重建心脏相位图像的方法和装置制造方法

重建心脏相位图像的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种重建心脏相位图像的方法和装置。该方法包括：直接利用放射线被检测到的时间，根据所述放射线所形成的采集投影数据计算周期投影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据；以及根据所述周期投影数据和所述综合时间窗数据重建所述心脏相位图像。该方法和装置利用图像自身的性质，不需要诸如心电图仪等外接设备即可重建出心脏相位图像，避免了应用外接设备的过程中的检测困难和检测结果不准确等一系列问题。
【专利说明】重建心脏相位图像的方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种医学图像处理方法，具体地，涉及一种重建心脏相位图像的 方法和装置。

【背景技术】
[0002] 心脏核医学成像中，被成像对象摄入放射性同位素药物。放射性同位素药物会随 代谢分布于心脏等器官，同时放射性同位素衰变发出伽马射线。在体外利用扫描仪检测伽 马射线，然后利用计算机通过重建算法重建出药物在体内分布的图像用于疾病的诊断。核 医学成像包括心脏单光子发射计算机断层成像（SPECT)以及正电子发射断层成像（PET)等 各种模态成像。
[0003] 获取心跳周期不同相位的核医学图像对于心脏疾病的诊断有着重要作用，与传统 不考虑心脏跳动的核医学成像所获得图像相比，可以消除心脏搏动造成的伪影，提高图像 分辨率。
[0004] 心脏舒张期和收缩期图像的心腔大小和室壁厚薄均不同，其能提供心脏的不同功 能指标，如左心室舒张末期容积（EDV)，收缩末期容积（ESV)，射血分数（EF)等。获取心脏 不同相位的核医学图像能够提高心脏疾病诊断的灵敏度和准确率，同时可以提高小范围心 肌灌注异常的检出率。这对急性心肌缺血、慢性心肌缺血和心力衰竭的诊断、预后判断及危 险度分层、疗效评价方面有很大的价值。
[0005] 目前临床获取心脏不同相位的核医学图像的方法包括利用门控心肌核医学显像。 例如，通过利用心电图仪获取被检查者的心电图，根据心电图上所指示的心脏相位来采集 当前心脏所处相位的各个角度的投影数据，然后利用图像重建算法，独立重建出每个相位 的心脏相位图像。
[0006] 然而对于某些病人心脏信号过弱，或者某些动物心电监测比较困难的情况，就无 法利用门控核医学成像来获取不同心脏相位的图像。而且利用人体表面贴合电极的方式进 行心电检测，检测结果不准确。


【发明内容】

[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种重建心脏相位图像的方法，包括：
[0008] 直接利用放射线被检测到的时间，根据所述放射线所形成的采集投影数据计算周 期投影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据；以及
[0009] 根据所述周期投影数据和所述综合时间窗数据重建所述心脏相位图像。
[0010] 根据本发明一个实施例，所述计算不同时间窗内的综合时间窗数据进一步包括：
[0011] 根据所述周期投影数据计算周期总投影数据；以及
[0012] 根据所述周期总投影数据中每个元素对应的放射线被检测到的时间，将所述周期 总投影数据划分成所述综合时间窗数据。
[0013] 根据本发明一个实施例，所述计算不同时间窗内的综合时间窗数据进一步包括：
[0014] 直接利用所述放射线被检测到的时间，将所述采集投影数据划分为不同周期的不 同时间窗的时间窗数据；以及
[0015] 将不同周期的同一时间窗的时间窗数据累加，以获得所述综合时间窗数据。
[0016] 根据本发明一个实施例，所述重建所述心脏相位图像包括：
[0017] 利用所述不同时间窗内的综合时间窗数据重建静态图像；
[0018] 分割所述静态图像，并利用分割结果构建分类稀疏矩阵；以及
[0019] 利用所述周期投影数据和所述分类稀疏矩阵重建所述心脏相位图像。
[0020] 根据本发明一个实施例，所述重建静态图像进一步包括：
[0021] 将所述不同时间窗内的综合时间窗数据累加以获得静态投影数据，并且构建三维 系统矩阵；以及
[0022] 利用所述静态投影数据和三维系统矩阵重建所述静态图像。
[0023] 根据本发明一个实施例，所述利用所述周期投影数据和所述分类稀疏矩阵重建所 述心脏相位图像进一步包括：
[0024] 利用所述三维系统矩阵和所述分类稀疏矩阵构建四维系统矩阵；
[0025] 利用所述周期投影数据和所述四维系统矩阵重建与不同相位的心脏相位图像相 对应的系数向量；以及
[0026] 利用所述与不同相位的心脏相位图像相对应的系数向量获得所述心脏相位图像。
[0027] 根据本发明另一方面，还提供了一种重建心脏相位图像的装置，包括计算模块和 重建模块。计算模块用于直接利用放射线被检测到的时间，根据所述放射线所形成的采集 投影数据计算周期投影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据。重建模块用于根据所述周 期投影数据和所述综合时间窗数据重建所述心脏相位图像。
[0028] 本发明提供的上述方法和装置利用图像自身的性质，不需要诸如心电图仪等外接 设备即可重建出心脏相位图像，避免了使用外接设备的过程繁琐和特定情况下应用外接设 备过程中的检测困难和检测结果不准确等一系列问题。
[0029] 在
【发明内容】
中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步 详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和 必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0030] 以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0032] 图1是根据本发明一个具体实施例的重建心脏相位图像的方法的流程图；
[0033] 图2是根据本发明一个具体实施例的根据周期投影数据和综合时间窗数据重建 心脏相位图像的流程图；以及
[0034] 图3是根据本发明一个具体实施例的重建心脏相位图像的装置的示意性框图。

【具体实施方式】
[0035] 在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技 术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样 的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未 进行描述。
[0036] 本发明提供了如图1的流程图所示的重建心脏相位图像的方法100。该方法100 以SPECT成像系统来说明。本领域普通技术人员可以理解，SPECT成像仅为示例并非限制。 本发明的重建心脏相位图像的方法可以普适于各种模态的核医学成像系统。该方法1〇〇直 接利用常规核医学成像获得心脏相位图像。其中，心脏相位图像是指心脏在心跳周期的不 同相位所呈现的核医学图像。例如，将大约0.8秒的心跳周期划分为10个相位，则心脏相 位图像显示了每0. 08秒心脏所呈现的核医学图像。
[0037] 如图1所示，该方法100包括步骤S110,直接利用放射线被检测到的时间，根据所 述放射线所形成的采集投影数据计算周期投影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据。
[0038] 当进行医学成像时，将带放射性的示踪剂静脉注射进入人体，然后探测器围绕人 体采集从人体放射出来的放射线，例如：伽马射线。下面以SPECT系统为例来详细说明医学 成像系统。在SPECT系统中，探测器是一种平板结构，包括准直器，晶体，光电倍增管和模拟 定位电子电路四部分。准直器由单孔或多孔的铅或铅合金块构成，用于让一定视野范围内 的、一定角度方向上的伽马射线通过准直器进入晶体。晶体用于将检测到的伽马射线转换 成荧光光子。光电倍增管将荧光光子按比例转换成电子并倍增放大成易于测量的电脉冲信 号。模拟定位电子电路通过将光电倍增管输出的电脉冲信号转换成用于确定晶体闪烁点位 置的X，Y信号和用于确定伽马射线的能量信号。每条被检测到的射线都有与之一一对应的 X，Y信号和能量信号。该能量信号用于确定该X，Y信号对应位置的采集投影数据。
[0039] -般而言，心脏以一定心跳周期进行运动。每个心跳周期可以分成多个相位。在 每个相位中，探测器可能旋转一个或多个采集角度。探测器旋转上述采集角度的时间称为 一个时间窗。也就是说，与心跳周期的一个相位的持续时间相等的数据采集时间称为一个 时间窗。在一次数据采集过程中，一般可以采集多个心跳周期的采集投影数据。
[0040] 利用上述采集投影数据计算在整个采集过程中周期投影数据和不同时间窗内的 综合时间窗数据。
[0041] 可以直接利用放射线被检测到的时间，将采集投影数据排列为周期投影数据。换 言之，将每个心跳周期所采集的数据排列为周期投影数据PINX1。Pinxi可以表示为I XN个 像素值组成的列向量。其中，I为探测器在其旋转的每个采集角度所采集的图像的像素行 数*该图像的像素列数*每个时间窗中采集角度的个数。换言之，I是每个时间窗中采集 的像素的个数。探测器在每个采集角度所采集的图像每个像素与探测器通道一一对应。也 就是说，假设探测器通道的个数为K，则I = KX A，其中A为一个时间窗中采集角度的个数。 N为一个心跳周期所分成的相位数。
[0042] 综合时间窗数据体现了每个时间窗中所采集的采集投影数据。综合时间窗数据可 以根据上述周期投影数据计算，也可以根据采集投影数据直接计算。
[0043] 该方法100还包括步骤S120,根据上述周期投影数据和综合时间窗数据重建所述 心脏相位图像。
[0044] 如上所述，心脏相位图像是心脏在心跳周期的不同相位所呈现的核医学图像。因 为每个时间窗和心跳周期的一个相位 对应。所以利用综合时间窗数据可以重建出心脏 相位图像。
[0045] 本发明所提供的上述重建心脏相位图像的方法直接利用图像自身的性质，不需要 诸如心电图仪等外接设备即可重建出心脏相位图像，避免了应用外接设备的过程中的检测 困难和检测结果不准确等一系列问题。
[0046] 步骤SllO中的计算不同时间窗内的综合时间窗数据进一步包括如下步骤。
[0047] 首先，根据周期投影数据计算周期总投影数据。例如，可以加和所有周期投影数据 Pinxi，作为周期总投影数据I：PINX1。
[0048] 然后，根据周期总投影数据SPinxi中每个元素对应的放射线被检测到的时间，将 周期总投影数据SPinxi划分成综合时间窗数据，即不同时间窗内的时间窗数据P1，…，P N。 由此，SPinxi= (P1，…，Pn}t。时间窗数据Pn(其中1彡 n彡N)用于表示在数据采集过程 中，所有第n个时间窗内采集到相应数据的和，其可以用包含IXl个元素的列向量来表示。
[0049] 例如，在心脏SPECT检查中进行25分钟的扫描，首先，将这25分钟采集到的所有 数据按照放射线被检测到的时间排列为周期投影数据Pinxi。假设，被检测者的心跳周期 为0. 8秒。在整个数据采集过程中，共包括25X60 + 0. 8 = 1875个周期。相对应地，共有 1875个周期投影数据Pinxi。每个周期可被分为10个相位，即N = 10。每个相位持续的时 间0. 08秒即为一个时间窗。然后，加和1875个周期投影数据Pinxi，以计算周期总投影数据 SPinxi。最后，按照周期总投影数据SPinxi中每个元素对应的放射线被检测到的时间将该 周期总投影数据SPinxi划分成综合时间窗数据，g卩：时间窗数据P1，…，P1(l。
[0050] 在该实施例中，直接利用了已经计算获得的周期投影数据作为中间计算结果来计 算综合时间窗数据，计算简单，实现容易。
[0051] 根据本发明另一具体实施例，步骤SllO中的计算不同时间窗内的综合时间窗数 据进一步包括如下步骤。首先，直接利用放射线被检测到的时间，将采集投影数据划分成不 同周期的不同时间窗的时间窗数据。然后，将不同周期的同一时间窗的时间窗数据累加，以 获得综合时间窗数据。
[0052] 仍以上例为例，首先，直接利用放射线被检测到的时间，将采集投影数据划分成 25X60 + 0.8X10 = 18750个时间窗数据。然后，将不同周期的同一时间窗的时间窗数据对 应累加，获得时间窗数据P1，…，P1(l。例如，P1等于1875个周期中每个周期的第一个时间窗 的时间窗数据的加和。
[0053] 上述的实施例中，综合时间窗数据通过加和计算来获得，本领域普通技术人员可 以理解，上述实施例仅用于示意而非限制，其也可以通过其他计算来获得，例如加权平均 等。
[0054] 根据本发明的一个具体实施例，在步骤S120中，可以根据时间窗数据P1，…，P n重 建出心脏N个相位的心脏相位图像^xl。如图2所示，步骤S120具体可以包括如下子步骤。
[0055] S121，利用所述不同时间窗内的综合时间窗数据重建静态图像。
[0056] 在本发明的一个具体实施例中，首先，将时间窗数据P1，…，Pn累加，以获得静 态投影数据=€+…+ &。在上述累加过程中，不考虑各个时间窗数据Pi(其中 1彡i彡N)之间的时间差别。
[0057] 构建三维系统矩阵

【权利要求】
1. 一种重建心脏相位图像的方法，包括： 直接利用放射线被检测到的时间，根据所述放射线所形成的采集投影数据计算周期投 影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据；以及 根据所述周期投影数据和所述综合时间窗数据重建所述心脏相位图像。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同时间窗内的综合时间窗数据 进一步包括： 根据所述周期投影数据计算周期总投影数据；以及 根据所述周期总投影数据中每个元素对应的放射线被检测到的时间，将所述周期总投 影数据划分成所述综合时间窗数据。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同时间窗内的综合时间窗数据 进一步包括： 直接利用所述放射线被检测到的时间，将所述采集投影数据划分为不同周期的不同时 间窗的时间窗数据；以及 将不同周期的同一时间窗的时间窗数据累加，以获得所述综合时间窗数据。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建所述心脏相位图像包括： 利用所述不同时间窗内的综合时间窗数据重建静态图像； 分割所述静态图像，并利用分割结果构建分类稀疏矩阵；以及 利用所述周期投影数据和所述分类稀疏矩阵重建所述心脏相位图像。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述重建静态图像进一步包括： 将所述不同时间窗内的综合时间窗数据累加以获得静态投影数据，并且构建三维系统 矩阵；以及 利用所述静态投影数据和所述三维系统矩阵重建所述静态图像。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用所述周期投影数据和所述分类稀 疏矩阵重建所述心脏相位图像进一步包括： 利用所述三维系统矩阵和所述分类稀疏矩阵构建四维系统矩阵； 利用所述周期投影数据和所述四维系统矩阵重建与不同相位的心脏相位图像相对应 的系数向量；以及 利用所述与不同相位的心脏相位图像相对应的系数向量获得所述心脏相位图像。
7. -种重建心脏相位图像的装置，包括： 计算模块，用于直接利用放射线被检测到的时间，根据所述放射线所形成的采集投影 数据计算周期投影数据和不同时间窗内的综合时间窗数据；以及 重建模块，用于根据所述周期投影数据和所述综合时间窗数据重建所述心脏相位图 像。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块进一步包括： 周期总投影数据计算模块，用于根据所述周期投影数据计算周期总投影数据；以及 第一综合时间窗数据获得模块，用于根据所述周期总投影数据中每个元素对应的放射 线被检测到的时间，将所述周期总投影数据划分成所述综合时间窗数据。
9. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块进一步包括： 时间窗数据划分模块，用于直接利用所述放射线被检测到的时间，将所述采集投影数 据划分为不同周期的不同时间窗的时间窗数据；以及 第二综合时间窗数据获得模块，用于将不同周期的同一时间窗的时间窗数据累加，以 获得所述综合时间窗数据。
10. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述重建模块包括： 静态图像重建模块，用于利用所述不同时间窗内的综合时间窗数据重建静态图像； 分类稀疏矩阵构建模块，用于分割所述静态图像，并利用分割结果构建分类稀疏矩阵； 以及 心脏相位图像重建模块，用于利用所述周期投影数据和所述分类稀疏矩阵重建所述心 脏相位图像。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述静态图像重建模块进一步包括： 第一子模块，用于将所述不同时间窗内的综合时间窗数据累加以获得静态投影数据， 并且构建三维系统矩阵；以及 第二子模块，用于利用所述静态投影数据和所述三维系统矩阵重建所述静态图像。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述心脏相位图像重建模块进一步包括： 四维系统矩阵构建模块，用于利用所述三维系统矩阵和所述分类稀疏矩阵构建四维系 统矩阵； 系数向量重建模块，用于利用所述周期投影数据和所述四维系统矩阵重建与不同相位 的心脏相位图像相对应的系数向量；以及 心脏相位图像获得模块，用于利用所述与不同相位的心脏相位图像相对应的系数向量 获得所述心脏相位图像。
【文档编号】A61B6/03GK104331914SQ201410479958
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】昝云龙, 黄秋, 彭旗宇, 许剑锋, 闫泽武 申请人:东莞南方医大松山湖科技园有限公司