CN103156629B - 图像处理设备和图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像处理设备和图像处理方法。图像处理设备(100)用于通过使用重建滤波器来根据多个放射线投影图像执行断层图像的重建处理，其包括：获得单元，用于获得通过利用数字放射线检测器检测从多个位置照射的X射线所获得的多个放射线投影图像；重建单元，用于基于所获得的多个放射线投影图像和重建滤波器，执行断层图像的重建处理；以及处理单元，用于在重建处理中，放射线投影图像中的滤波处理的对象像素的像素值和对象像素的周边像素的像素值之间的差大于预定阈值的情况下，减少第二像素对通过重建滤波器所获得的像素的第一像素值(q)的影响。

Description

图像处理设备和图像处理方法
技术领域
本发明涉及一种在使用X射线的断层图像诊断时所使用的图像处理设备、图像处理方法和程序。
背景技术
尽管自从上世纪七十年代研发出使用X射线来创建断层图像的诊断设备以来，已经过去了40多年，但是在今天，该诊断设备作为诊断技术仍在积极发展。近年来，还进行用于通过使用以有限角度所获得的投影图像来重建断层图像的断层图像合成(tomosynthesis)。尽管通常用于乳腺成像，但是由于断层图像合成使得能够在不需要诸如托台等的大型设备的情况下获得断层图像，并且金属伪影通常较小，所以这一方法还可用于整形外科图像中的植入物的诊断。
在用于根据投影图像重建断层图像的各种方法中，使用滤波反投影作为用于高速且高精度地以计算的方式获得断层图像的方法，并且该方法至今仍是主要的重建方法。根据该方法，使用诸如斜变滤波器或者Shepp-Logan滤波器等的用于放大高频的重建滤波器对投影图像进行滤波，此后，进行反投影。然而，如果在人体中存在诸如金属块等的大量吸收X射线的物质，则存在如下的问题：在人体和高吸收体之间的边界区域中发生过冲或下冲，并且在断层图像中出现条纹伪影。尽管近年来，即使在断层图像合成中还进行滤波反投影的重建，但是作为不利影响，仍会出现金属所导致的条纹伪影。
在发生条纹伪影时，在图像的特定区域周围出现条纹噪声或者线性噪声，从而使得断层图像上的病变或者器官等的画像劣化，并且断层图像的诊断能力显著下降。为了防止这类劣化，长久以来考虑用于减少因高吸收体而发生的条纹伪影的各种方法。
日本特开平8-019533公开了一种方法，通过该方法，以计算的方式从投影图像去除高吸收体，对去除的部分进行插值，此后，重建断层图像。日本特开2008-528228公开了一种方法，通过该方法，对断层图像中的条纹伪影进行方向依赖自适应滤波处理，从而减少条纹伪影。日本特开2006-000226公开了一种方法，通过该方法，在高吸收体中使用抑制高频的重建滤波器，并且在低吸收体中使用普通重建滤波器，从而减少条纹伪影。
根据日本特开平8-019533(上述)的方法，由于在其他部分中对高吸收体进行插值，所以可能产生不自然的断层图像。另一方面，在整形外科领域等中，存在用户想要确认植入的植入物或者金属板的状态的情况。在这类情况下，如果去除了高吸收体图像信息，则存在难以诊断的风险。根据日本特开2008-528228的方法，由于对断层图像进行滤波处理，所以存在发生图像模糊的情况，或者伪影抑制可能变得不充分。根据日本特开2006-000226的方法，如果抑制高频不充分，则伪影抑制可能变得不充分，相反，如果过分抑制高频，则在诸如器官等的低吸收体部分中可能发生图像模糊。
发明内容
考虑到上述问题做出本发明，并且想要提供这样一种方法，通过该方法，在通过滤波反投影重建断层图像时，在不会导致图像模糊的情况下，有效减少由高吸收体引起的条纹伪影。
为了解决上述问题，本发明提供一种图像处理设备，包括：获得部件，用于从数字放射线检测器获得多个放射线投影图像；以及重建部件，用于基于所获得的所述多个放射线投影图像，使用重建滤波器对所述多个放射线投影图像执行滤波处理，并且执行重建处理，从而创建断层图像，其中，所述图像处理设备还包括：处理部件，用于在要提供给所述重建部件的放射线投影图像中的第一像素的值和第二像素的值之间的差值大于预定阈值的情况下，减少所述第二像素对所述第一像素的值的影响。
本发明还提供一种图像处理设备，用于根据通过利用放射线从多个方向照射被摄体所获得的多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理设备包括：获得部件，用于针对所述多个投影图像中的每一个投影图像，根据滤波对象像素的像素值和所述滤波对象像素的周边像素的像素值之间的差，获得权重系数；以及重建部件，用于基于利用所述权重系数加权后的重建滤波器系数来处理所述多个投影图像的每一个像素，并且基于处理后的像素来重建所述断层图像。
本发明还提供一种图像处理方法，用于根据多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理方法包括以下步骤：针对所述多个投影图像中的每一个投影图像，计算滤波对象像素和所述滤波对象像素的周边像素之间的差值；在所计算出的差值的绝对值不大于预定阈值的情况下输出所计算出的差值，以及在所计算出的差值的绝对值大于所述预定阈值的情况下输出绝对值小于所述预定阈值的值；以及基于所输出的值来重建所述断层图像。
本发明还提供一种图像处理方法，用于根据通过利用放射线从多个方向照射被摄体所获得的多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理方法包括以下步骤：计算步骤，用于针对所述多个投影图像中的每一个投影图像，根据滤波对象像素的像素值和所述滤波对象像素的周边像素的像素值之间的差来计算权重系数；以及重建步骤，用于基于利用所获得的权重系数加权后的重建滤波器来处理所述多个投影图像的每一个像素，并且基于处理后的像素来重建所述断层图像。
根据本发明，在使用滤波反投影的图像重建中，可以在不会导致图像模糊的情况下，有效减少由诸如金属等高吸收体所引起的条纹伪影。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其他特征将显而易见。
附图说明
图1是示出第一实施例的图像处理设备的功能结构的图。
图2是示出第一实施例的图像处理的流程的流程图。
图3A、3B和3C是各自示出第一实施例的函数的输出的例子的图。
图4是示出第二实施例的图像处理的流程的流程图。
图5是示出第三实施例的图像处理的流程的流程图。
图6A、6B和6C是各自示出第三实施例的函数的输出的例子的图。
图7是示出第四实施例的图像处理的流程的流程图。
图8是示出第五实施例的图像处理设备的功能结构的图。
图9是示出第五实施例的图像处理的流程的流程图。
图10是示出第五实施例的关注区域的设置的例子的图。
图11是示出第五实施例的图像直方图分析的例子的图。
图12是示出第一实施例的三维坐标轴的变量之间的关系的图。
图13是示出第一实施例的投影图像的像素值的变化的图。
图14是示出第一实施例的投影图像的例子的图。
图15A是示出第一实施例的断层图像合成的设置显示画面的例子的图。
图15B是示出第一实施例的断层图像合成的设置显示画面的另一例子的图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明根据本发明实施例的图像处理设备、图像处理方法和程序。尽管下面作为例子说明断层图像合成，但是本发明还可应用于普通X射线计算机断层成像(CT)。本发明还可应用于诸如单光子发射计算机断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)或者核磁共振成像(MRI)等的使用滤波反投影的重建。
实施例1
图1示出根据实施例1的图像处理设备100的功能结构。X射线管101从多个照射角度照射X射线。使要检测的对象(以下称为被检体)102位于台103上。X射线检测器106接收X射线并且获得X射线图像。机构控制单元105控制X射线管101和X射线检测器106的位置。拍摄控制单元104电地控制X射线检测器106，并且获得X射线图像。X射线生成设备控制单元107电地控制X射线管以在预定条件下生成X射线。X射线拍摄系统控制单元108控制机构控制单元105和拍摄控制单元104，并且与检测器106协作地从多个X射线照射角度获得X射线图像。
针对X射线拍摄系统控制单元108设置图像处理单元109和图像存储单元112，并且在其中内置一个或多个计算机。例如，针对该计算机设置诸如CPU(中央处理单元)等的主控制单元、以及诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)等的存储单元。针对该计算机还设置诸如GPU(图形处理单元)等的图形控制单元、诸如网卡等的通信单元、以及诸如键盘、显示器或者触摸面板等的输入/输出单元等。通过总线等连接这些组件单元，并且通过主控制单元执行存储在存储单元中的程序这一方式对这些组件单元进行控制。此外，针对X射线拍摄系统控制单元108的输出和输入，设置用于显示所拍摄的投影图像的监视器110和用于用户进行操作的操作单元111。
根据来自X射线拍摄系统控制单元108的指示，图像处理单元109重建所获得的X射线图像，并且形成断层图像。为此，图像处理单元109具有像素值差分单元113、函数值计算单元114、相乘单元115、卷积单元116和反投影单元117。
将X射线拍摄系统控制单元108通过拍摄控制单元104从X射线检测器106所获得的来自各种X射线照射角度的多个X射线图像(以下还称为投影图像或者放射线投影图像)输入给图像处理单元109。对于投影图像预先进行缺陷校正、增益校正和对数变换等。
像素值差分单元113计算滤波对象像素的值和用于滤波处理的存在于滤波对象像素周围的像素(即周边像素或者相邻像素)的值之间的差值。
基于像素值差分单元113计算出的差值，当差值的绝对值等于或小于预定值时，函数值计算单元114原样输出该差值，并且当该绝对值大于预定值时，函数值计算单元114输出绝对值小于该差值的绝对值、并且符号与该差值相同的值。输出值可以例如等于0。
相乘单元115将函数值计算单元114的输出乘以重建滤波器系数。作为重建滤波器，使用诸如斜变滤波器或者Shepp-Logan滤波器等的用于滤波反投影的普通滤波器。卷积单元116通过使用相乘单元115中所使用的重建滤波器系数，对投影图像执行滤波处理。
反投影单元117通过使用滤波后的投影图像来执行反投影，并且形成断层图像。反投影包括用于对重建滤波后的投影图像进行积分处理的步骤。在实空间中使用重叠积分方法的重建中，理论上，针对照射角度θ对重建滤波后的投影图像进行积分。对于该积分，照射角度是例如1)连接放射线检测器的中心和X射线管的焦点的方向和2)与放射线检测器的检测面垂直的方向之间的角度。由于实际获得的放射线投影图像离散，所以考虑这类焦点地执行近似积分处理。因此，可以形成消除了由高吸收体所导致的条纹伪影、并且几乎不会发生图像模糊的断层图像。在整个积分处理中，滤波器的频率响应不会改变。
参考图2说明图1所示的图像处理设备100的图像处理流程的例子。
首先，在S201获得投影图像。通过在-40°～40°的范围内改变X射线管101的X射线照射角度的情况下，使用X射线拍摄被检体102，获得投影图像。可以获得任意数量的拍摄图像。例如，如果在每次改变角度1度(1°)时，以15FPS(帧/秒)拍摄80个投影图像，则可以约在6秒内收集这些图像。还可以设置X射线的任意拍摄条件，但是在拍摄人胸部等的情况下，以约100kV和1mAs拍摄图像就足够了。将X射线检测器106和X射线管101之间的距离设置成约100～150cm的设置范围。
在与X射线管101相反的方向上平行移动X射线检测器106。假定将投影角度设置为β，并且将X射线管101的转动中心和X射线检测器106的中心之间的距离设置为D，则通过Ptanβ获得此时的平行移动量。如果如上所述，与X射线管平行移动X射线检测器106，则即使改变X射线管101的X射线照射方向，基准轴也始终通过X射线检测器106的中心。
对所获得的一系列投影图像进行预处理，此后，将投影图像输入给图像处理单元109。预处理可以包括对X射线检测器106的缺陷像素和暗电流的校正、对由X射线管101所引起的照射波动的校正、以及对数变换等。作为通常在X射线检测器中所执行的预处理，使用这些处理就足够了。对于对数变换，将投影图像的像素值设置成通过对X射线衰减系数进行线性积分所获得的值。基于X射线衰减系数的相加性，重建X射线图像。
在S202，通过使用像素值差分单元113，计算滤波对象像素和滤波处理中使用的周边像素之间的差值p。该差为例如强度、亮度、灰度的差。
在S203，将在S202计算出的差值的绝对值|p|与预定阈值ε进行比较。因此，如果绝对值|p|等于或小于阈值ε，则在S204输出该差值p。如果绝对值|p|大于阈值ε，则在S205输出绝对值等于或小于阈值ε的值，例如，0、±ε或者±(2ε-|p|)等。通过函数值计算单元114执行S203～S205的处理，并且通过如图3A～3C所示的分段线性函数F(p)表示它们的结果。在根据本实施例的图3A～3C所示的分段线性函数F(p)中，基于阈值与重建滤波器的处理对象像素的像素值和重建滤波处理所使用的周边像素(滤波处理的对象像素)的像素值间的差值之间的大小关系，输出差值(如果p具有等于或小于ε的值)或者小于该差值的值。该效果在图像中是在输入对比度非常高(大于阈值)的情况下降低相邻像素之间的对比度。这一特性有利于适当减少作为高对比度伪影出现的金属伪影。
在S206，使用相乘单元115，将诸如斜变滤波器或者Shepp-Logan滤波器等的重建滤波器函数乘以S204和S205的输出结果，即F(p)。也就是说，将重建滤波器函数转换成使用ε滤波器的所谓的ε滤波器函数。根据ε滤波器的特性，使用对象像素(作为处理的对象)和周边像素之间的差值(以下称为差分信号)作为局部信息，并且当差分信号小时，认为处理对象像素和周边像素之间的相关性强，并且有意地积极使用周边像素。通过该方法，可以减少与诸如金属等的被摄体部分显著不同(即具有高对比度)的像素值的影响。在ε滤波器中，由于使用像素值之间的差作为阈值ε，即参数，所以相对于通过放射线成像所获得的投影图像，可以更加容易地适当调整该参数。在另一实施例中，代替ε滤波器，还可以使用数据依赖型处理，作为用于根据图像的性质改变滤波器的系数的处理。
在S207，将在S206乘以F(p)得到的重建滤波器h(t)与投影图像进行卷积。在卷积单元116中执行该处理，并且在断层图像合成的情况下通过下面的公式(1)来表示该处理。
G ( x t ′ , z t , β ) = ∫ - ∞ ∞ F ( q ( x t , z t , β ) - q ( x t ′ , z t , β ) ) h ( x t ′ - x t ) J C ( x t , z t , β ) dx t . . . ( 1 )
其中，xt和zt表示X射线检测器106上的坐标。xt表示与X射线检测器106的移动方向平行的坐标。zt表示与X射线检测器106的移动方向垂直的坐标。Β表示投影角度。q(xt,zt,β)表示X射线检测器106上的像素值。Jc表示用于将积分变量转换成断层图像合成的几何构造的系数。通过下面的公式(1-1)表示Jc。
J C ( x t , z t , β ) = D t + x t sin β t D t 2 + 2 x t D t sin β t + x t 2 . . . ( 1 - 1 )
D t = D 2 + z t 2
sin β t = D sin β D 2 + z t 2
图12示出公式(1-1)中的变量之间的关系。三维坐标轴x、y和z表示重建坐标空间，并且使用等中心点(isocenter)作为原点。xz平面是通过等中心点301的与X射线检测器106的检测面平行的平面。y轴是与X射线检测器106的检测面垂直的法线。xt和zt表示连接X射线检测器106上的点和X射线管101的焦点302的直线303与xz平面相交的点的x坐标和z坐标。y轴和X射线管101的基准轴之间的角度β是X射线照射角度(投影角度)。公式(1-1)表示直线303和304之间的角度的余弦值。直线304是连接焦点302和从直线303与xz平面相交的点向下与z轴垂直的点的线。线303的值是并且线304的值是Dt，使得在给出Jc的情况下，可以使用余弦规则确定线303和304之间的角度的余弦。
通过向Jc应用公式(1)的卷积，获得二维滤波投影图像G(xt’,zt,β)，其中，xt’是相邻或者周边像素的像素位置(或者，更具体地，与z轴的距离)。
由于通过使用计算机离散地进行实际计算，所以这里说明将上述公式应用于离散系统时的计算方法。
为了便于说明，仅考虑xt轴，并且省略表现断层图像几何构造的Jc。在离散系统中，将相加处理执行为积分。如图13所示，与普通被摄体部分相比，由于金属部分非常强地吸收X射线，所以像素值急剧减小。在重建滤波处理中，假定将对象像素设置为●，将周边像素设置为○，将各像素值设置为qN，并且将滤波器系数设置为hN。
此时，通过下面的公式(1-2)表示根据现有技术的方法的滤波处理。
G0=h-2q-2+h-1q-1+h0q0+h1q1+h2q2…(1-2)
通过下面的公式(1-3)表示根据本发明的滤波处理。
G0=h-2F(q-2-q0)+h-1F(q-1-q0)+h0F(q0-q0)+h1F(q1-q0)+h2F(q2-q0)…(1-3)
当F表示如图3A所示的分段线性函数，并且q0和各qN之间的差在ε以内时，即通过下面的公式(1-4)表示公式(1-3)。
G0=h-2q-2+h-1q-1+h0q0+h1q1+h2q2-(h-2+h-1+h0+h1+h2)q0……(1-4)
由于重建滤波器的DC成分等于0，所以公式(1-4)中的圆括号()中的值等于0，使得公式(1-4)等于公式(1-2)。当如图13所示，在图像中存在金属，并且q2和q0之间的差超过ε时，通过下面的公式(1-5)表示公式(1-3)。
G0=h-2q-2+h-1q-1+h0q0+h1q1-(h-2+h-1+h0+h1)q0
=h-2q-2+h-1q-1+h0q0+h1q1+h2q0-(h-2+h-1+h0+h1+h2)q0
=h-2q-2+h-1q-1+h0q0+h1q1+h2q0…(1-5)
也就是说，通过滤波处理消除q2，并且，代替q2，将h2乘以q0。因此，在对q0的像素的重建滤波处理中，可以进行用于减少q2的像素对在处理之后所获得的像素G0的影响的处理。也就是说，当获得G0时，例如，减弱了由于金属的影响而导致像素值显著不同于q0的像素的像素值的q2的像素的影响，并且获得校正了像素值使得其不会有大的改变这一效果。因此，抑制了金属使得像素值急剧变化的这一影响，并且可以防止断层图像中发生条纹伪影。由于不需要如现有技术中的方法那样使用低通滤波器等，所以还减少或者消除了诸如图像模糊等的不利反应。
在另一实施例中，由于获得与公式(1-5)相对应的值就足够了，所以希望执行用于将公式(1-2)中的h2q2改变为公式(1-5)中的h2q0等的处理。也就是说，只要执行用于减少q2的影响的处理，就可以进行各种改变。例如，为了获得与上述h2q0相对应的值，通过以在不将q2改变成q0的情况下将h2改变成h2’等的方式来改变重建滤波器的系数，可以同样地减少q2对G0的影响。另一方面，例如，可以执行用于校正所获得的G0、并且减少q2的影响的处理。
在上述对q0的像素所应用的处理的例子中，作为例子，使用图3A所示的非线性函数。然而，本发明不局限于此，并且，即使使用图3B或者图3C所示的函数，也可以进行减少金属部分的像素的影响的这类重建。
返回图2，在S208，通过反投影二维滤波投影图像G(xt’,zt,β)，形成任意三维坐标的断层图像f()。在反投影单元117中执行该处理，并且通过下面的公式(2)表示该处理。
f ( r → ) = ∫ - βm βm dβ J B ( x t ′ , z t , β , r → ) G ( x t ′ , z t , β ) . . . ( 2 )
在公式(2)中，βm表示最大投影角度。JB表示用于将积分变量转换成断层图像合成的几何构造的系数，并且通过下面的公式(2-1)表示。
J B ( x t ′ , z t , β , r → ) = D cos β D 2 cos 2 β + z t 2 ( D t + x t ′ sin β t ) 2 cos β t ( D t - D t D r → · y ^ ) 2 . . . ( 2 - 1 )
其中，表示示出重建点的三维矢量，其中，将等中心点设置为原点。表示沿X射线管的基准轴(束的中心)的单位矢量。因此，可以获得抑制了由高吸收体所导致的条纹伪影的断层图像自然，实际上通过对利用离散系统所获得的数据的离散相加处理，执行上述计算。
尽管以上针对断层图像合成的情况作为例子说明了实施例，但是本发明还可应用于普通X射线CT。本发明还可应用于诸如SPECT、PEG或者MRI等的使用滤波反投影的重建。作为将本发明应用于它们的情况下的重建方法，使用通常所使用的Feldkamp方法或者扇束重建方法就足够了。
实施例2
接着参考图4说明实施例2的图像处理的流程。功能结构与实施例1的大致相同，如图1所示，并且处理流程也与实施例1的大致相同，并且这里省略对重复部分的说明。
S201和S202的处理与实施例1的相同。随后，代替实施例1中的S203～S205的处理，通过使用函数值计算单元114执行S301的处理。也就是说，在S301，根据差值的绝对值|p|计算权重系数。例如，通过下面的公式(3)表示权重系数。
w ( q ( x t ′ , z t , β ) - q ( x t , z t , β ) ) = exp ( - ( q ( x t ′ , z t , β ) - q ( x t , z t , β ) ) 2 2 σ 2 ) . . . ( 3 )
其中，σ表示根据拍摄区域等的基于实验确定的值，并且以与实施例1中的ε相同的方式进行设置。
在S302，相乘单元115将诸如斜变滤波器或者Shepp-Logan滤波器等的重建滤波器函数乘以S301的权重输出结果w(t)。
在S303，对在S302乘以w(t)的重建滤波器h(t)进行卷积。通过卷积单元116执行该处理，并且通过下面的公式(4)表示该处理。
G ( x t ′ , z t , β ) = ∫ - ∞ ∞ w · h ( x t ′ - x t ) q ( x t , z t , β ) J C ( x t , z t , β ) dx t . . . ( 4 )
通过卷积，获得二维滤波投影图像G(xt’,zt,β)。S208的处理与实施例1的相同。
通过S301～S303的处理，减少了诸如金属等的高吸收体的边缘对重建滤波的影响。因此，从断层图像有效减少了由金属所导致的条纹伪影。由于滤波器的频率特性不易被破坏，所以诸如图像模糊等的不利反应也很难发生。根据该方法，尽管没有存储滤波器的DC成分，但是如果通过相加作为S302的处理结果所获得的滤波器系数而计算DC成分并且从滤波器系数减去来调整DC成分，则可以存储DC成分。
实施例3
参考图5说明实施例3的图像处理的流程。功能结构与实施例1的大致相同，如图1所示，并且处理流程也与实施例1的大致相同，并且这里省略对重复部分的说明。
尽管通过实施例1的方法和设备可以有效减少由高吸收体所导致的条纹伪影，但是存在高吸收体的对比度也劣化的情况。在整形外科领域等，存在用户想要确认植入的植入物或者金属板等的状态。在本实施例中，为了满足这类要求，还保持高吸收体的对比度，并且减少了条纹伪影。
S201和S202的处理与实施例1的相同。随后，代替实施例1的S203的处理，通过使用函数值计算单元114执行S403的处理。也就是说，在S403，将在S202计算出的差值p与预定阈值ε进行比较。因此，如果差值p等于或者小于阈值-ε，则在S405输出绝对值小于或者等于阈值ε的值，例如，0、±ε或者±(2ε-|p|)等。如果差值p大于阈值-ε，则在S404原样输出差值p。通过函数值计算单元114执行S403～S405的处理，并且通过如图6A～6C所示的分段线性函数F(p)表示它们的结果。S206～S208的处理与实施例1的相同。如果反转了投影图像的像素值，则更换上述大小关系就足够了。尽管在上述处理中，使用用于从周边像素减去滤波处理的对象像素的公式，但是，相反，如果进行减法，则反转阈值的正符号或者负符号。在根据图6A～6C所示的本发明的实施例的重建滤波器中，如果处理对象像素的像素值和重建滤波处理所使用的(滤波处理的对象像素的)周边像素的像素值之间的差值的绝对值小于阈值，则输出该差值。如果该差值的绝对值大于阈值，则输出小于该差值的值。因此，在将金属部分提取至断层图像合成图像时，可以减少金属伪影。
通过使用如图6A～6C所示的在原点处呈非轴对称的分段线性函数F(p)，在低吸收体部分的滤波中，可以消除高吸收体的影响。因而可以抑制条纹伪影。由于滤波器的频率响应不会改变，所以还减少了图像模糊。另一方面，在高吸收体部分的滤波中，还考虑低吸收体部分。因而，可以保持高吸收体部分的对比度。
实施例4
随后，参考图7说明实施例4的图像处理的流程。功能结构与实施例2的大致相同，如图1所示，并且处理流程也与实施例2的大致相同，并且这里省略对重复部分的说明。
尽管通过实施例2可以有效减少由高吸收体所导致的条纹伪影，但是存在高吸收体的对比度也劣化的情况。在整形外科领域等中，存在用户想要确认植入的植入物或者金属板等的状态。在本实施例中，为了满足这类要求，还保持了高吸收体的对比度，并且减少了条纹伪影。
S201、S202、S302、S303和S208的处理与实施例2中的相同，并且仅S501的处理有所不同。也就是说，代替实施例2的S301的处理，使用函数值计算单元114执行S501的处理。在S501，根据差计算权重系数。通过下面的公式(5)表示该处理。
当q(xt’,zt,β)-q(xt,zt,β)<0时，
w ( q ( x t &prime; , z t , &beta; ) - q ( x t , z t , &beta; ) ) = exp ( - ( q ( x t &prime; , z t , &beta; ) - q ( x t , z t , &beta; ) ) 2 2 &sigma; 2 ) . . . ( 5 )
当q(xt’,zt,β)-q(xt,zt,β)≥0时，
w(q(xt′,zt,β)-q(xt,zt,β))=1…(6)
通过使用如公式(6)所示的在原点处呈非轴对称的权重，可以在低吸收体部分的滤波中减少高吸收体的影响。因此，可以抑制条纹伪影。由于滤波器的频率响应不容易改变，所以还减少了图像模糊。另一方面，在高吸收体部分的滤波中还考虑低吸收体部分。因此，可以保持高吸收体部分的对比度。
实施例5
参考图8～11说明实施例5的图像处理的流程。图8所示的图像处理设备600与实施例1的图像处理设备100的不同点在于图像处理单元602，其中，向实施例1的图像处理单元109添加参数设置单元601。图9所示的图像处理与实施例1的图像处理的不同点在于向图2所示的处理添加S701的处理。在本实施例中，将以这样的形式说明阈值ε的具体设置方法。可以容易地推定本实施例的设置方法还可应用于实施例2～4。
为了使得有效实现本发明，重要的是阈值ε的设置值适当。为了设置阈值ε，将拍摄的投影图像显示到监视器110。在操作单元111上，用户指定两个点，一个是如图10所示的投影图像上的金属部分801的点，另一个是该投影图像上的骨部分802的点。在S701，通过参数设置单元601计算这两个指定点的像素值之间的差，并且将其设置为阈值ε。
在实施例2和4的情况下，例如，将ε当作为FWHM(半峰宽)，并且如通过下面的公式所示来设置就足够了。
&sigma; = &epsiv; / ( 2 2 ln 2 )
作为另一方法，还可以以下面的方式构建该设备：分析投影图像，自动提取金属和除金属以外的其他部分，并且通过使用它们的值之间的差来设置阈值。例如，如图11所示，如果形成投影图像的直方图，则由于金属部分强烈吸收X射线，所以在低像素值处具有峰值(即，在这类直方图中，图像中的大量低值像素表示为峰值)。检测这类峰值、并且将要拍摄的被摄体的峰值和分布末端之间的差901设置为阈值ε就足够了。
图14是根据本实施例，通过X射线拍摄系统控制单元108的显示控制单元显示在监视器110上的拍摄显示画面的例子。拍摄显示画面是以下面的方式使用的显示画面：通过操作单元111中所包括的鼠标装置等，操作同样显示在监视器110上的光标，从而拍摄投影图像并且确认拍摄图像。将显示画面上的拍摄图像的数据存储在例如X射线拍摄系统控制单元的存储器中，并且根据显示控制单元的控制，以图14所示的布局对其进行显示。
检查信息显示标签1401是用于显示与当前正在进行的检查有关的信息的显示标签。根据作为拍摄对象的患者的信息和拍摄模式的设置，通过显示控制单元显示标签1401。过去图像显示标签1402是用于显示过去拍摄的图像的信息的显示标签。通过使用光标位置和操作单元111点击显示画面，代替检查信息显示标签，将标签1402显示在监视器110的前面。显示形式改变按钮1403是用于改变选择图像显示区域1404上所显示的放射线图像的显示形式的一个按钮或者一组按钮。响应于通过鼠标光标对按钮的点击，选择下面的显示形式中的一个：仅显示一个选择图像的第一显示形式、排列显示与同一检查或者同一患者有关的多个放射线图像的第二显示形式、以及排列显示通过断层图像合成拍摄、放射线成像或者宽银幕拍摄所获得的多个投影图像或者帧图像的第三显示形式。以显示控制单元所选择的显示形式显示拍摄图像。在图14所示的拍摄显示画面上，将选择的断层图像显示在图像显示区域1404中。
将本检查的患者信息显示在显示区域1405中。患者信息是例如诸如患者的ID、姓名、性别和年龄等的患者特有的信息。将作为从X射线生成设备控制单元107所发送的、并且与正显示的图像相关联地进行的放射线照射有关的信息的执行信息，显示在显示区域1406中。执行信息是例如与在显示在图像显示区域1404中的断层图像的重建中所使用的一组投影图像的拍摄时间、总照射时间、总面积剂量、总吸收剂量和总空气比释动能有关的信息。除此以外，如图14所示，还可以显示HDD(硬盘驱动器)的可用存储量。将在拍摄设备侧所设置的拍摄信息显示在显示区域1407中。拍摄信息是例如与管电压、照射时间、管电流、mA值、合并(binning)状态和帧频等有关的信息。除此以外，在当前正显示的图像是断层图像合成图像或者放射线成像或宽银幕拍摄图像的情况下，还可以显示帧数。
将与当前正在检查的患者有关的拍摄预约信息和拍摄完成信息显示在检查面板1408上。将拍摄模式显示在显示区域1409中。在图14的例子中，以2×2表来示出拍摄模式信息，其中，该2×2表示出正在进行的拍摄是正在通过运动图像传感器拍摄被摄体的断层图像合成拍摄。按钮1410是用于显示设置显示画面以进行用于根据该组投影图像形成重建图像的设置的按钮。将拍摄的缩略图图像显示在显示区域1411中。在图14的例子中，显示下面的两个缩略图图像：一个是所收集的一组投影图像的代表图像，并且另一个是所形成的重建图像的缩略图。选择显示框1412是用于对在图像显示区域1404中要显示的图像的选择状态进行显示的显示区域。通过使用光标点击缩略图图像，通过显示控制单元选择所点击的缩略图图像，并且将选择显示框1412显示到围绕所选择的缩略图图像的位置。
照射角度设置GUI1413是用于在拍摄投影图像时，将X射线管101的照射位置的摆角的大小设置给机构控制单元105和X射线生成设备控制单元107的GUI(图形用户界面)。在一个实施例中，以下面的方式构建照射角度设置GUI：为了在设置针对FPD(flatpanelradiationdetector，平板放射线检测器)的中心位置的前摆角和后摆角以使得它们相等的情况下有效进行设置，如果输入一个数值，则完成摆角的设置。例如，如果向照射角度设置GUI1413输入30，则以摆角±30°(共计60°)照射放射线。可以将摆角设置成例如连接X射线检测器106的中心位置和X射线管101的焦点的线、与通过X射线检测器106的中心位置、并且指向重力方向的直线之间的锐角。在该例子中，例如，X射线拍摄系统控制单元108根据连接的机构控制单元105和X射线生成设备控制单元107的识别信息，预先将摆角的最大值保持在存储器中，从而使得当输入等于或大于最大值的摆角时，显示控制单元可以显示警告，或者可以执行用于以最大值替换输入值的处理。X射线拍摄系统控制单元108可以根据向照射角度设置GUI1413的输入，将摆角的信息自动发送给机构控制单元105和X射线生成设备控制单元107。
另外，过去图像显示面板1414是用于使得能够在不将过去图像显示标签1402显示到前面的情况下，在检查显示画面1410上参考过去图像的显示区域。将过去图像的缩略图显示在显示区域1415中。在图14的例子中，显示过去拍摄的断层图像拍摄的投影图像。按钮1416是用于使得通过显示控制单元显示用于从过去图像列表选择在显示区域1415中所显示的过去图像的显示画面的按钮。图像调整面板1417是排列了用于调整在选择图像显示区域1404中所显示的图像的多个按钮的显示区域。例如，显示用于指示下面的操作的按钮：旋转图像±90°、上下方向和左右方向上的反转、黑白反转、图像显示区域1404的显示图像的中心位置的变化、等倍率(实物大小)显示、放大或者缩小、以及区域选择。除此以外，可以显示用于复位在图像调整面板1417上所进行的调整的按钮、或者用于标记表示适合作为诊断图像的图像的复选按钮。按钮1418是用于保留当前正执行的检查、并且选择另一检查的检查保留按钮。按钮1419是用于将当前检查图像输入至存储器的按钮。按钮1420是用于完成当前检查、并且终止显示拍摄显示画面的按钮。
图15A和15B是各自示出响应于在光标位置处点击按钮1410，显示给显示单元的断层图像合成的设置显示画面的例子的图。将通过重建处理所获得的重建图像显示在图像显示区域1501中。区域1502是用于显示作为断层图像合成拍摄的执行结果从拍摄控制单元104、机构控制单元105和X射线生成设备控制单元107所发送的执行信息的区域。例如，显示下面的信息：摆角、X射线管101和X射线检测器106之间的距离、X射线检测器106的像素间距、等中心点和X射线检测器106之间的距离、拍摄的投影图像的数量、摆角的间距和表的识别信息。尽管诸如摆角等的信息是在图14所示的拍摄显示画面上预先设置的信息，但是还从机构控制单元105和X射线生成设备控制单元107发送摆角的信息作为执行信息。这是因为，严格地说，由于误差导致以与设置值完全一致的摆角进行拍摄是不可能的，所以在此后，还考虑该差而将摆角的这类信息用于重建处理。例如，以下面的方式通过拍摄设备设置摆角：相对于X射线管101和X射线检测器106的移动方向，使得前摆角和后摆角相等。然而，严格地说，这意味着摆角可能发生10-1度以下量级的误差。
另外，显示区域1503是用于设置重建参数的区域。例如，可以设置下面的项：诸如滤波反投影或连续重建等的重建方法、诸如斜变或者Shepp-Logan等的重建滤波器、滤波器的DC成分、截止频率、重建片的间距和重建片的数量等。
按钮1504是用于基于设置来指示开始重建处理的按钮。根据在光标位置处点击按钮1504这一操作，开始图像处理单元109的重建处理。在完成重建处理之后，将重建图像显示在图像显示区域1502中。
图15B中的显示区域1505是用于设置重建图像或者投影图像的窗口水平和窗口宽度的GUI。在该例子中，窗口水平表示例如图像的代表像素值，并且是例如图像的中心值。窗口宽度表示灰度宽度，并且是例如图像的上位5％的点和下位5％的点之间的差的值。显示区域1506是几何信息的设置区域，并且在该区域中显示用于设置下面的项的GUI：左右方向和上下方向上的反转、显示区域1501的显示重建图像的中心位置的变化、旋转±90°、变焦指示和变焦比。
根据光标位置处的点击，通过显示控制单元放大或者缩小各显示区域1502、1503、1505和1506。图15A示出放大显示区域1502和1503、并且缩小显示区域1505和1506的情况。图15B示出放大显示区域1505和1506、并且缩小显示区域1502和1503的情况。
重放按钮1507是用于从上或者从下开始的顺序连续切换重建图像、并且进行显示的按钮，是分别用于指示快退重放、下边缘显示、播放和暂停、上边缘显示、以及快进显示的一组按钮。
以上说明了本发明的各个实施例的例子。然而，本发明不局限于附图所示的上述实施例，并且在不改变本发明的本质的范围内可以适当修改并实现。例如，还可以以系统、设备、方法、程序或者存储介质等的形式实现本发明。具体地说，本发明可应用于由多个设备构成的系统、或者由单个装置所构成的设备。
其他实施例
通过执行下面的处理也实现本发明。也就是说，通过网络或者各种类型的存储介质向系统或者设备提供用于实现上述实施例的功能的软件(程序)，并且该系统或者设备的计算机(或者CPU或MPU(微处理单元)等)读出并执行与该软件相对应的处理。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (27)

1.一种图像处理设备，包括：
获得部件，用于从数字放射线检测器获得多个放射线投影图像；以及
重建部件，用于基于所获得的所述多个放射线投影图像，使用重建滤波器对所述多个放射线投影图像执行滤波处理，并且执行重建处理，从而创建断层图像，
其中，所述图像处理设备还包括：
处理部件，用于在要提供给所述重建部件的放射线投影图像中的第一像素的值和第二像素的值之间的差值大于预定阈值的情况下，减少所述第二像素对所述第一像素的值的影响，
其中，在所述第一像素的值和所述第二像素的值之间的差值的绝对值不大于所述阈值的情况下，所述处理部件输出所述差值，以及在所述差值的绝对值大于所述阈值的情况下，所述处理部件输出绝对值小于所述阈值的值，以及
所述重建部件基于所述处理部件的输出值，执行所述断层图像的重建处理。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述第一像素是所述重建部件的滤波处理的对象像素，以及所述第二像素是在所述对象像素的滤波时所述重建部件所使用的、所述第一像素周围的像素。
3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，
基于所述第一像素的值和所述第二像素的值之间的差值与所述阈值之间的大小关系，所述处理部件在向所述重建部件输出所述差值和输出绝对值小于所述阈值的值之间进行切换。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述重建部件对所述输出值和重建滤波器系数进行卷积处理。
5.根据权利要求4所述的图像处理设备，其中，当对所述输出值和所述重建滤波器系数进行卷积处理时，所述重建部件基于所述第一像素和放射线生成设备的焦点的几何布局，校正所述输出值和所述重建滤波器系数中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，
所述重建部件包括相乘部件和卷积部件以及反投影部件，其中，所述相乘部件和所述卷积部件用于通过使用重建滤波器系数对所述处理部件所输出的各像素进行滤波来对各像素进行处理以输出滤波值，所述反投影部件用于将所输出的滤波值相加在一起以创建所述断层图像。
7.根据权利要求6所述的图像处理设备，其中，所述卷积部件还将所输出的滤波值乘以系数，所述系数基于重建位置、放射线生成设备的焦点和所述滤波处理之后的像素的位置的几何布局，以及
其中，所述反投影部件对所述卷积部件所输出的像素值进行相加，并且获得各重建位置处的像素值，从而获得所述断层图像。
8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述重建部件使用如下重建滤波器：在该重建滤波器中，对所述放射线投影图像的直流成分的滤波器响应大致等于0。
9.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于用户在所述放射线投影图像中的一个放射线投影图像中所指定的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述阈值的部件。
10.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于通过分析所述放射线投影图像中的一个放射线投影图像而自动获得的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述阈值的部件。
11.一种图像处理设备，用于根据通过利用放射线从多个方向照射被摄体所获得的多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理设备包括：
获得部件，用于针对所述多个投影图像中的每一个投影图像，根据滤波对象像素的像素值和所述滤波对象像素的周边像素的像素值之间的差，获得权重系数；以及
重建部件，用于基于利用所述权重系数加权后的重建滤波器系数来处理所述多个投影图像的每一个像素，并且基于处理后的像素来重建所述断层图像；
所述获得部件包括：
计算部件，用于计算所述投影图像的所述滤波对象像素和所述滤波对象像素的周边像素之间的差值；以及
输出部件，用于输出随着所计算出的差值的绝对值越大而越小的权重系数；
所述重建部件包括：
相乘部件，用于将重建滤波器系数乘以所述输出部件所输出的权重系数；以及
处理部件，用于基于所述相乘部件所获得的结果，对所述多个投影图像进行滤波。
12.根据权利要求11所述的图像处理设备，其中，所述滤波对象像素和所述滤波对象像素的周边像素之间的差的绝对值越大，所述获得部件所获得的权重系数越小。
13.根据权利要求11所述的图像处理设备，其中，所述计算部件计算所述差值的符号，以及
其中，所述输出部件在所述差值具有第一符号的情况下输出预定权重系数，以及在所述差值具有相反符号的情况下输出随着所述差值的绝对值越大而越小的权重系数。
14.根据权利要求11所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于用户在所述投影图像中指定的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述权重系数的部件。
15.根据权利要求11所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于通过分析所述投影图像而自动获得的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述权重系数的部件。
16.一种图像处理方法，用于根据多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理方法包括以下步骤：
获得步骤，用于从数字放射线检测器获得多个放射线投影图像；
重建步骤，用于基于所获得的所述多个放射线投影图像，使用重建滤波器对所述多个放射线投影图像执行滤波处理，并且执行重建处理，从而创建断层图像，
处理步骤，用于在要提供给所述重建步骤的放射线投影图像中的第一像素的值和第二像素的值之间的差值大于预定阈值的情况下，减少所述第二像素对所述第一像素的值的影响，
其中，在所述第一像素的值和所述第二像素的值之间的差值的绝对值不大于所述阈值的情况下，所述处理步骤输出所述差值，以及在所述差值的绝对值大于所述阈值的情况下，所述处理步骤输出绝对值小于所述阈值的值，以及
所述重建步骤基于所述处理步骤的输出值，执行所述断层图像的重建处理。
17.一种图像处理方法，用于根据通过利用放射线从多个方向照射被摄体所获得的多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理方法包括以下步骤：
获得步骤，用于针对所述多个投影图像中的每一个投影图像，根据滤波对象像素的像素值和所述滤波对象像素的周边像素的像素值之间的差，获得权重系数；以及
重建步骤，用于基于利用所述权重系数加权后的重建滤波器系数来处理所述多个投影图像的每一个像素，并且基于处理后的像素来重建所述断层图像；
所述获得步骤包括：
计算步骤，用于计算所述投影图像的所述滤波对象像素和所述滤波对象像素的周边像素之间的差值；以及
输出步骤，用于输出随着所计算出的差值的绝对值越大而越小的权重系数；
所述重建步骤包括：
相乘步骤，用于将重建滤波器系数乘以所述输出步骤所输出的权重系数；以及
处理步骤，用于基于所述相乘步骤所获得的结果，对所述多个投影图像进行滤波。
18.一种图像处理设备，包括：
获得部件，用于从数字放射线检测器获得多个放射线投影图像；
重建部件，用于基于所获得的所述多个放射线投影图像，使用重建滤波器对所述多个放射线投影图像执行滤波处理，并且执行重建处理，从而创建断层图像；以及
处理部件，用于在要提供给所述重建部件的放射线投影图像中的第一像素的值和第二像素的值之间的差值大于预定阈值的情况下，减少所述第二像素对所述第一像素的值的影响，
其中，基于所述第一像素的值和所述第二像素的值之间的差值与所述阈值之间的大小关系，所述处理部件在向所述重建部件输出所述差值和输出绝对值小于所述阈值的值之间进行切换，以及
所述重建部件基于所述处理部件的输出值，执行所述断层图像的重建处理。
19.一种图像处理设备，包括：
获得部件，用于从数字放射线检测器获得对象的投影图像；
处理部件，用于针对作为对象像素的、所获得的投影图像中的每一个投影图像的每一个像素基于所述对象像素和与所述对象像素不同的像素执行重建滤波处理以获得多个滤波数据，以及基于所获得的多个滤波数据生成断层图像，其中，与所述对象像素不同的所述像素位于包括所述对象像素的所述投影图像中的一个投影图像中，
其中，所述处理部件使用基于所述对象像素的值和与所述对象像素不同的所述像素的值的重建滤波器系数以及使用基于所述对象像素的值和与所述对象像素不同的所述像素的值之间的差值的校正系数处理所述对象像素，以及
其中，在所述差值的绝对值大于阈值的情况下，所述处理部件将所述校正系数的绝对值确定为小于所述差值的绝对值的值。
20.根据权利要求19所述的图像处理设备，其中，在所述差值的绝对值小于所述阈值的情况下，所述处理部件进一步将所述校正系数确定为所述差值。
21.根据权利要求19所述的图像处理设备，其中，所述重建滤波处理对输出值和所述重建滤波器系数进行卷积处理。
22.根据权利要求21所述的图像处理设备，其中，当对所述输出值和所述重建滤波器系数进行卷积处理时，所述重建滤波处理基于第一像素和放射线生成设备的焦点的几何布局，校正所述输出值和所述重建滤波器系数中的至少一个。
23.根据权利要求19所述的图像处理设备，其中，所述重建滤波处理使用相乘部件和卷积部件以及反投影部件，其中，所述相乘部件和所述卷积部件用于通过使用所述重建滤波器系数对所述处理部件所输出的各像素进行滤波来对所输出的各像素进行处理以输出滤波值，所述反投影部件用于将所输出的滤波值相加在一起以创建断层图像。
24.根据权利要求23所述的图像处理设备，其中，所述卷积部件还将所输出的滤波值乘以系数，所述系数基于重建位置、放射线生成设备的焦点和所述重建滤波处理之后的像素的位置的几何布局，以及
其中，所述反投影部件对所述卷积部件所输出的像素值进行相加，并且获得各重建位置处的像素值，从而获得所述断层图像。
25.根据权利要求19所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于用户在所述投影图像中的一个投影图像中所指定的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述阈值的设置部件。
26.根据权利要求19所述的图像处理设备，其中，还包括用于基于通过分析所述投影图像中的一个投影图像而自动获得的两个像素位置的像素值之间的差来设置所述阈值的设置部件。
27.一种图像处理方法，用于根据多个投影图像来重建断层图像，所述图像处理方法包括以下步骤：
获得步骤，用于从数字放射线检测器获得对象的投影图像；
处理步骤，用于针对作为对象像素的、所获得的投影图像中的每一个投影图像的每一个像素，基于所述对象像素和与所述对象像素不同的像素执行重建滤波处理以获得多个滤波数据，以及基于所获得的多个滤波数据生成断层图像，其中，与所述对象像素不同的所述像素位于包括所述对象像素的所述投影图像中的一个投影图像中，
其中，所述处理步骤使用基于所述对象像素的值和与所述对象像素不同的所述像素的值的重建滤波器系数以及使用基于所述对象像素的值和与所述对象像素不同的所述像素的值之间的差值的校正系数处理所述对象像素，以及
其中，在所述差值的绝对值大于阈值的情况下，所述处理步骤将所述校正系数的绝对值确定为小于所述差值的绝对值的值。
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