RU2575405C2 - Low-dose computed tomography (ct) - Google Patents

Low-dose computed tomography (ct) Download PDF

Info

Publication number
RU2575405C2
RU2575405C2 RU2013102530/08A RU2013102530A RU2575405C2 RU 2575405 C2 RU2575405 C2 RU 2575405C2 RU 2013102530/08 A RU2013102530/08 A RU 2013102530/08A RU 2013102530 A RU2013102530 A RU 2013102530A RU 2575405 C2 RU2575405 C2 RU 2575405C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noise
projection
scanning
image data
variance
Prior art date
Application number
RU2013102530/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013102530A (en
Inventor
Гилад ШЕХТЕР
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority claimed from PCT/IB2011/051846 external-priority patent/WO2011161557A1/en
Publication of RU2013102530A publication Critical patent/RU2013102530A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575405C2 publication Critical patent/RU2575405C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to computed tomography. A method involves the stages of: eliminating a projection records noise from low-dose scanning of a projection area; the low-dose scanning matches with that one forming image records having the noise level, which is higher than a pre-set target noise in the image records; the projection records are reconstructed with the eliminated noise to form three-dimensional image records; the noise level of the image records is determined; the noise level is evaluated for the high-dose scanning image records; the high-dose scanning noise is related to the low-dose scanning noise, and the noise is eliminated in the three-dimensional image records within the image on the basis of the relation.
EFFECT: improvement of the quality of the three-dimensional images.
11 cl, 4 dwg

Description

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Нижеприведенное в общем относится к компьютерной томографии (CT) и находит конкретное применение в обнаружении и реконструкции CT-данных, а более конкретно в CT при малых дозах.The following generally relates to computed tomography (CT) and finds particular application in the detection and reconstruction of CT data, and more particularly in CT at low doses.

CT-сканеры испускают ионизирующее излучение, которое может вызывать повреждение живой ткани, приводя к повышению риска рака, опухолей и генетического повреждения при типичных дозах, и может вызывать ожоги на коже и/или потерю волос при больших дозах. Например, в литературе указано, что CT-исследование с эффективной дозой в десять (10) миллизиверт (мЗв) может быть ассоциировано с увеличением вероятности рака с фатальным исходом приблизительно на один (1) шанс из двух тысяч (2000).CT scanners emit ionizing radiation that can cause damage to living tissue, leading to an increased risk of cancer, tumors and genetic damage at typical doses, and can cause skin burns and / or hair loss at high doses. For example, the literature indicates that a CT study with an effective dose of ten (10) millisievert (mSv) may be associated with an increase in the likelihood of cancer with a fatal outcome by approximately one (1) chance out of two thousand (2000).

В литературе предложены различные подходы для того, чтобы уменьшать время воздействия на пациента ионизирующего излучения (т.е. уменьшать дозу для пациента) в ходе CT-исследования. Один подход, предложенный в литературе, состоит в том, чтобы использовать технологию сверхмалых доз для CT-исследований меньше чем мЗв или доли мЗв. К сожалению, технологии при сверхмалых дозах в доли мЗв могут приводить к CT-изображениям недиагностического качества с высокими уровнями шума (т.е. низким отношением "сигнал-шум") и артефактам в виде шумов в рисунке.Various approaches have been proposed in the literature in order to reduce the time of exposure of a patient to ionizing radiation (i.e., to reduce the dose for a patient) during a CT study. One approach suggested in the literature is to use ultra-low dose technology for CT studies of less than mSv or fractions of mSv. Unfortunately, technology at ultra-low doses in fractions of mSv can lead to CT images of non-diagnostic quality with high noise levels (ie low signal-to-noise ratio) and artifacts in the form of noise in the figure.

Чтобы превратить такие изображения в клинически приемлемые изображения, требуется значительное уменьшение уровня шума, эквивалентное увеличению дозы порядка на одну тысячу процентов (1000%) или более. К сожалению, описанные в литературе современные алгоритмы неитеративного исключения шумов в области изображений разработаны с возможностью уменьшать уровень шума эквивалентно увеличению дозы приблизительно до двухсот процентов (200%). Таким образом, полученные в результате CT-изображения имеют более низкое качество изображений (больше шума), чем изображения, получаемые с использованием традиционной технологии сканирования с эффективной дозой в 10 мЗв. Итеративные способы требуют длительного времени реконструкции и для активного исключения шумов могут приводить к неестественным рисункам шумов в изображениях.To turn such images into clinically acceptable images, a significant noise reduction is required, equivalent to a dose increase of the order of one thousand percent (1000%) or more. Unfortunately, the modern algorithms for non-iterative noise elimination described in the literature are developed with the ability to reduce the noise level equivalent to increasing the dose to about two hundred percent (200%). Thus, the resulting CT images have lower image quality (more noise) than images obtained using traditional scanning technology with an effective dose of 10 mSv. Iterative methods require a long reconstruction time and for the active elimination of noise can lead to unnatural patterns of noise in images.

С учетом вышеизложенного, существует неразрешенная потребность в других технологиях при сверхмалых дозах для CT-исследований.In view of the foregoing, there is an unresolved need for other technologies at ultra-low doses for CT studies.

Аспекты настоящей заявки разрешают вышеуказанные и другие вопросы.Aspects of this application resolve the above and other issues.

Согласно одному аспекту способ включает в себя исключение шумов в данных проекции из сканирования при малых дозах в области проекции, реконструкцию данных проекции с исключенными шумами, чтобы формировать данные объемных изображений, и исключение шумов в данных объемных изображений в области изображений.According to one aspect, the method includes eliminating noise in the projection data from scanning at low doses in the projection region, reconstructing the projection data with the noise eliminated to generate volumetric image data, and eliminating noise in the volumetric image data in the image region.

Согласно другому аспекту система включает в себя процессор области проекции, который исключает шумы в данных проекции из сканирования при малых дозах, модуль реконструкции, который реконструирует данные проекции с исключенными шумами и формирует данные изображений, и процессор области изображений, который исключает шумы в данных изображений, так что уровень шума данных изображений с исключенными шумами является по существу идентичным оцененному уровню шума в данных изображений для данных изображений при сканировании при больших дозах.According to another aspect, the system includes a projection region processor that eliminates noise in projection data from scanning at low doses, a reconstruction module that reconstructs the projection data with no noise and generates image data, and an image region processor that eliminates noise in the image data, so that the noise level of the image data with the eliminated noise is essentially identical to the estimated noise level in the image data for image data when scanning at a large dose x

Согласно другому аспекту машиночитаемый носитель хранения данных, кодированный с помощью инструкций, которые при выполнении посредством процессора компьютера предписывают процессору: использовать исключение шумов в области проекции и области изображений, чтобы формировать данные изображений из сканирования при малых дозах, которые имеют уровень шума, по существу идентичный уровню шума сканирования при больших дозах.According to another aspect, a computer-readable storage medium encoded using instructions that, when executed by a computer processor, instruct the processor to: use noise elimination in the projection area and image area to generate image data from scanning at low doses that have a noise level substantially identical scanning noise at high doses.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и компоновок компонентов, а также различных этапов и компоновок этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.The invention may take the form of various components and arrangements of components, as well as various steps and arrangements of steps. The drawings are for the purpose of illustrating preferred embodiments only and should not be construed as limiting the invention.

Фиг. 1 иллюстрирует систему визуализации в связи с процессором области проекции и процессором области изображений.FIG. 1 illustrates a visualization system in connection with a projection region processor and an image region processor.

Фиг. 2 иллюстрирует примерный процессор области проекции.FIG. 2 illustrates an exemplary projection area processor.

Фиг. 3 иллюстрирует примерный процессор области изображений.FIG. 3 illustrates an example image area processor.

Фиг. 4 иллюстрирует примерный способ.FIG. 4 illustrates an example method.

Фиг. 1 иллюстрирует систему 100 визуализации, к примеру, сканер компьютерной томографии (CT). Система 100 визуализации включает в себя стационарный гентри 102 и вращающийся гентри 104, который установлен с возможностью вращения на стационарном гентри 102. Вращающийся гентри 104 вращается вокруг исследуемой области 106 вокруг продольной оси или оси Z.FIG. 1 illustrates an imaging system 100, for example, a computed tomography (CT) scanner. The visualization system 100 includes a stationary gantry 102 and a rotating gantry 104, which is rotatably mounted on the stationary gantry 102. The rotating gantry 104 rotates around the study area 106 around a longitudinal axis or Z axis.

Источник 108 излучения, такой как рентгеновская трубка, поддерживается посредством вращающегося гентри 104 и вращается вместе с вращающимся гентри 104 и испускает излучение. Источник 108 излучения выполнен с возможностью осуществления сканирований при больших и малых дозах.A radiation source 108, such as an x-ray tube, is supported by a rotating gantry 104 and rotates with the rotating gantry 104 and emits radiation. The radiation source 108 is configured to perform scans at large and small doses.

Чувствительная к излучению детекторная решетка 110, расположенная напротив источника 108, определяет излучение, которое проходит по исследуемой области 106, и формирует данные проекции, указывающие его. Чувствительная к излучению детекторная решетка 110 может включать в себя одну или более строк чувствительных к излучению пиксельных элементов.A radiation-sensitive detector grating 110, located opposite the source 108, determines the radiation that passes through the study area 106, and generates projection data indicating it. The radiation-sensitive detector array 110 may include one or more rows of radiation-sensitive pixel elements.

Опора 112, такая как кушетка, поддерживает объект в исследуемой области 106. Опора 112 может быть использована для того, чтобы по-разному размещать объект относительно осей X, Y и/или Z до, во время и/или после сканирования.A support 112, such as a couch, supports the object in the study area 106. The support 112 can be used to position the object differently relative to the X, Y, and / or Z axes before, during, and / or after scanning.

Вычислительная система общего назначения служит в качестве операторской консоли 114, которая включает в себя воспринимаемые человеком устройства вывода, такие как дисплей и/или принтер, и устройства ввода, такие как клавиатура и/или мышь. Программное обеспечение, постоянно размещающееся в консоли 114, дает возможность оператору управлять работой системы 100, например, давая возможность оператору выбирать технологию сканирования при малых дозах (например, доли мЗв), алгоритм обработки в области проекции, алгоритм реконструкции, алгоритм обработки в области изображений и т.д.A general purpose computing system serves as an operator console 114, which includes human-readable output devices, such as a display and / or printer, and input devices, such as a keyboard and / or mouse. The software, which is permanently located in console 114, enables the operator to control the operation of system 100, for example, by allowing the operator to select scanning technology at low doses (e.g., fractions of mSv), a processing algorithm in the projection area, a reconstruction algorithm, a processing algorithm in the image area etc.

Процессор 116 области проекции обрабатывает данные проекции, сформированные посредством чувствительной к излучению детекторной решетки 110, модуль 118 реконструкции реконструирует данные проекции, обработанные посредством процессора 116 области проекции, и формирует данные объемных изображений, указывающие исследуемую область 106, а процессор 120 области изображений обрабатывает данные объемных изображений, сформированные посредством модуля 118 реконструкции.The projection region processor 116 processes the projection data generated by the radiation-sensitive detector array 110, the reconstruction module 118 reconstructs the projection data processed by the projection region processor 116, and generates volumetric image data indicating the region of interest 106, and the image region processor 120 processes the volumetric data images formed by reconstruction module 118.

Как подробнее описано ниже, относительно сканирований при малых дозах надлежащая обработка в области проекции включает в себя адаптивное исключение шумов в данных проекции, а надлежащая обработка в области изображений включает в себя исключение шумов в данных изображений, так что уровень шума изображения с исключенными шумами совпадает с уровнем шума, который может быть получен посредством выполнения целевого сканирования при больших дозах вместо сканирования при малых дозах.As described in more detail below, with respect to scans at low doses, proper processing in the projection area includes adaptively eliminating noise in the projection data, and proper processing in the image area includes eliminating noise in the image data, so that the noise level of the image with the eliminated noise matches the level of noise that can be obtained by performing targeted scanning at high doses instead of scanning at low doses.

Такое исключение шумов в области проекции и изображений предоставляет возможность сканирований при уровнях доз в доли мЗв (сверхнизких) при формировании изображений с уровнями шума, сравнимого со сканированиями при больших дозах (например, в мЗв и выше). Такие сканирования оптимально подходят для таких процедур, как сканирования головного мозга, экранирующие сканирования для количественной оценки содержания кальция, педиатрические сканирования и/или другие сканирования. Такие сканирования также могут сокращать, уменьшать и/или заменять предварительное сканирование.This elimination of noise in the projection and image areas makes it possible to scan at dose levels in the fraction of mSv (ultra-low) when generating images with noise levels comparable to scans at high doses (for example, in mSv and higher). Such scans are ideal for procedures such as brain scans, screening scans for quantifying calcium, pediatric scans and / or other scans. Such scans can also shorten, reduce and / or replace preliminary scans.

Следует принимать во внимание, что процессор 116 области проекции и/или процессор 120 области изображений может быть частью модуля 118 реконструкции. Кроме того, одно или более из процессора 116 области проекции, модуля 118 реконструкции или процессора 120 области изображений может быть исключено из системы 100, например, в такой вычислительной системе, как рабочая станция и т.п. Кроме того, один или более процессоров могут выполнять машиночитаемые инструкции, кодированные и/или осуществленные на локальном или удаленном машиночитаемом носителе хранения данных, таком как запоминающее устройство, чтобы реализовывать одно или более из процессора 116 области проекции, модуля 118 реконструкции или процессора 120 области изображений.It will be appreciated that the projection region processor 116 and / or the image region processor 120 may be part of the reconstruction module 118. In addition, one or more of the projection region processor 116, reconstruction module 118, or image region processor 120 may be excluded from system 100, for example, in a computing system such as a workstation or the like. In addition, one or more processors may execute machine-readable instructions encoded and / or implemented on a local or remote computer-readable storage medium, such as a storage device, to implement one or more of a projection area processor 116, reconstruction module 118, or image area processor 120 .

Фиг. 2 иллюстрирует примерный процессор области проекции.FIG. 2 illustrates an exemplary projection area processor.

Ввод процессора 116 представляет собой показания по проекции, описывающие линейные интегралы коэффициентов ослабления рентгеновского излучения через сканированного пациента. Для обнаружений, которые включают в себя динамическое фокальное пятно, процессор 116 области проекции может обрабатывать по отдельности показания каждого различного фокального пятна или, альтернативно, обрабатывать их вместе после перемежения друг с другом.Input processor 116 is a projection reading describing the linear integrals of the attenuation coefficients of the x-ray radiation through the scanned patient. For detections that include a dynamic focal spot, the projection region processor 116 may individually process the readings of each different focal spot or, alternatively, process them together after interleaving with each other.

Модуль 202 определения первых параметров определяет первый параметр данных проекции. В проиллюстрированном варианте осуществления первый параметр включает в себя дисперсию шума данных проекции. Модуль 204 определения вторых параметров определяет второй параметр данных проекции. В проиллюстрированном варианте осуществления второй параметр включает в себя изменение данных проекции, которое может быть оценено согласно скалярному произведению градиентов или определяться по-иному.The first parameter determination unit 202 determines a first parameter of the projection data. In the illustrated embodiment, the first parameter includes the noise variance of the projection data. Second parameter determination module 204 determines a second parameter of projection data. In the illustrated embodiment, the second parameter includes a change in projection data, which can be estimated according to the scalar product of the gradients or determined differently.

Формирователь 206 весовых коэффициентов формирует весовые коэффициенты исключения шумов, по меньшей мере, на основе первого и второго параметра и одного или более алгоритмов 208. В качестве примера, если первый и второй параметры указывают, что данные проекции включают в себя более низкую локальную дисперсию шума и более высокое локальное изменение, формирователь 206 весовых коэффициентов использует алгоритм для того, чтобы формировать весовой коэффициент, который снижается быстрее с расстоянием между соседними показаниями по проекции и показанием, которое должно быть интерполировано. В другом примере, если первый и второй параметры указывают, что данные проекции включают в себя более высокую локальную дисперсию шума и более низкое локальное изменение, формирователь 206 весовых коэффициентов использует алгоритм для того, чтобы формировать весовой коэффициент, который снижается медленнее с расстоянием между соседними показаниями по проекции и показанием, которое должно быть интерполировано.Weighting generator 206 generates noise elimination weights based at least on the basis of the first and second parameters and one or more algorithms 208. As an example, if the first and second parameters indicate that the projection data includes lower local noise variance and higher local variation, weight generator 206 uses an algorithm to generate a weight coefficient that decreases faster with the distance between adjacent projection readings and Kazan, which is to be interpolated. In another example, if the first and second parameters indicate that the projection data includes higher local noise dispersion and lower local variation, the weight generator 206 uses an algorithm to generate a weight coefficient that decreases more slowly with the distance between adjacent readings according to the projection and indication to be interpolated.

Модуль 210 исключения шумов в области проекции применяет весовые коэффициенты, чтобы исключать шумы в данных проекции. В одном случае это фактически приводит к замене каждой проекции на взвешенную сумму исходных показаний в ее трехмерном окружении. В общем, это приводит к активному исключению шумов проекций с более высокими шумами, которые не включают в себя интересующую структуру, промежуточному исключению шумов проекций с более высокими шумами, которые включают в себя интересующую структуру, и небольшому исключению шумов проекций с более низкими шумами, которые включают в себя интересующую структуру. Посредством адаптивного исключения шумов в проекции как такового может уменьшаться размытие деталей изображения для данного исключения шумов в изображениях.The projection noise elimination module 210 applies weights to eliminate noise in the projection data. In one case, this actually leads to the replacement of each projection by the weighted sum of the initial readings in its three-dimensional environment. In general, this leads to the active elimination of projection noise with higher noise, which does not include the structure of interest, the intermediate exclusion of projection noise with higher noise, which include the structure of interest, and a small exclusion of projection noise with lower noise, which include the structure of interest. By adaptively eliminating noise in the projection as such, blurring of image details for a given noise elimination in images can be reduced.

В одном варианте осуществления модуль 210 исключения шумов в области проекции применяет весовые коэффициенты, как показано в уравнении 1:In one embodiment, the noise elimination module 210 in the projection area applies weights, as shown in equation 1:

уравнение 1equation 1

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
представляет интерполированное показание с исключенными шумами,
Figure 00000003
представляет зашумленные данные проекции в окружении показания i, а
Figure 00000004
представляет адаптивные весовые коэффициенты. Это, по существу, заменяет каждое исходное показание по проекции взвешенной суммой исходных показаний по проекции в предварительно определенном окружении относительно исходного показания по проекции.Where
Figure 00000002
represents an interpolated reading with no noise,
Figure 00000003
represents noisy projection data surrounded by readings i, and
Figure 00000004
represents adaptive weights. This essentially replaces each projection original reading with the weighted sum of the projection original readings in a predetermined environment relative to the original projection reading.

Адаптивные весовые коэффициенты

Figure 00000004
могут быть определены на основе уравнения 2:Adaptive Weights
Figure 00000004
can be determined based on equation 2:

уравнение 2equation 2

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
представляет ненормализованные весовые коэффициенты взвешенной суммы.Where
Figure 00000006
represents abnormalized weighted weighting factors.

В неограничивающем варианте осуществления параметр

Figure 00000006
может быть определен на основе уравнения 3:In a non-limiting embodiment, the parameter
Figure 00000006
can be determined based on equation 3:

уравнение 3equation 3

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
представляет расстояние между соседом
Figure 00000009
и показанием
Figure 00000010
, а
Figure 00000011
является параметром, который определяет активность сглаживания.Where
Figure 00000008
represents the distance between a neighbor
Figure 00000009
and indication
Figure 00000010
, but
Figure 00000011
is a parameter that determines smoothing activity.

В неограничивающем варианте осуществления параметр

Figure 00000011
может быть определен на основе уравнения 4:In a non-limiting embodiment, the parameter
Figure 00000011
can be determined based on equation 4:

уравнение 4equation 4

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
задает минимальное снижение весовых коэффициентов с расстоянием,
Figure 00000014
представляет оцененное локальное изменение,
Figure 00000015
представляет среднее значение локальных изменений, вычисленных в различных областях в области проекции,
Figure 00000016
представляет дисперсию шума,
Figure 00000017
представляет среднее значение из значений локальной дисперсии шума, вычисленных в различных областях в области проекции.Where
Figure 00000013
sets the minimum reduction in weights with distance,
Figure 00000014
represents the estimated local change,
Figure 00000015
represents the average value of local changes calculated in various areas in the projection area,
Figure 00000016
represents noise variance
Figure 00000017
represents the average of local noise variance values calculated in various areas in the projection area.

Чтобы минимизировать размытие диагностических деталей,

Figure 00000015
и
Figure 00000017
назначаются значения, которые максимизируют изменение
Figure 00000018
между различными местоположениями в области проекции. В отличие от
Figure 00000018
, параметр
Figure 00000019
является независимым от
Figure 00000020
и
Figure 00000016
. Это дает возможность управления активностью исключения шумов и одновременного поддержания высокой зависимости весовых коэффициентов от
Figure 00000020
и
Figure 00000016
.To minimize blurring of diagnostic parts,
Figure 00000015
and
Figure 00000017
assigned values that maximize change
Figure 00000018
between different locations in the projection area. Unlike
Figure 00000018
, parameter
Figure 00000019
is independent of
Figure 00000020
and
Figure 00000016
. This makes it possible to control the activity of eliminating noise and at the same time maintaining a high dependence of weight coefficients on
Figure 00000020
and
Figure 00000016
.

Фиг. 3 иллюстрирует примерный процессор 120 области изображений.FIG. 3 illustrates an example image area processor 120.

Модуль 304 определения дисперсии шума в области проекции определяет дисперсию шума для данных проекции сканирования при малых дозах. Модуль 306 оценки дисперсии шума в данных проекции оценивает дисперсию шума для данных проекции, которые должны быть сформированы, если выполнено целевое сканирование при больших дозах.The noise variance determination module 304 in the projection area determines the noise variance for low projection scan projection data. The noise variance estimation module 306 in the projection data estimates the noise variance for the projection data that should be generated if a targeted scan is performed at high doses.

Формирователь 302 коэффициентов исключения шумов формирует коэффициент исключения шумов. Проиллюстрированный формирователь 302 коэффициентов исключения шумов учитывает перекрестные помехи детектора.Shaper 302 noise exclusion coefficients generates a noise exclusion coefficient. The illustrated noise elimination factor generator 302 allows for crosstalk of the detector.

Модуль 308 оценки дисперсии проекции оценивает дисперсию проекции для сканирования при малых дозах на основе дисперсии шума, оцененной посредством 304, и коэффициента исключения шумов.The projection variance estimation module 308 estimates the projection variance for scanning at low doses based on the noise variance estimated by 304 and the noise elimination coefficient.

Модуль 310 оценки шума в изображениях оценивает шум в изображениях для сканирования при малых дозах на основе соответствующей дисперсии проекции и шум в изображениях для сканирования при больших дозах на основе соответствующей дисперсии проекции.The image noise estimation module 310 estimates noise in images for scanning at low doses based on the corresponding projection variance and noise in images for scanning at high doses based on the corresponding projection variance.

Модуль 312 исключения шумов в области изображений исключает шумы в данных изображений на основе шума в изображениях для сканирования при малых дозах и шума в изображениях для большей дозы.The image area noise elimination unit 312 eliminates noise in image data based on noise in images for scanning at low doses and noise in images for a larger dose.

В одном варианте осуществления вышеуказанный коэффициент исключения шумов может быть сформирован посредством формирователя 302 коэффициентов исключения шумов, как показано в уравнении 5.In one embodiment, the above noise reduction coefficient may be generated by the noise reduction coefficient generator 302, as shown in equation 5.

уравнение 5equation 5

Figure 00000021
Figure 00000021

где

Figure 00000022
представляет коэффициент исключения шумов.Where
Figure 00000022
represents the noise reduction factor.

Дисперсии проекции для сканирования при малых дозах и сканирования при больших дозах соответственно могут быть оценены посредством оцененной дисперсии показаний по проекции и коэффициентов исключения шумов через уравнения 6 и 7:Projection variances for scanning at low doses and scanning at high doses, respectively, can be estimated using the estimated variance of the projection readings and noise elimination factors through equations 6 and 7:

уравнение 6equation 6

Figure 00000023
и
Figure 00000023
and

уравнение 7equation 7

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
представляет дисперсию проекции для сканирования при малых дозах,
Figure 00000026
представляет локальную дисперсию шума сканирования при малых дозах,
Figure 00000027
представляет дисперсию проекции для сканирования при больших дозах и
Figure 00000028
представляет локальную дисперсию шума для сканирования при больших дозах.Where
Figure 00000025
represents the variance of the projection for scanning at low doses,
Figure 00000026
represents the local dispersion of scanning noise at low doses,
Figure 00000027
represents the variance of the projection for scanning at high doses and
Figure 00000028
represents local noise variance for scanning at high doses.

Зависимые от проекции скалярные значения дисперсии могут быть сформированы для каждой проекции посредством выполнения суммирования по их поднаборам, например, для предварительно определенной группы (например, 150, 200, 300 и т.д.) центральных показаний, принадлежащих центральной строке проекции.Projection-dependent scalar dispersion values can be generated for each projection by summing over their subsets, for example, for a predefined group (e.g. 150, 200, 300, etc.) of the central readings belonging to the center line of the projection.

Для апертурно взвешенной фильтрованной обратной проекции значения дисперсии шума в центре портального вращения, полученные для данных изображений сканирования при малых дозах с исключенными шумами в проекции и для данных изображений сканирования при больших дозах, соответственно могут быть определены через уравнения 8 и 9:For an aperture-weighted filtered rear projection, the noise variance values in the center of the portal rotation obtained for scanning image data at low doses with excluded noise in the projection and for scanning image data at high doses can be determined using equations 8 and 9, respectively:

уравнение 8equation 8

Figure 00000029
и
Figure 00000029
and

уравнение 9equation 9

Figure 00000030
Figure 00000030

где

Figure 00000031
является константой для данного набора параметров реконструкции, а I обозначает различные осевые изображения.Where
Figure 00000031
is a constant for a given set of reconstruction parameters, and I denotes various axial images.

Исключение шумов в области изображений, применяемое посредством модуля 312 исключения шумов в области изображений, может быть определено так, как показано в уравнении 10:The noise elimination in the image area used by the noise elimination module 312 in the image region can be determined as shown in equation 10:

уравнение 10equation 10

Figure 00000032
Figure 00000032

где

Figure 00000033
представляет исключение шумов в области изображений и передается в комплементарный алгоритм исключения шумов в области изображений.Where
Figure 00000033
represents the elimination of noise in the image area and is transmitted to the complementary algorithm for eliminating noise in the image area.

С использованием

Figure 00000034
в качестве ввода модуль 312 исключения шумов в области изображений исключает шумы в данных изображений, так что уровень шума каждого осевого изображения, реконструированного из проекций с исключенными шумами, совпадает с уровнем шума, который должен быть получен посредством выполнения сканирования при больших дозах вместо сканирования при сверхмалых дозах.Using
Figure 00000034
as input, the noise elimination module 312 in the image area eliminates noise in the image data, so that the noise level of each axial image reconstructed from the projections with the noise eliminated coincides with the noise level that should be obtained by scanning at high doses instead of scanning at ultra-low doses.

Фиг. 4 иллюстрирует способ для формирования изображений с уровнями шума сканирований при больших дозах из сканирований при малых дозах.FIG. 4 illustrates a method for forming images with noise levels of scans at high doses from scans at low doses.

На 402 сканирование при малых дозах (например, 10 мКл) выполняется для объекта. Как описано в данном документе, такое сканирование может соответствовать сканированию с эффективной дозой в доли мЗв.At 402, scanning at low doses (for example, 10 mCl) is performed for the object. As described herein, such a scan may correspond to a scan with an effective dose of a fraction of mSv.

На 403 линейные интегралы коэффициентов ослабления рентгеновского излучения вычисляются в области проекции.At 403, the linear integrals of the x-ray attenuation coefficients are calculated in the projection area.

На 404 данные проекции линейных интегралов подвергаются исключению шумов. Как описано в данном документе, надлежащее исключение шумов в области проекции включает в себя адаптивное исключение шумов в данных проекции таким образом, что данные проекции, имеющие более низкую локальную дисперсию шума и более высокое локальное изменение, подвергаются исключению шумов в меньшей степени, чем подвергаются исключению шумов данные проекции, имеющие более высокую локальную дисперсию шума и более низкое локальное изменение.At 404, the projection data of the linear integrals are eliminated by noise. As described herein, the proper elimination of noise in the projection area includes adaptively eliminating noise in the projection data such that projection data having lower local noise dispersion and higher local variation are less excluded from noise than are eliminated noise projection data having a higher local noise variance and lower local variation.

На 406 данные проекции с исключенными шумами реконструируются, чтобы формировать данные изображений.At 406, noise-eliminated projection data is reconstructed to form image data.

На 408 данные изображений подвергаются исключению шумов. Как описано в данном документе, надлежащее исключение шумов в области изображений включает в себя исключение шумов в данных таким образом, что уровень шума данных изображений с исключенными шумами по существу является аналогичным уровню шума целевого сканирования при больших дозах (например, 100 мКл).At 408, image data is excluded from noise. As described herein, the proper elimination of noise in the image area includes the elimination of noise in the data such that the noise level of the image data with the noise canceled is essentially the same as the noise level of the targeted scan at high doses (for example, 100 μl).

Вышеописанные этапы могут быть реализованы посредством машиночитаемых инструкций, которые при выполнении посредством процессора(ов) компьютера предписывают процессору осуществлять действия, описанные в данном документе. В таком случае инструкции сохраняются на машиночитаемом носителе хранения данных, таком как запоминающее устройство, ассоциированное и/или иным образом доступное для релевантного компьютера.The above steps can be implemented by machine-readable instructions, which, when executed by the computer processor (s), instruct the processor to perform the steps described herein. In such a case, instructions are stored on a computer-readable storage medium, such as a storage device, associated and / or otherwise accessible to a relevant computer.

Изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Очевидно, что после прочтения и понимания вышеозначенного подробного описания могут выполняться модификации и изменения. Изобретение должно трактоваться как включающее в себя все подобные модификации и изменения в той мере, в какой они попадают в пределы объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.The invention has been described with reference to preferred embodiments. Obviously, after reading and understanding the above detailed description, modifications and changes may be made. The invention should be construed as including all such modifications and changes to the extent that they fall within the scope of the attached claims or their equivalents.

Claims (11)

1. Способ реконструкции данных изображения компьютерной томографии, содержащий этапы, на которых:
исключают шумы в данных проекции из сканирования при малых дозах в области проекции, при этом сканирование при малых дозах соответствует сканированию, которое формирует данные изображений с уровнем шума, который выше предварительно определенного целевого уровня шума в данных изображений;
реконструируют данные проекции с исключенными шумами, чтобы формировать данные объемных изображений;
определяют уровень шума данных изображений;
оценивают уровень шума для данных изображений сканирования при больших дозах;
определяют отношение уровня шума сканирования при больших дозах к уровню шума изображения сканирования при малых дозах и
исключают шумы в данных объемных изображений в области изображений на основе отношения.
1. A method of reconstructing image data of a computed tomography, comprising the steps of:
exclude noise in projection data from scanning at low doses in the projection area, while scanning at low doses corresponds to scanning that generates image data with a noise level that is higher than a predetermined target noise level in the image data;
reconstructing the projection data with the eliminated noise to form volumetric image data;
determine the noise level of the image data;
Estimating noise levels for high-dose scan image data
determine the ratio of the scanning noise level at high doses to the noise level of the scanning image at low doses and
eliminate noise in the data of volumetric images in the image area based on the ratio.
2. Способ по п. 1, в котором данные изображений с исключенными шумами имеют уровень шума, по существу, идентичный предварительно определенному целевому уровню шума в данных изображений.2. The method of claim 1, wherein the noise-free image data has a noise level substantially identical to a predetermined target noise level in the image data. 3. Способ по любому из пп. 1-2, в котором сканирование при малых дозах имеет эффективную дозу в доли мЗв, а сканирование при больших дозах имеет эффективную дозу в десять мЗв или выше.3. The method according to any one of paragraphs. 1-2, in which scanning at low doses has an effective dose of a fraction of mSv, and scanning at high doses has an effective dose of ten mSv or higher. 4. Способ по любому из пп. 1-2, дополнительно содержащий этап, на котором:
- адаптивно исключают шумы в данных проекции на основе локальной дисперсии шума и локального изменения.
4. The method according to any one of paragraphs. 1-2, additionally containing phase, in which:
- adaptively eliminate noise in projection data based on local noise variance and local variation.
5. Способ по п. 4, в котором данные проекции, имеющие более низкую локальную дисперсию шума и более высокое локальное изменение, подвергаются исключению шумов в меньшей степени, чем подвергаются исключению шумов данные проекции, имеющие более высокую локальную дисперсию шума и более низкое локальное изменение.5. The method according to claim 4, in which projection data having a lower local noise dispersion and a higher local variation are less excluded from noise than projection data having a higher local noise variance and a lower local variation . 6. Способ по любому из пп. 1-2, в котором исключение шумов в области проекции является неитеративным исключением шумов.6. The method according to any one of paragraphs. 1-2, in which the exclusion of noise in the projection area is an iterative exclusion of noise. 7. Способ по любому из пп. 1-2, в котором исключение шумов в области проекции уменьшает размытие деталей изображения.7. The method according to any one of paragraphs. 1-2, in which eliminating noise in the projection area reduces blurring of image details. 8. Система реконструкции данных изображения компьютерной томографии, содержащая:
процессор (116) области проекции, который исключает шумы в данных проекции из сканирования при малых дозах;
модуль (118) реконструкции, который реконструирует данные проекции с исключенными шумами и формирует данные изображений; и
процессор (120) области изображений, который исключает шумы в данных изображений таким образом, что уровень шума данных изображений с исключенными шумами является по существу идентичным оцененному уровню шума в данных изображений для данных изображений при сканировании при больших дозах, причем процессор (120) области изображений выполнен с возможностью определять уровень шума данных изображений; оценивать уровень шума для данных изображений сканирования при больших дозах; определять отношение уровня шума сканирования при больших дозах к уровню шума изображения сканирования при малых дозах и исключать шумы в данных объемных изображений в области изображений на основе отношения.
8. A system for reconstructing computed tomography image data, comprising:
a projection region processor (116) that eliminates noise in projection data from scanning at low doses;
reconstruction module (118), which reconstructs the projection data with the eliminated noise and generates image data; and
an image region processor (120) that eliminates noise in the image data so that the noise level of the image data with the eliminated noise is substantially identical to the estimated noise level in the image data for image data when scanning at high doses, the image region processor (120) configured to determine a noise level of image data; Estimate noise levels for high-dose scan image data determine the ratio of the scanning noise level at high doses to the noise level of the scanning image at low doses and exclude noise in the volumetric image data in the image area based on the ratio.
9. Система по п. 8, дополнительно содержащая:
- формирователь (302) коэффициентов исключения шумов, который определяет снижение дисперсии шума данных проекции для сканирования при малых дозах вследствие исключения шумов;
- модуль (304) оценки дисперсии шума в области проекции для сканирований при малых дозах, который оценивает дисперсию шума данных проекции для сканирования при малых дозах перед исключением шумов;
- модуль (308) оценки дисперсии проекции, который оценивает дисперсию проекции для сканирования при малых дозах на основе дисперсии шума, определенной посредством модуля оценки дисперсии шума, и коэффициента исключения шумов, определенного посредством модуля определения коэффициентов исключения шумов;
- модуль (306) оценки дисперсии шума проекции в области проекции для сканирований при больших дозах, который оценивает дисперсию проекции для сканирования при больших дозах;
- модуль (310) оценки шума в изображениях, который оценивает дисперсию шума в изображениях для сканирования при малых дозах с исключенными шумами в проекции и для сканирования при больших дозах; и
модуль (312) исключения шумов в области изображений исключает шумы в данных изображений на основе дисперсии шума в изображениях для сканирований при меньших и больших дозах.
9. The system of claim 8, further comprising:
- shaper (302) of noise exclusion coefficients, which determines the reduction in noise variance of projection data for scanning at low doses due to noise exclusion;
a module (304) for estimating the noise variance in the projection area for low-dose scans, which estimates the noise variance of the projection data for low-dose scans before eliminating noise;
- a projection variance estimation module (308) that estimates projection variance for scanning at low doses based on a noise variance determined by a noise variance estimation module and a noise elimination coefficient determined by a noise exclusion coefficient determination module;
a module (306) for estimating the variance of projection noise in the projection area for scans at high doses, which estimates the variance of the projection for scanning at high doses;
a module (310) for estimating noise in images, which estimates the variance of noise in images for scanning at low doses with excluded noise in the projection and for scanning at high doses; and
a noise elimination unit (312) in the image area eliminates noise in image data based on noise variance in images for scans at lower and higher doses.
10. Система по п. 8, в которой коэффициент исключения шумов учитывает перекрестные помехи детектора.10. The system according to claim 8, in which the noise exclusion coefficient takes into account the crosstalk of the detector. 11. Система по любому из пп. 8-9, в которой коэффициент исключения шумов сформирован для поднабора проекций. 11. The system according to any one of paragraphs. 8-9, in which the noise exclusion coefficient is formed for a subset of projections.
RU2013102530/08A 2010-06-21 2011-04-27 Low-dose computed tomography (ct) RU2575405C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35681710P 2010-06-21 2010-06-21
US61/356,817 2010-06-21
PCT/IB2011/051846 WO2011161557A1 (en) 2010-06-21 2011-04-27 Method and system for noise reduction in low dose computed tomography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013102530A RU2013102530A (en) 2014-07-27
RU2575405C2 true RU2575405C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741712C1 (en) * 2020-01-15 2021-01-28 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for lung cancer screening using ultra-low-dose computed tomography in patients with body weight of 70 to 89 kg
RU2741707C1 (en) * 2020-02-04 2021-01-28 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for screening lung cancer by ultra-low-dose computed tomography in patients with body weight of more than 90 kg
RU2753474C1 (en) * 2020-12-07 2021-08-17 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for low-dose scanning of chest organs, adapted to patient's body weight

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030076988A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Research Foundation Of State University Of New York Noise treatment of low-dose computed tomography projections and images
WO2003062802A2 (en) * 2002-01-24 2003-07-31 The General Hospital Corporation Apparatus and method for rangings and noise reduction of low coherence interferometry lci and optical coherence tomography (oct) signals by parallel detection of spectral bands
RU2210316C2 (en) * 2001-04-16 2003-08-20 Кумахов Мурадин Абубекирович ROENTGENOSCOPY WITH THE USE OF Kα - RADIATION OF GADOLINIUM
US20080232665A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Anja Borsdorf Method for noise reduction in digital images with locally different and directional noise
RU2378989C2 (en) * 2007-03-16 2010-01-20 Михаил Владимирович Кутушов Method of diagnostics by means of ultrasonic, sonic and electromagnetic waves

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210316C2 (en) * 2001-04-16 2003-08-20 Кумахов Мурадин Абубекирович ROENTGENOSCOPY WITH THE USE OF Kα - RADIATION OF GADOLINIUM
US20030076988A1 (en) * 2001-10-18 2003-04-24 Research Foundation Of State University Of New York Noise treatment of low-dose computed tomography projections and images
WO2003062802A2 (en) * 2002-01-24 2003-07-31 The General Hospital Corporation Apparatus and method for rangings and noise reduction of low coherence interferometry lci and optical coherence tomography (oct) signals by parallel detection of spectral bands
RU2378989C2 (en) * 2007-03-16 2010-01-20 Михаил Владимирович Кутушов Method of diagnostics by means of ultrasonic, sonic and electromagnetic waves
US20080232665A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Anja Borsdorf Method for noise reduction in digital images with locally different and directional noise

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2741712C1 (en) * 2020-01-15 2021-01-28 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for lung cancer screening using ultra-low-dose computed tomography in patients with body weight of 70 to 89 kg
RU2741707C1 (en) * 2020-02-04 2021-01-28 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for screening lung cancer by ultra-low-dose computed tomography in patients with body weight of more than 90 kg
RU2753474C1 (en) * 2020-12-07 2021-08-17 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы" (ГБУЗ "НПКЦ ДиТ ДЗМ") Method for low-dose scanning of chest organs, adapted to patient's body weight

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9189832B2 (en) Method and system for noise reduction in low dose computed tomography
CN103649990B (en) Image procossing for composing CT
EP2504811B1 (en) Enhanced image data/dose reduction
JP5180181B2 (en) Computer tomography data collection apparatus and method
JP5937093B2 (en) System and method for removing low dose CT noise
JP6169558B2 (en) Images with contrast-dependent resolution
JP2010527741A (en) Method and system for facilitating correction of gain variation in image reconstruction
US9858688B2 (en) Methods and systems for computed tomography motion compensation
EP3404618B1 (en) Poly-energetic reconstruction method for metal artifacts reduction
CN110073412B (en) Image noise estimation using alternating negatives
EP2513864A1 (en) Motion compensation with tissue density retention
RU2575405C2 (en) Low-dose computed tomography (ct)
JP2013027520A (en) Method and device for generating image, program, and x-ray ct apparatus
US20210192807A1 (en) Scatter correction for x-ray imaging
JP2009106759A (en) Computed tomography apparatus, its processing method and recording medium
CN107341836B (en) CT helical scanning image reconstruction method and device