專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在低劑量計(jì)算機(jī)斷層攝影中降低噪聲的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下文總體涉及計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)，并且尤其應(yīng)用于CT數(shù)據(jù)采集和重建，以及更具體地，涉及低劑量CT。
背景技術(shù)：
CT掃描器發(fā)射電離輻射，所述電離輻射能夠?qū)铙w組織造成損傷，從而在典型劑量下導(dǎo)致癌癥、腫瘤和基因損傷的風(fēng)險(xiǎn)升高，并且可能在高劑量下導(dǎo)致皮膚灼傷和/或毛發(fā)脫落。例如，文獻(xiàn)已經(jīng)指出有效劑量為十(10)毫西弗(mSv)的CT檢查可能與致命癌癥的 概率增加大約兩千(2000 )分之一(I)有關(guān)。文獻(xiàn)中已經(jīng)提到在CT檢查過(guò)程中減少患者暴露于電離輻射(即，減少患者劑量)的各種方法。文獻(xiàn)中提出的一種方法是采用針對(duì)低于mSv或亞mSv (sub-mSv)的CT檢查的超低劑量技術(shù)。遺憾的是，亞mSv的超低劑量技術(shù)可能導(dǎo)致具有高噪聲水平(即，低信噪比)和模式噪聲偽影的不具診斷性質(zhì)量的CT圖像。為了將這些圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床上可接受的圖像，需要相當(dāng)于大約百分之一千(1000%)或更大的劑量增加的顯著的噪聲減少。遺憾的是，在文獻(xiàn)中，當(dāng)前非迭代圖像域去噪算法被設(shè)計(jì)成僅能夠使噪聲減少最多相當(dāng)于大約百分之二百(200%)的劑量增加。因此，所得到的CT圖像比利用有效劑量為IOmSv的常規(guī)掃描技術(shù)獲得的圖片具有更低的圖像質(zhì)量(更多的噪聲)。而迭代方法需要長(zhǎng)的重建時(shí)間和強(qiáng)力(aggressive)去噪，可能導(dǎo)致非自然圖像噪聲模式。鑒于上述內(nèi)容，存在對(duì)于用于CT檢查的其他超低劑量技術(shù)的未解決的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的各方面解決了上述問(wèn)題和其他問(wèn)題。根據(jù)一個(gè)方面，一種方法，包括在投影域中對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪；重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)以生成體積圖像數(shù)據(jù)；以及在圖像域中對(duì)所述體積圖像數(shù)據(jù)去噪。根據(jù)另一方面，一種系統(tǒng)，包括投影域處理器，其對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪；重建器，其重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)并生成圖像數(shù)據(jù)；以及圖像域處理器，其對(duì)圖像數(shù)據(jù)去噪從而使經(jīng)去噪的圖像數(shù)據(jù)的噪聲水平與較高劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)的估計(jì)圖像數(shù)據(jù)噪聲水平基本相同。根據(jù)另一方面，一種利用指令編碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述指令當(dāng)由計(jì)算機(jī)的處理器運(yùn)行時(shí)，令所述處理器采用投影域和圖像域去噪以產(chǎn)生來(lái)自較低劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)，其具有與較高劑量掃描的噪聲水平基本相同的噪聲水平。


本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置，以及各種步驟和步驟安排的形式。附圖僅用于圖示說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例，而不應(yīng)將其解釋為限制本發(fā)明。圖I圖示了結(jié)合投影域處理器和圖像域處理器的成像系統(tǒng)。圖2圖示了范例投影域處理器。圖3圖示了范例圖像域處理器。圖4圖示了范例方法。
具體實(shí)施例方式圖I圖示了成像系統(tǒng)100，諸如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器。成像系統(tǒng)100包括靜止機(jī)架102和旋轉(zhuǎn)機(jī)架104，旋轉(zhuǎn)機(jī)架104由靜止機(jī)架102可旋轉(zhuǎn)地支撐。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104關(guān)于縱軸或z軸圍繞檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)。 輻射源108，諸如X射線(xiàn)管，其由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104支撐并隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)架104 —起旋轉(zhuǎn)并且發(fā)射輻射。輻射源108被配置成執(zhí)行較高和較低劑量掃描。位于源108對(duì)側(cè)的輻射敏感探測(cè)器陣列110探測(cè)貫穿檢查區(qū)域106的輻射并且生成指示其的投影數(shù)據(jù)。輻射敏感探測(cè)器陣列110可以包括一排或多排輻射敏感像素元件。支撐物112，諸如臥榻，在檢查區(qū)域106中支撐受試者。支撐物112能夠用于在掃面前、掃描中和/或掃描后將受試者相對(duì)于X、y和/或z軸不同地定位。通用計(jì)算系統(tǒng)充當(dāng)操作員控制臺(tái)114，其包括諸如顯示器和/或打印機(jī)的人類(lèi)可讀輸出裝置，以及包括諸如鍵盤(pán)和/或鼠標(biāo)的輸入裝置。駐留在控制臺(tái)114上的軟件允許操作員控制系統(tǒng)100的操作，例如，允許操作員選擇低劑量技術(shù)(例如，亞mSv)、投影域處理算法、重建算法、圖像域處理算法等。投影域處理器116處理由輻射敏感探測(cè)器陣列110生成的投影數(shù)據(jù)，重建器118重建由投影域處理器116處理的投影數(shù)據(jù)并且生成指示檢查區(qū)域106的體積圖像數(shù)據(jù)，以及圖像域處理器120處理由重建器118生成的體積圖像數(shù)據(jù)。如在下文更詳細(xì)描述的，對(duì)于較低劑量掃描，合適的投影域處理包括對(duì)投影數(shù)據(jù)自適應(yīng)去噪，并且合適的圖像域處理包括對(duì)圖像數(shù)據(jù)去噪從而使去噪圖像的噪聲水平與通過(guò)執(zhí)行目標(biāo)較高劑量掃描而非較低劑量掃描而獲取的噪聲水平相匹配。這樣的投影和圖像域去噪允許亞mSv (超低)劑量水平的掃描，同時(shí)產(chǎn)生具有較高劑量掃描(例如，mSv以及更高)的噪聲水平的圖像。這樣的掃描很好地適于諸如大腦掃描、鈣化積分篩選掃描、兒科掃描和/或其他掃描的流程。這樣的掃描還可以緩解、減少和/或取代定位掃描。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，投影域處理器116和/或圖像域處理器120可以是重建器118的部分。此外，投影域處理器116、重建器118或圖像域處理器120中的一個(gè)或多個(gè)可以遠(yuǎn)離系統(tǒng)100，例如，處在諸如工作站等的計(jì)算系統(tǒng)中。此外，一個(gè)或多個(gè)處理器可以執(zhí)行編碼和/或收錄在諸如存儲(chǔ)器的本地或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令來(lái)實(shí)施投影域處理器116、重建器118或圖像域處理器120中的一個(gè)或多個(gè)。圖2圖示了范例投影域處理器116。處理器116的輸入是描述通過(guò)被掃描患者的X射線(xiàn)衰減系數(shù)的線(xiàn)積分的投影讀數(shù)。對(duì)于包括動(dòng)態(tài)焦斑的采集，投影域處理器能夠分離地處理每個(gè)不同焦斑的讀數(shù)，或者，備選地，將它們彼此交錯(cuò)后一起進(jìn)行處理。
第一參數(shù)確定器202確定投影數(shù)據(jù)的第一參數(shù)。在例示的實(shí)施例中，所述第一參數(shù)包括投影數(shù)據(jù)的噪聲方差(variance)。第二參數(shù)確定器204確定投影數(shù)據(jù)的第二參數(shù)。在例示的實(shí)施例中，所述第二參數(shù)包括投影數(shù)據(jù)的變化(variation)，其能夠根據(jù)梯度標(biāo)積進(jìn)行估計(jì)或者以其他方式確定。權(quán)重生成器206至少基于所述第一和第二參數(shù)以及一個(gè)或多個(gè)算法208生成去噪權(quán)重。例如，在所述第一和第二參數(shù)指示包括較低局部噪聲方差和較高局部變化的投影數(shù)據(jù)的情況下，權(quán)重生成器206采用算法來(lái)生成權(quán)重，該權(quán)重隨著鄰近投影讀數(shù)和待插值讀數(shù)之間的距離更快速地遞減。在另一范例中，在第一和第二參數(shù)指示包括較高局部噪聲方差和較低局部變化的投影數(shù)據(jù)的情況下，權(quán)重生成器206采用算法來(lái)生成權(quán)重，該權(quán)重隨著鄰近投影讀數(shù)和待插值讀數(shù)之間的距離更慢速地遞減。投影域去噪器210應(yīng)用權(quán)重對(duì)投影數(shù)據(jù)去噪。在一種情況下，這有效地導(dǎo)致每個(gè)·投影被其三維鄰域內(nèi)的原始讀數(shù)的加權(quán)和替代。通常，這導(dǎo)致對(duì)不包括感興趣結(jié)構(gòu)的較高噪聲投影的強(qiáng)力去噪、對(duì)包括感興趣結(jié)構(gòu)的較高噪聲投影的中級(jí)去噪以及對(duì)包括感興趣結(jié)構(gòu)的較低噪聲投影的輕微去噪。通過(guò)這樣的對(duì)投影的自適應(yīng)去噪，能夠減輕針對(duì)給定圖像去噪的圖像細(xì)節(jié)的模糊。在一個(gè)實(shí)施例中，投影域去噪器210如方程I所述的應(yīng)用權(quán)重方程I :
P\i)= Σ『(〃)· )
n cZ ψ, \(ι)其中，pd(i)表示插值去噪讀數(shù)，P (η)表示讀數(shù)i的鄰域中的噪聲投影數(shù)據(jù)，并且W(n)表示自適應(yīng)權(quán)重。這本質(zhì)上利用在所述原始投影數(shù)據(jù)附近的預(yù)定鄰域內(nèi)的原始投影數(shù)據(jù)的加權(quán)和來(lái)替代每個(gè)原始投影讀數(shù)。自適應(yīng)權(quán)重W (η )能夠基于方程2來(lái)確定方程2
W (n) = w(n) / H w⑷
e鄰域⑴其中，w(η)表示加權(quán)和的非標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重。在非限制性實(shí)施例中，參數(shù)w (η)能夠基于方程3來(lái)確定方程3 w{n) =Jexp(- 2) +a-Siei其中，r表示鄰近值η與讀數(shù)i之間的距離，并且σ是確定平滑的強(qiáng)力度的參數(shù)。在非限制性實(shí)施例中，參數(shù)σ能夠基于方程4來(lái)確定方程4 ^(.ν,ν) = max(CT + —，其中，σ ^定義了權(quán)重隨距離的最小遞減，s表示估計(jì)的局部變化，S0表示在投影域內(nèi)不同區(qū)域處計(jì)算的局部變化的中值，V表示噪聲方差，Vtl表示在投影域內(nèi)不同區(qū)域處計(jì)算的局部噪聲方差值的中值。為了使診斷細(xì)節(jié)的模糊最小化，S0和Vtl被分配了使投影域內(nèi)不同位置之間的變化最大化的值。不像σ，參數(shù)α獨(dú)立于s和V。這允許控制去噪的強(qiáng)力度并同時(shí)維持對(duì)于s和V的高權(quán)重依賴(lài)性。圖3圖示了范例圖像域處理器120。投影域噪聲方差確定器304確定所述較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)的噪聲方差。投影數(shù)據(jù)噪聲方差估計(jì)器306估計(jì)假設(shè)已執(zhí)行目標(biāo)較高劑量掃描而將會(huì)生成的投影數(shù)據(jù)的噪
聲方差。
去噪因子(factor)生成器302生成去噪因子。例示的去噪因子生成器302考慮了去噪串?dāng)_。投影方差估計(jì)器308基于由304和去噪因子估計(jì)的噪聲方差來(lái)估計(jì)所述較低劑量掃描的投影方差。圖像噪聲估計(jì)器310基于相應(yīng)的投影方差來(lái)估計(jì)所述較低劑量掃描的圖像噪聲，并且基于相應(yīng)的投影方差來(lái)估計(jì)所述較高劑量掃描的圖像噪聲。圖像域去噪器312基于所述較低劑量掃描的圖像噪聲和所述較高劑量掃描的圖像噪聲對(duì)圖像數(shù)據(jù)去噪。在一個(gè)實(shí)施例中，上文指出的去噪因子能夠由如方程5所示的去噪因子生成器302生成方程5
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 在投影域中對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪，其中，所述較低劑量掃描對(duì)應(yīng)于這樣的掃描，其產(chǎn)生具有比預(yù)定目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)噪聲水平更高的噪聲水平的圖像數(shù)據(jù)； 重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)以生成體積圖像數(shù)據(jù)；以及 在圖像域中對(duì)所述體積圖像數(shù)據(jù)去噪。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，經(jīng)去噪的圖像數(shù)據(jù)具有與所述預(yù)定目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)噪聲水平基本相同的噪聲水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求I到2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述較低劑量掃描具有亞mSv的有效劑量并且較高劑量掃描具有十mSv或更高的有效劑量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 基于局部噪聲方差和局部變化對(duì)所述投影數(shù)據(jù)自適應(yīng)去噪。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，對(duì)具有較低局部噪聲方差和較高局部變化的投影數(shù)據(jù)的去噪弱于對(duì)具有較高局部噪聲方差和較低局部變化的投影數(shù)據(jù)的去噪。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 確定所述圖像數(shù)據(jù)的噪聲水平； 估計(jì)所述較高劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)的噪聲水平；以及 基于所確定的噪聲水平和估計(jì)的噪聲水平對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)去噪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括 確定所述較高劑量掃描的所述噪聲水平與所述較低劑量掃描的圖像的噪聲水平的比率；以及 基于所述比率對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)去噪。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述投影域中的所述去噪是非迭代去噪。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述投影域中的所述去噪減輕了圖像細(xì)節(jié)的模糊。
10.一種系統(tǒng),包括 投影域處理器(116)，其對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪； 重建器(118)，其重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)并生成圖像數(shù)據(jù)；以及圖像域處理器(120)，其對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)去噪從而使經(jīng)去噪的圖像數(shù)據(jù)的噪聲水平與較高劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)的估計(jì)圖像數(shù)據(jù)噪聲水平基本相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括 第一參數(shù)確定器(202)，其確定所述投影數(shù)據(jù)的噪聲方差；以及第二參數(shù)確定器(204)，其確定所述投影數(shù)據(jù)的變化，其中，所述投影數(shù)據(jù)是基于所述噪聲方差和所述變化進(jìn)行去噪的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，基于梯度標(biāo)積來(lái)估計(jì)所述變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求11到12中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 權(quán)重確定器(206 )，其基于所述噪聲方差和所述變化來(lái)確定自適應(yīng)權(quán)重。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括 投影域去噪器(210)，其采用所述權(quán)重對(duì)所述投影數(shù)據(jù)去噪。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述自適應(yīng)權(quán)重對(duì)具有較低局部噪聲方差和較高局部變化的投影數(shù)據(jù)去噪弱于對(duì)具有較高局部噪聲方差和較低局部變化的投影數(shù)據(jù)去噪。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，基于所述局部噪聲方差和基于所述局部變化的所述去噪的局部強(qiáng)力度在投影域中的不同區(qū)域強(qiáng)烈變化。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括 去噪因子生成器(302)，其確定由于去噪造成的所述較低劑量掃描的所述投影數(shù)據(jù)噪聲方差的降低； 低劑量掃描投影域噪聲方差估計(jì)器(304)，其在所述去噪之前估計(jì)所述較低劑量掃描的所述投影數(shù)據(jù)的噪聲方差； 投影方差估計(jì)器(308)，其基于由所述噪聲方差估計(jì)器確定的所述噪聲方差以及由去噪因子確定器確定的去噪因子來(lái)估計(jì)所述較低劑量掃描的投影方差； 高劑量掃描投影域投影噪聲方差估計(jì)器(306)，其估計(jì)所述較高劑量掃描的投影方差; 圖像噪聲估計(jì)器(310)，其估計(jì)針對(duì)投影去噪的較低劑量掃描的圖像噪聲方差和針對(duì)所述較高劑量掃描的圖像噪聲方差；以及 圖像域去噪器(312)，其基于所述較低劑量掃描的所述圖像噪聲方差和所述較高劑量掃描的所述圖像噪聲方差對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)去噪。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述去噪因子考慮了探測(cè)器串?dāng)_。
19.根據(jù)權(quán)利要求17到18中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述去噪因子是針對(duì)投影的子集生成的。
20.一種利用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令編碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令當(dāng)由計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時(shí)，令所述處理器 采用投影域去噪和圖像域去噪以產(chǎn)生具有與較高劑量掃描的噪聲水平基本相同的噪聲水平的來(lái)自較低劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種方法包括在投影域中對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪，重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)以生成體積圖像數(shù)據(jù)，以及在圖像域中對(duì)所述體積圖像數(shù)據(jù)去噪。一種系統(tǒng)包括投影域處理器(116)，其對(duì)來(lái)自較低劑量掃描的投影數(shù)據(jù)去噪，重建器(118)，其重建經(jīng)去噪的投影數(shù)據(jù)并生成圖像數(shù)據(jù)，以及圖像域處理器(120)，其對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)去噪從而使經(jīng)去噪的圖像數(shù)據(jù)的噪聲水平與較高劑量掃描的圖像數(shù)據(jù)的估計(jì)圖像數(shù)據(jù)噪聲水平基本相同。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102947861SQ201180030458
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
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