專利名稱：成像數(shù)據(jù)的多部分對準的制作方法
成像數(shù)據(jù)的多部分對準本發(fā)明一般地涉及成像領(lǐng)域并且更具體地涉及對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分以消除偽影且同時維持幾何形狀準確性。本申請的主題具體應(yīng)用于基于X射線的成像系統(tǒng)，特別是計算機斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)，并將具體參考該系統(tǒng)進行描述。然而，它也可以結(jié)合其他成像系統(tǒng)使用，例如結(jié)合單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)或正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了一種對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分的方法。該方 法包括選擇主體積部分和與主體積成像部分相鄰的次體積部分，以便將次體積部分移動到與主體積部分對準。然后確定ー個或多個z軸對準參數(shù)及x、y軸參數(shù)，以便使次體積部分的位置移位以使次體積部分與主體積部分對準。還提供了一種用于執(zhí)行該方法的相關(guān)裝置。存在許多可用的體積數(shù)據(jù)對準算法，每種算法適用于特定的應(yīng)用。在一種應(yīng)用中，本發(fā)明的方法可以結(jié)合組合式SPECT/CT或PET/CT成像系統(tǒng)的CT部件使用，從而使得最終的CT圖像坐標系與用于SPECT/CT或PET/CT配準的CT坐標相一致。然后最終的CT圖像可以容易地與SPECT或PET成像數(shù)據(jù)配準，以生成定位和衰減校正系數(shù)。在本發(fā)明的另ー個有益應(yīng)用中，成像數(shù)據(jù)的體積部分的對準可以與成像數(shù)據(jù)采集同時期進行，從而減少生成最終圖像所選的總體時間量并且有效地使用計算和存儲資源。此外，本發(fā)明是穩(wěn)健的并且即使被成像的人或?qū)ο笤诔上癫杉^程中在成像臺上移動位置，也能夠給出準確的結(jié)果。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀優(yōu)選實施例的以下詳細描述后將容易想到許多額外的優(yōu)點和益處。本發(fā)明可以體現(xiàn)為各種部件和部件的布置以及各種方法操作和方法操作的布置。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選的實施例，而不應(yīng)被解讀為限制本發(fā)明。圖I是示例性CT成像系統(tǒng)，其中靜止掃描架的一部分被切除以顯露旋轉(zhuǎn)掃描架、X射線源和數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)；圖2A和圖2B分別是通過組合三個不同的體積部分而未去除最終偽影所得到的CT圖像的側(cè)視圖和頂視圖；圖3圖示說明對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分以去除偽影的示例性方法；圖4A至圖4E示意性圖示說明對準五個不同的體積部分S1至S5，其從成像數(shù)據(jù)的一端延伸并且在ー個方向上傳播經(jīng)過整組成像數(shù)據(jù)；圖5A至圖5E示意性圖示說明對準五個不同的體積部分S1至S5，其從中心部分延伸并在兩個相反的方向上傳播經(jīng)過整組成像數(shù)據(jù)；并且圖6A和圖6B分別是通過組合三個不同的體積部分并對準各部分以去除成像偽影所得到的CT圖像的側(cè)視圖和頂視圖。本發(fā)明的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)和裝置一般是任何醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，例如CT、SPECT或PET成像系統(tǒng)。更具體地，通過參考

圖1，在示例性實施例中醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)100是CT成像系統(tǒng)。CT成像采集系統(tǒng)102包括掃描架104和沿Z軸移動的臺106?；颊呋蚱渌怀上駥ο?未示出)躺在臺106上并且被移動以被設(shè)置在掃描架104中的孔ロ 108內(nèi)。一旦患者或?qū)ο缶臀?，X射線源110就發(fā)射X射線的投射，其被掃描架104內(nèi)部的X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112收集。(在圖I中切除掃描架104的一部分114以示出容納在掃描架104內(nèi)部的X射線源110和X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112。)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112包括設(shè)置在支架118上的若干光電探測器116。X射線源110和數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112—起繞孔ロ 108旋轉(zhuǎn)以從不同位置記錄CT成像數(shù)據(jù)。在一些實施例中這種旋轉(zhuǎn)可以在臺106靜止的時候發(fā)生，在其他實施例中在“螺旋”掃描中這種旋轉(zhuǎn)可以結(jié)合臺106沿z軸的線性運動發(fā)生。該旋轉(zhuǎn)是有可能的，因為X射線源110和支架118均被安裝到掃描架104內(nèi)部的公共轉(zhuǎn)子(未示出)。然后CT成像采集系統(tǒng)102通過通信鏈路101將CT成像數(shù)據(jù)傳遞到CT成像、處理和顯示系統(tǒng)120。雖然為了圖示說明的目的在此將系統(tǒng)102和120示出和描述為分離的系統(tǒng)，但是在其他實施例中它們可以是單個系統(tǒng)的部分。CT成像數(shù)據(jù)被傳遞到圖像處理器122，其將該數(shù)據(jù)存儲在存儲器124中。圖像處理器122對CT成像數(shù)據(jù)進行電子處理以生成被成像患者或其他對象的圖像。圖像處理器122可以在相關(guān)聯(lián)的顯示器126上示出最終圖像。諸如鍵盤和/或鼠標設(shè)備的用戶輸入128可以被提供給用戶來控制處理器122。因此，前述的功能可以被執(zhí)行為軟件邏輯。如本文所用，“邏輯”包括但不限于用于執(zhí)行功能或動作和/或?qū)е聛碜粤硪徊考墓δ芑騽幼鞯挠布?、固件、軟件?或其組 合。例如，基于期望的應(yīng)用或需求，邏輯可以包括軟件控制的微處理器、諸如專用集成電路(ASIC)的離散的邏輯或其他編程的邏輯設(shè)備。邏輯也可以完全體現(xiàn)為軟件。如本文所用，“軟件”包括但不限于促使計算機或其他電子設(shè)備以期望的方式執(zhí)行功能、動作或行為的ー個或多個計算機可讀和/或可執(zhí)行指令。這些指令可以體現(xiàn)為各種形式，諸如例程、算法、模塊或包括來自動態(tài)鏈接庫的分離的應(yīng)用程序或代碼的程序。軟件也可以實現(xiàn)為各種形式，諸如獨立程序、功能調(diào)用、伺服小程序、小應(yīng)用程序、保存在諸如存儲器124的存儲器中的指令、操作系統(tǒng)的部分或其他類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到軟件的形式取決于例如期望的應(yīng)用的需求、其運行的環(huán)境和或設(shè)計者/編程者的期望等。本文描述的系統(tǒng)和方法可以在各種平臺上實現(xiàn)，所述平臺包括例如聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)和獨立控制系統(tǒng)。另外，本文所示和所描述的邏輯優(yōu)選存在于諸如存儲器124的計算機可讀介質(zhì)中或其上。不同計算機可讀介質(zhì)的示例包括閃存存儲器、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、可編程只讀存儲器(PR0M)、電可編程只讀存儲器(EPR0M)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)、磁盤或磁帶、包括⑶-ROM和DVD-ROM的光可讀介質(zhì)等。更進一歩，本文所描述的方法和邏輯可以合并成一個大的方法流程或者劃分成很多子方法流程。本文已描述的方法流程的順序不是至關(guān)重要的并且可以重新布置同時仍然完成相同的結(jié)果。
實際上，本文所描述的方法流程可以根據(jù)授權(quán)或期望在其實現(xiàn)方式中被重新布置、整理和/或重新組織。成像系統(tǒng)100可以是僅提供基于CT的成像的獨立単元，如圖I所示。雖然未在圖中示出，成像系統(tǒng)100可以額外包括與基于CT的成像部件相結(jié)合的適當?shù)腜ET和/或SPECT的成像部件，或者一些其他種類的成像模態(tài)。無論采用哪種成像模態(tài)，不管是CT、SPECT、PET還是ー些其他模態(tài)還是其組合，由成像系統(tǒng)收集的成像數(shù)據(jù)都可以被以沿圖I的縱向Z軸的分離的體積成像部分記錄。相鄰體積成像部分可能或可能不在一定程度上彼此交疊。分離的體積成像部分可以組合在一起以形成被成像的人或?qū)ο蟮末`個完整圖像。這在例如圖2A和圖2B中示出。圖2A是包括人的側(cè)視圖202的CT圖像，而圖2B是包括同一個人的頂視圖204的CT圖像。圖像202和204均是從沿被成像的人的縱向z軸的三個分離的體積部分206A、206B和206C的組合得至IJ。在圖像202和204中可以看出，三個分離的部分206A、206B和206C尚未被適當對準。這導(dǎo)致在成像數(shù)據(jù)的相鄰體積部分206之間的邊界線和/或交疊面積處出現(xiàn)成像偽影208?？梢詧?zhí)行任何類型的成像采集以生成成像數(shù)據(jù)的分離的體積部分206，但是在優(yōu)選實施例中，執(zhí)行步進-發(fā)射(step-and-shoot)成像采集以生成姆個部分206。在步進-發(fā)射成像采集中，臺106保持靜止且同時X射線源110和X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112以離散的旋轉(zhuǎn)間隔或“步距”圍繞臺106旋轉(zhuǎn)，然后它們停下來以在每一步記錄成像數(shù)據(jù)或“發(fā)射”。在特別優(yōu)選的實施例中，每個體積部分206沿z軸的范圍等于X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112沿z軸的有效成像寬度。在該情況下，每個部分206得自于圍繞臺110的一次旋轉(zhuǎn)步進-發(fā)射自旋。步進-發(fā)射采集在與作為平板X射線探測器的X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112結(jié)合時特別有用。然而，如果被成像對象太長而不能被數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112沿z軸的寬度包圍，則步進-發(fā)射成像采集自然地得到多個體積部分206，然后這些部分必須被組合以形成完整的圖像。該方法在相鄰部分之間的邊界線/交疊處引入部分失準偽影，這在圖2A和圖2B中的208處示出。因此，本公開關(guān)注于消除偽影的基于圖像的方法300，例如如圖3所示。在步驟302中，執(zhí)行成像采集以生成體積部分成像數(shù)據(jù)304。例如，CT成像系統(tǒng)100可以被用于生成體積部分CT成像數(shù)據(jù)304。數(shù)據(jù)304包括成像數(shù)據(jù)的至少兩個分離的體積部分304a、304b、304c等。在代表性示例中，成像數(shù)據(jù)的每個體積部分包括512X512X202成像體素的x、y、z矩陣，其中各向同性體素尺寸為1mm3。此類矩陣的x、y、z軸在圖I、圖2A和圖2B中標識。在該代表性示例中，方法300產(chǎn)生具有512X512X (202) (S)體素的尺寸的最終圖像，其中各向同性體素尺寸為1mm3，且其中S是構(gòu)成整個體積部分數(shù)據(jù)304的體積部分的數(shù)量。在步驟306中，選擇兩個相鄰體積部分以進行對準主部分和次部分。在該方法的便利實現(xiàn)方式中，主體積部分對應(yīng)于第一成像部分304a并且次體積部分對應(yīng)于第二成像部分304b。由于在成像掃描302期間記錄臺106和/或支撐X射線源110及X射線數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)112的轉(zhuǎn)子的位置時存在機械誤差，所記錄的成像數(shù)據(jù)304的z軸坐標經(jīng)常具有少量的不準確度。因此，在步驟308中，應(yīng)用匹配濾波以沿z軸對準主體積部分和次體積部分。步驟308的結(jié)果可以例如是z對準參數(shù)310，其表示為了使次體積部分與主體積部分適 當匹配而沿z軸使次體積部分移位的距離。在一個實施例中，可以在步驟308中采用以下匹配濾波算法。該特定的匹配濾波嘗試匹配主體積部分304a中垂直于z軸的單個成像切片與次體積部分304b中垂直于z軸的對應(yīng)成像切片。這兩個切片在其成像強度圖足夠相似以表明它們是被成像的人或?qū)ο笾邢嗤糠值某上袂衅瑫r相對應(yīng)。因此，將主體積部分304a中單個成像切片的強度圖表示為(I) f (x, y), (-N/2 ^ x, y ^ N/2),其中f是所選成像切片中位于坐標X，y處的體素的被記錄成像強度，且N等于沿X軸或y軸的體素的總數(shù)。然后將與主體積部分304a中方程(I)的被選切片的強度圖匹配的次體積部分304b中垂直于z軸的整組成像切片的強度圖表示為(2)gi (X，y)，(_N/2 ^ x, y ^ N/2)，(0 彡 i 彡 Μ)，其中g(shù)是垂直于z軸的給定成像切片i中位于坐標X，y處的體素的被記錄成像強度，且M是次體積部分304b中這種成像切片的總數(shù)。將方程(I)和(2)的Fourier變換相除得到
權(quán)利要求
1.一種對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分(304)的方法(300)，其包括以下步驟 選擇主體積部分和與所述主體積成像部分相鄰的次體積部分，以便將所述次體積部分移動到與所述主體積部分對準； 確定ー個或多個z軸對準參數(shù)(310)，以便在z軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述z軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準； 確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314),以便沿X軸方向和y軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述X軸方向和所述y軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準； 應(yīng)用(316)所述ー個或多個z軸參數(shù)(310)和所述ー個或多個X、y軸參數(shù)(314)來使所述次體積部分的位置移位以使其與所述第一體積部分對準。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述主體積部分和所述次體積部分兩者的位置均 能夠在對準過程中移動。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述次體積部分的位置能夠在對準過程中移動，而所述主體積部分的位置在對準過程中固定。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，存在從所述z軸的第一端處的第一體積部分S1到所述z軸的與所述第一端相反的第二端處的最后體積部分Ss以連續(xù)順序沿所述z軸方向?qū)实腟個體積部分(304)，且S等于或大于3，所述方法還包括 首先使所述第一體積部分S1與第二體積部分S2對準，然后使所述第二體積部分S2與第三體積部分S3對準，并且在沿所述z軸方向的單方向傳播中繼續(xù)將相鄰的部分對準在一起，直到每個成像部分S都已經(jīng)被與其相鄰的成像部分對準。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，存在從所述z軸的第一端處的第一體積部分S1到所述z軸的與所述第一端相反的第二端處的最后體積部分Ss以連續(xù)順序沿所述z軸方向?qū)实腟個體積部分(304)，且S等于或大于3，所述方法還包括 選擇在所述第一體積部分S1與所述最后體積部分Ss之間的初始體積部分，并且在沿所述z軸朝向所述第一端的第一方向上使所述初始體積部分和與所述初始體積部分相鄰的另一體積部分對準，并且繼續(xù)相繼地對準在所述第一方向上行進的相鄰的體積部分，直到所述第一體積部分S1被對準； 然后在沿所述z軸朝向所述第二端的第二方向上使所述初始體積部分和與所述初始體積部分相鄰的另一體積部分對準，并且繼續(xù)相繼地對準在所述第二方向上行進的相鄰的體積部分，直到所述最后體積部分Ss被對準。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，還包括使用雙線性內(nèi)插方法。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，確定ー個或多個z軸對準參數(shù)包括在所述主體積部分中選擇主成像切片，使得所述主成像切片垂直于z軸，并且其中，所述次體積部分包括垂直于所述Z軸的多個次成像切片，所述方法還包括 將所述多個次成像切片中的每ー個與所述主成像切片相比較，以估計所述多個次成像切片中的哪ー個與所述主成像切片最佳匹配。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314)包括定義位移矢量，該位移矢量具有對應(yīng)于沿所述X軸方向的線性平移位移的第一值、對應(yīng)于沿所述I軸方向的線性平移位移的第二值以及對應(yīng)于繞所述z軸的旋轉(zhuǎn)位移的第三值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314)還包括定義取決于所述位移矢量的誤差函數(shù)，并且基于所述位移矢量的變化估計所述誤差函數(shù)的最大值或最小值，以確定被用于使所述次體積部分的位置移位以使其與所述主體積部分對準的所述第一值、所述第二值和所述第三值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述誤差函數(shù)還取決于圓形掩模函數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，利用最小二乗法或單純形法或者最小二乗法與單純形法的組合來確定所述最大值或最小值。
12.一種用于對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分(304)的成像、處理和顯示系統(tǒng)(120)，所述系統(tǒng)包括邏輯以便 選擇主體積部分和與所述主體積成像部分相鄰的次體積部分，以便將所述次體積部分移動到與所述主體積部分對準； 確定ー個或多個z軸對準參數(shù)(310)，以便在z軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述z軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準； 確定ー個或多個X、y軸對準參數(shù)(314),以便沿X軸方向和y軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述X軸方向和所述y軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準；以及 應(yīng)用(316)所述ー個或多個z軸參數(shù)(310)和所述ー個或多個X、y軸參數(shù)(314)來使所述次體積部分的位置移位以使其與所述第一體積部分對準。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，存在從所述z軸的第一端處的第一體積部分S1到所述z軸的與所述第一端相反的第二端處的最后體積部分Ss以連續(xù)順序沿所述z軸方向?qū)实腟個體積部分(304)，且S等于或大于3，所述系統(tǒng)還包括邏輯以便 首先使所述第一體積部分S1與第二體積部分S2對準，然后使所述第二體積部分S2與第三體積部分S3對準，并且在沿所述z軸方向的單方向傳播中繼續(xù)將相鄰的部分對準在一起，直到每個成像部分S都已經(jīng)被與其相鄰的成像部分對準。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，存在從所述z軸的第一端處的第一體積部分S1到所述z軸的與所述第一端相反的第二端處的最后體積部分Ss以連續(xù)順序沿所述z軸方向?qū)实腟個體積部分(304)，且S等于或大于3，所述系統(tǒng)還包括邏輯以便 選擇在所述第一體積部分S1與所述最后體積部分Ss之間的初始體積部分，并且在沿所述z軸朝向所述第一端的第一方向上使所述初始體積部分和與所述初始體積部分相鄰的另一體積部分對準，并且繼續(xù)相繼地對準在所述第一方向上行進的相鄰的體積部分，直到所述第一體積部分S1被對準； 然后在沿所述z軸朝向所述第二端的第二方向上使所述初始體積部分和與所述初始體積部分相鄰的另一體積部分對準，并且繼續(xù)相繼地對準在所述第二方向上行進的相鄰的體積部分，直到所述最后體積部分Ss被對準。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，確定ー個或多個z軸對準參數(shù)包括在所述主體積部分中選擇主成像切片，使得所述主成像切片垂直于z軸，并且其中，所述次體積部分包括垂直于所述z軸的多個次成像切片，所述系統(tǒng)還包括邏輯以便 將所述多個次成像切片中的每ー個與所述主成像切片相比較，以估計所述多個次成像切片中的哪ー個與所述主成像切片最佳匹配。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314)包括定義位移矢量，該位移矢量具有對應(yīng)于沿所述X軸方向的線性平移位移的第一值、對應(yīng)于沿所述y軸方向的線性平移位移的第二值以及對應(yīng)于繞所述Z軸的旋轉(zhuǎn)位移的第三值。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314)還包括定義取決于所述位移矢量的誤差函數(shù)，并且基于所述位移矢量的變化估計所述誤差函數(shù)的最大值或最小值，以確定被用于使所述次體積部分的位置移位以使其與所述主體積部分對準的所述第一值、所述第二值和所述第三值。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述誤差函數(shù)還取決于圓形掩模函數(shù)。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括與SPECT成像系統(tǒng)或核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)相組合的CT成像系統(tǒng)。
20.一種使成像數(shù)據(jù)的主體積部分與成像數(shù)據(jù)的次體積部分對準的方法(300)，所述方法包括以下步驟 確定ー個或多個z軸對準參數(shù)(310)，以便在z軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述z軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準； 確定ー個或多個x、y軸對準參數(shù)(314),以便沿X軸方向和y軸方向使所述次體積部分的位置移位以沿所述X軸方向和所述y軸方向使所述次體積部分與所述主體積部分對準； 應(yīng)用(316)所述ー個或多個z軸參數(shù)(310)和所述ー個或多個x、y軸參數(shù)(314)來使所述次體積部分的位置移位以使其與所述第一體積部分對準。
全文摘要
提供了一種對準成像數(shù)據(jù)的多個體積部分的方法。該方法包括對準主體積部分和與該主體積成像部分相鄰的次體積部分，以便將次體積部分移動到與主體積部分對準。還提供了一種用于執(zhí)行該方法的相關(guān)裝置。
文檔編號G06T7/00GK102667856SQ201080057633
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者D·索厄德斯-埃梅德, S·X·旺, T·勞倫斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司