用于ct 切片圖像的運動補償二次傳遞金屬偽影校正的制作方法
【專利摘要】一種用于針對圖像偽影(330)校正CT切片圖像的裝置和方法，所述圖像偽影(330)由感興趣物體(135)中的高衰減部分(140)的運動引起。所述CT切片圖像基于投影圖像(310a、310b)。所述裝置和方法使用所述投影圖像(310a、310b)中的每幅中的所述部分的足跡(315a、315b)。
【專利說明】用于CT切片圖像的運動補償二次傳遞金屬偽影校正
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的裝置，涉及一種校正橫截面切片圖像的圖像偽影的方法，涉及一種用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，涉及一種計算機(jī)產(chǎn)品以及計算機(jī)可讀介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)受心臟CT (計算機(jī)斷層攝影)檢查的越來越多的患者在其心臟中具有金屬植入物，諸如，人工心臟瓣膜、雙心室起搏器、支架、封堵器(Amplater)設(shè)備等。由于在心臟休止階段期間實施掃描，以使運動引起的圖像偽影最小化，預(yù)期門控心臟CT掃描遞送針對軟組織的良好圖像結(jié)果。很遺憾，門控窗口內(nèi)的金屬植入物的微小卻不可忽略的運動仍然會導(dǎo)致圖像偽影。在申請WO 2007060572中公開了一種心臟計算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供備選裝置和方法，以校正CT切片圖像中的偽影。
[0004]通過獨立權(quán)利要求的主題來解決本發(fā)明的目的,其中，其他實施例被并入從屬權(quán)利要求。
[0005]應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的以下描述方面同樣應(yīng)用于校正切片圖像的圖像偽影的方法，以及用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)、應(yīng)用于計算機(jī)程序元件和計算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的裝置。切片圖像基于在不同時間對物體先前拍攝的以及在所述物體的高衰減部分處于運動中時以不同角度拍攝的CT投影圖像，從而引起圖像中的偽影。所述裝置包括輸入單元、處理單元和輸出單元。輸入單元被配置為接收待要被校正的切片圖像，并且被配置為接入CT投影圖像。處理單元包括分割器單元(“分割器”)、識別器單元(“識別器”)、匹配器單元(“匹配器”)、插值器單元(“插值器”)以及切片圖像重建器單元(圖像重建器)。
[0007]分割器被配置為在切片中分割偽影區(qū)域。
[0008]識別器被配置為使用如此分割的偽影區(qū)域，以在多幅CT投影圖像中的每幅中識別對應(yīng)于偽影區(qū)域的足跡。
[0009]匹配器被配置為在多幅CT投影圖像中的每幅中將CT投影圖像中的識別的足跡與在該CT投影圖像中的匹配足跡進(jìn)行匹配。匹配足跡表示在該CT投影圖像的采集時間的部分位置。
[0010]插值器被配置為針對多幅CT投影圖像中的每幅通過使用CT投影圖像中的匹配足跡生成插值CT投影圖像，作為對該CT投影圖像中的插值的約束，以獲得多幅插值CT投影圖像。
[0011]圖像重建器被配置為使用多幅插值CT投影圖像來重建切片圖像的校正版本。
[0012] 輸出單元被配置為輸出切片圖像的校正版本。[0013]從由CT掃描器系統(tǒng)在掃描運行中獲得的CT投影圖像中先前重建校正切片圖像。
[0014]對于由CT掃描器使用的輻射(例如X射線)，高衰減部分的衰減系數(shù)比物體的剩余部分的平均衰減系數(shù)更高。范例是嵌入有機(jī)軟組織(諸如經(jīng)歷其心動周期的心臟)中的金屬部件，從而關(guān)于在掃描期間存在于心臟的導(dǎo)管引導(dǎo)線或人工心臟瓣膜而移動。
[0015]然而，這僅僅是范例，并且本發(fā)明可以用于具有高衰減部分的任何其他物體，所述高衰減部分在CT圖像采集運行期間改變位置或取向。
[0016]CT投影圖像能夠被認(rèn)為是針對由切片形成的“靶”圖像的“源圖像”。根據(jù)本發(fā)明的裝置主要在源圖像水平而不是切片圖像水平上操作。[0017]先前重建的切片圖像中的圖像偽影是使用的重建算法和在CT投影圖像采集期期間高衰減部分的運動的結(jié)果。由于裝置主要在源圖像水平上(即，在CT投影圖像上)操作，由于裝置在與切片圖像中的形變和模糊相比形變和模糊一般更不顯著的水平上操作，因此能夠獲得更徹底的校正。并非作為麻煩事的查看切片圖像中的金屬偽影(“金屬陰影”)，所述裝置利用由圖像偽影本身提供的信息來獲得高保真度的校正圖像。偽影能夠被認(rèn)為是金屬物體的“重建模塊位置”的圖像表示，即，在CT投影圖像的采集期期間部分不同位置上的時間平均的“圖像”。偽影區(qū)域定義由在采集時期假設(shè)部件所處的不同位置掃過的“劃痕”。
[0018]由CT掃描器在特定采集時間并且以特定投影角度采集投影圖像中的每幅。
[0019]CT投影圖像中的任何單個中的匹配足跡中的每個表示在特定采集時間在“真實”瞬時位置中的部分的投影。相反地，如由分割偽影區(qū)域表示的切片圖像中的金屬部分的“圖像中的位置”是明顯的“金屬物體區(qū)”。在一個實施例中，投影圖像水平上的偽影區(qū)域足跡的識別受到前向投影影響，所述前向投影是對用于來自CT投影圖像的切片圖像的先前第一傳遞重建的反向投影的逆向操作。
[0020]通過使用來自切片圖像水平的前向投影重建偽影區(qū)域的足跡的形狀，在投影圖像水平上由匹配器找到編碼真實位置的匹配足跡。
[0021]偽影區(qū)域包括表示金屬部分的切片圖像區(qū)域，但也可以包括不完全表示金屬部分而是純偽影(諸如，在投影圖像CT采集期期間由重建算法和金屬部分的運動引起的條紋、模糊和形變)的體素區(qū)域。根據(jù)一個實施例，分割器被如此配置為將分割局限到完全表示金屬部分的體素區(qū)域。
[0022]在一個實施例中，分割可以包括不被連接的子區(qū)域，即，對于分割內(nèi)的任何點對，然后接合所述對的路徑可以不保持分割區(qū)域內(nèi)的所有其長度。
[0023]在又一實施例中，分割器僅僅施行“連接區(qū)域”的繪制，即，分割內(nèi)的任何點對能夠通過路徑接合，路徑保持分割區(qū)域內(nèi)的所有其長度。
[0024]根據(jù)一個實施例，切片圖像或新切片圖像中的偽影區(qū)域表示在其運動期間所述部分隨著時間的平均位置，并且同時采集CT投影圖像，偽影區(qū)域是從切片圖像或新切片圖像的CT投影圖像中先前重建的結(jié)果。
[0025]在一個實施例中，配準(zhǔn)處理作用在投影圖像上，并且估計投影圖像中的每幅中的偽影或金屬陰影的足跡關(guān)于前向投影平均金屬陰影足跡的位移。在配準(zhǔn)處理中，前向投影金屬陰影的幾何形狀用于規(guī)范配準(zhǔn)。然后如由匹配器找到的匹配足跡編碼的移動部分的“真實”位置用于二次傳遞重建，以如此獲得切片圖像的校正版本。
[0026]根據(jù)一個實施例，通過在多幅CT投影圖像中的每幅中以插值圖像信息替換該CT投影圖像中的匹配足跡內(nèi)的圖像信息，生成多幅插值CT投影圖像?；蛘咄ㄟ^使用足跡外的平均圖像信息(像素值)獲得插值圖像信息，以如此基本上算出線的足跡的平均，并且產(chǎn)生在線不可見處的校正切片圖像。然后使用針對周圍組織的像素信息，并且選擇的圖像將呈現(xiàn)給用戶，好像其在第一地方從未包含任何金屬部件。在另一實施例中，實現(xiàn)相反的情況，也就是，之后尋找在嵌入周圍組織的金屬部分的校正對比度的更好視圖。通過利用比匹配足跡中的每個外的像素值更高或更低的像素值替換插值像素，可以實現(xiàn)校正對比度。在這種情況下，匹配足跡之內(nèi)的圖像信息被操縱，并且由校正的強(qiáng)度值替換以獲得更好的對比度。在重建中，使用豪恩斯菲爾德-比例(Hounsfield-scale)。
[0027]根據(jù)一個實施例，根據(jù)用戶請求并且先于校正圖像的插值和重建，生成新切片圖像，以作為輸入反饋到所述裝置。重建器被配置為基于多個匹配足跡來重建新切片圖像，從而在采集CT投影圖像期間補償所述部分的運動。然后輸入單元接收新近重建和運動補償?shù)那衅瑘D像，并且然后處理單元重新開始，并且處理新近重建的切片圖像，而不是先前切片圖像。
[0028]換言之，根據(jù)一個實施例，實施預(yù)處理切片圖像的預(yù)處理步驟，以獲得之后用于作為輸入反饋到裝置并且代替先前切片圖像被處理的新切片圖像。從而，能夠獲得具有更少模糊的偽影區(qū)域的校正對比度表示。
[0029]然后裝置使用該新校正對比度切片圖像作為輸入，并且對其進(jìn)行處理，以再一次獲得更好的切片圖像在校正對比度處 的校正版本。
[0030]在一個實施例中，輸出新切片圖像作為最終輸出，從而分流插值器。
[0031]在裝置中的圖像重建器能夠是專用圖像重建器，然而，在其他實施例中，先前用于獲得切片圖像的圖像構(gòu)建器也可以被用于執(zhí)行重建。在該情況下，裝置將包含適當(dāng)?shù)腁PI’s和接口模塊，以與本機(jī)圖像重建器系統(tǒng)連接。然后會需要本機(jī)圖像重建器的適當(dāng)?shù)闹匦戮幊毯团渲谩?br> [0032]總之，在一個實施例中，所述裝置提供運動補償二次傳遞金屬偽影減少方案。
[0033]在一個實施例中，裝置被應(yīng)用于預(yù)期門控心臟圖像采集。當(dāng)金屬物體保持在門控窗口內(nèi)的運動時，裝置減少在心臟掃描圖像中的偽影。裝置也可以被應(yīng)用在介入性CT過程中，以校正由移動針或?qū)Ч軐?dǎo)致的偽影。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于心臟CT成像或金屬物體，但關(guān)于包括高衰減奇點的任何解剖或非解剖物體能夠?qū)嵺`本發(fā)明，CT采集期期間所述部分正在此處移動。
[0034]定義
[0035]術(shù)語“圖像偽影”或“金屬陰影”包括呈現(xiàn)給切片圖像的觀察者的模糊、條紋和形變。
[0036]“足跡”是表示部分或者偽影的前向投影(函數(shù))圖像的投影的像素區(qū)域。
[0037]“分割”是體素或像素的區(qū)域，所述體素或像素共同定義在圖像平面的物體。然后圖像平面中的每個像素或體素能夠被認(rèn)為在物體內(nèi)或在物體外。分割也定義外輪廓、邊界，并且因此定義物體的“形狀”。
[0038]金屬物體的“運動”或“位置改變”包括其任何剛性變換，即，就位置改變而言，物體的旋轉(zhuǎn)和/或平移在投影圖像中是可辨別的。部分的運動的投影能夠被表達(dá)為穿過部分的足跡的投影圖像平面的平面內(nèi)剛性變換。【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]參考以下附圖，在下文中將描述本發(fā)明的范例性實施例，其中:
[0040]圖1示出了 CT掃描器系統(tǒng)的透視圖；
[0041]圖2示出了在側(cè)視圖中的圖1的CT掃描器系統(tǒng)的更詳細(xì)的視圖；
[0042]圖3示出了 CT切片圖像重建器的操作；
[0043]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的裝置；
[0044]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例用于校正橫截面切片圖像的圖像偽影的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0045]參考圖1，示出了范例性CT掃描器系統(tǒng)(“第三生成”)。系統(tǒng)100包括具有孔的框架102。機(jī)架120被旋轉(zhuǎn)布置在孔內(nèi)，作為剛性圓柱結(jié)構(gòu)。機(jī)架120以剛性和對立關(guān)系包括X射線管130和探測器陣列115。延伸進(jìn)機(jī)架102并且經(jīng)過機(jī)架120圓柱的中心提供檢查臺110。感興趣的物體(諸如躺在臺110上的患者的人類心臟135)被定位在機(jī)架120的中心點。心臟135合并金屬物體，諸如導(dǎo)管引導(dǎo)線140。由于心臟135和由此線140機(jī)架120的中心或“焦點”處的定位，在X射線管130和探測器陣列115之間掃描運行期間始終定位線140，同時機(jī)架120圍繞線140旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)架120中的剛性布置，X射線管130和探測器115始終是彼此對立的空間關(guān)系。CT掃描器系統(tǒng)100允許獲得穿過切片平面125穿過心臟135和線140的橫截面切片圖像。
[0046]圖2給出在側(cè)視圖中和切片圖像平面125上的平面視圖中的掃描器100的截面圖。CT掃描器系統(tǒng)100還包括工作站240、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 215、圖像重建器220和數(shù)據(jù)庫225，所述工作站240用于控制掃描器100的操作，所述數(shù)據(jù)庫225用于保存獲得的切片圖像。切片圖像可以從數(shù)據(jù)庫225中被檢索，并且通過工作站240進(jìn)行繪制，以在屏幕230
上查看。
[0047]當(dāng)機(jī)架120圍繞心臟135旋轉(zhuǎn)時，采集在不同投影角度a (“alpha”)的一系列投影圖像，當(dāng)機(jī)架120以從角度alpha到角度β (“beta”)的角度間隔旋轉(zhuǎn)時，在機(jī)架旋轉(zhuǎn)期間在不同時間處采集每幅圖像。
[0048]在圖像采集操作中，X射線源230將X射線的扇形射束投影到在機(jī)架圓柱120的對側(cè)的探測器115上。單個X射線筆形射束210a-c的聚集形成X射線的扇形射束。從X射線源130以初始強(qiáng)度發(fā)射筆形射束210a-b。當(dāng)筆形射束210a-c穿過心臟135時其被衰減，并且如此衰減的筆形射束在心臟135對側(cè)穿出心臟135，并且然后入射在探測器陣列115上。探測器元件形成探測器陣列115。在圖3中示出了范例性探測器元件115a。
[0049]每個探測器元件115a生成電流，所述電流反比于由入射到該探測器元件115a上的X射線筆形射束經(jīng)歷 的衰減。然后在DAS215處拾取和接收電流，并且由適當(dāng)?shù)腁-D轉(zhuǎn)換器將電流轉(zhuǎn)換成數(shù)值的數(shù)字值。然后針對每個探測器元件115a的數(shù)字值(“探測器原始數(shù)據(jù)”)的聚集記錄在矩陣結(jié)果中，形成數(shù)字投影圖像310a、310b，一個投影圖像310a或310b針對每個投影角度α或β。矩陣中的行和列位置i，j( “像素”)對應(yīng)于探測器陣列115中的相應(yīng)的探測器元件115a的行和列位置i，j。對于每個投影圖像310a、310b，配準(zhǔn)其采集時間和投影角度，并且然后投影圖像310a、310b的序列被存儲在數(shù)據(jù)庫225中和/或被轉(zhuǎn)遞到圖像重建器220。
[0050]圖像重建器220基于逆Radon變換使用已知的圖像重建算法來產(chǎn)生切片圖像320，所述切片圖像320示出了穿過具有線140的心臟135的圖像截面平面125的橫截面。換言之，切片圖像320是應(yīng)用到投影圖像310a、310b的序列的逆Radon變換(或其許多數(shù)值實施之一)的產(chǎn)物，一個投影圖像310a或310b針對每個投影角度α、β。然后如此重建的切片圖像320能夠被存儲在數(shù)據(jù)庫225中。
[0051]由于導(dǎo)管線140具有比周圍軟組織更高的X射線衰減系數(shù)，因此經(jīng)過線140的X射線筆形射束210b比不經(jīng)過線140但穿過周圍心臟軟組織的X射線筆形射束210a、210c衰減更多。當(dāng)心臟正經(jīng)過其心動周期時，在原位線140上傳遞運動。
[0052]在圖2示出的CT系統(tǒng)中，采用心臟預(yù)期門控成像方案。為了更好地對心臟進(jìn)行成像，當(dāng)在特定心臟周期階段中，使用適當(dāng)?shù)男碾娧b備205。圍繞心臟區(qū)域被附接至患者胸部的電極極板拾取指示電流心臟周期階段的電信號。當(dāng)感測對應(yīng)于期望心臟階段(例如心縮期或心舒期)的電信號時，然后將對應(yīng)的控制命令從ECG205發(fā)給工作站240，當(dāng)心臟處于期望心臟階段時，所述工作站240繼而控制開關(guān)X射線管130的脈沖，以剛好在正確的時間采集投影圖像“快照”。以這種方式，在期望心臟階段對于每個投影角度α采集投影圖像310a、310b，并且由于當(dāng)心臟不在靶向(休息)心臟周期或階段時，X射線源130被關(guān)閉脈沖，能夠至少部分地避免由心臟運動導(dǎo)致的嚴(yán)重圖像偽影。然而，當(dāng)機(jī)架120從一個投影角度移動到另一投影角度時，因為脈沖開關(guān)X射線管130的延遲和預(yù)期門控過程的其他缺陷，線140的輕微運動仍然保持。
[0053]參考圖3，更詳細(xì)地解釋了由于心臟運動活動CT掃描器100的操作隨著線140改變其位置。圖3的左部示出了在以投影角度α采集投影圖像310a時線140的位置(為了清晰闡述，未示出周圍心臟組織)。然后由元件115a基于入射X射線筆形射束210b的激勵生成的成比例的電信號被轉(zhuǎn)遞到DAS215，在所述DAS215處通過配準(zhǔn)針對探測器元件中的每一個的每個A-D-轉(zhuǎn)換信號組成針對角度α的投影圖像310a。由于線140具有比嵌入的心臟組織更高的衰減系數(shù)，形成或“壓印”在數(shù)字投影圖像310a上的線足跡315a。
[0054]在機(jī)架120旋轉(zhuǎn)到下個采集角度β所費的時間期間，如圖3頂部示出的，線140的位置已經(jīng)改變至圖3中的右側(cè)。當(dāng)機(jī)架120從一個投影角度α旋轉(zhuǎn)到下一個投影角度β時，假設(shè)線140在不同采集時間處于不同位置。
[0055]因此，第二投影圖像310b中的足跡315b不同于以投影角度α采集的先前投影圖像310a中的足跡315a。然后如此獲得的多個投影圖像310a、310b (每個示出了以相應(yīng)的投影圖像采集時間和投影角度的線140的真實位置的足跡315a、b或像素值壓印)被反饋到圖像重建器220。圖像重建器220通過投影將投影圖像310a、310b序列逆Radon變換為橫截面切片圖像320，所述橫截面切片圖像320表示穿過切片圖像平面125的心臟135的橫截面。由于在采集期間線140已經(jīng)改變其位置，表示線140的重建圖像區(qū)域呈現(xiàn)圍繞所述圖像區(qū)域的模糊圖像偽影330。甚至對于醫(yī)學(xué)訓(xùn)練有素的眼睛，可能難以識別圖像中的線140的真實圖像邊界。橫穿和圍 繞表示切片圖像中的重建線的圖像區(qū)域涂抹的“金屬陰影”形成偽影。在圖3中示意性地示出了偽影330。作為由運動導(dǎo)致的模糊和形變的結(jié)果，示出對應(yīng)于線140的偽影330比相應(yīng)投影圖像310a、310b中的線足跡315a、b的實際厚度厚得多。[0056]圖4示出了切片圖像校正裝置的一個實施例。所述裝置包括輸入單元或輸入接口模塊415以及輸出單元或輸出接口模塊470。裝置400還包括處理單元400，所述處理單元400包括分割器405、識別器410、匹配器415、和插值器420。也有圖像重建器430，所述圖像重建器430能夠從匹配器415或插值器420接收輸出信號。接口模塊450允許與DAS215或數(shù)據(jù)庫225連接，以檢索由于滿載偽影而待校正的圖像330。接口模塊450也被配置為接入多幅投影圖像310a、310b，先前已經(jīng)通過CT圖像重建器220使用了所述多幅投影圖像310a、310b，以重建具有偽影330的切片圖像330。
[0057]裝置部件450、405、410、415、420、430和470作為軟件例程在處理單元400上運行。然而，在備選實施例中，也預(yù)期所述裝置的分布式體系結(jié)構(gòu)，在所述分布式結(jié)構(gòu)中所有部件被連接在適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中。部件也可以被布置為專用FPGA或硬連接獨立芯片。部件可以在適當(dāng)?shù)目茖W(xué)計算平臺(諸如Matlab?成Simulink?)中被編程，并且然后當(dāng)由處理單元400調(diào)用時，可以被轉(zhuǎn)化為例如在庫中保持的和鏈接的C++或C例程。
[0058]一般來說，裝置400在接口模塊450處接收具有圖像偽影330的切片圖像320和先前用于切片320的重建的投影圖像310a、310b?；贑T投影圖像310a、310b，處理切片圖像320，并且在輸出模塊470處輸出偽影校正切片圖像。校正圖像具有移除的金屬線的表示(包括在CT采集期 間由線140運動引起的偽影)，或者因為以具有偽影減少的更高對比度示出了金屬線，改善了金屬線的表示。在一個實施例中，所述裝置也被配置為根據(jù)用戶請求，通過在預(yù)處理步驟中產(chǎn)生示出比在初始切片320中更少模糊的偽影的新切片圖像，迭代地改善在圖像330中示出的偽影的表示。然后改善的偽影切片圖像可以由用戶回顧并且一旦被核準(zhǔn)，新近預(yù)處理偽影切片圖像然后被反饋到分割器405并且由處理單元400處理，以產(chǎn)生校正切片圖像。
[0059]Μ?
[0060]具有偽影330的切片圖像320在輸入模塊450處被接收，并且被轉(zhuǎn)遞到分割器405，并且建立投影圖像310a、310b的存儲225中的位置，以使處理單元40能夠接入所述投影圖像 310a、310b。
[0061]分割器405通過使用已知分割技術(shù)(諸如灰度值強(qiáng)度閾值分割)分割圖像偽影330?；叶戎党^預(yù)定和配置閾值灰度值的每個體素被標(biāo)記，并且被認(rèn)為形成表示金屬部分140的圖像偽影區(qū)域330和/或圖像區(qū)域的部分。由于金屬線140具有比心臟組織的周圍有機(jī)材料更高的X射線衰減系數(shù)，并且包括表示線140的區(qū)域的圖像偽影區(qū)域330將比圖像的剩余部分呈現(xiàn)的更暗(或根據(jù)用于切片圖像320的顏色編碼更亮)，能夠使用閾值分害I]。由于假設(shè)線140在用于圖像330的先前圖像重建的投影圖像310a、310b的采集期期間移動，偽影區(qū)域能夠被認(rèn)為是在采集期期間線140的平均位置的圖像表示。換言之，偽影可以被認(rèn)為是在相應(yīng)的投影圖像310a、310b的單個采集時間中的任何一個處對線140的真實位置的疊加的結(jié)果。然后將編碼在由分割器405建立以屬于偽影區(qū)域330的那些體素切片中的位置的分割數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)遞到識別器410。
[0062]識別器410可以被實施為前向投影器，即，基于Radon變換的數(shù)值實施。然后識別器410使用分割數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以將組成分割偽影區(qū)域330的體素前向投影到投影圖像310a、310b中的每幅上。在數(shù)學(xué)意義上，如應(yīng)用到分割偽影區(qū)域的形成前向投影圖像的投影圖像310a,310b中的每幅中的像素的區(qū)域識別投影圖像310a、310b中的每幅中的偽影區(qū)域的足跡。如果F是前向投影函數(shù)，并且S是形成偽影區(qū)域的切片平面中的體素集，則偽影區(qū)域330足跡是函數(shù)F的圖像F(S)。通過將前向投影的行為限制到分割偽影區(qū)域330內(nèi)的體素的位掩模能夠?qū)嵤┳R別。盡管在和其本身的偽影區(qū)域僅僅存在于切片320中作為通過CT圖像重建器220的先前圖像重建的結(jié)果，以這種方式，能夠使偽影區(qū)域?qū)?yīng)于投影圖像310a、310b中的每一幅中的足跡。CT投影圖像310a、310b中的每個中的如此識別的像素區(qū)域構(gòu)成足跡，一個區(qū)域針對切片偽影區(qū)域330的每個投影圖像310a、310b。在圖3中范例性地示出了投影圖像310a的偽影330的足跡330a。然后CT投影圖像310a、310b和標(biāo)記組成相應(yīng)的識別偽影區(qū)域足跡的像素的適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)遞到匹配器415。
[0063]在每幅投影圖像310a、310b中，匹配器415將偽影區(qū)域足跡(針對圖像310a的330a)匹配到該投影圖像310a、310b中的相應(yīng)的真實線足跡315a、b。由于切片圖像中的偽影區(qū)域被認(rèn)為是線140的真實線位置和形狀(在投影視圖中)的平均位置和平均形狀的表示，能夠期望偽影區(qū)域足跡的整體形狀類似于在投影圖像310a、310b中的每幅中的真實足跡 315a、315b。
[0064]匹配器415可以被配置為實施塊匹配算法，以掃描投影圖像310a、310b中的每幅，以將識別偽影區(qū)域與相應(yīng)投影圖像310a、310b中的線足跡315a、315b匹配。匹配器415使用可選相似性量度來針對并且在每個投影310a、310b中，將該投影圖像中的偽影足跡的形狀匹配到分別存在于相應(yīng)的投影圖像310a或310b中的相應(yīng)線足跡315a或315b的形狀。例如，關(guān)于線140，期望在投影圖像310a、310b中的每一幅中識別的其偽影足跡(例如330a)具有曲線條狀形狀，但，因為模糊，條狀將比同樣的條形真實線足跡314a、314b更寬。
[0065]能夠通過表示平面內(nèi)的剛性變換的矢量和矩陣來描述相應(yīng)投影圖像310a、310b中的相對于真實線足跡315a、b的位置的偽影足跡的位置。當(dāng)應(yīng)用于真實線足跡315a時，變換將導(dǎo)致線足跡315a大體上與線偽影區(qū)域足跡330a —致(直到相似性量度)。對于其他投影圖像310a、310b中的每幅，同樣適用于其他足跡315b和相應(yīng)偽影區(qū)域足跡330b中的每個。在圖3中右側(cè)的投影圖像310的詳細(xì)視圖中，通過彎曲的雙箭頭在圖3中示意性地示出了匹配操作。然后在如此匹配的真實線足跡315a、315b的適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的坐標(biāo)描述被傳遞到插值器420。
[0066]然后插值器420利用插值替換組成真實線足跡315a、315b的像素值。使用由足跡315a、315b定義的像素區(qū)域作為對插值的約束，裝置400能夠被配置為對校正切片中的金屬線部分進(jìn)行完全平均，或生成以與初始切片相比更高對比度示出金屬線的校正切片。如果金屬部分被完全平均，插值器420使用來自真實線足跡中的每個之外的平均像素信息，以如此利用平均像素值替換線足跡內(nèi)的像素值。
[0067]根據(jù)一個實施例，通過對橫穿投影圖像平面310a、310b中的跨越線足跡315a、b的路線進(jìn)行平均來影響插值。初始地，然后在到跨越足跡區(qū)315a或315b兩側(cè)但在足跡區(qū)315a或315b之外的路線上的像素 值被平均，并且用于替換在足跡區(qū)315a或315b內(nèi)的路線上的像素值。以類似的方式通過使用沿著路線中的每個的移動平均沿著路線中的每個繼續(xù)行進(jìn)，從足跡區(qū)的邊界朝其中心，然后也分別使用足跡區(qū)315a或315b內(nèi)的先前插值像素值，成功填充足跡區(qū)315a或315b內(nèi)部的像素值。
[0068]如果要保留最終校正切片圖像中的金屬線的表示，插值器420將足跡內(nèi)的像素值重新設(shè)置到水平，以便與投影圖像中的每個中的外部區(qū)域相比，改善強(qiáng)度/對比度，并且校正物理效應(yīng)，諸如噪聲饑餓和射束硬化。然后將如此插值投影圖像轉(zhuǎn)遞到圖像重建器430。
[0069]重建器430實施前向投影器410的操作的逆操作。通過沿著直線反向投影，(初始切片320的CT掃描器系統(tǒng)100處的先前重建形成“第一傳遞”)在“二次傳遞”中，圖像重建器430將來自插值投影圖像的值重建在圖像平面上，以如此獲得校正切片圖像，然后所述校正切片圖像由輸出模塊470輸出，并且被轉(zhuǎn)遞以存儲到數(shù)據(jù)庫225。然后校正圖像可以由適當(dāng)?shù)膱D形繪制器進(jìn)行繪制，以在屏幕230上查看。
[0070]在一個實施例中，所述裝置被配置為提供例程，以通過產(chǎn)生新切片圖像來改善偽影區(qū)域330本身的表示，然后如先前描述的處理所述新切片圖像，而非初始切片圖像。換言之，首先對接收的切片圖像330進(jìn)行預(yù)處理，以產(chǎn)生在與原始切片圖像相比校正的對比度上示出偽影區(qū)域的新切片圖像，并且然后該新切片被反饋到所述裝置至分割器205，并且相對于初始切片以上述順序被處理。以這種方式生成改善的切片圖像能夠是迭代的，直到獲得滿意的切片圖像，所述滿意的切片圖像示出了具有更少模糊達(dá)到期望標(biāo)準(zhǔn)的偽影。
[0071]如果請求新切片圖像，匹配器415將具有標(biāo)記匹配線足跡315a、315b的投影圖像310a、310b轉(zhuǎn)遞到重建器430，而不是如先前描述的將投影圖像310a、310b傳遞到插值器420。然后重建器430使用由匹配器415找到的標(biāo)記真實線足跡315a、315b，以補償在投影圖像310a、310b的采集期間線140的運動。重建器430通過沿著常見坐標(biāo)系配準(zhǔn)投影圖像310a、310b，并且通過根據(jù)其采集時間布置CT投影圖像310a、310b，來實現(xiàn)補償。
[0072]然后通過使用先前配準(zhǔn)的剛性變換，重建器430從最早的投影圖像描繪足跡315a、b的明顯運動直到最后的投影圖像，所述配準(zhǔn)剛性變換描述相對于先前偽影區(qū)域足跡330的線足跡的明顯運動。當(dāng)從投影圖像310a`、310b重建改善的切片圖像時，然后如此描繪運動用于由重建器430實施的Radon變換。
[0073]并非對于基于重建的Radon變換使用直線，重建器430根據(jù)描繪運動使用替代曲線以抵消反向投影中的所述運動，從而實現(xiàn)二次傳遞運動補償。在另一實施例中，重建器430沿著直投影線進(jìn)行反投影，但根據(jù)運動使投影圖像中的每個移位，以從而同樣地實現(xiàn)二次傳遞運動補償。在一個實施例中，由匹配器415先前建立的剛性變換用于線路彎曲去和圖像平面移位操作。然后如此重建的切片圖像將示出更少模糊的偽影區(qū)域。在屏幕230上繪制之后，然后用戶能夠檢閱新切片，對于現(xiàn)在顯示的偽影區(qū)域是否滿意，如果不滿意，新切片之后被反饋到分割器405，如先前描述處理并且通過匹配器415傳遞到圖像重建器430，以如此迭代地生成進(jìn)一步改善的切片圖像。一旦用戶對改善的切片圖像滿意，然后如先前描述的處理切片圖像，并且切片圖像通過匹配器415被傳遞到插值器420，并且隨后作為最終校正圖像被輸出。
[0074]預(yù)處理也可以用作沒有插值的單機(jī)，以僅僅改善偽影表示，即，移除過度的模糊。然后跳過插值器420，并且二次傳遞運動補償重建切片被直接轉(zhuǎn)遞到輸出單元470。在這種情況下，當(dāng)裝置在該僅僅減少模糊的模式中運行時，改善的切片是最終輸出。
[0075]參考圖5，示出了一種針對圖像偽影330校正橫截面切片圖像的方法的流程圖。
[0076]在步驟S505，接收切片320和投影圖像310a、310b或參考后者的文件。
[0077]在步驟S510，分割切片圖像，以獲得分割的偽影區(qū)域。
[0078]在步驟S520中，分割的偽影區(qū)域用于在多幅投影圖像中的每幅中識別對應(yīng)于偽影區(qū)域的足跡。[0079]在步驟S530中，對于多幅投影圖像中的每幅，將相應(yīng)CT投影圖像中的識別足跡與該CT投影圖像中的匹配足跡進(jìn)行匹配。匹配足跡表示相應(yīng)CT投影圖像的采集時間處的金屬部分的位置。
[0080]在步驟S540中，對于多幅CT投影圖像中的每幅，使用由匹配足跡包圍的圖像區(qū)作為對該CT投影圖像中的插值的約束來插值圖像信息。插值導(dǎo)致多幅插值CT投影圖像。
[0081]在步驟S550中，然后對多幅如此插值的CT圖像進(jìn)行二次傳遞重建，以獲得切片圖像的校正版本。
[0082]在步驟S560中，然后輸出如此重建的切片作為切片圖像的校正版本。
[0083]在一個實施例中，方法還包括任選步驟S570，在執(zhí)行以上步驟S540和S550之前實施所述任選步驟S570。在步驟S570中，新切片圖像的重建使用投影圖像中的匹配足跡，從而以補償在CT投影圖像的采集期間所述部分的運動。
[0084]在一個實施例中，在步驟S570中重建的新切片被直接傳遞到步驟S560作為最終輸出。
[0085]應(yīng)當(dāng)理解，在上文中，線被用作在相對較低的衰減周圍的高衰減部分的范例。描述的裝置也能夠用于被嵌入到CT掃描期間移動的任何種類或單機(jī)的物體內(nèi)金屬或非金屬的任何其他部件。
[0086]根據(jù)一個實施例，重建器描繪橫穿多幅投影圖像的匹配足跡，以在投影圖像的采集期間描繪物體的運動。然后在新切片的重建中考慮描繪運動。
[0087]在本發(fā)明的另一范例性實施例中，提供一種計算機(jī)程序或計算機(jī)程序元件，其被表征為適于在適當(dāng)系統(tǒng)上執(zhí) 行根據(jù)前述實施例中的一項所述的方法的方法步驟。
[0088]因此，計算機(jī)程序元件可以被存儲在計算機(jī)單元中，其也可以是本發(fā)明的實施例的一部分。該計算單元可以適于執(zhí)行或誘導(dǎo)上述方法的步驟的執(zhí)行。而且，其可以適于操作上述裝置的部件。計算單元能夠適于自動操作和/或執(zhí)行用戶的順序。計算機(jī)程序可以被加載到數(shù)據(jù)處理器的工作內(nèi)存。由此，可以裝配數(shù)據(jù)處理器來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
[0089]本發(fā)明的這個范例性實施例涵蓋從最開始使用本發(fā)明的計算機(jī)程序和借助于將現(xiàn)有程序更新為使用本發(fā)明的程序的計算機(jī)程序。
[0090]而且，計算機(jī)程序元件能夠提供所有必要步驟，以完成上述方法的范例性實施例的過程。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的又一范例性實施例，提出一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如CD-ROM，其中，所述計算機(jī)可讀介質(zhì)具有被存儲在其上的計算機(jī)程序元件，前述章節(jié)描述了所述計算機(jī)程序元件。
[0092]計算機(jī)程序可以被存儲和/或分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，諸如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以以其他形式分布，諸如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線通信系統(tǒng)。
[0093]然而，計算機(jī)程序也可以存在于網(wǎng)絡(luò)(如萬維網(wǎng))并且能夠從這樣的網(wǎng)絡(luò)下載到數(shù)據(jù)處理器的工作內(nèi)存中。根據(jù)本發(fā)明的又一范例性實施例，提供一種用于使計算機(jī)程序元件可用于下載的介質(zhì)，所述計算機(jī)程序元件被布置為執(zhí)行根據(jù)前述本發(fā)明的實施例中的一項的方法。
[0094]必須注意，參考不同主題描述本發(fā)明的實施例。尤其，參考方法類型權(quán)利要求描述一些實施例，而參考設(shè)備類型權(quán)利要求描述其他實施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下描述中獲悉，除非另作說明，除屬于一個類型主題的特征的任意組合之外，涉及不同主題的特征之間的任意組合也被認(rèn)為是這個申請的公開。然而，能夠組合所有特征，提供比特征的簡單總和更多的協(xié)同效果。
[0095]盡管在附圖和上述描述中詳細(xì)圖示并描述了本發(fā)明，這樣的圖示和描述被認(rèn)為是圖示性或范例性的，并非限制性的。本發(fā)明不限于已公開的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附圖、公開內(nèi)容和從屬權(quán)利要求書，在實踐所主張的本發(fā)明的過程中，能夠理解和實現(xiàn)所公開實施例的其他變型。
[0096]在權(quán)利要求中，“包括” 一詞不排除其他要素或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中列舉的若干項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉的某些措施的事實不表明不能夠使用這些措施的組合來獲益。在權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)被解`釋為限制范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于針對圖像偽影校正橫截面切片圖像的裝置，所述切片圖像基于在不同時間對物體拍攝的以及在所述物體(135)的高衰減部分(140)處于運動中時拍攝的CT投影圖像(310a、310b)，所述偽影由所述運動引起，所述裝置包括: 輸入單元(450)； 處理單元(400)； 輸出單元(470)； 所述輸入單元被配置為接收所述切片圖像(320)，并且接入所述多幅CT投影圖像； 所述處理單元包括: 分割器(405)，其被配置為在所述切片中分割偽影區(qū)域(330)； 識別器(410)，其被配置為使用分割的偽影區(qū)域，以在多幅所述CT投影圖像中的每幅中識別對應(yīng)于所述偽影區(qū)域的足跡； 匹配器(415)，其被配置為在所述多幅CT投影圖像中的每幅中將所述CT投影圖像中識別的足跡匹配到該CT投影圖像中的匹配足跡(315a、315b)，所述匹配足跡表示在該CT投影圖像的采集時間處的所述部分的位置；以及 插值器(420)，其被配置為，對于所述多幅CT投影圖像中的每幅，通過使用所述CT投影圖像中的所述匹配足跡作為針對該CT投影圖像中的所述插值的約束，生成插值CT投影圖像，以獲得多幅插值CT投影圖像； 圖像重建器(430)，其被配置為使用所述多幅插值CT投影圖像來重建所述切片圖像的校正版本；` 所述輸出單元被配置為輸出所述切片圖像的所述校正版本。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述多幅插值CT投影圖像是通過在所述多幅CT投影圖像中的每幅中利用插值圖像信息替換該CT投影圖像中的所述匹配足跡內(nèi)部的圖像信息來生成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，根據(jù)用戶請求和先于所述校正圖像的所述插值和所述重建，生成新切片圖像，以作為輸入反饋到所述裝置，所述重建器被配置為基于所述多個匹配足跡來重建所述新切片圖像，從而補償在所述CT投影圖像的采集期間所述部件的運動，然后所述輸入單元接收新近重建且運動補償?shù)那衅瑘D像，然后所述處理單元重新開始，并且處理所述新近重建切片圖像，而不是所述先前切片圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，所述重建器被配置為描繪橫穿所述多幅CT投影圖像的所述匹配足跡，以描繪所述部分的運動，并且被配置為將描繪的運動用于所述新切片的所述重建，從而實現(xiàn)所述運動補償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的裝置，其中，所述識別器被實施為前向投影器，以將所述偽影區(qū)域前向投影到所述多幅CT投影圖像中的每幅上，從而識別所述偽影區(qū)域的所述足跡；以及 通過使用圖像配準(zhǔn)算法實施所述匹配器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的裝置，其中，所述切片圖像或所述新切片圖像中的所述偽影區(qū)域表示在所述部分運動期間所述部分隨著時間的平均位置，并且同時采集所述CT投影圖像，所述偽影區(qū)域是根據(jù)所述切片圖像或所述新切片圖像的所述CT投影圖像的先前重建的結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的裝置，其中，所述物體是人或動物心臟，并且通過預(yù)期門控心臟CT掃描器采集所述CT投影圖像，并且所述部分的位移發(fā)生在圖像采集門控窗口內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的裝置，其中，所述部分是金屬，并且尤其是人工瓣膜、雙心室起搏器、支架、用于支架引入的線引導(dǎo)和封堵器設(shè)備中的任何一個。
9.一種用于針對圖像偽影校正橫截面切片圖像的方法，所述切片圖像基于在不同時間對物體拍攝的以及所述物體的高衰減部分處于運動中拍攝的CT投影圖像，所述偽影由所述運動引起，所述方法包括處理步驟，所述處理步驟包括: 接收(S505)所述切片圖像和所述多幅CT投影圖像； 在所述切片中分割(S510)偽影區(qū)域； 使用分割的偽影區(qū)域，以在多幅所述CT投影圖像中的每幅中識別(S520)對應(yīng)于所述偽影區(qū)域的足跡； 在所述多幅CT投影圖像中的每幅中，將所述CT投影圖像中的識別的足跡匹配(S530)到該CT投影圖像中的匹配足跡，所述匹配足跡表示在該CT投影圖像的采集時間處所述部分的位置；以及 對于所述多幅CT投影圖像中的每幅并且在所述多幅CT投影圖像中的每幅中，插值(S540)并且使用所述相應(yīng)CT投影圖像中的所述匹配足跡作為針對所述插值的約束，以獲得多幅插值CT投影圖像； 使用所述多幅插值CT投影圖 像用于對所述切片圖像的校正版本進(jìn)行圖像重建(S550)； 輸出(S560)所述切片圖像的所述校正版本。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過在所述多幅CT投影圖像中的每幅中由插值圖像信息替換該CT投影圖像中的所述匹配足跡內(nèi)部的圖像信息來生成所述多幅插值CT投影圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，根據(jù)用于請求和先于所述校正圖像的所述插值(S540)和圖像重建(S550)，通過基于所述多個匹配足跡重建(S570)所述新切片圖像，從而補償在所述CT投影圖像的采集期間所述部分的運動，來生成新切片圖像，以作為輸入反饋到所述裝置，然后重新開始并且將所述處理步驟應(yīng)用到新近重建且運動補償?shù)那衅瑘D像，而不是所述先前切片圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，被應(yīng)用到所述新切片圖像的所述重建步驟(S570)包括描繪橫穿所述多幅CT投影圖像的所述匹配足跡，以描繪所述部分的運動，以及在針對所述新切片的重建步驟(S570)中使用所述描繪的運動，從而實現(xiàn)所述運動補償。
13.一種用于針對圖像偽影校正橫截面切片圖像的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，所述切片圖像基于在不同時間以及相對于物體的不同角度對所述物體拍攝的以及在所述物體的高衰減部分處于運動中時拍攝的CT投影圖像，所述偽影由所述運動引起，所述系統(tǒng)包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的裝置； 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其保存所述切片圖像和所述CT投影圖像。
14.一種用于控制根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項所述的裝置的計算機(jī)程序元件，當(dāng)由處理單元執(zhí)行所述計算機(jī)程序元件時，所述計算機(jī)程序元件適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9-12所述的方法步驟。
15.一種計算 機(jī)可讀介質(zhì)，已經(jīng)在其上存儲根據(jù)權(quán)利要求14所述的程序元件。
【文檔編號】A61B6/03GK103889329SQ201280052241
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24日
【發(fā)明者】M·格拉斯, H·施米特, D·舍費爾 申請人:皇家飛利浦有限公司