專(zhuān)利名稱：用于在醫(yī)學(xué)成像中與時(shí)相相關(guān)地圖像重建的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從醫(yī)學(xué)成像的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)中與時(shí)相相關(guān)地(phasenkorrelierten)圖像重建的方法,該測(cè)量數(shù)據(jù)在包括多個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間段上來(lái)記錄。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行所建議的方法的裝置。該方法和裝置適合于計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)、特別是心臟CT (Kardio-CT)中的圖像重建。
背景技術(shù)：
目前在心臟CT中使用如下的采集方案和重建方法或者通過(guò)可預(yù)料到的觸發(fā)或者通過(guò)回溯數(shù)據(jù)選擇(門(mén)控)實(shí)現(xiàn)關(guān)于時(shí)相地顯示心臟。在可預(yù)料到的觸發(fā)的情況下僅在每個(gè)心動(dòng)周期的特定心臟時(shí)相期間記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。在其余時(shí)間段中不運(yùn)行或僅以明顯降低的功率運(yùn)行X射線管。通過(guò)EKG信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。由此可以在重建的圖像中避免由于心臟運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)偽影。在回溯數(shù)據(jù)選擇的情況下原則上可以關(guān)于整個(gè)心動(dòng)周期記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，以便事后選擇在心動(dòng)周期的各個(gè)相同的時(shí)相中所記錄了的測(cè)量數(shù)據(jù)并且為圖像重建引·入。在快速的機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)和/或在采用雙管系統(tǒng)時(shí)達(dá)到高的時(shí)間分辨率。但在較高的心率的情況下在可預(yù)料到的觸發(fā)中X射線管的高電流區(qū)域必須擴(kuò)展出診斷相關(guān)的時(shí)間范圍，因?yàn)榇颂幈仨毣厮莸卣{(diào)整最佳的心臟時(shí)相。此外對(duì)于功能檢查，在心縮收縮末期(Endsystole)還需要輻照。在兩種情況下與回溯數(shù)據(jù)選擇一樣需要所謂的過(guò)輻射，該過(guò)輻射不完全被臨床使用。但為了改善量子統(tǒng)計(jì)法在重建的圖像中期望使用全部施加的輻射，以便最佳地使用所施加的劑量。如果能夠完全使用所施加的輻射，則在恒定的對(duì)比度對(duì)噪聲(Kontrast-zu-Rauschen)的情況下可以減小患者劑量。為了改善所施加的X射線劑量的利用，可以配準(zhǔn)根據(jù)不同的時(shí)相的測(cè)量數(shù)據(jù)。為此首先對(duì)于不同的心臟時(shí)相分別關(guān)于時(shí)相地重建圖像并且然后借助3D-3D配準(zhǔn)確定運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。然后該運(yùn)動(dòng)場(chǎng)找出由測(cè)量數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)剡M(jìn)行圖像重建中的開(kāi)始部分。但由關(guān)于時(shí)相重建的圖像來(lái)確定運(yùn)動(dòng)場(chǎng)必須是高精的，以確保心臟冠狀動(dòng)脈的精確配準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供用于從醫(yī)學(xué)成像的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)中與時(shí)相相關(guān)地圖像重建的一種方法和一種裝置，該方法無(wú)需確定運(yùn)動(dòng)場(chǎng)就能完全使用施加的劑量。上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)按照本發(fā)明的方法和裝置來(lái)解決。該方法和裝置的優(yōu)選的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容或者可以從隨后的描述以及實(shí)施例中得出。在所建議的方法中，根據(jù)關(guān)于包括多個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間段記錄的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)首先由全部或至少一部分測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)于多個(gè)心動(dòng)周期重建不與時(shí)相相關(guān)的3D圖像或圖像體積fstd。圖像重建以公知的方法通過(guò)合適的反投影進(jìn)行。然后迭代地重建與時(shí)相相關(guān)的圖像，該圖像通過(guò)不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd來(lái)初始化。在該迭代的與時(shí)相相關(guān)的圖像重建中在第k個(gè)迭代步驟中根據(jù)如下等式(更新等式)重新計(jì)算重建的圖像體積fk:fk+1=fk+X_1pc* (p-xpc*fk) +R (fk)其中X^。相應(yīng)于對(duì)圖像重建的反投影，Xpc相應(yīng)于對(duì)應(yīng)的投影，P相應(yīng)于用于時(shí)相正確的反投影的與時(shí)相相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且R (fk)相應(yīng)于用于穩(wěn)定迭代的正則化項(xiàng)。用于時(shí)相正確的反投影的與時(shí)相相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)P是分別在相同的時(shí)間段中在每個(gè)心動(dòng)周期的相同心臟時(shí)相期間的測(cè)量數(shù)據(jù)。該測(cè)量數(shù)據(jù)由此也相應(yīng)于在回溯數(shù)據(jù)選擇的情況下用于重建的測(cè)量數(shù)據(jù)。同樣可以以常見(jiàn)的方式由在采集測(cè)量數(shù)據(jù)期間同時(shí)記錄的EKG觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)出相同的心臟時(shí)相或相同的時(shí)間段。在此測(cè)量數(shù)據(jù)被理解為在執(zhí)行成像期間繪制的并且必要時(shí)在重建圖像之前進(jìn)一步處理 的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù)然后重建3D圖像或圖像體積。在所建議的方法中，在固定預(yù)定數(shù)量的迭代步驟之后或者在達(dá)到或超過(guò)在當(dāng)前迭代步驟的重建的圖像體積與前面迭代步驟的重建的圖像體積之間的一致程度之后可以結(jié)束迭代。在迭代結(jié)束之后在顯示器上顯示與時(shí)相相關(guān)的重建的圖像體積。通過(guò)所建議的方法基于與時(shí)相相關(guān)的圖像重建來(lái)減少由于心臟運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)偽影，但同時(shí)使用全部記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)或從中選擇部分來(lái)減小圖像噪聲。由此實(shí)現(xiàn)與時(shí)相相關(guān)的圖像重建，該圖像重建無(wú)需精確地確定運(yùn)動(dòng)場(chǎng)就已足夠并且盡管如此卻最佳地使用所施加的輻射。在所建議的方法的優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于穩(wěn)定迭代的高通濾波器被用作正則化項(xiàng)。在替換的實(shí)施方式中，也可以以TV (Total Variation，完全變化)范數(shù)最小化的形式表達(dá)正則化，該正則化還使用不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd。在此在每個(gè)迭代步驟中使代價(jià)函數(shù)—最小化。在此，參數(shù)α表示加權(quán)因數(shù)。LI表示矢量的Li范數(shù)。由此在該實(shí)施方式中將R(fk)=+(ι-^Ηυ/；4置為上述更新等式。所建議的裝置包括用于存儲(chǔ)在多個(gè)心動(dòng)周期上記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置以及計(jì)算處理器，利用該計(jì)算處理器執(zhí)行為方法所需用于圖像重建的計(jì)算步驟。該裝置還包括重建單元，該重建單元被這樣構(gòu)造，使得其首先從存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)或足以隨后減小噪聲的大部分測(cè)量數(shù)據(jù)中重建不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd。重建單元還被這樣構(gòu)造，使得其隨后迭代地進(jìn)行與時(shí)相相關(guān)的重建圖像，該圖像重建通過(guò)不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd來(lái)初始化并且其中在第k個(gè)迭代步驟中根據(jù)上述更新等式重新計(jì)算重建的圖像體積fk。優(yōu)選地，該裝置與顯示器相連接，在該顯示器上在迭代結(jié)束之后顯示與時(shí)相相關(guān)的重建的圖像體積。該方法既可以用于僅具有一個(gè)拍攝系統(tǒng)(即一個(gè)X射線管和一個(gè)X射線探測(cè)器)的CT系統(tǒng)，也可以用于所謂的多輻射器系統(tǒng)。該方法顯示也適用于其它CT系統(tǒng)或C形臂系統(tǒng)。


下面根據(jù)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)所建議的方法和相關(guān)的裝置作進(jìn)一步說(shuō)明。附圖中圖I示出了在心臟CT中作為時(shí)間的函數(shù)的管電流的示例；圖2示出了在所建議的方法中方法流程的示意圖；和圖3示出了裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式在心臟CT中在回溯門(mén)控的情況下記錄關(guān)于多個(gè)心動(dòng)周期的測(cè)量數(shù)據(jù)。圖I在左圖中示出了關(guān)于完整心動(dòng)周期的X射線管的管電流I。但對(duì)于與時(shí)相相關(guān)的圖像重建在許多情況下僅使用在時(shí)間點(diǎn)I附近的區(qū)域2中的測(cè)量數(shù)據(jù)，在該時(shí)間點(diǎn)I處應(yīng)當(dāng)重建CT圖像。測(cè)量數(shù)據(jù)的其余區(qū)域3不用于圖像重建。在可預(yù)料到的觸發(fā)的情況下高電流區(qū)域可以緊密地限制在對(duì)于診斷重要的窗口(Fenster)。但對(duì)于較高的心率或在需要附加功能信息的情況下必須進(jìn)一步擴(kuò)展高電流區(qū)域。這點(diǎn)又導(dǎo)致在不被使用的測(cè)量數(shù)據(jù)上具有更大的時(shí)間范圍。在所建議的方法中，在迭代的重建過(guò)程中最優(yōu)地或最佳地使用為采集測(cè)量數(shù)據(jù)而施加的X射線劑量。這一點(diǎn)在圖I的右圖中勾畫(huà)，其中對(duì)于時(shí)間點(diǎn)I的圖像重建，在心動(dòng)周期中使用測(cè)量數(shù)據(jù)的總的區(qū)域4。這一點(diǎn)明顯適用于全部心動(dòng)周期，關(guān)于該心動(dòng)周期對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在所建議的方法中，在采集5測(cè)量數(shù)據(jù)之后首先在不與時(shí)相相關(guān)的重建6中產(chǎn)生不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd，下面也稱為在先圖像體積(Prior-Bi I dvo Iumen )。該在先圖像體積fstd積累了全部施加的劑量，即考慮測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍>180° (相對(duì)于機(jī)架旋轉(zhuǎn))。在極端情況下該數(shù)據(jù)范圍包括對(duì)于每個(gè)心動(dòng)周期的X射線管的全部高電流時(shí)相。然后在先圖像體積fstd初始化關(guān)于時(shí)相的迭代重建8，選擇7測(cè)量數(shù)據(jù)P引入到該迭代重建。通過(guò)校正項(xiàng)P - Xpc^fk的與時(shí)相相關(guān)的重建減小在先圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影，但同時(shí)在先圖像的小的噪聲傳輸?shù)降母聢D像中。在第k個(gè)迭代步驟中成立如下更新等式
fk+1=fk+X_1pc* (P - xpc*fk) +R (fk)fk描述了在更新步驟k中重建的圖像體積。投影Xpc或反投影ΧΛ。保證了正確時(shí)相的前向投影或重建，并且P表示測(cè)量數(shù)據(jù)的范圍，該范圍為時(shí)相正確的心臟重建所需。通過(guò)在先圖像體積fstd來(lái)初始化迭代。R (fk)表示用于穩(wěn)定迭代(正則化)的高通濾波器。正則化與像素相鄰處的灰度值相關(guān)聯(lián)。在迭代結(jié)束之后，例如在固定數(shù)量的迭代步驟之后或在超過(guò)各個(gè)重建的圖像體積與前面迭代步驟的圖像體積的比較量度的情況下結(jié)束迭代并且在顯示器上顯示當(dāng)前的重建的圖像體積或CT圖像(圖2中步驟9)。示意性的方法流程可以由圖2看出。圖3強(qiáng)烈示意性示出了該裝置或數(shù)據(jù)處理裝置的示例性的構(gòu)造，具有用于存儲(chǔ)所記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置10、利用其執(zhí)行為圖像重建所需的計(jì)算步驟的計(jì)算處理器11以及重建單元12 (例如軟件模塊)。在使用存儲(chǔ)單元和計(jì)算處理器的情況下重建單元12執(zhí)行按照所建議的方法的圖像重建。然后重建的圖像可以在所連接的顯示屏13上顯示.盡管通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明和描述，但本發(fā)明不受所公開(kāi)的示例的限制并且能夠由專(zhuān)業(yè)人員推導(dǎo)出其它變形，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于從醫(yī)學(xué)成像的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)中與時(shí)相相關(guān)地圖像重建的方法，該測(cè)量數(shù)據(jù)在包括多個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間段上來(lái)記錄，其中 首先在使用部分或全部測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下重建不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd(6)，并且 然后迭代地進(jìn)行與時(shí)相相關(guān)的圖像重建(8)，通過(guò)所述不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd來(lái)初始化該圖像重建，并且其中在第k個(gè)迭代步驟中根據(jù)如下等式重新計(jì)算重建的圖像體積fk fk+i=fk+xV(p-Xpc*fk)+R(fk) 其中χΛ。相應(yīng)于對(duì)圖像重建的反投影，xpc相應(yīng)于對(duì)應(yīng)的投影，P相應(yīng)于用于時(shí)相正確的反投影的與時(shí)相相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且R (fk)相應(yīng)于用于穩(wěn)定迭代的正則化項(xiàng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，高通濾波器被用作正則化項(xiàng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，為正則化使用TV范數(shù)最小化技術(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在每個(gè)迭代步驟中最小化代價(jià)函數(shù)其中0〈a d
5.一種用于從醫(yī)學(xué)成像的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)中與時(shí)相相關(guān)地圖像重建的裝置，在包括多個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間段上記錄該測(cè)量數(shù)據(jù)，具有 -存儲(chǔ)裝置(10 )，用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)， -計(jì)算處理器(11)，利用該計(jì)算處理器執(zhí)行為圖像重建所需的計(jì)算步驟，以及 -重建單元(12)，該重建單元被這樣構(gòu)造，使得其首先在使用部分或全部存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下重建不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd (6)并且隨后按照上述權(quán)利要求所述的方法迭代地進(jìn)行與時(shí)相相關(guān)的圖像重建(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從醫(yī)學(xué)成像的斷層造影的測(cè)量數(shù)據(jù)中與時(shí)相相關(guān)地圖像重建的一種方法和一種裝置，該測(cè)量數(shù)據(jù)在包括多個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)間段上來(lái)記錄。在該方法中首先在使用部分或全部測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下重建(6)不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd。然后迭代地重建(8)與時(shí)相相關(guān)的圖像，該圖像通過(guò)所述不與時(shí)相相關(guān)的圖像體積fstd來(lái)初始化。在該圖像重建中在第k個(gè)迭代步驟中根據(jù)如下等式重新計(jì)算重建的圖像體積fkfk+1=fk+X-1pc*(p–Xpc*fk)+R(fk)。所述方法和所述裝置實(shí)現(xiàn)了在重建與時(shí)相相關(guān)的圖像時(shí)使用最佳的劑量。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102949201SQ201210284648
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者H.布魯?shù)?申請(qǐng)人:西門(mén)子公司