CN100481130C

CN100481130C - 减小多层ct重建中的风车状伪像的方法和设备

Info

Publication number: CN100481130C
Application number: CNB2005800034312A
Authority: CN
Inventors: G·舍希特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: ATE380373T1; EP1714254B1; DE602005003647T2; WO2005073922A1; DE602005003647D1; CN1914644A; JP2007519460A; EP1714254A1

Abstract

锥形或楔形束CT扫描机(10)产生有可能受到风车状伪像影响的图像数据，上述风车状伪像看起来是从一个或多个风车状伪像中心(48)中发出。图像数据被高通滤波(42)并且被重建(44)，用于产生描述风车状伪像中心(48)和背景区域(54)的图像表示(46)。前向投影处理器(66)前向投影上述图像表示用于识别经过风车状伪像中心、半影或仅通过区域的数据轨迹或射线(60、62、64)。图像数据的每一个元素被分辨率锐化滤波器(70)和平滑滤波器(72)滤波。根据相应的公共射线是否经过风车状伪像中心或仅通过区域，和公共射线相对应的锐化和平滑数据值被加权合并(74)。加权合并的滤波数据值被重建(66)成图像表示。

Description

减小多层CT重建中的风车状伪像的方法和设备

技术领域

本发明涉及诊断成像技术.本发明发现了和从多层或螺旋CT扫描中减小图像伪像有关的特殊应用并且将在这里对其进行详细描述，在上述CT扫描中数据已经在z方向或轴向上被欠采样。但是，应当理解本发明也能够用于减小其它图像重建中的风车状伪像(Windmill artifact)。

背景技术

当数据被欠采样(例如，奈奎斯特条件没有被满足)时，容易出现伪像。在围绕旋转轴旋转的CT扫描机中，沿旋转轴的欠采样伪像能够将它们自己表示成风车状伪像.风车状伪像通常以矩形区域明暗交替，上述这些区域像风车状叶片那样从一个公共点中向外发散。能够发现风车状伪像是从图像的一个或多个区域中发出，上述这些区域通常和旋转轴不共轴。

由平面内(in-plane)欠采样(例如，x和y方向)引起的其它伪像能够使用双焦点X射线管和四分之一检测器偏移技术解决。四分之一检测器偏移增加了被采集的数据量，大多数情况下这能够使奈奎斯特条件被满足。但是，四分之一检测器偏移技术没有解决轴向或z方向的欠采样。

一种用于减小由轴向欠采样引起的风车状伪像的解决方案是使用伪像衰减滤波。也就是，数据或合成图像在轴向上被平滑或被涂抹(smear)以减少风车状伪像，但是这种处理以降低分辨率为代价。

在Hseih提出的另一种解决方案中，数据的每一条射线同时和倾向于产生高分辨率的层剖面的高通滤波器或陡峭高斯和倾向于在z方向上涂抹数据的低通滤波器或平坦高斯进行卷积。比较同一条数据线的高通和低通滤波方式，用于确定它们之间的差值.如果上述差值很小，Hseih认为这表示数据良好，并使用和高通滤波器卷积的数据。如果上述差值很大，Hseih假定数据是噪声，并使用和低通滤波器卷积的数据线。如果差值介于大、小差值之间，每一条数据线被同一条数据线的高通和低通滤波方式的适当加权平均取代.

在小特征具有相似对比度的区域中，诸如在肺中，Hseih技术工作良好。但是，在脑中，也就是在狭窄的限定区域中存在对比度明显不同的区域，Hseih技术仍然存在风车状伪像的问题。

本发明克服了上述问题和其它问题.

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种体积成像系统。诊断成像装置产生在检查区域放置的受检者部分的诊断图像数据，上述图像数据有可能受到风车状伪像的影响。装置确定每一个风车状伪像的表观发射中心。锐化滤波器对图像数据进行滤波用于增大分辨率。平滑滤波器对图像数据进行滤波用于降低分辨率。加权装置根据射线轨迹有选择地对滤波后的图像数据进行加权，其中上述射线轨迹和相对于已确定的风车状伪像中心通过感兴趣区域的数据相对应.重建装置将加权数据重建成图像表示。

根据本发明的另一个方面，提供一种体积成像方法。产生有可能受到风车状伪像影响的诊断图像数据。每一个风车状伪像的表观发射中心被确定。图像数据被锐化滤波器和平滑滤波器滤波。经过锐化和平滑滤波器滤波的数据根据射线轨迹被有选择地加权，其中上述射线轨迹和相对于已确定的风车状伪像中心通过检查区域的图像数据相对应。加权数据被重建成图像表示。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于重建诊断图像的装置。楔形或锥形束CT扫描器产生一组图像数据值用于表示沿各条辐射射线的辐射图像透射或衰减，上述辐射射线在旋转方向和轴向上发散。处理器将图像数据值重建成表示风车状伪像中心点的图像表示。分辨率增强滤波器和分辨率减弱滤波器对每一个图像数据值进行滤波，同时产生分辨率增强数据值和分辨率衰减数据值。加权处理器根据相对于风车状伪像中心的公共射线轨迹，有选择地合并和公共射线对应的分辨率增强数据值和分辨率衰减图像数据值。重建处理器将加权图像数据值重建成三维图像表示。

本发明的一个优点在于改善了图像分辨率和质量.

本发明的另一个优点在于图像处理效率.

本发明的另一个优点在于保持分辨率的同时减小风车状伪像。

通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的其它优点对本领域技术人员而言是显而易见的。

本发明可以采用各种部件和部件排列，并且可以采用各种步骤和步骤安排。附图仅用于说明优选实施方案，并没有对本发明构成限制。

附图说明

图1是根据本发明的诊断成像系统的示意图；

图2是风车状伪像中心的典型“图像”的示意图；和

图3是用于合并相应锐化和平滑图像数据值的典型卷积函数的示意图。

具体实施方式

优选楔形或锥形束CT扫描机的诊断成像设备10产生受到风车状伪像影响的诊断图像数据。扫描机包括X射线源12，X射线源12被准直用于将楔形或锥形束穿过成像区域14投射到二维X射线检测器16上.X射线检测器16包括二维像素阵列，每一个像素均产生与辐射强度相对应的输出信号，上述辐射是从X射线源射出射线经过检查区域到达检测器元件。通过将接收到的辐射强度和参考信号(该参考信号表示没有被检查区域中的受检者衰减的辐射强度)进行比较，数据能够被转换用于表示沿相应射线的辐射衰减量.提供马达18和辅助驱动器或其它类似装置用于围绕检查区域旋转X射线束.

检查区域中的受检者被患者支架或检查床20支撑。电动马达22和辅助啮合装置或链条推动受检者轴向通过检查区域.通过在X射线束旋转时连续推动受检者，获取了螺旋扫描轨迹.作为另一种选择，通过沿着轴向间断步进受检者，然后停止，能够产生一组平行切片。作为另一种选择，X射线源和检测器相对于静止受检者轴向移动。

表示沿每一条射线接收到的辐射强度或沿每一条射线的辐射衰减和识别射线的数据，通常根据X射线源的旋转位置、每一条射线在旋转方向和纵向上相对于X射线源的角旋转和沿旋转轴的纵向或轴向位移被提供到数据缓冲器30中。在优选实施方案中，通过使用在美国专利No.6104775中被Tuy描述的三维图像重建技术，数据被重组(re-binning)处理器或装置32重组成一组用于三维背投影的平行投影.当然，在本技术领域为人熟知的其它重建技术也可以被使用。

用于找到风车状伪像中心的装置40确定哪些数据代表经过风车状伪像中心的射线。在优选实施方案中，这包括相对于轴向或z方向高通滤波数据的高通滤波器42.重建处理器44将高通滤波数据重建成风车状伪像辐射中心48的图像表示46(图2)，上述图像表示46被保存在伪像中心存储器50中。通过对数据进行适当的高通滤波，重建图像将只表示那些风车状伪像看起来是从其中发出的区域.上述图像看起来像是一组一个颜色极端(黑或白)的点48，这组点48表示在区域54上被中间灰度区域或半影52包围的辐射中心，其中上述区域54用另一个颜色极端表示。优选地，处理器56标准化或依比例确定伪像中心图像表示。

装置58确定有哪些射线60经过了其中一个风车状伪像辐射中心，有哪些射线经过了半影52以及有哪些射线64没有经过中心和半影。尤其是在优选实施方案中，上述确定由前向投影处理器66做出，上述前向投影处理器66将标准化伪像中心图像前向投影到前向投影存储器68中。每一个前向投影射线的灰度值或幅值表示射线是否在经过中心48、半影52或两者均未经过的平行投影中处于相应的角度和位置。

每一个重组数据值还被并行通过在轴向上锐化分辨率的层锐化滤波器70和在轴向上平滑或涂抹分辨率的平滑滤波器72(诸如，低通滤波器)。当然，滤波也能够被应用在平面内方向上。数据选择或加权处理器或装置74从前向投影数据存储器68的数据值的幅值中选择锐化数据值、平滑数据值或两个数据值的加权平均.参考图3，如果对应前向投影数据值的大小表示数据值不能代表经过一个伪像中心的射线64，那么经过锐化滤波器处理的数据值被传递给重建处理器76。如果射线60经过一个伪像中心，那么来自平滑滤波器72的数据值被传递给重建处理器。如果和数据值对应的射线62勉强经过伪像中心48中的一个，诸如经过或靠近伪像中心48中的一个伪像中心的边缘，那么锐化和平滑数据值的加权平均被传递给重建处理器76.

数据值被背投影或被重建到三维最终图像存储器78中。视频处理器80提取被选层、投影、表面渲染或三维体积图像表示的其它被选部分，并将它们转换成适于在监视器82上显示的格式.

在优选实施方案中，用于选择和加权锐化和平滑数据值的装置74使用函数(诸如图3所示的斜坡函数)加权锐化和层平滑数据值，如上所述，当射线没有经过伪像中心时传递锐化数据，当相应射线经过伪像中心时传递平滑数据值，当射线勉强经过伪像中心时传递加权平均。

本发明已经通过参考优选实施方案进行了描述。显然，其他人在阅读理解上述详细描述后，可以对本发明做出修改和变更。应当理解的是，在不背离后附权利要求书或其等效表述的情况下，可以对本发明做出各种修改和变更。

Claims

1.一种体积成像设备，包括：

图像数据生成装置(10)，用于产生在检查区域(14)中受检者部分的诊断图像数据，上述诊断图像数据有可能受到风车状伪像的影响；

识别风车状伪像中心的装置(40)，用于确定每一个风车状伪像的表观发射中心(48)；

锐化滤波装置(70)，使用锐化滤波器对图像数据进行滤波；

平滑滤波装置(72)，使用平滑滤波器对图像数据进行滤波；

加权装置(74)，根据射线轨迹有选择地加权锐化滤波器滤波的数据和平滑滤波器滤波的数据，上述射线轨迹和通过相对于已确定的风车状伪像中心的感兴趣区域的数据相对应；和

重建装置(76)，用于将加权数据重建成图像表示。

2.根据权利要求1所述的设备，其中图像数据产生装置(10)包括CT扫描机，上述CT扫描机包括产生楔形或锥形束辐射的X射线源(12)和产生CT数据的二维检测器(16)。

3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括：

将来自二维辐射检测器(16)的数据重组成平行投影数据的装置(32)，和对每一条射线的平行投影数据进行滤波的锐化滤波装置(70)和平滑滤波装置(72)。

4.根据权利要求3所述的设备，其中锐化和平滑滤波装置(60、62)在和CT扫描机旋转轴平行的方向上滤波。

5.根据权利要求2所述的设备，其中用于识别风车状伪像中心的装置(40)包括：

对诊断图像数据进行滤波的高通滤波器(42)；

重建装置(44)，用于将高通滤波数据重建成描述风车状伪像中心(48)的图像表示(46)。

6.根据权利要求5所述的设备，其中用于识别风车状伪像中心的装置(40)进一步包括：

对风车状中心图像表示进行标准化的标准化装置(56)。

7.根据权利要求5所述的设备，进一步包括：

前向投影装置(52)，该装置用于将风车状伪像中心图像(46)前向投影成和射线轨迹对应的数据值，和每一个射线轨迹对应的数据值的大小用于表示沿相应轨迹的射线是否经过了风车状伪像中心图像(46)的多个风车状伪像中心(48)的一个中心。

8.根据权利要求5所述的设备，其中风车状伪像中心图像(46)代表：风车状伪像中心(48)、围绕风车状伪像中心的半影(52)和背景区域(54)。

9.根据权利要求8所述的设备，其中加权装置(74)：

当数据对应经过多个辐射中心的一个中心的轨迹时，将来自平滑滤波装置(72)的数据直接传递给重建装置(76)；

当轨迹勉强经过多个辐射中心的一个中心时，将来自锐化和平滑滤波装置(70、72)的数据的加权平均传递给重建装置(76)；和

当射线(64)只经过区域(54)且没有经过中心时，将来自锐化滤波装置(70)的数据直接传递给重建装置(76)。

10.一种体积成像方法，包括：

产生有可能受到风车状伪像影响的诊断图像数据；

确定每一个风车状伪像的表观发射中心(48)；

使用锐化滤波器对图像数据进行滤波；

使用平滑滤波器对图像数据进行滤波；

根据通过检查区域的射线轨迹有选择地加权锐化滤波器滤波的数据和平滑滤波器滤波的数据，上述通过检查区域的射线轨迹和相对于已确定的风车状伪像中心(48)的图像数据相对应；和

将加权数据重建成图像表示。

11.根据权利要求10所述的方法，其中图像数据被CT扫描机产生，并且进一步包括：

将来自CT扫描机的数据重组成平行投影数据，并且使用锐化和平滑滤波器对平行投影数据进行滤波。

12.根据权利要求11所述的方法，其中锐化和平滑滤波器在和CT扫描机的旋转轴平行的方向进行滤波。

13.根据权利要求11所述的方法，其中风车状伪像中心识别包括：

高通滤波经过重组的图像数据；

将高通滤波数据重建成描述风车状伪像中心的图像表示。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

标准化风车状中心图像表示。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

将风车状伪像中心图像前向投影成和射线轨迹对应的数据值，和每一个射线轨迹对应的数据值的大小用于表示沿相应轨迹的射线是否经过了风车状伪像中心图像表示(46)的多个风车状伪像中心(48)的一个中心。

16.根据权利要求13所述的方法，其中风车状伪像中心图像(46)代表：风车状伪像中心(48)、围绕风车状伪像中心的半影(52)和背景区域(54)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中加权步骤包括：

根据射线是否经过伪像中心(48)、半影(52)或区域(54)，加权平均锐化滤波图像数据和平滑滤波图像数据。

18.根据权利要求19所述的方法，其中加权平均步骤包括：

使用斜坡函数，加权已经被锐化滤波器滤波的数据和已经被平滑滤波器滤波的数据。

19.一种重建诊断图像的设备，该设备包括：

楔形或锥形束CT扫描机(10)，上述CT扫描机产生一组图像数据值用于表示沿各条辐射射线的辐射透射或衰减，上述辐射射线在旋转方向和轴向上发散；

处理器(40)，将图像数据值重建成表示风车状伪像中心点(48)的图像表示(46)；

锐化滤波器(70)和平滑滤波器(72)，这两种滤波器同时对每一个图像数据值进行滤波，用于产生分辨率增强数据值和分辨率衰减数据值；

加权处理器(74)，根据公共射线相对于风车状伪像中心的轨迹有选择地合并和公共射线相对应的分辨率增强图像数据值和分辨率衰减图像数据值；和

重建处理器(76)，将加权图像数据值重建成三维诊断图像表示。