重建心臟相位圖像的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種重建心臟相位圖像的方法和裝置。該方法包括：直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所述放射線所形成的采集投影數(shù)據(jù)計算周期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)和所述綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述心臟相位圖像。該方法和裝置利用圖像自身的性質(zhì)，不需要諸如心電圖儀等外接設備即可重建出心臟相位圖像，避免了應用外接設備的過程中的檢測困難和檢測結(jié)果不準確等一系列問題。
【專利說明】重建心臟相位圖像的方法和裝置

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)學圖像處理方法，具體地，涉及一種重建心臟相位圖像的 方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 心臟核醫(yī)學成像中，被成像對象攝入放射性同位素藥物。放射性同位素藥物會隨 代謝分布于心臟等器官，同時放射性同位素衰變發(fā)出伽馬射線。在體外利用掃描儀檢測伽 馬射線，然后利用計算機通過重建算法重建出藥物在體內(nèi)分布的圖像用于疾病的診斷。核 醫(yī)學成像包括心臟單光子發(fā)射計算機斷層成像（SPECT)以及正電子發(fā)射斷層成像（PET)等 各種模態(tài)成像。
[0003] 獲取心跳周期不同相位的核醫(yī)學圖像對于心臟疾病的診斷有著重要作用，與傳統(tǒng) 不考慮心臟跳動的核醫(yī)學成像所獲得圖像相比，可以消除心臟搏動造成的偽影，提高圖像 分辨率。
[0004] 心臟舒張期和收縮期圖像的心腔大小和室壁厚薄均不同，其能提供心臟的不同功 能指標，如左心室舒張末期容積（EDV)，收縮末期容積（ESV)，射血分數(shù)（EF)等。獲取心臟 不同相位的核醫(yī)學圖像能夠提高心臟疾病診斷的靈敏度和準確率，同時可以提高小范圍心 肌灌注異常的檢出率。這對急性心肌缺血、慢性心肌缺血和心力衰竭的診斷、預后判斷及危 險度分層、療效評價方面有很大的價值。
[0005] 目前臨床獲取心臟不同相位的核醫(yī)學圖像的方法包括利用門控心肌核醫(yī)學顯像。 例如，通過利用心電圖儀獲取被檢查者的心電圖，根據(jù)心電圖上所指示的心臟相位來采集 當前心臟所處相位的各個角度的投影數(shù)據(jù)，然后利用圖像重建算法，獨立重建出每個相位 的心臟相位圖像。
[0006] 然而對于某些病人心臟信號過弱，或者某些動物心電監(jiān)測比較困難的情況，就無 法利用門控核醫(yī)學成像來獲取不同心臟相位的圖像。而且利用人體表面貼合電極的方式進 行心電檢測，檢測結(jié)果不準確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種重建心臟相位圖像的方法，包括：
[0008] 直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所述放射線所形成的采集投影數(shù)據(jù)計算周 期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)；以及
[0009] 根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)和所述綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述心臟相位圖像。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)進一步包括：
[0011] 根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)計算周期總投影數(shù)據(jù)；以及
[0012] 根據(jù)所述周期總投影數(shù)據(jù)中每個元素對應的放射線被檢測到的時間，將所述周期 總投影數(shù)據(jù)劃分成所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)進一步包括：
[0014] 直接利用所述放射線被檢測到的時間，將所述采集投影數(shù)據(jù)劃分為不同周期的不 同時間窗的時間窗數(shù)據(jù)；以及
[0015] 將不同周期的同一時間窗的時間窗數(shù)據(jù)累加，以獲得所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述重建所述心臟相位圖像包括：
[0017] 利用所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)重建靜態(tài)圖像；
[0018] 分割所述靜態(tài)圖像，并利用分割結(jié)果構(gòu)建分類稀疏矩陣；以及
[0019] 利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述分類稀疏矩陣重建所述心臟相位圖像。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述重建靜態(tài)圖像進一步包括：
[0021] 將所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)累加以獲得靜態(tài)投影數(shù)據(jù)，并且構(gòu)建三維 系統(tǒng)矩陣；以及
[0022] 利用所述靜態(tài)投影數(shù)據(jù)和三維系統(tǒng)矩陣重建所述靜態(tài)圖像。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明一個實施例，所述利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述分類稀疏矩陣重建所 述心臟相位圖像進一步包括：
[0024] 利用所述三維系統(tǒng)矩陣和所述分類稀疏矩陣構(gòu)建四維系統(tǒng)矩陣；
[0025] 利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述四維系統(tǒng)矩陣重建與不同相位的心臟相位圖像相 對應的系數(shù)向量；以及
[0026] 利用所述與不同相位的心臟相位圖像相對應的系數(shù)向量獲得所述心臟相位圖像。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供了一種重建心臟相位圖像的裝置，包括計算模塊和 重建模塊。計算模塊用于直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所述放射線所形成的采集 投影數(shù)據(jù)計算周期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)。重建模塊用于根據(jù)所述周 期投影數(shù)據(jù)和所述綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述心臟相位圖像。
[0028] 本發(fā)明提供的上述方法和裝置利用圖像自身的性質(zhì)，不需要諸如心電圖儀等外接 設備即可重建出心臟相位圖像，避免了使用外接設備的過程繁瑣和特定情況下應用外接設 備過程中的檢測困難和檢測結(jié)果不準確等一系列問題。
[0029] 在
【發(fā)明內(nèi)容】
中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步 詳細說明。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關鍵特征和 必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
[0030] 以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)點和特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實施方式及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0032] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的重建心臟相位圖像的方法的流程圖；
[0033] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的根據(jù)周期投影數(shù)據(jù)和綜合時間窗數(shù)據(jù)重建 心臟相位圖像的流程圖；以及
[0034] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的重建心臟相位圖像的裝置的示意性框圖。

【具體實施方式】
[0035] 在下文的描述中，提供了大量的細節(jié)以便能夠徹底地理解本發(fā)明。然而，本領域技 術(shù)人員可以了解，如下描述僅涉及本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明可以無需一個或多個這樣 的細節(jié)而得以實施。此外，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術(shù)特征未 進行描述。
[0036] 本發(fā)明提供了如圖1的流程圖所示的重建心臟相位圖像的方法100。該方法100 以SPECT成像系統(tǒng)來說明。本領域普通技術(shù)人員可以理解，SPECT成像僅為示例并非限制。 本發(fā)明的重建心臟相位圖像的方法可以普適于各種模態(tài)的核醫(yī)學成像系統(tǒng)。該方法1〇〇直 接利用常規(guī)核醫(yī)學成像獲得心臟相位圖像。其中，心臟相位圖像是指心臟在心跳周期的不 同相位所呈現(xiàn)的核醫(yī)學圖像。例如，將大約0.8秒的心跳周期劃分為10個相位，則心臟相 位圖像顯示了每0. 08秒心臟所呈現(xiàn)的核醫(yī)學圖像。
[0037] 如圖1所示，該方法100包括步驟S110,直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所 述放射線所形成的采集投影數(shù)據(jù)計算周期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)。
[0038] 當進行醫(yī)學成像時，將帶放射性的示蹤劑靜脈注射進入人體，然后探測器圍繞人 體采集從人體放射出來的放射線，例如：伽馬射線。下面以SPECT系統(tǒng)為例來詳細說明醫(yī)學 成像系統(tǒng)。在SPECT系統(tǒng)中，探測器是一種平板結(jié)構(gòu)，包括準直器，晶體，光電倍增管和模擬 定位電子電路四部分。準直器由單孔或多孔的鉛或鉛合金塊構(gòu)成，用于讓一定視野范圍內(nèi) 的、一定角度方向上的伽馬射線通過準直器進入晶體。晶體用于將檢測到的伽馬射線轉(zhuǎn)換 成熒光光子。光電倍增管將熒光光子按比例轉(zhuǎn)換成電子并倍增放大成易于測量的電脈沖信 號。模擬定位電子電路通過將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成用于確定晶體閃爍點位 置的X，Y信號和用于確定伽馬射線的能量信號。每條被檢測到的射線都有與之一一對應的 X，Y信號和能量信號。該能量信號用于確定該X，Y信號對應位置的采集投影數(shù)據(jù)。
[0039] -般而言，心臟以一定心跳周期進行運動。每個心跳周期可以分成多個相位。在 每個相位中，探測器可能旋轉(zhuǎn)一個或多個采集角度。探測器旋轉(zhuǎn)上述采集角度的時間稱為 一個時間窗。也就是說，與心跳周期的一個相位的持續(xù)時間相等的數(shù)據(jù)采集時間稱為一個 時間窗。在一次數(shù)據(jù)采集過程中，一般可以采集多個心跳周期的采集投影數(shù)據(jù)。
[0040] 利用上述采集投影數(shù)據(jù)計算在整個采集過程中周期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的 綜合時間窗數(shù)據(jù)。
[0041] 可以直接利用放射線被檢測到的時間，將采集投影數(shù)據(jù)排列為周期投影數(shù)據(jù)。換 言之，將每個心跳周期所采集的數(shù)據(jù)排列為周期投影數(shù)據(jù)PINX1。Pinxi可以表示為I XN個 像素值組成的列向量。其中，I為探測器在其旋轉(zhuǎn)的每個采集角度所采集的圖像的像素行 數(shù)*該圖像的像素列數(shù)*每個時間窗中采集角度的個數(shù)。換言之，I是每個時間窗中采集 的像素的個數(shù)。探測器在每個采集角度所采集的圖像每個像素與探測器通道一一對應。也 就是說，假設探測器通道的個數(shù)為K，則I = KX A，其中A為一個時間窗中采集角度的個數(shù)。 N為一個心跳周期所分成的相位數(shù)。
[0042] 綜合時間窗數(shù)據(jù)體現(xiàn)了每個時間窗中所采集的采集投影數(shù)據(jù)。綜合時間窗數(shù)據(jù)可 以根據(jù)上述周期投影數(shù)據(jù)計算，也可以根據(jù)采集投影數(shù)據(jù)直接計算。
[0043] 該方法100還包括步驟S120,根據(jù)上述周期投影數(shù)據(jù)和綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述 心臟相位圖像。
[0044] 如上所述，心臟相位圖像是心臟在心跳周期的不同相位所呈現(xiàn)的核醫(yī)學圖像。因 為每個時間窗和心跳周期的一個相位 對應。所以利用綜合時間窗數(shù)據(jù)可以重建出心臟 相位圖像。
[0045] 本發(fā)明所提供的上述重建心臟相位圖像的方法直接利用圖像自身的性質(zhì)，不需要 諸如心電圖儀等外接設備即可重建出心臟相位圖像，避免了應用外接設備的過程中的檢測 困難和檢測結(jié)果不準確等一系列問題。
[0046] 步驟SllO中的計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)進一步包括如下步驟。
[0047] 首先，根據(jù)周期投影數(shù)據(jù)計算周期總投影數(shù)據(jù)。例如，可以加和所有周期投影數(shù)據(jù) Pinxi，作為周期總投影數(shù)據(jù)I：PINX1。
[0048] 然后，根據(jù)周期總投影數(shù)據(jù)SPinxi中每個元素對應的放射線被檢測到的時間，將 周期總投影數(shù)據(jù)SPinxi劃分成綜合時間窗數(shù)據(jù)，即不同時間窗內(nèi)的時間窗數(shù)據(jù)P1，…，P N。 由此，SPinxi= (P1，…，Pn}t。時間窗數(shù)據(jù)Pn(其中1彡 n彡N)用于表示在數(shù)據(jù)采集過程 中，所有第n個時間窗內(nèi)采集到相應數(shù)據(jù)的和，其可以用包含IXl個元素的列向量來表示。
[0049] 例如，在心臟SPECT檢查中進行25分鐘的掃描，首先，將這25分鐘采集到的所有 數(shù)據(jù)按照放射線被檢測到的時間排列為周期投影數(shù)據(jù)Pinxi。假設，被檢測者的心跳周期 為0. 8秒。在整個數(shù)據(jù)采集過程中，共包括25X60 + 0. 8 = 1875個周期。相對應地，共有 1875個周期投影數(shù)據(jù)Pinxi。每個周期可被分為10個相位，即N = 10。每個相位持續(xù)的時 間0. 08秒即為一個時間窗。然后，加和1875個周期投影數(shù)據(jù)Pinxi，以計算周期總投影數(shù)據(jù) SPinxi。最后，按照周期總投影數(shù)據(jù)SPinxi中每個元素對應的放射線被檢測到的時間將該 周期總投影數(shù)據(jù)SPinxi劃分成綜合時間窗數(shù)據(jù)，g卩：時間窗數(shù)據(jù)P1，…，P1(l。
[0050] 在該實施例中，直接利用了已經(jīng)計算獲得的周期投影數(shù)據(jù)作為中間計算結(jié)果來計 算綜合時間窗數(shù)據(jù)，計算簡單，實現(xiàn)容易。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明另一具體實施例，步驟SllO中的計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù) 據(jù)進一步包括如下步驟。首先，直接利用放射線被檢測到的時間，將采集投影數(shù)據(jù)劃分成不 同周期的不同時間窗的時間窗數(shù)據(jù)。然后，將不同周期的同一時間窗的時間窗數(shù)據(jù)累加，以 獲得綜合時間窗數(shù)據(jù)。
[0052] 仍以上例為例，首先，直接利用放射線被檢測到的時間，將采集投影數(shù)據(jù)劃分成 25X60 + 0.8X10 = 18750個時間窗數(shù)據(jù)。然后，將不同周期的同一時間窗的時間窗數(shù)據(jù)對 應累加，獲得時間窗數(shù)據(jù)P1，…，P1(l。例如，P1等于1875個周期中每個周期的第一個時間窗 的時間窗數(shù)據(jù)的加和。
[0053] 上述的實施例中，綜合時間窗數(shù)據(jù)通過加和計算來獲得，本領域普通技術(shù)人員可 以理解，上述實施例僅用于示意而非限制，其也可以通過其他計算來獲得，例如加權(quán)平均 等。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，在步驟S120中，可以根據(jù)時間窗數(shù)據(jù)P1，…，P n重 建出心臟N個相位的心臟相位圖像^xl。如圖2所示，步驟S120具體可以包括如下子步驟。
[0055] S121，利用所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)重建靜態(tài)圖像。
[0056] 在本發(fā)明的一個具體實施例中，首先，將時間窗數(shù)據(jù)P1，…，Pn累加，以獲得靜 態(tài)投影數(shù)據(jù)=€+…+ &。在上述累加過程中，不考慮各個時間窗數(shù)據(jù)Pi(其中 1彡i彡N)之間的時間差別。
[0057] 構(gòu)建三維系統(tǒng)矩陣

【權(quán)利要求】
1. 一種重建心臟相位圖像的方法，包括： 直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所述放射線所形成的采集投影數(shù)據(jù)計算周期投 影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)；以及 根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)和所述綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述心臟相位圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù) 進一步包括： 根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)計算周期總投影數(shù)據(jù)；以及 根據(jù)所述周期總投影數(shù)據(jù)中每個元素對應的放射線被檢測到的時間，將所述周期總投 影數(shù)據(jù)劃分成所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù) 進一步包括： 直接利用所述放射線被檢測到的時間，將所述采集投影數(shù)據(jù)劃分為不同周期的不同時 間窗的時間窗數(shù)據(jù)；以及 將不同周期的同一時間窗的時間窗數(shù)據(jù)累加，以獲得所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建所述心臟相位圖像包括： 利用所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)重建靜態(tài)圖像； 分割所述靜態(tài)圖像，并利用分割結(jié)果構(gòu)建分類稀疏矩陣；以及 利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述分類稀疏矩陣重建所述心臟相位圖像。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述重建靜態(tài)圖像進一步包括： 將所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)累加以獲得靜態(tài)投影數(shù)據(jù)，并且構(gòu)建三維系統(tǒng) 矩陣；以及 利用所述靜態(tài)投影數(shù)據(jù)和所述三維系統(tǒng)矩陣重建所述靜態(tài)圖像。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述分類稀 疏矩陣重建所述心臟相位圖像進一步包括： 利用所述三維系統(tǒng)矩陣和所述分類稀疏矩陣構(gòu)建四維系統(tǒng)矩陣； 利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述四維系統(tǒng)矩陣重建與不同相位的心臟相位圖像相對應 的系數(shù)向量；以及 利用所述與不同相位的心臟相位圖像相對應的系數(shù)向量獲得所述心臟相位圖像。
7. -種重建心臟相位圖像的裝置，包括： 計算模塊，用于直接利用放射線被檢測到的時間，根據(jù)所述放射線所形成的采集投影 數(shù)據(jù)計算周期投影數(shù)據(jù)和不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)；以及 重建模塊，用于根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)和所述綜合時間窗數(shù)據(jù)重建所述心臟相位圖 像。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述計算模塊進一步包括： 周期總投影數(shù)據(jù)計算模塊，用于根據(jù)所述周期投影數(shù)據(jù)計算周期總投影數(shù)據(jù)；以及 第一綜合時間窗數(shù)據(jù)獲得模塊，用于根據(jù)所述周期總投影數(shù)據(jù)中每個元素對應的放射 線被檢測到的時間，將所述周期總投影數(shù)據(jù)劃分成所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述計算模塊進一步包括： 時間窗數(shù)據(jù)劃分模塊，用于直接利用所述放射線被檢測到的時間，將所述采集投影數(shù) 據(jù)劃分為不同周期的不同時間窗的時間窗數(shù)據(jù)；以及 第二綜合時間窗數(shù)據(jù)獲得模塊，用于將不同周期的同一時間窗的時間窗數(shù)據(jù)累加，以 獲得所述綜合時間窗數(shù)據(jù)。
10. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述重建模塊包括： 靜態(tài)圖像重建模塊，用于利用所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)重建靜態(tài)圖像； 分類稀疏矩陣構(gòu)建模塊，用于分割所述靜態(tài)圖像，并利用分割結(jié)果構(gòu)建分類稀疏矩陣； 以及 心臟相位圖像重建模塊，用于利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述分類稀疏矩陣重建所述心 臟相位圖像。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述靜態(tài)圖像重建模塊進一步包括： 第一子模塊，用于將所述不同時間窗內(nèi)的綜合時間窗數(shù)據(jù)累加以獲得靜態(tài)投影數(shù)據(jù)， 并且構(gòu)建三維系統(tǒng)矩陣；以及 第二子模塊，用于利用所述靜態(tài)投影數(shù)據(jù)和所述三維系統(tǒng)矩陣重建所述靜態(tài)圖像。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述心臟相位圖像重建模塊進一步包括： 四維系統(tǒng)矩陣構(gòu)建模塊，用于利用所述三維系統(tǒng)矩陣和所述分類稀疏矩陣構(gòu)建四維系 統(tǒng)矩陣； 系數(shù)向量重建模塊，用于利用所述周期投影數(shù)據(jù)和所述四維系統(tǒng)矩陣重建與不同相位 的心臟相位圖像相對應的系數(shù)向量；以及 心臟相位圖像獲得模塊，用于利用所述與不同相位的心臟相位圖像相對應的系數(shù)向量 獲得所述心臟相位圖像。
【文檔編號】A61B6/03GK104331914SQ201410479958
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】昝云龍, 黃秋, 彭旗宇, 許劍鋒, 閆澤武 申請人:東莞南方醫(yī)大松山湖科技園有限公司