用于螺旋计算机断层摄影的运动补偿的重建制造技术

一种成像方法包括获得针对对象的螺旋扫描的投影数据。所述方法还包括：针对特定时间和感兴趣图像切片位置，利用来自探测器行的第一子集的投影数据来重建在探测器阵列上并且在第一方向上与中心行偏离的在较早时间处的第一时间运动状态图像；并且针对所述特定时间和所述图像切片位置，利用来自探测器行的第二不同子集的投影数据来重建在所述探测器阵列上并且在第二方向上与所述中心行偏离的在稍后时间处的第二时间运动状态图像。所述方法还包括：估计所述第一时间运动状态图像与所述第二时间运动状态图像之间的扭曲矢量场；并且利用使用所述扭曲矢量场补偿任意运动的运动补偿重建算法来构建运动补偿的体积图像数据。

Reconstruction of motion compensation for spiral computed tomography

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于螺旋计算机断层摄影的运动补偿的重建
下文总体涉及成像，并且更具体涉及补偿螺旋扫描中的运动，并且利用对计算机断层摄影(CT)的具体应用来描述。
技术介绍
CT扫描器通常包括被安装在可旋转机架上的X射线管，所述可旋转机架关于z轴围绕检查区域旋转。X射线管发射穿过检查区域以及位于其中的对象或目标的辐射。X射线敏感辐射探测器阵列以角度弧对着与X射线管相对的检查区域，探测穿过检查区域的辐射，并且生成指示所述辐射的信号。重建器处理所述信号并且重建指示检查区域的体积图像数据。在扫描期间的对象运动导致图像伪影，诸如在重建的体积图像数据中的模糊和/或其他图像伪影。根据伪影的严重度，可能需要重新扫描所述对象，这增加了对象剂量，并且电离辐射会导致对细胞的损伤。在胸部或腹部扫描期间指示对象屏住其呼吸能够减少由于呼吸循环而引起的周期性运动。此外，存在运动补偿重建算法，其补偿某些周期性运动，诸如由于心动周期和/或呼吸循环而引起的周期性运动。在螺旋扫描期间也可能发生非自主运动，诸如，例如咳嗽、打嗝或肠运动，并且这些运动同样会导致在重建的体积图像数据中的模糊。针对非自主运动的运动模式是非周期性的。遗憾的是，对象可能不能够阻止这样的运动，并且针对周期性运动的运动补偿重建算法并不能很好地适用于补偿非周期性运动。另外，目标内的运动会导致体积图像数据中的被扫描目标的形状的扭曲。扭曲取决于运动的方向。例如，横向于支撑目标的桌台的z轴移动的运动导致重建图像中的x-z视图中的剪切应变，在桌台移动的方向上的运动导致重建图像中的y-z视图中的压缩，并且在与桌子移动相反的方向上的运动导致重建图像中的y-z视图中的拉伸。这样，存在针对另一运动补偿的重建方法的另一种方法(例如，至少减轻上文所提到模糊和/或扭曲的运动补偿的重建方法)的未解决的需求。
技术实现思路
在本文中所描述的各方面解决了上文所提到的问题和/或其他问题。在一个方面中，一种成像系统，包括：X射线源，其被配置为发射X射线辐射；二维探测器阵列，其包括多行探测器，所述二维探测器阵列被配置为探测X射线辐射并且生成指示所述X射线辐射的信号；以及重建器，其被配置为处理所述信号并且重建针对任意运动而校正的体积成像数据。所述重建器被配置为生成至少两幅时间运动状态图像，所述至少两幅时间运动状态图像包括：利用来自探测器行的第一子集的投影数据来生成当感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第一子部分中时的第一时间运动状态图像，以及利用来自探测器行的第一不同子集的投影数据来生成当所述感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第二不同子部分中时的第二时间运动状态图像。所述重建器还被配置为：利用至少所述第一时间运动状态图像和所述第二时间运动状态图像来生成扭曲矢量场，其中，所述扭曲矢量场表示运动；并且利用所述扭曲矢量场来生成当所述感兴趣切片位置在所述二维探测器阵列上居中时的运动补偿的体积图像数据。在另一方面中，一种计算机可读介质，其被编码有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由处理器执行时使所述处理器：获得针对对象的螺旋扫描的投影数据；针对特定时间和感兴趣图像切片位置，利用来自探测器行的第一子集的投影数据来重建在探测器阵列上并且在第一方向上与中心行偏离的在较早时间处的第一时间运动状态图像；针对所述特定时间和所述图像切片位置，利用来自探测器行的第二不同子集的投影数据来重建在所述探测器阵列上并且在第二方向上与所述中心行偏离的在稍后时间处的第二时间运动状态图像；估计所述第一时间运动状态图像与所述第二时间运动状态图像之间的扭曲矢量场；并且利用使用所述扭曲矢量场补偿任意运动的运动补偿重建算法来构建运动补偿的体积图像数据。在另一方面中，一种成像方法，包括：通过将不同的孔径加权函数应用于成像系统的探测器的探测器行的不同子集的输出，从单次螺旋扫描来构建不同运动状态的三维图像；使用图像配准算法来计算不同时间图像之间的扭曲矢量场；并且重建运动补偿的图像，其使用所述扭曲矢量场来补偿任意运动。附图说明本专利技术可以采用各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅仅出于图示优选实施例的目的，而不应当被解释为限制本专利技术。图1示意性图示了具有采用运动重建算法的重建器的范例成像系统。图2示意性图示了运动补偿重建算法的范例。图3描绘了在螺旋扫描期间对象针对焦斑的螺旋路径的探测器覆盖度。图4示意性图示了用于生成针对两个不同时间点的两幅时间运动状态图像的范例加权函数。图5示意性图示了用于生成针对三个不同时间点的三幅时间运动状态图像的范例加权函数。图6描绘了与确定针对运动的扭曲矢量场相关的射束几何形状的示意图。图7描绘了用于在重建中考虑针对目标运动的扭曲矢量场的焦斑、体素和探测器阵列的示意图。图8图示了根据本文中的实施例的用于运动校正的范例方法。图9示意性图示了用于生成针对N个不同时间点的N幅时间运动状态图像的范例加权函数。图10示出了运动校正的图像以及指示针对哪些z值预期到显著的图像扭曲的标绘数据，所述运动校正的图像具有因患者的横向运动而导致剪切的扭曲以及在剪切区域下方由于在扫描方向上的目标运动而导致的图像的拉伸。图11示出了运动校正的图像，所述运动校正的图像具有针对由图形标记指示的区域的扭曲进行校正的运动校正的图像的区域。图12示出了没有扭曲的图像以供比较。图13图示了根据本文中的实施例的用于运动和扭曲校正两者的范例方法。具体实施方式下文描述了补偿自主运动、非自主运动、周期性运动、非周期性运动和/或其他运动的运动补偿方法。通常，利用在本文中所描述的方法，探测器行的集合在z方向上被分成两个或更多个子集(例如，前部和后部，前部、中部和后部等)。通过使用这些子集进行重建引起了所得到的图像的时间差。这与其中时间上不同的若干幅图像均是根据来自所有行(整个探测器)的数据生成的方法形成对比。图1示意性图示了诸如计算机断层摄影(CT)扫描器的成像系统100。系统100包括大致固定的机架102和旋转机架104。旋转机架104由固定机架102通过轴承(不可见)等可旋转地支撑并且围绕检查区域106关于作为旋转轴的z轴旋转。辐射源108(诸如X射线管)由旋转机架104支撑并且与旋转机架104一起旋转，并且发射X射线辐射。辐射敏感探测器阵列110以角度弧跨检查区域106与辐射源108相对，并且探测穿过检查区域106的辐射并且生成指示所述辐射的信号(投影数据)。所图示的辐射敏感探测器阵列110包括二维(2D)阵列，所述二维阵列具有沿着z轴的方向相对于彼此布置的多个行。重建器112重建所述信号并且生成指示检查区域106的体积图像数据。所图示的重建器112被配置为至少利用来自重建算法存储器116的运动补偿重建算法114。如下文更详细描述的，运动补偿重建算法114针对扫描来重建表示针对特定图像切片的不同运动状态的两幅或更多幅时间运动状态图像，并且然后，在重建特定图像切片的重建期间使用所述两幅或更多幅时间运动状态图像。所述重建能够减轻诸如自主运动和/或非自主运动之类的运动，例如，由于咳嗽、打嗝、肠运动引起的运动，包括周期性运动和/或非周期性运动。重建器112能够经由硬件和/或软件来实施。例如，重建器112能够经由处理器(例如，中央处理单元或CPU、微处理器、控制器等)来实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统(100)，包括：X射线源(108)，其被配置为发射X射线辐射；二维探测器阵列(110)，其包括多行探测器，所述二维探测器阵列被配置为探测X射线辐射并且生成指示所述X射线辐射的信号；以及重建器(116)，其被配置为处理所述信号并且重建针对任意运动而被校正的体积成像数据，其中，所述重建器被配置为生成至少两幅时间运动状态图像的第一集合，包括：当感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第一子部分中时利用来自探测器行的第一子集的投影数据来生成第一时间运动状态图像，并且当所述感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第二不同子部分中时利用来自探测器行的第一不同子集的投影数据来生成第二时间运动状态图像；并且其中，所述重建器被配置为：利用至少所述第一时间运动状态图像和所述第二时间运动状态图像来生成扭曲矢量场，其中，所述扭曲矢量场表示运动；并且当所述感兴趣切片位置在所述二维探测器阵列上居中时利用所述扭曲矢量场来生成运动补偿的体积图像数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 US 62/395396;2017.02.09 US 62/4566921.一种成像系统(100)，包括：X射线源(108)，其被配置为发射X射线辐射；二维探测器阵列(110)，其包括多行探测器，所述二维探测器阵列被配置为探测X射线辐射并且生成指示所述X射线辐射的信号；以及重建器(116)，其被配置为处理所述信号并且重建针对任意运动而被校正的体积成像数据，其中，所述重建器被配置为生成至少两幅时间运动状态图像的第一集合，包括：当感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第一子部分中时利用来自探测器行的第一子集的投影数据来生成第一时间运动状态图像，并且当所述感兴趣切片位置位于所述二维探测器阵列的第二不同子部分中时利用来自探测器行的第一不同子集的投影数据来生成第二时间运动状态图像；并且其中，所述重建器被配置为：利用至少所述第一时间运动状态图像和所述第二时间运动状态图像来生成扭曲矢量场，其中，所述扭曲矢量场表示运动；并且当所述感兴趣切片位置在所述二维探测器阵列上居中时利用所述扭曲矢量场来生成运动补偿的体积图像数据。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建器被配置为生成至少两幅时间运动状态图像的至少一个后续集合、针对所述至少一个后续集合的至少一个后续扭曲矢量场，以及利用所述至少一个后续扭曲矢量场的后续运动补偿的体积图像数据的至少一个集合。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建器基于通过配准所述第一时间运动状态图像与所述第二时间运动状态图像而确定的扭曲场来生成所述扭曲矢量场。4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建器基于在z方向上的体素的位置与在所述z方向上对应于线积分值的所述X射线源的焦斑的位置之间的差异来生成针对所述线积分值的所述扭曲矢量场。5.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建器基于中间探测器行与对应于线积分值的X射线路径击中所述探测器的所述探测器行之间的距离来生成针对所述线积分值的所述扭曲矢量场。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器采用第一孔径加权函数来重建所述第一时间运动状态图像，并且采用第二孔径加权函数来重建所述第二时间运动状态图像。7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述重建器分别使用一个或多个其他孔径加权函数分别针对所述多行探测器中的一个或多个其他子集来重建一幅或多幅其他时间运动状态图像，并且估计所述时间运动状态图像之间的运动矢量场。8.根据权利要求7所述的成像系统，其中，所述重建器将所述扭曲矢量场分别应用于位于相应的孔径加权函数的中心处的行位置。9.根据权利要求7至8中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器根据距中心探测器行的距离将扭曲矢量场从零值线性地增加到针对线积分值的相应的扭曲矢量场，所述线积分值从所述中心探测器行被反投影到所述相应的孔径加权函数的所述中心处的所述行位置。10.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述重建器针对超出所述相应的孔径加权函数的行对扭曲矢量场进行外推。11.根据权利要求9至10中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器针对从所述探测器阵列的所述中心探测器行反投影的线积分值应用零的扭曲矢量场。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器还被配置为利用所述扭曲矢量场来校正所述运动补偿的体积图像数据的子部分中的被扫描目标的图像的扭曲，所述扭曲归因于目标运动。13.根据权利要求11所述的成像系统，其中，所述子部分是关于感兴趣z位置的预定范围。14.根据权利要求13所述的成像系统，其中，所述重建器通过计算在z轴方向上的探测器行的高度与以下比率的乘积来确定所述预定范围：所述比率为所述X射线源的X射线焦斑与所述探测器阵列的旋转轴之间的距离同所述X射线焦斑与探测器之间的距离的比率。15.根据权利要求12至14中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建器通过使所述运动补偿的图像的所述子部分翘曲来校正所述子部分的所述扭曲。16.根据权利要求15所述的成像系统，其中，所述重建器通过内插和缩放所述扭曲矢量场来计算扭曲校正矢量场，并且利用对应的矢量场使所述子部分翘曲以抵消在时间间隔内的运动。17.一种编码有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令当由处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·格拉斯，A·特伦，R·D·比普斯，K·M·布朗，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL