專利名稱：心臟ct中非自主呼吸運動的校正的制作方法
心臟CT中非自主呼吸運動的校正本申請涉及計算機斷層(CT)成像。其尤其結(jié)合冠狀動脈血管造影得到應(yīng)用，并尤 其參考其進行說明。但是，這些概念將結(jié)合胸腔和腹部的其他CT應(yīng)用得到應(yīng)用。在CT冠狀動脈血管造影中，通常給患者注射造影劑。當(dāng)造影劑到達所成像的冠狀 動脈時，CT掃描器開始收集圖像數(shù)據(jù)?；颊咂磷『粑?，CT數(shù)據(jù)被收集，從而在共同的呼吸相 位內(nèi)收集所有數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)收集期間，以相對較低的螺距操作高速螺旋CT掃描。回顧性地 門控數(shù)據(jù)以在選定的心動相位內(nèi)生成數(shù)據(jù)集。低螺距生成足量的冗余數(shù)據(jù)，使得當(dāng)將選定 的心動相位以外的數(shù)據(jù)舍棄時，在選定的心動相位內(nèi)的完整數(shù)據(jù)集依然存在。如果患者能夠在5至20秒的數(shù)據(jù)采集周期期間一直屏住呼吸，則該技術(shù)正常工 作。如果患者在整個數(shù)據(jù)采集期間沒有或者不能屏住呼吸，那么就必須重復(fù)冠狀動脈血管 造影技術(shù)。但是，由于造影劑的劑量限制，必須在一段時間之后才能重復(fù)該過程。典型地， 對于心臟和呼吸運動，都不能回顧性地門控數(shù)據(jù)，為了重建仍然會生成在選定的心臟和呼 吸相位上的完整數(shù)據(jù)集。更確切地，因為呼吸周期相對來說比心動周期慢，因此如果將心臟 門控和呼吸門控都應(yīng)用于這些數(shù)據(jù)，那么這些數(shù)據(jù)中關(guān)于冠狀動脈的重要部分將會丟失。本申請描述了一種用于校正心臟CT成像數(shù)據(jù)采集期間的呼吸運動的技術(shù)。根據(jù)本申請的一個方面，提供一種具有呼吸運動補償?shù)腃T血管造影的方法。在多 個心動周期上生成與血管的多個子體積對應(yīng)的數(shù)據(jù)集。從子體積數(shù)據(jù)集生成子體積圖像。 識別子體積圖像中的特征點。基于所識別的特征點計算至少一些子體積的呼吸運動向量。 根據(jù)所計算的呼吸運動向量將子體積數(shù)據(jù)集重建為體積表示。根據(jù)另一方面，提供一種具有呼吸運動補償?shù)腃T血管造影裝置。輻射源和探測器 在多個心動周期上生成與血管的多個子體積對應(yīng)的數(shù)據(jù)集。子體積重建例程或處理器從子 體積數(shù)據(jù)集生成子體積圖像。特征點例程或處理器識別子體積圖像中的特征點。呼吸運動 例程或處理器基于所識別的特征點計算至少一些子體積的呼吸運動向量。圖像重建例程或 處理器根據(jù)所計算的呼吸運動向量將子體積數(shù)據(jù)重建為圖像表示。根據(jù)另一方面，CT血管造影裝置包括用于生成與多個心動周期的解剖區(qū)域的多 個子體積對應(yīng)的數(shù)據(jù)集的器件；從子體積數(shù)據(jù)集生成子體積圖像的器件；識別子體積圖像 中的特征點的器件；基于特征點計算至少一部分子體積圖像的呼吸運動向量的器件；根據(jù) 所計算的呼吸運動向量將子體積數(shù)據(jù)重建為體積圖像表示的器件。一個優(yōu)勢在于使心臟CT血管造影能夠應(yīng)用于在數(shù)據(jù)采集期間不能或不愿意屏住 呼吸的人，例如兒科患者、具有呼吸道疾病的患者、昏迷患者等。另一個優(yōu)勢在于最小化了造影劑劑量。另一個優(yōu)勢在于呼吸運動校正的CT血管造影圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于閱讀和理解下述詳細說明，其它優(yōu)勢將變得明顯。附圖僅僅用于說明的目的，而不構(gòu)成對發(fā)明的限制。

圖1示意性圖示了根據(jù)本申請的CT掃描器系統(tǒng)；圖2示意性圖示了用厚塊子體積成像區(qū)域覆蓋的冠狀動脈片段；圖3A、B和C圖示了圖2的三個子體積圖像。
螺旋CT掃描器10包括患者支撐12，環(huán)繞其旋轉(zhuǎn)地安裝掃描架14，該掃描架14載 有X射線管16和X射線探測器18。提供一種用于引起受試者支撐12、x射線管16和X射 線探測器18的螺旋運動的器件。在所述實施例中，該器件包括驅(qū)動20，其徑向地移動患者 支撐12穿過掃描架14?？蛇x擇地，可以相對于靜止的患者支撐移動掃描架。該器件還包括 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動22，其用于使具有χ射線管和探測器的掃描架圍繞受試者支撐旋轉(zhuǎn)。典型地，具有 χ射線管和探測器的掃描架以相對高速如200-240轉(zhuǎn)/分或更高速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)。在數(shù)據(jù)采 集期間，選擇受試者與χ射線源和探測器之間的相對徑向運動，以具有相對小的相對螺距， 例如0. 2的螺距。χ射線源16將輻射的錐形束投射到探測器18，該探測器18同時探測穿過圖像體 積的多個切片。對于約每180度的旋轉(zhuǎn)，生成來自于由錐形束限定的子體積的足量數(shù)據(jù)，以 重建子體積圖像，尤其是具有多個橫向薄塊的薄塊圖像。由于小的螺距，在下幾次旋轉(zhuǎn)中由 數(shù)據(jù)重建的子體積圖像將至少與第一個子體積圖像部分重疊。從探測器和軸向及旋轉(zhuǎn)位置監(jiān)測器生成的圖像數(shù)據(jù)被暫時存儲在緩沖器30中。 心臟門控程序或設(shè)備32從心臟監(jiān)測器34如EKG導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)接收心動周期信號。來自于心動 周期位于選定的相位中的子體積的數(shù)據(jù)存儲在選定的心動相位數(shù)據(jù)存儲器36中。如果對 多個心動相位進行成像，則可以建立或分割成一個或多個另外的心動相位數(shù)據(jù)存儲器38， 以存儲不同心動相位中另外的數(shù)據(jù)集。子體積重建處理器40將來自于每個子體積的數(shù)據(jù)重建為子體積序列或薄塊圖像 序列421;422，423，將其存儲在相應(yīng)的子體積或薄塊圖像存儲器44中。特征點例程或處理器 46識別每個子體積圖像中的共同特征點。呼吸運動向量例程或處理器48計算呼吸運動向 量，當(dāng)將來自存儲器36的選定的心動相位數(shù)據(jù)重建為體積血管造影圖像例如體積冠狀動 脈圖像50’時，由重建例程或處理器50使用該呼吸運動向量。參照圖2，血管造影圖像50’示意性示出了沿冠狀動脈52的片段。沿血管造影圖 像50’的長度標記多個子體積541; 542，543。因為心臟門控32消除了未在選定的心動相位 中收集到的子體積，因此針對其而由子體積重建處理器40生成子體積圖像Sf1Af2Af3 的子體積沿血管造影圖像50’軸向不均勻間隔，典型地具有不同的重疊程度。當(dāng)沒有呼吸運動時，每個子體積圖像將在空間上對齊。多個選定的特征點56中的 每個將典型地出現(xiàn)在兩個或更多子體積圖像中，并將彼此重疊。但是，一旦受試者開始呼 吸，子體積圖像將變?yōu)楸舜宋灰?，相同的特征點將會在一個子體積圖像中相對于另一個子 體積圖像而位移。參照圖3A、3B和3C，示出了三個圖示的特征點561; 562，563，每個都處于初始位置。 如果在受試者在屏住呼吸已經(jīng)獲得了子體積圖像54’工(或選定的呼吸周期參照點)，則從子 體積圖像51中能夠看到的特征點562的位置可以作為基礎(chǔ)或目標位置。如果患者在 用于子體積圖像54’工的數(shù)據(jù)生成之后和用于子體積圖像54’ 2的數(shù)據(jù)獲得之前開始呼吸， 那么特征點561; 562，563在子體積圖像54’ 2中的位置相對于其在子體積圖像54’工中的位 置將改變。該運動可以是簡單的平面移動或沿一個軸平移、相對于兩個軸的平面平移、相對 于軸向的平移、壓縮、膨脹等。向量計算例程或處理器48計算向量，該向量描述子體積圖像 54’ 2中的特征點相對于參考子體積圖像54’工中的相同特征點的位置移動。定義的特征點 越多，向量計算的就越準確。相似地，當(dāng)生成用于第三子體積圖像54’3的數(shù)據(jù)時，受試者可以處于另一呼吸狀態(tài)或周期，該狀態(tài)或周期引起特征點相對于其在子體積圖像54’1或54% 中的位置移動或平移。向量計算處理器或例程48直接計算向量，該向量描述相鄰和重疊的 子體積圖像之間的運動，并間接地例如通過向量相加計算描述每個后續(xù)子體積圖像的參考 呼吸相位之間的運動的向量。在時域中達到該處理點而獲得的運動信息很少。用于某個子體積的運動向量對應(yīng) 于用于重建其的數(shù)據(jù)的時間間隔的中點。對于使用如在D. Schafer5J. Borgert, V. Rasche, M. Grass,Motion-compensated and gated conebeam filtered back-projection for 3-D rotational X-Ray angiography. IEEETransactions on Medical Imaging,第25 (7)期，第 898-906頁，2006，中描述的方法進行后續(xù)運動補償重建而言，執(zhí)行時間插值。任選地，提供測量呼吸狀態(tài)的呼吸監(jiān)測器60。該呼吸狀態(tài)的測量值可以傳送到緩 沖器30，并存儲為子體積數(shù)據(jù)的一部分。通過了解所收集數(shù)據(jù)的呼吸狀態(tài)，可以假設(shè)在相同 呼吸狀態(tài)所收集的子體積具有相似的呼吸運動校正向量，并且能夠一起使用它們來計算對 應(yīng)的呼吸運動向量。呼吸運動向量也通史將由每個子體積圖像之間確定的運動向量插值到 呼吸運動向量或張量，該張量描述運動隨時間變化或在所有呼吸周期或呼吸周期的相關(guān)部 分中的呼吸相位。圖像重建處理器48根據(jù)所確定的呼吸運動向量將來自薄塊或子體積數(shù)據(jù)36的薄 塊或子體積數(shù)據(jù)重建為體積圖像表示50’，以存儲在體積圖像存儲器64中。例如，重建處 理器根據(jù)來自于存儲器36的子體積數(shù)據(jù)的相應(yīng)體素或射線評估或重建體積圖像的每個體 素，該相應(yīng)體素或射線是根據(jù)與每個子體積或所測得的呼吸相位對應(yīng)的所計算的呼吸運動 向量而確定的。諸如鍵盤或鼠標的用戶輸入設(shè)備68控制下的視頻處理器66從體積圖像存儲器64 中選擇合適的數(shù)據(jù)，并生成切片圖像、體積繪制或用于顯示在監(jiān)測器70上的其他合適的圖像。已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。在閱讀和理解前述詳細說明書的基礎(chǔ)上還可 以對其他方面進行修改和變化。旨在將本發(fā)明構(gòu)造為包括所有這些修改和變化，只要它們 落入所附權(quán)利要求或其等價物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有呼吸運動補償?shù)腃T血管造影方法，包括生成與對象的多個子體積對應(yīng)的數(shù)據(jù)集；從所述子體積數(shù)據(jù)集生成多個子體積圖像；識別所述子體積圖像中的特征點；基于所識別的特征點計算用于所述子體積中的至少一些的呼吸運動向量；以及根據(jù)所計算的呼吸運動向量將所述子體積數(shù)據(jù)集重建為體積圖像表示。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算所述呼吸運動向量包括評價多個所述子體積圖像的每個子體積圖像中所識別的特征點的位置變化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括選擇處于共同心動相位中的子體積數(shù)據(jù)集。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，生成所述子體積數(shù)據(jù)集包括 圍繞受試者旋轉(zhuǎn)輻射的錐形束；收集來自于穿過所述受試者的所述子體積的輻射的輻射衰減數(shù)據(jù)；以及 相對于彼此徑向地移動所述受試者和所述輻射的錐形束，從而使得沿著螺旋軌跡生成 所述子體積。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括 監(jiān)測所述受試者的心動周期；以及根據(jù)所監(jiān)測的心動周期門控所收集的子體積圖像數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括 監(jiān)測所述受試者的呼吸周期；以及使用所監(jiān)測的呼吸相位計算所述呼吸運動向量。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括將所述體積圖像表示中的至少一部分轉(zhuǎn)換為人可讀顯示。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述體積圖像表示中的至少一部分轉(zhuǎn)換為人可讀顯示。
9.一種計算機可讀介質(zhì)，其存儲用于控制處理器以實施根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟的程序。
10.一種CT裝置，其包括被編程為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的一個或多個處理
11.如權(quán)利要求10所述的CT裝置，還包括 受試者支撐(12)；旋轉(zhuǎn)掃描架(14)；χ射線發(fā)生器(16)，其安裝在所述旋轉(zhuǎn)掃描架上，所述χ射線發(fā)生器生成指向所述受試 者支撐的輻射的錐形束；輻射探測器(18)，其探測穿過所述受試者支撐上的受試者的所述輻射的錐形束；以及 機構(gòu)(20，22)，其用于使所述輻射的錐形束沿螺旋路徑繞所述受試者旋轉(zhuǎn)。
12.—種具有呼吸運動補償?shù)腃T血管造影裝置(10)，包括輻射源(16)和探測器(18)，其生成與多個心動周期上的血管的多個子體積(541; 542， 543)對應(yīng)的數(shù)據(jù)集；子體積重建例程或處理器(40)，其從所述子體積數(shù)據(jù)集生成子體積圖像(54’ 1;54’ 2， 54，3)；特征點例程或處理器(46)，其識別所述子體積圖像中的特征點(56)； 呼吸運動例程或處理器(48’)，其基于所識別的特征點(56)計算用于所述子體積中的 至少一些的呼吸運動向量；以及圖像重建例程或處理器(50)，其根據(jù)所計算的呼吸運動向量將所述子體積數(shù)據(jù)重建為 體積圖像表示(50' ) ο
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括心臟門控(32)，其選擇處于共同心動相位的子體積數(shù)據(jù)集。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述輻射源(16)生成輻射的錐形束，并且還包括受試者支撐(12)；用于圍繞所述受試者支撐(12)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)掃描架(14)，其上安裝有所述χ射線源 (16)和所述探測器(18)；以及機構(gòu)(20，22)，其用于使所述輻射的錐形束沿螺旋路徑繞所述受試者旋轉(zhuǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，還包括心臟監(jiān)測器(34)，其監(jiān)測所述受試者的心動周期；以及 心臟門控(32)，其根據(jù)所監(jiān)測的心動周期門控所收集的子體積圖像數(shù)據(jù)集。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括呼吸監(jiān)測器(60)，其監(jiān)測所述受試者的呼吸周期，所述呼吸運動例程或處理器(48)使 用所監(jiān)測的呼吸周期計算所述呼吸運動向量。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括監(jiān)測器(70)，其將所述體積圖像表示(50)中的至少一部分轉(zhuǎn)換為人可讀顯示。
18.如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括存儲器(36)，其存儲所述數(shù)據(jù)集，所述子體積重建處理器或例程(40)從所述存儲器 (36)中檢索每個數(shù)據(jù)集，用于重建為所述子體積圖像(54’ 1;54’ 2，54’ 3)，所述體積圖像重 建例程或處理器(50)從所述存儲器(36)中檢索數(shù)據(jù)，用于將所存儲的數(shù)據(jù)重建為所述體 積圖像表示(50' ) ο
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，還包括監(jiān)測器(70)，其將所述體積圖像表示中的至少一部分轉(zhuǎn)換為人可讀顯示。
20.—種CT血管造影裝置，包括用于生成與多個心動周期上的解剖區(qū)域的多個子體積((541; 542，543)對應(yīng)的數(shù)據(jù)集的 器件(16，18)；用于從所述子體積數(shù)據(jù)集生成子體積圖像(54’ 1;54’ 2，54’ 3)的器件(40)； 用于識別所述子體積圖像中的特征點(561; 562，563)的器件(46)； 用于基于特征點(561; 562，563)計算用于所述子體積中的至少一些的呼吸運動向量的 器件(48)；以及用于根據(jù)所計算的呼吸運動向量將所述子體積數(shù)據(jù)重建為體積圖像表示(50’ )的器 件(50)。
全文摘要
一種CT血管造影裝置(10)，其補償呼吸運動。在螺旋掃描過程中，輻射源(16)和探測器(18)在多個心動周期上生成與的血管的多個子體積對應(yīng)的數(shù)據(jù)集。將對應(yīng)于選定的心動周期的子體積數(shù)據(jù)集重建(40)為多個子體積圖像(54’1，54’2，54’3)。識別子體積圖像中的特征點(561，562，563)。計算機例程或處理器(48)基于在多個所述子體積圖像中所識別的特征點計算呼吸運動向量。圖像重建例程或處理器(50)使用所計算的呼吸運動向量將選定的心動相位的原始子體積數(shù)據(jù)(36)重建為體積圖像表示(50’)。
文檔編號A61B6/03GK101902967SQ200880121380
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者T·克勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司