本发明专利技术涉及用于确定在部分并周期运动的对象的CT图像数据组的图像空间中的运动场的方法，其中对预先给定的运动阶段和投影角度区域采集CT系统的投影数据组，并通过最小化基于原始数据或变换到图像空间的价值函数迭代地确定运动场，该价值函数来自于使用运动场运动补偿地重建的并且具有利用第一解析重建算法得到的第一图像分辨率的CT图像数据组。本发明专利技术还涉及用于产生部分并周期运动的对象的运动补偿的CT图像数据组的方法，通过在使用运动补偿的重建方法的情况下基于第二重建算法和确定的运动场重建具有第二图像分辨率的最终CT图像数据组。本发明专利技术还涉及用于图像重建的计算系统（10）和具有这样的计算系统的CT系统，其中在运行时执行前面提到的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于确定在部分地并周期地运动的对象的CT图像数据组中的运动场的方法，该运动场由大量特定于位置的运动矢量组成。本专利技术还涉及一种用于产生部分地并周期地运动的对象的运动补偿的CT图像数据组的方法。此外，本专利技术还涉及一种用于图像重建的计算系统以及一种具有这样的计算系统的CT系统，其中在运行时实施前面提到的方法。
技术介绍
一般公知的是，由于在CT拍摄期间的心脏运动，所拍摄的数据是不一致的并且导致图像伪影，其强烈限制了数据的临床可用性。为了避免这种图像伪影在现代CT心脏成像中通过拍摄或使用与心脏阶段相关的数据产生心脏的与阶段相关的显示。基本上为此存在回溯的和前瞻的采集 方案。在前瞻的采集方案的情况下，仅在心脏的静止阶段附近的一定的窗口拍摄数据并且用于图像重建。这些方案的共同目的是使心脏运动几乎冻结并且最小化数据不一致并且由此使图像质量最佳。但由于相对于心脏运动过慢的机架旋转或相对于机架旋转过快的心跳如下策略不足以达到:实现足够好的时间分辨率，以计算无伪影的图像。在现有技术中公知不同的在事后改善时间分辨率的算法。在H.Schondube^ T.AlImendinger、K.Stierstorfer> H.Bruder 和 T.Flohr 的文献 “Evaluation of a novel CT image reconstruction algorithm with enhancedtemporal resolution，，，Proceedings of SPIE, p.79611N, 2011 中描述了通过低于 180 度的理论上的角度扫描来降低所需的数据量，其中由于不完整的数据而必须迭代地优化图像质量。此夕卜，在D.Schafer、J.Borgert> V.Rasche 和 M.Grass 的文献“Motion-Compensated and Gated Cone Beam Filtered Back-Projection for 3-DRotational X-Ray Angiography，，，IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol.25,N0.7，pp.898-906,2006年7月中公开了在已知对象运动的情况下在运动补偿重建期间可以考虑为重建所使用的数据。该过程导致极大地改善了图像质量。最后还参见文献DE 102009007236A1，在该文献中公开了对至少部分地运动的对象进行运动补偿的CT重建方法。在该方法中利用CT系统扫描运动的检查对象并且通过所采集的探测器数据借助迭代算法确定检查对象的截面图像，其中在迭代算法中要考虑在数据采集期间有关检查对象运动的运动信息。该运动信息以由大量特定于位置的矢量组成的运动场的形式表示，该特定于位置的矢量描述了在拍摄时间点在各自的位置处对象的运动或位移。在此为了确定运动场建议比较两个时间上隔开的CT拍摄并且根据CT拍摄的变化推断出特定于位置的运动。但迄今为止，为了改善“最佳阶段”图像的图像质量，也就是从最佳的静止阶段得到的图像以及由此的最高质量，正确估计运动的问题还没有解决。迄今的方案仅通过不同心脏阶段的两个三维标准重建的配准来估计运动。但至今不能显示质量改善的“最佳阶段”图像，因为其固有地限制了配准的数据的时间分辨率。相反，极大地改善了较差的心脏阶段的图像并且由此例如能够以改善的图像质量显示其它心脏阶段。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，找到用于图像重建的一种方法和一种CT系统或者一种计算系统，其(通过改善地确定心脏的运动或改善地确定用于随后校正图像数据的运动场)降低了残余的图像伪影。本专利技术的基础是借助运动补偿的重建算法改善地表达运动估计。相应地，对“最佳阶段”图像fbp(x.s)进行运动补偿的重建的结果直接取决于描述运动的参数s为此这样估计参数S，使得结果满足特定的图像特征。形式上这可以通过将价值函数作为分析度量最小化来实现。如果为了重建“最佳阶段”图像使用解析的重建算法，例如FDK算法(FDK = Feldkamp-Davis-Kress),则可以给出有效的计算规范,该计算规范通过重建图像的图像特征(例如熵、梯度下降、总变差以及类似特征)迭代地确定用于运动补偿的重建的参数。由此也就是由关于运动周期的唯一的观察时间点或观察阶段的CT图像数据组的CT数据(而不需要使用关于运动周期的其它时间点或其它观察阶段的CT图像数据)来确定运动场，利用该运动场可以实施运动补偿的重建。此外，为了降低计算开销可以仅通过包含运动的部分图像来计算目标函数。形式上地，为此计算运动图(Bewegungskarte ),该运动图说明，在图像中在该位置存在运动伪影的概率。在按照本专利技术的方法中，为此形成应当尽可能精确地估计在诊断相关的辐射时间内发生的运动，也就是描述运动的运动场。为此，按照本专利技术建议如下措施:利用测量数据P in可以定义价值函数L(s) =||/ m (0 — A(x,s)f (x,f)||2公式(I)在此，f指灰度值的图像矢量，A指基于体素的投影器，该投影器对CT成像系统建模。矢量5(元0指在图像空间(Bildraum)中针对时间t定义的在体素顶点f处的运动场。歹-1指反变换。原则上可以以优化方法计算运动场，即，必须解决如下优化问题。minarg.〒 L = pin -A{x,s )/(x, )|| 公式(2)在使用梯度方法的情况下对于运动场获得如下更新的公式:sM =sk+y-公式(3 ) OS在此，步长Y可以取决于迭代步骤k。根据运动场的参数如下确定价值函数的导数:= 2 L{sk ) I:(紙歹)/⑷)公式(4 ) OSOS=2^L(sk)'(^ A(Xj)-f(s) + OSOS现在问题在于，不能简单地确定投影器A的方向导数，因为例如在有限差分方法中在图像体积中的每个顶点处运动场必须在三个空间方向上改变，并且每个配置必须投影到数据空间中。因此按照本专利技术建议，将价值函数根据公式(1)变换到图像空间，方法是考察反投影的信号。由此对于变换了的价值函数得出:权利要求1.一种用于确定在部分地并周期地运动的对象、特别是具有跳动的心脏的患者的CT图像数据组的图像空间中的运动场的方法，所述运动场由大量特定于位置的运动矢量组成，所述方法具有如下方法步骤: `1.1.采集或传输计算机断层造影系统的投影数据组，包含预先给定的运动阶段和投影角度区域，所述投影数据组允许直接重建CT图像数据组， `1.2.通过最小化基于原始数据的或变换到图像空间的价值函数迭代地确定运动场，该价值函数来自于在使用运动场的情况下运动补偿地重建的并且具有利用第一解析重建算法得到的第一图像分辨率的CT图像数据组， `1.3.存储和/或输出所述运动场。2.根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影角度区域是180°加上所使用的射束的扇形角度。3.根据上述权利 要求1或2所述的方法，其特征在于，所述解析的重建方法是如下列表中的方法之一: -FDK 重建方法(FDK = Feldmann-Davis-Kress), -Clack-Defrise 重建方法， -基于希耳伯特变换的重建方法， -基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于确定在部分地并周期地运动的对象、特别是具有跳动的心脏的患者的CT图像数据组的图像空间中的运动场的方法，所述运动场由大量特定于位置的运动矢量组成，所述方法具有如下方法步骤：1.1.采集或传输计算机断层造影系统的投影数据组，包含预先给定的运动阶段和投影角度区域，所述投影数据组允许直接重建CT图像数据组，1.2.通过最小化基于原始数据的或变换到图像空间的价值函数迭代地确定运动场，该价值函数来自于在使用运动场的情况下运动补偿地重建的并且具有利用第一解析重建算法得到的第一图像分辨率的CT图像数据组，1.3.存储和/或输出所述运动场。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H布鲁德，C罗科尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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