图像处理设备、图像处理方法和图像处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及图像处理设备、图像处理方法和图像处理系统，具体提供了一种图像处理设备，包括处理单元，所述处理单元被配置为处理投影数据，表示从X射线源输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已通过投影被转换成所述投影数据，且所述处理单元基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
【专利说明】图像处理设备、图像处理方法和图像处理系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种图像处理设备、图像处理方法和图像处理系统。
【背景技术】
[0002]例如，利用从X射线源中输出的X射线的CT (计算机断层扫描)设备(或CT系统；下文中相同)或者利用X射线的具有断层合成功能的设备(或系统；下文中相同)被广泛地用于例如医疗领域中。JP-A-2004-329784描述了一种技术，该技术与利用X射线的CT设备相关。
【发明内容】
[0003]通过处理表示X射线的检测结果的X射线检测数据，利用X射线的CT设备等形成X射线图像。更具体地，在利用X射线的CT设备等内，例如，基于正被转换成投影数据的X射线检测数据以及根据投影数据重构的三维数据来形成X射线图像。
[0004]这里，在利用X射线的CT设备等内，例如，使用输出锥形光束X射线的X射线源，或者使用输出扇形光束X射线的X射线源(类似于JP-A-2004-329784中描述的技术)。
[0005]然而，例如，在通过处理投影数据(表示已检测到从输出锥形光束X射线的X射线源或者输出扇形光束X射线的X射线源中输出的X射线的结果的X射线检测数据已被转换成该投影数据)来形成X射线图像时，由于锥形光束或扇形光束所造成的检测强度扩大且不均匀，在该投影数据内出现混合有由X射线撞击的目标的多个层的数据。此外，为从投影数据(来自不同层的数据被这样混入其中)中严格进行三维数据的重构，要进行反复使用所有投影数据和所有重构数据的计算。
[0006]因此，为通过处理投影数据(表示已检测到从输出锥形光束X射线的X射线源或者输出扇形光束X射线的X射线源中输出的X射线的结果的X射线检测数据已被转换成该投影数据)来形成具有更大精度的X射线图像，用于形成X射线图像的计算成本变得非常大。
[0007]用于更快速地执行用于形成X射线图像的计算的方法的实例包括忽略由锥形光束或扇形光束造成的影响，或者在投影数据中将锥形光束或扇形光束转换成平行光束并分割用于形成X射线图像的处理。
[0008]然而，在使用用于更快速地执行用于形成X射线图像的计算的这种方法时，由于在形成X射线图像时包括近似处理，所以计算精度会降低，使得所获得的X射线图像的精度降低。
[0009]根据本公开的一种实施方式，提供了一种新型且改进的图像处理设备、图像处理方法和图像处理系统，它们可实现质量更高的X射线图像，同时甚至进一步降低用于重构X射线图像的计算成本。
[0010]根据本公开的一种实施方式，提供了一种图像处理设备，包括:处理单元，被配置为处理投影数据，其中，表示从X射线源输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已通过投影被转换成所述投影数据，且所述处理单元基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
[0011]此外，根据本公开的一种实施方式，提供了一种图像处理方法，包括:处理投影数据，其中，表示从X射线源输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已通过投影被转换成所述投影数据；以及基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
[0012]此外，根据本公开的一种实施方式，提供了一种图像处理系统，包括:X射线输出设备，包括用于输出平行光束X射线的X射线源；检测设备，被配置为检测所述平行光束X射线、生成表示所述平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据、并通过投影将所生成的X射线检测数据转换成投影数据；以及图像处理设备，包括处理单元，所述处理单元被配置为处理所述X射线检测数据已被转换成的投影数据并基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
[0013]根据上述本公开的实施方式，可实现质量更高的X射线图像，同时甚至进一步降低用于重构X射线图像的计算成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示出在由根据本公开的一种实施方式的图像处理设备执行的根据本公开实施方式的图像处理方法中执行的处理的第一实例的流程图；
[0015]图2是示出由根据本公开的一种实施方式的图像处理设备执行的重构处理的一个实例的流程图；
[0016]图3是示出在根据本公开的一种实施方式的图像处理方法中执行的处理的说明图；
[0017]图4是示出在根据本公开的一种实施方式的图像处理方法中执行的处理的说明图；`
[0018]图5是示出在根据本公开的一种实施方式的图像处理方法中执行的处理的说明图；
[0019]图6是示出在由根据本公开的一种实施方式的图像处理设备执行的根据本公开实施方式的图像处理方法中执行的处理的第二实例的流程图；
[0020]图7是示出在根据本公开的一种实施方式的图像处理方法中执行的处理的说明图；
[0021]图8是示出在由根据本公开的一种实施方式的图像处理设备执行的根据本公开实施方式的图像处理方法中执行的处理的第三实例的流程图；
[0022]图9是示出根据本公开的一种实施方式的图像处理系统的一个实例的说明图；
[0023]图10是示出根据本公开的一种实施方式的图像处理设备的配置的一个实例的框图；以及
[0024]图11是示出根据本公开的一种实施方式的图像处理设备的硬件配置的一个实例的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构性元件由相同的附图标记表示，且省略对这些结构性元件的重复说明。
[0026]此外，将按照以下顺序来进行描述。
[0027]1.根据本实施方式的图像处理方法
[0028]2.根据本实施方式的图像处理设备
[0029]3.根据本实施方式的程序
[0030](根据本实施方式的图像处理方法)
[0031]在描述根据本实施方式的图像处理设备的配置之前，首先，将描述根据本实施方式的图像处理方法。在下文中，将基于一个实例来描述根据本实施方式的图像处理方法，在该实例中，根据本实施方式的图像处理设备执行在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理。
[0032](1)根据本实施方式的图像处理方法的概述
[0033]如上所述，在通过处理投影数据(表示已检测到从输出锥形光束X射线的X射线源或者输出扇形光束X射线的X射线源中输出的X射线的结果的X射线检测数据已被转换成该投影数据)来形成具有更大精度的X射线图像时，用于形成X射线图像的计算成本变得非常大。此外，在使用用于更快速地执行用于形成X射线图像的计算的上述方法时，由于在形成X射线图像时包括近似处理，所以计算精度下降，使得所获得的X射线图像的精度降低。
[0034]因此，通过处理投影数据(表示从X射线源中输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已被转换成所述投影数据)，根据本实施方式的图像处理设备基于X射线检测数据来形成X射线图像。
[0035]这里，根据本实施方式的X射线检测数据例如为表示已穿过目标且已被检测器(诸如被包括在根据本实施方式的下述检测设备内的检测器)检测到的平行光束X射线的检测强度的数据。下文中，为在根据本实施方式的X射线检测数据与表示锥形光束X射线或扇形光束X射线的检测结果的X射线检测数据之间进行区分，根据本实施方式的X射线检测数据有时被称为“平行X射线检测数据”。
[0036]通过以二维方式投影为X射线投影图像来将表示由上述检测器检测到的平行光束X射线的检测强度的平行X射线检测数据转换成投影数据(二维投影数据)。更具体地，例如，通过拉东(radon)转换来将平行X射线检测数据转换成投影数据。
[0037]这里，例如，尽管由外部装置(诸如生成根据本实施方式的X射线检测数据的根据本实施方式的检测设备(如下所述))进行转换处理，以用于将平行X射线检测数据转换成投影数据，但根据本实施方式的转换处理不限于由外部装置进行。例如，根据本实施方式的图像处理设备可执行根据本实施方式的转换处理。下文中，将主要基于一个实例来描述在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理，在该实例中，根据本实施方式的转换处理由外部装置(诸如生成平行X射线检测数据的根据本实施方式的检测设备)执行，即，根据本实施方式的图像处理设备处理投影数据(平行X射线检测数据已由外部装置转换成该投影数据)的情况。
[0038]此外，尽管根据本实施方式的图像处理设备处理投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)或者从外部装置(诸如根据本实施方式的下述检测设备)中采集的平行X射线检测数据，但该投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)或者由根据本实施方式的图像处理设备处理的平行X射线检测数据不限于上述数据。例如，通过从存储单元(如下所述)中读取投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)或者读取例如存储在被包括在设备(根据本实施方式的图像处理设备)内的存储单元(如下所述)中的或者存储在外部存储介质上的平行X射线检测数据，根据本实施方式的图像处理设备也可进行处理。
[0039]更具体地，通过从投影数据中重构三维数据，根据本实施方式的图像处理设备形成X射线图像。
[0040]这里，被根据本实施方式的图像处理设备用于从投影数据中重构三维数据的处理的实例包括逐次逼近法，诸如ML-EM (最大似然期望最大化)、0S-EM (有序子集期望最大化)以及MAP-EM (最大后验期望最大化)。注意，用于从根据本实施方式的投影数据中重构三维数据所进行的处理显然不限于使用上述逐次逼近法的处理。
[0041]在使用与上述方法类似的逐次逼近法的处理中，通过重复投射重构图像和反向投射已校正重构图像的图像(校正图像)来获得接近正确值的值。因此，通过进行使用与上述方法类似的逐次逼近法的处理来作为用于从投影数据中重构三维数据所进行的处理，根据本实施方式的图像处理设备可形成高精度的X射线图像。
[0042]因此，根据本实施方式的图像处理设备可实现质量更高的X射线图像。
[0043]此外，如上所述，通过处理投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)，根据本实施方式的图像处理设备基于平行X射线检测数据来形成X射线图像。这里，在投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)中，未混合该目标的多层的数据，而混合该目标的多层的数 据是在上述投影数据(表示锥形光束或扇形光束X射线的检测结果的X射线检测数据已被转换成该投影数据)中的情况。这是因为投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)不受锥形光束或扇形光束所造成的检测强度的上述扩大和不均匀的影响。
[0044]因此，通过处理投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)，根据本实施方式的图像处理设备无需进行处理来减少锥形光束或扇形光束的影响，诸如几何校正、失真校正、噪声消除等。
[0045]因此，与在处理表示锥形光束或扇形光束X射线的检测结果的上述X射线检测数据时相比，根据本实施方式的图像处理设备可更大程度地减少用于形成X射线图像的计算成本。
[0046]此外，由于根据本实施方式的图像处理设备无需进行处理来减少锥形光束或扇形光束的影响，诸如几何校正、失真校正、噪声消除等，所以防止了由为减少锥形光束或扇形光束的影响而进行的处理所造成的近似或图像退化。因此，根据本实施方式的图像处理设备可实现质量更高的X射线图像。
[0047]此外，通过处理投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)，由于在投影数据内未混合该目标的各个层的数据，所以即使根据本实施方式的图像处理设备仅处理与该目标的特定层相对应的平行X射线检测数据，也会防止X射线图像的精度下降。即，通过由根据本实施方式的图像处理设备处理投影数据(平行X射线检测数据已被转换成该投影数据)，可以仅处理与该目标的特定层相对应的平行X射线检测数据。
[0048]因此，根据本实施方式的图像处理设备能够并行进行处理(例如，用于分割投影数据以及用于为每块被分割的投影数据(如下所述)形成X射线图像的处理)。此外，由于例如每当采集投影数据(如下所述)时，根据本实施方式的图像处理设备可形成连续的X射线图像，所以在一次计算中所使用的存储量大幅减少。
[0049](2)在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理
[0050]接下来，将更详细地描述在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理。
[0051]下文中，将基于一个实例来描述在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理，在该实例中，根据本实施方式的图像处理设备处理投影数据，其中，平行X射线检测数据通过外部装置已被转换成该投影数据。注意，在根据本实施方式的图像处理设备处理平行X射线检测数据时，根据本实施方式的图像处理设备将平行X射线检测数据转换成例如投影数据，并处理所转换的投影数据。
[0052](2-1)在根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理的第一实例
[0053]图1是示出在由根据本实施方式的图像处理设备执行的根据本实施方式的图像处理方法中执行的处理的第一实例的流程图。
[0054]根据本实施方式的图像处理设备确定是否已采集投影数据(S100)。根据本实施方式的图像处理设备确定:若与该目标对应的所有投影数据已被读入例如RAM(随机存取存储器)内，则已采集了投影数据。
[0055]若在步骤SlOO中确定还未采集投影数据，则根据本实施方式的图像处理设备不继续进入下一处理步骤，直到采集到投影数据。
[0056]此外，若在步骤SlOO中确定已采集投影数据，则根据本实施方式的图像处理设备设置由投影数据表示的图像作为投影图像P，并设置初始的重构图像Itl (S102)。
[0057]这里，例如，尽管通过将所有像素的像素值为正值的图像(诸如所有像素的像素值被表示为“I”的图像)生成为初`始的重构图像Itl，根据本实施方式的图像处理设备设置该初始的重构图像Itl,但在本实施方式中执行的用于设置初始的重构图像Ici的处理不限于此。例如，为更快速地完成下述重构处理，根据本实施方式的图像处理设备可将由FBP (滤波反投影)方法重构的图像设置为初始的重构图像Ιο。此外，根据本实施方式的图像处理设备也可例如将像素值为正值的任意图像设置为初始的重构图像I。。
[0058]在已执行了步骤S102的处理时，根据本实施方式的图像处理设备执行重构处理，以用于形成X射线图像(S104)。
[0059]图2是示出由根据本实施方式的图像处理设备执行的重构处理的一个实例的流程图。
[0060]根据本实施方式的图像处理设备投射重构图像In(其中，η表示O或更大的整数)，并生成再投影图像P’(S200)。这里，最初由根据本实施方式的图像处理设备投射的重构图像In为在图1的步骤S102中设置的初始的重构图像I。。
[0061]在已执行了步骤S200的处理时，根据本实施方式的图像处理设备例如比较再投影图像P’与投影图像P，并计算在再投影图像P’与投影图像P之间的比值(S202)。
[0062]当在步骤S202中已计算了再投影图像P’与投影图像P之间的比值时，根据本实施方式的图像处理设备确定是否完成重构处理(S204)。例如，当在步骤S202中计算的再投影图像P’与投影图像P之间的比值等于或小于预定的设定值(或小于预定值)时，根据本实施方式的图像处理设备确定完成重构处理。
[0063]若在步骤S204中未确定完成重构处理，则根据本实施方式的图像处理设备使用在再投影图像P’与投影图像P之间的比值来反向投射再投影图像P’(校正值)，以生成新的重构图像In(n=n+l)(S206)。随后，根据本实施方式的图像处理设备重复来自步骤S200的处理。
[0064]此外，若在步骤S204中确定完成重构处理，则根据本实施方式的图像处理设备将重构图像In设为X射线图像(所谓的重构层图像XS208)。随后，根据本实施方式的图像处理设备完成该重构处理。
[0065]根据本实施方式的图像处理设备执行在图2中所示的处理，例如，作为根据本实施方式的重构处理。
[0066]这里，在根据本实施方式的图像处理设备使用ML_EM(其为使用最大似然估计的基本逐次逼近法)时，根据本实施方式的重构处理例如由以下公式I表示。
【权利要求】
1.一种图像处理设备，包括: 处理单元，被配置为处理投影数据，其中，表示从X射线源输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已通过投影被转换成所述投影数据，且所述处理单元基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述处理单元被配置为分割所述投影数据，并为每块被分割的投影数据形成所述X射线图像。
3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述处理单元被配置为每当采集到所述投影数据时形成所述X射线图像。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，还包括: 检测单元，被配置为检测所述平行光束X射线、生成所述X射线检测数据、并将所生成的X射线检测数据转换成所述投影数据， 其中，所述处理单元被配置为处理由所述检测单元转换的所述投影数据。
5.根据权利要求1所述的图像处理设备，还包括: 检测单元，被配置为检测所述平行光束X射线并生成所述X射线检测数据， 其中，所述处理单元被配置为将由所述检测单元生成的所述X射线检测数据转换成所述投影数据，并处理所转换的投影数据。
6.根据权利要求4所述的图像处理设备，还包括: X射线输出单元，包括用于输出所述平行光束X射线的所述X射线源。
7.一种图像处理方法，包括: 处理投影数据，其中，表示从X射线源输出的平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据已通过投影被转换成所述投影数据；以及基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
8.根据权利要求7所述的图像处理方法，还包括: 检测所述平行光束X射线、生成所述X射线检测数据、并将所生成的X射线检测数据转换成所述投影数据。
9.一种图像处理系统,包括: X射线输出设备，包括用于输出平行光束X射线的X射线源； 检测设备，被配置为检测所述平行光束X射线、生成表示所述平行光束X射线的检测结果的X射线检测数据、并通过投影将所生成的X射线检测数据转换成投影数据；以及 图像处理设备，包括处理单元，所述处理单元被配置为处理所述X射线检测数据已被转换成的投影数据并基于所述X射线检测数据来形成X射线图像。
【文档编号】A61B6/03GK103622716SQ201310359747
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】菊地大介, 吉成博美, 白木寿一 申请人:索尼公司