专利名称：用于模拟x射线系统的采集剂量减少的方法、计算机系统以及x射线系统的制作方法通常，所采集的X射线图像信息显示给诸如操作者的人员，该人员使用类似X射线图像信息的对比度、亮度以及清晰度的可调节性的后处理功能，以提供针对X射线图像信息的描绘的个性化的优选的外观。这可以是例如在医疗成像应用中、安全成像应用中或者检查成像应用中的情况。根据后处理功能仅可以改变显示X射线图像信息的方式，而无法实际地改变采集参数，例如类似造成患者剂量的某个剂量设定。尤其在医疗成像应用中，必·须满足ALARA (尽可能低的合理实现)要求，同时保持图像质量以及因此保持患者剂量能够采集具有足够细节的X射线图像，以实现评价关于所意图应用的X射线图像信息。例如，在医疗成像应用的情况下，临床用户可以具有一组所采集的例如患者的X射线图像。X射线图像可以从诸如CT系统的X射线成像装置直接采集，或者可以存储在存储单元上的先前采集的图像数据库中。图像可以存储为原始图像，即如它们被采集时的那样，而不进行任何进一步的后处理。在将所采集的X射线图像在显示单元上显示给操作者时，可用于类似于调节对比度、亮度和/或清晰度的改变所采集图像信息的外观和感觉的后处理功能是有限的，并且可能以在图片中带来更多的噪声为代价。然而，这种后处理功能不会改变图像信息本身，例如，所采集图像信息的固有信噪比，而仅改变外观，从而保持固有的信噪比(SNR)不变。已知的后处理功能不允许操作者进行先验地估计,例如,一旦减少用于采集X射线图像的剂量设定，X射线图像的图像质量将下降多少。因此，确定，尤其是模拟X射线图像的图像质量作为所应用的X射线辐射的剂量的函数是有益的。
因此，需要提供用于根据所采集的X射线图像信息来模拟以使用特定剂量采集的X射线图像的装置。因此，提供根据独立权利要求所述的用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的方法、用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的计算机系统、X射线系统、计算机可读介质以及程序单元。根据本发明的示例性实施例，一种用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的方法包括提供包括第一噪声的第一X射线图像信息，已以第一剂量设定采集第一X射线图像信息；提供第二剂量设定；确定噪声差异，用以获得以第二剂量设定采集的所模拟的第二 X射线图像信息；以及将噪声差异应用于第一 X射线图像信息，用以获得包括第二噪声的所模拟的第二 X射线图像信息；其中所述噪声差异至少部分取决于以下中的至少一个第一噪声的着色、第一噪声的噪声功率谱、噪声差异的着色、噪声差异的功率谱、第一 X射线图像信息的强度分布、以及第一 X射线图像信息的局部强度分布。根据本发明的另一示例性实施例，提供用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的计算机系统，包括处理单元，其中处理单元适于执行根据本发明的方法。根据本发明的另一示例性实施例，提供X射线系统，包括X射线生成设备、X射线探测器、以及根据本发明的计算机系统；其中X射线对象可安置在X射线生成设备与X射线探测器之间；以及其中X射线生成设备和X射线探测器操作地耦合，以使得对象的X射线图像"[目息是可获得的。根据本发明的另一示例性实施例，提供计算机可读介质，包括程序代码，当由处理单元执行该程序代码时，该程序代码适于执行根据本发明的方法。根据本发明的另一示例性实施例，提供程序单元，包括程序，当由处理单元执行该·程序时，该程序适于执行根据本发明的方法。本发明的一方面可以看作提供用于根据实际采集的具有不同的，例如更高的剂量设定的X射线图像，生成具有剂量设定的X射线图像的装置。例如，可以模拟X射线辐射剂量的下降，以使得操作者能够确定具有特定曝光或X射线辐射剂量的待检查对象，例如患者，的X射线图像的图像质量，而并不实际需要采用被设定至所期望剂量的X射线系统采集X射线图像信息。因此可以采用高X射线辐射剂量来采集X射线图像信息，随后所模拟的曝光或X射线辐射剂量的减少导致显示包括所减少的剂量的所模拟的X射线图像，以确定和/或比较图像质量与剂量设定。关于ALARA要求，可以确定最小剂量设定，该最小剂量设定仍将提供具有足以进行例如诊断评价的图像质量的X射线图像信息。因此，不需要通过使用试错(trial anderror)来采集减少的剂量设定，例如通过采用减小的剂量设定来采集X射线图像，可能导致X射线图像的图像质量对于特定诊断目的而言太差。此外，采集多个包括单独剂量设定的单独的X射线图像会是繁琐、耗时并且可能对于活体组织有害。针对图像信息的信噪比与曝光或患者剂量，可以实现对于图像质量的平衡。根据本发明的方法可以应用于例如通过近来当前现有的图像采集程序从X射线系统获得的X射线图像信息，或者可以使用例如存储在存储单元的数据库中的患者信息和X射线图像信息。通过使用例如来自存储单元中的先前采集的X射线图像信息，关于所期望的图像质量的期望的最小曝光或X射线辐射剂量可以基于关于特定临床任务的特定患者群，该特定临床任务例如为X射线透视图像采集与曝光，或者脑部与肾脏图像采集，或者可以是患者类型特定的，例如成年人与儿科。因此，本发明允许操作者模拟剂量减少。操作者可以交互地输入新的剂量，该新的剂量将应用于X射线图像，例如新采集或存储的图像，或者甚至应用于专门患者的若干图像，或不同患者但相同临床应用的若干图像，其中例如根据对于待模拟的剂量的校正的信噪比，生成模拟的X射线辐射图像。针对图形用户界面，操作者可以使用患者剂量减少滑块，同时该组剂量设定的X射线图像显示在例如监视器上。因此，操作者可以以交互的、实时的方式，在改变X射线图像信息的剂量设定的同时确定图像质量。通过将噪声增加至X射线图像信息，可以减小信噪比。优选地，不但可以考虑增加的噪声的量，而且可以考虑待增加的噪声的噪声颜色。仍然能够提供用于期望应用的足够图像质量的相应的所确定的剂量设定可以存储并且可以用于例如未来的图像采集应用。X射线图像的信噪比的减小因此可以考虑特定噪声颜色和/或强度分布，尤其是例如相对于X射线探测器的表面的X射线图像的局部强度分布。噪声颜色尤其可以理解为具有取决于频率的覆盖区(footprint)的噪声。例如，量子噪声可以包括低通结构，例如每倍频以_3dB下降的粉红噪声，或者每倍频以-6dB下降的褐色噪声。电噪声可以是可与频率无关的白噪声形态。对于平面X射线探测器，噪声的颜色还可以取决于探测技术，例如，具有低通形态的闪烁器，或者具有与频率无关或白色形态的直接探测。X射线探测器甚至可以包括水平与垂直的不同噪声颜色。因此，可以应用取决于X射线探测器的噪声颜色。 然而，着色的噪声的确切形态也可以取决于剂量。因此，当模拟不同剂量时，可以仅在信噪比的减少上使用噪声差异，该噪声差异可能是取决于频率的噪声差异。无论怎样，信噪比是噪声差异的一个示例。噪声的量或者方差，即噪声功率谱的容量，也可以取决于以nGy为单位的特定剂量设定或探测器剂量，以及信号高度或信号幅度，例如分别具有关于X射线探测器的表面以及各个X射线探测单元像素的强度分布或局部强度。在现实的临床图像中，采集的X射线图像的所有灰度级可以认为实际上对应于被施加至X射线图像探测器的各个像素单元的不同的探测器剂量。因此，噪声方差可以认为在图像上以明确的方式改变。因此，由于每个灰度级对应于不同的探测器剂量，与探测器剂量相关联的各自的噪声颜色或噪声功率谱可以是不同的。因此，在考虑X射线图像的强度分布或局部强度时，可以理解为使用取决于剂量的噪声颜色或取决于剂量的噪声功率谱时，尤其是关于单个X射线探测器单元像素的局部地取决于剂量。例如，设定为对应于IOOnGy的临床X射线图像可以认为实际包括特定测量域中的平均信号，该平均信号对应于已经预先采用均匀人体模型测量的平均噪声级。现实中，具有例如低于平均值10倍的信号的图像的较暗部分可以认为仅已局部接收lOnGy。因此，会存在与各自局部探测器剂量水平相关联的取决于位置的局部改变的噪声方差。具体来说，X射线探测器的每个像素可以认为包括不同的各自的灰度级，该不同的各自的灰度级则对应于其自身的探测器剂量以及相应的噪声，尤其是噪声颜色。在使用方差稳定变换时，可以获得噪声方差变为与信号无关的图像。对于量子限制的X射线图像，可以通过应用平方根灰度级变换来近似方差稳定变换。这可以例如经由查找表来实现。现在需要增加具有合适频率依赖性的人工噪声，也称作“颜色”。当仅需要增加量子噪声时，噪声功率谱的颜色会取决于不同因素，诸如探测器技术，例如采用闪烁器的间接探测，或直接转换；探测器设计，例如，闪烁器厚度和读出设计、关于各向同性的噪声功率谱的探测器制造工艺，以及与例如缩放和/或分区(binning)的其它因素。在其他噪声源，例如电噪声和/或结构噪声变得相关的情况下，它们也不得不进行建模，并且最终不得不建模和增加具有组合颜色的组合噪声幅度。关于如上所述的噪声方差的逆变换可以导致具有所增加的噪声的图像，所增加的噪声由于在增加着色噪声之前的在先执行的变换，不仅会包括优选的噪声颜色，而且也满足噪声方差与信号高度之间所要求的关系。现在可以继续X射线系统的标准后处理。换句话说，首先将X射线图像信息变换，以达到具有与剂量无关的噪声方差的X射线图像信息。随后，增加具有合适噪声颜色的着色噪声。而且，执行具有增加的噪声的X射线图像信息的逆变换。X射线图像信息的强度分布或局部强度也可以理解为具有相对于探测器单元像素的剂量分布或局部剂量。以下，具体参照用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的方法、用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的计算机系统、X射线系统、计算机可读介质以及程序单元，来描述本发明的其他实施例。然而，应当理解，在此提供的说明可以应用到所述的所有不同实体。因此，可构想所要求的实体之间的任意变形以及单个或多个特征的相互交换，并且其均落入本专利申请的范围和公开内。·根据本发明的另一示例性实施例，噪声差异可以是尤其取决于第一 X射线图像信息的局部强度分布的局部噪声差异。局部噪声差异可以允许提供取决于剂量的噪声颜色或信噪比，尤其是局部的。相关剂量可以是到达各个X射线探测器单元像素的X射线辐射的剂量。根据本发明的另一示例性实施例，第一 X射线图像信息可以包括第一信噪比。该方法还包括，尤其是代替与噪声差异相关联的步骤，根据第二剂量设定，确定第二信噪比；以及确定噪声差异，用以获得包括第二信噪比的所模拟的第二X射线图像信息。所述第二信噪比可以至少部分取决于以下中的至少一个第一噪声的着色、第一噪声的噪声功率谱、噪声差异的着色、噪声差异的功率谱、X射线图像信息的强度分布、以及第一 X射线图像信息的局部强度。 信噪比可以解释为噪声差异的示例。根据本发明的另一示例性实施例，该方法还可以包括至少显示所模拟的第二 X射线图像信息，其中第二剂量设定是可改变的，并且其中与第二剂量设定的改变基本同时地显示所模拟的第二 X射线图像信息。因此，操作者可被允许交互地确定最小剂量设定，同时通过实时检查所模拟的第二 X射线图像信息来保持期望的图像质量。根据本发明的另一不例性实施例，第一噪声可以小于第二噪声，和/或第一信噪比可以大于第二信噪比。噪声差异可以是待增加的噪声。因此，可以将噪声附加地增加到已经存在于第一 X射线图像信息的噪声，以增加总的噪声，从而减小第二信噪比。根据本发明的另一示例性实施例，计算机系统可以包括存储单元、输入单元以及显示单元。存储单元可以适于提供X射线图像信息，输入单元可以适于接收尤其由操作者输入的第二剂量设定，以及显示单元可以适于显示第一 X射线图像信息和所模拟的第二 X射线图像信息中的至少一个。计算机系统可以适于例如根据存储单元上的数据库中所存储的患者数据，来交互地评估最小剂量。操作者可以使用输入单元，例如，滑块、旋钮、开关、键盘、或触摸屏控制，以输入期望的第二剂量设定，随后显示单元至少显示所模拟的第二 X射线信息，以提供关于使用第二剂量设定的X射线图像的图像质量的视觉反馈。根据本发明的另一示例性实施例，可以由X射线系统提供第一 X射线图像信息。这里，可以通过X射线系统从待检查的对象最近采集的X射线图像信息，来确定例如用于后续图像采集程序的第二剂量设定，该对象例如为患者。根据本发明的另一示例性实施例，所述计算机系统适于在改变所述第二剂量设定时，基本实时显示所模拟的第二 X射线图像信息。根据本发明的另一示例性实施例，计算机系统可以适于在显示X射线图像信息之前提供图像后处理，其中所述图像后处理尤其是至少部分取决于待显示的X射线图像信肩、O在不进行取决于X射线图像信息的后处理的情况下，由于例如第一 X射线图像信 息和所模拟的第二 X射线图像信息的动态范围的差异或偏移，至少关于所模拟的第二 X射线图像信息，例如对比度不会被最大化。因此，图像后处理尤其会取决于待显示的实际X射线图像信息。根据本发明的另一示例性实施例，计算机系统可与X射线系统耦合，并且适于控制X射线系统。因此，对于操作者有益的是，不仅能够控制X射线图像的显示，而且还能够根据X射线系统控制采集程序。甚至可以构想远程存储系统，用以提供来自患者数据库的多个患者的先前采集的X射线图像信息。根据参照以下描述的实施例，本发明的这些以及其它方面将变得明显。将参照以下附图来描述本发明的示例性实施例。附图中的说明是示意性的。在不同的附图中，为相似或相同的单元提供相似或相同的附图标记。附图未按比例绘出，然而可以定性的成比例示出。


图I示出根据本发明的包括计算机系统的X射线系统的示例性实施例；图2示出与剂量相关的噪声功率谱的示例性实施例；图3示出根据本发明的用于模拟X射线系统的采集剂量的减少的方法的示例性实施例。

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在图2中，示例性示出四个单独的暴露水平或剂量。如可以从图2中得出，对于所有四个剂量，相应的噪声颜色，即噪声功率谱的频率依赖度可认为是基本上不相等，这将要求曲线仅平行偏移。更确切地，还改变噪声功率谱的各自频率依赖度的曲率。因此，图2示出相对于I. OOOnGy剂量的噪声颜色的噪声功率谱不同于例如5nGy剂量的噪声颜色的噪声功率谱。电噪声可以认为基本与频率无关，因此包括白噪声颜色。因此，探测器剂量和量子噪声可以认为是强烈相关。现在参照图3，示出根据本发明的用于模拟X射线系统的采集剂量的减少的方法的示例性实施例。图3示出用于模拟采集剂量减少的方法30，包括提供32包括第一噪声的第一 X射线图像信息，已经以第一剂量设定采集该第一 X射线图像信息。在该步骤中，操作者可以选择患者的先前采集的X射线图像信息，或者可以从X射线系统2直接采集X射线图像。操作者可以针对特定的临床任务，确定对于所要求的图像质量的合适的最小剂量。临床任务中的差异会例如包括X射线透射与X射线照相、成人与儿科、脑部扫描与肾脏扫描。操作者可以将第二剂量设定提供34给计算机系统。例如，用户可以使用用户界面控制旋钮或输入单元20，来改变，尤其是减少，剂量设定，以获得优选的第二剂量设定。而且，确定36噪声差异，用以获得以第二剂量设定采集的所模拟的第二 X射线图像信息。在将使用第二剂量设定采集所模拟的第二 X射线图像信息时，所模拟的第二 X射线图像信息实际上并不是被采集，而是被计算以反映X射线图像信息。噪声差异尤其可以是信噪比，包括取决于局部剂量的噪声颜色的取决于局部剂量的噪声差异。换句话说，计算机系统12可以计算与由操作者输入的患者剂量减少相关联的信噪比减少。因此，操作者可以改变，尤其是减少所要求的患者剂量，例如第二剂量设定，同时系统基本上实时显示使用第二剂量设定的X射线图像信息，S卩，显示在使用第二剂量设定采集图像信息的情况下，图像信息将看起来如何。因此，系统将所减少的第二剂量设定，及由此造成的剂量下降，转换为信噪比下降。例如，如果操作者想要将患者剂量减半，则例如经由将探测器剂量，及由此到达各个探测器单元像素的X射线辐射的剂量除以因数2，或者换言之将量子噪声加倍，也可以使信噪比的平方SNR2减半。另外减少剂量的可能方法可以通过在X射线系统2内使用附加的Cu预过滤来实现。Cu预过滤可以理解为在X射线辐射14到达待检查的对象8之前在X射线辐射14的路径中使用铜(Cu)过滤板。相应的铜过滤板可以将患者剂量减半，同时信噪比的平方SNR2可下降少于一半。在使用该方案时，相比于第一方案，会需要增加较少的量子噪声，以达到所期望的剂量减少。可以通过射线束质量来确定相对的对比度，同时可以通过所应用的探测器剂量设定来确定相对噪声。射线束质量可以理解为指示X射线束的有效能量(keV)的参数。它可以取决于所使用的管电压和所应用的过滤器材料，例如，所增加的铜过滤器。该系统可以使用各种方案，例如功率减少或铜过滤器的使用，用于保持信噪比的平方尽可能高，同时实现第二剂量设定的所期望的第二剂量。随后，计算机系统12可以确定36a噪声差异，用以获得以第二剂量设定采集的所模拟的第二 X射线图像信息，并且计算机系统12可以将噪声差异应用38到第一 X射线图像信息，用以获得包括第二噪声的所模拟的第二 X射线图像信息。具体来说，噪声差异可以再一次具有依赖于局部剂量的噪声颜色，更具体地，对于每个探测器单元像素具有依赖于局部剂量的噪声颜色。 在增加噪声时，不得不考虑多个参数。来自X射线图像的量子噪声和电噪声的量可以认为取决于X射线探测器。量子噪声功率的量可仅与所应用的探测器剂量逆相关。对于每个图像可存储相应的参数。量子噪声的量可以取决于射线束质量。与诸如心血管系统的X射线系统中，对于每个图像可以存储所有与射线束质量有关的相关参数，因此可以以极高的精度了解噪声的量。可以使用理论计算或者利用系统特定测量值的校准，以实施关于取决于质量的量子噪声的先验知识。电噪声可以认为是稳定的。对于定期使用的探测器剂量设定，电噪声可认为是可忽略的。量子噪声的量还取决于信号，尤其取决于信号强度。对于每个不同的强度，由此对于局部探测器剂量，例如，通过使用方差稳定变换，会需要相应的噪声幅度。作为近似，量子噪声幅度可以认为与信号幅度的平方根相关。针对提供心血管X射线图像的心血管X射线系统，提供示例。作为第一步骤，不要求执行可能已经应用于例如以原始文件格式存储在数据库中的图像的强度变换。例如，不要求执行可能已经应用于原始图像的对数或白色压缩变换。白色压缩可以认为在图片的加亮的或明亮的，因而白色的区域中提供减小的对比度。而且，可以应用方差稳定变换。该变换的一个示例可以是取平方根，因为X射线图像的噪声幅度与信号的平方根成比例。现在，噪声方差可以认为变得与信号强度无关，因此可以将具有已知幅度和具有例如取决于所使用的X射线探测器的合适颜色的噪声增加至图像。之后，可以应用逆强度运算，例如逆方差稳定变换以及对数或白色压缩。所增加噪声的颜色及由此的频率依赖性应当适合于从X射线探测器已知的噪声，例如，平面探测器的与量子噪声相关的噪声的颜色可以认为是已知的。在增加之前，可以针对颜色噪声使用低通滤波器。类似地，可以针对电噪声的频率依赖度或颜色来处理电噪声。随后，可以至少显示40所模拟的第二 X射线图像信息。在这里，计算机系统12可以提供后处理，并且可以随后将所模拟的X射线图像信息显示给操作者。后处理也可以使用与在显示第一 X射线图像信息时所使用的类似的后处理。在这里，剂量的减少可以认为基本上仅增加了噪声。这例如可以认为是在具有第一X射线图像信息的对比度的同时导致噪声的增加。可以由操作者例如使用第二输入单元来执行例如对比度的手动设定，以提供良好平衡的X射线图像。然而，在计算机系统12内也可以实施例如对比度的手动输入或者对比度的手动调节，以使得后处理自动适合于所模拟的第二 X射线图像信息。因此，操作者在模拟剂量减少时，并不需要将两个参数提供至计算机系统，而仅需要将一个参数提供至计算机系统。可以由操作者迭代地重复提供期望的第二剂量设定直到显示与该组剂量设定相对应的所模拟的X射线图像信息的步骤，直到获得具有合适图像质量的模拟X射线图像。随后，系统可以存储取决于该组剂量设定的新的采集协议设定和/或新的后处理设定，并且可以将采集协议设定、后处理设定、及第二剂量设定中的至少一个应用于随后的图像采集中。相应的方法和计算机系统可以实施在任意的X射线系统、CT系统、心血管X射线系统中，或者甚至在将X射线系统用于安全成像应用和检查成像应用中时实施相应的方法和计算机系统。应当理解，术语“包括”并不排除其它单元或步骤，以及“一”或者“一个”并不排除·多个。此外，可以组合与不同实施例相关联描述的单元。还应当注意权利要求中的附图标记不应当理解为对权利要求范围的限制。附图标记2 X射线系统3 X射线生成设备6 X射线探测器7 台架8 对象10 支架12计算机系统14X射线辐射16处理单元18存储单元20输入单元22显示单元30用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的方法32步骤提供第一 X射线图像信息34步骤提供第二剂量设定36a、b、c步骤确定噪声差异/信噪比38步骤应用噪声差异40步骤显示X射线图像信息42步骤存储剂量设定


本发明总体上涉及X射线生成技术。期望采用用于获得期望的图像质量的最小的要求剂量来执行X射线图像采集。因此，提供了用于模拟X射线图像的采集剂量的减少的方法、计算机系统、X射线系统、计算机可读介质以及程序单元。用于模拟X射线系统的采集剂量的减少的方法(30)包括提供(32)包括第一噪声的第一X射线图像信息，已以第一剂量设定采集所述第一X射线图像信息；提供(34)第二剂量设定；确定(36)噪声差异，用以获得以第二剂量设定采集的所模拟的第二X射线图像信息；以及将噪声差异应用(38)于第一X射线图像信息，用以获得包括第二噪声的所模拟的第二X射线图像信息。噪声差异至少部分取决于以下中的至少一个第一噪声的着色、第一噪声的噪声功率谱、噪声差异的着色、噪声差异的功率谱、第一X射线图像信息的强度分布以及第一X射线图像信息的局部强度分布。