X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置以及校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置以及校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在最簡單的表現(xiàn)中，放射線成像與橫穿被檢體和檢測器的X射線束的每條光線的 總衰減有關(guān)。衰減由來于存在被檢體時(shí)和不存在被檢體時(shí)的相同光線的比較。根據(jù)該概念 定義，為了恰當(dāng)?shù)貥?gòu)成圖像，需要幾個(gè)步驟。例如，"X射線產(chǎn)生裝置所限定的大小"、"將來 自X射線產(chǎn)生裝置的非常低的能量的X射線截止的濾波器的特征以及形狀"、"檢測器的配 置（geometry)以及特性的詳細(xì)的信息"、以及"數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem) 的容量"均是對執(zhí)行實(shí)際的重建的方法產(chǎn)生影響的要素。在圖像重建中，攝影對象的被檢體 的線性衰減系數(shù)（LAC:LinearAttenuationCoefficient)的圖（map)通過逆Radon變換 由LAC的線積分得到。線積分與通過被檢體的主要的X射線的強(qiáng)度的對數(shù)相關(guān)。但是，由 檢測器測定的X射線強(qiáng)度可能包含散射光子（scatteringphoton)和主要光子（primary photon)。因此，根據(jù)混合有散射X射線的強(qiáng)度重建的圖像有時(shí)包含幾個(gè)散射偽影。
[0003] 第3代的CT系統(tǒng)能夠包含稀疏分布的第4代的光子計(jì)數(shù)檢測器。在這樣的組合 系統(tǒng)中，第4代的檢測器通過檢測器的扇形角的范圍來收集1次束。
[0004] 大量的臨床應(yīng)用能夠從頻譜CT技術(shù)受益。例如，頻譜CT技術(shù)能夠區(qū)分物質(zhì)以及 提高射束硬化校正。并且，基于半導(dǎo)體的光子計(jì)數(shù)檢測器是用于頻譜CT的有前途的候補(bǔ)。 例如，該檢測器與以往的頻譜CT技術(shù)（例如，二重光源、kVp-轉(zhuǎn)換等）相比較，能夠提供更 好的頻譜信息。
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2013-192951

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的問題在于，提供一種能夠提高堆積（pileup)校正的精度的X射 線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置以及校正方法。
[0007] 實(shí)施方式的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置具備X射線管、X射線檢測器、生成部、生 成控制部、以及重建部。X射線管產(chǎn)生X射線。X射線檢測器檢測由上述X射線管產(chǎn)生的X 射線光子并輸出測定頻譜。生成部根據(jù)包含與堆積事件的概率相關(guān)的參數(shù)和與上述X射線 檢測器的死時(shí)間相關(guān)的參數(shù)的參數(shù)向量，來生成合成頻譜。生成控制部以一邊改變上述參 數(shù)向量一邊生成上述合成頻譜的方式控制上述生成部，以使由上述X射線檢測器輸出的測 定頻譜與由上述生成部生成的合成頻譜的差異度低于規(guī)定的閾值。重建部根據(jù)上述差異度 低于規(guī)定的閾值的合成頻譜，生成校正了上述堆積事件的校正頻譜，并根據(jù)所生成的校正 頻譜來重建圖像。
【附圖說明】
[0008] 圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線CT裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
[0009] 圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的檢測器堆積模型的處理的步驟的流程圖。
[0010] 圖3是表示本實(shí)施方式所涉及的模型參數(shù)推定設(shè)備的處理的步驟的流程圖。
[0011] 圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的檢測器堆積模型的組分譜的合計(jì)的圖。
[0012] 圖5是表示以一定值的檢測概率計(jì)算出的組分譜的合計(jì)的圖。
[0013] 圖6是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線CT裝置的圖。
[0014] 圖7是表示本實(shí)施方式涉及的CT掃描儀系統(tǒng)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下，參照附圖，詳細(xì)地說明X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置以及校正方法的實(shí)施方 式。本說明書所記載的實(shí)施方式、以及其附帶的諸優(yōu)點(diǎn)的大部分如果結(jié)合附圖來討論，則通 過參照以下的詳細(xì)說明會進(jìn)一步加深理解，容易更完全地把握。其中，以下將X射線計(jì)算機(jī) 斷層攝影裝置記載為X射線CT裝置。
[0016] 本發(fā)明的實(shí)施方式大概涉及頻譜計(jì)算機(jī)斷層攝影（ComputedTomography:CT)系 統(tǒng)的光子計(jì)數(shù)檢測器（Photon-countingdetector)用的堆積校正，具體而言，本說明書所 記載的實(shí)施方式以第4代的頻譜光子計(jì)數(shù)CT檢測器用的堆積模型化以及校正用的新的X 射線CT裝置為對象。
[0017] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，X射線CT裝置具備X射線管、X射線檢測器、生成部、生成控制 部、以及重建部。X射線管產(chǎn)生X射線。X射線檢測器檢測從X射線管產(chǎn)生的X射線光子并 輸出測定頻譜。生成部根據(jù)包含與堆積事件的概率相關(guān)的參數(shù)和與X射線檢測器的死時(shí)間 (deadtime)相關(guān)的參數(shù)的參數(shù)向量，來生成合成頻譜。生成控制部以一邊改變參數(shù)向量一 邊生成合成頻譜的方式控制生成部，以使由X射線檢測器輸出的測定頻譜與由生成部生成 的合成頻譜的差異度低于規(guī)定的閾值。重建部根據(jù)差異度低于規(guī)定的閾值的合成頻譜，來 生成校正了堆積事件的校正頻譜，并根據(jù)所生成的校正頻譜來重建圖像。
[0018] 另外，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，X射線CT裝置具備X射線管、X射線檢測器、生成部、生 成控制部、以及重建部。X射線檢測器檢測從X射線管產(chǎn)生的X射線光子并輸出測定頻譜。 生成部根據(jù)包含與堆積事件的概率相關(guān)的參數(shù)和與X射線檢測器的死時(shí)間相關(guān)的參數(shù)的 參數(shù)向量，來生成合成頻譜，其中，上述堆積事件的概率包含單一光子入射事件的概率、2個(gè) 光子入射事件的概率、以及至少3個(gè)光子的入射事件的概率。生成控制部控制生成部，以便 生成由X射線檢測器輸出的測定頻譜與由生成部生成的合成頻譜的差異度低于規(guī)定的閾 值的合成頻譜。重建部根據(jù)差異度低于規(guī)定的閾值的合成頻譜，來生成校正了堆積事件的 校正頻譜，并根據(jù)所生成的校正頻譜來重建圖像。
[0019] 上述的實(shí)施方式例如通過決定包含光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器堆積模型的多個(gè)參 數(shù)的參數(shù)向量的方法來實(shí)現(xiàn)。在此，檢測器堆積模型被用于頻譜計(jì)算機(jī)斷層攝影掃描儀（X 射線CT裝置）用的堆積校正，上述方法例如包含：（1)設(shè)定步驟，設(shè)定包含死時(shí)間和不同的 堆積事件的各個(gè)概率的多個(gè)參數(shù)的值，其中，上述堆積時(shí)間的概率包含單一光子入射事件 的概率、2個(gè)光子入射事件的概率、以及至少3個(gè)光子入射事件的概率；(2)決定步驟，使用 (a)檢測器的響應(yīng)模型、（b)入射頻譜、以及（c)參數(shù)向量的設(shè)定值，來決定與不同的堆積事 件的各個(gè)概率中之一分別對應(yīng)的多個(gè)組分譜（componentspectrum) ; (3)生成步驟，對多 個(gè)組分譜進(jìn)行合計(jì)，生成輸出頻譜（也稱為合成頻譜）；(4)計(jì)算步驟，根據(jù)輸出頻譜和測定 到的測定頻譜，來計(jì)算成本函數(shù)的值；(5)更新步驟，更新參數(shù)向量的值中的至少一個(gè)；(6) 重復(fù)步驟，為了能夠決定使成本函數(shù)最佳化的參數(shù)向量，反復(fù)進(jìn)行決定、合計(jì)、計(jì)算、以及更 新的步驟直到滿足停止基準(zhǔn)。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)定步驟包含根據(jù)掃描儀形狀（X射線檢測器的每個(gè)檢測元 件的特性）來設(shè)定死時(shí)間參數(shù)的步驟。
[0021] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，計(jì)算步驟包含使用下述數(shù)式（1)來計(jì)算成本函數(shù)的值的步 驟。
[0022] 【數(shù)學(xué)公式1】
[0023] it2 (a) =/dE[Sout(E,a)-SM(E)]2- (1)
[0024] 在此，W(a)表示成本函數(shù)，a表示參數(shù)向量，S。#?，a)表示輸出頻譜（合成頻譜）， SM(E)表示測定頻譜，E表示能量。
[0025] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，參數(shù)還包含對峰堆積事件和尾堆積事件進(jìn)行區(qū)別的時(shí)間閾 值，進(jìn)行決定的步驟包含決定2個(gè)光子入射事件的峰堆積組分譜和尾堆積組分譜的步驟。
[0026] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，重復(fù)步驟包含直到成本函數(shù)小于規(guī)定的閾值，或收斂于規(guī) 定數(shù)量的重復(fù)為止，反復(fù)進(jìn)行決定步驟、合計(jì)步驟、計(jì)算步驟、以及更新步驟的步驟。
[0027] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，更新步驟包含通過覆蓋的檢索方法來更新參數(shù)向量a的步 驟。
[0028] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，更新步驟包含通過非線性最小二乘法來更新參數(shù)向量a的 步驟。
[0029] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，決定步驟包含決定與單一光子入射事件對應(yīng)的第一組分譜 作為多個(gè)組分譜中之一的步驟，第一組分譜如下述數(shù)式（2)那樣來決定。
[0030] 【數(shù)學(xué)公式2】
[0031]
[0032] 在此，Sin表示入射頻譜，n表示入射計(jì)數(shù)率，yezT(E)表示線性衰減值，z表示深度， td表示死時(shí)間。
[0033] 另外，在另一個(gè)實(shí)施方式中，為頻譜計(jì)算機(jī)斷層攝影掃描儀（X射線CT裝置）提供 一種執(zhí)行堆積校正的方法。在此，X射線CT裝置包含光子計(jì)數(shù)檢測器，方法包含：（1)使用 上述的方法，決定包含光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器堆積模型的多個(gè)參數(shù)的參數(shù)向量的步驟、 (2)使用掃描儀來執(zhí)行掃描，為光子計(jì)數(shù)檢測器生成測定出的頻譜的步驟、以及（3)使用檢 測器堆積模型和測定出的頻譜，為光子計(jì)數(shù)檢測器決定入射頻譜的步驟。
[0034] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種決定包含光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器堆積模型的多 個(gè)參數(shù)的參數(shù)向量的設(shè)備。在此，檢測器堆積模型被用于X射線CT裝置用的堆積校正，設(shè) 備例如包含構(gòu)成為進(jìn)行以下處理的處理裝置，所述處理是指：（1)設(shè)定包含死時(shí)間和不同 的堆積事件的各個(gè)的概率的多個(gè)參數(shù)的值，其中，上述堆積事件的概率包含單一光子入射 事件的概率、2個(gè)光子入射事件的概率、以及至少3個(gè)光子入射事件的概率，（2)使用（a)檢 測器的響應(yīng)模型、（b)入射頻譜、以及（c)參數(shù)向量的設(shè)定值，來決定與不同的堆積事件的 各個(gè)的概率中之一分別對應(yīng)的多個(gè)組分譜，（3)對多個(gè)組分譜進(jìn)行合計(jì)，生成輸出頻譜（也 稱為合成頻譜），（4)根據(jù)輸出頻譜和測定出的頻譜，計(jì)算成本函數(shù)的值，（5)更新參數(shù)向量 的值中的至少1個(gè)，（6)為了能夠決定使成本函數(shù)最佳的參數(shù)向量，反復(fù)進(jìn)行決定、合計(jì)、計(jì) 算、以及更新直到滿足停止基準(zhǔn)。
[0035] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供一種根據(jù)包含光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器堆積模型的多 個(gè)參數(shù)的參數(shù)向量來決定輸出頻譜的方法。在此，檢測器堆積模型被用于X射線CT裝置用 的堆積校正，方法包含：（1)設(shè)定包含死時(shí)間和不同的堆積事件的各個(gè)的概率的多個(gè)參數(shù) 值的步驟，其中，上述堆積事件的概率包含單一光子入射事件的概率、2個(gè)光子入射事件的 概率、以及至少3個(gè)光子入射事件的概率，（2)使用（a)檢測器的響應(yīng)模型、（b)入射頻譜、 以及（c)參數(shù)向量的設(shè)定值，來決定多個(gè)組分譜的步驟。在此，各組分譜與不同的堆積事件 的各個(gè)的概率中之一分別對應(yīng)，進(jìn)行決定的步驟包含為了