УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ГИБРИДНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБЪЕКТА ИЗ ПРОЕКЦИОННЫХ ДАННЫХ Российский патент 2016 года по МПК G06T11/00 A61B6/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству формирования изображений, способу формирования изображений и компьютерной программе формирования изображений для формирования изображения области интереса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Диссертация "Combining Analytical and Iterative Reconstruction in Helical Cone-Beam CT" автора Johan Sunnegårdh, Linköping Studies in Science and Technology, Thesis No. 1301 (2007) раскрывает алгоритм реконструкции для реконструкции изображения компьютерной томографии из проекционных данных. Проекционные данные подвергаются низкочастотной фильтрации для выработки первого набора фильтрованных проекционных данных и подвергаются высокочастотной фильтрации для выработки второго набора фильтрованных проекционных данных, при этом первый набор фильтрованных проекционных данных итеративно реконструируется для генерирования итеративно реконструированного изображения и второй набор фильтрованных проекционных данных аналитически реконструируется для генерирования аналитически реконструированного изображения. Конечное изображение генерируется посредством комбинирования итеративно реконструированного изображения и аналитически реконструированного изображения.

Статья "Algebraic Reconstruction Techniques Can Be Made Computationally Efficient" авторов G. T. Herman, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 12, No. 3, September 1993 раскрывает итеративный алгебраический метод реконструкции (ART). Начиная с исходного изображения, на каждом этапе итерации a) генерируются смоделированные проекционные данные посредством моделирования прямой проекции через текущее изображение объекта интереса, b) определяется разность между смоделированными проекционными данными и измеренными проекционными данными и c) осуществляется обратное проецирование этой разности для обновления текущего изображения объекта интереса.

Этот метод реконструкции является чувствительным к изменениям в измеренных проекционных данных, которые могут вводиться в течение этапа предварительной обработки, который включает в себя, например, коррекцию текущих флуктуаций трубки или воздушную калибровку. Чувствительность к этим изменениям в измеренных проекционных данных может вести к артефактам затенения в реконструированном изображении и, поэтому, снижает качество реконструированного изображения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечить устройство формирования изображений, способ формирования изображений и компьютерную программу формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом может генерироваться изображение объекта интереса, имеющее улучшенное качество.

В первом аспекте настоящего изобретения представляется устройство формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом устройство формирования изображений содержит:

- блок обеспечения данных обнаружения для обеспечения данных обнаружения, которые относятся к объекту интереса,

- блок аналитической реконструкции для аналитической реконструкции аналитического изображения объекта из данных обнаружения,

- блок итеративной реконструкции для итеративной реконструкции итеративного изображения объекта из данных обнаружения, и

- блок комбинирования для комбинирования аналитического изображения и итеративного изображения для генерирования комбинированного изображения,

при этом блок комбинирования выполнен с возможностью

- применять первый фильтр к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, тем самым генерируя фильтрованное аналитическое изображение,

- применять второй фильтр к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, тем самым генерируя фильтрованное итеративное изображение, и

- комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение.

Процедура аналитической реконструкции является менее чувствительной к предварительной обработке данных обнаружения. Артефакты затенения в аналитическом изображении, поэтому, являются уменьшенными, или аналитическое изображение не показывает какие-либо артефакты затенения. Таким образом, посредством комбинирования аналитического изображения, которое содержит уменьшенные артефакты затенения или никаких артефактов затенения вовсе, с итеративным изображением может генерироваться комбинированное изображение, в котором артефакты затенения уменьшены по сравнению с итеративным изображением, тем самым обеспечивается улучшение качества реконструированного конечного изображения объекта интереса.

Блок комбинирования может быть выполнен с возможностью, например, осуществлять сложение аналитического изображения и итеративного изображения, или взвешенным образом усреднять аналитическое изображение и итеративное изображение для генерирования комбинированного изображения.

Блок комбинирования выполнен с возможностью i) применять первый фильтр к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, тем самым генерируя фильтрованное аналитическое изображение, ii) применять второй фильтр к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, тем самым генерируя фильтрованное итеративное изображение, и iii) комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение. Шум, который может преимущественно располагаться в высоких пространственных частотах в аналитическом изображении, может эффективно подавляться посредством использования высоких пространственных частот итеративного изображения, тогда как артефакты затенения, которые могут присутствовать в итеративном изображении, могут подавляться посредством использования низких пространственных частот аналитического изображения.

Таким образом, комбинированное изображение может иметь относительно низкое значение шума, которое соответствует значению шума итеративного изображения, и уменьшенные артефакты затенения или никаких артефактов затенения вовсе. Качество конечного изображения может, поэтому, дополнительно улучшаться.

Блок комбинирования является предпочтительно выполненным с возможностью выполнять фильтрацию посредством: преобразования Фурье аналитического изображения и итеративного изображения, применения первой передаточной функции, которая определяет первый фильтр, к преобразованному посредством преобразования Фурье аналитическому изображению, применения второй передаточной функции, которая определяет второй фильтр, к преобразованному посредством преобразования Фурье итеративному изображению, и обратного преобразования Фурье аналитического изображения и итеративного изображения.

Блок комбинирования может быть выполненным с возможностью комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение в области Фурье или в пространственной области. Таким образом, блок комбинирования может быть выполненным с возможностью комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение до того, как выполняется обратное преобразование Фурье, или после того, как обратное преобразование Фурье было выполнено, при этом, конечно, если комбинирование выполняется до того, как обратное преобразование Фурье было выполнено, результирующее комбинированное изображение преобразовывается посредством обратного преобразования Фурье. В области Фурье, первая и вторая передаточные функции предпочтительно применяются к преобразованному посредством преобразования Фурье аналитическому изображению и преобразованному посредством преобразования Фурье итеративному изображению, соответственно, посредством умножения соответствующей передаточной функции на соответствующее преобразованное посредством преобразования Фурье изображение.

В одном варианте осуществления, первая передаточная функция определяется как:

для , (1) для для

где является модулем пространственной частоты, являются проектными параметрами для фильтра.

Обычными диапазонами значений являются пл/см (парных линий на сантиметр) и 1 пл/см < k₂ < 6 пл/см. Проектные параметры могут предварительно определяться посредством калибровочных реконструкций, при этом фильтрация может выполняться для разных значений проектных параметров и могут выбираться значения проектных параметров , которые ведут к минимизированным артефактам изображения. Значения проектных параметров могут определяться для разных объектов или для разных частей объекта, чтобы обеспечивать для каждого объекта или каждой части объекта оптимизированные значения проектных параметров.

Вторая передаточная функция предпочтительно выполнена таким образом, что сумма первой передаточной функции и второй передаточной функции равняется единице. Однако первая передаточная функция и вторая передаточная функция могут также быть выполненными таким образом, что сумма этих передаточных функций является низкочастотной передаточной функцией. Это может вести к комбинированному изображению, которое имеет уменьшенное пространственное разрешение, что может быть желательным, если структуры интереса не требуют очень высокого пространственного разрешения, и которое может иметь дополнительно уменьшенный шум. Предпочтительная низкочастотная передаточная функция , которая может являться результатом сложения первой передаточной функции и второй передаточной функции, может определяться следующим образом:

для , (2) для для

при этом являются проектными параметрами, которые могут определяться посредством калибровочных реконструкций, как описано выше.

В дополнительном варианте осуществления, первая передаточная функция и вторая передаточная функция выполнены таким образом, что сумма этих передаточных функций является усиливающей границы передаточной функцией. Усиливающая границы передаточная функция может быть выполненной с возможностью усиливать требуемые частотные компоненты, чтобы получать соответствующее усиление границ. Если комбинированное изображение содержит усиленные границы, эти границы могут более легко идентифицироваться пользователем, например терапевтом, или посредством алгоритма, такого как алгоритм сегментирования, который использует усиленные границы.

В предпочтительном варианте осуществления первый фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты проходят через первый фильтр, если первый фильтр применяется к аналитическому изображению, и при этом второй фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты подавляются посредством второго фильтра, если второй фильтр применяется к итеративному изображению. Так как также предварительно определенные высокие частоты аналитического изображения проходят через первый фильтр, комбинированное конечное изображение может содержать структуру шума, которая не соответствует минимально возможному шуму, но более большому шуму. Например, предварительно определенные высокие частоты аналитического изображения, которые проходят через первый фильтр и которые, поэтому, присутствуют в комбинированном конечном изображении, могут выбираться так, что комбинированное конечное изображение имеет структуру шума, которая соответствует требуемой структуре шума, в частности структуре шума, которую желают видеть рентгенологи, и/или структуре шума, с которой рентгенологи знакомы.

В дополнительном варианте осуществления первая передаточная функция, определяющая первый фильтр, может определяться следующим образом:

для , (3) для для

с дополнительным параметром , который находится обычно в диапазоне 0,05 по 0,4. Также дополнительный параметр может определяться посредством калибровочных реконструкций, при этом для разных объектов или для разных частей объекта могут обеспечиваться разные значения дополнительного параметра , при этом соответствующее значение дополнительного параметра оптимизируется для соответствующего объекта или соответствующей части объекта. Параметры являются вышеупомянутыми проектными параметрами, которые могут находиться внутри вышеупомянутых обычных диапазонов значений.

Блок обеспечения данных обнаружения может являться устройством хранения, в котором данные обнаружения уже сохранены. Однако блок обеспечения данных обнаружения может также быть блоком обнаружения для получения данных обнаружения, которые являются предпочтительно проекционными данными. Например, блок обеспечения данных обнаружения может содержать источник излучения для генерирования излучения для прохождения через объект интереса и блок обнаружения для обнаружения излучения после его прохождения через объект интереса и для генерирования данных обнаружения в зависимости от обнаруженного излучения. Источник излучения является предпочтительно источником рентгеновских лучей и блок обнаружения предпочтительно выполнен с возможностью обнаруживать рентгеновские лучи после прохождения через объект интереса. Устройство формирования изображений может быть устройством компьютерной томографии или рентгенографическим устройством типа C-штатива.

Устройство формирования изображений может также являться другим средством формирования изображений, таким как средство ядерного формирования изображений, например, устройством однофотонной эмиссионной компьютерной томографии или устройством позитрон-эмиссионной томографии, при этом источник излучения является ядерным излучателем и блок обнаружения выполнен с возможностью обнаруживать испущенное ядерное излучение.

Является дополнительно предпочтительным, чтобы блок аналитической реконструкции был выполнен с возможностью реконструировать аналитическое изображение посредством использования, по меньшей мере, одного из следующих способов реконструкции: обратного проецирования с веерной фильтрацией, как описано, например, в статье "Redundant data and exact helical cone-beam reconstruction" авторов D. Heuscher и др., Physics in Medicine and Biology, No. 49, страницы 2219 по 2238, 2004; обратного проецирования с расширенной параллельной фильтрацией, как описано, например, в статье "Extended parallel backprojection for standard three-dimensional and phase-correlated four-dimensional axial and spiral cone-beam CT with arbitrary pitch, arbitrary cone-angle, and 100% dose usage" авторов M. Kachelrieß и др., Institute of Medical Physics, июнь 2004; обратного проецирования с фильтрацией без параллельного повторного биннинга, как описано, например, в статье "A new weighting scheme for cone-beam helical CT to reduce the image noise" автора K. Taguchi, Physics in Medicine and Biology, No. 49, страницы 2351 по 2364, 2004; обратного проецирования со взвешенной фильтрацией, как описано, например, в статье "Weighted FBP - a simple approximate 3D FBP algorithm for multislice spiral CT with good dose usage for arbitrary pitch" авторов K. Stierstorfer и др., Physics in Medicine and Biology, No. 49, страницы 2209 по 2218, 2004; угловой взвешенной гибридной круговой реконструкции, как описано, например, в статье "Angular weighted hybrid cone-beam CT reconstruction for circular trajectories" авторов M. Grass и др., Physics in Medicine and Biology, No. 46, страницы 1595 по 1610, 2001.

Также является предпочтительным, чтобы блок итеративной реконструкции был выполнен с возможностью реконструировать итеративное изображение посредством использования, по меньшей мере, одного из следующих способов реконструкции: алгебраического метода реконструкции (ART), как описано, например, в статье "Algebraic Reconstruction Techniques Can Be Made Computationally Efficient" автора G. T. Herman, IEEE Transactions on medical imaging, Vol. 12, No. 3, сентябрь 1993, одновременного алгебраического метода реконструкции (SART), как описано, например, в статье "Rapid 3-D Cone-Beam Reconstruction with the Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique (SART) Using 2-D Texture Mapping Hardware" авторов K. Mueller и др., IEEE Transactions on medical imaging, Vol. 19, No. 12, декабрь 2000, реконструкции по максимальному правдоподобию. Несколько вариантов осуществления известной реконструкции по максимальному правдоподобию раскрыты, например, в книге "Statistical Image Reconstruction Methods for Transmission Tomography" автора J. A. Fessler, University of Michigan, при этом блок итеративной реконструкции может быть выполнен с возможностью использовать один из этих вариантов осуществления реконструкции по максимальному правдоподобию.

Эти способы реконструкции обеспечивают возможность реконструкции аналитических и итеративных изображений, соответственно, с высоким качеством изображения.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представляется способ формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом способ формирования изображений содержит:

- обеспечение данных обнаружения, которые относятся к объекту интереса,

- аналитическую реконструкцию аналитического изображения объекта из данных обнаружения,

- итеративную реконструкцию итеративного изображения объекта из данных обнаружения,

- применение первого фильтра к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, тем самым генерируется фильтрованное аналитическое изображение,

- применение второго фильтра к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, тем самым генерируется фильтрованное итеративное изображение, и

- комбинирование фильтрованного аналитического изображения и фильтрованного итеративного изображения для генерирования комбинированного изображения.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представляется компьютерная программа формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом компьютерная программа формирования изображений содержит средство программного кода для предписания устройству формирования изображений по пункту 1 формулы изобретения выполнять этапы способа формирования изображений, определенного в пункте 10 формулы изобретения, когда компьютерная программа формирования изображений исполняется на компьютере, управляющем устройством формирования изображений.

Следует понимать, что устройство формирования изображений по пункту 1 формулы изобретения, способ формирования изображений по пункту 10 формулы изобретения и компьютерная программа формирования изображений по пункту 11 формулы изобретения имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, которые определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может также являться любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

Эти и другие аспекты изобретения будут видны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На следующих чертежах:

Фиг.1 показывает схематически и примерно один вариант осуществления устройства формирования изображений для формирования изображения объекта интереса,

Фиг.2 показывает блок-схему последовательности операций, примерно иллюстрирующую один вариант осуществления способа формирования изображений для формирования изображения объекта интереса,

Фиг.3 показывает схематически и примерно несколько промежуточных изображений и конечное реконструированное комбинированное изображение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 показывает схематически и примерно устройство формирования изображений для формирования изображения объекта интереса. В этом варианте осуществления устройство 1 формирования изображений является устройством компьютерной томографии. Устройство 1 компьютерной томографии содержит блок 16 обеспечения данных обнаружения для обеспечения проекционных данных, которые относятся к объекту интереса. Блок 16 обеспечения данных обнаружения включает в себя раму 15, которая является выполненной с возможностью вращения вокруг оси вращения R, которая простирается параллельно направлению z. Источник 2 излучения, который является в этом варианте осуществления рентгеновской трубкой, устанавливается на раме 15. Источник 2 излучения обеспечивается коллиматором 3, который формирует в этом варианте осуществления конический пучок 4 излучения из излучения, сгенерированного посредством источника 2 излучения. Излучение проходит через объект интереса (не показан), как, например, человека или часть человека, в зоне 5 обследования, которая является в этом варианте осуществления цилиндрической. После прохождения через зону 5 обследования пучок 4 излучения падает на блок 6 обнаружения, который содержит двумерную поверхность обнаружения. Блок 6 обнаружения устанавливается на раме 15.

Блок 16 обеспечения данных обнаружения содержит два двигателя 7, 8. Рама 15 перемещается на предпочтительно постоянной, но регулируемой угловой скорости посредством двигателя 7. Двигатель 8 обеспечивается для смещения объекта, расположенного на столе, в частности расположенного на столе для пациента, в зоне 5 обследования параллельно направлению оси вращения R или оси z. Эти двигатели 7, 8 управляются посредством блока 9 управления, например, так что источник 2 излучения и зона 5 обследования и, таким образом, объект интереса внутри зоны 5 обследования перемещаются относительно друг друга вдоль спиральной траектории. Однако является также возможным, что объект или зона 5 обследования не перемещаются, но что вращается только источник 2 излучения, т.е. что источник 2 излучения перемещается вдоль круговой траектории относительно объекта или зоны 5 обследования. Дополнительно, в другом варианте осуществления коллиматор 3 может быть выполнен с возможностью для формирования другой формы пучка, в частности расходящегося пучка, и блок 6 обнаружения может содержать поверхность обнаружения, которая имеет форму, соответствующую другой форме пучка, в частности расходящемуся пучку.

В течение относительного перемещения источника 2 излучения и зоны 5 обследования блок 6 обнаружения генерирует данные обнаружения, в этом варианте осуществления проекционные данные в зависимости от излучения, падающего на поверхность обнаружения блока 6 обнаружения.

Данные обнаружения предоставляются в устройство 10 генерирования изображений для генерирования изображения объекта интереса из данных обнаружения. Устройство 10 генерирования изображений содержит блок 12 аналитической реконструкции для аналитической реконструкции аналитического изображения объекта из данных обнаружения, блок 13 итеративной реконструкции для итеративной реконструкции итеративного изображения объекта из данных обнаружения и блок 14 комбинирования для комбинирования аналитического изображения и итеративного изображения для генерирования комбинированного изображения. Комбинированное изображение обеспечивается в блок 11 отображения для отображения комбинированного изображения.

Также устройство 10 генерирования изображений предпочтительно управляется посредством блока 9 управления. В другом варианте осуществления устройство 10 генерирования изображений также может содержать собственный блок управления для управления устройством 10 генерирования изображений.

Блок 12 аналитической реконструкции является предпочтительно выполненным с возможностью реконструировать аналитическое изображение посредством применения алгоритма обратного проецирования с фильтрацией к данным обнаружения, например одного из вышеупомянутых обратного проецирования с веерной фильтрацией, обратного проецирования с расширенной параллельной фильтрацией, обратного проецирования с фильтрацией без параллельного повторного биннинга, обратного проецирования со взвешенной фильтрацией и угловой взвешенной гибридной круговой реконструкции. Блок 12 аналитической реконструкции может также быть выполненным с возможностью применять другой алгоритм аналитической реконструкции к данным обнаружения.

Блок 13 итеративной реконструкции предпочтительно выполнен с возможностью реконструировать итеративное изображение посредством использования способа максимального правдоподобия, как раскрыто, например, в вышеупомянутой книге автора J. A. Fessler. В другом варианте осуществления блок итеративной реконструкции может быть выполнен с возможностью использовать другой способ итеративной реконструкции, такой как способ, описанный, например, в "Correction of gain fluctuations in iterative tomographic image reconstruction" авторов J.-B. Thibault и др., 9^th International Meeting on Fully Three-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine, страницы 112 по 115.

Блок 14 комбинирования является выполненным с возможностью комбинировать аналитическое изображение и итеративное изображение в области Фурье. В частности, блок 14 комбинирования выполнен с возможностью применять первый фильтр к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, чтобы генерировать фильтрованное аналитическое изображение, и применять второй фильтр к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, чтобы генерировать фильтрованное итеративное изображение.

Блок 14 комбинирования является дополнительно выполненным с возможностью комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение. Блок 14 комбинирования является предпочтительно выполненным с возможностью осуществлять сложение фильтрованного аналитического изображения и фильтрованного итеративного изображения, чтобы комбинировать эти фильтрованные изображения. Блок комбинирования может также быть выполненным с возможностью взвешенным образом усреднять фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение.

Блок 14 комбинирования может быть выполненным с возможностью выполнять фильтрацию посредством: преобразования Фурье аналитического изображения и итеративного изображения, применения первой передаточной функции, которая определяет первый фильтр, к преобразованному посредством преобразования Фурье аналитическому изображению, применения второй передаточной функции, которая определяет второй фильтр, к преобразованному посредством преобразования Фурье итеративному изображению, и обратного преобразования Фурье аналитического изображения и итеративного изображения. Блок 14 комбинирования может быть выполненным с возможностью комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение в области Фурье или в пространственной области. Таким образом, блок 14 комбинирования может быть выполненным с возможностью комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение до того, как выполняется обратное преобразование Фурье, или после того, как обратное преобразование Фурье было выполнено, при этом, конечно, если комбинирование выполняется до выполнения обратного преобразования Фурье, результирующее комбинированное изображение преобразовывается посредством обратного преобразования Фурье. В области Фурье, первая и вторая передаточные функции предпочтительно применяются к преобразованному посредством преобразования Фурье аналитическому изображению и преобразованному посредством преобразования Фурье итеративному изображению, соответственно, посредством умножения соответствующей передаточной функции на соответствующее преобразованное посредством преобразования Фурье изображение.

Блок 14 комбинирования может быть выполненным с возможностью использовать, например, первую передаточную функцию, определенную в уравнении (1), или первую передаточную функцию, определенную в уравнении (3). Вторая передаточная функция является предпочтительно выполненной таким образом, что сумма первой передаточной функции и второй передаточной функции равняется единице. Однако вторая передаточная функция может также выбираться так, что сумма первой передаточной функции, как определено, например, в уравнении (1) или уравнении (3), и второй передаточной функции является низкочастотной передаточной функцией, как определено, например, в уравнении (2), или усиливающей границы передаточной функцией.

Хотя блок комбинирования, как было описано выше, выполняет операции фильтрации в области Фурье, блок комбинирования может также быть выполненным с возможностью выполнять операции фильтрации в пространственной области, при этом фильтры, которые главным образом осуществляют низкочастотную фильтрацию или высокочастотную фильтрацию соответствующего изображения и которые соответствуют вышеупомянутым фильтрам для области Фурье, обеспечиваются в пространственной области.

В одном варианте осуществления первый фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты проходят через первый фильтр, если первый фильтр применяется к аналитическому изображению, и второй фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты подавляются посредством второго фильтра, если второй фильтр применяется к итеративному изображению.

В последующем вариант осуществления способа формирования изображений для формирования изображения объекта интереса будет иллюстративно описываться со ссылкой на блок-схему последовательности операций, показанную на Фиг.2.

Способ формирования изображений для формирования изображения объекта интереса является в этом варианте осуществления способом формирования изображений компьютерной томографии. На этапе 101 блок 16 обеспечения данных обнаружения обеспечивает данные обнаружения, в этом варианте осуществления проекционные данные, которые относятся к объекту интереса. В частности, источник 2 излучения вращается вокруг оси вращения R и объект или зона 5 обследования не перемещается, т.е. источник 2 излучения перемещается вдоль круговой траектории вокруг объекта или зоны 5 обследования. В другом варианте осуществления источник 2 излучения может перемещаться вдоль другой траектории, например спиральной траектории, относительно объекта. Источник 2 излучения излучает излучение, проходящее через объект интереса, при этом излучение, которое прошло через объект интереса, обнаруживается посредством блока 6 обнаружения для генерирования данных обнаружения.

Данные обнаружения передаются в устройство 10 генерирования изображений и на этапе 102 блок 12 аналитической реконструкции аналитически реконструирует аналитическое изображение 17 объекта из данных обнаружения. Аналитическое изображение 17 грудной клетки человека схематически и иллюстративно показано на Фиг.3. На этапе 103 блок 13 итеративной реконструкции итеративно реконструирует итеративное изображение 18 объекта из данных обнаружения. Итеративное изображение 18 схематически и примерно показано на Фиг.3.

На этапе 104 блок 14 комбинирования применяет первый фильтр к аналитическому изображению 17 для низкочастотной фильтрации аналитического изображения 17, тем самым генерируя фильтрованное аналитическое изображение 19, и на этапе 105 блок 14 комбинирования применяет второй фильтр к итеративному изображению 18 для высокочастотной фильтрации итеративного изображения 18, тем самым генерируя фильтрованное итеративное изображение 20. Фильтрация может выполняться в области Фурье или в пространственной области, при этом на Фиг.3 все изображения показаны в пространственной области.

На этапе 104 первый фильтр может не только осуществлять низкочастотную фильтрацию аналитического изображения 17, но также может обеспечивать возможность, чтобы предварительно определенные высокие пространственные частоты проходили через первый фильтр, и на этапе 105 второй фильтр может не только осуществлять высокочастотную фильтрацию итеративного изображения 18, но также может подавлять предварительно определенные высокие пространственные частоты в итеративном изображении 18.

На этапе 106 блок 14 комбинирования комбинирует фильтрованное аналитическое изображение 19 и фильтрованное итеративное изображение 20 для генерирования комбинированного изображения 21, как схематически и иллюстративно показано на Фиг.3.

На этапе 107 комбинированное изображение показывается на дисплее 11.

Итеративная реконструкция является одним из наиболее перспективных методов уменьшения дозы рентгеновского излучения, применяемой к людям или животным в течение компьютерной томографии. Однако итеративная реконструкция является более чувствительной к некоторым проблемам в течение предварительной обработки данных, нежели аналитические способы.

В частности, проблемы в течение коррекций текущих флуктуаций трубки или воздушной калибровки могут вести к артефактам затенения в изображениях, реконструированных с помощью итеративных способов. Имеется возможность преодолевать упомянутую проблему посредством специального дополнительного моделирования физических эффектов. Например, статья "Correction of Gain Fluctuations in Iterative Tomographic Image Reconstruction" авторов J.-B. Thibault и др., 9th International Meeting on Fully Three-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine, страницы 112 по 115, 2007, раскрывает устранение артефактов затенения, вызванных флуктуациями выхода трубки, посредством явного моделирования выхода трубки как отдельного параметра, который подгоняется в течение реконструкции. Хотя это уменьшает артефакты затенения, вызванные флуктуациями выхода трубки, этот способ добавляет дополнительную сложность к реконструкции и, дополнительно, он может применяться только к этой конкретной проблеме.

Устройство формирования изображений и способ формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, которые были описаны выше со ссылкой на Фиг.1 по 3, могут уменьшать, в частности, устранять, артефакты затенения в изображениях, полученных посредством способов итеративной реконструкции, посредством комбинирования результатов аналитических и итеративных способов реконструкции в области Фурье. Конкретно, низкочастотные компоненты изображения могут браться из аналитической реконструкции и высокочастотные компоненты могут браться из итеративной реконструкции. Шум, который может преимущественно располагаться в высоких пространственных частотах реконструированного изображения, все еще эффективно подавляется посредством части итеративной реконструкции способа, так как высокие пространственные частоты берутся из итеративной реконструкции. С другой стороны, в конечном комбинированном изображении не будут появляться никакие или будут появляться уменьшенные артефакты затенения, вызванные несовершенствами предварительной обработки в итеративно реконструированном изображении, так как низкие пространственные частоты берутся из аналитически реконструированного изображения.

Низкочастотная фильтрация аналитического изображения выполняется посредством первого фильтра, который может быть выполненным таким образом, что некоторая фиксированная величина высоких частот может все же проходить через операцию фильтрации. Высокочастотная фильтрация выполняется посредством второго фильтра, который может быть выполненным с возможностью соответствующим образом подавлять высокие частоты до некоторой величины.

По меньшей мере, один из блока 12 аналитической реконструкции, блока 13 итеративной реконструкции и блока 14 комбинирования может быть выполнен с возможностью выполнять дополнительные процедуры уменьшения артефактов, такие как алгоритм коррекции увеличения жесткости излучения.

Хотя в вышеописанных вариантах осуществления устройство формирования изображений является устройством компьютерной томографии, устройство формирования изображений также может являться другим устройством формирования изображений, таким как рентгенографическое устройство типа C-штатива, или устройством ядерного формирования изображений, таким как устройство однофотонной эмиссионной компьютерной томографии или устройство позитрон-эмиссионной томографии.

Хотя в вышеописанных вариантах осуществления объект интереса является человеком или животным или частью человека или животного, в других вариантах осуществления объект интереса также может быть техническим объектом.

Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут пониматься и осуществляться специалистами в данной области техники при использовании заявленного изобретения на практике, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения признак "содержит" не исключает другие элементы или этапы и использование единственного числа не исключает множественность.

Одиночный блок или устройство может исполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые меры перечисляются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не показывает, что комбинация этих мер не может использоваться для преимущества.

Процедуры реконструкции, фильтрации, комбинирования и так далее, выполняемые посредством одного или нескольких блоков или устройств, могут выполняться посредством любого другого количества блоков или устройств. Например, этапы 102 по 106 могут выполняться посредством одиночного блока или посредством любого другого количества разных блоков. Процедуры реконструкции, фильтрации, комбинирования и так далее и/или управление устройством формирования изображений в соответствии со способом формирования изображений могут осуществляться как средства программного кода компьютерной программы и/или как предназначенное аппаратное обеспечение.

Компьютерная программа может храниться/распространяться над подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, предоставляемый вместе или как часть другого аппаратного обеспечения, но также может распространяться в других формах, например, посредством сети Интернет или других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.

Изобретение относится к устройству формирования изображений для формирования изображения объекта интереса. Блок аналитической реконструкции аналитически реконструирует аналитическое изображение объекта из данных обнаружения, в частности из проекционных данных, и блок итеративной реконструкции итеративно реконструирует итеративное изображение объекта из данных обнаружения, при этом блок комбинирования комбинирует аналитическое изображение и итеративное изображение для генерирования комбинированного изображения. Итеративное изображение может содержать артефакты затенения, которые могут вызываться предварительной обработкой данных обнаружения до выполнения итеративной реконструкции. Аналитическое изображение показывает уменьшенные артефакты затенения, в частности не показывает никаких артефактов затенения вовсе. Таким образом, посредством комбинирования аналитического изображения и итеративного изображения может генерироваться комбинированное изображение, в котором артефакты затенения уменьшены по сравнению с итеративным изображением, тем самым обеспечивается улучшение качества реконструированного конечного изображения объекта интереса.

Группа изобретений относится к устройству, способу и машиночитаемому носителю для формирования изображений объекта интереса. Блок (12) аналитической реконструкции реконструирует изображение объекта из данных обнаружения, в частности из проекционных данных. Блок (13) итеративной реконструкции итеративно реконструирует итеративное изображение объекта из данных обнаружения. Блок (14) комбинирования комбинирует аналитическое изображение и итеративное изображение для генерирования комбинированного изображения. Итеративное изображение может содержать артефакты затенения, которые могут вызываться предварительной обработкой данных обнаружения до выполнения итеративной реконструкции. Аналитическое изображение показывает уменьшенные артефакты затенения, в частности не показывает никаких артефактов затенения вовсе. Комбинирование аналитического и итеративного изображения генерирует комбинированное изображение, в котором артефакты затенения уменьшены. Группа изобретений позволяет улучшить качество реконструированного конечного изображения объекта интереса за счет комбинирования аналитического изображения и итеративного изображения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом устройство (1) формирования изображений содержит:
- блок (16) обеспечения данных обнаружения для обеспечения данных обнаружения, которые относятся к объекту интереса,
- блок (12) аналитической реконструкции для аналитической реконструкции аналитического изображения объекта из данных обнаружения,
- блок (13) итеративной реконструкции для итеративной реконструкции итеративного изображения объекта из данных обнаружения, и
- блок (14) комбинирования для комбинирования аналитического изображения и итеративного изображения для генерирования комбинированного изображения, при этом блок (14) комбинирования является выполненным с возможностью:
- применять первый фильтр к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, тем самым генерируя фильтрованное аналитическое изображение,
- применять второй фильтр к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, тем самым генерируя фильтрованное итеративное изображение, и
- комбинировать фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение.

2. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором первый фильтр определяется посредством первой передаточной функции и второй фильтр определяется посредством второй передаточной функции и при этом сумма первой передаточной функции и второй передаточной функции равняется единице.

3. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором первый фильтр определяется посредством первой передаточной функции и второй фильтр определяется посредством второй передаточной функции и при этом сумма первой передаточной функции и второй передаточной функции является низкочастотной передаточной функцией.

4. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором первый фильтр определяется посредством первой передаточной функции и второй фильтр определяется посредством второй передаточной функции и при этом сумма первой передаточной функции и второй передаточной функции является усиливающей границы передаточной функцией.

5. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором первый фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты проходят через первый фильтр, если первый фильтр применяется к аналитическому изображению, и при этом второй фильтр выполнен таким образом, что предварительно определенные высокие частоты подавляются посредством второго фильтра, если второй фильтр применяется к итеративному изображению.

6. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором данные обнаружения являются проекционными данными.

7. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором блок (16) обеспечения данных обнаружения содержит источник (2) излучения для генерирования излучения (4) для прохождения через объект интереса и блок (6) обнаружения для обнаружения излучения после его прохождения через объект интереса и для генерирования данных обнаружения в зависимости от обнаруженного излучения.

8. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором блок (12) аналитической реконструкции является выполненным с возможностью реконструировать аналитическое изображение посредством использования, по меньшей мере, одного из следующих способов реконструкции: обратного проецирования с веерной фильтрацией, обратного проецирования с расширенной параллельной фильтрацией, обратного проецирования с фильтрацией без параллельного повторного биннинга, обратного проецирования со взвешенной фильтрацией, угловой взвешенной гибридной круговой реконструкции.

9. Устройство формирования изображений по п. 1, в котором блок (13) итеративной реконструкции является выполненным с возможностью реконструировать итеративное изображение посредством использования, по меньшей мере, одного из следующих способов реконструкции: алгебраического метода реконструкции (ART), одновременного алгебраического метода реконструкции (SART), реконструкции по максимальному правдоподобию.

10. Способ формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом способ формирования изображений содержит этапы, на которых:
- обеспечивают данные обнаружения, которые относятся к объекту интереса,
- аналитически реконструируют аналитическое изображение объекта из данных обнаружения,
- итеративно реконструируют итеративное изображение объекта из данных обнаружения,
- применяют первый фильтр к аналитическому изображению для низкочастотной фильтрации аналитического изображения, тем самым генерируя фильтрованное аналитическое изображение,
- применяют второй фильтр к итеративному изображению для высокочастотной фильтрации итеративного изображения, тем самым генерируя фильтрованное итеративное изображение, и
- комбинируют фильтрованное аналитическое изображение и фильтрованное итеративное изображение для генерирования комбинированного изображения.

11. Машиночитаемый носитель, содержащий сохраненную на нем компьютерную программу формирования изображений для формирования изображения объекта интереса, при этом компьютерная программа формирования изображений содержит средство программного кода для предписания устройству формирования изображений по п. 1 выполнять этапы способа формирования изображений, определенного в п. 10, когда компьютерная программа формирования изображений исполняется на компьютере, управляющем устройством формирования изображений.