專利名稱：產(chǎn)生運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腸t 圖像數(shù)據(jù)組的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在使用運(yùn)動場的情況下產(chǎn)生部分地并周期地運(yùn)動的檢查對象、特別是具有周期地運(yùn)動的器官或周期地運(yùn)動的身體區(qū)域的患者的運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腃T圖像數(shù)據(jù)組的方法，該運(yùn)動場由大量特定于位置的運(yùn)動矢量組成。此外，本發(fā)明還涉及一種用于圖像重建的計(jì)算系統(tǒng)以及一種具有這樣的計(jì)算系統(tǒng)的CT系統(tǒng)，其中在運(yùn)行時實(shí)施前面提到的方法。
背景技術(shù)：
一般公知的是，由于在CT拍攝期間的心臟運(yùn)動，所拍攝的數(shù)據(jù)是不一致的并且導(dǎo)致圖像偽影，其強(qiáng)烈限制了數(shù)據(jù)的臨床可用性。為了避免這種圖像偽影在現(xiàn)代CT心臟成像中通過拍攝或使用與心臟階段相關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生心臟的與階段相關(guān)的顯示。基本上為此存在回溯的和前瞻的采集方案。在前瞻的采集方案的情況下，僅在心臟的靜止階段附近的一定的窗口拍攝數(shù)據(jù)并且用于圖像重建。這些方案的共同目的是使心臟運(yùn)動幾乎凍結(jié)并且最小化數(shù)據(jù)不一致并且由此使圖像質(zhì)量最佳。但由于相對于心臟運(yùn)動過慢的機(jī)架旋轉(zhuǎn)或相對于機(jī)架旋轉(zhuǎn)過快的心跳該策略不足以達(dá)到實(shí)現(xiàn)足夠好的時間分辨率，以計(jì)算無偽影的圖像。在現(xiàn)有技術(shù)中公知不同的在事后改善時間分辨率的算法。在 H. Schondube^ T. AlImendinger、K. Stierstorfer>H. Bruder 和 T. Flohr 的文獻(xiàn)“Evaluation of a novel CT image reconstructionalgorithm with enhanced temporal resolution，，，Proceedings of SPIE, p. 79611N,2011中描述了通過低于180度的理論上的角度掃描來降低所需的數(shù)據(jù)量，其中由于不完整的數(shù)據(jù)而必須迭代地優(yōu)化圖像質(zhì)量。此外，在D. Schafer, J- Borgert、V. Rasche和M.Grass 的文獻(xiàn)“Motion-Compensated and Gated Cone Beam Filtered Back-Projectionfor 3-DRotational X-R ay Angiography，，，IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol.25,No. 7,pp. 898-906,2006年7月中公開了在已知對象運(yùn)動的情況下在運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ㄆ陂g可以考慮為重建所使用的數(shù)據(jù)。該過程導(dǎo)致極大地改善了圖像質(zhì)量。最后還參見文獻(xiàn)DE 10 2009 007 236A1，在該文獻(xiàn)中公開了至少部分地運(yùn)動的對象的運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腃T重建方法。在該方法中利用CT系統(tǒng)掃描運(yùn)動的檢查對象并且通過所采集的探測器數(shù)據(jù)借助迭代算法確定檢查對象的截面圖像，其中在迭代算法中要考慮在數(shù)據(jù)采集期間有關(guān)檢查對象運(yùn)動的運(yùn)動信息。該運(yùn)動信息以由大量的特定于位置的矢量組成的運(yùn)動場的形式表示，該特定于位置的矢量描述了在拍攝時間點(diǎn)在各自的位置處對象的運(yùn)動或位移。在此為了確定運(yùn)動場建議比較兩個時間上隔開的CT拍攝并且根據(jù)CT拍攝的變化推斷出特定于位置的運(yùn)動。但迄今為止，為了改善“最佳階段”圖像的圖像質(zhì)量，也就是從最佳的靜止階段得到的圖像以及由此的最高質(zhì)量，正確估計(jì)運(yùn)動的問題還沒有解決。迄今的方案僅通過不同心臟階段的兩個三維標(biāo)準(zhǔn)重建的配準(zhǔn)來估計(jì)運(yùn)動。但至今不能顯示“最佳階段”圖像的質(zhì)量改善，因?yàn)樵搱D像固有地限制了配準(zhǔn)的數(shù)據(jù)的時間分辨率。相反，極大地改善了較差的心臟階段的圖像并且由此例如能夠以改善的圖像質(zhì)量顯示其它心臟階段。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，找到用于圖像重建的方法和CT系統(tǒng)或者計(jì)算系統(tǒng)，其通過改善地迭代地確定運(yùn)動場并且隨后在重建圖像數(shù)據(jù)時進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償降低了殘余的圖像偽影，其中特別是在迭代地確定運(yùn)動場時應(yīng)當(dāng)避免有缺陷的結(jié)果。本發(fā)明的基礎(chǔ)是借助運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ㄋ惴ǜ纳频乇磉_(dá)運(yùn)動估計(jì)。相應(yīng)地，對“最佳階段”圖像fbp(x，S)進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǖ慕Y(jié)果直接取決于描述運(yùn)動的參數(shù)s e況[_。為此這樣估計(jì)參數(shù)S，使得結(jié)果滿足特定的圖像特征。形式上這可以通過將價(jià)值函數(shù)￡(4作為分析度量最小化來實(shí)現(xiàn)。如果為了重建“最佳階段”圖像使用解析的重建算法，例如FDK算法(FDK = Feldkamp-Davis-Kress),則可以給出有效的計(jì)算規(guī)范，該計(jì)算規(guī)范通過重建圖像的圖像特征(例如熵、總變差以及類似特征)迭代地確定用于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǖ膮?shù)。由此也就是由關(guān)于運(yùn)動周期的唯一的考察時間點(diǎn)或考察階段的CT圖像數(shù)據(jù)組的CT數(shù)據(jù)(而不需要使用關(guān)于運(yùn)動周期的其它時間點(diǎn)或其它考察階段的CT圖像數(shù)據(jù))來確定運(yùn)動場，利用該運(yùn)動場可以實(shí)施運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟?。此外，為了降低?jì)算開銷可以僅通過包含運(yùn)動的部分圖像來計(jì)算目標(biāo)函數(shù)。形式上地，為此計(jì)算運(yùn)動圖(Bewegungskarte),該運(yùn)動圖說明在圖像中在該位置存在運(yùn)動偽影的概率。在按照本發(fā)明的方法中，為此形成應(yīng)當(dāng)盡可能精確地估計(jì)在診斷相關(guān)的輻射時間內(nèi)發(fā)生的運(yùn)動，也就是描述運(yùn)動的運(yùn)動場。為此，按照本發(fā)明建議如下措施利用測量數(shù)據(jù)Pin可以定義價(jià)值函數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種用于在使用運(yùn)動場的情況下產(chǎn)生部分地并周期地運(yùn)動的檢查對象、特別是具有周期地運(yùn)動的器官或周期地運(yùn)動的身體區(qū)域的患者(P)的運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腃T圖像數(shù)據(jù)組的方法，該運(yùn)動場由大量特定于位置的運(yùn)動矢量組成，所述方法具有如下方法步驟 1.1.采集或傳輸計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)(I)的投影數(shù)據(jù)組，包含預(yù)先給定的運(yùn)動階段和投影角度區(qū)域，所述投影數(shù)據(jù)組允許直接重建CT圖像數(shù)據(jù)組，1. 2.通過如下迭代地確定運(yùn)動場 1.2.1.在使用第一解析的重建算法和分別由大量特定于位置的運(yùn)動矢量組成的不同的運(yùn)動場的情況下通過運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǚ椒ǘ啻沃亟ň哂械谝粓D像分辨率的CT圖像數(shù)據(jù)組，并且1. 2. 2.確定運(yùn)動場、優(yōu)選確定最佳運(yùn)動場，其中所述運(yùn)動場受到至少一個預(yù)先給定的強(qiáng)制條件，1. 3.在使用的運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǚ椒ǖ那闆r下基于第二重建算法和運(yùn)動場重建具有第二圖像分辨率的最終CT圖像數(shù)據(jù)組， 1.4.存儲所述最終CT圖像數(shù)據(jù)組或?qū)⑺鲎罱KCT圖像數(shù)據(jù)組在圖像再現(xiàn)系統(tǒng)上輸出。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 2.1.作為至少一個用于運(yùn)動場的強(qiáng)制條件使用待確定的運(yùn)動場的空間邊界，其中 2.2.所述空間邊界比最終CT圖像數(shù)據(jù)組的空間周長更小，并且 2.3.所述空間邊界位于該最終CT圖像數(shù)據(jù)組內(nèi)部， 2.4.其中在邊界之外的運(yùn)動場中運(yùn)動矢量取值零。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運(yùn)動場的強(qiáng)制條件使用預(yù)先給定的生理學(xué)運(yùn)動模型。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運(yùn)動場的強(qiáng)制條件在迭代地確定中使用初始運(yùn)動場，基于不嚴(yán)格地配準(zhǔn)檢查對象的兩個時間上隔開的CT圖像數(shù)據(jù)組來確定該初始運(yùn)動場。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運(yùn)動場的強(qiáng)制條件使用運(yùn)動場的濾波。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對于濾波使用分離的高斯濾波器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對于濾波使用邊緣保留的濾波器。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對于濾波使用時空平滑濾波器核。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述投影角度區(qū)域是180°加上所使用的射束的扇形角度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述解析的重建方法 是如下列表中的方法之一 -FDK 重建方法(FDK = Feldmann-Davis-Kress), -Clack-Defrise 重建方法， -基于希耳伯特變換的重建方法， -基于傅里葉變換的重建方法， -Radon 方法。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為待優(yōu)化的圖像特征使用至少一個如下列表中的圖像特征 -熵， -總變差/總波動， -可壓縮性。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從多個運(yùn)動周期收集所述探測器數(shù)據(jù)以用于產(chǎn)生所使用的投影數(shù)據(jù)組。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一圖像分辨率比所述第二圖像分辨率更低。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法與所述第一重建算法不同。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是解析的重建算法。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是迭代的重建算法。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是非解析的重建算法。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，周期地運(yùn)動的器官是患者的心臟。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，周期地運(yùn)動的器官是患者的肺部。
20.一種用于圖像重建的計(jì)算系統(tǒng)(10)，所述計(jì)算系統(tǒng)具有用于存儲計(jì)算機(jī)程序的存儲器和用于執(zhí)行所存儲的計(jì)算機(jī)程序的處理器，其特征在于，在存儲器中存儲了至少一個計(jì)算機(jī)程序(Prg1-Prgn),所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算系統(tǒng)(10)運(yùn)行時執(zhí)行按照上述方法權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法步驟。
21.—種CT系統(tǒng)(1)，具有按照上述權(quán)利要求20所述的計(jì)算系統(tǒng)(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腃T圖像數(shù)據(jù)組的方法，其中從預(yù)先給定的運(yùn)動階段和投影角度區(qū)域采集CT系統(tǒng)(1)的投影數(shù)據(jù)組，其允許直接重建CT圖像數(shù)據(jù)組；通過如下迭代地確定運(yùn)動場在使用第一解析的重建算法和分別由大量特定于位置的運(yùn)動矢量組成的不同的運(yùn)動場的情況下通過運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǚ椒ǘ啻沃亟ň哂械谝粓D像分辨率的CT圖像數(shù)據(jù)組，并且在使用至少一個預(yù)先給定的強(qiáng)制條件的情況下確定運(yùn)動場；并且在使用運(yùn)動補(bǔ)償?shù)闹亟ǚ椒ǖ那闆r下基于第二重建算法和所確定的運(yùn)動場重建具有第二圖像分辨率的最終CT圖像數(shù)據(jù)組。此外本發(fā)明涉及一種用于圖像重建的計(jì)算系統(tǒng)和一種具有這樣的計(jì)算系統(tǒng)的CT系統(tǒng)，其中在運(yùn)行時執(zhí)行前面提到的方法。
文檔編號A61B6/03GK103027705SQ20121036385
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者H.布魯?shù)? C.羅科爾, K.施蒂爾斯托弗 申請人:西門子公司