專利名稱：用于圖像數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?一種用于圖像數(shù)據(jù) 的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)單元， 一種斷層造影系統(tǒng)， 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和一種 程序模塊。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)是依據(jù)圍繞單一旋轉(zhuǎn)軸所拍攝的一系列二維X 射線圖像，使用數(shù)字處理來(lái)產(chǎn)生受研究對(duì)象(所關(guān)注對(duì)象)內(nèi)部的三維圖像的 處理。CT圖像的重構(gòu)可以通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)實(shí)現(xiàn)。
CT成像的基本原理是由CT系統(tǒng)的檢測(cè)器獲得受檢查對(duì)象的投影數(shù) 據(jù)。該投影數(shù)據(jù)表示被輻射波束穿過(guò)的對(duì)象的信息。為了從投影數(shù)據(jù)中產(chǎn) 生圖像，可以反向投影這些投影數(shù)據(jù)，產(chǎn)生二維圖像，即表示一個(gè)圓盤。 可以從多個(gè)這種二維圖像中重構(gòu)所謂的體素表示，即三維像素的表示。在 已經(jīng)以平面形式布置了檢測(cè)器的情況下，可以獲得二維投影數(shù)據(jù)，并且反 向投影的結(jié)果是三維體素?？梢杂枚S螺旋重構(gòu)方法來(lái)進(jìn)行這個(gè)處理，在 該方法中，將一個(gè)投影的檢測(cè)器數(shù)據(jù)中的不同部分反向投影到在不同位置 處的平面中，所述平面甚至可以具有不同的方向。在現(xiàn)代的、更先進(jìn)的所 謂"錐形波束"重構(gòu)方法中，在單個(gè)重構(gòu)步驟中將二維檢測(cè)器的投影數(shù)據(jù) 直接反向投影到體素的三維分布中。
計(jì)算機(jī)斷層造影的一個(gè)重要應(yīng)用是所謂的心臟計(jì)算機(jī)斷層造影，其涉 及跳動(dòng)的心臟的三維圖像重構(gòu)。在這種應(yīng)用中，由于引入了一些模糊，跳 動(dòng)心臟的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)使重構(gòu)的圖像變形。為了減小這些變形，可以將具有 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)用于CT成像，以便減小運(yùn)動(dòng)偽像的程度。當(dāng)在投影范圍內(nèi) 一或者甚至可以是在投影的全集中一補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以在重構(gòu)處理中使用 已經(jīng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償了的全部投影，而不會(huì)引入額外的偽像。與無(wú)運(yùn)動(dòng)補(bǔ) 償?shù)闹貥?gòu)相比，這得到了更高的信噪比，并可以直接用于減小患者劑量。
另外，有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)處理可以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)集中時(shí)間分辨率和空間分 辨率的改善。
可能希望提供一種用于圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膫溥x方法、 一種用于圖 像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)單元、 一種斷層造影系統(tǒng)、 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 和一種程序模塊。
發(fā)明內(nèi)容
可以借助于根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的一種用于圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆?法、 一種用于圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)單元、 一種斷層造影系統(tǒng)、 一種 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和一種程序模塊來(lái)滿足這個(gè)需要。
根據(jù)示范性實(shí)施例， 一種用于所關(guān)注對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆?br>
法包括接收表示所關(guān)注對(duì)象的投影數(shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；以及將
所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)。而且，該方法包括通
過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并對(duì) 該投影應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)。在此，采用 二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，可以使用所投影的運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)計(jì)算經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐?影，該二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法可以補(bǔ)償在圖像層中出現(xiàn)的對(duì)象運(yùn)動(dòng)，所述圖像 層可以對(duì)應(yīng)于已被前向投影的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的層。通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)使用所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队爱a(chǎn)生在與該運(yùn) 動(dòng)矢量場(chǎng)層相對(duì)應(yīng)的圖像層中的至少一個(gè)體素的圖像數(shù)據(jù)。
根據(jù)示范性實(shí)施例， 一種重構(gòu)單元，用于對(duì)所關(guān)注對(duì)象進(jìn)行檢查的檢
查設(shè)備，所述重構(gòu)單元適于接收投影數(shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；以及 將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)。所述重構(gòu)單元還適于 通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)，并對(duì) 該投影應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)，并適于通過(guò) 對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè)體素的圖 像數(shù)據(jù)。
根據(jù)示范性實(shí)施例， 一種斷層造影系統(tǒng)包括斷層造影單元和根據(jù)本發(fā) 明示范性實(shí)施例的重構(gòu)單元。所述斷層造影單元適于測(cè)量所關(guān)注對(duì)象的投 影數(shù)據(jù)，并且還適于將所述投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)街貥?gòu)單元。
根據(jù)示范性實(shí)施例，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲(chǔ)了程序， 用于基于斷層造影系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖像，所述程序在被處理器執(zhí)行 時(shí)，適于控制一種方法，該方法包括以下步驟接收投影數(shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng) 矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；通過(guò)將 所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)，并在投影平 面中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，將二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償用于該投影，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?投影數(shù)據(jù)；以及通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn) 生至少一個(gè)體素的圖像數(shù)據(jù)。
根據(jù)示范性實(shí)施例， 一種程序模塊用于基于斷層造影系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù) 來(lái)產(chǎn)生圖像，所述程序當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，適于控制一種方法，該方法包 括以下步驟接收投影數(shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù) 據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少 一層投影到所述投影數(shù)據(jù)，將二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償用于該投影，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；以及通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影， 來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè)體素的圖像數(shù)據(jù)。
可以在第一例程中產(chǎn)生所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)。這個(gè)第一例程可以包括 對(duì)所關(guān)注對(duì)象(例如心臟)的幾個(gè)三維圖像的重構(gòu)步驟。例如，可以重構(gòu)與心 動(dòng)周期的不同階段相關(guān)的三個(gè)三維體素表示，所述不同階段例如所謂的RR 周期的15%， 30%和45%。所述RR周期有時(shí)還表示為心動(dòng)周期，其描述了 覆蓋一次完整心跳的時(shí)間。通過(guò)使用這三個(gè)體素表示，通過(guò)例如在階段30 %與15%之間的運(yùn)動(dòng)估計(jì)以及在30%與45%之間的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，可以產(chǎn)生三 維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，例如可以采用公知的算法。當(dāng)然，可以使用三個(gè)以上的三 維體素表示來(lái)產(chǎn)生三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，這會(huì)產(chǎn)生更適于心臟真實(shí)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 矢量場(chǎng)。
在產(chǎn)生了所述三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)之后，可以使用該運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生經(jīng) 過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。這可以通過(guò)處理再次與在15%與45%之間的RR 周期相關(guān)的全部投影數(shù)據(jù)來(lái)完成，例如可以使用與18。Z的RR階段相對(duì)應(yīng) 的投影的投影數(shù)據(jù)。因此，可以使用與在30%與15XRR周期之間的運(yùn)動(dòng) 相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)?？蛇x擇的是，可以借助于一個(gè)因子，例如0.8，來(lái)縮 放所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)。在進(jìn)一步的步驟中，與30%到15%相關(guān)的該運(yùn)動(dòng)矢量 場(chǎng)可以被分割為N個(gè)層，每一層都具有面法線，其平行于用于檢測(cè)投影數(shù) 據(jù)的投影方向。對(duì)于屬于層l的全部體素而言(其中，1是以0和N為邊界 進(jìn)行間隔得到的一個(gè)元素)，可以在進(jìn)行反向投影之前，將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng) 投影到所述投影數(shù)據(jù)上?？梢栽诳紤]到獲取所述投影數(shù)據(jù)時(shí)的波束幾何結(jié) 構(gòu)的情況下執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的投影。由該投影所得到的二維運(yùn)動(dòng)矢量 場(chǎng)可以用于對(duì)所述投影數(shù)據(jù)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，g卩，通過(guò)消除運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償在重 構(gòu)體積中的運(yùn)動(dòng)偽像。在出版物"Reduction of patient motion artifacts in digital subtraction angiography: evaluation of a fast and flilly automatic technique", Meijering MH等人，Radiology 2001年4月刊的219(1)，第288 到293頁(yè)中描述了一種可行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；在此將其引用為參考。就是說(shuō)， 可以使用二維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行變形。 可以在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前，對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和/或?yàn)V波。由于在該步 驟之后已經(jīng)對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)反向投影處理， 例如標(biāo)準(zhǔn)反向投影幾何學(xué)，來(lái)產(chǎn)生屬于層1的體素。例如在"Helical cardiac cone beam reconstruction using retrospective ECG gating", M. Grass等人, Physics in Medicine and Biology 48 (2003)第3069到3084頁(yè)中描述了可以與 本發(fā)明結(jié)合使用的反向投影處理。為了產(chǎn)生下一層1 + 1的體素，可以通過(guò) 使用與上述步驟相對(duì)應(yīng)的步驟來(lái)計(jì)算新的變形的投影，隨后是同樣使用了 標(biāo)準(zhǔn)反向投影幾何學(xué)的反向投影步驟。可任選擇的是，可以使用這樣的一
種方法在該方式中，不是使用了運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的多個(gè)獨(dú)立層，而是使用了 運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的多個(gè)平均層?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的幾個(gè)層的運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn) 行平均，來(lái)執(zhí)行這個(gè)平均操作。這些平均后的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)生在層之 間過(guò)渡區(qū)域中的體素的內(nèi)插的變形投影是尤其有利的。具體而言，在僅在 幾個(gè)支持點(diǎn)上確定運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的情況下，可以不必計(jì)算新的變形投影。
可以借助于計(jì)算機(jī)程序，即軟件，或者借助于使用一個(gè)或多個(gè)專用電 子優(yōu)化電路，即硬件，或者采用混合形式，即借助于軟件部件和硬件部件， 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于所關(guān)注對(duì)象的檢査，例如對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的多周期心臟計(jì)算機(jī) 斷層造影數(shù)據(jù)的分析。所述計(jì)算機(jī)程序可以用任何適合的編程語(yǔ)言來(lái)編寫，
諸如C++,并可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，諸如CD-ROM。此外，可以 從網(wǎng)絡(luò)獲得所述計(jì)算機(jī)程序，諸如環(huán)球網(wǎng)，可以從網(wǎng)絡(luò)將程序下載到圖像
處理單元或處理器，或任何適合的計(jì)算機(jī)。
通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的方法，可以減小重構(gòu)過(guò)程復(fù)雜性， 這是因?yàn)榭梢圆辉俦仨殞⑦\(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的集成結(jié)合到反向投影步驟中。與此 相反，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為要重構(gòu)的數(shù)據(jù)集所估計(jì)的指定的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)常常 可以覆蓋視圖的完整三維場(chǎng)。而且，根據(jù)示范性實(shí)施例，可以提高圖像質(zhì) 量，這是因?yàn)榭梢栽诳赡艿耐队盀V波之前應(yīng)用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。因此，可以提供 一種用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)目焖偾矣行У姆椒ǎ淇梢耘c當(dāng)前反向投影架構(gòu)相兼 容。由此，可以使用現(xiàn)有技術(shù)中己知的反向投影架構(gòu)。根據(jù)示范性實(shí)施例， 有可能的是，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理的計(jì)算負(fù)載沒(méi)有表現(xiàn)在反向投影回路本身的修 改形式中，而是表現(xiàn)在投影預(yù)處理中。可以將其概括為提供對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 的高質(zhì)量重構(gòu)，例如心臟重構(gòu)，并且其具有改善的時(shí)間分辨率、減小的模 糊不清、改善的信噪比水平。此外，當(dāng)使用根據(jù)示范性實(shí)施例的方法時(shí)， 可以減小輻射劑量。通過(guò)將運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的多個(gè)層投影到投影數(shù)據(jù)上，可以 產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)的多個(gè)層。
以下，將說(shuō)明用于所關(guān)注對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ母嗍?范性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例還可應(yīng)用于所述重構(gòu)單元、所述斷層造影 系統(tǒng)、所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及所述程序模塊。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)示范性實(shí)施例，以這樣的方式進(jìn)行分割為多 層的步驟使這些層具有與用來(lái)產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)的投影的方向相平行的面法 線。例如，在來(lái)自投影的中央射線在Z方向上，即檢測(cè)器平面朝向輻射源 的情況下，這些層可以是在x-y平面中的層。
根據(jù)該方法的再另一個(gè)示范性實(shí)施例，使用通過(guò)對(duì)兩個(gè)最接近的層進(jìn) 行投影而產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)，來(lái)產(chǎn)生所述至少一個(gè)體素的圖 像數(shù)據(jù)。這個(gè)實(shí)施例在體素位于運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的兩個(gè)層之間的過(guò)渡區(qū)中時(shí)尤 其有利。
根據(jù)該方法的再另一個(gè)示范性實(shí)施例，使用了采用笛卡爾坐標(biāo)系的反 向投影架構(gòu)。笛卡爾坐標(biāo)系的使用可以允許使用容易且快速的反向投影算 法。具體而言，能夠使用硬連線的電路。
根據(jù)該方法的再另一個(gè)示范性實(shí)施例，依據(jù)圖像數(shù)據(jù)的預(yù)定精度來(lái)選 擇層數(shù)。以這樣的方式來(lái)選擇運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)被分割的層數(shù)在一層中，即在 一層的厚度上，運(yùn)動(dòng)中的變化足夠低，從而可以實(shí)現(xiàn)所期望的分辨率。另 一方面，層數(shù)可以不必選擇為很大，因?yàn)檫@樣所需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量會(huì)較高。
以下，將說(shuō)明所述重構(gòu)單元的更多示范性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例 也可應(yīng)用于所述方法、所述斷層造影系統(tǒng)、所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及所述 程序模塊。
根據(jù)再另一個(gè)示范性實(shí)施例，所述重構(gòu)單元包括硬連線電路，其適于 完成反向投影。硬連線電路的使用，例如硬件實(shí)現(xiàn)，可以提供較為容易的 實(shí)現(xiàn)方式。此外，這種硬連線的電路可以是防故障的。可以使用包括具有 適當(dāng)軟件的處理器的重構(gòu)單元來(lái)代替硬連線的電路。
根據(jù)再另一個(gè)示范性實(shí)施例，所述重構(gòu)單元還包括存儲(chǔ)單元。所述存 儲(chǔ)單元適于至少暫時(shí)性地存儲(chǔ)投影數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù) 據(jù)的層和/或經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)。
在此背景下應(yīng)注意，本發(fā)明不限于計(jì)算機(jī)斷層造影，而是在多維數(shù)據(jù) 集重構(gòu)期間必須執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)那闆r下總是可以使用本發(fā)明。
還應(yīng)注意，這個(gè)技術(shù)對(duì)于其它醫(yī)學(xué)成像形式，如基于C形臂的3D旋轉(zhuǎn) X射線成像、核磁共振成像、正電子發(fā)射斷層造影或采用基于射線的反向 投影重構(gòu)方法的其它成像形式也會(huì)是有用的。而且，除了心臟成像之外， 用于運(yùn)動(dòng)對(duì)象(如呼吸選通成像(breathing gated imaging)或其它形式)的全部
其它斷層造影成像應(yīng)用也可以得益于這個(gè)方案。
可以被視為本發(fā)明示范性實(shí)施例的要點(diǎn)的是可以將掃描對(duì)象的指定 三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)m(x， y， z, t, t。)細(xì)分為多個(gè)二維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)層m(x， y, 1, t, t0)， 其中1表明標(biāo)簽，并且其中所述三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)m(x, y, z， t， to)描述了在時(shí)間 點(diǎn)t相對(duì)于參考狀態(tài)to的對(duì)象運(yùn)動(dòng)。與從投影p(u, v， t)朝向斷層造影單元輻 射源的中心射線的方向相垂直地進(jìn)行分割。在以上提供的對(duì)于運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng) 的層的描述中，將從投影到源的中心射線選擇為平行于z軸。優(yōu)選地，依 據(jù)要實(shí)現(xiàn)的精度和三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的粗糙度來(lái)選擇層數(shù)。將與包含在各層 中的全部體素的運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的二維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，前向投影到所考慮的投影 p(u, v, t)上，產(chǎn)生了二維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)m(u, v, 1， t, to)。
隨后，利用這個(gè)二維矢量場(chǎng)m(u， v， 1， t， to)來(lái)計(jì)算對(duì)象的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?投影p(u,v，l,t,t。)。包含在層1中的體素v(x，y，z)的反向投影隨后采用了經(jīng)
過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皃(u,v，l，t,to)，或者，在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)層之間的過(guò)渡區(qū)
中的重疊層或體素的情況下，則采用與該體素之間具有最小距離的兩個(gè)經(jīng)
過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队?。由于使用運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生投影p(ii,v,l,t,to)，因此已 經(jīng)對(duì)體素v(x,y，z)的反向投影進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。而且，可以在濾波之前對(duì)投 影進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，以便不將額外的近似值加到逆處理，即反向投影中。
從事實(shí)中可以領(lǐng)會(huì)到一個(gè)基本觀點(diǎn)在執(zhí)行反向投影之前進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)
償，而且一次性地對(duì)整個(gè)層進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，而不是對(duì)每一個(gè)體素進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償。
依據(jù)參考下文并闡明的所述實(shí)施例，本發(fā)明的這些即其它方面會(huì)變得
顯而易見(jiàn)。
以下將參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的示范性實(shí)施例。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示
意性表示。
圖2顯示了分層的3D運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)和檢測(cè)器平面的示意性表示。 在附圖中的圖示說(shuō)明是示意性的。在不同附圖中，以相同的參考標(biāo)記 提供給相似的或相同的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了能夠結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的重構(gòu)單元來(lái)使用的計(jì)算機(jī) 斷層造影掃描器系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。
圖1中示出的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備100是錐形波束CT掃描器。然而，
還可以用扇形幾何結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施本發(fā)明。圖1所示的CT掃描器包括臺(tái)架101， 其可圍繞旋轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)。借助于電機(jī)103來(lái)驅(qū)動(dòng)臺(tái)架101。參考數(shù)字104 標(biāo)明了輻射源，例如X射線源，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其發(fā)出多波長(zhǎng)或 單波長(zhǎng)的射線。
參考數(shù)字105標(biāo)明了窗孔系統(tǒng)，其將從輻射源發(fā)出的輻射波束成形為 錐形輻射波束106。引導(dǎo)錐形輻射波束106，以便使其穿過(guò)布置在臺(tái)架101 中央的，即在CT掃描器的檢查區(qū)域中的所關(guān)注對(duì)象107,并照射到檢測(cè)器
108上。如可以從圖1得到的，檢測(cè)器108布置在臺(tái)架101上與輻射源104 相反的位置上，以便由錐形波束106覆蓋檢測(cè)器108的表面。圖1所示的 檢測(cè)器108包括多個(gè)檢測(cè)器元件123，每一個(gè)都能夠檢測(cè)被所關(guān)注對(duì)象107 散射、衰減或穿過(guò)所關(guān)注對(duì)象107的X射線。圖1中示意性示出的檢測(cè)器 108是二維檢測(cè)器，g卩，各個(gè)檢測(cè)器元件以平面形式布置，這種檢測(cè)器用于 所謂的錐形波束斷層造影。還可以使用一維檢測(cè)器設(shè)置。
在對(duì)所關(guān)注對(duì)象107進(jìn)行掃描期間，輻射源104、窗孔系統(tǒng)105和檢測(cè) 器108沿臺(tái)架101以由箭頭116所指示的方向旋轉(zhuǎn)。電機(jī)103連接到電機(jī) 控制單元117，用于臺(tái)架101與輻射源104、窗孔系統(tǒng)105和檢測(cè)器108的 旋轉(zhuǎn)，電機(jī)控制單元117連接到控制單元118(其也可以表示為計(jì)算、重構(gòu) 或確定單元)。
在圖1中，所關(guān)注對(duì)象107是人體，其被布置操作臺(tái)119上。在對(duì)人 107的心臟130進(jìn)行掃描期間，在臺(tái)架101圍繞人107旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，操作臺(tái) 119沿平行于臺(tái)架101的旋轉(zhuǎn)軸102的方向移動(dòng)人體107的位置。借助于此， 沿螺旋形掃描路徑來(lái)掃描心臟130。在掃描期間還可以停止操作臺(tái)119，從 而測(cè)量信號(hào)切片。應(yīng)注意，在全部所述情況中都可以執(zhí)行圓形掃描，在此 情況下，沒(méi)有在平行于旋轉(zhuǎn)軸102的方向上的移位，而只有臺(tái)架101圍繞 旋轉(zhuǎn)軸102的旋轉(zhuǎn)。
可任選性的是，可以提供心電圖設(shè)備135，其在檢測(cè)器108檢測(cè)由于穿 過(guò)心臟130而衰減的X射線的同時(shí)，測(cè)量人107的心臟130的心電圖。將 與所測(cè)量的心電圖相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?18。
此外，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，作為圖1所示的錐形波束結(jié)構(gòu)的備選方案，可以 用扇形波束結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。為了產(chǎn)生主要的扇形波束，可以將窗孔系 統(tǒng)105配置為狹縫準(zhǔn)直器。
檢測(cè)器108連接到控制單元118?？刂茊卧?18接收檢測(cè)結(jié)果，即來(lái)自 檢測(cè)器108的檢測(cè)器元件123的讀數(shù)，并基于這些讀數(shù)確定掃描結(jié)果。而 且，控制單元118與電機(jī)控制單元117通信，以便協(xié)調(diào)臺(tái)架101與電機(jī)103 和120及操作臺(tái)119的移動(dòng)。
控制單元118可以適于依據(jù)檢測(cè)器108的讀數(shù)來(lái)重構(gòu)圖像。可以通過(guò) 接口 122，將由控制單元118所產(chǎn)生的重構(gòu)圖像輸出到顯示器(圖1中未示出)。
可以以數(shù)據(jù)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制單元118,以處理來(lái)自檢測(cè)器108的檢測(cè) 器元件123的讀數(shù)。
圖1所示的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備捕獲心臟130的多周期心臟計(jì)算機(jī)斷 層造影數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，當(dāng)臺(tái)架101旋轉(zhuǎn)時(shí)，且當(dāng)延直線移位操作臺(tái)119 時(shí)，就由X射線源104和檢測(cè)器108相對(duì)于心臟130執(zhí)行螺旋狀掃描。在 這個(gè)螺旋狀掃描期間，心臟130會(huì)跳動(dòng)多次，并覆蓋了多個(gè)RR周期。在這 些跳動(dòng)期間，采集了多個(gè)心臟計(jì)算機(jī)斷層造影數(shù)據(jù)。同時(shí)，可以由心電圖 單元135測(cè)量心電圖。在已采集了這些數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)傳遞給控制單元 118，可以回顧性地分析所測(cè)量的數(shù)據(jù)。
由控制單元118處理所測(cè)量的數(shù)據(jù)，即心臟計(jì)算機(jī)斷層造影數(shù)據(jù)和心 電圖數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)圖形用戶界面(GUI)140來(lái)控制該控制單元118。然 而應(yīng)注意，本發(fā)明不限于該特定數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)。
圖2示意性地顯示了三維矢量場(chǎng)的分層表示。圖2a顯示了斷層造影系 統(tǒng)的輻射源200(未示出)和重構(gòu)體積201。該重構(gòu)體積與分層的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng) 相關(guān)聯(lián)，其中在圖2a中，以參考標(biāo)記202、 203、 204、 205和206來(lái)標(biāo)記 運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的各個(gè)層。圖2中所示的三維運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的分層表示對(duì)應(yīng)于時(shí) 間點(diǎn)t，在時(shí)間點(diǎn)t檢測(cè)器平面207已經(jīng)測(cè)量了投影p(t)，其被示意性示出， 即，檢測(cè)器平面207測(cè)量與該體積或者示意性顯示為體積201的受檢查對(duì) 象相對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)。
當(dāng)將各個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)投影到所測(cè)量的投影數(shù)據(jù)上時(shí)，得到了各個(gè)相應(yīng) 的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皩?。在圖2b中示意性的示出了這些相應(yīng)的經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償?shù)氖噶繉?。由于運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)被分割為5層，因此當(dāng)將運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)投影 到投影數(shù)據(jù)上時(shí)，同樣產(chǎn)生了5層經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)。在圖2b中這 5個(gè)層被標(biāo)記為208、 209、 210、 211和212，然后可以使用這5個(gè)層來(lái)產(chǎn) 生圖像數(shù)據(jù)，即表示受檢查對(duì)象一部分的三維圖像的體素。
可以采用所述的方法，來(lái)為所關(guān)注的目標(biāo)體積或?yàn)橥暾w積來(lái)實(shí)現(xiàn)完 整的、經(jīng)過(guò)三維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹貥?gòu)。其可以用于增加數(shù)據(jù)集的時(shí)間分辨率， 或減小運(yùn)動(dòng)模糊。另外，其可以有助于在心臟CT成像中使用更寬的選通窗 口，這會(huì)產(chǎn)生更大的信噪比。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以執(zhí)行對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量心臟重構(gòu)，并 且其具有改善的時(shí)間分辨率、減小的運(yùn)動(dòng)模糊或改善的信噪比或減小的劑
量o
應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)"包括"不排除其它元件或步驟，"一"不排除多個(gè)。此 外可以合并相關(guān)于不同實(shí)施例描述的元件。還應(yīng)注意，在權(quán)利要求中的參 考標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于所關(guān)注對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，所述方法包括以下步驟接收表示所述所關(guān)注對(duì)象的投影數(shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；并且通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè)體素的圖像數(shù)據(jù)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，以具有與所述投影方向相平行的 面法線的層進(jìn)行所述分割。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在產(chǎn)生所述至少一個(gè)體素的 圖像數(shù)據(jù)的步驟中，使用了通過(guò)對(duì)兩個(gè)最接近的層進(jìn)行投影而產(chǎn)生的所述 經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，在所述反向投影中，使 用了笛卡爾坐標(biāo)系。
5、 如權(quán)利要求2至4中任意一項(xiàng)所述的方法，依據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)的預(yù) 定精度來(lái)選擇層數(shù)。
6、 一種重構(gòu)單元，用于對(duì)所關(guān)注對(duì)象進(jìn)行檢査的檢査設(shè)備，其中，所 述重構(gòu)單元適于接收投影數(shù)據(jù)； 接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；并且通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè) 體素的圖像數(shù)據(jù)。
7、 如權(quán)利要求6所述的重構(gòu)單元，包括 硬連線電路，其適于實(shí)現(xiàn)所述反向投影。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的重構(gòu)單元，還包括 存儲(chǔ)單元。
9、 一種斷層造影系統(tǒng)，包括 斷層造影單元；以及如權(quán)利要求6至8中任意一項(xiàng)所述的重構(gòu)單元，其中，所述斷層造影單元適于測(cè)量所關(guān)注對(duì)象的投影數(shù)據(jù)，還適于將 所述投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲋貥?gòu)單元。
10、 一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲(chǔ)了程序，用于基于斷層造影系統(tǒng) 的投影數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖像，所述程序當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，適于控制一種方法， 所述方法包括以下步驟接收投影數(shù)據(jù)； 接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)； 通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并對(duì)所述投影應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；并且通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè) 體素的圖像數(shù)據(jù)。
11、 一種程序模塊，用于基于斷層造影系統(tǒng)的投影數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生圖像，所述程序當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，適于控制一種方法，所述方法包括以下步驟: 接收投影數(shù)據(jù)； 接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)； 通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一層投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并對(duì)所述投影應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；并且通過(guò)對(duì)所述經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè) 體素的圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
根據(jù)示范性實(shí)施例，一種用于所關(guān)注對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒òń邮胀队皵?shù)據(jù)；接收運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)；將所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)分割為多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)。而且，所述方法包括通過(guò)將所述多層運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)投影到所述投影數(shù)據(jù)上，并對(duì)所述投影應(yīng)用二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，來(lái)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)；并且通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐队皵?shù)據(jù)進(jìn)行反向投影，來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè)體素的圖像數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101341516SQ200680047840
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
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