[發(fā)明專利]用于能譜CT的定量物質(zhì)分解

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680034625.3
• 申請日: 2006-09-12
• 公開（公告）號: CN101495039A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·普羅克紹
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 王 英

本發(fā)明涉及一種CT系統(tǒng)，其用于利用對于成分已知的康普頓衰減系數(shù)和光 電衰減系數(shù)確定對象感興趣區(qū)域中所述成分的定量物質(zhì)濃度。此外，本發(fā)明涉及 用于這種CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備以及一種相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法。除此之外，本發(fā) 明涉及一種用于在計算機上實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)處理方法的計算機程序。

提供定量物質(zhì)分解在過去已經(jīng)是CT技術(shù)(計算機斷層攝影技術(shù))的一個目 標(biāo)。用于所謂雙能量分析的公知方法是減去(除以)以不同能量采集的圖像以增 強對比。然而，該方法是探索性的，并且未定義圖像的物理或生物學(xué)意義。而且， 雙能量CT能夠呈現(xiàn)出具有等同物質(zhì)組成的兩幅圖像。通常采用的分解使用軟組織 和骨等價物，就像例如在Kalender，W.A.等人于1986年5月/6月的醫(yī)學(xué)物理第13 卷第3號第334頁至339頁發(fā)表的“Evaluation?ofa?prototype?Dual?Energy?Computer Tomographic?Apparatus.I.Phantom?Studies”中所描述的。然而，骨圖像中的高值并 不表示真正存在骨。其僅表示所呈現(xiàn)的骨和軟組織的組合將產(chǎn)生相同的測量結(jié)果。

這種結(jié)果的解釋力(explanatory?power)是有限的，因為該方法給出了寬范圍 的理解。因而，缺少一種提供適當(dāng)結(jié)果的用于定量物質(zhì)分解的合適技術(shù)。

因而，本發(fā)明的目的是提供一種CT系統(tǒng)，其提高了定量物質(zhì)分解的質(zhì)量和 解釋力。此外，將提供一種相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和數(shù)據(jù)處理方法。

該目的根據(jù)本發(fā)明由如權(quán)利要求1中所定義的CT系統(tǒng)所實現(xiàn)，所述CT系統(tǒng) 包括：

掃描單元，具有輻射源和探測器單元，用于從所述感興趣區(qū)域采集能譜CT 投影數(shù)據(jù)，

建模單元，用于獲得光電效應(yīng)投影數(shù)據(jù)集和康普頓效應(yīng)投影數(shù)據(jù)集，這是通 過借助于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的各個模型來分解所述能譜CT投影數(shù)據(jù)集而實 現(xiàn)的，

重建單元，用于根據(jù)所述光電效應(yīng)投影數(shù)據(jù)集和康普頓效應(yīng)投影數(shù)據(jù)集重建 所述感興趣區(qū)域的光電效應(yīng)圖像和康普頓效應(yīng)圖像，

處理單元，用于通過對方程組求解而確定所述感興趣區(qū)域中所述成分的濃度， 通過使得所述光電效應(yīng)圖像數(shù)據(jù)等于所述成分的所述濃度與光電衰減系數(shù)的累積 乘積，并且使得所述康普頓效應(yīng)圖像數(shù)據(jù)等于所述成分的所述濃度與康普頓衰減 系數(shù)的累積乘積，而獲得所述方程組。

在權(quán)利要求8和9中定義了用于這種CT系統(tǒng)的合適的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和相應(yīng) 的數(shù)據(jù)處理方法。在權(quán)利要求10中定義了一種可以存儲在記錄載體上用于在計算 機上實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)處理方法的計算機程序。本發(fā)明的優(yōu)選實施例定義在從屬權(quán)利 要求中。

本發(fā)明基于將能譜CT數(shù)據(jù)用于定量物質(zhì)分解的想法，并且還基于感興趣區(qū) 域中的可測量物理效應(yīng)的數(shù)量m允許確定所述感興趣區(qū)域中(m+1)種成分的濃 度的想法。假設(shè)能譜CT掃描器以不同的能譜編碼采集投影數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以與 對象的物理模型擬合。該物理模型包含諸如康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)和K邊緣效應(yīng) (k?edge?effect)的數(shù)個物理效應(yīng)。如果識別了K邊緣，相關(guān)的分解通過將對象的 物理模型分成效應(yīng)的物理模型而直接獲得。剩余的效應(yīng)(康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)) 的兩個模型參數(shù)允許分解剩余的至多三個成分的混合物。具有密度ρ_i、原子量A_i和原子序數(shù)Z_i的任何組分i具有如下的康普頓和光電衰減：

K₁和K₂是常量，n的值約為4，而f_KN(E)是所謂的總體(integrated)Klein -Nishina函數(shù)。下文中，能量不相關(guān)衰減作用稱為η_i^康普頓和η_i^光，其中：

如果存在相對體積濃度為c1、c2和c3＝(1-c1-c2)的三種組分，那么獲 得的下列方程組：

基于每個體素或者利用在感興趣區(qū)域上的至少x²擬合，對該方程組關(guān)于兩個 未知量(c1和c2)求解。將確定其濃度的物質(zhì)可以是元素、分子或任何已知的混 合物。