用于多次迭代算法的高级收敛制造技术

用于基于由计算机断层造影系统所获得的投影数据信号来重构三维图像的迭代方法常常导致错误的吸收系数，尤其是对于包括受检查对象的空腔的区域。而且，迭代方法对于计算这种吸收系数显示了较慢的收敛。根据本发明专利技术的实施例，提供了一种方法，用于基于修改后的数据信号的三维图像的高级重构。所述修改包括将恒定吸收值与所测量的投影数据相加。有利的是，所述恒定吸收值是穿过具有水的空间恒定吸收系数的虚拟身体的吸收线积分。所述虚拟身体优选的具有稍大于所关注对象的体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及图像重构领域，例如在医学应用中。具体而言，本专利技术涉 及一种方法，用于基于由计算机断层造影系统所获得的数据信号来产生或 重构图像，该计算机断层造影系统包括具有辐射源和辐射检测器的断层造 影设备。本专利技术还涉及一种数据处理设备、 一种断层造影系统、 一种计算 机可读介质和一种程序模块，用于基于数据信号来产生图像，具体而言， 用于基于由计算机断层造影系统所获得的数据信号来产生图像。
技术介绍
计算机断层造影(CT)是一种使用数字处理、依据围绕单一旋转轴所拍 摄的一系列二维X射线图像来产生受检査对象(所关注对象)内部的三维图 像的过程。CT图像的重构可以通过应用适当的算法来进行。在医学CT中，需要在患者剂量最小值的情况下得到具有较高且均匀的 空间分辨率以及极低噪声的高精度图像。而且，CT图像重构必须在计算上 是高效的，以便实时执行。这可以通过使用多种基于二维或三维滤波反向 投影(FBP)或傅立叶重构方案的图像重构算法来实现。与这些分析方法相对照，存在多种迭代重构算法，其从数字观点来审 视重构问题。它们基于借助于在空间域与投影域之间的迭代的测量，设法 倒置系统矩阵或设法使被重构的物体的相似性最大化。它们的主要优点是， 能够通过对所扫描的量子统计进行精确建模，而在较小患者剂量的情况下 工作。然而，这些技术需要多达几百次的迭代来实现充分收敛。每一次迭 代都至少包含分别对图像和所处理的数据进行的一次二次投影和一次反向 投影。因此， 一次迭代的耗时至少与两次FBP重构相同。在WO2005/088544A1中，公开了一种方法，用于依据迭代算法来重构 CT图像，其中，采用所测量的光子计数的固有统计误差对迭代算法的更新 进行加权。这会实现对图像重构中伪像的有效去除。然而，与所有现有技术的迭代算法相似，这个所公开的用于三维图像的重构方法在计算上也是 耗时很高的。需要一种改进的速度倍增(miiltiplicative)迭代算法，其能够以较小的计 算能力来工作。
技术实现思路
可以借助于一种方法来满足这个需要，该方法用于基于由计算机断层 造影系统所获得的数据信号来产生图像，其中，所述计算机断层造影系统 包括具有辐射源和辐射检测器的断层造影设备。此外，可以借助于根据多 个独立权利要求所述的一种数据处理设备、 一种断层造影系统、 一种计算 机可读介质和一种程序模块来满足这个需要。根据如权利要求1所述的本专利技术的示范性实施例，提供了一种方法， 用于基于数据信号来产生图像。具体而言，提供了一种方法，用于基于由 CT系统所获得的数据信号来产生图像，所述CT系统包括具有辐射源和辐 射检测器的断层造影设备。该方法包括将数据信号装入数据处理器的步 骤；通过相加一常数来修改每一个数据信号的步骤；以及将迭代算法应用 于修改后的数据信号，直到产生受检查对象的三维图像为止的步骤。迭代 算法常常是这样一种算法在该算法中，执行多个更新步骤，直到满足结 束标准为止。应注意的是，本方法可以用于以任何轨迹、检测器形状和波束几何形 状(例如扇形波束、锥形波束等)所获得的数据信号的图像重构。可以看到所述方法的要点是使用通过将常数与每一个数据信号相加 而人工修改的数据，可以实现可靠的图像生成，与基于对于原始测量的且 未修改的数据信号的估计的图像重构相比较，其显示了快得多的收敛性。 因此，可以快得多的和/或显著减小的计算能力来实现对于三维图像的产生 或重构。根据另一个示范性实施例，每一个数据信号都是通过用于产生波束的 辐射源以及通过用于在波束经过受检查对象之后对波束进行检测的辐射检 测器而采集的投影数据信号。由此，每一个数据信号都表示以不同角度穿 过受检査对象的投影。根据另 一个示范性实施例，每一个投影数据信号都表示由受检査对象 引起的吸收值，并且所述常数是穿过具有恒定吸收系数的虚拟身体的吸收 线积分。下面说明该人工数据修改的影响当使用现有技术的迭代算法来重构三维图像时，会存在对吸收系数p 的多次更新，假设吸收系数Kl是在受研究对象的所选体素i中所估计得到的。 对于从步骤n到步骤n+l的连续迭代，可以用以下公式在良好的逼近的情 况下描述这个更新/T=A".c (等式l)采用这种更新，仅在c=0的情况下可以获得ki=0的吸收系数，其存在 于被研究对象的空腔中。然而，对于用于重构三维图像的迭代算法而言， c-O情况下的更新公式非常不可靠的，以致于重构图像的质量变坏，尤其对 于位于该空腔中的体素或包含具有接近于0的吸收系数的物质的体素而言。在虚拟身体的体积内相加一常数显著地减小了以上所述的对吸收系数 的更新的影响。因此，重构图像的质量与现有技术的迭代算法相比会好得 多，尤其对于具有低吸收系数或O吸收系数的区域而言。而且，与现有技术的分析重构算法相比，所述方法提供了好得多的信 噪比。例如，与fbp重构方法相比，所述方法在相同空间分辨率的情况下 提供了 1.4倍的更好的信噪比。根据另一个示范性实施例，所述恒定吸收系数等于水的吸收系数。由 于水的吸收系数是公知的，因此这可以提供能够以高可重现性和精确的方 式来进行数据信号的修改的优点。当以水的吸收系数来人工偏移受检查对 象内的全部吸收值时，最小吸收系数p是Ha，其是0.0183cm"。因此，同 样在人体内的空腔中，例如在头部的窦内，这个最小吸收系数是用于受检 査对象的重构的基础。根据另一个示范性实施例，虚拟身体具有预定的体积，其小于计算机 断层造影系统的最大检查体积。这可以具有这样的优点可以仅在稍大于 所关注对象的区域内添加所述恒定吸收系数。因此，可以仅是合理地增加 数据信号。这会实现在修改后的数据信号内的对比度不会不必要的减小。根据另一个示范性实施例，所述预定的体积大于受检查对象，且所述 预定的体积覆盖受检查对象的全部区域。必须注意的是，受检查对象也可以是不可分割的整个对象中的一部分。例如，所述整个对象可以是患者的 人体，受检查对象可以是患者的头部。根据另一个示范性实施例，所述迭代算法是最大似然算法。与其它重 构算法相比，最大似然算法具有在重构图像内可以获得高得多的信噪比的 优点。因此，使用最大似然算法提供了通过不太强烈的辐射波束穿透所关 注对象也可以获得同等图像质量的优点。由于最大似然算法的较高信噪比， 即使是有噪声的数据信号也可以得到高质量图像。在本文中，有噪声的数 据信号是投影数据信号，其对于常常用作辐射检测器的二维空间解析检测 器阵列中的每一个检测器元件来说，仅包含少量的检测器计数。使用有噪 声的数据信号具有受检查对象仅暴露于较小辐射剂量下的优点。尤其当对 人进行检查时，这是有利的。借助于使用大量可利用的信息，即所有共同检测的光子的信息，可以 从在不同观测角度的测量值得出信息的最大值。因此，可以增加采用所述方法的CT系统的精度。根据另一个示范性实施例，图像的产生是基于全部获取的投影数据信 号的包含至少两个投影的子集。这种过程常常被称为有序子集算法(OrderedSubset algorithm)。术语"有序子集"意思是指以预定顺序使用来自不同检 査角度的不同投影数据，以便可以实现重构图像的快速收敛。这意味着不 是在包含有表示稳定增大的投影角度的数据信号的序列内执行投影数据的 使用。例如，对于图像重构而言，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于基于数据信号，具体而言是基于由计算机断层造影系统所获得的数据信号，来产生图像，所述计算机断层造影系统包括具有辐射源（１０４）和辐射检测器（１０８）的断层造影设备（１００），所述方法包括以下步骤：　将所述数据信号装入数据处理器（３３１）；　通过相加一常数来修改每一个数据信号；并且　将迭代算法用于所述修改后的数据信号，直到产生受检查对象（１０７）的三维图像为止。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A齐格勒，M格拉斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]