专利名称：对周期性运动的对象获得三维x射线图像数据组的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于对周期性运动的图像对象获得三维X射线图像数据组的方法。
背景技术：
这样的方法由现有技术所公知。
三维X射线图像数据组包含了，将在三维空间中的体积元素在图像对象的范围内对应于数据值或灰度值，该数据值或灰度值是对在体积元素中穿过图像对象的X射线的衰减的度量。这样的三维X射线图像数据组是从二维X射线图像数据组中获得的。该二维X 射线图像数据组借助具有X射线源和X射线探测器的X射线图像拍摄装置获得，该X射线图像拍摄装置围绕旋转轴旋转。在不同的角度位置分别拍摄二维X射线图像数据组。然后， 对该所谓的投影进行反投影(典型地包括滤波)，以便获得三维X射线图像数据组。
在本身周期性运动的图像对象中，不是所有二维X射线图像数据组都适合于彼此。由于这个原因在分别拍摄二维X射线图像数据组时，确定图像对象分别位于周期性运动的哪个阶段中。例如，可以在对具有围绕的心脏冠状动脉(心肌)的心脏成像时测量心跳的周期性运动的阶段。然后，可以将二维X射线图像数据组根据所确定的阶段划分为组。 为此将总的周期划分为间隔。由此在每个阶段中规定了其位于哪个间隔，从而相关的二维 X射线图像数据组可以对应于相应的组。现在逐组地执行(滤波)反投影，也就是逐组地获得三维X射线图像数据组。这些三维X射线图像数据组现在被称为三维X射线组图像数据组。然后，将该三维X射线组图像数据组中的一组用作参考图像数据组。相对于该参考图像数据组现在对于其它组的每一组(也就是不属于参考图像数据组的组)推导出所谓的运动场(Bewegungsfeld)。运动场说明了运动的图像对象的某个位置已经从哪个空间点运动到哪个空间点。为了推导出运动场，执行所谓的配准(Registrieren)。在配准中确定从一个图像数据组至另一个图像数据组的映射规则，由此执行3D-3D配准。S卩， 通过该配准可以将一个图像数据组位置正确和维度正确地映射到另一个图像数据组。换句话说，可以找到一种映射规则(Abbildungsvorschrift),该映射规则将三维X射线图像数据组的每个点映射到参考图像数据组的点。然后执行该映射，也就是计算修改的三维X射线组图像数据组。 例如，如果图像对象“心脏”在参考图像数据组中恰好收缩并且然后扩大，则修改的三维X 射线组图像数据组的计算对应于，将图像数据从周期性运动的没有对应于收缩的心脏的阶段映射到收缩的心脏的情况。
但是，由此所有修改后的三维X射线组图像数据组可以与参考图像数据组相似。 由此可以将所有修改后的三维X射线组图像数据组和参考图像数据组综合(即平均)为第一三维X射线图像数据组。
该三维X射线图像数据组，如根据现有技术所公知的那样，通常是运动的结果。
目前，在从各个三维X射线图像数据组的综合中得到的这种三维X射线图像数据组中还存在伪影。
因此，本发明要解决的技术问题是，减少或完全抑制这种伪影。
该技术问题是通过一种带有根据权利要求I的特征的方法解决的。
按照本发明，至少部分地变换运动场，在使用变换了的运动场的情况下计算重新修改的三维X射线图像数据组，并且将这样修改了的三维X射线图像数据组与参考图像数据组综合为新的三维X射线图像数据组。在运动场变换时结合前面计算的综合的三维X射线图像数据组来确定作为配准基础的映射参数。
换句话说，首先计算第一三维X射线图像数据组，并且然后可以从该三维X射线图像数据组中以任意一个形式推导出量化，(至少根据预定的标准)该计算有多好。然后借助该量化也可以校正映射参数。
在该方面本发明基于如下的知识，即配准的步骤不必最佳地起作用。在配准时使用相似性度量，以便找到一种映射规则。但如果随后使用该映射规则，以便最终获得第一三维X射线图像数据组，则在配准的步骤中的削弱可以导致三维X射线图像数据组的质量变差。现在，通过本发明在这里进行校正干预。
优选迭代地进行变换，但最高迭代特定次数。通过迭代的变换可以执行特定的算法，例如梯度下降方法(Gradientenabstiegsverfahren)等。如果变换进行了最高迭代特定次数，则确保了 为了最终获得仅微不足道的改善，不使用太多的计算时间。
在本发明的优选的实施方式中，这样确定映射参数，使得根据特定的标准改善(也就是例如最小化)目标函数，该目标函数包括与前面计算的综合的三维X射线图像数据组有关的项，该项例如可以是失调的度量，也就是熵项(Entropieterm)。如果使用目标函数,则在合适的结构中这样分别考虑特定的标准，即调节平衡，在该平衡中找到最佳一个标准被满足到何种程度并且另一个标准被满足到何种程度。如果由此目标函数包括与前面计算的综合的三维X射线图像数据组有关的项，则至少一个在目标函数中考虑的标准是三维X射线图像数据组的质量。
如果项是熵项，也就是失调的度量，则假定正确的“图像”宁愿是低噪声的并且是分类的(geordnet)，使得通过三维X射线图像数据组该本身周期性运动的图像对象只要尽可能精确地映射，熵项就是小的。
在该实施方式中优选迭代地进行变换，并具有如下的目标目标函数满足预定的标准，即，其不仅在每个步骤中改善，而且在任何时候都达到特定的目标。
迭代的变换可以一直进行，直到达到预定的标准。作为竞争性的中断标准可以最佳地设置，变换最高进行预定的次数。
下面结合附图对本发明的优选的实施方式作进一步的说明，附图中
图I示出了用于解释按照本发明的方法的该实施方式的流程图。
具体实施方式
本方法如下地开始，在步骤SlO中获得多个二维X射线图像数据组。图像对象当前应当是人的心脏。在图像拍摄期间同时拍摄心电图。将心跳周期划分为多个阶段^，、，… tn。数量η例如可以是10。通过这种方式在步骤SlO中获得的数据组可以被划分为组，也就是划分为阶段A的组S12a，阶段t2的组S12b和阶段tn的组S12n。
现在从每个组的投影中可以获得三维X射线(组)图像数据组，该X射线图像数据组被称为“体积(Volumen)”。在步骤S14a中由此对阶段&的投影获得体积1，在步骤S14b 中获得体积2,在步骤S14n中获得体积η。
体积I现在被用作参考体积，其下面不再被改变。现在体积2可以与体积I相关联在步骤S16a中可以推导出所谓的运动场，该运动场包含如下的信息哪些空间坐标的体积2的哪些部分对应于其它空间坐标的体积I的该部分。这种运动场可以使每个与体积 I不同的体积η与体积I相关联，也参见步骤S16n。借助所谓的配准获得这种运动场。配准包含了 例如在使用相似性度量的条件下找出一种映射规则O j，该映射规则将一个体积映射到另一个。如果将体积I称为I1并且给其它的体积顺序编号直至体积η称为Ip则在配准的情况下将价值函数(Kostenfunktion) K (I1, Oj (I」))最小化。
在此，每个配准对于本身进行。基于运动场在步骤S18a至S18n中可以确定所谓的配准后的体积例如借助运动场2这样变形(或“修正”)体积2，使得映射的心脏被一定程度虚拟地映射到阶段t1;也就是源于阶段t2的图像被虚拟地计算回阶段h。配准后的体积2由此最终对应于体积I。配准后的体积η同样也对应于体积I。因为现在配准后的体积全都对应于体积1，所以其可以在步骤S20中综合、即平均为新的体积。
在步骤S20结束了常规的方法。目前，我们将平均体积仅作为中间结果计数器i 提高了数量1，并且在步骤S22a和S22b中将运动场Oj (Ij)优化。为此定义新的目标函数或价值函数
4 ) = α^κ( 1,Θι{ Ι))+βΕ( ),其中 Ζ = Σ 々,) 1J
在该总和函数中首先考虑了所有已知的价值函数K (I1, 0j (ip)。但这些价值函数的和不是必然地再次精确地得出同一个运动场Oj (Ij)。但是特点在于，由于项βΕ(Ι) 包含了熵项，该熵项与作为整体的平均后的体积I相关联。此处由此具有一种“反馈”，也就是在平均体积I中考虑了运动场，但由此运动场随后在迭代i=i+l中基于获得的平均体积 I再次被调整。熵项包含特定数据值的频度乘以该频度的对数的和。
E(I)= Σ h(k) · log(h(k))
借助优化后的运动场S22a、S22n现在可以在步骤28中再一次地计算配准后的体积S24a、S24n。在步骤26中现在检查迭代的次数是否已经达到目标值N。如果是这样，则在步骤S28中使用由按照步骤S14a的体积I得出的平均体积和按照步骤S24a，S24n的最终循环最后获得的配准体积。只要迭代的次数还没有达到N，就继续迭代地执行该方法，也就是首先将平均后的体积I在步骤S20中用作中间结果，然后再次优化运动场，然后再次计算新的配准后的体积等。
替换地，在步骤S26中也可以以如下的标准检查，例如目标函数是否已经达到特定目标值，或者目标函数的变化从上一次迭代起是否已经低于目标值等。
由此，作为结果在步骤S28中获得平均后的体积I，后者从现在开始被固定作为最终结果，并且其中价值函数J (I)按照预定的标准(如通过方法预先给定的那样)、也就是例如在迭代了次数N之后被优化。
在步骤S28中所获得的最终结果通常比在步骤S20中获得的中间结果具有更小的 伪影。由此达到本发明的基本目标。
权利要求
1.一种用于对本身周期性运动的图像对象获得三维X射线图像数据组的方法，其中借助X射线图像拍摄装置获得多个ニ维X射线图像数据组，其中，分别确定所述图像对象位于周期性运动的哪个阶段中，其中，将所述ニ维X射线图像数据组根据所确定的阶段划分为组(S12a，S12b，S12n)，并且其中，从每个组的ニ维X射线图像数据组中分别获得三维X射线组图像数据组(S14a，S14b, S14n)，这些三维X射线组图像数据组中的一个被用作參考图像数据组，相对于所述參考图像数据组对于其它组的每个在采用将三维X射线组图像数据组配准到參考图像数据组的情况下推导出运动场(S16a，S16n)，借助所述运动场计算修改后的三维X射线组图像数据组(S18a，S18n)，其中，将所述參考图像数据组和所有修改后的三维X射线组图像数据组综合为第一三维X射线图像数据组(S20)，其特征在干， 将所述运动场至少部分地变换(S22a，S22n)，并且在使用变换后的运动场的情况下计算重新修改的三维X射线图像数据组(S24a，S24n)并且与所述參考图像数据组综合为新的三维X射线图像数据组，其中，在所述运动场变换时结合前面所计算的综合的三维X射线图像数据组(I)来确定作为配准基础的映射參数。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述变换最高迭代预定次数N。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在干，这样确定所述映射參数，使得根据特定的标准改善目标函数，所述目标函数包括与前面所计算的综合的三维X射线图像数据组有关的项(β E (I))，特别是熵项。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，迭代地进行所述变换具有如下的目标，使得所述目标函数满足预定的标准。
全文摘要
本发明涉及一种用于对本身周期性运动的图像对象获得三维X射线图像数据组的方法。公知的是，在本身周期性运动的图像对象的映射中获得关于周期性运动中的阶段的信息。这点用于多个二维X射线图像数据组，对于阶段间隔可以分别获得三维X射线图像数据组。借助配准方法获得运动场，该运动场使得三维X射线图像数据组能够全部变换并且总体上综合为一个平均后的体积I(S20)。本发明中，随后继续该方法，也就是基于优化运动场的平均体积I(S22a，S22n)。为此，采用合适的目标函数，该目标函数例如包含平均体积I的熵。
文档编号G06T19/00GK102982582SQ20121013886
公开日2013年3月20日 申请日期2012年5月7日 优先权日2011年5月5日
发明者H.昆兹, C.科勒 申请人:西门子公司