基于似然性的谱数据投影域降噪的制作方法
【专利摘要】一种用于处理投影域中的投影数据的方法包括接收所述投影数据。所述投影数据由谱探测器生成，并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量。所述方法还包括对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一生成电子形式的降噪的测量结果。所述降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
【专利说明】基于似然性的谱数据投影域降噪
【技术领域】
[0001]以下内容总体涉及谱成像，并且更具体地涉及对投影域中的谱数据进行降噪，并且结合谱计算机断层摄影(CT)对以下内容进行了描述。
【背景技术】
[0002]常规计算机断层摄影(CT)扫描仪包括可旋转地安装至总体静止的构台的旋转构台。旋转台架支撑X射线管和探测器阵列，探测器阵列隔着检查区与X射线管相对地安装于可旋转构台上。旋转构台，并且因此，X射线管和探测器阵列绕纵或Z轴围绕检查区旋转。X射线管被配置为发射穿过检查区(以及检查区中的受试者或对象的部分)的辐射并照射探测器阵列。探测器阵列探测辐射并生成投影数据(探测测量结果)，投影数据指示检查区和安置于其中的受试者或对象。重建器重建投影数据，生成体积图像数据。图像处理器能够处理体积图像数据并生成受试者或对象的被扫描的部分的一个或多个图像。
[0003]对于谱CT，扫描仪可以包括被配置为发射不同的能量谱的两个X射线管或被配置为在至少两个不同能量谱之间切换的X射线管，并且/或者探测器阵列可以包括具有谱或光子计数探测器的能量分辨探测器阵列。双层(double decker)谱探测器具有第一探测层和第二探测层，第一探测层被配置为探测较低能量的光子，而第二探测层被配置为探测较高能量的光子。第一和第二探测层相对于彼此布置，使得第一探测层在第二探测层之上并且沿从X射线管至探测器阵列的方向较靠近X射线管。每一个探测层包括闪烁器/光电二极管对，其中闪烁器接收并吸收X射线光子并发射指示X射线光子的可见光子(lightphoton),并且光传感器探测可见光子并生成指示初始X射线光子的能量的探测测量结果。
[0004]在扫描仪包括双层谱探测器和被配置为在两个发射谱(例如，80kVp和140kVp)之间切换的单个X射线管的情况下，投影数据将包括四(4)个独立的能量分辨的探测测量结果，分别对应于:(I) 80kVp和第一探测层；(2) 80kVp和第二探测层；(3) 140kVp和第一探测层；以及(4) 140kVp和第二探测层。利用SOkVp的较低的X射线管电压，第一探测层将吸收大多数光子，而第二较低的探测层将记录相对少的计数，并且由对应的光电二极管产生的能量分辨的测量结果将具有差的光子统计量。(通过增大X射线管电流能够改善光子统计量；然而，这将增大患者剂量，或对离子辐射的暴露。)类似地，计数探测器的窄能量仓(energy bin)通道(channel)将产生具有差的光子统计量的测量结果。可惜的是，当处理该测量结果时，例如使用基材料分解，差的光子统计量将导致不成比例的基材料分解噪声。
【发明内容】
[0005]本申请的当前方面提供处理上述问题和其它问题的新的和改善的谱CT技术。
[0006]根据一方面，一种用于处理投影域中的投影数据的方法包括接收所述投影数据。所述投影数据由谱探测器生成，并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量。所述方法还包括对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一生成电子形式的降噪的测量结果。所述降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
[0007]根据另一方面，一种系统包括投影数据处理器，所述投影数据处理器接收投影数据，所述投影数据由成像系统生成并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量，并且所述投影数据处理器对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一的所述测量结果进行降噪，其中，所述降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
[0008]根据另一方面，一种方法，包括处理由辐射敏感探测器生成的投影数据，以基于最小化投影域中的所述投影数据的似然性来均衡所述投影数据的较低和较高光子统计量谱测量结果的噪声。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]本发明可以采取各种部件和部件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。图仅是为示例优选实施例的目的并且不视为限制本发明。
[0010]图1结合投影数据处理器示意性地示例范例成像系统，该投影数据处理器至少对投影数据的能量分辨的测量结果进行降噪。
[0011]图2示意性地示例投影数据处理器的范例。
[0012]图3图示地示例具有差的光子统计量的能量分辨的探测测量结果的范例分布，和具有差的光子统计量的能量分辨的探测测量结果在通过投影数据处理器进行降噪后的样式的范例分布。
[0013]图4图示地示例具有好的光子统计量的能量分辨的探测测量结果的范例分布，和具有好的光子统计量的能量分辨的探测测量结果在通过投影数据处理器进行降噪后的样式的范例分布。
[0014]图5示例用于对投影数据进行降噪的方法，其中，至少投影数据的能量分辨的探测测量结果的子部分具有差的光子统计量。
【具体实施方式】
[0015]图1示意性地示例诸如计算机断层摄影(CT)扫描仪的成像系统100。成像系统100包括总体静止的构台部分102和旋转构台部分104。旋转构台部分104由总体静止的构台部分102经由轴承(未示出)等可旋转地支撑。
[0016]诸如X射线管的辐射源106由旋转构台部分104支撑，并且绕纵或z轴110围绕检查区108与旋转构台部分104 —起旋转。源准直器112对辐射源106发射的辐射进行准直，产生穿过检查区108的通常锥形、扇形、楔形或其它形状的辐射束。
[0017]辐射源电压控制器114控制辐射源106的平均发射电压。在一个实例中，辐射源电压控制器114例如在从IOkVp至160kVp的范围的多个电压之间、在扫描与扫描之间、在扫描的积分时段(视图)之间、在积分时段内、和/或其它情况间切换或另外地改变发射电压。结果，能够生成并使用具有不同平均发射能量谱的辐射束来扫描对象或受试者。
[0018]通过非限制性范例，能够将辐射源电压控制器114配置为在SOkVp与140kVP之间切换发射电压。在此控制下，辐射源106发射具有第一能量谱(80kVp或140kVp)的第一辐射和具有不同的第二能量谱(140kVp或80kVp)的第二辐射。替代地，控制器14能够控制源106发射单个平均发射电压、SOkVp和/或140kVp以外的发射电压、和/或两个以上不同的发射电压。附加或替代地，成像系统100可以包括在x/y平面内相对于彼此以不同角度位置(例如，60、90、等度间隔)布置的两个或更多辐射源106，其中，至少两个辐射源106发射具有不同能量谱的辐射。
[0019]一或二维能量分辨探测器阵列116与辐射源106相关地对着与检查区108相对的角度弧，并且探测穿过检查区108的辐射。在示例的实施例中，能量分辨的探测器阵列116是谱探测器阵列并且包括光传感器阵列118和闪烁器阵列120，闪烁器阵列120在光传感器阵列118的光敏感侧上光学耦合至光传感器阵列118。能量分辨探测器阵列116布置在成像系统100中，使得穿过检查区108的辐射撞击闪烁器阵列120。
[0020]示例的探测器阵列116包括具有沿入射辐射的方向层叠的多个子闪烁器
122!.......122n (其中N等于或大于2)的竖直探测器，每一个闪烁器具有不同的谱灵敏
度并耦合至光传感器阵列118的对应的光传感器区124........124n。通常，子闪烁器
1221具有与较低能量光子对应的几何结构和材料，并且光传感器阵列118的光传感器区
124!........124n的谱灵敏度分别与子闪烁器1221.......122N的光发射谱匹配。在2007
年10月26日提交的名称为“Double Decker Detector for Spectral CT”的专利申请系列号11/912673中描述了该探测器的非限制性范例，于此通过引用并入了该申请的全部。
[0021]能量分辨探测器阵列116生成并输出能量分辨的投影数据，其包括独立的能量分辨的探测测量结果。通过范例，其中发射电压在两个不同的平均发射电压之间切换，并且探测器阵列116包括具有两个不同谱灵敏度并光学耦合至对应的光传感器层124的两个子闪烁器122，得到的投影数据将包括四(4)种独立的能量分辨的探测测量结果，表示两个发射电压和两个探测器谱灵敏度的四(4)种不同组合。在具有更多或更少的kVp切换的更多源106和/或具有更多或更少的探测层 的探测器的实施例中，能量分辨的投影数据可以包括更多或更少的独立的能量分辨的探测测量结果。
[0022]在替代实施例中，探测器阵列116是光子计数探测器阵列，其对探测光子作出响应而生成信号，该信号的峰幅度指示探测的X射线光子的能量。信号处理电子器件将探测的光子与对应于探测的光子的能量的能量范围相关联。该电子器件通常包括:脉冲整形器，其处理该信号并产生具有指示探测的光子的能量的峰幅度的诸如电压或电流的电信号；鉴别器，其将脉冲的幅度与根据不同能量水平设定的一个或多个能量阈值进行比较；计数器，其针对每一个阈值对该幅度超过阈值的次数进行计数；以及贮藏器(binner)，基于该计数而将探测的光子忙藏(bin)到能量仓(energy bin)或窗中。
[0023]投影数据处理器126被配置为处理能量分辨的投影数据。如以下更详细地描述的，在一个实例中，该处理包括，但不限于，使用基于似然性的途径来对投影域中的能量分辨的投影数据进行降噪。该降噪容许对较低光子统计量通道生成投影数据，该投影数据相对于对于降噪之前的较低光子统计量通道的投影数据较不嘈杂。具有较高光子统计量的投影数据的降噪可以导致具有基本上相同光子统计量或更好光子统计量的降噪的投影数据。在一个实例中，降噪使得在重建之前对投影域中的各种所需的谱测量结果中的噪声进行均衡(equalize)ο
[0024]暂时回到图2，示意性地示例了投影域处理器126的非限制性范例。在此实施例中，投影域处理器126包括对数似然性处理器202、降噪器204、以及算法库(algorithmbank) 206，该算法库具有一个或多个可以由对数似然性处理器使用的算法。
[0025]对数似然性处理器202将来自探测器阵列116的能量分辨的投影数据测量结果作为输入，并且在给定测得的数据的情况下基于用于测量结果的模型、来自库206的对数似然性算法、以及测量结果，来确定指示衰减的最可能分解的信号或值。降噪器204基于该模型利用该信号来对原始输入的能量分辨的投影数据测量结果进行降噪，产生降噪的能量分辨的投影数据测量结果。
[0026]在一个非限制性实例中，能够经由等式I中示出的模型来表示能量分辨的投影数据测量结果(Im):
[0027]等式1:
【权利要求】
1.一种用于处理投影域中的投影数据的方法，包括: 接收所述投影数据，其中，所述投影数据由谱探测器生成并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量；以及 对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一生成电子形式的降噪的测量结果，其中，所述降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
2.如权利要求1所述的方法，还包括: 基于用于所述测量结果的模型和所述对应的测量结果来生成指示对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一的最可能的衰减分解的信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述模型将所述测量结果建模为衰减线积分的函数。
4.如权利要求2至3中的任一项所述的方法，其中，生成所述降噪的测量结果包括基于所述模型和所述信号来生成所述降噪的测量结果。
5.如权利要求4所述的方法，其中，生成所述降噪的测量结果包括将所述信号代入所述模型中，并计算导致所述信号的测量结果，其中，所计算的测量结果是所述降噪的测量结果。
6.如权利要求2至5中的任 一项所述的方法，其中，生成所述信号包括最小化所述模型的负对数似然性。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述负对数似然性基于高斯噪声模型或泊松噪声模型之一。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，所述探测器是所述谱探测器或光子计数探测器。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，对所接收的投影数据测量结果进行降噪产生降噪的投影数据。
10.如权利要求9所述的方法，还包括: 重建所述降噪的投影数据并生成体积图像数据。
11.如权利要求10所述的方法，其中，重建所述降噪的投影数据包括执行所述图像数据的材料基分解，其中，至少对于所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一，对于所述降噪的投影数据的材料基分解噪声比对于所接收的投影数据的材料基分解的材料基分解噪声小。
12.—种系统,包括: 投影数据处理器(126)，其接收投影数据，所述投影数据由成像系统生成并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量，并且所述投影数据处理器(126)对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一的测量结果进行降噪，其中，所降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
13.如权利要求12所述的系统，所述投影数据处理器包括: 对数似然性处理器(202)，其基于最小化并入了所述测量结果的所述测量结果的模型的负对数似然性来确定对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一的最可能的衰减分解。
14.如权利要求13所述的系统，所述投影数据处理器包括: 降噪器(204)，其基于对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一的所述最可能的衰减分解来对所述测量结果进行降噪。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述降噪器通过将所述最可能的衰减分解代入所述模型中，并计算导致所述信号的测量结果，来对所述测量结果进行降噪，其中，所计算的测量结果是所降噪的测量结果。
16.如权利要求12至15中的任一项所述的系统，其中，所述投影数据处理器利用所降噪的测量结果来生成降噪的投影数据。
17.如权利要求16所述的系统，还包括: 重建器(128)，其重建所述降噪的投影数据，生成体积图像数据。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述重建器执行所述图像数据的材料基分解。
19.如权利要求12至18中的任一项所述的系统，其中，所述系统是计算机断层摄影成像系统。
20.一种方法，包括:处理由辐射敏感`探测器生成的投影数据，以基于最小化投影域中的所述投影数据的似然性来均衡所述投影数据的较低和较高光子统计量谱测量结果的噪声。
21.编码于计算机可读存储介质上的计算机可读指令，当所述计算机可读指令由计算系统的处理器运行时，所述计算机可读指令使得所述处理器: 接收投影数据，其中，所述投影数据由谱探测器生成并包括两个或更多独立的能量分辨的测量结果，其中，所述两个或更多测量结果中的至少之一具有第一光子统计量；以及对所述两个或更多测量结果中的具有所述第一光子统计量的所述至少之一生成电子形式的降噪的测量结果，其中，所述降噪的测量结果具有比所述第一光子统计量好的第二光子统计量。
【文档编号】G06T11/00GK103430216SQ201280013175
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】E·勒斯尔, R·普罗克绍 申请人:皇家飞利浦有限公司