專利名稱：校正計算機斷層造影中因過度曝光引起的圖像偽影的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在再現(xiàn)計算機斷層造影圖像時校正該圖像中由于計算機斷層造影設(shè)備的輻射檢測器的過度曝光而引起的偽影的方法。
背景技術(shù)：
在計算機斷層造影中使用平面數(shù)字檢測器來檢測x射線變得越來越普遍。適用于該用途的典型的平面數(shù)字檢測器具有14位的動態(tài)范圍。傳統(tǒng)上用于處理原始圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字圖像像素處理器將該動態(tài)范圍減小到只有12位，這比典型的在18到20位之間的傳統(tǒng)計算機斷層造影輻射檢測器的動態(tài)范圍低。
12位的動態(tài)范圍通常不足以避免二維投影圖像中的曝光過度，也就是說再現(xiàn)后的密度值(Hounsfield(亨斯費爾德)值)太小。這一負面影響尤其是可以在三維成像中見到。此外會出現(xiàn)所謂的“蓋帽偽影(capping artifact)”。蓋帽偽影的產(chǎn)生是因為即使對均勻?qū)ο髞碚f再現(xiàn)后的Hounsfield值也不會由于簡單的DC偏移而減小，但朝著對象邊緣其減小的速度會加快。在圖1中示意性地針對均勻圓柱體示出了這種現(xiàn)象。蓋帽偽影會對檢測再現(xiàn)圖像中的低對比度對象造成極大的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單而有效的校正方法，可以減少計算機斷層造影圖像中由于檢測器曝光過度而出現(xiàn)的蓋帽偽影，由此改善了圖像中的低對比度對象的分辨率并實際上提高了再現(xiàn)圖像的質(zhì)量。
上述目的按照本發(fā)明是通過用于再現(xiàn)三維CT圖像的方法來達到的，其中將加入三維圖像再現(xiàn)的每一幅二維投影圖像在任意選擇的位置上被一條實際上垂直的圖像線分開，對該投影圖像進行自動電子分析以檢測該圖像線的左側(cè)或右側(cè)或兩側(cè)是否存在缺口(clipping)。在該圖像線檢測到缺口的每一側(cè)，標識出該缺口結(jié)束處的x坐標，并自動外推出在相對于該圖像線所在的一側(cè)的上述x坐標一側(cè)的數(shù)據(jù)(灰度值)，從而消除缺口。然后將校正后的二維投影用于再現(xiàn)若不采用校正則會出現(xiàn)蓋帽偽影的三維圖像，而由于二維投影中的校正使得該蓋帽偽影被避免或?qū)嶋H上降至最少。
如果對該圖像的分析表明由于曝光過度而產(chǎn)生的缺口存在于圖像線的中心部分，如在對肺部成像時產(chǎn)生的，則平滑外推出該中心區(qū)域的灰度值。


圖1示出均勻圓柱體的亨斯費爾德(Hounsfield)值并示意性示出缺口偽影。
圖2示出用于解釋本發(fā)明方法的密度值和強度。
圖3示出圖像g(x，y，λ)沿著線j的輪廓，其中可以看見由于曝光過度產(chǎn)生的缺口。
圖4示出用于在本發(fā)明方法中估計參數(shù)ζ的正交投影的使用。
圖5示出水樣均勻圓柱體的再現(xiàn)的斷層，其中由于曝光過度產(chǎn)生缺口的投影區(qū)域沒有被校正，還示出所涉及的圖像線的輪廓、展示的缺口偽影。
圖6示出圖15所示的同一對象的采用了根據(jù)本發(fā)明的過度曝光校正的再現(xiàn)圖像，以及所涉及的圖像線的輪廓。
圖7示出CATPHAM模型的再現(xiàn)斷層，其中左側(cè)示出沒有經(jīng)過過度曝光校正的再現(xiàn)，右側(cè)示出經(jīng)過了按照本發(fā)明方法的過度曝光校正的再現(xiàn)。
具體實施例方式
圖1示意性示出削波現(xiàn)象，其中示出直徑為R的均勻圓柱體沿著x軸方向的亨斯費爾德值，縱軸顯示的是亨斯費爾德值HU。由于上面討論的過度曝光，導(dǎo)致圖像再現(xiàn)的Hounsfield值在邊緣更小，由此導(dǎo)致所涉及的線(實心曲線)相對于沒有蓋帽偽影存在的虛線展現(xiàn)出蓋帽偽影。
下面提供了用于解釋本發(fā)明方法及其在血管計算機斷層造影成像中的應(yīng)用的一般背景信息。
針對圖像再現(xiàn)算法的輸入必須是感興趣對象的線性積分 。線性積分定義如下∫μ(r-)ds=In(I0I(x,y))]]>
其中I0是沒有對象存在時的最大強度，I(x，y)是射線穿過對象之后測量的強度，如圖2示意性所示。
二維投影圖像中測量的灰度值g(x，y)和最大灰度值g0(λ)是I(x，y)和I0的函數(shù)，即g(x，y)＝f(I(x，y))g0(λ)＝f(I0)由于計算機斷層造影系統(tǒng)連續(xù)地重新調(diào)整管電壓、管電流和脈沖寬度，因此最大值g0(λ)對每個投影λ都是不同的。最大值g0(λ)通常大于可以用12位成像系統(tǒng)表示的最大值4095。因此二維投影數(shù)據(jù)組在邊緣出現(xiàn)缺口，導(dǎo)致在再現(xiàn)的三維數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生上面討論的蓋帽偽影。
這些偽影在按照本發(fā)明的方法中得到實質(zhì)性的減少或避免，其中對每個投影λ都將最大灰度值g0(λ)確定為管電壓、管電流和脈沖寬度的函數(shù)。然后如下分析圖像g(x，y，λ)。任意選擇一條垂直或基本上垂直的圖像線，如果該圖像在該圖像線的左側(cè)展現(xiàn)出缺口，則確定該缺口結(jié)束處的x坐標x0，I，如圖3所示。在x0，I的左側(cè)，圖像數(shù)據(jù)g(x，y，λ)外推如下g(x,y,λ)=g0(λ)-e-(x-x0,I)2/ζI2.[AI·(x-x0,I)+BI]]]>參數(shù)AI和BI通過要求g(x，y，z)及其在x方向上的一階導(dǎo)數(shù)都是連續(xù)的來確定，即Bl＝g0(λ)-g(x0，l，yλ)，Al＝-g′(x0，l，y，λ)，參數(shù)ζI涉及對象的尺寸并表明漸進達到最大強度g0(λ)的速度有多快。如果假設(shè)水樣的橢圓體，就可以利用正交投影來估計ζI，因為該正交投影的中心射線包含沿著期望方向的線積分，如圖4所示。
如果圖像g(x，y，λ)的分析表明在圖像線的右側(cè)存在缺口，則確定該缺口結(jié)束處的x坐標x0，r，如圖3所示。
在x0，r的右側(cè)，圖像g(x，y，λ)外推如下g(x,y,λ)=g0(λ)-e-(x-x0,r)2/ζ2r·[Ar·(x-x0,r)+Br]]]>類似于上述過程來確定參數(shù)Ar和BrBr＝g0(λ)-g(x0，r，yλ)，Ar＝-g′(x0，r，y，λ)還是利用正交投影來估計ζr。
如果例如在對肺成像時由于曝光過度而產(chǎn)生的缺口存在于圖像線的中心部分，則平滑外推出該中心區(qū)域的灰度值，因為意識到由于Shepp-Logan濾波器一階導(dǎo)數(shù)必然是連續(xù)的。
用仿真和測量的數(shù)據(jù)實施和測試了本發(fā)明的方法。
圖5示出直徑為16cm的均勻水樣圓柱體的再現(xiàn)斷層。該二維投影圖像是以Artis系統(tǒng)(Siemens公司提供到市場上的)獲取投影數(shù)據(jù)的方式來仿真的。由于過度曝光，該二維投影數(shù)據(jù)在該圓柱體的邊緣出現(xiàn)缺口。在圖5中沒有進行過度曝光校正。HU值太小并展現(xiàn)出上述蓋帽偽影(在對象中心為-20HU而不是0HU，在對象邊緣HU值減小為-80HU)。圖6示出同一個對象，但采用了按照本發(fā)明的過度曝光校正。沿著整個輪廓校正HU值。
圖7示出CATPHAN模型(低對比度CTP515個模塊)的再現(xiàn)斷層。斷層厚度選擇為10mm。該二維投影圖像在對象邊緣展現(xiàn)出由于曝光過度產(chǎn)生的缺口。左側(cè)的圖像是在沒有過度曝光校正的情況下再現(xiàn)的，其中可以在邊緣看見清楚和非對稱的HU值蓋帽。右側(cè)的圖像顯示出同一個斷層，但采用了按照本發(fā)明的過度曝光校正。蓋帽偽影大大減少。
本發(fā)明的方法實現(xiàn)了對由于檢測器過度曝光而出現(xiàn)的偽影的高效而可靠的校正，由此提高了用C臂x射線系統(tǒng)獲得的三維再現(xiàn)圖像的質(zhì)量，尤其是在出現(xiàn)低對比度分辨率的情況下，例如在血管計算機斷層造影中，并一般用于錐形光束的斷層造影。該有偽影的投影根據(jù)圖像中對象的尺寸而發(fā)展。計算負荷比較小，只涉及在再現(xiàn)之前對二維投影圖像的簡單外推。
盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以給出修正和改變，本發(fā)明意欲在本專利的范圍內(nèi)體現(xiàn)所有合理的改變和修正并恰當?shù)芈淙肫鋵Ρ绢I(lǐng)域的貢獻范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在計算機斷層造影中校正由于檢測器曝光過度而產(chǎn)生的圖像偽影的方法，包括步驟在多個由于用于產(chǎn)生二維投影圖像的輻射檢測器曝光過度而產(chǎn)生缺口的計算機斷層造影二維投影圖像的每一幅圖像中，自動電子地確定作為用于產(chǎn)生該二維投影圖像的x射線管電壓、x射線管電流和脈沖寬度的函數(shù)的最大灰度值；在每一幅所述二維投影圖像中選擇一條垂直的圖像線并自動電子地確定在該二維投影圖像中的所述圖像線的左側(cè)或右側(cè)是否存在缺口；對于存在缺口的圖像線的任何一側(cè)，參照該圖像線確定該缺口結(jié)束處的水平坐標；對于每一幅所述二維投影圖像中存在缺口的那一側(cè)，根據(jù)最大強度和該二維投影圖像中對象的尺寸用外推公式自動電子地外推出在缺口結(jié)束處的水平坐標和該二維圖像中最接近于該缺口結(jié)束處水平坐標的邊緣之間的灰度值，以獲得校正的二維投影圖像，其中缺口得到了實質(zhì)性的補償；從多個校正的二維投影圖像中再現(xiàn)出該對象的三維圖像，所述三維圖像實質(zhì)上沒有由于過度曝光而產(chǎn)生的蓋帽偽影。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于由g(x，y，λ)表示的二維投影圖像λ，在所述圖像線左側(cè)缺口結(jié)束處的水平坐標是x0，I，在所述圖像線右側(cè)缺口結(jié)束處的水平坐標是x0，r，并包括根據(jù)下式外推出在所述圖像線的左側(cè)的灰度值g(x,y,λ)=g0(λ)-e-(x-x0,l)2/ζI2·[Al·(x-x0,l)+Bl]]]>其中Bl＝g0(λ)-g(x0，l，yλ)，Al＝-g′(x0，l，y，λ)，其中g(shù)0(λ)是所述最大強度，參數(shù)ζI涉及對象的尺寸并表明在所述左側(cè)漸進達到最大強度g0(λ)的速度，以及包括根據(jù)下式外推出在所述圖像線的右側(cè)的灰度值g(x,y,λ)=g0(λ)-e-(x-x0,r)2/ζr2·[Ar·(x-x0,r)+Br]]]>其中Br＝g0(λ)-g(x0，r，yλ)，Ar＝-g′(x0，r，y，λ)，其中ζr是涉及對象尺寸的參數(shù)并表明在所述圖像線的右側(cè)漸進達到最大強度g0(λ)的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括通過對象的正交投影來估計ζl和ζr。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括另外分析每幅二維投影圖像以確定在該二維投影圖像的中心區(qū)域是否出現(xiàn)缺口，如果出現(xiàn)，則平滑外推出該中心區(qū)域的灰度值，以實質(zhì)性補償在該中心區(qū)域的所述缺口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從多個二維投影圖像中再現(xiàn)三維CT圖像的方法，其中，每一幅二維投影圖像在任意選擇的位置上被一條實際上垂直的圖像線分開，對該投影圖像進行自動電子分析以檢測該圖像線的左側(cè)或右側(cè)或兩側(cè)是否存在缺口。在該圖像線的檢測到缺口的每一側(cè)，標識出該缺口結(jié)束處的水平坐標。外推出在相對于該圖像線所在的一側(cè)的上述x坐標一側(cè)的數(shù)據(jù)(灰度值)，然后將校正后的二維投影用于再現(xiàn)若不采用校正則會出現(xiàn)蓋帽偽影的三維圖像，而由于二維投影中的校正使得該蓋帽偽影被避免或?qū)嶋H上降至最少。
文檔編號G06T5/00GK1983331SQ200610166999
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者托馬斯·布倫納, 伯恩德·施賴伯 申請人:西門子公司