CN102483853A - 用于处理投影数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理采集投影值的投影值处理装置(1)。由重建单元(13)在考虑重建假设的情况下从采集投影值重建第一图像。模拟投影值确定单元(14)通过在考虑重建假设的情况下模拟穿过重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，并且由不一致性确定单元(15)通过比较采集投影值和模拟投影值来确定采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与重建假设的不一致性的程度。不一致性值可以用于不同的目的，例如改善重建图像的质量或者指示受到重建假设与采集投影值之间的不一致性影响的图像元素。

Description

用于处理投影数据的装置和方法

技术领域

本申请涉及投影值处理装置、投影值处理方法和用于处理采集投影值的相应计算机程序。本发明还涉及用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，其包括所述投影值处理装置。

背景技术

例如在Kak，Slaney，IEEE Press，1999的“Principles of ComputerizedTomographic Imaging”一文中公开了一种计算机断层摄影系统，其包括用于生成X射线的X射线源和探测器。X射线源和探测器围绕感兴趣区域旋转，同时由X射线源生成的X射线贯穿感兴趣区域并由探测器探测以采集投影数据。通过使用重建算法来重建感兴趣区域的图像，该重建算法例如对所采集的投影数据进行滤波和反向投影。所重建的图像一般显示出图像伪影。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理采集投影值的投影值处理装置，其提供了用于改善从采集投影值重建的图像的质量的手段。本发明的另一目的是提供相应的投影值处理方法和计算机程序。本发明的另一目的是提供一种用于对感兴趣区域成像的相应成像系统，其包括所述投影值处理装置。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于处理采集投影值的投影值处理装置，其中，所述投影值处理装置包括：

-采集投影值提供单元，其用于提供采集投影值，

-重建单元，其用于在考虑重建假设的情况下从所述采集投影值重建第一图像，

-模拟投影值确定单元，其用于在考虑所述重建假设的情况下通过模拟穿过所重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，

-不一致性(inconsistency)确定单元，其用于通过比较所述采集投影值和所述模拟投影值来确定所述采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与所述重建假设的不一致性的程度。

从采集投影值重建图像是相反的问题。给出了试图预测采集投影值的数学模型。这一模型可以被视为是前向模型并且可以被模拟投影值确定单元用于确定模拟投影值。这一模型依赖于各种变量，如感兴趣区域中的体素值，以及在重建过程中不修改的常量。为了重建图像，基于采集投影值并且通过使用恒定重建参数来确定重建变量，如体素值。恒定重建参数是重建假设。因此，从采集的投影数据重建图像是基于重建变量和重建假设的，其中，重建变量在重建处理期间被优化，并且作为上述模型的一部分的任何其他项都是重建假设。

例如，如果已经利用计算机断层摄影装置采集了采集投影值，则重建假设是采集几何结构。另一重建假设可以是抑制待重建对象中的散射、已被用于采集投影值的探测器中没有像素间串扰、校正X射线射束强度变化、校正射束硬化等，亦即，例如能够假设不存在X射线束强度变化和/或射束硬化。这些重建假设得到一种模型，其中，采集投影值被表达为穿过能够以单能(monoenergetic)吸收系数表征的对象的线积分。进一步的重建假设可以是在采集投影值期间不存在待重建对象的时域变化。

如果重建假设并不足够良好，即如果它们与事实不匹配，则重建图像与采集投影值是不一致的。不一致性确定单元适于确定不一致性值，所述不一致性值指示采集投影值与重建假设之间的这种不一致性的程度。这些不一致性值能够被用于改善从采集投影值重建图像的质量。例如，可以修改重建假设并且可以相对于经修改的重建假设再次确定不一致性值。如果相对于经修改的重建假设的不一致性值更小，则经修改的重建假设能够用于从采集投影值重建图像，以减少重建图像中由采集投影值与重建假设之间的不一致性导致的伪影。因此，通过确定不一致性值，提供了用于改善基于采集投影值重建的图像的质量的手段。

采集投影值优选是计算机断层摄影成像系统或X射线C形臂系统的投影值。采集投影值还可以是由另一成像模态采集的投影值，如核成像系统，例如，正电子发射断层摄影成像系统或单光子发射计算机断层摄影成像系统。

采集投影值提供单元优选是在其中存储采集投影值的存储单元，或者是用于经由无线或有线数据连接接收采集投影值并且用于提供所接收的采集投影值的采集投影值接收单元。如果采集投影值提供单元是存储单元或采集投影值接收单元，则投影值处理装置优选包括至少包括重建单元、模拟投影值确定单元、不一致性确定单元和采集投影值提供单元的计算机系统。

如上所述，重建假设可以是采集几何结构。采集几何结构例如是由在其下采集投影值的投影角、用于生成投影值的辐射强度、用于生成投影值的辐射发散程度等定义的，其中，可以通过锥角和扇角等使该发散程度参数化。

重建单元优选适于执行滤波反向投影以便重建对象的第一图像。

模拟投影值确定单元优选适于在考虑重建假设的情况下通过重建的第一图像来模拟前向投影，以便基于该重建假设确定模拟投影值。

优选地，针对每个采集投影值，确定模拟投影值，并且针对每个采集投影值，即针对每对采集投影值和相应的模拟投影值，确定不一致性值。

优选的是，不一致性确定单元包括用于确定采集投影值与模拟投影值之间的差异的差异确定单元，其中，不一致性确定单元适于基于所确定的差异来确定采集投影值的不一致性值。

进一步优选的是，差异确定单元适于确定该差异，使得差异的高频分量比差异的低频分量更多地被抑制。优选地，通过抑制高频分量而不抑制低频分量来使高频分量比低频分量更多地被抑制。

为了允许重建单元重建图像，各个重建算法所使用的所有量必须以离散值提供，即所有量都用数值的有限集来表示。这种离散值的使用产生离散化效应，亦即，即使不一致性可能是零，在考虑重建假设的情况下模拟的采集投影值和模拟投影值也可能由于离散化误差而不同。这些离散化误差不利地影响在高空间频率下(即在比包含必须成像的感兴趣区域内的结构信息的空间频率更高的空间频率下)的不一致性值。因此使得差异的低频分量比高频分量更明显的差异的确定能够抑制所确定的差异及由此抑制所确定的不一致性值中的离散化误差。这改善了不一致性值的质量。

术语“低频分量”和“高频分量”涉及空间频率。

采集投影值与模拟投影值之间的差异通常包括一定范围的空间频率，具体而言，它们包括低频分量和高频分量，低频分量的空间频率低于高频分量的空间频率。不一致性确定单元优选适于确定该差异以使得高频分量被抑制，即确定该差异以使得具有大于该差异的其他频率分量的空间频率的频率分量被抑制。

出现离散化误差的频率范围依赖于在重建图像以及模拟投影以便确定模拟投影值的过程中所使用的离散化。由于这种使用的离散化是已知的，离散化误差的频率范围可以被确定。不一致性确定单元优选适于确定该差异以使得高频分量，即所确定频率范围内与离散化误差相关的频率分量，被抑制。

进一步优选的是，差异确定单元适于对采集投影值进行低通滤波并且通过从各个低通滤波的采集投影值和对应于各个采集投影值的模拟投影值中减去彼此来确定所述差异。

离散化效应导致模拟投影值的高频分量的损失。因此，如果采集投影值和模拟投影值从彼此中减去，则相减结果将显示出高频分量的离散化误差。如果在从采集投影值和模拟投影值中减去彼此之前，采集投影值中的高频分量也被抑制，则相减结果具有较少的高频分量的离散化误差。这改善了基于相减结果确定的不一致性值的质量。

进一步优选的是，差异确定单元适于通过从各个采集投影值和对应于各个采集投影值的模拟投影值中减去彼此以便生成相减结果，并且通过对相减结果进行低通滤波，来确定所述差异。

由于该差异被确定为低通滤波的相减结果，由离散化误差导致的高频分量被低通滤波器抑制或去除。这也改善了不一致性值的质量。

进一步优选的是，差异确定单元适于通过从各个采集投影值和对应于各个采集投影值的模拟投影值中减去彼此以便生成相减结果，通过从为采集投影值确定的相减结果重建相减图像，并通过模拟穿过重建的相减图像的投影，来确定所述差异。

在重建图像并模拟投影以确定模拟投影值的过程中的离散化导致对高频分量的抑制。因此，如果相减结果被用于重建相减图像并且如果穿过重建的相减图像的投影被模拟，则模拟结果是其中高频分量被抑制(特别是被去除)的相减结果，由此抑制特别是去除基于相减结果确定的不一致性值中的离散化误差。此外，已经通过重建第一图像并借助于模拟穿过重建的第一图像的投影来确定投影值的过程生成了离散化误差，其中，通过相同的过程来执行对高频分量的抑制，即对离散化误差的抑制。因此高频分量的抑制非常好地适于抑制相减结果的高频分量中的离散化误差。这进一步改善了不一致性值的质量。

进一步优选的是，不一致性确定单元还包括用于确定采集投影值的噪声值并且利用所确定的噪声值的逆(inverse)对所确定的差异进行加权的噪声加权单元，其中，该不一致性确定单元适于基于加权差异来确定采集投影值的不一致性值。

通过利用逆噪声值对所确定的差异进行加权，该差异相对于噪声值被归一化。这进一步改善了不一致性值的质量，特别是属于不同采集投影值的不一致性值的兼容性。

进一步优选的是，不一致性确定单元适于对加权差异取平方并基于平方加权差异来确定不一致性值。

进一步优选的是，采集投影值已经被赋予采集时间，其中，投影值处理装置还包括时域不一致性信号确定单元，其用于通过将采集时间赋予针对各个采集时间的采集投影值所确定的不一致性值来确定时域不一致性信号，该时域不一致性信号指示在不同时间的采集投影值与重建假设之间的不一致性。

如果重建单元适于将静止对象视为重建假设并且如果对象移动，则时域不一致性信号可以被视为指示对象的移动的时域移动信号。

优选地，时域不一致性信号确定单元适于对属于相同采集时间的不一致性值取平均以生成一维时域不一致性信号。

进一步优选的是，重建单元适于基于采集投影值和所确定的时域不一致性信号来重建第二图像。这允许重建具有减少的由采集投影值与重建假设之间的不一致性导致的图像伪影的第二图像。

例如，重建单元可以适于仅基于采集投影值来重建图像，这些投影值是在时域不一致性信号显示出低于阈值的不一致性的时间处采集的。重建单元也可以适于使用采集投影值来重建第二图像，这些投影值是在时域不一致性信号显示出在预定不一致性范围内的不一致性的时间处采集的。这允许基于具有类似不一致性的采集投影值来重建图像。

进一步优选的是，投影值处理装置还包括用于生成不一致性图像的不一致性图像确定单元，其中，对于该不一致性图像的图像元素(element)，添加贡献于各个图像元素的不一致性值。用于生成不一致性图像的不一致性值优选是通过从采集投影值和模拟投影值中减去彼此而确定的差异，其中，确定该差异，以使得高频分量被抑制，并且特别是从相减结果中去除。

例如，这种不一致性图像可以被放射学家用于指示重建图像的哪些部分不应被用于诊断目的。

对不一致性图像的各个元素有贡献的不一致性值的累加优选是通过未滤波反向投影来实现的。

在例示性实施例中，为了确定用于对采集的投影数据或不一致性值进行滤波的适当低通滤波器，可以使用显示出已知由离散化误差导致的结构的不一致性图像。这种不一致性图像可以通过模拟来确定。在这一例示性实施例中，可以选择低通滤波器以便减少已知由离散化误差导致的结构。

如果其各个不一致性值已经被确定的采集投影值是由经过由某一图像元素表示的对象内的位置的射线导致的，则不一致性值对该图像元素有贡献。

进一步优选的是，重建单元适于基于采集投影值和所确定的不一致性图像来重建对象的第二图像，以便减少由采集投影值与重建假设之间的不一致性导致的图像伪影。

进一步优选的是，投影值处理装置还包括用于重叠重建的第一图像和不一致性图像的重叠单元。

这允许向用户直接显示第一图像的哪些部分受到由采集投影值的不一致性导致的图像伪影影响。该不一致性图像也可以被用于重叠在如上述第二图像的其他图像上。

进一步优选的是，重建单元适于从采集投影值和所确定的不一致性值来重建对象的第二图像，以便减少由采集投影值与重建假设之间的不一致性所导致的图像伪影。

例如，可以修改重建假设，从而减小并且特别是最小化所确定的不一致性值，其中，最终图像是在考虑经修改的重建假设的情况下从采集投影值重建的。这改善了重建的最终图像的质量。

进一步优选的是，重建单元适于确定具有低于预定阈值的不一致性值的采集投影值，并且在重建第二图像时仅使用所确定的具有低于预定阈值的不一致性值的采集投影值。

由于显示大的不一致性的采集投影值未被用于重建图像，因此能够改善重建图像的质量。

进一步优选的是，重建单元适于确定具有类似不一致性值的采集投影值并且从具有类似不一致性值的采集投影值重建对象的图像。

类似不一致性值可以指示对象的类似状态。因此，通过从具有类似不一致性值的采集投影值重建对象的图像，可以重建对象的图像，其对应于对象的特定状态。例如，如果重建假设是对象不移动，则类似不一致性值可以指示类似的移动状态。在这种情况下，通过从具有类似不一致性值的采集投影值重建对象的图像，能够重建特定移动状态下的对象的图像。

在本发明的另一方面中，提供了一种对感兴趣区域进行成像的成像系统，其中，该成像系统包括：

-投影值采集单元，其用于采集感兴趣区域的投影值，以及

-如权利要求1所述的用于处理采集投影值的投影值处理装置。

在本发明的另一方面中，提供了一种处理采集投影值的投影值处理方法，其中，该投影值处理方法包括如下步骤：

-提供采集投影值，

-在考虑重建假设的情况下从采集投影值重建第一图像，

-在考虑重建假设的情况下通过模拟穿过重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，

-通过比较采集投影值和模拟投影值来确定采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与重建假设的不一致性的程度。

在本发明的另一方面中，提供了一种对感兴趣区域进行成像的成像方法，其中，该成像方法包括如下步骤：

-采集该感兴趣区域的投影值，以及

-如权利要求14所述的处理所采集的投影值。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于处理采集投影值的计算机程序，其中，该计算机程序包括程序代码模块，该程序代码模块用于，当该计算机程序在控制投影值处理装置的计算机上运行时，令如权利要求1所述的投影值处理装置实施如权利要求14所述的投影值处理方法的步骤。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于对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，该程序代码模块用于，当该计算机程序在控制成像系统的计算机上运行时，令如权利要求13所述的成像系统实施成像方法的步骤。

应该理解的是，权利要求1所述的投影值处理装置、权利要求13所述的成像系统、权利要求14所述的投影值处理方法、成像方法、权利要求15所述的用于对采集投影值进行采集的计算机程序和用于对感兴趣区域进行成像的计算机程序具有如从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。

应该理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与各自的独立权利要求的任何组合。

通过参考以下描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得明显并得以阐述。

附图说明

在附图中：

图1示意性并且例示性示出了包括投影值处理装置的用于对感兴趣区域进行成像的成像系统；

图2示出了例示性描述用于对感兴趣区域进行成像的成像方法的流程图；

图3示意性并且例示性示出了采集投影值的窦腔X射线照片；

图4示意性并且例示性示出了已经通过使用采集投影值重建的重建第一图像；

图5示意性并且例示性示出了形成不一致性窦腔X射线照片的不一致性值；

图6示意性并且例示性示出了作为移动信号的时域不一致性信号；以及

图7示意性并且例示性示出了不一致性图像。

具体实施方式

图1示意性并且例示性示出了用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，其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，其能够围绕平行于z方向延伸的旋转轴线R旋转。在该实施例中，辐射源2为X射线管，其被安装在扫描架1上。在该实施例中，辐射源2配备有准直器3，其从辐射源2生成的辐射形成锥形辐射射束4。辐射贯穿在该实施例中为圆柱形的检查区内的对象(未示出)，诸如患者和优选位于对象内的感兴趣区域。在贯穿检查区5之后，辐射射束4入射到包括二维探测表面的探测设备6上。探测设备6被安装在扫描架1上。

该计算机断层摄影系统包括两个电机7、8。电机7以优选恒定但可调的角速度驱动扫描架。电机8被提供用于使对象平行于旋转轴R或z轴的方向位移，所述对象例如是放置在检查区5中的患者平台上的患者。这些电机7、8由例如控制单元9控制，以使得辐射源和检查区5，以及因此检查区之内的感兴趣区域，沿着螺旋轨迹相对彼此移动。然而，也有可能的是，对象或检查区5是不移动的，而仅辐射源2旋转，即辐射源相对于对象或检查区5沿着圆形轨迹移动。此外，在另一实施例中，准直器3可以适于形成另一射束形状，特别是扇形射束，并且探测设备6可以包括被定形为对应于其他射束形状，特别是扇形射束的探测表面。

在辐射源和检查区5的相对移动过程中，探测设备6采集依赖于入射到探测设备6的探测表面上的辐射的投影值。因此，辐射源2、用于使辐射源2相对于检查区移动的元件(特别是电机7、8和扫描架1)以及探测设备6形成用于生成感兴趣区域的采集投影值的投影值采集单元。

采集投影值被提供给投影值处理装置1以便处理采集投影值。投影值处理装置1包括接收单元12以接收采集投影值并将采集投影值提供至重建单元13。感兴趣区域位于检查区内并且包含对象或对象的一部分。重建单元在考虑重建假设的情况下从采集投影值重建对象的第一图像。在这一实施例中，重建单元13适于通过使用滤波反向投影来重建第一图像。例如，重建假设是用扇形射束和中心聚焦探测器在圆形源轨迹上采集数据、用抗散射栅格来抑制散射辐射、校正X射线射束强度变化以及没有射束硬化效应。这意味着所测量的投影值可以被模拟为可以由单能X射线吸收系数描述的穿过对象的线积分。

进一步可能的假设是：对象被完全包含在可重建视场内，对象在数据采集过程中不移动，X射线强度足够高以使得能够用高斯分布很好地近似噪声统计。

对于这些假设来说，二维滤波反向投影可能是适当的重建算法。

投影值处理装置10还包括模拟投影值确定单元14，其用于通过在考虑重建假设的情况下模拟穿过重建的第一图像的投影来确定模拟投影值。在这一实施例中，模拟投影值确定单元适于在考虑重建假设的情况下模拟穿过重建的第一图像的前向投影。针对每个采集投影值确定模拟投影值。

投影值处理装置10还包括不一致性确定单元15，其用于通过比较采集投影值和模拟投影值来确定采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与重建假设的不一致性程度。针对每对采集投影值和相应的模拟投影值确定不一致性值。

不一致性确定单元15包括用于确定采集投影值与模拟投影值之间的差异的差异确定单元16，其中，不一致性确定单元15适于基于采集投影值与模拟投影值之间的差异确定采集投影值的不一致性值。此外，差异确定单元16适于确定差异，从而抑制高频分量。在该实施例中，为了抑制高频分量，差异确定单元16适于对采集投影值进行低通滤波并且通过从各个低通滤波采集投影值和相应的模拟投影值中减去彼此来确定差异。在其他实施例中，差异确定单元可以适于通过从各个采集投影值和相应的模拟投影值中减去彼此以生成相减结果并且通过对相减结果进行低通滤波来确定差异。也有可能的是，差异确定单元适于通过从各个采集投影值和相应的模拟投影值中减去彼此以生成相减结果，通过从针对采集投影值确定的相减结果重建相减图像，并且通过模拟穿过重建的相减图像的投影，来确定差异。

不一致性确定单元15包括用于确定采集投影值的噪声值并且利用所确定的噪声值的逆对所确定的差异进行加权的噪声加权单元17。噪声加权单元17适于用各个采集投影值的逆噪声值来对已经针对采集投影值确定的所有差异进行加权。

该噪声加权优选基于校准数据从探测器像素的探测强度确定。这意味着通过使用参考X射线源和重复测量，在一定的X射线强度范围内实验性地确定给定系统的噪声特性。

不一致性确定单元15还适于对加权差异取平方并且将不一致性值确定为平方加权差异。因此，针对每个采集投影值，平方加权差异被确定为不一致性值。在其他实施例中，能够省略取平方操作并且任选地也能够省略加权操作。这意味着不一致性确定单元15可以适于将具有被抑制高频分量的所确定的差异确定为不一致性值，或者将具有被抑制高频分量的加权差异确定为不一致性值，或者将具有被抑制高频分量的平方加权差异确定为不一致性值。

采集投影值被赋予采集时间。投影值处理装置10包括时域不一致性信号确定单元18，其用于通过将采集时间赋予针对各个采集时间的采集投影值所确定的不一致性值来确定时域不一致性信号，该时域不一致性信号指示在不同时间的采集投影值与重建假设之间的不一致性。在该实施例中，时域不一致性信号确定单元18适于对属于相同采集时间的不一致性值取平均以生成一维时域不一致性信号。如果重建假设是检查区之内的对象不移动，而如果该对象移动，时域不一致性信号可以被视为指示对象的移动的时域移动信号。因此，不一致性值能够被用于确定对象的移动。

重建单元13可以适于基于采集投影值和所确定的时域不一致性信号重建第二图像。这允许重建具有减少的图像伪影的第二图像，所述图像伪影是由采集投影值与重建假设的不一致性导致的。在该实施例中，实质影响不一致性值的重建假设是感兴趣区域内的对象不移动。因此，重建单元适于使用采集投影值来重建第二图像，这些采集投影值已经在时域不一致性信号显示出在预定不一致性范围内的不一致性的时间采集，特别地，在该时刻时域不一致性信号显示出类似的不一致性。在该实施例中，由于不一致性值主要受到对象的移动影响，这与不移动对象的重建假设不一致性，类似的不一致性值指示对象的类似的移动状态。因此，重建单元适于基于对应于待重建对象的相同移动状态的采集投影值来重建图像。

重建单元13也可以适于仅基于已经在时域不一致性信号显示出低于阈值的不一致性的时刻所采集的采集投影值来重建第二图像。这确保了减小大的不一致性，即高于阈值的不一致性值，对图像质量的影响，由此改善第二图像的质量。

重建单元13也可以适于从采集投影值和所确定的不一致性值重建对象的第二图像，以减少由采集投影值与重建假设之间的不一致性所导致的图像伪影，而不使用时域不一致性信号。例如，可以基于相同的采集投影值在经修改的重建假设下再次重建第一图像。可以执行对这种重建假设的修改，从而使所确定的不一致性值减小，特别是被最小化，其中，最终图像是在考虑经修改的重建假设的情况下从采集投影值重建的。因此，可以修改重建假设，直到不一致性值被最小化并且这些经修改的重建假设可以被用于从采集投影值重建图像，这具有改善的图像质量。

例如，经修改的重建假设可以包括射束硬化校正，即假设存在射束硬化并且重建算法包括对应的射束硬化校正。另一种可能的经修改的重建假设可以是对象在采集投影值的第一部分时移动并且对象在采集投影值的第二部分时不移动。然后考虑修改的重建假设的重建算法优选仅使用采集投影值的第二部分来重建对象的图像。

类似于上述使用时域不一致性信号，重建单元13也可以适于确定具有低于预定阈值的不一致性值的采集投影值并且在重建第二图像时仅使用具有低于预定阈值的不一致性值的采集投影值。此外，同样类似于上述使用时域不一致性信号，重建单元13可以适于确定具有类似不一致性值的采集投影值并且从具有类似不一致性值的采集投影值重建对象的图像。

投影值处理装置10还包括用于生成不一致性图像的不一致性图像确定单元19，其中，对于不一致性图像的图像元素，添加贡献于各个图像元素的不一致性值。这种不一致性图像的生成是通过未滤波反向投影来实现的。这种未滤波反向投影优选使用已经由重建第一图像的重建单元13使用的重建假设。

不一致性图像确定单元19可以适于基于作为具有减少的高频分量的相减结果的不一致性值、或者基于作为具有减少的高频分量的噪声加权相减结果的不一致性值、或者基于作为具有被抑制的高频分量的平方噪声加权相减结果不一致性值，来生成不一致性图像。

重建单元13可以适于基于采集投影值和确定的不一致性图像来重建对象的第二图像，以减少由采集投影值与重建假设之间的不一致性导致的图像伪影。例如，可以修改重建假设，从而减小在不一致性图像中显示的不一致性，特别地，可以优化重建假设，从而使在不一致性图像中显示的不一致性最小化。然后可以通过使用经优化的重建假设来从采集投影值重建感兴趣区域的图像。

投影值处理装置10还包括重叠单元20，其用于重叠重建的第一图像和不一致性图像。这允许直接向用户显示第一图像的哪些部分受到由采集投影值相对于重建假设的不一致性导致的图像伪影影响。不一致性图像也可以用于重叠在其他图像，如重建的第二图像之上。

投影值处理装置10还包括显示单元11，其用于显示不一致性值，该不一致性值优选形成不一致性窦腔X射线照片、重叠在第一图像或另一重建图像(如第二图像)之上的不一致性图像，以及通过使用不一致性值(特别是时域不一致性信号和/或不一致性图像)重建的校正图像，即第二图像。

同样地，投影值处理装置优选由控制单元9控制。

下文将参考图2所示的流程图来描述用于对感兴趣区域进行成像的成像方法。

在该实施例中，用于对感兴趣区域进行成像的成像方法是计算机断层摄影成像方法。在步骤101中，辐射源2围绕旋转轴线R旋转并且对象或检查区5是不移动的，即辐射源2沿着围绕对象或检查区域5圆形轨迹运行。在另一实施例中，辐射源2可以相对于对象沿着另一轨迹(例如螺旋轨迹)移动。辐射源2发射至少在感兴趣区域中贯穿对象的辐射。已经穿过对象的辐射被探测设备6探测，该探测设备生成测量数据作为投影数据。

采集的投影值被转移到投影值处理装置10，并且在步骤102中，所提供的采集投影值被用于在考虑重建假设的情况下重建感兴趣区域中的对象的第一图像。在步骤103中，通过在考虑重建假设的情况下模拟穿过重建的第一图像的投影来确定模拟投影值。在步骤104中，采集投影值被低通滤波，并且在步骤105中，低通滤波的采集投影值和模拟投影值被从彼此中减去。高频分量受到抑制的相减结果已经可以被视为不一致性值。

在步骤106中，针对每个采集投影值，即针对每个不一致性值，确定噪声值，并且在步骤107中，由各个逆噪声值对不一致性值进行加权。在步骤108中，经加权的不一致性值被取平方。

在步骤109中，通过将采集投影值被采集时所处的采集时间分配给针对各个采集时间的采集投影值所确定的不一致性值来确定时域不一致性信号。属于同一采集时间的不一致性值被取平均以生成一维时域不一致性信号。替代对属于同一采集时间的不一致性值取平均，也可以仅简单地累加不一致性值。在步骤110中，基于采集投影值和所确定的时域不一致性信号重建第二图像，以减少由采集的投影数据与重建假设之间的不一致性导致的图像伪影。在步骤111中，在显示单元上向用户示第二图像。

步骤102至111可以被视为投影值处理方法的步骤。在该投影值处理方法中，步骤109至111可以省略，即投影值处理方法可能仅适于确定不一致性值。同样地，涉及噪声确定、噪声加权和取平方的步骤106至108可以省略。此外，投影值处理方法可以包括以上面更详细描述的其他方式使用不一致性值的其他步骤。

图3示意性并且例示性示出了采集投影值的窦腔X射线照片25。在图3中，水平轴指示时间t而垂直轴指示在各个时间t处测量的第i个采集投影值。图3中所示的窦腔X射线照片由于移动而劣化，即由于采集投影值(其受到感兴趣区域中的对象的移动影响)与重建假设(即感兴趣区域中不存在移动)之间的不一致性，在窦腔X射线照片中导致伪影。在该实施例中，已经被X射线贯穿以生成采集投影值的对象是胸腔体模，其中，在中央的小球体是移动的。这种移动仅仅是较小的，并且因此在图3所示的窦腔X射线照片中相应的劣化是不可见的。

图4示意性并且例示性示出了重建的第一图像29，其已经通过使用图3所示的采集投影值被重建。胸腔21内的中央元件22是移动的，由此导致在中央元件22附近的重建第一图像的移动伪影。

图5示意性并且例示性示出了已经针对采集投影值确定的不一致性值，并且这些不一致性值形成不一致性窦腔X射线照片26。图5中所示的不一致性主要是由中央元件22的移动导致的。因此，虽然图3所示的采集投影值的劣化的窦腔X射线照片并未显示由移动导致的恶化，但最终的不一致性，即移动，可以在不一致性窦腔X射线照片中探测到。因此，如果重建假设是在被重建的感兴趣区域中不存在移动，则不一致性值能够用于确定感兴趣区域中的移动。直线23并不是不一致性窦腔X射线照片的一部分，而仅仅指示中央元件22的移动周期。如从图5可见，不一致性值24的持续时间对应于移动周期23。在图5所示的不一致性窦腔X射线照片中，采集投影值的结构不再是可见的。

图6示意性并且例示性示出了时域不一致性信号I(t)，其已经通过累加图5所示的不一致性值而被确定，其对应于任意单位的相同采集时间。因此，已经基于图5所示的不一致性窦腔X射线照片生成了一维时域不一致性信号。该时域不一致性信号27非常好地与实际移动周期相关联并且显示出非常良好的信号-背景比。

图7示意性并且例示性示出了不一致性图像28，其中，大的不一致性，即低置信度，用空白表示。低置信度区域与图4所示的重建第一图像中的移动伪影的位置相符合。图7所示的不一致性图像已经通过图5所示的不一致性窦腔X射线照片的未滤波反向投影来生成。

针对投影值的图像重建算法一般假设所测量的数据对应于穿过静止对象的线积分。如果这一假设由于例如移动、对象或金属内的时域吸收变化而未满足，则重建的图像显示出伪影。采集投影值处理装置和方法可以被应用于采集投影值以分析采集投影值是否与重建算法的重建假设一致。在采集投影值中探测到的不一致性，即不一致性值，可以被用于生成显示移动在哪个时间点上发生的移动信号(如果重建假设是待重建的对象不移动)，并创建也可被视为置信图像的不一致性图像，该置信图像显示重建图像中受到采集投影值的不一致性影响的那些体素，即显示图像伪影的位置。从采集投影值的不一致性导出的信息可以被用在试图最小化伪影的后续图像重建中。

不一致性图像可以被呈现给用户，如放射学专家，作为图像的哪些部分不应被用于诊断目的的指示。可以调节不一致性图像，以使其显示体素的强度是正确的概率。因此不一致性图像也可以被视为如上面提到的置信图像或置信图。

优选地，对于每个采集投影值，计算不一致性程度，即确定不一致性值。不一致性程度可以被用于生成时域信号，其显示不一致性在哪些时间点上发生。这有利于识别属于对象(可能是患者)的相同移动状态的采集投影值部分。例如，意外的呼吸可能被探测到，或者心动周期的相位可能被探测到，其可以被用于重建人类或动物的心脏的图像。

如果不一致性图像是通过累加所有不一致性值(其已被噪声加权并取平方并且对给定的体素有贡献)来计算这一体素的卡方(chi-square)值而生成的，则不一致性图像基本上是重建图像中的每个体素的卡方测试。利用卡方分布的已知属性，所得到的各个体素的数值可以被用于计算这一体素的数值是正确的概率，即该体素不受采集投影值与重建假设之间的不一致性影响的概率。对于卡方分布的确定，优选假设噪声遵循高斯分布。所计算的概率可以形成经修改的不一致性图像，其显示各个体素不受不一致性影响的概率。

虽然在上述实施例中，成像系统是计算机断层摄影系统，但在其他实施例中，采集投影值可以由其他成像模态如C形臂或核成像系统(例如正电子发射断层摄影系统或单光子发射计算机断层摄影系统)采集。

虽然在上述实施例中，某些重建假设已经被使用并且某些重建假设已经被修改，但在上述实施例中以及其他实施例中，其他重建假设同样能够被用于重建图像并且能够被修改。

通过研究附图、公开内容和随附的权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时能够理解并意识到所公开实施例的其他变体。

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”并不排除多个。

单个单元或设备可能满足权利要求中限定的若干项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中限定的纯粹事实并不意味着这些措施的组合不能被用于实现有益的效果。

由一个或若干个单元或设备执行的计算例如重建、模拟或不一致性值的确定可以由任何其他数量的单元或设备来执行。例如，步骤102至110可以由单一单元或由任何其他数量的单元执行。计算和/或确定和/或根据成像方法的成像系统的控制和/或根据投影值处理方法的投影值处理装置的控制可以被实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。

计算机程序可以被存储/分布在适当介质如光存储介质或固态介质上，与其他硬件一起提供或者被提供作为其他硬件的一部分，但是也可以以其他形式发布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何参考标记不应被解读为限制其范围。

本发明涉及一种用于处理采集投影值的投影值处理装置。由重建单元在考虑重建假设的情况下从采集投影值重建第一图像。模拟投影值确定单元通过在考虑重建假设的情况下模拟穿过重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，并且由不一致性确定单元通过比较采集投影值和模拟投影值来确定采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与重建假设的不一致性的程度。不一致性值可以被用于不同的目的，例如改善重建图像的质量或者指示受到重建假设与采集投影值之间的不一致性影响的图像元素。

Claims (15)

1.一种用于处理采集投影值的投影值处理装置，所述投影值处理装置(10)包括：

-采集投影值提供单元(12)，其用于提供采集投影值，

-重建单元(13)，其用于在考虑重建假设的情况下从所述采集投影值重建第一图像(29)，

-模拟投影值确定单元(14)，其用于在考虑所述重建假设的情况下通过模拟穿过所重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，

-不一致性确定单元(15)，其用于通过比较所述采集投影值和所述模拟投影值来确定所述采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与所述重建假设的不一致性的程度。

2.根据权利要求1所述的投影值处理装置，其中，所述不一致性确定单元(15)包括用于确定所述采集投影值与模拟投影值之间的差异的差异确定单元(16)，其中，所述不一致性确定单元适于基于所确定的差异来确定所述采集投影值的所述不一致性值。

3.根据权利要求2所述的投影值处理装置，其中，所述差异确定单元(16)适于确定所述差异以使得所述差异的高频分量比所述差异的低频分量更多地被抑制。

4.根据权利要求3所述的投影值处理装置，其中，所述差异确定单元(16)适于对所述采集投影值进行低通滤波并通过从各个经低通滤波的采集投影值和对应于各个采集投影值的所述模拟投影值中减去彼此来确定所述差异。

5.根据权利要求3所述的投影值处理装置，其中，所述差异确定单元适于通过从各个采集投影值和对应于各个采集投影值的所述模拟投影值中减去彼此以生成相减结果并且通过对所述相减结果进行低通滤波，来确定所述差异。

6.根据权利要求3所述的投影值处理装置，其中，所述差异确定单元适于通过从各个采集投影值和对应于各个采集投影值的所述模拟投影值中减去彼此以生成相减结果、通过从针对所述采集投影值确定的所述相减结果重建相减图像并通过模拟穿过重建的相减图像的投影，来确定所述差异。

7.根据权利要求3所述的投影值处理装置，其中，所述不一致性确定单元(15)还包括用于确定采集投影值的噪声值并且利用所确定的噪声值的逆来对所确定的差异进行加权的噪声加权单元(17)，其中，所述不一致性确定单元(15)适于基于加权差异来确定采集投影值的所述不一致性值。

8.根据权利要求7所述的投影值处理装置，其中，所述不一致性确定单元(15)适于对所述加权差异取平方并且基于平方加权差异来确定不一致性值。

9.根据权利要求1所述的投影值处理装置，其中，所述采集投影值已经被赋予采集时间，其中，所述投影值处理装置(10)还包括时域不一致性信号确定单元(18)，其将所述采集时间赋予针对各个采集时间的所述采集投影值确定的所述不一致性值。

10.根据权利要求1所述的投影值处理装置，其中，所述投影值处理装置还包括用于生成不一致性图像(28)的不一致性图像确定单元(19)，其中，为所述不一致性图像(28)的图像元素，添加贡献于各个图像元素的不一致性值。

11.根据权利要求10所述的投影值处理装置，其中，所述投影值处理装置(10)还包括用于覆盖所重建的第一图像和所述不一致性图像的覆盖单元(20)。

12.根据权利要求1所述的投影值处理装置，其中，所述重建单元(13)适于从所述采集投影值和所确定的不一致性值重建所述对象的第二图像，以减少所述采集投影值与所述重建假设之间的不一致性所导致的图像伪影.

13.一种用于对感兴趣区域成像的成像系统，所述成像系统(1)包括：

-投影值采集单元，其用于采集所述感兴趣区域的投影值，以及

-如权利要求1所述的用于处理采集投影值的投影值处理装置(10)。

14.一种用于处理采集投影值的投影值处理方法，所述投影值处理方法包括如下步骤：

-提供采集投影值，

-在考虑重建假设的情况下从所述采集投影值重建第一图像，

-在考虑所述重建假设的情况下通过模拟穿过所重建的第一图像的投影来确定模拟投影值，

-通过比较所述采集投影值和所述模拟投影值来确定所述采集投影值的不一致性值，其中，不一致性值指示各个采集投影值与所述重建假设的不一致性的程度。

15.一种用于处理采集投影值的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于，当所述计算机程序在控制所述投影值处理装置的计算机上运行时，令如权利要求1所述的投影值处理装置执行如权利要求14所述的投影值处理方法的步骤。

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