基于模型的用于迭代重建的反投影和正投影的至少一方中的系統(tǒng)光學(xué)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及基于系統(tǒng)模型的迭代重建，更詳細(xì)地，涉及以規(guī)定的迭代 重建算法進(jìn)行的反投影和正投影的雙方中的系統(tǒng)光學(xué)模型的使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 迭代重建（IR〖iterative reconstruction)算法優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的濾波反投影法（FBP : filtered BackProjection)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，分辨率的改善和噪聲性能的提高。因此，基于 IR算法，能夠使用比當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的FBP時(shí)以往要求的患者照射劑量低的患者照射劑量。
[0003] IR算法分成兩個(gè)范疇。第1范疇包含有系統(tǒng)光學(xué)模型，被稱(chēng)為基于模型的 IR(MBIR:model-based IR)。相對(duì)于此，第2范疇不包含系統(tǒng)光學(xué)模型。MBIR算法在理論 上進(jìn)一步改善IR算法的性能。這是由于誤差和統(tǒng)計(jì)實(shí)質(zhì)上被訂正。誤差的原因之一在于 由系統(tǒng)光學(xué)產(chǎn)生。MBIR算法還包含系統(tǒng)光學(xué)模型（SOM: system optics model)。這樣，為 了根據(jù)以低照射劑量收集到的數(shù)據(jù)重建具有優(yōu)良的分辨率和噪聲性能的CT圖像，希望改 善MBIR中的S0M的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 實(shí)施方式的目的在于提供一種能夠重建具有優(yōu)良的畫(huà)質(zhì)的圖像的圖像重建方法 以及圖像重建系統(tǒng)。
[0005] 本實(shí)施方式所涉及的圖像重建方法具備：收集工序，通過(guò)掃描儀利用X射線對(duì)被 檢體進(jìn)行掃描而收集與上述被檢體相關(guān)的原始數(shù)據(jù)；推測(cè)工序，根據(jù)上述原始數(shù)據(jù)推測(cè)圖 像；迭代工序，迭代地執(zhí)行正投影工序和反投影工序，在上述正投影工序中，為了使用系統(tǒng) 光學(xué)模型和非系統(tǒng)光學(xué)模型中的一方來(lái)產(chǎn)生重投影數(shù)據(jù)而進(jìn)行正投影，在上述反投影工序 中，為了使用上述系統(tǒng)光學(xué)模型根據(jù)上述重投影數(shù)據(jù)更新圖像而執(zhí)行反投影。
[0006] 重建具有優(yōu)良的畫(huà)質(zhì)的圖像。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是表示在本實(shí)施方式所涉及的正投影和反投影的雙方中包含光學(xué)的全系統(tǒng) 光學(xué)模型的圖。
[0008] 圖2A是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線源和與其對(duì)應(yīng)的X射線源模型的圖。
[0009] 圖2B是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線檢測(cè)器和與其對(duì)應(yīng)的X射線檢測(cè)器模型 的圖。
[0010] 圖3是表示本實(shí)施方式所涉及的體素和與其對(duì)應(yīng)的體素模型的圖。
[0011] 圖4是表示與使用本實(shí)施方式所涉及的正投影和反投影的雙方的全系統(tǒng)光學(xué)模 型相關(guān)的體素和與其對(duì)應(yīng)的體素模型的另一個(gè)圖。
[0012] 圖5A是表示使用本實(shí)施方式所涉及的正投影和反投影的雙方的全系統(tǒng)光學(xué)模型 中平行地分布的微射線的圖。
[0013]圖5B是表示本實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)光學(xué)模型中圓錐形地分布的微射線的圖。
[0014] 圖6是表示使用本實(shí)施方式所涉及的三維最鄰接射線追蹤算法的正投影的圖。
[0015] 圖7是表示與本實(shí)施方式所涉及的反投影中的X射線源和體素相關(guān)的微射線的 圖。
[0016] 圖8是表示本實(shí)施方式所涉及的重建過(guò)程的流程的圖。
[0017] 圖9是表示使用本實(shí)施方式所涉及的全系統(tǒng)光學(xué)迭代地重建的圖像的圖。
[0018] 圖10是表示通過(guò)圖9的四個(gè)條件下的4000次迭代后的1. 0mm的珠子的沿著X軸 的一維的輪廓的圖。
[0019] 圖11是表示使用本實(shí)施方式所涉及的全系統(tǒng)光學(xué)以與圖9不同的條件迭代地重 建的圖像的圖。
[0020] 圖12是表示通過(guò)圖11的四個(gè)條件下的4000次迭代后的0. 2mm的珠子的沿著X 軸的一維的輪廓的圖。
[0021] 符號(hào)說(shuō)明
[0022] 100…檢測(cè)器、110…檢測(cè)器要素模型、200…體素、210…體素模型、300…X射線源、 310…X射線源模型、Rl，R2, R3, R4…微射線
【具體實(shí)施方式】
[0023] 參照?qǐng)D1，示出在基于本發(fā)明的某一實(shí)施方式中，在正投影和反投影的雙方 (FPBP:forwardprojectionandbackprojection)中包含光學(xué)的全系統(tǒng)光學(xué)模型（SOM)。 雖然沒(méi)有圖示，但該S0M-FPBP與用于重建圖像的規(guī)定的迭代（IR)算法組合使用。在本實(shí) 施方式中，使用迭代算法（IR)，根據(jù)正投影與反投影的雙方中的全系統(tǒng)光學(xué)模型來(lái)重建圖 像數(shù)據(jù)。以下，根據(jù)需要，由IR-SOM-FPBP這樣的縮寫(xiě)表示基于使用迭代算法的正投影和反 投影的雙方中的全系統(tǒng)光學(xué)模型的重建。
[0024] 在本實(shí)施方式中，系統(tǒng)光學(xué)模型這樣的用語(yǔ)是包含單獨(dú)的系統(tǒng)光學(xué)模型的總括性 的用語(yǔ)。一般地，單獨(dú)的系統(tǒng)光學(xué)模型分類(lèi)為包含1)體素模型、2)X射線源模型、3)檢測(cè)器 要素模型、以及4)旋轉(zhuǎn)模糊（rotationalblur)或視圖綜合模型的四組。體素模型進(jìn)一步 包含使用多個(gè)子體素（微射線）、多個(gè)團(tuán)塊（blob)、多個(gè)樣條（spline)的特定的方法。X射 線源模型進(jìn)一步包含使用多個(gè)子射線源（微射線）、多個(gè)低通濾波器、以及能夠分離的多個(gè) 足跡的特定的方法。檢測(cè)器要素模型進(jìn)一步包含使用子檢測(cè)器（微射線）和能夠分離的足 跡的特定的方法。旋轉(zhuǎn)模糊或視圖綜合模型進(jìn)一步包含使用子視圖（微射線）和低通濾波 器的特定的方法。將上述的特定的方法以外的模型考慮為非系統(tǒng)光學(xué)模型。換言之，非系統(tǒng) 光學(xué)模型包含單一射線或距離驅(qū)動(dòng)法（distancedrivenmethod)等方法。距離驅(qū)動(dòng)法包 含系統(tǒng)幾何形狀的某一特性或形態(tài)，但在本實(shí)施方式中，不認(rèn)為是系統(tǒng)光學(xué)模型的一部分。
[0025] 圖1表示本實(shí)施方式所涉及的IR-SOM-FPBP的系統(tǒng)光學(xué)模型。圖1的系統(tǒng)光學(xué)模 型包含分別與檢測(cè)器100所包含的多個(gè)檢測(cè)器要素對(duì)應(yīng)的多個(gè)檢測(cè)器要素模型110和與X 射線源300對(duì)應(yīng)的X射線源模型310。另外，在檢測(cè)器要素模型110與X射線源模型310之 間，概念性地配置分別與構(gòu)成規(guī)定的容積200的多個(gè)體素對(duì)應(yīng)的多個(gè)體素模型210。
[0026] 如圖1所示，多條微射線被編入系統(tǒng)光學(xué)模型。本實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)光學(xué)模 型還被確定為基于微射線的系統(tǒng)光學(xué)模型。在基于微射線的系統(tǒng)光學(xué)模型中，系統(tǒng)光學(xué)用 于定義三維X射線束。進(jìn)而，在基于微射線的系統(tǒng)光學(xué)模型中，為了準(zhǔn)確地定義三維X射線 束，考慮與規(guī)定的檢測(cè)器相關(guān)的幾何形狀、與規(guī)定的體素相關(guān)的幾何形狀、以及與規(guī)定的X 射線源相關(guān)的幾何形狀。通過(guò)對(duì)X射線源模型310、檢測(cè)器要素模型110以及體素模型210 進(jìn)行采樣，設(shè)定滿足三維X射線束的多條微射線。為了進(jìn)行以下的說(shuō)明，三維X射線束B(niǎo)包 含Rl、R2、R3、以及R4等規(guī)定的數(shù)量的單獨(dú)的微射線。當(dāng)三維X射線束B(niǎo)被足夠的數(shù)量的 微射線充滿時(shí)，能夠比基于以往技術(shù)的距離驅(qū)動(dòng)法準(zhǔn)確地對(duì)三維X射線束內(nèi)部的對(duì)象進(jìn)行 采樣，能夠生成具有更高的分辨率的圖像。三維X射線束用于規(guī)定的迭代重建法的正投影 工序和反投影工序的雙方。三維X射線束能夠應(yīng)用于本實(shí)施方式所涉及的任意的迭代重建 算法。
[0027] 在正投影工序中X射線源模型與檢測(cè)器模型相關(guān)，在反投影工序中X射線源模型 和體素模型相關(guān)。當(dāng)使用基于微射線的系統(tǒng)光學(xué)模型時(shí)，檢測(cè)器要素在概念上分割成多個(gè) 微檢測(cè)器點(diǎn)，體素在概念上分割成多個(gè)微體素點(diǎn)，X射線源在概念上分割成多個(gè)微X射線源 點(diǎn)。微射線連結(jié)微檢測(cè)器點(diǎn)、微體素點(diǎn)以及微X射線源點(diǎn)。微射線供正投影或反投影使用。
[0028] 在本實(shí)施方式中，系統(tǒng)光學(xué)應(yīng)用于正投影和反投影的雙方。根據(jù)需要，系統(tǒng)光學(xué)也 可以只應(yīng)用于反投影。當(dāng)系統(tǒng)光學(xué)只應(yīng)用于反投影時(shí)，進(jìn)行X射線源的去卷積，提供比基于 系統(tǒng)光學(xué)只包含于正投影的以往技術(shù)的方法優(yōu)良的分辨率。分辨率除了在使用OS-SART算 法的正投影中被改善，在反投影中的使用全系統(tǒng)光學(xué)模型的IR中也被改善。
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