產生運動補償的CT 圖像數據組的方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及一種用于產生運動補償的CT圖像數據組的方法，其中：從預先給定的運動階段和投影角度區域采集CT系統（1）的投影數據組，其允許直接重建CT圖像數據組；通過如下迭代地確定運動場：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動矢量組成的不同的運動場的情況下通過運動補償的重建方法多次重建具有第一圖像分辨率的CT圖像數據組，并且在使用至少一個預先給定的強制條件的情況下確定運動場；并且在使用運動補償的重建方法的情況下基于第二重建算法和所確定的運動場重建具有第二圖像分辨率的最終CT圖像數據組。此外本發明專利技術涉及一種用于圖像重建的計算系統和一種具有這樣的計算系統的CT系統，其中在運行時執行前面提到的方法。

【技術實現步驟摘要】
產生運動補償的CT圖像數據組的方法和系統
本專利技術涉及一種用于在使用運動場的情況下產生部分地并周期地運動的檢查對象、特別是具有周期地運動的器官或周期地運動的身體區域的患者的運動補償的CT圖像數據組的方法，該運動場由大量特定于位置的運動矢量組成。此外，本專利技術還涉及一種用于圖像重建的計算系統以及一種具有這樣的計算系統的CT系統，其中在運行時實施前面提到的方法。
技術介紹
一般公知的是，由于在CT拍攝期間的心臟運動，所拍攝的數據是不一致的并且導致圖像偽影，其強烈限制了數據的臨床可用性。為了避免這種圖像偽影在現代CT心臟成像中通過拍攝或使用與心臟階段相關的數據產生心臟的與階段相關的顯示。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據并且用于圖像重建。這些方案的共同目的是使心臟運動幾乎凍結并且最小化數據不一致并且由此使圖像質量最佳。但由于相對于心臟運動過慢的機架旋轉或相對于機架旋轉過快的心跳該策略不足以達到：實現足夠好的時間分辨率，以計算無偽影的圖像。在現有技術中公知不同的在事后改善時間分辨率的算法。在H．T．Allmendinger、K．Stierstorfer、H．Bruder和T．Flohr的文獻“EvaluationofanovelCTimagereconstructionalgorithmwithenhancedtemporalresolution”，ProceedingsofSPIE，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據量，其中由于不完整的數據而必須迭代地優化圖像質量。此外，在D．J．Borgert、V.Rasche和M．Grass的文獻“Motion-CompensatedandGatedConeBeamFilteredBack-Projectionfor3-DRotationalX-RayAngiography”，IEEETransactionsonMedicalImaging，Vol．25，No．7，pp．898-906，2006年7月中公開了在已知對象運動的情況下在運動補償的重建期間可以考慮為重建所使用的數據。該過程導致極大地改善了圖像質量。最后還參見文獻DE102009007236A1，在該文獻中公開了至少部分地運動的對象的運動補償的CT重建方法。在該方法中利用CT系統掃描運動的檢查對象并且通過所采集的探測器數據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據采集期間有關檢查對象運動的運動信息。該運動信息以由大量的特定于位置的矢量組成的運動場的形式表示，該特定于位置的矢量描述了在拍攝時間點在各自的位置處對象的運動或位移。在此為了確定運動場建議比較兩個時間上隔開的CT拍攝并且根據CT拍攝的變化推斷出特定于位置的運動。但迄今為止，為了改善“最佳階段”圖像的圖像質量，也就是從最佳的靜止階段得到的圖像以及由此的最高質量，正確估計運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準重建的配準來估計運動。但至今不能顯示“最佳階段”圖像的質量改善，因為該圖像固有地限制了配準的數據的時間分辨率。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量顯示其它心臟階段。
技術實現思路
因此，本專利技術要解決的技術問題是，找到用于圖像重建的方法和CT系統或者計算系統，其通過改善地迭代地確定運動場并且隨后在重建圖像數據時進行運動補償降低了殘余的圖像偽影，其中特別是在迭代地確定運動場時應當避免有缺陷的結果。本專利技術的基礎是借助運動補償的重建算法改善地表達運動估計。相應地，對“最佳階段”圖像fbp(x，s)進行運動補償的重建的結果直接取決于描述運動的參數為此這樣估計參數s，使得結果滿足特定的圖像特征。形式上這可以通過將價值函數作為分析度量最小化來實現。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算規范，該計算規范通過重建圖像的圖像特征（例如熵、總變差以及類似特征）迭代地確定用于運動補償的重建的參數。由此也就是由關于運動周期的唯一的考察時間點或考察階段的CT圖像數據組的CT數據（而不需要使用關于運動周期的其它時間點或其它考察階段的CT圖像數據）來確定運動場，利用該運動場可以實施運動補償的重建。此外，為了降低計算開銷可以僅通過包含運動的部分圖像來計算目標函數。形式上地，為此計算運動圖（Bewegungskarte），該運動圖說明在圖像中在該位置存在運動偽影的概率。在按照本專利技術的方法中，為此形成應當盡可能精確地估計在診斷相關的輻射時間內發生的運動，也就是描述運動的運動場。為此，按照本專利技術建議如下措施：利用測量數據pin可以定義價值函數公式（1）在此，f指灰度值的圖像矢量，A指基于體素的投影器，該投影器對CT成像系統建模。矢量指在圖像空間中針對時間t定義的在體素頂點處的運動場。指反變換。原則上可以以優化方法計算運動場，即，必須解決如下優化問題。公式（2）在使用梯度方法的情況下對于運動場獲得如下“更新的”公式：公式（3）在此，步長γ可以取決于迭代步驟k。獨立于優化方法通常必須根據運動場的參數來確定價值函數的導數。按照本專利技術，應當借助要應用的強制條件來調整梯度份額從而使計算運動場的解變得穩定。為此建議多種方法：1.將運動場限制到區域B，在那里關于考察的時間點t探測運動。在余子式CB中設置梯度份額通過運動圖來測繪對象運動的區域。在此例如可以關于與時間點t相鄰的兩個時間點t1、t2來比較圖像信號和然后作為灰度值彼此之間的距離例如可以利用來計算運動圖。然后借助閾值標準可以這樣分類運動狀態，使得將檢查對象的掃描區域劃分為具有和沒有待預計的運動的部分區域，其中僅在運動的部分區域確定實際運動場。2.作為初始運動矢量場可以選擇考察器官（例如心臟或肺部）的典型運動的生理學模型。3.對于迭代地確定運動場通過關于兩個不同時間點t1和t2的衰減分布和的不嚴格的配準來確定和使用初始運動場。關于基于兩個時間上相鄰的CT圖示確定運動場，在文獻中公知大量配準方法。例如參見開頭已本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在使用運動場的情況下產生部分地并周期地運動的檢查對象、特別是具有周期地運動的器官或周期地運動的身體區域的患者（P）的運動補償的CT圖像數據組的方法，該運動場由大量特定于位置的運動矢量組成，所述方法具有如下方法步驟：1.1.采集或傳輸計算機斷層造影系統（1）的投影數據組，包含預先給定的運動階段和投影角度區域，所述投影數據組允許直接重建CT圖像數據組，1.2.通過如下迭代地確定運動場：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動矢量組成的不同的運動場的情況下通過運動補償的重建方法多次重建具有第一圖像分辨率的CT圖像數據組，并且1.2.2.確定運動場、優選確定最佳運動場，其中所述運動場受到至少一個預先給定的強制條件，1.3.在使用的運動補償的重建方法的情況下基于第二重建算法和運動場重建具有第二圖像分辨率的最終CT圖像數據組，1.4.存儲所述最終CT圖像數據組或將所述最終CT圖像數據組在圖像再現系統上輸出。

【技術特征摘要】
2011.09.28 DE 102011083647.01.一種用于在使用運動場的情況下產生部分地并周期地運動的檢查對象的運動補償的CT圖像數據組的方法，該運動場由大量特定于位置的運動矢量組成，所述方法具有如下方法步驟：1.1.采集或傳輸計算機斷層造影系統(1)的投影數據組，包含預先給定的運動階段和投影角度區域，所述投影數據組允許直接重建CT圖像數據組，1.2.通過如下迭代地確定運動場：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動矢量組成的不同的運動場的情況下通過運動補償的重建方法多次重建具有第一圖像分辨率的CT圖像數據組，并且1.2.2.確定運動場，其中所述運動場受到至少一個預先給定的強制條件，其中該強制條件源于預知，也就是來源于在執行迭代之前獲得的信息，1.3.在使用的運動補償的重建方法的情況下基于第二重建算法和運動場重建具有第二圖像分辨率的最終CT圖像數據組，1.4.存儲所述最終CT圖像數據組或將所述最終CT圖像數據組在圖像再現系統上輸出。2.根據上述權利要求1所述的方法，其特征在于，2.1.作為至少一個用于運動場的強制條件使用待確定的運動場的空間邊界，其中2.2.所述空間邊界比最終CT圖像數據組的空間周長更小，并且2.3.所述空間邊界位于該最終CT圖像數據組內部，2.4.其中在邊界之外的運動場中運動矢量取值零。3.根據上述權利要求1所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運動場的強制條件使用預先給定的生理學運動模型。4.根據上述權利要求1所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運動場的強制條件在迭代地確定中使用初始運動場，基于不嚴格地配準檢查對象的兩個時間上隔開的CT圖像數據組來確定該初始運動場。5.根據上述權利要求1所述的方法，其特征在于，作為至少一個用于運動場的強制條件使用運動場的濾波。6.根據上述權利要求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.根據上述權利要求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.根據上述權利要求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.根據上述權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述投影角度區域是180°加上所使用的射束的扇形角度。10.根據上述權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述解析的重建方法是如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：H布魯德，C羅科爾，K施蒂爾斯托弗，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：