醫(yī)用圖像診斷裝置以及醫(yī)用圖像處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在多能量圖像數(shù)據(jù)等中對(duì)材料進(jìn)行分類的醫(yī)用圖像診斷裝置W及醫(yī) 用圖像處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)算機(jī)斷層攝影（CT)法是被廣泛使用的方式的醫(yī)用攝影法，該攝影法使用X射線 來(lái)獲取=維圖像數(shù)據(jù)。由CT掃描獲取的CT圖像數(shù)據(jù)集能夠具備體素的=維排列，并且所 述體素的=維排列分別具有由各自對(duì)應(yīng)的測(cè)量體積來(lái)表示X射線照射的衰減的關(guān)聯(lián)起來(lái) 的強(qiáng)度。測(cè)量體積導(dǎo)致的X射線照射的衰減可W由亨氏單位（皿）表示為強(qiáng)度值或CT值， 在此，0皿是水的CT值。
[0003] 在X射線CT裝置中，具有X射線管的X射線源在患者的周圍旋轉(zhuǎn)。通過(guò)患者的 X射線照射由處于患者的相反側(cè)的X射線檢測(cè)元件來(lái)捕捉。X射線管具有所提供的最大 管電壓。X射線光子由X射線管生成，該光子具有直到與最大管電壓對(duì)應(yīng)的能量的能量范 圍。例如，IOOkV的最大管電壓下的X射線管能夠生成具有直到IOOkeV的能量范圍的光 子。具有IOOkV的最大管電壓的CT掃描可W被說(shuō)明為IOOk化掃描，在此，kVp是千伏峰值 (kilovolts peak)的簡(jiǎn)稱。
[0004] 有時(shí)被稱為單能量CT的W往的CT收集例如能夠使用120kV的最大管電壓和對(duì)由 X射線管提供的X射線能量的擴(kuò)散敏感的檢測(cè)器來(lái)執(zhí)行。
[0005] 單能量CT攝影法的限制可能在于，當(dāng)材料在CT掃描的能量中具有類似衰減系數(shù) 時(shí)，在CT圖像數(shù)據(jù)中不能區(qū)別或者難W區(qū)別運(yùn)些材料。知道有時(shí)在特別適用于提供良好的 圖像質(zhì)量的最大管電壓下，例如在120kV下發(fā)生難W區(qū)別運(yùn)樣的各種材料的情況。當(dāng)使用 較低的最大管電壓（例如，80kV)時(shí)，有時(shí)更易于區(qū)別材料，但有時(shí)圖像的噪音更多，因此有 時(shí)運(yùn)樣低的能量下的圖像質(zhì)量變得更加不足。
[0006] 雙能量CT系統(tǒng)、多能量CT系統(tǒng)、或能譜CT系統(tǒng)能夠收集在不同的能量等級(jí)下配 準(zhǔn)后的多個(gè)圖像。例如，雙能量CT系統(tǒng)能夠在120kV的最大管電壓下收集第一圖像并在 SOkV的最大管電壓下收集第二圖像。第一圖像有時(shí)被稱為高能量圖像（或者，被稱為由高 能量掃描獲取的圖像），第二圖像有時(shí)被稱為低能量圖像（或者，被稱為由低能量掃描獲取 的圖像）。
[0007] 雙能量CT系統(tǒng)能夠W不需要將第一圖像W及第二圖像配準(zhǔn)而第一圖像內(nèi)的體素 與第二圖像內(nèi)的體素對(duì)應(yīng)的方式，來(lái)同時(shí)或者實(shí)質(zhì)上同時(shí)收集高能量圖像和低能量圖像。 接著，運(yùn)些圖像有時(shí)被看作是圖像數(shù)據(jù)的單一的組合后的集合，并且該集合針對(duì)每個(gè)體素 具有相對(duì)于高能量圖像的強(qiáng)度值（有時(shí)被稱為高能量強(qiáng)度值）和相對(duì)于低能量圖像的強(qiáng)度 值（有時(shí)被稱為強(qiáng)度值低能量）。各體素還具有圖像的坐標(biāo)空間內(nèi)的關(guān)聯(lián)起來(lái)的位置（在 此，例如，作為同時(shí)或接近同時(shí)收集高能量圖像和低能量圖像的結(jié)果，相對(duì)于高能量圖像的 坐標(biāo)空間也可W與低能量圖像的坐標(biāo)空間相同）。
[0008] 雙能量（或多能量或能譜）CT也可W用于通過(guò)使用低能量圖像強(qiáng)度值和高能量圖 像強(qiáng)度值運(yùn)兩者來(lái)將材料分離。在掃描能量的一方中示出類似衰減的材料在掃描能量的另 一方中有時(shí)示出不同的衰減。根據(jù)情況的不同，具有在高能量圖像中難W區(qū)別的衰減的材 料有時(shí)在低能量圖像中具有更易于區(qū)別的衰減。同時(shí)，有時(shí)不僅僅使用來(lái)自低能量掃描的 信息，而是通過(guò)使用來(lái)自高能量掃描和低能量掃描運(yùn)兩者的信息，從而克服低能量掃描數(shù) 據(jù)中的噪音問(wèn)題。
[0009] 與一些材料關(guān)聯(lián)起來(lái)的衰減有時(shí)取決于材料的濃度或密度。材料的濃度高的樣本 有時(shí)具有比濃度低的樣本高的衰減（亨氏單位下的更高的CT值）。高能量掃描中的衰減有 時(shí)隨著濃度而變化，低能量掃描中的（不同的）衰減有時(shí)也隨著濃度而變化。
[0010] 關(guān)系能夠根據(jù)具有高能量掃描中的濃度的衰減的變化與具有低能量掃描中的濃 度的衰減的變化的關(guān)系來(lái)導(dǎo)出。當(dāng)相對(duì)于高能量強(qiáng)度來(lái)繪制低能量強(qiáng)度時(shí)，已知表示不 同材料濃度的點(diǎn)沿著繪制出該低能量強(qiáng)度對(duì)高能量強(qiáng)度的某一直線或者位于其附近。直 線的斜率有時(shí)根據(jù)材料而不同，即，不同材料有時(shí)存在具有高能量掃描中的濃度的衰減的 變化與具有低能量掃描中的濃度的衰減的變化不同的關(guān)系的情況也被熟知。運(yùn)樣的差異 有時(shí)由于材料的性質(zhì)造成，例如由于各材料的原子序數(shù)而造成。例如，請(qǐng)參考化orsten 民.C. Johnson，Christian Fink，Stefan 0. Schonberg，Maximilian F.民eiser，Dual Energy CT in Clinical PraCTice，Secaucus，NJ :Springer，2011。 W11] 已知為了增加在血管的CT圖像中觀察到的強(qiáng)度而使用造影劑。（通常，來(lái)自單能 量CT系統(tǒng)的）造影CT數(shù)據(jù)也可W用于大量的與醫(yī)學(xué)狀態(tài)相關(guān)的診斷或手術(shù)計(jì)劃。例如， 造影CT用于評(píng)估狹窄，例如冠狀動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、或頸動(dòng)脈的狹窄。造影CT也可W用于評(píng)估 回路灌注，例如肺回路灌注或者肝臟或腦中的回路灌注。
[0012] 在一些狀況下，對(duì)相同的被檢體收集（使用造影劑的）造影CT數(shù)據(jù)化及（不使用 造影劑的）非造影CT數(shù)據(jù)。造影CT數(shù)據(jù)W及非造影CT數(shù)據(jù)在原理上也可W用于制作能 夠只存在被對(duì)照的區(qū)域的減影圖像（例如，血管的減影圖像）。在造影CT數(shù)據(jù)W及非造影 CT數(shù)據(jù)運(yùn)兩者的使用中，有時(shí)需要將至少兩個(gè)CT掃描的一個(gè)使用造影劑、而一個(gè)不使用造 影劑來(lái)進(jìn)行攝影。
[0013] 在造影CT的眾多使用法中，準(zhǔn)確地識(shí)別造影血液路徑有時(shí)很重要。但是，當(dāng)存在 巧（例如，斑塊或骨）時(shí)，有時(shí)難W準(zhǔn)確地識(shí)別造影血液路徑。巧能夠具有與血液中的造影 劑類似的、例如與血液中的艦類造影劑類似衰減而出現(xiàn)。有時(shí)難W確鑿地區(qū)別造影劑材料 和巧。
[0014] 圖1是相對(duì)于keV單位的光子能量的質(zhì)量衰減系統(tǒng)（cm2/g單位）的繪圖。材料的 CT衰減有時(shí)與質(zhì)量衰減系統(tǒng)直接相關(guān)。在圖1中，質(zhì)量衰減系統(tǒng)被繪制在對(duì)數(shù)刻度上。相 對(duì)于=種材料，即，艦、巧、W及水來(lái)繪制相對(duì)于光子能量的質(zhì)量衰減系統(tǒng)。
[0015] 具有不同能量的材料的CT衰減的變化有時(shí)與材料的Z編號(hào)（原子序數(shù)）相關(guān)聯(lián)。 艦狂=53)在低能量中具有其最大衰減，隨著能量變高而衰減變小。
[0016] 在圖1的繪圖中，大概理解為在約40~50keV的能量下能夠觀察到艦的衰減與巧 的衰減的最大的差。由此，小的差在SOkeV下觀察到，更小的差在SOkeV W上的光子能量下 觀察到。從而，與在低的一方的能量下相比，在高的一方的能量下，有時(shí)更難W區(qū)別艦類造 影劑和巧。
[0017] 用于區(qū)別艦和巧的最優(yōu)的掃描能量可能約為40keV。但是，在那樣的低的能量下使 用掃描需要高于掃描儀硬件所優(yōu)選的電流的電流，有時(shí)導(dǎo)致圖像數(shù)據(jù)中的噪音的增加。從 而，例如，為了一邊維持能夠允許的電流等級(jí)和噪音性能，一邊有助于辨別艦和巧，也可W 使用SOkVp W及120kVp下的雙能量CT掃描。
[0018] 一些額外的問(wèn)題有時(shí)導(dǎo)致難W從造影劑中將巧分離。由于噪音、運(yùn)動(dòng)、造影劑濃 度、巧密度、被檢體的大小、CT照射劑量等級(jí)、射束硬化、W及部分容積效應(yīng)等問(wèn)題，各材料 由于圖像的不同，或者即使是相同的圖像而由于部分的不同，有時(shí)也示出不同范圍的強(qiáng)度 值。此時(shí)，材料是艦W及巧，類似的影響也適用于不同材料的圖像。
[0019] 低的一方的濃度的造影劑與高的一方的濃度相比較，有時(shí)更難W與巧進(jìn)行區(qū)別。 但是，特定的患者，例如腎臟存在問(wèn)題的患者有時(shí)需要更低濃度的艦。
[0020] 具有不同的巧密度的巧的區(qū)域有時(shí)產(chǎn)生不同的強(qiáng)度，有時(shí)會(huì)帶來(lái)針對(duì)巧的某一范 圍的強(qiáng)度。
[0021] 使用低的一方的CT照射劑量進(jìn)行攝影得到的圖像與使用高的一方的照射劑量進(jìn) 行攝影得到的圖像相比，示出相對(duì)于所提供的的材料的強(qiáng)度值更大的擴(kuò)散，從而，有時(shí)更難 W區(qū)別材料。分離性能有時(shí)在低濃度下受到大的影響。但是，CT照射劑量越低，則意味著 患者被福射的放射線越少，因此，在一些狀況下，有時(shí)優(yōu)選使用較低的照射劑量進(jìn)行攝影得 到的圖像。
[0022] 所謂射束硬化是指含有CT射束的高的（硬的）能量的比例變高那樣的、CT射束 通過(guò)身體時(shí)其能量分布的變化。射束硬化有時(shí)由于較低的能量最初被組織吸收而造成。由 于射束硬化，在被檢體整體中，即使材料相同，由于該被檢體的部分，強(qiáng)度也有時(shí)不同。
[0023] 圖像有時(shí)示出第一材料和第二材料的邊界上的體素具有作為第一材料的強(qiáng)度值 與第二材料的強(qiáng)度值的組合的強(qiáng)度值的部分容積效應(yīng)。
[0024] 除了難W將某一材料與另一材料進(jìn)行區(qū)別之外，上述效應(yīng)的結(jié)果，所提供的材料 由于圖像的不同，或即使是相同的圖像而由于部分的不同，而示出不同范圍的強(qiáng)度。在一些 情況下，所提供的圖像中的第一材料（例如，巧）的強(qiáng)度的范圍與該圖像中的第二材料（例 如，艦）的強(qiáng)度的范圍重復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 鑒于上述的示例性的現(xiàn)有技術(shù)的嘗試，目的在于提供一種在多能量圖像數(shù)據(jù)中能 夠簡(jiǎn)單且高精度地對(duì)至少兩種的物質(zhì)（材料）進(jìn)行分類的醫(yī)用圖像診斷裝置W及醫(yī)用圖像 處理裝置。
[00%] 本實(shí)施方式所設(shè)及的醫(yī)用圖像診斷裝置具備：變更單元，根據(jù)與多能量圖像數(shù)據(jù) 的像素或體素關(guān)聯(lián)起來(lái)的多能量強(qiáng)度信息，自適應(yīng)地變更閥值；W及分類單元，根據(jù)所述變 更后的閥值，將所述多能量圖像數(shù)據(jù)所具有的多個(gè)像素或多個(gè)體素分類為與至少兩種物質(zhì) 分別對(duì)應(yīng)的像素或體素。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是相對(duì)于艦、巧、W及水的質(zhì)量衰減系統(tǒng)對(duì)光子能量的繪圖。
[0028] 圖2是基于一個(gè)實(shí)施方式的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的概略圖。
[0029] 圖3是一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)作的模式的概略流程圖。
[0030] 圖4是低能量強(qiáng)度與高能量強(qiáng)度的聯(lián)合直方圖的一個(gè)例子。
[0031] 圖5是表示閥值候補(bǔ)的聯(lián)合直方圖。
[0032] 圖6是表示多個(gè)閥值候補(bǔ)的聯(lián)合直方圖。
[0033] 圖 7 是 Jensen-Shannon 離散量 Qensen-Siannon divergence)對(duì)閥值的斜率的 繪圖。
[0034] 圖8是表示所確定的閥值的聯(lián)合直方圖。
[0035] 圖9是將初始標(biāo)記的區(qū)域表示為巧W及艦的聯(lián)合直方圖。
[0036] 圖10是表示通過(guò)期望值最大化法確定的楠圓形區(qū)域的聯(lián)合直方圖。
[0037] 圖11是表示改良后的巧標(biāo)記和艦標(biāo)記的聯(lián)合直方圖。
[0038] 圖12是表示對(duì)巧W及艦的分割的、關(guān)注區(qū)域的S維繪圖。
[0039] 圖13是表示一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)作的模式的附加的概略流程圖。
[0040] 圖14是混合斑塊幻影（plaque地antom)的圖。
[0041] 圖15a是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0042] 圖15b是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0043] 圖15c是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0044] 圖15d是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0045] 圖15e是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0046] 圖15f是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0047] 圖15g是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0048] 圖15h是表示來(lái)自具有高的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。 W例圖16a是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0050] 圖16b是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0051] 圖16c是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0052] 圖16d是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0053] 圖16e是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0054] 圖16f是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0055] 圖16g是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0056] 圖16h是表示來(lái)自具有高的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0057] 圖17a是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0058] 圖1化是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0059] 圖17c是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0060] 圖17d是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0061] 圖17e是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0062] 圖17f是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0063] 圖17g是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0064] 圖17h是表示來(lái)自具有低的艦濃度的大的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。 W65] 圖18a是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0066] 圖18b是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0067] 圖18c是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。 W側(cè)圖18d是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。 W例圖18e是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0070] 圖18f是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0071] 圖18g是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0072] 圖1她是表示來(lái)自具有低的艦濃度的小的關(guān)注區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0073] 圖19是表示標(biāo)記處理中的一個(gè)實(shí)施方式的一實(shí)現(xiàn)方式的概略流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074] 基于一個(gè)實(shí)施方式的醫(yī)用圖像診斷系統(tǒng)10在圖2中概略地示出。醫(yī)用圖像診斷 系統(tǒng)10具備醫(yī)用圖像診斷裝置14、顯示器16、W及與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)W及鼠標(biāo)等一個(gè)或多個(gè)輸 入設(shè)備18連接的醫(yī)用圖像處理裝置（計(jì)算裝置）12,此時(shí)具備個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC)或工作站。 在本實(shí)施方式中，圖像數(shù)據(jù)集由X射線CT裝置14獲取，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器20中。在其它實(shí) 施方式中，也可W從遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器加載圖像數(shù)據(jù)集。在本實(shí)施方式中，各圖像數(shù)據(jù)集具備體素 的排列。在代替實(shí)施方式中，各圖像數(shù)據(jù)集具備像素的排列。
[00巧]另外，醫(yī)用圖像診斷裝置14例如是X射線診斷裝置、X射線計(jì)算機(jī)斷層攝像裝置 狂射線CT裝置）、磁共振成像裝置、超聲波診斷裝置、核醫(yī)學(xué)診斷裝置、