專利名稱：用于在心臟成像時進行運動校正的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在心臟成像時進行運動校正的方法以及裝置，其中，利用成像裝置在包括多個心臟周期的時間段內(nèi)記錄心臟的至少一個區(qū)域的多個圖像，并隨后為產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組將它們相互關(guān)聯(lián)。
背景技術(shù)：
為對心臟成像可以使用不同的成像技術(shù)，例如計算機斷層造影(CT)、磁共振斷層造影(MR)、正電子發(fā)射斷層造影(PET)、單光子發(fā)射計算機斷層造影(SPECT)或者超聲波技術(shù)(US)。恰恰是在需要記錄心臟或者心臟部分立體的三維圖像數(shù)據(jù)組的應(yīng)用中，由于記錄立體數(shù)據(jù)的記錄速度與心臟周期內(nèi)心臟幾乎靜止的相對短的階段相比較慢，沒有其它措施就會導(dǎo)致運動偽影。因此為避免這種運動偽影，例如為產(chǎn)生心血管或者心臟的其它解剖學(xué)細節(jié)的三維圖像數(shù)據(jù)組，使圖像記錄與心臟跳動或心臟周期同步進行。在此全部圖像記錄貫穿多個心臟周期，其中，分別僅記錄或分析每個心臟周期中相同心臟階段的圖像數(shù)據(jù)。同步一般情況下通過也稱為EKG選通的EKG控制(EKG心電圖)進行。在此，觸發(fā)信號由對心肌的電活動性的測量導(dǎo)出。此外也可以使用所謂的呼吸選通的呼吸控制，以便也獲得與呼吸運動的同步。但盡管有這些和其它公知的同步技術(shù)在以這種方式獲得的3D圖像數(shù)據(jù)中仍一如既往地產(chǎn)生運動偽影，它們導(dǎo)致圖像中的空間分辨率降低。
EP 1055935A2介紹了一種用于對心臟進行磁共振成像的方法，其中使用呼吸選通技術(shù)。在此為導(dǎo)出用于呼吸選通的同步信號，在各MR圖像拍攝之間利用導(dǎo)航脈沖序列測定橫膈膜的位置，以便由此監(jiān)測呼吸運動。隨后將這些圖像數(shù)據(jù)在考慮每次圖像拍攝時所測得的橫膈膜的位置的情況下進行正確的組合。為此需要預(yù)掃描，該預(yù)掃描將各通過橫膈膜位置采集的呼吸階段分別與心臟中的一個參考點相對應(yīng)。
EP 1593984A1公開了一種用于磁共振成像的方法，其中使用EKG選通和呼吸選通，以避免所記錄圖像中的運動偽影。在這種方法中，也將導(dǎo)航脈沖序列用于測定橫膈膜的位置，以便從中導(dǎo)出呼吸選通信號和用于圖像校正的信息。
US 2005/0113672A1介紹了一種用于利用選通信號的不同信息以避免圖像記錄時的運動偽影的方法和裝置。在這種方法中，同時采集有關(guān)器官如心臟的多個運動信息，以便從中導(dǎo)出選通信號。從該運動信息中測定器官最小運動的時間點并用于選通。從該運動信息中還可以確定運動校正系數(shù)，然后利用其校正所記錄的器官的圖像。但為此在直接使用所采集的運動信息時需要迭代法。對采集運動信息有不同的技術(shù)，例如還有電采集技術(shù)如EKG或者VKG。
DE 69529667T2介紹了一種用于利用磁共振產(chǎn)生圖像的方法和裝置。在此為減少運動偽影利用導(dǎo)航脈沖序列測定運動部分的位置，以便據(jù)此相應(yīng)地校正圖像數(shù)據(jù)。但利用這種導(dǎo)航技術(shù)只能在一個方向上測定運動。該文獻也指出借助利用導(dǎo)航信號測定的心臟位置進行其它運動校正，例如連續(xù)的旋轉(zhuǎn)矩陣匹配。但與此相關(guān)尚未解決的是，應(yīng)如何在呼吸運動時采集心臟的轉(zhuǎn)動或?qū)⑵鋸耐ㄟ^導(dǎo)航信號測定的位置中導(dǎo)出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于在對心臟成像時進行運動校正的方法以及裝置，利用其可以進一步減少運動偽影。
在本發(fā)明的用于在對心臟成像時進行運動校正的方法中，利用成像裝置在包括多個心臟周期的時間段內(nèi)記錄心臟的至少一個區(qū)域的多次拍攝，隨后為產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組將它們相互關(guān)聯(lián)。在此心臟周期是指心臟跳動的周期。為記錄圖像可以使用的成像技術(shù)例如有計算機斷層造影、磁共振斷層造影、正電子發(fā)射斷層造影、單光子發(fā)射計算機斷層造影或者超聲波成像等。產(chǎn)生組合的圖像數(shù)據(jù)組例如包括從在心臟的不同位置上記錄的層析圖像中產(chǎn)生3D圖像數(shù)據(jù)組。但除了產(chǎn)生3D圖像數(shù)據(jù)組外，該方法也可以用于將在不同的心臟周期中記錄的拍攝相互關(guān)聯(lián)，例如彼此相減的其它用途。
本方法的特征首先在于，在拍攝期間利用附加的測量裝置采集用于產(chǎn)生心臟的心電向量圖(VKG)的測量數(shù)據(jù)，從中計算在相繼的心臟周期之間或相對于預(yù)先給定的心臟周期心臟的空間位置和定向的變化并在將拍攝相關(guān)聯(lián)時予以考慮，以避免或至少降低由于心臟空間狀況的變化在組合圖像數(shù)據(jù)組中造成的誤差。在此心臟的空間狀況是指心臟的空間位置和定向。
在本發(fā)明的方法中利用選通技術(shù)進行成像，以確保每次拍攝都在相同的心臟階段上進行或者只將在相同心臟階段上記錄(回顧性選通)的拍攝用于產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組。通過考慮在相繼心臟周期或心臟跳動之間心臟空間狀況的變化，再次降低了組合圖像數(shù)據(jù)組中的運動偽影。在此利用以下認識，即心臟運動不僅包括心肌的收縮，而且心臟在各心臟周期之間的空間狀況還可以改變，也就是可以移動和/或者轉(zhuǎn)動。通過這種移動和/或者轉(zhuǎn)動，心臟的空間狀況可以隨著一次次心臟跳動而產(chǎn)生變化。這種非周期性的變化不能通過公知的選通或同步技術(shù)得到補償。然而，通過在記錄拍攝期間采集心臟空間狀況的變化并在從各拍攝中產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組時考慮這些變化也可以減少或者避免由此造成的圖像偽影。這正是本發(fā)明方法的特別優(yōu)點，利用其可以獲得提高了空間分辨率的組合圖像數(shù)據(jù)組，特別是3D圖像數(shù)據(jù)組。
不言而喻，在本發(fā)明方法中在計算心臟空間狀況變化的基礎(chǔ)上進行的運動校正還可以利用例如對相繼拍攝的圖像進行比較等附加技術(shù)進一步完善。
在本方法中進行正交的心電向量描記術(shù)，以獲得心肌電活動性的心電向量圖(VKG)，從中可以測定和計算心臟周期之間或心臟跳動之間或者與作為基準確定的心臟周期之間的心臟空間狀況的變化。在此測量數(shù)據(jù)的記錄與圖像拍攝的記錄同時進行，其中，必須為過后產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組儲存有關(guān)哪些圖像拍攝和哪些測量數(shù)據(jù)與哪些心臟周期相對應(yīng)的信息。
在作為心電圖的一種變形的心電向量描記術(shù)中記錄心臟的電活動性，以便從中確定在一個心臟周期期間心電向量的數(shù)值以及方向在時間上的變化。心電向量是一種電偶極子(Dipol)，通過其可以根據(jù)心臟的電活動來反映心臟。心電向量圖顯示在心臟周期期間心電向量的數(shù)值和方向在時間上的變化并相當于一般情況下的封閉的三維曲線，下面也稱為VKG環(huán)(Schleife)，其又由多個子環(huán)組成。在心臟的空間狀況變化時，電偶極子的空間狀況以及因此心電向量圖中VKG環(huán)的空間狀況也發(fā)生變化。在本發(fā)明的方法中，對兩個心臟周期之間心電向量圖中VKG環(huán)空間狀況的這種變化進行探測和量化，以便從中計算出兩個心臟周期之間心臟空間狀況的變化。
在該方法的擴展中，在心電向量圖中檢測涉及心律失常的心臟跳動的異常QRS復(fù)合波期外收縮、心室提前收縮或者異位心臟跳動。期外收縮的QRS環(huán)在心電向量圖中很容易識別，因為它在形狀和定向上與正常(收縮的)QRS環(huán)存在明顯區(qū)別。心律失常的心臟跳動導(dǎo)致妨礙正確運動校正的改變了的EKG/VKG信號。因此在該方法的該擴展中，對在這種心臟周期上記錄的拍攝不進行運動校正。最好放棄整個拍攝(從而它對組合的圖像數(shù)據(jù)組沒有幫助)并在其隨后的心臟周期中重新記錄。
在本發(fā)明方法的另一具有優(yōu)點的擴展中，利用心電向量圖進行所謂的VKG標準化。在這種情況下，它是一種尋求將兩個心臟周期的VKG環(huán)通過3D變換相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)。在此，它例如可以是相繼的心臟周期。但也可以定義或者選擇一個參考VKG環(huán)并將所有其它心臟周期的VKG環(huán)按其標準化。這種3D變換的特征參數(shù)(本征值、旋轉(zhuǎn)角)可以作為心臟狀態(tài)中變化的指示器使用。如果可以通過線性變換(旋轉(zhuǎn)和移動)將各所觀察的心臟周期的VKG環(huán)彼此轉(zhuǎn)換，那么心臟的空間狀況僅以常見方式改變。在這種情況下可以進行運動校正。如果變換不是線性的，那么它表明異常的心臟跳動，這樣或者不對相應(yīng)的拍攝進行運動校正或者放棄這些拍攝。
在通過記錄心電向量圖來實施本發(fā)明的方法時，最好還從心電向量圖中導(dǎo)出用于使圖像記錄與心臟階段同步的觸發(fā)信號。這樣就形成非常可靠、堅固的同步，因為例如在心電向量圖中也可以識別心律失常的心臟運動，從而在這種情況下不產(chǎn)生觸發(fā)信號。
在另一具有優(yōu)點的實施方式中，心電向量圖還用于采集呼吸的時間變化并導(dǎo)出用于呼吸控制的觸發(fā)信號。因為呼吸運動影響心臟的空間狀況，所以也可以從心電向量圖中確定這種影響。因此與呼吸運動相關(guān)的心臟的空間狀況的改變在本發(fā)明的方法中在運動校正時自動予以考慮。此外還可以通過分析心電向量圖確定呼吸運動并用于觸發(fā)圖像拍攝。在這種情況下，可以取消使用單獨的呼吸傳感器。然后在需要時不再要求患者在圖像拍攝時必須數(shù)秒鐘屏住呼吸。
所提出的用于實施該方法的裝置包括一個或者多個輸入接口，用于利用成像裝置記錄的拍攝和利用測量裝置采集的測量數(shù)據(jù)，還包括具有分析模塊和圖像組合模塊的分析裝置。分析模塊用于計算心臟周期之間心臟空間狀況的變化，圖像組合模塊用于關(guān)聯(lián)所記錄的拍攝，在考慮心臟的空間狀況所計算的變化情況下記錄組合圖像數(shù)據(jù)組，其中至少降低由于心臟位置的變化造成的誤差。分析模塊以及圖像組合模塊在此方面這樣構(gòu)成，使其可以實施依據(jù)本發(fā)明方法的各個步驟。


下面借助實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法再次進行簡要說明。其中圖1舉例示出依據(jù)本發(fā)明方法的過程；圖2舉例示出EKG/VKG信號與心肌收縮之間時間上的關(guān)系；以及圖3舉例示出心臟周期中記錄的心電向量圖。
具體實施例方式
在圖1的實施例中，采用計算機斷層造影技術(shù)產(chǎn)生心臟的三維圖像數(shù)據(jù)組。在此采用選通技術(shù)這樣進行CT掃描，使得原始數(shù)據(jù)的記錄在與心臟跳動的同步下進行。按照這種方式，記錄與患者身體縱軸(顱尾側(cè)(kaudokranial)，Z軸)垂直定向的心臟層析圖像的時間序列。這些軸向?qū)游鰣D像來源于不同的Z位置和不同的心臟周期。最好這樣進行同步，使圖像記錄分別僅在每個心臟周期的無運動心臟階段中進行。
為獲得層析圖像必須事先從計算機斷層造影的原始數(shù)據(jù)中首先再現(xiàn)圖像，這一般通過濾波反向投影實現(xiàn)。隨后將各層析圖像相應(yīng)于其拍攝位置相互組合，以獲得組合圖像數(shù)據(jù)組。組合圖像數(shù)據(jù)組的產(chǎn)生例如可以借助于多平面再現(xiàn)(MPR)或者借助于立體著色技術(shù)(VRT)進行。通過MPR例如獲得矢向或者正面層的、不同定向的重整的軸向圖像。借助于VRT可以產(chǎn)生3D立體圖像。
在本發(fā)明的方法中，組合圖像數(shù)據(jù)組(MPR、VRT)的產(chǎn)生是在考慮在圖像記錄期間采集的每兩個心臟周期之間的心臟的空間狀況的變化的情況下進行的。對此為進行運動校正，相應(yīng)于所計算出的心臟空間狀況上的變化對各層析圖像單獨進行轉(zhuǎn)動、翻轉(zhuǎn)或者移動。按照這種方式獲得降低了圖像偽影的MPR或者VRT圖像。
在本實施例中，對不同心臟周期之間心臟空間狀況的變化的采集(圖像記錄在沒有該采集的情況下進行)通過同時記錄各心臟周期的心電向量圖進行。從這些心電向量圖中還可導(dǎo)出用于使圖像記錄與心臟跳動同步的觸發(fā)信號。從心電向量圖中的VKG環(huán)(參見圖3)的三維狀況的變化中可以確定不同心臟周期之間心臟狀況的相對變化，其被引入到運動校正中。
在本實施例中，逐心臟周期地進行VKG標準化，其中，計算相鄰心臟周期的VKG環(huán)之間的3D變換。如果這種變換是線性的并因此涉及到VKG環(huán)的移動和/或者轉(zhuǎn)動，那么可以從中直接確定心電向量狀況的變化，并由此確定心臟狀況的變化。如果確定了這樣的線性變換，那么相應(yīng)地進行圖像校正。但如果沒有產(chǎn)生線性變換，則說明是心律失常的心臟跳動。在這種情況下不進行運動校正。此外還可以放棄所屬的圖像拍攝，以使其對產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組不產(chǎn)生貢獻。
圖2示出通過心室立體2體現(xiàn)的EKG/VKG電信號1與心肌的機械收縮之間的時間關(guān)系。同步的圖像記錄最好在心臟的無運動階段4中進行。不言而喻，還可以在所有心臟階段中記錄圖像，但然后從中采用各相同心臟階段的圖像用于再現(xiàn)。正如從圖2可看到的那樣，心肌收縮的所謂QRS復(fù)合波3的電脈沖在前發(fā)生。這使得可以在該時刻就已經(jīng)從心電向量圖的所屬部分中確定心臟空間狀況變化。特別是在該時刻就已經(jīng)可以識別是否存在心律失常的心臟跳動，因為這種跳動可以通過心電向量圖中明顯可見的變化的QRS環(huán)來識別。因此在這種情況下就不用從心電向量圖中為同步圖像記錄導(dǎo)出的觸發(fā)信號了。
圖3舉例示出心電向量圖，其中，可以看到在計算機斷層造影的X-Y-Z坐標系中VKG環(huán)的三維變化。該環(huán)由P環(huán)4、QRS環(huán)5以及T環(huán)6組成。在兩個心臟周期之間心臟空間狀況變化時，該VKG環(huán)的空間狀況也發(fā)生變化，從而可以從這種變化中確定心臟空間狀況的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于在對心臟成像時進行運動校正的方法，其中，利用成像裝置在包括多個心臟周期的時間段內(nèi)記錄心臟的至少一個區(qū)域的多次拍攝，隨后為產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組將它們相互關(guān)聯(lián)，其中，在拍攝期間利用測量裝置采集用于產(chǎn)生心臟的心電向量圖(VKG)的測量數(shù)據(jù)，從中計算在心臟周期之間心臟的空間位置和定向的變化并在將拍攝相關(guān)聯(lián)時予以考慮，以至少降低由于心臟的空間位置和定向的變化在組合圖像數(shù)據(jù)組中造成的誤差。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將用于產(chǎn)生心臟的被采集區(qū)域的3D圖像數(shù)據(jù)組的拍攝相互關(guān)聯(lián)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，相應(yīng)于所計算的心臟的空間位置和定向的變化對拍攝進行運動校正，特別是相應(yīng)地進行單獨的移動和/或者翻轉(zhuǎn)和/或者轉(zhuǎn)動。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通過分析心電向量圖借助異常QRS復(fù)合波來識別心律失常的心臟周期，其中，對在心律失常的心臟周期中記錄的拍攝不進行運動校正。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，放棄在心律失常的心臟周期中記錄的拍攝并在以后的心臟周期中重復(fù)。
6.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，分別對每兩個心臟周期的心電向量圖確定所屬的心電向量圖是否可以通過線性變換至少彼此近似地轉(zhuǎn)換，其中，僅在線性變換的情況下基于所計算的心臟的空間位置和定向的變化對過后記錄的該兩個心臟周期的拍攝進行運動校正。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，如果心電向量圖不能通過線性變換使得至少彼此近似地轉(zhuǎn)換，則放棄過后的拍攝。
8.按權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述拍攝是在使用EKG控制或者VKG控制的情況下分別在心臟周期的相同階段上記錄的。
9.按權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述拍攝是在使用呼吸控制的情況下分別在呼吸運動的相同階段上記錄的，其中，從心電向量圖中導(dǎo)出呼吸運動和用于呼吸控制的觸發(fā)信號。
10.一種用于實施權(quán)利要求1所述方法的裝置，具有-一個或者多個輸入接口，用于利用成像裝置記錄的心臟的至少一個區(qū)域的拍攝以及同時利用測量裝置采集的用于制作心臟的心電向量圖(VKG)的測量數(shù)據(jù)，以及-分析裝置，具有-分析模塊，該模塊從測量數(shù)據(jù)中產(chǎn)生心臟的心電向量圖(VKG)并從中計算出在心臟周期之間心臟的空間位置和定向的變化，以及-圖像組合模塊，該模塊通過在考慮所計算的每兩個心臟周期之間心臟的空間位置和定向的變化情況下將所記錄的拍攝相關(guān)聯(lián)來產(chǎn)生組合的圖像數(shù)據(jù)組，其中至少降低了圖像數(shù)據(jù)組中由于該變化而造成的誤差。
11.按權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述圖像組合模塊這樣構(gòu)成，其將用于產(chǎn)生心臟被采集區(qū)域的3D圖像數(shù)據(jù)組的拍攝相關(guān)聯(lián)。
12.按權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，所述圖像組合模塊這樣構(gòu)成，其相應(yīng)于所計算出的心臟的空間位置和定向的變化，特別是相應(yīng)于單獨的移動和/或者翻轉(zhuǎn)和/或者轉(zhuǎn)動對所述拍攝進行運動校正。
13.按權(quán)利要求10至12之一所述的裝置，其特征在于，所述分析模塊這樣構(gòu)成，其通過分析心電向量圖借助異常的QRS復(fù)合波來識別心律失常的心臟周期，在此，所述圖像組合模塊這樣構(gòu)成，其對在心律失常心臟周期記錄的拍攝不進行運動校正。
14.按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述圖像組合模塊不將在心律失常心臟周期內(nèi)記錄的拍攝包括在組合圖像數(shù)據(jù)組內(nèi)。
15.按權(quán)利要求10至12之一所述的裝置，其特征在于，所述分析模塊這樣構(gòu)成，其分別對每兩個心臟周期的心電向量圖確定所屬的心電向量圖是否可以通過線性變換至少彼此近似地轉(zhuǎn)換，在此，所述圖像組合模塊這樣構(gòu)成，其僅在線性變換的情況下基于所計算的心臟的空間位置和定向的變化對過后記錄的該兩個心臟周期的拍攝進行運動校正。
16.按權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述圖像組合模塊這樣構(gòu)成，當心電向量圖不能通過線性變換至少彼此近似地轉(zhuǎn)換時，其不將過后的拍攝包括在組合圖像數(shù)據(jù)組內(nèi)。
17.按權(quán)利要求10至16之一所述的裝置，其特征在于，所述分析模塊這樣構(gòu)成，其從心電向量圖中導(dǎo)出并提供VKG觸發(fā)信號，從而可以在使用VKG控制的情況下分別記錄在心臟周期的相同階段上的拍攝。
18.按權(quán)利要求10至17之一所述的裝置，其特征在于，所述分析模塊這樣構(gòu)成，其從心電向量圖中導(dǎo)出并提供呼吸觸發(fā)信號，從而可以在使用呼吸控制的情況下分別記錄在呼吸運動的相同階段上的拍攝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在心臟成像時進行運動校正的方法以及裝置，其中，利用成像裝置在包括多個心臟周期的時間段內(nèi)記錄心臟的至少一個區(qū)域的多個圖像，并隨后為產(chǎn)生組合圖像數(shù)據(jù)組將它們相互關(guān)聯(lián)。在該方法中，拍攝期間利用一個附加的測量裝置采集測量數(shù)據(jù)，從中可以計算出在心臟周期之間心臟空間狀況的變化，以及從這些測量數(shù)據(jù)中計算出心臟周期之間心臟空間狀況的變化并在將拍攝相關(guān)聯(lián)時予以考慮，以降低圖像數(shù)據(jù)中由于變化造成的誤差。本發(fā)明的方法可以產(chǎn)生降低了圖像偽影的心臟的組合圖像數(shù)據(jù)組。
文檔編號A61B5/02GK101023887SQ200610130958
公開日2007年8月29日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者斯蒂芬·波普斯庫 申請人:西門子公司