пикселей 310, 312.

На фиг.4 первый и второй пиксели 304, 306 сцинтилляторов соответственно оптически установлены сбоку на матрицу 402 фотодатчиков, которая включает в себя первый фоточувствительный пиксель 402 с первой спектральной характеристикой, настроенной на один из первого или второго слоев 304, 306 сцинтилляторов, и второй фоточувствительный пиксель 404 со второй спектральной характеристикой, настроенной на другой из первого или второго слоев 304, 306 сцинтилляторов. Таким образом, матрица 402 фотодатчиков будет иметь два спектрально разных выходных сигнала. Светоотражающие пленка или покрытия могут быть помещены на боковые стороны пикселей 304, 306 сцинтилляторов, не присоединенных к матрице 402 фотодатчиков, чтобы направлять свет на фотодиодную матрицу. Подобным образом, использование такого детектора со спектральной обработкой, описанной в материалах настоящей заявки, будет давать два спектрально различных выходных сигнала или пару сигналов средней энергии/среднеквадратической энергии для каждой из двух спектральных характеристик фоточувствительных пикселей 310, 312.

С любой из или обеими фиг.3 и 4 должно быть принято во внимание, что пиксели 304, 306 сцинтилляторов могут быть сформированы из одинаковых или разных материалов излучателей и/или пиксели 304, 306 сцинтилляторов могут иметь сходные или разные размеры, такие как сходные или разные глубины в направлении падающего излучения. Конечно, в других вариантах осуществления может использоваться большее количество слоев сцинтилляторов и фоточувствительных пикселей.

Фиг.5 иллюстрирует переключения пикового напряжения в киловольтах. В этом примере, контроллер 502 рентгеновской трубки переключает напряжение трубки между двумя (или более) разными уровнями напряжения. Контроллер 502 может переключать напряжение трубки во время сканирования (например, в пределах проекции, между проекциями и т.д.), между снимками сканирования и/или иным образом, например, на основании информации о сканировании из пульта 128. Матрица 114 детекторов может формировать первые сигналы, соответствующие первому напряжению трубки, и вторые сигналы, соответствующие второму напряжению трубки. Когда используется в связи со спектральной обработкой, описанной в материалах настоящей заявки, система будет давать четыре спектрально различных выходных сигнала или пару сигналов средней энергии/среднеквадратической энергии для каждого из двух напряжений трубки. Посредством такого же использования детектора по фиг.3 и 4 система будет давать восемь спектрально различных выходных сигналов или пару среднего значения/среднеквадратического значения для каждого из двух спектральных характеристик фоточувствительных пикселей 310, 312 для каждого из двух напряжений трубок.

Фиг.6 иллюстрирует примерную систему 600 с многочисленными трубками. Для пояснительных целей система 600 показана с двумя трубками, первой парой 106₁/114₁ трубка/детектор и второй парой 106₂/114₂ трубка/детектор. В других вариантах осуществления система может быть сконфигурирована большим количеством пар трубка/детектор, таким как три или более пар трубка/детектор. В этом примере такая трубка 106₁/106₂ задействуется при разном напряжении трубки. Как результат, каждый детектор 114₁/114₂ выдает выходной сигнал, соответствующий разным спектрам. Когда используется в связи со спектральной обработкой, описанной в материалах настоящей заявки, система будет давать четыре спектрально различных выходных сигнала или пару сигналов средней энергии/среднеквадратической энергии для каждой из трубок 106₁/106₂. Для каждой пары трубка/детектор спектральный детектор и/или переключение пикового напряжения в киловольтах могут применяться для увеличения спектрального разрешения, соответственно, до восьми отдельных выходных сигналов с использованием спектрального детектора по фиг.3 и 4, восьми отдельных выходных сигналов с использованием переключения пикового напряжения в киловольтах по фиг.5 и шестнадцати отдельных выходных сигналов с использованием как спектрального детектора, так и переключения пикового напряжения в киловольтах.

В еще одном примере алгоритм спектрального разложения может использоваться для разделения различных составляющих, таких как составляющая фотоэлектрического эффекта и составляющая эффекта Комптона. Подходящее разложение описано в Roessl et al., «K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photo counting detectors», Physics in Medicine and Biology, 2007, pages 4679-4696, vol. 52 (Роесл и др. Формирование изображений на K-оболочке в рентгеновской компьютерной томографии с использованием многосекционных счетных фотодетекторов. Физика в медицине и биологии, 2007 г., страницы 4679-4696, том 52). Еще одно пригодное разложение описано в заявке под порядковым номером PCT/IB2007/055105, поданной 14 декабря 2007 года, которая испрашивает преимущество по предварительной заявке под порядковым номером EP 06126653.2, поданной 20 декабря 2006 года. В последней разложение расширено для получения составляющих K-оболочки для материалов с K-оболочкой, веденных с помощью контрастных агентов.

Примерные применения, в которых могут использоваться системы и способы, описанные в материалах настоящей заявки, включают в себя, но не в качестве ограничения, проверку багажа, медицинские применения, формирование изображений животных, сканирующее исследование сердца, испытания материалов, неразрушающее формирование изображений, машинное зрение и материаловедение. В дополнение, применения используются в отношении систем рентгеновской CT, использующих многочисленные трубки (и многочисленные детекторы) на одиночном портале CT. Другие пригодные применения включают в себя применения, где требуется дифференциация тканей посредством более высоких спектральных рабочих характеристик плюс возможности реализовывать формирование изображения на K-оболочке в системе CT на основании интегрирующих ток детекторов.

Фиг.7 иллюстрирует способ. На 702 детектируется полихроматическое излучение. Например, излучение может соответствовать излучению, испускаемому и детектируемому во время процедуры формирования изображений, такой как сканирование CT. На 704 формируется сигнал детектора, показывающий энергию детектированного излучения. Сигнал детектора может быть электрическим током, электрическим напряжением или другим сигналом.

На 706 определяется первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора. Как описано в материалах настоящей заявки, это может включать в себя определение среднего значения энергии или первого момента спектра плотности энергии рентгеновского излучения. На 708 определяется второй спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора.

Как описано в материалах настоящей заявки, это может включать в себя определение среднеквадратического значения энергии или второго момента спектра плотности энергии рентгеновского излучения. На 710 сигнал детектора спектрально раскладывается на основании первого и второго спектральных сигналов. Как описано в материалах настоящей заявки, сигнал детектора может спектрально раскладываться в областях проекций и/или изображений.

Процессор 118, описанный в материалах настоящей заявки, может использоваться в различных применениях, в том числе, но не в качестве ограничения, CT, рентгеновском C-манипуляторе, проверке багажа и/или других медицинских и немедицинских применениях формирования изображений.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут приходить некоторым на ум по прочтению и осмыслению предшествующего подробного описания. Предполагается, что изобретение будет интерпретироваться в качестве включающего в себя все такие модификации и изменения, насколько они подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Claims

1. Спектральный процессор, который обрабатывает сигнал детектора, показывающий полихроматическое излучение, детектированное системой формирования изображений, содержащий:
первый канал обработки, который формирует первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора; и
второй канал обработки, который формирует второй спектральный сигнал, полученный из составляющей переменного тока сигнала того же самого сигнала детектора, при этом второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора, при этом первый и второй спектральные сигналы используются для спектрального разложения сигнала детектора.

2. Спектральный процессор по п.1, в котором первый спектральный сигнал соответствует первому моменту спектра плотности энергии рентгеновского излучения, кодированного в сигнале детектора.

3. Спектральный процессор по п.1, в котором второй спектральный сигнал соответствует второму моменту спектра плотности энергии рентгеновского излучения, кодированного в сигнале детектора.

4. Спектральный процессор по п.1, дополнительно включающий в себя реконструктор, который реконструирует каждый из первого и второго спектральных сигналов и формирует первые объемные данные изображения для первого спектрального сигнала и вторые объемные данные изображения для второго спектрального сигнала.

5. Спектральный процессор по п.4, дополнительно включающий в себя формирователь изображений, который формирует первое изображение на основании первых объемных данных изображения и второе изображение на основании вторых объемных данных изображения.

6. Спектральный процессор по п.5, в котором первый спектральный сигнал и второй спектральный сигнал спектрально раскладываются в области изображений на основании первого и второго изображений.

7. Спектральный процессор по п.1, дополнительно включающий в себя реконструктор, который применяет спектральный алгоритм, который спектрально раскладывает сигнал в области проекций.

8. Способ формирования изображений, состоящий в том, что:
детектируют полихроматическое излучение, проходящее через зону обследования системы формирования изображений;
формируют сигнал, показывающий распределение энергии детектированного излучения;
определяют первую спектральную информацию о распределении энергии излучения из сигнала детектора, причем первый спектральный сигнал соответствует среднему значению энергии излучения, закодированному в сигнале детектора;
определяют вторую спектральную информацию о распределении энергии излучения из сигнала детектора, при этом, первая и вторая информация являются разными; и
спектрально раскладывают сигнал детектора на основании первой и второй спектральной информации.

9. Способ по п.8, в котором вторая спектральная информация соответствует среднеквадратическому значению энергии излучения, закодированному в сигнале детектора.

10. Система формирования изображений, содержащая:
источник излучения, который испускает полихроматическое излучение, которое проходит через зону обследования;
матрицу детекторов, которая детектирует излучение и формирует сигнал, показывающий его; и
спектральный процессор, обрабатывающий сигнал детектора, спектральный процессор включает в себя:
первый канал обработки, который формирует первый спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом, первый спектральный сигнал включает в себя первую спектральную информацию о сигнале детектора, причем первый канал обработки включает в себя интегратор, который интегрирует сигнал детектора на определенном интервале интегрирования, и причем интегрированный сигнал представляет составляющую постоянного тока сигнала детектора; и
второй канал обработки, который формирует второй спектральный сигнал, полученный из сигнала детектора, при этом, второй спектральный сигнал включает в себя вторую спектральную информацию о сигнале детектора,
при этом, первый и второй спектральные сигналы используются для спектрального разложения сигнала детектора.

11. Система формирования изображений по п.10, в которой второй канал обработки включает в себя:
полосовой фильтр, который отфильтровывает низкочастотные и высокочастотные составляющие сигнала детектора;
электронику возведения в квадрат, которая математически возводит в квадрат фильтрованный сигнал детектора; и
интегратор который интегрирует возведенный в квадрат фильтрованный сигнал детектора.

12. Система формирования изображений по п.11, в которой возведенный в квадрат фильтрованный сигнал включает в себя составляющие переменного тока сигнала.

13. Система формирования изображений по п.10, дополнительно включающая в себя реконструктор, который применяет спектральный алгоритм для спектрального разложения сигнала детектора в области проекций на основании первого и второго спектральных сигналов.

14. Система формирования изображений по п.10, дополнительно включающая в себя реконструктор, который реконструирует каждый из первого и второго спектральных сигналов и формирует первые объемные данные изображения для первого спектрального сигнала и вторые объемные данные изображения для второго спектрального сигнала.

15. Система формирования изображений по п.14, дополнительно включающая в себя формирователь изображений, который формирует первое изображение на основании первых объемных данных изображения и второе изображение на основании вторых объемных данных изображения.

16. Система формирования изображений по п.15, в которой сигнал спектрально раскладывается в области изображений на основании первого и второго изображений.

17. Система формирования изображений по п.10, в которой первый спектральный сигнал соответствует среднему значению энергии излучения, закодированному в сигнале детектора, а второй спектральный сигнал соответствует среднеквадратическому значению энергии излучения, закодированному в сигнале детектора.

18. Система формирования изображений по п.10, при этом матрица детекторов включает в себя спектральный детектор, который является независимо ответственным за по меньшей два разных энергетических спектра и который формирует по меньшей мере два разных выходных сигнала, каждый соответствует разному одному из энергетического спектра, а первый и второй каналы обработки независимо обрабатывают каждый из разных выходных сигналов.

19. Система формирования изображений по п.10, дополнительно включающая в себя контроллер, который переключает уровень напряжения источника излучения между по меньшей мере двумя разными напряжениями, при этом, матрица детекторов формирует первый выходной сигнал, соответствующий первому напряжению источника излучения, и второй выходной сигнал, соответствующий второму напряжению источника излучения, а первый и второй каналы обработки независимо обрабатывают оба, первый и второй выходные сигналы.

20. Система формирования изображений по п.10, дополнительно включающая в себя по меньшей мере второй источник излучения и вторую матрицу детекторов, при этом, каждый источник излучения эксплуатируется на разном уровне напряжения, и каждая матрица детекторов формирует выходной сигнал, соответствующий соответствующему уровню напряжения источника излучения, а первый и второй каналы обработки независимо обрабатывают оба из выходных сигналов.