专利名称：心脏ct中非自主呼吸运动的校正的制作方法
心脏CT中非自主呼吸运动的校正本申请涉及计算机断层(CT)成像。其尤其结合冠状动脉血管造影得到应用，并尤 其参考其进行说明。但是，这些概念将结合胸腔和腹部的其他CT应用得到应用。在CT冠状动脉血管造影中，通常给患者注射造影剂。当造影剂到达所成像的冠状 动脉时，CT扫描器开始收集图像数据。患者屏住呼吸，CT数据被收集，从而在共同的呼吸相 位内收集所有数据。在数据收集期间，以相对较低的螺距操作高速螺旋CT扫描。回顾性地 门控数据以在选定的心动相位内生成数据集。低螺距生成足量的冗余数据，使得当将选定 的心动相位以外的数据舍弃时，在选定的心动相位内的完整数据集依然存在。如果患者能够在5至20秒的数据采集周期期间一直屏住呼吸，则该技术正常工 作。如果患者在整个数据采集期间没有或者不能屏住呼吸，那么就必须重复冠状动脉血管 造影技术。但是，由于造影剂的剂量限制，必须在一段时间之后才能重复该过程。典型地， 对于心脏和呼吸运动，都不能回顾性地门控数据，为了重建仍然会生成在选定的心脏和呼 吸相位上的完整数据集。更确切地，因为呼吸周期相对来说比心动周期慢，因此如果将心脏 门控和呼吸门控都应用于这些数据，那么这些数据中关于冠状动脉的重要部分将会丢失。本申请描述了一种用于校正心脏CT成像数据采集期间的呼吸运动的技术。根据本申请的一个方面，提供一种具有呼吸运动补偿的CT血管造影的方法。在多 个心动周期上生成与血管的多个子体积对应的数据集。从子体积数据集生成子体积图像。 识别子体积图像中的特征点。基于所识别的特征点计算至少一些子体积的呼吸运动向量。 根据所计算的呼吸运动向量将子体积数据集重建为体积表示。根据另一方面，提供一种具有呼吸运动补偿的CT血管造影装置。辐射源和探测器 在多个心动周期上生成与血管的多个子体积对应的数据集。子体积重建例程或处理器从子 体积数据集生成子体积图像。特征点例程或处理器识别子体积图像中的特征点。呼吸运动 例程或处理器基于所识别的特征点计算至少一些子体积的呼吸运动向量。图像重建例程或 处理器根据所计算的呼吸运动向量将子体积数据重建为图像表示。根据另一方面，CT血管造影装置包括用于生成与多个心动周期的解剖区域的多 个子体积对应的数据集的器件；从子体积数据集生成子体积图像的器件；识别子体积图像 中的特征点的器件；基于特征点计算至少一部分子体积图像的呼吸运动向量的器件；根据 所计算的呼吸运动向量将子体积数据重建为体积图像表示的器件。一个优势在于使心脏CT血管造影能够应用于在数据采集期间不能或不愿意屏住 呼吸的人，例如儿科患者、具有呼吸道疾病的患者、昏迷患者等。另一个优势在于最小化了造影剂剂量。另一个优势在于呼吸运动校正的CT血管造影图像。本领域技术人员基于阅读和理解下述详细说明，其它优势将变得明显。附图仅仅用于说明的目的，而不构成对发明的限制。
图1示意性图示了根据本申请的CT扫描器系统；图2示意性图示了用厚块子体积成像区域覆盖的冠状动脉片段；图3A、B和C图示了图2的三个子体积图像。
螺旋CT扫描器10包括患者支撑12，环绕其旋转地安装扫描架14，该扫描架14载 有X射线管16和X射线探测器18。提供一种用于引起受试者支撑12、x射线管16和X射 线探测器18的螺旋运动的器件。在所述实施例中，该器件包括驱动20，其径向地移动患者 支撑12穿过扫描架14。可选择地，可以相对于静止的患者支撑移动扫描架。该器件还包括 旋转驱动22，其用于使具有χ射线管和探测器的扫描架围绕受试者支撑旋转。典型地，具有 χ射线管和探测器的扫描架以相对高速如200-240转/分或更高速度持续旋转。在数据采 集期间，选择受试者与χ射线源和探测器之间的相对径向运动，以具有相对小的相对螺距， 例如0. 2的螺距。χ射线源16将辐射的锥形束投射到探测器18，该探测器18同时探测穿过图像体 积的多个切片。对于约每180度的旋转，生成来自于由锥形束限定的子体积的足量数据，以 重建子体积图像，尤其是具有多个横向薄块的薄块图像。由于小的螺距，在下几次旋转中由 数据重建的子体积图像将至少与第一个子体积图像部分重叠。从探测器和轴向及旋转位置监测器生成的图像数据被暂时存储在缓冲器30中。 心脏门控程序或设备32从心脏监测器34如EKG导联系统接收心动周期信号。来自于心动 周期位于选定的相位中的子体积的数据存储在选定的心动相位数据存储器36中。如果对 多个心动相位进行成像，则可以建立或分割成一个或多个另外的心动相位数据存储器38， 以存储不同心动相位中另外的数据集。子体积重建处理器40将来自于每个子体积的数据重建为子体积序列或薄块图像 序列421;422，423，将其存储在相应的子体积或薄块图像存储器44中。特征点例程或处理器 46识别每个子体积图像中的共同特征点。呼吸运动向量例程或处理器48计算呼吸运动向 量，当将来自存储器36的选定的心动相位数据重建为体积血管造影图像例如体积冠状动 脉图像50’时，由重建例程或处理器50使用该呼吸运动向量。参照图2，血管造影图像50’示意性示出了沿冠状动脉52的片段。沿血管造影图 像50’的长度标记多个子体积541; 542，543。因为心脏门控32消除了未在选定的心动相位 中收集到的子体积，因此针对其而由子体积重建处理器40生成子体积图像Sf1Af2Af3 的子体积沿血管造影图像50’轴向不均勻间隔，典型地具有不同的重叠程度。当没有呼吸运动时，每个子体积图像将在空间上对齐。多个选定的特征点56中的 每个将典型地出现在两个或更多子体积图像中，并将彼此重叠。但是，一旦受试者开始呼 吸，子体积图像将变为彼此位移，相同的特征点将会在一个子体积图像中相对于另一个子 体积图像而位移。参照图3A、3B和3C，示出了三个图示的特征点561; 562，563，每个都处于初始位置。 如果在受试者在屏住呼吸已经获得了子体积图像54’工(或选定的呼吸周期参照点)，则从子 体积图像51中能够看到的特征点562的位置可以作为基础或目标位置。如果患者在 用于子体积图像54’工的数据生成之后和用于子体积图像54’ 2的数据获得之前开始呼吸， 那么特征点561; 562，563在子体积图像54’ 2中的位置相对于其在子体积图像54’工中的位 置将改变。该运动可以是简单的平面移动或沿一个轴平移、相对于两个轴的平面平移、相对 于轴向的平移、压缩、膨胀等。向量计算例程或处理器48计算向量，该向量描述子体积图像 54’ 2中的特征点相对于参考子体积图像54’工中的相同特征点的位置移动。定义的特征点 越多，向量计算的就越准确。相似地，当生成用于第三子体积图像54’3的数据时，受试者可以处于另一呼吸状态或周期，该状态或周期引起特征点相对于其在子体积图像54’1或54% 中的位置移动或平移。向量计算处理器或例程48直接计算向量，该向量描述相邻和重叠的 子体积图像之间的运动，并间接地例如通过向量相加计算描述每个后续子体积图像的参考 呼吸相位之间的运动的向量。在时域中达到该处理点而获得的运动信息很少。用于某个子体积的运动向量对应 于用于重建其的数据的时间间隔的中点。对于使用如在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页，2006，中描述的方法进行后续运动补偿重建而言，执行时间插值。任选地，提供测量呼吸状态的呼吸监测器60。该呼吸状态的测量值可以传送到缓 冲器30，并存储为子体积数据的一部分。通过了解所收集数据的呼吸状态，可以假设在相同 呼吸状态所收集的子体积具有相似的呼吸运动校正向量，并且能够一起使用它们来计算对 应的呼吸运动向量。呼吸运动向量也通史将由每个子体积图像之间确定的运动向量插值到 呼吸运动向量或张量，该张量描述运动随时间变化或在所有呼吸周期或呼吸周期的相关部 分中的呼吸相位。图像重建处理器48根据所确定的呼吸运动向量将来自薄块或子体积数据36的薄 块或子体积数据重建为体积图像表示50’，以存储在体积图像存储器64中。例如，重建处 理器根据来自于存储器36的子体积数据的相应体素或射线评估或重建体积图像的每个体 素，该相应体素或射线是根据与每个子体积或所测得的呼吸相位对应的所计算的呼吸运动 向量而确定的。诸如键盘或鼠标的用户输入设备68控制下的视频处理器66从体积图像存储器64 中选择合适的数据，并生成切片图像、体积绘制或用于显示在监测器70上的其他合适的图像。已经参照优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前述详细说明书的基础上还可 以对其他方面进行修改和变化。旨在将本发明构造为包括所有这些修改和变化，只要它们 落入所附权利要求或其等价物的范围内。
权利要求
一种具有呼吸运动补偿的CT血管造影方法，包括生成与对象的多个子体积对应的数据集；从所述子体积数据集生成多个子体积图像；识别所述子体积图像中的特征点；基于所识别的特征点计算用于所述子体积中的至少一些的呼吸运动向量；以及根据所计算的呼吸运动向量将所述子体积数据集重建为体积图像表示。
2.如权利要求1所述的方法，其中，计算所述呼吸运动向量包括评价多个所述子体积图像的每个子体积图像中所识别的特征点的位置变化。
3.如权利要求1所述的方法，还包括选择处于共同心动相位中的子体积数据集。
4.如权利要求1所述的方法，其中，生成所述子体积数据集包括 围绕受试者旋转辐射的锥形束；收集来自于穿过所述受试者的所述子体积的辐射的辐射衰减数据；以及 相对于彼此径向地移动所述受试者和所述辐射的锥形束，从而使得沿着螺旋轨迹生成 所述子体积。
5.如权利要求4所述的方法，还包括 监测所述受试者的心动周期；以及根据所监测的心动周期门控所收集的子体积图像数据。
6.如权利要求5所述的方法，还包括 监测所述受试者的呼吸周期；以及使用所监测的呼吸相位计算所述呼吸运动向量。
7.如权利要求5所述的方法，还包括将所述体积图像表示中的至少一部分转换为人可读显示。
8.如权利要求1所述的方法，还包括将所述体积图像表示中的至少一部分转换为人可读显示。
9.一种计算机可读介质，其存储用于控制处理器以实施根据权利要求1所述的步骤的程序。
10.一种CT装置，其包括被编程为执行根据权利要求1所述的方法的一个或多个处理
11.如权利要求10所述的CT装置，还包括 受试者支撑(12)；旋转扫描架(14)；χ射线发生器(16)，其安装在所述旋转扫描架上，所述χ射线发生器生成指向所述受试 者支撑的辐射的锥形束；辐射探测器(18)，其探测穿过所述受试者支撑上的受试者的所述辐射的锥形束；以及 机构(20，22)，其用于使所述辐射的锥形束沿螺旋路径绕所述受试者旋转。
12.—种具有呼吸运动补偿的CT血管造影装置(10)，包括辐射源(16)和探测器(18)，其生成与多个心动周期上的血管的多个子体积(541; 542， 543)对应的数据集；子体积重建例程或处理器(40)，其从所述子体积数据集生成子体积图像(54’ 1;54’ 2， 54，3)；特征点例程或处理器(46)，其识别所述子体积图像中的特征点(56)； 呼吸运动例程或处理器(48’)，其基于所识别的特征点(56)计算用于所述子体积中的 至少一些的呼吸运动向量；以及图像重建例程或处理器(50)，其根据所计算的呼吸运动向量将所述子体积数据重建为 体积图像表示(50' ) ο
13.如权利要求12所述的装置，还包括心脏门控(32)，其选择处于共同心动相位的子体积数据集。
14.如权利要求12所述的装置，其中，所述辐射源(16)生成辐射的锥形束，并且还包括受试者支撑(12)；用于围绕所述受试者支撑(12)旋转的旋转扫描架(14)，其上安装有所述χ射线源 (16)和所述探测器(18)；以及机构(20，22)，其用于使所述辐射的锥形束沿螺旋路径绕所述受试者旋转。
15.如权利要求14所述的装置，还包括心脏监测器(34)，其监测所述受试者的心动周期；以及 心脏门控(32)，其根据所监测的心动周期门控所收集的子体积图像数据集。
16.如权利要求15所述的装置，还包括呼吸监测器(60)，其监测所述受试者的呼吸周期，所述呼吸运动例程或处理器(48)使 用所监测的呼吸周期计算所述呼吸运动向量。
17.如权利要求15所述的装置，还包括监测器(70)，其将所述体积图像表示(50)中的至少一部分转换为人可读显示。
18.如权利要求12所述的装置，还包括存储器(36)，其存储所述数据集，所述子体积重建处理器或例程(40)从所述存储器 (36)中检索每个数据集，用于重建为所述子体积图像(54’ 1;54’ 2，54’ 3)，所述体积图像重 建例程或处理器(50)从所述存储器(36)中检索数据，用于将所存储的数据重建为所述体 积图像表示(50' ) ο
19.如权利要求18所述的装置，还包括监测器(70)，其将所述体积图像表示中的至少一部分转换为人可读显示。
20.—种CT血管造影装置，包括用于生成与多个心动周期上的解剖区域的多个子体积((541; 542，543)对应的数据集的 器件(16，18)；用于从所述子体积数据集生成子体积图像(54’ 1;54’ 2，54’ 3)的器件(40)； 用于识别所述子体积图像中的特征点(561; 562，563)的器件(46)； 用于基于特征点(561; 562，563)计算用于所述子体积中的至少一些的呼吸运动向量的 器件(48)；以及用于根据所计算的呼吸运动向量将所述子体积数据重建为体积图像表示(50’ )的器 件(50)。
全文摘要
一种CT血管造影装置(10)，其补偿呼吸运动。在螺旋扫描过程中，辐射源(16)和探测器(18)在多个心动周期上生成与的血管的多个子体积对应的数据集。将对应于选定的心动周期的子体积数据集重建(40)为多个子体积图像(54’1，54’2，54’3)。识别子体积图像中的特征点(561，562，563)。计算机例程或处理器(48)基于在多个所述子体积图像中所识别的特征点计算呼吸运动向量。图像重建例程或处理器(50)使用所计算的呼吸运动向量将选定的心动相位的原始子体积数据(36)重建为体积图像表示(50’)。
文档编号A61B6/03GK101902967SQ200880121380
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月19日
发明者T·克勒 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司