CN101049242A

CN101049242A - 可再现地产生断层造影图像数据的视图的方法

Info

Publication number: CN101049242A
Application number: CN 200710096758
Authority: CN
Inventors: 迪特尔·波音; 格雷戈尔·马利希尼格
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2007-10-10
Also published as: WO2007115859A1; DE102006016601A1; EP1843296A1; JP2007275595A

Abstract

本发明涉及一种可再现地产生断层造影图像数据的视图的方法，其中，一起提供断层造影CT图像数据和该CT图像数据的三维调制传输函数(8)及坐标信息，从这些坐标信息中可以导出由该计算机断层造影图像数据所包含的体素在所述对象的固定参照系中的坐标。采用该三维调制传输函数(8)和坐标信息通过图像滤波从CT图像数据中至少产生出一幅该对象区域的视图，其中将用于图像滤波的滤波算法以及必要时其它产生视图所需的视图参数存储在与该CT图像数据相对应的视图文件(7)中。为了重新产生视图调用该视图文件并对CT图像数据重新使用该滤波算法以及必要时的其它视图参数。该方法可以实现以较低的存储器需求量和较少的计算开销可再现地产生断层造影图像数据的视图。

Description

可再现地产生断层造影图像数据的视图的方法

技术领域

本发明涉及一种用于可再现地产生对象的对象区域的断层造影CT图像数据的视图(Ansicht)的方法，该CT图像数据包含对于该对象区域的每个体素的至少一个X射线衰减值。

背景技术

在现代医学成像方法中，如在X射线计算机断层造影中，可以获得受检测量对象如患者的断层造影数据。X射线计算机断层造影是一种利用其可以获得横向截面图像、即对基本上垂直于体轴定向的体层的图像的特殊X射线拍摄方法。在图像中示出的特定于组织的物理参数是在截面中X射线衰减值的分布μ(x，y)。除了该横向截面图像外，还可以获得表示X射线衰减值的三维分布μ(x，y，z)的、所采集的对象区域的立体图像。在此所采集的对象区域的每个立体元素(也称为体素)与一个X射线衰减值相对应。

CT图像可以利用具有可无限循环的扫描系统的常规计算机断层造影设备产生，也可以借助C形弓架式设备产生。以下CT的概念用于该两种成像设备。利用包括具有特殊的卷积核(核)的卷积的再现算法从由CT设备提供的原始数据中计算出CT图像数据。通过卷积核的数学形态实现可以有目的地影响在从原始数据再现CT图像时的图像质量。例如，可以利用适当的卷积核来强调高频，以提高图像中的位置分辨率，或者利用其它适当类型的卷积核来抑制高频，以降低图像噪声。因此在计算机断层造影的图像再现中，可以通过选择卷积核来影响由图像清晰度/图像噪声以及图像对比度表征的图像特征。

目前必须在自己的为此而开发的高性能图像再现计算机上从特定于制造商和产品的原始数据中计算出CT图像。在此原始数据以特定于制造商的格式存储并且不包含像素或体素数据。因此它们不能直接用于显示，而仅用于再现图像或图像序列。

但使用者常常需要所采集的对象区域的具有不同参数的不同的视图。为此迄今必须利用不同的设置从原始数据中计算出任意多的截面图像序列，例如利用不同的核、不同的层厚、不同的增量、不同的FoV(视场)或不同的定向。但由于这些参数以及所属的再现算法是与利用其对对象区域进行采集的CT设备紧密相关的，这些参数对于每个制造商和每个设备类型也是不同的。因此只能在也用其进行采集的CT系统上没有问题地从原始数据中再现出所期望的截面图像。

这些截面图像的序列构成后处理、归档、向其它图像处理或成像设备传输并最后进行判断的基础。对于传输采用所谓的DICOM标准(医学中的数字成像和通信)。利用该标准可以相互交换不同的成像设备和图像处理设备的图像和数据。但提供不同的图像序列除了对原始数据的存储器需求外还要求对图像序列的、可能多达数十亿字节(GB)的存储器需求。由此，图像序列的传输以及将其加载到CT应用中以进行后处理也是非常耗时的，并对临床工作流程产生负面影响。从原始数据中再现不同的图像序列同样需要很大的时间开销。在CT系统中事先保存原始数据以用于过后的再现，这需要大量的存储器并因此而由于成本的原因在时间上非常受限。目前一般仅能保持几天的原始数据。为了延长预先保持的时间，还可以将原始数据归档到例如光存储介质上。但对原始数据的归档过程以及过后的输入同样是耗时的并因此而在实践中很少实行。

为了可再现地产生CT图像数据的视图，由DICOM标准中公知所谓2D表达状态，其中存储了要显示的CT值的值域、所谓的窗口、像素数据中的图像片段以及对像素数据的数字缩放。所谓的灰度色标、颜色和混合表示状态使得可以对于利用对两个图像序列(PET-CT，SPECT-CT)的变换的线性配准存储颜色值编码表和灰度值编码表，以及旋转和变换矩阵。因此具有可变图像印象(即不同的图像清晰度/图像噪声或不同的图像对比度)的立体或立体分割(3D对象)的、涉及器官的视图是不可能的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于可再现地产生断层造影图像数据的视图的方法，其仅需较少的存储器并且可以产生具有不同图像参数、尤其是具有不同的图像清晰度/图像噪声和不同的图像对比度的视图。

在所建议的方法中，将对象的对象区域的、对于该图像区域的每个体素至少分别包含一个X射线衰减值的断层造影CT图像数据与该CT图像数据的三维调制传输函数或可从该三维调制传输函数导出的函数，以及坐标信息一起提供，从这些坐标信息中可以导出该计算机断层造影图像数据所包含的体素在所述对象的固定参照系中的坐标。采用该三维调制传输函数以及该坐标信息通过图像滤波从该CT图像数据中至少产生出一幅该对象区域的视图，其中，将用于图像滤波的滤波算法以及必要时其它产生视图所需的视图参数存储在与该CT图像数据相对应的视图文件中。为了重新产生视图调用该视图文件并对CT图像数据重新使用该滤波算法以及必要时的其它视图参数。

在此，本发明的方法利用了所提供的CT图像数据和包含该CT图像数据的三维调制传输函数以及坐标信息的附加信息。CT图像数据以公知的方式借助X射线成像设备、即利用CT设备产生并存储。在此，对在对对象区域进行采集时产生的原始数据利用适当的卷积核，优选为产生高分辨率图像的卷积核首先在图像再现计算机上进行再现。这应直接在数据产生的位置进行，即利用用来记录数据的CT设备的图像再现计算机。然后可以将原始数据丢掉。在此优选将CT图像数据与该图像数据的三维调制传输函数或可从该三维调制传输函数导出的函数以及相应坐标信息一起存储在一个共同的数据组中。该数据组构成以后进行后处理、归档、传输到其它设备或站点并最后得出判断的基础。该数据组与该3D调制传输函数和坐标信息一起包含共同的信息，以便可以在任何其它工作位置由该数据产生对象区域的任何视图，以下也称为数据视图(Datensicht)。

利用CT图像数据的调制传输函数的知识可以通过利用适当的滤波器进行纯图像滤波达到与利用迄今实施的从原始数据进行的再现达到的结果相同。尤其是利用该3D调制传输函数的知识可以通过不同的滤波器从CT图像数据中产生具有不同清晰度和不同噪声的图像。在DE 10238322 A1中公开了一种这样的图像滤波，其这方面的公开内容也囊括在本专利申请中。当然，如果将提供的数据和信息不是存储在一个单个的数据组中，而是分布到多个数据组中，也能实现上述优点，但在这些数据组中必须能够识别相互的对应关系。

在本发明的方法中，采用调制传输函数和坐标信息通过图像滤波从利用附加信息提供的CT图像数据中至少产生一幅期望的对象区域的视图。该视图可以表示任意CT图像数据的数据视图，特别是具有不同清晰度、不同噪声、不同定向、不同图像片段和不同层厚的层析图像或截面图像。然后，将在此对所要求的CT图像数据的滤波所采用的滤波器或滤波算法以及其它视图参数、如图像片段或图像定向存储在与该CT图像数据对应的视图文件中。以下与公知的DICOM标准中的2D表达状态类似地将该视图文件称为先进表达状态(Advanced Presentation State，APS)。因此APS表示CT图像数据上的、可以表现为立体数据组或层析图像堆叠的任何视图。APS取代了目前的再现，因为其不再需要原始数据，并同时以标准格式存储应用的全部结果。通过存储这些参数，特别是所采用的滤波算法，可以随时在任何设备上可再现地再次产生相应的视图。无论是层析图像堆叠或立体数据组，还是APS，都可以作为DICOM对象存储在DICOM文档中(如PACS)。由此使用者可以以很少的存储器需求在任何DICOM工作站上产生与诊断相关的全部图像视图。导致确定判断相关的图像数据的对CT图像数据所做的所有交互都可以存储在APS中。

目前的应用通常在图像片段、层厚、滤波器、颜色编码、空间定向等方面对原始数据组、即原始数据进行处理，计算测量值，定义用于对器官和血管划界的分割，为了在2D视图中产生3D效果而对体积着色，保证图像结果的质量或定义用于虚拟地引导摄像机穿过身体的路径(如Colon，Broncho)。CAD(计算机辅助诊断)算法标记立体分割并将其分类为病变的或健康的。所有这些结果都可以存储在APS中，以使其它使用者或在其它数据站过后能够获得与其被一次性生成时完全相同的视图。在此不需从原始数据中重新进行再现，因为在本发明的方法中，仅回溯到一次性再现并与调制传输函数和坐标信息一起存储的CT图像数据组。

该CT图像数据组和附加信息构成了存储在APS中的参数的数据基。优选该CT图像数据组表示立体数据组，该立体数据组在以下还将与附加信息一起被称为IVB(Image Volume Database)。这样，IVB表示用于继续处理的数据基。IVB可以替代目前在后处理、归档中以及在向其它图像处理或成像设备的传输中的特定于制造商和产品的CT原始数据。优选将IVB以新的DICOM标准格式进行存储。对此的一种可能性是扩展目前的DICOM-CT-多帧。在此IVB取代CT原始数据，从而使得在一次性再现IVB之后不需长期保持CT原始数据。在此IVB不包含由不同截面图像组成的层堆叠，而是包含具有固定坐标系的立体数据。在IVB中除了CT图像数据外还可以存储CT检查的内存储信息位置图(Topogramme)，如果采集了这样的内存储信息位置图的话。

优选仅从对于一个体素的坐标值以及对于其它体素的方向信息和距离信息中形成坐标信息，从该坐标信息中可导出CT图像数据中包含的对象区域的体素在对象的固定参照系中的坐标。由于通常在等距离的栅格上再现体素数据，因此可以通过描述三个轴的方向向量(如单位向量e_x，e_y，e_z)和增量(如d_x，d_y，d_z)来定义体素坐标。为了描述体素的孔径，采用三个例如在x、y和z方向上的一维调制传输函数，通过这三个一维调制传输函数形成3D调制传输函数。当然，代之以调制传输函数还可以采用点像函数(Punktbildfunktion)或灵敏度特性，从中导出3D调制传输函数。该传输函数的知识使得可以事后对相应的CT图像改变清晰度/层厚。3D调制传输函数描述在CT图像数据上对对象区域成像的质量，其与成像系统本身、即CT设备有关，必要时还与所采用的再现算法有关。3D调制传输函数要针对每个CT系统确定，并例如在数字化之后作为数值表存储。

利用本发明的方法可以对不同的应用通过采用不同的滤波算法产生对象区域的不同的视图，这些视图在图像清晰度和/或图像噪声和/或作为基础的对象区域的层的层厚上有所不同。在此优选对于每个不同的视图存储一个自身的视图文件，即自身的APS。在此APS包含对所涉及的基本数据的参考，即立体数据组(IVB)或层堆叠以及关于所采用的滤波算法的信息。

作为其它视图参数可以在APS中存储例如图像片段(FoV：视场)、空间定向和/或VRT预设(着色参数、颜色表)。此外还可以将立体数据组的坐标系中任意多的3D立体分割、所实施的视图的路径(如Colon/Broncho Fly-Through)，或者将所谓的关键图像作为在立体数据组的坐标系中以特定的旋转定向的2D截面(也可以是弯曲的)存储在APS中。此外还可以将标记、注释或者曾在视图上进行的距离/立体测量存储在APS中。标记例如可以作为2D或3D信息存储，如作为点、ROI(感兴趣区域)或VOI(感兴趣立体)存储。

利用本发明的方法不必从原始数据中分离地再现具有不同质量特性的图像序列。可以直接为用户演示各个期望的图像印象，在此省去了迄今需要的对再现结果的等待以及为了确认期望的图像质量要到最后才产生的质量检查。除了节省了大量时间以外，还使在重新产生视图时的数据立体大大降低，因为例如即便是迄今原本构成后处理步骤输入的薄层序列也不再需要从原始数据中再现，而仅需作为APS存储。利用APS，已提到的在轴向的实时过滤(相当于目前的再现核)，以及在z方向的实时过滤(层厚和再现增量)的可能性可随时供用户所用。所有在立体上进行的为了确定判断相关的图像数据的交互，都可以存储在APS中。在此除了图像序列的定义外还可以存储各个图像的标记以及输入的评价或判断。

相对于迄今可用的2D表达状态而言，另外的优点是，在所建议的APS中还可以存储用于分离肿瘤、血管树等的3D分割。此外，还可以在APS中存储任意多的具有在立体数据的坐标系中任意方向的平的和弯曲的截面，并可以由每个应用相应地读取，以将特定的2D截面作为关键图像进行寻址。

在此，用于实施该方法的装置包括具有数据库接口的计算单元，CT图像数据、优选作为IVB存储在该数据库中。图像产生模块访问该数据库中期望的APS，读取它们，并相应于在APS中给出的参数对CT图像数据进行处理。此外还设置有APS产生模块，其将由用户对图像数据使用的滤波算法和必要时的附加视图参数作为APS存储在数据库中。以这种方式可以通过与用户的交互从原始CT图像数据组中产生新的APS，或者基于已知的APS显示来视图。

附图说明

以下将借助与附图关联的实施例非限制性地再次详细解释本发明的方法。在此：

图1示出产生断层造影图像数据的概貌；

图2示出用于产生或读取APS的应用服务器的例子；

图3示出具有IVB和APS的中央存储器的例子；

图4示出产生和存储APS的例子；

图5示出引用3D分割的第一个例子；

图6示出引用3D分割的第二个例子；

图7示出引用3D分割的第三个例子；

图8示出引用3D分割的第四个例子；

图9示出可利用其产生期望的图像印象的调制传输函数和滤波函数的例子。

具体实施方式

图1示出按照本发明的方法产生断层造影图像数据的视图时的工作流程的概貌。首先利用CT设备1记录对象区域的CT图像数据。该CT设备1可以是计算机断层造影设备，也可以是所谓的C形弓架式设备。为了从CT扫描中再现图像，将测得的原始数据传送给图像计算机2，利用图像计算机2采用适当的再现算法从原始数据中产生3D图像数据组。在本例中，该3D图像数据组是立体数据组，在该立体数据组中，受检对象区域的每个立体元素(体素)都与一个X射线衰减值μ(x，y，z)或从中导出的灰度值相对应。

由该立体数据组产生具有包括CT图像数据的3D调制传输函数以及关于CT图像数据组的体素坐标的信息的附加信息的数据组。将该新的立体数据组，即IVB传送给中央数据库4并存储在那里。中央数据库4与应用服务器5连接，该应用服务器5从IVB 3中产生期望的数据视图，并传送给相应的客户机6。

在中央数据库4中还存储属于数据视图的APS 7，并且该APS与相应的IVB3相对应。这可以从图3中看出，其中示意性地举例示出三个具有所属的APS的IVB。当然APS的数量是没有限制的，而是仅取决于所期望的不同的数据视图的数量。在中央数据库4的中部突显出一个例子，其中APS 7a是对肺结的显示，另一个APS 7b是对提取出的心脏的显示，而第三个APS 7c则是通过用户特殊产生的IVB 3a上的数据视图，在该例中为患者的胸部。

图2示出产生两个APS 7的例子。在此，应用服务器在第一应用中调用存储在数据库4中的APS，将其读出，对所属的IVB 3使用APS中包含的参数或滤波器，并在相应的客户机6上显示视图。这样，用户可以通过预先给定其它图像参数来改变该视图。为此为用户提供了适当的工具11或函数12。在将视图与期望的图像参数匹配之后，通过应用服务器将该视图所需要的图像参数，特别是可能改变了的滤波函数以及其它视图参数在新的APS中存储到中央数据库4中。通过导致另一APS 7的第二应用实现同样的过程。还可以通过要求预先给定的图像参数的相应应用自动产生APS。这例如可以用于对分辨率、图像清晰度或噪声有特定要求的自动肺结分析，以达到可靠的可再现的结果。这样，此类的应用通过调用IVB上的对应APS自动地使用相应的图像参数，以基于所产生的视图进行分割。

图4示出匹配现有APS以产生新APS的另一例子。在此，在应用服务器5上的应用调用对IVB已存在的APS，以将数据置于可通过该应用处理的形式。然后，继续处理包括滤波、开窗口以及在预先给定的2D平面或3D立体分割上消减数据。此外，还可以采用另一滤波器在IVB上产生另一图像质量。然后对于这样获得的视图将所需要的全部视图参数，尤其是定向、位置、缩放系数、滤波器、分割、标记、颜色/灰度级等作为新的或其它APS存储。

图5示出引用APS中3D立体分割的例子。在这种最简单的情况下，采用在CT拍摄时预先给定的z方向(系统轴的方向)，其可以在IVB中从坐标信息中导出。然后通过输入z方向上的起始和结束坐标，可以要求立体数据组中的特定3D分割。该输入将为视图产生的数据限制在例如包括心脏的特定的区域。接着可以对经消减的数据应用适合的滤波器，以产生所期望的视图，必要时用于继续处理。

图6示出另一例子，其中给出所期望的3D分割的中心的3D坐标以及其在x、y、z方向上的伸展。

图7中示出这种引用的另一例子，其中3D立体分割为球形的。在此该分割的确定也是通过输入中心的三维坐标和通过输入该立体分割的半径实现的。

最后，图8示出对在CT图像数据包含的对象区域内分割出的器官或分割出的区域的引用。在此为了引用也是输入该分割出的器官或分割出的区域的中心的三维坐标。

利用最后提到的例子可以明显减少用于处理的数据量，因为分别仅是示出在相应的APS中给出的经分割或引用的区域的数据。在每次重新调用该APS时，都为用户显示完全相同的视图。

图9为概览起见仅举例示出一个产生用户期望的图像印象的一维调制传输函数8和滤波函数9。调制传输函数8作为图表包含在IVB中。用户期望的图像印象相当于通过图中曲线10表示的函数。然后，根据该期望的图像印象(噪声，清晰度)或所属的函数以及包含在IVB中的调制传输函数8可以计算出由调制传输函数8达到该图像印象或与此相关的函数10所需要的滤波函数9。优选将滤波函数9以少数支持位置(Stuetzstelle)作为表存储在APS中。然后通过调用该APS可以不必实施为此耗时的图像再现而从IVB中产生相同的图像印象。

利用本发明的方法，再现多个图像序列就成为多余的了。这节省了时间并优化了临床工作流程。不必从原始数据中更清楚地再现图像序列，取而代之的是仅产生APS形式的逻辑数据视图。由此实现了极大的数据消减，因为APS几乎不需要存储器。可以与制造商和设备无关地产生判断所需要的图像数据(借助APS的IVB的视图)，并进行数据交换。这样，就不必再在CT系统本身上实现判断所需的图像数据的提供，而是可以在任意工作位置上进行。省去了耗时的图像序列传输和为了进行后处理而将这些数据加载到CT应用中。

Claims

1.一种用于可再现地产生断层造影图像数据的视图的方法，其中，

将对象的对象区域的、对于该图像区域的每个体素至少分别包含一个X射线衰减值的断层造影的计算机断层造影图像数据与该计算机断层造影图像数据的三维调制传输函数(8)或可从该三维调制传输函数(8)导出的函数，以及坐标信息一起提供，从这些坐标信息中可以导出该计算机断层造影图像数据所包含的体素在所述对象的固定参照系中的坐标，

采用该三维调制传输函数(8)以及该坐标信息通过图像滤波从该计算机断层造影图像数据中至少产生出一幅该对象区域的视图，

将用于图像滤波的滤波算法以及必要时其它产生视图所需的视图参数存储在与该计算机断层造影图像数据相对应的视图文件(7)中，以及

为了重新产生视图调用该视图文件(7)并对计算机断层造影图像数据重新使用该滤波算法以及必要时的其它视图参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于不同的应用通过采用不同的滤波算法产生对象区域的不同视图，这些视图在图像清晰度和/或图像噪声和/或所基于的对象区域的层的层厚方面是不同的，其中，对于每个不同的视图存储一个自身的视图文件(7)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为其它视图参数将对于该视图选出的对象的空间定向存储在所述视图文件(7)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，作为其它视图参数将关于对该视图选出的图像片段存储在所述视图文件(7)中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，作为其它视图参数将为立体着色选出的着色参数存储在所述视图文件(7)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，作为其它视图参数将一个或多个对于该视图选出的对象的立体分割的位置和扩展范围存储在所述视图文件(7)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，作为其它视图参数将对于关键图像的一个或多个平面和/或弯曲的二维截面存储在所述视图文件(7)中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将所述计算机断层造影图像数据作为立体数据组提供。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在产生计算机断层造影图像数据时采用用于高位置分辨率的再现算法。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在一个共同的数据组(3)中提供所述计算机断层造影图像数据和该计算机断层造影图像数据的三维调制传输函数(8)或可从该三维调制传输函数(8)导出的函数以及坐标信息。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，将所述共同的数据组(3)作为标准DICOM对象使用。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，将所述视图文件(7)作为标准DICOM对象使用。