CN102576468A - 用于锥形射束ct图像中的伪影减少的方法 - Google Patents

Abstract

一种方法包括通过沿z轴(108)方向处理3D体图像数据来减少3D体图像数据中的构造伪影，所述3D体图像数据是利用成像系统(100)产生的重建投影数据生成的。所述3D体图像数据包括构造伪影，所述构造伪影在z轴方向具有高频率分量并在x-y平面之内具有较低频率分量。

Description

用于锥形射束CT图像中的伪影减少的方法

下文总体涉及从重建投影数据(三维(3D)体图像数据)生成的图像中的伪影减少，并且尤其应用于计算机断层摄影(CT)。然而，本发明也适用于其他医学成像应用和非医学成像应用。

多切片计算机断层摄影(CT)扫描器包括安装在可旋转机架上的X射线管，所述机架关于纵向或z轴绕检查区域旋转。X射线管发射贯穿检查区域和其中的受检者或对象的辐射。二维探测器阵列在检查区域的与X射线管相对的对侧成一角度弧。探测器阵列包括多行探测器，其相对于彼此排列并沿z轴延伸。探测器探测贯穿检查区域的辐射并生成指示该辐射的投影数据。重建器处理投影数据并重建指示该数据的三维(3D)体图像数据。处理该体图像数据以生成受检者或对象的一幅或多幅图像。

遗憾的是，使用薄切片方案从投影数据(三维(3D)体图像数据)重建的图像由于z轴(或探测器行)方向上的欠采样(基于奈奎斯特-香农采样定理)而包含伪影。该伪影在文献中被称为“展伸状(splay)”或“风车状(windmill)”伪影。减少这样的伪影的一种方法是重建更厚的切片(例如，采集厚度的两倍)从而满足奈奎斯特采样标准。然而，这会导致图像的不希望的z分辨率模糊。

另一种方法包括在数据采集的每个整合期(integration period)之间在z方向上移动X射线管的焦斑，使得探测器位置在每个整合期之间大致错动探测器行的1/2。遗憾的是，这需要在X射线管方面的重大技术发展并且在不显著增加管的成本的情况下并不适用于较旧的扫描器。另一种方法是对数据进行适度地升采样以动态平滑在投影数据中检测到的大的梯度。然而，对梯度的这种平滑可能导致重建图像中精细结构的模糊。

本申请的各方面解决了上述问题和其他问题。

根据一个方面，一种方法，包括通过沿z轴方向处理3D体图像数据来减少3D体图像数据中的构造伪影，所述3D体图像数据是利用成像系统产生的重建投影数据生成的。所述3D体图像数据包括构造伪影，所述构造伪影在z轴方向具有高频率分量，而在x-y平面内具有较低频率分量。

在另一实施例中，一种计算机可读存储介质，其包含指令，当所述指令由计算机运行时，令计算机执行如下动作：沿z轴方向处理3D体图像数据，以去除与构造伪影对应的较高频率分量，从而减少所述3D体图像数据中的构造伪影，其中，所述3D体图像数据是利用成像系统产生的重建投影数据生成的。

在另一实施例中，伪影减少器包括去噪器处理器，其对沿z轴方向从3D体图像数据的副本选择的第一数据去噪，并且然后对在x-y平面中从3D体图像数据的副本选择的第二数据去噪。伪影减少器还包括减法器处理器，所述减法器处理器在对x-y平面中的数据进行选择和去噪之前从3D体图像数据的副本减去经去噪的z轴方向数据，并且在经去噪的z轴数据被取代为3D体图像数据的副本之后从3D体图像数据减去经去噪的第二数据。

根据另一方面，一种方法，包括从3D体图像数据减去一组经去噪的轴向切片，其中，经去噪的轴向切片使不与构造伪影对应的较高频率分量，包括噪声，恢复为图像数据。

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，而不应认为其对本发明构成限制。

图1图示了范例成像系统，连同减少3D体图像数据中的伪影的伪影减少器。

图2图示了图1中的处理冠状切片和矢状切片以减少伪影的伪影减少器的范例。

图3图示了图1中的处理z线以减少伪影的伪影减少器的范例。

图4图示了使用图2中的伪影减少器的方法。

图5图示了使用图3中的伪影减少器的方法。

图1图示了成像系统100，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器。成像系统100包括总体静止的机架102和旋转机架104。旋转机架104由静止机架102可旋转地支撑并关于纵向或z轴108绕检查区域106旋转。患者支撑物110，例如卧榻，支撑检查区域106中的诸如人类患者的受检者或对象。

辐射源112，诸如X射线管，由旋转机架104支撑。辐射源112从焦斑发射辐射并且所述辐射贯穿检查区域106。源准直器对所述辐射进行准直以形成通常为锥形、楔形、扇形或其他形状的辐射束。二维辐射敏感探测器阵列114跨检查区域106与辐射源112相对成一角度弧。探测器阵列114包括沿z轴108方向延伸的多行探测器。探测器阵列114探测贯穿检查区域106的辐射并生成指示所述辐射的投影数据。经由控制器等配置所图示的辐射源112，使得焦斑能够在数据采集整合期之间在轴向或x/y平面(横穿z轴)中移动探测器行的一半。

通用计算系统或计算机充当操作员控制台118。控制台118的处理器执行控制台118上的计算机可读指令，其允许操作员控制系统100的运行，诸如选择扫描方案(例如，较高分辨率、较薄切片方案)、激活和停用在x/y平面中的焦斑移动、开始扫描、终止扫描等等。

重建器120重建投影数据并生成指示所述投影数据的三维(3D)体图像数据。在使用较高分辨率、较薄切片方案的情况下(例如，切片厚度介于探测器行的尺寸的一倍和二倍之间)，3D体图像数据可能包括沿z轴方向具有较高频率分量并在x-y平面中具有较低频率分量的伪影。在一种情况下，较高的频率涉及在z方向上具有强烈图像间变化或所有其他图像的强烈变化的伪影，而低的频率涉及x-y图像中针对两个或四个像素的组相对恒定的伪影。存储器122可以用于存储3D体图像数据。存储器122可以包括本地或远程存储器，或者诸如便携式存储器的其他存储器，等等。

伪影减少器124减少3D体图像数据中的伪影，包括由于沿z轴的欠采样导致的伪影，诸如像风车状(或展伸状)伪影的构造伪影。如下面更详细描述的，这包括处理3D体图像数据以减少与z轴方向上的构造伪影对应的较高频率分量，同时保留其他较高频率分量。这允许减少构造伪影，同时保留具有高z向梯度(精细细节)结构的z轴分辨率。可以将伪影减少器124实施为由处理器执行的计算机可读指令。

应当认识到，可以将相似的过程用于消除能够被隔离出的任何伪影，使得存在其中的伪影是高频率的至少一个平面和其中的伪影是低频率的一些其他平面。例如，在没有x-y焦斑偏移的CT系统中，可能发生混叠伪影，该伪影在x-y平面中是高频率的。对于在z方向具有低频率变化的这种伪影，伪影减少器124可以被用于通过首先处理x-y平面，形成差(difference)图像，并且然后通过处理差图像数据的x-z平面或y-z平面来减少这些伪影。

在所图示的实施例中，伪影减少器124是系统100的一部分，但与控制台118分离。在另一实施例中，伪影减少器124是控制台118的一部分。在又一实施例中，使伪影减少器124位于距系统100的远处，例如，在系统100所处的检测室之外的工作站中。仍是在另一实施例中，伪影减少器124是重建器120的一部分。

图2图示了伪影减少器124的范例。数据选择器202有选择地选择3D体图像数据中的图像的子集，其包含最小数量的图像，所述数量可能取决于所选择的特定去噪算法。所图示的数据选择器202被配置成在3D体图像数据中的冠状、矢状和轴向切片之间交替地进行选择。

冠状切片处理器204生成所选择的冠状切片的副本，并且矢状切片处理器206生成所选择的矢状切片的副本。处理器204和206采用去噪器208从(或初始选择的)冠状切片和矢状切片的副本去除噪声以及构造伪影。轴向切片处理器210采用去噪器208对所选择的轴向切片去噪。

在所图示的实施例中，去噪器208基于在L.Rudin、S.Osher和E.Fatemi的“Nonlinear total variation based noise removal algorithms”，Physica D 60，259-268，1992一文中所描述的Rudin/Osher/Fatemi算法。其他实施例可能采用其他算法(例如，低通滤波、非线性自适应滤波、图像正规化、非线性去噪，等等)，其减少了与构造伪影对应的较高频率分量，同时保留了基本图像的真正边缘。

减法器212分别从初始选择的冠状和矢状切片(或其副本)减去(或初始选择的)冠状和矢状切片的经去噪的副本，形成差冠状和矢状切片。差切片表示从初始选择的冠状和矢状切片去除的伪影。该减法可以是简单减法或加权减法。

重建图像数据更新器214利用差冠状和矢状切片替换3D体图像数据的工作副本中的冠状和矢状切片。

减法器212还从具有替换的差冠状和矢状切片的3D体图像数据减去经去噪的轴向切片。在一种情况下，这具有使不对应于构造伪影但被冠状和矢状切片的去噪去除的高频率分量恢复的效果。在一些情况下，这可能便于使在对冠状和矢状切片的去噪过程中被去除的在视觉上舒适的分量恢复。

在图2中，在从3D体图像数据选择矢状切片之前，处理冠状切片并将其插入到3D体图像数据中。在另一实施例中，顺序是相反的，在从3D体图像数据选择冠状切片前，处理矢状切片并将其插入到3D体图像数据中。在任一种情况下，在冠状和矢状差切片被插入到3D体图像数据中之后，选择并处理轴向切片。

在以上范例中，经去噪的冠状和/或矢状切片被用于生成在3D体图像数据中进行替换的差冠状和/或矢状切片。在另一实施例中，直接从3D体图像数据减去经去噪的冠状和/或矢状切片。

图3图示了伪影减少器124的另一范例。在这一实施例中，数据选择器202从3D体图像数据选择z线。通过选择特定的x和y坐标并获取那些坐标所处的空间中沿z轴的所有体素来形成z线。

z线处理器302生成所选择的z线的副本。z线处理器302采用去噪器208从(或初始选择的)z线的副本去除与构造伪影对应的噪声(高频率分量)。在图示的实施例中，经去噪的z线取代结合图2所描述的经去噪的冠状和矢状切片。合适的去噪算法包括一维(1D)或其他去噪算法。

减法器212从初始选择的z线(或其副本)减去(或初始选择的)z线的经去噪的副本，形成差z线。差z线表示通过去噪从初始z线去除的伪影。同样地，该减法可以是简单减法或加权减法。

重建图像数据更新器214利用差z线替换3D体图像数据中的z线。然后，如上所述，轴向切片处理器210采用去噪器208对所选择的轴向切片去噪。

减法器212还从具有替换的差z线的3D体图像数据减去经去噪的轴向切片。与上文类似，这具有使不对应于构造伪影的高频率分量恢复、使在对冠状和矢状切片的去噪过程中被去除的在视觉上舒适的分量恢复的效果。

在上文的范例中，经去噪的z线被用于生成在3D体图像数据中进行替换的差z线。在另一实施例中，从3D体图像数据中直接减去经去噪的z线。

在图2和3两者中，伪影减少器124仅充分减少z轴方向上的较高频率分量，其对应于由于在z轴方向上的欠采样造成的构造伪影，诸如风车状伪影，其对结构的分辨率或者对利用3D体图像数据生成的图像的外观具有最小的影响。在另一实施例中，倾斜和/或弯曲的切片附加和/或备选地用于替换冠状和/或矢状切片。

图4图示了用于基于冠状和矢状切片减少构造伪影的范例方法。应当认识到，动作的顺序是出于解释性的目的，而非进行限制。亦即，动作中的一个或多个在该方法中可以较早或更晚发生。另外，可以执行更多的动作和/或省略动作中的一些。

在400，获得沿z轴方向具有较高频率分量并在x-y平面中具有较低频率分量的伪影的重建投影数据(3D体图像数据)。

在402，创建3D体图像数据的工作空间(working volume)。

在404，在该工作空间中识别一组冠状切片。

在406，生成该组冠状切片的副本。

在408，对该组冠状切片的副本去噪。

在410，从该组冠状切片的副本减去该组经去噪的冠状切片，形成一组差冠状切片。

在412，利用该组差冠状切片替换所述工作空间中对应组的冠状切片。

在414，在所述工作空间中识别一组矢状切片。

在416，生成该组矢状切片的副本。

在418，对该组矢状切片的副本去噪。

在420，从该组矢状切片的副本减去该组经去噪的矢状切片，形成一组差矢状切片。

在422，利用该组差矢状切片替换所述工作空间中对应组的矢状切片。

在424，在将冠状和矢状差切片插入到工作空间中之后，在所述工作空间中识别一组轴向切片。

在426，对所选择的轴向切片去噪。

在428，从初始3D体图像数据减去该组经去噪的轴向切片。

如本文所论述的，所得到的3D体图像数据相对于最初的3D体图像数据已经减少了构造伪影。

图5图示了用于基于z线减少构造伪影的另一种方法。应当认识到，动作的顺序是出于说明性的目的，而非进行限制。亦即，动作中的一个或多个在该方法中可以较早或更晚发生。另外，可以执行更多的动作和/或省略动作中的一些。

在500，获得沿z轴方向具有较高频率分量并在x-y平面中具有较低频率分量的伪影的重建投影数据(3D体图像数据)。

在502，创建3D体图像数据的工作空间。

在504，在该工作空间中识别一组z线。

在506，生成该组z线的副本。

在508，对该组z线的副本去噪。

在510，从该组z线切片的副本减去该组经去噪的z线，形成一组差z线。

在512，利用该组差z线替换所述工作空间中对应组的z线。

在514，在将该组差z线插入到所述工作空间中之后，在所述工作空间中识别一组轴向切片。

在516，对所选择的轴向切片去噪。

在518，从3D体图像数据减去该组经去噪的轴向切片。

同样地，所得到的3D体图像数据相对于最初的3D体图像数据已经减少了构造伪影。

本文所描述的伪影减少器124能够与医学和非医学成像系统一起使用，所述医学成像系统诸如是低端和高端CT扫描器，包括传统的、现代的和下一代的扫描器。这包括具有或者不具有在z轴或x-y方向上的焦斑移动能力的管的CT扫描器。还包括其他系统，诸如C形臂X射线装置，其能够进行断层摄影成像。应用包括普通放射医学，包括利用薄切片图像的方案(例如，CT血管造影术、骨/整形成像，等等)。

本文已经参考各实施例描述了本发明。他人在阅读和理解本文的说明之后，可以做出修改和变型。其意图是将本发明解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在权利要求书或与其等价的范围内。

Claims (26)

1.一种方法，包括：通过沿z轴(108)方向处理3D体图像数据来减少所述3D体图像数据中的构造伪影，所述3D体图像数据是利用成像系统(100)产生的重建投影数据生成的，其中，所述3D体图像数据包括构造伪影，所述构造伪影在所述z轴方向具有高频率分量并在x-y平面之内具有较低频率分量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述构造伪影对应于所述z轴(108)方向上的欠采样。

3.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其中，所述构造伪影是风车状伪影。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中，经处理的3D体图像数据的z轴分辨率与未经处理的3D体图像数据的z轴分辨率大致相同。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，其中，所述处理包括对所述3D体图像数据去噪。

6.根据权利要求1到5中的任一项所述的方法，还包括：

对所述3D体图像数据的工作空间中的一组冠状切片的副本去噪；

通过从所述一组冠状切片的副本减去所述一组的经去噪的冠状切片来生成一组差冠状切片；

利用所述差冠状切片取代所述工作空间中的所述一组冠状切片；

对所述工作空间中的一组矢状切片的副本去噪；

通过从所述一组矢状切片的副本减去所述一组的经去噪的矢状切片来生成一组差矢状切片；

利用所述差矢状切片取代所述工作空间中的所述一组冠状切片；

在所述工作空间中取代所述冠状差切片和所述矢状差切片之后，对所述工作空间中的一组轴向切片的副本去噪；以及

从所述3D体图像数据减去所述一组经去噪的轴向切片。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述经去噪的轴向切片恢复了不与所述构造伪影对应的较高频率分量，包括噪声。

8.根据权利要求1到5中的任一项所述的方法，还包括：

对所述3D体图像数据的工作空间中的一组z线的副本去噪；

通过从所述一组z线的副本减去所述一组经去噪的z线来生成一组差z线；

利用所述一组差z线取代所述工作空间中的所述一组z线；

在所述工作空间中取代所述一组差z线之后，对所述工作空间中的一组轴向切片的副本去噪；以及

从所述3D体图像数据减去所述一组经去噪的轴向切片。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述经去噪的轴向切片恢复了不与所述构造伪影对应的较高频率分量。

10.根据权利要求1到9中的任一项所述的方法，其中，所述处理减少了沿所述z轴的较高频率伪影分量。

11.根据权利要求1到10中的任一项所述的方法，其中，所述处理减少了沿所述x-y平面中的较高频率伪影分量。

12.根据权利要求1到11中的任一项所述的方法，其中，所述成像系统(100)包括未针对焦斑移动进行配置的辐射源(112)。

13.一种计算机可读存储介质，其包含指令，当所述指令由计算机运行时，令所述计算机执行如下动作：

沿z轴方向处理3D体图像数据以去除与构造伪影对应的较高频率分量，从而减少所述3D体图像数据中的所述构造伪影，其中，所述3D体图像数据是利用成像系统(100)产生的重建投影数据生成的。

14.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述构造伪影是风车状伪影。

15.根据权利要求13到14中的任一项所述的计算机可读存储介质，其中，所述存储介质还包含这样的指令，当所述指令由所述计算机运行时，令所述计算机执行如下步骤：

通过对所述3D体图像数据的副本的工作空间中的一组冠状切片去噪来生成一组经去噪的冠状切片；

通过从所述工作空间中的所述一组冠状切片减去所述一组的经去噪的冠状切片来生成一组冠状差切片；

利用所述冠状差切片替换所述工作空间中的所述一组冠状切片；

通过对所述工作空间中的一组矢状切片去噪来生成一组经去噪的矢状切片；

通过从所述工作空间中的所述一组矢状切片减去所述一组的经去噪的矢状切片来生成一组矢状差切片；

利用所述矢状差切片替换所述工作空间中的所述一组矢状切片；

在所述工作空间中替代所述冠状差切片和所述矢状差切片之后，对所述工作空间中的一组轴向切片去噪；以及

从所述3D体图像数据减去所述一组经去噪的轴向切片。

16.根据权利要求13到14中的任一项所述的计算机可读存储介质，其中，所述存储介质还包含这样的指令，当所述指令由所述计算机运行时，令所述计算机执行如下步骤：

通过对所述3D体图像数据的工作空间中的一组z线去噪来生成一组经去噪的z线；

通过从所述工作空间中的副本中的所述一组z线减去所述一组的经去噪的z线来生成一组z线差；

利用所述z线差切片替换所述工作空间中的所述一组z线；

在所述工作空间中替换所述一组z线差之后，对所述工作空间的一组轴向切片去噪；以及

从所述3D体图像数据减去所述一组经去噪的轴向切片。

17.根据权利要求15到16中的任一项所述的计算机可读存储介质，其中，所述经去噪的轴向切片恢复了不与所述构造伪影对应的较高频率分量。

18.根据权利要求13到17中的任一项所述的计算机可读存储介质，其中，所述3D体图像数据具有伪影，所述伪影沿z轴具有较高频率分量并沿横穿所述z轴的平面具有较低频率分量。

19.一种伪影减少器(124)，包括：

去噪器处理器(208)，其对沿z轴方向从3D体图像数据的副本选择的第一数据去噪，并且然后对在x-y平面中从所述3D体图像数据的副本选择的第二数据去噪；以及

减法器处理器(212)，其在对所述x-y平面中的所述数据进行选择和去噪之前从所述3D体图像数据的副本减去经去噪的第一数据，并且在将所述经去噪的z轴数据取代为所述3D体图像数据的副本之后从所述3D体图像数据减去经去噪的x-y平面数据。

20.根据权利要求19所述的伪影减少器(124)，其中，对所述冠状切片或所述矢状切片中的一个去噪，并从所述3D体图像数据的副本将其减去，并且然后对其他所述冠状切片或所述矢状切片去噪，并从所述3D体图像数据的副本将其减去。

21.根据权利要求19所述的伪影减少器(124)，其中，所述第一数据与所述3D体图像数据的副本中的z线对应。

22.根据权利要求19到21中的任一项所述的伪影减少器(124)，其中，所述伪影减少器(124)减少了所述3D体图像数据中的构造伪影。

23.根据权利要求19到22中的任一项所述的伪影减少器(124)，其中，在所述去噪和减法之前的所述3D体图像数据中的z轴分辨率与在所述去噪和减法之后的未经处理的3D体图像数据的z轴分辨率大致相同。

24.根据权利要求19到23中的任一项所述的伪影减少器(124)，其中，从所述3D体图像数据减去经去噪的第二数据恢复了不与所述构造伪影对应的较高频率分量。

25.根据权利要求19到24中的任一项所述的伪影减少器(124)，其中，所述伪影减少器(124)是成像系统(100)的重建器(120)的一部分。

26.一种方法，包括：

从3D体图像数据减去一组经去噪的轴向切片，其中，所述经去噪的轴向切片使不与所述构造伪影对应的较高频率分量，包括噪声，恢复为图像数据。

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