专利名称：对带有运动伪影的图像进行的伪影校正的制作方法
技术领域：
本申请涉及诊断成像领域。已经发现其与具有衰减补偿的单光子发射
断层成像(SPECT)系统相关的特定应用，并将参考该应用对其进行描述。 可以意识到本发明还适于其他成像系统，诸如正电子发射断层成像(PET) 系统等。我们将这些系统称之为发射断层成像系统。
背景技术：
发射辐射成像应用放射源对患者进行成像。通常，将放射性药物注入 患者体内。各种放射性药物化合物含有以预定速率及特征能量经受伽马辐 射衰减的放射性同位素。可将一个或多个辐射探测器放置在患者附近以监 测并记录发射的辐射。有时，所述探测器围绕患者旋转或分度(indexed) 以监测从多个方向发射的辐射。根据诸如探测位置和能量的信息，确定体 内的放射性药物分布，并重建该分布的图像以研究循环系统、在所选器官 或组织内放射性药物的摄取等。
在医学研究中， 一般而言，由于发射数据通常含有由于患者解剖结构 的吸收特征变化所造成的不准确性，因此使用由透射辐射源或CT图像所生 成的衰减图(透射图)来提供附加的衰减信息以校正所述发射数据。
典型地，在没有预备门控的情况下执行所述发射断层扫描，这暗示了 所收集的数据对应整个呼吸循环上的平均运动状态。这样，在一种方法中， 为了获得衰减图，要求患者在CT扫描期间(例如在呼气中间)屏住呼吸或 者或进行浅呼吸。由于发射断层成像中的自由呼吸状态不同于CT成像中的 呼吸屏住状态，因此CT图像不能与所述发射数据精确地对准。这在发射图 像中会导致肿瘤的不准确诊断和量化。
在另一方法中，为了使发射断层扫描的数据釆集协议并行，在CT扫描 期间，患者持续呼吸。使用低螺距来确保在至少一个完整的呼吸循环上锥 束照射每个体素。然而，CT扫描远远快于核成像扫描。通常，针对每个对象点仅获得一个或两个呼吸循环。标准重建只提供引起伪影的整个运动状 态的不良平均，这在矢状或冠状截面中看起来象蘑菇。
本申请提供能克服上述问题及其他的新的、改进的方法以及装置。
发明内容
根据一个方面，公开了一种在一个或多个连续肺循环中出现的预选肺 范围处进行成像的成像系统。呼吸监测器监测所述肺循环中的循环生理参 数，并生成循环肺相位指示信号。提供透射辐射数据源。数据处理器根据 所述透射数据通过对所述透射辐射数据进行加权使得每个肺相位对衰减图 的贡献基本等同来重建所述衰减图。
根据另一方面，公开了一种在一个或多个连续肺循环中出现的预选肺 范围处进行成像的成像方法。监测肺循环中的循环生理参数。生成循环肺 相位指示信号。生成透射辐射数据。根据所述透射数据通过对多个肺相位 中的每一个中的透射数据进行等同地加权来重建衰减图。
根据另一方面，公开了一种发射成像方法。在肺循环的整个循环重复 的肺范围上收集透射成像数据。生成具有来自每个相位点的基本等同贡献 的衰减图。用所述衰减图校正所述发射数据。将所述衰减校正后的发射数 据重建为诊断图像。
一个优势在于在衰减校正后的发射辐射图像中减少了伪影。
在阅读并理解了下列详细描述后，本发明的其他优势对于本领域普通 技术人员而言将是显然的。
本发明可采取多种组件和各组件的布置，以及多种步骤和各步骤的安 排的形式。各附图仅为了阐述各优选的实施例，不应解释为对本发明的限 制。
图l是成像系统的图解阐述；
图2是采样窗的非标准化加权分布的图解阐述；
图3是成像系统细节部分的图解阐述；
图4是成像系统另一细节部分的图解阐述；图5显示了多个(大约20个)采样窗的非标准化加权分布； 图6显示了表示图5的非标准化加权分布的均值的图表；和 图7阐述了发射辐射成像方法的各步骤。
具体实施例方式
参考图1 ，成像系统8包括诸如SPECT扫描器或PET扫描器及CT扫 描器12的发射成像系统10。更特别地，旋转扫描架16携载一个或多个核 探测头14以探测从感兴趣区域或检查区域18发出的辐射事件。每个探测 头14包括探测器元件(诸如闪烁器)的二维阵列和光敏感元件(例如，光 电倍增管、光电二极管等)的阵列。同样构想将X线指向电子转换器，诸 如CZT元件。可选地，特别是在PET扫描器中，检査区域通常被一圈静态 探测头所围绕。每个探测头14包括将每个辐射响应转换成指示其在探测器 表面所处的位置(x，y)、其能量(z)、所述探测头的角位置和探测时间的数 字信号。在名义上称之为x和y坐标的二维(2D)笛卡儿坐标系中解析和/ 或确定事件在探测器上的位置。然而，可构想其他坐标系。在SPECT扫描 器中，准直器对所述方向和角展度进行控制，探测器的每个元件可由该方 向和角展度接收辐射，即探测器只接收沿已知射路(ray)的辐射。这样， 在探测器上确定的探测辐射的位置和探测头14的角位置定义了沿其发生每 个辐射事件的标称射路。
由于发射数据通常含有由于患者解剖结构的吸收特征变化所造成的不 准确性，因此在一个实施例中，利用CT扫描器12来提供附加衰减信息以 对所述发射数据进行校正。CT扫描器12包括非旋转扫描架20。 一个或多 个辐射源22 (诸如X线管)安装在旋转扫描架24上。膛26定义了CT扫 描器12的检査区域28。同样可构想非膛系统，诸如L形、弧形和其他形式。 在旋转扫描架24上设置辐射探测器阵列或辐射探测器30以便在X线横穿 检査区域28后接收来自X线管22的辐射。轨迹32平行于对象支架或床榻 34的纵轴延伸，从而能够使发射成像扫描器10和CT扫描器12形成闭合 系统。设置移动器件36 (诸如电机和驱动器)以便将PET扫描器10移入 或移出所述闭合位置。床榻移动器件38 (诸如电机和驱动器)提供床榻34 在检査区域18、 28内的纵向运动和垂直调节。在一个实施例中，发射成像系统10和CT扫描器12应用共同的扫描架。 在该系统中，同步或交替执行所述探测。在另一实施例中，在不同的成像 期内执行所述CT和发射成像。
继续参考图1 ，当CT扫描器12的旋转扫描架24以恒定的速度旋转时， 将位于床榻34上的对象或患者移入检查区域28，在此进行CT成像。驱动 器38推进和/或回撤所述对象支架34，以实现对象在检查区域28内的所需 定位。典型地，在扫描期间， 一部分沿每个投影通过的辐射被成像对象所 吸收，从而产生大致空间变化的辐射衰减。辐射探测器阵列30的各探测器 元件对整个辐射束的辐射强度进行采样，以生成辐射吸收投影数据。当扫 描架24旋转使得辐射源22围绕检查区域28转动时，采集投影数据的多个 角度视图，其共同定义了在第一或CT数据存储器42中保存的投影数据集。 所采集的数据称之为投影数据，因为每个探测器元件探测与沿直线、射路、 窄锥或其他从所述源延伸到探测器元件的基本线性投影进行的衰减线性积 分相对应的信号。在图1中显示将辐射探测器30安装在旋转扫描架24上； 然而，还可构想用围绕静态扫描架20安装的二维条带式X线探测器元件来 代替探测器阵列30。在一个实施例中，辐射探测器30包括平面探测器。
在另一实施例中，通过与床榻34的持续线性运动同步地旋转所述扫描 架24来采集螺旋投影数据，从而产生辐射源22围绕位于床榻34上的成像 对象的螺旋轨迹。
对于多层扫描器中的源聚焦采集几何结构，将衰减线性积分的读数或 在CT数据存储器42中保存的投影数据集中的投影用参数P(ot,P,n)表示， 其中a是由旋转扫描架24的位置确定的辐射源22的源角度，p是扇区 (〃e[-(D/2,(1)/2]，其中O是扇角)内的角度，而n是探测器的行号。
继续参考图1并进一步参考图2，循环监测器44监测患者预先指定的 生理循环。在一个实施例中，循环监测器44监测患者的呼吸循环并探测相 位点46。例如，使呼吸感测带连接平衡桥式压力换能器，该压力换能器产 生幅值与呼吸循环一同变化的电信号。医生根据肺的运动特征和必要的诊 断信息来选择相位点46的位置。
在一个实施例中，与成像对象的呼吸耦合的呼吸标记物与所述呼吸一 同运动。将所述标记物布置成贯穿在不同时间并在沿扫描轴的不同位置处采集的图像，并在图像上可做为标记物特征而探测到，从而可以确定该标 记物特征在图像中的位置。以这种方式，将呼吸监测数据直接嵌入到成像 数据中。
在另一实施例中，使用CT扫描器自身从检查对象的图像中生成门控信 号。使用相同的数据来生成所述门控信号和图像。例如，所述扫描器根据 对象的最大周期运动或对象的最小周期运动而生成肺门控信号。
分类设备、处理器、机构或其他器件48将所述衰减数据归入每一所选 呼吸相位期间收集的数据集5(^， 502， ...， 50n中，即呼吸相位特异性数据 集。在一个实施例中，重组处理器52将从锥形到平行射束几何结构的呼吸 相位特异性数据重组到一组平行视图中。将所述平行视图投影到轴向平面 中(即，与旋转轴垂直)。特别对于由短时间窗定义的呼吸相位而言， 一个 呼吸相位的数据对应一个或多个旋转和呼吸循环中整个短弧段上所收集的 数据。单个所述数据弧段太小以至于不是完整的数据集。为了生成完整的 数据集，数据在若干个呼吸循环上进行收集，并且如果必要，进行内插。 将呼吸相位特异性数据集保存在对应的相位存储器54中。
继续参考图1和2并进一步参考图3，数据处理器60针对每个单独的 所选呼吸相位重建3D透射辐射图像或衰减图。更特别地，确定处理器、设 备、机构、算法或其他器件62的采样窗确定或选择围绕对应相位点46的 采样窗64。在一个实施例中，每个相位点46 (由竖线表示)基本位于相关 窗的中央。加权分布确定处理器、设备、机构、算法或其他器件70确定位 于所述窗内所有体素的非标准化加权分布72。将非标准化权重保存在非标 准化权重存储器74中。
反投影处理器、设备、机构、算法或其他器件80对接收到的投影执行 标准化加权反投影使其变为3D图像表示或衰减图。在一个实施例中，加权 处理器、设备、机构、算法或其他器件82将针对每个采样窗64确定的非 标准化权重与重建过程中通常使用的其他权重进行合并，以生成标准化权 重或标准化加权分布84，并给对应窗的每个体素施加标准化权重。
例如，当两个或多个7u-对(7c-partners)以相同的角度e贯穿体素v时， 可插入多余的射路以提高分辨率。多余的射路可以从相反方向横贯所述体 素或者彼此稍微有些偏离。加权处理器82将正在工作的7i-对的倍数标准化。重建期间给出的其他权重示例包括孔径权重。给读数中每个体素的孔径权重由其中一种已知的技术进行计算，并通常取决于所述体素关于采集系统
的相对位置。反投影器90将标准化的投影反投影到保存在对应重建图像存储器92内的3D图像中。取平均处理器、设备、机构、算法或其他器件94对所存储的重建图像取平均以接收表示呼吸平均的图像。衰减图存储器96中保存的每个体素值表示在呼吸循环的各相位中使用的对应体积内的组织所造成的辐射衰减。通过对等同地来自每个预备相位的图像取平均，每个肺相位对所述衰减图96的贡献等同。
参考图4-6，加权分布确定处理器70确定针对所选采样窗的非标准化加权分布。当针对大量的肺相位收集数据时，在众多的顺序采样窗中，顺序施加众多的标准化加权分布。图5显示了大量的顺序加权分布。例如如果存在20个肺相位，循环重复20次加权分布。取平均设备94对所选窗的非标准化权重取平均，从而生成图6阐述的平均加权分布98。加权设备82将针对所选窗确定的非标准化权重与重建过程中通常使用的及上述其他权重进行合并以接收标准化权重。反投影器90将标准化平均后的投影反投影到衰减图存储器96中。通过与其肺相位中生成的视图数量成反比地减少每个反投影视图的贡献，每个肺相位对所述衰减图96的贡献等同。
还可构想其他数据处理技术，其生成在整个肺相位上进行等同加权的衰减图。
继续参考图1，将带有对象的对象支持台34移入发射检查区域18以定位所述对象，从而进行发射成像。通常，在检査之前，用一种或多种放射性药物或放射性同位素对待成像对象进行注射。这种同位素的几种示例是Tc-99m、 Ga-67和In-111。对象体内存在的放射性药物从所述对象产生发射辐射。在数据收集期间，发射辐射探测头14通常围绕检査区域18逐步或连续旋转，以收集众多投影方向上的投影发射数据。在一个实施例中，各探测头在被大量探测头划分的360。弧上进行旋转，在第二或发射数据存储器102中保存所述投影发射数据，例如探测头上的位置(x,y)、能量(z)
和每个探测头14围绕检查区域18的角位置(e)(例如从角位置分解器100
中获得)。
图像处理器、算法、机构或其他器件104迭代地重建图像存储器106中的3D图像表示。对于每条射路，沿该射路接收发射数据，图像处理器104通过保存在相位衰减图存储器96中的对应衰减图阵列计算对应射路。根据所述衰减因子对发射数据的每条射路进行加权或校正。
视频处理器108从所述图像存储器中取回各层、投影、3D渲染和其他信息，并恰当地为在一个或多个监测器IIO上显示而编排图像表示的格式。当然，打印机或其他输出设备也可用于以常规的形式来呈现数据。
在一个实施例中，用户经由例如与监测器110或任何其他恰当的个人电脑、PDA等集成在一起的图形用户界面来选择各相位。
参考图7，现在关注生成衰减校正发射图像的方法，诸如通过CT扫描器12对透射图像数据进行收集120。由所述投射图像数据生成衰减图122。在生成所述衰减图的第一方法中，对多个肺循环上多个肺范围中的每一个中所收集的透射图像数据进行重建124。然后对这些图像取平均126，以生成衰减图128，在所述衰减图中来自每个肺范围的透射图像数据的贡献等同。可选地，用与相位范围相关的加权分布(诸如分布98)对所述透射图像数据的每个视图进行加权130。这些视图诸如通过使用过滤或巻积的加权和反投影进行重建132。当然，可将与相位范围相关的加权分布和过滤或巻积函数进行合并，并执行单一的加权步骤。
收集发射数据140。用衰减图128对所述发射数据进行校正142。然后重建所述衰减校正发射数据以生成衰减校正后的发射图像146。
已经参考各优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了前面详细描述后，别人能想到多种修改和替换。本发明拟解释为包括所有这样的修改和替换，只要它们落在附加权利要求或其等同的范围内。
权利要求
1.一种对在一个或多个连续肺循环中出现的肺循环(46)的预选范围处进行成像的成像系统(8)，所述成像系统(8)包括呼吸监测器(44)，其监测所述肺循环中的循环生理参数，并生成循环肺相位指示信号；透射辐射数据源(12)；和数据处理器(60)，其根据所述透射数据，通过对所述透射辐射数据进行加权使得每个所述肺相位对衰减图(96)的贡献基本等同来重建所述衰减图。
2. 如权利要求l所述的系统，进一步包括窗选择设备(62)，其选择与每个预选相位点(46)对应的采样窗(64)。
3. 如权利要求l所述的系统，进一步包括分类设备(48)，其将所述透射辐射数据归入与多个循环肺相位中的每 一个对应的各辐射数据集(50,， 502，…，50n)中；和反投影设备(80)，其将来自每个所述肺相位的所述透射数据反投影到 重建图像存储器(92)中的对应肺相位图像中。
4. 如权利要求3所述的系统，进一步包括取平均设备(94)，其对重建的肺相位图像取平均得到表示呼吸平均值 的所述衰减图(96)。
5. 如权利要求2所述的系统，进一步包括加权分布确定处理器(70)，其针对多个预选窗(64)确定非标准化加 权分布。
6. 如权利要求5所述的系统，进一步包括取平均设备(94)，其对针对所述多个预选窗(64)确定的所述非标准化加权分布取平均。
7. 如权利要求6所述的系统，进一步包括反投影设备(80)，其至少根据取平均后的非标准化加权分布(98)针 对所述多个预选窗(64)确定标准化权重，并将所述标准化投影反投影到 所述衰减图(96)中。
8. 如权利要求l所述的系统，其中，所述数据处理器(60)包括 反投影器(80)，其将所述透射辐射数据反投影到所述衰减图存储器(96)中；和加权设备(82)，其与由一视角在相同肺相位处生成的透射辐射数据的 量成反比地对所述透射辐射数据进行加权，使得来自每个所述肺循环相位 的所述透射辐射数据对所述衰减图的贡献基本等同。
9. 如权利要求l所述的系统，进一步包括 发射成像扫描器(10)，其生成发射辐射数据；和图像处理器(104)，其用所述衰减图(96)对所述发射辐射数据进行 校正，并将衰减校正后的发射辐射数据重建为图像表示。
10. —种对在一个或多个连续肺循环中出现的肺循环的预选范围处进 行成像的成像方法，所述方法包括监测所述肺循环中的循环生理参数； 生成循环肺相位指示信号； 生成透射辐射数据；和根据所述透射数据，通过对多个肺相位中的每一个中的所述透射数据 进行等同地加权来重建衰减图。
11. 如权利要求10所述的方法，进一步包括 选择与所述肺循环中的多个预选相位点中的每一个对应的采样窗。
12. 如权利要求10所述的方法，进一步包括将所述透射辐射数据归入与多个肺相位点中的每一个对应的辐射数据 集；和将针对每个肺相位点的所述透射数据反投影到对应的重建图像中。
13. 如权利要求12所述的方法，进一步包括将所述重建图像合并到表示呼吸平均值的所述衰减图中。
14. 如权利要求11所述的方法，进一步包括针对多个预选窗确定非标准化加权分布。
15. 如权利要求14所述的方法，进一步包括对针对所述多个预选窗确定的所述非标准化加权分布取平均。
16. 如权利要求15所述的方法，进一步包括至少根据取平均后的非标准化加权分布，针对所述多个预选窗确定标 准化权重，和将所述标准化投影反投影到所述衰减图中。
17. 如权利要求10所述的方法，其中重建所述衰减图包括 根据视角和在相对于其他肺相位的其肺相位处收集的透射数据的相对量对所述透射数据进行加权；和对加权后的所述透射数据进行反投影，以生成具有来自每个肺相位的 基本等同贡献的所述衰减图。
18. —种发射成像方法，其包含-在肺循环的循环重复相位范围上接收透射成像数据； 生成具有来自每个相位范围期间所收集的所述透射成像数据的基本等同贡献的衰减图； 收集发射数据；用所述衰减图对所述发射数据进行校正；和 将衰减校正后的发射数据重建为诊断图像。
19. 如权利要求18所述的方法，其中，生成所述衰减图包括如下之一(a) 对根据在每个所述相位范围中收集的透射成像数据重建的图像取 平均，并对重建图像取平均以生成所述衰减图，和(b) 利用与相位范围相关的加权函数对收集的透射成像数据进行加 权，并对加权后的数据进行反投影以生成所述衰减图。
20. —种计算机或计算机软件，其被编程为生成具有来自多个肺循环上的多个循环重复范围中的每一个中的透射 成像数据的基本等同贡献的衰减图；用所述衰减图对发射成像数据进行校正；和 将衰减校正后的发射成像数据重建为图像。
全文摘要
诊断成像系统(8)在一次或多次连续肺循环中出现的预选相位点(46)处对对象进行成像。呼吸监测器(44)监测肺循环中的循环生理参数，并生成循环肺相位指示信号。CT扫描器(12)置于检查区域(28)的附近以生成透射辐射数据。数据处理器(60)根据所述透射辐射数据，通过对所述透射数据进行加权使得每个所述肺相位对衰减图的贡献基本等同来重建所述衰减图(96)。
文档编号A61B6/00GK101528131SQ200780030830
公开日2009年9月9日 申请日期2007年7月24日 优先权日2006年8月22日
发明者P·柯肯, T·克勒 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司