專利名稱：用于動態(tài)灌注ct的圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下文總體涉及配準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)并結(jié)合針對計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)的特定應(yīng)用加以描述；然而，本文也想到了其他成像應(yīng)用。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器通常包括靜止機(jī)架和旋轉(zhuǎn)機(jī)架。旋轉(zhuǎn)機(jī)架由靜止機(jī)架能旋轉(zhuǎn)地支撐并承載X射線管。探測器跨檢查區(qū)域位于X射線管的對側(cè)。旋轉(zhuǎn)機(jī)架關(guān)于Z軸繞著檢查區(qū)域旋轉(zhuǎn)，并且由X射線管發(fā)射的輻射貫穿檢查區(qū)域以及其中的患者解剖結(jié)構(gòu)并由探測器進(jìn)行探測。探測器生成指示被輻照的患者解剖結(jié)構(gòu)的投影數(shù)據(jù)。重建器重建所述投影數(shù)據(jù)并且所生成的重建圖像數(shù)據(jù)指示被輻照的患者解剖結(jié)構(gòu)。CT以及其他成像模態(tài)能夠用于灌注成像。通常，灌注成像是用于獲取與流體(例 如，血液、淋巴等)經(jīng)過解剖學(xué)組織相對應(yīng)的信息并量化所述信息以便于識別該組織或其他組織的健康狀態(tài)的成像方法。例如，心肌灌注成像能夠用于測量心臟中肌肉組織的氧供應(yīng)。因此，能夠在輻射不透明的對比劑物質(zhì)的注射之前和期間在三維(3D)中對患者的心臟成像，并且重建圖像中的差異能夠歸因于在組織中洗過的對比物質(zhì)。之后能夠根據(jù)對比物質(zhì)攝取的程度來對肌肉組織歸類，并且能夠檢測病理，例如，心肌梗死或冠狀動脈閉塞。前瞻性ECG門控CT已經(jīng)被用于心肌灌注成像。利用這種技術(shù)，盡管特定或具體的心動時(shí)相(例如，收縮、舒張等)被選擇用于前瞻性門控，但在心動周期的不同時(shí)間幀中，心臟的運(yùn)動狀態(tài)可能是不同的。這通常是由于這樣的事實(shí)，即，ECG門控依賴于電信號而不是依賴于實(shí)際機(jī)械運(yùn)動，并且心臟周期長度變化未在前瞻性門控中被考慮到。因此，動態(tài)測量的時(shí)間幀可能未基于每個(gè)體素被對準(zhǔn)，并且這樣的失準(zhǔn)可能向時(shí)域?qū)Ρ葎z取曲線中引入偽影，其導(dǎo)致錯(cuò)誤的分析結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的各方面解決了上述問題和其他問題。根據(jù)一個(gè)方面，一種方法，包括配準(zhǔn)4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集。所述方法包括將對應(yīng)于多個(gè)不同時(shí)間幀的圖像數(shù)據(jù)與來自所述時(shí)間幀之一的參考圖像配準(zhǔn)。所述4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集包括利用變化的對比增強(qiáng)在不同時(shí)間幀采集的同一感興趣體積的圖像數(shù)據(jù)，所述感興趣體積包括移動結(jié)構(gòu)，并且所述不同時(shí)間幀對應(yīng)于所述移動結(jié)構(gòu)的不同運(yùn)動周期中的預(yù)定感興趣運(yùn)動時(shí)相。根據(jù)另一方面，一種系統(tǒng)，包括扭曲部件，其扭曲4D圖像數(shù)據(jù)集的圖像數(shù)據(jù)以基于梯度下降算法將所述圖像數(shù)據(jù)與來自所述4D圖像數(shù)據(jù)集的參考圖像的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。所述圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像的數(shù)據(jù)對應(yīng)于同一感興趣體積和不同時(shí)間幀。所述系統(tǒng)還包括相似度確定器，所述相似度確定器確定指示經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)與所述參考圖像的數(shù)據(jù)之間的相似度的值。根據(jù)另一方面，一種利用指令編碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令在由計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時(shí)，令所述處理器執(zhí)行如下操作基于利用自適應(yīng)步長預(yù)測的隨機(jī)梯度下降優(yōu)化算法以及零均值歸一化互相關(guān)相似度度量，彈性地配準(zhǔn)4D ECG前瞻性門控對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)。


本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置，以及各種步驟和步驟安排的形式。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選實(shí)施例，而不應(yīng)解釋為是對本發(fā)明的限制。圖I圖示了結(jié)合有圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)部件的成像系統(tǒng)。圖2圖示了范例配準(zhǔn)部件。圖3圖示了 4D圖像數(shù)據(jù)的范例空間濾波。 圖4圖示了 4D圖像數(shù)據(jù)的范例時(shí)域?yàn)V波。圖5和6圖示了范例配準(zhǔn)。圖7圖示了范例方法。
具體實(shí)施例方式圖I圖示了成像系統(tǒng)100，諸如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器。成像系統(tǒng)100包括靜止機(jī)架102和旋轉(zhuǎn)機(jī)架104，旋轉(zhuǎn)機(jī)架104由靜止機(jī)架103能旋轉(zhuǎn)地支撐。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104關(guān)于縱軸或z軸繞著檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)。在圖示的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)機(jī)架104被配置成足夠快速地旋轉(zhuǎn)以掃描人類的搏動的心臟，例如，用于在單次心動周期期間掃描整個(gè)心臟。在一種情況下，圖示的旋轉(zhuǎn)機(jī)架104被配置成至少旋轉(zhuǎn)兩百七十毫秒(270ms)。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104還能夠旋轉(zhuǎn)更低或更高的旋轉(zhuǎn)時(shí)間。輻射源108，諸如X射線管，由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104支撐并且與旋轉(zhuǎn)機(jī)架104 —起旋轉(zhuǎn)，并發(fā)射輻射。源準(zhǔn)直器對所述輻射進(jìn)行準(zhǔn)直以形成錐形、扇形、楔形或以其他方式成形的輻射束，所述輻射束貫穿檢查區(qū)域106。位于源108的對側(cè)的輻射敏感探測器陣列110探測貫穿檢查區(qū)域106的輻射并生成指示所述輻射的投影數(shù)據(jù)。在圖示的實(shí)施例中，輻射敏感探測器陣列110足夠大從而能夠一次探測貫穿患者的整個(gè)心臟的輻射。對此，在一個(gè)實(shí)施例中，探測器陣列110至少具有兩百五十六(256)排或行的探測器。在其他實(shí)施例中，探測器陣列110可以具有更多或更少的排或行。運(yùn)動監(jiān)測器或傳感器114被配置成感測檢查區(qū)域106中的移動對象或受檢者的至少預(yù)定感興趣體積的運(yùn)動狀態(tài)并生成指示其的信號。運(yùn)動傳感器114可以包括心動和/或呼吸和/或其他運(yùn)動傳感器。通用計(jì)算系統(tǒng)充當(dāng)操作員控制臺116，其包括諸如顯示器和/或打印機(jī)的人類可讀輸出裝置以及諸如鍵盤和/或鼠標(biāo)的輸入裝置。駐留在控制臺116上的軟件例如通過允許操作員選擇掃描協(xié)議(例如，ECG或以其他方式門控對比增強(qiáng)協(xié)議，其基于來自運(yùn)動監(jiān)測器114的信號對掃描進(jìn)行門控)、啟動掃描等，允許操作員控制系統(tǒng)100的操作。注射器112被配置成注射(一種或多種)對比物質(zhì)，例如，用于對比增強(qiáng)成像流程。圖示的注射器112由控制臺116控制。在另一種情況下，對比劑是手動施予的。重建器118重建投影數(shù)據(jù)并生成指示檢查區(qū)域106的體積圖像數(shù)據(jù)。重建器118能夠采用覆蓋各種角度范圍的重建算法，所述角度范圍例如是從一百八十度(180° )加上扇角到三百六十度(360° )加上扇角和/或其他范圍。能夠基于在不同時(shí)間幀采集的數(shù)據(jù)來重建四維(4D)數(shù)據(jù)集。在一種情況下，每個(gè)時(shí)間幀可以對應(yīng)于不同運(yùn)動(例如，心動、呼吸等)周期，或者對應(yīng)于不同運(yùn)動周期的子部分。所述子部分可以對應(yīng)于每個(gè)周期內(nèi)的(一個(gè)或多個(gè))預(yù)定和/或選定的(例如心動、呼吸等)感興趣時(shí)相。對于心動成像，所述時(shí)相可以是收縮、舒張或其他時(shí)相。對于對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)，對應(yīng)于不同運(yùn)動周期/時(shí)間幀的圖像數(shù)據(jù)可以具有表示在掃描期間組織中的對比劑攝取和洗出的不同對比增強(qiáng)。支撐物124，諸如臥榻，支撐檢查區(qū)域106中的對象或受檢者。支撐物124能夠被用于在掃描之前、期間和/或之后相對于X、y和/或z軸在檢查區(qū)域106中變化地定位對象或受檢者。在一種情況下，支撐物124被用于在檢查區(qū)域106中定位諸如心臟或其他組織的感興趣體積，并且然后在支撐物124處在同一位置處的情況下掃描整個(gè)感興趣體積(或其大部分)。這種掃描的范例是心動掃描，諸如前瞻性ECG門控對比增強(qiáng)心動掃描。對于這 樣的掃描，源準(zhǔn)直器對所發(fā)射的輻射進(jìn)行準(zhǔn)直，以便產(chǎn)生具有合適的射束角度(x/y和/或z方向)以覆蓋感興趣體積的輻射束，探測器陣列沿z軸具有適當(dāng)數(shù)量的排或者探測器行，以探測貫穿感興趣體積的輻射，并且在每個(gè)心動周期的(一個(gè)或多個(gè))選定時(shí)相期間或者針對諸如不足每個(gè)心動周期的特定選定子集來掃描心臟。配準(zhǔn)部件120配準(zhǔn)4D圖像數(shù)據(jù)或其預(yù)定子部分。如上所述，4D圖像數(shù)據(jù)可以包括對應(yīng)于不同運(yùn)動周期以及因此對應(yīng)于不同時(shí)間幀的圖像數(shù)據(jù)。對于對比增強(qiáng)研究，對應(yīng)于不同運(yùn)動周期和時(shí)間幀的同一運(yùn)動時(shí)的圖像數(shù)據(jù)可以具有不同的對比增強(qiáng)，反映隨著成像流程和時(shí)間的對比劑攝取和洗出。如下文更為詳細(xì)所述，在一種情況下，所述配準(zhǔn)算法包括利用相似度度量的基于梯度的迭代彈性配準(zhǔn)，其便于確定圖像數(shù)據(jù)何時(shí)被適當(dāng)?shù)嘏錅?zhǔn)。對于對比增強(qiáng)數(shù)據(jù)，這樣的算法可以考慮對比劑濃度跨不同時(shí)間幀和/或不一致運(yùn)動狀態(tài)的變化。這樣的算法可以減少由于幾何失準(zhǔn)造成的偽影，從而提供更高的定量精度，用于各種成像流程，諸如心肌灌注CT成像。分析器122能夠用于分析經(jīng)配準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)。對于灌注掃描，分析器122能夠用于生成灌注圖和/或灌注參數(shù)，諸如達(dá)峰時(shí)間、曲線下面積(即，經(jīng)過組織的血液體積)、局部峰強(qiáng)度或增強(qiáng)、平均上升斜率、最大上斜率、達(dá)最大上斜率時(shí)間等。這樣的信息可以例如沿時(shí)間軸基于每個(gè)體素、基于每個(gè)感興趣體積或者基于其他內(nèi)容生成。所生成的灌注圖和/或灌注參數(shù)能夠以各種方式進(jìn)行呈現(xiàn)(例如，作為色彩編碼的灌注圖、曲線圖等)存儲在存儲器中、被顯影、被轉(zhuǎn)換以供處理等。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，配準(zhǔn)部件120和/或分析器122可以是系統(tǒng)100的一部分(未示出)或者與其遠(yuǎn)離，例如處在諸如工作站等的計(jì)算系統(tǒng)中。在任一種情況下，一個(gè)或多個(gè)處理器可以執(zhí)行在諸如存儲器的本地或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上編碼和/或嵌入的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，以實(shí)施配準(zhǔn)部件120和/或分析器122。圖2圖示了配準(zhǔn)部件120的范例。圖示的配準(zhǔn)部件120包括濾波器202，濾波器202用于對包括在不同時(shí)刻采集的圖像數(shù)據(jù)的4D圖像數(shù)據(jù)，或者對與不同時(shí)間幀對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波。圖示的濾波器202被配置成對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波并且然后對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波。圖3示出了沿空間坐標(biāo)(X、y和z)對與前瞻性ECG門控對比增強(qiáng)心動灌注掃描相對應(yīng)的4D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波的范例，并且圖4示出了對4D圖像數(shù)據(jù)時(shí)域坐標(biāo)(時(shí)間)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波的范例。返回到圖2，這樣的多維圖像濾波可以提高圖像數(shù)據(jù)的信噪比(SNR)，同時(shí)保持圖像數(shù)據(jù)的空間和時(shí)域銳化度。提高SNR (即降低圖像噪聲)可以得到對心肌灌注的更為準(zhǔn)確的定量分析。在另一實(shí)施例中，濾波器202被忽略，或者利用另一濾波器。作為適合的濾波器的范例，在H. Bruder 等人于 Proc. of SPIE Med. Imag. Conf. , vol. 7258. 2009 中的 “Spatio-temporalfiltration of dynamic CT data using diffusion filter，，一文中進(jìn)行了描述。參考圖像識別器204在4D數(shù)據(jù)集中識別參考圖像的數(shù)據(jù)。對于4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)，參考圖像識別器204可以通過識別具有最高對比(峰)增強(qiáng)的時(shí)間幀或圖像數(shù)據(jù)來完成這一操作。這一操作能夠例如，從峰值增強(qiáng)曲線或以其他方式自動進(jìn)行。通常，對應(yīng)于不同的被掃描的心動周期的圖像數(shù)據(jù)將隨著對比劑被攝取和洗出具有不同量的對比增強(qiáng)，并且具有最高對比劑攝取的圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)于兩個(gè)心臟腔室都完全被對比劑填充的時(shí)間，并且將可能示出關(guān)于其他圖像數(shù)據(jù)的更寬泛的細(xì)節(jié)。這一時(shí)間幀能夠由配準(zhǔn)部件120例如通過找到具有最大圖像能量的時(shí)間幀來自動識別。在另一種情況下，參考圖像識別器204基于指示用戶選擇的圖像數(shù)據(jù)的信號和/或以其他方式識別參考圖像的數(shù)據(jù)。扭曲部件206基于所述參考圖像的數(shù)據(jù)扭曲或變換4D圖像數(shù)據(jù)。在圖示的實(shí)施 例中，扭曲部件206采用彈性或非剛性算法。在其他實(shí)施例中，附加地或備選地采用剛性算法。扭曲部件206可以一次扭曲圖像數(shù)據(jù)，或者例如通過扭曲之前已扭曲的圖像數(shù)據(jù)來多次扭曲圖像數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)確定經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)與所述參考在結(jié)構(gòu)上不足夠相似時(shí)，扭曲部件206可以扭曲經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)。相似度確定器208確定指示經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)與參考圖像的數(shù)據(jù)之間的相似度的值。優(yōu)化器210便于使相似度標(biāo)準(zhǔn)最小化。決策部件212確定何時(shí)已達(dá)到了合適的配準(zhǔn)。如果一個(gè)已經(jīng)達(dá)到了，配準(zhǔn)部件120扭曲經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)，相似度確定器208確定另一值，并且決策部件120基于新的值確定是否已達(dá)到了合適的配準(zhǔn)。這些步驟可以被重復(fù)直到所述配準(zhǔn)被確定為是可接受的。在一種情況下，決策部件212確定所述值與針對所述圖像數(shù)據(jù)的先前的扭曲確定的值之間的差值，比較所述差值與預(yù)定閾值。在另一種情況下，決策部件212比較所述值與預(yù)定(相對或絕對)閾值。在又一種情況下，決策部件212確定何時(shí)已在所述圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行了預(yù)定數(shù)量的迭代。其他標(biāo)準(zhǔn)可以附加地或備選地被用于確定何時(shí)達(dá)到了合適的配準(zhǔn)。圖5和圖6圖示了配準(zhǔn)部件120的范例配準(zhǔn)。在這一范例中，配準(zhǔn)部件120確定滿足方程I的變形場方程I :fw (x) =ft (g (x)) =fr,其中，fw表示經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)，ft表示與參考圖像的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)，g表示變形場，并且fr表示參考圖像的數(shù)據(jù)。配準(zhǔn)部件120可以利用被配準(zhǔn)的圖像的所有體素強(qiáng)度值或其子集。在圖5中，圖像數(shù)據(jù)502與參考圖像的數(shù)據(jù)504配準(zhǔn)。在這一范例中，扭曲部件206包括插值器，其扭曲圖像數(shù)據(jù)502，生成經(jīng)扭曲或變形的圖像數(shù)據(jù)508。合適的插值算法包括三次B樣條或其他算法。相似度部件208確定經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)508與參考圖像的數(shù)據(jù)504之間的相似度值。在圖示的實(shí)施例中，相似度標(biāo)準(zhǔn)包括在圖像fr與ft之間的零均值歸一化互相關(guān)。優(yōu)化器210試圖找到最佳的變形g，其使相似度標(biāo)準(zhǔn)最小化。合適的優(yōu)化器包括自適應(yīng)隨機(jī)梯度下降優(yōu)化。這一標(biāo)準(zhǔn)非常適合于處理在4D圖像數(shù)據(jù)中變化的對比劑濃度。圖像與變形場g510的離散和連續(xù)版本之間的對應(yīng)關(guān)系能夠利用三次B樣條來建立。如本文所提到的，所述配準(zhǔn)可以包括一次或多次迭代512。如圖6中所示，基于參考圖像的數(shù)據(jù)504配準(zhǔn)來自時(shí)間幀600中的一個(gè)或多個(gè)的圖像數(shù)據(jù)和/或?qū)烧吲錅?zhǔn)。在圖示的實(shí)施例中，自適應(yīng)隨機(jī)梯度下降優(yōu)化算法利用自適應(yīng)步長預(yù)測來施加。利用步長預(yù)測的合適的優(yōu)化算法在S. Klein、J. P. ff. Pluim、M. Staring和M. A. Viergever于International Journal of Computer Vision, 81 (3),第 227-239 頁，2009 中的“Adaptivestochastic gradient descent optimisation for image registration，，一文中進(jìn)行了論述。這樣的算法可以降低每次迭代的耗時(shí)，而不影響收斂的速率、最終的精度或魯棒性。這種算法類似于利用差別的確定性梯度下降，相似度標(biāo)準(zhǔn)的梯度由逼近度來替換。相似度標(biāo)準(zhǔn)的推導(dǎo)的隨機(jī)逼近能夠通過使用在優(yōu)化過程的每次迭代中的體素的新的、隨機(jī)選擇的子集來確定。通過這種方式，避免了逼近誤差的偏移。配準(zhǔn)的速度和準(zhǔn)確度可以取決于經(jīng)由隨機(jī)采樣獲得的梯度逼近的質(zhì)量。隨機(jī)體素位置的子集能夠使用均勻采樣或非均勻采樣中的任一種來確定，其可以改善梯度逼近。圖像邊緣可能強(qiáng)烈影響基于強(qiáng)度的配準(zhǔn)估計(jì)。因此，強(qiáng)調(diào)圖像邊緣的采樣分布能夠被用于改善梯度逼近。在一種情況下，X 二值掩膜被用于僅對那些具有最高圖像梯度幅度的體素進(jìn)行 隨機(jī)采樣。隨機(jī)采樣的另一種合適的方法在Bhagalia R、Fessler JA、Kim B于IEEE TransMed Imaging, 2009 年 8 月;28(8): 1208-16 中的“Accelerated nonrigid intensity-basedimage registration using importance sampling，，一文中進(jìn)行了描述。多分辨率方法能被應(yīng)用于改善配準(zhǔn)算法的魯棒性和效率。利用這樣的算法，配準(zhǔn)能夠首先利用粗糙的二次采樣圖像來執(zhí)行，并確定具有降低數(shù)量的自由度的變形場。隨后，該結(jié)果能夠被傳播至下一更細(xì)化的水平。這一迭代流程可以備選地?cái)U(kuò)展圖像和變形場的B樣條控制點(diǎn)的柵格，直到達(dá)到了最細(xì)化的水平。在M. Unser、A. Aldroubi和M. Eden于IEEETrans. Pattern Anal. Mach. Intell. 15, 364 - 3791993 中的 “The L2-polynomial splinepyramid” 一文中論述了合適的多分辨率方法。這種方法適于3D B樣條減小/擴(kuò)展二(2)的因子的算子來構(gòu)建椎體，或者原始圖像的逐漸降低的版本和變形場，變形場是最優(yōu)的。在其中存在配準(zhǔn)的高自由度的情況下，可能固有地存在姿態(tài)不良的問題，其可能導(dǎo)致在不存在合適的約束條件的情況下，變形場的不切實(shí)際的交疊。因此，在估計(jì)變形場g時(shí)，可以采用各種約束條件。例如，在一種情況下，一個(gè)約束條件可以是變形場g是隨著人類器官和組織運(yùn)動倒轉(zhuǎn)而倒轉(zhuǎn)。在S. Y. Chun和J. A. Fessler于IEEE J. Sel. Top. SignalProcess. 3,159 - 1692009 中的 “A simple regularizer for b-spline nonrigid imageregistration that encourages local invertibility”一文中能夠找到一種非常適合與3D配準(zhǔn)的合適的方法。在Fessler的文章中公開的補(bǔ)償函數(shù)通過在x、y、z方向綁定兩個(gè)鄰近的變形系數(shù)的差來促進(jìn)正雅克比(Jacobian)判定。通過約束該差僅替代系數(shù)，即使具有處在帶內(nèi)的梯度的大的變形g也包括在搜索解空間中。圖7圖示了一種方法。對于這一范例，配準(zhǔn)部件120對經(jīng)由對比增強(qiáng)前瞻性ECG門控心動灌注掃描采集的4D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。這樣的掃描是基于(一個(gè)或多個(gè))預(yù)定心動時(shí)相來門控的，所述時(shí)相諸如是收縮時(shí)相、舒張時(shí)相和每個(gè)心動周期或心跳(即，在每個(gè)R-R間隔之間)中的其他心動時(shí)相。所述(一個(gè)或多個(gè))時(shí)相可以是通過掃描器的操作員選擇的、經(jīng)由所選擇的掃描協(xié)議識別的和/或以其他方式確定的。此外，所述掃描可以被選通，使得在每個(gè)心臟周期、每個(gè)其他的心臟周期或者少于每個(gè)心臟周期的一些其他數(shù)量的心臟周期，掃描心臟的(一個(gè)或多個(gè))時(shí)相。掃描能夠在對比劑的施予之前、當(dāng)時(shí)或稍后開始。在702，獲得4D灌注圖像數(shù)據(jù)。在704，如結(jié)合圖2或以其他方式所描述的。對4D數(shù)據(jù)集施加動態(tài)灌注濾波。在706，如本文所述，配準(zhǔn)經(jīng)濾波的圖像。例如，在一種情況下，這包括使用利用自適應(yīng)步長預(yù)測的隨機(jī)梯度下降優(yōu)化算法以及零均值歸一化互相關(guān)相似度度量，利用參考圖像的數(shù)據(jù)彈性地配準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)。在708，處理所得到的配準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)。這包括確定各種灌注圖和/或參數(shù)。利用這種方法，可以在配準(zhǔn)移動對象或解剖結(jié)構(gòu)的對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)時(shí)去除或減少由于幾何失準(zhǔn)而造成的偽影。因此，諸如心肌灌注CT成像的灌注應(yīng)用可以提供非常適于相對較高的定量準(zhǔn)確度的數(shù)據(jù)。上文所描述的動作可以通過計(jì)算機(jī)可讀指令來實(shí)施，所述指令在由(一個(gè)或多個(gè))計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行時(shí)，令所述(一個(gè)或多個(gè))處理器執(zhí)行本文所述的動作。在這種情況下，所述指令被存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，諸如存儲在與相關(guān)計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)和/或能夠以其
他方式由其所訪問的存儲器中。已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解先前的詳細(xì)說明之后，可以做出修改和變更。其意圖是將本發(fā)明解釋為包括所有這樣的修改和變更，只要其落在所附權(quán)利要求或其等價(jià)要件的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種配準(zhǔn)4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集的方法，其中，所述4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集包括利用變化的對比增強(qiáng)在不同時(shí)間幀采集的同一感興趣體積的圖像數(shù)據(jù)，所述感興趣體積包括移動結(jié)構(gòu)，并且所述不同時(shí)間幀對應(yīng)于所述移動結(jié)構(gòu)的不同運(yùn)動周期中的預(yù)定感興趣運(yùn)動時(shí)相，所述方法包括將對應(yīng)于所述不同時(shí)間幀的的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)與來自所述時(shí)間幀之一的參考圖像配準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)是利用迭代的基于梯度的配準(zhǔn)算法和相似度度量來配準(zhǔn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述配準(zhǔn)算法基于隨機(jī)梯度下降優(yōu)化算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求2到3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述相似度度量包括零均值歸一化互相關(guān)相似度度量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中的任一項(xiàng)所述的方法，將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)包括 扭曲針對特定時(shí)間幀的圖像數(shù)據(jù)以匹配所述參考圖像的數(shù)據(jù)； 確定指示經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)與所述參考圖像的數(shù)據(jù)之間的相似度的值；以及 在所述值滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將所述圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到所述參考圖像的數(shù)據(jù)，并且在所述值不滿足所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)扭曲所述經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括迭代的最大數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 在將4D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)之前對所述4D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，其中，所述濾波包括對4D圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行空間濾波以及對所述4D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括 基于經(jīng)配準(zhǔn)的4D圖像數(shù)據(jù)集生成參數(shù)圖或灌注參數(shù)中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述4D圖像數(shù)據(jù)集對應(yīng)于前瞻性ECG門控對比增強(qiáng)灌注掃描。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述參考圖像的數(shù)據(jù)對應(yīng)于具有預(yù)定感興趣對比增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I到11中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述4D圖像數(shù)據(jù)集包括心動圖像數(shù)據(jù)并且對應(yīng)于特定預(yù)定感興趣心動時(shí)相。
13.一種系統(tǒng)(100),包括 扭曲部件(206)，其扭曲4D圖像數(shù)據(jù)集的圖像數(shù)據(jù)以基于梯度下降算法將所述圖像數(shù)據(jù)與來自所述4D圖像數(shù)據(jù)集的參考圖像的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，其中，所述圖像數(shù)據(jù)和所述參考圖像的數(shù)據(jù)對應(yīng)于同一感興趣體積和不同時(shí)間幀；以及 相似度確定器(208)，其確定指示經(jīng)扭曲的圖像數(shù)據(jù)與所述參考圖像的數(shù)據(jù)之間的相似度的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述圖像數(shù)據(jù)被迭代地扭曲直到所述值滿足預(yù)定相似度標(biāo)準(zhǔn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13到14中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 濾波器(202 )，其被配置成對所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述濾波器被配置成對所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波。
17.根據(jù)權(quán)利要求13到15中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 參考圖像識別器(204)，其基于在所述4D圖像數(shù)據(jù)集中具有峰值對比增強(qiáng)時(shí)間幀在所述4D圖像數(shù)據(jù)集中識別所述參考圖像的數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述峰值對比增強(qiáng)是基于所述圖像數(shù)據(jù)的能量確定的。
19.根據(jù)權(quán)利要求13到18中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 分析器(122)，其基于所述經(jīng)配準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)生成灌注圖或灌注參數(shù)中的至少一個(gè)。
20.一種利用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令編碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在由計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行時(shí)，令所述處理器執(zhí)行如下操作 基于利用自適應(yīng)步長預(yù)測的隨機(jī)梯度下降優(yōu)化算法以及零均值歸一化互相關(guān)相似度度量，彈性地配準(zhǔn)4D ECG前瞻性門控對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種配準(zhǔn)4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集的方法，其中，所述4D對比增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)集包括利用變化的對比增強(qiáng)在不同時(shí)間幀采集的同一感興趣體積的圖像數(shù)據(jù)，所述感興趣體積包括移動結(jié)構(gòu)，并且所述不同時(shí)間幀對應(yīng)于所述移動結(jié)構(gòu)的不同運(yùn)動周期中的預(yù)定感興趣運(yùn)動時(shí)相，所述方法包括將對應(yīng)于多個(gè)不同時(shí)間幀的圖像數(shù)據(jù)與來自所述時(shí)間幀之一的參考圖像配準(zhǔn)。
文檔編號G06T7/00GK102884550SQ201180022575
公開日2013年1月16日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者M·格拉斯, A·A·伊索拉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司