在多譜ct成像中的適應(yīng)于結(jié)構(gòu)的噪聲抑制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了在多譜CT成像中的適應(yīng)于結(jié)構(gòu)的噪聲抑制，尤其描述了一種用于在CT成像時重建圖像數(shù)據(jù)的方法(100，200)。在該方法(100，200)中采集投影測量數(shù)據(jù)(PMD)的多個獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)。然后基于所采集的數(shù)據(jù)組(Pn)確定組合的數(shù)據(jù)組(P0)?；诮M合的數(shù)據(jù)組(P0)附加地確定形態(tài)學(xué)信息。此外，基于所采集的獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)確定目標(biāo)數(shù)據(jù)組(PT)。最后，基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組(PT)和所確定的形態(tài)學(xué)信息(IM)重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組(IT)。此外描述了一種圖像數(shù)據(jù)確定裝置(30)。此外描述了一種計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)(1)。
【專利說明】
在多譜CT成像中的適應(yīng)于結(jié)構(gòu)的噪聲抑制
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在CT成像中重建圖像數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明還涉及一種圖像數(shù) 據(jù)確定裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 借助現(xiàn)代成像方法通常產(chǎn)生二維或三維的圖像數(shù)據(jù)，其能夠被用于顯示成像的檢 查對象并且此外也被用于其它應(yīng)用。
[0003] 成像方法通?；趯射線輻射的采集，其中產(chǎn)生所謂的投影測量數(shù)據(jù)。例如可以 借助計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)(CT系統(tǒng))來采集投影測量數(shù)據(jù)。在CT系統(tǒng)中在機(jī)架上布置的由X 射線源和相對布置的X射線探測器組成的組合通常圍繞測量空間旋轉(zhuǎn)，檢查對象(下面不失 一般性地被稱為患者)處于該測量空間中。旋轉(zhuǎn)中心（也稱為"對稱中心"）在此與所謂的系 統(tǒng)軸z重合。在一個或多個旋轉(zhuǎn)中以X射線源的X射線輻射透射患者，其中借助相對布置的X 射線探測器采集投影測量數(shù)據(jù)或X射線投影數(shù)據(jù)。
[0004] 所產(chǎn)生的投影測量數(shù)據(jù)，簡稱為投影數(shù)據(jù)，尤其關(guān)聯(lián)于X射線探測器的結(jié)構(gòu)形式。X 射線探測器通常具有多個探測單元，其大多以有規(guī)律的像素陣列的形式布置。探測單元分 別對于擊中探測單元的X射線輻射產(chǎn)生探測信號，在特定時間點關(guān)于X射線輻射的強(qiáng)度和頻 譜分布對其進(jìn)行分析，以便獲得關(guān)于檢查對象的結(jié)論以及產(chǎn)生投影測量數(shù)據(jù)。
[0005] 在CT系統(tǒng)的一系列應(yīng)用中，由涉及相同對象的單獨的測量采集多個數(shù)據(jù)組或投影 數(shù)據(jù)組。不同的數(shù)據(jù)組例如可以涉及在不同時間點的相同對象。不同的數(shù)據(jù)組也可以包括 具有不同拍攝參數(shù)(例如不同的頻譜分量)的對象的圖像拍攝。例如在應(yīng)用具有多個能量門 限的拍攝，所謂的多能量掃描的情況下拍攝這樣的數(shù)據(jù)組。在多能量掃描的情況下采集具 有一個或多個能量門限的量子計數(shù)探測器的數(shù)據(jù)，其中不同的數(shù)據(jù)組對應(yīng)于各個由能量門 限分開的能量范圍。
[0006] 在提到的量子計數(shù)的或光子計數(shù)的X射線探測器的情況下，關(guān)于X射線輻射的強(qiáng)度 和頻譜分布以計數(shù)率的形式分析用于X射線輻射的探測信號。提供計數(shù)率作為所謂的探測 器通道的輸出數(shù)據(jù)，其分別對應(yīng)于探測單元。在具有多個能量門限的量子計數(shù)的或光子計 數(shù)的探測器的情況下，每個探測器基于探測單元的各個探測信號通常對于每個投影產(chǎn)生一 組計數(shù)率。借助該組計數(shù)率可以產(chǎn)生針對多個不同的、特別是同時檢查的能量門限值的數(shù) 據(jù)組。
[0007] 各個不同的數(shù)據(jù)組比當(dāng)其按照總和可用時具有較差的量子統(tǒng)計性，也就是提高的 統(tǒng)計的噪聲。這尤其是在如下情況下成立，即在兩個能量門限的情況下這些能量門限緊密 地圍繞材料的K邊緣的能量值布置時，這被用于對該材料選擇性地成像。當(dāng)替代頻譜分離的 單個圖像應(yīng)當(dāng)重建基本材料圖像時出現(xiàn)類似的問題。
[0008] 總之問題在于，單個數(shù)據(jù)組的統(tǒng)計質(zhì)量明顯比總數(shù)據(jù)組的質(zhì)量差，這導(dǎo)致具有基 于噪聲效果的偽影的單個圖像。
[0009] 改善單個圖像的圖像質(zhì)量的一種可能性在于，在重建圖像數(shù)據(jù)時共同使用所有數(shù) 據(jù)組，但是在其基礎(chǔ)上重建頻譜圖像或基本材料圖像，其中通過系統(tǒng)矩陣，也就是通過對選 擇性的頻譜分量或材料分量的測量過程建模來定義目標(biāo)點。這樣的方案例如在w. Huh和 JA.Fessler的"Iterative image reconstruction for dual-energy χ-ray CT using regularized material sinogram estimates"，IEEE(2011)，1512-1515中描述。在此試圖 以一般性的方式，也就是通過輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計的加權(quán)來使用統(tǒng)計。針對待成像的結(jié)構(gòu)的精 確再現(xiàn)，這樣的方案不是有效的，因為由此伴隨著強(qiáng)烈的平滑，也就是空間分辨率的減小。 也就是，在重建單個圖像時損失了形態(tài)學(xué)信息。此外，這樣的方法基于系統(tǒng)矩陣及其迭代應(yīng) 用的復(fù)雜性需要極高的計算開銷。
[0010] 在另一種通常的方法中，將具有良好統(tǒng)計的數(shù)據(jù)組以位置頻率選擇性的方式 (ortsf requenzselektiv)用作先驗信息(A-Priori-信息），并且由此優(yōu)化頻譜分量或材料 分量?；谠摲桨傅闹亟ǚ椒m然比在前述方案中的方法明顯更快速，但是同樣具有缺陷， 即在重建單個圖像時缺少對形態(tài)學(xué)信息的獲得。形態(tài)學(xué)信息在此例如僅在低的位置頻率， 也就是較大的對象結(jié)構(gòu)的情況下獲得并且在高的位置頻率的情況下丟失。在兩種通常的方 案中在重建步驟中在不考慮結(jié)構(gòu)信息的條件下進(jìn)行濾波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在成像時基于同一對象的獨立的投影數(shù)據(jù)組 能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好的噪聲抑制的成像以及待成像的結(jié)構(gòu)的改善的再現(xiàn)。
[0012] 上述技術(shù)問題通過按照本發(fā)明的方法、通過按照本發(fā)明的用于確定的圖像數(shù)據(jù)確 定裝置和通過按照本發(fā)明的計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)來解決。
[0013] 在按照本發(fā)明的用于在CT成像時重建圖像數(shù)據(jù)的方法中首先采集投影測量數(shù)據(jù) 的多個獨立的數(shù)據(jù)組。然后基于所采集的數(shù)據(jù)組確定組合的數(shù)據(jù)組。該組合的數(shù)據(jù)組包括 由所采集的數(shù)據(jù)組組成的組合。組合例如可以是所采集的數(shù)據(jù)組的和。在此優(yōu)選地，由所采 集的數(shù)據(jù)組組成的組合被選擇為，使得其相對于單個的采集的數(shù)據(jù)組降低噪聲。相對于單 個的數(shù)據(jù)組，所有采集的數(shù)據(jù)組的簡單的和就已經(jīng)明顯地降低噪聲。替換地，也可以使用加 權(quán)的和，以用于進(jìn)一步降低噪聲。
[0014] 此外，在該方法中基于組合的數(shù)據(jù)組確定形態(tài)學(xué)信息。形態(tài)學(xué)信息應(yīng)當(dāng)被理解為 關(guān)于待成像的對象的結(jié)構(gòu)的信息。
[0015] 該形態(tài)學(xué)信息包含在單個的采集的數(shù)據(jù)組中以及在由所采集的數(shù)據(jù)組組成的組 合中。但是因為組合的數(shù)據(jù)組具有更好的統(tǒng)計的質(zhì)量，可以根據(jù)組合的數(shù)據(jù)組更可靠且更 精確地確定結(jié)構(gòu)。附加地，也基于所采集的獨立的數(shù)據(jù)組確定一個或多個目標(biāo)數(shù)據(jù)組。單個 的目標(biāo)數(shù)據(jù)組例如可以具有投影測量數(shù)據(jù)的單個的采集的數(shù)據(jù)組中的一個，但其也可以包 含來自于所采集的數(shù)據(jù)組的基本材料分解，或其可以是單個的數(shù)據(jù)組的更復(fù)雜處理的結(jié) 果。（例如虛擬的本來圖像）。這樣的基本材料分解例如在JF Williamson等人的"On two-parameter model of photon cross sections!Application to dual-energy CT imag-ing"，Med. Phy s. 33 (2006)，4115-4129中描述。也就是，目標(biāo)數(shù)據(jù)組包括作為單個圖像或待 重建的目標(biāo)圖像的基礎(chǔ)的投影測量數(shù)據(jù)。其具有，如已經(jīng)解釋的那樣，比已經(jīng)描述的組合的 數(shù)據(jù)組更強(qiáng)的噪聲。
[0016] 為了在目標(biāo)圖像的改善的統(tǒng)計質(zhì)量的同時實現(xiàn)改善的結(jié)構(gòu)忠實度，通過基于各自 的目標(biāo)數(shù)據(jù)組的重建以及附加地在考慮所確定的形態(tài)學(xué)信息的條件下確定目標(biāo)圖像。通過 在重建時考慮組合的數(shù)據(jù)組的結(jié)構(gòu)化的信息，實現(xiàn)重建的圖像的改善的結(jié)構(gòu)忠實度。術(shù)語 重建在CT成像時已知的意義上應(yīng)當(dāng)被理解為從投影測量數(shù)據(jù)中重建圖像數(shù)據(jù)，其中例如在 重建的范圍內(nèi)可以進(jìn)行濾波反投影。
[0017] 按照本發(fā)明的用于在CT成像時重建圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)確定裝置具有輸入接口， 用于采集投影測量數(shù)據(jù)的多個獨立的數(shù)據(jù)組。此外，按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置包括 數(shù)據(jù)組確定單元，用于基于所采集的數(shù)據(jù)組確定組合的數(shù)據(jù)組。此外，按照本發(fā)明的圖像數(shù) 據(jù)確定裝置的部件是結(jié)構(gòu)信息確定單元，用于基于組合的數(shù)據(jù)組確定形態(tài)學(xué)信息。此外，按 照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置還具有濾波器確定單元，用于基于形態(tài)學(xué)信息確定局部自適 應(yīng)濾波器。按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置還包括目標(biāo)數(shù)據(jù)組確定單元，用于基于所采集 的數(shù)據(jù)組確定目標(biāo)數(shù)據(jù)組，和重建單元，用于在使用局部自適應(yīng)濾波器的條件下基于目標(biāo) 數(shù)據(jù)組重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組。重建單元在此原則上具有CT系統(tǒng)的通常的重建單元的功能。 但是此外其具有附加的功能，即，其在重建時一起考慮由濾波器確定單元所確定的局部自 適應(yīng)濾波器。替換地，局部自適應(yīng)濾波器也可以在實際的重建之后被應(yīng)用于目標(biāo)圖像數(shù)據(jù) 組。
[0018] 按照本發(fā)明的計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)具有按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置。
[0019] 按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置的主要組件大部分可以以軟件組件的形式構(gòu)造。 這尤其涉及數(shù)據(jù)組確定單元、結(jié)構(gòu)信息確定單元、濾波器確定單元、目標(biāo)數(shù)據(jù)組確定單元和 重建單元。但是原則上，該組件也可以部分地，特別是當(dāng)涉及的是特別快的計算時，以軟件 支持的硬件的形式(例如FPGA等)實現(xiàn)。同樣，所需的接口，例如當(dāng)僅涉及從另外的軟件組件 接收數(shù)據(jù)時，可以被構(gòu)造為軟件接口。但是其也可以被構(gòu)造為按照硬件構(gòu)造的接口，其通過 合適的軟件來控制。
[0020] 特別地，按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置可以是CT系統(tǒng)的用戶終端或控制裝置的 部件。
[0021] 盡可能按照軟件的實現(xiàn)具有如下優(yōu)點，即，迄今已經(jīng)使用的控制裝置可以以簡單 的方式通過軟件更新來改型，以便以按照本發(fā)明的方式工作。就此而言，上述技術(shù)問題也通 過具有計算機(jī)程序的相應(yīng)的計算機(jī)程序產(chǎn)品來解決，其可以直接加載到計算機(jī)斷層成像系 統(tǒng)的控制裝置的存儲裝置中，具有程序片斷，用于當(dāng)在控制裝置中運行程序時執(zhí)行按照本 發(fā)明的方法的所有步驟。這樣的計算機(jī)程序產(chǎn)品可以除了計算機(jī)程序之外包括可能的附加 的組成部分，例如文檔(Dokumentation)，和/或包括附加的組件，也就是用于利用軟件的硬 件組件，例如硬件鑰匙(軟件狗等）。
[0022] 為了傳輸?shù)娇刂蒲b置和/或為了存儲到控制裝置上或中可以使用計算機(jī)可讀的媒 介，例如存儲棒、硬盤或其它可移動的或固定安裝的數(shù)據(jù)載體，在其上存儲由控制裝置的計 算單元可讀的且可執(zhí)行的計算機(jī)程序的程序片段。計算單元例如可以為此具有一個或多個 共同工作的微處理器等。
[0023] 從屬權(quán)利要求以及下面的說明包括本發(fā)明的各個特別優(yōu)選的實施和擴(kuò)展。在此特 別地，一種權(quán)利要求類型的權(quán)利要求也類似于另一種權(quán)利要求類型的從屬權(quán)利要求擴(kuò)展。 此外在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以將不同實施例和權(quán)利要求的不同特征組合為新的實施例。
[0024] 在按照本發(fā)明的方法的一種實施方式中，在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組的重建步驟中如下地 使用形態(tài)學(xué)信息，使得根據(jù)形態(tài)學(xué)信息設(shè)計在重建中例如通過濾波反投影使用的濾波器。 濾波器在此優(yōu)選不對稱地依據(jù)所確定的形態(tài)來構(gòu)造。
[0025] 在按照本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組的重建步驟中如下 地使用形態(tài)學(xué)信息，使得根據(jù)形態(tài)學(xué)信息設(shè)計利用其在重建之后執(zhí)行目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組的濾 波的濾波器。濾波器在此優(yōu)選不對稱地依據(jù)所確定的形態(tài)來構(gòu)造。
[0026] 在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施方式中，投影測量數(shù)據(jù)的獨立的數(shù)據(jù)組包括具 有不同的拍攝參數(shù)的數(shù)據(jù)組。替換地或附加地，投影測量數(shù)據(jù)的獨立的數(shù)據(jù)組包括對應(yīng)于 不同的拍攝時間點的數(shù)據(jù)組。
[0027] 不同的拍攝參數(shù)例如可以包括不同的X射線譜或頻譜分布。例如利用具有多個能 量門限的探測器采集投影測量數(shù)據(jù)組，其對應(yīng)于X射線譜的不同的能量片段。也可以在圖像 拍攝的范圍內(nèi)借助雙源CT系統(tǒng)獲得對應(yīng)于單個的頻譜分量的投影測量數(shù)據(jù)。在此，利用多 個布置在不同位置上的探測器來采集具有不同的X射線譜的投影測量數(shù)據(jù)，該不同的X射線 譜由不同的X射線源產(chǎn)生。也可以在圖像拍攝的范圍內(nèi)借助另外的CT系統(tǒng)采集對應(yīng)于單個 的頻譜分量的投影測量數(shù)據(jù)，該另外的CT系統(tǒng)能夠拍攝頻譜的數(shù)據(jù)，也就是例如在CT掃描 期間具有X射線電壓的快速周期性地變化的CT設(shè)備、具有對X射線管發(fā)射的量子的不同頻譜 地預(yù)先濾波的CT設(shè)備、或具有雙層或多層探測器的CT設(shè)備。
[0028] 在按照本發(fā)明的方法的特別有效的方案中，確定組合的數(shù)據(jù)組作為投影測量數(shù)據(jù) 的獨立的數(shù)據(jù)組的關(guān)聯(lián)于噪聲方差地加權(quán)的和。在此可以將在單個圖像中的平均圖像噪聲 確定為所述噪聲方差，例如作為在待成像的區(qū)域中的像素值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來測量。也可以規(guī) 定噪聲方差作為在待成像的區(qū)域的特定的特別感興趣的部分區(qū)域中的圖像噪聲或替換地 作為用于計算圖像數(shù)據(jù)的投影測量數(shù)據(jù)的平均噪聲。
[0029] 在按照本發(fā)明的方法的替換的方案中，組合的數(shù)據(jù)組包括具有不同加權(quán)的和的、 多個不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組。當(dāng)數(shù)據(jù)組對應(yīng)于具有不同的頻譜特征的不同材料時，多個分開地 優(yōu)化的數(shù)據(jù)組可以是有意義的，從而在一個優(yōu)化的數(shù)據(jù)組中優(yōu)化對于第一材料的信噪比， 并且在另一個優(yōu)化的數(shù)據(jù)組中優(yōu)化對于第二材料的信噪比。在此，所述和理解為投影測量 數(shù)據(jù)的所采集的數(shù)據(jù)組的和，其在此按照對應(yīng)的材料具有不同的加權(quán)因數(shù)。
[0030] 如已經(jīng)提到的那樣，不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組可以對應(yīng)于不同的材料。
[0031] 特別優(yōu)選地是，在確定形態(tài)學(xué)信息的步驟中重建組合的圖像數(shù)據(jù)組，并且借助邊 緣選擇性的濾波器獲得結(jié)構(gòu)信息，其描述了對比度邊緣的強(qiáng)度和方向。為了獲得結(jié)構(gòu)信息， 首先需要基于噪聲優(yōu)化的組合的投影測量數(shù)據(jù)組獲得圖像數(shù)據(jù)。然后在所確定的圖像數(shù)據(jù) 中借助邊緣選擇性的濾波器確定對比度邊緣。這樣的濾波例如在DE 10 2010 043 975 Al 中描述。
[0032] 在按照本發(fā)明的方法的方案中，其中確定多個不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組，優(yōu)選地基于單 個的不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組分別獲得結(jié)構(gòu)信息，并且然后將其組合為總結(jié)構(gòu)信息。這例如可以 具體地實現(xiàn)為，為了獲得總結(jié)構(gòu)信息分別使用兩個單個信息的最大強(qiáng)度和屬于相應(yīng)的材料 的方向。
[0033] 在此，例如對于總結(jié)構(gòu)信息考慮單個結(jié)構(gòu)信息的最大強(qiáng)度，也就是例如兩個結(jié)構(gòu) 信息的局部更強(qiáng)的對比度邊緣的強(qiáng)度，和屬于具有局部更強(qiáng)的對比度邊緣的相應(yīng)的材料的 方向。通過這種方式，在重建目標(biāo)圖像時可以實現(xiàn)輪廓特別清晰的成像。
[0034] 為了在重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組時考慮形態(tài)學(xué)信息，優(yōu)選地基于形態(tài)學(xué)信息確定局部 自適應(yīng)濾波器，其在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組的重建步驟中在濾波反投影的范圍內(nèi)被用作濾波器。 替換地可以確定局部自適應(yīng)濾波器，其在迭代的重建中例如被用作規(guī)則化項。替換地可以 確定局部自適應(yīng)濾波器，其在重建之后被應(yīng)用于目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組。
[0035] 在按照本發(fā)明的方法的特別有效的實施方式中，局部自適應(yīng)濾波器被實現(xiàn)為雙邊 濾波器，其域濾波器局部不對稱地構(gòu)造，使得平行于組合的圖像數(shù)據(jù)組中相應(yīng)的對比度邊 緣的濾波器長度比垂直于對比度邊緣的濾波器長度更長。濾波器軸的比例可以大致相應(yīng)于 邊緣強(qiáng)度。特別地，濾波器在未檢測到對比度邊緣的情況下是各向同性的。提到的對比度邊 緣被理解為在圖像中的強(qiáng)度差或衰減值的不連續(xù)性。
[0036] 在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組的重建的步驟中，為了重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組可以應(yīng)用迭代的重 建，其規(guī)則化強(qiáng)度局部關(guān)聯(lián)于所確定的形態(tài)學(xué)信息。規(guī)則化強(qiáng)度在該情況下應(yīng)當(dāng)被理解為 局部變化的參量，利用其確定，在目標(biāo)圖像中多強(qiáng)地局部平滑。
[0037] 在按照本發(fā)明的方法的替換的實施方式中，選擇獨立的數(shù)據(jù)組中的一個或選擇通 過對多個獨立的數(shù)據(jù)組進(jìn)行基本材料分解而獲得的數(shù)據(jù)組作為目標(biāo)數(shù)據(jù)組。
[0038] 替換地，在動態(tài)成像的情況下選擇對應(yīng)于投影數(shù)據(jù)拍攝的特定時間點的投影數(shù)據(jù) 組作為目標(biāo)數(shù)據(jù)組并且確定所有采集的投影數(shù)據(jù)組的時間平均作為組合的數(shù)據(jù)組。
【附圖說明】
[0039] 下面對照所附的附圖根據(jù)實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。附圖中：
[0040] 圖1示出了表示按照本發(fā)明的第一實施例的用于在CT成像中重建圖像數(shù)據(jù)的方法 的流程圖，
[0041] 圖2示出了表示按照本發(fā)明的第二實施例的用于在CT成像中重建圖像數(shù)據(jù)的方法 的流程圖，
[0042] 圖3示出了按照本發(fā)明的實施例的具有圖像數(shù)據(jù)確定裝置的框圖，
[0043] 圖4示出了按照本發(fā)明的實施例的計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 圖1示出了按照本發(fā)明的第一實施例的用于在對待檢查的對象0進(jìn)行CT成像(參見 圖4)的情況下重建圖像數(shù)據(jù)的方法100。在方法100的步驟1.1中首先采集數(shù)量N個頻譜的投 影數(shù)據(jù)組P n。為此向CT系統(tǒng)1(參見圖4)的測量單元傳送采集控制信號，并且在所描述的實 施例中以不同的頻譜拍攝N個不同的投影數(shù)據(jù)組P n。不同的頻譜例如可以通過利用具有多 個能量門限的探測器探測X射線輻射得出。
[0045] 在步驟I. II中計算優(yōu)化的數(shù)據(jù)組PQ，其與之后要計算的目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt相比具有改 善的量子應(yīng)用。該改善的量子應(yīng)用在第一實施例中通過如下實現(xiàn)，即，根據(jù)噪聲方差地加權(quán) 的和來計算優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Po，其具有如下構(gòu)造：
[0046]
[0047] 在此，〇表示測量數(shù)據(jù)組?"的噪聲方差。噪聲方差可以看做在單個的測量數(shù)據(jù)組Pn 中的圖像噪聲的度量。
[0048] 在步驟I. III中重建優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組，
[0049] Io = R(P0) (2)
[0050] 其中R可以是濾波反投影。在步驟I. IV中然后借助邊緣選擇性的濾波器獲得結(jié)構(gòu) 信息Im。邊緣選擇性的濾波器描述了在優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組Io中出現(xiàn)的對比度邊緣的強(qiáng)度和 方向。在DE 10 2010 043 975 Al中描述了這樣的濾波器。
[0051 ] 在步驟I .V中基于在步驟I. IV中確定的對比度邊緣確定局部自適應(yīng)濾波器Fk(Im)， 平行于所確定的對比度邊緣的自適應(yīng)濾波器比與邊緣垂直的自適應(yīng)濾波器相比具有更強(qiáng) 的濾波器效果。換言之，平行于對比度邊緣的濾波器長度比垂直于邊緣的更大。濾波器的軸 的比例例如可以相應(yīng)于Io中的對比度邊緣的邊緣強(qiáng)度。
[0052]在步驟I.VI中基于所采集的N個頻譜的投影數(shù)據(jù)組Pn確定一個或多個所謂的目標(biāo) 數(shù)據(jù)組Pt，其在圖1中所示的實施例中分別包括數(shù)據(jù)組Pn中的一個。也就是在該具體的實施 例中，目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt相應(yīng)于所測量的投影數(shù)據(jù)組P n。
[0053]在步驟I.VII中基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt借助重建f分別確定優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組Ιτ，其中 在重建f的情況下在使用在步驟I.V中確定的局部自適應(yīng)濾波器Fk(Im)的條件下執(zhí)行濾波 反投影。該濾波器具有如下效果，即，平行于在Io中確定的對比度邊緣執(zhí)行比垂直于該對比 度邊緣更強(qiáng)的濾波。
[0054]通過這種方式平滑目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組Ρτ，而不會在此模糊輪廓。也就是優(yōu)選地，由噪 聲優(yōu)化的總圖像獲得結(jié)構(gòu)信息，其在產(chǎn)生單個圖像的情況下被用于獲得輪廓的重建。
[0055]圖2示出了按照本發(fā)明的第二實施例在CT成像中用于重建圖像數(shù)據(jù)的方法200。在 方法200中考慮，待成像的對象0具有帶有強(qiáng)烈不同的頻譜特征的不同的材料Α、Β。
[0056]首先在步驟2.1中，如圖1中的方法100中那樣，采集數(shù)量N個頻譜的投影數(shù)據(jù)組Ρη。 在此，一部分所采集的投影數(shù)據(jù)組Pn, A具有對應(yīng)于材料A的投影數(shù)據(jù)，并且一部分所采集的 投影數(shù)據(jù)組Pn,B具有對應(yīng)于材料B的投影數(shù)據(jù)。
[0057]然后在步驟I. IIa中計算第一材料A的第一優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Po,α，其僅考慮與第一材 料A對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)組Pn,a。該第一數(shù)據(jù)組與之后要計算的目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt相比具有改善的量 子應(yīng)用。該改善的量子應(yīng)用例如通過如下實現(xiàn)，即，從與該材料對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)組Pn,A的與 噪聲方差關(guān)聯(lián)地加權(quán)的和中計算出第一優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Po,A。在此考慮，數(shù)據(jù)組的和始終具有 比單個圖像更好的量子應(yīng)用，如其用于目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt那樣。
[0058] 在步驟2. IIIa中重建第一優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組IQ,A=R(PQ,a)，其中R可以是濾波反投 影。然后在步驟2. IVa中借助邊緣選擇性的濾波器獲得結(jié)構(gòu)信息Im,a。
[0059] 類似于步驟2. Ila，在步驟2. IIB中還計算材料B的第二優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Po,b，其僅考 慮與該材料對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)組Pn,B。該第二數(shù)據(jù)組與之后要計算的目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt相比具有 改善的量子應(yīng)用。該改善的量子應(yīng)用例如通過如下實現(xiàn)，即，從與該材料B對應(yīng)的投影數(shù)據(jù) 組Pn,B的與噪聲方差關(guān)聯(lián)地加權(quán)的和中計算出第二優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Po,B。如已經(jīng)提到的那樣， 投影數(shù)據(jù)組的和始終具有與單個數(shù)據(jù)組相比改善的量子應(yīng)用。為了進(jìn)一步改善優(yōu)化的數(shù)據(jù) 組的信噪比，對優(yōu)化的數(shù)據(jù)組Pn,B的加數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)于噪聲方差地加權(quán)。
[0060] 在步驟2. IIIb中重建第二優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組Io,B = R(Pt),B)，其中R可以是濾波反投 影。在步驟2. Ivb中然后借助邊緣選擇性的濾波器獲得結(jié)構(gòu)信息Im,b。
[0061] 在步驟2. V中基于所獲得的對于各個材料A、B的結(jié)構(gòu)信息Im, a、Im,B獲得總結(jié)構(gòu)信息 IMC，其中對于總結(jié)構(gòu)信息例如考慮單個結(jié)構(gòu)信息Im,A和Im,B的最大強(qiáng)度，也就是例如兩個結(jié) 構(gòu)信息Im,a、Im,B的在局部或在一個位置處更強(qiáng)的對比度邊緣的強(qiáng)度，以及屬于具有局部更 強(qiáng)的對比度邊緣的相應(yīng)的材料A、B的方向。
[0062] 在步驟2. VI中基于在步驟2. V中確定的總結(jié)構(gòu)信息Imc確定局部自適應(yīng)濾波器Fk (Img) 〇
[0063] 在步驟2. VII中基于所采集的N個頻譜的投影數(shù)據(jù)組Pn確定多個所謂的目標(biāo)數(shù)據(jù) 組Ρτ，其在圖2所示的實施例中分別包括頻譜的數(shù)據(jù)組P n。也就是在該具體的情況下目標(biāo)數(shù) 據(jù)組相應(yīng)于所測量的投影數(shù)據(jù)組Ρη。
[0064] 在步驟2.VIII中基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt重建優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)組Ιτ，其中在重建IT中在 使用在步驟2.VI中確定的局部自適應(yīng)濾波器Fk(Imc)的條件下執(zhí)行濾波反投影。通過這種方 式平滑目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組Ιτ，而不會在此模糊輪廓。也就是優(yōu)選地，從噪聲優(yōu)化的總圖像中獲 得結(jié)構(gòu)信息，其在產(chǎn)生單個圖像的情況下被用于獲得輪廓的重建。替換地也可以在濾波反 投影之后在圖像空間中應(yīng)用局部自適應(yīng)濾波器Fk(I mc)，以便獲得目標(biāo)數(shù)據(jù)組。
[0065] 圖3示出了按照本發(fā)明的實施例的圖像數(shù)據(jù)確定裝置30。圖像數(shù)據(jù)確定裝置30例 如可以是圖4所示的CT系統(tǒng)1的控制裝置20的部件。圖像數(shù)據(jù)確定裝置30包括輸入接口 31， 其從CT系統(tǒng)1的測量裝置(參見圖4)中接收投影數(shù)據(jù)PMD。投影數(shù)據(jù)PMD例如可以包括投影數(shù) 據(jù)組Ρ η，其中獨立地拍攝每個投影數(shù)據(jù)組Ρη。這例如可以通過如下實現(xiàn)，即，利用具有多個能 量門限的探測器或利用不同位置上的不同的探測器拍攝單個的投影數(shù)據(jù)組Ρη。
[0066] 數(shù)據(jù)組確定單元32,其是圖像數(shù)據(jù)確定裝置30的部件，從輸入接口 31接收投影數(shù) 據(jù)組Pn并且基于所接收的數(shù)據(jù)組Pn確定組合的數(shù)據(jù)組Ρ〇。然后將組合的數(shù)據(jù)組PO傳送到重 建單元33,其基于所接收的組合的數(shù)據(jù)組Po重建噪聲優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)1〇。在此借助濾波反投 影進(jìn)行重建，其中濾波器在該情況下例如可以是各向同性的。然后將噪聲優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù) Io傳送到結(jié)構(gòu)信息確定單元34,其基于噪聲優(yōu)化的圖像數(shù)據(jù)Io確定形態(tài)學(xué)信息Im。形態(tài)學(xué)信 息Im例如包括關(guān)于對比度邊緣的強(qiáng)度和取向的信息。然后將所確定的形態(tài)學(xué)信息Im傳送到 濾波器確定單元35。濾波器確定單元35基于形態(tài)學(xué)信息Im確定局部自適應(yīng)濾波器Fk(Im)。 [0067]此外，圖像數(shù)據(jù)確定裝置30包括目標(biāo)數(shù)據(jù)組確定單元36。目標(biāo)數(shù)據(jù)組確定單元36 從輸入接口 31接收投影數(shù)據(jù)組卩"并且基于所接收的數(shù)據(jù)組確定至少一個目標(biāo)數(shù)據(jù)組Ρτ。然 后將目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt傳送到重建單元33,其附加地從濾波器確定單元35獲得關(guān)于所確定的局 部自適應(yīng)濾波器Fk(Im)的數(shù)據(jù)。重建單元33現(xiàn)在在使用局部自適應(yīng)濾波器Fk(Im)的條件下 基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組It。當(dāng)然也可以根據(jù)所采集的投影數(shù)據(jù)確定多個目 標(biāo)數(shù)據(jù)組Pt并且從中獲得多個目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組It。然后將目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)It傳送到輸出接口 37。輸出接口 37向另外的單元，諸如存儲單元或圖像顯示單元例如終端或顯示屏輸出目標(biāo) 圖像數(shù)據(jù)It。
[0068] 圖4示意性示出了按照本發(fā)明的實施例的具有按照本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)確定裝置30 的計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)(CT系統(tǒng)）1。
[0069] CT系統(tǒng)1在此基本上由掃描器10組成，在該掃描器中在機(jī)架11上具有探測器16和 與探測器16對置的X射線源15的投影數(shù)據(jù)采集單元5圍繞測量空間12旋轉(zhuǎn)?；颊咧窝b置3 或患者臺3處于掃描器10之前，其上部2可以與處于其上的患者0-起向掃描器10移動，以便 患者0相對于探測器系統(tǒng)16移動穿過測量空間12。通過控制裝置20來控制掃描器10和患者 臺3,從該控制裝置中通過通常的控制接口 23得到采集控制信號AS，以便按照通常的方式按 照預(yù)定的測量協(xié)議控制整個系統(tǒng)。通過患者〇沿著z方向（其相應(yīng)于沿著穿過測量空間12的 系統(tǒng)軸z)移動，和同時旋轉(zhuǎn)X射線源15,對于X射線源15在測量期間相對于患者O得到螺旋形 軌跡。在此，探測器16總是相對于X射線源15并行地一起旋轉(zhuǎn)，以便采集投影測量數(shù)據(jù)PMD， 其然后被用于重建體積和/或?qū)訄D像數(shù)據(jù)。
[0070] 同樣也可以執(zhí)行順序的測量方法，其中在z方向上移動固定的位置并且然后在一 次環(huán)繞、部分環(huán)繞或多次環(huán)繞期間在涉及的z位置處采集所需的投影測量數(shù)據(jù)PMD，以便重 建在該z位置處的截面圖像或者由多個z位置的投影數(shù)據(jù)重建體積圖像數(shù)據(jù)。
[0071] 按照本發(fā)明的方法原則上也可以應(yīng)用于其它CT系統(tǒng)，例如具有多個X射線源和/或 探測器和/或具有形成完整環(huán)的探測器。
[0072]由探測器16采集的投影測量數(shù)據(jù)PMD(下面也稱為原始數(shù)據(jù))經(jīng)由原始數(shù)據(jù)接口， 其在該實施例中是圖像數(shù)據(jù)確定裝置30的輸入接口 31，被傳輸?shù)娇刂蒲b置20或在其中包含 的圖像數(shù)據(jù)確定裝置30。然后在圖像數(shù)據(jù)確定裝置30中以上述方式進(jìn)一步處理該原始數(shù) 據(jù)。圖像數(shù)據(jù)確定裝置在該實施例中在控制裝置20中以軟件形式在處理器上實現(xiàn)。
[0073]在圖像數(shù)據(jù)確定裝置30中進(jìn)行處理之后將由圖像數(shù)據(jù)確定單元確定的低噪聲的 圖像數(shù)據(jù)It輸出到存儲單元22以及例如輸出到CT系統(tǒng)的控制裝置20的輸出單元。
[0074]最后還要指出的是，前面描述的方法和裝置僅是本發(fā)明的優(yōu)選的實施例并且可以 由專業(yè)人員改變本發(fā)明，而不脫離本發(fā)明的范圍，只要其通過權(quán)利要求規(guī)定。由此，首先中 根據(jù)不同頻譜的投影數(shù)據(jù)的處理描述了方法和圖像數(shù)據(jù)確定裝置。但是本發(fā)明也在從不同 時間點拍攝的投影數(shù)據(jù)組中低噪聲地重建圖像數(shù)據(jù)的情況下找到應(yīng)用。此外，本發(fā)明不限 制到在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，而是本發(fā)明原則上也可以應(yīng)用于對于其它目的的CT圖像的拍 攝，例如對于材料檢查等。為了完整起見還要指出的是，使用不定冠詞"一"或"一個"不排除 所涉及的特征也能多次出現(xiàn)。同樣不排除術(shù)語"單元"由多個必要時也能空間地分布的組件 組成。
【主權(quán)項】
1. 一種用于在CT成像時重建圖像數(shù)據(jù)的方法(100，200)，具有如下步驟： -采集投影測量數(shù)據(jù)(PMD)的多個獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)， -基于所采集的數(shù)據(jù)組(Pn)確定組合的數(shù)據(jù)組(P〇)， -基于組合的數(shù)據(jù)組(Po)確定形態(tài)學(xué)信息（Im)， -基于所采集的獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)確定目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ)， -基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ)和所確定的形態(tài)學(xué)信息（Ιμ)重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組(It)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法（1〇〇,2〇〇)，其中，投影測量數(shù)據(jù)01?))的獨立的數(shù)據(jù)組 (Pn)包括具有不同的拍攝參數(shù)和/或不同的拍攝時間點的數(shù)據(jù)組。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法（100,200)，其中，不同的拍攝參數(shù)包括不同的X射線譜或 頻譜分布。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法（100,200)，其中，將投影測量數(shù)據(jù)(?1?))的 獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)的關(guān)聯(lián)于噪聲方差地加權(quán)的和確定為組合的數(shù)據(jù)組(Po)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法(200)，其中，所述組合的數(shù)據(jù)組(Po)包括具 有不同加權(quán)的和的多個不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組(P〇,a，Pm)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法(200)，其中，所述不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組(Ρ〇,Α，Ρ〇,Β)對應(yīng)于不 同的材料(Α，Β)，或者所述不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組(Ρ〇, Α，Ρ〇,Β)表示對應(yīng)于不同的材料(Α，Β)的數(shù) 據(jù)組的組合，或者通過從目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ)中去除對應(yīng)于特定的材料(Α，Β)的數(shù)據(jù)組而產(chǎn)生。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法（100,200)，其中，在確定形態(tài)學(xué)信息（1(?)的 步驟中重建組合的圖像數(shù)據(jù)組（Ιο)，并且借助邊緣選擇性的濾波器獲得結(jié)構(gòu)信息，該結(jié)構(gòu) 信息描述了對比度邊緣的強(qiáng)度和方向。8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的方法(200)，其中，對于確定多個不同優(yōu)化的數(shù)據(jù) 組(Ρο,α,Ρο,β)的情況，基于各個不同優(yōu)化的數(shù)據(jù)組(Ρο,α,Ρο,β)分別獲得結(jié)構(gòu)信息（Ιμ,α,Ιμ,β)， 并且然后將其組合為總結(jié)構(gòu)信息（Ιμ〇。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法（100,200)，其中，基于形態(tài)學(xué)信息（1(?)確定 局部自適應(yīng)濾波器(Fk(Im))，其在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組（It)的重建步驟中在濾波反投影的范圍 內(nèi)被用作濾波器(Fk(Im))，和/或基于形態(tài)學(xué)信息（Im)確定局部自適應(yīng)濾波器(Fk(Im))，其在 圖像空間中重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組（It)之后被用作濾波器(Fk(Im))，和/或基于形態(tài)學(xué)信息 (Im)確定局部自適應(yīng)濾波器(Fk(Im))，其在目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組（It)的重建步驟中在迭代的重 建的范圍內(nèi)被用作濾波器(Fk(Im))。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法（100,200)，其中，所述局部自適應(yīng)濾波器 (Fk(Im))被實現(xiàn)為雙邊濾波器，其域濾波器局部不對稱地構(gòu)造，使得平行于對比度邊緣的濾 波器長度比垂直于對比度邊緣的濾波器長度更長。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中。為了重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組(It)而應(yīng) 用迭代的重建，其規(guī)則化強(qiáng)度局部關(guān)聯(lián)于所確定的形態(tài)學(xué)信息（Im)。12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法（1〇〇,2〇〇)，其中，選擇獨立的數(shù)據(jù)組011) 中的一個，或選擇通過對多個獨立的數(shù)據(jù)組(P n)進(jìn)行基本材料分解而獲得的數(shù)據(jù)組，或選 擇對應(yīng)于投影數(shù)據(jù)拍攝的特定時間點（tT)的投影數(shù)據(jù)組(PMD)，來作為目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ)，并 且確定所有采集的投影數(shù)據(jù)組(PMD)的時間平均作為組合的數(shù)據(jù)組(Po)。13. -種用于在CT成像時重建圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)確定裝置(30)，具有： -輸入接口（31)，用于采集投影測量數(shù)據(jù)(PMD)的多個獨立的數(shù)據(jù)組(Pn)， -數(shù)據(jù)組確定單元(32)，用于基于所采集的數(shù)據(jù)組(Pn)確定組合的數(shù)據(jù)組(P〇)， -結(jié)構(gòu)信息確定單元(34)，用于基于組合的數(shù)據(jù)組(P〇)確定形態(tài)學(xué)信息（Im)， -濾波器確定單元(35)，用于基于形態(tài)學(xué)信息（Im)確定局部自適應(yīng)濾波器(Fk(Im))， -目標(biāo)數(shù)據(jù)組確定單元(36)，用于基于所采集的數(shù)據(jù)組(Pn)確定目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ)， -重建單元(33)，用于在使用局部自適應(yīng)濾波器(Fk(Im))的條件下基于目標(biāo)數(shù)據(jù)組(Ρτ) 重建目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)組(It)。14. 一種計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)，具有帶有根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像數(shù)據(jù)確定裝置 (30)的控制裝置(20)。15. -種具有計算機(jī)程序的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其能夠直接加載到計算機(jī)斷層成像系統(tǒng) (1)的控制裝置(20)的存儲裝置中，具有程序片斷，用于當(dāng)在計算機(jī)斷層成像系統(tǒng)（1)的控 制裝置(20)中運行計算機(jī)程序時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法的所有步 驟。16. -種計算機(jī)可讀的媒介，在其上存儲由計算單元可讀的且可執(zhí)行的程序片段，用于 由計算單元運行程序片段時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法的所有步驟。
【文檔編號】G06T5/00GK106056541SQ201610209714
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月6日 公開號201610209714.2, CN 106056541 A, CN 106056541A, CN 201610209714, CN-A-106056541, CN106056541 A, CN106056541A, CN201610209714, CN201610209714.2
【發(fā)明人】T.弗洛爾, S.卡普勒, R.勞帕克, H.舍恩杜布
【申請人】西門子公司