譜ct的結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 下文總體上涉及譜投影數(shù)據(jù)和/或譜圖像數(shù)據(jù)處理，并且更具體地涉及譜投影數(shù) 據(jù)和/或譜圖像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)，并且結(jié)合對(duì)計(jì)算機(jī)斷層攝影（CT)的具體應(yīng)用而進(jìn)行 描述。然而，下文還適用于其他成像模態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002] 譜（或多能量）CT已經(jīng)利用同時(shí)以兩種不同的光子能量（例如，利用雙能量CT) 采集的兩個(gè)衰減值來(lái)求解包括被掃描的材料的質(zhì)量衰減系數(shù)的光電和康普頓貢獻(xiàn)，并且然 后通過(guò)其光電和康普頓貢獻(xiàn)的值來(lái)識(shí)別未知的材料。該方法非常適合具有接近診斷能量范 圍的平均值的k邊緣能量的諸如碘的材料。因?yàn)閮蓚€(gè)基函數(shù)的任何兩個(gè)線性無(wú)關(guān)的和跨越 整個(gè)衰減系數(shù)空間，所以任何材料都能夠由兩種其他材料的線性組合來(lái)表示，所述兩種其 他材料一般稱(chēng)為基礎(chǔ)材料，例如水和碘。
[0003] 基礎(chǔ)材料圖像提供諸如單色圖像、材料抵消圖像、有效原子序數(shù)圖像和電子密度 圖像的新應(yīng)用。隨著最近的技術(shù)進(jìn)步，存在若干用于執(zhí)行諸如雙源、快速kVp切換和雙層探 測(cè)器配置的雙能量CT采集的方法。另外，定量成像是當(dāng)前醫(yī)學(xué)成像界的主要趨勢(shì)之一。譜 CT支持該趨勢(shì)，因?yàn)轭~外的譜信息改進(jìn)能夠測(cè)得的關(guān)于被掃描的目標(biāo)及其材料成分的定量 fg息。
[0004] 雙能量材料分解是用于提取表示兩種基礎(chǔ)材料的射束硬化無(wú)關(guān)的線積分的數(shù)學(xué) 方案，所述射束硬化無(wú)關(guān)的線積分即被掃描的目標(biāo)內(nèi)的光電吸收和康普頓散射。然而，譜CT 遭受固有的噪聲挑戰(zhàn)，尤其是在進(jìn)行了材料分解的情景中。因?yàn)椴牧戏纸馐遣贿m定問(wèn)題，所 以分解顯著放大了噪聲，其中，所獲得的噪聲在各個(gè)材料之間是高度反相關(guān)的。遺憾的是， 如果直接根據(jù)材料線積分來(lái)重建圖像，則圖像噪聲非常多。因此，所獲得的圖像質(zhì)量很低， 這可能降低圖像的臨床價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文中描述的各方面解決以上提及的問(wèn)題和其他問(wèn)題。
[0006] 下文描述了一種使用恢復(fù)算法來(lái)改進(jìn)譜CT圖像質(zhì)量的方法，所述恢復(fù)算法從成 像研究（即，投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)）移除噪聲和/或偽影，同時(shí)保留潛在的目標(biāo)結(jié)構(gòu)和 譜信息。所述算法能夠被應(yīng)用于投影域、圖像域、或投影域和圖像域兩者中。一般地，參考 數(shù)據(jù)集，即圖像或正弦圖，根據(jù)譜掃描的投影或圖像數(shù)據(jù)來(lái)導(dǎo)出并且結(jié)合確定的噪聲模式 被使用，以估計(jì)潛在的局部目標(biāo)結(jié)構(gòu)，所述潛在的局部目標(biāo)結(jié)構(gòu)也被利用作為額外的約束。 所述估計(jì)以及任選地所述額外的約束提供移除噪聲和偽影的魯棒且高質(zhì)量的恢復(fù)。
[0007] 在一個(gè)方面中，一種方法包括：獲得來(lái)自譜掃描的投影數(shù)據(jù)或者根據(jù)所述投影數(shù) 據(jù)生成的圖像數(shù)據(jù)中的至少一種，從所述投影數(shù)據(jù)或所述圖像數(shù)據(jù)中的所述至少一種中選 擇局部參考數(shù)據(jù)集，確定針對(duì)所選擇的參考數(shù)據(jù)集的噪聲模式，基于所述噪聲模式根據(jù)所 述參考數(shù)據(jù)集來(lái)估計(jì)潛在的局部結(jié)構(gòu)，并且基于所估計(jì)的潛在的局部結(jié)構(gòu)來(lái)恢復(fù)所述投影 數(shù)據(jù)或所述圖像數(shù)據(jù)中的至少一種。
[0008] 在另一個(gè)方面中，一種投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)處理器包括：存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 傳播算法；以及處理器，其結(jié)合來(lái)自譜掃描的投影數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)中的至少一種來(lái)運(yùn)行所 述結(jié)構(gòu)傳播算法以從所述投影數(shù)據(jù)或所述圖像數(shù)據(jù)中的所述至少一種移除噪聲或偽影中 的至少一種，同時(shí)保留潛在的目標(biāo)結(jié)構(gòu)和譜信息。
[0009] 在另一方面中，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)被編碼有計(jì)算機(jī)程序指令。所述計(jì)算機(jī) 可讀指令當(dāng)由處理器運(yùn)行時(shí)，令所述處理器：獲得來(lái)自譜掃描的投影數(shù)據(jù)或根據(jù)所述投影 數(shù)據(jù)生成的圖像數(shù)據(jù)中的至少一種，從所述投影數(shù)據(jù)或所述圖像數(shù)據(jù)中的所述至少一種中 選擇局部參考數(shù)據(jù)集，確定針對(duì)所選擇的參考數(shù)據(jù)集的噪聲模式，基于所述噪聲模式根據(jù) 所述參考數(shù)據(jù)集來(lái)估計(jì)潛在的局部結(jié)構(gòu)，并且基于所估計(jì)的潛在的局部結(jié)構(gòu)來(lái)恢復(fù)投影數(shù) 據(jù)或圖像數(shù)據(jù)中的至少一種。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置以及各種步驟和步驟的安排的形式。附圖 僅出于圖示優(yōu)選的實(shí)施例的目的并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011] 圖1示意性地圖示了結(jié)合采用結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)算法的投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)處理 器的范例成像系統(tǒng)；
[0012] 圖2示意性地圖示了結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)算法的范例模型；
[0013] 圖3圖示了根據(jù)第一投影數(shù)據(jù)重建的現(xiàn)有技術(shù)圖像；
[0014] 圖4圖示了使用本文中描述的結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)方法結(jié)合第一投影數(shù)據(jù)的恢復(fù)的圖 像；
[0015] 圖5圖示了根據(jù)第二投影數(shù)據(jù)重建的現(xiàn)有技術(shù)圖像；
[0016] 圖6圖示了使用本文中描述的結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)方法結(jié)合第二投影數(shù)據(jù)的恢復(fù)的圖 像；
[0017] 圖7圖示了根據(jù)第三投影數(shù)據(jù)重建的現(xiàn)有技術(shù)圖像；
[0018] 圖8圖示了使用本文中描述的結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)方法結(jié)合第三投影數(shù)據(jù)的恢復(fù)的圖 像；
[0019] 圖9圖示了用于處理投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)的范例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下文描述了一種使用恢復(fù)算法來(lái)改進(jìn)譜CT圖像質(zhì)量的方法，所述恢復(fù)算法從譜 圖像研究的投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)移除噪聲和/或偽影，同時(shí)保留潛在的目標(biāo)結(jié)構(gòu)和譜 fg息。
[0021] 首先參考圖1，圖示了譜成像系統(tǒng)100,例如譜計(jì)算機(jī)斷層攝影（CT)掃描器。所圖 示的譜成像系統(tǒng)100利用如下面更詳細(xì)地討論的kVp切換以產(chǎn)生譜投影數(shù)據(jù)。譜成像系統(tǒng) 100包括大體固定機(jī)架102和旋轉(zhuǎn)機(jī)架104,旋轉(zhuǎn)機(jī)架104由固定機(jī)架102可旋轉(zhuǎn)地支撐并 且繞檢查區(qū)域106關(guān)于z軸旋轉(zhuǎn)。
[0022] 諸如X射線管的輻射源108與旋轉(zhuǎn)機(jī)架104 -起旋轉(zhuǎn)并且發(fā)射貫穿檢查區(qū)域106 的輻射。輻射源電壓控制器110控制輻射源108的平均或峰值發(fā)射電壓。在一個(gè)實(shí)例中，這 包括在掃描的視圖之間、在掃描的視圖內(nèi)、和/或其他情況下在兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)射電壓（例 如，80keV與140keV，100keV與120keV，等等）之間切換發(fā)射電壓。
[0023] 探測(cè)器陣列112對(duì)著相對(duì)于輻射源108在檢查區(qū)域106的對(duì)面的角度弧。探測(cè)器 陣列112探測(cè)貫穿檢查區(qū)域106的輻射并且生成指示所述輻射的投影數(shù)據(jù)。在所述掃描是 多能量掃描并且輻射源電壓在用于掃描的至少兩個(gè)發(fā)射電壓之間切換的情況下，探測(cè)器陣 列112生成針對(duì)輻射源電壓中的每個(gè)的投影數(shù)據(jù)（在本文中也稱(chēng)為正弦圖）。
[0024] 再次地，所圖示的譜成像系統(tǒng)100利用kVp切換。在變型中，譜成像系統(tǒng)100包括 以兩個(gè)不同的發(fā)射電壓發(fā)射輻射以產(chǎn)生譜投影數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)輻射源108,并且/或者探 測(cè)器陣列112包括產(chǎn)生譜投影數(shù)據(jù)的能量分辨探測(cè)器。在另一變型中，譜成像系統(tǒng)100包 括用于產(chǎn)生譜投影數(shù)據(jù)的以上方法和/或其他方法的組合。
[0025] 重建器114重建譜投影數(shù)據(jù)，生成指示對(duì)象的被掃描部分或被定位在檢查區(qū)域 106中的目標(biāo)的體積圖像數(shù)據(jù)。這包括重建在一個(gè)或多個(gè)發(fā)射電壓處的譜圖像數(shù)據(jù)和/或 在整個(gè)發(fā)射譜上的常規(guī)（非譜）圖像數(shù)據(jù)。臥榻或?qū)ο笾挝?16將對(duì)象或目標(biāo)支撐在檢 查區(qū)域106中。
[0026] 操作者控制臺(tái)118包括諸如監(jiān)視器的人類(lèi)可讀輸出設(shè)備和諸如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等的輸 入設(shè)備。駐存在控制臺(tái)118上的軟件允許操作者經(jīng)由圖形用戶接口（GUI)或以其他方式與 譜成像系統(tǒng)100交互和/或操作譜成像系統(tǒng)100。這可以包括選擇多能量譜成像協(xié)議，在所 述多能量譜成像協(xié)議中，發(fā)射電壓在兩個(gè)或更多個(gè)電壓之間切換。
[0027] 投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)處理器120包括至少一個(gè)微處理器122,至少一個(gè)微處理 器122運(yùn)行存儲(chǔ)在諸如物理存儲(chǔ)器124或其他非暫態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的 至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令。微處理器122還可以運(yùn)行由載波、信號(hào)或其他暫態(tài)介質(zhì)承載的 一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令。投影數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù)處理器120能夠是控制臺(tái)118和/ 或其他計(jì)算系統(tǒng)的部分。
[0028] 所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令包括（一個(gè)或多個(gè)）結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)指令126,（一個(gè) 或多個(gè)）結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)指令126能夠被應(yīng)用到譜投影數(shù)據(jù)（或譜域）和/或重建的圖像數(shù) 據(jù)（或圖像域）。在（一個(gè)或多個(gè)）結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)指令126被應(yīng)用到兩者的情況下，其首先 被應(yīng)用到譜投影數(shù)據(jù)，生成恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)，恢復(fù)的投影數(shù)據(jù)然后被重建以生成圖像數(shù)據(jù)， 并且然后（一個(gè)或多個(gè)）結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)指令126被應(yīng)用到重建的圖像數(shù)據(jù)。
[0029] 如下面更詳細(xì)地描述的，運(yùn)行（一個(gè)或多個(gè)）結(jié)構(gòu)傳播恢復(fù)指令126包括：從輸入 的投影數(shù)據(jù)和/或圖像