專利名稱：執(zhí)行超短掃描和對最新數(shù)據(jù)的更強加權(quán)的連續(xù)計算機層析成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不同但非常相關(guān)的方面。根據(jù)一個方面，通過提供允許利用減少量的數(shù)據(jù)進行處理的超短掃描，減少了實際延遲，由此加速了分析或重構(gòu)。根據(jù)另一方面，通過主要使用最近(即，在掃描結(jié)尾處)獲取的數(shù)據(jù)來進行分析，而減少了有效延遲。獨立或組合地采用這兩個措施都允許在CT熒光透視系統(tǒng)的框架中減少延遲。
可能出現(xiàn)這樣的場景，其中放射線學(xué)者可能期望獲得病人的肺部組織的樣本。為此目的，放射線學(xué)者必須將針插入肺部。為了在這個危險的過程中幫助放射線學(xué)者，有利的是向放射線學(xué)者提供要由該放射線學(xué)者處置的有機體(如，肺)的可時間分辨的圖像。根據(jù)本發(fā)明，通過提供顯著簡化且加速的重構(gòu)算法(其包括減少的要處理的數(shù)據(jù)量，即僅僅包括與感興趣對象內(nèi)部的感興趣區(qū)域有關(guān)的數(shù)據(jù))來實現(xiàn)這一點。另外，通過主要估算非常新近的數(shù)據(jù)，增加了圖像的可靠性。換言之，可在CCT設(shè)備的框架下實現(xiàn)超短掃描和/或可實現(xiàn)改進的加權(quán)方案。
由此，通過利用CT掃描儀從尺度降低的感興趣部分和/或利用高的最新程度來連續(xù)捕捉數(shù)據(jù)和重構(gòu)圖像，使得CT圖像的實時顯示成為可能。由此，非常短的延遲是可實現(xiàn)的，并且例如為了活組織檢查的目的，可向放射線學(xué)者提供感興趣對象或區(qū)域的高度可靠數(shù)據(jù)。換言之，本發(fā)明提供了允許快速掃描時間和快速圖像重構(gòu)的實時CT或CT熒光透視設(shè)備?？墒褂脤崟r圖像來指導(dǎo)如損傷、活組織檢查和排泄之類的干涉過程?？衫锰囟◣l(例如每秒12幀)來重構(gòu)圖像。然后，可向監(jiān)視器提供實時重構(gòu)的數(shù)據(jù)以便查看CT熒光透視輸出。
在也被稱為CT熒光透視的連續(xù)CT(CCT)中，在臺架旋轉(zhuǎn)的同時連續(xù)獲取病人的X射線投影。重構(gòu)一系列圖像/體積(volume)，其中假設(shè)最新的圖像/體積表示病人的目前狀態(tài)，以便允許例如活組織檢查的在線指導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明，作為CCT中最重要問題之一的延遲被顯著降低了。與基于沿著所謂短掃描段獲取的數(shù)據(jù)來進行重構(gòu)且不考慮數(shù)據(jù)的時間線的現(xiàn)有技術(shù)相反，根據(jù)本發(fā)明的重構(gòu)可實現(xiàn)所謂超短掃描段和/或可集中關(guān)注新的數(shù)據(jù)。
并到本專利中請的公開中且公開了可用于在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框架中分析數(shù)據(jù)的算法的上述參考文獻Noo等人(2002年)，公開了需要甚至少于短掃描段以重構(gòu)感興趣區(qū)域的2D重構(gòu)算法。根據(jù)本發(fā)明，通過將這個算法應(yīng)用于CCT技術(shù)，可顯著降低延遲。當(dāng)應(yīng)用于CT熒光透視系統(tǒng)時，根據(jù)Noo等人(2002年)的算法的另一優(yōu)點是可在對數(shù)據(jù)濾波之后執(zhí)行對數(shù)據(jù)的加權(quán)。由此，根據(jù)本發(fā)明，與在重組之后利用Parker加權(quán)或并行束重構(gòu)的傳統(tǒng)方法相比，可更有效地執(zhí)行滑動窗口重構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可在CT熒光透視中實現(xiàn)超短掃描。根據(jù)CT熒光透視，可顯示通過CT管的連續(xù)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恒定更新的圖像。由此，根據(jù)本發(fā)明，通過使用小于π加上覆蓋整個感興趣對象的扇角的掃描角來執(zhí)行CT數(shù)據(jù)的實時分析。
參照從屬權(quán)利要求，將描述本發(fā)明的其他示例實施例。
接著，將描述用于檢查感興趣對象的計算機層析成像設(shè)備的示例實施例。這些實施例還可應(yīng)用于利用計算機層析成像設(shè)備之一來檢查感興趣對象的方法、計算機可讀介質(zhì)、以及程序單元。
計算機層析成像設(shè)備可適用于這樣的方式，即確定單元確定感興趣對象的僅僅一部分圖像。通過采用這個措施，可減少要分析的數(shù)據(jù)量，這是因為僅僅使用與感興趣對象的一部分(例如，僅僅病人的有機體或有機體的一部分)有關(guān)的數(shù)據(jù)。特別地，所分析的感興趣對象部分可以是感興趣對象的中心部分。這樣的中心部分可以是感興趣對象的中心圓形部分。感興趣對象的這部分應(yīng)該具有凸形幾何形狀，例如可以是橢圓。
確定單元可適用于重復(fù)地基于所檢測到的掃描段的滑動窗口重構(gòu)分析來確定感興趣對象的圖像。換言之，例如，可使用與檢測器中的X射線管在其上旋轉(zhuǎn)的圓形軌跡上的不同段有關(guān)的數(shù)據(jù)用于重構(gòu)感興趣對象或其部分的圖像。
計算機層析成像設(shè)備還可包括顯示器，用于實時地顯示感興趣對象結(jié)構(gòu)所確定的圖像。例如，可為放射線學(xué)者提供監(jiān)視器，以允許放射線學(xué)者監(jiān)視感興趣對象的結(jié)構(gòu)的時間依賴性，以例如計劃或執(zhí)行活組織檢查。例如，這樣的顯示器可以是陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)或等離子顯示裝置。
可提供控制單元，適用于基于可實時顯示的感興趣對象的結(jié)構(gòu)的圖像來控制對感興趣對象的處置。特別地，控制單元可適用于基于可實時顯示的感興趣對象的圖像來控制對感興趣對象的活組織檢查。這允許用戶連續(xù)監(jiān)視被處置對象的新結(jié)構(gòu)，這允許對感興趣對象更可靠和更低危險的處置。
確定單元可適用于重復(fù)地基于這樣的分析來確定感興趣對象的圖像，該分析包括對與掃描段有關(guān)的已檢測到數(shù)據(jù)的濾波、以及隨后對與掃描段有關(guān)的經(jīng)濾波數(shù)據(jù)進行加權(quán)。換言之，根據(jù)本發(fā)明，可在濾波之后應(yīng)用加權(quán)。這個特征可允許減少用于重構(gòu)(特別是用于滑動窗口重構(gòu))的計算成本，以便可進一步提高延遲特性。
確定單元還可適用于使用不連續(xù)的加權(quán)函數(shù)來對與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行加權(quán)。換言之，在本發(fā)明的情況下，可實現(xiàn)非光滑的加權(quán)函數(shù)(例如步進函數(shù))，這允許用更少的計算負擔(dān)并因此以更快的方式來重構(gòu)圖像。可能有利的是，以抑制假象這樣的方式來選擇加權(quán)函數(shù)。
確定單元可適用于以下方式使得其中數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、在與掃描段有關(guān)的的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。在掃描段(例如超短掃描段)內(nèi)，X射線管和檢測器可覆蓋超過π的角。在這個角范圍結(jié)尾處捕捉的數(shù)據(jù)比在開始處捕捉的數(shù)據(jù)更為新。根據(jù)本發(fā)明的加權(quán)方案，可主要使用那些相當(dāng)新近捕捉的數(shù)據(jù)用于分析，以便所重構(gòu)和顯示的圖像與不久前時間處的感興趣對象的幾何形狀有關(guān)。換言之，可以這樣的方式來選擇加權(quán)函數(shù)，即使用掃描段的“年輕”數(shù)據(jù)用于分析，而忽略或以不那么強的方式來使用相對“老”的數(shù)據(jù)。
確定單元還可適用于重復(fù)地確定感興趣對象的結(jié)構(gòu)的三維圖像?？筛鶕?jù)二維投影來計算這樣的空間排列或三維圖像。
特別地，根據(jù)本發(fā)明的計算機層析成像設(shè)備可適用為計算機層析成像熒光透視設(shè)備或連續(xù)計算的層析成像設(shè)備。在這個技術(shù)的框架下，提供受調(diào)查對象的實時圖像是特別有利的。
根據(jù)本發(fā)明的計算機層析成像設(shè)備可適用于以下方式電磁輻射源和檢測元件沿著圓形軌跡圍繞感興趣對象旋轉(zhuǎn)。換言之，可執(zhí)行圓形掃描，即，可將電磁輻射源和檢測元件布置在臺架上，以繞著受調(diào)查對象旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用多片檢測器時，圓形掃描特別有利。然而，也可使用單片檢測器。
計算機層析成像設(shè)備可包括布置在電磁輻射源和檢測元件之間的準直儀，該準直儀適用于對準由電磁輻射源發(fā)出的電磁輻射束以形成具有所述預(yù)定束角的扇束或錐束。因此，這樣的準直儀允許限定輻射輪廓。本發(fā)明主要針對扇束幾何體，但是也可應(yīng)用于錐束幾何體。
計算機層析成像設(shè)備中的檢測元件可形成單片檢測器陣列。這個配置允許以低工作量來構(gòu)造計算機層析成像設(shè)備。
作為選擇，檢測元件可形成多片檢測器陣列。當(dāng)與圓形掃描相組合時，這個配置可特別有利。
計算機層析成像設(shè)備還被配置為包括以下的群組之一醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備、材料測試設(shè)備和材料科學(xué)分析設(shè)備。本發(fā)明創(chuàng)建了高質(zhì)量的自動化系統(tǒng)，其可以以時間分辨的方式來自動識別特定類型的材料。這樣的系統(tǒng)可采用根據(jù)本發(fā)明的計算機層析成像設(shè)備，其具有用于向檢測器發(fā)出透過或穿過所檢查對象或人的X射線的X射線輻射源，這允許高準確度地檢測感興趣對象內(nèi)部的感興趣區(qū)域。
本發(fā)明的上述和其他方面根據(jù)下文描述的實施例的示例而變得清楚，并且參照這些實施例的示例來解釋。
下文中，將參照實施例的示例來更詳細地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的計算機層析成像設(shè)備。
圖1B示出了利用圖1A的計算機層析成像設(shè)備執(zhí)行的超短掃描的幾何體系的示意圖。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的射線幾何體系。
圖3A示出了在利用計算機層析成像設(shè)備檢查感興趣對象的方法期間獲取的數(shù)據(jù)。
圖3B針對傳統(tǒng)的并行重組(rebinning)示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。
圖3C針對利用根據(jù)本發(fā)明示例實施例的計算機層析成像設(shè)備檢查感興趣對象的方法、示出了用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。
圖3D針對傳統(tǒng)的利用縮小視場(fov)的重構(gòu)的并行重組、示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)、用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。
圖3E針對利用根據(jù)本發(fā)明示例實施例的計算機層析成像設(shè)備并利用縮小視場(fov)的重構(gòu)來檢查感興趣對象的方法、示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)、用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。
圖4示出了要在本發(fā)明的計算機層析成像設(shè)備中實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理裝置的示例實施例。
附圖中的圖示是示意性的。在不同的圖中，類似或相同的元件具有相同的附圖標記。
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的計算機層析成像設(shè)備的示例實施例。
參照此示例實施例，將針對在人類病人有機體的檢查中的應(yīng)用來描述本發(fā)明。然而，應(yīng)注意的是，本發(fā)明不限于這個應(yīng)用，而是還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像的其他領(lǐng)域中、或諸如材料測試之類的其他工業(yè)應(yīng)用中。
圖1A所描述的計算機層析成像設(shè)備100是扇束CT掃描儀。然而，還可利用錐束幾何體來執(zhí)行本發(fā)明。圖1A所描述的CT掃描儀包括臺架101，其可繞著旋轉(zhuǎn)軸102旋轉(zhuǎn)。借助于電機103來驅(qū)動臺架101。參考數(shù)字104指示諸如X射線源之類的輻射源，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其發(fā)出多色或?qū)嵸|(zhì)上單色的輻射。
參考數(shù)字105指示孔徑系統(tǒng)，其將從輻射源發(fā)出的輻射束形成為扇形輻射束106。這樣引導(dǎo)扇束106以便其穿透布置在臺架101中央(即，在CT掃描儀的檢查區(qū)域中)的感興趣對象107，并撞擊到檢測器108上?？蓮膱D1A得知，檢測器108布置在面對輻射源104的臺架101上，這樣使得檢測器108的表面由扇束106所覆蓋。圖1A所描述的檢測器108包括多個檢測器元件123，每個檢測器元件123都能夠檢測已經(jīng)穿過了感興趣對象107的X射線。
在掃描感興趣對象107期間，輻射源104、孔徑系統(tǒng)105和檢測器108沿著臺架101在箭頭116所指示的方向上旋轉(zhuǎn)。對于帶著輻射源104、孔徑系統(tǒng)105和檢測器108的臺架101的旋轉(zhuǎn)，電機103連接到電機控制單元117，其連接到確定單元118(其也可以被稱為計算單元)。
在圖1A中，感興趣對象107是放在安裝臺119上的人類病人。在掃描感興趣對象107期間，臺架101繞著人類病人107旋轉(zhuǎn)。安裝臺119可沿著平行于臺架101的旋轉(zhuǎn)軸102的方向移動感興趣的對象107?？沈炞C圓形掃描路徑來掃描感興趣的對象107。
另外，應(yīng)強調(diào)，作為對圖1A所示的扇束配置的替代，可通過錐束配置來實現(xiàn)本發(fā)明。為了生成主扇束，可將孔徑系統(tǒng)105配置為狹縫準直儀。
檢測器108連接到確定單元118。確定單元118從檢測器108中的檢測器元件123接收檢測結(jié)果即讀數(shù)，并基于這些讀數(shù)確定掃描結(jié)果。另外，確定單元118與電機控制單元117進行通信，以便通過電機103調(diào)整臺架101的移動，并且可與X射線源104通信以控制輻射劑量和曝光時間。
確定單元118適用于根據(jù)檢測器108的讀數(shù)重構(gòu)圖像?？赏ㄟ^顯示器130輸出由控制單元118生成的重構(gòu)圖像，顯示器130還可包括用于用戶交互的裝置，例如鍵盤、計算機鼠標等。
可通過數(shù)據(jù)處理器來實現(xiàn)確定單元118以處理來自檢測器108的檢測器元件123的讀數(shù)。
計算機層析成像設(shè)備100包含適用于向感興趣對象107發(fā)射X射線的X射線源104。在電磁輻射源104和檢測元件123之間提供的準直儀105適用于校準從電磁輻射源104發(fā)出的電磁輻射束以形成扇束。檢測元件123形成多片檢測器陣列108。計算機層析成像設(shè)備100被配置為醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。
用于檢查病人107的計算機層析成像設(shè)備100包括X射線管104，其適用于被安裝在臺架101上以繞著病人107旋轉(zhuǎn)，并適用于向病人107發(fā)出具有預(yù)定束角α的X射線。另外，檢測元件123可被安裝在臺架101上以繞著病人107旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)地檢測從X射線管104發(fā)出并穿過病人107的電磁輻射的掃描段。檢測元件123所捕捉的掃描段具有小于180°和覆蓋整個病人107所必須的束角總和的角。
確定單元118重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定病人107的結(jié)構(gòu)的圖像，以便使得可將圖像提供為可實時地在顯示裝置130上顯示。特別地，確定單元118適合于這樣的方式僅僅考慮與病人107的感興趣部分125(例如，作為受研究有機體的肺，或病人107內(nèi)的圓形部分)有關(guān)的檢測數(shù)據(jù)用于圖像重構(gòu)。由此，必須由確定單元118處理減少的數(shù)據(jù)量，以確定要在顯示器107上連續(xù)顯示的感興趣部分125的三維圖像。通過對所檢測到的掃描段的滑動窗口重構(gòu)分析，確定單元118可確定感興趣部分125的三維圖像。
計劃或同時執(zhí)行病人107的活組織檢查的放射線學(xué)者可連續(xù)地在顯示裝置130上監(jiān)視感興趣部分125的新近圖像，這允許放射線學(xué)者以高準確度以及對病人107健康的降低風(fēng)險來執(zhí)行活組織檢查。計算機層析成像設(shè)備100適用為計算機層析成像熒光透視設(shè)備或者連續(xù)計算機層析成像設(shè)備。
當(dāng)重復(fù)確定病人107結(jié)構(gòu)的圖像時，確定單元118執(zhí)行分析，該分析包括對與所檢測的掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行濾波、以及隨后對經(jīng)濾波的、與所檢測的掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行加權(quán)。通過在濾波之后進行加權(quán)，改善了用于重構(gòu)圖像的計算負擔(dān)，以及由此的系統(tǒng)實時功能性。
如將在下文中描述的那樣，確定單元使用不連續(xù)加權(quán)函數(shù)(即，一種階躍函數(shù))來對與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行加權(quán)。具體地，其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。因此，在顯示器130上顯示的圖像是非常新的、感興趣部分125的圖示。
在下文中，參照圖1B，示出了圖1A的計算機層析成像設(shè)備100的部分示意圖，以說明該設(shè)備的幾何體系。
如可從圖1B看出，X射線管104和檢測器108在臺架101上旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)期間，X射線源104在基本覆蓋病人107的整個直徑的角度為α的分段內(nèi)發(fā)出電磁輻射。然而，對于圖像的后續(xù)分析和重構(gòu)，例如，在縮小的視場是足夠的情況下(例如，當(dāng)僅僅應(yīng)當(dāng)確定與角β有關(guān)的、對象107的經(jīng)減少部分125的圖像時)，僅僅需要使用所捕獲圖像的一部分。對病人107的圓形中央部分125的限制將X射線管104和檢測器108必須沿著臺架101旋轉(zhuǎn)的角范圍減少到超短(super-short)。
下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明示例實施例的重構(gòu)圖像和執(zhí)行測量的方法。
根據(jù)此示例實施例，用于CCT設(shè)備100的方法是超短掃描算法，其類似于提供2D方法的上述參考文獻Noo等人(2002)和Kudo等人(2003)，但已用通常的方式推廣到3D。
圖2中示出了此重構(gòu)方案的幾何體系。
令

是加權(quán)函數(shù)，其在所測得的射線的投影值上起作用，以使得根據(jù)他們的重數(shù)(multiplicity)來對冗余射線進行加權(quán) (1) (2) 通過使用斜坡和Hilbert濾波器之間的關(guān)系
(3) 以及所謂Hamaker關(guān)系(見Hamaker，C等“The divergent beamx-ray transform”，Rocky Mountain Journal of Mathematcics，6253-283，1980) (4) 據(jù)此，可導(dǎo)出以下準確的重構(gòu)算法(見Noo等人(2002)，特別是等式(26)和(38)) (5) (6) 在等式(5)、(6)中，gF是濾波函數(shù)，w是加權(quán)函數(shù)。
與標準扇束重構(gòu)相反，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前實施例的重構(gòu)方案，在濾波之后進行加權(quán)。這暗示著不需要(如在Parker加權(quán)中那樣)使用光滑的加權(quán)函數(shù)來避免假象。
在下文中將利用這個認識。
將Noo等人2002的算法應(yīng)用于CCT，會有利地認識到，對于CCT應(yīng)用，對于空間分辨率的要求不是非?？量?。因此，足以通過減去后續(xù)投影來近似相對于λ的導(dǎo)數(shù)，以便實現(xiàn)此步驟在預(yù)處理上的微不足道的附加延遲。
假設(shè)感興趣區(qū)域(ROI)完全擬合具有半徑rfov的中央圓形區(qū)域，其一般比具有半徑Rfov的系統(tǒng)的掃描視場(fov)要小。
以λ1和λ2為界的短掃描段(其中λ2＞λ1)具有長度 λ2-λ1＝π+2arcsin(Rfov/R) (7) 而超短掃描段具有長度 λ2-λ1＝π+2arcsin(rfov/R) (8) 對于使用Noo等人2002的算法的、在感興趣區(qū)域(ROI)內(nèi)的對象的重構(gòu)，僅僅需要超短掃描段。
對于CCT，目標是盡可能強地使用最新的數(shù)據(jù)。這可通過使用以下加權(quán)函數(shù)來在Noo等人2002的算法的框架下實現(xiàn)
(9) 其中 α(u)＝arctan(u/R) (10) α(u)是在u處擊中檢測器的射線的扇角。
下文中，參照圖3A到圖3E，將描述如何利用根據(jù)本發(fā)明的方案來降低延遲。
圖3A到圖3E所示的圖沿橫坐標繪出了源角λ，并沿縱坐標繪出了扇角α。
可以說，沿圖3A到圖3E中的圖的橫坐標所繪出的源角λ與測量時間軸有關(guān)。圖3A到圖3E中的圖的橫坐標的右手側(cè)的數(shù)據(jù)在掃描結(jié)尾處獲取，而圖3A到圖3E中的圖的橫坐標的左手側(cè)的數(shù)據(jù)在掃描開始處獲取。
圖3A作為點示出了在利用計算機層析成像設(shè)備檢查感興趣對象的方法期間獲取的數(shù)據(jù)。
圖3B針對傳統(tǒng)的并行重組圖像重構(gòu)方法而示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)，以及用于預(yù)處理和背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。小點指示根本不使用的經(jīng)測得的數(shù)據(jù)。粗點涉及用于預(yù)處理和背投影的數(shù)據(jù)。然而，未使用許多非常新的數(shù)據(jù)(見圖3B右手測的非粗點的三角形)。因此，在傳統(tǒng)并行重組圖像重構(gòu)方法的情況下，延遲相當(dāng)大。
圖3C針對利用根據(jù)本發(fā)明示例實施例的圖像重構(gòu)方法而示出了用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。如可從圖3C看出，主要使用非常新的數(shù)據(jù)用于重構(gòu)，這使得減少了有效延遲。
比較圖3B和圖3C，兩個方法都使用相同范圍的投影，但根據(jù)圖3C的方法使用平均起來更新的數(shù)據(jù)，因此有效延遲較小。圖3B和圖3C涉及其中不是研究縮小的視場、而是研究整個視場(rfov＝Rfov)的情形。
圖3D和圖3E涉及其中研究縮小的視場的情形，也就是說rfov＜Rfov。下文中，將針對圖3D和圖3E描述用于圖像重構(gòu)的數(shù)據(jù)使用。
圖3D針對傳統(tǒng)利用縮小的視場(fov)的重構(gòu)而進行的并行重組而示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)、用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。然而，不使用非常新的數(shù)據(jù)(見圖3D右手側(cè)的非粗點的三角形)。因此，在傳統(tǒng)并行重組圖像重構(gòu)方法的情況下，延遲相當(dāng)大。
圖3E針對利用用于縮小的視場(fov)的重構(gòu)的、利用根據(jù)本發(fā)明示例實施例的計算機層析成像設(shè)備來檢查感興趣對象的方法而示出了在掃描期間獲取的數(shù)據(jù)(點)、用于預(yù)處理但不用于背投影的數(shù)據(jù)(叉)和用于預(yù)處理及背投影的數(shù)據(jù)(粗點)。如可從圖3E中看出，主要使用非常新的數(shù)據(jù)用于重構(gòu)，這使得減少了有效延遲。另外，根本不需要四個左邊列的數(shù)據(jù)(即，非常舊的數(shù)據(jù))用于重構(gòu)，以使得必須處理更少的數(shù)據(jù)，這使得減少了處理時間。因而，在圖3E的情況下顯著地降低了有效和實際延遲二者。
總之，根據(jù)圖3D的并行重組方法仍使用全部投影，而根據(jù)圖3E的方法不需要使用最后四個投影。因此，進一步降低了延遲。
如可從圖3C、圖3E中看出，在右手側(cè)(也就是說，高源角λ的)的非常新的數(shù)據(jù)被以比圖3B、圖3D的情況更強的方式來使用以用于重構(gòu)，以使得所接收的圖像是感興趣對象的非常新的圖像。
對于完全fov重構(gòu)，對于傳統(tǒng)方法和新方法，都需要相同范圍的投影角。然而，新方法所使用的數(shù)據(jù)的平均年齡(age)較小，這導(dǎo)致了更小的有效延遲。對于更小的ROI，使用根據(jù)本發(fā)明的方法需要更少的扇束投影，這導(dǎo)致進一步減少的實際延遲。
應(yīng)注意到，在相當(dāng)大范圍的源角λ上，加權(quán)是常數(shù)。這意味著可在后續(xù)圖像中共享常數(shù)加權(quán)的投影的部分背投影，以減少整體計算成本。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明的示例實施例，利用等式(5)和(6)的公式來執(zhí)行重構(gòu)。
在這些等式中，hH表示Hilbert變換的卷積核。根據(jù)本發(fā)明的這個算法的兩個主要特征是其有助于使用少于短掃描的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)，以及在濾波之后應(yīng)用加權(quán)。第一個特征可用于與其他構(gòu)建技術(shù)相比減少CCT中的延遲，而第二個特征減少了用于CCT中強制的滑動窗口重構(gòu)的計算成本。對于完全擬合半徑rfov的中央圓形區(qū)域的感興趣區(qū)域的連續(xù)重構(gòu)，超短掃描段以根據(jù)等式(8)的投影角為界限定。根據(jù)所述發(fā)明，可使用根據(jù)等式(9)的加權(quán)函數(shù)，其導(dǎo)致最小的可能延遲。
圖4描繪了用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的示例實施例的、根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理裝置400的示例實施例。圖4中描繪的數(shù)據(jù)處理裝置400包括中央處理單元(CPU)或圖像處理器401，其連接到用于存儲圖像的存儲器402，該圖像繪出了感興趣的對象，如病人或包裹項。數(shù)據(jù)處理器401可連接到多個輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)或如MR裝置或CT裝置之類的診斷裝置。數(shù)據(jù)處理器401還可連接到顯示裝置403，例如，計算機監(jiān)視器，用于顯示在數(shù)據(jù)處理器401中計算或適配的信息或圖像。操作員或用戶可經(jīng)由鍵盤404和/或其他輸出裝置(未在圖4中繪出)而與數(shù)據(jù)處理器401交互。另外，經(jīng)由總線系統(tǒng)405，還可以將圖像處理和控制處理器401連接到(例如)監(jiān)視感興趣對象的運動的運動監(jiān)視器。例如，在對病人的肺進行成像的情況下，運動傳感器可以是呼氣傳感器。在對心臟成像的情況下，運動傳感器可以是心電圖(ECG)。
可有利地應(yīng)用本發(fā)明的示例技術(shù)領(lǐng)域包括包裹探測、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、材料測試、以及材料科學(xué)?？梢暂^少的工作來實現(xiàn)改善的圖像質(zhì)量和減少的計算量。此外，本發(fā)明還可應(yīng)用于心臟掃描領(lǐng)域以檢測心臟病。
應(yīng)注意，短語“包括”不排除其他元件和步驟，“一”或“一個”不排除多個。此外，可組合與不同實施例相關(guān)聯(lián)地描述的單元。
還應(yīng)注意，權(quán)利要求中的(參考符號)不應(yīng)構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查感興趣對象(107)的計算機層析成像設(shè)備(100)，該計算機層析成像設(shè)備(100)包括
電磁輻射源(104)，適用于圍繞感興趣對象(107)旋轉(zhuǎn)，并且適用于向感興趣對象(107)發(fā)出具有預(yù)定束角的電磁輻射束；
檢測元件(123)，適用于圍繞著感興趣對象(107)旋轉(zhuǎn)，并且適用于重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段，其中，所述掃描段具有小于180°和覆蓋整個感興趣對象(107)所需的束角的總和的角；
確定單元(118)，適用于重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于確定感興趣對象(107)的僅僅一部分的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于確定感興趣對象(107)的僅僅中央部分的圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于確定感興趣對象(107)的僅僅中央圓形部分的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于確定感興趣對象(107)的僅僅具有凸形幾何形狀的部分的圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的滑動窗口重構(gòu)分析來確定感興趣對象(107)的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，包括顯示器(130)，用于基本實時地顯示感興趣對象(107)的所確定的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，包括控制單元，適用于基于可基本實時顯示的感興趣對象(107)的圖像來控制對感興趣對象(107)的處置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，包括控制單元，適用于基于可基本實時顯示的感興趣對象(107)的圖像來控制對感興趣對象(107)的活組織檢查。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于重復(fù)地基于這樣的分析來確定感興趣對象(107)的圖像，該分析包括對與檢測到的掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行濾波，以及接著對經(jīng)濾波的、與檢測到的掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行加權(quán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于使用不連續(xù)加權(quán)函數(shù)來對與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)進行加權(quán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于以下方式其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更大的加權(quán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述確定單元(118)適用于重復(fù)地確定感興趣對象(107)的三維圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，適用為計算機層析成像熒光透視設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，適用于以下方式電磁輻射源(104)和檢測元件(123)沿著圓形軌跡圍繞著感興趣對象(107)旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，包括布置在所述電磁輻射源(104)和所述檢測元件(123)之間的準直儀(105)，所述準直儀(105)適用于校準由電磁輻射源(104)發(fā)出的電磁輻射束，以形成具有所述預(yù)定束角的扇束或錐束。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述檢測元件(123)形成單片檢測器陣列。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，其中所述檢測元件(123)形成多片檢測器陣列(108)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機層析成像設(shè)備(100)，被配置為包括以下設(shè)備的群組之一醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)備、材料測試設(shè)備和材料科學(xué)分析設(shè)備。
20.一種利用計算機層析成像設(shè)備(100)檢查感興趣對象(107)的方法，
該方法包括以下步驟
圍繞著感興趣對象(130)旋轉(zhuǎn)電磁輻射源(104)和檢測元件(123)；
借助于所述電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出具有預(yù)定束角的電磁輻射束；
借助于檢測元件(123)來重復(fù)地檢測由所述電磁輻射源(104)發(fā)出且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段，其中所述掃描段具有小于180°和覆蓋整個感興趣對象(107)所需的束角的總和的角；
重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像。
21.一種計算機可讀介質(zhì)(402)，其中存儲了利用計算機層析成像設(shè)備(100)來檢查感興趣對象(107)的計算機程序，其在由處理器(401)執(zhí)行時適用于控制以下步驟
圍繞著感興趣對象(130)旋轉(zhuǎn)電磁輻射源(104)和檢測元件(123)；
借助于所述電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出具有預(yù)定束角的電磁輻射束；
借助于所述檢測元件(123)來重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段，其中，所述掃描段具有小于180°和覆蓋整個感興趣對象(107)所需的束角的總和的角；
重復(fù)地基于對檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像。
22.一種檢查感興趣對象(107)的程序單元，其在由處理器(401)執(zhí)行時適用于控制以下步驟
圍繞著感興趣對象(130)旋轉(zhuǎn)電磁輻射源(104)和檢測元件(123)；
借助于所述電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出具有預(yù)定束角的電磁輻射束；
借助于所述檢測元件(123)來重復(fù)地檢測由所述電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段，其中，所述掃描段具有小于180°和覆蓋整個感興趣對象(107)所需的束角的總和的角；
重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像。
23.一種用于檢查感興趣對象(107)的計算機層析成像設(shè)備(100)，該計算機層析成像設(shè)備(100)包括
電磁輻射源(104)，適用于圍繞著感興趣的對象(107)旋轉(zhuǎn)，并且適用于向感興趣對象(107)發(fā)出電磁輻射束；
檢測元件(123)，適用于圍繞著感興趣對象(107)旋轉(zhuǎn)，并且適用于重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段；
確定單元(118)，適用于重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像，以使得將圖像提供為可基本實時顯示，其中所述確定單元(118)適用于以下方式其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。
24.一種利用計算機層析成像設(shè)備(100)檢查感興趣對象(107)的方法，
該方法包括以下步驟
圍繞著感興趣對象(130)旋轉(zhuǎn)電磁輻射源(104)和檢測元件(123)；
借助于電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出電磁輻射束；
借助于檢測元件(123)來重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段；
重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像，以使得將圖像提供為可基本實時地顯示，其中其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。
25.一種計算機可讀介質(zhì)(402)，其中存儲了利用計算機層析成像設(shè)備(100)來檢查感興趣對象(107)的計算機程序，其在由處理器(401)執(zhí)行時適用于控制以下步驟
借助于電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出電磁輻射束；
借助于檢測元件(123)來重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段；
重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像，以使得將圖像提供為可基本實時地顯示，其中其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到的、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。
26.一種檢查感興趣對象(107)的程序單元，其在由處理器(401)執(zhí)行時適用于控制以下步驟
借助于電磁輻射源(104)向感興趣對象(107)發(fā)出電磁輻射束；
借助于檢測元件(123)重復(fù)地檢測由電磁輻射源(104)發(fā)出的且穿過感興趣對象(107)的電磁輻射的掃描段；
重復(fù)地基于對所檢測到的掃描段的分析來確定感興趣對象(107)的圖像，以使得將所述圖像提供為可基本實時地顯示，其中其數(shù)據(jù)在掃描段檢測時間區(qū)間的結(jié)尾部分檢測到、與掃描段有關(guān)的數(shù)據(jù)比在掃描檢測時間區(qū)間的開始部分檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。
全文摘要
提供了用于實時檢查對象或病人的感興趣區(qū)域(ROI)的計算機層析成像設(shè)備和方法、計算機可讀介質(zhì)和程序單元。當(dāng)僅僅要重構(gòu)感興趣的區(qū)域時，旋轉(zhuǎn)輻射源和檢測器元件以便它們覆蓋外延小于π+α的圓弧(其中α是輻射源的束角)是足夠的。此掃描范圍稱為超短掃描。超短掃描產(chǎn)生更少的數(shù)據(jù)。因此，圖像重構(gòu)更快，這非常適用于實時CT。然后可以進一步對CT數(shù)據(jù)加權(quán)，以便在超短掃描結(jié)尾處檢測到的數(shù)據(jù)比在超短掃描開始處檢測到的數(shù)據(jù)得到更強的加權(quán)。
文檔編號A61B6/03GK101175439SQ200680016281
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者T·科勒, P·福思曼, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司