JP7175875B2 - 統計的反復再構成および物質分解のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
m(n;p) (1)
式中、mは、測定された計数数であり、nは、ビュー時間、X線源kVpおよびmA、コリメーションなどのパラメータpで指定された特定の条件の真の入射計数数である。
ノイズ補正=(ノイズの従来のモデル)*(ノイズ補正係数) (6)
前述のように、ノイズ補正係数912は、異なる入力、異なるピクセル、異なるエネルギー、および異なる計数率に対して異なる数である。より具体的には、ノイズ補正係数912は、計数率などの入力の関数であり、電子機器のデッドタイムのような撮像システム100の特性などの複数のパラメータを有し、所与の計数率でパイルアップがどの程度発生するかを決定するのを支援する。
Wrescale=f(Wcorr) (13)
さらに、本明細書のさらなる態様によれば、統計的重み付け係数は、任意の測定値に適合するように適応的に調整され得る。理解されるように、光子計数の増加は、パイルアップの影響の重症度の増加をもたらす。本明細書の態様によれば、これらの投影光線の統計的重み付け係数は、これらの光線の重み付けを減少させるために低減され得る。特に、スケーリング関数は、検出された信号レベルに基づいて決定され得る。さらに、このスケーリング関数を使用して、測定値に基づいて統計的重み付け係数を適応的に調整し、再構成画像におけるパイルアップアーチファクトを抑制することができる。
102 物体/患者
108 医療撮像システム
110 取得サブシステム
112 処理サブシステム
114 ノイズ補正プラットフォーム
116 データリポジトリ
118 ディスプレイ
120 ユーザインターフェース
200 撮像システム
202 X線放射源
204 コリメータ
206 X線放射流
208 被験者、患者
210 X線の一部
212 検出器
214 システムコントローラ
216 回転サブシステム
218 線形位置決めサブシステム
220 X線コントローラ
222 モータコントローラ
224 データ取得システム
226 コンピュータ
228 メモリ
230 オペレータワークステーション
232 ディスプレイ
234 プリンタ
236 画像保管通信システム(PACS)
238 リモートシステム
300 CTスキャンシステム
302 フレーム
304 ガントリ
306 開口
308 患者テーブル
310 X線放射源
312 焦点
314 検出器アレイ
316 内部特徴
318 再構成画像
400 方法
402 ステップ
404 測定サイノグラム
406 ステップ
408 順モデル
410 ステップ
412 推定画像
414 ステップ
416 推定サイノグラム
418 ステップ
420 ステップ
422 統計的重み付け係数
424 画像更新
426 ステップ
428 ステップ
430 ステップ
500 方法
502 ステップ
504 測定サイノグラム
506 ステップ
508 パイルアップモデル
510 パイルアップ補正サイノグラム
512 ステップ
514 順モデル
516 ステップ
518 推定画像
520 ステップ
522 推定サイノグラム
524 ステップ
526 ステップ
528 統計的重み付け係数
530 画像更新
532 ステップ
534 ステップ
536 ステップ
600 方法
602 ステップ
604 システム特性
606 ステップ
608 モデル化されたシステム挙動
610 ステップ
612 測定されたシステム挙動
614 ステップ
616 順モデル
700 方法
702 ステップ
704 システム特性
706 ステップ
708 検出器特性
710 ステップ
712 モデル化されたシステム挙動
714 ステップ
716 測定されたシステム挙動
718 ステップ
720 順モデル
800 方法
802 ステップ
804 検出器パイルアップおよびデッドタイム特性
806 ステップ
808 ステップ
810 ステップ
812 検出器挙動モデル
814 ステップ
816 ノイズ補正係数
818 光子統計モデル
820 ステップ
822 統計的重み付け係数
900 方法
902 ステップ
904 検出器パイルアップおよびデッドタイム特性
906 ステップ
908 ステップ
910 ステップ
912 ノイズ補正係数
914 ステップ
916 従来のノイズモデル
918 統計的重み付け係数
1000 方法
1002 ステップ
1004 検出器パイルアップおよびデッドタイム特性
1006 ステップ
1008 ステップ
1010 検出器信号
1012 パイルアップ補正メトリック
1014 ステップ
1016 統計的重み付け係数
1100 方法
1102 推定サイノグラム
1104 測定サイノグラム
1106 ステップ
1108 ステップ
1110 統計的重み付け係数
1112 統計的に重み付けされた差
1114 ステップ
1116 画像更新
1200 グラフ表示
1202 X軸
1204 Y軸
1206 入力計数率に対するパイルアップ比の依存性のグラフ
1300 グラフ表示
1302 X軸
1304 Y軸
1306 パイルアップ補正係数
1308 パイルアップ補正係数の線形外挿
Claims (21)
- 再構成される物体(102、208)を撮像するための方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)であって、
撮像システム(100、200)を介して、再構成される前記物体(102、208)に対応する投影データを取得すること(402)と、
前記取得された投影データに基づいて測定サイノグラム(404、504、1104)を生成することと、
順モデル(408、514、616、720)を定式化すること(406)であって、前記順モデル(408、514、616、720)は、前記撮像システム(100、200)の特性(604、704)を表すことと、
前記物体(102、208)の推定画像(412、518)および前記順モデル(408、514、616、720)に基づいて推定サイノグラム(416、522、1102)を生成すること(414)と、
前記撮像システム(100、200)の検出器(212)のパイルアップ特性およびデッドタイム特性(804、904、1004)の少なくとも1つに基づいて統計的モデルを定式化すること(420)と、
前記統計的モデル、前記測定サイノグラム(404、504、1104)、および前記推定サイノグラム(416、522、1102)に基づいて前記推定画像(412、518)に対応する更新を決定することと、
前記決定された更新に基づいて前記推定画像(412、518)を更新し、前記物体(102、208)の更新画像を生成すること(428)と、
前記物体(102、208)の最終画像を出力すること(430)と
を含む、方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - 前記撮像システム(100、200)の前記検出器(212)の前記パイルアップ特性およびデッドタイム特性(804、904、1004)、ならびに前記撮像システム(100、200)のシステム特性(604、704)の少なくとも1つを取得することをさらに含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記順モデル(408、514、616、720)を定式化すること(406)は、前記システム特性(604、704)に基づいて前記撮像システム(100、200)の挙動をモデル化して(606)前記順モデル(408、514、616、720)を生成すること(614)を含む、請求項2に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記順モデル(408、514、616、720)を定式化すること(406)は、前記パイルアップ特性(804、904、1004)、前記デッドタイム特性(804、904、1004)、またはそれらの組合せに基づいて前記撮像システム(100、200)の挙動をモデル化することを含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルは、前記検出器(212)のパルス応答に基づいており、前記統計的モデルは、前記検出器(212)の測定計数の平均および分散におけるパイルアップの補正を含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 2つ以上の隣接する検出器チャネルに対応する検出器測定値および2つ以上のエネルギービンに対応する検出器測定値の1つまたは複数に基づいて前記統計的モデルの少なくとも1つのパラメータを推定することをさらに含む、請求項5に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルの少なくとも1つのパラメータを反復的に推定することをさらに含む、請求項5に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- ノイズ除去手法、分散低減手法、深層ニューラルネットワーク、またはそれらの組合せの少なくとも1つに基づいて前記統計的モデルの少なくとも1つのパラメータを推定することをさらに含む、請求項5に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルを定式化すること(420)は、
検出器挙動モデル(812)を生成する(810)ために、前記パイルアップ特性(804、904、1004)、前記デッドタイム特性(804、904、1004)、測定された検出器挙動、またはそれらの組合せの少なくとも1つに基づいて前記撮像システム(100、200)の前記検出器(212)の挙動をモデル化すること(806)と、
前記検出器挙動モデル(812)に基づいて1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)を決定すること(814)と、
前記1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)に少なくとも基づいて1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を決定すること(820)と
を含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - 前記1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)は、最低計数率に対して1の値を有し、前記1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)は、高い計数率に対して漸近的にゼロ値に近づく、請求項9に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルを定式化すること(420)は、
前記パイルアップ特性および前記デッドタイム特性(804、904、1004)の少なくとも1つに基づいてシミュレートされたノイズモデルを決定すること(906)と、
前記シミュレートされたノイズモデルを使用して前記撮像システム(100、200)の1つまたは複数の構成に対応するノイズをシミュレートすることと、
従来のノイズモデル(916)を使用して前記撮像システム(100、200)の前記1つまたは複数の構成に対応するノイズを測定すること(908)と、
前記シミュレートされたノイズを前記測定されたノイズと比較して1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)を決定すること(910)と、
前記1つまたは複数のノイズ補正係数(816、912)に少なくとも基づいて1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を決定すること(914)と
を含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - 測定信号のパイルアップを補償するために、前記1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を適応的に調整することをさらに含む、請求項11に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を適応的に調整することは、前記測定信号の検出された信号レベルに基づいてスケーリング関数を決定することを含み、前記スケーリング関数は、前記測定信号に基づいて前記1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を適応的に調整するように構成される、請求項12に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルを定式化すること(420)は、測定信号のパイルアップの物理に基づいてパラメトリック統計的モデルを導出することを含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 前記統計的モデルを定式化すること(420)は、
前記パイルアップ特性および前記デッドタイム特性(804、904、1004)の少なくとも1つに基づいて前記検出器(212)のパイルアッププロセスをシミュレートまたは測定すること(1006)と、
検出器信号(1010)に基づいて1つまたは複数のパイルアップ補正メトリック(1012)を決定すること(1008)であって、前記1つまたは複数のパイルアップ補正メトリック(1012)は、パイルアップ比、前記パイルアップに対して補正された信号、前記パイルアップに対応する欠陥信号の1つまたは複数を含むことと、
前記1つまたは複数のパイルアップ補正メトリック(1012)に少なくとも基づいて1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)を決定すること(1014)と
を含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - 前記推定画像(412、518)に対する前記更新を決定することは、
前記1つまたは複数の統計的重み付け係数(422、528、822、918、1016、1110)に基づいて前記測定サイノグラム(404、504、1104)と前記推定サイノグラム(416、522、1102)との間の統計的に重み付けされた差(1112)を決定すること(1108)と、
前記測定サイノグラム(404、504、1104)と前記推定サイノグラム(416、522、1102)との間の前記統計的に重み付けされた差(1112)に基づいて前記推定画像(412、518)に対する前記更新を算出すること(1114)と
を含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - パイルアップモデル(508)に基づいて前記測定サイノグラム(404、504、1104)を補正して(506)パイルアップ補正サイノグラム(510)を生成することと、
前記統計的モデルおよび前記パイルアップ補正サイノグラム(510)に基づいて前記推定画像(412、518)に対する前記更新を決定することと、
前記決定された更新に基づいて前記推定画像(412、518)を更新して更新画像を生成すること(534)と
をさらに含む、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。 - 前記測定サイノグラム(404、504、1104)は、基礎物質サイノグラム、エネルギービンサイノグラム、またはその両方である、請求項1に記載の方法(400、500、600、700、800、900、1000、1100)。
- 再構成される物体(102、208)に対応する投影データに基づいて測定サイノグラム(404、504、1104)を生成し、
順モデル(408、514、616、720)を定式化することであって、前記順モデル(408、514、616、720)は、撮像システム(100、200)の1つまたは複数の特性(604、704)を表し、
推定画像(412、518)、前記順モデル(408、514、616、720)、または前記推定画像(412、518)と前記順モデル(408、514、616、720)の両方に基づいて推定サイノグラム(416、522、1102)を生成し、
前記撮像システム(100、200)の検出器(212)のパイルアップ特性およびデッドタイム特性(804、904、1004)の少なくとも1つに基づいて統計的モデルを定式化し、
前記統計的モデルおよび前記推定サイノグラム(416、522、1102)に基づいて前記推定画像(412、518)に対応する更新を決定し、
前記決定された更新に基づいて前記推定画像(412、518)を更新し、前記物体(102、208)の更新画像を生成し、
前記物体(102、208)の最終画像を出力する
ように構成されたノイズ補正プラットフォーム(114)
を備える、システム(112)。 - 再構成される物体(102、208)を撮像するための撮像システム(100、200)であって、前記システム(100、200)は、
前記物体(102、208)に対応する投影データを取得するように構成された取得サブシステム(110)と、
前記取得サブシステム(110)と動作可能に関連付けられ、ノイズ補正プラットフォーム(114)を備える処理サブシステム(112)であって、前記ノイズ補正プラットフォーム(114)は、
前記物体(102、208)に対応する前記投影データに基づいて測定サイノグラム(404、504、1104)を生成し、
順モデル(408、514、616、720)を定式化することであって、前記順モデル(408、514、616、720)は、前記撮像システム(100、200)の特性(604、704)を表し、
推定画像(412、518)、前記順モデル(408、514、616、720)、または前記推定画像(412、518)と前記順モデル(408、514、616、720)の両方に基づいて推定サイノグラム(416、522、1102)を生成し、
前記撮像システム(100、200)の検出器(212)のパイルアップ特性およびデッドタイム特性(804、904、1004)の少なくとも1つに基づいて統計的モデルを定式化し、
前記統計的モデルおよび前記推定サイノグラム(416、522、1102)に基づいて前記推定画像(412、518)に対応する更新を決定し、
前記決定された更新に基づいて前記推定画像(412、518)を更新し、前記物体(102、208)の更新画像を生成し
前記物体(102、208)の最終画像を出力する
ように構成される処理サブシステム(112)と、
前記最終画像、前記更新画像、前記測定サイノグラム(404、504、1104)、前記推定サイノグラム(416、522、1102)の少なくとも1つを視覚化するように構成されたディスプレイ(118、232)と
を備える、システム(100、200)。 - 前記撮像システム(100、200)は、光子計数型コンピュータ断層撮影撮像システムである、請求項20に記載の撮像システム(100、200)。
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