专利名称：用于生成感兴趣区域的图像的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成系统和图像生成方法。本发明还涉及用于生成感兴趣区域的图像的对应计算机程序。
背景技术：
US 2007/0116343 Al公开了一种用于改善图像质量的方法。分别通过应用滤波反投影方法(FBP)和迭代重建方法(IR)之一来重建样本体积的第一图像和第二图像。基于将每个像元(image element)的CT值或亨氏单位(Hounsfield Unit, HU)与低和高阈值相比较的启发式分类器，将第一图像分割成软组织区域和骨骼区域，两种区域之间具有平滑过渡。可以通过对用于分割的分类器进行至少一次低通滤波来任选地计算额外的分类器。此外，如果判定第一图像中的噪声高，可以通过将额外的经两次低通滤波的分类器与全局比例因子相乘来任选地计算另一额外的“按比例缩小的”分类器。然后使用一个或多个分类器之一来生成最终图像，作为第一图像和第二图像的加权平均。这样生成的最终图像的缺点在于，基于所提供的一个或多个分类器对第一图像和第二图像进行加权平均仍然可能导致所生成的最终图像的质量较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成系统，其能够以改善的质量生成感兴趣区域的图像。本发明的另一目的是提供一种用于生成感兴趣区域的图像的对应的图像生成方法和计算机程序。在本发明的第一方面中，提供了一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成系统，其中，该图像生成系统包括-测量数据提供单元，其用于提供感兴趣区域的测量数据以生成感兴趣区域的图像，-重建单元，其用于利用第一重建方法从测量数据重建感兴趣区域的第一图像，以及利用第二重建方法从测量数据重建感兴趣区域的第二图像，-噪声确定单元，其用于针对第一图像的第一像元集(imageelements)确定第一噪声值，以及针对第二图像的第二像元集确定第二噪声值，以及-像元组合单元，其用于将第一像元集和第二像元集组合成形成组合图像的组合像元集，其中，像元组合单元适于基于针对第一像元集的第一像元确定的第一噪声值和针对第二像元集的对应第二像元确定的第二噪声值来组合第一像元和第二像元。本发明基于如下构思如果将两幅以不同方式重建的图像的像元集组合成形成组合图像的组合像元集，可以生成质量改善的感兴趣区域图像，其中，所述组合基于针对所述两幅以不同方式重建的图像的对应像元集所确定的噪声值。具体而言，如果针对所述两幅以不同方式重建的图像的对应像元集所确定的噪声值是不同的，可以组合对应像元集，使得例如与针对对应像元集所确定的噪声值相比，组合像元集的组合噪声值减小。此外，可以组合所述两幅以不同方式重建的图像的对应像元集，使得例如组合像元集的组合噪声值导致组合图像中更均勻的可见噪声表现。于是，通过基于所确定的噪声值适当地组合所述两幅以不同方式重建的图像，可以生成质量改善的组合图像。测量数据提供单元可以是如下成像器械，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器、正电子发射断层摄影(PET)扫描器、单正电子发射计算机断层摄影(SPECT)扫描器、3D X射线扫描器、磁共振成像(MRI)系统、超声成像(UI)系统、电阻抗断层摄影(EIT)系统、电容断层摄影(ECT)系统、磁感应断层摄影(MIT)系统等。或者，它还可以是能够经由例如直接链路或经由有线或无线网络耦合到适当成像器械以从所述成像器械提供测量数据的接口。此外或备选地，测量数据提供单元还可以是能够从“长期”存储介质，诸如硬盘驱动器、⑶、DVD、 闪速存储卡等接收由适当的成像器械提供的测量数据的接口。第一重建方法和第二重建方法可以是不同的重建方法，例如，第一重建方法可以是滤波反投影方法，而第二重建方法可以是迭代惩罚似然方法。或者，第一重建方法和第二重建方法可以是相同的重建方法，但可以利用不同的参数设置和/或不同预先和/或后期处理步骤来执行它们。例如，第一重建方法和第二重建方法两者可以都是迭代惩罚似然方法，但它们每个都可以结合不同的“粗糙惩罚”，以对重建进行正则化。本文所使用的术语“感兴趣区域”应当做宽泛的解释。例如，它可以指对象，诸如患者或技术对象，或者来自其的特定部分，或者它可以泛指空间中的特定区域。本文所使用的术语“图像”优选是指二维图像或三维，即体图像。当图像为二维图像时，它可以是一时间系列的二维图像(常称为图像序列或视频)的一部分，或者可以是三维图像的一部分，例如切片，三维图像继而又也可以是一时间系列的三维图像(常称为四维图像或三维图像序列)的一部分。或者，本文所使用的术语“图像”也可以指更高维度的图像，诸如多频谱或多能量图像。本文所使用的术语“像元”优选指图像的最小组成部分，诸如二维图像中的像素或者三维、即体图像中的体素。或者，该术语还可以指图像的一组这种最小组成部分，诸如一
组像素或一组体素。当在本文说两幅不同图像的两个像元是“对应”像元时，是表示两个像元对感兴趣区域的基本相同的区域成像。例如，如果两个像元是两幅不同三维图像的体素，它们都与感兴趣区域之内基本相同的空间位置相关。当两幅不同图像是两个相应时间系列的图像的部分时，对应的像元还与感兴趣区域被成像时图像的相同时刻相关。针对第一像元集确定的第一噪声值优选是表征独立于第二像元集的噪声的第一像元集的噪声的噪声值。同样地，针对第二像元集确定的第二噪声值优选是表征独立于第一像元集的噪声的第二像元集的噪声的噪声值。优选地，所述噪声确定单元适于确定针对第一像元的第一噪声值作为第一像元的第一噪声方差，并确定针对第二像元的第二噪声值作为第二像元的第二噪声方差。在概率论和统计学中，随机变量的方差是该变量与其预计平均值的预计偏差。这样一来，方差是对随机变量“展开”多少的统计度量。于是，如果可以将感兴趣区域的测量数据模型化为遵循给定概率分布(例如，泊松(Poisson)统计模型)的随机变量，则能够确定感兴趣区域的重建图像的像元集的噪声方差，提供“不确定性度量”，亦即，重建像元的确定性如何以及它可能受到噪声多大破坏的统计度量。结果，通过基于针对两幅以不同方式重建的图像的对应像元集确定的噪声方差组合所述两幅以不同方式重建的图像，可以生成更确定并且受噪声破坏更小的组合图像。优选所述噪声确定单元适于基于关于第一重建算法的知识确定第一像元的第一噪声值，并基于关于第二重建算法的知识确定第二像元的第二噪声值。当从感兴趣区域的测量数据重建感兴趣区域图像时，对重建方法的特定选择对于重建图像中噪声的表现发挥重要作用。例如，已知诸如迭代惩罚似然方法的统计学重建方法考虑了重建期间测量数据的统计性质；因此这种方法通常比滤波反投影方法在重建图像中导致不同的噪声值，已知滤波反投影方法忽略了测量数据的噪声统计信息。于是，通过结合关于用于重建感兴趣区域图像的特定重建方法的知识，亦即，通过结合特定重建方法如何处理测量数据以便重建像元的知识，可以实现对重建图像的像元的噪声值的更可靠和更精确的确定。优选地，所述像元组合单元适于通过执行加权平均组合第一像元和第二像元，其中，所述加权平均包括利用第一权重对第一像元加权以及利用第二权重对第二像元加权， 并且其中，第一权重和第二权重取决于第一噪声值和第二噪声值。优选地，第一权重和第二权重都取决于第一噪声值和第二噪声值两者。优选所述像元组合单元适于选择第一权重和第二权重，使得与第一噪声值和第二噪声值中的至少一个相比，所述组合像元的组合噪声值减小。优选地，选择第一权重和第二权重，使得组合噪声值小于第一噪声值和第二噪声值两者。进一步优选地，选择第一权重和第二权重，使得组合噪声值最小化。在实施例中，所述像元组合单元适于选择取决于a)第二噪声值与b)第一噪声值和第二噪声值之和的比值的第一权重，以及取决于a)第一噪声值与b)第一噪声值和第二噪声值之和的比值的第二权重。具体而言，优选根据以下方程选择第一权重和第二权重
Tl2Th
权利要求
1.一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成系统，所述图像生成系统包括-测量数据提供单元，其用于提供所述感兴趣区域的测量数据以生成所述感兴趣区域的图像，-重建单元(12)，其用于利用第一重建方法从所述测量数据重建所述感兴趣区域的第一图像(I1)，以及利用第二重建方法从所述测量数据重建所述感兴趣区域的第二图像 (I2)，-噪声确定单元(13)，其用于针对所述第一图像(I1)确定第一像元集G1)的第一噪声值㈨)，以及针对所述第二图像(I2)的第二像元集(i2)确定第二噪声值(n2)，以及-像元组合单元(14)，其用于将所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)组合成形成组合图像(Ic)的组合像元集(ic)，其中，所述像元组合单元(14)适于基于针对第一像元G1)确定的第一噪声值(Ii1)和针对第二像元(i2)确定的第二噪声值(n2)组合所述第一像元集G1)的所述第一像元G1) 和所述第二像元集(i2)的对应第二像元(i2)。
2.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述噪声确定单元(13)适于针对所述第一像元G1)确定所述第一噪声值(Ii1)作为所述第一像元(il)的第一噪声方差(^12 )，以及针对所述第二像元(i2)确定所述第二噪声值(n2)作为所述第二像元(i2)的第二噪声方差(σ22)0
3.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述噪声确定单元(13)适于基于关于所述第一重建方法的知识针对所述第一像元G1)确定所述第一噪声值(Ii1)，以及基于关于所述第二重建方法的知识针对所述第二像元(i2)确定所述第二噪声值(n2)。
4.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于通过执行加权平均来组合所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)，其中，所述加权平均包括利用第一权重(W1)对所述第一像元G1)加权，以及利用第二权重(W2)对所述第二像元(i2)加权， 并且其中，所述第一权重(W1)和所述第二权重(W2)取决于所述第一噪声值(Ii1)和所述第二噪声值( )。
5.根据权利要求4所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于选择所述第一权重(W1)和所述第二权重(W2)，使得与所述第一噪声值(Il1)和所述第二噪声值(Il2)中的至少一个相比，组合像元(ie)的组合噪声值OO减小。
6.根据权利要求5所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于选择取决于a)所述第二噪声值(Ii2)与b)所述第一噪声值(Ii1)和所述第二噪声值(Ii2)之和的比值的所述第一权重(W1)，以及取决于a)所述第一噪声值(Ii1)与b)所述第一噪声值(Ii1)和所述第二噪声值(Ii2)之和的比值的所述第二权重(W2)。
7.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，所述噪声确定单元(13)还适于针对所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)确定联合第三噪声值Oi1,2)，并且其中，所述像元组合单元(14)适于基于针对所述第一像元集G1)的所述第一像元G1)确定的第一噪声值(Ii1)、针对所述第二像元集(i2)的对应第二像元(i2)确定的第二噪声值(Il2)以及针对所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)确定的联合第三噪声值Oi1,2)来组合所述第一像元G1)和第二像元(i2)。
8.根据权利要求7所述的图像生成系统，其中，所述噪声确定单元(13)适于针对所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)确定联合第三噪声值Oi1,2)作为所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)的联合噪声协方差(ο u)。
9.根据权利要求7所述的图像生成系统，其中，所述噪声确定单元(13)适于基于关于所述第一重建方法和所述第二重建方法的知识针对所述第一像元G1)和所述第二像元 (I2)确定所述联合第三噪声值(Il1,2)。
10.根据权利要求7所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于通过执行加权平均来组合所述第一像元G1)和所述第二像元(i2)，其中，所述加权平均包括利用第一权重(W1)对所述第一像元G1)加权，以及利用第二权重(W2)对所述第二像元(i2)加权， 并且其中，所述第一权重(W1)和所述第二权重(W2)取决于所述第一噪声值00、所述第二噪声值(n2)和所述联合第三噪声值Oi1,2)。
11.根据权利要求10所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于选择所述第一权重(W1)和所述第二权重(W2)，使得与所述第一噪声值(Ii1)和所述第二噪声值(Il2) 中的至少一个相比，组合像元(ic)的组合噪声值OO减小。
12.根据权利要求11所述的图像生成系统，其中，所述像元组合单元(14)适于选择 取决于如下表达式的所述第一权重(W1)TI1 -2nhl +TI2 ，以及取决于如下表达式的所述第二权重(W2)ηλ-2η^2+n2，其中，H1表示所述第一噪声值，n2表示所述第二噪声值，H1,2表示所述联合第三噪声值。
13.根据权利要求1所述的图像生成系统，其中，调整所述重建单元(12)，使得所述第一重建方法是滤波反投影方法，而所述第二重建方法是迭代惩罚似然方法。
14.一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成方法，所述图像生成方法包括如下步骤-提供所述感兴趣区域的测量数据以生成所述感兴趣区域的图像， -利用第一重建方法从所述测量数据重建所述感兴趣区域的第一图像(I1),以及利用第二重建方法从所述测量数据重建所述感兴趣区域的第二图像(I2)，-针对所述第一图像(I1)的第一像元集G1)确定第一噪声值(Ii1)，以及针对所述第二图像(I2)的第二像元集(i2)确定第二噪声值( )，以及-将所述第一像元集G1)和所述第二像元集(i2)组合成形成组合图像(I。)的组合像元集(ic)，其中，基于针对所述第一像元集G1)的第一像元G1)确定的第一噪声值(Ii1)以及针对所述第二像元集(i2)的对应第二像元(i2)确定的第二噪声值( )来组合所述第一像元 (I1)和第二像元(i2)。
15.一种用于生成感兴趣区域的图像的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的图像生成系统的计算机上运行时，所
全文摘要
本发明涉及一种用于生成感兴趣区域的图像的图像生成系统。该图像生成系统包括测量数据提供单元，其用于提供感兴趣区域的测量数据；重建单元(12)，其用于利用第一和第二重建方法从测量数据重建感兴趣区域的第一和第二图像；噪声确定单元(13)，其用于针对第一和第二图像的第一和第二像元确定第一和第二噪声值；以及像元组合单元(14)，其用于基于第一和第二噪声值将对应的第一和第二像元组合成形成组合图像的组合像元集。基于所确定的噪声值组合两幅以不同方式重建的图像的对应像元集，可以生成质量得到改进的感兴趣区域的组合图像。
文档编号G06T11/00GK102549616SQ201080042241
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月24日
发明者R·普罗克绍, T·克勒 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司