ДВУХПРОХОДНАЯ КОРРЕКЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО АРТЕФАКТА С КОМПЕНСАЦИЕЙ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ СРЕЗОВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
MOTION COMPENSATED SECOND PASS METAL ARTIFACT CORRECTION FOR COMPUTED TOMOGRAPHY SLICE IMAGES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для коррекции изображения поперечного среза для артефакта в изображении, к способу коррекции изображения поперечного среза для артефакта в изображении, к медицинской системе обработки изображений для коррекции изображения поперечного среза для артефакта в изображении, к компьютерному продукту и к машиночитаемому носителю.
Уровень техники
Все более возрастающее количество пациентов, которые подвергаются исследованию при помощи компьютерной томографии (СТ) сердца, имеют в своем сердце металлические имплантаты, такие как искусственные клапаны сердца, бивентрикулярные кардиостимуляторы, стенты, устройства Амплатцера или подобные им. В перспективе компьютерно-томографическое сканирование сердца со стробированием дает хорошие результирующие изображения для мягкой ткани, поскольку сканирующие проходы выполняются во время фазы покоя сердца, чтобы таким образом минимизировать вызванные движением артефакты изображения. К сожалению, небольшое, но все же заметное движение металлического имплантата внутри окна стробирования может привести к артефактам изображения. Система компьютерной томографии сердца раскрыта в заявке WO 2007/060572, принадлежащей заявителю настоящей заявки. В US 2010/0183214 описан способ уменьшения артефактов в изображениях рентгеновской компьютерной томографии, вызванных материалами с высоким значением коэффициента ослабления. Этот способ включает в себя объединение проекций, полученных под одинаковыми углами обзора, для формирования набора данных плоскости проекции, из которого формируется переформатированная проекция.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании альтернативного устройства и способа коррекции в компьютерно-томографических (СТ) изображениях срезов для артефактов.
Задача настоящего изобретения решается объектами независимых пунктов формулы изобретения, причем дополнительные варианты осуществления включены в зависимые пункты формулы изобретения.
Следует отметить, что описанные ниже аспекты настоящего изобретения одинаково применимы к способу коррекции изображения среза для артефакта в изображении и к медицинской системе обработки изображений для коррекции изображения поперечного среза для артефакта в изображении, к компьютерному программному элементу и к машиночитаемому носителю.
Изобретение соответствует прилагаемой формуле изобретения.
В соответствии с первым аспектом предложено устройство для коррекции изображения поперечного среза для артефакта в изображении. Изображение среза основано на изображениях СТ-проекций объекта, полученных ранее в разное время и под различными углами в то время, как часть объекта с большим декрементом ослабления находится в движении, вызывая таким образом артефакт в изображении. Устройство включает в себя блок ввода, обрабатывающий блок и блок вывода. Блок ввода выполнен с возможностью приема требующего коррекции изображения среза, а также выполнен с возможностью осуществления доступа к изображениям СТ-проекций. Обрабатывающий блок включает в себя блок сегментирования («сегментатор»), блок идентификации («идентификатор»), блок сопоставления («сопоставитель»), блок интерполяции («интерполятор»), а также блок реконструкции изображения среза (реконструктор изображения).
Сегментатор выполнен с возможностью сегментирования области артефакта в срезе.
Идентификатор выполнен с возможностью использования сегментированной области артефакта для идентифицирования в каждом из множества изображений СТ-проекций отпечатка, соответствующего области артефакта.
Сопоставитель выполнен с возможностью сопоставления в каждом из множества изображений СТ-проекций идентифицированного отпечатка в изображении компьютерно-томографической проекции с соответствующим отпечатком в этом изображении СТ-проекции. Соответствующий отпечаток представляет собой положение части во время получения этого изображения СТ-проекции.
Интерполятор выполнен с возможностью формирования для каждого из множества изображений СТ-проекций интерполированного изображения СТ-проекции путем использования соответствующего отпечатка в изображении СТ-проекции в качестве ограничения для интерполяции в этом изображении СТ-проекции, чтобы таким образом получить множество интерполированных изображений компьютерно-томографических проекций.
Реконструктор изображения выполнен с возможностью использования множества интерполированных изображений СТ-проекций для реконструкции корректированной версии изображения среза.
Блок вывода выполнен с возможностью вывода корректированной версии изображения среза.
Корректированное изображение среза предварительно реконструируется по изображениям СТ-проекций, полученных при сканировании, выполненном СТ-сканирующей системой.
Часть объекта с большим декрементом ослабления имеет более высокий коэффициент ослабления используемого сканером СТ-излучения (например, рентгеновского), чем средний коэффициент ослабления остальной части объекта. Примером является металлический элемент, встроенный в органическую мягкую ткань, такую как сердце, проходящее через свои циклы сердечных сокращений, и тем самым перемещающаяся относительно направляющей проволоки катетера, или искусственный клапан сердца, находящийся в сердце во время сканирования.
Однако это является только примером, и настоящее изобретение может использоваться для любого другого объекта, имеющего элемент с большим декрементом ослабления, который изменяет свое положение или ориентацию во время получения компьютерно-томографического изображения.
Изображения СТ-проекций могут рассматриваться в качестве «исходных изображений» для «целевого» изображения, образуемого срезом. Устройство работает преимущественно на уровне исходного изображения, а не на уровне изображения среза.
Артефакт изображения в предварительно реконструированном изображении среза является результатом используемого алгоритма реконструкции и движения элемента с большим декрементом ослабления во время получения изображений СТ-проекций. Поскольку устройство работает преимущественно на уровне исходного изображения, то есть на изображениях СТ-проекций, может быть обеспечена более совершенная коррекция, поскольку устройство работает на том уровне, где искажения и размытие являются обычно менее выраженными по сравнению с искажениями и размытием в изображении среза. Вместо того, чтобы рассматривать металлические артефакты («металлические тени») в изображении среза как простую неприятность, устройство использует информацию, обеспеченную самим артефактом изображения, для того чтобы получить корректированные изображения в высоком качестве. Артефакт может рассматриваться как визуальное представление «реконструированного среднего положения» металлического объекта, то есть «изображения» элемента, усредненного во времени по различным положениям во время получения изображений СТ-проекций. Область артефакта определяет «полосу», образуемую различными положениями, которые элемент принимал во время получения изображений.
Каждое из изображений проекций получается сканером компьютерного томографа в конкретный момент времени и под конкретным углом проекции.
Каждый из соответствующих отпечатков в любом отдельном изображении СТ-проекций представляет собой проекцию части в «истинном» мгновенном положении в конкретный момент времени. В противоположность этому, «положение в изображении» металлического элемента в изображении среза, представленное сегментированной областью артефакта, является видимой «областью металлического объекта». Идентификация отпечатка области артефакта на уровне изображения проекции производится в одном варианте осуществления прямой проекцией, которая является операцией, обратной по отношению к обратной проекции, используемой в предыдущем первом проходе реконструкции изображения среза по изображениям СТ-проекций.
Соответствующие отпечатки, кодирующие истинные положения, находятся сопоставителем на уровне изображения проекции путем использования формы отпечатка прямоспроектированной области артефакта, реконструированной из уровня изображения среза.
Область артефакта включает в себя области изображения среза, представляющие металлический элемент, но может также включать в себя области воксела, не представляющие надлежащим образом металлический элемент, но являющиеся чистыми артефактами, такими как полосы, пятна и искажения, вызванные алгоритмом реконструкции и движением металлического элемента во время получения изображения СТ-проекции. В соответствии с одним вариантом осуществления сегментатор конфигурирован таким образом, чтобы ограничить сегментацию областями воксела, представляющими металлический элемент надлежащим образом.
В одном варианте осуществления сегментация может включать в себя подобласти, которые являются несвязанными, то есть для любой пары точек внутри сегментации путь, соединяющий эту пару, может в части своей длины не принадлежать сегментированной области.
В еще одном варианте осуществления сегментатор осуществляет отображение только «связанных областей», то есть любая пара точек внутри сегментации может быть соединена путем, который по всей своей длине принадлежит сегментированной области.
В соответствии с одним вариантом осуществления область артефакта в изображении среза или в новом изображении среза представляет собой среднее во времени положение части во время ее движения при получении изображений СТ-проекций, причем область артефакта является результатом предыдущей реконструкции из изображений СТ-проекций изображения среза или нового изображения среза.
В одном варианте осуществления производится процесс регистрации на изображениях проекции и оценивается смещение отпечатка артефакта или металлической тени в каждом из изображений проекции по отношению к прямо спроектированному усредненному отпечатку металлической тени. В процессе регистрации геометрическая форма прямо спроектированной металлической тени используется для того, чтобы упорядочить регистрацию. «Истинные» положения движущейся части, закодированные соответствующими отпечатками, найденными сопоставителем, затем используются во втором проходе реконструкции, чтобы таким образом получить корректированную версию изображения среза.
В соответствии с одним вариантом осуществления множество интерполированных изображений СТ-проекций формируется путем замены в каждом из множества изображений СТ-проекций информации изображения внутри соответствующего отпечатка в этом изображении СТ-проекции на интерполированную информацию изображения. Интерполированная информация изображения либо получается путем использования усредненной информации изображения (пиксельных значений) снаружи отпечатка, чтобы таким образом существенно исключить путем усреднения отпечаток проволоки и получить корректированное изображение среза, на котором проволока не видна. Затем используется пиксельная информация для окружающей ткани, и выбранное изображение будет показано пользователю так, как будто оно изначально не содержало металлического элемента. В другом варианте осуществления достигается противоположное, а именно ищется улучшенное представление с корректированным контрастом металлического элемента, внедренного в окружающую ткань. Корректированный контраст может быть достигнут путем замены интерполированных пикселей более высокими или более низкими пиксельными значениями, чем пиксельные значения снаружи каждого из соответствующих отпечатков. В этом случае осуществляются манипуляции с информацией изображения внутри соответствующих отпечатков, и она заменяется корректированными значениями интенсивности для лучшего контраста. При реконструкции используется шкала Хаунсфилда.
В соответствии с одним вариантом осуществления по пользовательскому запросу и до интерполяции и реконструкции корректированного изображения формируется новое изображение среза для возврата в устройство в качестве входа. Реконструктор выполнен с возможностью реконструировать новое изображение среза на основании множества соответствующих отпечатков, компенсируя таким образом движение элемента во время получения изображений СТ-проекций. Блок ввода затем получает заново реконструированное изображение среза с компенсированным движением, и затем запускается обрабатывающий блок, который обрабатывает заново реконструированное изображение среза вместо предыдущего изображения среза.
Другими словами, этап предварительной обработки для предварительной обработки изображений срезов реализуется в соответствии с одним вариантом осуществления для получения новых изображений срезов, которые затем используются для возврата в устройство в качестве входа и обрабатываются вместо предыдущего изображения среза. Таким образом может быть получено корректированное контрастное изображение области артефакта с меньшим размытием.
Устройство затем использует это новое корректированное контрастное изображение среза в качестве входного и обрабатывает его для того, чтобы снова получить улучшенную версию изображения среза с корректированным контрастом.
В одном варианте осуществления новое изображение среза выводится в качестве окончательного результата, обходя таким образом интерполятор.
Реконструктор изображения в устройстве может быть выделенным реконструктором изображения, однако в других вариантах осуществления конструктор изображения, ранее использованный для получения изображения среза, также может использоваться для выполнения реконструкции. В этом случае устройство содержит подходящие интерфейсные средства и средства программного интерфейса приложения (API) для сопряжения с собственной системой реконструктора изображения. В этом случае могут быть необходимы соответствующее перепрограммирование и конфигурирование собственного реконструктора изображения.
В общем, устройство в одном варианте осуществления обеспечивает двухпроходную схему уменьшения металлического артефакта с компенсацией движения.
В одном варианте осуществления устройство применяется к перспективно стробируемому получению изображений сердца. Данное устройство уменьшает артефакты в сканированных изображениях сердца, когда металлические объекты остаются в движении внутри окна стробирования. Данное устройство также может быть применено в инвазивных компьютерно-томографических процедурах для коррекции артефактов, образующихся из-за перемещения игл или катетеров. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается компьютерно-томографической визуализацией сердца или металлическими объектами, но настоящее изобретение может быть применено к любому анатомическому или неанатомическому объекту, включающему в себя особенности с большим декрементом ослабления, где элемент движется во время получения компьютерной томограммы.
Определения
Термин «артефакт изображения» или «металлическая тень» включает в себя пятна, полосы и искажения, видимые наблюдателю изображения среза.
Термин «отпечатки» означает пиксельные области, представляющие проекции либо части, либо прямо спроектированного (функционально) изображения артефакта.
Термин «сегментация» означает область вокселов или пикселей, которые вместе определяют объект в плоскости изображения. О каждом пикселе или вокселе в плоскости изображения затем можно сказать, находится ли он внутри объекта или снаружи объекта. Сегментация также определяет внешний контур, границу и, следовательно, «форму» объекта.
Термины «движение» или «изменение положения» металлического объекта включают в себя любое их строгое преобразование, то есть вращение и/или перенос объекта, при условии, что изменение положения является различимым в изображении проекции. Проекция движения элемента может быть выражена как плоское строгое преобразование на плоскости изображения проекции отпечатка элемента.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг. 1 показывает вид в перспективе компьютерно-томографической сканирующей системы;
Фиг. 2 показывает более подробный вид компьютерно-томографической сканирующей системы, изображенной на Фиг.1, в боковой проекции;
Фиг. 3 показывает работу реконструктора изображения среза компьютерного томографа;
Фиг. 4 показывает устройство для коррекции артефакта в изображении поперечного среза в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 показывает блок-схему способа коррекции артефакта в изображениях поперечного среза в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показана примерная компьютерно-томографическая сканирующая система («третьего поколения»). Система 100 включает в себя корпус 102, имеющий канал. Гентри 120 расположен внутри канала в виде жесткой цилиндрической структуры с возможностью вращения. Гентри 120 включает в себя в жесткой и противоположной взаимосвязи рентгеновскую трубку 130 и массив 115 детекторов. Диагностический стол 110 проходит в гентри 120 через центр цилиндра гентри 120. Интересующий объект, такой как человеческое сердце 135 пациента, лежащего на столе 110, позиционируется в центральной точке гентри 120. Сердце 135 содержит металлический объект, такой как направляющая проволока 140 катетера. Из-за позиционирования сердца 135 и, следовательно, проволоки 140 в центре или в «фокусе» гентри 120 проволока 140 во время сканирования всегда располагается между рентгеновской трубкой 130 и массивом 115 детекторов, в то время как гентри 120 вращается вокруг проволоки 140. Из-за жесткого расположения в гентри 120 рентгеновская трубка 130 и детектор 115 всегда находятся в противоположном пространственном отношении друг к другу. Компьютерно-томографическая сканирующая система 100 позволяет получать изображения поперечных срезов сердца 135 и проволоки 140 в плоскости 125 среза.
Фиг. 2 представляет собой вид сканера 100 сбоку в разрезе и в виде сверху на плоскость 125 среза. Компьютерно-томографическая сканирующая система 100 дополнительно включает в себя рабочую станцию 240 для того, чтобы управлять работой сканера 100, систему 215 сбора данных (DAS), реконструктор 220 изображения и базу 225 данных для хранения полученных изображений среза. Изображения среза могут быть получены из базы 225 данных и выведены рабочей станцией 240 для представления на экране 230.
По мере того как гентри 120 вращается вокруг сердца 135, получают серию изображений проекции при различных углах проекции α («альфа»), причем каждое изображение получают в разное время во время вращения гентри по мере того, как гентри 120 вращается в угловых интервалах от угла альфа до угла β («бета»).
В операции получения изображений рентгеновский источник 2 30 проецирует веерообразный рентгеновский пучок на детектор 115 на противоположной стороне цилиндра гентри 120. Веерообразный пучок рентгеновских лучей формируется из набора отдельных остронаправленных рентгеновских лучей 210а-с. Остронаправленные лучи 210a-b испускаются из рентгеновского источника 130 с начальной интенсивностью. Остронаправленные лучи 210а-с ослабляются по мере того, как они проходят через сердце 135, и ослабленные таким образом остронаправленные лучи выходят из сердца 135 с его противоположной стороны и затем попадают на массив 115 детекторов. Массив 115 детекторов образован детекторными элементами. Примерный детекторный элемент 115а показан на Фиг. 3.
Каждый детекторный элемент 115а формирует электрический ток обратно пропорционально ослаблению, которое претерпевает остронаправленный рентгеновский луч, попадающий на этот детекторный элемент 115а. Электрический ток затем считывается и принимается системой 215 сбора данных и преобразуется с помощью подходящего аналого-цифрового преобразования в численное цифровое значение. Набор цифровых значений (″необработанные данные детектора″) для каждого детекторного элемента 115а затем записывается в матричной структуре, формирующей цифровое изображение 310а,b проекции, по одному изображению 310а или 310b проекции для каждого угла проекции альфа или бета. Позиция строки и столбца i, j («пиксель») в матрице соответствует позиции строки и столбца i, j соответствующего детекторного элемента 115а в массиве 115 детекторов. Для каждого изображения 310а,b проекции регистрируются его время получения и угол проекции и последовательность изображений 310а,b проекции затем либо сохраняется в базе 225 данных и/или передается в реконструктор 220 изображения.
Реконструктор 220 изображения использует известные алгоритмы реконструирования изображения, основанные на обратном преобразовании Радона, для того чтобы сформировать изображение 320 среза, показывающее поперечное сечение в плоскости 125 изображения поперечного сечения сердца 135 с проволокой 140. Другими словами, изображение 320 среза является результатом обратного преобразования Радона (или одной из его многих числовых реализаций), примененного к последовательности изображений 310а,b для каждого угла проекции альфа и бета. Реконструированное таким образом изображение 320 среза затем может быть сохранено в базе 225 данных.
Поскольку проволока 140 катетера имеет более высокое значение коэффициента ослабления рентгеновского излучения, чем окружающая мягкая ткань, остронаправленный рентгеновский луч 210b, проходящий через проволоку 140, ослабляется больше, чем остронаправленные рентгеновские лучи 210а,с, проходящие не через проволоку 140, а через окружающую мягкую ткань сердца. По мере того как сердце проходит через свой цикл сердечных сокращений, находящейся в нем проволоке 140 придается движение.
В компьютерно-томографической системе, показанной на Фиг.2, используется схема визуализации сердца с перспективным стробированием. Для лучшего отображения сердца в конкретной фазе цикла сердечных сокращений используется подходящее электрокардиооборудование 205. Электродные прокладки, присоединенные к груди пациента вокруг области сердца, принимают электрические сигналы, указывающие на текущую фазу цикла сердечных сокращений. Когда обнаруживается электрический сигнал, соответствующий требуемой фазе цикла сердечных сокращений (например, фазе систолы или диастолы), соответствующая управляющая команда подается от электрокардиооборудования 205 на рабочую станцию 240, которая, в свою очередь, управляет включением/выключением рентгеновской трубки 130 для получения «снимка» изображения проекции точно в нужное время, когда сердце находится в требуемой фазе цикла сердечных сокращений. Таким образом, изображения 310а,b проекции получают для каждого угла проекции альфа в требуемой фазе цикла сердечных сокращений, и тяжелые артефакты изображения, вызванные движением сердца, могут быть по меньшей мере частично устранены, поскольку рентгеновский источник 130 выключается, когда сердце не находится в целевом цикле или фазе сердечных сокращений (в покое). Небольшие движения проволоки 140, тем не менее, остаются при перемещении гентри 120 от одного угла проекции к другому из-за задержек включения/выключения рентгеновской трубки 130 и других несовершенств процедуры перспективного стробирования.
Далее со ссылкой на фиг. 3 более подробно объясняется работа компьютерно-томографического сканера 100 по мере того, как проволока 140 изменяет свое положение из-за двигательной активности сердца. Левая часть Фиг. 3 показывает положение проволоки 140 (для ясности иллюстрации окружающая ткань сердца не показана) в то время, когда изображение 310а проекции получают с углом проекции альфа. Пропорциональный электрический сигнал, формируемый элементом 115а после возбуждения падающим на него остронаправленным рентгеновским лучом 210b, направляется затем в систему 215 сбора данных, где изображение 310а проекции для угла альфа составляется путем регистрации каждого преобразованного в цифру аналогового сигнала для каждого из детекторных элементов. Поскольку проволока 140 имеет более высокий коэффициент ослабления, чем окружающая ее ткань сердца, на цифровом изображении 310а проекции формируется или «отпечатывается» отпечаток 315а проволоки.
За то время, которое необходимо для того, чтобы гентри 120 повернулся к следующему углу получения данных бета, положение проволоки 140 изменяется, как вверху справа на фиг. 3. По мере того как гентри 120 поворачивается от одного угла проекции альфа к следующему углу проекции бета, проволока 140 принимает различные положения в различные моменты времени получения данных.
Вследствие этого отпечаток 315b во втором изображении 310b проекции отличается от отпечатка 315а в предыдущем изображении 310а проекции, полученном с углом проекции альфа. Полученное таким образом множество изображений 310а,b проекции, каждое из которых показывает отпечаток 315а,b или пиксельное значение истинного положения отпечатка проволоки 140 в соответствующий получению изображений проекции момент времени и с соответствующим углом проекции, затем подаются в реконструктор 220 изображения. Реконструктор 220 изображения с помощью обратного преобразования Радона преобразует одно за другим последовательность изображений 310а,b проекции в изображение 320 поперечного среза, представляющее собой поперечное сечение сердца 135 в плоскости 125 изображения среза. Поскольку проволока 140 изменяет свое положение во время получения данных, реконструированная область изображения, представляющая проволоку 140, выглядит как артефакт 330 размытого изображения, окружающий упомянутую область изображения. Истинная граница изображения проволоки 140 на изображении может быть неразличимой даже для натренированного медицинского глаза. Артефакт формируется из «металлической тени», размазанной поперек и вокруг области изображения, представляющей реконструированную проволоку на изображении среза. Артефакт 330 схематично показан на Фиг. 3. В результате вызванных движением размытия и искажения артефакт 330, соответствующий проволоке 140, выглядит намного более толстым, чем фактическая толщина отпечатков 315а,b проволоки на соответствующих изображениях 310а,b проекции.
Фиг.4 показывает один вариант осуществления устройства для коррекции изображения среза. Это устройство включает в себя блок ввода или средство 415 входного интерфейса и блок вывода или средство 470 выходного интерфейса. Устройство 400 дополнительно включает в себя обрабатывающий блок 400, включающий в себя сегментатор 405, идентификатор 410, сопоставитель 415 и интерполятор 420. Также имеется реконструктор 430 изображения, который может принимать выходные сигналы от сопоставителя 415 или интерполятора 420. Средство 450 интерфейса обеспечивает взаимодействие с системой 215 сбора данных или базой 225 данных приема подлежащего коррекции содержащего артефакт изображения 330. Средство 450 интерфейса также выполнено с возможностью осуществления доступа к множеству изображений 310а,b проекции, которые ранее использовались реконструктором 220 изображения компьютерного томографа для того, чтобы реконструировать изображение 330 среза, содержащее артефакт 330.
Компоненты 450, 405, 410, 415, 420, 430 и 470 устройства выполняются как программные процедуры на обрабатывающем блоке 400. Однако в альтернативных вариантах осуществления также рассматривается распределенная архитектура устройства, в которой все компоненты соединены подходящей коммуникационной сетью. Компоненты также могут быть организованы как выделенные программируемые логические матрицы (FPGA) или аппаратно соединенные автономные микросхемы. Компоненты могут быть запрограммированы на подходящей платформе научных вычислений, такой как Matlab или Simulink, и могут затем быть транслированы в, например, процедуры на языке С++ или С, сохраняемые в библиотеке и связываемые при вызове обрабатывающим блоком 400.
Вообще говоря, устройство 400 принимает на средстве 450 интерфейса изображение 320 среза, имеющее артефакт 330 изображения, и изображения 310а,b проекции, использованные ранее для реконструирования среза 320. Изображение 320 среза обрабатывается на основании изображений 310а,b СТ-проекций и изображение среза с корректированным артефактом выводится на средства 470 вывода. Корректированное изображение либо не содержит представления металлической проволоки (оно удаляется, включая артефакт, вызванный движением проволоки 140 во время получения данных компьютерной томографии), либо представление металлической проволоки улучшается, поскольку она показывается с более высоким контрастом и с уменьшенными артефактами. В одном варианте осуществления устройство также выполнено с возможностью итеративно улучшать по пользовательскому запросу представление артефакта, показываемого в изображении 330, путем выполнения этапа предварительной обработки, причем новое изображение среза показывает артефакт менее размытым, чем в первоначальном срезе 320. Изображение среза с улучшенным артефактом затем может быть рассмотрено пользователем и, в случае его одобрения, оно становится новым предварительно обработанным изображением среза с артефактом, которое затем возвращается обратно в сегментатор 405 и обрабатывается обрабатывающим блоком 4 00 для того, чтобы получить корректированное изображение среза.
Работа
Изображение 320 среза, имеющее артефакт 330, принимается средством 450 ввода и передается в сегментатор 405, и устанавливается местоположение в хранилище 225 изображений 310а,b проекции для обеспечения доступа обрабатывающему блоку 400 к упомянутым изображениям 310а,b проекции.
Сегментатор 405 сегментирует артефакт 330 изображения путем использования известных методов сегментирования, таких как сегментация по порогу интенсивности значения серого. Каждый воксел, чье значение серого превышает предопределенное и конфигурируемое значение порога серого, помечается и рассматривается как являющийся частью области 330 артефакта изображения и/или области изображения, представляющей металлический элемент 140. Пороговая сегментация может использоваться, поскольку металлическая проволока 140 имеет более высокий коэффициент ослабления рентгеновского излучения, чем окружающий органический материал ткани сердца и область 330 артефакта изображения, включающая в себя область, представляющую проволоку 140, будет казаться более темной (или более светлой в зависимости от цветового кодирования, используемого для изображения 320 среза), чем остальная часть изображения. Поскольку предполагается, что проволока 140 движется во время получения изображений 310а,b проекции, используемых для предыдущей реконструкции изображения 330, область артефакта можно рассматривать как графическое представление усредненного положения проволоки 140 во время получения изображений. Другими словами, артефакт можно считать результатом суперпозиции истинных положений проволоки 140 в любой отдельно взятый момент времени получения соответствующих изображений 310а,b проекции. Структура данных сегментации, кодирующая положения в срезе этих вокселов, которые были установлены сегментатором 405 как принадлежащие области 330 артефакта, затем направляется в идентификатор 410.
Идентификатор 410 может быть реализован как прямой проектор, то есть как численная реализация, основанная на преобразовании Радона. Идентификатор 410 тогда использует структуру данных сегментации для того, чтобы прямо спроектировать на каждое из изображений 310а,b проекции вокселы, составляющие сегментированную область 330 артефакта. Область пикселей в каждом из изображений 310а,b проекции, формирующая изображение, в математическом смысле, прямой проекции, примененной к сегментированной области артефакта, идентифицирует отпечаток области артефакта в каждом из изображений 310а,b проекции. Если F является функцией прямой проекции, a S является набором вокселов в плоскости среза, образующим область артефакта, тогда отпечаток область 330 артефакта является изображением F(S) функции F. Идентификация может быть реализована битовыми масками, ограничивающими действие прямой проекции только вокселами внутри сегментированной области 330 артефакта. Таким образом может быть обеспечено соответствие области артефакта отпечаткам в каждом из изображений 310а,b проекции, хотя область артефакта сама по себе существует только в срезе 320 как результат предыдущей реконструкции изображения реконструктором 220 компьютерно-томографического изображения. Идентифицированные таким образом пиксельные области в каждом из изображений 310а,b СТ-проекций составляют отпечаток, один для каждого изображения 310а,b проекции, области артефакта 330 на срезе. Отпечаток 330а артефакта 330 примерно показан для изображения 310а проекции на фиг.4. Изображения 310а,b СТ-проекций и подходящая структура данных, помечающая пиксели, составляющие соответствующие идентифицированные отпечатки области артефакта, затем передаются сопоставителю 415.
В каждом изображении 310а,b проекции сопоставитель 415 соотносит отпечаток области артефакта (330а для изображения 310а) с соответствующим истинным отпечатком 315а,b проволоки в этом изображении 310а,b проекции. Поскольку область артефакта в изображении среза рассматривается как представление усредненного положения и усредненной формы истинных положений и формы (в представлении проекции) проволоки 140, можно ожидать, что общая форма отпечатка области артефакта будет подобна истинным отпечаткам 315а,b в каждом из изображений проекции 310а,b.
Сопоставитель 415 может быть выполнен с возможностью реализовать алгоритм блочного сопоставления для сканирования каждого из изображений 310а,b проекции с тем, чтобы соотнести идентифицированную область артефакта с отпечатком 315а,b проволоки в соответствующем изображении 310а,b проекции. Сопоставитель 415 использует выбираемую меру схожести для сопоставления в каждой проекции 310а,b формы отпечатка артефакта в этом изображении проекции с формой соответствующего отпечатка 315а или b проволоки, существующего в соответствующем изображении 310а или b проекции, соответственно. Например, в отношении проволоки 140 ожидается, что ее отпечатки артефакта (например, 330а), идентифицированные в каждом из изображений 310а,b проекции будут иметь форму криволинейной полосы, но из-за размытости полоса будет более широкой, чем аналогичные истинные отпечатки 315а,b проволоки в форме полосы.
Положение отпечатка артефакта относительно положения истинного отпечатка 315а,b проволоки в плоскости соответствующего изображения 310а,b проекции может быть описано вектором и матрицей, представляющими строгое преобразование на плоскости. Это преобразование, будучи примененным к истинному отпечатку 315а проволоки, дает существенное совпадение (с точностью до меры подобия) отпечатка 315а проволоки с отпечатком 330а области артефакта проволоки. То же самое применяется к каждому из других изображений 310а,b проекции, к каждому из других отпечатков 315b и соответствующих отпечатков 330b области артефакта. Операция сопоставления схематично показана на Фиг.4 криволинейной двунаправленной стрелкой в подробном виде изображения 310 проекции в правой части Фиг 4. Координатное описание в подходящей структуре данных сопоставленных таким образом истинных отпечатков 315а,b проволоки затем передается в интерполятор 420.
Интерполятор 420 затем заменяет пиксельные значения, составляющие истинные отпечатки 315а,b проволоки, интерполированными значениями. Используя пиксельную область, определенную отпечатками 315а,b, в качестве ограничений для интерполяции, устройство 400 может быть сконфигурировано пользователем так, чтобы полностью удалить путем усреднения металлический проволочный элемент в корректированном срезе или сформировать корректированный срез, показывающий металлическую проволоку с более высоким контрастом по сравнению с первоначальным срезом. Если металлический элемент должен быть полностью удален путем усреднения, интерполятор 420 использует усредненную пиксельную информацию снаружи каждого из истинных отпечатков проволоки, чтобы таким образом заменить пиксельные значения внутри отпечатка проволоки средними пиксельными значениями.
В соответствии с одним вариантом осуществления интерполяция производится путем усреднения по линиям, охватывающим с двух сторон отпечаток 315а,b проволоки в плоскости 310а,b изображения проекции. Первоначально пиксельные значения на линии к любой стороне охватываемой с двух сторон области 315а или 315b отпечатка, но вне области 315а или 315b отпечатка, усредняются и используются для того, чтобы заменить пиксельные значения на линии внутри области 315а или 315b отпечатка. Продолжая аналогичным образом вдоль каждой из линий путем использования скользящих средних значений вдоль каждой из линий, пиксельные значения внутри области 315а или 315b отпечатка последовательно заполняются от границы области отпечатка к ее центру, также используя ранее интерполированные пиксельные значения в области 315а или 315b отпечатка, соответственно.
Если представление металлической проволоки в окончательном корректированном изображении среза должно быть сохранено, интерполятор 420 сбрасывает пиксельные значения внутри отпечатка к такому уровню, чтобы улучшить интенсивность/контраст по сравнению с внешней областью в каждом из изображений проекции и корректирует физические эффекты, такие как шумовое голодание (недостаток соотношения сигнал/шум) и увеличение жесткости излучения. Интерполированные таким образом изображения проекции затем передаются в реконструктор 430 изображения.
Реконструктор 430 реализует операцию, обратную операции прямого проектора 410. Реконструктор 430 изображения реконструирует во «втором проходе» (предыдущая реконструкция в компьютерно-томографической сканирующей системе 100 первоначального среза 320 образует «первый проход») путем обратного проектирования вдоль прямых линий значений из интерполированных изображений проекции на плоскость изображения, чтобы таким образом получить корректированное изображение среза, которое затем выводится средствами 470 вывода и передается для хранения в базу 225 данных. Корректированное изображение может быть затем обработано подходящим средством графического рендеринга для вывода на экран 230.
В одном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью обеспечения процедуры для улучшения представления самой области 330 артефакта путем формирования нового изображения среза, которое затем обрабатывается, как было описано ранее, вместо первоначального изображения среза. Другими словами, полученное изображение 330 среза сначала предварительно обрабатывается для получения нового изображения среза, показывающего область артефакта с корректированным по сравнению с первоначальным изображением среза контрастом, и этот новый срез затем возвращается обратно в устройство к сегментатору 205 и обрабатывается в последовательности, описанной выше в отношении первоначального среза. Формирование улучшенного изображения среза таким образом может итеративно повторяться до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное изображение среза, показывающее артефакт в соответствии с ожидаемым стандартом с более высокой резкостью.
Если запрашивается новое изображение среза, сопоставитель 415 направляет изображения 310а,b проекции с размеченными соответствующими отпечатками 315а,b проволоки в реконструктор 430 вместо того, чтобы передать изображения 310а,b проекции в интерполятор 420, как было описано ранее. Реконструктор 430 затем использует размеченные истинные отпечатки 315а,b проволоки, найденные сопоставителем 415, для компенсации движения проволоки 140 во время получения изображений 310а,b проекции. Реконструктор 430 осуществляет компенсацию путем регистрации изображений 310а,b проекции вдоль общей системы координат и расположения изображений 310а,b СТ-проекций в соответствии с их временем получения.
Реконструктор 430 затем прослеживает очевидное движение отпечатков 315а,b от самого раннего изображения проекции к самому последнему изображению проекции путем использования ранее зарегистрированных строгих преобразований, описывающих очевидное движение отпечатков проволоки относительно предыдущего отпечатка 330 области артефакта. Прослеженное таким образом движение затем используется в преобразовании Радона, реализованном в реконструкторе 430, при реконструкции улучшенного изображения среза из изображений 310а,b проекции.
Вместо того чтобы использовать прямые линии для реконструкции на основании преобразования Радона, реконструктор 430 использует линии, изогнутые в соответствии с отслеженным движением, для того, чтобы отобразить смещение в соответствии с упомянутым движением в обратной проекции, выполняя таким образом второй проход компенсации движения. В другом варианте осуществления реконструктор 430 осуществляет обратную проекцию вдоль прямых линий проекции, но сдвигает каждое из изображений проекции в соответствии с движением, чтобы таким образом аналогично выполнить второй проход компенсации движения. В одном варианте осуществления строгие преобразования, ранее установленные сопоставителем 415, используются для операций изгиба линии и сдвига плоскости изображения. Реконструированное таким образом изображение среза будет затем показывать область артефакта более резко. Пользователь может затем рассмотреть новый срез после его вывода на экран 230 и решить, удовлетворяет ли его выведенная на экран область артефакта, и если не удовлетворяет, то новый срез затем возвращается обратно в сегментатор 405, обрабатывается как было описано ранее, и передается сопоставителем 415 в реконструктор изображения 430, чтобы таким образом итеративно формировать дополнительно улучшенные изображения среза. Как только пользователь удовлетворен улучшенным изображением среза, изображение среза обрабатывается как было описано ранее и передается сопоставителем 415 интерполятору 420 и затем выводится в качестве окончательного корректированного изображения.
На фиг.5 показана блок-схема способа коррекции артефакта 330 изображения в изображениях поперечных срезов.
На этапе S505 принимают срез 320 и изображения 310а,b проекции или файловые ссылки на них.
На этапе S510 изображение среза сегментируют для получения сегментированной области артефакта.
На этапе S520 используют сегментированную область артефакта для идентификации в каждом из множества изображений проекции отпечаток, соответствующий области артефакта.
На этапе S530 для каждого из множества изображений проекции идентифицированный отпечаток в соответствующих изображениях СТ-проекций сопоставляют с соответствующим отпечатком в этом изображении СТ-проекции. Соответствующий отпечаток представляет собой положение металлического элемента во время получения соответствующего изображения СТ-проекции.
На этапе S540 для каждого из множества изображений СТ- проекций информацию об изображении интерполируют с использованием области изображения, заключенной в соответствующем отпечатке, в качестве ограничения для интерполяции в этом изображении СТ-проекции. Интерполяция обеспечивает множество интерполированных изображений СТ-проекций.
На этапе S550 множество интерполированных таким образом компьютерно-томографических изображений затем реконструируют на втором проходе для получения корректированной версии изображения среза.
На этапе S560 реконструированный таким образом срез затем выводят в качестве корректированной версии изображения среза.
В одном варианте осуществления способ дополнительно содержит возможный этап S570, выполняемый перед вышеописанными этапами S540 и S550. На этапе S570 для реконструкции нового изображения среза используют соответствующие отпечатки в изображениях проекции для того, чтобы таким образом компенсировать движение элемента во время получения изображений СТ-проекций.
В одном варианте осуществления новый срез, реконструированный на этапе S570, напрямую передается на этап S560 в качестве окончательного результата.
Следует понимать, что в вышеприведенном описании проволока используется в качестве примера элемента с высоким коэффициентом ослабления в среде со сравнительно низким коэффициентом ослабления. Описанное устройство может также использоваться для любого другого элемента, металлического или неметаллического, погруженного в объект любого вида или автономного, который движется во время выполнения компьютерной томографии.
В соответствии с одним вариантом осуществления реконструктор отслеживает соответствующие отпечатки во множестве изображений проекции для того, чтобы отследить движение объекта во время получения изображений проекции. Отслеженное движение затем учитывается при реконструкции новых срезов.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения предложена компьютерная программа или компьютерный программный элемент, который отличается тем, что он выполнен с возможностью выполнения на подходящей системе этапов способа в соответствии с одним из предыдущих вариантов осуществления.
Компьютерный программный элемент, следовательно, может быть сохранен на компьютерном блоке, который также может быть частью варианта осуществления настоящего изобретения. Этот вычислительный блок может быть выполнен с возможностью исполнения или инициирования исполнения этапов способа, описанного выше. Кроме того, он может быть выполнен с возможностью оперировать компонентами вышеописанного устройства. Вычислительный блок может быть выполнен с возможностью автоматической работы и/или выполнения команд пользователя. Компьютерная программа может быть загружена в рабочую память процессора. Процессор, таким образом, может быть оборудован для выполнения способа по настоящему изобретению.
Этот примерный вариант осуществления настоящего изобретения покрывает как компьютерную программу, которая с самого начала использует настоящее изобретение, так и компьютерную программу, которая посредством обновления превращает существующую программу в программу, которая использует настоящее изобретение.
Далее, компьютерный программный элемент может обеспечивать все необходимые этапы для выполнения процедуры примерного варианта осуществления описанного выше способа.
В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен машиночитаемый носитель, такой как CD-ROM, причем на машиночитаемом носителе сохранен компьютерный программный элемент, который описан выше.
Компьютерная программа может быть сохранена и/или распространена на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый совместно или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Однако компьютерная программа может также быть представлена по сети, такой как всемирная паутина, и может быть загружена в рабочую память процессора из такой сети. В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления настоящего изобретения предложен носитель для обеспечения возможности загрузки компьютерного программного элемента, предназначенного для выполнения способа в соответствии с одним из ранее описанных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описываются в отношении различных сущностей. В частности, некоторые варианты осуществления описываются в отношении способа, тогда как другие варианты осуществления описываются в отношении устройства. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что если не указано иное, в дополнение к любой комбинации функций, принадлежащих одной сущности, также любая комбинация функций, относящихся к другим сущностям, рассматривается как раскрытая в этой заявке. Однако все функции могут сочетаться, обеспечивая синергетические эффекты, которые являются более чем простой суммой функций.
В то время как настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и вышеприведенном описании, такие чертежи и описание следует считать иллюстративными или примерными, но не ограничивающими. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на основании изучения чертежей, описания и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а формы единственного числа элементов не исключают множественного числа. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких блоков, упомянутых в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые средства упоминаются в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих средств не может использоваться с достижением преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.