利用反相關(guān)濾波器的譜投影數(shù)據(jù)去噪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] W下內(nèi)容總體上設(shè)及投影數(shù)據(jù)處理，并且更具體地設(shè)及利用反相關(guān)濾波器對(duì)投影 數(shù)據(jù)的投影域去噪，所述反相關(guān)濾波器包括具有針對(duì)每種基材料的子項(xiàng)和對(duì)應(yīng)的比例因子 的正則化項(xiàng)，并且結(jié)合針對(duì)譜（即，多能量)計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)的特定應(yīng)用來加 W描述。然 而，W下內(nèi)容也適用于其他成像模態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002] CT掃描器包括X射線管，所述X射線管發(fā)射穿過檢查區(qū)域和檢查區(qū)域中的目標(biāo)的福 射。被定位在與X射線管對(duì)面的檢查區(qū)域相對(duì)的探測器陣列探測穿過檢查區(qū)域和檢查區(qū)域 中的目標(biāo)的福射，并且生成指示檢查區(qū)域和檢查區(qū)域中的目標(biāo)的投影數(shù)據(jù)。重建器處理投 影數(shù)據(jù)并重建指示檢查區(qū)域和檢查區(qū)域中的目標(biāo)的體積圖像數(shù)據(jù)。
[0003] 利用譜CT掃描器，采集多個(gè)投影數(shù)據(jù)集，所述多個(gè)投影數(shù)據(jù)集表示被掃描的目標(biāo) 針對(duì)不同X射線譜的衰減性質(zhì)。能夠通過k化切換、雙層探測器、計(jì)數(shù)探測器和/或W其他方 式來采集該多個(gè)集合?；谶\(yùn)些數(shù)據(jù)集，能夠局部地確定物理目標(biāo)性質(zhì)(例如，光電效應(yīng)、康 普頓效應(yīng)、水含量、骨含量、艦含量等）。對(duì)運(yùn)些性質(zhì)的確定被稱作材料分解。
[0004] 利用投影域處理，通過將針對(duì)每條射線所測量的線積分轉(zhuǎn)換成基材料線積分來執(zhí) 行材料分解。然后重建基材料線積分W生成基材料圖像。然而，所測量的投影數(shù)據(jù)的噪聲趨 向于被強(qiáng)烈地放大，并且經(jīng)放大的噪聲針對(duì)一條采集射線的不同材料線積分是高度反相關(guān) 的。
[0005] 該反相關(guān)的噪聲能夠?qū)е聴l紋狀偽影，并且直接根據(jù)該基材料線積分重建的圖像 歸因于噪聲放大而趨向于強(qiáng)烈含噪聲，降低了它們的臨床值。反相關(guān)濾波器(ACF)能夠用于 對(duì)反相關(guān)的噪聲進(jìn)行濾波。遺憾的是，ACF對(duì)基材料線積分的應(yīng)用可W導(dǎo)致基材料數(shù)據(jù)集之 間的串?dāng)_，產(chǎn)生減小經(jīng)重建的基材料圖像的診斷值的偽影。
[0006] 在本文中描述的各方面解決了 W上提及的問題和其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 該應(yīng)用描述了一種通過反相關(guān)濾波器來降低譜基材料線積分中的反相關(guān)噪聲的 方法，所述反相關(guān)濾波器包括具有針對(duì)每種基材料的子項(xiàng)和對(duì)應(yīng)的比例因子的正則化項(xiàng)， 其中，比例因子平衡每個(gè)子項(xiàng)的作用，減輕組織邊界之間的串?dāng)_，運(yùn)種串?dāng)_在沒有運(yùn)樣的平 衡時(shí)可能存在。
[000引在一方面中，一種方法，包括:接收含噪聲的基材料線積分的至少兩個(gè)集合，每個(gè) 集合對(duì)應(yīng)于不同的基材料;并且利用反相關(guān)濾波器來對(duì)含噪聲的基材料線積分的所述至少 兩個(gè)集合進(jìn)行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料線積分，所述反相關(guān)濾波器至少包括具有平 衡正則化因子的正則化項(xiàng)。
[0009]在另一方面中，一種成像系統(tǒng)，包括具有反相關(guān)濾波器的投影數(shù)據(jù)處理器。所述反 相關(guān)濾波器對(duì)含噪聲的基材料線積分的至少兩個(gè)集合進(jìn)行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料 線積分，每個(gè)集合對(duì)應(yīng)于不同的基材料。所述反相關(guān)濾波器包括具有正則化平衡因子的正 則化項(xiàng)。
[0010] 在另一方面中，計(jì)算機(jī)可讀指令被編碼在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上，所述計(jì)算機(jī)可 讀指令當(dāng)由計(jì)算系統(tǒng)的處理器運(yùn)行時(shí)，令所述處理器:接收含噪聲的基材料線積分的至少 兩個(gè)集合，每個(gè)集合對(duì)應(yīng)于不同的基材料;并且利用反相關(guān)濾波器對(duì)含噪聲的基材料線積 分的所述至少兩個(gè)集合進(jìn)行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料線積分，所述反相關(guān)濾波器至 少包括具有平衡正則化因子的正則化項(xiàng)。
【附圖說明】
[0011] 本發(fā)明可W采取各種部件和部件的布置，W及各個(gè)步驟和步驟的安排的形式。附 圖僅出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的，并且不被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0012] 圖1示意性圖示了具有與成像系統(tǒng)連接的反相關(guān)濾波器的投影數(shù)據(jù)處理器。
[0013] 圖2示意性圖示了反相關(guān)濾波器的非限制性范例，所述反相關(guān)濾波器是基于具有 正則化子項(xiàng)平衡比例因子的正則化最大似然算法的。
[0014] 圖3示出了利用沒有正則化子項(xiàng)平衡的反相關(guān)濾波器生成的范例圖像。
[0015] 圖4示出了利用在本文中描述的反相關(guān)濾波器生成的范例圖像，所述反相關(guān)濾波 器包括正則化子項(xiàng)平衡。
[0016] 圖5圖示了用于利用反相關(guān)濾波器來對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪的范例方法，所述反相 關(guān)濾波器利用包括正則化子項(xiàng)平衡比例因子的正則化最大似然算法。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 首先參考圖1，示意性圖示了諸如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器的成像系統(tǒng)100。成 像系統(tǒng)100包括大體上固定的機(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) 的支撐，并且關(guān)于縱軸或Z軸圍繞檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)。
[0018] 諸如X射線管的福射源108由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104可旋轉(zhuǎn)地支撐。福射源108與旋轉(zhuǎn)機(jī)架 104-起旋轉(zhuǎn)并且發(fā)射穿過檢查區(qū)域106的福射。源準(zhǔn)直器110包括對(duì)福射進(jìn)行準(zhǔn)直W形成 大體上錐形、模形、扇形或其他形狀的福射射束的準(zhǔn)直構(gòu)件。
[0019] 福射敏感探測器陣列112跨檢查區(qū)域106W-角度弧與福射源108相對(duì)。探測器陣 列112包括沿著Z軸方向延伸的一行或多行的探測器。探測器陣列112探測穿過檢查區(qū)域106 的福射并且生成表示檢查區(qū)域106的投影數(shù)據(jù)(或所測量的線積分）。
[0020] 在所圖示了實(shí)施例中，投影數(shù)據(jù)是譜投影數(shù)據(jù)并且包括投影數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)子 集，每個(gè)子集表示被掃描的目標(biāo)針對(duì)不同X射線譜的衰減性質(zhì)。在W下情況中能夠獲得運(yùn)樣 的投影數(shù)據(jù)：即，在探測器陣列112包括光子計(jì)數(shù)探測器和/或多層譜探測器的情況中，和/ 或在福射源108被配置為在掃描期間在至少兩種不同能量譜之間進(jìn)行切換的情況中。
[0021] 譜分解器114對(duì)由福射敏感探測器陣列112生成的譜投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，產(chǎn)生經(jīng)分 解的譜投影數(shù)據(jù)或基材料線積分。分解能夠基于兩個(gè)或更多個(gè)基材料，例如，能夠基于光電 效應(yīng)、康普頓散射、水含量、骨含量、艦含量、k邊緣和/或(一種或多種)其他基材料。
[0022] 投影數(shù)據(jù)處理器116處理經(jīng)分解的譜投影數(shù)據(jù)。所圖示的投影數(shù)據(jù)處理器116包括 至少反相關(guān)濾波器(ACF)118"ACF 118至少對(duì)來自經(jīng)分解的譜投影數(shù)據(jù)的反相關(guān)噪聲進(jìn)行 濾波。運(yùn)包括使用迭代的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型對(duì)反相關(guān)噪聲進(jìn)行濾波。合適的反相關(guān)濾波器118的范 例包括正則化最大似然濾波器，所述正則化最大似然濾波器包括數(shù)據(jù)項(xiàng)和正則化項(xiàng)。如在 下文中更加詳細(xì)地描述的，正則化項(xiàng)包括兩個(gè)或更多個(gè)子項(xiàng)W及對(duì)應(yīng)的平衡比例因子，針 對(duì)每種基材料一個(gè)子項(xiàng)，所述對(duì)應(yīng)的平衡比例因子減輕在組織-空氣邊界處的串?dāng)_。
[0023] 重建器120重建經(jīng)去噪的經(jīng)分解的投影數(shù)據(jù)，并且生成指示所述投影數(shù)據(jù)的體積 圖像數(shù)據(jù)，包括材料基體積圖像數(shù)據(jù)。諸如邸榻的患者支撐物122在檢查區(qū)域106中支撐諸 如人類患者的目標(biāo)或?qū)ο蟆Ｓ?jì)算系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)充當(dāng)操作者控制臺(tái)124,所述操作者控制臺(tái) 124允許操作者控制對(duì)系統(tǒng)100的操作，例如選擇和/或激活至少投影域去噪算法。
[0024] 在所圖示的實(shí)施例中，投影數(shù)據(jù)處理器116關(guān)于控制臺(tái)124為單獨(dú)的設(shè)備。在該實(shí) 例中，投影數(shù)據(jù)處理器116能夠?yàn)橹T如專用計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)和/或其他計(jì)算系統(tǒng)的部分。 在變型中，投影數(shù)據(jù)處理器116為控制臺(tái)124的部分。在任一實(shí)例中，投影數(shù)據(jù)處理器116能 夠經(jīng)由運(yùn)行計(jì)算機(jī)可讀指令的處理器(例如，微處理器、中央處理單元或CPU等）來實(shí)施，所 述計(jì)算機(jī)可讀指令被存儲(chǔ)在諸如物理存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中（并且排除非瞬態(tài)介 質(zhì)）。處理器也能夠運(yùn)行由載波、信號(hào)或其他瞬態(tài)介質(zhì)承載的指令。
[0025] 圖2圖示了反相關(guān)濾波器118的非限制性范例。
[0026] 為了簡明和清楚，W下內(nèi)容結(jié)合譜投影數(shù)據(jù)的兩個(gè)子集進(jìn)行討論。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，W下內(nèi)容能夠被延伸到譜投影數(shù)據(jù)的兩個(gè)W上的子集。
[0027] 反相關(guān)濾波器118作為輸入部接收經(jīng)分解的線積分或基材料線積分mil和nrn，其 中，i為采集到的射線指數(shù)，并且輸出經(jīng)去噪的經(jīng)分解的投影數(shù)據(jù)(基材料線積分）。
[00%]對(duì)數(shù)似然確定器202基于正則化最大似然算法來處理數(shù)據(jù)，生成經(jīng)去噪的經(jīng)分解 的投影數(shù)據(jù)。在公式1中示出了合適的正則化最大似然的范例：
[0029]公式 1:
[0031] 其中，mi = (mii，m2i)并且表示含噪聲的基材料線積分的兩個(gè)集合的向量， 巧=(雨,，而)并且表示經(jīng)去噪的基材料線積分的兩個(gè)集合的向量，C康示描述mil和m2i中的 相關(guān)噪聲的協(xié)方差矩陣，Rii和R21表示針對(duì)兩種材料正弦圖的基材料正則化子項(xiàng)，并且e為 確定正則化的強(qiáng)度的參數(shù)。
[0032] 在本文中也預(yù)期其他正則化項(xiàng)。例如，2012年11月26日提交的申請(qǐng)序列號(hào)為61/ 729782的標(biāo)題為叩RCUECTI0N DATA DE-N0ISING"的申請(qǐng)描述了合適的正則化項(xiàng)，通過引用 將其整體并入本文。
[0033] 在公式1中，第一項(xiàng)為數(shù)據(jù)項(xiàng)，描述經(jīng)去噪的材料線積分屬于給定已知方差和協(xié)方 差的含噪聲的材料線積分的可能性。第二項(xiàng)為表示關(guān)于材料線積分的"真"集合的先驗(yàn)信息 的正則化項(xiàng)。公式1由迭代優(yōu)化來實(shí)施，直到識(shí)別出最有可能屬于含噪聲的材料線積分的經(jīng) 去噪的材料線積分。
[0034] 基材料線積分方差確定器204處理接收到的基材料線積分mil和nrn，并且生成基材 料線積分方差var(mii)和va;r(m2i似及協(xié)方差cov(mii,m2i)。
[0035] 基材料協(xié)方差矩陣確定器206基于基材料線積分方差VaHmii)和Var(Imi) W及基 材料線積分協(xié)方差cov(mii，m2i)來確定協(xié)方差矩陣Cl。例如，能夠如公式2中所示來確定協(xié)方 差矩陣Ci:
[0036] 公式 2:
[0037] A=f。?？'.旱'）、 ^cov var(";:,) /
[0038] 能夠如公式3和公式4中所示來確定正則化項(xiàng)化i和R2i:
[0039] 公式 3:
[0040] 馬=S、W//('可,.-病1*) k
[0041] 公式 4:
[0042] 度& 二 S 馬-巧化) .. k ..
[0043] 在運(yùn)些公式中，利用勢函數(shù)4對(duì)現(xiàn)有的進(jìn)行平滑化。勢函數(shù)針對(duì)每個(gè)測量的射線i 評(píng)價(jià)材料線積分值與多條臨近射線k的值的差異，其中，Wik為加權(quán)因子。
[0044] 歸因于正則化項(xiàng)Rii和R21，對(duì)公式1的優(yōu)化將得到一對(duì)去噪的材料線積分集合，所 述去噪的材料