专利名称：欠采样多能量计算机断层摄影(ct)数据采集数据处理的制作方法
技术领域：
下文通常涉及计算机断层摄影(CT)，并且更具体地涉及从欠采样多能量kVp切换计算机断层摄影(CT)数据采集中在多个固定kVp值处确定完全采样正弦图，以及涉及处理固定kVp正弦图和/或原始混合kVp正弦图以在不降低空间分辨率的情况下降低噪声。
背景技术：
计算机断层摄影(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在其中的对象或受检者的部分的辐射。通过双能量CT，所述管的发射光谱在至少不同发射光谱间切换。探测器探测穿过检查区域的辐射并且生成指示探测的辐射的投影数据。重建器将投影数据重建并且生成指示在检查区域中的对象或受检者的部分的体积图像数据。图像处理器能够用于生成一个或多个解剖图像和/或来自体积图像数据的光谱分离图像。切换所述管的发射光谱的一种方式是在两个不同能量级之间切换管电压(“kVp切换”)。遗憾的是，kVp切换令较低能量数据采集的数据和较高能量数据采集的数据都是欠采样。因此，可能在解剖图像中以及在用于光谱分离的图像中引入条纹伪影。另外，由于在较高kVp等级的积分周期(IP)和较低kVp等级的积分周期(IP)之间的光子统计学变化，在给定分辨率和噪声等级的情况下，用于获得或者解剖图像或者光谱分离图像所需的剂量相对于用于固定kVp数据采集的剂量有所增长。换言之，在不同积分周期(IP)之间的光子统计学的变化降低了总体剂量利用，或者针对给定的图像分辨率和噪声等级，需要更高的患者剂量。
发明内容
本申请的各方面解决了上面提及的问题和其他问题。根据一个方面，一种方法包括从欠采样混合kVp正弦图中提取针对预先确定的感兴趣kVp的完全采样固定kVp正弦图,所述欠采样混合kVp正弦图由切换kVp计算机断层摄影扫描生成。根据另一方面，一种方法包括固定正弦图提取器，所述固定正弦图提取器从来自切换kVp计算机断层摄影扫描的欠采样混合kVp正弦图中提取完全采样固定kVp正弦图。根据另一方面，一种方法包括通过平滑正弦图的较低kVp测量结果和锐化正弦图的较高kVp测量结果，对从欠采样混合kVp正弦图提取的完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
本发明可以采取各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应将其解释为限制本发明。图1图示了与固定kVp正弦图 提取器和降噪器连接的成像系统。图2示出了示例的固定kVp正弦图提取器。
图3图示了示例的调制周期。图4示出了示例的降噪器。图5图示了示例的方法，其用于从欠采样混合kVp正弦图中提取完全采样固定kVp正弦图。图6图示了示例的方法，其用于对从欠采样混合kVp正弦图中提取的完全采样固定kVp正弦图和/或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
具体实施例方式图1图示了一种成像系统，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器100。扫描器100包括固定机架102和旋转机架104，旋转机架104由固定机架120可旋转地支撑。旋转机架104绕检查区域106关于纵轴或z轴旋转。辐射源108，诸如X射线管，由旋转机架104支撑并且随旋转机架104绕检查区域106旋转。辐射源108发射穿过检查区域106的辐射。管电压控制器110控制辐射源108的电压并且因此控制辐射 源108的发射光谱。图示的管电压控制器110被配置用于在扫描过程中在至少两个不同峰值电压间切换辐射源108的电压。通过非限制性例子的方式，在一个实例中，管电压控制器110被配置用于在SOkVp和140kVp (或其他期望的光谱差)之间切换源电压。管电压控制器110能够采用慢速kV切换算法(例如，在大约几毫秒上)或快速kV切换算法(例如，对于亚毫秒周期时间)。辐射敏感探测器阵列112探测穿过检查区域106的辐射并且生成指示探测的辐射的X射线衰减系数线积分(投影数据)的正弦图。对于多kVp数据采集，所述投影数据包括针对每个不同kVp的欠采样混合kVp线积分。投影数据处理器118处理所述线积分。在图示的实施例中，投影数据处理器118在相应的线积分上至少执行kVp相关的基于水的射术硬化校正。在本文中，也考虑不同的和/或其他的处理。固定kVp提取器120从处理的欠采样混合kVp正弦图确定在不同固定kVp值中的完全采样kVp正弦图。如在下面更详细描述的，固定kVp提取器120将测量的所述欠采样混合kVp正弦图考虑为在不同kVp值中的完全采样固定kVp正弦图和局部kVp调制正弦图(例如，从最小kVp到最大kVp)的总和，并且基于所述欠采样混合kVp正弦图和局部kVp调制正弦图的估计提取所述完全采样kVp正弦图。降噪器122对正弦图降噪，所述正弦图包括所述欠采样混合kVp正弦图和/或提取的完全采样固定kVp正弦图。如在下面更详细描述的，在一个实例中，这包括平滑正弦图的较低kVp测量结果和/或锐化正弦图的较高kVp测量结果，以降低噪声，同时保持相同的平均空间分辨率。这可以在没有管电流调制的情况下帮助缓解降低的剂量利用，所述降低的剂量利用是由于在较低kVp处的积分周期和在较高kVp处的积分周期间的光子统计学变化导致。根据第一方面,重建器124重建在不同固定kVp值中的所述完全采样kVp正弦图，并且使用合适的多能量重建算法生成体积图像数据。得到的图像数据通常相对于其中重建器124重建欠采样投影数据的配置会有更少的条纹伪影。额外地，或者备选地，能够在图像域中执行光谱分离，例如，以用于分离材料，所述材料诸如组织，造影剂等。也能够通过将完全采样投影数据分解为多个基础材料，在投影域中执行光谱分离。患者支撑物126，诸如躺椅，将患者支撑在检查区域106中，并且患者支撑物126可沿z轴与旋转机架104的旋转协调地移动以便于螺旋的、轴向的或其他期望的扫描轨迹。通用计算系统起操作者控制台128的作用，并且所述通用计算系统包括诸如显示器的输出装置以及诸如键盘、鼠标和/或其他等的输入装置。常存于控制台126上的软件允许操作者控制系统100的运行，例如，允许操作者选择多kVp切换数据采集，多kVp重建算法，投影域和/或图像域光谱分离算法等。应该理解，固定kVp确定器120和/或降噪器122能够由执行编码在诸如物理存储器的计算机可读存储介质上的一个或多个计算机可读指令的一个或多个处理器实施。额外地，或者备选地，所述指令可以包含于信号或载波中。所述(一个或多个)处理器和/或所述存储介质能够为控制台128和/或诸如一个或多个计算机的一个或多个计算系统的部分。在另一实施例中，省略了固定kVp确定器120。在又一实施例中，省略了降噪器122。图2图示了固定kVp正弦图提取器120的例子。平均调制确定器202确定了测量的所述欠采样混合kVp正弦图的衰减线积分的平均调制特征图。在这个例子中，平均调制确定器202确定测量的所述欠采样混合kVp正弦图的在单个调制周期上的平均调制特征图。图3示出了针对在80kVp和140kVp之间切换X射线管电压的示例的切换周期，在图3中，y轴302代表管电压并且X轴304代表在多个切换周期308内的读数或测量结果306。在图示的例子中，每个切换周期308包括十二个(12)读数306，并且通过将线积分的调制周期在三维正弦图的所有周期308上进行平均，获得所述平均调制特征图。回到图2，滤波器204将测量的所述欠采样混合kVp正弦图与沿积分周期(IP)轴取向的一维(ID)有限冲激响应(FIR)滤波器卷积。在非限制性的实例中，滤波器204能够乘以沿探测器像素平面的低通2D的FIR滤波器以降低卷积正弦图的噪声。在这个例子中，ID滤波器204是基于所述平均调制特征图定制的。通常，所述滤波器的作用是隔离并且强调所述平均调制特征图。平均卷积调制确定器206确定所述卷积正弦图的平均调制特征图。在这个例子中，这以与上述关于平均调制确定器202的方式基本上相似的方式实现。局部调制对平均正弦图确定器208确定所述卷积正弦图的局部调制强度相对于所述卷积正弦图的平均的正弦图。局部调制对平均正弦图确定器208包括比例确定器210，比例确定器210确定在周期内的调制对平均调制的比率。为此，针对在所述卷积正弦图中的每个读数，将读数的一维(1D)特征图与所述卷积正弦图的平均调制特征图比较，所述读数的一维(1D)特征图沿积分周期(IP)轴取向，其具有一个周期的长度并且以所述读数为中心。在这个例子中，比例确定器210基于方程I确定所述比率(scale):
方程1:
权利要求
1.一种方法，包括: 从欠采样混合kVp正弦图中提取针对预先确定的感兴趣kVp的完全采样固定kVp正弦图，所述欠采样混合kVp正弦图由切换kVp计算机断层摄影扫描生成。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 基于所述欠采样混合kVp正弦图生成局部kVp调制特征图的估计；以及 通过从所述欠采样混合kVp正弦图减去所述估计，提取所述完全采样固定kVp正弦图。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括: 通过将所述欠采样混合kVp正弦图的一维周期节段折叠在一起，生成一段切换周期的平均kVp调制特征图；以及 生成局部调制特征图幅度对所述平均调制特征图的幅度的比率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述欠采样混合kVp正弦图包括多个调制周期的二维或三维阵列，并且还包括: 通过将所述多个调制周期在调制周期上进行平均以生成单个平均调制周期，从而生成所述平均kVp调制特征图。
5.根据权利要求3到4中任一项所述的方法，还包括: 通过将所述欠采样混合kVp正弦图与定制用于检测kVp调制的卷积核进行卷积，从而生成卷积正弦图；以及 通过将所述卷积正弦图在所述调制周期上平均以生成所述一段切换周期的单个平均卷积特征图，从而生成所述卷积kVp正弦图的平均；以及 生成所述特征图沿所述卷积正弦图的一个切换周期的局部幅度与平均卷积特征图的幅度间的比率。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括: 生成指示所述卷积正弦图的局部特征图幅度与所述平均卷积特征图的幅度间的比率的局部信号比率； 生成指示在所述卷积正弦图的所述局部特征图和平均特征图间的相关性的相关系数；以及 用所述局部相关系数乘以所述局部信号比率。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括: 针对每个读数生成所述信号比率，获取在所述读数周围的周期，以及在用所述相关系数乘以比率之前，通过最小二乘法，计算所述比率。
8.根据权利要求6到7中任一项所述的方法，还包括: 基于平均非卷积调制特征图和所述局部信号比率，估计所述局部kVp估计。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中，所述切换kVp计算机断层摄影扫描比相应的固定kVp计算机断层摄影扫描具有更低的剂量。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，还包括: 对所述完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括: 通过平滑正弦图的较低kVp测量结果和锐化正弦图的较高kVp测量结果，对所述完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括: 将在一个切换周期上平均的正弦图读数的局部噪声最小化。
13.根据权利要求10到12中任一项所述的方法，其中，由于所述平滑和锐化，针对不同kVp线积分的噪声水平基本上是相同的。
14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法，其中，基于相应的欠采样混合kVp正弦图读数的噪声，估计在平滑和锐化之前提取的完全采样正弦图读数的噪声。
15.根据权利要求10到14中任一项所述的方法，其中，针对降噪正弦图的平均空间分辨率与对应于非降噪正弦图的平均分辨率大约相同。
16.一种系统(100),其包括: 固定正弦图提取器(120)，其从欠采样混合kVp正弦图中提取完全采样固定kVp正弦图，所述欠采样混合kV p正弦图来自切换kVp计算机断层摄影扫描。
17.根据权利要求16所述的系统，所述固定正弦图提取器包括: 平均调制确定器(202)，其确定所述欠采样混合kVp正弦图的调制周期上的平均调制特征图； 局部调制幅度对平均调制幅度确定器(208)，其基于卷积欠采样混合kVp正弦图和所述卷积欠采样混合kVp正弦图的平均； 局部调制估计器(214)，其基于所述平均调制特征图和所述局部调制幅度对平均调制幅度的比率特征图，估计局部调制；以及 基于所述欠采样混合kVp正弦图和所述局部调制估计，生成所述固定kVp正弦图。
18.根据权利要求17所述的系统，所述固定正弦图提取器包括: 通过从所述欠采样混合kVp正弦图减去所述局部调制估计，生成所述固定kVp正弦图。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的系统，还包括: 降噪器，其对所述完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的系统，还包括: 管电压控制器(110)，其在范围从80kVp到140kVp的两个不同电压间切换所述系统(100)的辐射源(108)的电压。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述完全采样固定kVp正弦图或者在这个kVp范围内或者在这个kVp范围外。
22.根据权利要求16到21中任一项所述的系统，其中，所述切换kVp计算机断层摄影扫描比生成相应完全采样固定kVp正弦图的相应固定kVp计算机断层摄影扫描具有更低的剂量。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述固定kVp计算机断层摄影扫描在最高切换kVp处执行。
24.根据权利要求16到23中任一项所述的系统，其中，所述固定正弦图提取器允许相对于固定kVp计算机断层摄影扫描减小剂量。
25.—种方法,其包括: 通过平滑正弦图的较低kVp测量结果和锐化正弦图的较高kVp测量结果，对从欠采样混合kVp正弦图提取的完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
26.根据权利要求25所述方法，其中，针对不同kVp线积分的噪声水平基本上是相同的，并且针对降噪正弦图的平均空间分辨率与对应于非降噪正弦图的平均分辨率大约相同。
27.根据权利要求25到26中任一项所述的方法，还包括: 基于所述欠采样混合kVp正弦图生成局部kVp调制正弦图的估计；以及 通过从所述欠采样混合kVp正弦图减去所述估计，提取所述完全采样固定kVp正弦图。
28.一种方法，其包括: 从欠采样数据生成完全采样kVp正弦图；以及 基于所述完全采样kVp正弦图重建图像以大幅度地减少如果重建所述欠采样数据则出现的 条纹伪影。
全文摘要
一种方法，其包括从欠采样混合kVp正弦图提取针对预先确定的感兴趣kVp的完全采样固定kVp正弦图，所述欠采样混合kVp正弦图由切换kVp计算机断层摄影扫描生成。一种系统，其包括固定正弦图提取器，所述固定正弦图提取器从来自切换kVp计算机断层摄影扫描的欠采样混合kVp正弦图提取完全采样固定kVp正弦图。一种方法，其包括通过平滑正弦图的较低kVp测量结果和锐化正弦图的较高kVp测量结果，对从欠采样混合kVp正弦图提取的完全采样固定kVp正弦图或所述欠采样混合kVp正弦图中的至少一个降噪。
文档编号G01N23/04GK103179905SQ201180051662
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年10月27日
发明者G·谢克特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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