專利名稱：用于減少ct圖像數據中的圖像偽影、尤其是金屬偽影的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在產生對象的計算機斷層造影(CT)圖像數據時減少圖像偽影、尤其是金屬偽影的方法。
背景技術：
圖像偽影可能在CT圖像中由于不同的效應而出現。這些效應之一要回溯到所謂的輻射硬化，該輻射硬化是由于X射線的取決于能量的衰減而引起的。該輻射硬化在計算機斷層造影設備中出現，因為計算機斷層造影設備的X射線管不發射單能X射線而是發射更寬的X射線頻譜。隨著被透射對象厚度的增加，該X射線頻譜的低能量部分比高能量部分被更強烈地吸收。由此硬的、高能量輻射的更大部分到達探測器并且在圖像中形成暗區。 金屬植入物也導致輻射硬化。在此可能會導致非常強的圖像偽影，例如以金屬附近亮條紋和暗條紋的形式。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種用于產生CT圖像的方法，利用該方法可以通過簡單的方式減少這些圖像中(特別是在醫療成像領域中)的這種金屬偽影。該技術問題利用根據本發明的方法解決。本方法的有利構成可以從以下描述以及實施例中得出。在所建議的方法中，對感興趣對象或對象體積同時或者以短的時間間隔拍攝具有彼此不同的平均X射線能量的兩張計算機斷層造影照片。這可以利用所謂的雙能計算機斷層造影設備或者也可以利用相應裝備的C形臂系統來進行。在此，不同的平均X射線能量可以通過在拍攝系統的一個或多個相應采用的X射線管上的不同高電壓來產生。替換的， 不同的X射線能量譜也可以利用不同的濾波器來產生或者可以采用能量選擇的探測器。特別有利的是，采用具有兩個拍攝系統的計算機斷層造影設備，該兩個拍攝系統分別由一個X 射線管和一個X射線探測器組成，其中利用不同的管電壓來運行這兩個X射線管。通過這種方式可以同時執行兩次CT拍攝。最終根據由此獲得的原始數據以公知的方式，例如利用濾波反投影技術，來產生兩個CT圖像數據組。由此每個CT圖像數據組對應于不同的平均X 射線能量或不同的X射線能量譜或不同的管電壓，該管電壓例如可以是80kV和140kV。在此已經認識到，在對象體積中存在的金屬部件在利用不同的平均X射線能量產生的CT圖像中引起非常相似的圖像偽影。在此，這些圖像偽影的不同之處主要在于它們的強度。該認識在本方法中被用于減少圖像偽影或金屬偽影。為此基于所述兩個CT圖像數據組的圖像數據通過將這兩個CT圖像數據組加權組合來計算出新的CT圖像數據組。在加權組合中所采用的加權因子被選擇為，使得在該新的CT圖像數據組中的圖像偽影與在兩個原始CT圖像數據組中的圖像偽影相比減少了。該新的CT圖像數據組的一幅或多幅圖像在此向使用者顯示出來。
通過這種方式，可以通過對圖像數據的簡單后處理來明顯減少尤其是通過在感興趣對象體積中存在的金屬部件而引起的圖像偽影。這例如適用于在醫療成像中的金屬植入物，例如適用于可能在CT圖像中導致明顯的圖像偽影的關節植入物。在所建議的方法的構成中，所述兩個CT圖像數據組的加權組合通過對這兩個數據組的加權減法來進行。在此，圖像數據，即每個相同像素或體素的灰度值或強度值被相互減去，以便獲得新的CT圖像數據組的相應像素或體素的強度值或灰度值。該減法在此例如基于較高平均X射線能量的CT圖像數據組進行，從該CT圖像數據組中利用相應的加權因子減去具有較小平均X射線能量的CT圖像數據組。當然該減法還可以基于具有較小平均X射線能量的圖像數據組來進行。在此，合適的加權因子是通過實驗確定的，或者通過相應的模型計算事先確定的。在所建議的方法的有利構成中，使用者可以在觀察所述新的CT 圖像數據組的一幅或多幅圖像時改變該加權因子，并且在此過程中同時觀察這些圖像的變化。通過這種方式，可以例如通過顯示在顯示屏上的針對加權因子的滑動調節器交互地使得不期望的圖像偽影通過簡單的方式最小化。在所建議的方法的其它優選構成中，根據在不同的平均X射線能量的情況下的兩個CT圖像數據組計算出單能CT圖像數據組作為新的CT圖像數據組。被用于計算出該單能 CT圖像數據組的X射線能量在此被調整為，使得不期望的圖像偽影相對于原始圖像數據組明顯減少。在不同的平均X射線能量條件下根據CT圖像數據組來計算出單能CT圖像數據組原則上是公知的。為此已經存在自動執行該計算的可商業獲取的模型。但是本方法的發明人已經認識到，通過適當選擇單能CT圖像數據組的能量來實現對通過金屬部件引起的圖像偽影的顯著減少。在具有X射線管的計算機斷層造影設備中，這些X射線管在雙能系統的情況下運行在介于80kv和140kV之間的電壓范圍中，這種減少例如可能在介于120keV 和130keV之間的能量范圍中出現。但是這也取決于被拍攝CT圖像照片的對象體積的性質。根據在不同的平均X射線能量情況下的兩個CT圖像數據組來計算單能CT圖像數據組的技術同樣是兩個圖像數據組的加權組合。在此，首先執行兩個CT圖像數據組的基本材料分解，例如分解為水成分和骨骼成分。然后基于這兩種材料或物質的已知的、取決于能量的X射線衰減系數，可以通過將這兩種材料的份量與取決于能量的加權因子相應地相加，而計算出在每種期望的能量時的期望的CT圖像數據組。在所建議的方法的該優選構成中，優選地也向使用者在顯示屏上顯示該新的CT 圖像數據組的一幅或多幅CT圖像，其中該使用者可以在顯示屏上例如通過滑動調節器交互地改變所選擇的能量，并且立即在所顯示的一幅或多幅CT圖像中識別出改變結果。由此使用者可以通過簡單的方式實現對不期望的圖像偽影的最小化。所建議的方法優選地在雙能計算機斷層造影設備的圖像分析站上進行，該圖像分析站具有構成為執行該方法的圖像分析模塊。下面結合附圖借助實施例再次簡要解釋本方法。
在此示出圖1是具有所建議的方法的各個方法步驟的流程圖；以及圖2是用于利用所建議的方法減少CT圖像中的金屬偽影的示例。
具體實施例方式在該示例中，產生對象體模的CT圖像，在該對象體模中包含用于示意性模擬髖骨和兩個股骨的結構，其中股骨結構之一包含金屬關節植入物。利用雙能計算機斷層造影設備對該對象體積在不同的平均X射線能量的情況下執行兩次CT拍攝。這兩次拍攝在此是利用兩個分開的拍攝系統同時執行的，這兩個分開的拍攝系統利用不同的平均X射線能量運行。第一拍攝系統的X射線管利用80kv的低管電壓并且因此利用低的平均X射線能量運行，第二拍攝系統的X射線管利用140kV的較高管電壓并且因此利用較高的平均X射線能量運行。根據在一次CT掃描中同時繪制的兩張CT 照片，以公知的方式借助濾波反投影計算出兩個CT圖像數據組I1, 12。I1在此與在低的管電壓時的圖像數據組對應，I2在此與在高的管電壓時的圖像數據組對應。然后利用這兩個圖像數據組執行基本材料分解，其中對于各自的圖像數據組的每個圖像點或每個體素的值 χ列出以下等式X1 = a+f^cX2 = a+f2*c通過這兩個用于第一圖像數據組I1的圖像點或體素的灰度值或強度值X1以及用于第二圖像數據組I2的圖像點或體素的灰度值或強度值&的等式，可以確定兩個參數a和 C。在這種情況下進行分解為水成分a和骨骼成分c的基本材料分解，從而由此獲得具有水成分的數據組和具有骨骼成分的數據組。取決于所使用的X射線能量(例如對于低kV的下標1和對于高kV的下標2)的和f2的值可以從提供骨骼的取決于能量的X射線衰減的表格中獲得。然后可以根據這兩個由此獲得的分布計算出在每種能量時的CT圖像Ie xE = a+c*g (E)。加權因子g(E)是骨骼濃度c與由此產生的依據能量的CT值大小之間的關系。該關系同樣也可以從表格中獲得。在所建議的方法中，能量或加權因子g (E)被選擇為，使得在所計算的單能CT圖像數據組中的通過金屬關節植入物引起的圖像偽影相對于原始繪制的CT圖像數據組被明顯減少，優選地被最小化。將該新計算出的CT圖像數據組Ie的相應的一幅或多幅CT圖像在顯示屏上顯示給使用者。該方法流程可以從圖1中示意性獲得。圖1也還示出第二方法替換，其中根據兩個原始的CT圖像數據組通過加權減法來獲得新的CT圖像數據組Ie，在該新的CT圖像數據組中同樣減少了通過關節植入物引起的圖像偽影。為此將各個圖像數據組I1, I2的圖像點或體素的灰度值或強度值適當地相減xE = (X2-X2jbase) -g* (X1-X1, base)。在此同樣以上面說明的方式來適當選擇加權因子g。Xiibase在此確保該減法在軟組織的HU水平上進行，因此只有偽影被相互減去。在該優選構成中，所述加權因子g或能量E或g (E)在第一替換中由使用者通過顯示屏上的交互調整可能來改變，使得分別利用瞬時選擇的加權因子獲得的新CT圖像具有期望的圖像偽影的減少。使用者可以直接在顯示屏上跟蹤加權因子的改變對CT圖像的影響。這使得可以實現非常簡單的調整可能以及在所顯示的CT圖像中非常簡單地減少圖像偽影。
圖2示出利用圖1所描述的方法產生的CT圖像的示例。在此，在圖像中可以識別出示意性模擬的髖關節結構1以及股骨結構2。在右側的股骨結構中還置入了金屬關節植入物3。左上側的圖像在此是在140kV的高管電壓時拍攝的，而右上側的圖像是在SOkV的管電壓時拍攝的，并且示出各自的CT圖像數據組的斷面圖像。在低的X射線能量時，明顯出現輻射硬化效應，從而也可以在該圖像中清楚識別出通過金屬關節植入物3引起的射線形式的圖像偽影。左下側的圖像在此僅示出由這兩個繪制的CT圖像數據組形成的平均值圖像，也就是在介于兩個上述X射線能量之間的平均X射線能量時的CT圖像。在此也可以清楚識別出通過關節植入物引起的圖像偽影。現在右下側的圖像示出在120keV的能量時根據所建議的方法新計算的單能CT圖像。與上面兩個原始的CT圖像相比，在此能夠清楚識別出金屬偽影的減少。該方法可以非常簡單地執行，因為該方法是基于圖像數據，也就是在圖像重建之后而不是基于原始數據來執行的。
權利要求
1.一種用于在產生對象體積的CT圖像數據時減少圖像偽影、尤其是金屬偽影的方法，-其中在不同的平均X射線能量時產生該對象體積的至少兩個CT圖像數據組，以及-通過將這兩個CT圖像數據組加權組合來計算出新的CT圖像數據組，并且顯示該新的 CT圖像數據組的一幅或多幅圖像，-其中在加權組合中所采用的加權因子被選擇為，使得在該新的CT圖像數據組中的圖像偽影與在兩個CT圖像數據組中的圖像偽影相比減少了。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述新的CT圖像數據組通過對所述兩個 CT圖像數據組的加權減法來獲得。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過計算在X射線能量時的單能CT圖像數據組來獲得所述新的CT圖像數據組，其中該單能CT圖像數據組的X射線能量被選擇為， 使得在新的CT圖像數據組中的圖像偽影與在兩個CT圖像數據組中的圖像偽影相比減少了。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，為了計算所述單能CT圖像數據組執行兩個CT圖像數據組的基本材料分解。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，使得使用者在觀察所述新的CT圖像數據組的一幅或多幅圖像時能夠交互地改變所述加權因子，其中該改變實時地影響所顯示的圖像。
6.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，使得使用者在觀察所述新的CT圖像數據組的一幅或多幅圖像時能夠交互地改變所述單能CT圖像數據組的X射線能量，其中該改變實時地影響所顯示的圖像。
全文摘要
本發明涉及一種用于在產生對象的計算機斷層造影(CT)圖像數據時減少圖像偽影、尤其是金屬偽影的方法。在該方法中，在不同的平均X射線能量時產生兩個CT圖像數據組。通過將這兩個CT圖像數據組加權地組合來計算出新的CT圖像數據組。在此在加權的組合中所采用的加權因子被選擇為，使得在該新的CT圖像數據組中的圖像偽影與在兩個原始CT圖像數據組中的圖像偽影相比明顯減少。通過這種方式可以首先通過簡單的方式明顯減少CT圖像中的金屬偽影。
文檔編號G06T5/50GK102254310SQ20111012364
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月13日 優先權日2010年5月17日
發明者伯恩哈德.克勞斯, 伯恩哈德.施米特, 托馬斯.弗洛爾, 雷納.勞佩克 申請人:西門子公司