高约束图像重构方法技术

一种图像重构方法，包括使用传统重构方法重构对象的合成图。合成图使用可提供的关于扫描对象的最佳信息，该信息用于约束高度欠采样图像帧的重构。使用有限的获取数据重构图像帧，通过某处的加权像素值乘以合成图中相应的像素值，使用对象的先验信息提高图像质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉引用本申请基于2005年7月8日提交的、申请号为No.60/697,607的、 专利技术名称为"BACKPRO正CTION RECONSTRUCTION METHOD FOR UNDERSAMPLED TIME-RESOLVED MR IMAGING "的美国临时专利和 2005年9月22日提交的、申请号为No.60/719，445的、专利技术名称为 "HIGHLY CONSTRAINED IMAGE RECONSTRUCTION METHOD "。关于联邦资助研究的声明本专利技术得到政府支持，国家卫生研究院授予的批准号为HL066488 和HL072260。美国政府具有本专利技术的某些权利。技术背景本专利技术的领域涉及医学成像，尤其涉及从获取图像数据中重构图 像的方法。核磁共振成像(MRI)使用核磁共振现象来产生图像。当把诸如人体 组织的物质受到均匀磁场(偏振场Bo)时，组织内各自旋磁矩尝试与这 个偏振场对齐，但只能在其周围以它们的特征拉莫尔频率随机取向进 动。如果该物质或组织受到位于x-y平面并接近拉莫尔频率的磁场(激 发场B，)时，净纵向磁矩Mz被旋转或"倾斜"到x-y平面以生成净横 向磁矩Mt。通过受激自旋发射信号，终止激发信号B，后，可接收并 处理上述信号以形成图像。当使用这些信号生成图像时，需使用磁场梯度(GxGy和Gz)。典 型地，通过一系列的测量周期来扫描成像区域，在所述测量周期内， 这些梯度根据使用的具体定位方法的变化而变化。相关领域中，每次 测量称为"视图"，视图数量决定图像质量。数字化并处理接收到的 NMR信号、视图、或k-空间采样的结果集以通过使用多种公知重构技术中的某一种重构图像。用于获取一幅图像的总扫描时间部分取决于 每个测量周期或"脉冲序列"的长度，部分取决于测量周期或视图的 数量。很多临床应用中，用于具有指定分辨率和SNR的图像的总扫描 时间是一笔额外开销，因此，印象中对此目标己进行了诸多改进。自核磁共振成像初期，投影重构法便广为人知，美国专利6,487,435 中再次使用了该方法。与其如图2A所示的以直线或笛卡尔的方式采 样k-空间，以傅立叶成像的方式进行的扫描模式，还不如如图2B所 示，投影重构法用一系列视图采样k-空间，所述视图采样由k-空间中 心延伸出的放射线。采样k-空间所需的视图数量决定了扫描的时间长 度，如果获取的视图数量不足，在重构图像中将出现条纹伪影。美国 专利No.6,487,435使用的技术通过隔行扫描的视图获取带有连续欠采 样图像，和共享连续图像帧之间的外部k-空间数据减少了这种条纹。在X射线计算机断层摄影术("CT")系统中，X-射线源投射扇形 束，将所述扇形束校准到称之为"图像平面"的笛卡尔坐标系内的X-Y 平面内。X-射线穿越诸如患者的将要成像的对象，并撞击到辐射检测 器阵列上。传输的辐射强度取决于对象造成的X-射线束的衰减，同时 每个检测器产生作为光束衰减测量值的独立电信号。分别获取所有检 测器中的衰减测量值以产生所谓的"传输剖面"。传统CT系统中，源和检测器阵列关于成像平面内的扫描架绕对 象旋转，使得X-射线穿越对象的角度连续变化。在给定角度上，将检 测器阵列的传输剖面称之为对象的"视图"或"扫描"，上述对象由同 一X-射线源和检测器分辨率下不同角度下扫描的一组视图构成。在2D 扫描中，处理数据以构造对应于对象切片的二维图像。许多用于X-射线CT的临床应用使用MRI，其中，扫描时间是额 外负担。例如，在时间分辨血管造影术中，当造影剂流入需要关注的 区域时，获取一系列图像帧。尽快获取每幅图像以获得描述造影剂流 的快照。当对冠状动脉或其它需要心脏门控的器官成像以抑制运动伪 影时，上述临床应用尤其面临挑战。美国专利No.6,710,686给出了两种从一组获取的投影视图集中重 构图像的方法。在MRI中，通常的方法是对辐射采样轨迹上的位置到 笛卡尔网格进行再网格化k-空间采样。然后通过对再网格化的k-空间 采样执行2D或3D傅立叶变换重构图像。用于重构MR图像的第二种 方法是通过对每个投影视图的首次傅立叶变换，将辐射k-空间投影视 图变换到Radon空间。通过滤波和将其反投影到视图域(FOV)，并从 信号投影中重构图像。本领域中公知的，如果获取的信号投影的数量 不足以满足Nyquist采样定律，重构的图像中将出现条纹伪影。本领域中，用于从2DX射线CT数据中重构图像的常见方法称为 滤波反投影技术。反投影过程与上述讨论的用于MR的图像重构一样 重要，它将扫描中获取的衰减信号测量值转换为称之为"CT值"或"霍 斯菲耳德氏单位"的整数，其用于控制显示中相应像素的亮度。图3图示出了用于MRI和X-射线CT的标准反投影方法。通过将 剖面10中的每个信号采样14沿箭头16所示的投影路径投影到FOV 12上，将每个获取的信号投影剖面IO反投影到视图域12上。将每个 信号采样14反投影到FOV12内的过程中，不使用被成像目标的先验 知识，同时假定FOV12中的信号是齐次的以及将信号采样14均匀分 布在投影路径上的每个像素。例如，当其穿越FOV 12内的N个像素 时， 一个信号投影剖面10内的单个信号采样14的投影路径8如图3 所示，。信号采样14的信号值(P)被N个像素等分Sn=(Pxl)/N (1)其中Sn是具有N个像素的投影路径内，分布到第n个像素的信号值。明显地，FOV12中的反投影信号是齐次的这一假设是错误的。但 是，如本领域公知，对每个信号剖面IO进行某种校正并在相应数量的 投影角处获取足够数量的剖面，可减小由于错误假设引起的误差并抑 制图像伪影。典型地，图像重构的滤波反投影中，对于256x256像素 的2D图像，需要400个投影，对于256x256x256个体素的3D图像，需要203,000个投影。
技术实现思路
本专利技术提供了用于重构医学图像的新方法，特别地，提供了用于 从目标地投影视图中重构图像的改进方法。从获取数据中重构合成图 以提供被成像目标的先验知识。然后，使用合成图高约束图像重构过 程。本专利技术可用于多种不同的成像形式(modality)，包括核磁共振成像 (MRI)、 X-射线计算机断层摄影术(CT)、正电子发射断层摄影术(PET)、 单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)核数字层析X射线摄影(DTS)。本专利技术的一个发现是，在重构过程中，如果使用FOV 12内的信 号轮廓的先验知识，可使用较少的投影信号剖面生成高质量图像。例 如，参考图4，FOV12中的信号轮廓可包括诸如血管18和20的结构。 既然如此，当反投影路径8穿越这些结构时，通过将分布作为像素位 置处的已知信号轮廓的权重函数，使得每个像素内信号采样14达到更 精确分布。因此，在与结构18和20相交的反投影像素中，将把信号 采样14的主体分布在图4的示例中。对于具有N个像素的反投影路 径8，高约束反投影可表示如下Sn = (PxCn)/ *C (2)其中Sn=重fi图像帧内像素n处的反投影信号量值；P=反投影的投影剖面内的信号采样值；Cn=沿反投影路径的第n个像素处的先验合成图的信号值。从扫 描期间获取的数据重构合成图，合成图可包括用于重构图像帧的数据 和其它获取的描述视域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成对象图像的方法，所述对象位于医学成像系统的视域（ＦＯＶ）内，包括以下步骤：　　　　ａ）使用所述医学成像系统，获取位于ＦＯＶ内的对象投影视图；　　　　ｂ）使用获取的投影视图生成合成图，所述投影视图表示位于ＦＯＶ内的所述对象的每个合成图像素点处的值；　　　　ｃ）通过以下步骤重构所述对象的图像；　　　　ｃ）ｉ）将投影视图反投影到所述ＦＯＶ，并通过所述合成图将反投影值加权到每个图像像素；和　　　　ｃ）ｉｉ）求和每个图像像素的反投影值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA米斯特拉，
申请(专利权)人：威斯康星校友研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]