專利名稱：：使用同時(shí)采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)償成像數(shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及診斷成像，尤其涉及能夠?qū)囊子谶\(yùn)動(dòng)對(duì)象采集的成像數(shù)據(jù)中的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行校正的方法及裝置。有利地，該運(yùn)動(dòng)校正通過(guò)使用利用一種模式(modality)從對(duì)象所采集的與利用不同的另一模式從對(duì)象所采集的成像數(shù)據(jù)一致的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
：通常各種成像模式被用于成像運(yùn)動(dòng)中或易于運(yùn)動(dòng)的對(duì)象，如在心臟研究中的心臟。例如，在心臟的計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)、磁共振成像(MRI)以及其它的旨在從易于運(yùn)動(dòng)的對(duì)象采集數(shù)據(jù)的成像模式中，通常使用一種或多種運(yùn)動(dòng)校正技術(shù)來(lái)減少在所重構(gòu)的圖像中運(yùn)動(dòng)引發(fā)的偽影(artifact)。在已知的研究中，該運(yùn)動(dòng)校正或補(bǔ)償可能增加了圖像后置處理中相當(dāng)大的復(fù)雜度。在一特定的例子中，CT成像要求大于180度的投影以形成圖像。因?yàn)樵诔Ｒ?guī)的CT掃描器中的各種限制，收集完整的一組投影所需的時(shí)間與對(duì)象運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)是非常重要。例如，心臟的CT成像通常借助于心電圖(EKG)信號(hào)來(lái)進(jìn)行，所述心電圖信號(hào)用于使數(shù)據(jù)采集和圖像重構(gòu)與心臟運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)同步。從患者收集的EKG信號(hào)表示心臟的電特性且對(duì)鑒別心臟活動(dòng)的靜止時(shí)段是有用的，這對(duì)數(shù)據(jù)采集來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的。另外，EKG信號(hào)幫助在幾個(gè)心臟周期上鑒別該靜止時(shí)段。通過(guò)使數(shù)據(jù)收集與心臟周期的靜止時(shí)段同步，可以降低因心臟運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的圖像偽影和空間分解能(spatialresolution)。另外，通過(guò)在連續(xù)的心臟周期中一致地鑒別該靜止時(shí)段，降低了在不同心臟周期所采集的圖像之間的不一致性。EKG信號(hào)可以類似地用于MR和其它成像模式中。雖然該EKG同步(gating)在大多數(shù)情況下都滿意地進(jìn)行，但還有改善的空間。具體地，常規(guī)的EKG同步?jīng)]有提供機(jī)械運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。雖然EKG信號(hào)可以表明運(yùn)動(dòng)正在發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生，但它不能提供心臟的精確的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)。這是EKG測(cè)量心臟的電活動(dòng)及根據(jù)該電活動(dòng)推導(dǎo)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的主要功能。因?yàn)樗菍?duì)次最優(yōu)圖像質(zhì)量有貢獻(xiàn)的真正的心臟機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以取決于EKG信號(hào)的心臟圖像或者要求相當(dāng)大的后置處理以校正運(yùn)動(dòng)的偽影或者要求非常高的切片采集率(sliceacquisitionrate)。也就是說(shuō)，CT重構(gòu)不具有關(guān)于心臟運(yùn)動(dòng)的先驗(yàn)信息。在常規(guī)的EKG同步心臟CT研究中，在所采集的EKG信號(hào)中被鑒別為靜止時(shí)段的大部分短采集時(shí)段期間心臟被認(rèn)為是靜止的對(duì)象。常規(guī)地，半掃描加權(quán)(half-scanweighting)被用來(lái)抑制運(yùn)動(dòng)的影響；然而，其效果決不是最優(yōu)的，這是因?yàn)榘霋呙杓訖?quán)降低了接近180度投影角度范圍的兩端處所采集的CT數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)。在數(shù)據(jù)集的兩端要被抑制的數(shù)據(jù)量保持恒定，從而不會(huì)基于每個(gè)數(shù)據(jù)采集而改變，這是因?yàn)闆](méi)有可利用的先驗(yàn)信息。然而，要被抑制的數(shù)據(jù)量應(yīng)當(dāng)根據(jù)所掃描的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特性而改變。對(duì)于在180度投影角度范圍的中心粗略收集的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)以相同的方式處理而沒(méi)有進(jìn)行任何加權(quán)。另外，即使用0.3秒/轉(zhuǎn)的機(jī)架(gantry)速度，投影范圍的中心區(qū)只能構(gòu)成150ms的時(shí)間窗，其相當(dāng)慢以致于完全“凍結(jié)”了心臟運(yùn)動(dòng)。具有雙管檢測(cè)器(dualtube-detector)組件的CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集窗仍然在70-80ms之間，這對(duì)于消除心臟運(yùn)動(dòng)是不足夠的。一般認(rèn)為10-15ms的時(shí)間分辨率對(duì)于采集無(wú)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)集(motion-freedataset)是必要的。因此，期望的是設(shè)計(jì)一種采集機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)而不是推導(dǎo)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的裝置和方法，用于生理地同步CT和其它圖像模式的采集，從而采集無(wú)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)集。還期望的是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)結(jié)合至圖像重構(gòu)過(guò)程中以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。還期望的是使用從超聲波所獲得的彈性(elasticity)及其它信息以映射(map)至CT圖像，從而提供附加的功能信息，如組織的成活力。還期望的是使用超聲波信息以輔助識(shí)別CT掃描中的鈣以及相反地使用在CT掃描中所收集的CT解剖信息來(lái)校正超聲波圖像中的噪聲。還期望的是使用超聲組織多普勒模式來(lái)采集速度映像(velocitymap)以表征壁運(yùn)動(dòng)并將其映射至CT圖像，從而提供功能信息。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種用于從易于運(yùn)動(dòng)的對(duì)象同時(shí)采集成像數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的方法及裝置。同時(shí)且實(shí)時(shí)地采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)使用一種模式的掃描儀采集，且提供關(guān)于易于運(yùn)動(dòng)的對(duì)象的狀態(tài)和位置的精確且接近瞬時(shí)的信息。圖像數(shù)據(jù)采用與用于采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的掃描儀的模式不同的掃描儀來(lái)采集。關(guān)于這點(diǎn)，本發(fā)明尤其適用于心臟CT及MR成像和其它的生理學(xué)同步采集。對(duì)于克服患者的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)也是有利的。在心臟成像的情況下，機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括每個(gè)心臟周期期間的心臟狀態(tài)(心臟舒張、心臟收縮等)期間與心臟的大小、形狀、以及位置相關(guān)的信息。這樣詳細(xì)的信息通常不能從EKG信號(hào)得到。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開(kāi)了一種組合模式成像系統(tǒng)。該組合模式系統(tǒng)包括第一模式的成像設(shè)備，其被構(gòu)造成獲得易于運(yùn)動(dòng)的受檢者(subject)的圖像數(shù)據(jù)。該組合模式系統(tǒng)還包括第二模式的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)及表征設(shè)備，所述第二模式不同于所述第一模式，所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)及表征設(shè)備被設(shè)置及構(gòu)造成與成像設(shè)備同時(shí)獲得受檢者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種診斷成像的方法。該方法包括從受檢者采集成像數(shù)據(jù)以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。另外，成像數(shù)據(jù)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)同時(shí)采集。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，成像系統(tǒng)被公開(kāi)為包含超聲波探針以及成像裝置，該超聲波探針隨時(shí)間從運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象采集機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，該成像裝置被構(gòu)造成從對(duì)象采集成像數(shù)據(jù)。所述對(duì)象被放置于具有多個(gè)體元的成像容積(imagingvolume)中。計(jì)算機(jī)被編程以根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)確定作為時(shí)間函數(shù)的成像容積中所選體元的位置，并且確定專用于所選體元的時(shí)間窗，用于所選體元的圖像重構(gòu)。然后計(jì)算機(jī)根據(jù)在特定的時(shí)間窗期間從運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象所采集的成像數(shù)據(jù)重構(gòu)所選體元的圖像。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明在其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中得以具體化，該計(jì)算機(jī)程序代表要由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的一組指令。這些指令使計(jì)算機(jī)根據(jù)超聲波數(shù)據(jù)計(jì)算作為時(shí)間函數(shù)的映射函數(shù)，該映射函數(shù)提供成像容積的各子容積的位置。這些指令還使計(jì)算機(jī)確定用于映射函數(shù)的成像容積的各子容積的相應(yīng)采集窗，并根據(jù)從成像容積采集的成像數(shù)據(jù)重構(gòu)成像容積的圖像，該圖像基本上無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明旨在提供一種可穿戴的超聲波探針裝置。所述裝置包括可穿戴膜以及被集成到可穿戴膜中的超聲波換能器。所述換能器被構(gòu)造得使得當(dāng)對(duì)象將可穿戴膜放置于其上時(shí)基本上保持與將被成像的對(duì)象的表面一致性地接觸。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明旨在提供一種附著至治療臺(tái)或與治療臺(tái)(patienttable)集成的超聲波探針。關(guān)于這點(diǎn)，本發(fā)明允許在數(shù)據(jù)采集期間相對(duì)于患者“自動(dòng)”(hands-free)定位超聲波探針。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明包括可操作地連接于定位設(shè)備的超聲波探針，該定位設(shè)備提供關(guān)于超聲波探針的方向和/或位置的反饋。所述方向和/或位置信息可以在圖像重構(gòu)期間被記錄和使用，以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)誤差或其它圖像偽影。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明在一種同時(shí)采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)的方法得以具體化。運(yùn)動(dòng)和成像數(shù)據(jù)分別用不同的圖像模式(如超聲波和CT)獨(dú)立地采集。機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以用來(lái)校正成像數(shù)據(jù)中的誤差，或者可選地，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以用來(lái)減少成像數(shù)據(jù)中的噪聲。本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點(diǎn)從下面的詳細(xì)說(shuō)明及附圖中將會(huì)變得更顯而易見(jiàn)。附示說(shuō)明了當(dāng)前被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。圖中圖1是CT成像系統(tǒng)的圖片的透視圖。圖2是在圖1中所示的系統(tǒng)的模塊示意圖。圖3給出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的步驟的流程圖。圖4給出根據(jù)本發(fā)明的另一方面的改良的反投影技術(shù)的步驟的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的可穿戴的超聲波換能器裝置的圖片視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的與超聲波換能器可操作地連接或集成的可移動(dòng)的治療臺(tái)的側(cè)視圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明將描述“第三代”CT掃描儀，但本發(fā)明同樣可以用于其它圖像形式。另外，本發(fā)明將描述這樣的成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括CT掃描儀和超聲波機(jī)器，該CT掃描儀從患者身上采集圖像數(shù)據(jù)，該超聲波機(jī)器從患者身上采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。CT掃描儀和超聲波機(jī)器都是可以相互獨(dú)立使用的獨(dú)立(stand-alone)裝置，但是，如將要描述的，它們可以協(xié)力操作以同時(shí)采集CT數(shù)據(jù)和超聲波數(shù)據(jù)。還可以想到本發(fā)明可以用于集成的CT/超聲波系統(tǒng)。還可以想到的是，本發(fā)明可以在組合超聲波/MR系統(tǒng)或者協(xié)力工作以采集運(yùn)動(dòng)和圖像數(shù)據(jù)的獨(dú)立超聲波和獨(dú)立MR掃描器中得以具體化。參照?qǐng)D1和圖2，示出的計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)10包括機(jī)架12，所述成像系統(tǒng)10代表“第三代”CT掃描儀。機(jī)架12具有X射線源14，其將X射線16光束向機(jī)架12的相對(duì)側(cè)上的檢測(cè)器陣列18投影。檢測(cè)器陣列18由多個(gè)檢測(cè)器20形成，這些檢測(cè)器一起感測(cè)穿過(guò)內(nèi)科患者22的投影X射線。每個(gè)檢測(cè)器20產(chǎn)生代表照射X射線光束及因此由于其穿過(guò)患者的衰減光束的強(qiáng)度的電信號(hào)。在掃描以采集X射線投影數(shù)據(jù)期間，機(jī)架12及安裝在其上的部件繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。機(jī)架12的旋轉(zhuǎn)與X射線源14的操作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26來(lái)調(diào)控?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括X射線控制器28和機(jī)架馬達(dá)控制器30，所述X射線控制器28為X射線源14提供功率和定時(shí)信號(hào)，所述機(jī)架馬達(dá)控制器30控制機(jī)架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置。在控制機(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)32從檢測(cè)器20采樣模擬數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以用于后續(xù)的處理。圖像重構(gòu)器34從DAS32接收采樣的和數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)并進(jìn)行高速重構(gòu)。所重構(gòu)的圖像作為輸入提供到計(jì)算機(jī)36，計(jì)算機(jī)36將該圖像存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)設(shè)備38中。計(jì)算機(jī)36還經(jīng)具有鍵盤的控制臺(tái)40從操作員接收命令和掃描參數(shù)。相關(guān)聯(lián)的陰極射線管顯示器42允許操作員觀察來(lái)自計(jì)算機(jī)36的重構(gòu)圖像及其它數(shù)據(jù)。操作員提供的命令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用來(lái)提供控制信號(hào)及信息給DAS32、X射線控制器28及機(jī)架馬達(dá)控制器30。另外，計(jì)算機(jī)36操作平臺(tái)馬達(dá)控制器44，該平臺(tái)馬達(dá)控制器44控制機(jī)動(dòng)化的平臺(tái)46以定位患者22和機(jī)架12。特別地，平臺(tái)46經(jīng)過(guò)機(jī)架開(kāi)口48移動(dòng)患者身體的部分。仍然參照?qǐng)D1-2，在示例的實(shí)施例中，超聲波機(jī)器50具有通過(guò)控制和讀取電纜54鏈接到其上的一個(gè)或多個(gè)超聲波換能器52，該超聲波機(jī)器50用于采集與成像數(shù)據(jù)的采集一致的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。超聲波機(jī)器包括用于打印顯示在監(jiān)視器56上的圖像的打印機(jī)(未示出)、以及鍵盤和其它輸入設(shè)備58，以實(shí)現(xiàn)超聲波研究。在優(yōu)選實(shí)施例中，超聲波機(jī)器被定位在距離患者22很遠(yuǎn)的位置且位于CT掃描儀的操作員控制臺(tái)40處或附近。如下面將更全面的描述，組合成像系統(tǒng)包括機(jī)器人手臂60，其控制超聲波換能器52的定位。機(jī)器人手臂60由可操作地鏈接至計(jì)算機(jī)36或超聲波機(jī)器50的機(jī)器人手臂控制器62控制。本發(fā)明旨在提供一種同時(shí)采集運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)及該對(duì)象的成像數(shù)據(jù)的方法及裝置。機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)用于成像數(shù)據(jù)的補(bǔ)償或運(yùn)動(dòng)校正。優(yōu)選地，機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)使用超聲波換能器采集。優(yōu)選超聲波是因?yàn)樗且环N實(shí)時(shí)成像模式。超聲波提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)中對(duì)象(如心臟)的機(jī)械狀態(tài)的精確的且接近瞬時(shí)(near-instant)的信息。由于超聲波圖像描繪了對(duì)象的截面，而不是投影或整體的視圖，所以超聲波成像提供關(guān)于對(duì)象運(yùn)動(dòng)特性的足夠信息。例如，在心臟成像的情形下，超聲波可以提供當(dāng)心臟處于心臟舒張、心臟收縮或心臟周期的其它狀態(tài)時(shí)的大小、形狀、位置的實(shí)時(shí)信息。如將要描述的，通過(guò)同時(shí)采集超聲波數(shù)據(jù)集和成像(如CT)數(shù)據(jù)集，且使用心臟的形狀和位置信息的超聲波數(shù)據(jù)集來(lái)利用超聲波的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，以減少成像數(shù)據(jù)集中運(yùn)動(dòng)引發(fā)的偽影。因此，現(xiàn)參照?qǐng)D3，其顯示了給出運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊环N示例技術(shù)的步驟的流程圖。該技術(shù)64在66開(kāi)始，從感興趣容積中同時(shí)采集68機(jī)械運(yùn)動(dòng)和成像數(shù)據(jù)，該感興趣區(qū)具有在其中經(jīng)歷運(yùn)動(dòng)的對(duì)象。為了圖示說(shuō)明的目的，該技術(shù)將描述使用超聲波采集心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及使用CT從心臟采集成像數(shù)據(jù)。在68所采集的超聲波數(shù)據(jù)提供關(guān)于心臟的機(jī)械狀態(tài)的接近瞬時(shí)信息。這樣，檢查中的心臟運(yùn)動(dòng)從超聲波數(shù)據(jù)可以得知。然后該技術(shù)使用心臟運(yùn)動(dòng)的這個(gè)知識(shí)生成映射，該映射作為時(shí)間函數(shù)描述了心臟容積的每個(gè)體元(子容積)70。通常，該映射可以表征為四維函數(shù)u(x，y，z，t)，其中(x，y，z)表示心臟容積中重構(gòu)體元的坐標(biāo)，t表示時(shí)間。因?yàn)樗鲇成涮峁┝俗鳛闀r(shí)間函數(shù)的心臟容積的每個(gè)體元或子容積的表示，所以可以很容易確定72用于每個(gè)體元的重構(gòu)的最佳時(shí)間窗。這對(duì)于心臟CT成像是特別有利的，這是因?yàn)楸娝苤呐K的不同部分運(yùn)動(dòng)不同。例如，有效凍結(jié)心臟右心室的運(yùn)動(dòng)的最佳時(shí)間窗與有效凍結(jié)心臟右冠狀動(dòng)脈(therightcoronary)的運(yùn)動(dòng)的最佳時(shí)間窗不同。錐體平行幾何重構(gòu)算法可以描述為f(x,y,z)=∫0ΠR·w(x,y,z,β)R2+Z2s~(α,β,t)dβ]]>(方程1)，其中s~(α,β,t)=s(α,β,t)⊗h(t)]]>(方程2)。這里，w(x，y，z，β)是控制投影對(duì)每個(gè)體元的貢獻(xiàn)的加權(quán)函數(shù)，∏是重構(gòu)所要求的投影角度范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白，加權(quán)函數(shù)確定了每個(gè)體元或子容積的時(shí)間窗的形狀。關(guān)于這點(diǎn)，所述技術(shù)基于每個(gè)體元確定最適于凍結(jié)成像容積中的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間窗。這樣，所述技術(shù)分離出用于每個(gè)體元的成像數(shù)據(jù)74，所述成像數(shù)據(jù)落在在72對(duì)該體元所確定的時(shí)間窗內(nèi)。然后，在76根據(jù)已知的重構(gòu)技術(shù)重構(gòu)心臟容積的圖像。所重構(gòu)的圖像基本上無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影，這是因?yàn)榕c成像數(shù)據(jù)同時(shí)采集的超聲波數(shù)據(jù)被用于基于每個(gè)體元有效地確定時(shí)間窗。關(guān)于這點(diǎn)，在心臟容積的每個(gè)體元中，有效地“凍結(jié)”了運(yùn)動(dòng)。通過(guò)重構(gòu)圖像，其中每個(gè)體元包含無(wú)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)(motionfreedata)，所述圖像總體上也將無(wú)運(yùn)動(dòng)。接下來(lái)是圖像重構(gòu)，所述技術(shù)在78結(jié)束。現(xiàn)在參照?qǐng)D4，從映射函數(shù)u(x，y，z，t)所獲得的信息可以用于反投影過(guò)程，從而校正由心臟運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的誤差?？梢韵氲降氖?，圖4的技術(shù)可以獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)或者結(jié)合圖3的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了示例說(shuō)明的目的，將單獨(dú)描述圖4的技術(shù)。關(guān)于這點(diǎn)，技術(shù)80在82開(kāi)始，在84同時(shí)采集超聲波和成像數(shù)據(jù)。在86產(chǎn)生四維映射，該映射作為時(shí)間函數(shù)提供對(duì)于心臟容積的每個(gè)體元的坐標(biāo)變換的指示。如上面所指出的，然后可以在反投影期間使用超聲波信息以校正運(yùn)動(dòng)誤差。為了這個(gè)目的，在88產(chǎn)生反映射函數(shù)v(x，y，z，t)，反映射函數(shù)將時(shí)刻t的每個(gè)體元轉(zhuǎn)移回在指定基準(zhǔn)時(shí)刻t0的體元位置。該反映射補(bǔ)充了錐形光束反投影過(guò)程90，如下面表達(dá)式所定義f(x,y,z)=∫0Πw(x,y,z,β)×v[RR2+Z2s~(α,β,t)]dβ]]>(方程3)，其中s~(α,β,t)=s(α,β,t)⊗h(t)]]>(方程4)。應(yīng)當(dāng)指出的是，方程3中的加權(quán)函數(shù)w(x，y，z，β)不同于方程1中的加權(quán)函數(shù)。方程3中的加權(quán)函數(shù)w(x，y，z，β)表示基于確定性程度的“可信度”加權(quán)，所述的確定性是確信反映射函數(shù)正確表征心臟運(yùn)動(dòng)的特征。仍然參照?qǐng)D4，反投影過(guò)程產(chǎn)生圖像92，然后在94所述技術(shù)結(jié)束。通過(guò)利用逆映射(inversemap)，所得到的圖像即為時(shí)刻t0的心臟狀態(tài)的真實(shí)圖像。除了運(yùn)動(dòng)校正之外，補(bǔ)充的超聲波和成像數(shù)據(jù)的采集還可以用于評(píng)估組織的成活力。也就是說(shuō)，超聲波數(shù)據(jù)可以用于產(chǎn)生彈性映射(elasticitymap)。該彈性映射連同成像數(shù)據(jù)可以結(jié)合CT灌注數(shù)據(jù)使用以提供關(guān)于組織成活力的信息。具體地，超聲波和CT圖像可以融合(fuse)在一起以提供心臟成活力圖。這在確定心臟成活力方面相對(duì)于常規(guī)方法在降低對(duì)患者的輻射劑量方面特別有益。在傳統(tǒng)的CT灌注研究中，反復(fù)掃描患者的心臟容積以獲得功能性的信息。該反復(fù)地從患者采集數(shù)據(jù)使相當(dāng)大程度的X射線劑量轉(zhuǎn)移到患者身體中。然而，使用本發(fā)明，因?yàn)槌暡〝?shù)據(jù)與成像數(shù)據(jù)同時(shí)采集，所以超聲波數(shù)據(jù)可以用于鑒別組織的成活力。結(jié)果，慣常的反復(fù)掃描可以用單個(gè)或幾個(gè)掃描來(lái)代替，其導(dǎo)致了顯著劑量的減少。該劑量減少使得單個(gè)或幾個(gè)掃描以更高劑量級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)，這增加了所產(chǎn)生的圖像中的SNR和CNR。另外，補(bǔ)充的超聲波和成像數(shù)據(jù)可以用來(lái)提高斑(plaque)的檢測(cè)和分類。通常，對(duì)給定的斑分類要求幾個(gè)掃描。本發(fā)明降低了對(duì)這樣多數(shù)量掃描的需要，這為這樣的研究提供了劑量減少。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，補(bǔ)充的超聲波及成像數(shù)據(jù)用于圖像噪聲的減少。具體地，超聲波數(shù)據(jù)提供附加的邊界及解剖信息以補(bǔ)充用CT所收集的信息。這樣，在應(yīng)用噪聲降低算法期間，關(guān)于組織的結(jié)構(gòu)更多的信息是已知的。關(guān)于這點(diǎn)，噪聲降低可以被實(shí)現(xiàn)而不影響小的解剖結(jié)構(gòu)，該小的解剖結(jié)構(gòu)是用超聲波圖像鑒別但未被CT檢測(cè)到或被CT部分檢測(cè)到。同時(shí)采集超聲波和成像數(shù)據(jù)(即CT數(shù)據(jù))在降低“噴鈣(calciumblooming)”及從碘或其它標(biāo)記物中分離鈣方面也是有效的。尤其是，超聲波圖像用于進(jìn)一步從在正被成像的容積中的碘標(biāo)記物中區(qū)分鈣。具體地，鈣的超聲波反射與碘的超聲波反射是顯著不同的。這樣，這些反射差異很容易用超聲波來(lái)鑒別，該超聲波輔助檢測(cè)CT圖像中相應(yīng)的鈣沉積或斑。雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了心臟CT研究，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，本發(fā)明可以用于校正其它生理引發(fā)的運(yùn)動(dòng)。例如，熟知的CT圖像可能因患者的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)而被破壞。常規(guī)的補(bǔ)償技術(shù)使用固定的加權(quán)函數(shù)來(lái)抑制數(shù)據(jù)集兩端投影樣本的貢獻(xiàn)。這種方式有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)是增加噪聲，第二個(gè)缺點(diǎn)是在運(yùn)動(dòng)很大時(shí)缺乏有效性。使用超聲波信息，加權(quán)函數(shù)可以基于運(yùn)動(dòng)特性而修改，或者可能改變反投影過(guò)程以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)存在很小的運(yùn)動(dòng)時(shí)，加權(quán)函數(shù)可以接近恒定以使噪聲最小化。當(dāng)運(yùn)動(dòng)增加時(shí)，“掃描不足的角度”可以相應(yīng)地增加以降低運(yùn)動(dòng)的偽影。也理解的是，上述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在CT的情形下可以用于降低對(duì)采集速度的要求。在常規(guī)的心臟CT研究中，機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)速度通常是每轉(zhuǎn)0.35s。這對(duì)機(jī)械、檢測(cè)器和管設(shè)計(jì)都提出了相當(dāng)大的限制。如果將機(jī)架速度可能降低至0.5s同時(shí)保持相同的圖像質(zhì)量，則可以簡(jiǎn)化CT系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，因?yàn)檠a(bǔ)充的超聲波數(shù)據(jù)可以用來(lái)更全面地表征心臟運(yùn)動(dòng)，所以用本發(fā)明降低了對(duì)短掃描次數(shù)的需要。例如，認(rèn)識(shí)到本發(fā)明使心臟研究能夠以四層掃描儀(four-slicescanner)來(lái)進(jìn)行，而不是要求例如64層掃描儀。返回參照?qǐng)D1-2，在一個(gè)同時(shí)采集超聲波和CT圖像而無(wú)需技術(shù)人員移動(dòng)換能器的一個(gè)實(shí)施例中，超聲波換能器52由機(jī)器人手臂60進(jìn)行機(jī)器人式地控制。這允許定位換能器而無(wú)需操作員在成像孔48處或附近出現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)器人手臂65是可伸縮的，從而在數(shù)據(jù)采集期間和/或在患者經(jīng)過(guò)所述孔中的導(dǎo)引(indexing)期間圍繞患者自由地移動(dòng)換能器。優(yōu)選地，機(jī)器人手臂由機(jī)器人手臂控制器62控制，機(jī)器人手臂控制器基于用戶對(duì)超聲波機(jī)器50的輸入或者可選地對(duì)CT掃描儀操作員控制臺(tái)40的輸入中所表明的定位控制來(lái)定位和控制機(jī)器人手臂。還可以想到機(jī)器人手臂可以基于用戶輸入而被自動(dòng)地控制，所述輸入用于鑒別想要獲取超聲波數(shù)據(jù)的患者的那些區(qū)域。還可以想到的是機(jī)器人手臂可以通過(guò)用戶使手臂和手運(yùn)動(dòng)來(lái)控制，所述手臂和手運(yùn)動(dòng)由傳感器陣列感測(cè)，并作為運(yùn)動(dòng)命令進(jìn)行處理且傳送至機(jī)器人的手臂，使得機(jī)器人的手臂接近瞬時(shí)地模擬用戶的手臂和手運(yùn)動(dòng)?？蛇x地，如圖6中所示，超聲波探針可以與治療臺(tái)46(a)集成，使得即使在患者22被導(dǎo)引到不同位置以掃描解剖體的不同部分時(shí)，探針52仍與患者22保持相對(duì)的靜止。優(yōu)選地，制作超聲波換能器和機(jī)器人手臂以限制其金屬成分。通過(guò)減少換能器或探針和機(jī)器人手臂的金屬成分，減少了重構(gòu)圖像中因這些設(shè)備而產(chǎn)生的偽影。另外，在一個(gè)示例的實(shí)施例中，超聲波換能器的位置被自動(dòng)地確定且用于將所采集的超聲波圖像與CT圖像對(duì)準(zhǔn)。關(guān)于這點(diǎn)，可以想到的是，超聲波換能器可以包含于GPS網(wǎng)絡(luò)(未示出)中，該GPS網(wǎng)絡(luò)提供定位和定向反饋給超聲波機(jī)器和/或CT掃描儀，以用于圖像對(duì)準(zhǔn)。還可以想到的是，在圖2中，各種傳感器，如紅外傳感器或激光定位設(shè)備61，可以用來(lái)提供換能器位置反饋給超聲波機(jī)器50或CT計(jì)算機(jī)36。在可選的實(shí)施例中，超聲波數(shù)據(jù)使用與可穿戴膜集成形成的多個(gè)超聲波換能器來(lái)采集，如在圖5中所示的可穿戴超聲波探針組件96中所示例說(shuō)明的。組件96被構(gòu)造使得允許經(jīng)過(guò)所述膜成像而在由醫(yī)學(xué)成像掃描儀生成的圖像中沒(méi)有明顯的噪聲。如所圖示說(shuō)明的，可穿戴膜98包括設(shè)置在可穿戴膜98周圍的超聲波換能器100?？纱┐鹘M件被設(shè)計(jì)成由患者22穿戴。關(guān)于這點(diǎn)，可以在患者沒(méi)有定位在成像平臺(tái)上時(shí)由患者穿戴可穿戴組件96。每個(gè)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波束并從患者采集超聲波數(shù)據(jù)。每個(gè)換能器具有讀取引線102，其具有快速連接跳線104。快速連接跳線104使所述組件或夾克與超聲波機(jī)器快速地連接/斷開(kāi)。還可以想到的是每個(gè)讀取引線可以經(jīng)可穿戴膜路由至公共的多引角(multi-pin)端口(未示出)，使得可以用單條電纜(未示出)將所述換能器連接至超聲波機(jī)器?？梢韵氲降氖牵鼍衲芷骺梢怨餐乜刂苹蛘邌为?dú)地控制。關(guān)于這點(diǎn)，可以想到的是，可以啟動(dòng)一個(gè)換能器用于數(shù)據(jù)收集，而另一換能器被禁用。可以想到的是，可穿戴組件可以采用背心、帶、外套或其它物品的形式。無(wú)論如何，優(yōu)選的是所述膜緊貼地適合患者，以確保換能器與患者的皮膚接觸。因此，可以想到的是，所述膜可以由彈性材料形成，使得可以使用與所有或者多種定制膜配合的一個(gè)尺寸來(lái)適應(yīng)患者人群的變化。優(yōu)選地，可穿戴膜由非金屬材料(如紡織品)制成。還可優(yōu)選的是，所述膜對(duì)于患者來(lái)說(shuō)相對(duì)舒服。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，可以采用關(guān)于圖3所示和所述的可穿戴組件的原理，以對(duì)于患者其它解剖區(qū)域更適當(dāng)?shù)爻尚巍＿€優(yōu)選的是，可穿戴膜包括足夠數(shù)量的換能器，使得想要的結(jié)構(gòu)可以被成像，而無(wú)需對(duì)患者身上的膜重新定位。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)一種組合型的成像系統(tǒng)。該組合成像系統(tǒng)包括第一模式的成像設(shè)備，其被構(gòu)造成獲得易于運(yùn)動(dòng)的受檢者的成像數(shù)據(jù)。所述組合系統(tǒng)還包括第二模式的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)/表征設(shè)備，所述第二模式不同于第一形式，所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)/表征設(shè)備被設(shè)置并構(gòu)造成與成像設(shè)備同時(shí)獲得受檢者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)另一實(shí)施例，公開(kāi)了一種診斷成像的方法。該方法包括從受檢體采集成像數(shù)據(jù)以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的步驟。另外，同時(shí)采集成像數(shù)據(jù)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了使用超聲波或類似的成像模式來(lái)采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白的是，可以用于采集EKG信號(hào)的EKG系統(tǒng)仍可用于與超聲波數(shù)據(jù)結(jié)合以進(jìn)一步輔助運(yùn)動(dòng)的表征。例如，超聲波探針與EKG引線可以集成以提供電信息及機(jī)械信息。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，成像系統(tǒng)被公開(kāi)為包括隨時(shí)間從運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象采集機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的超聲波探針以及被構(gòu)造成從對(duì)象采集成像數(shù)據(jù)的成像裝置。所述對(duì)象被放置在具有多個(gè)體元的成像容積中。計(jì)算機(jī)被編程以根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)確定作為時(shí)間函數(shù)的成像容積中所選體元的位置，并確定專用于所選體元的時(shí)間窗，用于所選體元的圖像重構(gòu)。然后計(jì)算機(jī)根據(jù)在特定的時(shí)間窗期間從運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象所采集的成像數(shù)據(jù)重構(gòu)所選體元的圖像。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，本發(fā)明在其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中得以具體化，所述計(jì)算機(jī)程序代表要由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的一組指令。這些指令使計(jì)算機(jī)根據(jù)超聲波數(shù)據(jù)計(jì)算作為時(shí)間函數(shù)的映射函數(shù)，該映射函數(shù)提供成像容積的各子容積的位置。這些指令還使計(jì)算機(jī)確定用于映射函數(shù)的成像容積的各子容積的相應(yīng)采集窗，并根據(jù)從成像容積采集的成像數(shù)據(jù)重構(gòu)成像容積的圖像，該圖像基本上無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明旨在提供一種可穿戴的超聲波探針裝置。所述裝置包括可穿戴膜以及被集成到可穿戴膜中的超聲波換能器。所述換能器被構(gòu)造得使得對(duì)象將可可穿戴膜放置于其上時(shí)基本上保持與所述將被成像的對(duì)象的表面一致性地接觸。本發(fā)明還旨在提供一種附著至治療臺(tái)或與治療臺(tái)集成的超聲波探針。關(guān)于這點(diǎn)，本發(fā)明允許在數(shù)據(jù)采集期間相對(duì)于患者“自動(dòng)”定位超聲波探針。本發(fā)明還包括可操作地連接于定位設(shè)備的超聲波探針，該定位設(shè)備提供關(guān)于超聲波探針的方向和/或位置的反饋。在圖像重構(gòu)期間可以記錄和使用方向和/或位置信息，以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)誤差或其它圖像偽影。本發(fā)明還在一種同時(shí)采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)的方法中得以具體化。運(yùn)動(dòng)和成像數(shù)據(jù)分別使用不同的圖像模式(如超聲波和CT)獨(dú)立地采集。機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以用來(lái)校正成像數(shù)據(jù)中的誤差，或者可選地，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以用來(lái)減少成像數(shù)據(jù)中的噪聲。本發(fā)明用優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)認(rèn)識(shí)到，除了明確聲明的那些以外的等同物、替換物、和修改，都是可能的，并且落在所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。部件列表權(quán)利要求1.一種組合型成像系統(tǒng)，包括第一模式的成像設(shè)備(10)，其被構(gòu)造成獲得易于運(yùn)動(dòng)的受檢者(22)的圖像數(shù)據(jù)；以及第二模式的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(50)，所述第二模式不同于第一模式，所述第二模式的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被設(shè)置及構(gòu)造成與成像設(shè)備(10)同時(shí)獲得受檢者(22)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型成像系統(tǒng)，其中成像設(shè)備(10)的第一模式是CT、MR、光學(xué)的、X射線、以及PET中之一。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型成像系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(50)的第二模式被構(gòu)造成用于患者生理同步。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型成像系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(50)的第二模式是超聲波。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合型成像系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(50)包括可穿戴的超聲波探針裝置(96)，該可穿戴的超聲波探針裝置(96)具有可穿戴膜(98)以及集成到可穿戴膜(98)中的超聲波換能器(100)，所述可穿戴膜(98)被構(gòu)造成與患者(22)保持基本上一致的接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合型成像系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備(50)包括與患者(22)機(jī)械地連接且可由技術(shù)人員遠(yuǎn)程操縱的三維超聲波探針(52)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合型成像系統(tǒng)，還包括一組激光或紅外探測(cè)設(shè)備(61)，該組激光或紅外探測(cè)設(shè)備(61)被設(shè)置成使超聲波探針(52)位置相對(duì)于期望的患者(22)方向?qū)?zhǔn)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合型成像系統(tǒng)，還包括機(jī)器人手臂(60)，所述機(jī)器人手臂(60)連接到超聲波探針(52)且被構(gòu)造成在數(shù)據(jù)采集期間定位超聲波探針(52)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型成像系統(tǒng)，還包括其上存儲(chǔ)有代表一組指令的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述指令在由計(jì)算機(jī)(36)執(zhí)行時(shí)使計(jì)算機(jī)(36)根據(jù)超聲波數(shù)據(jù)計(jì)算映射函數(shù)，該映射函數(shù)提供作為時(shí)間函數(shù)的成像容積的每個(gè)子容積的位置(70)；根據(jù)所述映射函數(shù)確定用于成像客積的各子容積的相應(yīng)采集窗(72)；并且根據(jù)從所述成像容積采集的成像數(shù)據(jù)來(lái)重構(gòu)基本上沒(méi)有運(yùn)動(dòng)偽影的成像容積的圖像(76)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合型成像系統(tǒng)，其中所述成像數(shù)據(jù)在一系列的投影中采集，且其中所述計(jì)算機(jī)(36)還被編程以計(jì)算控制各投影對(duì)子容積重構(gòu)的貢獻(xiàn)的加權(quán)函數(shù)。全文摘要同時(shí)且實(shí)時(shí)地采集圖像數(shù)據(jù)與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)提供關(guān)于易于運(yùn)動(dòng)的對(duì)象(22)的狀態(tài)和位置的精確且接近瞬時(shí)的信息。本發(fā)明尤其用于心臟的CT或MR成像和其它生理學(xué)同步采集。在心臟成像的情況下，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包含每個(gè)心臟周期期間在心臟狀態(tài)(心臟舒張，心臟收縮等)期間心臟的大小和位置相關(guān)的信息。文檔編號(hào)A61B19/00GK101023878SQ20071008419公開(kāi)日2007年8月29日申請(qǐng)日期2007年2月17日優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日發(fā)明者謝強(qiáng),M·J·巴伯,B·J·科斯特,W·R·克拉克,M·A·朱爾,A·L·哈爾申請(qǐng)人:通用電氣公司