運動補償的迭代重建的制作方法
【技術領域】
[0001]以下總體涉及重建，并且更具體而言，涉及運動補償的迭代重建，并且對計算機斷層攝影(CT)的特定應用進行描述;然而，以下也適用于其他成像模態，諸如，正電子發射斷層攝影(PET)、單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)和/或其他成像模態。
【背景技術】
[0002]CT掃描器通常包括X射線管，其被安裝在旋轉機架上，與定位在檢查區域對面的探測器陣列相對。旋轉機架并且因此X射線管，圍繞檢查區域旋轉，并且X射線管發射穿過檢查區域和其中的對象的一部分的輻射。探測器陣列探測輻射并且生成指示所探測到的輻射的投影數據。重建器重建投影數據，生成體積圖像數據，體積圖像數據能夠被處理以生成一幅或多幅圖像。
[0003]重建算法包括非迭代重建算法(諸如濾波背向投影(FBP))和迭代重建算法(諸如基于代數和統計的重建算法)。迭代重建算法與常規FBP重建算法相比可以減少針對給定圖像質量所需要的劑量。遺憾的是，迭代重建算法計算成本高，與FBP重建算法相比需要更多的重建時間。這在許多年來阻止了在臨床環境中迭代重建的使用。最近，利用現代化硬件和大量的并行，才可能實現允許針對臨床環境中的選定應用使用迭代重建的重建時間。
[0004]己經使用運動補償的重建(MCR)算法來降低重建圖像中由運動引起的模糊，例如，針對心臟和/或其他應用。一個途徑是基于低質量的FBP重建來估計心臟的不同運動狀態之間的運動，并且在二次重建中使用該信息來生成改進的FBP圖像。估計的運動通常被表示為描述每個圖像體素從參考心臟時相到若干其他心臟時相的移動的運動向量場(MVF)的集合。在背向投影期間應用MVF以針對每個投影確定己經在相應的射線中的體素。該途徑改進了圖像質量。
[0005]I so I a等人的 “Mo t i on-compensated iterative cone-beam CT imagereconstruct1n with adapted blobs as basis funct1ns，，(Phys.Med.B1l.53，第6777頁(2008年))描述了一種將運動補償與迭代重建進行組合的途徑，其允許同時的劑量減少和降低的圖像模糊。利用該途徑，通過針對每個心臟時相不同地修改體素位置、尺寸和形狀，運動矢量場被并入到迭代重建中。遺憾的是，基于體積的投影(在所述體積中，體素不再被放置在規則的網格上，并且其中，體素具有不同的尺寸和形狀)顯著增加了重建時間，從而在相當程度上增加在臨床環境下使用的復雜度。
【發明內容】
[0006]本文中描述的各方面解決以上提到的問題和其他問題。
[0007]以下描述了一種將迭代重建(IR)與運動補償的重建(MCR)進行組合的途徑，其通過經由對圖像數據進行重新采來將運動矢量場(MVF)并入到迭代重建中，重新采樣通過以下方式進行:表示體積數據的體素的位置和幾何結構(例如，尺寸、形狀等)在前向投影和背向投影期間被保持在規則的網格上，獨立于MVF。在一個實例中，這允許并行處理并且與體素位置和幾何結構被改變的配置相比降低了重建時間。
[0008]在一個方面中，一種方法包括將表示參考運動狀態的當前圖像數據重新采樣為多個不同的組。每個組對應于移動的感興趣組織的不同運動狀態。所述方法還包括將所述多個組中的每個組進行前向投影。所述方法還包括生成多組經前向投影的數據。每組經前向投影的數據對應于一組經重新采樣的當前圖像數據。所述方法還包括基于所述經前向投影的數據與測得的投影數據之間的比較來確定更新投影數據。所述方法還包括將所述更新投影數據分為多個不同的組。每個組對應于移動的感興趣組織的不同運動狀態。所述方法還包括對所述多個組中的每個組進行背向投影。所述方法還包括生成多組更新圖像數據。所述方法還包括針對當前圖像的參考運動狀態對每組更新圖像數據進行重新采樣。所述方法還包括通過將所述當前圖像數據和每組經重新采樣的更新圖像數據進行組合來生成新的當前圖像數據。
[0009]在另一方面中，一種圖像系統包括:源，其發射輻射;探測器陣列，其探測輻射并且生成指示所探測到的輻射的投影數據；以及重建器，其使用運動補償的迭代算法來對所述投影數據進行重建并且生成體積圖像數據，在所述運動補償的迭代算法中，通過重新采樣在由規則網格上的體素表示的圖像體積上執行前向投影和背向投影。
[0010]在另一方面中，一種計算機可讀存儲介質被編碼有計算機可讀指令，所述計算機可讀指令在由處理器運行時，令所述處理器:使用多個不同的運動矢量場來將當前圖像數據重新采樣為對應于移動的感興趣組織的不同運動狀態的多個不同的組，所述多個不同的運動矢量場指示在當前圖像數據的參考狀態的組織到對應的不同運動狀態的位移;將所述多個組中的每個組進行前向投影，生成多組經前向投影的數據，每組經前向投影的數據對應于一組經重新采樣的當前圖像數據;基于所述經前向投影的數據與測得的投影數據之間的比較來確定更新投影數據;將所述更新投影數據分為多個不同的組，每個組對應于移動的感興趣組織的不同運動狀態;對所述多個組中的每個組進行背向投影，生成多組更新圖像數據;針對當前圖像的參考運動狀態對每組更新圖像數據進行重新采樣;通過將所述當前圖像數據和每組經重新采樣的更新圖像數據進行組合來生成新的當前圖像數據;并且將所有以上動作至少重復一次，只是以新的當前圖像數據代替所述當前圖像數據。
【附圖說明】
[0011]本發明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優選的實施例的目的并且不應被理解為對本發明的限制。
[0012]圖1示意性地圖示了范例成像系統，其具有采用運動補償的迭代算法的重建器。
[0013]圖2示意性地圖示了圖1的重建器的范例。
[0014]圖3示意性地圖示了圖2的重建器的重新采樣和前向投影處理鏈的部分。
[0015]圖4示意性地圖示了圖2的重建器的背向投影和重新采樣處理鏈的部分。
[0016]圖5圖示了針對運動補償的迭代重建的范例方法。
【具體實施方式】
[0017]圖1圖示了諸如計算機斷層攝影(CT)掃描器的成像系統100。在另一實施例中，成像系統100包括正電子發射斷層攝影(PET)，單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)和/或其他掃描器。所圖示的成像系統100包括固定機架102和旋轉機架104，旋轉機架104由固定機架102可旋轉地支撐。旋轉機架104關于縱軸或z軸圍繞檢查區域106旋轉。
[0018]輻射源108(諸如X射線管)由旋轉機架104支撐并且與旋轉機架104—起圍繞檢查區域106旋轉，并且發射穿過檢查區域106的輻射。位于檢查區域106對面與輻射源108相對的一維或二維輻射敏感探測器陣列110包括多個探測器像素，所述多個探測器像素探測穿過檢查區域106的輻射并生成指示所探測到的輻射的投影數據。
[0019]運動檢測器112在成像采集期間檢測對象的移動的組織的運動并且生成指示所述運動的運動信號。移動的組織的范例包括肺組織、心臟組織和/或其他組織。運動檢測器112可以包括以下中的至少一種:呼吸帶、發光界標、ECG監測器等。運動信號被映射到數據采集。這能夠通過時間戳來實現，包括在所采集的數據的頭文件中關于運動信號的信息，和/或其他方式。
[0020]運動矢量場確定器113基于針對運動狀態的一個或多個子集的運動信號來確定運動矢量場(MVF)的集合。一般而言，MVF在體積圖像數據的圖像或切片之間對組織的位置進行映射，從而描述組織從一個圖像到另一個圖像的運動。在該范例中，所述MVF的集合對應于N個時間點或運動狀態，其中，N是整數，例如，在三(3)到二十(20)的量級，諸如五(5)至Ij十
(10)個或其他數量的時間點。
[0021]以下提供了一種用于確定N的非限制性范例。對于每秒X心搏的心率以及每y秒一(I)轉的旋轉速度，每次旋轉覆蓋心臟周期的(y/x) %。對于一(I)個MVF，心臟搏動的每z%(例如，如根據ECG信號的QRS復合的R峰所確定的)，N = (y/x)/z。例如，當X = I，y = 0.250秒，N=(0.250/l*100)/5%=5。要理解，該范例被提供用于說明性目的并非限制。一般而言，N將隨著增加的心率而增加并且隨著降低的心率而降低。
[0022]重建器114重建投影數據并且生成指示檢查區域106的體積圖像數據。圖示的重建器114被配置為至少利用運動補償的迭代重建算法116。利用非運動補償的迭代重建算法，當前圖像(即，體素)被前向投影，產生估計的或中間的投影數據，其被與測得的投影數據比較，并且基于它們之間的比較生成更新，并且基于所述更新而更新當前圖像，產生新的當前圖像。以上被重復一次或多次直到滿足預定停止標準。
[0023]如以下更加詳細地描述的，重建器114包括一個或多個計算機處理器，其響應于執行所述運動