利用反相关滤波器的谱投影数据去噪的制作方法
【技术领域】
[0001] W下内容总体上设及投影数据处理，并且更具体地设及利用反相关滤波器对投影 数据的投影域去噪，所述反相关滤波器包括具有针对每种基材料的子项和对应的比例因子 的正则化项，并且结合针对谱（即，多能量)计算机断层摄影(CT)的特定应用来加 W描述。然 而，W下内容也适用于其他成像模态。
【背景技术】
[0002] CT扫描器包括X射线管，所述X射线管发射穿过检查区域和检查区域中的目标的福 射。被定位在与X射线管对面的检查区域相对的探测器阵列探测穿过检查区域和检查区域 中的目标的福射，并且生成指示检查区域和检查区域中的目标的投影数据。重建器处理投 影数据并重建指示检查区域和检查区域中的目标的体积图像数据。
[0003] 利用谱CT扫描器，采集多个投影数据集，所述多个投影数据集表示被扫描的目标 针对不同X射线谱的衰减性质。能够通过k化切换、双层探测器、计数探测器和/或W其他方 式来采集该多个集合。基于运些数据集，能够局部地确定物理目标性质(例如，光电效应、康 普顿效应、水含量、骨含量、舰含量等）。对运些性质的确定被称作材料分解。
[0004] 利用投影域处理，通过将针对每条射线所测量的线积分转换成基材料线积分来执 行材料分解。然后重建基材料线积分W生成基材料图像。然而，所测量的投影数据的噪声趋 向于被强烈地放大，并且经放大的噪声针对一条采集射线的不同材料线积分是高度反相关 的。
[0005] 该反相关的噪声能够导致条纹状伪影，并且直接根据该基材料线积分重建的图像 归因于噪声放大而趋向于强烈含噪声，降低了它们的临床值。反相关滤波器(ACF)能够用于 对反相关的噪声进行滤波。遗憾的是，ACF对基材料线积分的应用可W导致基材料数据集之 间的串扰，产生减小经重建的基材料图像的诊断值的伪影。
[0006] 在本文中描述的各方面解决了 W上提及的问题和其他问题。
【发明内容】
[0007] 该应用描述了一种通过反相关滤波器来降低谱基材料线积分中的反相关噪声的 方法，所述反相关滤波器包括具有针对每种基材料的子项和对应的比例因子的正则化项， 其中，比例因子平衡每个子项的作用，减轻组织边界之间的串扰，运种串扰在没有运样的平 衡时可能存在。
[000引在一方面中，一种方法，包括:接收含噪声的基材料线积分的至少两个集合，每个 集合对应于不同的基材料;并且利用反相关滤波器来对含噪声的基材料线积分的所述至少 两个集合进行滤波，从而产生经去噪的基材料线积分，所述反相关滤波器至少包括具有平 衡正则化因子的正则化项。
[0009]在另一方面中，一种成像系统，包括具有反相关滤波器的投影数据处理器。所述反 相关滤波器对含噪声的基材料线积分的至少两个集合进行滤波，从而产生经去噪的基材料 线积分，每个集合对应于不同的基材料。所述反相关滤波器包括具有正则化平衡因子的正 则化项。
[0010] 在另一方面中，计算机可读指令被编码在计算机可读存储介质上，所述计算机可 读指令当由计算系统的处理器运行时，令所述处理器:接收含噪声的基材料线积分的至少 两个集合，每个集合对应于不同的基材料;并且利用反相关滤波器对含噪声的基材料线积 分的所述至少两个集合进行滤波，从而产生经去噪的基材料线积分，所述反相关滤波器至 少包括具有平衡正则化因子的正则化项。
【附图说明】
[0011] 本发明可W采取各种部件和部件的布置，W及各个步骤和步骤的安排的形式。附 图仅出于图示优选实施例的目的，并且不被解释为对本发明的限制。
[0012] 图1示意性图示了具有与成像系统连接的反相关滤波器的投影数据处理器。
[0013] 图2示意性图示了反相关滤波器的非限制性范例，所述反相关滤波器是基于具有 正则化子项平衡比例因子的正则化最大似然算法的。
[0014] 图3示出了利用没有正则化子项平衡的反相关滤波器生成的范例图像。
[0015] 图4示出了利用在本文中描述的反相关滤波器生成的范例图像，所述反相关滤波 器包括正则化子项平衡。
[0016] 图5图示了用于利用反相关滤波器来对投影数据进行去噪的范例方法，所述反相 关滤波器利用包括正则化子项平衡比例因子的正则化最大似然算法。
【具体实施方式】
[0017] 首先参考图1，示意性图示了诸如计算机断层摄影(CT)扫描器的成像系统100。成 像系统100包括大体上固定的机架102和旋转机架104。旋转机架104由固定机架102可旋转 的支撑，并且关于纵轴或Z轴围绕检查区域106旋转。
[0018] 诸如X射线管的福射源108由旋转机架104可旋转地支撑。福射源108与旋转机架 104-起旋转并且发射穿过检查区域106的福射。源准直器110包括对福射进行准直W形成 大体上锥形、模形、扇形或其他形状的福射射束的准直构件。
[0019] 福射敏感探测器阵列112跨检查区域106W-角度弧与福射源108相对。探测器阵 列112包括沿着Z轴方向延伸的一行或多行的探测器。探测器阵列112探测穿过检查区域106 的福射并且生成表示检查区域106的投影数据(或所测量的线积分）。
[0020] 在所图示了实施例中，投影数据是谱投影数据并且包括投影数据的至少两个子 集，每个子集表示被扫描的目标针对不同X射线谱的衰减性质。在W下情况中能够获得运样 的投影数据：即，在探测器阵列112包括光子计数探测器和/或多层谱探测器的情况中，和/ 或在福射源108被配置为在扫描期间在至少两种不同能量谱之间进行切换的情况中。
[0021] 谱分解器114对由福射敏感探测器阵列112生成的谱投影数据进行分解，产生经分 解的谱投影数据或基材料线积分。分解能够基于两个或更多个基材料，例如，能够基于光电 效应、康普顿散射、水含量、骨含量、舰含量、k边缘和/或(一种或多种)其他基材料。
[0022] 投影数据处理器116处理经分解的谱投影数据。所图示的投影数据处理器116包括 至少反相关滤波器(ACF)118"ACF 118至少对来自经分解的谱投影数据的反相关噪声进行 滤波。运包括使用迭代的统计学模型对反相关噪声进行滤波。合适的反相关滤波器118的范 例包括正则化最大似然滤波器，所述正则化最大似然滤波器包括数据项和正则化项。如在 下文中更加详细地描述的，正则化项包括两个或更多个子项W及对应的平衡比例因子，针 对每种基材料一个子项，所述对应的平衡比例因子减轻在组织-空气边界处的串扰。
[0023] 重建器120重建经去噪的经分解的投影数据，并且生成指示所述投影数据的体积 图像数据，包括材料基体积图像数据。诸如邸榻的患者支撑物122在检查区域106中支撑诸 如人类患者的目标或对象。计算系统或计算机充当操作者控制台124,所述操作者控制台 124允许操作者控制对系统100的操作，例如选择和/或激活至少投影域去噪算法。
[0024] 在所图示的实施例中，投影数据处理器116关于控制台124为单独的设备。在该实 例中，投影数据处理器116能够为诸如专用计算机的计算系统和/或其他计算系统的部分。 在变型中，投影数据处理器116为控制台124的部分。在任一实例中，投影数据处理器116能 够经由运行计算机可读指令的处理器(例如，微处理器、中央处理单元或CPU等）来实施，所 述计算机可读指令被存储在诸如物理存储器的计算机可读存储介质中（并且排除非瞬态介 质）。处理器也能够运行由载波、信号或其他瞬态介质承载的指令。
[0025] 图2图示了反相关滤波器118的非限制性范例。
[0026] 为了简明和清楚，W下内容结合谱投影数据的两个子集进行讨论。然而，应当理 解，W下内容能够被延伸到谱投影数据的两个W上的子集。
[0027] 反相关滤波器118作为输入部接收经分解的线积分或基材料线积分mil和nrn，其 中，i为采集到的射线指数，并且输出经去噪的经分解的投影数据(基材料线积分）。
[00%]对数似然确定器202基于正则化最大似然算法来处理数据，生成经去噪的经分解 的投影数据。在公式1中示出了合适的正则化最大似然的范例：
[0029]公式 1:
[0031] 其中，mi = (mii，m2i)并且表示含噪声的基材料线积分的两个集合的向量， 巧=(雨,，而)并且表示经去噪的基材料线积分的两个集合的向量，C康示描述mil和m2i中的 相关噪声的协方差矩阵，Rii和R21表示针对两种材料正弦图的基材料正则化子项，并且e为 确定正则化的强度的参数。
[0032] 在本文中也预期其他正则化项。例如，2012年11月26日提交的申请序列号为61/ 729782的标题为叩RCUECTI0N DATA DE-N0ISING"的申请描述了合适的正则化项，通过引用 将其整体并入本文。
[0033] 在公式1中，第一项为数据项，描述经去噪的材料线积分属于给定已知方差和协方 差的含噪声的材料线积分的可能性。第二项为表示关于材料线积分的"真"集合的先验信息 的正则化项。公式1由迭代优化来实施，直到识别出最有可能属于含噪声的材料线积分的经 去噪的材料线积分。
[0034] 基材料线积分方差确定器204处理接收到的基材料线积分mil和nrn，并且生成基材 料线积分方差var(mii)和va;r(m2i似及协方差cov(mii,m2i)。
[0035] 基材料协方差矩阵确定器206基于基材料线积分方差VaHmii)和Var(Imi) W及基 材料线积分协方差cov(mii，m2i)来确定协方差矩阵Cl。例如，能够如公式2中所示来确定协方 差矩阵Ci:
[0036] 公式 2:
[0037] A=f。。咖|'.旱'）、 ^cov var(";:,) /
[0038] 能够如公式3和公式4中所示来确定正则化项化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] 在运些公式中，利用势函数4对现有的进行平滑化。势函数针对每个测量的射线i 评价材料线积分值与多条临近射线k的值的差异，其中，Wik为加权因子。
[0044] 归因于正则化项Rii和R21，对公式1的优化将得到一对去噪的材料线积分集合，所 述去噪的材料