专利名称：用于产生对象断层造影图像的方法和计算机断层造影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生对象、优选是患者的计算机断层造影图像的方法和计算机断层造影设备，其中为了扫描该对象至少使一个X射线管相对于该对象围绕该对象和系统轴旋转，其中利用至少一个检测器、优选为至少一个多行检测器检测在该至少一个X射线管旋转期间X射线的衰减，并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元，并从这些检测器输出数据中再现出计算机断层造影图像。这些图像是对象的二维截面图像或者立体数据组。
背景技术：
这样的方法以多种变形而一般地公知，其中可以在原理上区分2D和3D再现方法并且这些方法主要用于诊断患者。由于所采用的扫描患者的射线具有电离特性以及由此而引发细胞变质的危险，在这些方法中始终要考虑用尽可能少的剂量来进行检查。由于在扫描患者时使用的剂量很少，现有的量子噪声对图像质量的相关性很大，并影响图像质量。
为了改善图像质量部分建议采用非线性图像滤波器，其与简单的线性方法相反可以减小噪声，但不会干扰图像中包含的对象的边缘。通常这种智能滤波器利用各像素的二维或三维环境中的图像特性，以首先确定边缘的位置并接着例如与检测边缘并行地应用合适的滤波器。
这种方法例如描述在西门子公司的专利申请DE102004008979.5-53中。但这种用于减小噪声的方法存在以下缺点如果只以一个步骤来执行滤波器，则空间作用范围必须大得足以实现足够的低通作用。但由此又增大了干扰小结构的危险。如果希望将滤波器的作用范围保持得尽可能小并且尽管如此也能有效减小噪声，则必须采用迭代方法，其性能由于有限的计算能力而在实际应用中存在问题。
另一种减小量子噪声的可能性描述在公开文献DE 10305221A1中。为此将该文献的公开内容完全包含在本申请中。在该文献中展示了一种用于减小二维或三维图像中的噪声结构的方法，其中在以相同或以确定方式改变的几何条件下拍摄同一个对象，然后在频域中对产生的图像进行变换，并通过将图像分解为多个频带而找出与频率相关的相关性，最后只从该与频率相关的相关性中反变换出一幅新的图像。由此图像的不相关的噪声部分保持不变，而新产生的变换回来的图像则只包含相关的图像成分，也就是可以回溯到实际对象结构的成分。
发明内容
本发明要解决的技术问题是找到一种方法和计算机断层造影设备，其同样可以从计算机断层造影图像显示中消除量子噪声，但不需要进行两次时间上或空间上错开的拍摄。
发明人已经了解，如果将一次扫描过程的数据均匀地分为多个数据组，由这些数据组再现图像或立体数据组，接着对这些图像或者立体数据组进行相关分析，其中抑制不相关的图像成分并由相关的图像成分(其必定包含实际存在的对象结构)重新生成图像，则也可以获得就量子噪声来说统计上相互独立的图像或三维图像信息。例如在此可以采用位置空间中的交叉相关函数或小波系数来确定数据组之间的相关性。
因此不再需要进行时间上或空间上错开的扫描，而是可以在唯一的一次扫描过程中获得所有的数据，其中只需要将数据均匀地分为完整的子数据组。如果数据组覆盖相同的角度范围，则该数据组就是完整的，即子数据组，因为其只包括整个现有数据材料的一部分，子数据组的和又等于整个数据组，其中在各个子数据组之间不允许有冗余，由此在各个子数据组中具有统计上相互独立的数据。
根据该基本思想发明人提出一种用于产生对象、优选为患者的计算机断层造影图像的方法，至少具有以下方法步骤-为了扫描该对象使至少一个X射线管相对于该对象围绕该对象和系统轴旋转，-由至少一个检测器、优选至少一个多行检测器检测在该至少一个X射线管旋转期间X射线的衰减，并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元，-将代表特定角度范围内的射线并扫描对象的特定部分区域的一组检测器输出数据分为m≥2个完整的子检测器输出数据组，这些子检测器输出数据组分别覆盖相同的完整的角度区域，但其扫描厚度减小1/m，并具有相互独立的数据组，-从m个完整的子检测器输出数据组中再现出m个代表相同对象区域的中间图像数据组，-在m个中间图像数据组之间进行相关分析，-产生只由相关数据组成并且不包含不相关数据的图像数据组。
原则上虽然可以采用多于两个子检测器输出数据组，并产生两个中间图像数据组，但优选的是恰好产生两个中间图像数据组并对其进行相关分析。
优选地还有，这样变换用于相关分析的中间图像，使得图像信息位于多个频带中，将这些信息相互比较并只用相关数据重新变换出一幅图像。
例如，可以为了在m个中间图像数据组之间进行相关分析而执行交叉相关方法。
此外，为了在m个中间图像数据组之间进行相关分析对中间图像数据组进行小波变换，并利用相同或不一致的小波系数来评价相关性。
在本方法的特别应用中，可以在计算截面图像时这样执行该方法，将一个具有投影角度α1至αn的n次投影的完整投影组分为m个完整的子投影组，其中每个子投影组分别包含第m个以另一个相连续的投影角开始的投影角，其中由每个子投影组再现出一幅中间截面图像，针对该m个中间截面图像进行相关分析，并由相关数据重新计算出一幅截面图像。
在截面图像计算的另一个变形中，将一个具有投影角度α1至αn、且每个投影P分别代表平行射线S1至Si的n次投影的完整投影组分为m个完整的子投影组，其中每个子投影组都包含所有的投影角α1至αn，但只表示第m个平行射线的数据，由每个子投影组再现出一幅中间截面图像，针对该m个中间截面图像进行相关分析，并由相关数据重新计算出一幅截面图像。
如果取代截面图像而计算立体数据组，则可以这样采用本方法，将一个具有投影角度α1至αn、且每个投影P分别代表平行射线S1至Si的n次投影的完整投影组分为m个完整的子投影组，其中每个子投影组都包含所有的投影角α1至αn，但只表示第m个平行射线的数据，由每个子投影组再现出一幅中间截面图像，针对该m个中间截面图像进行相关分析，并由相关数据重新计算出一幅截面图像。
优选地还有，由m个完整的子检测器输出数据组再现出m个立体数据组，其中针对m个立体数据组进行相关分析并由相关数据重新计算出立体数据组。
此外优选地是，在通过多行检测器扫描对象时将棋盘状排列的检测器元件的检测器输出数据组合成两个完整的子检测器输出数据组，每一个对应于“白”区域的检测器元件对应于第一子检测器输出数据组，每一个对应于“黑”区域的检测器元件对应于第二子检测器输出数据组，由每一个这样获得的子检测器输出数据组再现出至少一幅中间图像，接着对每两幅具有时间和空间相同对象扫描的中间图像进行相关分析，并由相关数据计算出图像数据组。
上述方法一方面可以用于计算正确显示对象结构的完整的图像或立体数据组，还可以将本方法用于所谓的不完整截面图像或立体数据，如SMPR方法公开的那样。相应地，角度范围可以一方面至少包括应用本方法的检测器输出数据组所源自的180°，另一方面还可以使角度范围只包括小于180°的片段，并为了产生最终图像数据组而将多个图像数据组累加，使得这些图像数据组综合起来至少包括180°的角度范围。这只意味着所描述的用于抑制量子噪声的方法不仅可以用于可视地显示对象结构的图像，还能用于所谓的不完整数据组，其要通过累加多个综合起来至少等于180°的不完整图像数据组才能变成完整和可识别的图像。
本发明的方法既可与螺旋扫描又可与顺序扫描结合使用。
此外本发明人还提出了一种用于拍摄对象、优选为患者的计算机断层造影图像的计算机断层造影系统，包括具有至少一个X射线管和至少一个检测器的对对象进行旋转扫描的装置，该检测器连续检测X射线的衰减并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元，以及由至少一个计算单元和在运行时执行上述方法步骤的程序或程序模块组合而成的系统。
下面借助附图中的优选实施例详细描述本发明，要说明的是其中只示出了对直接理解本发明重要的元件。在此采用了以下附图标记1计算机断层造影系统；2X射线管；3检测器；4系统轴；5扫描装置；6可移动患者卧榻；7患者；8扫描装置内的开口；9控制和计算单元；10控制和数据导线；11，11’中间图像；12确定相关成分；13合成相关成分；14去掉噪声的图像；15，15’中间立体数据组；16去掉噪声的立体数据组；P完整的投影；P’，P”完整的部分投影；Prg1-Prgn程序/程序模块；S穿过体素的完整的射线组；Sx射线，S’，S”完整的子射线组；V体素；α1至αn角度。
图中具体示出图1示出用于执行本发明方法的计算机断层造影系统的示意图；图2示出通过完整的投影组计算截面图像的本发明方法的示意图；图3示出将一个平行投影划分为两个完整的部分平行投影；图4示出根据本发明的方法划分体素扫描；图5示出具有棋盘状排列的检测器元件的多行检测器。
具体实施例方式
在图1中示出计算机断层造影系统1的示意图，包括扫描系统5，其具有相对设置在一个支架上的X射线管2和检测器3。在X射线管2和检测器3之间具有开口8，躺在可移动患者卧榻6上的患者7可以沿着系统轴4穿过开口8地移动并在此过程中被扫描。计算机断层造影系统由控制和计算单元9控制，后者通过控制和数据导线10与扫描系统5连接，还控制患者卧榻6的移动。在扫描患者7时用检测器3拍摄的检测器输出数据通过控制和数据导线10导向计算机9，并在那里或者在其它计算系统中借助计算机程序被再现，从而可以向计算单元的显示屏输出患者的截面图像或立体图像。
在图2中示出本方法的变形，其中对同一个截面拍摄一个包括n个投影角α1至αn上的n个投影的完整投影组。该n个投影在图2上方通过角度α1至αn表示。由所有这些平行投影角度α1至αn(在此应不限制一般性地示为整数)形成两个完整的部分投影组，其中具有奇数下标的投影被分到第一部分投影组，具有偶数下标的投影被分到第二部分投影组。由两个通过从左指向右的箭头表示的投影再现出中间截面图像11和11’。然后确定截面图像之间的相关成分，这通过符号12表示，用方法步骤13合成该相关成分，并由此产生去掉了噪声的图像14。
图3示意性示出另一个划分现有检测器数据以计算中间图像的变形。在此示出由多个平行射线S1至Si的检测器数据组成的投影P如何被分为两个完整的部分投影P’和P”。在此来源于具有奇数下标的射线的数据对应于投影P’，而来源于具有偶数下标的射线的数据对应于投影P”。该方法针对所有投影角度α1至αn进行，从而可以接着由这些投影再现出两幅中间图像11和11’。从再现出的中间图像11和11’中，通过相关分析12和后面的相关成分的合成13计算或者说重新变换出最终图像14。
图4示例性示出本发明的方法应用于针对体素的再现。在此示出穿过体素V并对应于一个180°半周的射线S1至Sk。在按照体素的再现中，由包含分别穿过一个体素的射线的很多这样的射线组S来再现出检查对象的各个体素值。
如图4所示，通过将一个体素V的每个射线组S，恰好也就是由此产生的检测器数据组分为对应于射线组S’和S”的完整的子数据组，也可以采用本发明的方法。由对应于完整子检测器数据组的子射线组S’和S”之和按照体素地计算出立体数据组15和15”，并在方法步骤12中确定在这些立体数据组之间有哪些成分相关，然后在方法步骤13中通过合成相关的成分产生去掉了噪声的立体数据组16。
本发明方法的另一种变形在于，在扫描诸如患者的检查对象时，立即划分对应于图5所示的多行检测器的棋盘状排列的检测器元件的检测器输出数据。在此来自按照行和列错开的检测器元件的检测器数据被分别分配给两个完整的子数据组。所显示的多行检测器是具有多个相同检测器元件的多行检测器，其中为了区分检测器元件的对应情况将这些检测器元件在图中显示为黑色或白色的检测器区域，类似于一个棋盘。但要注意的是，本发明决不限于这里所示的具有相同延伸的检测器元件。根据本发明，将所测量的检测器数据分为来源于白色检测器元件和黑色检测器元件的检测器数据，其中可以根据所有公知的再现方法接着再现出截面图像或立体数据组。由此形成了两个统计上相互独立的图像数据组，又通过相关方法对其进行相互比较，从而可以接着计算出只由相关数据组成的图像。
再次指出，对同一对象的多幅图像的相关数据的具体计算描述在已经引用的文献DE10305221A1中，该计算方法的内容完全包含在本申请中。
可以理解，在不脱离本发明范围的情况下，本发明的上述特征不仅可以有分别给出的组合、还可有其它组合或单独使用。
权利要求
1.一种用于产生对象、优选为患者(7)的计算机断层造影图像的方法，至少具有以下方法步骤1.1.为了扫描该对象至少使一个X射线管(2)相对于该对象围绕该对象和系统轴(4)旋转，1.2.由至少一个检测器(3)、优选至少一个多行检测器检测在该至少一个X射线管(2)旋转期间X射线的衰减，并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元(9)，1.3.将代表特定角度范围内的射线(Sx)并扫描对象的特定部分区域的一组检测器输出数据(P)分为m≥2个完整的子检测器输出数据组(P’，P”)，这些子检测器输出数据组分别覆盖相同的完整的角度区域，但其扫描厚度减小1/m，并具有相互独立的数据组，1.4.从该m个完整的子检测器输出数据组中再现出m个代表相同对象区域的中间图像数据组(11，11’)，1.5.在该m个中间图像数据组(11，11’)之间进行相关分析，1.6.产生只由相关数据组成并且不包含非相关数据的图像数据组(16)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，恰好产生两个(m＝2)完整的子检测输出数据组。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，这样变换用于相关分析的中间图像(11，11’)，使得图像信息位于多个频带中，将这些信息相互比较并只用一幅中间图像或多幅中间图像(11，11’)的相关数据重新变换出无噪声的图像(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了在m个中间图像数据组(11，11’)之间进行相关分析而执行交叉相关方法。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了在m个中间图像数据组(11，11’)之间进行相关分析对中间图像数据组进行小波变换，并利用相同或不一致的小波系数来评价相关性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，6.1.将一个具有投影角度α1至αn的n个投影(P)的完整投影组分为m个完整的子投影组(P’，P”)，其中每个子投影组(P’，P”)分别包含第m个从另一个相连续的投影角开始的投影角，6.2.由每个子投影组再现出一幅中间截面图像，6.3.针对该m个中间截面图像(11，11’)进行相关分析，以及6.4.由相关数据重新计算出一幅截面图像(14)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，7.1.将一个具有投影角度α1至αn、且每个投影P分别代表平行射线S1至Sj的n次投影(P)的完整投影组分为m个完整的子投影组(P’，P”)，其中每个子投影组都包含所有投影角α1至αn，但只表示第m个平行射线的数据，7.2.由每个子投影组再现出一幅中间截面图像，7.3.针对该m个中间截面图像(11，11’)进行相关分析，以及7.4.由相关数据重新计算出一幅截面图像(14)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，8.1.由m个完整的子检测器输出数据组再现出m个立体数据组(15，15’)，8.2.针对该m个立体数据组(15，15’)进行相关分析，以及8.3.由相关数据重新计算出立体数据组(16)。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，9.1.在通过多行检测器(3)扫描对象时将棋盘状排列的检测器元件的检测器输出数据组合成两个完整的子检测器输出数据组，每一个对应于“白”区域的检测器元件对应于第一子检测器输出数据组，每一个对应于“黑”区域的检测器元件对应于第二子检测器输出数据组，9.2.由每一个这样获得的子检测器输出数据组再现出至少一幅中间图像(11，11’)，9.3.接着对每两幅具有时间和空间相同对象扫描的中间图像(11，11’)进行相关分析，9.4.由相关数据计算出图像数据组。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述角度范围至少包括180°。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述角度范围包括小于180°的片段，并为了产生最终图像数据组而将多个图像数据组进行累加，使得这些图像数据组综合起来至少包括180°的角度范围。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，该方法可与螺旋扫描结合使用。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，该方法可与顺序扫描结合使用。
14.一种用于拍摄对象、优选为患者(7)的计算机断层造影图像的计算机断层造影系统，包括14.1.具有至少一个X射线管(2)和至少一个检测器(3)对对象进行旋转扫描的装置，该检测器连续检测X射线的衰减并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元(9)，14.2.由至少一个计算单元和在运行时执行上述方法步骤的程序或程序模块组合而成的系统。
全文摘要
本发明涉及一种用于产生对象、优选为患者的计算机断层造影图像的方法，其中将代表特定角度范围内的射线(S
文档编号G06T1/00GK1833613SQ20061006821
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月20日 优先权日2005年3月18日
发明者雷纳·劳帕克, 奥托·森布里茨基 申请人:西门子公司