CN101809622A - 用于确定图像中的高密度区域的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定图像中的高密度区域的装置，其中，该装置包括用于提供用于重建图像的投影数据的提供单元(1、2、6、7、8)。该装置还包括用于确定所述投影数据中的高密度阴影的高密度阴影确定单元(12)以及用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像的反投影单元(13)。本发明还涉及对应的用于确定图像中的高密度区域的方法以及计算机程序。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定图像中的高密度区域的装置、方法以及计算机程序。本发明还涉及用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像系统、成像方法以及计算机程序。
背景技术
在计算机断层摄影图像中，通过阈值化确定高密度区域，如金属区域。所确定的高密度区域，例如，用于对计算机断层摄影图像中的高密度伪影的校正。但是对计算机断层摄影图像中的高密度区域的分割受到已存在于计算机断层摄影图像中的高密度伪影的影响。这导致对计算机断层摄影图像中的高密度区域的分割的质量下降，并且因此，如果该分割用于针对高密度伪影对计算机断层摄影图像的校正，经校正的计算机断层摄影图像将仍然示出由计算机断层摄影图像中的高密度区域引起的大量伪影。
发明内容
本发明的目的是提供用于确定图像中高密度区域的装置、方法以及计算机程序，其中，提高了对图像中的高密度区域的确定的准确度。
在本发明的第一方面，提出了用于确定图像中的高密度区域的装置，其中，该装置包括：
-提供单元，其用于提供用于重建图像的投影数据；
-高密度阴影确定单元，其用于确定所述投影数据中的高密度阴影；
-反投影单元，其用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
本发明所基于的理念是：由于对高密度阴影进行反投影从而得到高密度图像，所以可以在高密度图像中识别高密度区域，并且不需要在已具有高密度伪影的图像中分割高密度区域。因而，未校正的图像中的高密度伪影不干扰对高密度区域的确定，这提高了对高密度区域的确定的准确度。
高密度区域可以是单一区域，但是其还可以包括多个相连接或不相连接的区域。同样，高密度阴影可以是单一阴影或可以包括多个相连接或不相连接的阴影区域。
高密度区域是感兴趣区域中被一种或多种如金属元素的高密度元素所占据的区域。高密度元素是具有大于预先确定的密度值的密度的元素。这一预先确定的密度值优选是如此预先确定的：使得通常在所重建的图像中产生高密度伪影的高密度元素具有大于所预先确定的密度值的密度，例如，在计算机断层摄影系统中，这一预先确定的密度值优选为2500 Hounsfield单位，其中金属元素具有更大的密度。
优选所述高密度阴影确定单元适于分割投影数据中的高密度阴影，并且该装置还包括用于确定在高密度图像中的高密度区域的高密度区域确定单元，其中，所述高密度区域确定单元适于确定所述高密度图像的图像元素已从其接收到经分割的高密度阴影的投影数据的投影的数量，并且根据所述高密度图像的图像元素已从其接收到经分割的高密度阴影的投影数据投影的数量确定所述高密度区域的图像元素。这进一步提高了对高密度区域的确定的准确度。
在优选实施例中，所述高密度区域确定单元适于通过确定已从等于预先确定的数的数量的投影接收到经分割的高密度阴影的投影数据的图像元素来确定所述高密度区域的图像元素。优先地，这一预先确定的数等于穿过相应图像元素的投影的数量。例如，用户可以预先确定所述预先确定的数，以便调整对高密度区域的确定的准确度水平。
进一步优选所述高密度阴影确定单元通过阈值化确定高密度阴影。通过阈值化，可以以较低计算量通过投影数据确定所述高密度阴影。
进一步优选所述装置还包括用于使用所述高密度图像中所确定的高密度区域校正图像中的高密度伪影的校正单元。由于所述高密度区域是以高准确度确定的，所以可以以较高的质量执行对图像中的高密度伪影的校正，即，与使用已知的对图像中的高密度区域的确定的已知的高密度伪影校正相比，改进了对高密度伪影的减少。
在本发明的另一方面，提出了用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像系统，其中，该成像系统包括：
-投影数据生成单元，其用于生成用于重建图像的投影数据；
-高密度阴影确定单元，其用于确定所述投影数据中的高密度阴影；
-反投影单元，其用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像；
-重建和校正单元，其用于根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，其中，所述重建和校正单元适于通过使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
在本发明的又一方面，提出了用于确定投影数据中的高密度阴影的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-提供用于重建图像的投影数据；
-确定所述投影数据中的高密度阴影；
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
在本发明的又一方面，提出了用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像方法，其中，该成像方法包括以下步骤：
-生成用于重建图像的投影数据；
-确定所述投影数据中的高密度阴影；
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像；
-根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，其中，使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
在本发明的又一方面，提出了用于确定图像中的高密度区域的计算机程序，其中，该计算机程序包括程序代码模块，用于当所述计算机程序在控制如权利要求1所述的装置的计算机上运行时，使得所述装置执行以下步骤：
-提供用于重建所述图像的投影数据；
-在所述投影数据中确定高密度阴影；
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
在本发明的又一方面，提出了用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的计算机程序，其中，该计算机程序包括程序代码模块，用于当所述计算机程序在控制如权利要求6所述的装置的计算机上运行时，使得所述装置执行以下步骤：
-生成用于重建图像的投影数据；
-确定所述投影数据中的高密度阴影；
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像；
-根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，其中，使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
应该理解，如权利要求1所述的装置、如权利要求6所述的成像系统、如权利要求7所述的方法、如权利要求8所述的成像方法、如权利要求9所述的计算机程序以及如权利要求10所述的计算机程序具有如从属权利要求所述的类似的和/或相同的优选实施例。应该理解，本发明的优选实施例可以是从属权利要求的任意组合。
附图说明
参考在下文中描述的实施例，本发明的这些以及其他方面将变得明显并得以阐明。在以下的附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像系统的实施例；
图2示出了根据本发明的说明了用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像方法的实施例的流程图；
图3示意性地示出了根据本发明的用于确定图像中的高密度区域的装置的实施例；并且，
图4示出了说明了用于确定图像中的高密度区域的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于对包括高密度的区域的感兴趣区域进行成像的系统，在这一实施例中该系统为计算机断层摄影系统。该计算机断层摄影系统包括扫描架1，其能够绕平行于z方向延伸的旋转轴R旋转。例如X射线源的辐射源2被安装在所述扫描架1上。该辐射源2具有准直器设备3，其从由该辐射源2发射的辐射形成锥形辐射束4。在其他实施例中，该准直器设备3可以适于形成具有例如扇形的其他形状的辐射束。
辐射横穿感兴趣区域，例如，圆柱形检查区5中的患者的感兴趣区域。在横穿所述检查区5后，所述辐射束4入射到探测单元6上，在这一实施例中该探测单元为安装在所述扫描架1上的二维探测器。在另一实施例中，探测单元可以是一维探测器。
所述扫描架1是由电机7以优选为恒定的但是可调的角速度驱动的。提供另一电机8以用于使例如布置在检查区5中的患者床上的患者的对象平行于旋转轴R或z轴的方向移位。由控制单元9控制这些电机7、8，从而例如使得所述辐射源2以及检查区5沿着螺旋形轨迹相对于彼此移动。所述控制单元9还可以控制所述电机7、8从而使得感兴趣区域(即位于感兴趣区域中的对象或对象的一部分)或所述检查区5不移动并且使所述辐射源2旋转，即所述辐射源2相对于对象沿着圆形轨迹行进。所述辐射源2、探测单元6、扫描架1、优选还有准直器设备3，以及电机7、8形成用于生成用于重建感兴趣区域的图像的投影数据的投影数据生成单元或用于提供用于重建感兴趣区域的图像的投影数据的提供单元。
将由探测单元6采集的投影数据提供给成像和校正设备10以确定图像中的高密度区域并且重建感兴趣区域的图像，其中使用所确定的高密度区域校正高密度伪影。经校正的图像最终可以被显示在显示单元11上。
所述成像和校正设备10包括用于确定投影数据中的高密度阴影的高密度阴影确定单元12、用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了高密度区域的高密度图像的反投影单元13、用于根据投影数据重建感兴趣区域的图像的重建单元14以及用于使用高密度图像中所确定的高密度区域校正所重建的感兴趣区域的图像中的高密度伪影的校正单元15。
所述重建单元14以及校正单元15形成重建和校正单元。在这一实施例中，该重建和校正单元14、15根据投影数据重建感兴趣区域的图像，并且然后使用高密度图像中所确定的高密度区域校正所重建的感兴趣区域的图像中的高密度伪影。在另一实施例中，可以提供重建和校正单元，其使用高密度图像中所确定的高密度区域在根据投影数据重建感兴趣区域的图像期间校正高密度伪影。
所述成像和校正设备10还包括用于确定高密度图像中的高密度区域的高密度区域确定单元18。
所述成像和校正设备10也优选由所述控制单元9控制。
在下面，将参考图2中示出的流程图更详细的描述根据本发明的用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像方法的实施例。
在步骤101，生成用于重建感兴趣区域的图像的投影数据。辐射源2绕旋转轴R或z方向旋转，并且所述感兴趣区域不移动，即，所述辐射源2绕所述感兴趣区域沿着圆形轨迹行进。在另一实施例中，辐射源2可以沿着另一轨迹移动，例如，沿着相对于感兴趣区域的螺旋形轨迹移动。所述辐射源2发射横穿感兴趣区域的辐射，所述感兴趣区域中存在高密度区域，例如包括金属的区域。在所述感兴趣区域中存在例如患者这样的对象。由探测单元6探测已穿过所述感兴趣区域的辐射，该探测单元6生成传送到所述成像和校正设备10的投影数据。
在步骤102，所述高密度阴影确定单元12确定投影数据中的高密度阴影。投影数据中的高密度阴影是由感兴趣区域中的高密度区域中的高密度元素的高吸收造成的。高密度区域是感兴趣区域中被一种或多种如金属元素的高密度元素所占据的区域。高密度元素是具有高于预先确定的密度值的密度的元素。这一预先确定的密度值优选是如此预先确定的：使得通常在所重建的图像中产生高密度伪影的高密度元素具有大于所预先确定的密度值的密度，例如，在计算机断层摄影系统中，其中金属元素具有更大的密度的密度值是优选的。
投影数据中的高密度阴影优选是通过阈值化确定的。例如，可以通过校准确定适当的阈值，其中利用了感兴趣区域中高密度元素的已知分布，并且因此利用了投影数据中高密度阴影的已知分布。
优选地，将同样的值(例如1)赋值给位于所确定的高密度阴影中的投影数据。可以通过下面的等式定义这一优选赋值：
在等式(1)中，p′(u，v，λ)表示经分割的投影，其中高密度阴影被标记为1，u、v表示二维探测单元6上的位置，λ表示辐射源2在圆形或螺旋形轨迹上的角位置，p(u，v，λ)表示投影数据，其已在步骤101生成，并且t表示阈值。因此，p′(u，v，λ)指示投影数据p(u，v，λ)中的一个或多个高密度阴影。
在步骤103，对所确定的高密度阴影或所确定的多个高密度阴影p′(u，v，λ)进行未滤波反投影以生成高密度图像I(x，y，z)。在对高密度阴影中的投影数据值进行反投影期间，将相对应的反投影射线横穿的每个图像元素加1。因此，与感兴趣区域中的高密度元素相对应的图像元素具有与在步骤101中的投影数据生成期间横穿高密度元素的这一图像元素的投影的数量N相等的值。因此，在步骤104，高密度区域确定单元18优选根据下面的等式确定感兴趣区域中的或高密度图像中的高密度区域：
在等式(2)中，I′(x，y，z)表示所确定的一个或多个高密度区域，并且由I(x，y，z)表示高密度图像。根据等式(2)，对高密度图像的每个具有值N的图像元素赋值1，并且对高密度元素的其他图像元素赋值0。因此，在高密度图像中，确定并分割出了一个或多个高密度区域。
在其他实施例中，可以将具有大于预先确定的对相应图像元素有贡献的投影的数量的值的图像元素赋值和分割为高密度区域的图像元素。这允许调整对高密度图像中的一个或多个高密度区域的确定的准确度。
在步骤105，重建单元14例如通过使用滤波反投影来根据投影数据重建感兴趣区域的图像，并且，在步骤106，校正单元15使用在步骤104中确定的一个或多个高密度区域校正所重建的感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
步骤106中的校正例如可以通过如下步骤执行：(1)用内插自步骤104中确定的高密度区域周围的材料的数据填充那些高密度区域；(2)对结果图像进行前向投影；(3)用来自具有高密度替换的图像的前向投影的投影数据替换已穿过原始投影数据集中的高密度区域的射线的投影数据；并且(4)根据所改变的数据集进行再次重建。这例如公开在“Metal artifactreduction in CT using tissue-class modeling and adaptive prefiltering”，M.Baland L.Spies，Med.Phys.33(8)，2006年8月中，其在此以引用的方式并入本文。
在另一实施例中，可以省略步骤106，并且在重建步骤105中已可以使用所述一个或多个高密度区域以便重建不具有高密度伪影或具有减少量的高密度伪影的感兴趣区域的图像。这例如可以通过以下步骤执行：(1)通过对步骤104中确定的高密度区域进行前向投影来识别投影数据中的高密度阴影；(2)用内插自所述高密度阴影周围的投影数据区域的数据替换所确定的高密度阴影中的投影数据，从而生成合成的投影数据；并且(3)对所述合成的投影数据进行反投影。
如果在重建步骤105中已使用一个或多个高密度区域以便重建不具有高密度伪影或具有减少量的高密度伪影的感兴趣区域的图像，则提供对应的重建和校正单元，其在感兴趣区域的图像的重建期间执行这一校正，即优选在反投影之前使用所确定的高密度区域处理投影数据，这优选在如上所述的所确定的高密度区域的前向投影之后。
图3示意性地示出了用于确定图像中的高密度区域的装置16。图1和图3中相对应的单元具有相同的附图标记。
所述装置16包括用于提供用于重建图像的投影数据的提供单元17、用于确定所述投影数据中的高密度阴影的高密度阴影确定单元12，以及用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像的反投影单元13。所述装置16还包括用于确定所述高密度图像中的高密度区域的高密度区域确定单元14，以及用于使用所述高密度图像中所确定的高密度区域校正所述图像中的高密度伪影的校正单元15。
在这一实施例中，所述提供单元17是存储单元，其中存储有用于重建所述图像的投影数据。这一投影数据可以是已由例如计算机断层摄影系统测量的真实数据，或仿真数据。所述提供单元17还可以是辐射源与探测单元的系统的组合，所述辐射源与探测单元可相对于感兴趣区域移动，以便从不同的方向生成投影数据。所述高密度阴影确定单元12、反投影单元13、重建单元14，以及校正单元15与上面参考图1描述的对应单元类似。所述装置16还优选包括高密度区域确定单元18，其与上面参考图1描述的高密度区域确定单元18类似。
代替重建单元14和校正单元15，可以使用单一的校正单元，其重建感兴趣区域的图像，其中在重建期间执行了使用所确定的高密度区域对高密度伪影的校正。
用于确定图像中的高密度区域的装置16的高密度区域确定单元18、重建单元14以及校正单元15是任选的单元。因此，在其他实施例中，所述装置可以仅包括用于提供用于重建图像的投影数据的提供单元、用于确定所述投影数据中的高密度阴影的高密度阴影确定单元以及用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像的反投影单元。这些单元允许确定感兴趣区域的图像中的高密度区域。
在下面，将参考图4中示出的流程图描述用于确定图像中的高密度区域的方法的实施例。
在步骤201，由所述提供单元17提供用于重建图像的投影数据。在步骤202，所述高密度阴影确定单元12确定投影数据中的高密度阴影，并且在步骤203，由所述反投影单元13对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。在步骤204，所述高密度区域确定单元18确定所述高密度图像中的高密度区域，在步骤205，所述重建单元14重建所述感兴趣区域的图像，并且在步骤206，所述校正单元使用所述高密度图像中所确定的高密度区域针对高密度伪影对所重建的图像进行校正。
步骤202到206与图2的步骤102到106类似。因此，为了更详细地解释这些步骤，参考上面的图2的描述。
虽然本发明主要被描述为使用计算机断层摄影系统的投影数据，特别是X射线计算机断层摄影系统的投影数据，但是本发明并不局限于这一模态。根据本发明，可以使用任何由通过测量或通过仿真对穿过感兴趣区域的辐射进行投影而生成的投影数据。例如，可以使用核成像系统的投影数据，即用于确定图像中的高密度区域的装置的提供单元可以提供核成像系统的投影数据或其他提供投影数据的系统的投影数据。
虽然描述了执行不同功能的不同单元，但是仅可以使用适于执行上述功能的单一单元或另一数量的单元，例如，用于对所确定的高密度阴影进行反投影的反投影单元以及用于重建感兴趣区域的图像的重建单元可以在单一单元中实现，其执行所确定的高密度阴影的反投影以及使用所提供的投影数据对图像的重建。所述单元可以被实现为一个或多个计算机程序和/或专用的硬件。
虽然在上述实施例中已经描述了用于使用所确定的一个或多个高密度阴影校正感兴趣区域的重建图像中的高密度伪影的特定的校正方法，但是本发明并不局限于这些特定的校正方法。根据本发明，可以使用每种使用确定的高密度区域或使用可以通过所确定的高密度区域的前向投影而确定的高密度阴影的校正方法。
本领域技术人员在实施所主张的本发明时，可以通过对附图、公开内容以及随附的权利要求的研究理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
虽然在附图和之前的描述中已经详细地说明和描述了本发明，但是应将这样的说明和描述视为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本发明不限于公开的实施例。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
可以将计算机程序存储/分布于适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分的光存储介质或固态介质上，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线通信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为对本发明的范围的限制。
Claims (10)
1.一种用于确定图像中的高密度区域的装置，其中，所述装置包括：
-提供单元(1、2、6、7、8；17)，其用于提供用于重建所述图像的投影数据，
-高密度阴影确定单元(12)，其用于确定所述投影数据中的高密度阴影，
-反投影单元(13)，其用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述高密度阴影确定单元(12)适于分割所述投影数据中的所述高密度阴影，并且，
其中，所述装置还包括高密度区域确定单元(18)，其用于确定所述高密度图像中的所述高密度区域，
其中，所述高密度区域确定单元(18)适于：
-确定投影的数量，其中所述高密度图像的图像元素已从所述投影接收到经分割的高密度阴影的投影数据，并且，
-根据所述投影的数量确定所述高密度区域的图像元素，其中所述高密度图像的图像元素已从所述投影接收到经分割的高密度阴影的投影数据。
3.根据权利要求2所述的装置，
其中，所述高密度区域确定单元(12)适于通过确定已从等于预先确定的数的数量的投影接收到经分割的高密度阴影的投影数据的图像元素来确定所述高密度区域的图像元素。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高密度阴影确定单元(12)通过阈值化确定所述高密度阴影。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括校正单元(15)，其用于使用所述高密度图像中所确定的高密度区域校正所述图像中的高密度伪影。
6.一种用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像系统，其中，所述成像系统包括：
-投影数据生成单元(1、2、6、7、8)，其用于生成用于重建图像的投影数据，
-高密度阴影确定单元(12)，其用于确定所述投影数据中的高密度阴影，
-反投影单元(13)，其用于对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像，
-重建和校正单元(14、15)，其用于根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，其中，所述重建和校正单元(14、15)适于通过使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
7.一种用于确定图像中的高密度区域的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-提供用于重建所述图像的投影数据，
-确定所述投影数据中的高密度阴影，
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
8.一种用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的成像方法，其中，所述成像方法包括以下步骤：
-生成用于重建图像的投影数据，
-确定所述投影数据中的高密度阴影，
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像，
-根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，
其中，使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
9.一种用于确定图像中的高密度区域的计算机程序，其包括程序代码模块，用于当所述计算机程序在控制如权利要求1所述的装置的计算机上运行时，使得所述装置执行以下步骤：
-提供用于重建所述图像的投影数据，
-在所述投影数据中确定高密度阴影，
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像。
10.一种用于对包括高密度区域的感兴趣区域进行成像的计算机程序，其包括程序代码模块，用于当所述计算机程序在控制如权利要求6所述的装置的计算机上运行时，使得所述装置执行以下步骤：
-生成用于重建图像的投影数据，
-确定所述投影数据中的高密度阴影，
-对所确定的高密度阴影进行反投影从而得到示出了所述高密度区域的高密度图像，
-根据所述投影数据重建所述感兴趣区域的图像，
其中，使用所述高密度图像中所确定的高密度区域来校正所重建的所述感兴趣区域的图像中的高密度伪影。
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