專利名稱:優(yōu)化劑量控制的圖像生成裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及圖像生成裝置、圖像生成方法和用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的計算機 程序,其中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像質量。本發(fā)明還涉及包括圖像生成裝置以及相應的成 像方法和計算機程序的成像系統(tǒng)。
背景技術:
測定體積的成像功能,諸如計算機斷層攝影(CT)、介入式CT、CT熒光透視術、3D血 管成像等,在過去的幾十年間已經成為越來越有價值的工具。X射線CT是一種通過將X射 線穿過對象并測量穿過對象的X射線衰減來確定對象內部構造的技術。在這種技術中,對 象被細分為許多體素,體素是用于成像目的的基本測定體積的單元。使用基于X射線的測 定體積的成像技術的放射程序的數(shù)目已經相應增加。然而,這些技術占據(jù)放射學中總應用 劑量的大部分,并且因此,應用的患者劑量已經成為關鍵性問題。為了應對日益增加的患者 劑量,需要有效的劑量節(jié)約技術。EP 1 172 069 Al公開了一種劑量優(yōu)化的CT,所述劑量優(yōu)化通過實時設置經優(yōu)化 的管電流(自動曝光控制)、管電流調制(劑量最小化)以及據(jù)此通過自適應3D濾波器的 后處理(降噪)實現(xiàn)?;谠谔綔y器中心測量的衰減來計算用于采集投影數(shù)據(jù)的劑量分布 圖。對于重建的數(shù)據(jù)而言,這將導致以下方式的體素-噪聲的分布即,使重建對象中心的 噪聲最優(yōu)。盡管這種技術已經在CT中得到廣泛認可,但由于若干原因,該程序并不是最優(yōu) 的。第一原因是,僅使用測量的衰減作為獨立投影對重建體積中總噪聲貢獻的估計的基礎 僅僅是近似的。源于例如射束硬化的頻譜效應和散射輻射的影響被忽略。第二原因是,如 果在重建之前使用散射偏差校正技術,在計算最優(yōu)劑量分布圖時需要充分考慮表示測量信 號重要部分的散射輻射以及散射減小自身的影響。第三原因是,如果重建體積的中心區(qū)域 之外的區(qū)域是感興趣區(qū)域(例如,對于心臟CT而言),針對重建圖像中心和感興趣區(qū)域的最 優(yōu)劑量分布圖可能顯著不同。針對重建體積中心的劑量分布圖甚至可能降低感興趣區(qū)域的 對比噪聲比。因此,關鍵是要具體針對感興趣區(qū)域進行噪聲/劑量優(yōu)化。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供圖像生成裝置、圖像生成方法和用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像 的計算機程序,其提供了增強的劑量控制。根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提出了用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的圖像生成裝置,其 中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像質量,其中,該圖像生成裝置包括-噪聲確定單元,其用于確定感興趣區(qū)域的投影域中的噪聲分布;以及-劑量控制單元,其用于基于所述確定的噪聲分布使用噪聲傳播算法確定針對所 述圖像生成裝置的輻射源的劑量分布圖。本發(fā)明是基于這樣的思想即基于投影中的噪聲分布在重建體積的獨立體素中確 定噪聲。使用該投影噪聲分布,可以基于噪聲的傳播計算最優(yōu)劑量分布圖。特別針對重建體積的選定感興趣區(qū)域改善信噪比。這種解決方案提供了多個優(yōu)點,特別是對于不對稱的 患者幾何結構,包括通過使用相同的劑量得到更高的圖像質量、通過保持圖像質量降低劑 量以及噪聲誘發(fā)地偽影圖案的均勻度。在噪聲傳播中,可以考慮對象中X射線的散射以及諸如射束硬化的頻譜效應。在優(yōu)選實施例中,可以由用戶指定感興趣區(qū)域。在另一優(yōu)選實施例中,可以利用自動或半自動的器官分割選取感興趣區(qū)域。在另一實施例中,可以基于之前采集的投影數(shù)據(jù)確定劑量分布圖。在對相同或相 似的幾何結構重復采集的情況下,可以從先前的掃描中獲取所需的信息。在另一優(yōu)選實施例中,可以基于包括所述感興趣區(qū)域的對象模型來確定劑量分布 圖。因此,可以使用預先計算的數(shù)據(jù)以獲取劑量分布圖。在另一優(yōu)選實施例中,可以基于追蹤掃描確定劑量分布圖,追蹤掃描通常被用作 低劑量和/或低分辨率的掃描,以便確定待成像的F0V。在又一實施例中,噪聲傳播算法可以特別考慮頻譜效應(例如射束硬化)和散射 輻射中的至少一個。優(yōu)選地,基于低于所述圖像的最終分辨率的經降低的空間分辨率和經簡化的噪聲 傳播算法中的至少一個確定劑量分布圖,從而加速對最優(yōu)劑量調制的確定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出了成像系統(tǒng),其中,該成像系統(tǒng)包括-測量數(shù)據(jù)生成單元,其用于生成圖像的測量數(shù)據(jù),以及-圖像生成裝置,其用于根據(jù)權利要求1中限定的測量數(shù)據(jù)生成所述圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出了用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的圖像生成方法,其 中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像質量,并且其中,該圖像生成方法包括以下步驟-確定感興趣區(qū)域的投影域中的噪聲分布;以及-基于所述確定的噪聲分布通過使用噪聲傳播算法確定針對輻射的劑量分布圖。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,成像方法包括以下步驟-通過測量數(shù)據(jù)生成單元生成測量數(shù)據(jù),以及-根據(jù)權利要求1中限定的步驟通過圖像生成裝置根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出了用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的計算機程序,其中, 該計算機程序包括當該計算機程序在控制圖像生成裝置的計算機上運行時,用于令如權 利要求1中限定的圖像生成裝置執(zhí)行如權利要求11中限定的檢測方法的步驟的程序代碼 模塊。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出了用于成像的計算機程序,其中,該計算機程序包 括當該計算機程序在控制成像系統(tǒng)的計算機上運行時,用于令如權利要求10中限定的成 像系統(tǒng)執(zhí)行如權利要求12中限定的成像方法的步驟的程序代碼模塊。應當理解,圖像生成裝置、成像系統(tǒng)、成像生成方法、成像方法和計算機程序具有 如從屬權利要求中限定的相似和/或相同的優(yōu)選實施例。應當理解,本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求與各個獨立權利要求的任
思組合。
本發(fā)明的這些方面和其他方面將從下文描述的實施例中變得顯而易見,并將參考 這些實施例加以闡述。在以下附圖中圖1示意性和示例性地示出了用于對感興趣區(qū)域成像、包括根據(jù)本發(fā)明的增強劑 量控制的成像系統(tǒng)的表示;圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的劑量控制過程;圖3示出了根據(jù)本發(fā)明用于確定噪聲貢獻的過程;以及圖4圖示說明了本發(fā)明中使用的幾何結構和術語。
具體實施例方式圖1示意性和示例性地示出了是計算機斷層攝影系統(tǒng)的成像系統(tǒng)。計算機斷層攝 影系統(tǒng)包括機架1,機架1能夠繞平行于Z方向延伸的旋轉軸R旋轉。輻射源2被安裝在機 架1上,在本實施例中,輻射源2是X射線管。輻射源2配備有準直器3,在本實施例中,準 直器3根據(jù)輻射源2生成的輻射形成圓錐形輻射束4。輻射穿透檢查區(qū)域中諸如患者的對 象(未示出)和優(yōu)選位于對象內的感興趣區(qū)域(ROI),在本實施例中,檢查區(qū)域是圓柱形的。 輻射束4穿透檢查區(qū)域5之后入射到檢測裝置6上,檢測裝置6包括二維檢測表面。檢測 裝置6安裝在機架1上。該計算機斷層攝影系統(tǒng)可能適于利用針對整個患者而不僅僅是針 對感興趣區(qū)域測量的數(shù)據(jù)來生成“正常”的計算機斷層攝影掃描,同時通過以下方式執(zhí)行劑 量控制即針對包括整個患者(并且不僅僅是R0I)的重建圖像內的(用戶指定的)R0I優(yōu) 化圖像質量。計算機斷層攝影系統(tǒng)包括兩個電動機7、8。由電動機7以優(yōu)選恒定但可調節(jié)的角 速度驅動機架1。電動機8被用于移動對象,例如平行于旋轉軸R或ζ軸方向在檢查區(qū)域5 中的患者臺上布置的患者。這些電動機7、8受控制單元9控制,例如,使得輻射源和檢查區(qū) 域5以及因此檢查區(qū)域內的感興趣區(qū)域相對彼此沿著螺旋形軌線移動。然而,還可能不移 動對象或檢查區(qū)域5,而僅旋轉輻射源2,即輻射源沿著相對于對象或檢查區(qū)域5的圓形軌 線移動。此外,在另一實施例中,準直器3可能適于形成另一射束形狀,具體為扇形射束,并 且檢測裝置6可以包括檢測表面,該檢測表面對應于另一射束形狀成形,具體為扇形射束。在輻射源和檢查區(qū)域5的相對運動期間,檢測裝置6根據(jù)檢測裝置6的檢測表面 上的輻射入射生成測量值。因此,輻射源2、用于使輻射源2相對于檢查區(qū)域移動的元件,具 體為電動機7、8和機架1,以及檢測裝置6形成用于生成測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)生成單元。在本實施例中,測量數(shù)據(jù)為投影數(shù)據(jù),該測量數(shù)據(jù)被提供給圖像生成和顯示裝置 10,用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)、即根據(jù)投影數(shù)據(jù)生成和顯示包括感興趣區(qū)域的圖像。感興趣區(qū)域位 于檢查區(qū)域內,并且優(yōu)選包含對象或對象的一部分。圖像生成和顯示裝置10包括用于根 據(jù)測量數(shù)據(jù)生成和處理圖像的圖像生成單元12,以及具有用于顯示生成的圖像的顯示屏幕 14的圖像顯示單元13。圖像生成和顯示裝置10也可以優(yōu)選由控制單元9控制。在另一實施例中,控制單 元9還可以執(zhí)行對圖像生成單元12或其各部分的控制。此外,提供了劑量調制單元11 (例如劑量調制處理器等),劑量調制單元11控制輻 射源2的供電電源(未示出),或與輻射源2的供電電源通信,從而控制斷層攝影成像期間由輻射源2生成的輻射強度。在圖示說明的實施例中,輻射源2是X射線管,并且劑量調制單元 11可能適于控制X射線管燈絲或陰極電流,從而調制由輻射源2生成的X射線強度。在其他 涵蓋的實施例中,可以通過以下方式產生劑量調制單元11的劑量調制通過關閉或過濾輻射 束、通過調制管電壓、通過調制維納爾圓柱電極(Wehnelt cylinder)上的偏置電壓等。當在感興趣區(qū)域中采集斷層攝影成像數(shù)據(jù)時,劑量調制單元11的劑量調制通常 降低由輻射源2生成的輻射強度。在所有的本發(fā)明的實施例中,本發(fā)明的基本程序是采用噪聲傳播模型,該噪聲傳 播模型允許基于投影數(shù)據(jù)中得到的噪聲分布空間分辨地計算重建圖像中的體素噪聲。具體 而言,噪聲傳播模型使得能夠精確地計算源自每個獨立投影方向的噪聲貢獻。使用這些來 自每個投影方向的噪聲貢獻,所提出的程序使得能夠計算所需的劑量/管電流分布圖,用 以實現(xiàn)針對用戶選定的感興趣區(qū)域(ROI),即在可重建視野(FOV)中的任何選定位置,在對 比噪聲比方面改善圖像質量。倘若是散射模型或是散射估計程序,該程序或算法可以明確地考慮散射輻射的影 響,還提高了基于電流衰減方法的劑量效率。圖2示出了所提出的劑量優(yōu)化處理的實例的流程圖,該劑量優(yōu)化處理可以在控制 單元9或附加的分立劑量控制單元或處理器(未示出)中執(zhí)行,以控制劑量調制單元11。在 第一控制階段31中,確定了投影域中預期的噪聲分布,其被稱為“投影噪聲分布”。這可以 通過不同的備選方法實現(xiàn),例如,可以基于之前采集的投影數(shù)據(jù)ACQ、基于患者模型MOD或 基于追蹤掃描SS獲取預期的噪聲分布。這些備選方法可以單獨或組合應用。使用獲取的 投影噪聲分布,在第二控制階段32中可以使用噪聲傳播算法計算最優(yōu)劑量分布圖。對投影 中的噪聲分布的確定或計算和對噪聲傳播算法兩者而言,可以基于散射模型SM或散射估 計算法將投影中包含的散射輻射的量考慮進來。針對待重建體積中用戶可選的位置或ROI 具體計算最優(yōu)噪聲分布。最后,在第三控制階段33中,將最優(yōu)劑量分布(管電流分布圖) 傳送到劑量調制單元11。圖3示出了表示例如常規(guī)CT系統(tǒng)或基于C型臂的平板檢測器錐形射束CT系統(tǒng)的 斷層攝影系統(tǒng)的經簡化成像鏈的流程圖。通過二次誤差傳播一般可以示出不相關非平穩(wěn)噪聲分布σ /(X)通過線性移不 變系統(tǒng)& (X)傳播為σ22 (χ) = gG2(x)*o / (χ)(1)濾波反向投影類型的重建算法可以被視為線性系統(tǒng),并且因此,可以基于等式1 開發(fā)通過這種算法的噪聲傳播。通常,這種系統(tǒng)的成像鏈包括與檢測器相關的圖像形成構成41,諸如檢測器點擴 散函數(shù)(PSF)以及基于投影的處理(組合、低通濾波(未示出))。此外,該成像鏈包括與重 建算法相關的圖像形成構成42,如重建濾波器,以及涉及插值和反向投影的構成43。對于圖3中給出的實例,一個投影i對重建體素j的總噪聲的噪聲貢獻可
以計算如下
= ^'(go *<)( )+《-{g2G *σ2λ)(χ Μ +1) + 2.《-^-((^(^^ + !^^(X)^) (2 )
6
在這一等式中,ge(x)表示聯(lián)合傳遞函數(shù)ge(x),其包括檢測器點擴散函數(shù)和 重建濾波器的傳遞函數(shù)&(χ)。為了簡化,對于等式2中的插值步驟而言,已經假定了扇形 射束幾何結構(兩個插值權值),而直接推出錐形射束的擴展情況(一般四個插值權值)。圖4圖示說明了此處假定為扇形射束幾何結構所使用的幾何結構和術語。對于投 影i而言,來自焦斑F、通過位置\處的體素j中心的射線確定檢測器上的插值位置以及相 應的插值權值%和bijt)使用等式2,計算每個獨立投影i對體素j的噪聲方差的貢獻。根據(jù)下式通過加和 來自所有投影的獨立貢獻計算體素j的總噪聲方差
權利要求
1.一種用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的圖像生成裝置,其中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像 質量,所述圖像生成裝置包括-噪聲確定單元(31),其用于確定所述感興趣區(qū)域的投影域中的噪聲分布;以及-劑量控制單元(32),其用于基于所述確定的噪聲分布通過使用噪聲傳播算法確定針 對所述圖像生成裝置的輻射源O)的劑量分布圖。
2.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,由用戶指定所述感興趣區(qū)域。
3.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,利用自動或半自動的器官分割選取所述 感興趣區(qū)域。
4.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,所述噪聲確定單元(32)適于基于之前采 集的投影數(shù)據(jù)確定所述噪聲分布。
5.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,所述噪聲確定單元(32)適于基于包括所 述感興趣區(qū)域的對象的模型確定所述噪聲分布。
6.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,所述噪聲確定單元(32)適于基于追蹤掃 描確定所述噪聲分布。
7.如權利要求6所述的圖像生成裝置,其中,通過利用低劑量和低分辨率中的至少一 個的掃描操作獲取所述追蹤掃描。
8.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,所述噪聲傳播算法考慮了頻譜效應和散 射輻射中的至少一個。
9.如權利要求1所述的圖像生成裝置,其中,所述噪聲確定單元(32)適于基于低于所 述圖像的最終分辨率的經降低的空間分辨率和經簡化的噪聲傳播算法中的至少一個確定 所述噪聲分布。
10.一種成像系統(tǒng),包括-測量數(shù)據(jù)生成單元,其用于生成所述圖像的所述測量數(shù)據(jù),以及-圖像生成裝置(10),如權利要求1中限定的、其用于根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)生成所述圖像。
11.一種用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的圖像生成方法,其中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像 質量,所述圖像生成方法包括以下步驟-確定所述感興趣區(qū)域的投影域中的噪聲分布;以及-基于所述確定的噪聲分布使用噪聲傳播算法確定針對輻射的劑量分布圖。
12.—種成像方法,包括以下步驟-通過測量數(shù)據(jù)生成單元生成測量數(shù)據(jù),以及-通過圖像生成裝置(10)、根據(jù)如權利要求11中限定的所述步驟、根據(jù)所述測量數(shù)據(jù) 生成圖像。
13.一種用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的計算機程序,所述計算機程序包括當所述計 算機程序在控制所述圖像生成裝置的計算機上運行時,用于令如權利要求1中限定的圖像 生成裝置執(zhí)行如權利要求11中限定的所述檢測方法的所述步驟的程序代碼模塊。
14.一種用于成像的計算機程序,所述計算機程序包括當所述計算機程序在控制所 述成像系統(tǒng)的算機上運行時,用于令如權利要求10中限定的成像系統(tǒng)執(zhí)行如權利要求12 中限定的所述成像方法的所述步驟的程序代碼模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成圖像的圖像生成裝置,其中,針對感興趣區(qū)域優(yōu)化圖像質量,并且涉及包括這種圖像生成裝置的成像系統(tǒng)。所述圖像生成裝置包括用于確定感興趣區(qū)域的投影域中的噪聲分布的噪聲確定單元,以及用于基于所述確定的噪聲分布使用噪聲傳播算法確定針對所述圖像生成裝置的輻射源(2)的劑量分布圖的劑量控制單元(32)。因此,可以改善重建體積的信噪比而不敏感地依賴于選定的感興趣區(qū)域。
文檔編號G06T11/00GK102067177SQ200980123925
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者J·維格特, M·貝爾特拉姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司