用於生成感興趣區域的圖像的系統和方法

2023-10-07 10:07:09 2

專利名稱：用於生成感興趣區域的圖像的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成系統和圖像生成方法。本發明還涉及用於生成感興趣區域的圖像的對應電腦程式。
背景技術：
US 2007/0116343 Al公開了一種用於改善圖像質量的方法。分別通過應用濾波反投影方法(FBP)和迭代重建方法(IR)之一來重建樣本體積的第一圖像和第二圖像。基於將每個像元(image element)的CT值或亨氏單位(Hounsfield Unit, HU)與低和高閾值相比較的啟發式分類器，將第一圖像分割成軟組織區域和骨骼區域，兩種區域之間具有平滑過渡。可以通過對用於分割的分類器進行至少一次低通濾波來任選地計算額外的分類器。此外，如果判定第一圖像中的噪聲高，可以通過將額外的經兩次低通濾波的分類器與全局比例因子相乘來任選地計算另一額外的「按比例縮小的」分類器。然後使用一個或多個分類器之一來生成最終圖像，作為第一圖像和第二圖像的加權平均。這樣生成的最終圖像的缺點在於，基於所提供的一個或多個分類器對第一圖像和第二圖像進行加權平均仍然可能導致所生成的最終圖像的質量較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成系統，其能夠以改善的質量生成感興趣區域的圖像。本發明的另一目的是提供一種用於生成感興趣區域的圖像的對應的圖像生成方法和電腦程式。在本發明的第一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成系統，其中，該圖像生成系統包括-測量數據提供單元，其用於提供感興趣區域的測量數據以生成感興趣區域的圖像，-重建單元，其用於利用第一重建方法從測量數據重建感興趣區域的第一圖像，以及利用第二重建方法從測量數據重建感興趣區域的第二圖像，-噪聲確定單元，其用於針對第一圖像的第一像元集(imageelements)確定第一噪聲值，以及針對第二圖像的第二像元集確定第二噪聲值，以及-像元組合單元，其用於將第一像元集和第二像元集組合成形成組合圖像的組合像元集，其中，像元組合單元適於基於針對第一像元集的第一像元確定的第一噪聲值和針對第二像元集的對應第二像元確定的第二噪聲值來組合第一像元和第二像元。本發明基於如下構思如果將兩幅以不同方式重建的圖像的像元集組合成形成組合圖像的組合像元集，可以生成質量改善的感興趣區域圖像，其中，所述組合基於針對所述兩幅以不同方式重建的圖像的對應像元集所確定的噪聲值。具體而言，如果針對所述兩幅以不同方式重建的圖像的對應像元集所確定的噪聲值是不同的，可以組合對應像元集，使得例如與針對對應像元集所確定的噪聲值相比，組合像元集的組合噪聲值減小。此外，可以組合所述兩幅以不同方式重建的圖像的對應像元集，使得例如組合像元集的組合噪聲值導致組合圖像中更均勻的可見噪聲表現。於是，通過基於所確定的噪聲值適當地組合所述兩幅以不同方式重建的圖像，可以生成質量改善的組合圖像。測量數據提供單元可以是如下成像器械，諸如計算機斷層攝影(CT)掃描器、正電子發射斷層攝影(PET)掃描器、單正電子發射計算機斷層攝影(SPECT)掃描器、3D X射線掃描器、磁共振成像(MRI)系統、超聲成像(UI)系統、電阻抗斷層攝影(EIT)系統、電容斷層攝影(ECT)系統、磁感應斷層攝影(MIT)系統等。或者，它還可以是能夠經由例如直接鏈路或經由有線或無線網絡耦合到適當成像器械以從所述成像器械提供測量數據的接口。此外或備選地，測量數據提供單元還可以是能夠從「長期」存儲介質，諸如硬碟驅動器、⑶、DVD、 閃速存儲卡等接收由適當的成像器械提供的測量數據的接口。第一重建方法和第二重建方法可以是不同的重建方法，例如，第一重建方法可以是濾波反投影方法，而第二重建方法可以是迭代懲罰似然方法。或者，第一重建方法和第二重建方法可以是相同的重建方法，但可以利用不同的參數設置和/或不同預先和/或後期處理步驟來執行它們。例如，第一重建方法和第二重建方法兩者可以都是迭代懲罰似然方法，但它們每個都可以結合不同的「粗糙懲罰」，以對重建進行正則化。本文所使用的術語「感興趣區域」應當做寬泛的解釋。例如，它可以指對象，諸如患者或技術對象，或者來自其的特定部分，或者它可以泛指空間中的特定區域。本文所使用的術語「圖像」優選是指二維圖像或三維，即體圖像。當圖像為二維圖像時，它可以是一時間系列的二維圖像(常稱為圖像序列或視頻)的一部分，或者可以是三維圖像的一部分，例如切片，三維圖像繼而又也可以是一時間系列的三維圖像(常稱為四維圖像或三維圖像序列)的一部分。或者，本文所使用的術語「圖像」也可以指更高維度的圖像，諸如多頻譜或多能量圖像。本文所使用的術語「像元」優選指圖像的最小組成部分，諸如二維圖像中的像素或者三維、即體圖像中的體素。或者，該術語還可以指圖像的一組這種最小組成部分，諸如一
組像素或一組體素。當在本文說兩幅不同圖像的兩個像元是「對應」像元時，是表示兩個像元對感興趣區域的基本相同的區域成像。例如，如果兩個像元是兩幅不同三維圖像的體素，它們都與感興趣區域之內基本相同的空間位置相關。當兩幅不同圖像是兩個相應時間系列的圖像的部分時，對應的像元還與感興趣區域被成像時圖像的相同時刻相關。針對第一像元集確定的第一噪聲值優選是表徵獨立於第二像元集的噪聲的第一像元集的噪聲的噪聲值。同樣地，針對第二像元集確定的第二噪聲值優選是表徵獨立於第一像元集的噪聲的第二像元集的噪聲的噪聲值。優選地，所述噪聲確定單元適於確定針對第一像元的第一噪聲值作為第一像元的第一噪聲方差，並確定針對第二像元的第二噪聲值作為第二像元的第二噪聲方差。在概率論和統計學中，隨機變量的方差是該變量與其預計平均值的預計偏差。這樣一來，方差是對隨機變量「展開」多少的統計度量。於是，如果可以將感興趣區域的測量數據模型化為遵循給定概率分布(例如，泊松(Poisson)統計模型)的隨機變量，則能夠確定感興趣區域的重建圖像的像元集的噪聲方差，提供「不確定性度量」，亦即，重建像元的確定性如何以及它可能受到噪聲多大破壞的統計度量。結果，通過基於針對兩幅以不同方式重建的圖像的對應像元集確定的噪聲方差組合所述兩幅以不同方式重建的圖像，可以生成更確定並且受噪聲破壞更小的組合圖像。優選所述噪聲確定單元適於基於關於第一重建算法的知識確定第一像元的第一噪聲值，並基於關於第二重建算法的知識確定第二像元的第二噪聲值。當從感興趣區域的測量數據重建感興趣區域圖像時，對重建方法的特定選擇對於重建圖像中噪聲的表現發揮重要作用。例如，已知諸如迭代懲罰似然方法的統計學重建方法考慮了重建期間測量數據的統計性質；因此這種方法通常比濾波反投影方法在重建圖像中導致不同的噪聲值，已知濾波反投影方法忽略了測量數據的噪聲統計信息。於是，通過結合關於用於重建感興趣區域圖像的特定重建方法的知識，亦即，通過結合特定重建方法如何處理測量數據以便重建像元的知識，可以實現對重建圖像的像元的噪聲值的更可靠和更精確的確定。優選地，所述像元組合單元適於通過執行加權平均組合第一像元和第二像元，其中，所述加權平均包括利用第一權重對第一像元加權以及利用第二權重對第二像元加權， 並且其中，第一權重和第二權重取決於第一噪聲值和第二噪聲值。優選地，第一權重和第二權重都取決於第一噪聲值和第二噪聲值兩者。優選所述像元組合單元適於選擇第一權重和第二權重，使得與第一噪聲值和第二噪聲值中的至少一個相比，所述組合像元的組合噪聲值減小。優選地，選擇第一權重和第二權重，使得組合噪聲值小於第一噪聲值和第二噪聲值兩者。進一步優選地，選擇第一權重和第二權重，使得組合噪聲值最小化。在實施例中，所述像元組合單元適於選擇取決於a)第二噪聲值與b)第一噪聲值和第二噪聲值之和的比值的第一權重，以及取決於a)第一噪聲值與b)第一噪聲值和第二噪聲值之和的比值的第二權重。具體而言，優選根據以下方程選擇第一權重和第二權重
Tl2Th
權利要求
1.一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成系統，所述圖像生成系統包括-測量數據提供單元，其用於提供所述感興趣區域的測量數據以生成所述感興趣區域的圖像，-重建單元(12)，其用於利用第一重建方法從所述測量數據重建所述感興趣區域的第一圖像(I1)，以及利用第二重建方法從所述測量數據重建所述感興趣區域的第二圖像 (I2)，-噪聲確定單元(13)，其用於針對所述第一圖像(I1)確定第一像元集G1)的第一噪聲值㈨)，以及針對所述第二圖像(I2)的第二像元集(i2)確定第二噪聲值(n2)，以及-像元組合單元(14)，其用於將所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)組合成形成組合圖像(Ic)的組合像元集(ic)，其中，所述像元組合單元(14)適於基於針對第一像元G1)確定的第一噪聲值(Ii1)和針對第二像元(i2)確定的第二噪聲值(n2)組合所述第一像元集G1)的所述第一像元G1) 和所述第二像元集(i2)的對應第二像元(i2)。
2.根據權利要求1所述的圖像生成系統，其中，所述噪聲確定單元(13)適於針對所述第一像元G1)確定所述第一噪聲值(Ii1)作為所述第一像元(il)的第一噪聲方差(^12 )，以及針對所述第二像元(i2)確定所述第二噪聲值(n2)作為所述第二像元(i2)的第二噪聲方差(σ22)0
3.根據權利要求1所述的圖像生成系統，其中，所述噪聲確定單元(13)適於基於關於所述第一重建方法的知識針對所述第一像元G1)確定所述第一噪聲值(Ii1)，以及基於關於所述第二重建方法的知識針對所述第二像元(i2)確定所述第二噪聲值(n2)。
4.根據權利要求1所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於通過執行加權平均來組合所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)，其中，所述加權平均包括利用第一權重(W1)對所述第一像元G1)加權，以及利用第二權重(W2)對所述第二像元(i2)加權， 並且其中，所述第一權重(W1)和所述第二權重(W2)取決於所述第一噪聲值(Ii1)和所述第二噪聲值( )。
5.根據權利要求4所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於選擇所述第一權重(W1)和所述第二權重(W2)，使得與所述第一噪聲值(Il1)和所述第二噪聲值(Il2)中的至少一個相比，組合像元(ie)的組合噪聲值OO減小。
6.根據權利要求5所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於選擇取決於a)所述第二噪聲值(Ii2)與b)所述第一噪聲值(Ii1)和所述第二噪聲值(Ii2)之和的比值的所述第一權重(W1)，以及取決於a)所述第一噪聲值(Ii1)與b)所述第一噪聲值(Ii1)和所述第二噪聲值(Ii2)之和的比值的所述第二權重(W2)。
7.根據權利要求1所述的圖像生成系統，其中，所述噪聲確定單元(13)還適於針對所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)確定聯合第三噪聲值Oi1,2)，並且其中，所述像元組合單元(14)適於基於針對所述第一像元集G1)的所述第一像元G1)確定的第一噪聲值(Ii1)、針對所述第二像元集(i2)的對應第二像元(i2)確定的第二噪聲值(Il2)以及針對所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)確定的聯合第三噪聲值Oi1,2)來組合所述第一像元G1)和第二像元(i2)。
8.根據權利要求7所述的圖像生成系統，其中，所述噪聲確定單元(13)適於針對所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)確定聯合第三噪聲值Oi1,2)作為所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)的聯合噪聲協方差(ο u)。
9.根據權利要求7所述的圖像生成系統，其中，所述噪聲確定單元(13)適於基於關於所述第一重建方法和所述第二重建方法的知識針對所述第一像元G1)和所述第二像元 (I2)確定所述聯合第三噪聲值(Il1,2)。
10.根據權利要求7所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於通過執行加權平均來組合所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)，其中，所述加權平均包括利用第一權重(W1)對所述第一像元G1)加權，以及利用第二權重(W2)對所述第二像元(i2)加權， 並且其中，所述第一權重(W1)和所述第二權重(W2)取決於所述第一噪聲值00、所述第二噪聲值(n2)和所述聯合第三噪聲值Oi1,2)。
11.根據權利要求10所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於選擇所述第一權重(W1)和所述第二權重(W2)，使得與所述第一噪聲值(Ii1)和所述第二噪聲值(Il2) 中的至少一個相比，組合像元(ic)的組合噪聲值OO減小。
12.根據權利要求11所述的圖像生成系統，其中，所述像元組合單元(14)適於選擇 取決於如下表達式的所述第一權重(W1)TI1 -2nhl +TI2 ，以及取決於如下表達式的所述第二權重(W2)ηλ-2η^2+n2，其中，H1表示所述第一噪聲值，n2表示所述第二噪聲值，H1,2表示所述聯合第三噪聲值。
13.根據權利要求1所述的圖像生成系統，其中，調整所述重建單元(12)，使得所述第一重建方法是濾波反投影方法，而所述第二重建方法是迭代懲罰似然方法。
14.一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成方法，所述圖像生成方法包括如下步驟-提供所述感興趣區域的測量數據以生成所述感興趣區域的圖像， -利用第一重建方法從所述測量數據重建所述感興趣區域的第一圖像(I1),以及利用第二重建方法從所述測量數據重建所述感興趣區域的第二圖像(I2)，-針對所述第一圖像(I1)的第一像元集G1)確定第一噪聲值(Ii1)，以及針對所述第二圖像(I2)的第二像元集(i2)確定第二噪聲值( )，以及-將所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)組合成形成組合圖像(I。)的組合像元集(ic)，其中，基於針對所述第一像元集G1)的第一像元G1)確定的第一噪聲值(Ii1)以及針對所述第二像元集(i2)的對應第二像元(i2)確定的第二噪聲值( )來組合所述第一像元 (I1)和第二像元(i2)。
15.一種用於生成感興趣區域的圖像的電腦程式，所述電腦程式包括程序代碼模塊，當所述電腦程式在控制根據權利要求1所述的圖像生成系統的計算機上運行時，所
全文摘要
本發明涉及一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成系統。該圖像生成系統包括測量數據提供單元，其用於提供感興趣區域的測量數據；重建單元(12)，其用於利用第一和第二重建方法從測量數據重建感興趣區域的第一和第二圖像；噪聲確定單元(13)，其用於針對第一和第二圖像的第一和第二像元確定第一和第二噪聲值；以及像元組合單元(14)，其用於基於第一和第二噪聲值將對應的第一和第二像元組合成形成組合圖像的組合像元集。基於所確定的噪聲值組合兩幅以不同方式重建的圖像的對應像元集，可以生成質量得到改進的感興趣區域的組合圖像。
文檔編號G06T11/00GK102549616SQ201080042241
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月24日
發明者R·普羅克紹, T·克勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司