改善图像分辨率的系统和方法技术方案

本发明专利技术描述了一种断层摄影成像系统中重建图像的方法。该方法包括通过迭代重建图像改善图像的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
改善图像分辨率的系统和方法本申请是基于申请日为2007年6月22日，优先权日为2006年6月22日，申请号为200780023458.7(PCT/US2007/071917)，专利技术名称为：“改善图像分辨率的系统和方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及成像系统，更具体地，涉及改善图像分辨率的系统和方法。
技术介绍
本专利技术总体上涉及成像系统，更具体地，涉及改善图像分辨率的系统和方法。计算机断层摄影(CT)成像系统通常包括x射线源，x射线源投射扇形x射线束透过患者到达辐射探测器阵列。x射线束经准直落在通常称为“成像平面”的xy平面内。探测器阵列接收到的x射线束的辐射强度取决于患者使x射线束的衰减。单独采集探测器阵列多个探测器单元的衰减测量结果而生成透射谱。在台架内围绕受检患者转动x射线源和探测器，以使x射线束与患者相交所成的投射角不断变化。将一组x射线衰减测量结果称为“视角(view)”，所述测量结果是来自成一种台架角度或一种投射角度的探测器阵列的模拟投影数据。对患者的“扫描”包括在x射线源和探测器旋转一周的过程中以不同的投射角形成的一组视角。为缩短获取多个切片所用的总扫描时间，可进行螺旋扫描。螺旋扫描技术允许使用单光子源以较快的速度进行大体积扫描。为进行螺旋扫描，使患者静躺于其上的平台沿台架旋转所围绕的z轴移动，同时采集规定数量切片的模拟投影数据。螺旋扫描生成单螺线。x射线束绘出的螺线形成模拟投影数据，可根据所述模拟投影数据，重建各规定切片中的图像。除缩短扫描时间以外，螺旋扫描还具有其它优势，例如更好地使用注入对比度(injectedcontrast)、任意位置处改善的图像重建和较好的三维图像。螺旋扫描的实例包括多切片螺旋扫描。在多切片螺旋扫描中，探测器阵列沿z轴延伸。通常，在多切片螺旋扫描中，探测器阵列包括多行，每一行相应于沿z轴不同的位置和不同的测量切片。在轴向扫描中，处理模拟投影数据以构建图像，该图像相应于透过患者所取的二维切片。对于离散切片，可进行全视场迭代重建，以提高图像质量。对于连续扫描，形成这样的扫描图案，其中患者沿z轴的部位随着台架的旋转而线性变化。在采集数据过程中，对连续扫描图案进行量化，生成患者周围有限个x射线源位置的一组离散的投影视角。常规的直接图像重建技术，例如二维或三维滤波反投影，根据投影数据如下重建图像体素：在投影数据中内插要素以将各投影角的贡献累加到多个图像体素中，从而通过对投影数据的单遍扫描形成图像或图像体(imagevolume)。应用滤波反投射生成的图像的典型分辨率基于探测器阵列的尺寸、焦斑尺寸、数据采集系统(DAS)采集模拟投影数据的采样速度和滤波反投射过程中过滤投影数据的滤波器的kernel。通常情况下，典型分辨率不高于CT成像系统等角点处各探测单元的投影尺寸。根据尼奎斯特定理，无需以大于两倍的极限典型分辨率采样。然而，通过常规的直接图像重建技术生成的图像体通常不具备高的空间分辨率。
技术实现思路
一方面，描述断层摄影成像系统中重建图像的方法。该方法包括通过迭代重建图像改善图像的空间分辨率。另一方面，描述权衡(trade-off)断层摄影成像系统性能的迭代重建方法。该方法包括调整一部分迭代重建图像的噪声和分辨率。再一方面，描述调整断层摄影成像系统分辨率的迭代重建方法。该方法包括调整迭代重建图像的面内分辨率(in-planeresolution)，以及调整迭代重建图像的断面分辨率(cross-planeresolution)。再一方面，描述改善图像空间分辨率的方法。该方法包括迭代重建图像并改善图像的空间分辨率。该方法通过建立具有平滑曲线的正投影函数和建立具有平滑曲线的图像中的至少一种来改善图像的空间分辨率。正投影的建立包括通过确定一系列投影值来建立正投影。图像的建立包括通过确定所述一系列投影值的逆(inverse)来重建图像。再一方面，描述改善图像空间分辨率的处理器。配置该处理器以迭代重建图像并改善图像的空间分辨率。配置该处理器，以通过建立具有平滑曲线的正投影函数和建立具有平滑曲线的图像中的至少一种来改善图像的空间分辨率。正投影的建立包括通过确定一系列投影值来建立正投影。图像的建立包括通过确定所述一系列投影值的逆来重建图像。本专利技术包括以下内容：实施方式1.一种在断层摄影成像系统中重建图像的方法，所述方法包括通过迭代重建图像改善图像的空间分辨率。实施方式2.实施方式1的方法，其中所述断层摄影成像系统包括透射计算机断层摄影系统和发射计算机断层摄影系统之一。实施方式3.实施方式1的方法，其中所述迭代重建图像包括生成分辨率高于典型分辨率的图像。实施方式4.实施方式1的方法，其中所述迭代重建图像包括根据x射线多切片螺旋数据迭代重建图像，其中所述图像的空间分辨率高于典型分辨率。实施方式5.实施方式1的方法，其中所述迭代重建图像包括应用正则化函数。实施方式6.实施方式1的方法，其中所述空间分辨率包括各向同性空间分辨率。实施方式7.实施方式1的方法，还包括生成正模型，所述正模型表现出小于典型分辨率的图像体素尺寸，其中所述图像体素尺寸包括图像的图像体素的尺寸。实施方式8.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，所述方法还包括模型化所述图像体素，所述图像体素具有平行于第一坐标轴的第一维度和平行于第二坐标轴的第二维度，其中所述第一维度不同于所述第二维度，并且其中所述第一坐标轴不同于所述第二坐标轴。实施方式9.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，并且其中所述图像体素为立方形或除立方形以外的形状。实施方式10.实施方式1的方法，其中所述图像包括多个图像体素，其中所述多个图像体素中的第一个和第二个之间的间距不同于所述多个图像体素中第一个的尺寸。实施方式11.实施方式1的方法，还包括由所述图像的图像体素生成正模型，其中所述正模型结合下述中的至少一种：所述图像体素的几何形状、位置和取向；所述正模型内包含的多个探测元的几何形状、位置和取向；用于生成所述正模型的焦斑的几何形状、位置和取向；时间采样，其取决于扫描的触发频率；和成像系统的平台的运动。实施方式12.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，所述方法还包括由所述图像体素生成正模型，其中所述正模型包括平滑函数。实施方式13.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，所述方法还包括：由所述图像体素生成正模型；和通过调整所述正模型使断层摄影成像系统的组元表现为大于该组元的物理尺寸。实施方式14.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，所述方法还包括：由所述图像体素生成正模型；和通过调整所述正模型使断层摄影成像系统的组元表现为小于该组元的物理尺寸。实施方式15.实施方式1的方法，其中所述图像包括图像体素，所述方法还包括由所述图像体素生成正模型，其中所述正模型的置信度取决于所述图像体素的位置。实施方式16.一种权衡断层摄影成像系统的性能的迭代重建方法，所述方法包括调整一部分迭代重建图像的噪声和分辨率。实施方式17.一种调整断层摄影成像系统的分辨率的迭代重建方法，所述方法包括：调整迭代重建图像的面内分辨率；和调整迭代重建图像的断面分辨率。实施方式18.实施方式17的方法，其中所述面内分辨率包括径向分辨率和方位角分辨率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用断层摄影成像系统重建图像的方法，所述方法包括：生成图像第一估计值；在生成图像第一估计值之后，生成图像第二估计值；比较实际投影数据和图像第二估计值的预期投影数据；使用所述比较调整所述第一估计值；生成对应于断层摄影成像系统的真实X射线源的虚拟X射线源；生成包括多个对应于所述断层摄影成像系统的真实X射线探测器阵列的虚拟探测元的虚拟X射线探测面，所述真实X射线探测器阵列包括多个虚拟探测元所对应于的多个探测器单元；使用虚拟X射线源和虚拟X射线探测器确定包括表示图像体素的X射线密度的值的图像体数据；赋予实际投影数据的第一部分和第一正投影函数第一权重，其中实际投影数据的第一部分和第一正投影函数是当虚拟X射线源处于第一位置时所生成的并用于重建图像体素；赋予实际投影数据的第二部分和第二正投影函数第二权重，其中实际投影数据的第二部分和第二正投影函数是当虚拟X射线源处于第二位置时所生成的并用于重建图像体素，所述第二权重小于所述第一权重，且所述第一位置比所述第二位置更接近所述图像体素；使用图像体数据调整所述第一估计值；和基于图像第一估计值输出图像，所述输出图像的分辨率高于所述第一估计值的分辨率。

【技术特征摘要】
2006.06.22 US 11/472,5721.一种使用断层摄影成像系统重建图像的方法，所述方法包括：生成图像第一估计值；在生成图像第一估计值之后，生成图像第二估计值；比较实际投影数据和图像第二估计值的预期投影数据；使用所述比较调整所述第一估计值；生成对应于断层摄影成像系统的真实X射线源的虚拟X射线源；生成包括多个对应于所述断层摄影成像系统的真实X射线探测器阵列的虚拟探测元的虚拟X射线探测面，所述真实X射线探测器阵列包括多个虚拟探测元所对应于的多个探测器单元；使用虚拟X射线源和虚拟X射线探测器确定包括表示图像体素的X射线密度的值的图像体数据；赋予实际投影数据的第一部分和第一正投影函数第一权重，其中实际投影数据的第一部分和第一正投影函数是当虚拟X射线源处于第一位置时所生成的并用于重建图像体素；赋予实际投影数据的第二部分和第二正投影函数第二权重，其中实际投影数据的第二部分和第二正投影函数是当虚拟X射线源处于第二位置时所生成的并用于重建图像体素，所述第二权重小于所述第一权重，且所述第一位置比所述第二位置更接近所述图像体素；使用图像体数据调整所述第一估计值；和基于图像的经调整的第一估计值输出图像，所述输出图像的分辨率高于所述第一估计值的分辨率。2.权利要求1所述的方法，还包括使用一系列图像的后来的估计值迭代调整所述第一估计值。3.权利要求2所述的方法，其中迭代调整所述第一估计值还包括用现有的估计值替代先前的估计值以确定之后的估计值。4.权利要求1所述的方法，其中使用图像体数据调整第一估计值还包括使用图像体数据的函数调整第一估计值，其中所述函数使用实际投影数据，正投影函数，正则化函数，和失真量度中的至少一个来调整所述第一估计值。5.权利要求4所述的方法，其中使用图像体数据的函数还包括使用作为函数，其中是调整的第一估计值，r是图像体数据，D是失真量度，p是实际投影数据，F(r)是正投影函数，以及U(r)是正则化函数。6.权利要求5所述的方法，还包括，当一系列估计值用于调整所述第一估计值时，用来自前一次迭代的替代本次迭代中的r以确定之后的7.权利要求4所述的方法，还包括使用失真量度，该失真量度为实际投影数据和图像第一估计值的正投影函数之间失配的量度。8.权利要求4所述的方法，还包括使用失真量度，该失真量度是非负凸函数、概率密度函数的负对数和加权平方函数之一。9.权利要求4所述的方法，还包括使用正则化函数，该正则化函数根据相邻图像体素中至少一个的值补偿图像体素的值。10.权利要求4所述的方法，还包括使用正则化函数，该正则化函数根据与该图像体素不相邻并与该图像体素相隔预定间距的至少一个图像体素的值补偿该图像体素的值。11.权利要求4所述的方法，还包括调整邻近图像体素并补偿图像体素的值的图像体素的数目以达到以下的至少一种：相对于图像体素的第一空间分辨率提高图像体素的空间分辨率，在图像的视场内获得均匀的空间分辨率，在图像的视场内获得各向同性的空间分辨率，和在图像的视场内获得预定的空间分辨率。12.权利要求1所述的方法，其中使用图像体数据调整所述第一估计值还包括对所述图像体素应用正投影函数以生成包括至少一个虚拟探测面的虚拟探测元的正投影区。13.权利要求12所述的方法，其中对图像体素应用正投影函数还包括沿虚拟探测面的虚拟探测器行和虚拟探测面的虚拟探测器信道中至少一个调整图像体素相对于正投影区的尺寸。14.权利要求13所述的方法，其中调整图像体素的尺寸还包括调整图像体素的尺寸以提高图像体素的空间分辨率，这是与所述调整第一估计值的前一次迭代过程中确定的图像体素的之前空间分辨率相比而言的。15.权利要求1所述的方法，其中使用图像体数据调整所述第一估计值还包括通过从虚拟X射线源以一定的投影角将图像体素正投影在虚拟探测面上，确定贡献于图像体素的分辨率的一组虚拟探测元。16.权利要求15所述的方法，其中确定一组虚拟探测元还包括：将图像体素正投影在虚拟探测面上以在虚拟探测面上生成图像体素的阴影；和在生成的阴影内...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉昂西，琼巴普蒂斯特蒂鲍尔特，肯D索尔，查尔斯A鲍曼，
申请(专利权)人：通用电气公司，诺特戴姆杜拉大学，珀杜研究基金会，
类型：发明
国别省市：