CN102613986A - 减少重建的ct图像数据组中的伪影的方法和计算机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法以及一种具有软件的计算机系统(10)，用于减少由具有倾斜的机架的CT系统(1)的螺旋扫描形成的CT图像数据组中的伪影，其中，围绕在螺旋扫描期间移动的转动中心的至少两个位置分别实施去除围绕所述位置的环形伪影，其中相应的位置被用作待去除的环形伪影的中心点。
Description
技术领域
本发明涉及用于减少重建的CT图像数据组中的伪影的一种方法和一种计算机系统，该伪影由于在典型的构成中有缺陷的探测器像素而产生。
背景技术
例如由文献DE 198 35 451 B4(＝US 6,047,039)公开了一种用于减少重建的CT图像数据组中的伪影的类似的方法，该伪影由于在简单的圆扫描的情况下有缺陷的探测器像素而产生。但是，在那里描述的方法中仅去除精确为圆形的伪影，如其在结合圆扫描的有缺陷的探测器像素的情况下产生的那样。
但是，在从同时倾斜的机架的螺旋扫描的范围内获得的探测器数据中进行图像重建的情况下，不再产生精确为圆形的伪影，从而应用由文献DE 19835 451 B4所公开的用于减少伪影的方法不足以去除这些伪影。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种用于减少重建的CT图像数据组中的伪影的方法，所述伪影由于在典型的构成中有缺陷的探测器像素而产生，该方法可以成功地应用于由同时倾斜的机架的或者在相对于系统轴倾斜的机架旋转轴的螺旋扫描所形成的CT图像数据组。
发明人已经认识到：
在CT图像重建中，有缺陷的探测器信道通常在图像中产生环形的伪影。该伪影围绕共同的中心点排列，该中心点在图像中与对称中心、也就是机架的转动中心的位置一致。因为出于技术上的原因在探测器中从不能完全排除轻微的缺陷，典型地，根据现有技术在医疗CT设备中，也称为“调节平衡(Balancing)”的、要去除该伪影的修正步骤是图像重建管道(Pipeline)的一部分。
典型地，在螺旋轨迹(螺旋CT)的情况下，在图像中出现的不是完整的环形，而仅是部分环形。但是所有情况共同的是在对称中心中的共同的中心点，从而对于两种情况都可以应用调节平衡算法。
但是，如果在记录CT数据时机架相对于系统轴或者卧榻进给轴倾斜，则不再给出环形伪影的共同中心点的该特征。在该扫描的情况下形成的伪影在图像中对应于具有在扫描期间移动的中心点的螺旋，从而已知的减少伪影的方法不起作用。
但是根据发明人的认知，能够如下地修改已知方法的基本特征，使得继续找到并去除环形伪影，但是其中，在一条线上选择这些环形伪影的多个参考点，也就是它们的中心点，该线在CT图像数据组中通过在扫描期间在系统轴与旋转轴之间移动的交叉点来定义。通过多次消除围绕多个中心点的圆形结构也逐步有效地去除螺旋形的伪影。
相应地，发明人建议了一种方法，用于减少由CT系统的倾斜的螺旋扫描形成的CT图像数据组中的伪影，所述CT系统具有可沿着系统轴移动的、带有旋转轴的机架，其中旋转轴与系统轴形成锐角，其中，实施如下的方法步骤：
-在同时相对于系统轴倾斜机架的旋转轴的条件下，实施对对象的螺旋扫描，
-从在有限的进给期间沿着系统轴收集到的探测器数据中重建至少一个CT图像数据组，其中，在该至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
-确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴和旋转轴的所有交叉点的连接线的几何位置，
-在CT图像数据组中在连接线上选择至少两个点，并且
-分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中，将相应的点用作待去除的环形伪影的中心点。
在该方法中具有优势的是，从CT图像数据组中通过多次滤波计算至少一个伪影-图像数据组，所述伪影-图像数据组仅包含源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，从CT图像数据组中逐像素地减去该至少一个伪影-图像数据组并且显示和/或存储和/或进一步处理该结果。
在此有利的是，通过实施如下的方法步骤对每个选择的中心点计算伪影-图像数据组：
-相对于各个考察的中心点，在径向方向上实施中值-高通滤波(Median-Hochpassfilterung)，
-然后围绕相应的中心点沿着不同半径的圆弧在角方向(Winkelrichtung)上实施多个低通滤波。
特别有利的也是，进行阈值滤波并且通过实施如下的方法步骤对每个选择的中心点计算伪影-图像数据组：
-在CT图像数据组上实施阈值滤波器操作，
-然后相对于各个考察的中心点，在径向方向上实施中值-高通滤波，
-然后重新实施阈值滤波器操作，
-然后围绕相应的中心点沿着不同半径的圆弧在角方向上实施多个低通滤波。
在此，在原始图像上在径向方向上实施中值滤波(Medianfilterung)，这表示低通滤波的类型。如果从原始图像中减去被中值滤波的图像，则得到中值-高通滤波后的图像，其仅包含垂直于径向的滤波方向的边缘。此时为了例如将骨骼边缘与环形伪影区别，构造阈值，其中假定伪影不超过一定的阈值，以及在角方向上、也就是沿着设想的环形伪影实施低通滤波。
此外，可以对每个选择的中心点在每个CT图像数据组中产生单独的伪影-图像数据组并且从CT图像数据组中单独地减去这些伪影-图像数据组。
替换地，可以对每个选择的中心点在每个CT图像数据组中也产生伪影-图像数据组并相加，并且也从CT图像数据组中减去对于所有选择的中心点所产生的总伪影-图像数据组。
在上面描述的方法的大部分实际的情况下，对每个CT图像数据组选择两个或三个中心点就足够了。
除了按照本发明的方法之外，本发明的范围还包括一种具有可以相对于系统轴倾斜的机架旋转轴的CT系统的计算机系统，具有计算机程序的存储器，该存储器也包含在运行时实施下面的方法步骤的计算机程序：
-在同时相对于系统轴倾斜机架的旋转轴的条件下，接收由对对象进行螺旋扫描得到的探测器数据，
-从在有限的进给期间沿着系统轴收集到的探测器数据中重建至少一个CT图像数据组，其中，在该至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
-确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴和旋转轴的所有交叉点的连接线的几何位置，
-在CT图像数据组中在连接线上选择至少两个点，并且
-分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中，相应的点被用作待去除的环形伪影的中心点。
最后，本发明的范围还包括一种可能独立的或者经由网络导线与CT系统相连接的计算机系统，其被构造用于图像处理并且具有计算机程序的存储器，其中该存储器也包含在运行时实施下面的方法步骤计算机程序：
-接收从利用倾斜的机架进行螺旋采样得到的探测器数据中形成的至少一个CT图像数据组，其中，在该至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
-确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴和旋转轴的所有交叉点的连接线的几何位置，
-在CT图像数据组中在连接线上选择至少两个点，并且
-分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中，将相应的点用作待去除的环形伪影的中心点。
由此，在上面描述的两种计算机系统中也可以存储在运行时能够实施更前面描述的方法步骤的计算机程序。
附图说明
下面借助附图对本发明作进一步的描述，其中仅示出为了理解本发明所需的特征。采用如下的附图标记：1：CT系统；2：第一X射线管；3：第一探测器；4：第二X射线管；5：第二探测器；6：机架壳体；7：患者；8：患者卧榻；10：计算机系统；11：造影剂施放器；12：EKG导线；A1，A2，A3：伪影线；B：CT图像；BE：图像平面；D：探测器；F：焦点；L：连接线；M：测量场；M1，M2，M3：中心点；O：对象；Prg1至Prgn：计算机程序；S1，Sn：边缘射线；x：水平横轴；y：垂直纵轴；y′：至旋转轴的垂线；z：系统轴；z′：倾斜的旋转轴；δ：角度。
附图中：
图1示例性示出了用于执行按照本发明的方法的CT系统，
图2示出了CT系统的截面中的参考系的示意图，
图3示出了在对三个有缺陷的探测器像素进行仿真的情况下对圆柱形的对象记录的CT图像数据组的图示，以及
图4示出了图3的图像的矢量化的图示。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的具有机架壳体6的CT系统1，在机架壳体中在此处未详细示出的机架上存在X射线管2以及相对布置的探测器3，其在运行时围绕机架的旋转轴转动。机架本身被构造为可围绕水平横轴x倾斜，从而可以在相应的倾斜的平面中扫描位于患者卧榻8上的患者7。对于该扫描，在利用由X射线管2和探测器3组成的辐射器/探测器系统通过X射线辐射扫描患者7的身体的同时，患者7被借助患者卧榻8沿着系统轴z连续地移动通过机架的测量场M。可选地，存在如下的可能性：在机架上附加地安装第二辐射器/探测器系统。其在此通过第二X射线管4和与该X射线管相对布置的第二探测器5来表示。
此外，CT系统1具有计算机系统10，其一方面被用于控制CT系统1，并且为此已经将计算机程序Prg1至Prgn存储在其存储器中。附加地，该计算机系统10可以被作为EKG系统来使用，其可以借助EKG导线12记录患者7的心律并且由此可以影响对患者7的采样的控制。附加地，在CT系统1的此处所示出的图示中还示出了造影剂施放器11，为了有机结构的更好的对照，利用该造影剂施放器可以向患者注射造影剂。
按照本发明，在程序Prg1至Prgn中还存在至少一个如下的程序：如果该程序被应用于也能通过计算机系统10计算的重建的图像数据，则其可以执行按照本发明的用于减少环形伪影的方法。
为了说明按照本发明的方法，在图2中示出了通过圆柱形的检查对象O的示意性的截面图，该对象O的纵轴与CT系统的坐标系的z轴平行地对齐。此外，同样示出了该坐标系的y轴。该坐标系的x轴垂直于z轴和y轴之间的截面，其与图1的横轴x一致，此外，z轴与图1的系统轴z一致，并且可用的测量场M通过两条虚线限制地示出。
此外，在图2中示意性示出了由焦点F组成的辐射器/探测器系统，从该焦点将射线束(通过边缘射线S1和Sn表示)对齐到相对布置的探测器D。在其上布置焦点F和探测器D的机架在该情况下围绕未示出的x轴倾斜大于零的角度δ，使得通过倾斜的y′轴表示的机架的旋转平面在扫描期间取关于y轴的该角度δ。机架的新的旋转轴在本图中以z′给出。y′轴和z′轴分别以虚线表示。为了说明按照本发明的关于一定的时间段运行的螺旋扫描的实施，其中此处机架相对于待扫描的对象O移动，在实际倾斜的坐标系的左边和右边记录在开始和结束扫描时对应的坐标系(通过点线和细线示出)。在此，坐标原点全部位于z轴(系统轴)上，并且同时以所选择的中心点M1至M3为例描述。此外，沿着y′轴示出了阴影区域BE，其示出了随后在重建的截面图像中示出的图像平面。
如果这种扫描利用具有三个有缺陷的探测器像素的倾斜机架进行，则如在下面的图3中示出的那样产生该对象O的记录。图3示出了CT图像B，其中在圆柱形对象O(此处为充水的有机玻璃圆柱体(白的边缘＝有机玻璃，灰的内部＝水))上由于倾斜的截面具有卵形轮廓，其中在圆柱形的对象的图示中示出三个伪影痕迹A1、A2和A3。
为了清楚地显示，在图4中再次矢量化地绘制对象O的图解的图示，其中此处弃用灰度值图示，并且以纯黑-白图示再次特别良好地识别伪影痕迹A1至A3。
现在按照本发明，在这样的图像中查找线L，在该线上能够找到通过(此处未画出的)中心点M1至M3延伸的射线。于是，围绕多个位于该线L上的所选择的中心点实施公知的减少伪影的方法，以便去除环形伪影。在实践中已经示出了，围绕在线L上的两个或三个中心点应用两个或三个公知的伪影去除方法足够产生对伪影的好的消除。
总之，通过本发明建议一种方法以及一种具有软件的计算机系统，用于减少由具有倾斜的机架的CT系统的螺旋扫描形成的CT图像数据组中的伪影，其中围绕在螺旋扫描期间移动的转动中心的至少两个位置分别实施去除围绕这些位置的环形伪影，其中相应的位置被用作待去除的环形伪影的中心点。
可以理解的是，本发明的特征不仅按照分别给出的组合，而且按照其它组合或在单独设置也是可用的，而不脱离本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用于减少由CT系统(1)的倾斜的螺旋扫描形成的CT图像数据组中的伪影的方法，所述CT系统(1)具有可沿着系统轴(z)移动的、具有旋转轴(z′)的机架，其中所述旋转轴与所述系统轴(z)形成锐角(δ)，所述方法具有如下的方法步骤：
1.1.在同时相对于所述系统轴(z)倾斜机架的旋转轴(z′)的条件下，实施对对象(O)螺旋扫描，
1.2.从在有限的进给期间沿着所述系统轴(z)收集到的探测器数据中重建至少一个CT图像数据组，其中，在所述至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
1.3.确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴(z)和旋转轴(z′)的所有交叉点的连接线(L)的几何位置，
1.4.在CT图像数据组中在所述连接线(L)上选择至少两个点，并且
1.5.分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中将相应的点用作待去除的环形伪影(A1-A3)的中心点。
2.根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于，
2.1.从CT图像数据组中通过多次滤波计算至少一个伪影-图像数据组，所述伪影-图像数据组仅包含源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
2.2.从CT图像数据组中逐像素地减去该至少一个伪影-图像数据组并且
2.3.显示和/或存储和/或进一步处理该结果。
3.根据上述权利要求2所述的方法，其特征在于，通过实施一个或多个如下的方法步骤对每个所选择的中心点(M1-M3)计算所述伪影-图像数据组：
3.1.相对于各个考察的中心点(M1-M3)，在径向方向上实施中值-高通滤波，
3.2.然后围绕相应的中心点(M1-M3)沿着不同半径的圆弧在角方向上实施多个低通滤波。
4.根据上述权利要求2所述的方法，其特征在于，通过实施一个或多个如下的方法步骤对每个所选择的中心点(M1-M3)计算伪影-图像数据组：
4.1.在CT图像数据组上实施阈值滤波器操作，
4.2.然后相对于各个考察的中心点(M1-M3)，在径向方向上实施中值-高通滤波，
4.3.然后重新实施阈值滤波器操作，
4.4.然后围绕相应的中心点(M1-M3)沿着不同半径的圆弧在角方向上实施多个低通滤波。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对每个所选择的中心点(M1-M3)在每个CT图像数据组中产生伪影-图像数据组，并且从CT图像数据组中单独减去所述伪影-图像数据组。
6.根据上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对每个选择的中心点(M1-M3)在每个CT图像数据组中产生伪影-图像数据组并相加，并且从CT图像数据组中减去对于所有选择的中心点(M1-M3)所产生的总伪影-图像数据组。
7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对每个CT图像数据组选择两个或三个中心点(M1-M3)。
8.一种具有可以相对于系统轴(z)倾斜的机架的旋转轴(z′)的CT系统(1)的计算机系统(10)，具有计算机程序(Prg1-Prgn)的存储器，其特征在于，所述存储器也包含在运行时实施下面的方法步骤的计算机程序(Prg1-Prgn)：
8.1.在同时相对于系统轴(z)倾斜机架的旋转轴(z′)的条件下，接收由对对象(O)进行螺旋扫描得到的探测器数据，
8.2.从在有限的进给期间沿着所述系统轴(z)收集到的探测器数据中重建至少一个CT图像数据组，其中，在所述至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
8.3.确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴(z)和旋转轴(z′)的所有交叉点的连接线(L)的几何位置，
8.4.在CT图像数据组中在连接线(L)上选择至少两个点，并且
8.5.分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中将相应的点用作待去除的环形伪影(A1-A3)的中心点。
9.一种被构造为用于图像处理的计算机系统(10)，具有计算机程序(Prg1-Prgn)的存储器，其特征在于，所述存储器也包含在运行时实施下面的方法步骤计算机程序(Prg1-Prgn)：
9.1.接收由利用倾斜的机架进行螺旋采样得到的探测器数据形成的至少一个CT图像数据组，其中，在所述至少一个CT图像数据组中可能存在源于有缺陷的探测器像素的图像伪影，
9.2.确定在扫描期间在重建的图像数据组中系统轴(z)和旋转轴(z′)的所有交叉点的连接线(L)的几何位置，
9.3.在CT图像数据组中在连接线(L)上选择至少两个点，并且
9.4.分别实施去除围绕所选择的点中的一个的环形伪影，其中将相应的点用作待去除的环形伪影(A1-A3)的中心点。
10.根据上述权利要求8或9所述的计算机程序(10)，其特征在于，在存储器中的所述计算机程序(Prg1-Prgn)被构造为在运行时也能实施上述权利要求2至7所述的方法步骤。
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