具有对噪声诱发的伪影的形成的动态抑制的迭代图像重建制造技术

执行对成像数据的迭代重建(20)以生成在重建图像处终止的更新图像(22)的序列。在所述迭代重建期间，使用与所述迭代重建分离的调节过程来调节以下中的至少一项：更新图像以及所述迭代重建的参数。在一些实施例中，使用边缘保持正则化先验(26)，所述调节过程(30)调节边缘保持阈值以降低梯度陡峭度，在所述梯度陡峭度之上，与较早的迭代相比较，边缘保持适用于较晚的迭代。在一些实施例中，所述调节过程包括针对当前更新图像的每个像素、体素或区域来确定(36、38)其在所述当前更新图像(22)之前的演变是否满足伪影特征准则。如果所述演变满足所述伪影特征准则，则在所述像素、体素或区域上执行局部噪声抑制操作(40)，否则不执行。

Iterative image reconstruction with dynamic suppression of noise-induced artifacts

Iterative reconstruction (20) of the image data is performed to generate a sequence of updated images (22) terminated at the reconstructed image. During the iteration reconstruction period, at least one of the following is adjusted using the adjustment process separated from the iteration reconstruction: updating the image and the parameters of the iteration reconstruction. In some embodiments, the edge preservation regularization priori (26) is used, and the adjustment process (30) adjusts the edge preservation threshold to reduce the gradient steepness above which, compared with earlier iterations, edge preservation is applicable to later iterations. In some embodiments, the adjustment process includes determining (36, 38) whether its evolution before the current updated image (22) satisfies the artifact feature criteria for each pixel, voxel or region of the current updated image. If the evolution satisfies the artifact feature criterion, a local noise suppression operation (40) is performed on the pixel, voxel or region, otherwise it is not performed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有对噪声诱发的伪影的形成的动态抑制的迭代图像重建
下文总体涉及放射学成像领域、迭代图像重建领域、医学成像领域等。
技术介绍
射电医学成像例如包括正电子发射断层摄影(PET)和单光子发射计算机断层摄影(SPECT)。在PET成像中，医学成像对象被施予放射性药剂，所述放射性药剂包含在放射性衰减期间发射正电子的放射性同位素——所得到的电子-正电子湮灭事件各自产生两个反向的511keV伽玛射线对。在SPECT成像中，所述放射性药剂包含衰减以产生由伽玛相机直接探测的(一个或多个)放射性发射产物。在任一种情况下，患者安全指示所施予的放射性同位素的浓度应当尽可能低以限制由医学成像对象接收到的辐射剂量。因此，所采集的成像数据是有噪声并且可能是不完整的。迭代重建技术已经证明了根据有噪声和/或不完整的成像数据集来生成高质量重建图像的能力，并且因此已经变为用于PET和SPECT成像数据重建的标准图像重建技术。透射式计算机断层摄影(CT)成像采用发射X射线射束通过医学成像对象的外部X射线管，并且X射线探测器阵列被相对地布置以探测所发射的X射线射束。常规地，在CT中的信号水平比在PET和SPECT成像中的信号水平高得多。然而，最新的趋势已经趋于使用降低的X射线射束强度或者施加其他辐射曝光降低技术，诸如间歇关闭X射线射束。这些方法增加了CT成像数据噪声水平，并且还可能导致不完整的成像数据集。因此，迭代重建技术越来越多地应用于CT。能够通过在迭代重建期间使用正则化(regularization)来获得对噪声和不完整数据的进一步容限。在一种方案中，正则化通过加性噪声抑制先验(prior)(诸如二次先验)的方式来引入。为了避免抑制在重建图像中的真实物理特征，通常使用边缘保持先验(诸如由Nuyts等人提出的相对差值先验，“Aconcavepriorpenalizingrelativedifferencesformaximum-a-posteriorireconstructioninemissiontomography”，IEEETrans.onNuclearScience，第49卷，第1期，第56-60页(2002))。所述边缘保持先验被设计为抑制可能归因于噪声的小幅度变化，而不抑制可能可归因于真实物理特征的较大幅度变化。在一方面的更强的边缘保持与另一方面的更强的噪声抑制之间存在折中。在大多数边缘保持先验中，可以调节阈值以实现期望的折中。具有边缘保持相对差值先验的迭代图像重建常常在产生保持被用于医学解读的真实物理特征的重建图像中是有效的，同时有效地抑制会使这些特征模糊的不需要的噪声。然而，在一些实例中，噪声抑制是不足的，并且会导致错误的放射学发现。在其他实例中，噪声抑制太强并且可能抑制具有低对比度的真实特征，再次潜在地导致错误的放射学发现。因此，存在对于克服前述缺陷和其他缺陷的经改进的迭代图像重建技术的未实现的需求。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种非瞬态存储介质存储由计算机可读并且可运行以执行图像重建方法的指令，所述图像重建方法包括：执行对成像数据的迭代重建以生成在重建图像处终止的更新图像的序列；并且在所述迭代重建期间并且在所述迭代重建在所述重建图像处终止之前，使用与所述迭代重建分离的调节过程来调节以下中的至少一项：通过所述迭代重建产生的更新图像以及所述迭代重建的参数。在一些实施例中，所述迭代重建包括边缘保持正则化先验，所述边缘保持正则化先验具有边缘保持阈值，并且所述调节过程包括调节所述边缘保持阈值以降低梯度陡峭度，在所述梯度陡峭度之上，与所述迭代重建的较早的迭代相比较，边缘保持适用于所述迭代重建的较晚的迭代。在一些实施例中，所述调节过程包括：针对所述迭代重建中的终止重建图像之前的当前更新图像的每个像素、体素或区域，确定在所述当前更新图像之前的更新图像上的像素、体素或区域的值的演变是否满足伪影特征准则。然后针对其演变满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域来执行局部噪声抑制操作，并且针对其演变不满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域不执行所述局部噪声抑制操作。在另一公开的方面中，公开了一种图像重建方法。成像数据是通过执行具有边缘保持正则化先验的迭代重建来生成重建图像而重建的。在所述迭代重建期间，所述边缘保持正则化先验的边缘保持阈值是根据所述迭代重建的执行的迭代次数来调节的。所述重建图像被显示在显示器上。所述重建与所述调节适合使用计算机来执行。在另一公开的方面中，公开了一种图像重建设备。计算机被编程为执行对成像数据的迭代重建以生成在重建图像处终止的更新图像的序列。显示器与所述计算机操作性地连接以显示所述重建图像。所述计算机还被编程为通过以下操作来调节所述迭代重建中的终止重建图像之前的所述迭代重建的当前更新图像，所述操作包括：针对所述当前更新图像的每个像素、体素或区域，确定来自在所述迭代重建中的所述当前更新图像之前的迭代的更新图像上的像素、体素或区域的值的演变是否满足伪影特征准则；并且针对其演变满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域来执行局部噪声抑制操作，并且针对其演变不满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域不执行所述局部噪声抑制操作。一个优点在于迭代图像重建中的经改进的噪声诱发的伪影特征抑制。另一优点在于迭代图像重建中的经改进的噪声诱发的伪影特征抑制，其中，针对真实特征，在边缘保持中具有减少的伴随损失。另一优点在于提供了在迭代图像重建中对噪声诱发的伪影特征的局部检测和抑制。另一优点在于利用噪声诱发的伪影特征相对于真实特征的不同过程流演变特性来提供对前者的潜在抑制而同时优选保持后者。给定实施例可能不提供前述优点中的优点或者提供前述优点中的一个、两个、更多个或全部没有，和/或可以提供其他优点，如本领域普通技术人员在阅读并且理解本公开之后将变得明显的。附图说明本专利技术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。附图仅仅是出于图示优选实施例的目的，而不应当被解读为对本专利技术的限制。除非另外说明，附图是例示性的，而不应当被解读为是按比例的或者图示不同部件的相对尺寸。图1图解性地示出了包括成像设备和图像重建设备的放射学成像系统。图2绘制了在迭代图像重建的20次迭代的过程期间真实的10mm直径球体特征和伪影噪声诱发的热斑的最大值。图3绘制了包括边缘保持正则化先验的迭代重建的连续迭代期间的边缘保持正则化先验的边缘保持阈值γ的线性降低的程序。图4-8呈现了如在本文中所描述的体模实验结果。具体实施方式在本文中所公开的经改进的迭代图像重建技术部分地基于在本文中所公开的特定见解。在本文中所做出的一个见解在于：尽管通常使噪声最小化是期望的，但是当噪声产生可能由读取图像的人错误解读为真实物理特征的伪影特征时，在医学成像应用中的噪声的不利影响是最大的。在迭代重建的过程流演变的上下文中在本文中做出了进一步的见解：其通过对图像估计的连续的校正更新来进行。每个连续的更新输出经修改的重建图像估计，在本文中还被称为更新图像。如果迭代重建收敛(这是期望的)，那么连续的更新图像应当随着图像更新的迭代计数增加而展示对于所采集的成像数据的逐渐增加的接近的保真度。从一幅更新图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储由计算机(50)可读并且可运行以执行图像重建方法的指令的非瞬态存储介质，所述图像重建方法包括：执行对成像数据的迭代重建(20)以生成在重建图像处终止的更新图像(22)的序列；并且在所述迭代重建期间并且在所述迭代重建在所述重建图像处终止之前，使用与所述迭代重建分离的调节过程(30、36、38、40)来调节以下中的至少一项：通过所述迭代重建产生的更新图像以及所述迭代重建的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 US 62/401,9571.一种存储由计算机(50)可读并且可运行以执行图像重建方法的指令的非瞬态存储介质，所述图像重建方法包括：执行对成像数据的迭代重建(20)以生成在重建图像处终止的更新图像(22)的序列；并且在所述迭代重建期间并且在所述迭代重建在所述重建图像处终止之前，使用与所述迭代重建分离的调节过程(30、36、38、40)来调节以下中的至少一项：通过所述迭代重建产生的更新图像以及所述迭代重建的参数。2.根据权利要求1所述的非瞬态存储介质，其中：所述迭代重建(20)包括边缘保持正则化先验(26)，所述边缘保持正则化先验具有边缘保持阈值；所述调节过程(30)包括调节所述边缘保持阈值以降低梯度陡峭度，在所述梯度陡峭度之上，与所述迭代重建的较早的迭代相比较，边缘保持适用于所述迭代重建的较晚的迭代。3.根据权利要求2所述的非瞬态存储介质，其中：所述边缘保持正则化先验(26)包括相对差值先验，所述相对差值先验具有边缘保持阈值γ，其中，边缘保持随着增加的γ而增加；并且所述调节过程(30)包括随着所述迭代重建(20)的增加的迭代次数而减小所述边缘保持阈值γ。4.根据权利要求2所述的非瞬态存储介质，其中：所述边缘保持正则化先验(26)包括与以下内容成比例的相对差值先验：其中，γ是所述边缘保持阈值，并且fi和fj是图像像素或体素；并且所述调节过程(30)包括随着所述迭代重建(20)的增加的迭代次数而减小所述边缘保持阈值γ。5.根据权利要求1所述的非瞬态存储介质，其中，所述调节过程(36、38、40)包括：针对所述迭代重建中的终止重建图像之前的当前更新图像的每个像素、体素或区域，确定(36、38)所述当前更新图像(22)之前的更新图像上的像素、体素或区域的值的演变是否满足伪影特征准则；并且针对其演变满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域来执行局部噪声抑制操作(40)，并且针对其演变不满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像的任何像素、体素或区域不执行所述局部噪声抑制操作。6.根据权利要求5所述的非瞬态存储介质，其中，所述确定(36、38)包括：计算第一差值图像，所述第一差值图像包括所述迭代重建的迭代k与l处的更新图像之间的每体素或每像素差值或绝对差值；计算第二差值图像，所述第二差值图像包括所述迭代重建的迭代m与n处的更新图像之间的每体素或每像素差值或绝对差值；计算比值图像，所述比值图像包括所述第一差值图像与所述第二差值图像的每体素或每像素比值；并且通过确定所述比值图像的对应的像素、体素或区域是否满足所述伪影特征准则来确定所述当前更新图像(22)的每个像素、体素或区域的所述演变是否满足所述伪影特征准则。7.根据权利要求5所述的非瞬态存储介质，其中，所述确定(36、38)包括：针对所述当前更新图像的每个像素、体素或区域，计算差值比值：其中，Δf(k,l)是迭代k和l处的更新图像中的对应的像素、体素或区域的值的差值或绝对差值，并且Δf(m,n)是迭代m和n处的更新图像中的对应的像素、体素或区域的值的差值或绝对差值；并且通过确定对应的差值比值是否满足所述伪影特征准则来确定所述当前更新图像(22)的每个像素、体素或区域的所述演变是否满足所述伪影特征准则。8.根据权利要求5-7中的任一项所述的非瞬态存储介质，其中，所述局部噪声抑制操作(40)包括利用较早的更新图像中的对应的像素、体素或区域的值来替换其演变满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像(22)的所述像素、体素或区域的所述值。9.根据权利要求5-7中的任一项所述的非瞬态存储介质，其中，所述局部噪声抑制操作(40)包括利用其演变满足所述伪影特征准则的所述当前更新图像(22)的邻近像素或体素的汇总值来替换所述当前更新图像的所述像素、体素或区域的所述值。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的非瞬态存储介质，其中，所述成像数据包括以下中的一项：正电子发射断层摄影(PET)成像数据、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像数据以及透射式计算机断层摄影(CT)成像数据。11.一种图像重建设备，包括：根据权利要求1-10中的任一项所述的非瞬态存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·安德烈耶夫，C·白，张滨，F·杨，S·德维韦迪，胡志强，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL