система формирования изображений, способ формирования изображений и компьютерная программа для формирования изображения интересующей области

Формула изобретения

1. Система формирования изображений для формирования изображения интересующей области, содержащая:

- блок (2) освещения для генерации конусообразного луча (4) для освещения интересующей области с различных направлений,

- блок (6) детектирования для генерации значений детектирования из конусообразного луча (4) после его прохождения интересующей области,

- блок (12) группировки для группировки значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- блок (13) определения альфа для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где блок (13) определения альфа адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- блок (15) определения бета для приближенного определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- блок (16) апертурного взвешивания для апертурного взвешивания значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета,

- блок (17) восстановления для восстановления интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям.

2. Система формирования изображений по п.1, в которой система формирования изображений содержит блок (18) определения резервных значений детектирования для определения резервных значений детектирования и в которой блок (12) группировки адаптирован для группировки значений детектирования таким образом, что определенные резервные значения детектирования распределены по нескольким группам.

3. Система формирования изображений по п.1, в которой блок (13) определения альфа адаптирован для присваивания значения апертурного взвешивания посредством использования функции апертурного взвешивания, в которой функция апертурного взвешивания определена таким образом, что для значений детектирования альфа и значений резервирования в середине апертуры присваиваются большие значения апертурного взвешивания и что для крайних значений детектирования альфа и значений резервирования относительно апертуры присваиваются меньшие значения апертурного взвешивания.

4. Система формирования изображений по п.1, в которой блок (12) группировки адаптирован таким образом, что каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа, и в которой блок определения бета адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета некоторой группы посредством интерполяции с использованием значений апертурного взвешивания альфа этой группы.

5. Система формирования изображений по п.4, в которой система формирования изображений содержит блок (18) определения резервных значений детектирования для определения резервных значений детектирования и в которой блок определения бета адаптирован для определения по меньшей мере одного из значений апертурного взвешивания бета некоторой группы посредством интерполяции таким образом, что по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания бета для соответствующих резервных значений детектирования нормировано.

6. Система по п.1, в которой блок (12) группировки адаптирован таким образом, что каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа, и в которой система формирования изображений адаптирована таким образом, что по меньшей мере два значения детектирования альфа каждой группы содержат первое и последнее значения детектирования относительно различных направлений.

7. Система формирования изображений по п.1, где система формирования изображений дополнительно содержит блок детектирования движения для детектирования движения в пределах интересующей области и где значения детектирования взвешены относительно детектируемого движения.

8. Устройство генерации изображений для генерации изображения интересующей области из значений детектирования, причем эти значения детектирования генерируются из конусообразного луча после его прохождения интересующей области, причем этот конусообразный луч генерируется блоком освещения для освещения интересующей области с различных направлений, где блок генерации изображений содержит:

- блок (12) группировки для группировки значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- блок (13) определения альфа для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где блок (13) определения альфа адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- блок (15) определения бета для приближенного определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- блок (16) апертурного взвешивания для апертурного взвешивания значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета,

- блок (17) восстановления для восстановления интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям.

9. Способ формирования изображений для формирования изображения интересующей области, содержащий следующие этапы:

- генерация конусообразного луча (4) для освещения интересующей области с различных направлений блоком (2) освещения,

- генерация значений детектирования из конусообразного луча после его прохождения интересующей области посредством блока (6) детектирования,

- группировка значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета посредством блока (12) группировки,

- определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы посредством блока определения альфа с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, посредством блока (13) определения альфа, где по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа определяется в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- приближенное определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы посредством блока (15) определения бета,

- апертурное взвешивание сгруппированных значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета посредством блока (16) апертурного взвешивания,

- восстановление интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям посредством блока (17) восстановления.

10. Способ генерации изображений для генерации изображения интересующей области из значений детектирования, причем эти значения детектирования генерируются из конусообразного луча (4) после его прохождения интересующей области, причем этот конусообразный луч генерируется блоком (2) освещения для освещения интересующей области с различных направлений, где способ генерации изображений содержит следующие этапы:

- группировка значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа определяется в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- приближенное определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- апертурное взвешивание сгруппированных значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета,

- восстановление интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям.

11. Машиночитаемый носитель, имеющий сохраненную на нем компьютерную программу для формирования изображений интересующей области, содержащую средство программного кода для того, чтобы побуждать систему формирования изображений выполнить этапы способа по п.9, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем системой формирования изображений по п.1.

12. Машиночитаемый носитель, имеющий сохраненную на нем компьютерную программу для генерации изображения интересующей области, содержащую средство программного кода для того, чтобы побуждать компьютер выполнить этапы способа по п.10, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем устройством генерации изображений по п.8.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе формирования изображений, способу формирования изображений и компьютерной программе для формирования изображения интересующей области. Изобретение, кроме того, относится к устройству генерации изображений, способу генерации изображений и компьютерной программе для генерации изображения интересующей области.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные системы формирования изображений содержат блок освещения для генерации конусообразного луча для освещения интересующей области с различных направлений и блок детектирования для генерации значений детектирования из этого конусообразного луча после его прохождения интересующей области. Эти известные системы формирования изображений дополнительно содержат блок восстановления для восстановления интересующей области посредством восстановления сгенерированных значений детектирования по проекциям. Перед восстановлением значений детектирования по проекциям выполняется апертурное взвешивание значений детектирования. Это апертурное взвешивание уменьшает артефакты (искусственные объекты), вызываемые коническим углом конусообразного луча, но оно требует больших вычислительных затрат и значительного количества ресурсов аппаратного обеспечения.

Статья "Aperture weighted cardiac reconstruction for conebeam CT", P.Koken and M.Grass, Phys. Med. Biol. 51, pp.3433-3448, 2006 описывает алгоритм трехмерного восстановления типа фильтрованного восстановления сцены по проекциям для использования в ретроспективно управляемой компьютерной томографии объема сердца. Этот способ, названный апертурно взвешенным восстановлением сердца (AWCR), способен обрабатывать несколько интервалов освещения места объекта, которые имеют место как последовательность результатов сбора спирального движения конусообразного луча с малым шагом. Используется апертурное взвешивание, где вес апертуры вычисляется для каждого значения детектирования согласно трапециевидной функции апертурного взвешивания, которая зависит от местоположения значения детектирования на детекторе. Эта трапециевидная функция апертурного взвешивания имеет значение «1» для значений детектирования в центральной части детектора и линейно убывает до значения «0» на краях детектора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы формирования изображений, способа формирования изображений и компьютерной программы для формирования изображения интересующей области, в которой вычислительные затраты для апертурного взвешивания и требуемое количество ресурсов аппаратного обеспечения уменьшены. Дополнительной задачей изобретения является обеспечение соответствующего устройства генерации изображений, способа генерации изображений и компьютерной программы для генерации изображения интересующей области.

В первом аспекте настоящего изобретения представлена система формирования изображений для формирования изображений интересующей области, содержащая:

- блок освещения для генерации конусообразного луча для освещения интересующей области с различных направлений,

- блок детектирования для генерации значений детектирования из конусообразного луча после его прохождения интересующей области,

- блок группировки для группировки значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- блок определения альфа для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы, с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где блок определения альфа адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- блок определения бета для приближенного определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы, с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- блок апертурного взвешивания для апертурного взвешивания значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и одного значения апертурного взвешивания бета,

- блок восстановления для восстановления интересующей области посредством восстановления значений взвешенного детектирования по проекциям.

Термины «альфа» и «бета» используются только для различения различных значений детектирования, блоков определения и значений апертурного взвешивания.

Значениями детектирования являются значения, которые зависят от излучения конусообразного луча после его прохождения интересующей области.

Изобретение основано на идее, что значения детектирования группируются по меньшей мере в одно значение детектирования альфа и по меньшей мере в одно значение детектирования бета, где по меньшей мере для одного значения детектирования альфа определяется по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания альфа с использованием по меньшей мере одного положения луча в пределах апертуры, например, посредством использования известных процедур апертурного взвешивания, и где по меньшей мере для одного значения детектирования бета приблизительно определяется по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания бета с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа, т.е. для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета, положения лучей в пределах апертуры, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования бета, не определяются. Это снижает вычислительные затраты, требуемые для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета, и, следовательно, полные вычислительные затраты для определения значений апертурного взвешивания. Кроме того, это снижает ресурсы аппаратного обеспечения, требуемые для апертурного взвешивания.

Предпочтительно, чтобы блок группировки был адаптирован таким образом, чтобы каждая группа содержала по меньшей мере два значения детектирования альфа и по меньшей мере два значения детектирования бета. В этом случае для каждого значения детектирования альфа некоторой группы значение апертурного взвешивания альфа определяется блоком определения альфа, с использованием положений лучей в пределах апертуры, которые соответствуют по меньшей мере двум значениям детектирования альфа. Эти определенные значения апертурного взвешивания альфа затем используются для приблизительного определения значений апертурного взвешивания бета для значений детектирования бета соответствующей группы блоком определения бета.

Предпочтительно, чтобы система формирования изображений содержала блок определения резервных значений детектирования для определения резервных значений детектирования, в котором блок группировки адаптирован для группировки значений детектирования таким образом, что определенные резервные значения детектирования распределены по нескольким группам. Процедура апертурного взвешивания является особенно длительной, т.е. требует особенно высоких вычислительных затрат, если во время процедуры апертурного взвешивания должны рассматриваться резервные значения детектирования. Эти вычислительные затраты могут быть эффективно уменьшены путем группировки значений детектирования таким образом, что определенные резервные значения детектирования распределены по нескольким группам.

Этапы, выполняемые блоком детектирования альфа, дают значения апертурного взвешивания альфа, которые при использовании в соответствии с изобретением дают высококачественные восстановленные изображения, тогда как полные вычислительные затраты апертурного взвешивания по-прежнему сильно снижаются по сравнению с известными процедурами апертурного взвешивания.

Далее, предпочтительно, чтобы блок определения альфа был адаптирован для присваивания значения апертурного взвешивания посредством использования функции апертурного взвешивания, где функция апертурного взвешивания определяется таким образом, что для значений детектирования альфа и значений резервирования в середине апертуры присваиваются большие значения апертурного взвешивания и что для крайних значений детектирования альфа и значений резервирования по отношению к апертуре присваиваются меньшие значения апертурного взвешивания. Поскольку лучи в середине апертуры, т.е. поскольку значения детектирования альфа и значения резервирования, которые соответствуют лучам в середине апертуры, имеют меньший конический угол, чем крайние лучи, т.е. чем значения детектирования альфа и значения резервирования, которые соответствуют этим крайним лучам по отношению к апертуре, предполагается, что артефакты, генерируемые значениями детектирования альфа и значениями резервирования в середине апертуры, являются меньшими, чем артефакты крайних значений детектирования альфа и значений резервирования по отношению к апертуре. Следовательно, предложенная функция апертурного взвешивания улучшает апертурное взвешивание и таким образом качество конечного восстановленного изображения.

Далее, предпочтительно, чтобы крайним значениям детектирования альфа и значениям резервирования по отношению к апертуре был присвоен нуль. Далее, предпочтительно, чтобы значениям детектирования альфа и значениям резервирования в середине апертуры было присвоено наибольшее значение апертурного взвешивания.

В варианте осуществления блок группировки адаптирован таким образом, что каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа и в котором блок определения бета адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета некоторой группы посредством интерполяции с использованием значений апертурного взвешивания альфа этой группы. Определение значений апертурного взвешивания бета посредством интерполяции позволяет дополнительно уменьшить вычислительные затраты определения значений апертур бета и, следовательно, полного апертурного взвешивания.

Далее, предпочтительно, чтобы система формирования изображений содержала блок определения резервных значений детектирования для определения резервных значений детектирования, причем блок определения бета адаптирован для определения значений апертурного взвешивания некоторой группы посредством интерполяции таким образом, что значения апертурного взвешивания бета для соответствующих резервных значений детектирования являются нормированными. Согласно этому варианту осуществления, дополнительная нормировка значений апертурного взвешивания бета не является необходимой, что дополнительно снижает вычислительные затраты процедуры апертурного взвешивания.

Далее, предпочтительно, чтобы блок группировки был адаптирован таким образом, что каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа, причем система формирования изображений адаптирована таким образом, что по меньшей мере два значения детектирования альфа каждой группы содержит первое и последнее значения детектирования по отношению к различным направлениям. Поскольку эти два значения детектирования альфа охватывают весь диапазон различных направлений соответствующей группы, использование соответствующих значений апертур альфа для определения значений апертур бета дает значения апертур бета, которые дополнительно улучшают качество конечного восстановленного изображения.

В варианте осуществления система формирования изображений дополнительно содержит блок детектирования движения для детектирования движения в пределах интересующей области, в котором значения детектирования взвешены относительно детектируемого движения. Это позволяет рассматривать движение в пределах интересующей области во время восстановления. Это дополнительно улучшает качество конечного восстановленного изображения, если элементы движения присутствуют в пределах интересующей области, например, если в пределах интересующей области присутствует сердце человека или часть сердца человека.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения представлено устройство генерации изображений для генерации изображения интересующей области из значений детектирования, причем эти значения детектирования генерируются из конусообразного луча после его прохождения интересующей области, причем этот конусообразный луч генерируется блоком освещения для освещения интересующей области с различных направлений, где блок генерации изображений содержит:

- блок группировки для группировки значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- блок определения альфа для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы, с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где блок определения альфа адаптирован для определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- блок определения бета для приближенного определения по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы, с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- блок апертурного взвешивания для апертурного взвешивания значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и одного значения апертурного взвешивания бета,

- блок восстановления для восстановления интересующей области посредством восстановления значений взвешенного детектирования по проекциям.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения представлен способ формирования изображений для формирования изображения интересующей области, где способ формирования изображений содержит следующие этапы:

- генерация конусообразного луча для освещения интересующей области с различных направлений посредством блока освещения,

- генерация значений детектирования из конусообразного луча после его прохождения интересующей области посредством блока детектирования,

- группировка значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета посредством блока группировки,

- определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы посредством использования по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, посредством блока определения альфа, где по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа определяется в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- приближенное определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы посредством блока определения бета,

- апертурное взвешивание сгруппированных значений с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета посредством блока апертурного взвешивания,

- восстановление интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям посредством блока восстановления.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения представлен способ генерации изображений для генерации изображения интересующей области из значений детектирования, причем эти значения детектирования генерируются из конусообразного луча после его прохождения интересующей области, причем конусообразный луч генерируется блоком освещения для освещения интересующей области с различных направлений, где способ генерации изображений содержит следующие этапы:

- группировка значений детектирования с различных направлений, где каждая группа содержит по меньшей мере одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно значение детектирования бета,

- определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа некоторой группы с использованием по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного луча в пределах апертуры, которое соответствует по меньшей мере одному значению детектирования альфа, где по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа определяется в соответствии со следующими этапами:

- определение значений резервирования, которые являются резервными по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- определение положений лучей резервирования, которые соответствуют по меньшей мере одному значению детектирования альфа и значениям резервирования,

- присваивание значения апертурного взвешивания каждому из по меньшей мере одного значения детектирования альфа и значений резервирования относительно определенных положений лучей резервирования,

- нормировка присвоенных значений апертурного взвешивания, причем нормированное значение апертурного взвешивания, присвоенное по меньшей мере одному значению детектирования альфа, является по меньшей мере одним значением апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для одного значения детектирования альфа,

- приближенное определение по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета по меньшей мере для одного значения детектирования бета некоторой группы с использованием по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа этой группы,

- апертурное взвешивание сгруппированных значений, где блок апертурного взвешивания адаптирован для взвешивания значений детектирования с использованием определенных по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания альфа и по меньшей мере одного значения апертурного взвешивания бета,

- восстановление интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа для формирования изображения интересующей области, где компьютерная программа содержит средство программных кодов для того, чтобы побуждать систему формирования изображений выполнить этапы способа по п.9 формулы изобретения, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем системой формирования изображений по п.1 формулы изобретения.

Еще в одном аспекте изобретения представлена компьютерная программа для генерации изображения интересующей области, где компьютерная программа содержит средство программного кода для того, чтобы побуждать компьютер выполнить этапы способа по п.10 формулы изобретения, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем устройством генерации изображений по п.8 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что система формирования изображений по п.1, устройство генерации изображений по п.8, способ формирования изображений по п.9, способ генерации изображений по п.10, компьютерная программа по п.11 и компьютерная программа по п.12 имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительным вариантом осуществления изобретения могут также быть комбинации зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут ясными и объясняются со ссылкой на вариант осуществления, описанный далее в следующих чертежах:

Фиг.1 схематично показывает вариант осуществления системы формирования изображений для формирования изображения интересующей области в соответствии с изобретением;

Фиг.2 схематично показывает вариант осуществления устройства генерации изображений в соответствии с изобретением;

Фиг.3 схематично показывает блок-схему, иллюстрирующую вариант осуществления способа формирования изображений интересующей области в соответствии с изобретением;

Фиг.4 схематично показывает интервал освещения для элемента объема интересующей области, углы проекций и группы, и

Фиг.5 схематично показывает двумерный детектор, на котором показаны положения значений детектирования, и функцию апертурного взвешивания.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 показывает систему формирования изображений, которая в этом варианте осуществления является СТ системой. СТ система включает в себя раму 1, которая способна вращаться вокруг оси вращения R, которая простирается параллельно направлению z. Блок 2 освещения, который в этом варианте осуществления является рентгеновской трубкой 2, смонтирован на раме 1. Рентгеновская трубка снабжена устройством 3 коллиматора, которое образует конический пучок 4 излучения (конусообразный луч) из излучения, генерируемого рентгеновской трубкой 2. Это излучение пересекает объект (не показан), такой как пациент, в интересующей области в цилиндрической зоне 5 исследования. После прохождения зоны 5 исследования рентгеновский луч 4 падает на блок 6 детектирования рентгеновского излучения, который является двумерным детектором, смонтированным на раме 1.

Рама 1 приводится в движение при предпочтительно постоянной, но регулируемой угловой скорости двигателем 7. Дополнительный двигатель 8 обеспечен для перемещения объекта, например пациента, который расположен на столе для обследования пациента в зоне 5 исследования, параллельно направлению оси вращения R или оси z. Эти двигатели 7, 8 управляются блоком 9 управления, например, таким образом, что блок 2 освещения и зона 5 исследования движутся относительно друг друга вдоль спиральной траектории. Однако также возможно, что объект или зона 5 исследования не движется, а только вращается рентгеновская трубка 2, т.е. что блок 2 освещения и зона 5 исследования движутся относительно друг друга вдоль круговой траектории.

Двигатели 7, 8, рама 1 и предпочтительно стол для обследования пациента образуют движущийся блок, который позволяет освещать интересующую область с различных направлений посредством блока 2 освещения.

Данные, собранные блоком 6 детектирования, которые являются значениями детектирования, предоставляются для устройства 10 генерации изображений для генерации изображения интересующей области. Восстановленное изображение может быть в конце предоставлено для дисплея 11 для показа этого изображения. Также устройство 10 генерации изображений предпочтительно управляется блоком 9 управления. Альтернативно или дополнительно устройство 10 генерации изображений может содержать блок управления для управления только устройством 10 генерации изображений.

Устройство 10 генерации изображений схематично показано на фиг.2 и содержит блок 12 группировки, блок 13 определения альфа, блок 15 определения бета, блок 16 апертурного взвешивания и блок 17 восстановления.

Блок 12 группировки адаптирован для группировки значений детектирования с различных направлений, т.е. предпочтительно для группировки значений детектирования с различных проекций, где каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа и значения детектирования бета. Следовательно, каждая группа предпочтительно содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа с различных проекций и значения детектирования бета с различных проекций таким образом, что каждое значение некоторой группы соответствует другой проекции.

В другом варианте осуществления блок группировки может быть адаптирован таким образом, что некоторая группа содержит одно значение детектирования альфа и по меньшей мере одно дополнительное значение детектирования бета. В этом случае для значения детектирования альфа этой группы определяется значение апертурного взвешивания альфа, и блок определения бета может быть адаптирован таким образом, что по меньшей мере одно значение апертурного взвешивания бета равно значению апертурного взвешивания альфа соответствующей группы.

Блок 13 определения альфа адаптирован для определения значений апертурного взвешивания альфа по меньшей мере для двух значений детектирования альфа некоторой группы с использованием положений лучей в пределах апертуры, которые соответствуют по меньшей мере двум значениям детектирования альфа. Определение значений апертурного взвешивания альфа может быть выполнено, например, как описано в US 2004/0076265 А1, который включен в настоящий документ посредством ссылки. Предпочтительное определение значений апертурного взвешивания альфа будет описано ниже.

Блок 15 определения бета адаптирован для приблизительного определения значений апертурного взвешивания бета для значений детектирования бета некоторой группы с использованием значений апертурного взвешивания альфа этой группы. Это приблизительное определение предпочтительно выполняется посредством интерполяции. Эта интерполяция будет также описана более подробно ниже.

Блок 16 апертурного взвешивания адаптирован для апертурного взвешивания значений детектирования с использованием определенных значений взвешивания альфа и бета. Это апертурное взвешивание предпочтительно выполняется посредством умножения значений детектирования на соответствующие значения апертурного взвешивания альфа или бета соответственно. Блок 17 восстановления адаптирован для восстановления интересующей области посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям.

В этом варианте осуществления система формирования изображений дополнительно содержит блок 14 для определения движения в пределах интересующей области. Если интересующая область содержит движущиеся элементы, то блок 14 генерирует значения движения, соответствующие движению движущихся элементов в пределах интересующей области. Блок 14 является, например, электрокардиографом, который подключен к пациенту, присутствующему в интересующей области, где, в частности, сердце или часть сердца пациента присутствует в пределах интересующей области. Значения движения, генерируемые блоком 14, передаются к устройству 10 генерации изображений, которое может использовать эти значения движения для улучшения качества восстановленных изображений. Это будет объяснено более подробно ниже.

Также блок 14 для определения движения в пределах интересующей области предпочтительно управляется блоком 9 управления. Значения движения могут быть переданы к устройству 10 генерации изображений непосредственно или через блок 9 управления.

Вариант осуществления способа формирования изображений интересующей области в соответствии с изобретением будет теперь описан более подробно по отношению к блок-схеме, показанной на фиг.3.

После инициализации системы формирования изображений на этапе 101 значения детектирования получаются на этапе 102. Для получения значений детектирования рентгеновская трубка 2 вращается вокруг интересующей области, а интересующая область или объект не двигается, т.е. рентгеновская трубка 2 движется по круговой траектории вокруг интересующей области. Альтернативно в другом варианте осуществления рентгеновская трубка 2 вращается вокруг интересующей области, а интересующая область или объект перемещается параллельно направлению z, т.е. рентгеновская трубка 2 движется по спиральной траектории. Интересующая область или объект может быть перемещен посредством перемещения, например, стола для обследования пациента, на котором помещен этот объект, например пациент.

Поскольку рентгеновская трубка 2 вращается вокруг интересующей области, значения детектирования получаются с различных направлений.

Предпочтительно, чтобы на этапе 102 также значения движения получались блоком 14 для определения движения в пределах интересующей области. Значениями движения являются, например, значения электрокардиограммы, которые передаются от блока 14 к устройству 10 генерации изображений. Значения детектирования также передаются к устройству 10 генерации изображений.

На этапе 103 блок 18 определения резервных значений детектирования блока 12 группировки определяет резервные значения детектирования. Блок 18 определения резервных значений детектирования может быть также отдельным блоком в пределах устройства 10 генерации изображений или в пределах системы формирования изображений, т.е. блок определения резервных значений детектирования не должен быть частью блока группировки. Резервные значения детектирования определяются для каждого элемента объема интересующей области, которая должна быть восстановлена. Это будет теперь объяснено более подробно относительно фиг.4.

Фиг.4 схематично показывает для некоторого элемента объема интересующей области интервал 19 освещения в зависимости от угла проекции . Угол проекции является углом луча, который соответствует некоторому значению детектирования, видимым из соответствующего элемента объема. На фиг.4 указаны четыре угла проекции , + , +2 и +3 . Лучи, которые соответствуют этим углам проекции, освещают соответствующий элемент объема с идентичных или противоположных направлений, т.е. соответствующие значения детектирования являются резервными.

Кроме того, на этапе 103 блок 12 группировки группирует значения детектирования таким образом, что определенные резервные значения детектирования распределены по нескольким группам. Это означает в этом варианте осуществления, что каждая группа состоит из значений детектирования, которые не являются резервными друг другу. Например, со ссылкой на фиг.4, для некоторого элемента объема значение детектирования, соответствующее углу проекции , помещено в первую группу g¹, значение детектирования, соответствующее углу проекции + , помещено во вторую группу g², значение детектирования, соответствующее углу проекции +2 , помещено в третью группу g³, значение детектирования, соответствующее углу проекции +3 , помещено в четвертую группу g⁴.

Изобретение не ограничено угловым охватом для каждой группы. Каждая группа может также охватывать и другой угловой диапазон.

Восстановление сцены по проекциям является вычислительно трудной задачей. Поэтому для этой задачи обычно используется аппаратное ускорение. В таком специализированном аппаратном обеспечении можно выполнять восстановление нескольких проекций параллельно. Эта параллельная обработка означает, что данные проекции предпочтительно сгруппированы в группы из N проекций, где N - число проекций, которые аппаратное обеспечение может обрабатывать параллельно. Таким образом, группы предпочтительно генерируются таким образом, что использование каждой группы, т.е. значения детектирования каждой группы может быть восстановлено по проекциям параллельно.

В этом варианте осуществления значения детектирования в пределах некоторой группы, являющиеся первым и последним значением детектирования по отношению к различным направлениям, т.е. по отношению к различным углам проекций для соответствующего элемента объема, определяются как значения детектирования альфа. Другие значения детектирования, которые расположены между этими значениями детектирования альфа по отношению к различным углам проекций для некоторого элемента объема, определяются как значения детектирования бета.

Предпочтительно, но необязательно, группировка выполняется таким образом, что всякий раз когда определенная проекция при некотором угле является значением детектирования альфа некоторой группы, все резервные проекции (при углах +k , где k - любое целое число) будут значением детектирования альфа в их группах.

Четыре различные группы g ¹, g², g³, g⁴ в качестве примера показаны на фиг.4. Каждая из этих групп g¹ , g², g³, g⁴ состоит из значений детектирования , , , ; , , , ; , , , ; , , , соответственно. Каждая группа содержит только нерезервные значения детектирования. Значения детектирования альфа каждой группы обозначены , ; , ; , ; , соответственно. Значения детектирования между этими значениями детектирования альфа , , ; , , ; , , ; , , являются значениями детектирования бета соответственно.

Блок 12 группировки определяет для каждого элемента объема в пределах интересующей области группы значений детектирования, содержащие по меньшей мере два значения детектирования альфа и значения детектирования бета.

На этапе 104 блок 13 определения альфа определяет значения апертурного взвешивания альфа для значений детектирования альфа , ; , ; , ; , каждой группы, где используются положения лучей в пределах апертуры, которые соответствуют значениям детектирования альфа , ; , ; , ; , . Для определения значения апертурного взвешивания альфа для некоторого значения детектирования альфа рассматриваются значения детектирования, которые являются резервными по отношению к этому значению детектирования альфа. Например, для определения значения апертурного взвешивания альфа для значения детектирования альфа рассматриваются значения детектирования , , , так как углы проекций, соответствующие этим значениям детектирования, отличаются на угол, являющийся кратным , т.е. эти значения детектирования , , , являются резервными друг для друга.

Определение значений детектирования альфа будет далее описано со ссылкой на фиг.5.

Фиг.5 схематично показывает двумерный детектор 6, на котором указаны положения значений детектирования , , , для соответствующего элемента объема в пределах интересующей области. Положение на детекторе 6 может быть определено посредством использования системы координат, имеющей ось v, параллельную оси z или оси вращения, и ось u, перпендикулярную оси v.

Значения детектирования , , , являются резервными друг для друга. Следовательно, если значение апертурного взвешивания альфа должно быть определено для одного из этих значений детектирования альфа, то другие из этих значений детектирования могут считаться резервными значениями. Лучи, которые соответствуют этим значениям резервирования и соответствующему значению детектирования альфа, могут считаться лучами резервирования. Положение этих лучей резервирования используется для определения положения соответствующих значений детектирования альфа и значений резервирования на детекторе 6. Положения значений детектирования альфа , , , относительно оси v, т.е. v-положение значений детектирования альфа отображаются на функцию 20 апертурного взвешивания для определения ненормированных значений апертурного взвешивания альфа Функция 20 апертурного взвешивания зависит от положения значений детектирования альфа на детекторе 6 относительно оси v, т.е. зависит от угловой ориентации соответствующих лучей в пределах апертуры в направлении оси v. Эта функция 20 апертурного взвешивания определена таким образом, что для значений детектирования альфа и резервных значений в середине апертуры присваиваются большие значения апертурного взвешивания, чем для значений детектирования альфа и резервных значений, которые расположены в крайнем положении относительно апертуры, т.е. относительно оси v.

После определения ненормированных значений апертурного взвешивания альфа , , , эти ненормированные значения апертурного взвешивания альфа , , , нормируются с использованием следующего равенства:

В этом равенстве является нормированным значением апертурного взвешивания альфа значения детектирования альфа , где в этом варианте осуществления j может принимать значения от единицы до четырех. Эти значения апертурного взвешивания альфа будут использованы для апертурного взвешивания. Значения апертурного взвешивания альфа значения детектирования альфа определяются тем же способом, что и значение детектирования альфа , , , . Следовательно, также для значений детектирования альфа определяются положения на детекторе 6 относительно оси v, эти положения отображаются на функцию апертурного взвешивания, и полученные ненормированные значения апертурного взвешивания альфа нормируются посредством использования следующего равенства:

где обозначает значения апертурного взвешивания альфа значений детектирования альфа которые будут использоваться для апертурного взвешивания.

На этапе 105 блок 15 определения бета приближенно определяет для каждой группы значения апертурного взвешивания бета для значений детектирования бета соответствующей группы посредством использования значений апертурного взвешивания альфа соответствующей группы. Это приближенное определение предпочтительно выполняется путем интерполяции с использованием определенных значений апертурного взвешивания альфа соответствующей группы. Для группы g^j значения апертурного взвешивания бета с i=1, , М-1 определяются в соответствии со следующим равенством:

Эта интерполяция может быть выполнена с низкими вычислительными затратами, и полученные значения апертурного взвешивания бета нормированы, т.е. интерполяция выполняется таким образом, что значения апертурного взвешивания бета нормированы.

На этапе 106 значения детектирования каждой группы апертурно взвешиваются посредством блока 16 апертурного взвешивания с использованием определенных значений взвешивания альфа и бета, т.е. в этом варианте осуществления значения детектирования умножаются на соответствующие значения взвешивания альфа и бета соответственно.

Для рассмотрения значений движения, указывающих движение в пределах интересующей области, значения детектирования могут быть дополнительно взвешены относительно значений движения, которые получаются в то же самое время, что и соответствующие им значения детектирования. Это взвешивание предпочтительно выполняется посредством умножения значений детектирования на значения взвешивания движения, которые зависят от значений движения. Например, если сердце человека помещено в пределах интересующей области, то значения взвешивания движения могут быть определены посредством следующей процедуры: данные электрокардиограммы обеспечивают информацию о характерной точке в сердечном цикле, например, так называемом R-пике, который относится к началу сокращения желудочка. Обычно кардиолог или радиолог выбирает желаемую фазовую точку в пределах сердечного цикла, где должно быть сгенерировано изображение. Наилучшее положение зависит от частоты сердечных сокращений пациента. При условии, что эта желаемая фазовая точка является вводом, требуемые данные для этой задачи выбираются ретроспективно из множества собранных данных. Это, например, описано в Manzke и др., Medical Physics 30 (12), pp.3072-3080, (2003), который включен в настоящий документ посредством ссылки. Это подмножество данных содержит проекции, т.е. значения детектирования, взятые точно в желаемой фазовой точке, но также и проекции, взятые в других точках. Для отражения этой вариации во временном расстоянии времени сбора каждой проекции до желаемого времени применяется взвешивание движения, которое дает высокие веса для значений детектирования, взятых в моменты времени, близкие к желаемой фазе сердца, и меньшие веса для значений детектирования, взятых в моменты времени, имеющие большее временное расстояние до желаемой фазы сердца.

На этапе 107 блок восстановления восстанавливает интересующую область посредством восстановления взвешенных значений детектирования по проекциям. Это восстановление сцены по проекциям может быть выполнено посредством использования любого соответствующего алгоритма восстановления сцены по проекциям. Например, способ фильтрованного восстановления сцены по проекциям, описанный в Koken и Grass, Phys. Med. Biol. 51, pp.3433-3448 (2006), может быть использован для восстановления интересующей области на этапе 107.

Хотя изобретение было подробно иллюстрировано и описано в чертежах и предыдущем описании, эта иллюстрация и описание должны считаться иллюстративным или примерным, а не ограничительным. Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.

Другие вариации описанных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В вышеописанном варианте осуществления этап 103 группировки выполняется сразу после этапа 102 сбора. Тем не менее, этап 103 группировки может быть также выполнен между этапами 104 и 105. Предпочтительно, чтобы этап группировки выполнялся перед этапом 105 определения значений апертурного взвешивания бета.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль «некоторый» или «один» не исключает множества. Единственный блок или несколько блоков могут выполнять функции нескольких пунктов, изложенных в формуле изобретения. Тот простой факт, что некоторые меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что не может с выгодой использоваться комбинация этих мероприятий.

Различные блоки устройства генерации изображений могут быть реализованы посредством средства программного кода для выполнения на подходящей компьютерной системе или посредством специализированного аппаратного обеспечения. Некоторые или все из вышеописанных блоков могут быть реализованы посредством одного или нескольких соответствующим образом запрограммированных процессоров или посредством одного или нескольких соответствующим образом структурированных компонентов аппаратного обеспечения.

В соответствии с изобретением, предпочтительно все значения детектирования, которые предназначены для использования для восстановления интересующей области, сгруппированы в несколько групп, где каждая группа содержит по меньшей мере два значения детектирования альфа и значения детектирования бета, и где определение значений апертурного взвешивания альфа и значений апертурного взвешивания бета выполняется для каждой из этих групп. Каждое значение детектирования, которое предназначено для использования для восстановления, затем апертурно взвешивается с использованием определенных значений апертурного взвешивания альфа и значений апертурного взвешивания бета, и апертурно взвешенные значения детектирования используются для восстановления интересующей области.

Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другим аппаратным аппаратным обеспечением или как его часть, но также может распространяться и в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

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