用于對(duì)由至少兩種成像方法記錄的圖像進(jìn)行迭代重建的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于詞典的迭代圖像重建的領(lǐng)域。尤其地，本發(fā)明涉及用于對(duì)由至少 兩種成像方法記錄的圖像進(jìn)行迭代重建的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對(duì)有監(jiān)督的圖像分割，并且也針對(duì)圖像建模，迭代圖像重建是用于以特定成像 技術(shù)來(lái)重建二維圖像或三維圖像的方法。例如，在計(jì)算機(jī)斷層攝影中，可以根據(jù)對(duì)象的投影 來(lái)重建圖像。雙能量X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影、譜X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影以及相位對(duì)比計(jì)算機(jī) 斷層攝影的公共特征在于:醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)生成對(duì)象的在足夠幾何對(duì)準(zhǔn)的情況下具有不同對(duì) 比的兩幅或更多幅圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 可以存在對(duì)改進(jìn)用于迭代圖像重建的設(shè)備和方法的需要。
[0004] 這些需要由獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足。另外的示范性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求 和以下描述是明顯的。
[0005] 本發(fā)明的一方面涉及一種用于對(duì)由至少兩種成像方法記錄的圖像進(jìn)行迭代重建 的設(shè)備，所述設(shè)備包括:提取模塊，其被配置為從由第一成像方法記錄的第一圖像中提取片 塊的第一集合，并且被配置為從由第二成像方法記錄的第二圖像中提取片塊的第二集合； 生成模塊，其被配置為基于針對(duì)片塊的所述第一集合的第一有限數(shù)量的微部與針對(duì)片塊的 所述第二集合的第二有限數(shù)量的微部的融合來(lái)生成參考片塊的集合；以及正則化模塊，其 被配置為借助于所生成的參考片塊的集合來(lái)執(zhí)行對(duì)所述第一圖像或所述第二圖像的正則 化。
[0006] 本發(fā)明使用的術(shù)語(yǔ)"片塊"涉及圖像內(nèi)區(qū)的像素的子集。片塊可以包括矩形形狀并 且可以包括像素的陣列。
[0007] 本發(fā)明使用的術(shù)語(yǔ)"微部(atom)"可以涉及記錄的圖像中出現(xiàn)的代表性圖案。多個(gè) 微部可以被存儲(chǔ)在所謂的詞典中。
[0008] 換言之，微部的"融合"或組合允許建立具有與圖像片塊的高相似性但是沒(méi)有噪聲 或具有降低的噪聲的片塊。術(shù)語(yǔ)"參考片塊"可以被理解為針對(duì)合成的片塊的名稱。在重建 中，參考片塊可以用于正則化:在代價(jià)函數(shù)中，參考片塊能夠被"混合"為最終圖像。如果圖 像包括關(guān)于特定閾值的噪聲水平，則使用來(lái)自參考片塊的更多部分。操作性術(shù)語(yǔ)"融合"包 括，但不限于，對(duì)線性組合的形成和或縮放操作等。
[0009] 本發(fā)明使用的術(shù)語(yǔ)"有限數(shù)量"或"有限數(shù)量的微部"可以涉及被認(rèn)為是適合于或 足以進(jìn)行圖像分析或圖像處理或圖像重建的特定任務(wù)的微部數(shù)量。具體而言，"有限數(shù)量" 包括針對(duì)單個(gè)微部的邊界線情況，并且"融合"要被廣義地解釋為包括使用所述單個(gè)微部。
[0010] 術(shù)語(yǔ)"至少兩種成像方法"可以涉及任意兩種成像方法或成像技術(shù)，其可以被定義 為表示關(guān)于彼此的互補(bǔ)的或補(bǔ)充的方法或成像技術(shù)。例如，針對(duì)相位對(duì)比成像的情況的衰 減圖像和相位圖像或者針對(duì)雙能量成像的情況的光電圖像和康普頓散射圖像可以被稱為 互補(bǔ)方法或補(bǔ)充方法。相位圖像可以被視為關(guān)于衰減圖像的互補(bǔ)圖像或補(bǔ)充圖像，并且對(duì) 應(yīng)地，用于捕捉這些圖像的方法和技術(shù)也被稱為是互補(bǔ)的或補(bǔ)充的。又換言之，（根據(jù)兩種 不同成像方法獲得的)兩種圖像中的對(duì)比源自于不同的物理效應(yīng)或原理。
[0011] 本發(fā)明的另外的第二方面涉及一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，所述醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)包括根據(jù)第 一方面或根據(jù)第一方面的任何實(shí)施形式的設(shè)備。
[0012] 本發(fā)明的另外的第三方面涉及一種用于對(duì)由至少兩種成像方法記錄的圖像進(jìn)行 迭代重建的方法，所述方法包括以下步驟:借助于提取模塊從由第一成像方法記錄的第一 圖像中提取片塊的第一集合，并且從由第二成像方法記錄的第二圖像中提取片塊的第二集 合;借助于生成模炔基于針對(duì)片塊的所述第一集合的第一有限數(shù)量的微部與針對(duì)片塊的所 述第二集合的第二有限數(shù)量的微部的融合來(lái)生成參考片塊的集合;并且借助于正則化模塊 使用所生成的參考片塊的集合來(lái)執(zhí)行對(duì)所述第一圖像或所述第二圖像的正則化。
[0013] 本發(fā)明有利地提供了用于從圖像中提取片塊，使用產(chǎn)出參考片塊的有限數(shù)量的微 部的線性組合來(lái)匹配片塊的方法。例如:將在片塊與僅兩個(gè)微部的線性組合之間的均方誤 差最小化。提出的代價(jià)函數(shù)可以優(yōu)選在諸如光圖像和散射圖像的兩者中選擇相同微部。這 將優(yōu)選具有相似結(jié)構(gòu)但是可能具有不同縮放的圖像。所計(jì)算的參考片塊可以被假設(shè)為具有 與原始片塊的高相似性但是為幾乎無(wú)噪聲的或至少噪聲降低的。參考片塊可以用于將圖像 重建正則化:如果重建太嘈雜，則執(zhí)行對(duì)被迭代的圖像中的片塊與參考片塊之間的差異的 降低。
[0014] 本發(fā)明有利地借助于所生成的參考片塊的集合來(lái)執(zhí)行對(duì)所述第一圖像或所述第 二圖像的正則化，換言之，由于通過(guò)融合來(lái)自第一圖像的第一有限數(shù)量的微部與來(lái)自二圖 像的第二有限數(shù)量的微部來(lái)生成所生成的參考片塊的集合，因此相似的微部被用于兩種圖 像，這意味著可以至少部分地出現(xiàn)微部的集合的交疊。
[0015] 如果兩個(gè)幾何目標(biāo)都具有相同的形狀，或者一個(gè)具有與另一個(gè)的鏡像或以其他方 式變換的圖像相同的形狀，則本發(fā)明使用的術(shù)語(yǔ)"相似"可以指這兩個(gè)幾何目標(biāo)。術(shù)語(yǔ)"相 似"還可以定義一個(gè)目標(biāo)能夠通過(guò)均勻縮放(例如，放大或縮小，可能利用額外的平移、旋轉(zhuǎn) 以及映像)來(lái)從另一目標(biāo)獲得。
[0016] 本發(fā)明有利地提供了使用已經(jīng)被創(chuàng)建或至少已經(jīng)在別處生成的數(shù)據(jù)庫(kù)或詞典。
[0017] 本發(fā)明有利地提供了在針對(duì)生成在相同對(duì)準(zhǔn)的情況下的兩幅或更多幅圖像的計(jì) 算機(jī)斷層攝影配置的迭代重建算法中的基于詞典的正則化方法。
[0018] 本發(fā)明有利地提供了針對(duì)常常呈現(xiàn)相似結(jié)構(gòu)和紋理的典型的計(jì)算機(jī)斷層攝影圖 像的基于標(biāo)準(zhǔn)詞典的正則化。根據(jù)計(jì)算機(jī)斷層攝影圖像生成小特征的集合，例如，特定尺寸 的片塊。該特征可以被稱作微部并且所有微部的集合可以被稱作詞典?？梢砸赃@樣的方式 計(jì)算微部：即，具有有限數(shù)量的微部的線性組合形成圖像的大多數(shù)片塊的良好近似。為了在 正則化中使用詞典，圖像可以被劃分為與微部相同尺寸的交疊片塊，并且算法搜索圖像，其 中，片塊中的每個(gè)可以由小數(shù)量的微部合理良好地表示。
[0019] 本發(fā)明有利地提供了調(diào)整算法，其中，從由兩種互補(bǔ)成像方法或補(bǔ)充成像方法記 錄的兩種圖像中的每種中提取片塊，所述兩種圖像例如針對(duì)相位對(duì)比成像的情況為衰減圖 像和相位圖像，或者針對(duì)雙能量成像的情況為光電圖像和康普頓散射圖像。本發(fā)明有利地 允許由微部的相同子集來(lái)表示這兩個(gè)片塊。
[0020] 本發(fā)明有利地允許可以用于至少兩幅記錄的圖像中的一幅的微部也能夠被使用， 而沒(méi)有針對(duì)由第二成像方法記錄的其他圖像的額外努力。本發(fā)明有利地允許重建使其邊緣 對(duì)齊的圖像，這是因?yàn)檫@些邊緣由相同的微部表示。
[0021] 本發(fā)明也能夠有利地應(yīng)用于雙能量X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影，所述雙能量X射線計(jì)算 機(jī)斷層攝影具有雙源系統(tǒng)或者具有針對(duì)兩個(gè)電壓的快速kVp切換采集。分解可以在圖像域 中執(zhí)行，相應(yīng)地兩種成像方法可以由具有一一至少兩個(gè)一一不同的輸入X射線譜的X射線計(jì) 算機(jī)斷層攝影來(lái)定義。
[0022] 針對(duì)本發(fā)明的補(bǔ)充的或互補(bǔ)的圖像或方法也可以由如由雙層系統(tǒng)采集的上層圖 像或下層圖像來(lái)給出。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述提取模塊被配置為從被記錄為所述第一圖像的 衰減圖像中提取片塊的所述第一集合，并且被配置為從被記錄為所述第二圖像的相位圖像 中提取片塊的所述第二集合。這有利地允許各種片塊的高效生成。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述提取模塊被配置為從被記錄為所述第一圖像的 光電圖像中提取片塊的所述第一集合，并且被配置為從被記錄為所述第二圖像的康普頓散 射圖像中提取片塊的所述第二集合。
[0025] 這有利地允許從互補(bǔ)圖像或補(bǔ)充圖像對(duì)片塊的高效提取。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述生成模塊被配置為基于片塊的所述第一集合與 片塊的所述第二集合的線性組合來(lái)生成所述參考片塊的集合。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述生成模塊被配置為基于針對(duì)片塊的第一集合的 微部與針對(duì)片塊的第二集合的微部的組合的仿射組合、錐形組合或凸組合來(lái)生成所述參考 片塊的集合。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，所述提取模塊被配置為提取2 X 2像素片塊或4 X 4像 素片塊或8X8像素片塊或16X16像素片塊作為片塊的所述第一集合，并且被配置為提取2 X 2像素片塊或4 X 4像素片塊或8 X 8像素片塊或16 X 16