专利名称：用于在医学成像中与时相相关地图像重建的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从医学成像的断层造影的测量数据中与时相相关地(phasenkorrelierten)图像重建的方法,该测量数据在包括多个心动周期的时间段上来记录。本发明还涉及一种用于执行所建议的方法的装置。该方法和装置适合于计算机断层造影(CT)、特别是心脏CT (Kardio-CT)中的图像重建。
背景技术：
目前在心脏CT中使用如下的采集方案和重建方法或者通过可预料到的触发或者通过回溯数据选择(门控)实现关于时相地显示心脏。在可预料到的触发的情况下仅在每个心动周期的特定心脏时相期间记录测量数据。在其余时间段中不运行或仅以明显降低的功率运行X射线管。通过EKG信号产生触发脉冲。由此可以在重建的图像中避免由于心脏运动导致的运动伪影。在回溯数据选择的情况下原则上可以关于整个心动周期记录测量数据，以便事后选择在心动周期的各个相同的时相中所记录了的测量数据并且为图像重建引·入。在快速的机架旋转时和/或在采用双管系统时达到高的时间分辨率。但在较高的心率的情况下在可预料到的触发中X射线管的高电流区域必须扩展出诊断相关的时间范围，因为此处必须回溯地调整最佳的心脏时相。此外对于功能检查，在心缩收缩末期(Endsystole)还需要辐照。在两种情况下与回溯数据选择一样需要所谓的过辐射，该过辐射不完全被临床使用。但为了改善量子统计法在重建的图像中期望使用全部施加的辐射，以便最佳地使用所施加的剂量。如果能够完全使用所施加的辐射，则在恒定的对比度对噪声(Kontrast-zu-Rauschen)的情况下可以减小患者剂量。为了改善所施加的X射线剂量的利用，可以配准根据不同的时相的测量数据。为此首先对于不同的心脏时相分别关于时相地重建图像并且然后借助3D-3D配准确定运动场。然后该运动场找出由测量数据运动补偿地进行图像重建中的开始部分。但由关于时相重建的图像来确定运动场必须是高精的，以确保心脏冠状动脉的精确配准。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供用于从医学成像的断层造影的测量数据中与时相相关地图像重建的一种方法和一种装置，该方法无需确定运动场就能完全使用施加的剂量。上述技术问题通过按照本发明的方法和装置来解决。该方法和装置的优选的实施方式是从属权利要求的内容或者可以从随后的描述以及实施例中得出。在所建议的方法中，根据关于包括多个心动周期的时间段记录的断层造影的测量数据首先由全部或至少一部分测量数据关于多个心动周期重建不与时相相关的3D图像或图像体积fstd。图像重建以公知的方法通过合适的反投影进行。然后迭代地重建与时相相关的图像，该图像通过不与时相相关的图像体积fstd来初始化。在该迭代的与时相相关的图像重建中在第k个迭代步骤中根据如下等式(更新等式)重新计算重建的图像体积fk:fk+1=fk+X_1pc* (p-xpc*fk) +R (fk)其中X^。相应于对图像重建的反投影，Xpc相应于对应的投影，P相应于用于时相正确的反投影的与时相相关的测量数据，并且R (fk)相应于用于稳定迭代的正则化项。用于时相正确的反投影的与时相相关的测量数据P是分别在相同的时间段中在每个心动周期的相同心脏时相期间的测量数据。该测量数据由此也相应于在回溯数据选择的情况下用于重建的测量数据。同样可以以常见的方式由在采集测量数据期间同时记录的EKG触发信号导出相同的心脏时相或相同的时间段。在此测量数据被理解为在执行成像期间绘制的并且必要时在重建图像之前进一步处理 的数据，根据这些测量数据然后重建3D图像或图像体积。在所建议的方法中，在固定预定数量的迭代步骤之后或者在达到或超过在当前迭代步骤的重建的图像体积与前面迭代步骤的重建的图像体积之间的一致程度之后可以结束迭代。在迭代结束之后在显示器上显示与时相相关的重建的图像体积。通过所建议的方法基于与时相相关的图像重建来减少由于心脏运动引起的运动伪影，但同时使用全部记录的测量数据或从中选择部分来减小图像噪声。由此实现与时相相关的图像重建，该图像重建无需精确地确定运动场就已足够并且尽管如此却最佳地使用所施加的辐射。在所建议的方法的优选的实施方式中，用于稳定迭代的高通滤波器被用作正则化项。在替换的实施方式中，也可以以TV (Total Variation，完全变化)范数最小化的形式表达正则化，该正则化还使用不与时相相关的图像体积fstd。在此在每个迭代步骤中使代价函数—最小化。在此，参数α表示加权因数。LI表示矢量的Li范数。由此在该实施方式中将R(fk)=+(ι-^Ηυ/；4置为上述更新等式。所建议的装置包括用于存储在多个心动周期上记录的测量数据的存储装置以及计算处理器，利用该计算处理器执行为方法所需用于图像重建的计算步骤。该装置还包括重建单元，该重建单元被这样构造，使得其首先从存储的测量数据或足以随后减小噪声的大部分测量数据中重建不与时相相关的图像体积fstd。重建单元还被这样构造，使得其随后迭代地进行与时相相关的重建图像，该图像重建通过不与时相相关的图像体积fstd来初始化并且其中在第k个迭代步骤中根据上述更新等式重新计算重建的图像体积fk。优选地，该装置与显示器相连接，在该显示器上在迭代结束之后显示与时相相关的重建的图像体积。该方法既可以用于仅具有一个拍摄系统(即一个X射线管和一个X射线探测器)的CT系统，也可以用于所谓的多辐射器系统。该方法显示也适用于其它CT系统或C形臂系统。
下面根据实施例结合附图对所建议的方法和相关的装置作进一步说明。附图中图I示出了在心脏CT中作为时间的函数的管电流的示例；图2示出了在所建议的方法中方法流程的示意图；和图3示出了装置的示意图。
具体实施例方式在心脏CT中在回溯门控的情况下记录关于多个心动周期的测量数据。图I在左图中示出了关于完整心动周期的X射线管的管电流I。但对于与时相相关的图像重建在许多情况下仅使用在时间点I附近的区域2中的测量数据，在该时间点I处应当重建CT图像。测量数据的其余区域3不用于图像重建。在可预料到的触发的情况下高电流区域可以紧密地限制在对于诊断重要的窗口(Fenster)。但对于较高的心率或在需要附加功能信息的情况下必须进一步扩展高电流区域。这点又导致在不被使用的测量数据上具有更大的时间范围。在所建议的方法中，在迭代的重建过程中最优地或最佳地使用为采集测量数据而施加的X射线剂量。这一点在图I的右图中勾画，其中对于时间点I的图像重建，在心动周期中使用测量数据的总的区域4。这一点明显适用于全部心动周期，关于该心动周期对测量数据进行记录。在所建议的方法中，在采集5测量数据之后首先在不与时相相关的重建6中产生不与时相相关的图像体积fstd，下面也称为在先图像体积(Prior-Bi I dvo Iumen )。该在先图像体积fstd积累了全部施加的剂量，即考虑测量数据的时间范围>180° (相对于机架旋转)。在极端情况下该数据范围包括对于每个心动周期的X射线管的全部高电流时相。然后在先图像体积fstd初始化关于时相的迭代重建8，选择7测量数据P引入到该迭代重建。通过校正项P - Xpc^fk的与时相相关的重建减小在先图像中的运动伪影，但同时在先图像的小的噪声传输到迭代的更新图像中。在第k个迭代步骤中成立如下更新等式
fk+1=fk+X_1pc* (P - xpc*fk) +R (fk)fk描述了在更新步骤k中重建的图像体积。投影Xpc或反投影ΧΛ。保证了正确时相的前向投影或重建，并且P表示测量数据的范围，该范围为时相正确的心脏重建所需。通过在先图像体积fstd来初始化迭代。R (fk)表示用于稳定迭代(正则化)的高通滤波器。正则化与像素相邻处的灰度值相关联。在迭代结束之后，例如在固定数量的迭代步骤之后或在超过各个重建的图像体积与前面迭代步骤的图像体积的比较量度的情况下结束迭代并且在显示器上显示当前的重建的图像体积或CT图像(图2中步骤9)。示意性的方法流程可以由图2看出。图3强烈示意性示出了该装置或数据处理装置的示例性的构造，具有用于存储所记录的测量数据的存储装置10、利用其执行为图像重建所需的计算步骤的计算处理器11以及重建单元12 (例如软件模块)。在使用存储单元和计算处理器的情况下重建单元12执行按照所建议的方法的图像重建。然后重建的图像可以在所连接的显示屏13上显示.尽管通过优选的实施例对本发明进一步说明和描述，但本发明不受所公开的示例的限制并且能够由专业人员推导出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于从医学成像的断层造影的测量数据中与时相相关地图像重建的方法，该测量数据在包括多个心动周期的时间段上来记录，其中 首先在使用部分或全部测量数据的情况下重建不与时相相关的图像体积fstd(6)，并且 然后迭代地进行与时相相关的图像重建(8)，通过所述不与时相相关的图像体积fstd来初始化该图像重建，并且其中在第k个迭代步骤中根据如下等式重新计算重建的图像体积fk fk+i=fk+xV(p-Xpc*fk)+R(fk) 其中χΛ。相应于对图像重建的反投影，xpc相应于对应的投影，P相应于用于时相正确的反投影的与时相相关的测量数据，并且R (fk)相应于用于稳定迭代的正则化项。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，高通滤波器被用作正则化项。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，为正则化使用TV范数最小化技术。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其特征在于，在每个迭代步骤中最小化代价函数其中0〈a d
5.一种用于从医学成像的断层造影的测量数据中与时相相关地图像重建的装置，在包括多个心动周期的时间段上记录该测量数据，具有 -存储装置(10 )，用于存储测量数据， -计算处理器(11)，利用该计算处理器执行为图像重建所需的计算步骤，以及 -重建单元(12)，该重建单元被这样构造，使得其首先在使用部分或全部存储的测量数据的情况下重建不与时相相关的图像体积fstd (6)并且随后按照上述权利要求所述的方法迭代地进行与时相相关的图像重建(8)。
全文摘要
本发明涉及用于从医学成像的断层造影的测量数据中与时相相关地图像重建的一种方法和一种装置，该测量数据在包括多个心动周期的时间段上来记录。在该方法中首先在使用部分或全部测量数据的情况下重建(6)不与时相相关的图像体积fstd。然后迭代地重建(8)与时相相关的图像，该图像通过所述不与时相相关的图像体积fstd来初始化。在该图像重建中在第k个迭代步骤中根据如下等式重新计算重建的图像体积fkfk+1=fk+X-1pc*(p–Xpc*fk)+R(fk)。所述方法和所述装置实现了在重建与时相相关的图像时使用最佳的剂量。
文档编号A61B6/03GK102949201SQ201210284648
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者H.布鲁德 申请人:西门子公司