專利名稱：確定壞死組織的方法、圖像處理裝置和系統(tǒng)以及程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定檢查對象的定義的組織區(qū)域內(nèi)、特別是腫瘤內(nèi)的壞死組織部分的方法、圖像處理裝置及計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種包括用于確定檢查對象的定義的組織區(qū)域內(nèi)、特別是腫瘤內(nèi)的壞死組織部分的程序代碼段的計算機(jī)程
序廣品。
背景技術(shù)：
在腫瘤疾病的治療中重要的是，通過有規(guī)律的進(jìn)程檢查來監(jiān)測治療的結(jié)果，以便及時做出是否應(yīng)該繼續(xù)治療或者改變治療方案是否有意義的判斷。但在評估治療結(jié)果時除了確定腫瘤組織的大小之外，確定腫瘤體積的壞死組織部分也是重要的，因為腫瘤對于不同的治療形式的反應(yīng)是不同的，并且不是被迫改變其大小而是僅部分或全部地死亡，即壞死。此外，對懷疑的病變的活組織檢查存在的危險在于，活組織檢查針僅采集到不適用于后續(xù)的檢查的已死亡的組織、即壞死的組織。因此，關(guān)于腫瘤的活的或壞死的部分的幾何位置的信息在進(jìn)行活組織檢查時也是有價值的，用以保證采集到活的組織。一種迄今常見的能夠確定腫瘤組織的壞死部分的方法是，在采用單源計算機(jī)斷層造影儀情況下的造影劑檢查。在這樣的檢查中要進(jìn)行兩次拍攝或兩次掃描。兩次拍攝中的第一拍攝是在沒有造影劑的情況下拍攝負(fù)片，而至少一個第二拍攝是在給予造影劑(大多為碘)之后進(jìn)行的。造影劑主要積聚在腫瘤內(nèi)，其中壞死的組織不會吸收造影劑，因為其已死亡。常常在給予造影劑之后甚至在造影劑積聚在組織中的不同階段進(jìn)行多次拍攝，例如在動脈、靜脈以及后靜脈階段，以便通過活組織的碘吸收特性來獲得關(guān)于活組織的附加信肩、O為了確定壞死的組織，可以對基于這些測量所獲得的圖像數(shù)據(jù)組求差。為此將兩個圖像數(shù)據(jù)組的相應(yīng)圖像點(diǎn)的值相減。以下根據(jù)圖像點(diǎn)是三維圖像數(shù)據(jù)還是二維圖像數(shù)據(jù)將圖像點(diǎn)理解為體素或像素。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，將圖像點(diǎn)的值通常相應(yīng)地理解為強(qiáng)度值，如豪恩斯弗爾德(Hounsfield)值(單位為HU),其是對X射線在該圖像點(diǎn)上發(fā)生的衰減的度量。但該相減的方法要求將不同圖像數(shù)據(jù)組中拍攝的組織片段或腫瘤組織準(zhǔn)確地對準(zhǔn)和匹配。由于在兩次拍攝之間有一定的時間間隔，因此在此期間可能出現(xiàn)由于常常是軟的組織結(jié)構(gòu)而造成的患者移動和/或腫瘤組織變形。這些組織移動雖然大多可以通過非剛性的、即彈性的配準(zhǔn)來平衡。但這樣的方法要求很高的計算能力卻可惜不能總是提供無暇的結(jié)果。因此該方法在診療實踐中很少使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提出一種方法、一種圖像處理裝置、一種計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)和一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其在降低的數(shù)據(jù)處理開銷中提供了改善的結(jié)果。
上述技術(shù)問題通過根據(jù)本發(fā)明的方法、圖像處理裝置、計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)來解決。根據(jù)本發(fā)明的用于確定檢查對象的定義的組織區(qū)域內(nèi)的壞死組織部分的方法，基于包含檢查對象的組織區(qū)域的高能量圖像數(shù)據(jù)組和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組執(zhí)行。包含檢查對象的組織區(qū)域的高能量圖像數(shù)據(jù)組和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組是在向檢查對象給予造影劑之后，事先借助利用不同X射線能量進(jìn)行的X射線測量拍攝的，或者例如通過公知的重建方法，特別是反投影方法由在這些測量中獲得的投影數(shù)據(jù)組產(chǎn)生。按照本發(fā)明，首先基于在第一步驟中獲得的高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組得到虛擬的造影劑圖像。例如在DE 10 2006 009 222B4中公開了由高能量圖像數(shù)據(jù)組 和低能量圖像數(shù)據(jù)組確定虛擬造影劑圖像以及虛擬負(fù)圖像，因此是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。因此，虛擬(純)造影劑圖像僅顯示造影劑流過的定義的組織區(qū)域的組織，并由此在本發(fā)明的范圍內(nèi)例如可以顯示定義的組織區(qū)域中的活的組織部分。在下一個步驟中，在基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和/或低能量圖像數(shù)據(jù)組的分割圖像數(shù)據(jù)組中分割該定義的組織區(qū)域。通過分割可以確定包括壞死的和活的組織的定義的組織區(qū)域(例如腫瘤)的外邊界。因此，分割顯示首先使得能夠確定定義的組織區(qū)域的整體體積。原則上分割圖像數(shù)據(jù)組只能簡單地由高能量圖像數(shù)據(jù)組或由低能量圖像數(shù)據(jù)組構(gòu)成，即當(dāng)高能量圖像數(shù)據(jù)組或低能量圖像數(shù)據(jù)組中的對比度允許時，對定義的組織區(qū)域的分割可以直接在高能量圖像數(shù)據(jù)組或低能量圖像數(shù)據(jù)組中進(jìn)行。如以下還要敘述的那樣，基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組附加地產(chǎn)生具有例如比高能量圖像數(shù)據(jù)組更好的對比度并因而使對組織區(qū)域的分割更加容易的分割圖像數(shù)據(jù)組通常是具有優(yōu)勢的。在下一步驟中，將分割結(jié)果傳輸?shù)教摂M造影劑圖像中，以在虛擬的造影劑圖像中分割定義的組織區(qū)域。分割結(jié)果是利用其能夠確切地確定圖像數(shù)據(jù)中的定義的組織區(qū)域的信息，例如關(guān)于所有屬于定義的組織區(qū)域的圖像點(diǎn)(即體素或像素)的位置信息，或關(guān)于定義的組織區(qū)域的外邊界的信息。這樣，現(xiàn)在造影劑圖像還附加地與關(guān)于造影劑所經(jīng)過的組織片段的信息和關(guān)于整個定義的組織區(qū)域的信息相對應(yīng)，即定義的組織區(qū)域還可以在本身僅示出活組織的虛擬造影劑圖像內(nèi)唯一地完全識別，并在分割的范圍內(nèi)例如與虛擬造影劑圖像中的其余圖像數(shù)據(jù)分開。最后，對屬于虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析，以識別對應(yīng)于壞死組織的這種圖像點(diǎn)。也就是說，對例如位于虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域內(nèi)、并由此與定義的組織區(qū)域(例如腫瘤)唯一對應(yīng)的所有體素或像素的強(qiáng)度值進(jìn)行分析，看該強(qiáng)度值是否指示該體素或像素屬于壞死組織或?qū)儆诨罱M織。由此作為分析的結(jié)果給出與定義的組織區(qū)域唯一對應(yīng)的虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域中的兩組圖像點(diǎn)，其中一組對應(yīng)于壞死組織，而另一組對應(yīng)于活的組織。相對于常規(guī)的方法，本發(fā)明的方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即不需要作為造影劑圖像的參考圖像的負(fù)圖像。而是僅使用來自兩次利用不同X射線能量進(jìn)行的造影劑測量的圖像數(shù)據(jù)。但利用不同X射線能量進(jìn)行的測量能夠幾乎同時或至少極短地相繼進(jìn)行，這與拍攝一幅負(fù)圖像和一幅造影劑圖像，其間保持一段使造影劑積聚在受檢組織中的等待時間不同。因此，在按照本發(fā)明的方法中不需要高開銷的將所使用的圖像數(shù)據(jù)組進(jìn)行配準(zhǔn)以避免運(yùn)動偽影。由此不僅節(jié)省了計算時間，還使該確定方法更少錯誤，并且由此使結(jié)果的質(zhì)量更好。此外，在按照本發(fā)明的方法中進(jìn)行這樣的測量的患者所承受的總劑量大多也低于常規(guī)的方法中使用的劑量。如上所述，按照本發(fā)明的方法在對腫瘤治療的治療結(jié)果分析中尤其具有價值。相應(yīng)地，定義的組織區(qū)域優(yōu)選包含腫瘤組織或由可定邊界的腫瘤構(gòu)成。但本發(fā)明并不局限于在腫瘤過程檢查中的應(yīng)用。原則上定義的組織區(qū)域可以是任意在空間上和/或功能上可定邊界的組織對象，尤其也可以是器官，如心臟、肝臟或肺。同樣，定義的組織區(qū)域還可以是器官等的可定義的部分或功能部分，如非常確定的心肌、特定的血管，等等。
按照本發(fā)明的用于確定檢查對象的定義組織區(qū)域內(nèi)的壞死組織部分的圖像處理裝置相應(yīng)地具有以下組件-圖像數(shù)據(jù)組接口，用于讀入包含檢查對象的組織區(qū)域的高能量圖像數(shù)據(jù)組和包含檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組，該高能量圖像數(shù)據(jù)組和該低能量圖像數(shù)據(jù)組是在向檢查對象給予造影劑之后，借助利用不同X射線能量進(jìn)行的X射線測量產(chǎn)生的；-造影劑圖像確定單元，其被構(gòu)造為用于基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組確定虛擬的造影劑圖像；-分割單元，其被構(gòu)造為用于在基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和/或低能量圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生的分割圖像數(shù)據(jù)組中分割組織區(qū)域。在最簡單的情況下可以這樣構(gòu)造該分割單元，使得其根據(jù)選擇在高能量圖像數(shù)據(jù)組中或在低能量圖像數(shù)據(jù)組中進(jìn)行分割。但在優(yōu)選實施方式中，該圖像處理裝置例如還可以具有作為分割單元的一部分的分割圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生單元，其使得能夠基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和/或低能量圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生分割圖像數(shù)據(jù)組，由此分割單元執(zhí)行分割。-推薦單元(Referenzierungseinheit),其被構(gòu)造為用于將分割結(jié)果傳輸?shù)教摂M造影劑圖像中，以便在該虛擬的造影劑圖像中分割組織區(qū)域。-分析單元，其被構(gòu)造為用于對屬于虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析，以便識別對應(yīng)于壞死組織的圖像點(diǎn)。這樣的圖像處理裝置可以是計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的一部分，即其例如可以安裝在計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的控制計算機(jī)或分析計算機(jī)上。相應(yīng)地，具有這樣的圖像處理裝置的計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)，優(yōu)選雙源計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)也屬于本發(fā)明。但原則上這樣的圖像處理裝置也可以在獨(dú)立的計算單元上實現(xiàn)，例如放射學(xué)網(wǎng)絡(luò)的純分析單元等，其例如與計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)相連接以傳輸數(shù)據(jù)或者可以以其他方式提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。特別是造影劑圖像確定單元、分割單元、必要時還有分割圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生單元、推薦單元以及分析單元可以作為軟件模塊在適當(dāng)?shù)木哂邢鄳?yīng)的存儲可能性的計算機(jī)上實現(xiàn)。圖像數(shù)據(jù)組接口也可以以純軟件的形式實現(xiàn)，只要僅需要從其他程序單元接收高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組。但原則上圖像數(shù)據(jù)組接口也可以實現(xiàn)為組合的硬件/軟件接口，以便實現(xiàn)外部輸入。因此本發(fā)明還包括計算機(jī)程序產(chǎn)品，其可以直接加載到這樣的圖像處理裝置的存儲器中，具有執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的所有步驟的程序代碼段。這樣的軟件實現(xiàn)具有如下的優(yōu)點(diǎn)，使得用于分析相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的已經(jīng)存在的圖像處理裝置(例如計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的合適的控制裝置)也能通過程序?qū)崿F(xiàn)以適當(dāng)?shù)姆绞絹硇薷模员惆凑毡景l(fā)明的方法工作。從屬權(quán)利要求和其他的描述包括本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方式和擴(kuò)展，其中特別是一個類型的權(quán)利要求也能夠類似地擴(kuò)展到另一個類型的權(quán)利要求。原則上為了執(zhí)行按照本發(fā)明方法可以采用例如事先已在某個設(shè)備上測得的低能量圖像數(shù)據(jù)組和高能量圖像數(shù)據(jù)組。同樣也可以采用已測得的低能量投影數(shù)據(jù)組和高能量投影數(shù)據(jù)組，并在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)從中重建出圖像數(shù)據(jù)組。在此，接收數(shù)據(jù)例如可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。但在本發(fā)明方法的一種變形中，在向檢查對象給予造影劑之后，借助利用不同X射線能量進(jìn)行的X射線測量，拍攝包含檢查對象的組織區(qū)域的高能量圖像數(shù)據(jù)組和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組。即整個方法以測量開始，然后直接基于測量數(shù)據(jù)例如在計算機(jī)斷層造影儀的控制裝置上進(jìn)行對定義的受檢組織區(qū)域內(nèi)的壞死組織部分 的確定。在這樣的測量中通常通過定義的值來給出“X射線輻射能量”，例如通過X射線管電壓(即電極的施放電壓)，即便是X射線輻射能量不對應(yīng)于離散值而是按照自然規(guī)律總是包括圍繞給定值的、具有一定帶寬的能量譜。一般對于計算機(jī)斷層造影-雙能量測量的X射線輻射能量對低能量圖像數(shù)據(jù)組為80kV，對高能量圖像數(shù)據(jù)組為140kV。在此，有意義的是以短的時間間隔來進(jìn)行利用不同能量的測量。在此，短的時間間隔是指在檢查對象中造影劑濃度最大改變5 %的時間段。為了拍攝高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組，原則上可以使用任意的計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)。如上所述，當(dāng)測量高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組之間的時間間隔盡可能短時，本發(fā)明的方法尤其具有優(yōu)勢，由此在高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組之間沒有檢查對象或者至少檢查對象的待拍攝的部分的明顯運(yùn)動。這例如通過計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)具有在進(jìn)給方向上覆蓋整個定義的組織區(qū)域(如腫瘤)的探測器寬度得到保證。這樣，利用這樣的計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)可以在X射線源圍繞斷層造影縱軸(相當(dāng)于進(jìn)給方向)繞行時，直接相繼地(以任意順序)進(jìn)行高能量測量和低能量測量。在這樣的探測器寬度下，對于拍攝足以重建定義的組織區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)組的投影數(shù)據(jù)組來說，僅需要X射線源相對于X射線源的扇角圍繞至少180°繞行一次。這樣，在采集了第一 X射線電壓的第一投影數(shù)據(jù)組后，可以切換到第二 X射線電壓，以便在繼續(xù)的繞行中測量第二投影數(shù)據(jù)組?？傊@樣的、其寬度覆蓋整個定義的組織區(qū)域的探測器使得因此可以在僅為X射線源的約一周半的旋轉(zhuǎn)中拍攝兩個投影數(shù)據(jù)組。由此使得幾乎同時測量高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組。但特別優(yōu)選的是，在具有兩個X射線源的雙源計算機(jī)斷層造影儀中拍攝高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組(以及重建這些圖像數(shù)據(jù)組所需的投影數(shù)據(jù)組)，其中，X射線源同時發(fā)射具有不同X射線輻射能量的X射線。即第一X射線源發(fā)射具有第一X射線輻射能量的X射線，同時第二 X射線源發(fā)射具有與第一 X射線輻射能量不同的第二 X射線輻射能量的X射線。這樣的雙源計算機(jī)斷層造影儀具有兩個輻射器/探測器系統(tǒng)，它們大多以90°角錯開可圍繞斷層造影縱軸旋轉(zhuǎn)地共同安裝在機(jī)架上。也就是高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組的拍攝同時進(jìn)行。其結(jié)果是提供一個高能量圖像數(shù)據(jù)組和一個低能量圖像數(shù)據(jù)組，其中幾乎排除了由于檢查對象的運(yùn)動而造成的差別，因為對圖像數(shù)據(jù)組的相互配準(zhǔn)已經(jīng)通過測量過程本身給出并完善。原則上還可以使用兩個以上X射線源。 為了識別對應(yīng)于壞死的組織的圖像點(diǎn)，可以引入不同的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)。在一種特別簡單并因此是特別優(yōu)選的變形中，對從虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域獲得的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行閾值分析。在此，檢測虛擬造影劑圖像在被分割的區(qū)域中的圖像點(diǎn)的值，特別是強(qiáng)度值是高于還是低于特定的閾值。這樣，據(jù)此就可以確定，圖像點(diǎn)是對應(yīng)于活的組織部分還是壞死的組織部分。在第一優(yōu)選的實施方式中，為閾值分析預(yù)先給定閾值。在此，可以是預(yù)先根據(jù)經(jīng)驗確定并存儲的固定的閾值。替代地，還可以由操作人員例如通過手動輸入預(yù)先給定閾值。例如可以檢測圖像點(diǎn)的強(qiáng)度值是否位于例如0-10HU的范圍內(nèi)，這表示這些圖像點(diǎn)不對應(yīng)于造影劑通過的組織片段，并由此屬于壞死的組織。而如果豪恩斯弗爾德值位于IOHU的范圍內(nèi)或超過，則意味著圖像點(diǎn)對應(yīng)于造影劑通過的組織片段，并由此屬于定義的組織區(qū)域中的活組織。 在第二優(yōu)選的實施方式中，基于被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值來確定用于閾值分析的閾值。由此引入圖像點(diǎn)的測量的值以確定閾值。這具有如下的優(yōu)點(diǎn)，使得能夠通過對閾值的自動匹配的選擇來對所有圖像點(diǎn)的值的由于偏差造成的偏移進(jìn)行補(bǔ)償。為此例如可以在閾值分析的范圍內(nèi)使圖像點(diǎn)的值對應(yīng)于特定的值間隔，并借助兩個值域的間隔邊界來確定閾值。在一種特別優(yōu)選的變形中，為了進(jìn)行基于屬于虛擬造影劑圖像的被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值的分析，建立直方圖。在這樣的直方圖中可以簡單地相對于圖像點(diǎn)值(例如強(qiáng)度值)描繪具有該圖像點(diǎn)值的圖像點(diǎn)的數(shù)量。該直方圖可以在顯示屏上圖形地顯示，并例如簡化操作人員對合適的閾值的確定。替代地，還可以在沒有對直方圖的圖形顯示的情況下來自動地確定用于壞死組織、活組織的值間隔或者特別優(yōu)選是簡單的、用于區(qū)分壞死組織和活組織的閾值。這通?？梢酝ㄟ^簡單地查找和分析直方圖中的最大值和/或最小值來實現(xiàn)。自動確定的值間隔或閾值還可以首先為確認(rèn)或必要時的更改而顯示給操作者。在自動的直方圖分析中特別是還可以確定，數(shù)據(jù)是否完全適合于用于確定明顯的閾值，即利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)是否能夠有意義地確定壞死組織部分。僅有當(dāng)能夠找到這樣的閾值其盡可能地使圖像點(diǎn)的值能夠與壞死組織的值間隔以及與活組織的值間隔唯一對應(yīng)時，才會出現(xiàn)這種情況。在此，直方圖的圖形顯示使得操作者可以進(jìn)行附加的控制。如上面提到的那樣，分割圖像數(shù)據(jù)組單獨(dú)與高能量圖像數(shù)據(jù)組或者低能量圖像數(shù)據(jù)組相關(guān)。但分割圖像數(shù)據(jù)組優(yōu)選是所謂的“混合圖像數(shù)據(jù)組”，該混合圖像數(shù)據(jù)組通過對來自高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行加權(quán)的、逐圖像點(diǎn)的相加來確定。在此，為了相加，可以利用正的或負(fù)的加權(quán)系數(shù)對圖像點(diǎn)的值進(jìn)行加權(quán)。如果選擇兩個加權(quán)系數(shù)中的一個是負(fù)的，則將兩個圖像數(shù)據(jù)組的圖像點(diǎn)的值相減。但在一種優(yōu)選實施方式中，僅使用正的加權(quán)系數(shù)，以便實現(xiàn)真正的圖像點(diǎn)的值的相加，并由此加強(qiáng)分割圖像數(shù)據(jù)組中的對比度，這使分割變得容易。在此特別優(yōu)選地將加權(quán)系數(shù)選擇為，使得以7/10至3/10的比例對高能量圖像數(shù)據(jù)組和/或低能量圖像數(shù)據(jù)組的圖像點(diǎn)加權(quán)。如果例如利用140kV的能量測量高能量圖像數(shù)據(jù)組，而以SOkV的能量測量低能量圖像數(shù)據(jù)組，則在混合圖像數(shù)據(jù)組中通過7/10至3/10的加權(quán)給出120kV測量的圖像印象。這一點(diǎn)特別簡化了腫瘤的分割，因為計算機(jī)斷層造影圖像數(shù)據(jù)組的腫瘤學(xué)診斷的標(biāo)準(zhǔn)程序已經(jīng)針對在利用120kV測量的圖像數(shù)據(jù)組中的腫瘤的分割。為完整性起見要提出的是，與提到的值不同，還可以使用其他kV值來測量高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組。相應(yīng)地，可以應(yīng)用其他加權(quán)比例。優(yōu)選地，確定定義的組織區(qū)域的壞死組織關(guān)于整個定義的組織區(qū)域的部分。在此確定壞死組織的體積與定義的組織區(qū)域的整個體積的比例，例如作為百分比給出，其說明，腫瘤體積的多少百分比還由活的組織組成。如果假定每個圖像點(diǎn)的恒定的體積比(也就是相同大的體素)，則可以簡單地將例如借助直方圖或閾值分析與壞死組織或活組織對應(yīng)的圖像點(diǎn)的數(shù)量設(shè)置為與分割的體積的圖像點(diǎn)的總數(shù)成比例。在另一個優(yōu)選實施方式中基于分析建立定義的組織區(qū)域的至少一部分的圖像數(shù)據(jù)組，其中將與壞死組織對應(yīng)的那些圖像點(diǎn)和定義的組織區(qū)域的與活的組織對應(yīng)的圖像點(diǎn)不同地顯示。然后可以將該圖像數(shù)據(jù)組輸出到輸出設(shè)備，如顯示器或打印機(jī)并且向操作人員給出關(guān)于定義的組織區(qū)域中壞死的和活的組織的位置的直接概覽。這樣的圖像數(shù)據(jù)組的信息降低了在活組織檢查范圍中無意地提取壞死組織的風(fēng)險。此外這樣的顯示如直方圖的 顯示一樣允許，更好地評估定義的組織區(qū)域的、例如腫瘤的均勻性。因此可以評估，腫瘤是僅具有活組織的連續(xù)區(qū)域還是具有活組織的許多互相獨(dú)立存在的區(qū)域。該方法允許簡單和可靠確定特別是腫瘤的壞死的和活的組織部分并且由此還允許可靠評估在腫瘤治療中的治療步驟。為此可以特別優(yōu)選地按照一定的時間間隔重復(fù)執(zhí)行按照本發(fā)明的方法，以便記錄腫瘤組織的壞死組織的增加和活組織部分的降低。


以下借助附圖結(jié)合實施例再次詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此在不同的附圖中相同的組件具有相同的附圖標(biāo)記。附圖中圖I示出了具有圖像處理裝置的按照本發(fā)明的計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的實施例的示意圖，圖2示出了按照本發(fā)明的方法的可能實施例的流程圖，圖3示出了待檢查的組織區(qū)域的示意圖，圖4示出了在分割之后選擇的組織區(qū)域的示意圖，圖5示出了虛擬的造影劑圖像的示意圖，圖6示出了按照本發(fā)明的方法中使用的直方圖的示例，并且圖7示出了圖像數(shù)據(jù)組的示例。
具體實施例方式圖I中示出的X射線系統(tǒng)是雙源計算機(jī)斷層造影儀I。其具有在機(jī)架殼體6中安裝的可圍繞系統(tǒng)軸9旋轉(zhuǎn)的機(jī)架(未精確示出)，在該機(jī)架上角度錯開地安裝了兩個輻射器/探測器系統(tǒng)42、44，其分別通過X射線管2、4和在機(jī)架上相對布置的探測器3、5形成。檢查對象12，在此是患者，位于可沿著系統(tǒng)軸9移動的患者臥榻8上并且可以在該患者臥榻上在檢查期間被移動通過在輻射器/探測器系統(tǒng)42、44的區(qū)域中的測量場。雙源計算機(jī)斷層造影儀I的控制和必要時還有圖像重建可以通過通常的控制裝置7來進(jìn)行，其為了實施按照本發(fā)明的方法特別地裝備為用于確定壞死組織部分?？刂蒲b置7為此附加地具有按照本發(fā)明構(gòu)造的圖像處理裝置10。圖像處理裝置10可以具有一個或多個共同作用的存儲器和處理器，以便實施用于執(zhí)行用來確定壞死組織部分的方法的計算機(jī)程序產(chǎn)品。也就是說，以下描述的圖像處理裝置10的組件可以至少部分地按照軟件模塊的形式來實現(xiàn)。在此還可以一起使用存儲器和處理器，所述存儲器和處理器否則的話由控制裝置7對于其他任務(wù)，例如斷層造影儀的控制而使用。圖像處理裝置10具有圖像數(shù)據(jù)接口 24，利用該圖像數(shù)據(jù)接口可以讀入高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組。圖像處理裝置10還具有造影劑圖像確定單元26，其基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組確定虛擬的造影劑圖像(以下也稱為虛擬“碘圖像”)。圖像處理裝置10還包括分割單元28，利用該分割單元28在基于高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組建立的分割圖像數(shù)據(jù)組中可以進(jìn)行定義的組織區(qū)域的分割。此外圖像處理裝置10 (作為分割圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生單元的變形)具有用于將高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組的值逐圖像點(diǎn)相加的相加單元64。作為其他單元，圖像處理裝置10具有推 薦單元30，利用該推薦單元可以將分割結(jié)果傳輸?shù)教摂M造影劑圖像中以在虛擬造影劑圖像20中分割組織區(qū)域。最后圖像處理裝置10包括分析單元32，利用該分析單元可以對屬于虛擬的造影劑圖像的被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析以識別與壞死組織對應(yīng)的圖像點(diǎn)。在高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組的測量中以不同的X射線能量，S卩，以不同的X射線電壓運(yùn)行輻射器/探測器系統(tǒng)42、44的X射線管2、4。例如以140kV運(yùn)行第一系統(tǒng)42的X射線管2并且以SOkV運(yùn)行第二系統(tǒng)44的X射線管4。通過兩個輻射器/探測器系統(tǒng)42、44圍繞檢查對象12的運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生以正弦圖形式的投影數(shù)據(jù)組。通過通常的(并且由此在這里沒有詳細(xì)解釋的)濾波的反投影或重建，可以從這些投影數(shù)據(jù)組或正弦圖中分別產(chǎn)生在將造影劑施加到檢查對象之后檢查對象12內(nèi)部的高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組。高能量圖像數(shù)據(jù)組和低能量圖像數(shù)據(jù)組通常是三維體積數(shù)據(jù)，其中它們分別根據(jù)拍攝和重建技術(shù)也可以通過一堆二維層圖像來形成。現(xiàn)在參考圖2至5詳細(xì)解釋按照本發(fā)明的方法的實施例。要檢查的是具有所選擇的定義的組織區(qū)域16的器官66，該定義的組織區(qū)域在本實施例中是腫瘤16，其通過腫瘤邊界54限制(見圖3)。腫瘤16在此具有由活的組織18的外邊緣包圍的(圖4中示出的)壞死組織14的部分。在開始實際的檢查之前，將造影劑、通常是含碘劑施加(見圖2)到檢查對象12KM(見圖I)。在造影劑給予KM之后，造影劑在腫瘤16的活組織18中積聚。而壞死組織14與活組織18相區(qū)別無供血，從而在壞死組織14的區(qū)域中沒有或僅非常少的造影劑積聚。在第一步驟(見圖2)中然后進(jìn)行雙能測量DE，其包括以高的X射線能量進(jìn)行的第一拍攝AUh和以低的X射線能量進(jìn)行的第二拍攝AUn。在拍攝AUh中例如以140kV的X射線電壓施加到第一 X射線管2，在拍攝AUn中以80kV的X射線電壓施加到第二 X射線管4。在雙能測量DE中如上所述測量投影數(shù)據(jù)組，所述投影數(shù)據(jù)組被傳輸?shù)綀D像處理裝置10 (見圖I)。對這些投影數(shù)據(jù)56進(jìn)行重建RE，從而作為重建RE的結(jié)果，呈現(xiàn)高能量圖像數(shù)據(jù)組46和低能量圖像數(shù)據(jù)組48。
在另一個步驟中對高能量圖像數(shù)據(jù)組46和低能量圖像數(shù)據(jù)組48進(jìn)行加權(quán)相加AD,以便產(chǎn)生混合的圖像數(shù)據(jù)組22作為分割圖像數(shù)據(jù)組22。這在圖像處理裝置10的相加單元64中進(jìn)行。在此對于高能量圖像數(shù)據(jù)組46的圖像值選擇7/10的系數(shù)作為加權(quán)系數(shù)并且對于低能量圖像數(shù)據(jù)組48的圖像值選擇3/10的系數(shù)。分割圖像數(shù)據(jù)組22的圖像點(diǎn)的這樣產(chǎn)生的強(qiáng)度值由此相應(yīng)于以120kV的X射線電壓進(jìn)行的能量圖像數(shù)據(jù)組的測量而獲得的圖像值。在另一個步驟中進(jìn)行混合圖像數(shù)據(jù)組22中腫瘤16的分割SE。這一點(diǎn)可以由操作人員手動進(jìn)行，或者使用對此合適的圖像處理程序。因為混合圖像數(shù)據(jù)組22相應(yīng)于120kV圖像數(shù)據(jù)組，所以為此可以使用在腫瘤學(xué)中用于分割腫瘤的通 常的程序，其例如利用基于標(biāo)記的分割工作。為此操作者例如可以利用鼠標(biāo)在圖形用戶界面的顯示屏上顯示的圖像數(shù)據(jù)中畫一“筆”(腫瘤上的任意對角線)。根據(jù)通過該筆畫標(biāo)記的圖像像素的豪恩斯弗爾德值，然后自動確定參數(shù)，利用所述參數(shù)然后進(jìn)行自動分割。圖像處理裝置10的分割單元28可以相應(yīng)地實現(xiàn)為具有對合適的用戶接口的訪問的程序模塊。分割SE的分割結(jié)果40描述了腫瘤16的邊界或包含了關(guān)于在分割時識別的腫瘤16的界限內(nèi)的所有屬于腫瘤16的體素的位置信息。圖4示意性示出了由混合圖像數(shù)據(jù)組分割的腫瘤16的圖像。在該混合圖像中壞死的組織14不能最佳地與活的組織18區(qū)分。在另一個步驟ER中從高能量圖像數(shù)據(jù)組46和低能量圖像數(shù)據(jù)組48中以公知的方式產(chǎn)生虛擬的造影劑圖像20作為虛擬的碘圖像20。這一點(diǎn)在圖像處理裝置10的造影劑確定單元26中進(jìn)行(見圖I)。在該碘圖像20中在單個圖像點(diǎn)上顯示純的碘強(qiáng)度值，S卩，無供血的組織在該碘圖像中具有大約OHU的豪恩斯弗爾德值。圖4的分割結(jié)果40然后在另一個步驟UE中被傳輸?shù)教摂M的造影劑圖像20中。這一點(diǎn)在圖像處理裝置10的推薦單元30中進(jìn)行。作為該步驟UE的結(jié)果，此時在虛擬的碘圖像20中呈現(xiàn)分割的區(qū)域34，其包括了壞死組織部分14和活的組織部分18。在碘圖像20中分割的腫瘤的圖像在圖5中示出。因為在活的組織18中含碘的造影劑積聚，所以圖像點(diǎn)在該區(qū)域中比在壞死組織14中具有更高的值，即，強(qiáng)度值或豪恩斯弗爾德值，在壞死組織中豪恩斯弗爾德值近似為0HU。圖像處理裝置10的分析單元32此時分析屬于虛擬的碘圖像20的分割的區(qū)域34的圖像點(diǎn)的值，以識別與壞死組織14對應(yīng)的圖像點(diǎn)。為了分析，在步驟“分析”AN中通過分析單元32建立直方圖38，如圖6所示。直方圖38說明了不同的強(qiáng)度值相應(yīng)于其頻率的分布。為此簡單地將具有相同豪恩斯弗爾德值的或具有在一個特定的值域中的豪恩斯弗爾德值的所有圖像點(diǎn)累加。直接可以看出，直方圖38具有兩個大的值間隔50、52。因為在壞死組織14中沒有或幾乎沒有造影劑積聚，所以壞死組織14的圖像點(diǎn)在OHU周圍分布。未壞死組織、活的組織部分18的圖像點(diǎn)具有大于IOHu的強(qiáng)度值。由此直方圖38的值分布具有兩個最大值58、60，其位于各個值間隔50、52的大約中心。根據(jù)該直方圖38和在兩個值域50、52中的值分布，分析單元32可以在閾值分析SW的步驟中確定對于閾值36的值。在此是HU值，在兩個最大值58、60之間的最小值位于該HU值。所有這些值可以利用通常的算法在直方圖數(shù)據(jù)中非常簡單地自動找到。閾值36然后允許圖像點(diǎn)與壞死組織部分14和與活的組織部分18對應(yīng)。
由此還可以通過分析單元32簡單地確定腫瘤16中的壞死組織部分14，這在圖2中在步驟BE中進(jìn)行。為此簡單地將各個值間隔50、52的圖像點(diǎn)(即，體素或像素)的數(shù)量通過分析單元32計數(shù)。在此在兩個值間隔50、52中所有圖像點(diǎn)的和相應(yīng)于腫瘤16的總體積，而在壞死的值域52中的體素的數(shù)量相應(yīng)于壞死的組織部分14的體積。如果兩個數(shù)值此時互相成比例，則該結(jié)果是腫瘤16的壞死組織部分14的百分比的說明。替換地,在步驟BE中通過分析單元32還可以不使用直方圖32,而是使用經(jīng)驗地確定并且然后固定預(yù)先給出的閾值，確定腫瘤16的壞死組織部分14。然后確定腫瘤16的體素的總數(shù)以及其值、即強(qiáng)度值高于閾值36并由此屬于活的組織18的體素的數(shù)量并且按照比例表達(dá)?？蛇x地，在步驟“圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生” BD中分析單元32產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)組62，在所述圖像數(shù)據(jù)組中具有壞死組織14的區(qū)域視覺上與具有活的組織18的區(qū)域不同地顯示。為此還需要信息來確定哪些圖像點(diǎn)屬于壞死的組織并且那些屬于活的組織18。原則上可以，分析單元32為此在步驟BD中又援引已經(jīng)在步驟BE中使用了的閾值36。閾值 36可以如上所述在使用直方圖38的條件下已經(jīng)被確定，或者使用經(jīng)驗地確定的并且然后固定預(yù)先給出的閾值36。圖像點(diǎn)然后可以根據(jù)其值是高于還是低于閾值而在顯示屏視圖中例如彩色地被標(biāo)記。相應(yīng)地，然后可以對于圖形顯示通過不同的著色或通過不同灰度值的對應(yīng)來圖形地標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)組62的屬于各個值間隔50、52的體素或像素。圖7示意性示出了標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)組的僅顯示分割的腫瘤的這樣的部分的示例，其中在此簡單地用不同陰影顯示壞死的組織14和活的組織18。這樣的標(biāo)記的顯示然而優(yōu)選可以又在完整的混合圖像數(shù)據(jù)組中或另一個總圖像中進(jìn)行，從而對于觀察者顯示整個解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)部腫瘤的壞死的區(qū)域14和活的區(qū)域18的空間布置和尺寸。這一點(diǎn)使得例如確保在活組織檢查中僅提取活的組織18變得容易。最后還要指出，前面描述的方法和組織僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例并且專業(yè)人員可以改變本發(fā)明，而不脫離本發(fā)明的通過權(quán)利要求規(guī)定的范圍。例如在上面描述的方法流程中并行進(jìn)行的方法步驟，必要時也可以按照其他順序先后進(jìn)行。為完整性起見還要指出，不定冠詞“一”或“一個”的使用不排除有關(guān)的特征也能多次出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定檢查對象(12)的定義的組織區(qū)域(16)內(nèi)的壞死組織部分(14)的方法，該方法基于包含該檢查對象(12)的組織區(qū)域(16)的高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)，具有以下方法步驟 -基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和該低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)確定虛擬的造影劑圖像(20)(ER)； -在基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和/或該低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)的分割圖像數(shù)據(jù)組(22)中分割所述組織區(qū)域(16) (SE)； -將分割的結(jié)果(40)傳輸?shù)皆撎摂M的造影劑圖像(20)中(UE)，以便在該虛擬的造影齊_像(20)中分割所述組織區(qū)域(16)； -對屬于該虛擬的造影劑圖像(20)的被分割的區(qū)域(34)的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析(AN)，以便識別對應(yīng)于所述壞死的組織(14)的圖像點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在該方法的范圍內(nèi)，在向檢查對象(12)給予造影劑(KM)之后，借助于利用不同X射線能量進(jìn)行的X射線測量，拍攝包含該檢查對象(12)的組織區(qū)域(16)的高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組(48) (AUh，AUn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在具有兩個X射線源(2，4)的雙源計算機(jī)斷層造影儀(I)中，拍攝所述高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和低能量圖像數(shù)據(jù)組(48) (AUhjAUn),其中，所述X射線源(2，4)同時發(fā)射不同能量的X射線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法，其特征在于，為了識別對應(yīng)于壞死的組織(14)的圖像點(diǎn)，對屬于所述虛擬造影劑圖像(20)的被分割的區(qū)域(34)的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行閾值分析(SW)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對所述閾值分析(SW)預(yù)先給定閾值(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述被分割的區(qū)域(34)的圖像點(diǎn)的值確定用于閾值分析(SW)的閾值(36)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了對基于屬于所述虛擬的造影劑圖像(20)的被分割的區(qū)域(34)的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析(AN)，建立直方圖(38)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的方法，其特征在于，基于所述直方圖(38)來確定所述閾值(36)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述分割圖像數(shù)據(jù)組(22)是如下的混合圖像數(shù)據(jù)組該混合圖像數(shù)據(jù)組通過對來自所述高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和所述低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行加權(quán)的、逐圖像點(diǎn)相加(AD)來確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其特征在于，相對于整個定義的組織區(qū)域(16)來確定所述定義的組織區(qū)域(16)的壞死組織部分(14)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的方法，其特征在于，基于所述分析(AN)建立所述定義的組織區(qū)域(16)的至少一部分的圖像數(shù)據(jù)組(62)，在該圖像數(shù)據(jù)組￠2)中對應(yīng)于壞死的組織(14)的圖像點(diǎn)與所述定義的組織區(qū)域(16)的對應(yīng)于活的組織(18)的圖像點(diǎn)不同地顯示。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述定義的組織區(qū)域(16)包含腫瘤組織。
13.一種圖像處理裝置(10)，用于確定檢查對象(12)的定義組織區(qū)域(16)內(nèi)的壞死部分(14)，具有以下組件 -圖像數(shù)據(jù)組接口(24)，用于讀入包含該檢查對象(12)的組織區(qū)域(16)的高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和包含該檢查對象(12)的組織區(qū)域(16)的低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)，該高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和該低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)是在向檢查對象(12)給予造影劑(KM)之后，借助利用不同X射線能量進(jìn)行的X射線測量產(chǎn)生的， -造影劑圖像確定單元(26)，其被構(gòu)造為用于基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和該低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)確定虛擬的造影劑圖像(20)， -分割單元(28)，其被構(gòu)造為用于在基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組(46)和/或該低能量圖像數(shù)據(jù)組(48)產(chǎn)生的分割圖像數(shù)據(jù)組(22)中分割所述組織區(qū)域(16)， -推薦單元(30)，其被構(gòu)造為用于將分割結(jié)果(40)傳輸?shù)皆撎摂M的造影劑圖像(20)中，以在該虛擬的造影劑圖像(20)中分割所述組織區(qū)域(16)，以及 -分析單元(32)，其被構(gòu)造為用于對屬于該虛擬的造影劑圖像(20)的被分割的區(qū)域(34)的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析，以識別對應(yīng)于壞死組織(14)的圖像點(diǎn)。
14.一種計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)，特別是雙源計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)(I)，具有根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像處理裝置(10)。
15.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其能夠直接加載到圖像處理裝置(10)的存儲器中，具有當(dāng)該程序在圖像處理裝置(10)中運(yùn)行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項所述的方法的所有步驟的程序代碼段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定檢查對象的定義的組織區(qū)域內(nèi)的壞死組織部分的方法，該方法基于包含該檢查對象的組織區(qū)域的高能量圖像數(shù)據(jù)組和包含該檢查對象的組織區(qū)域的低能量圖像數(shù)據(jù)組，具有步驟基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組和該低能量圖像數(shù)據(jù)組確定虛擬的造影劑圖像(ER)；在基于該高能量圖像數(shù)據(jù)組和/或該低能量圖像數(shù)據(jù)組的分割圖像數(shù)據(jù)組中分割所述組織區(qū)域(SE)；將分割的結(jié)果傳輸?shù)皆撎摂M的造影劑圖像中(UE)；對屬于該虛擬的造影劑圖像的被分割的區(qū)域的圖像點(diǎn)的值進(jìn)行分析(AN)。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的圖像處理裝置和一種計算機(jī)斷層造影系統(tǒng)，用于確定壞死組織部分，以及具有用于實施該方法的程序代碼段的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
文檔編號A61B6/03GK102737375SQ20121009042
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者B.施米特, M.塞德爾邁爾, M.瓦格納, T.弗洛爾 申請人:西門子公司