針對(duì)使用幾何配置匹配的坐標(biāo)網(wǎng)格的x 射線圖像重建的偽影降低的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理X射線設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)的方法、計(jì)算機(jī)程序以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，并且涉及X射線設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線斷層合成(tomosynthesis)是在許多臨床應(yīng)用中的新興模態(tài)，其相比于常規(guī)投影視圖展示出，例如在乳房攝影成像中的微鈣化和病變的更好的可視化。
[0003]X射線斷層合成可以被看作特殊種類的X射線成像技術(shù)，其中，針對(duì)感興趣對(duì)象，例如乳房，來自在受限的視角范圍內(nèi)的不同視角的受限的數(shù)量的投影圖像被采集。根據(jù)此，三維圖像然后被計(jì)算。然而，受限的視角范圍可以導(dǎo)致不佳的z分辨率。所述方法因此常常被稱為“2+1/2維”而非完全三維成像技術(shù)。
[0004]例如，TO 2012001572 Al示出了斷層合成系統(tǒng)。
[0005]已經(jīng)提出了寬范圍的圖像重建技術(shù)，包括濾波反投影(FBP)或者甚至更加復(fù)雜的迭代和統(tǒng)計(jì)方法。然而，總體而言，這些方法受來自受限的角度的系統(tǒng)幾何配置的偽影的影響。在計(jì)算機(jī)斷層攝影的領(lǐng)域中已經(jīng)提出了二維去卷積，但是在超過25年之前，例如參 JaL uK.P.Dhawan, R.M.Rangayyan 和 R.Gordon:Wiener filtering for deconvolut1nof geometric artifacts in limited-view image reconstruct1n.Proc.SPIE 515，168-172(1984) ”。然而，在用于抑制計(jì)算機(jī)斷層攝影中的幾何偽影的其他方法中的進(jìn)展使得去卷積方法此后沒有繼續(xù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]能夠存在對(duì)生成具有較少偽影、較好對(duì)比度和更好的場(chǎng)深度的斷層合成圖像的需要。也能夠存在利用僅較小計(jì)算能力生成這樣的圖像的需要。
[0007]這些需要由獨(dú)立權(quán)利要求的主題滿足。另外的示范性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求和以下描述而顯而易見。
[0008]本發(fā)明的各方面涉及用于處理X射線設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明的另外的方面是當(dāng)在處理器上運(yùn)行時(shí)適于執(zhí)行所述方法的計(jì)算機(jī)程序，以及其上存儲(chǔ)有這樣的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括以下步驟:接收來自感興趣對(duì)象的多幅二維投影圖像，其中，所述投影圖像已經(jīng)通過關(guān)于不同視角發(fā)射X射線通過所述感興趣對(duì)象而被采集；關(guān)于適于所發(fā)射的X射線的幾何配置的坐標(biāo)網(wǎng)格，根據(jù)所述多幅二維投影圖像，生成三維原始圖像體積；并且通過將二維去卷積應(yīng)用到所述三維原始圖像體積的切片，來生成去卷積的三維圖像體積，其中，所述切片適于所述坐標(biāo)網(wǎng)格。
[0010]例如，可以在斷層合成期間執(zhí)行所述方法并且僅可以在受限的視角范圍內(nèi)采集受限的數(shù)量的二維投影圖像。三維原始圖像體積可以通過濾波反投影來生成，所述濾波反投影可以生成在三維原始圖像體積中的偽影(即，非奇點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù))。然而，因?yàn)榭梢躁P(guān)于幾何配置匹配的坐標(biāo)網(wǎng)格執(zhí)行濾波反投影，在坐標(biāo)系對(duì)齊的切片中的點(diǎn)的偽影可以僅位于所述切片中，并且可以通過各自的切片的二維去卷積來補(bǔ)償。當(dāng)坐標(biāo)網(wǎng)格的坐標(biāo)軸與由X射線成像系統(tǒng)生成的X射線射束對(duì)齊時(shí)，所述坐標(biāo)網(wǎng)格可以被匹配到X射線成像系統(tǒng)的幾何配置。
[0011]總體而言，基于幾何配置匹配的網(wǎng)格的對(duì)三維圖像的重建可以與二維去卷積組合以抑制偽影，從而增強(qiáng)z分辨率和/或增強(qiáng)三維圖像的質(zhì)量。去卷積的三維圖像體積可以被用作針對(duì)進(jìn)一步處理或者另外的迭代重建步驟的輸入。
[0012]本發(fā)明的另外的方面涉及X射線設(shè)備，其包括:X射線源和X射線探測(cè)器，所述X射線源和X射線探測(cè)器適于采集感興趣對(duì)象的二維投影圖像，其中，所述X射線源和/或所述X射線探測(cè)器能夠關(guān)于所述感興趣對(duì)象移動(dòng)，以關(guān)于不同視角采集二維投影圖像；以及控制器，其適于執(zhí)行如以上和以下描述的方法的步驟。
[0013]例如，所述方法和所述X射線設(shè)備可以用在通過乳房攝影斷層合成的篩查和診斷中，即，所述感興趣對(duì)象可以是乳房。
[0014]應(yīng)理解，如以上和以下描述的方法的特征可以是如以上和以下描述的X射線設(shè)備的特征，并且反之亦然。
[0015]本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)下面描述的實(shí)施例變得顯而易見，并且將參考下面描述的實(shí)施例得到闡述。
【附圖說明】
[0016]下面，參考附圖更加詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例。
[0017]圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線設(shè)備。
[0018]圖2示出了針對(duì)用于處理根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的X射線設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
[0019]圖3示意性示出了在圖2的方法期間處理的三維圖像。
[0020]圖4A和4B示出了通過利用笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)格處理的三維圖像的切片。
[0021]圖5示出了通過已經(jīng)利用錐形坐標(biāo)網(wǎng)格反投影的三維圖像的切片。
[0022]圖6示出了通過利用錐形網(wǎng)格去卷積的三維圖像的切片。
[0023]原則上，在圖中相同部分被提供有相同附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1示意性示出了 X射線設(shè)備/系統(tǒng)10，其包括X射線管/源12和X射線探測(cè)器14。X射線設(shè)備可以還包括用于控制X射線設(shè)備10的控制器16。
[0025]X射線管12和X射線探測(cè)器14可以被機(jī)械地相互連接，并且例如在控制器16的控制下，可以在受限的范圍18中關(guān)于一軸移動(dòng)，所述控制器可以經(jīng)由諸如電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來控制移動(dòng)。
[0026]X射線管12可以生成采取錐形21的形式的X射線20或X射線射束20，所述X射線或X射線射束被發(fā)射通過感興趣對(duì)象22。探測(cè)器12可以采集感興趣對(duì)象22的(原始)X射線投影圖像，所述X射線投影圖像可以由控制器16進(jìn)一步處理。
[0027]X射線設(shè)備10可以包括顯示設(shè)備24，所述顯示設(shè)備用于顯示由控制器16基于由探測(cè)器14采集的X射線圖像生成的圖像。
[0028]尤其是，X射線設(shè)備10可以是斷層合成設(shè)備/系統(tǒng)10。斷層合成是其中從多個(gè)離散視角獲取感興趣對(duì)象的多幅X射線圖像的成像技術(shù)。斷層合成不同于計(jì)算機(jī)斷層攝影，因?yàn)槭褂玫囊暯堑姆秶?8小于360°，360°用在計(jì)算機(jī)斷層攝影中。橫截面X射線圖像然后被用于重建感興趣對(duì)象22的三維圖像。
[0029]因?yàn)槭芟薜慕欠秶?8，斷層合成可以具有在X射線的方向中的受限的深度分辨率，所述方向在圖1中被指示為z方向。
[0030]圖2示出了針對(duì)用于處理X設(shè)想設(shè)備10的圖像數(shù)據(jù)的方法的流程圖。X射線設(shè)備10的控制器16可以適于執(zhí)行所述方法。例如，控制器16可以包括處理器和存儲(chǔ)器，計(jì)算程序存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，所述計(jì)算程序當(dāng)在處理器上運(yùn)行時(shí)，適于執(zhí)行如以上和以下描述的方法的步驟?？傮w而言，這樣的程序可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。
[0031]非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以是軟盤、硬盤、USB(通用串行總線)存儲(chǔ)設(shè)備、RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、R0M(只讀存儲(chǔ)器)、EPROM (可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)或者FLASH存儲(chǔ)器。易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)，其允許下載計(jì)算機(jī)程序。
[0032]返回圖2，在步驟30中，多個(gè)X射線投影圖像32由X射線管12和X射線探測(cè)器14的系統(tǒng)采集，并且被保存在控制器16的存儲(chǔ)器中。X射線投影圖像32可以在受限的范圍18中被采集并且具有受限的數(shù)量的投影圖像32。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，僅在視角的受限的角范圍18中采集多幅二維投影圖像32，所述受限的角范圍例如是小于40°，小于30°或者小于20°。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多幅二維投影圖像32包括少于30幅投影圖像32，例如少于20幅投影圖像32或者少于15幅投影圖像32。
[0035]必須注意，X射線圖像總體上可以由數(shù)字圖像數(shù)據(jù)來表示，所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在X射線設(shè)備10或者控制器16的存儲(chǔ)器中。
[0036]通常，X射線圖像包括與關(guān)于X射線的對(duì)象20的X射線的吸收有關(guān)的強(qiáng)度值。對(duì)于二維X射線圖像(例如投影圖像32)或者三維X射線圖像(例如下面提及的圖像36、40、44)均可以是這樣。
[0037]二維X射線圖像32可以包括利用二維坐標(biāo)標(biāo)記的像素和/或每個(gè)像素可以與強(qiáng)度值關(guān)聯(lián)。
[0038]在步驟30的結(jié)束中，多幅二維X射線圖像32可以被接收并存儲(chǔ)于控制器16中。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括以下步驟:從感興趣對(duì)象22接收多幅二維投影圖像32，其中，已經(jīng)通過關(guān)于不同視角發(fā)射X射線20通過感興趣對(duì)象20而采集了所述投影圖像。
[0040]在步驟34中，控制器16根據(jù)多幅二維X射線投影圖像32生成三維X射線原始圖像體積36。為了生成三維圖像體積36，適于X射線設(shè)備10的成像系統(tǒng)(X射線管12和X射線探測(cè)器14)的幾何配置的坐標(biāo)網(wǎng)格或者坐標(biāo)系被使用。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括以下步驟:關(guān)于適于發(fā)射的X射線20的幾何配置的坐標(biāo)網(wǎng)格，根據(jù)多幅二維投影圖像32來生成三維原始圖像體積36。
[0042]圖3示意性示出了在圖2的方法期間處理的三維圖像體積36。在圖3中，示出了正交(笛卡爾)坐標(biāo)網(wǎng)格/系48和幾何配置匹配的坐標(biāo)網(wǎng)格/系50。
[0043]坐標(biāo)網(wǎng)格50適于X射線設(shè)備10的X射線20的錐形21。針對(duì)增長(zhǎng)的z坐標(biāo)，x和y坐標(biāo)的單位向量相應(yīng)地增長(zhǎng)。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，坐標(biāo)網(wǎng)格50定義關(guān)于正交網(wǎng)格的錐形。
[0045]由坐標(biāo)網(wǎng)格50定義的錐形的角可以與由X射線管/源12生成的X射線的錐形21的角相同。換言之，恒定的X和I的坐標(biāo)線可以沿與被發(fā)射通過感興趣對(duì)象22的X射線匹配的線延伸。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，X射線20由點(diǎn)源12生成并且經(jīng)由錐形射束21被發(fā)射通過感興趣對(duì)象22，并且坐標(biāo)網(wǎng)格具有沿錐形射束延伸的坐標(biāo)線。
[0047]總體而言，三維X射線圖像包括利用三維坐標(biāo)標(biāo)記的體素，所述三維坐標(biāo)在當(dāng)前情況下不需要基于笛卡爾坐標(biāo)系，而是基于適于X射線設(shè)備的幾何配置的坐標(biāo)系，例如其中針對(duì)X和I的單位向量隨著增加的Z而線性增加的坐標(biāo)系。每個(gè)體素通?？梢园ㄅc關(guān)于X射線的對(duì)象20的X射線的吸收有關(guān)的強(qiáng)度值。
[0048]為了生成三維X射線圖像體積36，濾波反投影或者甚至更復(fù)雜的迭代方法可以被使用。濾波反投影是根據(jù)計(jì)算機(jī)斷層攝影公知的。然而，在計(jì)算機(jī)斷層攝影中，在圍繞感興趣對(duì)象的整個(gè)360°的視角中采集的二維圖像被使用。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，關(guān)于坐標(biāo)網(wǎng)格50通過二維投影圖像32的濾波反投影生成三維原始圖像體積36。
[0050]相比于諸如移位并且增加(SAA)的其他技術(shù)，濾波反投影通常實(shí)現(xiàn)更銳利的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)。點(diǎn)擴(kuò)散