专利名称：使用多床帧或连续床运动的并行重建的制作方法
技术领域：
本发明涉及诊断成像系统和方法。其发现了与正电子发射层析成像(PET)扫描仪相结合的特定应用，并且将具体参考于此来加以描述。应当理解本发明也适用于SPECT和其它放射线扫描仪等等。
背景技术：
PET是采用正电子发射化合物的有用的病人成像技术。PET提供了常规扫描仪比如CT和MRI所不能提供的关于组织的特定的代谢信息。通常，PET扫描仪包括基本为环形的膛(bore)，其周围围绕着一个检测器阵列，用以检测并发(coincidence)事件。在扫描之前，病人被注入正电子发射放射性同位素，其由细胞所吸收。当正电子从放射性同位素中发射出来时，它结合电子来产生湮没反应，其中这对电子的质量被转化为能量。该能量以两个511kevγ射线或光子的形式散开，在180度的相反方向上行进。当两个检测器同时或在彼此数纳秒内“看到”来自湮没事件的511kev光子时，该检测器沿着检测器点之间的直线-响应线(LOR)记录一个并发。PET系统在每个检测对之间画出响应线，记录扫描期间的并发事件。当扫描完成时，具有更多交叉线的区域表示放射现象更集中的区域。该系统使用这个信息来重建人体中的放射性同位素分布的一个三维图像。
在PET整体获取模式中，病床通常以步进及拍摄(step-and-shoot)的方式进行移动，即在一个固定的床位置上获取数据之后，该床被移动到一个新的位置来获取下一个数据组。这样的数据获取通常称作多床帧(multiple bed frane)。典型地，邻近的床帧彼此重叠以补偿检测器的朝着轴边缘方向的降低的效率。对于每个固定的床帧，该数据被保存为4D正弦图(sinogram)。为每个床帧单独地执行2D或3D图像重建。重建的图像帧然后被组合以形成整体重建。然而，这样的重建技术缺乏来自其它帧的数据以增强该重建过程，这导致帧的边缘处的很差的统计。一种解决方案是立刻将所有的数据帧组合在一起，形成长轴长度4D正弦图，并且立刻重建整体以提高图像的质量。
这个技术具有一定的缺点。首先，3D迭代重建算法需要为3D重建对象和4D获取数据分配存储器。立刻组合所有数据帧且重建整体增加了计算机存储器要求，并且因此可能减慢重建速度。其次，实际中通常更希望并行重建(即，在获取数据时进行重建)，因为它增加了病人的通过量和/或使在数据获取完成之后观看图像的时间最小化。然而，并行重建和将整体作为一个重建对象对待对于3D迭代重建算法来说是不可行的，因为在获取完成之前无法得到所有的数据帧。
本发明提供了一种新的且改进的成像设备和方法，其克服了上面所提到的问题和其它问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种成像系统。所获取的整个对象的投影数据的正弦图被装载在数据存储器中。对象重建装置重建整个对象的图像表示。一种装置从数据存储器中一次一个地提取预定轴向长度的正弦图子组。正弦图子组重建装置一次一个地顺序地将正弦图子组重建到普通的整个对象图像的连续区域中。
根据本发明的另一个方面，公开了一种成像方法。获取整个对象的投影数据的正弦图。从数据存储器中一次一个地提取预定轴向长度的正弦图子组。正弦图子组被一次一个地顺序地重建到共同的整个对象图像的连续区域中。
本发明的一个优势在于，通过将整体扫描做为一个对象来重建，而减少了统计噪声。
另一个优势在于，减少了重建整体所需的存储器。
又一个优势在于，在获取数据时进行的并行重建。
对于本领域的技术人员而言，通过阅读和理解下面的优选实施例的详细描述，本发明的另外的优势和好处将变得明显。
本发明可以具体化为各种部件和部件的安排、以及各种步骤和步骤的安排。附图仅仅为了举例说明优选实施例，不应被视作限制本发明。
图1是成像系统的示意图；
图2示意性示出了零坡度(tilt)LOR；图3示意性示出了非零坡度LOR；图4示意性示出了在停止及拍摄模式中的正弦图子组获取；图5示意性示出了图4的每个子组的重建的轴向区域；图6示意性示出了在连续主体支撑(subject support)运动模式中重叠的正弦图子组获取；图7示意性示出了图6的每个子组的重建的轴向区域；图8示意性示出了用于图6的连续主体支撑运动模式的零坡度LOR；图9示意性示出了用于图6的连续主体支撑运动模式的非零坡度LOR；图10示意性示出了在连续运动中非重叠的正弦图子组获取；图11示意性示出了图10的每个子组的重建的轴向区域；图12示意性示出了用于图10的连续主体支撑运动模式的零坡度LOR；图13示意性示出了用于图10的连续主体支撑运动模式的非零坡度LOR；图14是成像系统的详细的部分的示意图；以及图15示意性示出了用于连续主体支撑运动模式的具有等轴向获取区域的获取方案。
具体实施例参照图1，成像系统10包括主体支撑装置12，比如工作台或病床，其支撑正在被成像的主体14。主体14被注入一种或多种放射性同位素以引起正电子发射。成环地圆柱形的、环状的检测器阵列16被安排在PET扫描仪20的膛18周围，该膛定义了轴向视野。当检测器具有平面的面部时，检测器阵列16可以是八边形或近似为圆的其它正多边形。检测器元件优选地被安装在平面子阵列中，该子阵列被对接地安装以定义检测器阵列16。辐射端罩22被安装在环形膛18的入口24和出口26，以定义PET扫描仪20的接收区域或入口孔径28。
电动机装置30(比如电动机和驱动器)使主体支撑12前移和/或缩回，以达到主体14在由膛18定义的检查区域32内的想要的定位，例如具有在检测器阵列的视野(FOV)中心的感兴趣的区域。响应线(LOR)计算电路34采集由检测器16检测出的辐射事件。LOR计算器34包括并发检测器36，其确定何时两个事件同时在预选的时间窗中。依据检测器16的位置和接收到并发辐射的每个检测器中的位置，由线外推器38来计算辐射检测点之间的射线。
参照图2，在轴向方向Z上，检测器元件形成环161，162，...，16n。当LOR射线具有零坡度并且在同一检测器环例如环161之间延伸时，所获取的数据生成直的正弦图。这样的直的正弦图包含在整个轴向子组区域a1上获取的数据。
参照图3，LOR射线具有非零坡度并且在检测器16的不同的环之间例如环161和环163之间延伸，导致斜的或倾斜的正弦图。斜的正弦图导致数据仅在轴向子组区域a1的一部分上被获取。
继续参照图1，数据以正弦图形式被保存在正弦图数据存储器或缓冲器40中。如下面将更详细地加以讨论的，数据重建处理器或过程42依据存储在数据存储器40中的正弦图数据子组来重建主体14的整体的电子图像表示。合成的图像表示被存储在图像存储器44中。由视频处理器46来检索所存储的图像表示的各部分并且将其转换成适当格式用于在监控器48比如视频、CCD、有源矩阵、等离子、或其它监控器上显示。当然，彩色打印机或其它输出设备也可以被用来以便利的格式呈现该数据。
继续参照图1并且另外参照图4，扫描仪20在停止及拍摄模式下执行整体扫描并且获取固定的多个重叠数据帧或正弦图子组m1，m2，...，mn。更具体地，电动机装置30以重复的样式在轴向方向Z上从初始位置50前移和拖曳主体支撑12到最终位置52。每次移动期间，电动机装置30将主体支撑移动预定的距离。在电动机装置30的空闲周期期间，扫描仪20获取一组54正弦图子组m1，m2，...，mn，该组54表示主体16的整体的正弦图。每个正弦图子组m1，m2，...，mn的轴向长度a1优选地等于检测器16的轴向视野d1。运动距离被选择成重叠每两个邻近的正弦图子组。子组m1，m2，...，mn被存储在正弦图数据存储器40中。
当扫描仪20获取数据组54时，重建处理器42开始使用迭代重建技术比如MLEM重建来重建图像。更具体地，正弦图子组提取装置58装载第一子组的正弦图m1。图像存储器分配装置60在正弦图数据被装载的同时为每个正弦图子组一次一个地分配图像空间。对象初始化装置62初始化图像存储器44。正弦图子组重建装置64使用正弦图角和/或坡度角将第一子组m1重建为具有一次或几次迭代的子组。重建的第一子组m’1被存储在图像存储器44中。在迭代重建中，新近获取的数据被使用来“纠正”先前重建的图像。例如，先前重建的数据被前向投影并且与新近获取的数据进行比较。如果重建的图像是正确的，那么这两个将匹配。当这两个不匹配时，确定差别或误差并且后向投影以“纠正”重建的图像。以这样的方式，重建图像在最终图像上收敛(converge)，随着每次迭代而变得更加精确。
接着，正弦图子组提取装置58装载对应于第二子组的正弦图m2。对象初始化装置62初始化一部分图像存储器44，其对应于第二子组m2的非重叠部分。重叠于第一子组m1的第二子组图像m2的一部分已经在第一子组m1的重建期间被重建。正弦图子组重建装置64使用第一子组m1的对应的重建部分来将第二子组m2重建为最终图像的第一近似，同时在图像存储器的对应于第二子组m2的非重叠部分的部分中生成第一近似图像。以这样的方式，对于50％重叠，对应于第二子组m2的图像存储器的前一半(这一半也对应于第一子组m1)在最终图像上收敛为以对应于第二子组m2的存储器的后一半形成的图像的估计。如在图5中可看到的，每个正弦图子组m1，m2，...，mn的每个重建的轴向区域m’对应检测器16的轴向视野d1。
重建的部分图像被存储在图像存储器44中。为由扫描仪20获取的子组来重复该重建过程42，以获得整个主体的图像表示。每个数据组被使用来从先前的数据组而收敛估计的图像部分，同时为下一个数据组生成估计的图像部分以便收敛。以这样的方式，仅对应于检测器头端大小的整体图像存储器的一部分在任何给定的时刻被有效地重建。
继续参照图1并且另外参照图6，扫描仪20执行整体扫描并且获取重叠的正弦图子组m1，m2，...，mn，同时电动机装置30在轴向方向Z上使主体支撑12从初始位置50连续前移到最终位置52。在电动机装置30连续移动主体支撑12的同时，数据被装入(bin)正弦图子组m1，m2，...，mn，每一个具有轴向长度a1。子组m1，m2，...，mn被存储在正弦像存储器40中。
继续参照图6并且另外参照图7，在正弦图子组54中的每两个邻近正弦图子组以及每两个邻近重建区域m’重叠。轴向重叠的量优选地等于检测器轴向FOV d1。对应于每组的长度a1优选地长于FOV d1。
再次参照图1并且继续参照图6，当扫描仪20获取数据组54时，重建处理器42开始重建图像。正弦图子组提取装置58为第一子组m1装载正弦图，该第一子组m1对应于从初始位置50到位置A的连续主体支撑移动。对象初始化装置62初始化图像存储器44。正弦图子组重建装置64使用正弦图角和/或坡度角将第一子组m1重建为具有一次或几次迭代的子组。重建的第一子组m’1被存储在图像存储器44中。
接着，正弦图子组提取装置58装载对应于第二子组m2的正弦图，该第二子组对应于在从位置A到位置B的连续主体支撑移动期间获取的数据。对象初始化装置62初始化一部分图像存储器44，其对应于第二子组m2的非重叠部分。已经在第一子组m1的重建期间被重建的第二子组图像m2的一部分没有被初始化。正弦图子组重建装置64将第二子组m2重建到整体图像存储器中、使由第一子组m’1估计的部分收敛到最终图像部分中，并且估计其它部分。重建的部分图像表示被存储在图像存储器44中。对于剩余子组，重建过程42沿着图像存储器步进重建窗口。数据被重建到其中的图像存储器的窗口与病床12同步地连续移动。
参照图2和3，直的正弦图导致主体14的较大的覆盖范围，而斜的正弦图导致病人14的较小的覆盖范围。参照图8和9，即使利用连续移动，该子组仍缺乏轴向边缘附近的斜的数据。每个倾斜的或斜的正弦图是稀疏的，并且加上全部正弦图帧会要求更多的存储器存储。斜的正弦图优选地在较小的窗口上重建，例如在横跨整个被采样区域的窗口上重建。
再次参照图1并且另外参照图10-13，扫描仪20执行整体扫描并且获取多个固定数据帧或正弦图子组m1，m2，...，mn，同时电动机装置30在轴向方向Z上使主体支撑12从初始位置50连续前移到最终位置52。如图12中示出的，每个零坡度正弦图子组m1，m2，...，mn被选择成是无重叠的固定轴向长度a1。在一个实施例中，每个零坡度正弦图子组的长度a1被选择成等于检测器的轴向FOV d1。当然，也设想所选轴向长度a1可以比检测器的轴向FOV d1更大或更小。当电动机装置30连续移动主体支撑12经过距离a2时，组54的每个最大坡度正弦图子组m1，m2，...，mn被连续获取，其中距离a2是在最大坡度上完全采样区域a1所需的距离。在引导和拖尾区域66、68中，其中d2＝(a2-a1)/2，具有中等坡度的数据被部分采样。距离d2优选地等于检测器轴向FOVd1的一半。
整体图像存储器的重建窗口用连续扫描的区域a1覆盖了区域a2，这些区域a1毗连而并不重叠或间隔开。数据组的引导区域66做出那个区域中的图像的初始估计。因为欠采样朝着引导边缘70的方向最大而朝着轴向区域a1方向最小，所以估计图像的质量相应地变化。
当重建第二区域m’2时，第二组m2的区域a1在来自前一区域m’1的可用的估计图像上建立。第二组m2的引导区域66对前一组m’1的轴向区域a1的重叠拖尾部分68进行进一步的精细化。再次地，在数据被最小欠采样的地方，该精细化最强。以这样的方式，区域66、68中的欠采样的数据被使用来平滑邻接的完全被采样区域a1之间的界面。因此，每两个连续的重建轴向子组区域m’1、m’2彼此重叠达到检测器的轴向FOV d1的程度。在这个实施例中，正弦图的总的存储保持最小。
再次参照图10和11，并且另外参照图14和15，在扫描仪20获取数据组54的同时，正弦图子组存储器分配装置或过程70一次一个地分配存储器空间区段72。每个存储器空间区段72一开始被分配成等于a2并且包括第一和第二部分74、76，其中a2例如是正弦图轴向子组长度a1加上检测器轴向FOV d1。当电动机装置30将主体支撑12从初始位置50移动所选轴向距离a1到位置A时，具有长度a1连同附加长度d1的第一子组m1被扫描仪20获取。存储装置78把具有长度a2的第一轴向正弦图组m1保存到第一区段721的第一和第二部分74、76中。在这点上，被保存在第一部分74中的第一组m1的第一部分是完整的。来自第一部分74的数据被存储在正弦图数据存储器40中，同时第一区段721的第二部分76被移动到第二区段722的第一部分74，其中第一区段721的第二部分76保持第一组m1的非完整数据。存储装置78初始化第一存储器区段721的第二部分76为零，也就是不再使用第一正弦图子组m1填充。第二存储器区段722被分配成使得它包括先前使用第一子组m1的非完整数据填充的第一部分74以及初始化的第二部分76。同时，电动机装置30将主体支撑12从位置A移动所选轴向距离a1到位置B，以便由扫描仪20获取第二子组m2和另外的长度d1。存储装置78将第二轴向正弦图组m2保存到所分配的(如上所述的)第二存储器区段722中。正弦图子组存储器分配过程70以所描述的方式进行重复，以便为正弦图子组的其余部分分配存储器空间区段72。
当仅有最后的正弦图子组尚待存储时，子组存储器分配装置70将存储器空间区段72n分配成等于轴向长度a1。
当然，也设想对于以上讨论的其它数据获取模式来适当地利用存储器分配过程70，例如图4和5的停止及拍摄模式、和/或图6和7的连续重叠模式。
已经参照优选实施例描述了本发明。显然，一旦阅读和理解了上面的具体说明，其它的人便将想到修改和变化。打算将本发明解译为包括所有这样的修改和变化，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
1.一种成像系统(10)，包括数据存储器(40)，整个对象(14)的投影数据的所获取正弦图被装载到该数据存储器中；以及对象重建装置(42)，用于在连续的区段中重建整个对象(14)的图像表示，该重建装置(42)包括用于从数据存储器(40)中一次一个地提取正弦图子组(m1，m2，...，mn)的装置(58)，其中每个子组对应于预定轴向长度(a1)，该预定轴向长度部分地重叠，以及正弦图子组重建装置(64)，用于将正弦图子组(m1，m2，...，mn)顺序地重建到共同的整个对象图像的连续区域中。
2.如权利要求1陈述的系统，其中重建装置(64)执行迭代重建。
3.如权利要求1陈述的系统，其中重建装置(64)将前一图像部分的拖尾部分用作该图像的当前重建图像部分的引导边缘部分的初始估计，并且重建当前重建图像部分的拖尾边缘部分，该拖尾边缘部分将被用作下一个随后的图像部分的引导边缘部分的初始估计。
4.如权利要求1陈述的系统，其中正弦图子组重建装置(64)通过使用重叠于当前重建正弦图子组的先前重建子组的一部分来重建当前正弦图子组。
5.如权利要求1陈述的系统，进一步包括电动机装置(30)，用于重复地使承载对象(14)的主体支撑(12)前移预先规定的轴向距离；以及扫描仪(20)，其在前移之间的空闲周期期间获取该对象正弦图以生成一组(54)重叠的正弦图子组(m1，m2，...，mn)，每个子组(m1，m2，...，mn)具有轴向长度(a1)。
6.如权利要求5陈述的系统，其中前移距离被选择成使邻接的正弦图子组相互重叠，以解决非零坡度正弦图。
7.如权利要求5陈述的系统，其中正弦图子组轴向长度(a1)等于扫描仪(20)的视野(d1)。
8.如权利要求1陈述的系统，进一步包括电动机装置(30)，用于使承载对象(14)的主体支撑(12)从初始位置(50)连续前移到最终位置(52)；以及扫描仪(20)，其在主体支撑(12)的连续移动期间获取该对象正弦图以生成一组(54)重叠的正弦图子组(m1，m2，...，mn)，每个子组(m1，m2，...，mn)具有轴向长度(a1)。
9.如权利要求8陈述的系统，其中邻接的正弦图子组相互重叠，以解决非零坡度正弦图。
10.如权利要求8陈述的系统，其中邻接的正弦图子组重叠一个距离(d1)，该距离(d1)等于由膛(18)定义的扫描仪(20)的视野。
11.如权利要求1陈述的系统，进一步包括电动机装置(30)，用于使承载对象(14)的主体支撑(12)从初始位置(50)连续前移到最终位置(52)；以及扫描仪(20)，其在主体支撑(12)的连续移动期间获取该对象正弦图以生成一组(54)非重叠的正弦图子组(m1，m2，...，mn)，该子组各自具有选定的固定轴向长度(a1)。
12.如权利要求11陈述的系统，其中该选定的固定轴向长度(a1)为以下之一，即等于、大于和小于扫描仪(20)的视野(d1)。
13.一种成像方法，包括获取整个对象的投影数据的正弦图；从数据存储器中一次一个地提取预先规定的轴向长度的正弦图子组；将正弦图子组一次一个地顺序地重建到共同的整个对象图像的连续区域中。
14.如权利要求13陈述的方法，其中重建步骤包括应用迭代重建，其中所估计的图像被迭代改进，以在最终图像上收敛。
15.如权利要求14陈述的方法，其中重建步骤进一步包括初始估计邻接于所选子组的引导边缘的图像部分，并且完成邻接前一子组的拖尾边缘的图像部分。
16.如权利要求15陈述的方法，其中重建步骤进一步包括通过与所选子组的拖尾边缘重叠的下一个子组来完成所选子组的拖尾边缘图像部分，并且估计该下一个子组的引导边缘图像部分。
17.如权利要求13陈述的方法，进一步包括使承载对象的主体支撑从初始位置(50)连续前移到最终位置(52)；在主体支撑的连续运动期间获取对象正弦图；以及生成一组重叠的正弦图子组，每个子组具有轴向长度(a1)。
18.如权利要求17陈述的方法，其中正弦图子组轴向长度(a1)等于扫描仪的视野(d1)。
19.如权利要求17陈述的方法，其中邻接的正弦图子组重叠达到50％。
20.如权利要求17陈述的方法，进一步包括分配存储器空间区段给正在由扫描仪获取的每个正弦图子组，包括将第一获取的正弦图子组存储到数据存储器中，将第一获取的子组压缩到第一区段部分中，以释放第二区段部分，以及分配所释放的第二区段部分，用于随后获取的第二正弦图子组的存储。
21.一种执行权利要求13的方法的诊断成像系统。
全文摘要
在成像系统(10)中，从数据存储器(40)中一次一个地装载短轴长度4D正弦图。对应于当前重建的正弦图子组(11，12)的图像存储器(44)的一部分被初始化。如果一部分对象已经被重建，那么执行迭代重建，其中通过使用来自当前重建的重叠图像(m’
文档编号A61B6/00GK101080745SQ200580043282
公开日2007年11月28日 申请日期2005年12月5日 优先权日2004年12月15日
发明者W·王 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司