低劑量ct降噪的製作方法

2023-06-03 14:25:26 2

專利名稱：低劑量ct降噪的製作方法
技術領域：
下文大體上涉及數據的降噪，其尤其適用於計算機斷層攝影(CT)，但是也同樣適用於其他成像模態，例如，混合PET/CT系統、數字X射線系統、和/或其他成像模態。
背景技術：
多切片計算機斷層攝影(CT)掃描器包括安裝在可旋轉掃描架上的X射線管，所述可旋轉掃描架繞縱軸或z軸圍繞檢查區域旋轉。X射線管發射橫穿檢查區域以及其內的受試者或對象的輻射。二維探測器陣列限定了跨越檢查區域與X射線管相對的具有一定角度的弧。所述探測器陣列包括多行探測器，它們相對於彼此對準並且沿Z軸延伸。所述探測器探測橫穿檢查區域以及其內的受試者或對象的輻射，並生成指示其的投影數據。重建器對所述投影數據進行處理，並重建出指示其的三維(3D)體積圖像數據。對所述體積圖像數據進行處理，以生成所述檢查區域的一幅或多幅圖像，包括設置於所述檢查區域中的對象和受試者的部分。令人遺憾的是，CT掃描器發射電離輻射，因而使患者暴露於電離輻射之下，其可能提高患癌風險。一般而言，沉積在患者內的輻射劑量取決於多種因素，包括但不限於管電流(mAs)、管電壓(kVp)、螺距/曝光時間(對於螺旋掃描而言)、切片厚度和間隔(對於軸向掃描而言)、研究當中的掃描次數以及患者體格(例如，較胖或較瘦)。可以通過降低管電流、管電壓和/或掃描次數和/或提高螺距、切片厚度和/或切片間隔而降低所沉積的劑量。然而，圖像噪聲與輻射劑量成反比，因而降低輻射劑量不僅降低了患者體內沉積的劑量，還提高了所採集的數據內的圖像噪聲，在重建過程中，所述噪聲將被傳播至圖像，從而降低了圖像質量(即噪聲更高的圖像)，由此可能降低所述過程的診斷價值。基於圖像的降噪算法已經得到了應用。然而，所述算法在處理「有條紋的」圖像方面存在困難，在這樣的圖像中，噪聲在圖像數據的相鄰體素之間存在很強的相關性。通常，投影測量當中的非常低水平的光子通量在重建圖像當中生成條紋。而且，在所探測到的光子的平均數量非常低(例如，〈10)時，所述算法操作將引入偏差，所述偏差將會作為偏移的平均CT值顯現在所述圖像內。迭代式重建，例如，基於最大似然(ML)的重建具有在這樣的情況下獲得改善的圖像的潛力。然而，基於ML的重建計算成本極高，因而當前阻礙了其在例程實踐中的應用。

發明內容
本申請的各個方面解決了上述和其他問題。根據一個方面，一種系統包括圍繞檢查區域旋轉並發射橫穿所述檢查區域的輻射的源、探測橫穿所述檢查區域的輻射並生成指示所探測到的輻射的投影數據的輻射敏感探測器陣列以及對所述投影數據降噪的投影數據降噪器，其中，所述降噪器基於所述投影的探測光子數量對所述投影降噪。根據另一方面，一種方法包括獲得成像系統生成的投影數據，針對所述投影數據的二維投影確定估計的探測光子數量並生成指示其的信號；以及基於所述信號對所述投影降噪。降噪程度與所述投影的估計的探測光子數量成比例，並且將在兩個不同的程度上對至少兩個投影降噪。根據另一方面，一種方法包括對具有這樣噪聲的圖像降噪:所述噪聲在圖像的相鄰體素之間存在強相關性，其中，所述降噪不會向經降噪的圖像中引入條紋偽像。


本發明可以採取各種部件和部件布置的形式，以及各種步驟和步驟安排的形式。附圖的作用在於對優選實施例進行圖示，不應認為其對本發明構成限制。圖1結合投影數據降噪器示出了一種示範性成像系統。圖2示出了一種示範性投影數據降噪器。圖3示出了一種用於採用投影數據降噪器降低投影數據的噪聲的示範性方法。
具體實施例方式圖1示出了一種成像系統100，例如，其可以是計算機斷層攝影(CT)掃描器。成像系統100包括基本上固定的掃描架102和旋轉掃描架104。旋轉掃描架104以可旋轉的方式受到固定掃描架102的支持，並且繞縱軸或z軸108圍繞檢查區域106旋轉。諸如X射線管的輻射源110以可旋轉的方式受到旋轉掃描架104的支持。輻射源110與旋轉掃描架104 —起旋轉，並發射橫穿檢查區域106的輻射。源準直器包括準直構件，其對輻射進行準直處理，從而使其形成大體為錐形、楔形、扇形或者其他形狀的輻射束。二維輻射敏感探測器陣列112界定了跨越檢查區域106與輻射源110相對的呈一定角度的弧。探測器陣列112包括沿z軸108的方向延伸的多行探測器。探測器陣列112探測橫穿檢查區域106的輻射並生成指示其的投影數據。投影數據降噪器114對投影數據降噪。就一個例子而言，在降噪器114採用的算法中，對應於較低光子數量的投影將比對應於較高光子數量的投影受到更為強烈的降噪，下文將對此給出更為詳細的說明。這樣的算法將能夠減少重建圖像中的由較低光子數量(例如，由於患者的身材、低劑量掃描等造成的)導致的條紋和/或偏差，同時保持所述數據中的強梯度(即，邊緣)，進而保持圖像解析度。重建器116重建經降噪的投影數據，並生成指示其的三維(3D)體積圖像數據。重建器116可以採用常規的3D濾波反投影重建、錐形射束算法、迭代算法和/或其他算法。諸如臥榻的患者支撐118支持檢查區域106內的諸如患者的對象或受試者。通用計算系統或計算機起著操作員控制臺120的作用。控制臺120的處理器執行控制臺126上的計算機可讀指令，其允許操作員控制系統100的操作，例如，選擇全劑量或低劑量掃描協議，激活投影數據降噪，啟動掃描等。在所示出的實施例中，將投影數據降噪器114示為單獨的部件。在另一實施例中，投影數據降噪器114屬於控制臺120和/或其他計算裝置的部分。圖2示出了投影數據降噪器114的例子。所示出的投影數據降噪器114包括對投影數據解記錄Unlog)的數據解記錄器200，其將衰減線積分轉換為探測到的光子。光子估計器202估計每一投影的探測光子數量，並生成指示其的信號。光子估計器202可以採用各種方案估計光子數量。例如，可以將探測到的光子數量估計為針對每一投影探測到的光子的平均數量。此外，可以(例如)採用移動平均值對這一均值進行平滑處理，由此可以促進緩解針對探測到的非常小的光子數量的泊松隨機變量中的大的偏差。這裡也可以設想其他技術，包括但不限於通常已知的用於估計探測光子數量的技術。降噪器204基於估計的噪聲對探測到的光子信號降噪。降噪器204能夠為僅基於二維投影或者基於二維投影和一個或多個相鄰二維投影對二維投影的探測光子進行降噪。如上所述，降噪器204可以採用這樣的算法，即，對應於較低光子數量的投影將受到比對應於較高光子數量更為強烈的降噪，這將在保持邊緣的同時緩解條紋。數據記錄器206記錄經過降噪的探測光子，從而將經降噪的探測光子重新轉換成衰減線積分，其能夠通過重建器116得以重建。評估器208可以用來基於預定的光子數量閾值確定是否應當對給定的投影降噪。在這種情況下，如果針對投影的估計光子數量表明該投影有足夠數量的光子，那麼不對該投影降噪。否則對該投影降噪。相對於對每一投影都降噪的做法而言，僅對被認定為沒有足夠的光子的投影降噪可以提高處理速度。在另一實施例中，可以省略評估器208。下文提供了適當的降噪算法的非限制性例子，其以總變差最小化算法為基礎，將每一 2D投影作為圖像處理。也可以採用具有適當的重新設計的類似的3D方法。可以如方程I所示表示計算機斷層攝影(CT)投影數據:方程1:
權利要求
1.一種系統，包括: 源，其圍繞檢查區域旋轉並且發射橫穿所述檢查區域的輻射； 輻射敏感探測器陣列，其探測橫穿所述檢查區域的輻射並生成指示所探測到的輻射的投影數據；以及 投影數據降噪器，其對所述投影數據降噪，其中，所述降噪器基於一投影的探測光子數量對所述投影進行降噪。
2.根據權利要求1所述的系統，所述降噪器包括: 光子估計器，其估計針對每一投影的探測光子數量，其中，所述投影數據降噪器基於所估計的探測光子數量對所述投影數據降噪。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所估計的探測光子數量表示對所估計的探測光子數量求得的平滑化移動平均值。
4.根據權利要求1所述的系統，所述投影數據降噪器還包括: 基於對代價函數求最小值以及所估計的探測光子數量對投影進行降噪的降噪器，所述代價函數包括至少兩項:第一總變差項和第二加權最小二乘方項。
5.根據權利要求1所述的系統，所述投影數據降噪器還包括: 通過在所估計的探測光子數量大時優選所述投影，在所估計的探測光子數量小時優選具有小的總變差的投影而對投影進行降噪的降噪器。
6.根據權利要求5所述的系統，其中，降噪器採用迭代算法對所述代價函數的求最小 值。
7.根據權利要求1所述的系統，還包括: 重建器，其重建經降噪的投影數據以生成體積圖像數據。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，相對於具有較高光子數量的投影而言，所述投影數據降噪器將在更大的程度對具有較低光子數量的投影降噪。
9.根據權利要求1所述的系統，所述投影數據降噪器還包括: 評估器，其基於對於投影的探測光子數量確定是否對所述投影進行降噪。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，至少一個投影包含滿足預定光子數量閾值的數量的探測光子，其不受到降噪，並且至少一個投影包含不滿足所述預定光子數量閾值的數量的探測光子，其受到降噪。
11.根據權利要求1所述的系統，其中，所述投影數據降噪器在保持給定的圖像解析度的同時降低噪聲。
12.—種方法,包括: 獲得成像系統生成的投影數據； 針對所述投影數據的二維投影確定估計的探測光子數量，並生成指示估計的探測光子數量的信號；以及 基於所述信號對所述投影進行降噪。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，降噪程度與所述投影的估計的探測光子數量成比例，並且在兩個不同的程度上對至少兩個投影進行降噪。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，對所述投影降噪包括對代價函數求最小值，所述代價函數包括總變差項和加權最小二乘方項。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，在所述估計的探測光子數量較低時，所述總變差項佔據主導，在所述估計的探測光子數量較高時，所述加權最小二乘方項佔據主導。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，在所述估計的探測光子數量大時，所述代價函數優選所述投影，在所述估計的探測光子數量小時，所述代價函數優選具有小的總變差的投影。
17.根據權利要求12所述的方法，還包括: 僅對那些具有不滿足預定閾值的估計光子數量的投影進行降噪，對其餘的投影則基於相應的估計光子數量進行一定程度的降噪。
18.根據權利要求12所述的方法，其中，相對於具有較高的估計的探測光子數量的投影而言，將在更大的程度上對具有較低的估計的探測光子數量的投影進行降噪。
19.根據權利要求12所述的方法，還包括: 通過採用對所述估計的探測光子數量求得的移動平均值使所述估計的探測光子數量平滑化，其中，基於平滑化的估計的探測光子數量對所述投影進行降噪。
20.—種方法,包括: 對具有這樣噪聲的圖像進行降噪:所述噪聲在所述圖像的相鄰體素之間存在強相關性，其中，所述降噪不會向經降噪的圖像內引入條紋偽像。
全文摘要
一種系統包括圍繞檢查區域旋轉並發射橫穿所述檢查區域的輻射的源、探測橫穿所述檢查區域的輻射並生成指示所探測到的輻射的投影數據的輻射敏感探測器陣列以及對所述投影數據降噪的投影數據降噪器，其中，所述降噪器基於所述投影的探測光子數量對所述投影降噪。
文檔編號G06T5/00GK103180875SQ201180051297
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月17日 優先權日2010年10月27日
發明者K·M·布朗, S·扎比奇 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司