專利名稱：使用非剛性配準(zhǔn)校正門控pet圖像中運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及成像，并且更具體地涉及使用非剛性配準(zhǔn)校正門控圖 像中的運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代健康護(hù)理設(shè)施中，非侵入性成像(non-invasive imaging)系統(tǒng)常常用于 識(shí)別、診斷和治療身體疾病。醫(yī)療成像涵蓋用于使患者內(nèi)的器官和組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或 功能行為(例如化學(xué)或代謝活動(dòng)等)成像和可視化的不同非侵入技術(shù)。當(dāng)前，存在許多形 態(tài)的醫(yī)療診斷和成像系統(tǒng)，每個(gè)典型地依據(jù)不同的物理原理運(yùn)行以產(chǎn)生不同類型的圖像和 信息。這些形態(tài)包括超聲系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)(包括常規(guī)和數(shù)字 或數(shù)字化的成像系統(tǒng)兩者)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影 (SPECT)系統(tǒng)和磁共振(MR)成像系統(tǒng)。PET圖像通常用于放射治療(RT)和放射治療計(jì)劃(RTP)。一般，胸的PET圖像在 若干分鐘的時(shí)間間隔上采集。在該時(shí)間期間，患者典型地由于呼吸、心臟運(yùn)動(dòng)和其他總患者 移動(dòng)經(jīng)歷運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生的最終圖像模糊，因此導(dǎo)致在該模糊的圖像中不準(zhǔn)確的計(jì) 劃腫瘤體積(PTV)的識(shí)別。該不準(zhǔn)確的PTV可不利地導(dǎo)致實(shí)際腫瘤區(qū)域的不準(zhǔn)確檢測(cè)和/ 或正常組織的去除。當(dāng)前可用的技術(shù)通過(guò)使用門控技術(shù)將呼吸周期分解成更小的時(shí)間間隔并且采集 對(duì)應(yīng)于這些更小時(shí)間間隔的圖像數(shù)據(jù)解決與PET成像中的呼吸運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。盡管通過(guò) 采用這些門控技術(shù)對(duì)應(yīng)于個(gè)體門的圖像數(shù)據(jù)可沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，隔離的每個(gè)門苦于由于在對(duì)應(yīng)的 采集時(shí)間間隔內(nèi)減少的記錄光子數(shù)引起的低信噪比。此外，由于患者呼吸引起的運(yùn)動(dòng)的存 在妨礙在PET成像中使用胸部掃描評(píng)估結(jié)節(jié)，因?yàn)閺牟煌拈T采集的圖像不對(duì)準(zhǔn)并且這些 門控圖像的不對(duì)準(zhǔn)表現(xiàn)為不同圖像之間感興趣的解剖對(duì)象的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，可能不能從 PET掃描獲得腫瘤準(zhǔn)確定位和它們的隨后量化。另外，當(dāng)前可用的技術(shù)采用配準(zhǔn)技術(shù)以產(chǎn)生 最終圖像，其中對(duì)應(yīng)于特定門的圖像選擇為參考圖像并且其他門控圖像配準(zhǔn)到選擇的門控 圖像。使用門控圖像作為參考圖像導(dǎo)致圖像偏移到選擇的門控圖像。該偏移妨礙患者中的 腫瘤體積或異常的準(zhǔn)確確定。因此開發(fā)用于產(chǎn)生沒(méi)有由于例如呼吸或心臟運(yùn)動(dòng)等患者移動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)影響的 具有提高的信噪比的圖像的系統(tǒng)和方法是可取的。更具體地，需要有用于校正由于患者移 動(dòng)引起的圖像中的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)和方法。另外，需要有產(chǎn)生最終圖像的方法，其采用無(wú)參考配 準(zhǔn)技術(shù)以減少在最終圖像中的任何偏移。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的方面，提供成像的方法。該方法包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖 像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像。此外，該方法包括使用該多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像(mean image) 0 該方法還包括通過(guò)迭代地確定該均值圖像或該多個(gè)圖像的或該均值圖像和該多個(gè)圖像兩者的收斂性(convergence)以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和 收斂的多個(gè)圖像兩者，而校正在該均值圖像或該多個(gè)圖像中或在該均值圖像和該多個(gè)圖像 兩者中的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)方面，提供成像的方法。該方法包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采 集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像。另外，該方法包括使用該多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像。該方法 還包括通過(guò)將該多個(gè)圖像配準(zhǔn)到該均值圖像而變換該多個(gè)圖像以獲得多個(gè)變換的圖像。此 外，該方法包括使用該多個(gè)變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像。并且，該方法包括通過(guò)迭代確 定該均值圖像或該多個(gè)圖像或該多個(gè)變換的圖像的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的 多個(gè)圖像或收斂的多個(gè)變換的圖像，而校正在該均值圖像或該多個(gè)圖像或該多個(gè)變換的圖 像中的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本技術(shù)的再另一個(gè)方面，提供成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在多個(gè)時(shí)間間隔中 的每個(gè)處采集圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)包括用于重建該圖像數(shù)據(jù)以獲得多 個(gè)圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)，其用于使用該多個(gè)圖像產(chǎn)生均值 圖像，通過(guò)迭代確定該均值圖像或該多個(gè)圖像的或該均值圖像和該多個(gè)圖像兩者的收斂性 以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個(gè)圖像兩者，而校 正在該均值圖像或該多個(gè)圖像中或在該均值圖像和該多個(gè)圖像兩者中的運(yùn)動(dòng)，和顯示運(yùn)動(dòng) 校正的最終圖像的顯示裝置。


當(dāng)下列詳細(xì)說(shuō)明參照附圖(其中相似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表相似的部件)閱讀 時(shí)，本發(fā)明的這些和其他的特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的方面的示范性PET成像系統(tǒng)的示意圖；圖2是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法的流程圖；圖3是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的跨迭代的門控圖像收斂性的圖示。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及成像。更具體地本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用非剛性配準(zhǔn) 的在門控圖像中的運(yùn)動(dòng)校正。盡管本論述在醫(yī)療成像系統(tǒng)和特別地PET系統(tǒng)的上下文中提 供示例，可注意到本技術(shù)還可用于例如超聲系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)系統(tǒng)和磁共振(MR)成像系統(tǒng)等成像系統(tǒng)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1，呈現(xiàn)用于校正在圖像中的運(yùn)動(dòng)的成像系統(tǒng)10的圖示。在該圖示的 實(shí)施例中，系統(tǒng)10是根據(jù)本技術(shù)設(shè)計(jì)成采集斷層攝影數(shù)據(jù)、將該斷層攝影數(shù)據(jù)重建成圖像 并且處理該圖像數(shù)據(jù)用于顯示和分析的正電子發(fā)射斷層攝影(PET)系統(tǒng)。該P(yáng)ET系統(tǒng)10 包括檢測(cè)器組件12、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16。該檢測(cè)器組件12典型地包括設(shè)置 在一個(gè)或多個(gè)環(huán)中的許多檢測(cè)器模塊(一般用標(biāo)號(hào)18命名)，如在圖1中描繪的。該P(yáng)ET 系統(tǒng)10還包括操作員工作站20和顯示器22。盡管在圖示的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14和 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16示為設(shè)置在檢測(cè)器組件12和操作員工作站20外面，在某些其他實(shí)現(xiàn)中，這 些部件中的一些或所有可提供為檢測(cè)器組件12和/或操作員工作站20的部分。前面提到 的部件中的每個(gè)將在接著的章節(jié)中更詳細(xì)地論述。
在PET成像中，患者13典型地被注入包含放射性示蹤劑的溶液。該溶液在整個(gè) 身體中不同程度地分布并且吸收，取決于采用的示蹤劑和在患者13中的器官和組織的功 能。例如，腫瘤典型地比相同類型的健康組織處理更多的葡萄糖。因此，包含放射性示蹤劑 的葡萄糖溶液可由腫瘤不成比例地代謝，允許通過(guò)放射性發(fā)射物定位和可視化腫瘤。特別 地，該放射性示蹤劑發(fā)射稱為正電子的粒子，其與稱為電子的互補(bǔ)粒子相互作用并且湮滅 以產(chǎn)生伽馬射線。在每個(gè)湮滅反應(yīng)中，發(fā)射相反方向上傳播的兩個(gè)伽瑪射線。在PET成像 系統(tǒng)10中，該對(duì)伽瑪射線由檢測(cè)器組件12檢測(cè)，檢測(cè)器組件12配置成確定在時(shí)間上足夠 近地檢測(cè)到的兩個(gè)伽瑪射線由相同的湮滅反應(yīng)產(chǎn)生。由于湮滅反應(yīng)的性質(zhì)，這樣的一對(duì)伽 瑪射線的檢測(cè)可用于確定伽瑪射線在碰撞檢測(cè)器組件12之前傳播所沿的響應(yīng)線(line of response) (LOR)，由此允許湮滅事件到該線的定位。繼續(xù)參照?qǐng)D1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14適應(yīng)于讀出響應(yīng)于來(lái)自檢測(cè)器組件12的檢測(cè)器模 塊18的伽瑪射線產(chǎn)生的信號(hào)。例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14可從檢測(cè)器組件12接收采樣模擬信 號(hào)并且將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用于隨后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16處理。在某些實(shí)施例中，計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)16可耦合于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14。由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14采集的信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 16用于進(jìn)一步處理。此外，在某些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16可包括圖像重建模塊17用于 重建由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14采集的數(shù)據(jù)以獲得圖像。在目前設(shè)想的配置中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16示 為包括圖像重建模塊17。然而，在某些其他實(shí)施例中，圖像重建模塊17可與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16 分離并且可操作地耦合于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16。根據(jù)本技術(shù)的方面，PET成像系統(tǒng)10可還包括示范性運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)24。該運(yùn)動(dòng) 校正子系統(tǒng)M可配置成校正在門控PET圖像中的運(yùn)動(dòng)。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“門控圖像”用 于指在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像。示范性運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M的工作將關(guān)于圖2-3更詳細(xì) 地描述。在目前設(shè)想的配置中，運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M操作地耦合于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16。然而，在 另一個(gè)實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M可是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16的一體部分。此外，在再另一個(gè)實(shí) 施例中，運(yùn)動(dòng)校正模塊M可遠(yuǎn)程耦合于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16。門控圖像可通過(guò)使用門控裝置(沒(méi)有在圖1中示出)采集。在一個(gè)實(shí)施例中，門 控裝置可耦合于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14以采集圖像數(shù)據(jù)。備選地，門控裝置可是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14 的一體部分。從而在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16重建以獲得多個(gè)圖 像。在一個(gè)實(shí)施例中，在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)可通過(guò)圖像重建模塊17重建以產(chǎn)生 多個(gè)圖像。操作員工作站20可由系統(tǒng)操作員利用以提供控制指令給描述的部件中的一些 或所有并且用于配置幫助數(shù)據(jù)采集和圖像產(chǎn)生的各種操作參數(shù)。耦合于操作員工作站20 的顯示器22可利用以觀察重建的圖像?？蛇M(jìn)一步注意到操作員工作站20和顯示器22可 耦合于其他輸出裝置，其可包括打印機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)監(jiān)視器。一般，顯示器、打印機(jī)、 工作站和相似裝置可設(shè)置在PET系統(tǒng)10附近。然而，顯示器、打印機(jī)、工作站和其他相似裝 置可遠(yuǎn)離PET系統(tǒng)10 (例如在機(jī)構(gòu)或醫(yī)院內(nèi)的別處或在完全不同的位置等)并且通過(guò)一個(gè) 或多個(gè)可配置網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)等)鏈接到PET系統(tǒng)10。當(dāng)前可用的重建技術(shù)典型地使用參考的配準(zhǔn)產(chǎn)生最終圖像。特別地，在參考的配 準(zhǔn)過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于個(gè)體門的圖像選擇作為參考，并且其他門控圖像配準(zhǔn)到該選擇的門控圖 像。遺憾地，其他門控圖像到選擇的參考門控圖像的該配準(zhǔn)引入相對(duì)于選擇的門控圖像的 偏移。具體地，如果選擇的參考門由于運(yùn)動(dòng)偽像的存在而質(zhì)量差，配準(zhǔn)到選擇的參考門的圖像將再現(xiàn)這樣的運(yùn)動(dòng)偽像。根據(jù)本技術(shù)的方面，提供通過(guò)避免選擇特定的門控圖像作為參 考來(lái)克服任何偏移的運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法。圖2是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的在門控圖像中的運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法的流程 圖30。更具體地，該示范性方法牽涉使用無(wú)參考非剛性配準(zhǔn)用于門控圖像中的運(yùn)動(dòng)校正。 運(yùn)動(dòng)校正的該示范性方法包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像，使用 該多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像，并且校正在該均值圖像或該多個(gè)圖像中或該均值圖像和該多個(gè) 圖像兩者中的運(yùn)動(dòng)。這通過(guò)迭代確定該均值圖像或該多個(gè)圖像或該均值圖像和該多個(gè)圖像 兩者的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個(gè)圖 像兩者而完成。該方法需要在多個(gè)時(shí)間間隔的圖像采集。如之前提到的，門控裝置可用于在該多 個(gè)時(shí)間間隔采集圖像數(shù)據(jù)以對(duì)例如心臟、肺、乳房和上腹部位置等區(qū)域成像以獲得多個(gè)門 控圖像。該門控圖像可通過(guò)采用例如但不限于相位門控技術(shù)、振幅門控技術(shù)或其組合等門 控技術(shù)獲得。因此，如在圖2中描繪的，該方法在步驟32開始，其中圖像數(shù)據(jù)在多個(gè)時(shí)間間隔采 集。該采集的圖像數(shù)據(jù)采用圖像重建技術(shù)重建，如由步驟34指示的。根據(jù)本技術(shù)的方面， 例如但不限于迭代圖像重建技術(shù)或?yàn)V波反投影技術(shù)等圖像重建技術(shù)可用于便于該采集的 圖像數(shù)據(jù)的重建。多個(gè)圖像36可通過(guò)應(yīng)用圖像重建技術(shù)于采集的圖像數(shù)據(jù)獲得。在一個(gè) 實(shí)施例中，圖像重建模塊17(參見圖1)可用于重建由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14(參見圖1)采集的 圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生多個(gè)圖像36。可注意到在多個(gè)圖像36的采集期間在患者13 (參見圖1)中 的運(yùn)動(dòng)和/或由于患者13中的器官移動(dòng)(例如由于呼吸引起的肺的移動(dòng)等)引起的運(yùn)動(dòng) 可導(dǎo)致在使用多個(gè)圖像36重建的圖像中的運(yùn)動(dòng)影響。因此，該多個(gè)圖像36可被處理以便于來(lái)自該多個(gè)圖像36的任何運(yùn)動(dòng)影響的校正。 這樣處理的圖像然后可用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“運(yùn)動(dòng)校正”可 用于指圖像中任何運(yùn)動(dòng)影響的校正。并且，術(shù)語(yǔ)“運(yùn)動(dòng)校正”和“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”可交換使用。 為此，根據(jù)本技術(shù)的方面，均值圖像40可使用多個(gè)圖像36計(jì)算，如由步驟38指示的。在 一個(gè)實(shí)施例中，均值圖像40可通過(guò)對(duì)多個(gè)圖像36中的像素強(qiáng)度取平均而計(jì)算。如本文使 用的，術(shù)語(yǔ)“對(duì)多個(gè)圖像取平均”可用于指在多個(gè)圖像36中的像素強(qiáng)度的均值、中值或眾數(shù) (mode)的計(jì)算以獲得均值圖像40。在備選實(shí)施例中，均值圖像40可通過(guò)計(jì)算在多個(gè)圖像 36中的像素強(qiáng)度的算術(shù)平均數(shù)而計(jì)算。可注意到運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M(參見圖1)可用于產(chǎn) 生均值圖像40。如之前提到的，多個(gè)圖像36可包含由于任何患者運(yùn)動(dòng)和/或患者中的器官移動(dòng)引 起的運(yùn)動(dòng)影響。因此，在步驟42，做出關(guān)于例如由于患者運(yùn)動(dòng)或器官移動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)影響 是否在多個(gè)圖像36中或在均值圖像40或在多個(gè)圖像36和均值圖像40兩者中存在的確 定。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)影響在多個(gè)圖像36或均值圖像40中的存在可通過(guò)比較門控圖 像(例如多個(gè)圖像36等)中的每個(gè)與均值圖像40來(lái)驗(yàn)證。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)圖像36中的每個(gè)可通過(guò)使用配準(zhǔn)度量與均值圖 像40比較。根據(jù)本技術(shù)的方面，該配準(zhǔn)度量可包括均方誤差度量、交互信息度量或相關(guān)性 度量。在某些其他實(shí)施例中，還可使用均方誤差度量、交互信息度量或相關(guān)性度量的組合。 通過(guò)示例，如果配準(zhǔn)度量包括均方誤差度量，可計(jì)算對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像36中的每個(gè)的均方誤
7差值。可注意到對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像36中的每個(gè)的均方誤差值可代表對(duì)應(yīng)圖像36和均值圖像 40之間強(qiáng)度差。此外，在步驟42，如果對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像36中的每個(gè)的均方誤差值小于確定 的閾值，可推斷多個(gè)圖像36得以運(yùn)動(dòng)校正。隨后，運(yùn)動(dòng)校正的多個(gè)圖像36可用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 校正的最終圖像50。然而，在步驟42，如果確定多個(gè)圖像36包括運(yùn)動(dòng)影響，多個(gè)圖像36可進(jìn)一步處理 以進(jìn)一步減少運(yùn)動(dòng)影響在多個(gè)圖像36中的存在。特別地，如果對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像36中的至 少一個(gè)圖像的均方誤差值大于確定的閾值，那么根據(jù)本技術(shù)的方面多個(gè)圖像36可變換到 均值圖像40，如由步驟44描繪的。具體地，多個(gè)圖像36可通過(guò)將多個(gè)圖像36中的每個(gè)與 均值圖像40配準(zhǔn)來(lái)變換。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)圖像36中的每個(gè)可通過(guò)使用非剛性配準(zhǔn) 技術(shù)與均值圖像40配準(zhǔn)。因此，將多個(gè)圖像36與均值圖像40配準(zhǔn)的該示范性方法還可稱 為無(wú)參考非剛性配準(zhǔn)方法，因?yàn)樵摲椒ú恍枰囟ㄩT控圖像作為參考的選擇和使用。在備 選實(shí)施例中，多個(gè)圖像36中的每個(gè)可使用剛性配準(zhǔn)技術(shù)與均值圖像40配準(zhǔn)。由于在步驟 44的該變換，可獲得多個(gè)變換的圖像46。在某些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M可配置成確 定對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像36中的每個(gè)的均方誤差值并且便于多個(gè)變換的圖像46的產(chǎn)生。繼多個(gè)變換的圖像在步驟44產(chǎn)生后，可使用多個(gè)變換的圖像46計(jì)算更新的均值 圖像，如由步驟48描繪的。因此，均值圖像40現(xiàn)在可代表更新的均值圖像。該在步驟48 產(chǎn)生的更新的均值圖像可稱為“進(jìn)化的”均值圖像，因?yàn)楦碌木祱D像使用多個(gè)變換的圖 像46 (其進(jìn)而通過(guò)將多個(gè)圖像36配準(zhǔn)到均值圖像40產(chǎn)生)產(chǎn)生?？稍俅螆?zhí)行檢查以確定運(yùn)動(dòng)影響是否在多個(gè)變換的圖像46中存在，如由判定框 42描繪的。具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)影響在多個(gè)變換的圖像46中的存在的確定可通 過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)的均方誤差值獲得。對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46 中的每個(gè)的均方誤差值可代表對(duì)應(yīng)變換的圖像46和更新的均值圖像之間強(qiáng)度差。此外，如 果對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷變換的 圖像46現(xiàn)在得以運(yùn)動(dòng)校正。該多個(gè)變換的圖像46和/或?qū)?yīng)的更新均值圖像可用于產(chǎn)生 運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像50。然而，在步驟42，如果確定對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46中的至少一個(gè)的均方誤差值 大于確定的閾值，那么可推斷多個(gè)變換的圖像46沒(méi)有完全得以運(yùn)動(dòng)校正。因此，步驟40-48 可迭代重復(fù)直到對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46的均方誤差值小于確定的閾值。具有小于確定 的閾值的對(duì)應(yīng)均方誤差值的多個(gè)變換的圖像46可用于產(chǎn)生最終運(yùn)動(dòng)校正的圖像50。根據(jù)本發(fā)明的其他方面，不是基于均方誤差值的迭代，而是步驟40-48可簡(jiǎn)單地 迭代執(zhí)行設(shè)置的迭代數(shù)。通過(guò)示例，步驟40-48可執(zhí)行N個(gè)迭代。例如，在第N個(gè)迭代產(chǎn)生 的多個(gè)變換的圖像可用于重建最終的運(yùn)動(dòng)校正圖像50。此外，根據(jù)本技術(shù)的其他方面，可對(duì)更新的均值圖像檢查運(yùn)動(dòng)影響的存在。具體 地，運(yùn)動(dòng)影響在更新的均值圖像中的存在可通過(guò)比較在當(dāng)前迭代(第N個(gè)迭代)產(chǎn)生的均 值圖像與在之前迭代(第N-I個(gè)迭代)產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)均值圖像來(lái)檢查。通過(guò)示例，均值圖像 的當(dāng)前迭代可包括使用多個(gè)變換的圖像46產(chǎn)生的更新的均值圖像，而均值圖像的之前迭 代可包括使用多個(gè)圖像36產(chǎn)生的均值圖像40。在本示例中，可計(jì)算對(duì)應(yīng)于更新的均值圖像 的均方誤差值。該均方誤差值可代表更新的均值圖像和均值圖像40之間強(qiáng)度差。如果計(jì) 算的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷更新的均值圖像得以運(yùn)動(dòng)校正。該更新的均值圖像可代表運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像50或可用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像50。然而，如果均方誤差值大于確定的閾值，那么可推斷更新的均值圖像沒(méi)有完全運(yùn) 動(dòng)校正。因此，步驟40-48可迭代重復(fù)直到對(duì)應(yīng)于更新的均值圖像的均方誤差值小于確定 的閾值。這里再次，不是基于均方誤差值的迭代，而是步驟40-48可簡(jiǎn)單地迭代執(zhí)行設(shè)置的 迭代數(shù)(例如N個(gè)迭代)并且在第N個(gè)迭代產(chǎn)生的更新的均值圖像可用于產(chǎn)生最終圖像或 可代表最終運(yùn)動(dòng)校正圖像50。根據(jù)本技術(shù)的再另一個(gè)方面，關(guān)于運(yùn)動(dòng)影響是否存在的確定可通過(guò)比較在當(dāng)前迭 代(第N個(gè)迭代)產(chǎn)生的圖像與在之前迭代(第N-I個(gè)迭代)產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)圖像完成。通過(guò) 示例，圖像的當(dāng)前迭代可包括多個(gè)變換的圖像46，而圖像的之前迭代可包括多個(gè)圖像36。 具體地，可計(jì)算對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)的均方誤差值。該均方誤差值可代表多 個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)和對(duì)應(yīng)圖像36之間強(qiáng)度差。如果計(jì)算的對(duì)應(yīng)于多個(gè)變換的圖像 46中的每個(gè)的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷多個(gè)變換的圖像46得以運(yùn)動(dòng)校正。 多個(gè)變換的圖像46可用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像50。然而，如果多個(gè)變換的圖像46中的至少一個(gè)的均方誤差值大于確定的閾值，那么 可推斷多個(gè)變換的圖像46沒(méi)有完全運(yùn)動(dòng)校正。因此，步驟40-48可迭代重復(fù)直到對(duì)應(yīng)于多 個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)的均方誤差值小于確定的閾值。備選地，步驟40-48可迭代執(zhí)行 設(shè)置的迭代數(shù)。另外，根據(jù)本技術(shù)的另外方面，在步驟42，在門控PET圖像中的運(yùn)動(dòng)校正還可基于 多個(gè)圖像36的收斂性和/或均值圖像40的收斂性來(lái)驗(yàn)證。如本文使用的，如果對(duì)應(yīng)于多 個(gè)圖像的當(dāng)前迭代的均方誤差值和對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像的之前迭代的均方誤差值之間的差小 于確定的閾值，則多個(gè)圖像認(rèn)為是“收斂的”。具體地，如果在當(dāng)前迭代(例如，第N個(gè)迭代) 確定的均方誤差值大致上相似于在之前的迭代(第N-I個(gè)迭代)確定的均方誤差值，或如 果對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代和之前迭代的均方誤差值之間的差小于確定的閾值，則可推斷對(duì)應(yīng)于當(dāng) 前迭代的圖像和對(duì)應(yīng)于之前迭代的那些圖像已經(jīng)“收斂”。該收斂性可代表在對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭 代的圖像中的運(yùn)動(dòng)校正。這些對(duì)應(yīng)于當(dāng)前迭代的收斂的變換圖像然后可用于產(chǎn)生最終圖像 50，其中最終圖像50代表運(yùn)動(dòng)校正圖像。然而，如果沒(méi)有達(dá)到收斂，步驟40-48可迭代重復(fù) 直到獲得收斂性。在再另一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)影響的存在可通過(guò)比較均值圖像的當(dāng)前迭代與均值圖 像的之前迭代來(lái)檢查。通過(guò)示例，在第N個(gè)迭代獲得的均值圖像可與在第N-I個(gè)迭代獲得 的均值圖像比較以檢查運(yùn)動(dòng)影響的校正。因此，如果對(duì)應(yīng)于均值圖像的當(dāng)前迭代(第N個(gè) 迭代)的均方誤差值和對(duì)應(yīng)于均值圖像的之前迭代(第N-I個(gè)迭代)的均方誤差值大致上 相似，或如果對(duì)應(yīng)于均值圖像的當(dāng)前迭代和之前迭代的均方誤差值之間的差小于確定的閾 值，那么可推斷均值圖像已經(jīng)收斂。該收斂的均值圖像可代表運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像或可用 于產(chǎn)生該運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像。此外，根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，在多個(gè)變換的圖像46中 的運(yùn)動(dòng)影響的存在的確定可通過(guò)比較多個(gè)變換的圖像46中的每個(gè)與對(duì)應(yīng)變換的圖像的之 前迭代來(lái)完成。繼續(xù)參照?qǐng)D2，最終圖像50得以運(yùn)動(dòng)校正并且具有提高的圖像質(zhì)量，因?yàn)樽罱K圖 像50使用得以運(yùn)動(dòng)影響校正的多個(gè)變換的圖像(收斂的變換圖像)和/或更新的均值圖 像(收斂的更新均值圖像)產(chǎn)生。更特別地，運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法通過(guò)將門控圖像中的每個(gè)配準(zhǔn)到進(jìn)化的均值圖像來(lái)消除朝特定參考門控圖像的偏移，由此最小化在最終圖像50 中的運(yùn)動(dòng)影響。運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像50的產(chǎn)生進(jìn)而便于在感興趣對(duì)象中的任何異常的準(zhǔn) 確確定?？勺⒁獾皆谀承?shí)施例中運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)M可用于執(zhí)行圖2的步驟32-50。此 外，從而產(chǎn)生的最終圖像50可在圖1的顯示裝置22上顯示。實(shí)現(xiàn)如在上文中描述的運(yùn)動(dòng)校正的方法，可獲得具有增強(qiáng)的圖像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)校正 的最終圖像。此外，收斂的速度可相當(dāng)大地提高，因?yàn)檫M(jìn)化的圖像用于檢查以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校 正。圖3是描繪根據(jù)關(guān)于圖2描述的示范性方法的例如圖2的多個(gè)圖像36等門控圖 像的收斂性的圖示60。如之前提到的，如果對(duì)應(yīng)于多個(gè)圖像中的每個(gè)的均方誤差值不在隨 后的迭代中相當(dāng)大地改變，則認(rèn)為達(dá)到收斂。備選地，收斂性的驗(yàn)證可通過(guò)執(zhí)行設(shè)定數(shù)量的 迭代獲得。在圖3中呈現(xiàn)的示例中，執(zhí)行固定數(shù)量的迭代以獲得收斂性?？勺⒁獾結(jié)軸62 代表均方誤差值而X軸64代表迭代的數(shù)量。在本示例中，采用配置成在六個(gè)時(shí)間間隔采集 圖像數(shù)據(jù)的門控裝置?？芍亟ㄔ谠摿鶄€(gè)門中的每個(gè)獲得的圖像數(shù)據(jù)以獲得六個(gè)門控圖像。 標(biāo)號(hào)66、68、70、72、74和76代表第一曲線、第二曲線、第三曲線、第四曲線、第五曲線和第六 曲線，分別描繪在每個(gè)迭代對(duì)應(yīng)于六個(gè)門控圖像Ik(其中K= 1至6)中的每個(gè)的均方誤差 值。如由在圖3中的第一曲線66圖示的，對(duì)于第一門控圖像I1,均方誤差值在第一迭 代中是大約M0000。如描繪的，在應(yīng)用關(guān)于圖2描述的示范性運(yùn)動(dòng)校正方法后，均方誤差值 在第二迭代減小到大約180000的值。此外，對(duì)應(yīng)于第一門控圖像I1的均方誤差值在大約 第十三個(gè)迭代減小到大約60000。并且，對(duì)應(yīng)于第一門控圖像I1的均方誤差值在繼第十三 個(gè)迭代后的迭代中不相當(dāng)大地改變，由此描繪收斂性。另外，如由圖3中的曲線68、70、72、74和76描繪的，對(duì)應(yīng)于門控圖像中的每個(gè)的 均方誤差值隨每個(gè)迭代減小并且在大約第十三個(gè)迭代達(dá)到大致上相似的值。另外，這些均 方誤差值在隨后的迭代中不相當(dāng)大地改變，由此指示收斂性。通過(guò)示例，對(duì)應(yīng)于六個(gè)門控圖 像中的每個(gè)的均方誤差值在大約第十三個(gè)迭代減小到大約60000的值并且在隨后的迭代 中不改變，由此收斂到大致上相似的值。如在上文中描述的門控PET圖像中的運(yùn)動(dòng)校正的系統(tǒng)和方法具有例如消除朝特 定門圖像的偏移等若干優(yōu)勢(shì)。結(jié)果，與通過(guò)使用選擇個(gè)體門作為參考的其他方法產(chǎn)生的圖 像相比，獲得具有增強(qiáng)的圖像質(zhì)量的圖像。此外，運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法產(chǎn)生這些門之間的 被校正了例如呼吸運(yùn)動(dòng)等患者運(yùn)動(dòng)的最終圖像。提供了用于對(duì)準(zhǔn)和結(jié)合在呼吸周期上的從 多個(gè)門獲得的PET圖像信息的無(wú)參考非剛性配準(zhǔn)方法。該方法產(chǎn)生最終的“均值圖像”，其 中圖像模糊減少同時(shí)提高信噪比(SNR)。此外，示范性方法需要均值圖像的迭代聯(lián)合估計(jì)和 不同門圖像朝進(jìn)化均值的非剛性變換。另外，與涉及配準(zhǔn)到選擇作為參考圖像的個(gè)體門的 常規(guī)方法比較，運(yùn)動(dòng)校正的該方法可配置成提高收斂的速度。此外，通過(guò)前述選擇任何單個(gè) 門作為參考的本方法同樣地處理所有門并且由此未偏移。此外，提高的達(dá)到收斂的速度可使用示范性方法獲得，因?yàn)樵摲椒朔x擇參考 門的需要。此外，運(yùn)動(dòng)校正的示范性方法需要對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)門的信息的結(jié)合以產(chǎn)生均 值圖像。這提高用于產(chǎn)生最終圖像的光子數(shù)統(tǒng)計(jì)并且還對(duì)增加的信噪比有貢獻(xiàn)。另外，該 信息豐富的均值圖像然后用于圖像配準(zhǔn)。
該方法還增強(qiáng)PET圖像中噪聲的減少。在對(duì)示范性方法描述的配準(zhǔn)過(guò)程期間也可 包含噪聲模型，其中進(jìn)化的均值圖像可認(rèn)為是無(wú)噪聲的并且在多個(gè)門獲得的圖像可具有泊 松狀分布的噪聲。特別地，示范性方法可擴(kuò)展成通過(guò)泊松或備選的物理模型信號(hào)來(lái)模擬在 PET中的噪聲。使用來(lái)自PET圖像信息的信息模擬噪聲提供真正信號(hào)的估計(jì)。盡管本文僅圖示和描述本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將想到許多修改和 改變。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在覆蓋所有這樣的修改和改變，它們作為落入本發(fā)明 的真正精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種成像的方法，其包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像； 使用所述多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像；以及通過(guò)迭代確定所述均值圖像或所述多個(gè)圖像或所述均值圖像和所述多個(gè)圖像兩者的 收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個(gè)圖像兩 者，來(lái)校正在所述均值圖像或所述多個(gè)圖像中或在所述均值圖像和所述多個(gè)圖像兩者中的 運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性包括通過(guò)將所述多 個(gè)圖像配準(zhǔn)到所述均值圖像而變換所述多個(gè)圖像以獲得多個(gè)變換的圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述多個(gè)變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性包括比較所述均值 圖像的當(dāng)前迭代與所述均值圖像的之前迭代、或者比較所述多個(gè)圖像中的每個(gè)的當(dāng)前迭代 與對(duì)應(yīng)的之前迭代、或它們的組合。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性進(jìn)一步包括 變換所述多個(gè)圖像為更新的均值圖像以獲得多個(gè)新的變換圖像；以及使用所述多個(gè)新的變換圖像產(chǎn)生新的均值圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括采用所述收斂的更新均值圖像、所述收斂的 多個(gè)圖像或所述收斂的更新均值圖像和所述收斂的多個(gè)圖像兩者產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括在顯示器上顯示所述運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像。
8.一種成像的方法，其包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像； 使用所述多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像；通過(guò)將所述多個(gè)圖像配準(zhǔn)到所述均值圖像而變換所述多個(gè)圖像以獲得多個(gè)變換的圖像；使用所述多個(gè)變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像；以及通過(guò)迭代確定所述均值圖像或所述多個(gè)圖像或所述多個(gè)變換的圖像的收斂性以產(chǎn)生 收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的多個(gè)變換的圖像，而校正在所述均值圖像或所 述多個(gè)圖像或所述多個(gè)變換的圖像中的運(yùn)動(dòng)。
9.一種成像系統(tǒng)(10)，其包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(14)，用于在多個(gè)時(shí)間間隔的每個(gè)采集圖像數(shù)據(jù)； 用于重建所述圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(16)； 運(yùn)動(dòng)校正子系統(tǒng)(M)，其用于 使用所述多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像；通過(guò)迭代確定所述均值圖像或所述多個(gè)圖像或所述均值圖像和所述多個(gè)圖像兩者的 收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個(gè)圖像兩 者，而校正在所述均值圖像或所述多個(gè)圖像中或在所述均值圖像和所述多個(gè)圖像兩者中的 運(yùn)動(dòng)；以及顯示運(yùn)動(dòng)校正的最終圖像的顯示裝置02)。
10.如權(quán)利要求9所述的成像系統(tǒng)(10)，其中所述成像系統(tǒng)(10)包括正電子發(fā)射斷層 攝影系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)、磁共振成像系統(tǒng)或其組合。
全文摘要
提供成像的方法。該方法包括重建在多個(gè)時(shí)間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個(gè)圖像。此外，該方法包括使用該多個(gè)圖像產(chǎn)生均值圖像。該方法還包括通過(guò)迭代確定該均值圖像或該多個(gè)圖像的或該均值圖像和該多個(gè)圖像兩者的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個(gè)圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個(gè)圖像兩者，而校正在該均值圖像或該多個(gè)圖像中或在該均值圖像和該多個(gè)圖像兩者中的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102100565SQ201010604248
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者A·S·羅伊, G·戈帕拉克里什南, R·M·曼杰什瓦, R·穆利克, S·R·蒂魯文卡達(dá)姆 申請(qǐng)人:通用電氣公司