锥形束计算机断层摄影中伪影的减少的制作方法

本发明涉及一种用于使用第二遍(second pass)伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影的方法、以及一种用于使用第二遍伪影减少来减少图像中的伪影的锥形束计算机断层摄影装置。

背景技术：

1、用于减少锥形束计算机断层摄影(ct)应用中的伪影的有希望的解决方案是所谓的第二遍方法，其中，通过使用从初始重建图像导出的一些图像作为输入模拟锥形束计算机断层摄影采集和图像重建来估计伪影。然而，第二遍方法的输入图像是从恰好包含要去除的那些伪影的图像导出的。因此，第二遍方法将仅提供对图像中的真实伪影诱发结构的粗略估计。对于作为已经完美校正的真实图像的输入，模拟将给出最佳结果。然而，这是不可用的，并且经验表明存在有锥形束伪影的初始重建不能直接用于第二遍校正。因此，已经建议处理初始重建，使得仅维持伪影诱发结构。第二遍输入图像需要包含在平行于旋转轴的z方向上的真实梯度的良好估计。可以使用对图像值的自适应阈值化操作来获得该图像，其也可以迭代地执行。其他方法包括两幅不同地重建的图像的图像域滤波、融合和反向滤波。

2、因此，本发明的发明人已经发现，具有用于使用第二遍伪影减少来减少图像中的伪影的方法和锥形束计算机断层摄影装置将是有利的，所述第二遍伪影减少经由第二遍伪影估计来改善锥形束ct伪影减少。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于使用第二遍伪影减少来减少图像中的伪影的方法和锥形束计算机断层摄影装置，所述第二遍伪影减少提供重建图像中的伪影的可靠减少并且因此提供要成像的对象的高质量图像。

2、本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，另外的实施例被并入在从属权利要求中。

3、所描述的实施例类似地涉及用于使用第二遍伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影的方法、以及用于使用第二遍伪影减少来减少图像中的伪影的锥形束计算机断层摄影装置。协同效果可以由实施例的不同组合产生，但是可能不详细描述它们。

4、此外，应当注意，本发明的关于方法的所有实施例可以以如所描述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的步骤的唯一且必要的顺序。在不脱离相应的方法实施例的情况下，本文提出的方法可以以所公开的步骤的另一顺序来执行，除非在下文中明确地相反提及。

5、根据本发明的第一方面，提供了一种用于使用第二遍伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影的方法。所述方法包括以下步骤：利用所述锥形束计算机断层摄影装置来采集要成像的对象的投影数据，其中，所述投影数据包括要用于重建第一图像的第一数据子集和包括不用于构建所述第一图像的投影数据的第二数据子集，其中，所述第二数据子集包括未被包括在所述第一数据子集中的投影数据。所述方法还包括以下步骤：使用所述投影数据的所述第一数据子集来重建包括第一分辨率的第一图像，使用所述投影数据的所述第二数据子集来重建包括第二分辨率的第二图像，并且使用所述第二图像作为所述第二遍伪影减少方法的输入图像来执行所述第二遍伪影减少方法，从而减少所述第一图像中的伪影。

6、提出了一种用于校正计算机断层摄影图像中的伪影的经修改的第二遍方法，其特别地采用宽锥角。该方法使得有利地利用了以下事实：除了用于重建第一图像的数据之外，还可以定期地采集额外的数据。因此，例如，在纯轴向灌注扫描之前，可以执行螺旋原生扫描，其覆盖比实际扫描更大部分的解剖结构。因此，由这种扫描产生的图像可以包含不能从纯轴向灌注扫描完全恢复的关于解剖、伪影诱发结构的信息。来自先前扫描的这些图像可以被用作第二遍方法的额外的输入，以改善锥形束伪影的估计。而且，在前瞻性门控心脏扫描中，通常可以例如由于心脏相位容差而采集比绝对必要的更多的投影数据，这可以被有利地探索以改善如本领域已知的第二遍方法。

7、根据本发明，第一数据集包括用于重建要成像的对象的第一图像的数据。该第一图像可以是患者的解剖结构的三维重建。然而，该第一图像可以包括例如由于射束硬化效应引起的伪影，其导致对象的干扰图像，从而阻止医师对图像的清楚分析。因此，第二数据子集用于重建第二图像。除了第一数据子集之外还可以采集该第二数据子集，或该第二子集可以是采集的不用于重建第一图像的额外的数据，并且根据成像方法单独或与第一数据子集结合用于重建第二图像。该额外的数据可以包括未被包括在第一数据子集中的要成像的对象上的信息。然而，可以存在被包括在第一数据子集中以及第二数据子集中的可用的投影数据。第二数据子集的投影数据的至少一部分未被包括在所述第一数据子集中，并且不用于重建所述第一图像。因此，根据第二数据子集重建的第二图像可以提供关于要成像的对象的更详细的信息，特别是关于伪影诱发结构的存在和位置的更详细的信息。这些伪影诱发结构可以是相对于x射线辐射具有高吸收密度的结构，并且特别是要成像的对象的在计算机断层摄影装置的轴向方向上具有吸收密度的高梯度的区域。该轴向方向可以由x射线阳极和x射线探测器的旋转轴限定。通过利用第二图像作为输入图像执行第二遍校正方法，可以实现对伪影的改善的且更详细的校正。因此，根据本发明的方法可以提供第一图像中描绘的伪影的更好减少。

8、与如本领域已知的第二遍方法相比，可以识别出通过所提出的解决方案克服的一些主要问题。第二遍方法的输入图像不再是从确切地包含要被去除的那些伪影的图像导出的。所提出的方法旨在提供与第一遍相比具有更少伪影的更好的第二遍输入图像。因此，本发明通过利用在实际扫描期间或之前采集的额外的采集数据(其通常具有比必要的更多的投影数据)来提出经改善的第二遍伪影估计方法。本发明提出使用来自先前扫描的图像作为第二遍方法的额外的输入，以改善锥形束伪影的估计。

9、在本发明的实施例中，所述第二数据子集包括来自未被包括在所述第一数据子集中的所述对象的区域的投影数据，或者所述第二数据子集包括来自未被包括在所述第一数据子集中的投影方向的所述对象的投影数据。

10、来自未被包括在所述第一数据子集中的所述对象的区域的投影数据可以是例如覆盖图像的更大视场的数据。因此，例如，第二数据子集在平行于计算机断层摄影装置的旋转轴的z方向上的范围可以更大。备选地，第二数据子集可以包括来自额外的投影方向的投影数据。这些投影方向可以例如包括覆盖大于180°的范围的投影角度。

11、在本发明的实施例中，所述第二遍伪影减少方法包括以下步骤：确定所述输入图像中的伪影诱发结构；将所述伪影诱发结构前向投影到前向投影数据中；使用所述前向投影数据来重建伪影图像；将所述伪影图像与所述伪影诱发结构的低通滤波图像进行组合，从而生成校正图像；并且将所述校正图像与所述第一图像进行组合，从而减少所述第一图像中的伪影。

12、因此，根据第二数据子集重建的第二图像被用作用于第二遍伪影减少方法的输入图像。通过将阈值应用于输入图像，可以确定伪影诱发结构。这些伪影诱发结构被前向投影，从而得到当对仅包括伪影诱发结构的体模进行成像时将已经由计算机断层摄影装置检测到的虚拟投影数据。处理这些虚拟投影数据，以便例如通过滤波反投影来重建伪影诱发结构的图像。因此，除了重建伪影诱发结构之外，该重建图像还包括由伪影诱发结构诱发的伪影。通过将该伪影图像与伪影诱发结构的图像的低通滤波数据进行组合，可以隔离伪影。优选地在对比度的适当配准和调节之后，可以从第一图像中减去仅包括伪影的该校正图像。因此，可以提供描绘要成像的对象的第一图像的高质量图像，而不会由于伪影而劣化。备选地，根据输入图像计算轴向方向上的梯度图像，并且对梯度图像执行阈值化，从而仅保持高于阈值的大梯度。在阈值化之后，可以在轴向方向上执行积分，并且结果可以用作针对第二遍方法的输入。使用没有轴向区分的输入图像可以在原始的第二遍方法中完成，并且可能需要使用一个或多个阈值的组织分类、可能以及最佳组织吸收值的基于图像的确定，这取决于分类。

13、在本发明的实施例中，所述伪影诱发结构包括在平行于所述计算机断层摄影装置的旋转轴的方向上的高吸收密度梯度。

14、计算机断层摄影装置的旋转轴由x射线源和x射线探测器围绕该轴的旋转限定。特别是在锥形束ct中，对象的材料在平行于旋转轴的方向上的x射线吸收的高梯度可能导致图像中的伪影。特别地，如果包括高密度梯度的结构在x射线成像装置的覆盖范围(特别是轴向覆盖范围)的边界区域中或超出该边界区域，则可能是这种情况。

15、在本发明的实施例中，所述第二遍伪影减少方法包括将所述校正图像上采样到等于所述第一图像的所述第一分辨率的分辨率的步骤。

16、校正图像可以包括与第一图像的第一分辨率不同的分辨率。因此，为了从第一图像中减去包括伪影的图像，校正图像的分辨率可以适于匹配第一图像的分辨率。

17、在本发明的实施例中，所述第二数据子集包括在脑灌注扫描之前的第二扫描中采集的数据，或者其中，所述第二数据子集包括由于门控心脏扫描中的心脏相位容差而采集的数据。

18、例如，在执行灌注扫描的情况下，在灌注扫描之前，例如，可以执行螺旋原生扫描，从而覆盖解剖结构的更大部分。因此，由这种扫描产生的图像包含不能从纯轴向灌注扫描完全恢复的关于解剖、伪影诱发结构的信息。特别是在脑灌注中，需要原生扫描作为参考扫描。此外，执行cta，其包括脑和至少部分颈部。两种扫描都以/可以以螺旋扫描模式执行，从而提供应当没有锥形束伪影、噪声更小并且最重要地可以包含超出轴向灌注扫描的轴向覆盖范围的伪影诱发结构的图像。因此，与个体时间序列灌注扫描相比，其可以更好地用作第二遍方法的输入。

19、在另一示例中，在门控心脏扫描的情况下，针对伪影的第二遍估计的输入图像可以由不是原始重建的图像的图像(心脏视场(fov)，利用频率分裂的门控重建)替换。更确切地说，其是使用所有可用数据从全fov重建获得的全fov图像。锥形束伪影也可以由初始重建的视场之外的结构创建。在这种情况下，视场可以主要指平面内视场，并且仅在很小程度上指轴向覆盖范围。在本发明的该实施例中，针对第一图像和第二图像，轴向覆盖范围可以大致相同。在有限视场之外的这些伪影诱发结构在全扫描轴向ct中可能是一个问题，并且在需要短扫描重建的心脏ct中可能甚至更糟。因此，第二遍估计的输入图像使用全扫描数据，以便最大化输入图像的z范围，从而捕获尽可能多的伪影诱发结构。

20、在本发明的实施例中，所述第二扫描是螺旋扫描。

21、在灌注扫描之前执行的第二扫描可以是螺旋扫描。因此，计算机断层摄影装置的x射线源以及x射线探测器可以在x射线源和x射线探测器的旋转移动期间沿着旋转轴移动。备选地，可以在灌注扫描之后执行第二扫描。在第二扫描中，可以特别地在旋转轴的方向(其可以是z方向)上采集包括要成像的对象的更大体积的投影数据。第二扫描可以是原生扫描。

22、在本发明的实施例中，调节所述第二图像的第二图像对比度以匹配所述第一图像的第一图像对比度。

23、为了将校正图像与第一图像组合以校正伪影，第一图像和校正图像的图像对比度必须彼此适应。因此，可以正确地补偿伪影。为了调节对比度，可以调节第一图像、第二图像以及校正图像的对比度。

24、在本发明的实施例中，所述第二图像被配准到所述第一图像。

25、第一图像和第二图像的配准对于接收第一图像中的伪影的正确相减可能是必要的。因此，第二图像的像素必须在第一图像的相应的像素的相同位置处。然而，校正图像也可以被配准到第一图像。由于颅骨是刚性结构，因此可以通过将图像中每幅中的可清楚描绘的结构彼此配准来完成初始螺旋扫描到灌注扫描的时间序列的图像中每幅的配准。假设辐射源相对于患者的头部的位置不改变，则在给定特定源位置的情况下已经估计的伪影可以被转移到具有相同的相对配置的所有图像。也就是说，理想地，到时间序列的所有图像。执行上面所示的配准，可以沿着时间序列跟踪相对的系统到患者配置，以检测由于患者运动引起的变化。每当相对配置显著改变时，可能必须重复伪影的模拟，而不是对时间序列中的每个单幅图像进行模拟。

26、在本发明的实施例中，以与所述第一图像的所述第一分辨率不同的第二分辨率来执行重建所述第二图像，或者在执行所述第二遍伪影减少方法的步骤之前，对所述第二图像进行低通滤波并且降低所述第二图像的所述第二分辨率。

27、由于涉及前向投影和滤波反投影的模拟，该方法在计算上是昂贵的。所提出的方法旨在通过利用在前瞻性门控心脏扫描或螺旋扫描中通常可用的所有数据以更低分辨率执行第二遍方法来减少计算负担。特别是在例如脑的灌注成像中，可以采集图像的时间序列，其中每幅图像需要被校正，这涉及甚至更多的计算。此外，由于因为连续扫描导致的相对低的可允许剂量，个体扫描将被噪声劣化。因此，通过以更低分辨率执行第二遍方法并并且任选地将校正图像放大到第一图像的分辨率，可以降低本发明的用于减少伪影的方法的计算成本。

28、在本发明的实施例中，对所述第一图像的所述重建和/或对所述第二图像的所述重建包括频率分裂方法。

29、另一种方法，频率分裂方法，其意味着来自比必要的180°加上扇角宽得多的角度范围的投影数据的可用性，这通常是单独由于在前瞻性地设置门控窗口时必要的相位容差引起的情况。此处，根据高通滤波投影数据并且使用用于重建精细细节的小门控窗口来重建两幅图像，并且根据低通滤波投影数据和宽门控窗口的重建理想地利用所有可用数据。该方法假设大部分锥形束伪影(特别是短扫描伪影)是相对低频的伪影，然而它们在全轴向图像的低频中不太突出。

30、根据本发明的另一方面，提供了一种用于使用第二遍伪影减少方法来减少图像中的伪影的锥形束计算机断层摄影装置。所述装置包括采集单元，所述采集单元被配置用于采集要成像的对象的投影数据，其中，所述投影数据包括要用于重建第一图像的第一数据子集和包括不用于构建所述第一图像的投影数据的第二数据子集，其中，所述第二数据子集包括未被包括在所述第一数据子集中的投影数据。所述装置还包括处理单元，所述处理单元被配置用于使用所述投影数据的所述第一数据子集来重建第一图像，被配置用于使用所述投影数据的所述第二数据子集来重建第二图像，并且被配置用于使用所述第二图像作为所述第二遍伪影减少方法的输入图像来执行所述第二遍伪影减少方法，从而减少所述第一图像中的伪影。

31、所述计算机断层摄影装置包括采集单元和处理单元。所述采集单元被配置用于采集要成像的对象的投影数据。这些投影数据被划分为投影数据的第一子集和第二子集。第一子集包括对象的第一图像的实际重建所需的数据。除了第一数据子集的数据之外，还可以采集第二数据子集，并且所述第二数据子集可以包括来自要成像的对象的不同角度或不同视场的投影数据。第二数据子集可以包括所采集的额外数据，所述额外数据不用于重建第一图像，并且单独或与第一数据子集结合用于重建第二图像。所述处理单元可以被配置用于控制所述采集单元的所述数据采集，并且用于使用所述第一数据子集重建第一图像，并且使用所述第二数据子集重建第二图像。此外，所述处理单元被配置用于执行所述第二遍伪影减少方法，其中，所述第二图像被用作用于减少所述第一图像中的伪影的输入图像。

32、在本发明的实施例中，所述处理单元还被配置用于：确定所述输入图像中的伪影诱发结构；将所述伪影诱发结构前向投影到前向投影数据中；使用所述前向投影数据来重建伪影图像；将所述伪影图像与所述伪影诱发结构的低通滤波图像进行组合，从而生成校正图像；并且将所述校正图像与所述第一图像进行组合，从而减少所述第一图像中的伪影。

33、在本发明的该实施例中，所述处理单元执行减少第一图像中的伪影的方法。因此，第二图像被用作第二遍方法的输入图像。因此，将阈值应用于第二图像以确定伪影诱发结构。这些伪影诱发结构被前向投影和反向投影以得到伪影图像。通过减去先前确定的伪影诱发结构(其可以被低通滤波)，可以确定校正图像。从第一图像中减去包含伪影的校正图像，从而提供具有减少的伪影的要成像对象的图像。备选地，所述处理单元可以被配置用于根据所述输入图像计算在轴向方向上的梯度图像，并且对所述梯度图像执行阈值化，从而仅保持高于所述阈值的大梯度。在阈值化之后，可以在轴向方向上执行积分，并且结果可以用作用于第二遍方法的输入。

34、根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序单元，其当在处理单元上被运行时以指令指示所述处理单元引起根据前述实施例中的任一项的方法。

35、所述计算机程序单元可以在一个或多个处理单元上执行，所述一个或多个处理单元被指示为引起用于使用第二遍伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影的方法。

36、优选地，所述程序单元被存储在计算机断层摄影装置中以用于使用第二遍伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影，并且执行该程序单元的处理单元是所述装置的一部分。

37、计算机程序单元可以是计算机程序的一部分，但是它本身也可以是整个程序。例如，所述计算机程序单元可以用于更新已经存在的计算机程序以实现本发明。

38、所述计算机程序单元可以被存储在计算机可读介质上。计算机可读介质可以被视为存储介质，诸如例如usb棒、cd、dvd、数据存储设备、硬盘或如上所述的程序单元可以存储在其上的任何其他介质。

39、根据本发明的另一方面，提供了一种被配置用于运行根据前述实施例的计算机程序单元的处理单元。

40、所述处理单元可以分布在运行根据本发明的计算机程序单元的一个或多个不同设备上。

41、因此，由上述方面中的任一个提供的益处同样适用于所有其他方面，并且反之亦然。

42、在一个要点中，本发明涉及一种用于使用第二遍伪影减少方法来减少利用锥形束计算机断层摄影装置采集的图像中的伪影的方法和锥形束计算机断层摄影装置。采集对象的投影数据，其中，所述投影数据包括要用于重建第一图像的第一数据子集和包括不用于构建所述第一图像的投影数据的第二数据子集，其中，所述第二数据子集包括未被包括在所述第一数据子集中的投影数据。分别使用所述第一数据子集和所述第二数据子集来重建第一图像和第二图像。使用所述第二图像作为所述第二遍伪影减少方法的输入图像来执行所述第二遍伪影减少方法，从而减少所述第一图像中的伪影。

43、以上方面和实施例将根据下文描述的示例性实施例变得显而易见，并且将参考下文描述的示例性实施例得到阐述。本发明的示例性实施例将在下文中参考以下附图进行描述：