專利名稱：用于灌注圖像的處理的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于特別在灌注(perfusion)成像期間重建物體的與時(shí)間有關(guān)的表示的圖像處理設(shè)備和方法。而且，本發(fā)明涉及包括這樣的設(shè)備的X射線檢查系統(tǒng)和實(shí)施所述方法的計(jì)算機(jī)程序以及X射線系統(tǒng)。
灌注成像是在醫(yī)療應(yīng)用中一種重要的功能性成像方法，它傳遞有關(guān)組織的血液供應(yīng)和組織活力的信息以及在介入期間有價(jià)值的信息。按照當(dāng)前的技術(shù)，灌注成像需要獲取具有約0.75-1秒的幀速率的(多)截面圖像的時(shí)間系列(典型地約40幅)。在獲取和重建各個(gè)截面圖后，對圖像時(shí)間系列進(jìn)行估算和計(jì)算出一個(gè)灌注圖。
在US 6 373 920 B1中描述的灌注成像程序過程中，不用對照劑(contrast agent)取第一組投影，然后用對照劑取第二組投影。根據(jù)每組重建的圖像的差別，計(jì)算灌注圖像。
當(dāng)前的C臂X射線由于它們的旋轉(zhuǎn)速度和檢測器幀速率方面的限制，這樣的系統(tǒng)不能被使用于根據(jù)短時(shí)間間隔內(nèi)生成的截面圖進(jìn)行灌注成像。
基于這種情形，本發(fā)明的目的是提供用于易于實(shí)行灌注成像的裝置，特別是使用于通常的基于C臂的X射線系統(tǒng)。
這個(gè)目的是通過按照權(quán)利要求1的圖像處理設(shè)備，按照權(quán)利要求9的X射線檢查系統(tǒng)，按照權(quán)利要求13的方法，按照權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序，按照權(quán)利要求16的記錄載體，和按照權(quán)利要求17的X射線系統(tǒng)而達(dá)到的。
按照第一方面，本發(fā)明包括圖像處理設(shè)備，用于重建物體的與時(shí)間有關(guān)的表示I(x，t)。該設(shè)備可以由計(jì)算機(jī)連同適當(dāng)?shù)某绦蛞黄饋韺?shí)現(xiàn)，以執(zhí)行需要的圖像處理。重建的表示具體地可以是物體的二維或三維截面圖，而物體具體地可以是病人的血管系統(tǒng)，其中將研究灌注或其中將重建對照劑的流動。由于灌注是時(shí)變的過程，各個(gè)截面像不是靜止的而是也與時(shí)間有關(guān)的。該設(shè)備適配于用給定的參數(shù)化模型函數(shù)I*(a(x)，t)以便逼近函數(shù)I(x，t)，以及藉助于物體(2)在時(shí)間tij生成的一組投影pij來估算N維參數(shù)向量a(x)。為了完成這個(gè)功能，該設(shè)備包括以下部件-逼近模塊，具有存儲器以存儲逼近于函數(shù)I(x，t)的預(yù)定模型函數(shù)I*(a(x)，t)的N維參數(shù)向量a(x)，其中I(x，t)描述該物體的表示。函數(shù)I(x，t)的每個(gè)數(shù)值例如可以描述衰減系數(shù)或特定的體素(voxel)x在時(shí)間t時(shí)的圖像信號(例如，灰度值)。如果三維截面圖像被重建，I(x，t)是取決于四個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù)。相反，模型函數(shù)I*(a(x)，t)以已知的方式依賴于N維參數(shù)向量a和時(shí)間t，因?yàn)镮*(a(x)，t)是由設(shè)備的用戶構(gòu)建或預(yù)先選擇的。于是為了用I*(a(x)，t)來描述物體的表示(例如，截面圖像)所有你應(yīng)該知道就是參數(shù)向量a(x)對空間的依賴性。換句話說，找出對時(shí)間t連續(xù)區(qū)的空間有關(guān)的函數(shù)I(x，·)的問題被歸結(jié)為找出N個(gè)空間依賴函數(shù)a(x)。
-輸入模塊，用于接收在時(shí)間tij生成的物體的投影組pij。輸入模塊例如可以把圖像處理設(shè)備耦合到生成所述投影的X射線設(shè)備。
-估算器或估算模塊，它適合于藉助于物體的投影組pij來估算N維參數(shù)向量a(x)，其中每個(gè)投影pij在某個(gè)時(shí)間tij產(chǎn)生，以及其中時(shí)間tij典型地是互相不同的。實(shí)現(xiàn)這樣的估算模塊的可能方法結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例被描述。
通過用參數(shù)函數(shù)I*(a(x)，t)來逼近實(shí)數(shù)函數(shù)I(x，t)，設(shè)備顯著減小了重建問題的復(fù)雜性。而且，這種逼近具有如下優(yōu)點(diǎn)允許由投影pij估算參數(shù)向量a，和從而估算物體的所需的表示，該投影pij在原則上可以隨時(shí)間任意分布。具體地，對于各個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)不必產(chǎn)生(準(zhǔn))靜止情形的整個(gè)截面圖像，這例如在C臂X射線系統(tǒng)中在灌注成像時(shí)是不可能的。然而，利用所描述的設(shè)備，這樣的系統(tǒng)成為可用的，并且可以使用由C臂系統(tǒng)在一次或多次掃描期間生成的投影。
另外，本發(fā)明提供適用于確定在物體中的3D動態(tài)處理的X射線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X射線源和X射線檢測器，被放置在對于檢查空間是相對的位置以及可圍繞所述檢查空間旋轉(zhuǎn)，以用于生成多個(gè)X射線投影；數(shù)據(jù)處理單元，用于從所述多個(gè)X射線投影得出物體中與時(shí)間有關(guān)的3D動態(tài)處理的圖(map)；由此3D動態(tài)處理由具有有限參數(shù)組的預(yù)定的模型所逼近。
由此數(shù)據(jù)處理單元被安排成從X射線投影的數(shù)據(jù)中估算在所述有限參數(shù)組中的參數(shù)。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備包括估算模塊，用于從血管系統(tǒng)的表示I(x，t)確定灌注圖。如果表示I(x，t)和它的近似I*(a(x)，t)例如在每個(gè)時(shí)間t描述物體的截面圖像，則灌注參數(shù)可以據(jù)此容易地計(jì)算出，并被表示為灌注圖。
物體的表示I(x，t)和它的近似I*(a(x)，t)通?？申P(guān)系到表征物體的任何空間分布的整體，并且是可從投影導(dǎo)出的。在下面更詳細(xì)地考慮的專門的實(shí)施例中，函數(shù)I(x，t)和I*(a(x)，t)描述在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t穿過物體的截面圖像。
按照計(jì)算表示截面圖像的函數(shù)I(a(x)，t)的想要的參數(shù)向量a(x)的第一方法，設(shè)備適配于使用更新函數(shù)ΔI(x，pi(k)，Ik(x))，用于估算參數(shù)向量a，其中更新函數(shù)ΔI(x，pi(k)，Ik(x))是從用于重建靜止截面圖像I(x)的迭代算法取得的。對于這樣的算法的一個(gè)重要的例子被稱為“代數(shù)重建技術(shù)”(ART)?；谶@種算法的更新函數(shù)或它的派生(derivatives)特別適用于本估算方法。在更新函數(shù)中，pi(k)是在第k次迭代中使用的物體的投影，以及Ik(x)是對I(x)的第k個(gè)估值。已知的算法的更新函數(shù)的應(yīng)用具有優(yōu)點(diǎn)可以利用熟知的數(shù)學(xué)處理過程和現(xiàn)成的工具。
在上述的設(shè)備的另外的開發(fā)中，參數(shù)向量a(x)由序列ak(x)迭代地逼近，其中第(k+1)次迭代包括以下步驟a)計(jì)算對于至少N個(gè)時(shí)間tij的k階的估值I*(ak(x)，tij)，其中時(shí)間tij在原理上可以任意選擇。時(shí)間的這種選擇可以按照i∈A和j∈B(其中A和B通常隨不同的迭代步驟而改變)用相應(yīng)的下標(biāo)組描述。
b)計(jì)算相應(yīng)的更新ΔIkrij=ΔI(x,pij,I*(a-k(x),tij)),]]>其中ΔI是像ART那樣的已知的迭代算法的更新函數(shù)。更新函數(shù)利用所述估算I*(ak(x)，tij)和相應(yīng)于所選的時(shí)間tij的測量的投影pij，i∈A和j∈B。
c)通過使得以下的函數(shù)相對于ak+1最小化而計(jì)算對于參數(shù)向量的新的估值ak+1(x)
χ2(x)=Σi∈A,j∈B(I*(a-k+1(x),tij)-I*(a-k(x),tij)-ΔIkrij(x))2]]>上述的程序過程在附圖的說明中更詳細(xì)地被討論。它的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以根據(jù)像ART的標(biāo)準(zhǔn)算法被迭代地實(shí)行，因此可以容易地實(shí)施。
用于估算的物體的投影pij在原則上可以在投影角度和時(shí)間上任意地分布，其中分布當(dāng)然應(yīng)當(dāng)是使得在物體中在要觀察的處理中，例如灌注過程，沒有丟失重要的發(fā)展。然而，優(yōu)選地，測量的投影組被構(gòu)建成數(shù)目為M的子組，其中每個(gè)子組只包括在不同的時(shí)間從相同的或近似相同的方向取得的投影pij，j＝1，…，Q。而且，在每個(gè)子組中這些投影的數(shù)目Q優(yōu)選地大于或等于參數(shù)向量a的維數(shù)，即Q≥N。換句話說，有M個(gè)不同的投影方向，以及對于這些投影方向，在不同的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)目為Q≥N的單個(gè)方向。這樣的投影的結(jié)構(gòu)允許在用于估算a(x)的迭代過程中使用從同一個(gè)方向取得的至少N個(gè)投影。因此，例如上述的迭代算法可這樣來實(shí)行，使得在每次迭代步驟時(shí)，只要具有相同的下標(biāo)I的時(shí)間tij就屬于同一個(gè)投影方向，|A|＝1。在每次迭代步驟時(shí)，使用來自同一個(gè)方向的投影使得逼近處理過程更穩(wěn)定。在這時(shí)應(yīng)當(dāng)指出，引用投影pij的分開的下標(biāo)i，j，以反映上述的投影組的結(jié)構(gòu)；如果沒有這樣的結(jié)構(gòu)，下標(biāo)i和j就是簡單的對稱的，即它們起相同的作用。
為參數(shù)模型函數(shù)I*(a(x)，t)計(jì)算所需參數(shù)向量a(x)的第二個(gè)方法，可以是基于比較測量的和計(jì)算的投影的目標(biāo)函數(shù)的最佳化。尤其是，目標(biāo)函數(shù)可以測量在所有的測量的投影pij與從模型函數(shù)I*計(jì)算的相應(yīng)的投影PiI*(a(x)，tij)之間的總偏差。這樣的目標(biāo)函數(shù)例如可以由以下公式定義χ2=Σi,j(pij-PiI*(a-(x),tij))2·]]>這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以容易地被附加到通常的圖像重建程序過程而不需要改變它們。而且，對于所使用的這種投影pij事先沒有限制；它們例如全部屬于不同的投影方向和時(shí)間點(diǎn)。
按照設(shè)備的另一項(xiàng)開發(fā)，參數(shù)向量a的估算利用了解剖的參考數(shù)據(jù)組。這個(gè)參考數(shù)據(jù)組例如可以是事先產(chǎn)生的物體的靜止截面像。這樣的參考數(shù)據(jù)組的使用允許它把參數(shù)向量中的獨(dú)立的分量的數(shù)目減小1，這隨之簡化估算處理過程。而且，這樣的參考數(shù)據(jù)組在與上述的第二種方法相組合時(shí)是特別有用的，在其中它可為優(yōu)化過程提供適當(dāng)?shù)拈_始值。
本發(fā)明還涉及包括以下部件的X射線檢查系統(tǒng)-旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備，例如，基于C臂的X射線系統(tǒng)或多切片CT系統(tǒng)，用于從不同的方向生成物體的X射線投影pij。
-圖像處理設(shè)備，它被耦合到X射線設(shè)備，以及適合于逼近一個(gè)通過給定的參數(shù)模型函數(shù)I*(a(x)，t)而精確地描述物體表示的函數(shù)I(x，t)，和適合于藉助于物體的投影組pij來估算N維參數(shù)向量a(x)，其中每個(gè)投影pij是在某個(gè)相應(yīng)的時(shí)間tij產(chǎn)生的。設(shè)備具體地可以用計(jì)算機(jī)和適當(dāng)?shù)某绦騺韺?shí)現(xiàn)，以執(zhí)行需要的圖像處理。而且，圖像處理設(shè)備特別地可以是上述的那種設(shè)備。
因?yàn)閳D像處理設(shè)備允許從在物體中的不同的觀察的處理階段所取的投影來重建物體的與時(shí)間有關(guān)的表示，旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備尤其可以是具有C臂的傳統(tǒng)的X射線系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)的一次或多次掃描期間生成的X射線投影可用于重建所需的強(qiáng)度函數(shù)I*(a(x)，t)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)開發(fā)，上述的X射線檢查系統(tǒng)包括注入系統(tǒng)，用于把對照劑注入病人的血流。注入系統(tǒng)例如可包括導(dǎo)管和泵浦單元，用于可控地把對照劑通過導(dǎo)管引入病人的血管。注入系統(tǒng)允許執(zhí)行灌注成像或用檢查系統(tǒng)重建對照劑流。
本發(fā)明還包括用于重建物體的與時(shí)間有關(guān)的表示的方法，包括以下步驟通過給定的參數(shù)模型函數(shù)I*(a(x)，t)逼近描述表示的函數(shù)I(x，t)；以及藉助于在時(shí)間tij產(chǎn)生的物體的投影組pij來估算N維參數(shù)向量a(x)。投影pij具體地可以由C臂系統(tǒng)或多切片CT系統(tǒng)生成。該方法在一般形式上包括可以用上述的那種圖像處理設(shè)備所執(zhí)行的步驟。所以，對于在該方法的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)方面的更多的信息，可以參考以前的說明。
而且，本發(fā)明包括用于使得能夠?qū)崿F(xiàn)上述的那種方法的計(jì)算機(jī)程序。這樣的計(jì)算機(jī)程序連同通用計(jì)算機(jī)一起，特別地可以構(gòu)成上述的那種圖像處理設(shè)備。
最后，本發(fā)明包括存儲上述那種計(jì)算機(jī)程序的記錄載體。記錄載體可以是任何的永久或易失性貯存媒體，例如RAM、ROM、硬盤、軟盤、CD、磁帶等等。
參照此后描述的實(shí)施例將明白和闡述本發(fā)明的這些和其它方面。
下面藉助于附圖通過例子描述本發(fā)明，其中

圖1是按照本發(fā)明的X射線檢查系統(tǒng)和用于生成灌注成像投影方法的原理性草圖。
圖2是按照本發(fā)明的、與時(shí)間有關(guān)的灰度值的典型過程和它的近似圖。
圖1的左上角的圖示意地顯示按照本發(fā)明的X射線檢查系統(tǒng)的布局。檢查系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備3，它適合于從不同的方向di生成物體的X射線投影，例如待查病人的血管系統(tǒng)的X射線投影。旋轉(zhuǎn)X射線設(shè)備3具體地可以是傳統(tǒng)的基于C臂的X射線系統(tǒng)，包括X射線源4和經(jīng)由C臂5被連接的X射線檢測器6。X射線設(shè)備3被連接到圖像處理設(shè)備1，該圖像處理設(shè)備例如可以是在其上運(yùn)行著適當(dāng)軟件的工作站。
在醫(yī)療診斷中在灌注成像或流重建期間，把對照劑通過導(dǎo)管(未示出)注入到病人的血管系統(tǒng)2，以及這個(gè)注入的擴(kuò)散過程被監(jiān)視，以便得到有關(guān)血管系統(tǒng)的灌注特性的信息。由于灌注過程的時(shí)間的進(jìn)展，在位置x處觀察到的體素信號不是恒定的，而是通常隨時(shí)間變化的。圖2顯示在灌注研究期間位置體素x的灰度值I(x，t)的典型的時(shí)間依賴性(黑線)。因此在要被觀察的體積中完全的時(shí)間進(jìn)展必須由強(qiáng)度函數(shù)I(x，t)描述，該強(qiáng)度函數(shù)依賴于三維位置向量x(在三維圖像重建的情形下)和一維參數(shù)時(shí)間t。
以下要描述的過程的一個(gè)重要的步驟是用模型函數(shù)I*(a(x)，t)逼近所述函數(shù)I(x，t)，該模型函數(shù)I*(a(x)，t)由系統(tǒng)用戶預(yù)先決定以及按已知的方式取決于N維參數(shù)向量a和時(shí)間t。于是唯一未知的關(guān)系是參數(shù)向量a(x)的空間依賴性。圖2的灰度曲線顯示具有8維參數(shù)向量a(x)的模型函數(shù)I*(a(x)，t)的典型的例子，其中成對的分量(ai，ai+1)描述在模型函數(shù)的時(shí)間過程中的一個(gè)點(diǎn)，以及其中這些點(diǎn)用直線連接。當(dāng)然，許多其它不同的逼近也是適用的，例如多項(xiàng)式函數(shù)等等。用戶典型地這樣來選擇模型函數(shù)，以使得它將用最小數(shù)目的獨(dú)立參數(shù)描述強(qiáng)度值的事先預(yù)期的過程。
下面將描述在上述安排中用于估算參數(shù)向量a(x)的優(yōu)選過程。過程包括在灌注處理正在血管系統(tǒng)2中進(jìn)行時(shí)用X射線設(shè)備3從不同的方向di生成投影pij。在優(yōu)選實(shí)施例中，X射線設(shè)備3正向或反向旋轉(zhuǎn)，以使得對于M個(gè)投影方向di的每個(gè)投影方向得到在不同的時(shí)間點(diǎn)的至少N個(gè)投影pij(1＜j≤N)。
從現(xiàn)有技術(shù)，諸如ART(代數(shù)重建技術(shù))那樣的迭代重建算法是熟知的(參閱例如G.T.Herman，L.B.Meyer；Algebraic ReconstructionTechniques can be made Computationally Efficient(代數(shù)重建技術(shù)可以做得計(jì)算上有效)；IEEE TMI 12(3)，p.600ff，1993；F.J.Beekman，C.Kamphuis；Fast Ordered Subset Reconstruction for X-ray CT；IEEENuclear Science Symposium Conference Record(X射線的快速排序的子集重建)；Volume 2，2000)。在這些算法中，靜止3D圖像I(x)的迭代重建通過物體的投影pi和遞歸公式而達(dá)到Ik+1(x)＝Ik(x)+ΔI(x；pi(k)，Ik(x))，其中Ik(x)逼近未知的函數(shù)I(x)。在許多算法(包括ART)中，ΔI僅僅取決于從與pi(k)相同的方向所取的投影Ik(x)。
當(dāng)把這樣的算法擴(kuò)展到如上所述的灌注成像的非靜止情形時(shí)，對于用序列ak(x)迭代近似參數(shù)向量a(x)需要類似的公式。
假設(shè)這個(gè)序列的第k個(gè)元素ak(x)是已知的和定義Ik(x，t)＝I*(ak(x)，t)。用于找出ak+1(x)的下一個(gè)迭代步驟必須對在其上可得到投影pij的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)tij來實(shí)行。對于這個(gè)固定的時(shí)間點(diǎn)tij，可以類似地應(yīng)用遞歸公式(1)，這產(chǎn)生Ik+1(x,tij)=Ik(x,tij)+ΔI(x;pij,Ik(x,tij))]]>=I*(a-k(x),tij)+ΔI(x;pij,I*(a-k(x),tij)]]>=I*(a-k(x),tij)+ΔIjk,i]]>根據(jù)這個(gè)公式，在新的(未知的)參數(shù)向量ak+1(x)處的模型函數(shù)I*(ak+1(x)，tij)與(已知的)更新的函數(shù)Ik+1(x，tij)之間的差值可被計(jì)算為
χji=I*(a-k+1(x),tij)-Ik+1(x,tij)]]>=I*(a-k+1(x),tij)-I*(a-k(x),tij)-ΔIjk,i]]>合理的假設(shè)是通過對于ak+1(x)的適當(dāng)?shù)倪x擇使得|χij|盡可能小。但是由于向量a具有N個(gè)分量，單是這個(gè)假設(shè)就有許多解，因此不能保證收斂。所以，最好通過要使以下公式的最小化而同時(shí)調(diào)節(jié)ak+1(x)的幾個(gè)(優(yōu)選地全部)分量，χ2(x)=Σi∈A,j∈B(χji)2=Σi∈A,j∈B(I*(a-k+1(x),tij)-I*(a-k(x),tij)-ΔIk,ij(x))2,---(2)]]>其中A，B是下標(biāo)組，它們在原則上可以對于每次迭代步驟時(shí)任意地選擇，以及其中項(xiàng)目的數(shù)目(|A|+|B|)優(yōu)選地大于或等于N。
為了保證穩(wěn)定的收斂(由于a的所有的分量對于最小化的平衡的貢獻(xiàn))，最好是對于迭代步驟k→(k+1)只選擇從同一個(gè)方向di取的投影。這意味著，在公式(2)中|A|＝1和|B|＞N。具體地，函數(shù)χ2(x)=Σj=1N(χji)2=Σj=1N(I*(a-k+1(x),tij)-I*(a-k(x),tij)-ΔIk,ij(x))2]]>可被最小化，以便對于每個(gè)位置x找出許多參數(shù)向量ak+1(x)。這個(gè)解例如可以通過最小平方方法或通過從數(shù)值計(jì)算已知的某些其它適當(dāng)?shù)某绦蚨业健?br> 總之，重建算法的每個(gè)迭代步驟可以通過以下步驟實(shí)行-根據(jù)已知的參數(shù)向量ak(x)和(任意選擇的)下標(biāo)i計(jì)算對于時(shí)間點(diǎn)ti1，...，tiN的N個(gè)估值I*(ak(x)，tij)。
-使用獲取的投影pij和所述N個(gè)估值計(jì)算N個(gè)更新值ΔIk，i1，...，ΔIk，iN。
-在對于每個(gè)體素x的后向投影期間通過使得χ2(x)最小化而計(jì)算更新的參數(shù)ak+1(x)。
作為變例，如果N個(gè)投影pi1，...，piN的投影方向di稍微不同，則也可以實(shí)行該算法。具體地，在C臂運(yùn)動的轉(zhuǎn)動點(diǎn)對于約180°的角度差所獲取的投影可以在重建迭代內(nèi)同時(shí)加以考慮，以便改進(jìn)穩(wěn)定性。而且，解剖的參考數(shù)據(jù)組可被使用來把參數(shù)a1(x)，...，aN(x)的數(shù)目N減小1。
按照另一個(gè)方法，可以通過使得如下式的目標(biāo)函數(shù)最小化而找出參數(shù)向量a(x)χ2=Σi,j(pij-PiI*(a-(x),tij))2,]]>其中1≤i≤M，1≤j≤N，以及其中Pi表示按照投影幾何關(guān)系di投影圖像I*(a(x)，t)的算子。在這種情形下，具有相同的上下標(biāo)的所有的投影pij屬于相同的投影方向并非是必需的(或者是有助益的)。所以與圖1的圖相反，pij在投影角和時(shí)間上很大程度是任意分布的。
函數(shù)χ2的最小化例如可以通過迭代程序過程實(shí)現(xiàn)。在這種情形下，最好使用感興趣的區(qū)域的(2D或3D)截面圖像作為對于I*(a(x)，tij)的開始值。這樣的“開始圖像”可以通過任何適當(dāng)?shù)姆椒?，例如根?jù)一組投影以反向投影而產(chǎn)生。而且，開始圖像可以從以前的(例如在灌注成像之前的幾天)記錄的數(shù)據(jù)取得，因此使得病人所受的X射線曝光最小化。然而，優(yōu)選地，開始圖像在投影pij之前立即被產(chǎn)生，以便盡可能接近與這些投影相對應(yīng)的情形。
本發(fā)明能在基于C臂的X射線系統(tǒng)上進(jìn)行灌注成像，因?yàn)樗恍枰约s1秒的幀速率獲取(多個(gè))截面圖像。當(dāng)被應(yīng)用到多切片CT(MSCT)系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明易于以明顯減小的劑量實(shí)行灌注協(xié)議。
最后應(yīng)當(dāng)指出，在本申請中術(shù)語“包括”并不排除其它單元或步驟，“一個(gè)”不排除多個(gè)，以及單個(gè)處理器或其它單元可以完成幾個(gè)裝置的功能。而且，在權(quán)利要求中的標(biāo)號不應(yīng)當(dāng)看作為限制它們的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于重建物體(2)的與時(shí)間有關(guān)的表示I(x，t)的圖像處理設(shè)備(1)，包括-逼近模塊，具有用于存儲預(yù)定的模型函數(shù)I*(a(x)，t)的N維參數(shù)向量a(x)的存儲器，該函數(shù)逼近函數(shù)I(x，t)；-輸入模塊，用于接收在時(shí)間tij生成的物體(2)的投影組pij，以及-估算模塊，適合于藉助于所述投影組pij來估算N維參數(shù)向量a(x)。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，它包括用于根據(jù)血管系統(tǒng)的表示I*(a(x)，t)確定灌注圖的估算模塊。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，該表示I(x，t)和它的近似值I*(a(x)，t)描述對于每個(gè)時(shí)間t的物體的截面圖像。
4.按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于，參數(shù)向量a(x)的估算是基于用來重建靜止截面圖像I(x)的迭代算法的更新函數(shù)ΔI(x，pi(k)，Ik(x))的，其中pi(k)是在第k次迭代步驟中使用的投影以及Ik(x)是對于I(x)的第k次估算。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，參數(shù)向量a(x)是由序列ak(x)迭代地逼近的，其中第(k+1)次迭代包括以下步驟a)對于至少N個(gè)時(shí)間tij的估值I*(ak(x)，tij)進(jìn)行計(jì)算，其中對于某些下標(biāo)組A，B，i∈A和j∈B；b)藉助于所述估值I*(ak(x)，tij)和相應(yīng)于時(shí)間tij的測量的投影pij，計(jì)算相應(yīng)的更新ΔIk，ij＝ΔI(x，pij，I*(ak(x)，tij))；c)通過使得以下的函數(shù)最小化，計(jì)算對于參數(shù)向量a(x)的新的估值ak+1(x)
6.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，測量的投影組pij能劃分成M個(gè)子組，其中每個(gè)子組只包括在不同的時(shí)間tij從相同的或近似相同的方向(di)取得的投影pij，j＝1，...Q，以及其中Q≥N。
7.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，參數(shù)向量a(x)的估算是基于目標(biāo)函數(shù)的最小化，該目標(biāo)函數(shù)估計(jì)在測量的投影pij與從模型函數(shù)計(jì)算的相應(yīng)的投影PiI*(ak(x)，tij)之間的偏差，其中目標(biāo)函數(shù)優(yōu)選地被定義為
8.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，參數(shù)向量a(x)的估算利用解剖的參考數(shù)據(jù)組。
9.一種X射線檢查系統(tǒng)，包括-旋轉(zhuǎn)的X射線設(shè)備(3)，用于從不同的方向生成物體的X射線投影pij；-圖像處理設(shè)備(1)，它被耦合到X射線設(shè)備(3)，以及適合于根據(jù)所述投影pij來估計(jì)預(yù)定的模型函數(shù)I*(a(x)，t)的N維參數(shù)向量a(x)，該模型函數(shù)逼近物體(2)的表示I(x，t)。
10.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于按照權(quán)利要求1到8之一的圖像處理設(shè)備(1)。
11.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)的X射線設(shè)備是C臂系統(tǒng)(3)或多切片CT系統(tǒng)。
12.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，包括注入系統(tǒng)，用于把對照劑注入到病人的血流中。
13.一種用于重建物體(2)的與時(shí)間有關(guān)的表示的方法，包括以下步驟-逼近通過預(yù)定的參數(shù)模型函數(shù)I*(a(x)，t)描述表示的函數(shù)I(x，t)；以及-藉助于在時(shí)間tij產(chǎn)生的物體(2)的投影組pij來估算N維參數(shù)向量a(x)。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，投影pij由C臂系統(tǒng)(3)或多切片CT系統(tǒng)生成。
15.計(jì)算機(jī)程序，用于使得能夠?qū)嵭邪凑諜?quán)利要求14的方法。
16.記錄載體，其上存儲按照權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序。
17.一種適用于確定在物體(2)中的3D動態(tài)過程的X射線系統(tǒng)，系統(tǒng)包括X射線源和X射線檢測器，被放置在對于檢查位置的對面的位置并可圍繞所述檢查空間旋轉(zhuǎn)，用于生成多個(gè)X射線投影；數(shù)據(jù)處理單元，用于從所述多個(gè)X射線投影導(dǎo)出在物體(2)中與時(shí)間有關(guān)的3D動態(tài)過程圖；由此3D動態(tài)過程由具有有限的參數(shù)組的預(yù)定的模型所逼近；由此數(shù)據(jù)處理單元被安排成從X射線投影的數(shù)據(jù)中估算在所述有限的參數(shù)組中的參數(shù)。
18.按照權(quán)利要求17的X射線系統(tǒng)，由此預(yù)定的模型逼近在組織中的對照劑的灌注。
19.按照權(quán)利要求17的X射線系統(tǒng)，由此X射線系統(tǒng)是C臂X射線設(shè)備或多切片CT系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于重建與時(shí)間有關(guān)的截面圖像的設(shè)備和方法，它可用于例如在病人的血管系統(tǒng)(2)中的灌注的成像。按照本方法，投影p
文檔編號G06T11/00GK1929787SQ200580007024
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者J·維澤, G·羅斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司