利用反相關濾波器的譜投影數(shù)據(jù)去噪的制作方法
【技術領域】
[0001] W下內容總體上設及投影數(shù)據(jù)處理，并且更具體地設及利用反相關濾波器對投影 數(shù)據(jù)的投影域去噪，所述反相關濾波器包括具有針對每種基材料的子項和對應的比例因子 的正則化項，并且結合針對譜（即，多能量)計算機斷層攝影(CT)的特定應用來加 W描述。然 而，W下內容也適用于其他成像模態(tài)。
【背景技術】
[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)域中的目標的福 射。被定位在與X射線管對面的檢查區(qū)域相對的探測器陣列探測穿過檢查區(qū)域和檢查區(qū)域 中的目標的福射，并且生成指示檢查區(qū)域和檢查區(qū)域中的目標的投影數(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)域中的目標的體積圖像數(shù)據(jù)。
[0003] 利用譜CT掃描器，采集多個投影數(shù)據(jù)集，所述多個投影數(shù)據(jù)集表示被掃描的目標 針對不同X射線譜的衰減性質。能夠通過k化切換、雙層探測器、計數(shù)探測器和/或W其他方 式來采集該多個集合?；谶\些數(shù)據(jù)集，能夠局部地確定物理目標性質(例如，光電效應、康 普頓效應、水含量、骨含量、艦含量等）。對運些性質的確定被稱作材料分解。
[0004] 利用投影域處理，通過將針對每條射線所測量的線積分轉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 向于被強烈地放大，并且經(jīng)放大的噪聲針對一條采集射線的不同材料線積分是高度反相關 的。
[0005] 該反相關的噪聲能夠導致條紋狀偽影，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烈含噪聲，降低了它們的臨床值。反相關濾波器(ACF)能夠用于 對反相關的噪聲進行濾波。遺憾的是，ACF對基材料線積分的應用可W導致基材料數(shù)據(jù)集之 間的串擾，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)明內容】

[0007] 該應用描述了一種通過反相關濾波器來降低譜基材料線積分中的反相關噪聲的 方法，所述反相關濾波器包括具有針對每種基材料的子項和對應的比例因子的正則化項， 其中，比例因子平衡每個子項的作用，減輕組織邊界之間的串擾，運種串擾在沒有運樣的平 衡時可能存在。
[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集合，每個 集合對應于不同的基材料;并且利用反相關濾波器來對含噪聲的基材料線積分的所述至少 兩個集合進行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料線積分，所述反相關濾波器至少包括具有平 衡正則化因子的正則化項。
[0009]在另一方面中，一種成像系統(tǒng)，包括具有反相關濾波器的投影數(shù)據(jù)處理器。所述反 相關濾波器對含噪聲的基材料線積分的至少兩個集合進行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料 線積分，每個集合對應于不同的基材料。所述反相關濾波器包括具有正則化平衡因子的正 則化項。
[0010] 在另一方面中，計算機可讀指令被編碼在計算機可讀存儲介質上，所述計算機可 讀指令當由計算系統(tǒng)的處理器運行時，令所述處理器:接收含噪聲的基材料線積分的至少 兩個集合，每個集合對應于不同的基材料;并且利用反相關濾波器對含噪聲的基材料線積 分的所述至少兩個集合進行濾波，從而產(chǎn)生經(jīng)去噪的基材料線積分，所述反相關濾波器至 少包括具有平衡正則化因子的正則化項。
【附圖說明】
[0011] 本發(fā)明可W采取各種部件和部件的布置，W及各個步驟和步驟的安排的形式。附 圖僅出于圖示優(yōu)選實施例的目的，并且不被解釋為對本發(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濾波器的非限制性范例，所述反相關濾波器是基于具有 正則化子項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平衡的反相關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濾波器生成的范例圖像，所述反相關濾波 器包括正則化子項平衡。
[0016] 圖5圖示了用于利用反相關濾波器來對投影數(shù)據(jù)進行去噪的范例方法，所述反相 關濾波器利用包括正則化子項平衡比例因子的正則化最大似然算法。
【具體實施方式】
[0017] 首先參考圖1，示意性圖示了諸如計算機斷層攝影(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架102和旋轉機架104。旋轉機架104由固定機架102可旋轉 的支撐，并且關于縱軸或Z軸圍繞檢查區(qū)域106旋轉。
[0018] 諸如X射線管的福射源108由旋轉機架104可旋轉地支撐。福射源108與旋轉機架 104-起旋轉并且發(fā)射穿過檢查區(qū)域106的福射。源準直器110包括對福射進行準直W形成 大體上錐形、模形、扇形或其他形狀的福射射束的準直構件。
[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。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)的至少兩個子 集，每個子集表示被掃描的目標針對不同X射線譜的衰減性質。在W下情況中能夠獲得運樣 的投影數(shù)據(jù)：即，在探測器陣列112包括光子計數(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行切換的情況中。
[0021] 譜分解器114對由福射敏感探測器陣列112生成的譜投影數(shù)據(jù)進行分解，產(chǎn)生經(jīng)分 解的譜投影數(shù)據(jù)或基材料線積分。分解能夠基于兩個或更多個基材料，例如，能夠基于光電 效應、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 至少反相關濾波器(ACF)118"ACF 118至少對來自經(jīng)分解的譜投影數(shù)據(jù)的反相關噪聲進行 濾波。運包括使用迭代的統(tǒng)計學模型對反相關噪聲進行濾波。合適的反相關濾波器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)項和正則化項。如在 下文中更加詳細地描述的，正則化項包括兩個或更多個子項W及對應的平衡比例因子，針 對每種基材料一個子項，所述對應的平衡比例因子減輕在組織-空氣邊界處的串擾。
[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 如人類患者的目標或對象。計算系統(tǒng)或計算機充當操作者控制臺124,所述操作者控制臺 124允許操作者控制對系統(tǒng)100的操作，例如選擇和/或激活至少投影域去噪算法。
[0024] 在所圖示的實施例中，投影數(shù)據(jù)處理器116關于控制臺124為單獨的設備。在該實 例中，投影數(shù)據(jù)處理器116能夠為諸如專用計算機的計算系統(tǒng)和/或其他計算系統(tǒng)的部分。 在變型中，投影數(shù)據(jù)處理器116為控制臺124的部分。在任一實例中，投影數(shù)據(jù)處理器116能 夠經(jīng)由運行計算機可讀指令的處理器(例如，微處理器、中央處理單元或CPU等）來實施，所 述計算機可讀指令被存儲在諸如物理存儲器的計算機可讀存儲介質中（并且排除非瞬態(tài)介 質）。處理器也能夠運行由載波、信號或其他瞬態(tài)介質承載的指令。
[0025] 圖2圖示了反相關濾波器118的非限制性范例。
[0026] 為了簡明和清楚，W下內容結合譜投影數(shù)據(jù)的兩個子集進行討論。然而，應當理 解，W下內容能夠被延伸到譜投影數(shù)據(jù)的兩個W上的子集。
[0027] 反相關濾波器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集合的向量，C康示描述mil和m2i中的 相關噪聲的協(xié)方差矩陣，Rii和R21表示針對兩種材料正弦圖的基材料正則化子項，并且e為 確定正則化的強度的參數(shù)。
[0032] 在本文中也預期其他正則化項。例如，2012年11月26日提交的申請序列號為61/ 729782的標題為叩RCUECTI0N DATA DE-N0ISING"的申請描述了合適的正則化項，通過引用 將其整體并入本文。
[0033] 在公式1中，第一項為數(shù)據(jù)項，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。第二項為表示關于材料線積分的"真"集合的先驗信息 的正則化項。公式1由迭代優(yōu)化來實施，直到識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。。咖|'.旱'）、 ^cov var(";:,) /
[0038] 能夠如公式3和公式4中所示來確定正則化項化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] 在運些公式中，利用勢函數(shù)4對現(xiàn)有的進行平滑化。勢函數(shù)針對每個測量的射線i 評價材料線積分值與多條臨近射線k的值的差異，其中，Wik為加權因子。
[0044] 歸因于正則化項Rii和R21，對公式1的優(yōu)化將得到一對去噪的材料線積分集合，所 述去噪的材料