專利名稱：用于模擬x射線系統(tǒng)的采集劑量減少的方法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及x射線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及X射線生成技術(shù)。更具體地，涉及用于模擬X射線系統(tǒng)的采集劑量(dosage)的減少的方法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及程序單元。具體來說，本發(fā)明涉及X射線系統(tǒng)的采集劑量的減少的模擬，該模擬依賴于噪聲顏色、噪聲功率譜以及強(qiáng)度分布的其中之一。
背景技術(shù)：
通常，所采集的X射線圖像信息顯示給諸如操作者的人員，該人員使用類似X射線圖像信息的對(duì)比度、亮度以及清晰度的可調(diào)節(jié)性的后處理功能，以提供針對(duì)X射線圖像信息的描繪的個(gè)性化的優(yōu)選的外觀。這可以是例如在醫(yī)療成像應(yīng)用中、安全成像應(yīng)用中或者檢查成像應(yīng)用中的情況。根據(jù)后處理功能僅可以改變顯示X射線圖像信息的方式，而無法實(shí)際地改變采集參數(shù)，例如類似造成患者劑量的某個(gè)劑量設(shè)定。尤其在醫(yī)療成像應(yīng)用中，必·須滿足ALARA (盡可能低的合理實(shí)現(xiàn))要求，同時(shí)保持圖像質(zhì)量以及因此保持患者劑量能夠采集具有足夠細(xì)節(jié)的X射線圖像，以實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)關(guān)于所意圖應(yīng)用的X射線圖像信息。例如，在醫(yī)療成像應(yīng)用的情況下，臨床用戶可以具有一組所采集的例如患者的X射線圖像。X射線圖像可以從諸如CT系統(tǒng)的X射線成像裝置直接采集，或者可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元上的先前采集的圖像數(shù)據(jù)庫中。圖像可以存儲(chǔ)為原始圖像，即如它們被采集時(shí)的那樣，而不進(jìn)行任何進(jìn)一步的后處理。在將所采集的X射線圖像在顯示單元上顯示給操作者時(shí)，可用于類似于調(diào)節(jié)對(duì)比度、亮度和/或清晰度的改變所采集圖像信息的外觀和感覺的后處理功能是有限的，并且可能以在圖片中帶來更多的噪聲為代價(jià)。然而，這種后處理功能不會(huì)改變圖像信息本身，例如，所采集圖像信息的固有信噪比，而僅改變外觀，從而保持固有的信噪比(SNR)不變。已知的后處理功能不允許操作者進(jìn)行先驗(yàn)地估計(jì),例如,一旦減少用于采集X射線圖像的劑量設(shè)定，X射線圖像的圖像質(zhì)量將下降多少。因此，確定，尤其是模擬X射線圖像的圖像質(zhì)量作為所應(yīng)用的X射線輻射的劑量的函數(shù)是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要提供用于根據(jù)所采集的X射線圖像信息來模擬以使用特定劑量采集的X射線圖像的裝置。因此，提供根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法、用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及程序單元。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法包括提供包括第一噪聲的第一X射線圖像信息，已以第一劑量設(shè)定采集第一X射線圖像信息；提供第二劑量設(shè)定；確定噪聲差異，用以獲得以第二劑量設(shè)定采集的所模擬的第二 X射線圖像信息；以及將噪聲差異應(yīng)用于第一 X射線圖像信息，用以獲得包括第二噪聲的所模擬的第二 X射線圖像信息；其中所述噪聲差異至少部分取決于以下中的至少一個(gè)第一噪聲的著色、第一噪聲的噪聲功率譜、噪聲差異的著色、噪聲差異的功率譜、第一 X射線圖像信息的強(qiáng)度分布、以及第一 X射線圖像信息的局部強(qiáng)度分布。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括處理單元，其中處理單元適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供X射線系統(tǒng)，包括X射線生成設(shè)備、X射線探測器、以及根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；其中X射線對(duì)象可安置在X射線生成設(shè)備與X射線探測器之間；以及其中X射線生成設(shè)備和X射線探測器操作地耦合，以使得對(duì)象的X射線圖像"[目息是可獲得的。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括程序代碼，當(dāng)由處理單元執(zhí)行該程序代碼時(shí)，該程序代碼適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供程序單元，包括程序，當(dāng)由處理單元執(zhí)行該·程序時(shí)，該程序適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。本發(fā)明的一方面可以看作提供用于根據(jù)實(shí)際采集的具有不同的，例如更高的劑量設(shè)定的X射線圖像，生成具有劑量設(shè)定的X射線圖像的裝置。例如，可以模擬X射線輻射劑量的下降，以使得操作者能夠確定具有特定曝光或X射線輻射劑量的待檢查對(duì)象，例如患者，的X射線圖像的圖像質(zhì)量，而并不實(shí)際需要采用被設(shè)定至所期望劑量的X射線系統(tǒng)采集X射線圖像信息。因此可以采用高X射線輻射劑量來采集X射線圖像信息，隨后所模擬的曝光或X射線輻射劑量的減少導(dǎo)致顯示包括所減少的劑量的所模擬的X射線圖像，以確定和/或比較圖像質(zhì)量與劑量設(shè)定。關(guān)于ALARA要求，可以確定最小劑量設(shè)定，該最小劑量設(shè)定仍將提供具有足以進(jìn)行例如診斷評(píng)價(jià)的圖像質(zhì)量的X射線圖像信息。因此，不需要通過使用試錯(cuò)(trial anderror)來采集減少的劑量設(shè)定，例如通過采用減小的劑量設(shè)定來采集X射線圖像，可能導(dǎo)致X射線圖像的圖像質(zhì)量對(duì)于特定診斷目的而言太差。此外，采集多個(gè)包括單獨(dú)劑量設(shè)定的單獨(dú)的X射線圖像會(huì)是繁瑣、耗時(shí)并且可能對(duì)于活體組織有害。針對(duì)圖像信息的信噪比與曝光或患者劑量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于圖像質(zhì)量的平衡。根據(jù)本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于例如通過近來當(dāng)前現(xiàn)有的圖像采集程序從X射線系統(tǒng)獲得的X射線圖像信息，或者可以使用例如存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)庫中的患者信息和X射線圖像信息。通過使用例如來自存儲(chǔ)單元中的先前采集的X射線圖像信息，關(guān)于所期望的圖像質(zhì)量的期望的最小曝光或X射線輻射劑量可以基于關(guān)于特定臨床任務(wù)的特定患者群，該特定臨床任務(wù)例如為X射線透視圖像采集與曝光，或者腦部與腎臟圖像采集，或者可以是患者類型特定的，例如成年人與兒科。因此，本發(fā)明允許操作者模擬劑量減少。操作者可以交互地輸入新的劑量，該新的劑量將應(yīng)用于X射線圖像，例如新采集或存儲(chǔ)的圖像，或者甚至應(yīng)用于專門患者的若干圖像，或不同患者但相同臨床應(yīng)用的若干圖像，其中例如根據(jù)對(duì)于待模擬的劑量的校正的信噪比，生成模擬的X射線輻射圖像。針對(duì)圖形用戶界面，操作者可以使用患者劑量減少滑塊，同時(shí)該組劑量設(shè)定的X射線圖像顯示在例如監(jiān)視器上。因此，操作者可以以交互的、實(shí)時(shí)的方式，在改變X射線圖像信息的劑量設(shè)定的同時(shí)確定圖像質(zhì)量。
通過將噪聲增加至X射線圖像信息，可以減小信噪比。優(yōu)選地，不但可以考慮增加的噪聲的量，而且可以考慮待增加的噪聲的噪聲顏色。仍然能夠提供用于期望應(yīng)用的足夠圖像質(zhì)量的相應(yīng)的所確定的劑量設(shè)定可以存儲(chǔ)并且可以用于例如未來的圖像采集應(yīng)用。X射線圖像的信噪比的減小因此可以考慮特定噪聲顏色和/或強(qiáng)度分布，尤其是例如相對(duì)于X射線探測器的表面的X射線圖像的局部強(qiáng)度分布。噪聲顏色尤其可以理解為具有取決于頻率的覆蓋區(qū)(footprint)的噪聲。例如，量子噪聲可以包括低通結(jié)構(gòu)，例如每倍頻以_3dB下降的粉紅噪聲，或者每倍頻以-6dB下降的褐色噪聲。電噪聲可以是可與頻率無關(guān)的白噪聲形態(tài)。對(duì)于平面X射線探測器，噪聲的顏色還可以取決于探測技術(shù)，例如，具有低通形態(tài)的閃爍器，或者具有與頻率無關(guān)或白色形態(tài)的直接探測。X射線探測器甚至可以包括水平與垂直的不同噪聲顏色。因此，可以應(yīng)用取決于X射線探測器的噪聲顏色。 然而，著色的噪聲的確切形態(tài)也可以取決于劑量。因此，當(dāng)模擬不同劑量時(shí)，可以僅在信噪比的減少上使用噪聲差異，該噪聲差異可能是取決于頻率的噪聲差異。無論怎樣，信噪比是噪聲差異的一個(gè)示例。噪聲的量或者方差，即噪聲功率譜的容量，也可以取決于以nGy為單位的特定劑量設(shè)定或探測器劑量，以及信號(hào)高度或信號(hào)幅度，例如分別具有關(guān)于X射線探測器的表面以及各個(gè)X射線探測單元像素的強(qiáng)度分布或局部強(qiáng)度。在現(xiàn)實(shí)的臨床圖像中，采集的X射線圖像的所有灰度級(jí)可以認(rèn)為實(shí)際上對(duì)應(yīng)于被施加至X射線圖像探測器的各個(gè)像素單元的不同的探測器劑量。因此，噪聲方差可以認(rèn)為在圖像上以明確的方式改變。因此，由于每個(gè)灰度級(jí)對(duì)應(yīng)于不同的探測器劑量，與探測器劑量相關(guān)聯(lián)的各自的噪聲顏色或噪聲功率譜可以是不同的。因此，在考慮X射線圖像的強(qiáng)度分布或局部強(qiáng)度時(shí)，可以理解為使用取決于劑量的噪聲顏色或取決于劑量的噪聲功率譜時(shí)，尤其是關(guān)于單個(gè)X射線探測器單元像素的局部地取決于劑量。例如，設(shè)定為對(duì)應(yīng)于IOOnGy的臨床X射線圖像可以認(rèn)為實(shí)際包括特定測量域中的平均信號(hào)，該平均信號(hào)對(duì)應(yīng)于已經(jīng)預(yù)先采用均勻人體模型測量的平均噪聲級(jí)。現(xiàn)實(shí)中，具有例如低于平均值10倍的信號(hào)的圖像的較暗部分可以認(rèn)為僅已局部接收lOnGy。因此，會(huì)存在與各自局部探測器劑量水平相關(guān)聯(lián)的取決于位置的局部改變的噪聲方差。具體來說，X射線探測器的每個(gè)像素可以認(rèn)為包括不同的各自的灰度級(jí)，該不同的各自的灰度級(jí)則對(duì)應(yīng)于其自身的探測器劑量以及相應(yīng)的噪聲，尤其是噪聲顏色。在使用方差穩(wěn)定變換時(shí)，可以獲得噪聲方差變?yōu)榕c信號(hào)無關(guān)的圖像。對(duì)于量子限制的X射線圖像，可以通過應(yīng)用平方根灰度級(jí)變換來近似方差穩(wěn)定變換。這可以例如經(jīng)由查找表來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在需要增加具有合適頻率依賴性的人工噪聲，也稱作“顏色”。當(dāng)僅需要增加量子噪聲時(shí)，噪聲功率譜的顏色會(huì)取決于不同因素，諸如探測器技術(shù)，例如采用閃爍器的間接探測，或直接轉(zhuǎn)換；探測器設(shè)計(jì)，例如，閃爍器厚度和讀出設(shè)計(jì)、關(guān)于各向同性的噪聲功率譜的探測器制造工藝，以及與例如縮放和/或分區(qū)(binning)的其它因素。在其他噪聲源，例如電噪聲和/或結(jié)構(gòu)噪聲變得相關(guān)的情況下，它們也不得不進(jìn)行建模，并且最終不得不建模和增加具有組合顏色的組合噪聲幅度。關(guān)于如上所述的噪聲方差的逆變換可以導(dǎo)致具有所增加的噪聲的圖像，所增加的噪聲由于在增加著色噪聲之前的在先執(zhí)行的變換，不僅會(huì)包括優(yōu)選的噪聲顏色，而且也滿足噪聲方差與信號(hào)高度之間所要求的關(guān)系?，F(xiàn)在可以繼續(xù)X射線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)后處理。換句話說，首先將X射線圖像信息變換，以達(dá)到具有與劑量無關(guān)的噪聲方差的X射線圖像信息。隨后，增加具有合適噪聲顏色的著色噪聲。而且，執(zhí)行具有增加的噪聲的X射線圖像信息的逆變換。X射線圖像信息的強(qiáng)度分布或局部強(qiáng)度也可以理解為具有相對(duì)于探測器單元像素的劑量分布或局部劑量。以下，具體參照用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法、用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及程序單元，來描述本發(fā)明的其他實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的說明可以應(yīng)用到所述的所有不同實(shí)體。因此，可構(gòu)想所要求的實(shí)體之間的任意變形以及單個(gè)或多個(gè)特征的相互交換，并且其均落入本專利申請(qǐng)的范圍和公開內(nèi)。
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根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，噪聲差異可以是尤其取決于第一 X射線圖像信息的局部強(qiáng)度分布的局部噪聲差異。局部噪聲差異可以允許提供取決于劑量的噪聲顏色或信噪比，尤其是局部的。相關(guān)劑量可以是到達(dá)各個(gè)X射線探測器單元像素的X射線輻射的劑量。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第一 X射線圖像信息可以包括第一信噪比。該方法還包括，尤其是代替與噪聲差異相關(guān)聯(lián)的步驟，根據(jù)第二劑量設(shè)定，確定第二信噪比；以及確定噪聲差異，用以獲得包括第二信噪比的所模擬的第二X射線圖像信息。所述第二信噪比可以至少部分取決于以下中的至少一個(gè)第一噪聲的著色、第一噪聲的噪聲功率譜、噪聲差異的著色、噪聲差異的功率譜、X射線圖像信息的強(qiáng)度分布、以及第一 X射線圖像信息的局部強(qiáng)度。 信噪比可以解釋為噪聲差異的示例。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，該方法還可以包括至少顯示所模擬的第二 X射線圖像信息，其中第二劑量設(shè)定是可改變的，并且其中與第二劑量設(shè)定的改變基本同時(shí)地顯示所模擬的第二 X射線圖像信息。因此，操作者可被允許交互地確定最小劑量設(shè)定，同時(shí)通過實(shí)時(shí)檢查所模擬的第二 X射線圖像信息來保持期望的圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的另一不例性實(shí)施例，第一噪聲可以小于第二噪聲，和/或第一信噪比可以大于第二信噪比。噪聲差異可以是待增加的噪聲。因此，可以將噪聲附加地增加到已經(jīng)存在于第一 X射線圖像信息的噪聲，以增加總的噪聲，從而減小第二信噪比。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括存儲(chǔ)單元、輸入單元以及顯示單元。存儲(chǔ)單元可以適于提供X射線圖像信息，輸入單元可以適于接收尤其由操作者輸入的第二劑量設(shè)定，以及顯示單元可以適于顯示第一 X射線圖像信息和所模擬的第二 X射線圖像信息中的至少一個(gè)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以適于例如根據(jù)存儲(chǔ)單元上的數(shù)據(jù)庫中所存儲(chǔ)的患者數(shù)據(jù)，來交互地評(píng)估最小劑量。操作者可以使用輸入單元，例如，滑塊、旋鈕、開關(guān)、鍵盤、或觸摸屏控制，以輸入期望的第二劑量設(shè)定，隨后顯示單元至少顯示所模擬的第二 X射線信息，以提供關(guān)于使用第二劑量設(shè)定的X射線圖像的圖像質(zhì)量的視覺反饋。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，可以由X射線系統(tǒng)提供第一 X射線圖像信息。這里，可以通過X射線系統(tǒng)從待檢查的對(duì)象最近采集的X射線圖像信息，來確定例如用于后續(xù)圖像采集程序的第二劑量設(shè)定，該對(duì)象例如為患者。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)適于在改變所述第二劑量設(shè)定時(shí)，基本實(shí)時(shí)顯示所模擬的第二 X射線圖像信息。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以適于在顯示X射線圖像信息之前提供圖像后處理，其中所述圖像后處理尤其是至少部分取決于待顯示的X射線圖像信
肩、O在不進(jìn)行取決于X射線圖像信息的后處理的情況下，由于例如第一 X射線圖像信 息和所模擬的第二 X射線圖像信息的動(dòng)態(tài)范圍的差異或偏移，至少關(guān)于所模擬的第二 X射線圖像信息，例如對(duì)比度不會(huì)被最大化。因此，圖像后處理尤其會(huì)取決于待顯示的實(shí)際X射線圖像信息。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可與X射線系統(tǒng)耦合，并且適于控制X射線系統(tǒng)。因此，對(duì)于操作者有益的是，不僅能夠控制X射線圖像的顯示，而且還能夠根據(jù)X射線系統(tǒng)控制采集程序。甚至可以構(gòu)想遠(yuǎn)程存儲(chǔ)系統(tǒng)，用以提供來自患者數(shù)據(jù)庫的多個(gè)患者的先前采集的X射線圖像信息。根據(jù)參照以下描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些以及其它方面將變得明顯。將參照以下附圖來描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。附圖中的說明是示意性的。在不同的附圖中，為相似或相同的單元提供相似或相同的附圖標(biāo)記。附圖未按比例繪出，然而可以定性的成比例示出。


圖I示出根據(jù)本發(fā)明的包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的X射線系統(tǒng)的示例性實(shí)施例；圖2示出與劑量相關(guān)的噪聲功率譜的示例性實(shí)施例；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于模擬X射線系統(tǒng)的采集劑量的減少的方法的示例性實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出根據(jù)本發(fā)明的包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的X射線系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。在圖I中，示出包括X射線生成設(shè)備4和X射線探測器6的X射線系統(tǒng)2。X射線探測器6示例性地示出為線性陣列，然而也可以構(gòu)想為二維的彎曲或平坦的圖像探測器。X射線生成設(shè)備4在X射線探測器6的方向上發(fā)出X射線輻射14。對(duì)象8安置為位于支架10上，其可安置在X射線生成設(shè)備4與X射線探測器6之間的X射線輻射14的路徑中。X射線生成設(shè)備4和X射線探測器6兩者都安裝在可旋轉(zhuǎn)臺(tái)架7上，以圍繞對(duì)象8旋轉(zhuǎn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12連接至X射線系統(tǒng)2，用以控制X射線系統(tǒng)2的采集參數(shù)，以及評(píng)價(jià)和/或存儲(chǔ)由X射線系統(tǒng)2采集的X射線圖像信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12包括處理單元16，存儲(chǔ)單元18連接至該處理單元。存儲(chǔ)單元18可以適于將程序信息提供給處理單元16，以及存儲(chǔ)從X射線系統(tǒng)2采集的圖像信息和/或從可能另外的例如整個(gè)醫(yī)療設(shè)施內(nèi)遠(yuǎn)程分布的邏輯圖像采集系統(tǒng)采集的圖像信息。圖I中示例性示出為滑塊的輸入單元20布置于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2，用以例如針對(duì)隨后的圖像采集程序?qū)┝吭O(shè)定提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12，或者用以控制或輸入另外的參數(shù)，例如用于模擬采集劑量的減少的劑量設(shè)定。顯示單元22布置于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12，用以顯示X射線圖像信息和/或另外與采集有關(guān)的信息。例如，對(duì)象8的X射線圖像可以由X射線系統(tǒng)2采集，并且隨后顯示在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12的顯示單元22上。所采集圖像可以包括定義的劑量。輸入單元20可以用于將新的期望的劑量設(shè)定分別輸入至處理單元16和計(jì)算機(jī)12，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12使用該輸入，用以確定包括由輸入單元20輸入的所期望的劑量設(shè)定的所模擬的X射線圖像信息，隨后將所模擬的X射線圖像信息顯示在顯示單元22上，例如，用于由操作者將所模擬的X射線圖像信息的圖像質(zhì)量與所采集的X射線圖像信息的圖像質(zhì)量進(jìn)行比較?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2,示出與劑量相關(guān)的噪聲功率譜的示例性實(shí)施例。
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在圖2中，示例性示出四個(gè)單獨(dú)的暴露水平或劑量。如可以從圖2中得出，對(duì)于所有四個(gè)劑量，相應(yīng)的噪聲顏色，即噪聲功率譜的頻率依賴度可認(rèn)為是基本上不相等，這將要求曲線僅平行偏移。更確切地，還改變?cè)肼暪β首V的各自頻率依賴度的曲率。因此，圖2示出相對(duì)于I. OOOnGy劑量的噪聲顏色的噪聲功率譜不同于例如5nGy劑量的噪聲顏色的噪聲功率譜。電噪聲可以認(rèn)為基本與頻率無關(guān)，因此包括白噪聲顏色。因此，探測器劑量和量子噪聲可以認(rèn)為是強(qiáng)烈相關(guān)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出根據(jù)本發(fā)明的用于模擬X射線系統(tǒng)的采集劑量的減少的方法的示例性實(shí)施例。圖3示出用于模擬采集劑量減少的方法30，包括提供32包括第一噪聲的第一 X射線圖像信息，已經(jīng)以第一劑量設(shè)定采集該第一 X射線圖像信息。在該步驟中，操作者可以選擇患者的先前采集的X射線圖像信息，或者可以從X射線系統(tǒng)2直接采集X射線圖像。操作者可以針對(duì)特定的臨床任務(wù)，確定對(duì)于所要求的圖像質(zhì)量的合適的最小劑量。臨床任務(wù)中的差異會(huì)例如包括X射線透射與X射線照相、成人與兒科、腦部掃描與腎臟掃描。操作者可以將第二劑量設(shè)定提供34給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，用戶可以使用用戶界面控制旋鈕或輸入單元20，來改變，尤其是減少，劑量設(shè)定，以獲得優(yōu)選的第二劑量設(shè)定。而且，確定36噪聲差異，用以獲得以第二劑量設(shè)定采集的所模擬的第二 X射線圖像信息。在將使用第二劑量設(shè)定采集所模擬的第二 X射線圖像信息時(shí)，所模擬的第二 X射線圖像信息實(shí)際上并不是被采集，而是被計(jì)算以反映X射線圖像信息。噪聲差異尤其可以是信噪比，包括取決于局部劑量的噪聲顏色的取決于局部劑量的噪聲差異。換句話說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12可以計(jì)算與由操作者輸入的患者劑量減少相關(guān)聯(lián)的信噪比減少。因此，操作者可以改變，尤其是減少所要求的患者劑量，例如第二劑量設(shè)定，同時(shí)系統(tǒng)基本上實(shí)時(shí)顯示使用第二劑量設(shè)定的X射線圖像信息，S卩，顯示在使用第二劑量設(shè)定采集圖像信息的情況下，圖像信息將看起來如何。因此，系統(tǒng)將所減少的第二劑量設(shè)定，及由此造成的劑量下降，轉(zhuǎn)換為信噪比下降。例如，如果操作者想要將患者劑量減半，則例如經(jīng)由將探測器劑量，及由此到達(dá)各個(gè)探測器單元像素的X射線輻射的劑量除以因數(shù)2，或者換言之將量子噪聲加倍，也可以使信噪比的平方SNR2減半。另外減少劑量的可能方法可以通過在X射線系統(tǒng)2內(nèi)使用附加的Cu預(yù)過濾來實(shí)現(xiàn)。Cu預(yù)過濾可以理解為在X射線輻射14到達(dá)待檢查的對(duì)象8之前在X射線輻射14的路徑中使用銅(Cu)過濾板。相應(yīng)的銅過濾板可以將患者劑量減半，同時(shí)信噪比的平方SNR2可下降少于一半。在使用該方案時(shí)，相比于第一方案，會(huì)需要增加較少的量子噪聲，以達(dá)到所期望的劑量減少?？梢酝ㄟ^射線束質(zhì)量來確定相對(duì)的對(duì)比度，同時(shí)可以通過所應(yīng)用的探測器劑量設(shè)定來確定相對(duì)噪聲。射線束質(zhì)量可以理解為指示X射線束的有效能量(keV)的參數(shù)。它可以取決于所使用的管電壓和所應(yīng)用的過濾器材料，例如，所增加的銅過濾器。該系統(tǒng)可以使用各種方案，例如功率減少或銅過濾器的使用，用于保持信噪比的平方盡可能高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)第二劑量設(shè)定的所期望的第二劑量。隨后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12可以確定36a噪聲差異，用以獲得以第二劑量設(shè)定采集的所模擬的第二 X射線圖像信息，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12可以將噪聲差異應(yīng)用38到第一 X射線圖像信息，用以獲得包括第二噪聲的所模擬的第二 X射線圖像信息。具體來說，噪聲差異可以再一次具有依賴于局部劑量的噪聲顏色，更具體地，對(duì)于每個(gè)探測器單元像素具有依賴于局部劑量的噪聲顏色。 在增加噪聲時(shí)，不得不考慮多個(gè)參數(shù)。來自X射線圖像的量子噪聲和電噪聲的量可以認(rèn)為取決于X射線探測器。量子噪聲功率的量可僅與所應(yīng)用的探測器劑量逆相關(guān)。對(duì)于每個(gè)圖像可存儲(chǔ)相應(yīng)的參數(shù)。量子噪聲的量可以取決于射線束質(zhì)量。與諸如心血管系統(tǒng)的X射線系統(tǒng)中，對(duì)于每個(gè)圖像可以存儲(chǔ)所有與射線束質(zhì)量有關(guān)的相關(guān)參數(shù)，因此可以以極高的精度了解噪聲的量?？梢允褂美碚撚?jì)算或者利用系統(tǒng)特定測量值的校準(zhǔn)，以實(shí)施關(guān)于取決于質(zhì)量的量子噪聲的先驗(yàn)知識(shí)。電噪聲可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。對(duì)于定期使用的探測器劑量設(shè)定，電噪聲可認(rèn)為是可忽略的。量子噪聲的量還取決于信號(hào)，尤其取決于信號(hào)強(qiáng)度。對(duì)于每個(gè)不同的強(qiáng)度，由此對(duì)于局部探測器劑量，例如，通過使用方差穩(wěn)定變換，會(huì)需要相應(yīng)的噪聲幅度。作為近似，量子噪聲幅度可以認(rèn)為與信號(hào)幅度的平方根相關(guān)。針對(duì)提供心血管X射線圖像的心血管X射線系統(tǒng)，提供示例。作為第一步驟，不要求執(zhí)行可能已經(jīng)應(yīng)用于例如以原始文件格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的圖像的強(qiáng)度變換。例如，不要求執(zhí)行可能已經(jīng)應(yīng)用于原始圖像的對(duì)數(shù)或白色壓縮變換。白色壓縮可以認(rèn)為在圖片的加亮的或明亮的，因而白色的區(qū)域中提供減小的對(duì)比度。而且，可以應(yīng)用方差穩(wěn)定變換。該變換的一個(gè)示例可以是取平方根，因?yàn)閄射線圖像的噪聲幅度與信號(hào)的平方根成比例。現(xiàn)在，噪聲方差可以認(rèn)為變得與信號(hào)強(qiáng)度無關(guān)，因此可以將具有已知幅度和具有例如取決于所使用的X射線探測器的合適顏色的噪聲增加至圖像。之后，可以應(yīng)用逆強(qiáng)度運(yùn)算，例如逆方差穩(wěn)定變換以及對(duì)數(shù)或白色壓縮。所增加噪聲的顏色及由此的頻率依賴性應(yīng)當(dāng)適合于從X射線探測器已知的噪聲，例如，平面探測器的與量子噪聲相關(guān)的噪聲的顏色可以認(rèn)為是已知的。在增加之前，可以針對(duì)顏色噪聲使用低通濾波器。類似地，可以針對(duì)電噪聲的頻率依賴度或顏色來處理電噪聲。隨后，可以至少顯示40所模擬的第二 X射線圖像信息。在這里，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12可以提供后處理，并且可以隨后將所模擬的X射線圖像信息顯示給操作者。后處理也可以使用與在顯示第一 X射線圖像信息時(shí)所使用的類似的后處理。在這里，劑量的減少可以認(rèn)為基本上僅增加了噪聲。這例如可以認(rèn)為是在具有第一X射線圖像信息的對(duì)比度的同時(shí)導(dǎo)致噪聲的增加。可以由操作者例如使用第二輸入單元來執(zhí)行例如對(duì)比度的手動(dòng)設(shè)定，以提供良好平衡的X射線圖像。然而，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12內(nèi)也可以實(shí)施例如對(duì)比度的手動(dòng)輸入或者對(duì)比度的手動(dòng)調(diào)節(jié)，以使得后處理自動(dòng)適合于所模擬的第二 X射線圖像信息。因此，操作者在模擬劑量減少時(shí)，并不需要將兩個(gè)參數(shù)提供至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而僅需要將一個(gè)參數(shù)提供至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢杂刹僮髡叩刂貜?fù)提供期望的第二劑量設(shè)定直到顯示與該組劑量設(shè)定相對(duì)應(yīng)的所模擬的X射線圖像信息的步驟，直到獲得具有合適圖像質(zhì)量的模擬X射線圖像。隨后，系統(tǒng)可以存儲(chǔ)取決于該組劑量設(shè)定的新的采集協(xié)議設(shè)定和/或新的后處理設(shè)定，并且可以將采集協(xié)議設(shè)定、后處理設(shè)定、及第二劑量設(shè)定中的至少一個(gè)應(yīng)用于隨后的圖像采集中。相應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)施在任意的X射線系統(tǒng)、CT系統(tǒng)、心血管X射線系統(tǒng)中，或者甚至在將X射線系統(tǒng)用于安全成像應(yīng)用和檢查成像應(yīng)用中時(shí)實(shí)施相應(yīng)的方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“包括”并不排除其它單元或步驟，以及“一”或者“一個(gè)”并不排除·多個(gè)。此外，可以組合與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)描述的單元。還應(yīng)當(dāng)注意權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)權(quán)利要求范圍的限制。附圖標(biāo)記2 X射線系統(tǒng)3 X射線生成設(shè)備6 X射線探測器7 臺(tái)架8 對(duì)象10 支架12計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14X射線輻射16處理單元18存儲(chǔ)單元20輸入單元22顯示單元30用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法32步驟提供第一 X射線圖像信息34步驟提供第二劑量設(shè)定36a、b、c步驟確定噪聲差異/信噪比38步驟應(yīng)用噪聲差異40步驟顯示X射線圖像信息42步驟存儲(chǔ)劑量設(shè)定
權(quán)利要求
1.一種用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法，包括 提供(32)包括第一噪聲的第一 X射線圖像信息，已以第一劑量設(shè)定采集所述第一 X射線圖像信息； 提供(34)第二劑量設(shè)定； 確定(36a)噪聲差異，用以獲得以所述第二劑量設(shè)定采集的所模擬的第二 X射線圖像"[目息;以及 將所述噪聲差異應(yīng)用(38)于所述第一 X射線圖像信息，用以獲得包括第二噪聲的所模擬的第二X射線圖像信息； 其中所述噪聲差異至少部分取決于以下中的至少一個(gè)所述第一噪聲的著色、所述第一噪聲的噪聲功率譜、所述噪聲差異的著色、所述噪聲差異的功率譜、所述第一 X射線圖像信息的強(qiáng)度分布以及所述第一 X射線圖像信息的局部強(qiáng)度分布。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法， 其中所述噪聲差異是取決于所述第一X射線圖像信息的所述局部強(qiáng)度分布的局部噪聲差異。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法， 其中所述第一 X射線圖像信息包括第一信噪比；所述方法還包括 根據(jù)所述第二劑量設(shè)定，確定(36b)第二信噪比； 確定(36c)所述噪聲差異，用以獲得包括所述第二信噪比的所模擬的第二 X射線圖像信息； 其中所述第二信噪比至少部分取決于以下中的至少一個(gè)所述第一噪聲的所述著色、所述第一噪聲的所述噪聲功率譜、所述噪聲差異的所述著色、所述噪聲差異的所述功率譜、所述第一 X射線圖像信息的所述強(qiáng)度分布以及所述第一 X射線圖像信息的所述局部強(qiáng)度分布。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法，還包括至少顯示(40)所模擬的第二X射線圖像信息； 其中所述第二劑量設(shè)定是可改變的；并且 其中與所述第二劑量設(shè)定的改變基本同時(shí)地顯示所顯示的模擬的第二X射線圖像信肩、O
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法， 其中所述第一噪聲〈所述第二噪聲和/或所述第一信噪比 > 所述第二信噪比；以及 其中所述噪聲差異是待增加的噪聲。
6.一種用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)， 處理單元(16)； 其中所述處理單元(16)適于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求X所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括 存儲(chǔ)單元(18)； 輸入單元(20);以及 顯示單元(22)； 其中所述存儲(chǔ)單元(18)適于提供X射線圖像信息；其中所述輸入單元(20)適于接收第二劑量設(shè)定； 其中所述顯示單元(22)適于顯示第一 X射線圖像信息和所模擬的第二 X射線圖像信息中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 其中由X射線系統(tǒng)(2)提供所述第一 X射線圖像信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中的一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)適于在改變所述第二劑量設(shè)定時(shí)，基本實(shí)時(shí)地顯示所模擬的第二 X射線圖像信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)適于在顯示X射線圖像信息之前提供圖像后處理； 其中所述圖像后處理至少部分取決于待顯示的所述X射線圖像信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中的一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)可與X射線系統(tǒng)耦合；并且 其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)適于控制所述X射線系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中的一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 其中所述第二劑量設(shè)定可交互地改變，以確定優(yōu)選劑量設(shè)定；以及其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)適于存儲(chǔ)和/或使用所確定的優(yōu)選劑量設(shè)定，以用于X射線圖像信息的后續(xù)采集。
13.X射線系統(tǒng)(2)，包括 X射線生成設(shè)備(4)； X射線探測器(6);以及 根據(jù)權(quán)利要求6至12中的至少一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)； 其中對(duì)象(8)可安置在所述X射線生成設(shè)備(4)與所述X射線探測器(6)之間；以及 其中所述X射線生成設(shè)備(4)和所述X射線探測器(6)操作地耦合，以使得所述對(duì)象(8)的X射線圖像信息是可獲得的。
14.計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括 程序代碼，當(dāng)由處理單元執(zhí)行所述程序代碼時(shí)，所述程序代碼適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至6中的至少一項(xiàng)所述的方法。
15.程序單元,包括 程序，當(dāng)由處理單元執(zhí)行所述程序時(shí)，所述程序適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至6中的至少一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明總體上涉及X射線生成技術(shù)。期望采用用于獲得期望的圖像質(zhì)量的最小的要求劑量來執(zhí)行X射線圖像采集。因此，提供了用于模擬X射線圖像的采集劑量的減少的方法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及程序單元。用于模擬X射線系統(tǒng)的采集劑量的減少的方法(30)包括提供(32)包括第一噪聲的第一X射線圖像信息，已以第一劑量設(shè)定采集所述第一X射線圖像信息；提供(34)第二劑量設(shè)定；確定(36)噪聲差異，用以獲得以第二劑量設(shè)定采集的所模擬的第二X射線圖像信息；以及將噪聲差異應(yīng)用(38)于第一X射線圖像信息，用以獲得包括第二噪聲的所模擬的第二X射線圖像信息。噪聲差異至少部分取決于以下中的至少一個(gè)第一噪聲的著色、第一噪聲的噪聲功率譜、噪聲差異的著色、噪聲差異的功率譜、第一X射線圖像信息的強(qiáng)度分布以及第一X射線圖像信息的局部強(qiáng)度分布。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102970933SQ201080060836
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
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