專利名稱：低劑量ct降噪的制作方法
技術領域：
下文大體上涉及數(shù)據(jù)的降噪，其尤其適用于計算機斷層攝影(CT)，但是也同樣適用于其他成像模態(tài)，例如，混合PET/CT系統(tǒng)、數(shù)字X射線系統(tǒng)、和/或其他成像模態(tài)。
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(qū)域旋轉。X射線管發(fā)射橫穿檢查區(qū)域以及其內(nèi)的受試者或?qū)ο蟮妮椛?。二維探測器陣列限定了跨越檢查區(qū)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，它們相對于彼此對準并且沿Z軸延伸。所述探測器探測橫穿檢查區(qū)域以及其內(nèi)的受試者或?qū)ο蟮妮椛洌⑸芍甘酒涞耐队皵?shù)據(jù)。重建器對所述投影數(shù)據(jù)進行處理，并重建出指示其的三維(3D)體積圖像數(shù)據(jù)。對所述體積圖像數(shù)據(jù)進行處理，以生成所述檢查區(qū)域的一幅或多幅圖像，包括設置于所述檢查區(qū)域中的對象和受試者的部分。令人遺憾的是，CT掃描器發(fā)射電離輻射，因而使患者暴露于電離輻射之下，其可能提高患癌風險。一般而言，沉積在患者內(nèi)的輻射劑量取決于多種因素，包括但不限于管電流(mAs)、管電壓(kVp)、螺距/曝光時間(對于螺旋掃描而言)、切片厚度和間隔(對于軸向掃描而言)、研究當中的掃描次數(shù)以及患者體格(例如，較胖或較瘦)?？梢酝ㄟ^降低管電流、管電壓和/或掃描次數(shù)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(nèi)沉積的劑量，還提高了所采集的數(shù)據(jù)內(nèi)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(zhì)量(即噪聲更高的圖像)，由此可能降低所述過程的診斷價值?；趫D像的降噪算法已經(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)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(xiàn)在所述圖像內(nèi)。迭代式重建，例如，基于最大似然(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，基于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(fā)明內(nèi)容
本申請的各個方面解決了上述和其他問題。根據(jù)一個方面，一種系統(tǒng)包括圍繞檢查區(qū)域旋轉并發(fā)射橫穿所述檢查區(qū)域的輻射的源、探測橫穿所述檢查區(qū)域的輻射并生成指示所探測到的輻射的投影數(shù)據(jù)的輻射敏感探測器陣列以及對所述投影數(shù)據(jù)降噪的投影數(shù)據(jù)降噪器，其中，所述降噪器基于所述投影的探測光子數(shù)量對所述投影降噪。根據(jù)另一方面，一種方法包括獲得成像系統(tǒng)生成的投影數(shù)據(jù)，針對所述投影數(shù)據(jù)的二維投影確定估計的探測光子數(shù)量并生成指示其的信號；以及基于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(shù)量成比例，并且將在兩個不同的程度上對至少兩個投影降噪。根據(jù)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(jīng)降噪的圖像中引入條紋偽像。


本發(fā)明可以采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。附圖的作用在于對優(yōu)選實施例進行圖示，不應認為其對本發(fā)明構成限制。圖1結合投影數(shù)據(jù)降噪器示出了一種示范性成像系統(tǒng)。圖2示出了一種示范性投影數(shù)據(jù)降噪器。圖3示出了一種用于采用投影數(shù)據(jù)降噪器降低投影數(shù)據(jù)的噪聲的示范性方法。
具體實施例方式圖1示出了一種成像系統(tǒng)100，例如，其可以是計算機斷層攝影(CT)掃描器。成像系統(tǒng)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，并且繞縱軸或z軸108圍繞檢查區(qū)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，并發(fā)射橫穿檢查區(qū)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(qū)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(qū)域106的輻射并生成指示其的投影數(shù)據(jù)。投影數(shù)據(jù)降噪器114對投影數(shù)據(jù)降噪。就一個例子而言，在降噪器114采用的算法中，對應于較低光子數(shù)量的投影將比對應于較高光子數(shù)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(shù)量(例如，由于患者的身材、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(shù)據(jù)中的強梯度(即，邊緣)，進而保持圖像分辨率。重建器116重建經(jīng)降噪的投影數(shù)據(jù)，并生成指示其的三維(3D)體積圖像數(shù)據(jù)。重建器116可以采用常規(guī)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(qū)域106內(nèi)的諸如患者的對象或受試者。通用計算系統(tǒng)或計算機起著操作員控制臺120的作用?？刂婆_120的處理器執(zhí)行控制臺126上的計算機可讀指令，其允許操作員控制系統(tǒng)100的操作，例如，選擇全劑量或低劑量掃描協(xié)議，激活投影數(shù)據(jù)降噪，啟動掃描等。在所示出的實施例中，將投影數(shù)據(jù)降噪器114示為單獨的部件。在另一實施例中，投影數(shù)據(jù)降噪器114屬于控制臺120和/或其他計算裝置的部分。圖2示出了投影數(shù)據(jù)降噪器114的例子。所示出的投影數(shù)據(jù)降噪器114包括對投影數(shù)據(jù)解記錄Unlog)的數(shù)據(jù)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(shù)量，并生成指示其的信號。光子估計器202可以采用各種方案估計光子數(shù)量。例如，可以將探測到的光子數(shù)量估計為針對每一投影探測到的光子的平均數(shù)量。此外，可以(例如)采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(shù)量的泊松隨機變量中的大的偏差。這里也可以設想其他技術，包括但不限于通常已知的用于估計探測光子數(shù)量的技術。降噪器204基于估計的噪聲對探測到的光子信號降噪。降噪器204能夠為僅基于二維投影或者基于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可以采用這樣的算法，即，對應于較低光子數(shù)量的投影將受到比對應于較高光子數(shù)量更為強烈的降噪，這將在保持邊緣的同時緩解條紋。數(shù)據(jù)記錄器206記錄經(jīng)過降噪的探測光子，從而將經(jīng)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可以用來基于預定的光子數(shù)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(shù)量表明該投影有足夠數(shù)量的光子，那么不對該投影降噪。否則對該投影降噪。相對于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?shù)慕翟胨惴ǖ姆窍拗菩岳樱湟钥傋儾钭钚』惴榛A，將每一 2D投影作為圖像處理。也可以采用具有適當?shù)闹匦略O計的類似的3D方法?？梢匀绶匠蘄所示表示計算機斷層攝影(CT)投影數(shù)據(jù):方程1:
權利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 源，其圍繞檢查區(qū)域旋轉并且發(fā)射橫穿所述檢查區(qū)域的輻射； 輻射敏感探測器陣列，其探測橫穿所述檢查區(qū)域的輻射并生成指示所探測到的輻射的投影數(shù)據(jù)；以及 投影數(shù)據(jù)降噪器，其對所述投影數(shù)據(jù)降噪，其中，所述降噪器基于一投影的探測光子數(shù)量對所述投影進行降噪。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，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(shù)量，其中，所述投影數(shù)據(jù)降噪器基于所估計的探測光子數(shù)量對所述投影數(shù)據(jù)降噪。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所估計的探測光子數(shù)量表示對所估計的探測光子數(shù)量求得的平滑化移動平均值。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述投影數(shù)據(jù)降噪器還包括: 基于對代價函數(shù)求最小值以及所估計的探測光子數(shù)量對投影進行降噪的降噪器，所述代價函數(shù)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(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述投影數(shù)據(jù)降噪器還包括: 通過在所估計的探測光子數(shù)量大時優(yōu)選所述投影，在所估計的探測光子數(shù)量小時優(yōu)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(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，降噪器采用迭代算法對所述代價函數(shù)的求最小 值。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 重建器，其重建經(jīng)降噪的投影數(shù)據(jù)以生成體積圖像數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，相對于具有較高光子數(shù)量的投影而言，所述投影數(shù)據(jù)降噪器將在更大的程度對具有較低光子數(shù)量的投影降噪。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述投影數(shù)據(jù)降噪器還包括: 評估器，其基于對于投影的探測光子數(shù)量確定是否對所述投影進行降噪。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，至少一個投影包含滿足預定光子數(shù)量閾值的數(shù)量的探測光子，其不受到降噪，并且至少一個投影包含不滿足所述預定光子數(shù)量閾值的數(shù)量的探測光子，其受到降噪。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述投影數(shù)據(jù)降噪器在保持給定的圖像分辨率的同時降低噪聲。
12.—種方法,包括: 獲得成像系統(tǒng)生成的投影數(shù)據(jù)； 針對所述投影數(shù)據(jù)的二維投影確定估計的探測光子數(shù)量，并生成指示估計的探測光子數(shù)量的信號；以及 基于所述信號對所述投影進行降噪。
13.根據(jù)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(shù)量成比例，并且在兩個不同的程度上對至少兩個投影進行降噪。
14.根據(jù)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(shù)求最小值，所述代價函數(shù)包括總變差項和加權最小二乘方項。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，在所述估計的探測光子數(shù)量較低時，所述總變差項占據(jù)主導，在所述估計的探測光子數(shù)量較高時，所述加權最小二乘方項占據(jù)主導。
16.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，在所述估計的探測光子數(shù)量大時，所述代價函數(shù)優(yōu)選所述投影，在所述估計的探測光子數(shù)量小時，所述代價函數(shù)優(yōu)選具有小的總變差的投影。
17.根據(jù)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(shù)量的投影進行降噪，對其余的投影則基于相應的估計光子數(shù)量進行一定程度的降噪。
18.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，相對于具有較高的估計的探測光子數(shù)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(shù)量的投影進行降噪。
19.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括: 通過采用對所述估計的探測光子數(shù)量求得的移動平均值使所述估計的探測光子數(shù)量平滑化，其中，基于平滑化的估計的探測光子數(shù)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(jīng)降噪的圖像內(nèi)引入條紋偽像。
全文摘要
一種系統(tǒng)包括圍繞檢查區(qū)域旋轉并發(fā)射橫穿所述檢查區(qū)域的輻射的源、探測橫穿所述檢查區(qū)域的輻射并生成指示所探測到的輻射的投影數(shù)據(jù)的輻射敏感探測器陣列以及對所述投影數(shù)據(jù)降噪的投影數(shù)據(jù)降噪器，其中，所述降噪器基于所述投影的探測光子數(shù)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(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)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