用于滑动窗口相位检索的深度学习制造技术

一种用于支持断层摄影成像的图像处理系统(IPS)和相关方法。所述系统包括输入接口(IN)，所述输入接口用于针对给定投影方向(p

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于滑动窗口相位检索的深度学习


[0001]一种用于支持断层摄影成像的图像处理系统、一种训练数据生成系统、一种用于支持断层摄影成像的计算机实施的方法、一种生成训练数据的计算机实施的方法、一种计算机程序单元以及一种计算机可读介质。

技术介绍

[0002]暗场(“DF”)计算机断层摄影(CT)(简称“DF
‑
CT”)是一种成像模态，其中，除了常规的衰减图像以外，还获得了两幅其他图像，即，相衬(“PC”)图像(其与被成像目标的折射率的实部相关)和暗场图像(其与该目标内的超小角度散射的强度相关)。
[0003]在几项临床前研究中已经证明，暗场信号包含有价值的诊断信息，尤其是关于肺部的诊断信息。
[0004]一些类型的DF
‑
CT扫描器包括被放置在X射线束路径中的光栅干涉仪，以实现DF成像能力。
[0005]然而，已经观察到在重建的DF影像中出现伪影。虽然例如在申请人的WO 2016/207423 A1中描述的现有技术已经成功地减少了伪影，但是仍然存在一些伪影。

技术实现思路

[0006]因此，特别地，可能需要改进CT
‑
DF成像。
[0007]本专利技术的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中包含了进一步的实施例。应当注意，本专利技术的以下描述的方面等同地适用于训练数据生成系统、用于支持断层摄影成像的计算机实施的方法、生成训练数据的计算机实施的方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于支持断层摄影成像(特别是DF或PC断层摄影成像)的图像处理系统，包括：
[0009]输入接口，其用于针对/按照给定投影方向接收由被配置用于暗场和/或相衬成像的断层摄影X射线成像装置采集的不同相位步长的多幅输入投影图像；以及
[0010]经训练的机器学习部件，其用于将所述多幅输入投影图像处理成输出投影影像，所述输出投影影像包括针对所述给定投影方向的暗场投影图像和/或相衬投影图像。给定投影方向可以是断层摄影X射线成像装置的多个投影方向之一。该系统可以在每个投影方向上进行投影，从而由经训练的机器学习部件产生针对不同的投影方向的相应的不同输出投影影像。
[0011]所提出的系统允许进一步减少重建的DF和/或PC影像中的图像伪影。伪影似乎至少部分是由波动的参考数据引起的。参考数据特别包括参考可见度和参考相位。参考可见度和参考相位是干涉仪的属性。在重建算法中需要参考数据来产生被成像目标的截面图像。参考数据变化的方式似乎很难进行分析建模。不仅在图像采集期间扫描器的X射线源的旋转，而且诸如温度、湿度等环境因素似乎都会引起一些观察到的参考数据的变化。这些变
化导致重建的影响中的伪影。利用所提出的机器学习方法，能够更好地考虑这些变化，从而使得减少或消除这些伪影。
[0012]更具体地，所提出的图像处理器充当预处理器以预处理所采集的(投影)原始数据，从而获得新的投影影像，该新的投影影像然后可以代替所采集的投影原始数据用于重建。在预处理中获得的新的投影图像似乎更好地捕获了三种对比度机制(即，衰减、相位对比度和超小角度散射)并使它们彼此分开，并且所述分开有助于消除由参考数据的变化引起的重建伪影。优选地，针对任何给定投影方向，产生了三幅输出投影图像，针对三种对比度机制中的每种对比度机制有一幅输出投影图像。
[0013]在实施例中，所述不同相位步长的所述输入投影图像是由所述断层摄影X射线成像装置在与所述给定投影方向相关联的相应的不同投影方向上采集的。
[0014]虽然由机器学习部件计算的输出投影影像本身对于教学目的或分析可以是有用的，但是在实施例中，所述系统包括重建器，所述重建器被配置为实施重建算法以将投影域中的针对多个这样的给定参考投影方向的所述输出投影影像重建成图像域中的重建的暗场和/或相衬影像。
[0015]在实施例中，所述机器学习部件具有神经网络结构。
[0016]在实施例中，所述神经网络结构至少部分包括卷积神经网络结构。
[0017]在实施例中，所述网络包括至少一个层，所述至少一个层能基于至少一个2D卷积滤波器进行操作。
[0018]在实施例中，所述网络包括隐藏层的序列，每个隐藏层能基于相应的一个或多个卷积滤波器进行操作。
[0019]在实施例中，所述序列的(一个或多个)输出由组合器层组合成所述输出投影影像。
[0020]在另一方面，提供了一种图像布置装置，包括上述实施例中的任一实施例的系统以及用于采集输入投影数据的断层摄影成像装置。
[0021]在另一方面，提供了一种用于基于训练数据来训练如在上述实施例的任一实施例中所使用的机器学习部件的训练系统。
[0022]在另一方面，提供了一种训练数据生成系统，被配置为：
[0023]接收具有已知内部结构的样本主体的投影图像的第一集合，所述投影图像的第一集合是由被配置用于相衬和/或暗场成像的断层摄影成像系统从不同投影方向采集的；
[0024]基于所述结构的知识对能根据所述第一投影图像重建的影像进行图像处理以减少伪影，
[0025]正向投影经图像处理的影像以获得投影图像的第二集合，所述第一集合和所述第二集合形成训练数据。
[0026]在另一方面，提供了一种用于支持断层摄影成像(特别是DF或PC断层摄影成像)的计算机实施的图像处理方法，包括：
[0027]针对给定投影方向，接收由被配置用于暗场和/或相衬成像的断层摄影X射线成像装置采集的不同相位步长的多幅输入投影图像；并且
[0028]由经训练的机器学习部件将所述多幅输入投影图像处理成输出投影影像，所述输出投影影像包括针对所述平均投影方向的暗场投影图像和/或相衬投影图像。
[0029]在实施例中，所述不同相位步长的所述输入投影图像是由所述断层摄影X射线成像装置在与所述给定投影方向相关联的相应的不同投影方向上采集的。
[0030]在实施例中，所述方法包括将投影域中的针对多个这样的给定投影方向的所述输出投影影像重建成图像域中的重建的暗场和/或相衬影像。
[0031]在另一方面，提供了一种用于基于训练数据来训练所述机器学习部件以用于相衬和/或暗场断层摄影成像的计算机实施的训练方法。
[0032]在另一方面，提供了一种生成训练数据的计算机实施的方法，包括：
[0033]接收具有已知内部结构的样本主体的投影图像的第一集合，所述投影图像的第一集合是由被配置用于相衬和/或暗场成像的断层摄影成像系统从不同投影方向采集的；
[0034]基于所述结构的知识对能根据所述第一投影图像重建的影像进行图像处理以减少伪影；并且
[0035]正向投影经图像处理的影像以获得投影图像的第二集合，所述第一集合和所述第二集合形成训练数据。
[0036]在另一方面，提供了一种计算机程序单元，其在由至少一个处理单元运行时适于使所述处理单元执行根据上述实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于支持断层摄影成像的图像处理系统(IPS)，包括：输入接口(IN)，其用于针对多个投影方向中的给定投影方向(p
i
)接收由被配置用于暗场和/或相衬成像的断层摄影X射线成像装置采集的不同相位步长的多幅输入投影图像；以及经训练的机器学习部件(MLC)，其用于将所述多幅输入投影图像处理成输出投影影像，所述输出投影影像包括针对所述给定投影方向的暗场投影图像和/或相衬投影图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述不同相位步长的所述输入投影图像是由所述断层摄影X射线成像装置在与所述给定投影方向相关联的相应的不同投影方向上采集的。3.根据权利要求1或2所述的系统，包括重建器(RECON)，所述重建器用于将投影域中的针对多个这样的给定参考投影方向的所述输出投影影像重建成图像域中的重建的暗场和/或相衬影像。4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述机器学习部件(MLC)具有神经网络结构(M)。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述神经网络结构(M)至少部分包括卷积神经网络结构。6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述网络(M)包括至少一个层(IL、L1‑
L
m
)，所述层能基于至少一个2D卷积滤波器进行操作。7.根据前述权利要求4
‑
6中的任一项所述的系统，其中，所述网络(M)包括隐藏层的序列，每个隐藏层能基于相应的一个或多个卷积滤波器进行操作。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述层的序列的输出由组合器层(OL)组合成所述输出投影影像。9.一种训练数据生成系统(TDG)，被配置为：接收具有已知内部结构的样本主体(SB)的投影图像的第一集合(λ)，所述投影图像的第一集合是由被配置用于相衬和/或暗场成像的断层摄影成像系统从不同投影方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：