專利名稱：：促進(jìn)修正圖像重建中的增益波動(dòng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及斷層攝影成像，尤其涉及減小圖像重建中的增益波動(dòng)。
背景技術(shù)：
：例如但不限于計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描技術(shù)的成像技術(shù)允許無(wú)創(chuàng)技術(shù)以獲得用于醫(yī)學(xué)診斷目的的人體的內(nèi)部圖像。在臨床實(shí)踐中，CT掃描后得到帶有截?cái)嗤队?truncatedprojection)的數(shù)據(jù)集是常見(jiàn)的。數(shù)據(jù)截?cái)鄷?huì)在患者、CT床臺(tái)(CTtable)或放置在掃描器的孔徑(bore)中的其他任何物體延伸超出掃描視場(chǎng)時(shí)出現(xiàn)。這類情況可能會(huì)在患者體型較大的情況下或者在將期望的患者解剖結(jié)構(gòu)居中于視場(chǎng)中心時(shí)出現(xiàn)。即使在患者和床臺(tái)都被小心地定位在掃描視場(chǎng)內(nèi)的情況下，通常用于保護(hù)CT床臺(tái)機(jī)構(gòu)免于體液污染的床臺(tái)防水布(slicker)可能垂落在床臺(tái)兩側(cè)，并且可能延伸到掃描視場(chǎng)外部。造影液的管子、靜脈注射(IV)液或其他醫(yī)療附件也有可能存在于掃描視場(chǎng)外部。在執(zhí)行圖像重建以生成患者圖像之前，CT成像通常包括數(shù)據(jù)釆集，接著是連續(xù)的預(yù)處理修正。原始投影數(shù)據(jù)在圖像重建之前通過(guò)應(yīng)用掃描器特定的修正和校準(zhǔn)而得到處理。笫一步驟之一是基準(zhǔn)歸一化步驟，用以解決x射線管電流輸出的波動(dòng)對(duì)投影的影響。為此，一組基準(zhǔn)通道被放置在掃描;f見(jiàn)場(chǎng)外部少許以測(cè)量直接來(lái)自x射線管而未被掃描對(duì)象衰減的x射線光子。從這些通道計(jì)算的系數(shù)監(jiān)視x射線通量并且用于相對(duì)于彼此歸一化投影。然而當(dāng)對(duì)象存在于掃描視場(chǎng)外部時(shí)，基準(zhǔn)通道被阻擋，并且預(yù)處理不能精確地估計(jì)修正系數(shù)。預(yù)修正中的這個(gè)和其他步驟修改采集的投影數(shù)據(jù)并且可能導(dǎo)致不精確的投影測(cè)量，從而導(dǎo)致圖像偽影?？赡艽嬖谄渌`差源也可以導(dǎo)致預(yù)處理數(shù)據(jù)中的視場(chǎng)依賴的DC偏6壓。例如，檢測(cè)器單元的增益由于作用于準(zhǔn)直板的重力的影響可能是角度依賴的，從而導(dǎo)致由這些板所生成的陰影的變化。圖像重建指示從經(jīng)預(yù)修正的投影數(shù)據(jù)生成圖像的過(guò)程。實(shí)踐中，通常使用解析技術(shù)，例如濾波反投影算法(FilteredBack-Projectionalgorithm,FBP)。迭4戈重建(Iterativereconstruction,IR)算法也最近被引入用于CT并且具有明顯優(yōu)于常規(guī)FBP和其他直接技術(shù)的圖像質(zhì)量的潛力。預(yù)處理修正和校準(zhǔn)適于最小化類FBP算法的圖像偽影并且重建CT值的精確圖。然而，在投影數(shù)據(jù)被截?cái)嗟那闆r下使用相同預(yù)處理數(shù)據(jù)初始化迭代重建會(huì)導(dǎo)致明顯的圖像偽影。
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)實(shí)施例中，一種重建圖像的方法包括使用增益參數(shù)和偏移參數(shù)中的至少一個(gè)的聯(lián)合估計(jì)以及重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行斷層攝影圖像重建。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)包括X射線源、輻射檢測(cè)器、以及耦合到所述X射線源和所迷輻射檢測(cè)器的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)被配置為聯(lián)合使用誤差修正增益參數(shù)的估計(jì)和重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行X射線圖像重建。在又一個(gè)實(shí)施例中，一種用程序編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)4皮配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)聯(lián)合使用誤差修正增益參數(shù)的估計(jì)和重建圖像的估計(jì)迭代地重建X射線圖像。圖l是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)的示圖2是圖l例示系統(tǒng)的示意性框圖3A是患者肩部的FBP圖像；圖3B是患者肩部的未修正的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像；圖4A是圖3B所示患者肩部的未修正的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像；圖4B是通過(guò)使用X射線管發(fā)生器信號(hào)進(jìn)行基準(zhǔn)歸一化修正的患者肩部的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種用于在迭代重建算法中修正低頻暗影偽影(low-fr叫uencyshadingartifacts)的示例性方法的流禾呈圖6是另一種用于在迭代重建算法中修正低頻暗影偽影的示例性方法的流程圖，其中DC分量去除步驟在迭代循環(huán)內(nèi)執(zhí)行；圖7A是圖3B所示患者肩部的未修正的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像；以及圖7B是通過(guò)^f吏用加權(quán)最小二乘DC去除l務(wù)正的患者肩部的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像。具體實(shí)施例方式在一些已知的CT成像系統(tǒng)配置中，輻射源投射扇形射束，該扇形射束被準(zhǔn)直以位于笛卡爾坐標(biāo)系的X-Y平面內(nèi)，該平面通常被稱為"成像平面"。輻射束穿過(guò)正#_成像的對(duì)象，例如患者。在由對(duì)象衰減之后，射束撞擊輻射檢測(cè)器陣列。在檢測(cè)器陣列接收的衰減輻射束的強(qiáng)度取決于對(duì)象對(duì)輻射束的衰減。陣列的每個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生獨(dú)立電信號(hào)，該電信號(hào)是檢測(cè)器位置上射束衰減的度量。來(lái)自所有檢測(cè)器的衰減度量被單獨(dú)采集以產(chǎn)生透射剖面(transmissionprofile)。在第三代CT系統(tǒng)中，輻射源和檢測(cè)器陣列隨著掃描架在成像平面內(nèi)圍繞待成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)，使得輻射束與對(duì)象所成的角不斷變化。來(lái)自檢測(cè)器陣列在一個(gè)掃描架角上的一組輻射衰減度量，即投影數(shù)據(jù)，被稱為一個(gè)"視圖"。對(duì)象的一次"掃描，，包括在輻射源和檢測(cè)器的一次回轉(zhuǎn)期間在不同掃描架角或視角獲得的一組視圖。在軸向掃描中，投影數(shù)據(jù)被處理以重建圖像，該圓像對(duì)應(yīng)于通it^象獲得的二維切片。一種用于從一組投影數(shù)據(jù)重建圖像的方法在本領(lǐng)域中被稱為濾波反投影技術(shù)。該過(guò)程將來(lái)自一次掃描的衰減度量轉(zhuǎn)換成被稱為"CT值，，或"亨斯菲爾德(Hounsfield)單位"的整數(shù)，所述整數(shù)用于控制顯示設(shè)備上相應(yīng)像素的亮度。為了減小總掃描時(shí)間，可以執(zhí)行"螺旋"掃描。為了執(zhí)行"螺旋"掃描，在患者移動(dòng)的同時(shí)采集指定數(shù)量的切片的數(shù)據(jù)。這樣的系統(tǒng)從扇束螺旋掃描生成單螺旋。由扇束映射的螺旋產(chǎn)生從中可重建每個(gè)指定切片內(nèi)的圖《象的投影婆:據(jù)。為了進(jìn)一步改善數(shù)據(jù)采集，可以利用多切片或測(cè)定體積CT(volumetricCT)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通過(guò)使用包括多個(gè)檢測(cè)器行的檢測(cè)器同時(shí)收集多個(gè)投影。在這類配置中，扇束幾何結(jié)構(gòu)變?yōu)殄F束幾何結(jié)構(gòu)。在本文中使用時(shí)，以單數(shù)或在前面加上單詞"a"或"an"的形式敘述的元素或步驟應(yīng)當(dāng)被理解成不排除多個(gè)元素或步驟，除非明確表明這一排除。此外，對(duì)本發(fā)明的"一個(gè)實(shí)施例"的引用不應(yīng)當(dāng)被理解成排除也包含所述特征的附加實(shí)施例的存在。同樣在本文中使用時(shí)，短語(yǔ)"重建圖像"并不旨在排除其中生成代表圖像的數(shù)據(jù)但是未生成可視圖像的本發(fā)明的實(shí)施例。因此在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"圖像"廣義地涉及可視圖像和代表可視圖像的數(shù)據(jù)兩者。然而，許多實(shí)施例生成(或^f皮配置為生成)至少一個(gè)可視圖^^。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CT成像系統(tǒng)10的圖示。圖2是圖1所示系統(tǒng)10的示意性框圖。在該示例性實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)10被示出為包括代表"第三代，，CT成像系統(tǒng)的掃描架12。掃描架12具有輻射源14，該輻射源朝著掃描架12相對(duì)側(cè)上的檢測(cè)器陣列18投射X射線的錐束16。檢測(cè)器陣列18由包括多個(gè)檢測(cè)器元件20的多個(gè)檢測(cè)器^f(未生成)組成，所述檢測(cè)器元件一起感測(cè)穿過(guò)對(duì)象(例如患者22)的投射X射線束。每個(gè)檢測(cè)器元件20產(chǎn)生代^f並撞輻射束的強(qiáng)度并由此代表射束穿過(guò)對(duì)象或患者22時(shí)的衰減的電信號(hào)。原始投影數(shù)據(jù)在圖像重建之間被預(yù)處理，以減小x射線管電流輸出的波動(dòng)對(duì)投影數(shù)據(jù)的影響。一組基準(zhǔn)通道23祐放置在錐束16外部少許以測(cè)量直接來(lái)自輻射源14的未被對(duì)象22衰減的x射線光子。具有多切片檢測(cè)器18的成像系統(tǒng)10能夠提供代表對(duì)象22體積的多個(gè)圖像。該多個(gè)圖像中的每個(gè)圖〗象對(duì)應(yīng)于所述體積的獨(dú)立"切片"。切片的"厚度"或開(kāi)度(aperture)取決于檢測(cè)器行的厚度。當(dāng)對(duì)象22存在于定義掃描視場(chǎng)的錐束16外部時(shí)，基準(zhǔn)通道23被阻擋，由此預(yù)處理無(wú)法精確估計(jì)修正系數(shù)?；鶞?zhǔn)通道的阻擋和預(yù)修正中的其他掃9描架特定誤差修改采集的投影數(shù)據(jù)并且可能導(dǎo)致不精確的投影測(cè)量，從而導(dǎo)致圖像偽影。在采集輻射投影數(shù)據(jù)的掃描期間，掃描架12和安裝在其上的部件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。圖2僅示出了單行檢測(cè)器元件20(即，一個(gè)檢測(cè)器行)。然而，多切片檢測(cè)器陣列18包括檢測(cè)器元件20的多個(gè)平行檢測(cè)器行，使得對(duì)應(yīng)于多個(gè)準(zhǔn)平行或平行切片的投影數(shù)據(jù)可以在掃描期間同時(shí)凈皮采集。掃描架12的旋轉(zhuǎn)和輻射源14的操作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26管理?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括將功率和定時(shí)信號(hào)提供給輻射源14的輻射控制器28，以及控制掃描架12的轉(zhuǎn)速和位置的掃描架電機(jī)控制器30?？刂茩C(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)32采樣來(lái)自檢測(cè)器元件20的模擬數(shù)據(jù)并且將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以供隨后處理。圖像重建器34接收來(lái)自DAS32的經(jīng)采樣和數(shù)字化輻射數(shù)據(jù)并且執(zhí)行高速圖像重建。重建圖像作為輸出應(yīng)用于計(jì)算機(jī)36，后者在大容量存儲(chǔ)設(shè)備38中存儲(chǔ)該圖像。計(jì)算機(jī)36也通過(guò)具有鍵盤的控制臺(tái)40接收來(lái)自操作者的命令和掃描參數(shù)。相關(guān)聯(lián)的陰極射線管顯示器42允許操作者觀察來(lái)自計(jì)算機(jī)36的重建圖像和其他數(shù)據(jù)。操作者提供的命令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用于將控制信號(hào)和信息提供給DAS32、輻射控制器28和掃描架電才幾控制器30。另外，計(jì)算機(jī)36操作床臺(tái)電機(jī)控制器44，后者控制機(jī)動(dòng)床臺(tái)46以在掃描架12中定位患者22。更具體地，床臺(tái)46移動(dòng)患者22各部分通過(guò)掃描架開(kāi)口48。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36包括用于從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)52(例如軟盤或CD-ROM)讀取指令和/或數(shù)據(jù)的設(shè)備50，例如軟盤驅(qū)動(dòng)器或CD-ROM驅(qū)動(dòng)器。在另一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36執(zhí)行存儲(chǔ)在固件(未示出)中的指令。通常，在圖2所示的DAS32、重建器34和計(jì)算機(jī)36的至少一個(gè)中的處理器被編程以執(zhí)行下述過(guò)程。當(dāng)然，本文所述的實(shí)施例并不限于在CT系統(tǒng)IO中的應(yīng)用，而是可以與許多其他類型和變化的成像系統(tǒng)結(jié)合使用。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36被編程以執(zhí)行本文所述的功能，并且當(dāng)在本文使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)并不僅限于在本領(lǐng)域中被稱為計(jì)算機(jī)的那些集成電路，而是廣義地表示計(jì)算機(jī)、處理器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器、專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和所有其他可編程電路。本文描述的是用于第三代CT掃描器的精確幾何正演建^^的新方法、裝置和軟件，其適合于用于醫(yī)學(xué)診斷目的的高質(zhì)量臨床圖像的迭代重建。本文描述的方法支持CT掃描器的所有配置，包括單切片和多切片CT、以及任何采集軌跡，例如分步拍攝(軸向)模式、螺旋模式、或者帶有恒定或變化節(jié)距和采樣圖案的任何其他模式。傳統(tǒng)上，使用所謂的直接重建算法，例如濾波反投影(FBP)或巻積反投影(CBP)從計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)數(shù)據(jù)重建圖像。近來(lái)，迭代重建(IR)算法被引入用于CT圖像的重建。利用迭代重建算法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于迭代重建算法可以更精確地建才莫從真實(shí)CT系統(tǒng)獲得的度量。這對(duì)于包括多切片檢測(cè)器的螺旋CT系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此，因?yàn)檫@些系統(tǒng)產(chǎn)生傾斜穿過(guò)2-D重建圖像平面的投影度量。通過(guò)更精確地建模這些投影，迭代重建算法可以生成具有更高質(zhì)量、更低噪聲和更少偽影的圖像。例如，利用螺旋掃描CT系統(tǒng)，X射線源和檢測(cè)器陣列圍繞正被掃描的對(duì)象旋轉(zhuǎn)。如果利用螺旋CT掃描器，則X射線源和檢測(cè)器也沿垂直于旋轉(zhuǎn)平面的方向移動(dòng)，描畫出大體螺4t路徑。在周期性時(shí)刻，檢測(cè)器陣列測(cè)量穿過(guò)對(duì)象的X射線能量。每個(gè)這樣的度量被稱為一個(gè)視圖。通常，檢測(cè)器陣列包括沿旋轉(zhuǎn)方向布置的多個(gè)檢測(cè)器元件，在這里被稱為通道。另外，多切片CT掃描器也包括多個(gè)行。例如，四切片檢測(cè)器包括四行檢測(cè)器元件，其中每一行包括多個(gè)通道。對(duì)于掃描器的單次旋轉(zhuǎn)，來(lái)自第a行檢測(cè)器的檢測(cè)器度量被定義為yk=OU^，其中M是單次旋轉(zhuǎn)中從單行檢測(cè)器獲得的度量總數(shù)，并且jv被定義為數(shù)據(jù)的一個(gè)單切片，并且整個(gè)數(shù)據(jù)集被定義為"{力}^,其中《是檢測(cè)器中的切片數(shù)。作為替換，h可以是在螺旋掃描中從多個(gè)檢測(cè)器行提取的數(shù)據(jù)集，其用于在常規(guī)圖像平面或傾斜于水平和/或垂直軸的平面上重建圖像。正被重建的體積隨后被離散成沿著三個(gè)維度布置的體素，其中第一第二維度通常被定向成在旋轉(zhuǎn)平面中，并且第三維度通常被定向?yàn)榇怪被蚪拼怪庇谛D(zhuǎn)平面。例如，^被定義為體素，其中A下標(biāo)表示沿著第三維度的位置并且!'下標(biāo)表示在平面中的特定體素。進(jìn)一步地，xt=K};i-。'被定義為在第/t個(gè)平面中的體素集，并且正被重建的整個(gè)平面集被定義為poaS1,其中^是在體積中的平面數(shù)。因此，掃描器的正演模型是當(dāng)正向投影重建所估計(jì)的圖像時(shí)產(chǎn)生預(yù)期度量的函數(shù)。更具體地，正演模型F(x)是被定義成使得可;/HF(x)的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行簡(jiǎn)化近似使得五LyJ二F(;cJ。因此，在該示例性實(shí)施例中，可以^f吏用迭代重建算法利用多切片CT重建系統(tǒng)來(lái)重建圖像。迭代重建算法用于通過(guò)搜索最佳匹配測(cè)得數(shù)據(jù)的向量^的值來(lái)確定x的未知值。在該示例性實(shí)施例中，此處考慮的迭代重建問(wèn)題的分類的數(shù)學(xué)公式在計(jì)數(shù)域中采用以下的通式&=argminF(y'，Xx，a)(1)其中F()表示/，x和a的函數(shù)，懲罰在觀察度量(/)與通過(guò)正向投影算子A的x的估計(jì)正向投影之間的偏差，/表示原始度量，x表示未知3D圖#>向量，"表示應(yīng)用于原始計(jì)H量的未知乘法增益因數(shù)的向量，以及j表示將圖像空間映射到投影空間中的正向投影算子。在投影域中的一個(gè)替換通式是;，》=argm^iG(y，爿x，(2)其中G()表示y，p和血的函數(shù)，懲罰(penalize)在觀察度量(力與x的估計(jì)正向投影之間的偏差，Y表示積分投影度量的向量，A表示通過(guò)正向投影算子X(jué)的估計(jì)對(duì)象;c的正向投影，以及々是應(yīng)用于積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。該方程表示x中的圖像值和〃中的增益參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)。y5是通過(guò)根據(jù)A=取計(jì)數(shù)域中的未知乘法增益《,的對(duì)數(shù)來(lái)表示投影域中的未知加法偏移的向量。對(duì)于任何特定行和視圖假定A是固定的，這保證了待12估計(jì)用于增益修正的參數(shù)的數(shù)量相對(duì)于3D圖像中的體素的數(shù)量較小。該方法的另一泛化是使用下式的S，^和》的聯(lián)合估計(jì)王,S，^=argminG(y，y,」x,a，/)(3)在該示例性實(shí)施例中，一個(gè)特定實(shí)施例祐束示為S,^argmi》G(y-(Xjc+釣)(4)其中x是從數(shù)據(jù)度量y的向量重建的對(duì)象系數(shù)的向量，并且重建問(wèn)題被公式化為應(yīng)用于測(cè)得數(shù)據(jù)y與未知加法偏移系數(shù)A的向量和通過(guò)正向投影算子j的估計(jì)對(duì)象x的正向投影A之間的差值的代價(jià)函數(shù)G()的最小化。如上所述，G()表示懲罰在觀察度量(y)與未知加法偏移因數(shù)和X的估計(jì)正向投影之間的偏差的(y-(A+釣)的函數(shù)。在其他實(shí)施例中，G()表示(y-A)的函數(shù)。量Cv-(^c+州和(y-^c)被稱為"誤差正弦圖"，因?yàn)樗鼈兪菧y(cè)得數(shù)據(jù)與預(yù)期數(shù)據(jù)之間的差值。誤差正弦圖在被選擇用于解決優(yōu)化問(wèn)題的迭代算法的連續(xù)步驟中最小化。通過(guò)計(jì)及例如但不限于來(lái)自噪聲、不精確重建和掃描器的不精確建模的誤差來(lái)改善重建。在該示例性實(shí)施例中，選擇代價(jià)函數(shù)G()的加權(quán)二次型。優(yōu)化問(wèn)題于是變成Sj=argr^m((y_(A+『(y-(血+釣)}(5)其中(f表示向量轉(zhuǎn)置操作，并且『;lj變量數(shù)據(jù)質(zhì)量的置信系數(shù)w,的加權(quán)矩陣。以上S的估計(jì)表示最大似然(ML)問(wèn)題的解。也可以通過(guò)加入約束代價(jià)函數(shù)的圖像模塊執(zhí)行重建;,》=argmi》j[y—(A+『(y-(血+釣)+"(jc)}(6)其中"W是圖像正則化項(xiàng)。在該情況下，h》的估計(jì)表示最大后驗(yàn)(MAP)問(wèn)題的解。圖3A是患者肩部的FBP圖像。圖3B是患者肩部的未4奮正的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像。低頻暗影偽影302劣化未修正的IR圖像，使得圖像是臨床不可接受的。圖3A和3B示出了一個(gè)例子，其中IR圖像會(huì)凈皮降級(jí)使得它是臨床不可接受的，而FBP圖像并不呈現(xiàn)相同偽影。在該情況下，只是床臺(tái)防水布延伸到掃描視場(chǎng)外部。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法有助于在從生成用于FBP的相同預(yù)處理投影數(shù)據(jù)初始化的IR算法中消除低頻13截?cái)嘞嚓P(guān)的圖像偽影。圖4A是患者肩部的未修正統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像(圖3B中所示)。圖4B是通過(guò)使用X射線管發(fā)生器信號(hào)而不是在檢測(cè)器的真實(shí)測(cè)量管信號(hào)進(jìn)行基準(zhǔn)歸一化修正的患者肩部的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)迭代重建而言，使用X射線管發(fā)生器信號(hào)進(jìn)行基準(zhǔn)歸一化使得迭代重建圖像中的低頻暗影的顯著減輕。迭代重建圖像中的低頻暗影偽影302(圖3B中所示)通常在存在投影數(shù)據(jù)截?cái)嗟那闆r下出現(xiàn)。迭代重建的偽影的根源與那些被截?cái)嗤队暗男盘?hào)電平的不精確估計(jì)有關(guān)。例如，當(dāng)由基準(zhǔn)通道23測(cè)量的基準(zhǔn)信號(hào)被阻擋時(shí)，為基準(zhǔn)歸一化步驟計(jì)算的歸一化系數(shù)是不精確的。因此，信號(hào)的DC分量是不正確的。對(duì)于類FBP算法，該問(wèn)題的影響通過(guò)存在于重建步驟中的斜坡濾波器而被最小化。斜坡濾波器充當(dāng)頻域中的高通濾波器并且消除信號(hào)的DC分量。迭代重建算法并不包括高通濾波器，而是考慮信號(hào)的全頻譜用于重建。一些已知基準(zhǔn)歸一化預(yù)處理使用檢測(cè)器基準(zhǔn)通道處的測(cè)得信號(hào)計(jì)算歸一化系數(shù)。通常希望使用測(cè)得的檢測(cè)器信號(hào)以計(jì)及并不匹配預(yù)期管信號(hào)的管輸出通量的變化。然而，當(dāng)測(cè)得的信號(hào)受到存在于管與檢測(cè)器之間的物體影響時(shí)，或者由于任何其他原因，它可能不提供管輸出的可靠估計(jì)，并且引入誤差將很可能在迭代重建圖像中生成偽影。在一個(gè)實(shí)施例中，正弦圖數(shù)據(jù)用已知X射線管發(fā)生器信號(hào)而不M準(zhǔn)通道度量歸一化。在基準(zhǔn)通道部分被阻擋的情況下，該信號(hào)包含更少的局部、寄生振蕩并且因此作為整個(gè)檢測(cè)器度量行的歸一化比測(cè)得的基準(zhǔn)值明顯更為精確。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于偽影修正的方法使用帶有精確低頻內(nèi)容的初始條件，但是并不需要在迭代重建之前的常規(guī)預(yù)處理的變化。該方法并不限于修正檢測(cè)器陣列處的實(shí)際增益波動(dòng)的能力。用于該方法的初始條件集被定義為其中低頻信息內(nèi)容精確地表示被掃描對(duì)象的初始圖像體積。由適當(dāng)校準(zhǔn)和修正數(shù)據(jù)的FBP重建產(chǎn)生的FBP圖像表示用于一些迭代算法的良好初始條件集，所述迭代算法例如迭代坐標(biāo)下降(ICD)算法5或有序子集(OS)算法6。在類FBP(或更一般地，任何解析、直接重建技術(shù))期間應(yīng)用的校準(zhǔn)和其他修正被設(shè)計(jì)成在重建體積中正確渲染低頻信息。通過(guò)從這類初始條件開(kāi)始并且在重建期間保持低頻內(nèi)容，本實(shí)施例的迭代算法有助于產(chǎn)生#皮掃描對(duì)象的更高質(zhì)量重建，并且沒(méi)有破壞性的低頻偽影。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于在迭代重建算法中修正低頻暗影偽影的一個(gè)示例性方法500的流程圖。方法500包括用例如直接重建方法重建的圖像初始化502迭代算法，所述直接重建方法例如但不限于類FBP算法，類Katsevich算法或類Feldkamp算法。執(zhí)行初始體積的初始正向投影504以形成初始誤差正弦圖。從誤差正弦圖估計(jì)506DC分量。DC分量對(duì)應(yīng)于零頻率。所以，從誤差正弦圖消除DC分量保證了迭代重建不會(huì)修改初始條件的DC分量。例如，沒(méi)有低頻偽影的FBP圖像有助于改善迭代重建圖像質(zhì)量而不會(huì)引入不希望的低頻偽影。在一些情況下，初始條件可以僅提供關(guān)于對(duì)象的一部分的信息。例如，在對(duì)象延伸超出掃描視場(chǎng)的情況下，在掃描視場(chǎng)內(nèi)的對(duì)象部分可用FBP精確地重建，而截?cái)嗖糠挚梢愿静恢亟?，或者僅僅以有限精度估計(jì)。隨著掃描視場(chǎng)外的對(duì)象部分的收斂，迭代重建算法因此將在每個(gè)步驟將DC信息引入誤差正弦圖中以重建完整對(duì)象。從誤差正弦圖去除DC分量的操作可以使用導(dǎo)致加法修正的最小二乘估計(jì)執(zhí)行。例如，使用下式確定誤差正弦圖e,"廣(7)其中^是測(cè)得數(shù)據(jù)，并且血是通過(guò)正向投影算子A的估計(jì)對(duì)象;c的正向投影。A-^f^(8)其中y9表示第!個(gè)視圖的投影誤差的平均值，W表示與每個(gè)度量噪聲相關(guān)聯(lián)的權(quán)重，其中該權(quán)重與噪聲成反比例，根據(jù)下式應(yīng)用修正e,",-々'，(9)其中減去每個(gè)視圖的投影誤差的平均值。如果S是正弦圖元素的完整集并且以上方程(8)和(9)在整個(gè)正弦圖上被應(yīng)用一次，那么該操作可以全局地執(zhí)行，或者如果S是在包括/的視圖/行對(duì)中的元素集，并且以上方程(8)和(9)為每個(gè)視圖/行對(duì)重復(fù)，那么該操作可以為每個(gè)投影視圖和檢測(cè)器行對(duì)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，系數(shù)"的估計(jì)是加權(quán)和，但是它也可以在沒(méi)有權(quán)重的情況下被執(zhí)行，例如/^il>p其中^是集合S中的元素的數(shù)量。在另一實(shí)施例中，使用類似于在FBP中使用的濾波的附加濾波，例如用斜坡濾波器或在頻域中應(yīng)用于誤差正弦圖的傅立葉變換的另一高通濾波器執(zhí)行DC分量去除。在又一實(shí)施例中，使用從諸如最大似然(ML)估計(jì)之類的數(shù)據(jù)計(jì)算出的修正系數(shù)/,的另一估計(jì)執(zhí)行DC分量去除。以上方程(7)，(8)和(9)使用二次似然近似朝著"和S的聯(lián)合ML/MAP估計(jì)收斂。因此，該方法在迭代重建過(guò)程期間用于聯(lián)合估計(jì)未知增益或偏移參數(shù)和重建圖^f象。當(dāng)考慮泊松計(jì)數(shù)噪聲模型形成代價(jià)函數(shù)時(shí)，ML估計(jì)是上述估計(jì)的自然泛化。在又一個(gè)實(shí)施例中，為每個(gè)帕計(jì)算未知增益參數(shù)的ML估計(jì)。如果從計(jì)數(shù)到投影的轉(zhuǎn)換被建模為是普通近似的對(duì)數(shù)運(yùn)算，則這兩者是相同的。但是如果它不是完美的對(duì)數(shù)運(yùn)算，或者如果使用更復(fù)雜的噪聲模型，那么增益參數(shù)的直接ML估計(jì)可能不同。方法500包括使用如上所述去除DC分量的數(shù)據(jù)迭代地重建508圖像。在該示例性實(shí)施例中迭代循環(huán)返回而不再次執(zhí)行DC分量去除過(guò)程。圖6是另一種用于在迭代重建算法中修正低頻暗影偽影的示例性方法600的流程圖，其中在迭代循環(huán)內(nèi)部執(zhí)行DC分量去除步驟。當(dāng)在迭代循環(huán)內(nèi)部執(zhí)行DC分量去除步驟時(shí)，DC分量在每個(gè)步驟的開(kāi)始時(shí)從誤差正弦圖中消除，并且在掃描視場(chǎng)內(nèi)部和外部的重建圖像的低頻內(nèi)容保持穩(wěn)定。類似于方法500，方法600包括用直接重建型算法重建的圖像初始化602迭代算法。執(zhí)行初始體積的初始正向投影604以形成初始誤差正16弦圖。如上所述從誤差正弦圖中消除606DC分量。方法600也包括使用如上所述去除DC分量的數(shù)據(jù)迭代地重建608圖像。在該示例性實(shí)施例中在每個(gè)迭代重建步驟之前迭代循環(huán)返回并且執(zhí)行DC分量去除過(guò)程。圖7A是患者肩部的未修正的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像(圖3B中所示)。圖7B是通過(guò)使用加權(quán)最小二乘DC去除修正的患者肩部的統(tǒng)計(jì)迭代重建圖像。該修正有助于消除迭代重建圖像中的低頻偽影。圖7A和7B示出了未修正的圖像和在迭代循環(huán)內(nèi)部應(yīng)用于患者肩部的修正結(jié)果之間的比較。暗影偽影被成功修正。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于前述將會(huì)理解本發(fā)明的上述實(shí)施例可以使用包括計(jì)算機(jī)軟件、固件、硬件或其任何組合或子集的計(jì)算機(jī)編程或工程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中技術(shù)效果是在迭代重建算法中去除低頻的截?cái)嘞嚓P(guān)的圖像偽影。具有計(jì)算機(jī)可讀代碼手段的任何這類所得程序可以被具體化為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或被設(shè)置在其中，由此制造根據(jù)本發(fā)明所討論實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，即制品。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如可以包括但不限于固定(硬盤)驅(qū)動(dòng)器、磁盤、光盤、磁帶、諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、和/或任何傳輸/接收介質(zhì)，諸如因特網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)或鏈接。包含計(jì)算機(jī)代碼的制品可以通過(guò)執(zhí)行直接來(lái)自一個(gè)介質(zhì)的代碼，通過(guò)將代碼從一個(gè)介質(zhì)復(fù)制到另一個(gè)介質(zhì)，或者通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸代碼而被制造和/或使用。盡管本文所述的方法可以被認(rèn)為是從誤差狀態(tài)向量中去除DC分量以用于迭代重建，但著重要強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明除了圖像內(nèi)容之外還執(zhí)行增益和偏移參數(shù)的估計(jì)，并且在這過(guò)程中沒(méi)有東西阻止圖像的DC內(nèi)容從其初始狀態(tài)得到改善。若沒(méi)有專門處理，截?cái)嗤队氨厝粚?dǎo)致使用在圖像中未被恢復(fù)的大量投影數(shù)據(jù)進(jìn)行FBP重建，并且在出現(xiàn)截?cái)嗟囊晥?chǎng)邊緣引起明顯偽影。對(duì)該截?cái)鄡?nèi)容的估計(jì)有助于高質(zhì)量迭代圖像估計(jì)，其中測(cè)得x射線衰減的所有源的重建必須保證IR圖像與投影數(shù)據(jù)之間的一致性。成像系統(tǒng)的上述實(shí)施例提供了在迭代重建算法中消除低頻的截?cái)嘞嚓P(guān)的圖像偽影的成本合算且可靠的系統(tǒng)和方法。因此，本發(fā)明的所述17實(shí)施例有助于以成本合算且可靠的方式對(duì)患者進(jìn)行成像。盡管根據(jù)各種特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到可以在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行修改來(lái)實(shí)施本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種重建圖像的方法，所述方法包括使用增益參數(shù)和偏移參數(shù)中的至少一個(gè)的聯(lián)合估計(jì)以及重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行斷層攝影圖像重建。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括估計(jì)乘法"增益因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括估計(jì)加法々偏移因數(shù)，其中"是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中估計(jì)加法"偏移因數(shù)包括x中的圖像值和/中的增益參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)，其中/通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)域中的未知乘法增益"取對(duì)數(shù)A-ln(cO來(lái)表示投影域中的未知加法偏移的向5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括估計(jì)乘法"增益因數(shù)以及估計(jì)加法"偏移因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量并且/是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括生成誤差正弦圖；從誤差正弦圖中去除零頻率分量；和使用誤差正弦圖重建圖像。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用直接重建圖像初始化圖像體積。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中生成誤差正弦圖包括執(zhí)行直接重建圖像的正向投影。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中重建圖像包括迭代圖像重建，并且其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括在迭代重建循環(huán)外部去除零頻率分量。10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中重建圖像包括迭代圖像重建，并且其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括在迭代重建循環(huán)內(nèi)部去除零頻率分量。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括在完整誤差正弦圖上全局地去除零頻率分量。12.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括為誤差正弦圖中的每個(gè)行/視圖對(duì)去除零頻率分量。13.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括用與關(guān)聯(lián)于該視圖的噪聲成反比例的值加權(quán)每個(gè)投影系數(shù)。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括使用由最小二乘估計(jì)計(jì)算出的加法系數(shù)修正誤差正弦圖。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從誤差正弦圖去除零頻率分量包括使用頻域中的濾波修正誤差正弦圖。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括使用修正系數(shù)的ML估計(jì)修正誤差正弦圖。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中從誤差正弦圖中去除零頻率分量包括在迭代重建過(guò)程期間聯(lián)合估計(jì)未知增益參數(shù)和重建圖像。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中為每個(gè)幀計(jì)算未知增益參數(shù)的ML估計(jì)。19.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中使用不同于檢測(cè)器基準(zhǔn)通道度量的度量對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中使用X射線管發(fā)生器信號(hào)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。21.—種成《象系統(tǒng)包括包括與要成像對(duì)象的斷層攝影數(shù)據(jù)有關(guān)的信息的數(shù)據(jù)庫(kù)；和耦合到所述數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)被配置為聯(lián)合使用估計(jì)增益參數(shù)和偏移參數(shù)中的至少一個(gè)以及重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行斷層攝影圖像重建。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為聯(lián)合使用誤差修正增益參數(shù)的估計(jì)和重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行迭代X射線圖像重建。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為估計(jì)乘法"增益因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為估計(jì)加法々偏移因數(shù)，其中々是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為估計(jì)加法"偏移因數(shù)包括x中的圖像值和/中的增益參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)，其中》通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)域中的未知乘法增益《取對(duì)數(shù)A=ln(a,)來(lái)表示投影域中的未知加法偏移的向量。26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為估計(jì)乘法"增益因數(shù)以及估計(jì)加法々偏移因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量并且P是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)被進(jìn)一步配置為從圖像的直接重建的正向投影中生成誤差正弦圖；從誤差正弦圖中去除零頻率分量；和使用誤差正弦圖迭代地重建圖像。28.—種計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)包括X射線源；輻射檢測(cè)器；和耦合到所述X射線源和所述輻射檢測(cè)器的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)被配置為聯(lián)合使用估計(jì)乘法a增益因數(shù)、估計(jì)加法々偏移因數(shù)、和估計(jì)重建圖像來(lái)執(zhí)行X射線圖像重建，其中a表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量并且/是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。29.—種用程序編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，被配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)聯(lián)合使誤差修正增益參數(shù)的估計(jì)和誤差偏移修正參數(shù)的估計(jì)中的至少一個(gè)以及重建圖像的估計(jì)來(lái)迭代地重建斷層攝影圖像。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，進(jìn)一步被配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)估計(jì)乘法"增益因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量。31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，進(jìn)一步被配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)估計(jì)加法P偏移因數(shù)，其中"是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，進(jìn)一步被配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)估計(jì)加法〃偏移因數(shù)包括^中的圖像值和〃中的增益參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)，其中y5通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)域中的未知乘法增益"取對(duì)數(shù)A-ln(a,)來(lái)表示投影域中的未知加法偏移的向量。33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其進(jìn)一步被配置為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)估計(jì)乘法a增益因數(shù)和估計(jì)加法P偏移因數(shù)，其中"表示應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的原始計(jì)數(shù)度量的未知乘法增益因數(shù)的向量并且"是應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的積分投影度量的未知加法偏移因數(shù)的向量。34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，進(jìn)一步被配置為從圖像的直接重建的正向投影中生成誤差正弦圖；從誤差正弦圖中去除零頻率分量；和使用誤差正弦圖迭代地重建圖像。35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，進(jìn)一步被配置為使用下列至少一項(xiàng)來(lái)從誤差正弦圖中去除零頻率分量誤差修正系數(shù)的加權(quán)和最小二乘估計(jì)，使用在頻域中應(yīng)用于誤差正弦圖的傅立葉變換的斜坡濾波器和高通濾波器中的至少一個(gè)的濾波，誤差修正系數(shù)的最大似然估計(jì)，誤差修正系數(shù)和重建圖像的聯(lián)合最大似然估計(jì)，以及用于每個(gè)重建幀的誤差修正系數(shù)的最大似然估計(jì)。全文摘要提供了用于重建圖像的方法和系統(tǒng)。該方法包括使用增益參數(shù)和偏移參數(shù)中的至少一個(gè)的聯(lián)合估計(jì)以及重建圖像的估計(jì)來(lái)執(zhí)行斷層攝影圖像重建。文檔編號(hào)H05G1/60GK101690418SQ200780053171公開(kāi)日2010年3月31日申請(qǐng)日期2007年5月31日優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日發(fā)明者C·A·博曼,J·赫斯埃,J-B·蒂博,K·D·索爾申請(qǐng)人:通用電氣公司;普渡研究基金會(huì);圣母大學(xué)