用于对由至少两种成像方法记录的图像进行迭代重建的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于词典的迭代图像重建的领域。尤其地，本发明涉及用于对由至少 两种成像方法记录的图像进行迭代重建的设备和方法。
【背景技术】
[0002] 针对有监督的图像分割，并且也针对图像建模，迭代图像重建是用于以特定成像 技术来重建二维图像或三维图像的方法。例如，在计算机断层摄影中，可以根据对象的投影 来重建图像。双能量X射线计算机断层摄影、谱X射线计算机断层摄影以及相位对比计算机 断层摄影的公共特征在于:医学成像系统生成对象的在足够几何对准的情况下具有不同对 比的两幅或更多幅图像。
【发明内容】
[0003] 可以存在对改进用于迭代图像重建的设备和方法的需要。
[0004] 这些需要由独立权利要求的主题来满足。另外的示范性实施例根据从属权利要求 和以下描述是明显的。
[0005] 本发明的一方面涉及一种用于对由至少两种成像方法记录的图像进行迭代重建 的设备，所述设备包括:提取模块，其被配置为从由第一成像方法记录的第一图像中提取片 块的第一集合，并且被配置为从由第二成像方法记录的第二图像中提取片块的第二集合； 生成模块，其被配置为基于针对片块的所述第一集合的第一有限数量的微部与针对片块的 所述第二集合的第二有限数量的微部的融合来生成参考片块的集合；以及正则化模块，其 被配置为借助于所生成的参考片块的集合来执行对所述第一图像或所述第二图像的正则 化。
[0006] 本发明使用的术语"片块"涉及图像内区的像素的子集。片块可以包括矩形形状并 且可以包括像素的阵列。
[0007] 本发明使用的术语"微部(atom)"可以涉及记录的图像中出现的代表性图案。多个 微部可以被存储在所谓的词典中。
[0008] 换言之，微部的"融合"或组合允许建立具有与图像片块的高相似性但是没有噪声 或具有降低的噪声的片块。术语"参考片块"可以被理解为针对合成的片块的名称。在重建 中，参考片块可以用于正则化:在代价函数中，参考片块能够被"混合"为最终图像。如果图 像包括关于特定阈值的噪声水平，则使用来自参考片块的更多部分。操作性术语"融合"包 括，但不限于，对线性组合的形成和或缩放操作等。
[0009] 本发明使用的术语"有限数量"或"有限数量的微部"可以涉及被认为是适合于或 足以进行图像分析或图像处理或图像重建的特定任务的微部数量。具体而言，"有限数量" 包括针对单个微部的边界线情况，并且"融合"要被广义地解释为包括使用所述单个微部。
[0010] 术语"至少两种成像方法"可以涉及任意两种成像方法或成像技术，其可以被定义 为表示关于彼此的互补的或补充的方法或成像技术。例如，针对相位对比成像的情况的衰 减图像和相位图像或者针对双能量成像的情况的光电图像和康普顿散射图像可以被称为 互补方法或补充方法。相位图像可以被视为关于衰减图像的互补图像或补充图像，并且对 应地，用于捕捉这些图像的方法和技术也被称为是互补的或补充的。又换言之，（根据两种 不同成像方法获得的)两种图像中的对比源自于不同的物理效应或原理。
[0011] 本发明的另外的第二方面涉及一种医学成像系统，所述医学成像系统包括根据第 一方面或根据第一方面的任何实施形式的设备。
[0012] 本发明的另外的第三方面涉及一种用于对由至少两种成像方法记录的图像进行 迭代重建的方法，所述方法包括以下步骤:借助于提取模块从由第一成像方法记录的第一 图像中提取片块的第一集合，并且从由第二成像方法记录的第二图像中提取片块的第二集 合;借助于生成模炔基于针对片块的所述第一集合的第一有限数量的微部与针对片块的所 述第二集合的第二有限数量的微部的融合来生成参考片块的集合;并且借助于正则化模块 使用所生成的参考片块的集合来执行对所述第一图像或所述第二图像的正则化。
[0013] 本发明有利地提供了用于从图像中提取片块，使用产出参考片块的有限数量的微 部的线性组合来匹配片块的方法。例如:将在片块与仅两个微部的线性组合之间的均方误 差最小化。提出的代价函数可以优选在诸如光图像和散射图像的两者中选择相同微部。这 将优选具有相似结构但是可能具有不同缩放的图像。所计算的参考片块可以被假设为具有 与原始片块的高相似性但是为几乎无噪声的或至少噪声降低的。参考片块可以用于将图像 重建正则化:如果重建太嘈杂，则执行对被迭代的图像中的片块与参考片块之间的差异的 降低。
[0014] 本发明有利地借助于所生成的参考片块的集合来执行对所述第一图像或所述第 二图像的正则化，换言之，由于通过融合来自第一图像的第一有限数量的微部与来自二图 像的第二有限数量的微部来生成所生成的参考片块的集合，因此相似的微部被用于两种图 像，这意味着可以至少部分地出现微部的集合的交叠。
[0015] 如果两个几何目标都具有相同的形状，或者一个具有与另一个的镜像或以其他方 式变换的图像相同的形状，则本发明使用的术语"相似"可以指这两个几何目标。术语"相 似"还可以定义一个目标能够通过均匀缩放(例如，放大或缩小，可能利用额外的平移、旋转 以及映像)来从另一目标获得。
[0016] 本发明有利地提供了使用已经被创建或至少已经在别处生成的数据库或词典。
[0017] 本发明有利地提供了在针对生成在相同对准的情况下的两幅或更多幅图像的计 算机断层摄影配置的迭代重建算法中的基于词典的正则化方法。
[0018] 本发明有利地提供了针对常常呈现相似结构和纹理的典型的计算机断层摄影图 像的基于标准词典的正则化。根据计算机断层摄影图像生成小特征的集合，例如，特定尺寸 的片块。该特征可以被称作微部并且所有微部的集合可以被称作词典。可以以这样的方式 计算微部：即，具有有限数量的微部的线性组合形成图像的大多数片块的良好近似。为了在 正则化中使用词典，图像可以被划分为与微部相同尺寸的交叠片块，并且算法搜索图像，其 中，片块中的每个可以由小数量的微部合理良好地表示。
[0019] 本发明有利地提供了调整算法，其中，从由两种互补成像方法或补充成像方法记 录的两种图像中的每种中提取片块，所述两种图像例如针对相位对比成像的情况为衰减图 像和相位图像，或者针对双能量成像的情况为光电图像和康普顿散射图像。本发明有利地 允许由微部的相同子集来表示这两个片块。
[0020] 本发明有利地允许可以用于至少两幅记录的图像中的一幅的微部也能够被使用， 而没有针对由第二成像方法记录的其他图像的额外努力。本发明有利地允许重建使其边缘 对齐的图像，这是因为这些边缘由相同的微部表示。
[0021] 本发明也能够有利地应用于双能量X射线计算机断层摄影，所述双能量X射线计算 机断层摄影具有双源系统或者具有针对两个电压的快速kVp切换采集。分解可以在图像域 中执行，相应地两种成像方法可以由具有一一至少两个一一不同的输入X射线谱的X射线计 算机断层摄影来定义。
[0022] 针对本发明的补充的或互补的图像或方法也可以由如由双层系统采集的上层图 像或下层图像来给出。
[0023] 根据本发明的示范性实施例，所述提取模块被配置为从被记录为所述第一图像的 衰减图像中提取片块的所述第一集合，并且被配置为从被记录为所述第二图像的相位图像 中提取片块的所述第二集合。这有利地允许各种片块的高效生成。
[0024] 根据本发明的示范性实施例，所述提取模块被配置为从被记录为所述第一图像的 光电图像中提取片块的所述第一集合，并且被配置为从被记录为所述第二图像的康普顿散 射图像中提取片块的所述第二集合。
[0025] 这有利地允许从互补图像或补充图像对片块的高效提取。
[0026] 根据本发明的示范性实施例，所述生成模块被配置为基于片块的所述第一集合与 片块的所述第二集合的线性组合来生成所述参考片块的集合。
[0027] 根据本发明的示范性实施例，所述生成模块被配置为基于针对片块的第一集合的 微部与针对片块的第二集合的微部的组合的仿射组合、锥形组合或凸组合来生成所述参考 片块的集合。
[0028] 根据本发明的示范性实施例，所述提取模块被配置为提取2 X 2像素片块或4 X 4像 素片块或8X8像素片块或16X16像素片块作为片块的所述第一集合，并且被配置为提取2 X 2像素片块或4 X 4像素片块或8 X 8像素片块或16 X 16