專利名稱：產生運動補償的ct 圖像數據組的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明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，本發明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。
背景技術：
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. Schondube^ T. AlImendinger、K. Stierstorfer>H. Bruder 和 T. Flohr 的文獻“Evaluation of a novel CT image reconstructionalgorithm with enhanced temporal resolution，，，Proceedings of SPIE, 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. Schafer, J- Borgert、V. Rasche和M.Grass 的文獻“Motion-Compensated and Gated Cone Beam Filtered Back-Projectionfor 3-DRotational X-R ay Angiography，，，IEEE Transactions on Medical Imaging, 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DE 10 2009 007 236A1，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。

發明內容
因此，本發明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。本發明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s e況[_。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￡(4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。在按照本發明的方法中，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，按照本發明建議如下措施利用測量數據Pin可以定義價值函數
權利要求
1. 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(I)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。
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至2中任一項所述的方法，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至3中任一項所述的方法，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至4中任一項所述的方法，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9中任一項所述的方法，其特征在于，所述解析的重建方法 是如下列表中的方法之一 -FDK 重建方法(FDK = Feldmann-Davis-Kress), -Clack-Defrise 重建方法， -基于希耳伯特變換的重建方法， -基于傅里葉變換的重建方法， -Radon 方法。
11.根據上述權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，作為待優化的圖像特征使用至少一個如下列表中的圖像特征 -熵， -總變差/總波動， -可壓縮性。
12.根據上述權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，從多個運動周期收集所述探測器數據以用于產生所使用的投影數據組。
13.根據上述權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一圖像分辨率比所述第二圖像分辨率更低。
14.根據上述權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法與所述第一重建算法不同。
15.根據上述權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是解析的重建算法。
16.根據上述權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是迭代的重建算法。
17.根據上述權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二重建算法是非解析的重建算法。
18.根據上述權利要求1至17中任一項所述的方法，其特征在于，周期地運動的器官是患者的心臟。
19.根據上述權利要求1至17中任一項所述的方法，其特征在于，周期地運動的器官是患者的肺部。
20.一種用于圖像重建的計算系統(10)，所述計算系統具有用于存儲計算機程序的存儲器和用于執行所存儲的計算機程序的處理器，其特征在于，在存儲器中存儲了至少一個計算機程序(Prg1-Prgn),所述計算機程序在計算系統(10)運行時執行按照上述方法權利要求中任一項所述的方法步驟。
21.—種CT系統(1)，具有按照上述權利要求20所述的計算系統(10)。
全文摘要
本發明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。
文檔編號A61B6/03GK103027705SQ20121036385
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月28日
發明者H.布魯德, C.羅科爾, K.施蒂爾斯托弗 申請人:西門子公司