專利名稱：用于多次迭代算法的高級收斂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像重構領域，例如在醫(yī)學應用中。具體而言，本發(fā)明涉 及一種方法，用于基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號來產生或 重構圖像，該計算機斷層造影系統(tǒng)包括具有輻射源和輻射檢測器的斷層造 影設備。本發(fā)明還涉及一種數(shù)據(jù)處理設備、 一種斷層造影系統(tǒng)、 一種計算 機可讀介質和一種程序模塊，用于基于數(shù)據(jù)信號來產生圖像，具體而言， 用于基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號來產生圖像。
背景技術：
計算機斷層造影(CT)是一種使用數(shù)字處理、依據(jù)圍繞單一旋轉軸所拍 攝的一系列二維X射線圖像來產生受檢査對象(所關注對象)內部的三維圖 像的過程。CT圖像的重構可以通過應用適當?shù)乃惴▉磉M行。在醫(yī)學CT中，需要在患者劑量最小值的情況下得到具有較高且均勻的 空間分辨率以及極低噪聲的高精度圖像。而且，CT圖像重構必須在計算上 是高效的，以便實時執(zhí)行。這可以通過使用多種基于二維或三維濾波反向 投影(FBP)或傅立葉重構方案的圖像重構算法來實現(xiàn)。與這些分析方法相對照，存在多種迭代重構算法，其從數(shù)字觀點來審 視重構問題。它們基于借助于在空間域與投影域之間的迭代的測量，設法 倒置系統(tǒng)矩陣或設法使被重構的物體的相似性最大化。它們的主要優(yōu)點是， 能夠通過對所掃描的量子統(tǒng)計進行精確建模，而在較小患者劑量的情況下 工作。然而，這些技術需要多達幾百次的迭代來實現(xiàn)充分收斂。每一次迭 代都至少包含分別對圖像和所處理的數(shù)據(jù)進行的一次二次投影和一次反向 投影。因此， 一次迭代的耗時至少與兩次FBP重構相同。在WO2005/088544A1中，公開了一種方法，用于依據(jù)迭代算法來重構 CT圖像，其中，采用所測量的光子計數(shù)的固有統(tǒng)計誤差對迭代算法的更新 進行加權。這會實現(xiàn)對圖像重構中偽像的有效去除。然而，與所有現(xiàn)有技術的迭代算法相似，這個所公開的用于三維圖像的重構方法在計算上也是 耗時很高的。需要一種改進的速度倍增(miiltiplicative)迭代算法，其能夠以較小的計 算能力來工作。發(fā)明內容可以借助于一種方法來滿足這個需要，該方法用于基于由計算機斷層 造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號來產生圖像，其中，所述計算機斷層造影系統(tǒng) 包括具有輻射源和輻射檢測器的斷層造影設備。此外，可以借助于根據(jù)多 個獨立權利要求所述的一種數(shù)據(jù)處理設備、 一種斷層造影系統(tǒng)、 一種計算 機可讀介質和一種程序模塊來滿足這個需要。根據(jù)如權利要求1所述的本發(fā)明的示范性實施例，提供了一種方法， 用于基于數(shù)據(jù)信號來產生圖像。具體而言，提供了一種方法，用于基于由 CT系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號來產生圖像，所述CT系統(tǒng)包括具有輻射源和輻 射檢測器的斷層造影設備。該方法包括將數(shù)據(jù)信號裝入數(shù)據(jù)處理器的步 驟；通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號的步驟；以及將迭代算法應用 于修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生受檢查對象的三維圖像為止的步驟。迭代 算法常常是這樣一種算法在該算法中，執(zhí)行多個更新步驟，直到滿足結 束標準為止。應注意的是，本方法可以用于以任何軌跡、檢測器形狀和波束幾何形 狀(例如扇形波束、錐形波束等)所獲得的數(shù)據(jù)信號的圖像重構。可以看到所述方法的要點是使用通過將常數(shù)與每一個數(shù)據(jù)信號相加 而人工修改的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)可靠的圖像生成，與基于對于原始測量的且 未修改的數(shù)據(jù)信號的估計的圖像重構相比較，其顯示了快得多的收斂性。 因此，可以快得多的和/或顯著減小的計算能力來實現(xiàn)對于三維圖像的產生 或重構。根據(jù)另一個示范性實施例，每一個數(shù)據(jù)信號都是通過用于產生波束的 輻射源以及通過用于在波束經過受檢查對象之后對波束進行檢測的輻射檢 測器而采集的投影數(shù)據(jù)信號。由此，每一個數(shù)據(jù)信號都表示以不同角度穿 過受檢査對象的投影。根據(jù)另 一個示范性實施例，每一個投影數(shù)據(jù)信號都表示由受檢査對象 引起的吸收值，并且所述常數(shù)是穿過具有恒定吸收系數(shù)的虛擬身體的吸收 線積分。下面說明該人工數(shù)據(jù)修改的影響當使用現(xiàn)有技術的迭代算法來重構三維圖像時，會存在對吸收系數(shù)p 的多次更新，假設吸收系數(shù)Kl是在受研究對象的所選體素i中所估計得到的。 對于從步驟n到步驟n+l的連續(xù)迭代，可以用以下公式在良好的逼近的情 況下描述這個更新/T=A".c (等式l)采用這種更新，僅在c=0的情況下可以獲得ki=0的吸收系數(shù)，其存在 于被研究對象的空腔中。然而，對于用于重構三維圖像的迭代算法而言， c-O情況下的更新公式非常不可靠的，以致于重構圖像的質量變壞，尤其對 于位于該空腔中的體素或包含具有接近于0的吸收系數(shù)的物質的體素而言。在虛擬身體的體積內相加一常數(shù)顯著地減小了以上所述的對吸收系數(shù) 的更新的影響。因此，重構圖像的質量與現(xiàn)有技術的迭代算法相比會好得 多，尤其對于具有低吸收系數(shù)或O吸收系數(shù)的區(qū)域而言。而且，與現(xiàn)有技術的分析重構算法相比，所述方法提供了好得多的信 噪比。例如，與fbp重構方法相比，所述方法在相同空間分辨率的情況下 提供了 1.4倍的更好的信噪比。根據(jù)另一個示范性實施例，所述恒定吸收系數(shù)等于水的吸收系數(shù)。由 于水的吸收系數(shù)是公知的，因此這可以提供能夠以高可重現(xiàn)性和精確的方 式來進行數(shù)據(jù)信號的修改的優(yōu)點。當以水的吸收系數(shù)來人工偏移受檢查對 象內的全部吸收值時，最小吸收系數(shù)p是Ha，其是0.0183cm"。因此，同 樣在人體內的空腔中，例如在頭部的竇內，這個最小吸收系數(shù)是用于受檢 査對象的重構的基礎。根據(jù)另一個示范性實施例，虛擬身體具有預定的體積，其小于計算機 斷層造影系統(tǒng)的最大檢查體積。這可以具有這樣的優(yōu)點可以僅在稍大于 所關注對象的區(qū)域內添加所述恒定吸收系數(shù)。因此，可以僅是合理地增加 數(shù)據(jù)信號。這會實現(xiàn)在修改后的數(shù)據(jù)信號內的對比度不會不必要的減小。根據(jù)另一個示范性實施例，所述預定的體積大于受檢查對象，且所述 預定的體積覆蓋受檢查對象的全部區(qū)域。必須注意的是，受檢查對象也可以是不可分割的整個對象中的一部分。例如，所述整個對象可以是患者的 人體，受檢查對象可以是患者的頭部。根據(jù)另一個示范性實施例，所述迭代算法是最大似然算法。與其它重 構算法相比，最大似然算法具有在重構圖像內可以獲得高得多的信噪比的 優(yōu)點。因此，使用最大似然算法提供了通過不太強烈的輻射波束穿透所關 注對象也可以獲得同等圖像質量的優(yōu)點。由于最大似然算法的較高信噪比， 即使是有噪聲的數(shù)據(jù)信號也可以得到高質量圖像。在本文中，有噪聲的數(shù) 據(jù)信號是投影數(shù)據(jù)信號，其對于常常用作輻射檢測器的二維空間解析檢測 器陣列中的每一個檢測器元件來說，僅包含少量的檢測器計數(shù)。使用有噪 聲的數(shù)據(jù)信號具有受檢查對象僅暴露于較小輻射劑量下的優(yōu)點。尤其當對 人進行檢查時，這是有利的。借助于使用大量可利用的信息，即所有共同檢測的光子的信息，可以 從在不同觀測角度的測量值得出信息的最大值。因此，可以增加采用所述方法的CT系統(tǒng)的精度。根據(jù)另一個示范性實施例，圖像的產生是基于全部獲取的投影數(shù)據(jù)信 號的包含至少兩個投影的子集。這種過程常常被稱為有序子集算法(OrderedSubset algorithm)。術語"有序子集"意思是指以預定順序使用來自不同檢 査角度的不同投影數(shù)據(jù)，以便可以實現(xiàn)重構圖像的快速收斂。這意味著不 是在包含有表示穩(wěn)定增大的投影角度的數(shù)據(jù)信號的序列內執(zhí)行投影數(shù)據(jù)的 使用。例如，對于圖像重構而言，可以以一個順序來使用數(shù)據(jù)信號，其中第一投影數(shù)據(jù)表示0。的檢査角度，第二投影數(shù)據(jù)表示90。的檢查角度，第三投影數(shù)據(jù)表示0°+50的檢査角度，第四投影數(shù)據(jù)表示9O°+S0的檢查角度，第五投影數(shù)據(jù)表示0°+250的檢査角度，第六投影數(shù)據(jù)表示90°+25 的檢查角度 等等。然而，必須注意的是，當然還可以使用其他檢査角度序列。無論如 何，與普通最大似然算法相比，基于有序子集最大似然算法的圖像重構可 以顯示更快的收斂性。根據(jù)另一個示范性實施例，該方法還包括用三維圖像減去所述常數(shù)從8而獲得最終圖像的步驟。該實施例會具有這樣的優(yōu)點產生了可以用與早 己是公知的CT圖像相同的方式讀取的圖像。在此情況下，人，例如假設讀 取和/或理解最終圖像的健康專家，無需特定訓練就可以從根據(jù)所建議的方 法而獲得的圖像中獲得全部信息。根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例，提供了一種數(shù)據(jù)處理設備。該數(shù) 據(jù)處理設備包括存儲器，用于存儲所關注對象的數(shù)據(jù)信號；數(shù)據(jù)處理器， 用于基于所關注對象的數(shù)據(jù)信號來產生圖像。所述數(shù)據(jù)處理器適于執(zhí)行包 括以下步驟的操作裝入所述數(shù)據(jù)信號的步驟；借助于相加一常數(shù)來修改 每一個數(shù)據(jù)信號的步驟；以及將迭代算法用于修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產 生所關注對象的三維圖像為止的步驟。有利的是，這會實現(xiàn)在CT掃描器系統(tǒng)內的更快速的圖像重構，以及改 進的圖像質量，尤其是在受檢查對象內的、包括空腔或具有很低吸收系數(shù) 的物質區(qū)域中。根據(jù)另一個示范性實施例，所述迭代算法是最大似然算法；并且產生 的圖像具有最高的似然性。有利的是，最大似然算法的迭代方案可以實現(xiàn) 具有較低數(shù)量偽像的改進的圖像。而且，由于更快的收斂，當重構圖像時， 與采用現(xiàn)有技術的最大似然算法的數(shù)據(jù)處理設備相比，可以快得多地獲得 高質量圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例，提供了一種斷層造影系統(tǒng)。所述 斷層造影系統(tǒng)包括輻射源，其適于發(fā)出輻射波束；輻射檢測器，其適于 在所述波束經過受檢查對象之后檢測所述波束；存儲器，用于存儲由輻射 檢測器所獲得的數(shù)據(jù)信號；以及數(shù)據(jù)處理器，用于基于所述數(shù)據(jù)信號產生 圖像。所述數(shù)據(jù)處理器適于執(zhí)行以下操作裝入數(shù)據(jù)信號；借助于相加一 常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于修改后的數(shù)據(jù)信號，直 到產生受檢查對象的三維圖像為止。而且，數(shù)據(jù)處理器適于執(zhí)行上述方法 的任何示范性實施例。所述輻射源可以是常規(guī)X射線源，其可以發(fā)出多波長的或單一波長的 輻射。所述輻射檢測器可以由單個輻射傳感器、多個輻射傳感器或傳感器 陣列構成。所述斷層造影系統(tǒng)可以用作物質測試設備、醫(yī)學應用設備或用于測量三維圖像的任何其它設備。所述斷層造影系統(tǒng)還可以是相干散射計算機斷 層造影設備、正電子發(fā)射斷層造影設備或單光子發(fā)射計算機斷層造影設備。無論如何，應明確本發(fā)明不限于X射線計算機斷層造影技術。根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例，提供了一種計算機可讀介質，其 中存儲了計算機程序，所述計算機程序用于基于數(shù)據(jù)信號，具體而言是基 于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號，來產生圖像，所述計算機斷 層造影系統(tǒng)包括具有輻射源和輻射檢測器的斷層造影設備。當被處理器執(zhí) 行時，所述計算機程序適于執(zhí)行上述方法的示范性實施例。根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性實施例，提供了一種程序模塊，用于基于 數(shù)據(jù)信號，具體而言是基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號，來產生圖像，所述計算機斷層造影系統(tǒng)包括具有輻射源和輻射檢測器的斷層 造影設備。當被處理器執(zhí)行時，所述程序模塊適于執(zhí)行上述方法的示范性 實施例。所述程序模塊可以用任何適合的編程語言來編寫，例如C++，并可以 存儲在計算機可讀介質上，諸如CD-ROM。此外，所述計算機程序可以從 網(wǎng)絡獲得，諸如環(huán)球網(wǎng)，從所述網(wǎng)絡可以將所述計算機程序下載到圖像處 理單元或處理器，或任何適合的計算機。
依據(jù)以下說明的實施例的實例，并參考實施例的實例加以解釋，本發(fā) 明以上定義的方面及其它方面是顯而易見的。在下文中參考實施例的實例 會更詳細的說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。圖1顯示了計算機斷層造影(CT)系統(tǒng)的簡化示意圖。圖2顯示了用于基于迭代算法重構三維圖像的方法的流程圖。圖3顯示了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實施例的圖像處理設備。圖4a和4b顯示了頭部幻圖的圖像切片。圖5顯示了一曲線圖，其中，描繪了兩個不同最大似然算法的收斂情 況，這兩個算法用于計算位于圖4所示的頭部模型空腔中的小框內的吸收 系數(shù)。附圖中的圖解說明是示意性的。應注意在不同附圖中，以相同的參考 標記或以彼此僅是第一個數(shù)字不同的參考標記來提供相似的或相同的要 素。
具體實施方式
圖1顯示了計算機斷層造影設備100，其是錐形波束CT掃描器。然而， 本發(fā)明還可以用包括扇形波束幾何形狀的CT掃描器來實施。CT掃描器100包括臺架101，其可圍繞旋轉軸102旋轉。借助于電機 103來驅動臺架101。參考數(shù)字104標明了輻射源，例如X射線源，根據(jù)本 發(fā)明的一個方面，其發(fā)出多波長或單波長的射線。參考數(shù)字105標明了窗孔系統(tǒng)，其將從輻射源104發(fā)出的輻射波束成 形為錐形輻射波束106。引導錐形輻射波束106，以便其穿過布置在臺架101 中央的所關注對象107。臺架IOI的中央表示CT掃描器的檢查區(qū)域。波束 106在穿過所關注對象107后，照射到檢測器108上。如可以從圖1得到的，檢測器108被布置在臺架101上與輻射源104 相對的位置，以便由錐形波束106覆蓋檢測器108的表面。檢測器108包 括多個檢測器元件123，每一個都能夠檢測被所關注對象107散射的或穿過 所關注對象107的X射線。在對所關注對象107進行掃描期間，輻射源104、窗孔系統(tǒng)105和檢測 器108與臺架101 —起在由箭頭116所指示的方向上旋轉。電機103連接 到電機控制單元117，用于旋轉臺架101與輻射源104、窗孔系統(tǒng)105和檢 測器108，電機控制單元自身連接到重構單元130(其也可以表示為計算或確 定單元)。而且，重構單元130還起到控制單元的作用，控制單元與電機控 制單元117進行通信，以便協(xié)調臺架101的移動與操作臺119的移動。如能夠同樣從圖1見到的，所關注對象107是人體，其被布置在操作 臺119上。在對人體107的頭部107a的掃描期間，在臺架101圍繞頭部107a 旋轉的同時，操作臺119沿平行于臺架101的旋轉軸102的方向移動人體 107的位置。由電機120來執(zhí)行這個移位，以便沿螺旋形掃描路徑來掃描頭 部107a。在掃描期間還可以停止操作臺119，從而以高精度測量頭部107aii應注意的是，在所描述的全部情況中都可以執(zhí)行圓形掃描，在此情況下，沒有在平行于旋轉軸102的方向上的移位，而只有臺架101圍繞旋轉 軸102的旋轉。此外，應強調的是，作為圖1所示的錐形波束結構的備選方案，本發(fā) 明可以用扇形波束結構來實現(xiàn)。為了產生原始的扇形波束，可以將窗孔系 統(tǒng)105配置為多縫隙準直儀。檢測器108耦合到重構單元130。重構單元130接收檢測結果，即來自 檢測器108的檢測器元件123的讀數(shù)，并基于這些讀數(shù)來確定掃描結構。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的示范性方法的流程圖，用于執(zhí)行以圖1所示 的計算機斷層造影設備100所獲得的投影數(shù)據(jù)信號的圖像重構。然而，應 注意的是，該方法不僅可以用于由CT檢査設備所采集的數(shù)據(jù)集，也可以用 于由其它檢查設備采集的其它數(shù)據(jù)集，諸如例如正電子發(fā)射計算機斷層造 影系統(tǒng)。該方法以步驟Sl開始，步驟Sl是對在不同投影角度所獲得的多個投 影數(shù)據(jù)的采集。對于每一個投影角度，由空間解析檢測器陣列來測量由輻 射源發(fā)出并穿過所關注對象傳輸?shù)碾姶泡椛涞膹姸取Ｒ罁?jù)與在沒有所關注 對象的情況下所測量的強度相比的測量強度減小，獲得了多個吸收值。從 而，檢測器陣列的每一個檢測器元件都提供了一個吸收值。必須強調的是，還可以基于量子理論來理解術語"強度"。在本文中， 術語"強度"對應于照射到構成檢測器陣列的每一個檢測器元件上的光子 計數(shù)的數(shù)量。尤其是當以小輻射劑量來執(zhí)行對所關注對象的檢査時，測量 數(shù)據(jù)包含由于光子統(tǒng)計學造成的統(tǒng)計波動效果。隨后，在步驟S2，將所測量的多個投影數(shù)據(jù)裝入到數(shù)據(jù)處理器中。由 于全部投影數(shù)據(jù)的數(shù)量常常較高，因此使用了包括中央處理單元(CPU)和存 儲器的數(shù)據(jù)處理器。與CPU耦合的存儲器能夠用于存儲用于三維圖像重構 的全部數(shù)據(jù)。隨后，在步驟S3，以將常數(shù)相加到到投影數(shù)據(jù)上的方式來修改所裝入 的數(shù)據(jù)，其中，所述投影數(shù)據(jù)是用檢測器陣列的每一個檢測器元件測量得 到的。在CT成像的情況下，所述投影數(shù)據(jù)表示由受檢查對象引起的吸收值。 因此，所述常數(shù)是穿過在空間上具有恒定吸收率的虛擬身體的吸收線積分。所相加的恒定吸收系數(shù)的優(yōu)選值是水的吸收系數(shù)。水的吸收系數(shù)是眾 所周知的，因此可以以高度可再現(xiàn)和精確的方式來實現(xiàn)。因此，在受檢查對象內的全部吸收值被移位了 0.0183cm"的p水的吸收系數(shù)。為了不使得修改后的投影數(shù)據(jù)的對比度不必要的減小，僅在預定體積 內相加該恒定吸收系數(shù)，所述預定體積稍大于受檢查對象(例如，圖1所示 的患者107的頭部107a)。由此，將在CT掃描器最大檢查體積內而不是在 所關注對象之外的區(qū)域中的無用吸收值引入到修改后的數(shù)據(jù)中。隨后，在步驟S4，對修改后的投影數(shù)據(jù)的全集執(zhí)行迭代算法。優(yōu)選的 采用凸面最大似然算法。最大似然方法能夠確定等式，該等式通過設定 ^y/^/^廣0，定義了具有最高似然性zyw的圖像，在此a是衰減參數(shù)a的 向量。由于該等式是先驗的，其不能準確求解，但迭代方案能夠得到該解。 這些迭代方案中的一個是K丄ange禾n J.A.Fessler在"Globally convergent algorithms for maximum a posteriori transmission tomography", IEEE Trans. Med. Imaging 4， 1430-1450(1995)中所述的"Convex Algorithm",其據(jù)此被合 并于此作為參考。得到了用于一個迭代步驟的更新是(等式2)在此，《和K分別是射出的和觀測到的光子計數(shù)的數(shù)量，/,是第Z個投 影的基函數(shù)^的向量，〈/,.,^是內積》/々,這個更新確保了在最佳點鄰近 位置有著較大的似然性，這樣其會產生最佳圖像?？梢杂蒙鲜龅仁?在良好逼進的情況下說明從步驟n到步驟n+1的這 個更新。明確的是，4=0的吸收系數(shù)只能在(^0的情況下實現(xiàn)，該吸收系數(shù) 存在于被研究對象的空腔中。然而，對于用于重構三維圖像的迭代算法而 言，c-0的更新公式是極不可能的。因此，當將最大似然算法用于未修改的 投影數(shù)據(jù)時，重構圖像的質量變壞，特別是對于位于所關注對象內的空腔 中的體素。上述修改后的投影數(shù)據(jù)的使用顯著減小了根據(jù)等式1的吸收系數(shù)的更 新的影響，在上述修改后的投影數(shù)據(jù)中，所相加的常數(shù)是穿過具有空間上 恒定吸收系數(shù)的虛擬身體的吸收線積分。因此，用于修改后的數(shù)據(jù)的迭代算法與用于未修改的原始投影數(shù)據(jù)的迭代算法相比，顯示了快得多的收斂。 而且，可以確信的是，重構圖像的質量與用于未修改的原始投影數(shù)據(jù)的迭代算法相比好得多，尤其對于具有低或0吸收系數(shù)p的區(qū)域而言。最后，在步驟S5，通過例如圖形用戶界面輸出重構的圖像的不同切片。 這使得醫(yī)生能夠分析受檢査對象的任意切面的圖像。圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設備330的示范性實施例，用于執(zhí) 行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實施例。數(shù)據(jù)處理設備330包括中央處理單 元(CPU)或圖像處理器331。圖像處理器331連接到存儲器332，存儲器332 用于存儲描繪所關注對象的圖像，例如患者或一件行李。圖像處理器331 通過總線系統(tǒng)335連接到多個輸入/輸出網(wǎng)絡或診斷設備，例如CT設備。 而且，圖像處理器331連接到顯示設備333，例如計算機監(jiān)視器，用于顯示 在圖像處理器331中計算或調整的信息或圖像。操作員或用戶可以通過鍵 盤334和/或任何其它輸出設備(其未在圖3中示出)與圖像處理器331進行 交互。圖4a和圖4b顯示了頭部模型440的圖像切片。圖4b是圖4a中上部分 的放大視圖。依據(jù)簡單幾何形狀對象，如球形、圓柱形、橢圓形或圓錐形， 來定義頭部模型440，其在CT圖像重構領域中公知為所謂的Forbild頭部 模型(http:〃www,imp.uni-erlangen.de/forbid/deutsch/results/head/heacLhtml)。頭 部模型440包括多個解剖結構的簡單表示，這些解剖結構在評估CT圖像質 量時是重要的顱頂441、額竇442和周圍的骨骼443、 444、 445及446、 右邊的內耳447、和枕內隆凸448。在圖4a和圖4b所示的切面中不能看見 其它解剖結構，如內耳(左邊的)、眼睛、均勻的腦部物質和更低對比度對象， 如腦室或硬腦膜下血腫。額竇442代表空腔。因此，明確的是，在該空腔內的相應吸收系數(shù)p 是0。為了測試根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的最大似然算法的質量，選擇了在 額竇442內的小框450。使用有序子集最大似然算法迭代的計算在該小框 450內的系數(shù)^。x。以兩種不同的方式來進行計算。第一種計算采用了基于所測量的投影 數(shù)據(jù)的有序子集最大似然算法。第二種計算采用了基于修改后的投影數(shù)據(jù) 的有序子集最大似然算法。所述修改包括將恒定吸收值與所測量的投影數(shù)據(jù)相加。所述恒定吸收值是穿過虛擬身體的吸收線積分，虛擬身體自身是在空間上具有恒定吸收系數(shù)K^的水模型。所述水模型所具有的體積一方面 稍大于頭部模型440，另一方面完整地包含頭部模型440。圖5顯示了曲線圖560，其中，描繪了所計算的在框450內的吸收系數(shù) h。x的值的收斂速度。在曲線圖560中，繪制了各種有序子集最大似然算法 的迭代次數(shù)與所計算的吸收系數(shù)w。x之間的關系。參考數(shù)字561標明了顯示基于總共29個測量的(即未修改的)投影數(shù)據(jù) 的有序子集最大似然算法的收斂情況的曲線。能夠見到在67個迭代步驟內 沒有獲得正確的吸收系數(shù)^=0。參考數(shù)字562標明了顯示基于總共29個修改后的投影數(shù)據(jù)的上述有序 子集最大似然算法的收斂情況的曲線。所述修改包括上述的將恒定吸收值 與所測量的投影數(shù)據(jù)相加。為了直接比較圖中的曲線562和曲線561的收 斂情況，在對于每個迭代步驟完成框450內吸收值w。x的計算之后，就減 去吸收系數(shù)^*。能夠見到，與曲線561相比，代表基于修改后的數(shù)據(jù)的迭 代算法的曲線562收斂的快得多。在10次迭代內獲得了吸收系數(shù)w。x的正 確的和最終的值。必須強調的是，不僅是曲線562的收斂速度比曲線562的收斂速度快 得多。而且當對上述有序子集最大似然算法采用修改后的投影數(shù)據(jù)時，吸 收系數(shù)l^。x的最終值準確得多。因此，當使用根據(jù)本發(fā)明實施例的方法時， 圖像重構的速度和質量都是先進的。應注意的是，術語"包括"不排除其它元件或步驟，"一"不排除多個。 此外可以合并相關于不同實施例描述的元素。還應注意，在權利要求中的 參考標記不應解釋為限制權利要求的范圍。為了概括本發(fā)明的上述實施例，可以這樣表述用于基于由計算機斷層造影系統(tǒng)獲得的投影數(shù)據(jù)信號而重構三維圖像 的迭代方法常常導致錯誤的吸收系數(shù)，尤其是對于受檢查對象中的包含空 腔的區(qū)域。而且，迭代方法對于計算這個吸收系數(shù)顯示了較慢的收斂性。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種方法，用于基于修改后的投影數(shù)據(jù)信號 進行對三維圖像的高級重構。所述修改包括將恒定吸收值與所測量的投影 數(shù)據(jù)相加。有利的是，所述恒定吸收值是穿過具有水的空間恒定吸收系數(shù)的虛擬身體的吸收線積分。所述虛擬身體優(yōu)選的具有稍大于所關注對象的 體積。參考標記列表100計算機斷層造影設備/CT掃描器101臺架102旋轉軸103電機104輻射源105窗孔系統(tǒng)106輻射波束107關注對象/受檢查對象/患者107a患者頭部108輻射檢測器116旋轉方向的箭頭117電機控制單元119工作臺120電機123檢測器元件130重構單元SI步驟1S2步驟2S3步驟3S4步驟4S5步驟5330數(shù)據(jù)處理設備331中央處理單元/圖像處理器332存儲器333顯示設備334鍵盤16335總線系統(tǒng)440 Forbild頭部模型 441顱頂 442額竇443額竇周圍的骨骼 444額竇周圍的骨骼 445額竇周圍的骨骼 446額竇周圍的骨骼 447右邊的內耳450 小框560 曲線圖561有序子集最大似然算法562減去水模型的有序子集最大似然算法
權利要求
1、一種方法，用于基于數(shù)據(jù)信號，具體而言是基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號，來產生圖像，所述計算機斷層造影系統(tǒng)包括具有輻射源(104)和輻射檢測器(108)的斷層造影設備(100)，所述方法包括以下步驟將所述數(shù)據(jù)信號裝入數(shù)據(jù)處理器(331)；通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于所述修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生受檢查對象(107)的三維圖像為止。
2、 如權利要求l所述的方法，其中每一個數(shù)據(jù)信號都是通過用于產生波束(106)的所述輻射源(104)以及通 過用于在所述波束(106)經過所述受檢査對象(107)之后對所述波束(106)進 行檢測的所述輻射檢測器(108)而采集的投影數(shù)據(jù)信號。
3、 如權利要求2所述的方法，其中每一個投影數(shù)據(jù)信號都表示由所述受檢查對象(107)引起的吸收值；并且所述常數(shù)是穿過在空間上具有恒定吸收系數(shù)的虛擬身體的吸收線積分。
4、 如權利要求3所述的方法，其中 所述恒定吸收系數(shù)等于水的吸收系數(shù)。
5、 如權利要求3所述的方法，其中所述虛擬身體具有預定的體積，其小于所述計算機斷層造影系統(tǒng)的最 大檢査體積。
6、 如權利要求5所述的方法，其中所述預定的體積大于所述受檢查對象(107)，并且 所述預定的體積覆蓋所述受檢查對象(107)的全部區(qū)域。
7、 如權利要求1所述的方法，其中 所述迭代算法是最大似然算法。
8、 如權利要求2所述的方法，其中所述圖像的產生基于全部采集的投影數(shù)據(jù)信號的包含至少兩個投影的 子集。
9、 如權利要求1所述的方法，還包括步驟 從所述三維圖像中減去所述常數(shù)，以便獲得最終圖像。
10、 一種數(shù)據(jù)處理設備(330)，包括 存儲器(332)，用于存儲所關注對象(107)的數(shù)據(jù)信號； 數(shù)據(jù)處理器(331)，用于基于所述所關注對象(107)的所述數(shù)據(jù)信號來產生圖像，其中，所述數(shù)據(jù)處理器(331)適于執(zhí)行以下的操作 裝入所述數(shù)據(jù)信號；通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于所述修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生所述所關注對象的 三維圖像為止。
11、 如權利要求10所述的數(shù)據(jù)處理設備，其中 所述迭代算法是最大似然算法；并且 所述產生的圖像具有最高似然性。
12、 一種斷層造影系統(tǒng)，包括 輻射源(104)，其適于發(fā)出輻射波束(106);輻射檢測器(108)，其適于在所述波束(106)經過受檢查對象(107)之后檢 測所述波束(106);存儲器(332)，用于存儲由所述輻射檢測器(108)所獲得的數(shù)據(jù)信號；以及數(shù)據(jù)處理器(331)，用于基于所述數(shù)據(jù)信號產生圖像，其中，所述數(shù)據(jù) 處理器(331 )適于執(zhí)行以下操作 裝入所述數(shù)據(jù)信號；通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于所述修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生所述受檢査對象的 三維圖像為止。
13、 一種計算機可讀介質，其中存儲了計算機程序，用于基于數(shù)據(jù)信 號，具體而言是基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號，來產生圖 像，所述計算機斷層造影系統(tǒng)包括具有輻射源(104)和輻射檢測器(108)的斷 層造影設備(IOO)，當被處理器(331)執(zhí)行時，所述計算機程序適于執(zhí)行以下 步驟將所述數(shù)據(jù)信號裝入數(shù)據(jù)處理器(331); 通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于所述修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生受檢査對象(107)的 三維圖像為止。
14、 一種程序模塊，用于基于數(shù)據(jù)信號，具體而言是基于由計算機斷 層造影系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)信號，來產生圖像，所述計算機斷層造影系統(tǒng)包 括具有輻射源(104)和輻射檢測器(108)的斷層造影設備(100)，當被處理器 (331)執(zhí)行時，所述程序模塊適于執(zhí)行以下步驟將所述數(shù)據(jù)信號裝入數(shù)據(jù)處理器(331); 通過相加一常數(shù)來修改每一個數(shù)據(jù)信號；并且將迭代算法用于所述修改后的數(shù)據(jù)信號，直到產生受檢査對象(107)的 三維圖像為止。
全文摘要
用于基于由計算機斷層造影系統(tǒng)所獲得的投影數(shù)據(jù)信號來重構三維圖像的迭代方法常常導致錯誤的吸收系數(shù)，尤其是對于包括受檢查對象的空腔的區(qū)域。而且，迭代方法對于計算這種吸收系數(shù)顯示了較慢的收斂。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種方法，用于基于修改后的數(shù)據(jù)信號的三維圖像的高級重構。所述修改包括將恒定吸收值與所測量的投影數(shù)據(jù)相加。有利的是，所述恒定吸收值是穿過具有水的空間恒定吸收系數(shù)的虛擬身體的吸收線積分。所述虛擬身體優(yōu)選的具有稍大于所關注對象的體積。
文檔編號G06T1/60GK101331516SQ200680047107
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權日2005年12月15日
發(fā)明者A·齊格勒, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司