使用多能量X射线源采集计算机断层数据的系统和方法.pdf

本文公开的主题涉及X射线成像系统(10)，以及更具体而言，涉及多能量计算机断层(CT)X射线成像系统(10)。在一实施例中，多能量计算机断层(CT)成像系统(10)包括X射线源(12)，在施加低稳定偏压(58)、高稳定偏压(56)以及低稳定偏压(58)与高稳定偏压(56)之间的过渡偏压(60)时发射X射线(16、20)。成像系统(10)还包括X射线探测器(22)，配置成产生与X射线源(12)发射的X射线(16、20)到达X射线探测器(22)的强度对应的电信号。成像系统(10)还包括数据处理电路(34)，配置成仅在低稳定偏压(58)或高稳定偏压(56)施加到X射线源(12)时采集与X射线探测器(22)产生的电信号对应的第一数据组。成像系统(10)还包括处理器(36)，配置成处理第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。

权利要求书一种多能量计算机断层(CT)成像系统(10)，包括：
X射线源(12)，在施加低稳定偏压(58)、高稳定偏压(56)以及所述低稳定偏压(58)与所述高稳定偏压(56)之间的过渡偏压(60)时发射X射线(16、20)；
X射线探测器(22)，配置成产生与所述X射线源发射的所述X射线(16、20)到达所述X射线探测器(22)的强度对应的电信号；
数据处理电路(34)，配置成仅在所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)施加到所述X射线源(12)时，采集与所述X射线探测器产生的所述电信号对应的第一数据组；以及
处理器(36)，配置成处理所述第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。
根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述X射线源(12)包括过滤器，所述过滤器配置成仅在所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)施加到所述X射线源(12)时允许所述X射线源(12)发射X射线(16、20)。
根据权利要求1所述的系统(10)，包括时钟，所述时钟配置成提供在时间上将所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第一数据组的采集相关的信号。
根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述数据处理电路(34)配置成在所述低稳定偏压(58)与所述高稳定偏压(56)之间的所述过渡偏压施加至所述X射线源(12)时，采集与所述X射线探测器(22)产生的所述电信号对应的第二数据组。
根据权利要求4所述的系统(10)，包括时钟，所述时钟配置成：
提供在时间上将所述低稳定偏压(58)或所述高稳定偏压(56)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第一数据组的采集相关的信号；以及
提供在时间上将所述过渡偏压(60)到所述X射线源(12)的施加与通过所述数据处理电路(34)的所述第二数据组的采集相关的信号。
根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器(36)配置成处理所述第一所采集数据组、所述第二所采集数据组或二者，以构建非多能量CT图像。
根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器(36)利用加权计算使用所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组来构建多能量CT图像，所述加权计算中所述第一所采集数据组的加权不同于所述第二所采集数据组。
一种多能量辐射成像系统(10)，包括：
辐射源(12)，通过施加两个或多个稳定偏压(56、58、82、84、86)以及各稳定偏压(56、58、82、84、86)之间的相应的不稳定偏压(60、88)来发射辐射(16、20)；
辐射探测器(22)，配置成从所述辐射源(12)接所述收辐射(16、20)并产生与所接收辐射(16、20)的强度对应的电信号；
数据处理电路(34)，配置成在激活信号被提供时从所述X射线探测器(22)产生的所述电信号采集第一数据组，以及配置成在所述激活信号未被提供时从所述X射线探测器(22)产生的所述电信号采集第二数据组；以及
控制器单元(30)，耦合至所述辐射源(12)和所述数据处理电路(34)，并配置成使到所述辐射源(12)的所述稳定偏压(56、58、82、84、86)的施加与到所述数据处理电路(34)的所述激活信号的施加同步。
根据权利要求8所述的系统(10)，还包括栅，所述栅配置成允许所述辐射源(12)仅在所述稳定偏压的施加期间发射辐射(16、20)。
根据权利要求8所述的系统(10)，还包括处理器(36)，所述处理器(36)配置成处理所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组之一或二者来构建一个或多个计算机断层(CT)图像。
根据权利要求10所述的系统(10)，其中所述处理器(36)使用第一所采集数据组、第二所采集数据组或二者，来构建一个或多个单频CT图像。
根据权利要求10所述的系统(10)，其中所述一个或多个CT图像至少包括一个多能量CT图像，所述多能量CT图像使用加权计算从所述第一所采集数据组和所述第二所采集数据组来构建。
根据权利要求12所述的系统(10)，其中所述加权计算包括加权最小二乘估计、加权平均或加权减法。

说明书使用多能量X射线源采集计算机断层数据的系统和方法
技术领域
一般来说，本发明涉及采集计算机断层数据的系统和方法，具体来说，涉及使用多能量X射线源来采集计算机断层数据的系统和方法。
背景技术
在现代医学中，医疗专业人员惯常期望实施患者成像检查从而以非侵入性方式评估患者的内部组织。对于通常的单能量计算机断层(CT)成像来说，所产生的X射线图像主要是基于X射线源与X射线探测器之间的由患者组织造成的X射线衰减的各个被分析体素的平均密度的表征。然而，对于多能量X射线成像来说，针对每个体素可以收集更大量的成像数据。例如，在双能量X射线成像系统中，利用了两种不同能量(即，不同频率)的X射线，而较高能量X射线相比较低能量X射线与患者组织的相互作用一般小的多。为了重建多能量CT投影数据，来认识X射线的基本物理效应，即，在被称为材料分解(MD)的过程中的散射效应和光电效应。
在多能量CT数据采集期间，可以使用多能量X射线源提供具有不同能量的X射线，并且该多能量X射线源还能够从发射具有一种平均能量的X射线快速转换到发射具有另一种不同平均能量的X射线(即，快速切换源)。例如，X射线源可以是X射线管，并通过在较低电压和较高电压之间调制所施加的偏压(例如，每秒数次)，可以发射具有较高能量和较低能量的X射线。然而，快速切换多能量X射线源在发射具有两种不同能量的X射线之间切换源时还会发射具有中间能量的X射线。也就是说，例如，虽然双能量源配置成在施加较低偏压时发射特定较低能量的X射线，以及在施加较高偏压时发射较高能量的X射线，但在实际中，在施加到源的偏压以在较低和较高偏压之间切换时，该源还会发射具有在较低和较高能量之间能量的X射线。
在重建多能量CT成像期间采集的投影数据中，在没有清楚分辨X射线的能量时，试图使用MD计算来从光电效应中识别散射效应变得愈加困难并且计算代价高昂。也就是说，在实际上是X射线能量的连续能谱而不只是具有两种或多种已分辨能量的X射线出现在X射线探测器上时，从计算上分离这些物理效应是不切实际的。
发明内容
在一实施例中，多能量计算机断层(CT)成像系统包括X射线源，在施加低稳定偏压、高稳定偏压以及低稳定偏压和高稳定偏压之间的过渡偏压时发射X射线。成像系统还包括X射线探测器，配置成产生与X射线源发射的X射线到达X射线探测器的强度对应的电信号。成像系统还包括数据处理电路，配置成仅在低稳定偏压或高稳定偏压施加到X射线源时采集与X射线探测器所产生电信号对应的第一数据组。成像系统还包括处理器，配置成处理第一所采集数据组并构建一个或多个多能量CT图像。
在一实施例中，多能量辐射成像系统包括辐射源，通过施加两个或多个稳定偏压以及各稳定偏压之间的相应的不稳定偏压来发射辐射。成像系统还包括辐射探测器，配置成从辐射源接收辐射并产生与所接收辐射的强度对应的电信号。成像系统还包括数据处理电路，配置成在提供激活信号时从辐射探测器所产生的电信号采集第一数据组，以及配置成在不提供激活信号时从辐射探测器所产生的电信号采集第二数据组。成像系统还包括控制器单元，耦合至辐射源和数据处理电路，并且被配置成使到辐射源的稳定偏压的施加和到数据处理电路的激活信号的施加同步。
在一实施例中，一种多能量切换X射线成像系统中改进能量间距的方法，包括X射线源在低偏压和高偏压之间切换并发射X射线时监测切换X射线源的源偏压。该方法还包括使用X射线探测器探测所发射的X射线，所述X射线探测器产生与所探测X射线对应的电信号。该方法还包括激活数据处理电路以在源偏压稳定在低偏压或高偏压时从探测器采集第一数据组。该方法还包括使用处理器处理第一所采集数据组以构建一个或多个多能量计算机断层(CT)图像。
附图说明
通过参考附图阅读下面详细描述，将更好的理解本发明实施例的这些和其他特征和方面，贯穿附图中相似参考标记指代相似的部件，其中：
图1示出根据本公开多个方面的多能量CT成像系统的一实施例；
图2示出根据本公开多个方面的施加至多能量X射线源的一实施例的偏压的关于时间的曲线图；
图3示出根据本公开多个方面的施加至另一多能量X射线源的一实施例的偏压的关于时间的曲线图；以及
图4描述了根据本公开多个方面的说明患者成像系统采集和处理X射线投影数据过程的流程图。
单元列表：

具体实施方式
所公开的实施例说明了一种分别处理在多能量X射线源发身稳定能级的X射线时采集的X射线投影数据以及在X射线源发射中间能级的X射线时采集的X射线投影数据的方法。在本申请的上下文中，术语“稳定能级”指代X射线源能够在一段时间内没有显著变化地发射的X射线能级。也就是说，例如，双能量X射线源能够在发射高稳定能级和低稳定能级的X射线之间切换。因此，术语“中间能级”或“不稳定能级”指代位于稳定能级之间的X射线能级。类似的，针对偏压驱动的X射线源，在本申请的上下文中术语“稳定偏压”或“稳定电压”指代一段时间没有显著变化地施加至X射线源使得发射稳定能级的X射线的偏压。类似的，术语“中间偏压或电压”、“不稳定偏压或电压”或“过渡偏压或电压”指代在稳定偏压或电压之间(例如，在处于稳定偏压之间过渡时)施加至X射线源并能够产生中间能级X射线的偏压。同样地，术语“过渡期”指代其中X射线源接收不稳定偏压和/或发射不稳定能级X射线的时间窗，而“稳定期”指代X射线源接收稳定偏压和/或发射稳定能级X射线的时间窗。
一般来说，所公开的实施例包括分别处理使用稳定能级X射线采集的X射线投影数据以及在X射线为不稳定或中间能级的过渡期采集的投影数据的不同方法。在某些实施例中，X射线源可以配置成在过渡期接收不稳定偏压时不发射X射线，并因此，仅在稳定能级X射线发射期间采集X射线投影数据。在其他实施例中，可以忽略或丢弃使用不稳定能级X射线采集的投影数据，只留下使用稳定能级X射线采集的投影数据以用于多能级CT图像的MD重建。在某些实施例中，在过渡窗期间采集的投影数据可用于重建非多能量CT图像(例如，常规或单频CT图像)，而只有源发射稳定能级X射线时采集的投影数据用于多能级CT图像的重建。在某些实施例中，从稳定和不稳定能级的X射线采集投影数据，以及MD重建处理可以依据加权估计器，该加权估计器能够使得从稳定能级X射线采集的投影数据在MD计算中接收更大的权重。
考虑到前面的论述，图1图解说明了用于采集和处理投影数据的成像系统10。在所示实施例中，系统10是多能量计算机断层成像(CT)系统，设计成采集多能量和非多能量X射线投影数据，以将投影数据重建为图像，并根据现有技术进行图像数据处理用于显示和分析。尽管成像系统10是在医疗成像情境中讨论的，但这里讨论的技术和结构可以应用于其他非侵入性的成像情境，诸如行李检查或包装检查。在图1所示的实施例中，多能量CT成像系统10包括X射线的源12。如在此所详细讨论的，X射线的源12是多能量X射线源，诸如X射线管，或配置成从沿表面的不同位置发射X射线的分布源。例如，多能量X射线源12可以包括一个或多个可选址固态发射器。这种固态发射器可以配置成场发射器阵列，包括一维阵列，即线，以及二维阵列。多能量X射线源配置成发射两个或多个稳定能级的X射线。例如，多能量源能够发射在施加2、3、4或5种不同的稳定电压时发射2、3、4或5种不同稳定能级的X射线。
多能级X射线源12可接近准直器14定位。准直器14可由一个或多个准直区组成，诸如针对源12的各个发射点的铅或钨遮光器(shutter)。准直器14通常定义穿入对象诸如病人18位于其中的区域的一个或多个辐射束16的尺寸和形状。辐射束16通常是扇形的或锥形的，这取决于探测器阵列的配置。辐射20的经衰减部分穿过对象，这提供衰减，并且撞击以参考标记22总括表示的探测器阵列。
探测器22通常由多个探测器元件形成，这些探测器元件探测穿过感兴趣对象和经过感兴趣对象的周围的X射线。各个探测器元件产生表示在射束冲击探测器期间入射在该元件位置上的X射线束的强度的电信号。通常，在感兴趣对象周围的各个角位置上采集信号从而可以收集到多个射线照相视图。采集和处理这些信号以重建对象内的特征图像，如下所述。
通过系统控制器24控制多能量X射线源12，系统控制器24提供用于CT检查序列的能量、焦点位置、控制信号等。此外，探测器22耦合至系统控制器24，命令探测器22中所生成信号的采集。系统控制器24还可以执行各种信号处理和过滤功能，诸如针对动态范围的初调、数字图像数据的交织(interleaving)等。通常，系统控制器24命令成像系统的操作以执行检查协议并处理已采集数据。在该情境中，系统控制器24还包括信号处理电路和关联存储器电路。关联存储器电路可以存储由系统控制器执行的程序和例程、配置参数、图像数据等。在一个实施例中，系统控制器24可以作为诸如通用或专用计算机系统的基于处理器的系统的全部或部分执行。
在图1所示的实施例中，系统控制器24可以通过马达控制器32控制线性定位子系统28和转动子系统26的运动。在其中源12和/或探测器22可以转动的成像系统10中，旋转子系统26可以通过一个或多个围绕患者18的线圈匝来转动X射线源12、准直器14和/或探测器22。应该指出的是，转动子系统26可以包括扫描架(gantry)。线性定位子系统28使得患者18或更具体而言患者床呈线性布置。因此，患者床在扫描架内或在由源12和/或探测器22配置定义的成像容积内线性运动以产生患者18的特定区域图像。在包括固定源12和固定探测器22的实施例中，可以没有旋转子系统26。类似的，在源12和探测器22配置成提供沿Z轴延伸或充分覆盖的实施例中，可以没有线性定位子系统，所述Z轴即与患者18的主长度关联的轴。
此外，系统控制器24可以包括数据处理电路34。在该实施例中，探测器22耦合至系统控制器24，以及更具体地耦合至数据处理电路34。数据处理电路34接收通过探测器22收集的数据。数据处理电路34通常接收从探测器22采样的模拟信号并将该数据转换为数字信号用于由诸如计算机36的基于处理器的系统的后续处理。备选地，在其他实施例中，探测器22可以包括数模转换器以在将该采样的模拟信号传输至数据处理电路34前转换为数字信号。另外，在某些实施例中，数据处理电路34可由系统控制器24选择性地激活(例如通过激活信号)以从探测器22接收信号。
另外，多能量X射线源12可通过布置在系统控制器24内的X射线控制器30来控制。X射线控制器30可以配置成向X射线源12提供能量和定时信号。例如，X射线控制器30可以包括快速切换电源，配置成对源12提供至少两个或多个稳定偏压以产生两个或多个稳定能级的X射线。另外，X射线控制器30还可以包括感测和处理电路，配置成监测源偏压以及计算和存储统计信息(例如，平均或均值稳定偏压、针对源偏压曲线的平均周期，等)用于在时间点确定偏压稳定性，如下面所详细讨论。此外，X射线控制器30可以为系统控制器24提供有关在时间点上源偏压的信息(例如，稳定偏压对不稳定偏压)，以及有关源偏压曲线的统计信息。通过该信息，系统控制器24可以识别过渡期以确定所探测X射线是从施加的稳定偏压还是施加的不稳定偏压发射，以及因此确定所探测的X射线是稳定能级还是不稳定能级。如下文所详细讨论的，这可以允许与剩余的数据分别地处理过渡期期间采集的投影数据。在某些实施例中，X射线控制器30还可以配置成为X射线源12供给门控信号，在施加该门控信号时阻止X射线的发射，如下文所详细讨论。
备选地，在某些实施例中，系统控制器24可以包括时钟(例如，时间处理单元)以使得CT成像系统10各组件的激活可以同步。例如，时钟可以提供信号以允许系统控制器24在时间上将对源12的稳定偏压(例如，较低稳定偏压、较高稳定偏压)的施加与数据处理电路34(例如通过激活信号)从探测器22采集数据的激活相关。在某些实施例中，时钟还可以提供信号以在时间上将对源12施加的不稳定偏压与数据处理电路34从探测器22采集数据的去激活相关。
在所描述的实施例中，计算机36耦合至系统控制器24。数据处理电路34所收集的数据可以传输至计算机36用于后续的处理和重建。计算机36可以包括存储器38或与存储器38通信，该存储器38能够存储由计算机36已处理的数据、计算机36要处理的数据、或计算机36要执行的例程，诸如用于根据现有技术处理图像数据。应该理解的是，系统10可以利用能够存储所期望量的数据和/或编码的任何类型的计算机可存取存储装置。此外，存储器38可以包括一个或多个存储装置，诸如类似或不同类型的磁性装置或光学装置，它们可以在系统10的本地和/或远程。存储器38可以存储数据、处理参数、和/或包括一个或多个用于执行本文所描述处理的例程的计算机程序。
计算机36还适于控制由系统控制器24使能的特征，即扫描操作和数据采集。此外，计算机36可以配置成通过操作员工作站40从操作员接收命令和扫描参数，所述操作员工作站40可以配备有键盘和/或其他输入装置。操作员由此可以通过操作员工作站40控制系统10。因此，操作者可以从计算机36观察重建图像以及与系统相关的其他数据、开始成像、选择和施加图像过滤器等。此外，操作员可从重建图像手动地识别特征和感兴趣区域，或操作员可审查通过本文所述的计算机辅助几何参数确定所自动识别和/或增强的特征和感兴趣区域。备选地，自动探测算法可应用于这种增强的特征或感兴趣区域。
可以利用耦合至操作员工作站40的显示器42来观察重建图像。另外，重建图像可由耦合至操作员工作站40的打印机44打印。显示器42和打印机44还可以直接地或通过操作员工作站40耦合至计算机36。此外，操作员工作站40还可以耦合至图片归档与传输系统(PACS)46。应该指出的是，该PACS 46可以耦合至远程系统48、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)或耦合至内部或外部网络，从而在不同位置的其他人可以访问该图像数据。
一个或多个操作员工作站40可以链接在系统中用于输出系统参数、请求检查、观察图像等。一般来说，设置在系统中的显示器、打印机、工作站、及类似装置可在数据采集部件本地、或可以远离这些部件，诸如在机构或医院内的其他地方、或在完全不同的位置，它们通过一个或多个可配置的网络链接至图像采集系统，所述可配置的网络链接诸如因特网、虚拟专用网等。
如上所述，X射线控制器30可以提供和监控施加至多能量X射线源的偏压。例如，图2示出源电压52(即施加至X射线源的偏压)关于时间54的曲线图50。在所示实施例中，源偏压在较高稳定电压区56和较低稳定电压区58之间大约正弦的振荡，其中具有过渡期60，具有介于各电压之间的中间不稳定电压。例如，源偏压对较高稳定电压区56来说大约是140kVp，而对较低稳定电压区58来说大约是80kVp。
在图2中，可以在靠近所示的较高和较低稳定偏压区边缘处观测源偏压的一些变化。在某些实施例中，当源偏压变化(或漂移)在某一时间长度上小于约10％时，X射线控制器30可认为源偏压是稳定的。在某些实施例中，该时间长度可以与探测器22的采集时间间隔相近或为其倍数。例如，对于具有采集时间间隔约350μs的X射线探测器22，当在350μs或700μs上源偏压变化小于约10％时，X射线控制器30可以认为该源偏压是稳定的。在某些实施例中，该时间长度可以是源偏压曲线周期66(即一个循环的持续时间)的部分(或百分比)。例如，如果源偏压曲线周期66约为1ms，则X射线控制器30认为源偏压在500μs(即周期66的50％)或250μs(即周期66的25％)上的变化近似小于10％时是稳定的。在其他实施例中，X射线控制器30可以确定均值稳定偏压，以及在源偏压在该平均稳定偏压的约10％内时(如由区间62和64所示)认为该源偏压是稳定的。在其他实施例中，则X射线控制器30可以确定平均稳定偏压，以及在源偏压在该均值稳定偏压的约10％内时(如通过区间62和64所示)认为该源偏压是稳定的。例如，对具有140kVp较高均值稳定偏压的X射线源，X射线控制器可在源偏压处于140kVp±10％(即在154kVp和126kVp之间)时认为该稳定偏压是稳定的。
所示实施例的过渡期60包含了源电压中经历最大波动(即，拐点68)的源偏压曲线部分。在某些实施例中，当源偏压在某一时间长度上变化或漂移超过约10％时，X射线控制器30可以认为该源偏压是不稳定的。在某些实施例中，该时间长度可以是探测器22的采集时间间隔或为其倍数。例如，对于具有采集时间间隔约400μs的X射线探测器22，当在约400μs或800μs上源偏压变化超过约10％时，X射线控制器30可以认为该源偏压是不稳定的。在某些实施例中，该时间长度可以是源偏压曲线周期66的部分或百分比。例如，如果源偏压曲线周期66约为1ms，则X射线控制器30可以当在源偏压在超过约350μs(即周期的35％)或100μs(即周期的10％)上变化超过约10％时认为该源偏压是不稳定的。在某些实施例中，X射线控制器30可以对X射线源12确定均值源偏压，并在源偏压不在该平均稳定偏压的约10％内(如区间70和72所示)时认为该源偏压是不稳定的。例如，在X射线源的平均稳定偏压约为80kVp和140kVp时，X射线控制器30可认为在大约89kV(即＞80kVp+10％)和125kVp(即＜140kVp‑10％)之间的区间的任意源偏压是不稳定的。
考虑到这点，多能量CT成像系统10的一个实施例可包括系统控制器24和数据处理电路34，在过渡期60期间不采集投影数据。一般来说，如上所述，这对于多能量CT MD重建是期望的，这是由于在过渡期60期间采集的投影数据对信号和对比数据贡献不大而基本贡献于噪声电平。在一个实施例中，为了使探测器22和/或数据处理电路34的激活与对源12的稳定偏压(例如，较高稳定偏压区56或较低稳定偏压区58)的施加同步，系统控制器24可以依靠由X射线控制器30提供的关于当前施加至多能量X射线源12的偏压的信息。在某些实施例中，系统控制器24可在过渡期60期间转而对探测器22和/或数据处理电路34去激活，从而不采集投影数据。在其他实施例中，探测器22和/或数据处理电路34可以在过渡期60期间保持对采集投影数据活跃，以及然后从过渡期采集的投影数据可以丢弃。
然而，期望阻止多能量X射线源12在过渡期60期间发射X射线而不是不采集或丢弃在过渡期60采集的投影数据。因此，某些实施例可以包括门控多能量X射线源12，可由X射线控制器30的门控信号控制。例如，X射线源12可以是X射线管，包括阴极和阳极，X射线控制器在阴极和阳极上施加电压(例如，源偏压曲线50)以产生X射线。此外，门控X射线源例如还可以包括靠近阴极布置的过滤器或屏幕，其可以是偏压的(例如，通过门控信号)。通过在过滤器上设置偏压，离开阴极的电子被过滤器吸引或排斥，从而它们不会到达阳极，并因此不会发射X射线。在这种实施例中，门控信号可与过渡期60同步以使得不发射X射线，并因此只针对发射X射线时的稳定偏压区56和58采集投影数据。
在另一实施例中，期望在稳定偏压区(56和58)以及过渡期60采集投影数据，然后分别处理这些数据。也就是说，虽然在过渡期60期间采集的投影数据包含于MD重建过程中时是有问题的，但在过渡期60期间采集的投影数据单独地或与在稳定期56和58期间采集的投影数据结合对于生成其他类型的X射线图像(例如，非多能量或单频CT图像)依然是有用的。因此，在一实施例中，数据处理电路34可用于在过渡期60以及稳定期56和58期间均采集投影数据。在这种实施例中，数据处理电路34可独立于过渡期60期间采集的投影数据来存储稳定期(56和58)期间采集的投影数据(例如，在存储器38的独立库、独立空间中，或计算机36的独立存储器或存储装置中)，用于分别由计算机36处理。
在另一实施例中，如上所述，可期望在稳定偏压区(58和60)以及过渡区60都采集和存储投影数据，以及将所有所采集的投影数据包含在MD重建过程中，其中给予在稳定偏压区58和60期间采集的投影数据更大的计算权重。例如，MD重建过程可以使用加权估计器(例如，加权最小二乘估计、加权平均、或加权减法)，以及稳定偏压区58和60可以接收较高的权重，这是因为它们包含更多的用于MD重建过程的信息。在过渡区60期间采集的投影数据接收较低的权重，这是由于它们可提供针对单频扫描图(monochromatic sonogram)的一些信息，但对于材料分解扫描图贡献甚少。备选地，在某些实施例中，可以使用加权减法，以及在过渡期采集的投影数据与在稳定期采集的数据相比可以接收更高的权重，并因此在MD重建中具有较小影响。当然，即使在稳定区(例如，58或60)或过渡区60采集的投影数据内，投影数据也进行不同的加权。例如，从过渡期60的中间期间采集的投影数据与靠近过渡期60的开始或结束附近采集的投影数据相比接收不同的权重。因此，对于任意的加权技术，通过调节稳定区(58或60)或过渡区60中投影数据部分在计算中接收的权重，将减轻前面所述的由过渡期的投影数据引入MD重建过程的噪声的有害效果。
图3还示出针对多能量X射线源12实施例的源偏压52关于时间54的曲线图80，该多能量X射线源12具有三种稳定偏压并因此能够发射三种不同能级的X射线。在所示实施例中，三种稳定偏压区包括在其间具有不稳定偏压区88(即，过渡期)的低稳定偏压区82、中稳定偏压区84以及高稳定偏压区86。对于具有三种稳定偏压82、84和86的X射线源的实施例，类似于前面所述的具有两个稳定偏压56和58的实施例，过渡期88可以类似的方式处理。
例如，在某些实施例中，X射线源12可以配置成在过渡期88期间接收不稳定偏压时不发射X射线(例如经由通过X射线控制器30提供给过滤器的门控信号)，以及因此，仅在稳定偏压区82、84和86期间采集投影数据。在其他实施例中，可以忽略(例如，通过对探测器22和/或数据处理电路34去激活)或者收集但丢弃在过渡期88期间采集的投影数据从而仅有在稳定期82、84和86期间采集的投影数据用于材料分解计算。在某些实施例中，在稳定偏压区82、84和86和/或过渡期88期间采集的投影数据用于重建非多能量CT图像(例如，常规或单频CT图像)，而仅由在稳定偏压区82、84和86期间采集的投影数据包含在多能量CT图像的MD重建中。在某些实施例中，可以在稳定偏压区82、84和86期间以及过渡期88采集投影数据，以及MD重建过程可以依靠加权估计器(例如，加权最小二乘估计)，其允许从稳定能级(即，在稳定偏压区82、84和86)的X射线采集的投影数据在MD重建中接收更大的权重。
图4示出过程90的实施例，通过该过程90，患者成像系统10可以用于在稳定和不稳定源偏压期期间采集投影数据组，并恰当地处理这些所采集的投影数据组以构建不同类型的CT图像。当发射X射线的同时在低偏压和高偏压之间切换X射线源12时，过程90以患者成像系统10监测(框92)施加至X射线源12的偏压开始。例如，X射线控制器30和/或系统控制器24可以当源偏压在约80kVp和140kVp之间切换时监测源偏压。接着，患者成像系统10可以在X射线探测器22处探测(框94)所发射的X射线，所述X射线探测器22产生与所探测X射线对应的电信号。患者成像系统10(例如，系统10的系统控制器24)之后可以在源偏压稳定在低偏压或高偏压时激活(框96)数据处理电路34以从探测器22采集第一投影数据组。例如，在系统控制器24监测源偏压并确定源偏压处于均值高或低稳定偏压的约10％内时(例如，在80kVp或140kVp的10％内)，系统控制器24可以激活数据处理电路34从探测器22采集第一投影数据组。在已经采集到第一投影数据组之后，患者成像系统10可以采用处理器(例如计算机36)来处理(框98)第一投影数据组，从而构建一个或多个多能量CT图像。
患者成像系统10还可以激活(框100)数据处理电路34以在源偏压不稳定时从探测器22采集第二投影数据组。例如，当系统控制器24监测施加至X射线源12的偏压并确定源偏压不处于均值低或高稳定偏压的约10％之内时(例如，不在80kVp或140kVp的10％内)，系统控制器24可以激活数据处理电路34以从探测器22采集第二投影数据组。在某些实施例中，第二投影数据组的采集(框100)无需在开始前等待第一投影数据组的处理(框98)完成，允许运行这些步骤并行执行。
在已经采集了第二投影数据组之后，患者成像系统10可以采用处理器(例如计算机36)来处理(框102)第一投影数据组、第二投影数据组或二者，从而构建一个或多个非多能量CT图像。如上所述的，在其他实施例中，患者成像系统可以在不稳定偏压期期间对数据处理电路34和/或探测器去激活，阻止X射线源12在不稳定偏压期期间的发射，和/或收集但丢弃在不稳定偏压期期间采集的投影数据；因此，对于这些实施例，可以不执行过程90的最后两个步骤(框100和102)。
本发明的技术效果包括减少计算时间以及执行多能量CT投影数据的材料分解重建的难度。通过与稳定偏压区不同地处理过渡期，改进了用于MD重建过程的投影数据的质量。另外，在一些实施例中，通过从过渡期收集投影数据用于独立地处理进入非多能量CT图像或用于使用加权计算并入MD重建，成像处理可以确保以有效的方式使用所采集的投影数据。此外，在一些实施例中，通过阻止在过渡期期间X射线源的发射，患者可以在检查期间暴露于更少的辐射。
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