[发明专利]用于执行低剂量CT成像的方法和系统

说明书

以下大体涉及CT数据采集和重建，并且更具体而言涉及具有高分辨率重建的低剂量CT。

CT扫描器发射电离辐射，其可能对活的组织造成损害，在典型剂量时导致癌症、肿瘤和基因损伤的风险增加以及在高剂量时可能造成皮肤灼伤和脱发。因此，己提出各种方法以在CT扫描期间减少对电离辐射的患者暴露（即，减少患者剂量）。

文献中提出的一种方法使用压缩感测原理。目标是通过以诸如先前图像的额外信息补偿丢失的投影以及通过引入通用稀疏度限制来从显著欠采样的数据重建没有伪影的断层摄影图像。然而，在多数临床情况下，CT图像不具有显著的稀疏特性，因为有用的信息广范地分布于图像域和正弦图域两者之中。

因此，为了使用压缩感测方法，需要与目标图像具有相似特征的先前图像。在这些情形下，两图像之间的差可具有稀疏特性，该稀疏特性可以在进一步的专门的重建期间使用。所述先前的图像是，例如，目标扫描之前（或之后）很短时间进行的CT扫描，像在CT灌注中；或者它可以是心脏CT中全角度采样低时间分辨率图像。诸如PICCS和HYPR的技术是基于这样的先前扫描的。

遗憾的是，辐射剂量的降低不可避免地影响图像噪声，其主要由到达探测器的X射线光子的内在泊松（Poissonic）（或“量子”）噪声占主导。此外，尝试在常规CT系统中使用非常低的剂量工作产生显著的过量图像噪声和伪影。这在由探测器元件生成的电信号接近电子噪声的水平时会发生。

在当前的临床实践中，在多种不同应用使用CT扫描器，所述多种不同应用的要求可能显著不同。例如，心脏扫描通常需要相对短时间段内的高X射线通量密度（通过高的射线管电流实现），而肺部扫描可以使用非常低的射线管电流完成。出于这个原因，辐射探测器在不管是非常低还是非常高的X射线通量密度下都给出可靠数据是重要的。

常规积分探测器探测低的信号并且同时具有宽的动态范围的能力是有限的，该常规积分探测器是基于耦合到闪烁体像素的电流积分光电二极管的。通常在这种情况下，受光电二极管暗电流和电子噪声两者影响的噪声水平等于大约10-50平均X射线量子。确切的数字依赖于特定的设计以及工作状况。噪声水平限定了最低探测极限，因为在测量值显著大于噪声，大约大两倍或更多时，才可以进行可靠的探测。

常规积分探测器提供的具有良好线性的全动态范围通常是非常大的并且可超过1：100000，但是实际的问题主要是每单次读数可靠探测的小数量的X射线量子，即在1-100X射线量子大小的数量级上。这个探测范围对在非常低的X射线剂量下工作是至关重要的，因为穿过高度衰减的对象的很多视图可以达到这些低值。当为实现高分辨率的扫描器而考虑具有特别小像素的探测器阵列时，低信号问题会更加常见。在为双能量应用制造的双层探测器中也可出现类似的限制，在所述双能量应用中，所述辐射通量在两个探测通道之间被分开。

本申请的各方面解决上述问题及其他问题。

根据一个方面，一种方法包括基于欠采样的较高分辨率投影数据和不完整的较低分辨率投影数据生成较高分辨率图像数据。在同一扫描的不同采集间隔期间采集所述欠采样的较高分辨率投影数据和所述不完整的较低分辨率投影数据。

根据另一方面，一种系统包括：辐射源，其被配置为在扫描的不同积分期期间在较高通量和较低通量之间交替地调制发射辐射通量；探测器阵列，其被配置为与所述通量的调制相协调地在较高分辨率和较低分辨率之间交替地切换探测器像素复用；以及重建器，其被配置为基于与欠采样的较高分辨率投影数据和不完整的较低分辨率投影数据对应的投影数据重建较高分辨率图像数据。

根据另一方面，一种用指令编码的计算机可读存储介质，所述指令当被计算机的处理器运行时令处理器：采用压缩感测重建算法，以基于从同一扫描获得的欠采样的较高分辨率投影数据和不完整的较低分辨率投影数据重建全部的较高分辨率图像数据。

本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的并且不应被理解为限制本发明。

图1图示了示例成像系统。

图2-6图示了示范性辐射通量调制/探测器像素复用水平/分组和模式。

图7图示了用于从欠采样的较高分辨率投影数据和不完整的较低分辨率投影数据重建全部的较高分辨率图像数据的示例方法。

图8图示了用于重建图7中全部的较高分辨率图像数据的示例方法。