專利名稱：：用于計(jì)算機(jī)斷層造影的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算機(jī)斷層造影的裝置，其包括-用于從不同的投影方向透視待檢查對(duì)象的輻射源；-采集來(lái)自輻射源的輻射的檢測(cè)器；以及-連接在該檢測(cè)器之后的求值單元，其從投影圖像中再現(xiàn)出待檢查對(duì)象的立體圖像，并且在立體圖像中對(duì)由于干擾效應(yīng)引起的圖像錯(cuò)誤進(jìn)行校正。此外，本發(fā)明還涉及一種用于從待檢查對(duì)象的投影圖像中再現(xiàn)立體圖像的方法。
背景技術(shù)：
：DE10051462A1中公開(kāi)了這樣一種裝置以及這樣一種方法。公知的裝置包括共同環(huán)繞待檢查對(duì)象的X射線源和X射線檢測(cè)器。由X射線檢測(cè)器記錄的投影圖像被送至圖像計(jì)算機(jī)中，后者對(duì)輻射硬化(Strahlungs-aufhaertung)進(jìn)行校正。在此，圖像計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種后再現(xiàn)的校正方法。圖像計(jì)算機(jī)在該后再現(xiàn)的校正方法的框架中再現(xiàn)待檢查對(duì)象的立體圖像。在此以及下面應(yīng)該將立體圖像既理解為三維的立體視圖、又理解為二維的層圖像。然后進(jìn)行再投影，其中，僅僅考慮立體圖像中那些圖像值在預(yù)定的閾值之上的圖像點(diǎn)。由此，可以減小再投影中的計(jì)算開(kāi)銷。此外，由DE19523090C1公開(kāi)了一種裝置以及一種方法，它們用來(lái)對(duì)由于雜散輻射引起的圖像錯(cuò)誤進(jìn)行校正。在該公知的裝置和該公知的方法中，在雜散輻射的物理模型的基礎(chǔ)上對(duì)雜散分布建模，并且借助于雜散輻射的模型確定入射到檢測(cè)器的單個(gè)像素中的雜散輻射量。然后，將這樣確定的雜散輻射量從未校正的投影圖像的圖像值中減掉。射線硬化(Strahlaufhaertung)以及雜散輻射都不是非線性的效應(yīng)，這些效應(yīng)在從投影圖像中再現(xiàn)立體圖像時(shí)會(huì)導(dǎo)致再現(xiàn)的立體圖像失真。這種圖像偽影尤其容易按照方格偽影或者陰影偽影的形式出現(xiàn)在強(qiáng)列吸收的骨骼結(jié)構(gòu)之間的軟組織中。這種圖像偽影可能嚴(yán)重地影響到立體圖像的定量的精確性，并且導(dǎo)致錯(cuò)誤診斷。通過(guò)引入帶有多行檢測(cè)器以及平面檢測(cè)器的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，經(jīng)由適當(dāng)?shù)膱D像處理對(duì)雜散輻射進(jìn)行校正起著越來(lái)越重要的作用。因?yàn)樵谶@種類型的檢測(cè)器中通過(guò)光闌來(lái)抑制雜散輻射是非常昂貴的。不過(guò)，通過(guò)適當(dāng)?shù)膱D像處理來(lái)對(duì)這些干擾效應(yīng)進(jìn)行校正也是開(kāi)銷大的。為在對(duì)雜散輻射的校正中限制計(jì)算開(kāi)銷，通常使用簡(jiǎn)化的雜散模型，不過(guò)后者是具有系統(tǒng)錯(cuò)誤的。因此，多數(shù)情況下在再現(xiàn)的立體圖像中不能完全消除由于雜散輻射引起的圖像錯(cuò)誤。對(duì)于射線硬化的校正來(lái)說(shuō)，情況類似。盡管在已知待檢查對(duì)象的化學(xué)組成的條件下可以對(duì)硬化進(jìn)行精確的校正，但是，通常待檢查對(duì)象的確切化學(xué)組成、特別是人體中骨骼的化學(xué)組成不是詳細(xì)地已知的。因此，在對(duì)輻射硬化的校正之后還剩余一定的陰影偽影。對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，就此典型公知的例子是在后顱骨坑(Schaedelgrube)中跟骨(Felsenbein)之間的陰影偽影。另一個(gè)錯(cuò)誤來(lái)源可能是對(duì)投影圖像的有問(wèn)題的比例變換。由于從投影數(shù)據(jù)中再現(xiàn)立體圖像的線性，通常不需要事先對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)度，因?yàn)榱Ⅲw圖像也可能在再現(xiàn)之后變換比例。不過(guò)，如果在建立立體圖像時(shí)考慮非線性效應(yīng)、如頻譜的硬化或者雜散輻射以及其校正，則這點(diǎn)就不再出現(xiàn)了。例如，對(duì)于投影圖像例如10％的錯(cuò)誤標(biāo)度，會(huì)導(dǎo)致在雜散輻射校正中遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10％的錯(cuò)誤。
發(fā)明內(nèi)容從上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供具有對(duì)圖像錯(cuò)誤進(jìn)行更好的校正的可能性的一種裝置和一種方法。上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)本文開(kāi)始部分提到的裝置解決的，其中，利用求值單元可以建立一幅未校正的立體圖像和一幅校正立體圖像，這些圖像可以由用戶通過(guò)選擇加權(quán)而被重疊。上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)一種用從待檢查對(duì)象的投影圖像中再現(xiàn)出立體圖像的方法解決的，其中對(duì)由于干擾效應(yīng)引起的圖像錯(cuò)誤進(jìn)行校正。在該方法中，由求值單元建立一幅未校正的立體圖像和一幅校正立體圖像，并且在由用戶選擇加權(quán)的條件下將所述未校正的立體圖像和校正立體圖像重疊為校正后的立體圖像。在對(duì)圖像錯(cuò)誤的校正中，通常首先校正由檢測(cè)器記錄的投影圖像。為此，通常分別建立校正投影圖像。由于在再現(xiàn)中所使用的再現(xiàn)方法的線性，得到投影圖像與校正投影圖像的組合的支持的再現(xiàn)帶來(lái)了校正后的立體圖像，后者對(duì)應(yīng)于由未校正的投影圖像支持的未校正的立體圖像與由校正投影圖像支持的校正立體圖像的組合。因此，原理上可以分別建立未校正的立體圖像和校正立體圖像，可以將它們?cè)谠佻F(xiàn)結(jié)束之后進(jìn)行重疊。如果該重疊借助于可由用戶選擇的加權(quán)函數(shù)進(jìn)行，則用戶可以將其經(jīng)驗(yàn)知識(shí)引入到對(duì)立體圖像的校正中，或者必要時(shí)通過(guò)重復(fù)嘗試而選擇出適用于各自應(yīng)用情況的、未校正的立體圖像和校正立體圖像的組合。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，求值單元借助于再現(xiàn)算法從投影圖像中近似地建立待檢查對(duì)象的對(duì)象模型，并且借助于再投影從該模型中產(chǎn)生校正投影圖像，求值單元從校正投影圖像中建立校正立體圖像，從而可以對(duì)圖像錯(cuò)誤進(jìn)行針對(duì)對(duì)象的校正。在另一種實(shí)施方式中，將未校正的立體圖像和校正立體圖像的圖像值線性地進(jìn)行組合。如果要在多次嘗試中確定未校正的立體圖像和校正立體圖像的最適當(dāng)?shù)慕M合，則該實(shí)施方式由于其簡(jiǎn)單而尤其可以采用。此外，求值單元通過(guò)使用一種加權(quán)函數(shù)，該加權(quán)函數(shù)的變量是校正圖像的圖像值，可以將未校正的立體圖像和校正立體圖像進(jìn)行非線性組合。這點(diǎn)保證了校正立體圖像的圖像值分布與未校正的立體圖像的圖像值分布相匹配。此外，還可以對(duì)校正立體圖像利用空間上的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)，并且在未校正的立體圖像上重疊一個(gè)限定為局部的校正圖像。本發(fā)明的裝置和方法既可以用于對(duì)雜散輻射的校正，也可以用于對(duì)輻射硬化的校正。在對(duì)兩種干擾效應(yīng)的校正中可以產(chǎn)生單獨(dú)的校正立體圖像，后者可以與未校正的立體圖像進(jìn)行疊加。本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)由下面借助于附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的描述給出。圖中圖1表示用于旋轉(zhuǎn)血管造影的X射線設(shè)備的透視圖；圖2表示具有不同加權(quán)函數(shù)的線圖；圖3表示顯示校正方法流程的框圖；以及圖4表示按照校正方法的另一種實(shí)施方式的框圖。具體實(shí)施例方式圖1示出了可以用于旋轉(zhuǎn)血管造影的X射線設(shè)備1的透視圖。X射線設(shè)備1允許對(duì)患者2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層造影立體再現(xiàn)。X射線設(shè)備1包括X射線管3和用來(lái)采集由X射線管3發(fā)射出的X射線輻射的檢測(cè)器4。X射線輻射在至檢測(cè)器4的路徑上穿透患者2，從而檢測(cè)器4記錄了患者2的投影圖像。X射線管3和檢測(cè)器4被固定在由支架6保持的C型5上。在支架6中C型5可沿著圓周方向7移動(dòng)地受到支撐。支架6本身被可以圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在立柱8上。立柱8被安裝在地面支架10上，該地面支架可以移動(dòng)立柱8。在X射線設(shè)備1的運(yùn)行中，C型5圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸9進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此圍繞患者2位于其上的患者臥榻11轉(zhuǎn)動(dòng)。檢測(cè)器4連接在求值單元12上，后者從投影圖像中計(jì)算出患者2內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體表示。例如，可以將立體圖像在監(jiān)視器13上顯示。除了其它的之外，在求值單元12上連接了輸入設(shè)備14，利用后者可以控制X射線設(shè)備1。在該關(guān)聯(lián)中應(yīng)該指出的是，立體圖像是三維的、關(guān)于患者2的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組。通過(guò)例如計(jì)算穿過(guò)立體圖像的截面圖像并在監(jiān)視器13上顯示，也可以在監(jiān)視器13上二維地實(shí)現(xiàn)立體圖像的顯示。對(duì)于立體圖像的再現(xiàn)來(lái)說(shuō)，為專業(yè)人員提供了不同的再現(xiàn)算法例如，在二維的平行或扇形射線幾何中的過(guò)濾的反投影，以及用于螺旋計(jì)算機(jī)斷層造影的專門(mén)算法。對(duì)于專業(yè)人員來(lái)說(shuō)尤其公知的是由FELDKAMP，L.A.，DAVIS，L.C.，KRESS，J.W.Practicalcone-beamalgorithm.J.Opt.Soc.Amer.A，Band6，1984，S.612-619公開(kāi)的近似Feldkamp算法，以及由WIESENT，K.(等)Enhanced3-D-RekonstructionAlgorithmforC-Arm-SystemsSuitableforInterventionalProcedures.IEEETRANS.MED.IAMGING，Band19，Nr.5，Mai2000，S.391-403公開(kāi)的一般化，由KATSEVICH，AAnalysisofanexactalgorithmforspiralcone-beamCT.Phys.Med.Biol.，Band47，2002，S.2583-2597公開(kāi)的對(duì)于三維錐形射線計(jì)算機(jī)斷層造影的更精確的再現(xiàn)算法。公知的再現(xiàn)算法的一個(gè)基本特性是其線性。由于再現(xiàn)方法的線性，可以將校正圖像的再現(xiàn)與基于未校正的投影圖像的再現(xiàn)分開(kāi)B(f0+δf)＝B(f0)+B(δf)＝B0+δB(#1)其中，f0表示一個(gè)未校正的投影數(shù)據(jù)組，δf表示對(duì)于投影數(shù)據(jù)組的校正，而B(niǎo)表示立體圖像再現(xiàn)，例如利用一種所提到的方法。B0、δB表示再現(xiàn)后的立體圖像。投影數(shù)據(jù)組f0由投影圖像的序列以及在C型5旋轉(zhuǎn)期間獲取的投影方向組成。對(duì)于投影數(shù)據(jù)組f0下式成立f0＝f0(u，v，w)，其帶有檢測(cè)器上的行和列變量u，v以及投影角變量w，后者包括一個(gè)大于180度的范圍。對(duì)于校正數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)同樣的標(biāo)示成立。在此描述的方法的基礎(chǔ)是存在兩個(gè)立體圖像一個(gè)未校正的立體圖像B0和一個(gè)校正圖像δB以及可以將兩種有針對(duì)性地疊加。由此，獲得了這樣的靈活性，其允許用戶自己來(lái)控制校正圖像混合的程度和類型，并且引入其經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。在此，可以有不同的變形。一種最簡(jiǎn)單的校正是全程的線性混合Bc＝B0+c·δB(#2)其中，將校正立體圖像δB乘上加權(quán)系數(shù)c＞0，然后線性重疊。c＝1給出按照等式(#1)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。c＜1校正被衰減，例如如果標(biāo)準(zhǔn)校正容易過(guò)補(bǔ)償?shù)脑?。最后，c＞1可以加強(qiáng)校正效果，如果標(biāo)準(zhǔn)校正過(guò)弱的話。一般化的是全程相加的非線性混合Bα＝B0+α(δB)(#3)在等式(#3)中，α意味著校正立體圖像的灰度范圍的一種一般的非線性特征曲線。在此，α對(duì)于校正圖像的灰度值逐像素或逐體素地進(jìn)行運(yùn)算。例如，一種具有指數(shù)等級(jí)(Gradation)的特征曲線下列關(guān)系成立將校正圖像δB中的最小和最大灰度值記為a和b，灰度值范圍的規(guī)模記為A＝b-a。當(dāng)c＞1時(shí)，校正應(yīng)該上升到灰度值范圍規(guī)模A’＝cA，而當(dāng)c＜1時(shí)，校正應(yīng)該壓縮到灰度值范圍規(guī)模A’＝cA。這樣，對(duì)于介于a和b之間的任意灰度值yα(y)＝ca+c(2/A)β-1(y-a)β，對(duì)于a≤y≤(a+b)/2(#4a)以及α(y)＝ca+cb-α(a+b-y)，對(duì)于(a+b)/2≤y≤b(#4b)對(duì)于β＝1，等式(#4a-b)變?yōu)獒槍?duì)線性混合的等式(#1)。圖2中的線圖說(shuō)明了β＝3，c＝1.5，a＝0，b＝1的特征曲線15的例子。其它的特征曲線16和17分別示出了β＝1和c＝1.5以及β＝1和c＝1的情況。注意到，在等式(#3)中自然可以使用任何適當(dāng)?shù)膯握{(diào)特征曲線，例如也包括直方圖任意化的技術(shù)。另一種可能性是局部混合?？梢詫⒕植炕旌嫌糜趦蓚€(gè)所提到的實(shí)施方式、即線性的或非線性的混合。在局部混合中，代之以覆蓋整個(gè)圖像空間的、標(biāo)準(zhǔn)的全程混合，僅僅局部地在由用戶選擇的感興趣的空間范圍內(nèi)線性地或非線性地修改未校正的圖像立體。不過(guò)，為了避免在感興趣區(qū)域的邊沿上的不連續(xù)，必須將校正與空間上的窗函數(shù)相乘，該窗函數(shù)優(yōu)選在感興趣區(qū)域的內(nèi)部具有值1，而在感興趣區(qū)域的邊沿上平滑地降至值0。下面，結(jié)合圖3和4對(duì)產(chǎn)生校正立體圖像的不同可能性及其與立體圖像的疊加進(jìn)行描述。根據(jù)圖3數(shù)據(jù)獲取18提供了投影圖像數(shù)據(jù)19，從中通過(guò)再現(xiàn)20產(chǎn)生出未校正的立體圖像21。根據(jù)未校正的投影圖像數(shù)據(jù)19和未校正的立體圖像21來(lái)進(jìn)行錯(cuò)誤校正22，并產(chǎn)生校正立體圖像23。錯(cuò)誤校正22例如可以如下進(jìn)行根據(jù)未校正的立體圖像21進(jìn)行再投影，并且在此將所產(chǎn)生的再投影的投影圖像與原始的投影圖像數(shù)據(jù)19進(jìn)行比較。對(duì)校正立體圖像23進(jìn)行加權(quán)24。最后，通過(guò)隨后將未校正的立體圖像21和校正立體圖像23的相加25產(chǎn)生了校正后的立體圖像26。對(duì)于校正立體圖像23的單獨(dú)再現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)過(guò)渡到更粗略的空間分辨率可以減小用于再現(xiàn)校正立體圖像23的計(jì)算開(kāi)銷。因?yàn)榇Ｕ膱D像偽影通常是大面積地構(gòu)成的，由此校正立體圖像23的圖像質(zhì)量不會(huì)顯著地惡化。此外，如圖4所示的那樣，也可以在錯(cuò)誤校正27中產(chǎn)生校正后的投影圖像數(shù)據(jù)，并且從該校正后的投影圖像數(shù)據(jù)中再現(xiàn)臨時(shí)校正的立體圖像28。通過(guò)隨后的相減29形成了未校正的立體圖像21和臨時(shí)校正的立體圖像28之間的一幅差值圖像30。然后，對(duì)該差值圖像30進(jìn)行加權(quán)24，在將未校正的立體圖像21與加權(quán)后的差值圖像30相加25之后，最后形成了校正后的立體圖像26。注意到，在結(jié)合圖3和4所描述的實(shí)施方式中分別使用了后再現(xiàn)的校正方法。不過(guò)，也可以借助于先建立的(praekonstruktiv)校正方法來(lái)產(chǎn)生校正圖像。在這種情況下，根據(jù)投影圖像來(lái)構(gòu)造校正圖像。這點(diǎn)例如在用于校正輻射硬化的所謂的水校正中是這種情況。因?yàn)橄冉⒌男Ｕ椒ㄍǔ２荒芡耆e(cuò)誤，可以將校正圖像與未校正的立體圖像進(jìn)行加權(quán)的疊加，特別有優(yōu)勢(shì)的是與先建立的校正方法關(guān)聯(lián)。對(duì)于校正立體圖像的單獨(dú)再現(xiàn)具有下列的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)單獨(dú)的校正立體圖像的存在形成了較大的靈活性，因?yàn)樵趯?duì)(未校正的或者僅僅初步校正的)立體圖像的重疊中，可以灰度值比例(必要時(shí)空間上有限的)來(lái)調(diào)整對(duì)校正的加權(quán)。此外，與利用改變的校正參數(shù)進(jìn)行重新的完全再現(xiàn)相比，通常可以顯著更迅速地調(diào)整由用戶對(duì)后校正進(jìn)行的控制。權(quán)利要求1.一種用于計(jì)算機(jī)斷層造影的裝置，其包括-用于從不同的投影方向透視待檢查對(duì)象(2)的輻射源(3)；-采集來(lái)自輻射源(3)的輻射的檢測(cè)器(4)；以及-連接在該檢測(cè)器(4)之后的求值單元(12)，該求值單元從投影圖像(19)中再現(xiàn)出待檢查對(duì)象(2)的立體圖像(26)，并且在該立體圖像(26)中對(duì)由于干擾效應(yīng)引起的圖像錯(cuò)誤進(jìn)行校正，其特征在于，利用所述求值單元(12)可以產(chǎn)生未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)，這些圖像可以由用戶通過(guò)選擇加權(quán)(24)而被重疊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述求值單元(12)產(chǎn)生一幅未校正的立體圖像(21)，并且通過(guò)再投影從該未校正的立體圖像中產(chǎn)生校正后的投影圖像數(shù)據(jù)，從該校正后的投影圖像數(shù)據(jù)中可以產(chǎn)生校正立體圖像(23，30)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，可以將所述未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)的圖像值線性地進(jìn)行組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，可以在使用以所述校正立體圖像(23，30)的圖像值作為變量的加權(quán)函數(shù)的條件下，將所述未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)非線性地進(jìn)行組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，可以對(duì)所述校正立體圖像(23)利用限定在局部的窗函數(shù)進(jìn)行加權(quán)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述校正立體圖像(23，30)被校正了雜散輻射。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述校正立體圖像(23，30)被校正了輻射硬化。8.一種用從待檢查對(duì)象(2)的投影圖像(19)中再現(xiàn)出立體圖像(26)的方法，其中對(duì)由于干擾效應(yīng)引起的圖像錯(cuò)誤進(jìn)行校正，其特征在于，由求值單元(12)產(chǎn)生未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)，并且在由用戶選擇加權(quán)(24)的條件下將所述未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23)重疊為校正后的立體圖像(26)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，由所述求值單元(12)產(chǎn)生未校正的立體圖像(21)，從中再投影出校正后的投影圖像數(shù)據(jù)，從校正后的投影圖像數(shù)據(jù)中確定校正立體圖像(23，30)。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，將所述未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)的圖像值線性地進(jìn)行組合。11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)由非線性加權(quán)函數(shù)對(duì)所述校正立體圖像(23，30)的圖像值進(jìn)行加權(quán)，將所述未校正的立體圖像(21)和校正立體圖像(23，30)非線性地進(jìn)行組合。12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用空間上有限的窗函數(shù)對(duì)所述校正立體圖像(23，30)進(jìn)行加權(quán)。13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)雜散輻射進(jìn)行校正。14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)輻射硬化進(jìn)行校正。全文摘要本發(fā)明描述了用于計(jì)算機(jī)斷層造影的一種裝置和一種方法，其中，由用戶按照對(duì)加權(quán)函數(shù)(15，16，17)的選擇將未校正的立體圖像與校正立體圖像進(jìn)行重疊。由此，在對(duì)例如雜散輻射或輻射硬化的干擾效應(yīng)的校正之后，也可以手動(dòng)地進(jìn)行再校正。文檔編號(hào)G01N23/02GK1879561SQ20061009376公開(kāi)日2006年12月20日申請(qǐng)日期2006年6月19日優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日發(fā)明者厄恩斯特·P·魯恩肖普夫申請(qǐng)人:西門(mén)子公司