用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置的製作方法
2023-09-16 12:38:45
專利名稱：用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置、成像方法和電腦程式。本 發明還涉及用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成設備、圖像生成方法和圖像生成計算機 程序。
背景技術：
WO 2006/039809A1公開了一種適於減少重建圖像中金屬偽影的計算機斷層攝影 裝置。在輻射源和探測單元相對於患者沿著螺旋形軌跡移動的同時，探測單元採集投影數 據。重建單元從採集的投影數據重建患者的圖像，在這一重建圖像中確定產生偽影的對象， 可以將這一重建圖像視為預備圖像。將確定的產生偽影的對象正向投影到探測單元上，並 且用通過在經正向投影的產生偽影的對象之外的投影數據上進行內插來計算出的替換數 據替換位於經正向投影的產生偽影的對象之內的投影數據，由此產生經修改的投影數據。 使用經修改的投影數據重建患者的最終圖像。
使用這種計算機斷層攝影裝置具有以下缺點經修改的投影數據仍然與本該在患 者體內沒有產生偽影的對象時測得的投影數據不同，即，經修改的投影數據仍然被破壞並 因此仍然產生最終重建圖像中的偽影。發明內容
本發明的目的在於提供成像裝置、成像方法和成像電腦程式，其中減少了重建 圖像中的高密度偽影，尤其是金屬偽影。本發明的另一目的是提供對應的圖像生成設備、圖 像生成方法和圖像生成電腦程式。
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成像裝置，其 中所述成像裝置包括
-用於生成穿過所述感興趣區域的輻射的輻射源，
-用於生成探測數據的探測單元，所述探測數據取決於穿過所述感興趣區域之後 的輻射，
-移動單元，用於在生成所述探測數據的同時使所述輻射源和所述感興趣區域相 對於彼此移動，
-識別單元，用於在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高 密度區域的輻射的高密度探測數據，並用於識別取決於未穿過所述高密度區域的輻射的非 高密度探測數據，
-用於對所述探測數據進行密度加權的密度加權單元，其中至少一部分所述高密 度探測數據比所述非高密度探測數據具有更小的密度權重，
-用於從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像的重建單元。
本發明基於以下創意高密度探測數據，即因為對應輻射已經通過高密度區域而 受到破壞的探測數據，比非高密度探測數據得到更小的密度加權。於是，通過減少可能被破壞的探測數據即高密度探測數據的影響，減少了重建圖像中的高密度偽影，由此減少了重 建圖像中的高密度偽影，尤其是金屬偽影。高密度區域優選是感興趣區域之內的金屬區域。 如果帶有金屬植入物的患者位於感興趣區域之內，識別單元優選適於識別感興趣區域之內 的金屬植入物的位置、形狀和尺度。優選選擇預定義密度，使得識別單元識別取決於穿過金 屬區域的輻射的高密度探測數據以及取決於未穿過金屬區域的輻射的非高密度探測數據。
可以存在一個或幾個高密度區域，其中識別單元優選適於識別取決於穿過幾個高 密度區域中的至少一個的輻射的高密度探測數據以及取決於未穿過任何高密度區域的輻 射的非高密度探測數據。
在優選實施例中，密度加權單元適於使得所有高密度探測數據比非高密度探測數 據具有更小的密度權重。在另一優選實施例中，利用零值為至少一部分或所有高密度探測 數據進行密度加權，其中利用非零值為至少一部分或所有非高密度探測數據進行密度加 權。如果用零值為所有高密度探測數據進行密度加權，則重建單元不會使用可能被破壞的 高探測數據重建感興趣區域的圖像，由此進一步減少了重建圖像中的高密度偽影。
密度加權單元是根據對探測數據是屬於高密度探測數據還是非高密度探測數據 的識別來對探測數據加權的加權單元。對應的加權、權重和加權因子分別由密度權重、密度 加權和密度加權因子表示。
重建單元優選適於使用反向投影從經加權的探測數據重建感興趣區域的圖像。
在優選實施例中，輻射具有錐形射束的形狀。這種錐形射束形狀允許輻射高密度 區域後方的區域，即，在高密度區域的與輻射源所在位置相對的一側上的區域。於是，甚至 是高密度區域後方的區域的圖像也可以被重建單元重建。
進一步優選地，該成像裝置還包括用於對探測數據進行孔徑加權的孔徑加權單 元。優選執行該孔徑加權，使得對應於位於錐形中心的射線的探測數據比更靠周邊的射線 獲得更高的孔徑權重。具體而言，如果移動單元使得輻射源和感興趣區域相對於彼此旋 轉，與相對於錐形射束和穿過輻射源位置且旋轉軸完全位於其中的平面的相交面更位於周 邊的射線對應的探測數據比與在該相交面之內更位於中心的射線對應的探測數據獲得更 低的孔徑權重。在 P. Koken 和 M. Grass 在 3433-3448，Phys. Med. Biol. 51(2006)的文章 "Aperture weighted cardiac reconstruction for cone-beam CT，，中公開了這禾中孑L徑力口 權的更詳細描述，在此以引用的方式將其併入。孔徑加權進一步減少了在未考慮不同射線 的不同錐角的情況下會生成的偽影，於是改善了重建圖像的質量。
進一步優選地，重建單元適於執行錐形射束重建，尤其是經孔徑加權的錐形射束 重建，其中考慮了錐角方向上射線的發散，其中，例如，如果移動單元使輻射源和感興趣區 域繞著旋轉軸相對於彼此旋轉，則將錐角定義為垂直於旋轉軸且穿過輻射源位置的第一條 線和限定位於平行於或等同於由第一條線和旋轉軸限定的平面的平面之內的射線的第二 條線之間的角度。對錐角的這種考慮改善了重建圖像的質量。關於經孔徑加權的錐形射束 重建的詳細描述，參考上述Koken等人的文章。
移動單元可以適於僅移動輻射源，其中不移動感興趣區域；適於僅移動感興趣區 域，其中不移動輻射源；或適於移動輻射源和感興趣區域兩者。例如，可以繞著感興趣區域 旋轉輻射源，從而繞著感興趣區域沿圓形軌跡移動輻射源。例如，如果繞著感興趣區域旋轉 輻射源，且如果通過例如線性移動位於患者臺上的患者而線性移動感興趣區域，可以使輻射源和感興趣區域沿著螺旋形軌跡相對於彼此移動。此外，可以線性移動輻射源或感興趣 區域，使得輻射源和感興趣區域沿著線性軌跡相對於彼此移動。
進一步優選地，密度加權單元適於將所述探測數據乘以密度加權因子，密度加權 因子取決於沿著從所述輻射源到相應探測基準點的線通過所述高密度區域的線積分，其中 如果所述線積分較小，所述密度加權因子則較大。具體而言，僅高密度區域之內的值對相 應的線積分有貢獻。例如，能夠通過重建感興趣區域的預備圖像並分割該預備圖像之內的 高密度區域來確定高密度區域，其中使用圖像值，尤其是Hoimsf ield值來計算相應的線積 分。
進一步優選地，該成像裝置還包括用於確定高密度區域的高密度區域確定單元。 優選地，輻射源、探測單元和移動單元適於採集掃描圖，且高密度區域確定單元適於從掃描 圖確定高密度區域。優選地，此外，高密度確定單元進一步考慮關於感興趣區域之內對象的 典型解剖結構的知識，以確定高密度區域，尤其是高密度區域的位置、形狀和尺度。例如，可 以從不同方向採集至少兩個掃描圖，以便從這至少兩個掃描圖實現深度信息並估計高密度 區域的位置、形狀和尺度。此外，可以相對於至少兩個掃描圖配準位於感興趣區域中的對象 的模型，其中高密度區域相對於模型的位置以及高密度區域的形狀和尺度不是例如從先前 測量知道的，或因為已知高密度區域是由例如特定金屬假體的特定金屬對象形成的。進一 步優選地，高密度區域確定單元適於從所述探測數據重建感興趣區域的預備圖像並分割預 備圖像中的高密度區域，以用於確定高密度區域。
進一步優選地，識別單元適於正向投影所確定的高密度區域，並將非高密度探測 數據識別為經正向投影的高密度區域之外的探測數據，並將高密度探測數據識別為經正向 投影的高密度區域之內的探測數據。這樣能夠準確地識別高密度探測數據和非高密度探測 數據。
進一步優選地，移動單元適於使輻射源和所述感興趣區域沿著螺旋形軌跡相對於 彼此移動，其中高密度區域相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心，其中所述螺旋形軌跡 適於使得高密度區域相對於所述螺旋形軌跡中距高密度區域距離最短的盤繞部分沿縱向 位於中心。這減少了探測數據中高探測數據的比例，從而減少了相對於非高探測數據的密 度權重獲得小的密度權重或在重建中不使用的探測數據的比例，由此減少了施加於感興趣 區域上的不必要的輻射劑量，尤其是在患者位於感興趣區域之內時患者身上的不必要的輻 射劑量。
在本發明的另一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成設 備，所述探測數據取決於穿過感興趣區域之後的輻射，用於穿過感興趣區域的輻射是由輻 射源生成的，在生成探測數據時，輻射源和感興趣區域相對於彼此移動，其中所述圖像生成 設備包括
-識別單元，用於在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高 密度區域的輻射的高密度探測數據，並用於識別取決於未穿過所述高密度區域的輻射的非 高密度探測數據，
-用於對所述探測數據進行密度加權的密度加權單元，其中至少一部分所述高密 度探測數據比所述非高密度探測數據具有更小的密度權重，
-用於從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像的重建單元。
在本發明的另一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的成像方法，其 中該成像方法包括以下步驟
-由輻射源生成穿過所述感興趣區域的輻射，
-生成探測數據，所述探測數據取決於穿過所述感興趣區域之後的輻射，
-在生成所述探測數據的同時，使所述輻射源和所述感興趣區域相對於彼此移動，
-在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高密度區域的輻射 的高密度探測數據，以及取決於未穿過所述高密度區域的輻射的非高密度探測數據，
-對所述探測數據進行密度加權，其中至少一部分所述高密度探測數據比所述非 高密度探測數據具有更小的密度權重，
-從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像。
在本發明的另一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成方 法，所述探測數據取決於穿過感興趣區域之後的輻射，用於穿過感興趣區域的輻射是由輻 射源生成的，在生成探測數據時，輻射源和感興趣區域相對於彼此移動，其中所述圖像生成 方法包括如下步驟
-在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高密度區域的輻射 的高密度探測數據，並且識別取決於未穿過所述高密度區域的輻射的非高密度探測數據，
-對所述探測數據進行密度加權，其中至少一部分所述高密度探測數據比所述非 高密度探測數據具有更小的密度權重，
-從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像。
在本發明的另一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的成像計算機程 序，其中該電腦程式包括在控制如權利要求1所述的成像裝置的計算機上運行所述計算 機程序時令所述成像裝置執行如權利要求10所述的成像方法的步驟的程序代碼模塊。
在本發明的另一方面中，提供了一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成計算 機程序，其中所述電腦程式包括在計算機上運行所述電腦程式時令如權利要求9所述 的圖像生成設備執行如權利要求11所述的圖像生成方法的步驟的程序代碼模塊。
應當理解，根據權利要求1所述的成像裝置、根據權利要求9所述的圖像生成設 備、根據權利要求10所述的成像方法、根據權利要求11所述的圖像生成方法、根據權利要 求12和13所述的電腦程式具有如從屬權利要求中所限定的類似和/或等同的優選實施 例。
應當理解，本發明的優選實施例還可以是從屬權利要求與相應的獨立權利要求的 任意組合。
參考下文描述的實施例，本發明的這些和其他方面將顯而易見並得以闡明。在下 述附圖中
圖1示意性和示例性示出了用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置的實施例；
圖2到4示意性和示例性示出了不同的採集幾何結構；
圖5示例性示出了流程圖，其示出了用於生成感興趣區域的圖像的成像方法的實 施例；以及
圖6示例性示出了流程圖，其示出了用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成方法 的實施例。
具體實施方式
圖1示意性和示例性示出了用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置，在這一實施 例中為計算機斷層攝影裝置。該計算機斷層攝影裝置包括能夠圍繞旋轉軸R旋轉的掃描架 1，所述旋轉軸R平行於ζ方向延伸。將輻射源2安裝到掃描架1上，在這一實施例中，所述 輻射源2為X射線管。輻射源2設有準直器3，在這一實施例中，所述準直器從輻射源2生 成的輻射形成錐形輻射束4。所述輻射穿過檢查區5中諸如患者的對象(未示出)和感興 趣區域，在這一實施例中，所述檢查區是圓柱形的，感興趣區域優選位於對象之內。在穿過 檢查區5之後，輻射束4入射到探測單元6上，在這一實施例中，所述探測單元6包括二維 探測表面。探測單元6安裝在掃描架1上。
計算機斷層攝影裝置包括兩個電動機7、8。優選通過電動機7以恆定的但是可調 整的角速度驅動掃描架1。提供電動機8以用於使對象移位，從而使感興趣區域移位，其中， 例如布置於檢查區5中的患者臺上的患者的對象平行於旋轉軸R或ζ軸的方向。例如，由 控制單元9控制這些電動機7、8，使得輻射源2和檢查區5並且因而還和檢查區之內的感興 趣區域沿著螺旋形軌跡相對於彼此移動。但是，也可能不使對象或檢查區5移動，而只旋轉 輻射源2，即，使輻射源2相對於對象或檢查區5，即相對於感興趣區域沿著圓形軌跡移動。 此外，在另一實施例中，準直器3可以適於形成另一種射束形狀，尤其是扇形射束，並且探 測單元6可以包括探測表面，其形狀對應於該另一種射束形狀，尤其是對應於扇形射束。
在輻射源和感興趣區域的相對移動期間，探測單元6生成探測數據，在這一實施 例中探測數據為投影數據且取決於入射在探測單元6的探測表面上的輻射。因此，輻射源2 以及用於使輻射源2和感興趣區域相對於彼此移動的元件，具體而言為電動機7、8和掃描 架1，形成用於使輻射源和感興趣區域相對於彼此移動的移動單元。
將探測數據提供到圖像生成設備10，以用於從探測數據，即在這一實施例中從投 影數據生成感興趣區域的圖像。感興趣區域位於檢查區之內，優選包含對象或對象的一部 分。圖像生成設備10包括識別單元13，用於在探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定 義密度的高密度區域的輻射的高密度探測數據，並用於在探測數據中識別取決於未穿過所 述高密度區域的輻射的非高密度探測數據。圖像生成設備還包括密度加權單元14和重建 單元15，密度加權單元14用於對探測數據進行密度加權，其中至少一部分高密度探測數據 比非高密度探測數據具有更小的密度權重，重建單元15用於從經加權的探測數據重建感 興趣區域的圖像。在這一實施例中，圖像生成設備10還包括高密度區域確定單元12和孔 徑加權單元16，高密度區域確定單元12用於確定高密度區域，尤其是用於確定高密度區域 的位置、形狀和/或尺度，孔徑加權單元16用於對探測數據進行孔徑加權。
優選地，高密度區域確定單元12適於從探測數據重建感興趣區域的預備圖像並 分割該預備圖像中的高密度區域，以用於確定高密度區域。
高密度區域被定義為包括高於預定義密度的密度值的區域。例如，這個預定義密 度大於lOOOHounsfield單位，優選大於llOOHounsfield單位，進一步優選該預定義密度等 於或接近1200HOUnsfield單位。具體而言，優選選擇預定義密度，使得金屬區域包括比預定義密度更大的密度。金屬區域例如是患者頭部中的金屬植入物，例如，牙齒中的金屬填充 物。
由於在一實施例中將預備圖像用於分割預備圖像中的高密度區域，所以高密度區 域確定單元12優選適於重建質量低於最終圖像的預備圖像，S卩，例如預備圖像比最終重建 圖像具有更低的空間解析度、更小的信噪比和/或更多偽影。
例如，可以通過全局閾值化來分割圖像中的高密度區域，S卩，將特定閾值(例如 1200HU)以上的所有體素定義為屬於高密度對象，而其他不屬於。備選分割方法是k平均聚 類法，其能夠基於圖像直方圖而無需預定義的閾值來識別高密度區域。例如，在文章「Metal artifact reduction in reduction in CT using tissue-class modeling and adaptive prefiltering", M. Bal 和 L. Spies, Med. Phys.，33 (8) :2852-2859, 2006 中公開了 k 平均聚 類法，在此以引用的方式將其併入。
高密度區域確定單元12還可以適於從掃描圖中確定高密度區域。掃描圖是至少 包含感興趣區域的檢查區的投影圖像。掃描圖給出概要，通常用於規劃計算機斷層攝影掃 描，以用於在輻射源和感興趣區域相對於彼此移動時由探測單元採集探測數據。可以通過 如下方式生成掃描圖使輻射源和感興趣區域相對於彼此線性移動，例如，通過使患者所在 的患者臺線性移動，尤其是相對於不移動的輻射源沿ζ軸或旋轉軸R的方向移動。在其他 實施例中，可以通過其他方式生成掃描圖。例如，在輻射源生成低強度輻射且輻射源和感興 趣區域沿著螺旋形軌跡相對於彼此移動的同時，可以採集掃描圖探測數據。低強度輻射表 示該輻射的強度低於用於接下來生成用於重建感興趣區域的最終圖像的探測數據的輻射 的強度。掃描圖探測數據可用於重建感興趣區域的低質量圖像，可以通過低質量圖像模擬 正向投影來生成掃描圖。
如果高密度區域確定單元適於從掃描圖確定高密度區域，則優選地，此外，高密度 確定單元12適於進一步考慮關於感興趣區域之內對象的典型結構的知識，尤其是關於患 者典型解剖結構的知識，以用於確定高密度區域，尤其是高密度區域的位置、形狀和尺度。 例如，如果已知高密度區域是患者特定牙齒中的金屬填充物，且如果已知患者在患者臺上 的定位，則可以將其與掃描圖一起用於確定高密度區域。
識別單元13優選適於正向投影優選由高密度區域確定單元12確定的高密度區 域，並且將非高密度探測數據識別為經正向投影的高密度區域之外的探測數據，並將高密 度探測數據識別為經正向投影的高密度區域之內的探測數據。優選地，識別單元14適於對 探測數據進行內插。
具體而言，優選用經內插的探測數據替代高密度探測數據，其中在以下步驟中，將 這些經內插的探測數據視為高密度探測數據。在一實施例中，探測單元包括沿線布置的探 測元件。通過內插法，尤其是線性內插法，對線中位於高密度區域之內的部分計算沿這些線 的內插探測值，其中優選僅使用與必須要沿其計算內插值的相應探測單元線的部分直接相 鄰的兩個探測數據值。
密度加權單元14優選適於將探測數據乘以密度加權因子，密度加權因子取決於 沿著從輻射源2到相應探測基準點的線通過高密度區域的線積分，其中如果線積分較小， 則密度加權因子較大。具體而言，僅高密度區域之內的值對相應的線積分有貢獻。例如，如 果已經通過重建感興趣區域的預備圖像和分割該預備圖像中的高密度區域而確定了高密9度區域，則僅基於高密度區域之內的圖像值，尤其是Hounsfield值來計算線積分。
在優選實施例中，密度加權因子被設定為a I < b
Whd = · j:b< I e
其中1是通過高密度區域的線積分，且其中優選b小於c，e等於或大於c，a大於 d和1/1，且d小於a並任選小於1/1。在另一實施例中，對於所有高密度探測數據等於 零，而對於所有非高密度探測數據為非零。優選選擇值a、b、c、d、e，使得重建圖像中的高密 度偽影被進一步，尤其是最佳地減少。這可以通過選擇值a、b、C、d、e使得在對應訓練數據 集的圖像中最佳地減少尤其是消除高密度偽影來確定最佳值a、b、c、d、e從而來完成。在 優選實施例中，a等於100，b等於0.01，c等於6，d等於1/6，而e等於6。如果如方程式 (1)中那樣選擇密度加權因子％d，則非高密度探測數據優選獲得等於或大於a的密度加權 因子。
孔徑加權單元16適於對探測數據執行孔徑加權，其中，對應於相對於錐角方向在 錐形之內更靠中心的射線的探測數據比對應於在錐角方向上在錐形之內更靠周邊的射線 的探測數據獲得更大的孔徑權重。在上述Koken等人的文章中公開了這種孔徑加權的更詳 細描述，在此以引用的方式將其併入。
重建單元15適於利用錐形射束重建來重建感興趣區域的圖像，尤其是最終圖像。 錐形射束重建是一種考慮錐角方向上射線的發散的重建算法。在上述Koken等人的文章中 公開了這種錐形射束重建的示例。在其他實施例中，重建單元可以適於利用另一種重建算 法，尤其是利用另一種錐形射束重建算法來重建感興趣區域的圖像。
圖2示意性和示例性示出了用於採集探測數據的採集幾何結構，其示出了對應於 高密度探測數據的高密度射線和對應於非高密度探測數據的非高密度射線。
患者21的頭部沈位於感興趣區域之內的檢查區之內。圖2中的這些圓表示螺 旋形軌跡23，輻射源和感興趣區域沿著它相對於彼此移動。在本示例中，體素觀必須要重 建，並示出了穿過該體素觀的射線對、25。射線M已穿過高密度區域22，其可以是牙齒中 的金屬填充物。將這條射線視為高密度射線。可以將穿過體素觀但未穿過高密度區域22 的射線25視為非高密度射線，其對應於非高探測數據，而高密度射線對應於高密度探測數 據。在優選在這一實施例中被執行以重建感興趣區域的圖像的反向投影期間，高密度探測 數據比非高密度探測數據獲得更低的密度權重。具體而言，非高密度探測數據的密度權重 可以是零值，使得在重建圖像期間不考慮高密度探測數據。
圖3示意性和示例性示出了另一採集幾何結構，其中輻射源相對於感興趣區域沿 著圓形軌跡27移動。患者21位於患者臺上，使得患者的頭部沈位於感興趣區域之內。線 29表示穿過體素觀但未穿過高密度區域22的射線。這條射線為非高密度射線，其對應於 非高探測數據。虛線30表示高密度射線，其穿過體素觀和高密度區域22且對應於高密度 探測數據。
圖4示意性和示例性示出了用於採集探測數據的優選採集幾何結構，其中移動單 元使輻射源和感興趣區域沿著螺旋形軌跡23相對於彼此移動。從該螺旋形軌跡僅示出了 螺旋形軌跡23的兩個盤繞部分20，其與高密度區域22具有最短距離。在該優選採集幾何結構中，高密度區域22相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心，在這一實施例中該中心縱 軸為旋轉軸R。於是，優選地，布置對象使得例如患者牙齒中的填充物的高密度區域相對於 檢查區之內螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心。高密度區域22的位置、形狀和/或尺度可以 是事先已知的，或可以例如通過上述高密度區域確定單元確定。
在優選實施例中，尤其是具有牙齒填充物或植入物的患者的對象被定位成使得高 密度區域相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心。例如，定位患者，使得鼻子指向掃描架 1。這可以通過使患者在螺旋形軌跡的中心縱軸上方在臺上臉朝上躺著或在螺旋形軌跡中 心縱軸下方臉朝下躺著來實現。然後，如上所述通過高密度確定單元確定高密度區域。具 體而言，採集掃描圖，優選為二維掃描圖來定位高密度區域。高密度確定單元然後基於所採 集的掃描圖和患者臺的位置以及關於典型解剖結構的知識，尤其是通過估計三維空間中高 密度區域的近似位置來確定高密度區域，尤其是位置、形狀和尺度。
成像裝置，尤其是移動單元優選適於布置輻射源和感興趣區域相對於彼此沿其移 動的螺旋形軌跡，使得高密度區域的外緣，即相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心且距 該軸距離最小的高密度區域的外緣，在螺旋形軌跡23的兩個盤繞部分20的中間，即在這些 部分20上的輻射源位置的中間。如果通過這種方式相對於彼此布置螺旋形軌跡和高密度 區域，高密度區域22 「後方」的區域30得到最佳照射，同時使得以較小密度加權因子進行 密度加權的或被丟棄的射線的數目最小化。高密度區域22 「後方」的區域30是相對於螺 旋形軌跡23的盤繞部分20所在的一側位於高密度區域22相對側的區域。
這樣定位感興趣區域之內的對象，使得高密度區域相對於螺旋形軌跡的中心縱軸 偏離中心，其中螺旋形軌跡適於使得高密度區域相對於螺旋形軌跡中距高密度區域距離最 短的盤繞部分沿縱向位於中心，這樣做使得不必要的輻射最小化。優選將這樣的定位以及 由密度加權單元進行的後續密度加權、由孔徑加權單元進行的任選的孔徑加權以及由重建 單元的重建應用於可能受到金屬偽影影響的螺旋形或圓形頭/頸計算機斷層攝影掃描。
如果輻射源和感興趣區域沿著螺旋形軌跡相對於彼此移動，優選通過確定輻射源 開始發射輻射的輻射源對應最佳起動位置來實現上述螺旋形軌跡和高密度區域相對於彼 此的優選定位。如果已知輻射的錐角、螺旋形軌跡的間距，即，螺旋形軌跡兩次相鄰盤繞之 間的距離，以及高密度區域的位置，能夠容易地計算出這一最佳起動位置。高密度區域22 緊「後方」的區域是不可重建的區域。為了使這個不可重建的區域保持很小，在優選實施例 中螺旋形軌跡的間距是小的，即，如果不可重建的區域應當小於期望區域值，則必須選擇螺 旋形軌跡的間距，使得不可重建的區域不大於該期望區域值。如果採集幾何結構和高密度 區域的位置、形狀和尺度是已知的，這是容易地有可能的。
再次參考密度加權單元、孔徑加權單元和重建單元，優選在由重建單元以及任選 地還有孔徑加權單元執行的重建算法中使用π-夥伴(pi-partner)。π -夥伴是對應於位 於與必須重建的體素相交的同一直線上且沿相反方向輻射的射線。識別單元可以適於識 別高密度η-夥伴探測數據和非高密度η-夥伴探測數據，其中加權單元適於為非高密度 η-夥伴探測數據賦予比高密度η-夥伴探測數據更大的密度權重。具體而言，利用零值為 高密度η-夥伴探測數據加權，利用非零值對非高密度η-夥伴探測數據加權，即，可以丟 棄高密度η-夥伴探測數據，而不將其用於重建。
例如，在上述Koken等人的文章中公開了可由重建單元使用的利用π-夥伴的優選重建算法，在此以引用的方式將其併入。
在下文中，將參考圖5中所示的流程圖說明用於生成感興趣區域的圖像的成像方 法的實施例。
在步驟101中，尤其是患者的對象被定位於感興趣區域之內，使得高密度區域相 對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心，輻射源和感興趣區域將沿著該螺旋形軌跡相對於彼 此移動。
然後，在步驟102中，由高密度區域確定單元通過例如利用可以在步驟101之後且 在步驟102之前採集的掃描圖以及關於對象結構尤其是患者的典型解剖結構的知識來確 定高密度區域。此外，如果患者位於患者臺上，可以使用患者臺的位置來確定高密度區域。
在步驟103中，布置螺旋形軌跡，使得高密度區域相對於螺旋形軌跡的中心縱軸 偏離中心，其中螺旋形軌跡適於使得高密度區域相對於螺旋形軌跡中距高密度區域距離最 短的盤繞部分沿縱向位於中心。具體而言，布置螺旋形軌跡，使得高密度區域中距螺旋形軌 跡距離最短的外緣相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心，其中螺旋形軌跡適於使得高密 度區域和/或高密度區域的這一外緣相對於螺旋形軌跡中距高密度區域的這一外緣距離 最短的盤繞部分沿縱向位於中心。如果已知輻射束的錐角和螺旋形軌跡的間距以及高密度 區域的位置，優選通過確定輻射源的最佳起動位置來執行這一操作。在步驟104中，在輻射 源沿著在步驟103中確定的螺旋形軌跡相對於感興趣區域移動時，生成探測數據，即，採集 探測數據。
在採集探測數據之後，在步驟105中，在探測數據中識別取決於已穿過高密度區 域的輻射的高密度探測數據以及取決於未穿過高密度區域的輻射的非高密度探測數據。優 選通過正向投影高密度區域並確定哪些探測數據位於經正向投影的高密度區域之內以及 哪些探測數據在經正向投影的高密度區域之外來執行這一識別。
任選地，在步驟106中，對探測數據進行內插，尤其是進行如上所述的線性內插。
在步驟107中，對探測數據進行密度加權，其中高密度探測數據中的至少一部分 比非高密度探測數據獲得更小的密度加權因子。優選地，利用零值對高密度探測數據進行 密度加權，而利用非零值對非高密度探測數據進行密度加權。
優選地，在步驟108中，進一步對經密度加權的探測數據進行孔徑加權。
在步驟109中，使用探測數據重建感興趣區域的圖像，具體而言，對探測數據進行 反向投影，其中優選使用錐形射束重建，其例如在上述Koken等人的文章中所公開的。
在下文中，將參考圖6中所示的流程圖描述用於生成感興趣區域的圖像的圖像生 成方法的實施例。
該圖像生成方法適於從探測數據生成感興趣區域的圖像，其中探測數據取決於穿 過感興趣區域之後的輻射，其中輻射是由輻射源生成的，且其中在生成探測數據的同時，輻 射源和感興趣區域相對於彼此移動。
在步驟201中，在探測數據中識別取決於穿過密度大於預定義密度的高密度區域 的輻射的高密度探測數據以及取決於未穿過高密度區域的輻射的非高密度探測數據。任選 地，在步驟202中，對探測數據進行內插，尤其是進行線性內插。在步驟203中，對探測數據 進行密度加權，其中高密度探測數據中的至少一部分比非高密度探測數據獲得更小的密度 權重。在步驟204中，優選對探測數據進行孔徑加權。在步驟205中，將探測數據用於重建感興趣區域的圖像。步驟201到205對應於步驟105到109。因此，對於步驟201到205的 更詳細描述，參考步驟105到109的以上描述。
重建圖像中的高密度偽影主要是由於不同材料對輻射的非線性衰減導致的。這一 般會導致射束硬化。由於受到這一射束硬化影響的探測數據獲得了比其他探測數據更低的 密度權重，或甚至被丟棄，因此減少了重建圖像中的高密度偽影。
儘管在上述實施例中，利用掃描圖自動探測高密度區域的位置，但也可以由用戶 確定高密度區域，該用戶觀看掃描圖上的高密度區域並能夠手工定位對象，例如患者臺上 的患者，使得高密度區域相對於中心縱軸偏離中心。此外，用戶可以指示出掃描圖上的高密 度區域，並且所指示出的高密度區域可以用於估計高密度區域的位置、形狀和/或尺度，其 中螺旋形軌跡適於使得高密度區域相對於螺旋形軌跡中距高密度區域距離最短的盤繞部 分沿縱向位於中心。
儘管在上述實施例中，通過利用掃描圖確定了高密度區域，以用於使螺旋形軌跡 適於使得高密度區域相對於螺旋形軌跡的中心縱軸偏離中心，但在其他實施例中，高密度 區域的位置、形狀和/或尺度可以從例如先前的測量已知或可以由另一種方法確定，例如 通過執行用於重建感興趣區域的預備圖像的預備探測數據的計算機斷層攝影採集，其中可 以通過在高密度區域的預備圖像中分割高密度區域來確定高密度區域。
儘管在上述實施例中，成像裝置優選是計算機斷層攝影裝置，尤其是X射線計算 機斷層攝影裝置，但在其他實施例中，可以使用其他成像裝置，例如，C形臂裝置、磁共振成 像裝置、超聲成像裝置或核成像裝置，如單光子發射計算機斷層攝影裝置或正電子發射斷 層攝影裝置。
儘管在上述實施例中，對象優選是患者的頭部且高密度區域優選是金屬填充物或 金屬植入物，但在其他實施例中，可以重建人或動物患者的另一部分的圖像，其中高密度區 域優選是患者體內的金屬元件。在另一實施例中，成像裝置可以適於對技術對象成像。
儘管在上述實施例中，輻射源和感興趣區域相對於彼此沿其移動的軌跡優選為螺 旋形軌跡，但在其他實施例中，輻射源和感興趣區域可以沿著另一種軌跡，例如沿著圓形軌 跡或沿著線性軌跡相對於彼此移動。
通過研究附圖、公開內容和所附權利要求，本領域技術人員能夠在實踐所要求保 護的本發明的過程中實現針對所公開的實施例的其他變型。
在權利要求中，「包括」 一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞「一」或「一個」不排 除多個。
單個單元或設備可以完成權利要求中記載的若干項的功能。在相互不同的從屬權 利要求中記載某些措施的事實不表示不能有利地利用這些措施的組合。
可以由任意其他數量的單元或設備執行由一個或若干個單元或設備執行的確定、 識別、計算、重建等。例如，可以由單個單元或任意其他數量的不同單元執行步驟105到109 或步驟201到205。可以將根據上述成像方法和/或圖像生成方法的識別、重建、確定、計算 等和/或成像裝置和/或圖像生成設備的控制實現為電腦程式的程序代碼模塊和/或專 用硬體。
可以將電腦程式存儲/分布在適當的介質上，例如，所述介質可以是光存儲介 質或者與其他硬體一起提供的或者作為其他硬體的部分的固態介質，但是，也可以使所述電腦程式通過其他形式分布，例如，通過網際網路或者其他有線或無線電信系統。
權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為限制其範圍。
權利要求
1.一種用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置，所述成像裝置包括-用於生成穿過所述感興趣區域的輻射的輻射源0)，-用於生成探測數據的探測單元(6)，所述探測數據取決於穿過所述感興趣區域之後 的所述輻射⑷，-移動單元(1，7，8)，其用於在生成所述探測數據的同時使所述輻射源和所述感興趣 區域相對於彼此移動，-識別單元(13)，其用於在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的 高密度區域02)的輻射04 ；30)的高密度探測數據，並用於識別取決於未穿過所述高密度 區域02)的輻射05 ；29)的非高密度探測數據，-用於對所述探測數據進行密度加權的密度加權單元(14)，其中，至少一部分所述高 密度探測數據比所述非高密度探測數據具有更小的密度權重(Whd)，-用於從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像的重建單元(15)。
2.根據權利要求1所述的成像裝置，其中，所述輻射(4)具有錐形射束的形狀。
3.根據權利要求1所述的成像裝置，其中，所述密度加權單元(14)適於將所述探測數 據乘以密度加權因子(Whd)，該密度加權因子取決於沿著從所述輻射源( 到相應探測基準 點的線通過所述高密度區域02)的線積分(1)，其中，如果所述線積分(1)較小，則所述密 度加權因子(Whd)較大。
4.根據權利要求1所述的成像裝置，其中，所述成像裝置還包括用於確定所述高密度 區域0 的高密度區域確定單元(12)。
5.根據權利要求4所述的成像裝置，其中，所述輻射源O)、所述探測單元(6)和所述 移動單元(1，7，8)適於採集掃描圖，且所述高密度區域確定單元(12)適於從所述掃描圖確 定所述高密度區域02)。
6.根據權利要求4所述的成像裝置，其中，所述高密度區域確定單元(1 適於從所述 探測數據重建所述感興趣區域的預備圖像並分割所述預備圖像中的所述高密度區域(22)， 以用於確定所述高密度區域02)。
7.根據權利要求4所述的成像裝置，其中，所述識別單元(13)適於正向投影所確定的 高密度區域(22)，將非高密度探測數據識別為經正向投影的高密度區域之外的探測數據， 並將高密度探測數據識別為經正向投影的高密度區域之內的探測數據。
8.根據權利要求2所述的成像裝置，其中，所述移動單元(1，7，8)適於使所述輻射源 (2)和所述感興趣區域沿著螺旋形軌跡相對於彼此移動，其中，所述高密度區域02) 相對於所述螺旋形軌跡的中心縱軸(R)偏離中心，其中，所述螺旋形軌跡適於使 得所述高密度區域0 相對於所述螺旋形軌跡中距所述高密度區域0 距離最短 的盤繞部分00)沿縱向位於中心。
9.一種用於從探測數據生成感興趣區域的圖像的圖像生成設備，所述探測數據取決於 穿過所述感興趣區域之後的輻射G)，用於穿過所述感興趣區域的所述輻射(4)是由輻射 源(2)生成的，在生成所述探測數據的同時，所述輻射源( 和所述感興趣區域相對於彼此 移動，其中，所述圖像生成設備(10)包括-識別單元(13)，其用於在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的 高密度區域02)的輻射04 ；30)的高密度探測數據，並用於識別取決於未穿過所述高密度2區域02)的輻射05 ；29)的非高密度探測數據，-用於對所述探測數據進行密度加權的密度加權單元(14)，其中，至少 一部分所述高密度探測數據比所述非高密度探測數據具有更小的密度權重(Whd)， -用於從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像的重建單元(15)。
10.一種用於生成感興趣區域的圖像的成像方法，所述成像方法包括以下步驟 -由輻射源O)生成穿過所述感興趣區域的輻射(4)，-生成探測數據，所述探測數據取決於穿過所述感興趣區域之後的輻射， -在生成所述探測數據的同時，使所述輻射源( 和所述感興趣區域相對於彼此移動， -在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高密度區域(22)的輻 射04 ；30)的高密度探測數據，以及取決於未穿過所述高密度區域02)的輻射05 ；29)的 非高密度探測數據，-對所述探測數據進行密度加權，其中，至少一部分所述高密度探測數據比所述非高密 度探測數據具有更小的密度權重(Whd)，-從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像。
11.一種用於從探測數據生成感興趣區域的圖像的圖像生成方法，所述探測數據取決 於穿過所述感興趣區域之後的輻射G)，用於穿過所述感興趣區域的輻射(4)是由輻射源 (2)生成的，在生成所述探測數據的同時，所述輻射源( 和所述感興趣區域相對於彼此移 動，其中，所述圖像生成方法包括以下步驟-在所述探測數據中識別取決於已穿過密度大於預定義密度的高密度區域02)的輻 射04 ；30)的高密度探測數據，並且識別取決於未穿過所述高密度區域02)的輻射05 ； 29)的非高密度探測數據，-對所述探測數據進行密度加權，其中，至少一部分所述高密度探測數據比所述非高密 度探測數據具有更小的密度權重(Whd)，-從經加權的探測數據重建所述感興趣區域的圖像。
12.一種用於生成感興趣區域的圖像的電腦程式，所述電腦程式包括在控制如權 利要求1所述的成像裝置的計算機上運行所述電腦程式時令所述成像裝置執行如權利 要求10所述的成像方法的步驟的程序代碼模塊。
13.一種用於生成感興趣區域的圖像的圖像生成電腦程式，所述電腦程式包括在 計算機上運行所述電腦程式時令如權利要求9所述的圖像生成設備執行如權利要求11 所述的圖像生成方法的步驟的程序代碼模塊。
全文摘要
本發明涉及一種用於生成感興趣區域的圖像的成像裝置。該成像裝置包括輻射源(2)、用於生成探測數據的探測單元(6)以及用於在生成探測數據的同時使所述輻射源(2)和所述感興趣區域相對於彼此移動的移動單元(1，7，8)。該成像裝置還包括識別單元(13)，用於在探測數據中識別高密度探測數據和非高密度探測數據。密度加權單元(14)對探測數據進行密度加權，其中至少一部分高密度探測數據比非高密度探測數據具有更小的密度權重，重建單元(15)從經加權的探測數據重建感興趣區域的圖像。
文檔編號A61B6/03GK102036609SQ200980118210
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月15日 優先權日2008年5月21日
發明者H·施米特, P·福斯曼, T·克勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司