可減少圖像中的偽影的醫(yī)學(xué)成像方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)成像的方法和系統(tǒng)，具體地，涉及一種可減少圖像中的偽影的醫(yī)學(xué)成像方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)影像技術(shù)可在不需要物理穿透皮膚的情況下獲得患者或待觀察對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像，因而在臨床上被廣泛應(yīng)用。投影攝片技術(shù)(project1nrad1graphy)是一種常用的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，其基于X射線的特性，即在不同的材料中具有不同的吸收率，利用X射線來產(chǎn)生二維圖像。比如，層析成像技術(shù)(tomosynthesis)便是這樣一種投影攝片技術(shù)，其采用不同的物理原理，如X射線穿過目標(biāo)物體時的微分傳輸(differentialtransmiss1n),來獲得圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建層析圖像(例如，人體或其他待成像結(jié)構(gòu)的內(nèi)部三維再現(xiàn))。
[0003]層析成像技術(shù)的一些局限或限制可能導(dǎo)致重建圖像中產(chǎn)生偽影或其他缺陷，t匕如，患者體內(nèi)或身體上的高衰減部分，如金屬材料部件(例如假體、植入物、螺釘、針等)可能導(dǎo)致層析成像過程中形成偽影。在以反向投影(backproject1n)作為重建算法的層析成像過程中，具有高X射線吸收率的物體如金屬，會導(dǎo)致在不同的重建平面上產(chǎn)生如同該金屬的副本的偽影，即，紋波(ripple)偽影。偽影將嚴(yán)重降低最終圖像的質(zhì)量，有時甚至導(dǎo)致圖像無法用于診斷，因此降低圖像中的偽影具有非常重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種醫(yī)學(xué)成像方法，在該方法中，對包括背景部分和高衰減部分的客體進(jìn)行掃描，以獲得該客體不同角度的投影數(shù)據(jù)，基于所述投影數(shù)據(jù)分割所述背景部分和高衰減部分，再分別對所述背景部分和高衰減部分進(jìn)行重建，然后融合所述重建的高衰減部分和所述重建的背景部分獲得圖像。
【附圖說明】
[0005]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0006]圖1為一個示例性實(shí)施例中的數(shù)字X射線照相層析成像系統(tǒng)的立體框圖，該系統(tǒng)配備有一個臺面。
[0007]圖2為一個示例性實(shí)施例中的數(shù)字X射線照相層析成像系統(tǒng)的立體框圖，該系統(tǒng)配備有一個墻面。
[0008]圖3示意性地顯示了用反向投影算法來對含金屬的客體進(jìn)行重建的情況。
[0009]圖4顯示了一種紋波偽影的示例。
[0010]圖5A、5B和5C分別顯示了濾波內(nèi)核、金屬的輪廓、以及在用濾波反投影算法進(jìn)行重建的過程中的濾波后的金屬的輪廓。
[0011]圖6顯示了一種下沖(undershooting)的偽影。
[0012]圖7為本發(fā)明一個實(shí)施例的成像方法的流程圖。
[0013]圖8為本發(fā)明另一個實(shí)施例的成像方法的流程圖。
[0014]圖9為本發(fā)明又一個實(shí)施例的成像方法的流程圖。
[0015]圖10為本發(fā)明又一實(shí)施例的成像方法的流程圖。
[0016]圖11顯示了一個比較實(shí)例，比較了分別用傳統(tǒng)方法和本發(fā)明實(shí)施例中的方法針對同一個含金屬螺釘?shù)目腕w所獲得圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0017]除有定義外，本文中所用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所述領(lǐng)域技術(shù)人員普遍理解的相同含義。本文所用的術(shù)語“第一”、“第二”等并不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而只是用于區(qū)別一種元件和另一種元件。并且，所述“一”或“一個”不表示數(shù)量的限定，而是表示存在一個的相關(guān)項(xiàng)目。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數(shù)量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數(shù)值不限于該準(zhǔn)確數(shù)值本身。在一些實(shí)施例中，“大約”或“左右”表示允許其修正的數(shù)值在正負(fù)百分之十(10%)的范圍內(nèi)變化，比如，“大約100”表示的可以是90到110之間的任何數(shù)值。此外，在“大約第一數(shù)值到第二數(shù)值”的表述中，“大約”同時修正第一數(shù)值和第二數(shù)值兩個數(shù)值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關(guān)。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種成像方法，其可通過層析成像系統(tǒng)獲得目標(biāo)客體的醫(yī)學(xué)圖像。在該方法中，通過掃描一個包含高衰減部分和背景部分的客體，以獲得該客體不同角度的投影數(shù)據(jù)，再將所述高衰減部分和背景部分分開，分別進(jìn)行重建。通過這種方法，可減少由于投影視圖的有限和高衰減部分的存在而導(dǎo)致的偽影。尤其是，其可大大減少下沖(undershooting)和上沖(overshooting)等平面內(nèi)偽影和紋波等平面外偽影。
[0019]在本文中，高衰減部分是指待掃描客體內(nèi)或其上的具有高衰減特征的部分。所述高衰減部分對X射線的吸收率可能比客體的其余部分，即背景部分高得多，比如，高衰減部分在大約I厘米的距離內(nèi)對X射線的吸收率，至少2倍或3倍于背景部分；或者，在吸收X射線后，高衰減部分的像素灰度值至少比其鄰域的像素灰度值小20或10左右。典型地，所述高衰減部分涉及高密度材料，比如金屬、牙齒填充物、骨骼等等。特別地，所述高衰減部分涉及在臨床應(yīng)用中植入患者體內(nèi)或安裝在患者身體上的部件，比如，用來糾正骨骼的部件，其可能廣泛地包括各種臨床應(yīng)用的涉及金屬的物件，如用來糾正骨骼的螺釘和釘子等、以及牙齒、脊柱、股骨和膝蓋等假體。而背景部分通常是指患者的組織。特別地，高衰減部分為金屬而背景部分為非金屬。
[0020]本文所述方法廣泛適用于各種層析重建系統(tǒng)。由于這些方法特別適用于各種X射線層析成像技術(shù)，如放射層析成像技術(shù)或數(shù)字客體層析成像技術(shù)(rad or digital objecttomosynthesis),為了描述的方便,本文將主要結(jié)合一種如申請人于2007年9月10日申請的題為 “System and method for a digital χ-ray rad1graphic tomosynthesis userinterface”的美國專利申請US 2009/0003679中所描述的層析成像系統(tǒng)對本發(fā)明實(shí)施例的方法進(jìn)行示例性的討論和描述，但應(yīng)理解，本發(fā)明的方法也可適用于其他層析成像系統(tǒng)或其他層析重建系統(tǒng)。
[0021]圖1和2顯示了數(shù)字X射線照相層析成像系統(tǒng)100、200的實(shí)施方式的示例。系統(tǒng)100、200包括數(shù)字層析成像系統(tǒng)120、220。圖1顯示了一種具有平臺的結(jié)構(gòu)形式，其包括裝在機(jī)構(gòu)160的X射線源102、以及位于平臺116內(nèi)的臺面118之下的X射線探測器104。圖2顯示了一種具有墻面的結(jié)構(gòu)形式，其包括裝在機(jī)構(gòu)260的X射線源202和設(shè)置在墻面216上的X射線探測器204。待檢查的患者被置于由X射線源102、202發(fā)射出來的X射線束108、208的輻射下，所述X射線束108、208射到待檢查的患者106、206的身上，其中部分的輻射穿過或是繞過患者到達(dá)并撞擊探測器104、204。
[0022]在一個實(shí)施例中，所述X射線源102、202可以是X射線管，所述待檢查的患者106、206可以是人類、動物、測試體模(test phantom)和(或)其他待檢查的非生命體。
[0023]所述待檢查的患者106或206被置于所述X射線源102、202和所述探測器104、204之間。在層析過程中，如圖1和2所示，所述X射線源102、202沿平面110、210移動，同時也發(fā)生轉(zhuǎn)動，以確保在該過程中X射線束108、208始終對準(zhǔn)探測器104、204。如前所述，所述X射線源102、202通常是沿著與所述探測器104、204的平面112、212平行的平面110、210移動的，盡管它也可能會移出平面外，但其大體上是平行于所述探測器104、204的。在獲取射線照片時，所述探測器104、204可保持在一個固定的位置。在X射線源102、202沿著平面110、210移動的過程中，在離散的不同位置上可通過所述探測器104、204可獲得患者106、206的一系列離散的投影射線照片(投影視圖)。從所述投影視圖中可獲得投影圖像數(shù)據(jù)，用于重建切片圖像。
[0024]在所述數(shù)字X射線照相層析成像過程中，X射線源102、202通過弧轉(zhuǎn)動或線形移動而對準(zhǔn)固定的探測器104、204所完成的一次在一定的角度范圍114、214 (掃描角度)內(nèi)的掃描中，包括了一系列低劑量曝光(low dose exposures)。在一次從不同的投影角度進(jìn)行的掃描中，所述X射線源102、202發(fā)出多個曝光。所述掃描角度114、214是指從第一投影曝光到最后投影曝光的角度。所述掃描角度114、214通常在20到60度的范圍內(nèi)。
[0025]在一個實(shí)施例中，所述探測器104、204可包括一系列的探測元件，通常對應(yīng)像素，用來感知穿過或繞過患者的X射線的強(qiáng)度，并產(chǎn)生表示在每個探測元件上的入射X射線束的強(qiáng)度的電子信號。對獲得的這些電子信號進(jìn)行處理，用來重建患者的解剖結(jié)構(gòu)的三維體積圖像。所述撞擊各探測元件的X射線的強(qiáng)度會發(fā)生改變，取決于X射線的衰減和干預(yù)結(jié)構(gòu)的吸收率。
[0026]圖1和2進(jìn)一步示意性地顯示了一個連接到所述數(shù)字層析成像系統(tǒng)120