專利名稱：降噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及ー種降噪方法。
背景技術(shù)：
受到弱光引起的噪聲及條紋(streak)的影響，X射線CT圖像的質(zhì)量有時候會嚴重變差。這個問題雖然可以通過増加X射線的劑量得到緩解，但從患者安全性方面考慮，這種方法在臨床上是不被允許的。為了在安全輻射劑量等級的前提下達到在診斷上有用的圖像質(zhì)量，在以往尋求用于大幅度地降低噪聲及條紋的優(yōu)選的解決策略，近數(shù)十年來進行了各種各樣的嘗試。受到關(guān)于低輻射劑量的意識提升的影響，所提出的上述研究在最近重要性顯著增加，備受關(guān)注。為了改良結(jié)果，在以往的嘗試中，利用自適應濾波器來代替固定濾波器。作為固定 濾波器的若干示例有三角濾波器及雙向濾波器。作為自適應濾波器的若干示例有自適應型高斯濾波器、自適應型裁剪均值濾波器。在以往技術(shù)的自適應濾波器中，其濾波器參數(shù)需要適當?shù)剡M行調(diào)整。依照經(jīng)驗，對每個圖像分別實現(xiàn)此調(diào)整的最佳化。在其他的例示的濾波器中，高斯核的方差和數(shù)據(jù)的噪聲方差相同。同樣地，由于是對圖像分別進行調(diào)整，因此利用上述以往技術(shù)的自適應濾波器執(zhí)行的噪聲和/或條紋的降低并不充分。依然期望有一種有效的濾波器，該濾波器雖然使噪聲及條紋的降低達到最大程度但其濾波器參數(shù)卻不用復雜或特定的方法來進行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
目的是在降低計算機斷層攝影(CT)等的測定信號的噪聲的方法中，抑制濾波器效果對于濾波器參數(shù)的依賴性。本實施方式涉及的降噪方法包含a)根據(jù)規(guī)定的噪聲模型，決定測定信號各自的噪聲方差的步驟山)根據(jù)上述噪聲方差的P次方，產(chǎn)生針對各上述測定信號的濾波器的離散核的步驟，該針對各上述測定信號的濾波器的離散核表示針對各上述測定信號的濾波器的頻率響應；以及c)應用分別對應的上述離散核，對上述測定信號進行濾波的步驟。


圖I是表示基于本實施方式的多切片X射線CT裝置或掃描器的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示利用噪聲模型預測的方差(y軸)和實測方差(X軸)的關(guān)系的圖表。圖3是表示在圖2的計數(shù)范圍、及利用噪聲模型預測的方差(y軸)和實測方差(X軸)的關(guān)系變得格外非線性的計數(shù)較少的延伸范圍內(nèi)的上述關(guān)系的圖表。圖4是表示使用規(guī)定高斯濾波器的與維N、VarScale及VarPower相關(guān)的高斯濾波器的有效濾波器大小和計數(shù)的關(guān)系的圖表。圖5是表示使用基于本實施方式的具有第I組參數(shù)值的規(guī)定濾波器的噪聲和/或條紋減少處理部的ー實施方式中的濾波后的平均計數(shù)和對數(shù)轉(zhuǎn)換后方差的關(guān)聯(lián)的圖表。圖6是表示使用基于本實施方式的具有第2組參數(shù)值的規(guī)定濾波器的噪聲和/或條紋減少處理部的ー實施方式中的濾波后的平均計數(shù)和對數(shù)轉(zhuǎn)換后方差的關(guān)聯(lián)的圖表。圖7是表示使用基于本實施方式的具有第3組參數(shù)值的規(guī)定濾波器的噪聲和/或條紋減少處理部的ー實施方式中的濾波后的平均計數(shù)和對數(shù)轉(zhuǎn)換后方差的關(guān)聯(lián)的圖表。圖8是表示與使利用本實施方式重建CT圖像前測定的數(shù)據(jù)的噪聲和/或條紋大幅度地降低的ー個例示性處理相關(guān)的步驟的流程圖。圖9A是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的肩部圖像。圖9B是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的肩部圖像。 圖9C是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的肩部圖像。圖IOA是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的其他肩部圖像。圖IOB是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的其他肩部圖像。圖IOC是作為基于本實施方式的自適應型高斯濾波器的應用結(jié)果而示出在臨床上有意義的改善的其他肩部圖像。圖IlA是基于圖10A、10B及IOC的同一數(shù)據(jù)而以肺窗(Iungwindow)表示的縮放后的重建的圖像。圖IlB是基于圖10A、10BJ IOC的同一數(shù)據(jù)而以肺窗表示的縮放后的重建的圖像。圖IlC是基于圖10A、10BJ IOC的同一數(shù)據(jù)而以肺窗表示的縮放后的重建的圖像。
具體實施例方式以下，一邊參照附圖ー邊說明本實施方式。在此，參照附圖，相同參照編號表示所有附圖中對應的構(gòu)造，尤其參照圖1，圖中表示包含臺架100和其他處理部或単元的、基于本實施方式的多切片X射線CT裝置或掃描器的ー實施方式。如前視圖所示，臺架100還包含X射線管101、環(huán)狀框架102、多列或ニ維排列型X射線檢測器103。X射線管101及X射線檢測器103是在直徑方向上隔著被攝體(subject) S而安裝于環(huán)狀框架102，環(huán)狀框架102繞著軸RA旋轉(zhuǎn)。被攝體S沿著軸RA在圖示的頁面內(nèi)外移動期間，旋轉(zhuǎn)単元107使框架102以O. 4秒/旋轉(zhuǎn)等高速旋轉(zhuǎn)。多切片X射線CT裝置還包含電流調(diào)整器113和高電壓產(chǎn)生裝置109，該高電壓產(chǎn)生裝置109對X射線管101施加管電壓，使X射線管101生成X射線。在ー實施方式中，高電壓產(chǎn)生裝置109被安裝于框架102。X射線向被攝體S輻射，用圓表示被攝體S的截面積。X射線檢測器103為了檢測透過被攝體S的輻射出的X射線，隔著被攝體S而位于X射線管101的相反側(cè)。
另外，參照圖1，X射線CT裝置或掃描器還包含用來處理來自X射線檢測器103的被檢測出的信號的其他處理部。數(shù)據(jù)收集電路或數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DAS) 104針對各通道將X射線檢測器103輸出的信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，對其進行放大后再進ー步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。X射線檢測器103及DAS104構(gòu)成為對每I旋轉(zhuǎn)的規(guī)定的所有投影數(shù)(TPPR total number ofprojections per rotationノ進打f呆作。上述數(shù)據(jù)通過非接觸式數(shù)據(jù)發(fā)送器105，被發(fā)送給臺架100外部的控制中心內(nèi)所容納的前處理處理部106。前處理處理部106執(zhí)行對原始數(shù)據(jù)的靈敏度校正等特定校正。接著，存儲處理部112在即將重建處理前的階段，存儲還被稱為投影數(shù)據(jù)的作為結(jié)果而生成的數(shù)據(jù)。存儲處理部112和重建處理部114、顯示處理部116、輸入處理部115、及掃描計劃幫助裝置200 —起，經(jīng)由數(shù)據(jù)/控制總線而連接于系統(tǒng)控制器110。掃描計劃幫助裝置200包含為制定掃描計劃而幫助攝像技師的功能。本實施方式的ー實施方式還包含各種軟件模塊和硬件構(gòu)成要素，使用規(guī)定濾波器使計算機斷層攝影圖像的條紋和/或噪聲大幅度地降低。根據(jù)本實施方式的一方式，CT裝置的降噪處理部117有利地執(zhí)行噪聲和/或條紋的減少。在ー實施方式中，降噪處理部117 經(jīng)由數(shù)據(jù)/控制總線，動作性地連接于其他軟件模塊、和/或存儲處理部112、重建處理部114、顯示處理部116、及輸入處理部115等系統(tǒng)構(gòu)成要素。關(guān)于這一點，在本實施方式的其他實施方式中，未必由降噪處理部117単獨地執(zhí)行降噪功能和/或與此關(guān)聯(lián)的任務。而且，降噪處理部117在本實施方式的代替實施方式中，通過任意選擇而變成重建處理部114等其他處理部的一部分。一般來說，CT內(nèi)的投影數(shù)據(jù)可以在規(guī)定的對數(shù)轉(zhuǎn)換處理之后利用。在該對數(shù)轉(zhuǎn)換處理中，將由于掃描對象而衰減的被測定后的X射線強度信號轉(zhuǎn)換成線積分數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)該線積分數(shù)據(jù)，利用已知的數(shù)學反演(mathematical inversion)方法來重建CT圖像。在基于本實施方式的噪聲/條紋減少系統(tǒng)的例示性ー實施方式中，降噪處理部117轉(zhuǎn)換投影數(shù)據(jù)而使其返回至原始的X射線強度數(shù)據(jù)或光子計數(shù)測定值。這種情況下，降噪處理部117在轉(zhuǎn)換步驟中需要與系統(tǒng)校正處理相關(guān)的ー些信息?；蛘?，降噪處理部117對測定出的X射線強度信號直接存取。降噪處理部117基于X射線強度信號或光子計數(shù)，決定對數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的噪聲方差CO。在本實施方式中，以對數(shù)轉(zhuǎn)換處理后使噪聲均勻化的方式來決定噪聲濾波器參數(shù)。為了理解對數(shù)轉(zhuǎn)換對于測定出的數(shù)據(jù)的效果，關(guān)于對數(shù)轉(zhuǎn)換前及后的方差調(diào)用噪聲模型。對數(shù)轉(zhuǎn)換前(before — log)的噪聲方差VarBIj是利用由式(I)定義的對數(shù)轉(zhuǎn)換前噪聲模型來推測的。Var BL = Ve+WI (I)VarBIj是對數(shù)轉(zhuǎn)換前的全部噪聲方差，Ve是電子噪聲的方差(electronic noisevariance)，I是平均計數(shù)。W是檢測器的増益，這是通道、片段、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DAS)、和/或校準的函數(shù)。另ー方面，對數(shù)轉(zhuǎn)換后的噪聲方差Vai^是利用由式(2)定義的對數(shù)轉(zhuǎn)換后的噪聲模型來推測的。VarM =—ナP)
上述兩個式子均公開于「Adaptivestreak artifact reduction in CTresulting from excessive χ-ray photon noise」、Jiang Hsieh(GE)>Med. Phys. 25(11 )>2139 47,1998 年。噪聲方差被決定之后，自適應型高斯濾波器被應用于X射線強度數(shù)據(jù)。自適應型高斯濾波器(G)的例示性一方式是由式(3)定義。
權(quán)利要求
1.一種降噪方法,包含 a)根據(jù)規(guī)定的噪聲模型，決定測定信號各自的噪聲方差的步驟； b)根據(jù)上述噪聲方差的P次方，產(chǎn)生針對各上述測定信號的濾波器的離散核的步驟，該針對各上述測定信號的濾波器的離散核表示濾波器針對各上述測定信號的頻率響應；以及 c)應用分別對應的上述離散核，對上述測定信號進行濾波的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 上述規(guī)定的噪聲模型是通過Varm = (Ve + WI) /I2定義的， 上述I是上述測定信號，上述Ve是背景噪聲，上述W是信號増益。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪方法，其中 針對各上述測定信號的上述濾波器的上述離散核是通過對上述噪聲方差的P次方乘以常數(shù)K而生成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降噪方法，其中 上述P是根據(jù)包含線性擴散式的尺度空間的導出而被決定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降噪方法，其中 上述P具有0. 2至I的范圍內(nèi)的值，上述常數(shù)K具有I至10000的范圍內(nèi)的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的降噪方法，其中 相對于上述測定信號，上述P為0.5，上述K為I。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 針對用于產(chǎn)生上述測定信號的檢測器內(nèi)的各檢測器元件(i )的上述濾波器的上述離散核IsiCI是由
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降噪方法，其中 上述參數(shù)\等于由Var& = (Ve + WI) /I2決定的對數(shù)轉(zhuǎn)換后的方差，上述I是上述測定信號，上述Ve是已知的電子噪聲的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 針對用于產(chǎn)生上述測定信號的檢測器內(nèi)的各檢測器元件(i，j)的上述濾波器的上述離散核IG (id, jto是由
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的降噪方法，其中 上述參數(shù)\等于由Var& = (Ve + WI) /I2決定的對數(shù)轉(zhuǎn)換后的方差，上述I是上述測定信號，上述Ve是已知的電子噪聲的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 重復執(zhí)行上述步驟a)、b)及C)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 上述濾波器是低通型的高斯濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降噪方法，其中 上述濾波器是為了使上述測定信號內(nèi)的噪聲均勻化而設置的。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪方法，其中 上述濾波器是高斯濾波器， 針對各上述測定信號的上述高斯濾波器的方差\是根據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換后的噪聲方差Var&的規(guī)定的VarPower，通過乘以作為各上述測定信號中的上述濾波器的上述頻率響應而使用的規(guī)定常數(shù)VarScale而生成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的降噪方法，其中上述 VarScale 是由 VarScale = I/ (4 n ) (1/Var0) 2/N 定義的，Var0 為(Ve0 + W0I0)/Itl2,式中Vetl及Wtl分別是電子噪聲的方差的平均值及檢測器的増益，I0是能夠容許的噪聲計數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的降噪方法，其中 上述VarPower是利用2/N來定義的，N是上述高斯濾波器的維數(shù)。
17.—種降噪方法,包含 a)根據(jù)規(guī)定的噪聲模型，決定多個測定信號各自中的相對噪聲等級的步驟； b)根據(jù)上述相對噪聲等級，決定用于使各上述測定信號的噪聲等級大體均勻化的濾波器的離散核的步驟；以及 c)應用分別對應的上述離散核，對上述測定信號進行濾波的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的降噪方法，其中 上述相對噪聲等級是
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的降噪方法，其中 針對用于產(chǎn)生上述測定信號的檢測器內(nèi)的各檢測器元件(i )的上述濾波器的上述離散核是由
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的降噪方法，其中 針對用于產(chǎn)生上述測定信號的檢測器內(nèi)的各檢測器元件(i，j)的上述濾波器的上述離散核是由
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的降噪方法，其中 重復執(zhí)行上述步驟a)、b)及C)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的降噪方法，其中 上述濾波器是高通型高斯濾波器。
全文摘要
在降低計算機斷層攝影(CT)等的測定信號的噪聲的方法中，抑制濾波器效果對于濾波器參數(shù)的依賴性。降噪方法包含a)根據(jù)規(guī)定的噪聲模型，決定測定信號各自的噪聲方差的步驟；b)根據(jù)噪聲方差的P次方，產(chǎn)生針對各測定信號的濾波器的離散核的步驟，該針對各測定信號的濾波器的離散核表示濾波器對于各測定信號的頻率響應；以及c)應用分別對應的上述離散核，對測定信號進行濾波的步驟。
文檔編號G06T5/00GK102819826SQ201210185139
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月6日
發(fā)明者楊智, A·察莫耶廷, 鄒宇, M·D·西爾弗 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社