CN112566554A - 成像系统探测器剪切引起的偏置校正 - Google Patents
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Abstract
一种系统(116)包括去对数器(202)，所述去对数器被配置为对取对数的数据进行去对数，以产生去对数的经剪切的数据。所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置。所述系统还包括均值估计器(204)，所述均值估计器被配置为估计未取对数的经剪切的数据的平均值。所述系统还包括校正确定器(206)，所述校正确定器被配置为基于未取对数的经剪切的数据的所估计的平均值来确定来对剪切引起的偏置进行校正。所述系统还包括加法器(210)，所述加法器被配置为利用所述校正来校正所述取对数的数据以产生经校正的取对数的数据。
Description
技术领域
以下总体涉及成像，并且更具体地涉及成像系统探测器剪切引起的偏置校正，并且在计算机断层摄影(CT)的具体应用中进行描述。
背景技术
CT扫描器包括：具有多个探测器像素的探测器阵列，每个探测器像素产生强度测量结果，所述强度测量结果指示沿着穿过对象的X射线光子的路径的X射线衰减；以及探测器电子设备，其至少利用模数(A/D)转换器来处理所述测量结果，所述模数转换器配置为执行对数运算，所述对数运算将数字化的测量值转换为衰减线积分。经由(一次或多次)校准和/或校正对衰减线积分进行预处理，然后对其进行重建以生成体积图像数据。
在低剂量CT成像应用中，例如，以30至50毫安秒(mAs)的剂量水平进行的肺癌筛查，在扫描过程中撞击探测器像素的X射线光子数至少在至少一些数据采集区间可能变得如此之低，以至于探测器输出信号是或者主要是探测器电子设备的电子噪声。在这种情况下，减去偏置信号后，某些测量结果将变为负。由于对于小于或等于零的值未定义对数运算，因此负值将“剪切”为较小的正值。
这种剪切会将测量结果的平均值偏移。遗憾的是，平均值的这种偏移在重建的体积图像数据中引入了暗的阴影伪影(在本文中称为“剪切引起的偏置”伪影)。该伪影降低了图像质量。这样，相对于没有剪切引起的偏置伪影的体积图像数据，体积图像数据的诊断质量可能受到损害。因此，存在对于一种减轻体积图像数据中这种剪切引起的偏置伪影的方法的未解决的需要。
发明内容
本文中描述的各方面解决以上提及的问题和其他问题。
在一个方面中，一种系统包括配置为对取对数的数据进行去对数以产生去对数的剪切的数据的去对数器。所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置。所述系统还包括均值估计器，所述均值估计器被配置为估计去对数的经剪切的数据的平均值。所述系统还包括校正确定器，所述校正确定器被配置为基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值来确定来对剪切引起的偏置进行校正。所述系统还包括加法器，所述加法器被配置为利用所述校正来校正所述取对数的数据以产生经校正的取对数的数据。
在另一方面中，一种计算机可读介质被编码有计算机可执行指令，所述计算机可读指令在由计算机的处理器运行时，使所述处理器：对取对数的数据进行去对数以产生去对数的经剪切的数据，所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置，估计所述去对数的经剪切的数据的平均值，基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值来确定对剪切引起的偏置的校正，并且利用所述校正来校正所述取对数的数据，以产生经校正的取对数的数据。
在另一方面中，一种方法包括对取对数的数据进行去对数以产生去对数的经剪切的数据，所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置。所述方法还包括估计所述去对数的经剪切的数据的平均值。所述方法还包括基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值来确定来对剪切引起的偏置的校正。所述方法还包括利用所述校正来校正所述取对数的数据以产生经校正的取对数的数据。
附图说明
本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本发明的限制。
图1示意性地图示了具有预处理电路的示例性成像系统，所述预处理电路至少包括剪切引起的偏置校正器。
图2示意性地图示了图1的预处理电路的示例。
图3图示了图1的预处理电路所采用的用于去除剪切引起的偏置伪影的示例校正功能。
图4图示了在没有本文描述的方法的情况下生成的图像，并且所述图像包括剪切引起的偏置伪影。
图5图示了利用本文中描述的方法产生的图像，以去除剪切引起的偏置伪影。
图6示意性地图示了图1的预处理电路的另一示例。
图7示意性地图示了图1的预处理电路的另一示例。
图8示意性地图示了图1的预处理电路的另一示例。
图9示意性地图示了图1的预处理电路的另一示例。
图10图示了根据本文中描述的(一个或多个)实施例的范例方法。
具体实施方式
以下描述了示例性成像系统，所述系统具有剪切引起的偏置校正器，所述剪切引起的校正器被配置为校正通过对数据的数学取对数操作引入到数据中的剪切引起的偏置。剪切引起的偏置校正减轻了重建的体积图像数据中的剪切引起的偏置伪影。
图1示意性地图示了成像系统100，例如，计算机断层摄影(CT)扫描器。合适的CT扫描器包括被配置用于非谱和/或谱成像的扫描器。
成像系统100包括体固定机架102和旋转机架104，旋转机架104由固定机架102可旋转地支撑并且围绕检查区域106关于z-轴旋转。成像系统100还包括辐射源108，例如X射线管。辐射源108由旋转机架104可旋转地支撑，与旋转机架104一起旋转，并且发出穿过检查区域106的X射线辐射。
成像系统100还包括探测器元件112的行的一维或二维探测器阵列110。探测器阵列110由旋转机架104在检查区域106对面沿着与辐射源108相对的角度弧可旋转地支撑。探测器阵列110与辐射源108协同旋转，探测穿过检查区域106的X射线辐射(即，X射线光子)，并生成指示探测到的X射线辐射的强度测量电信号。针对每个采集区间的一组测量值在本文中被称为视图。
成像系统100还包括配置为处理电信号的处理电子器件114。在该示例中，处理电子器件114包括将电信号数字化的模数(A/D)转换器。在一个实例中，A/D转换器被实现为电流-频率(I/F)转换器，所述I/F转换器生成具有与输入电流信号成比例的频率的脉冲的队列。在2001年11月7日提交的题为“Data Acquisition for Computed Tomography”的美国专利US6671345B2中描述了这样的转换器的示例，其全部内容通过引用并入本文。A/D转换器还取数字化信号的对数，产生衰减线积分(取对数的数据)。如本文所述，取对数操作将负值剪切，这将测量结果的平均值偏移(剪切引起的偏置)。
成像系统100还包括预处理电路116。所示的预处理电路116至少包括剪切引起的偏置校正器118和校准和/或校正(cal和/或cor)模块120。如下面更详细地描述的，剪切引起的偏置校正器118被配置为校正由取对数操作引入的剪切引起的偏置，从而产生经校正的取对数的数据。校准和/或校正模块120被配置为在剪切引起的偏置校正之前和/或之后执行对物理和/或分量效应的校准和/或校正。示例包括空气扫描校准、离焦辐射校正、射束硬化校正、散射校正、去噪和/或其他已知的CT校准和/或校正。
成像系统100还包括重建器122，重建器122被配置为重建预处理的取对数的数据并生成体积图像数据。对象支撑体124，例如卧榻，支撑检查区域106中的目标或对象。对象支撑体124可以与执行成像流程协调地移动，以便相对于检查区域106引导对象或目标，以加载、扫描和/或卸载对象或目标。操作者控制台126允许操作者控制系统100的操作，例如选择扫描协议、重建算法等。操作者控制台126包括诸如鼠标、键盘等的输入设备和诸如显示监视器的输出设备。
图2示意性地示出了预处理电路116的示例。
图示的剪切引起的偏置校正器118包括去对数器202。去对数器202被配置为从处理电子器件114对取对数的数据进行去对数，产生剪切的数据。如本文所讨论的，取对数操作剪切了负值，其永久丢失，并且去对数操作不恢复丢失的(剪切的)负值。
图示的剪切引起的偏置校正器118还包括平均值估计器204。平均值估计器204被配置为估计所述经剪切的数据的平均值。在一个实例中，这是通过将滤波器(例如3D平滑滤波器)应用于经剪切的数据并确定经平滑的数据的平均值来实现的。在另一个实例中，采用深度学习算法来估计经剪切的数据的平均值。本文中也预期其它方法。
图示的剪切引起的偏置校正器118还包括校正确定器206。校正确定器206被配置为基于经剪切的数据的平均值和预定校正函数208来确定对剪切引起的偏置的校正。图3图示了校正函数208的范例。在图3中，第一(y-)轴302表示未剪切的数据的平均值(即，真实平均值)，而第二(x-)轴304表示测量的数据的平均值。
第一曲线图306示出了未剪切的数据的真实均值与未剪切的数据的平均值的理论测量值之间的关系。该测量是理论上的，因为在取对数操作期间丢失的负值无法恢复。第一曲线图306示出了真实平均值与理论测量平均值之间的一对一关系。如图所示，在没有剪切的情况下，理论上测得的平均值等于或接近原始数据的真实平均值。
第二曲线308是剪切的数据的平均值的估计的曲线。从第二曲线308起，对于较高的平均值310，未剪切的数据的真实平均值与经剪切的数据的估计平均值之间的关系大约为一对一。然而，对于较低的平均值312，剪切的数据的平均值的估计结果非线性地下降。通过使用泊松和高斯随机变量的蒙特卡罗模拟，或者通过利用已知对象和管电流的校准扫描，和/或其他方式，来解析地生成第二曲线图308。
返回图2，并且进一步参考图3，校正确定器206将平均值的偏移(即剪切引起的偏置)确定为第一曲线图306和第二曲线图308的对应点之间的差。校正确定器206基于该偏移来生成低频校正。在一种情况下，校正是
其中，bias＝pm-pT，pm(d,r,v)表示经剪切的数据的测量平均值，pT(d,r,v)表示真实平均值，并且p(d,r,v)表示针对每个探测器元件d、行r和视图v的经剪切的数据。
图示的剪切引起的偏置校正器118还包括加法器210。加法器210将取对数的数据相加(-log(p))和校正
以生成经校正的取对数的数据
注意，校正不能简单地是偏置，至少因为由于对数运算的非线性，从去对数的数据中的每个点减去偏置会为接近零的噪声信号引入额外的偏置。
校准和/或校正模块120对经校正的取对数的数据执行校准和/或校正，并且重建器122重建校准和/或经校正的数据。
图4示出了具有剪切引起的偏置伪影的图像的示例，其表现为暗阴影，其沿着更长的路径更占优势，因为更多的光子被衰减并且更少的光子将到达探测器阵列110。图5示出了从与图4中的图像相同的测量结果重建的图像的示例，但是通过本文中描述的校正去除了剪切引起的偏置。相对于图4，暗阴影在图5的图像中被去除和/或减小。
图6示意性地示出了结合图2描述的预处理电路116的变型。在该变型中，校准和/或校正模块120对未校正的取对数的数据执行校准和/或校正，然后如本文所述地对针对剪切引起的偏置其进行校正，并重建以生成体积图像数据。
图7示意性地示出了结合图2描述的预处理电路116的另一变型。在该变型中，对未校正的取对数的数据执行校准和/或校正1201的第一集合，并且对经校正的取对数的数据执行校准和/或校正的第二集合1202。通常，此变型表示图2和图6的组合。
图8示意性地示出了结合图2描述的预处理电路116的另一变型。在该变型中，对未校正的取对数的数据执行校准和/或校正1201的第一集合，并且将部分校准和/或校正的数据传送到去对数器202，所述去对数器202如本文中所述地处理部分校准和/或校正的数据。
对部分校准和/或校正的数据执行校准和/或校正1202的第二集合，并传送到加法器210。在一个实例中，第一集合1201不包括去噪，而第二集合1202包括去噪。合适的去噪的示例在2013年4月17日提交的题为“Low Dose CT Denoising”的美国专利US 9031299B2中描述，所述专利通过引用整体并入本文。
图9示意性地示出了结合图2描述的预处理电路116的另一变型。在该变型中，对未校正的取对数的数据执行校准和/或校正1201的第一集合，并且将部分校准和/或校正的数据传送至去对数器202，校正和/或校正1202的第二集合对部分校准和/或校正的数据进行并且被传送到记录器加法器210，并且对经校正的取对数的数据执行校准和/或校正1203的第三第二集合。
图10图示了根据本文中描述的(一个或多个)实施例的范例方法。应当理解，以下动作的顺序不是限制性的，并且本文考虑了其他顺序，例如其他串行处理和/或并行处理。
在1002，执行扫描，产生强度测量结果。
在1004，对强度测量结果取对数，创建取对数的数据，所述数据包括剪切引起的偏置，所述偏置使测量结果的平均值偏移。
在1006，如本文中所描述的和/或以其他方式，针对剪切引起的偏置校正取对数的数据。可以在剪切引起的偏置校正之前和/或之后执行对物理和/或分量效应的校准和/或校正。
在1008，重建经校正的取对数的经剪切的数据以生成体积图像数据。
以上可以通过被编码在或嵌入在计算机可读介质(其排除暂态介质)中计算机可读指令的方式来实施，所述计算机可读指令在由(一个或多个)处理器(例如，中央处理单元(CPU)，微处理器等)运行时，令所述(一个或多个)处理器执行本文中所描述的动作。额外地或者替代地，计算机可读指令中的至少一个由不是计算机可读存储介质的信号、载波或其他瞬时介质来承载。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以实现权利要求书中记载的若干项的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
可以将计算机程序存储/分布在与其它硬件一起提供或者作为其它硬件的部分提供的诸如光存储介质或者固态介质的合适介质上，但是还可以以诸如经因特网或者其它有线或无线电信系统的其它形式分布。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (20)
1.一种系统(116)，包括
去对数器(202)，其被配置为对取对数的数据进行去对数以产生去对数的经剪切的数据，所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置；
均值估计器(204)，其被配置为估计所述去对数的经剪切的数据的平均值；
校正确定器(206)，其被配置为基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值来确定对所述剪切引起的偏置的校正；以及
加法器(210)，其被配置为利用所述校正来校正所述取对数的数据以产生经校正的取对数的数据。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
校正函数(208)，其中，所述校正确定器还被配置为基于所述校正函数来确定所述校正。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述校正函数指示平均值在未经剪切的数据的真实平均值与去对数的经剪切的数据的平均值之间的偏移，所述未经剪切的数据被取对数以创建所述取对数的数据。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，还包括：
校准和/或校正模块(120)，其被配置为应用一个或多个校准和/或一个或多个校正。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述校准和/或校正模块被配置为将所述一个或多个校准和/或一个或多个校正应用于所述经校正的取对数的数据。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述校准和/或校正模块被配置为将所述一个或多个校准和/或一个或多个校正应用于所述取对数的数据。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述校准和/或校正模块被配置为：将校准和/或校正的一个或多个集合应用于所述取对数的数据，并且将校准和/或校正的不同集合应用于所述经校正的取对数的数据。
8.一种包括根据权利要求1所述的系统的计算机断层摄影成像系统(100)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的系统，还包括：
重建器(122)，其被配置为重建所述经校正的取对数的数据以产生体积图像数据。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的系统，还包括：
探测器阵列(110)；以及
所述探测器阵列的处理电子器件(114)，所述处理电子器件被配置为响应于探测到X射线辐射而生成所述取对数的数据。
11.一种编码有计算机可执行指令的计算机可读介质，其中，所述计算机可执行指令在由处理器执行时使所述处理器：
对取对数的数据去对数以产生去对数的经剪切的数据，所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置；
估计所述去对数的经剪切的数据的平均值；
基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值，确定对所述剪切引起的偏置的校正；并且
利用所述校正来校正所述取对数的数据，以产生经校正的取对数的数据。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，所述指令还使所述处理器：
基于校正函数来确定所述校正。
13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中，校正函数指示平均值在未经剪切的数据的真实平均值与所述去对数的经剪切的数据的平均值之间偏移。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的计算机可读介质，其中，所述指令还使所述处理器：
在校正所述取对数的数据之前和/或之后，应用一个或多个校准和/或一个或多个校正。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的计算机可读介质，其中，所述指令还使所述处理器：
重建所述经校正的取对数的数据以产生体积图像数据。
16.一种方法，包括：
对取对数的数据去对数以产生去对数的经剪切的数据，所述取对数的数据包括衰减线积分和剪切引起的偏置；
估计所述去对数的经剪切的数据的平均值；
基于所述去对数的经剪切的数据的所估计的平均值，确定对所述剪切引起的偏置的校正；以及
利用所述校正来校正所述取对数的数据，以产生经校正的取对数的数据。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于校正函数来确定所述校正。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，校正函数指示平均值在未经剪切的数据的真实平均值与所述去对数的经剪切的数据的平均值之间偏移。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法，还包括：
在校正所述取对数的数据之前和/或之后，应用一个或多个校准和/或一个或多个校正。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，还包括：
重建所述经校正的取对数的数据以产生体积图像数据。
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