CN100393280C - 图像重构方法和x射线ct系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供用于重构在CAD期间可以被稳定地识别的图像的方法。用于根据由穿透对象的X射线提供的多视角投影数据项重构图像的方法包括专用于计算机辅助检测(CAD)方式的图像重构。所述图像重构包括专用于CAD方式的重构函数，所述图像重构包括预处理，所述预处理包括用于清除投影数据的噪声的噪声清除滤波器，例如，专用于CAD方式条纹人工痕迹清除，并且所述图像重构还包括后处理，所述后处理包括专用于CAD方式的噪声清除滤波器。

Description

图像重构方法和X射线CT系统

技术领域

本发明涉及图像重构方法和X射线计算机断层摄影(CT)系统。更准确地说，本发明涉及基于多视角投影数据项的重构图像的方法和执行图像重构的X射线CT系统，所述多视角投影数据项是由穿透对象的X射线提供的。

背景技术

X射线CT系统从对象获取多视角投影数据项，并根据投影数据项重构图像。为了图像重构，采用根据图像视觉评价的假设设计的预处理、重构和后处理。这样，即使根据重构图像执行计算机辅助检测(CAD)，也可以应用根据视觉评价的假设重构图像(参见专利文档1)。

[专利文档1]日本公开特许公报No.2004-070562(pp.4-5，Fig.1)。

一般地说，在视觉评价中使用的图像具有被增强的高频分量，使得图像出现刺眼。适合于CAD的算法包括采用差接滤波器的算法。因此，存在一种可能性：为CAD确定的差接滤波器函数和为视觉评价确定的重构函数可能增加CAD期间执行图像识别出现的噪声、不稳定性，因而降低疾患图像的检测率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种重构在CAD期间将被稳定地识别的图像的方法以及执行所述图像重构的X射线CT系统。

(1)根据本发明实现上述目的的一个方面，提供一种基于多视角投影数据项的重构图像的方法，所述多视角投影数据项是由穿透对象的X射线提供的。这里，所述方法使用专用于计算机辅助检测(CAD)方式的图像重构。

(2)根据实现上述目的本发明的另一方面，提供一种X射线CT系统，它包括：X射线产生装置；在X射线产生装置对面的X射线检测装置，成像对象处在它们之间；以及图像重构装置，用于根据由X射线检测装置采集的多视角投影数据项，重构对象的断层摄影图像。所述图像重构装置执行专用于计算机辅助检测(CAD)方式的图像重构。

图像重构最好包括专用于计算机辅助检测(CAD)方式的重构函数，以便产生适合于CAD的重构图像。

图像重构最好包括预处理，所述预处理包括用于清除投影数据的噪声的噪声清除处理，诸如专用于计算机辅助检测(CAD)方式的条纹人工痕迹清除。这里，能够有效地清除断层摄影图像中的条纹人工痕迹和其它人工痕迹，以便改善图像质量。这产生了适合于CAD的重构图像。

图像重构最好包括后处理，所述后处理包括专用于计算机辅助检测(CAD)的噪声清除滤波器，以便有效地清除噪声，产生适合于CAD的重构图像。

图像重构最好包括专用于计算机辅助检测(CAD)方式的用户界面，以便能彻底地实现专用于CAD方式的图像重构。

用户界面最好允许选择专用于CAD方式的重构函数，以便能够恰当地选择专用于CAD的重构函数。

用户界面最好允许选择预处理，所述预处理包括用于清除投影数据噪声，诸如专用于计算机辅助检测(CAD)方式的条纹人工痕迹清除的处理。

用户界面最好允许后处理，它包括专用于计算机辅助检测(CAD)的噪声清除滤波器，以便能够恰当地选择专用于CAD方式的后处理。

根据本发明的上述各方面，由于包括了专用于CAD方式的图像重构，所以能够实现在CAD期间重构能够被稳定地识别的图像的方法和执行所述图像重构的X射线CT系统。

从以下对附图中说明的本发明最佳实施例的描述，将明白本发明的其它目的和优点。

附图说明

图1是根据实现本发明的最佳方式的X射线CT系统的方框图。

图2是说明在本发明的实施例中执行的处理的流程的说明图。

图3示出在本发明实施例中使用的用户界面。

图4示出X射线断层摄影图像的实例。

图5是说明包含在CAD中并且在本发明实施例中实现的处理的说明图。

图6是关于在本发明实施例中实现的肺部轮廓的说明图。

图7是关于对在本发明实施例中实现的、与肺部描述相关的疾患图像采样的说明图。

图8是说明在本发明实施例中实现的疾患图像检测的流程图。

图9示出多个X射线断层摄影图像的实例。

图10是关于实现对整个肺部图像采样的二进制编码的说明图。

图11是关于删除背景的处理的说明图。

图12是关于填充不需要的图像的处理过程的说明图。

图13是关于候选血管图像的说明图。

图14是关于在候选的血管图像上执行的链接或修复的说明图。

图15是表示与候选的血管图像外切的矩形平行六面体的说明图。

图16是表示采样的血管图像的说明图。

图17是关于候选的外周疾患图像的说明图。

图18是关于疾患图像和血管图像之间差异的说明图。

图19是关于候选的严重疾患图像的说明图。

具体实施方式

下面将参照附图，说明实现本发明的最佳方式。应当指出，本发明并不局限于实现本发明的最佳方式。图1是X射线CT系统的方框图。所述X射线CT系统是实现本发明最佳方式的一个实例。X射线CT系统的配置给出了在X射线CT系统中实现本发明的最佳方式的一个实例。在X射线CT系统中执行的操作给出了在图像重构方法中实现本发明的最佳方式的一个实例。

如图1所示，X射线CT系统100包括操作控制台1、X射线摄影工作台10和扫描台架20。操作控制台1包括：接收操作员的输入的输入装置2；执行图像重构等的中央处理单元3；数据收集缓冲区5，用于收集由扫描台架20采集的投影数据；监视器6，用于显示根据投影数据重构的CT图像；以及存储装置7，用于存储程序、数据、重构的图像。中央处理单元3是本发明使用的图像重构装置的一个实例。输入装置2和监视器6构成包括在本发明中的一种接口的实例。

X射线摄影工作台10包括成像对象躺在其上的托架12，托架12被送进和送出扫描台架20的腔体。托架12由组装在X射线摄影工作台10中的马达升高或降低，或作直线移动。

扫描台架20包括：X射线管21；X射线控制器22；准直仪23；X射线检测器24；数据采集系统(DAS)25；旋转部件控制器26，用于使X射线管21和其它部件围绕对象体的轴线旋转；以及控制单元29，用于将控制信号等传送给操作控制台1或X射线摄影工作台10，或者传送来自操作控制台1或X射线摄影工作台10的信号。X射线管21是包括在本发明中的X射线产生装置的实例。X射线检测器24是包括在本发明中的X射线检测装置的实例。

至此，已经给出了X射线CT系统的配置轮廓。；例如，如下面所描述的那样在这样配置的X射线CT系统中采集投影数据。

开始，对象被送进包括在扫描台架20中的旋转组件15的腔体。对象在z轴(对象体轴线)方向的位置固定，从X射线管21辐射的X射线束辐照在对象(X射线投影)上。X射线检测器24检测透射的X射线。对透射的X射线的检测是在N个视角方向(例如，N等于1000)上进行的，同时，X射线管21和X射线检测器24围绕对象旋转(也就是说，同时，投影角(视角)是在变化的)。这样，就在360°方向上实现了数据采集。

数据采集系统(DAS)25将检测到的透射的X射线作模数转换，然后将投影数据通过数据收集缓冲区5传送给操作控制台1。所述操作序列将称作为一次扫描。

将扫描位置在Z轴方向上移动预定的长度并执行下一次扫描。所述扫描技术称作通常扫描(或轴向扫描)技术。相反，当X射线摄影工作台10与投影角变化同步地以预定速度移动、并移动扫描位置(即当X射线管21和X射线检测器24围绕对象以螺旋形转动)时，采集投影数据的技术就是所谓的螺旋形扫描技术。本发明可以适合通常扫描和螺旋形扫描技术。

当扫描台架20相对于z轴倾斜时，就可以实现倾斜扫描。倾斜扫描可以与通常扫描或螺旋形扫描技术相结合。

操作控制台1将扫描台架20发送过来的投影数据存储在固定磁盘HDD中，所述固定磁盘HDD是存储装置7的一部分，它与中央处理单元3连接。例如，将投影数据对预定的重构函数求卷积，然后进行反投影，以便重构断层X射线摄影图像。这样，在操作控制台1中，使用扫描期间从扫描台架20顺序发送来的投影数据，就能够实时重构断层X射线摄影图像，并将最新的断层X射线摄影图像一直显示在显示器6上。而且，投影数据可以从固定磁盘或硬盘读出，以便重构图像。

下面将说明图像重构和CAD。一般地说，对包括在CAD中的疾患图像的检测要采用相当易受噪声影响的处理方法(例如，廓线跟踪或局部变化采样)。相反，由于以图像视觉评价的假设为依据来进行图像重构，因此，包括在X射线CT中的图像重构通常使用增强谐波频率分量的重构函数。重构函数要调整与人的视觉一致。

然而，基于自动图像识别的CAD对于以像素为单位出现的密度变化或空间变化反映很灵敏，但是对局部和中等的变化反映却不灵敏。如果可以使用专用于CAD的图像重构的话，将能够更有效地执行CAD。

根据本发明的实施例，只要CT数目落在用于描绘肺部轮廓的阈值和用于对肺内部区域图像进行采样的阈值之下，低频分量就会对图像重构产生影响，这样便于消除二进制编码期间出现的来自所述轮廓的噪声。当CT数目落在其它范围时，高频分量可能对图像重构产生影响。

因此，将抑制图像中的在检测CAD中候选的疾患图像期间出现的噪声，并提高CAD的检测速率。为了实现这个目标，要设计重构函数，使得它将与包括在CAD中的差接滤波器相互作用，而不至于过分增强噪声。

根据本发明的实施例，只要CT数目落在肺部轮廓使用的阈值或对肺内部区域图像进行采样使用的阈值之下，为了清除二进制编码期间出现在轮廓中的噪声，把为增强低频分量而确定的重构函数用于重构图像要大大优越于把为视觉评价而确定的重构函数用于重构图像。当CT数目落在其它范围时，高频分量可能对图像重构产生影响。

下面将参照图2的说明图进说明在包括在本实施例中的操作控制台1中执行的处理内容。图2是说明在包括在本实施例中的操作控制台1中执行的处理流程的说明图。

在步骤S0，选择CAD条纹人工痕迹最小化方式、重构函数和后处理噪声滤波器。所述选择由操作员(用户)执行。所述部分通过使用图3所示的用户界面实现。用户界面显示在监视器6上，操作员使用输入装置2进行选择。

有关条纹人工痕迹最小化方式的用户界面给出了三个项目：AAR1、AAR2和CAD。项目AAR1和AAR2允许对有关视觉图像评价的菜单进行选择。项目CAD允许对有关CAD的菜单进行选择。CAD菜单规定了条纹人工痕迹最小化，它比视觉图像评价菜单AAR1和AAR2中规定的条纹人工痕迹最小化更加有效。这里，选择项目CAD。

有关重构函数的用户界面给出了五个项目：肺部、头、骨骼、腹部和CAD。项目肺部到腹部允许对有关视觉图像评价的菜单进行选择。项目CAD允许对有关CAD的菜单进行选择。CAD菜单规定了比视觉图象评价菜单AAR1和AAR2中规定的更为有效的低频分量增强。这里，选择项目CAD。

有关后处理噪声滤波器的用户界面给出了三个项目：噪声滤波1、噪声滤波2和CAD。项目噪声滤波1和噪声滤波2允许对有关视觉图像评价的菜单进行选择。项目CAD允许对有关CAD的菜单进行选择。CAD菜单规定了比视觉图像评价菜单噪声滤波器1和噪声滤波器2中规定的更为有效的噪声清除。这里，选择项目CAD。

在步骤S1，对作为CAD对象的区域进行扫描。例如，根据本实施例，对肺部进行扫描。

在步骤S11，对投影数据进行预处理。即，执行CAD的条纹人工痕迹最小化。根据在步骤S0选择的CAD菜单的内容执行预处理。

在步骤S2，将预处理后的投影数据对考虑低频分量对图像重构影响确定的重构函数、并且对考虑高频分量的影响确定的重构函数进行卷积。卷积是根据在步骤S0选择的CAD菜单的内容执行的。

在步骤S3，对与两个重构函数卷积得到的投影数据项进行反投影，根据CT数目是超过还是落在阈值之下，对得到的X射线断层摄影图像进行加权，从而使它们彼此存在适度的差异。因此，使用CAD的重构函数可以产生X射线断层摄影图像。

在步骤S4，对X射线断层摄影图像进行后处理，即把CAD噪声滤波器应用到这些图像中。后处理是根据步骤S0选择的CAD菜单的内容执行的。

在步骤S5，显示X射线断层摄影图像。即显示象图4所示的肺部图像。

在步骤S6，执行CAD，以便对候选的疾患图像进行采样和显示。

图5说明了对候选疾患图像进行采样和显示的处理流程，所述处理流程是CAD的一部分。

在步骤S61，根据预定的阈值对X射线断层摄影图像进行二进制编码，以便描绘肺部轮廓。即，如图6所示，用于描绘肺部轮廓的逻辑滤波器用于描绘肺部轮廓。

在步骤S62，根据肺部的X射线断层摄影图像，对位于肺部轮廓的疾患图像进行采样。即如图7所示，例如，使毗邻点之间具有间隔(对应于像素)的五个轮廓跟踪点沿着肺部的轮廓移动。检查五个点中的位置关系确定候选疾患图像是否出现。

在步骤S63，根据预定的阈值，对包含在肺部的X射线断层摄影图像中的肺内部图像进行二进制编码，以便对肺内部的区域图像中候选的疾患图像采样。

在步骤S64，将序列号分配给各个候选的疾患图像。

在步骤S65，计算每一个候选的疾患图像的特征参数。

在步骤S66，检查每一个候选的疾患图像的特征参数，以便确定其是不是疾患图像。

在步骤S67，显示可能的疾患图像。

图8是详细描述步骤S64、S65、S66和S67的流程图。所述流程图描述了在操作控制台1执行的疾患图像的检测。

在步骤S641，如图9所示，发送通过对对象h扫描，在顺序的不同切片位置上采集的多幅X射线断层摄影图像Si。当图9所示的X射线断层摄影图像为二进制编码时，由于所有入口状血管图像都是微血管图像，因而候选的疾患图像要通过二进制编码采样。这样，在下面描述的处理期间，首先用某个值填充入口状血管图像，然后对微血管图像和候选的疾患图像进行采样。

在步骤S642，对X射线断层摄影图像进行二进制编码，使得允许对整个肺部图像采样的CT数目(例如，-200或更小)将用1表示，而其它CT数目将用0表示。这样，如图10所示，肺部图像L和背景(空气)A表示为1，其它图像表示为0。在图10中，用1表示的图像为阴影。在图10中，入口状血管图像La表示导向各个肺部L的粗血管。

在步骤S643，将三维或二维的逻辑滤波器应用于用1表示的图像，以便缩小或扩展N个像素。这样，就清除了被视为噪声的显微图像(例如，N＝5，但是N的值是按一个像素大小变化)。下面，用1表示的图像用三维或二维标记，以便对它们进行分割。被估计为背景的图像部分将被清除。这样，只有肺部图像是用1表示的图像。图11示出所述肺部图像。

在步骤S644，将三维或二维的逻辑滤波器应用于用1表示的图像，以便放大和缩小M个像素。这样，入口图像La就是用1表示的不需要的图像，并被用1填充(例如，M等于10，但是M的值按一个像素的大小变化)。因此，如图12所示，入口图像La就从肺部图像L中消失。

在步骤S645，对构成X射线断层摄影图像Si的像素进行”与”运算，以便删去步骤S644填充的用1表示的图像。对所述删去图像(掩模图像)进行二进制编码，使得允许对微血管图像采样的CT数目(例如，从-500至+1000的范围变成了从对比度增强的血管图像计算得到的CT数目的范围是从100至200，从没有被增强对比度的血管图像的数据项计算得到的CT数目表示可视化范围从40至50的脉管)将用1表示，其它CT数目将用0表示。因此，如图13所示，包含在肺部图像L中的候选脉管图像Va用1表示，肺部图像的其它部分用0表示。包含在肺部图像L中的候选脉管图像Va是一种三维模型。

在步骤S646，将三维逻辑滤波器应用于肺部图像L中的候选脉管图像Va，以便扩展和缩小L个像素。如图14所示，数据项相互隔开的候选血管图像v1、v2、v3等将被修复链接(例如，L的范围从1至3，但是L值是按一个像素大小变化)。

在步骤S647，如图15所示，候选脉管图像Va进行三维标记，以便将候选脉管图像Va分割成候选的血管图像Vb。

在步骤S648，如图15所示，计算了用xmin＜x＜xmax、ymin＜y＜ymax和zmin＜z＜zmax确定的、包围了候选血管图像Vb的所有体素的外切矩形平行六面体B的体积。下面，将具有最大体积的候选血管图像Vb识别为三维血管图像V。其它标记的三维图像将作为噪声被清除。图16示出所述三维血管图像V。在图15中，候选的血管图像Vb在点Ca至Cf与外切的矩形平行六面体的上面AP、底面BP和侧面CP至FP接触。

在步骤S649，将三维逻辑滤波器应用于血管图像V，以便缩小P个像素。这样，就可以删除外周血管图像。这里，P表示通过将一个或两个像素加到外周血管图像的厚度上(例如，P的范围为4至5，但是P值是按一个像素大小变化)来计算所得到的值。实际上，如图17所示，隔离出来的候选疾患图像Ca保留在血管图像V周围位置上。

下面，计算候选疾患图像Ca的球形度β。并且，根据候选疾患图像Ca和多个连续的X射线断层摄影图像Si，产生表示候选疾患图像Ca的三维数据，并且对根据所述三维数据计算的CT数目求平均。根据候选疾患图像Ca的球形度β和平均的CT数目，检测外围疾患图像。

如图18(a)所示，疾患图像C实际是球形的。如图18(b)所示，血管图像V实际是圆柱形的。例如，假设球形度β大于0.8并且平均的CT数目范围为0到+200，就确定候选疾患图像Ca为疾患图像。否则，确定候选疾患图像Ca为不是疾患图像。

顺便说一下，球形度β按下述方法确定。

根据疾患图像的检测方法，至少球形度应采用表示三维图像特征的参数。假设，表面积为S，体积为V，球形度β或β’表示如下：

β＝6·π1/2·V/S3/2

β’＝β2＝36·π·V2/S3

当球形度β或β’较接近1时，候选疾患图像是疾患图像的慨率就较大。

在步骤S650，将三维逻辑滤波器应用于血管图像V，尽管在步骤S649后为了缩小Q个像素执行了紧缩，但是所述血管图像V仍然未受触动。这样，就将主血管图像删除。这里，Q表示通过从主血管图像的厚度与一个或两个像素之和减去P计算得到的值(例如，Q的范围从7至8，但是Q值按一个像素大小变化)。

因此，如图19所示，隔离的候选疾患图像Cb保留在主血管图像V的位置上。下面，计算候选疾患图像Cb的球形度β。而且，表示候选疾患图像Cb的三维数据是根据候选疾患图像Cb和多个连续的X射线断层摄影图像Si产生的。对从三维数据计算得到的CT数目求平均。根据候选疾患图像Cb的球形度β和平均的CT数目，就检测到主血管疾患图像。

如上所述，当重构专用于CAD的图像时，就能够以高精度检测到疾患图像。

如上所述，在步骤S645结束的处理过程为二维处理过程，而在步骤S646开始的处理过程为三维处理过程。或者，步骤S642开始的整个处理过程可以是三维处理过程。在这种情况下，在步骤S641，根据多个X射线断层摄影图像Si构成三维数据。

此外，利用以厚度分成外部血管图像和主血管的血管图像来确定用于检测疾患图像的阈值。或者，可以按照厚度将血管图像分成三部分，可以在这三部分的每一部分中检测疾患图像。

步骤S646可以忽略。

为在计算机中实现按照本发明的处理过程而安装在计算机中的程序以及其中存储该程序的存储媒体也是本发明的实现方案。即，本发明的范围包括用于实现本发明的处理过程的程序和其中存储该程序以便计算机可以读取该程序的存储媒体。

用于提供程序的存储媒体可以是例如软磁盘、光盘(CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等)、磁光盘、磁带和存储卡。用于提供所述程序的方法包括将按照本发明的程序作为文件传送的方式。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以配置成许多不同的实施例。显然，除了所附权利要求书规定的外，本发明并不局限于本说明书说明的实施例。

Claims (7)

1.一种X射线CT系统(100)，它包括：

X射线产生装置(21)；

X射线检测装置(24)，它位于所述X射线产生装置(21)的对面，同时，对象位于所述X射线产生装置(21)和所述X射线检测装置(24)之间；以及

图像重构装置(3)，它用于根据通过所述X射线检测装置(24)采集的多视角投影数据项重构对象的X射线断层摄影图像，其中：

所述图像重构装置(3)执行专用于计算机辅助检测(CAD)方式的图像重构；以及

提取装置，它包括滤波器，并被配置成获得指示所述对象中的第一组区域的特征的参数，和根据所述参数从所述第一组区域提取特定的区域，所述滤波器配置成通过对所述第一组区域应用N像素缩小和N像素扩展处理之中的至少一种来减小噪声。

2.如权利要求1所述的X射线CT系统(100)，其中所述图像重构包括专用于所述计算机辅助检测方式的重构函数。

3.如权利要求1所述的X射线CT系统(100)，其中所述图像重构包括预处理，所述预处理包括用于清除投影数据中的噪声的噪声清除。

4.如权利要求3所述的X射线CT系统(100)，其中所述噪声清除包括专用于所述计算机辅助检测方式的条纹人工痕迹清除。

5.如权利要求1所述的X射线CT系统(100)，其中所述图像重构包括专用于所述计算机辅助检测方式的用户界面。

6.如权利要求5所述的X射线CT系统(100)，其中所述用户界面允许选择专用于所述计算机辅助检测方式的重构函数。

7.如权利要求5所述的X射线CT系统(100)，其中所述用户界面允许选择后处理，所述后处理包括专用于所述计算机辅助检测方式的噪声清除滤波器。

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