專利名稱：用于門控x射線ct成像的稀疏數(shù)據(jù)重建的制作方法
用于門控X射線CT成像的稀疏數(shù)據(jù)重建本申請在門控心臟CT數(shù)據(jù)重建程序和系統(tǒng)中尤其有用。然而，將意識到，所描述的(一項或多項)技術(shù)也可應(yīng)用于其他類型的成像系統(tǒng)、其他圖像重建技術(shù)，和/或其他醫(yī)學應(yīng)用。電子束CT (EBCT)是針對心臟成像而專門設(shè)計的。它利用快速掃描電子束來轟擊位于患者周圍的大鎢靶，生成用于成像的X射線束。由于在X射線機架中沒有物理的移動部分，因此其可以實現(xiàn)非?？斓膾呙杷俣?，通常明顯低于每切片100ms，這對于使用ECG門控來“凍結(jié)”心臟是足夠好的。因此EBCT在多年來一直是執(zhí)行心臟冠脈鈣化積分測試的黃金標準設(shè)備。然而，EBCT具有幾個缺點。首先，由于系統(tǒng)輸出功率受到設(shè)計的限制，因此圖像具有高的統(tǒng)計學噪聲；其次，其高度專用于心臟應(yīng)用并且不能用作通用目的CT ;再次，硬件是昂貴的。因此，近年來，多切片CT (MSCT)已經(jīng)開始出現(xiàn)并且在心臟成像中成為EBCT的替代選擇。
用于對跳動的心臟成像以進行診斷的其他技術(shù)包括使用在前瞻性的或者回顧性的ECG門控幫助下的高速(具有亞秒級旋轉(zhuǎn))MSCT。在前瞻性門控的情況下，CT機架圍繞患者持續(xù)旋轉(zhuǎn)。X射線管在大部分時間保持關(guān)閉，并且只有當ECG信號指示心臟處在某些運動時相時才被觸發(fā)。一旦心臟準備好進行快照，X射線管將發(fā)射X射線，并且為了有效的重建，機架在心臟離開這一運動時相之前必須快速地覆蓋足夠的角度，并且電子器件也需要足夠快以采集、傳送和存儲數(shù)據(jù)。然后患者床移動到下一個床位并且重復以上程序直到覆蓋整個心臟。如果使用回顧性ECG門控，那么X射線管連續(xù)地發(fā)射，以在每個床位采集至少一個心臟周期。然后基于ECG信號標記來選出“良好的”數(shù)據(jù)并將其用于重建。傳統(tǒng)方法因而試圖通過使用快速CT和前瞻性的或者回顧性的心臟門控來凍結(jié)對象的運動，其不利地導致了高輻射劑量和/或只允許重建一個單獨的心臟時相。因為需要在很短的持續(xù)時間內(nèi)采集每個重建切片所需的投影數(shù)據(jù)，所以傳統(tǒng)方法對于系統(tǒng)的機械和電氣設(shè)計也強加了苛刻的要求。傳統(tǒng)方法具有幾個缺點要求系統(tǒng)的機架十分快速地運動，這阻礙了相對慢速旋轉(zhuǎn)的平板CT系統(tǒng)采用所述傳統(tǒng)方法；輻射劑量可能非常高，尤其是當使用回顧性門控時；以及在實踐中，不能復原完整的心臟運動。在現(xiàn)有技術(shù)中，需要一種系統(tǒng)和方法，其便于使用劃算、安全、慢速掃描的具有平板X射線CT探測器的CT掃描器，或者類似物，來生成特定心臟周期時相的靜止圖像，因而克服以上提及的不足。根據(jù)一個方面，一種便于針對門控計算機斷層攝影成像使用稀疏數(shù)據(jù)重建的系統(tǒng)包括CT掃描器，其包括具有X射線源和平板X射線探測器的旋轉(zhuǎn)機架，并且執(zhí)行患者心臟的慢速CT掃描以便在圍繞患者連續(xù)旋轉(zhuǎn)機架的同時生成多個投影圖像數(shù)據(jù)集；以及患者監(jiān)測設(shè)備，其生成生理周期時相信息。該系統(tǒng)還包括處理器，處理器根據(jù)多個生理周期時相將投影圖像數(shù)據(jù)分類，使得每個生理周期時相的數(shù)據(jù)跨越被長弧段分隔開的多個短弧段，所述長弧段比所述短弧段更長。處理器執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建算法并且重建每個生理周期時相的圖像，在與多個生理周期期間的生理周期時相對應(yīng)的多個短弧段上重建每個圖像。根據(jù)另一方面，一種針對門控X射線計算機斷層攝影成像使用稀疏數(shù)據(jù)重建的方法，包括通過緩慢并且連續(xù)地環(huán)繞患者旋轉(zhuǎn)CT掃描器的機架來采集跳動的心臟的CT掃描數(shù)據(jù)，以生成多個投影圖像數(shù)據(jù)集，該機架具有耦合到其的X射線源和平板X射線探測器。該方法還包括在采集CT掃描數(shù)據(jù)的同時采集描述患者心臟的多個生理周期的生理信號數(shù)據(jù)，以及使用生理信號數(shù)據(jù)來識別每個生理周期的不同時相。此外，該方法包括根據(jù)時相來分類投影圖像數(shù)據(jù)，在所述時相期間采集圖像投影數(shù)據(jù)，以及對被分類的投影圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行稀疏重建算法以重建生理周期的每個所識別時相的圖像。根據(jù)另一方面，一種便于從在門控的慢速計算機斷層攝影(CT)掃描期間采集的稀疏投影數(shù)據(jù)來重建解剖圖像的系統(tǒng)，包括CT掃描器，該CT掃描器執(zhí)行對在掃描期間處于運動中的感興趣體積的慢速門控CT掃描，以及在圍繞所述感興趣體積的360°旋轉(zhuǎn)期間與多個生理周期的時相對應(yīng)的多個短弧段上收集稀疏投影數(shù)據(jù)。所述系統(tǒng)還包括處理器，其通過執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建算法而生成感興趣體積的圖像，該稀疏數(shù)據(jù)重建算法重建在CT掃描器的旋轉(zhuǎn)期間沿著多個短弧段采集的稀疏投影數(shù)據(jù)。
一個優(yōu)點是與使用快速MSCT的心臟CT成像相比成本的降低。另一優(yōu)點在于針對使用心臟時相特異性衰減圖的PET/SPECT圖像數(shù)據(jù)改善的衰減校正。 另一優(yōu)點在于可以以不比常規(guī)CT掃描更多的X射線劑量來獲得整個心臟運動周期。另一優(yōu)點在于使用常規(guī)CT輻射劑量的一部分來獲得單一時相的無運動心臟圖像。通過閱讀和理解了以下詳細描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到主題創(chuàng)新的仍進一步優(yōu)點。附圖僅出于圖示各方面的目的，并且不應(yīng)被解釋為限制性的。圖I圖示了一種系統(tǒng)，其針對門控心臟成像或者類似物采用稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)來成像周期性運動對象(例如，心臟)，以便檢測沉積在冠狀動脈中的鈣；圖2圖示了由不同虛線指示的多個心臟周期時相的示意圖；圖3圖示了在心臟周期的第一時相期間的真實切片圖像和稀疏重建的切片圖像；圖4圖示了在心臟周期的第二時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；圖5圖示了在心臟周期的第三時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；圖6圖示了在心臟周期的第四時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；圖7圖示了在心臟周期的第五時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；圖8圖示了在心臟周期的第六時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，它們具有示出于心臟中的鈣沉積；圖9圖示了在心臟周期的第七時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；

圖10圖示了在心臟周期的第八時相期間的真實圖像和稀疏重建的圖像，并且具有示出于心臟中的鈣沉積；圖11圖示了 12-心臟周期掃描的第一時相的示例性截屏，并示出了鈣沉積；圖12圖示了使用稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)來成像周期性運動對象(例如，心臟)的方法。參照圖1，圖示了采用稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)來成像周期性運動對象(例如，心臟)的系統(tǒng)10。本實施例側(cè)重于門控心臟成像(例如，針對鈣化積分以便檢測心肌組織中的鈣沉積、CT血管造影術(shù)，等等)。然而，也預期用于其他目的的定格成像。例如，采用用于心臟成像的慢速X射線CT掃描算法或者技術(shù)12，使得CT掃描器15 (例如飛利浦的BRIGHTVIEW XCT掃描器，或者類似物)上的機架14的每個旋轉(zhuǎn)包含幾個心臟運動周期，例如，10-12個。與其中假設(shè)感興趣體積為靜止的“快速”掃描相反，“慢速”掃描被定義為具有足夠長的采樣周期(或者弧距離)從而可以假設(shè)感興趣體積呈現(xiàn)出運動的掃描。例如，如果感興趣體積為人類心臟，其每秒跳動大約一次，那么慢速掃描可采用大約700ms或者更大的采樣周期，使得在該采樣周期期間心臟在某一時刻將呈現(xiàn)出運動。相反，同一心臟的快速掃描可具有大約 IOms或者更短的采樣周期，使得很可能在該快速掃描采樣周期期間收集的投影數(shù)據(jù)當被重建時將生成“靜止的”圖像。也就是，快速掃描的采樣周期十分短使得心臟的運動不成為影響因素。通過使用慢速掃描以及與生理周期例如心跳中的感興趣時相相關(guān)的稀疏采集的投影數(shù)據(jù)，限制了到達患者的輻射劑量。此外，在慢速CT掃描期間的稀疏數(shù)據(jù)采集允許使用稀疏數(shù)據(jù)重建算法來將該稀疏投影數(shù)據(jù)重建為圖像。根據(jù)由諸如ECG設(shè)備20的患者監(jiān)測設(shè)備記錄并在數(shù)據(jù)采集22期間加上時間戳的心電圖(ECG)信號數(shù)據(jù)18來選擇針對每個運動時相所采集的投影數(shù)據(jù)16。在另一實施例中，使用呼吸監(jiān)測器來生成呼吸周期信號數(shù)據(jù)以在門控呼吸成像程序中使用。時間戳信息24和ECG數(shù)據(jù)18存儲在存儲器26中。通過分類算法27將數(shù)據(jù)分類，該算法當被處理器執(zhí)行時，根據(jù)心臟時相來分類數(shù)據(jù)，然后使用稀疏數(shù)據(jù)重建算法28來重建心臟的每個時相，以創(chuàng)建一系列高分辨率的、無運動的心臟圖像30 (例如，心臟的3D或者切片圖像)。稀疏數(shù)據(jù)重建是使用有限投影視圖的迭代重建算法。它可以從少至20個的角度視圖中產(chǎn)生高質(zhì)量的CT圖像。相比之下，典型的CT重建算法需要多于10倍的角度視圖。在Emil Y. Sidky, Chien-Min Kao 和 Xiaochuan Pan 發(fā)表于 Journal of X-Ray Science andTechnology 14(2006)第 119-139 頁的“Accurate image reconstruction from few-viewsand limited-angle data in divergent-beam CT”中描述了稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)的例子。重建算法28和心臟圖像30也存儲在存儲器26中。系統(tǒng)10因而便于使用單獨的慢速CT掃描旋轉(zhuǎn)來復原完整的心臟運動周期，并且可以結(jié)合螺旋和平板CT成像設(shè)備兩者而實施，同時減少對患者的福射劑量。因此，該系統(tǒng)使用ECG門控32 (例如，存儲在存儲器26中的門控算法)來執(zhí)行跳動的心臟的慢速CT掃描。單一掃描旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時間足夠長以包含幾個心臟周期，但是足夠短以允許在掃描期間屏住呼吸。例如，患者的心臟可以每分鐘跳動60次，導致一秒的心臟周期持續(xù)時間?；颊叩暮粑俾士梢允敲糠昼?2次呼吸，或者每5秒一次，雖然患者可能能夠在更長的持續(xù)時間中屏住他或者她的呼吸。在這一情況下，慢速掃描旋轉(zhuǎn)持續(xù)時間可能是大約12秒，以包含12次心跳同時保持適度地短以允許患者屏住他的呼吸而不會變得不適。雖然在360°旋轉(zhuǎn)的情況下進行了描述，但是將意識到掃描器在屏氣期間可旋轉(zhuǎn)多于或者少于360°。
基于ECG信號18，將從心臟圖像數(shù)據(jù)30生成的投影圖像30分組為不同的心臟運動時相34,其在圖3-10中詳細地不出。每個時相包含每一心跳的那一時相的一些投影，該心跳針對每次屏氣的12次或者其他數(shù)量心跳中的每一個。通過例如處理器36對來自每個時相的投影數(shù)據(jù)執(zhí)行稀疏重建算法28，以將每個運動時相重建為包括跨越完整心臟運動周期的一系列圖像的電影圖像數(shù)據(jù)30，并將其顯示在顯示器38上。具有門控心臟成像的慢旋轉(zhuǎn)CT系統(tǒng)10可以與多種CT系統(tǒng)一起使用，該多種CT系統(tǒng)包括但不限于平板CT、螺旋CT、錐形射束CT系統(tǒng)例如飛利浦的BRIGHTVIEW -XCT系統(tǒng)或類似物，等等。系統(tǒng)10包括處理器36和存儲器26,該處理器36執(zhí)行用于執(zhí)行在本文中描述的功能、方法、技術(shù)等的計算機可執(zhí)行指令，并且該存儲器26存儲所述指令。例如，處理器36執(zhí)行計算機可讀指令以采集投影數(shù)據(jù)、選擇所采集的投影數(shù)據(jù)、給ECG信號數(shù)據(jù)加時間戳、執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建、顯示無運動的心臟圖像數(shù)據(jù)，以及在本文中描述的任何其他功能。存儲器26可以是存儲控制程序的計算機可讀介質(zhì)，例如磁盤、硬盤驅(qū)動器，或者類似物。計算機可讀介質(zhì)的常見形式包括，例如，軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶、或者任何其他磁性存儲介質(zhì)，CD-ROM、DVD、或者任何其他光學介質(zhì)，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、及·其變型，其他的存儲芯片或盒式磁盤，或者處理器36可以讀取和執(zhí)行的其他有形介質(zhì)。在本文的背景下，系統(tǒng)10可實現(xiàn)在或者實現(xiàn)為一個或多個通用目的計算機、(一個或多個)專用計算機、可編程微處理器或者微控制器以及外圍集成電路元件、ASIC或者其他集成電路、數(shù)字信號處理器、硬接線的電子線路或邏輯電路例如分立元件電路、可編程邏輯設(shè)備例如PLD、PLA、FPGA,圖形卡CPU (GPU)或者PAL，或者類似物。根據(jù)一個實施例，系統(tǒng)10使用安置在X射線源42對面的緩慢旋轉(zhuǎn)的平板X射線探測器40來收集心臟成像數(shù)據(jù)，該X射線源42和X射線探測器40都耦合到CT掃描器15的旋轉(zhuǎn)機架14。所圖示的掃描器還包括一對核探測器44 (例如，單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)探測器或者一些其他適當?shù)暮颂綔y器)、顯示器38、以及將患者(未示出)平移到檢查區(qū)域48以進行成像的患者臺或者榻46。將意識到，所描述的系統(tǒng)和方法采用雙成像模態(tài)，其中以例示的方式描述了組合的SPECT/CT成像模態(tài)，但是也預期其他的組合。例如，所描述的系統(tǒng)和方法可采用組合的正電子發(fā)射斷層攝影(PET) /計算機斷層攝影(CT)、SPECT/磁共振成像(MRI)、PET/MRI、SPECT/超聲、PET/超聲、或者任何其他適當?shù)亩嗄B(tài)成像技術(shù)。在本文中描述的系統(tǒng)的多模態(tài)提供了幾個優(yōu)點，例如便于生成功能性圖像的同時允許使用靶向分子制劑(例如，示蹤物、標記物，等等)，或者類似物。此外，雖然在本文中描述的很多例子涉及鈣沉積檢測，但是將意識到，所描述的系統(tǒng)和方法可在其他適當?shù)拿軐嵒蛑旅懿牧匣蚪Y(jié)構(gòu)中采用，以及用于其他醫(yī)學程序。根據(jù)另一實施例，存儲器中存儲衰減校正算法50 (例如，模塊或者計算機可執(zhí)行指令)，其被處理器執(zhí)行以校正從通過核探測器44采集的核掃描數(shù)據(jù)生成的核圖像中的衰減。衰減校正模塊50采用心臟圖像30以及任選地采用心臟運動時相數(shù)據(jù)34來改善核圖像的質(zhì)量。該衰減校正模塊可包括用于使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的CT圖像數(shù)據(jù)或者其變型來執(zhí)行核圖像數(shù)據(jù)的衰減校正的指令。CT掃描器15的平板X射線探測器設(shè)計提供了良好的空間分辨率，同時該系統(tǒng)的小體積允許其用于不能容納更大的、傳統(tǒng)的多模態(tài)成像系統(tǒng)的介入性應(yīng)用。此外，多模態(tài)CT系統(tǒng)針對多種成像模式采用共同的成像平面，這便于將來自多種模式的圖像數(shù)據(jù)相融合。核探測器探頭44的幾何結(jié)構(gòu)允許操作者在CT成像期間，或者當介入學專家需要接近患者和/或需要在核成像期間將平板X射線探測器40折疊到收起位置時，將一個或多個探頭移開(例如，縮回至收起位置)。也可以將核相機和X射線探測器中的一個或多個移動到收起位置以允許臨床醫(yī)生或者介入學專家接近患者，例如在程序期間或者類似時機。此外，成像部件(例如，探測器、相機、源，等等)的相對慢速旋轉(zhuǎn)(例如，大約5-6rpm或者更少)改善了患者和操作者的安全性。根據(jù)另一實施例，連續(xù)旋轉(zhuǎn)平板探測器40和X射線源42的同時在多次心跳中，例如10-12次心跳中，收集數(shù)據(jù)集。因為心臟僅在心跳的一部分中處于選定的心臟時相，所以在多個(例如，10-12個)間斷的弧段上沿著多個緊密間隔的角度收集數(shù)據(jù)。針對每個時相的樣本數(shù)量并不一定相同，而是根據(jù)心臟保持在基本相同位置的持續(xù)時間而變化。例如，通常在心臟周期的快速移動部分期間進行數(shù)據(jù)采樣，例如在周期的Q-R-S部分期間。參照圖2更加詳細地描述了這一方面。 繼續(xù)參考圖1，圖2圖示了由不同的虛線指示的多個心臟周期時相的示意圖。在圖示的例子中，描繪了 8個弧段60，每個跨越一個心臟周期61，每個弧段都包括多個時相，其中標注了患者心臟68的心跳的三個時相62、64、66。然而，將意識到，可以采集描述任何期望數(shù)量的心臟周期和任何期望數(shù)量的心臟時相的數(shù)據(jù)。在每個時相的數(shù)據(jù)的采樣之間的插入弧段或者間隙70可與對應(yīng)于每個在其上收集數(shù)據(jù)的時相62、64、66的弧段一樣大或者更大。例如在圖2的例子中，在8個弧段上收集針對每個時相62的數(shù)據(jù)，其中心臟處于時相62。該弧段對應(yīng)于心臟處于相對靜止位置的持續(xù)時間，例如在心臟是接近靜止的每個標記62之后的幾度上。然后使用稀疏數(shù)據(jù)重建算法28來重建每個時相的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，稀疏數(shù)據(jù)重建算法使用基于關(guān)于所生成圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的假設(shè)的正則化(regularization)。歸因于這一正則化，所生成的圖像與使用常規(guī)圖像重建技術(shù)對不連續(xù)數(shù)據(jù)執(zhí)行的重建的情況相比具有更高的分辨率，以及具有更少的偽影。也就是，常規(guī)重建技術(shù)不能重建這種不連續(xù)數(shù)據(jù)。根據(jù)一個實施例，8個心臟周期60每個跨越大約45°的長度。對于每個心臟時相，CT掃描器15在穿過每個心臟周期60的大約1-8°的同時采集掃描數(shù)據(jù)。間隙70包括大約37-44°。在其他實施例中，每個心臟周期所跨越的弧長取決于患者心率、期望掃描數(shù)據(jù)的心臟周期的數(shù)量以及CT掃描器旋轉(zhuǎn)速度。圖3-10示出了體模的截屏切片圖像，其在8個心臟周期時相的每一個期間被生成為患者心臟94的“基礎(chǔ)事實”(B卩，參考)圖像90，以及稀疏重建(SR)圖像92?；颊咝呐K的每個參考圖像90和稀疏重建圖像92從心臟周期同一時相的多個不同投影角度上收集到的數(shù)據(jù)生成，并且對應(yīng)于圖2的8個心臟周期61。雖然對圖3-10中的每一個的描述包括沿其稀疏地收集(使用前瞻性門控)或者重建(使用回顧性門控)數(shù)據(jù)的弧或者角度(或者弧或角度組)的數(shù)量的例子，但是將意識到，所有時相均可使用任何適當數(shù)量的弧或角度，或者角度組來獲得，(例如，12個弧、10個弧、8組3采樣角度，等等)。圖3圖示了在心臟周期的第一時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92。由沿著圍繞患者均勻間隔的多個弧捕獲的投影數(shù)據(jù)生成SR圖像92。例如，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的小角度前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。每個弧可包括在該弧之內(nèi)彼此間隔大約O. 75°的5個采樣角度(例如，子弧、分段，等等)，從而12個弧的每一個具有大約3. 75°的弧長。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以生成被成像心跳的時相的靜止圖像。圖4圖示了僅在心臟周期第二時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于真實圖像的心臟96中的鈣沉積94。圖4的SR圖像92從沿著圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)的多個弧重建，每個弧對應(yīng)于心臟周期的時相并且具有大約3. 75°的長度。例如，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的小角度前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以沿著該12個弧生成被成像的心跳的時相的靜止圖像。圖5圖不了在心臟周期第二時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92,并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。在一個實施例中，SR圖像92是從沿著圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)的12個分段而采集生成的。例如，每個弧在長度上可以是幾度，其中大約每30°出現(xiàn)一個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。 圖6圖示了在心臟周期第四時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。圖6的SR圖像92從沿著圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)的多個弧形組重建。例如，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的采樣角度的小組前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。采樣角度的每個組可包括5個采樣角度，間隔分開大約O. 75°。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以生成心跳的第一時相的靜止圖像。圖7圖示了在心臟周期第五時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。在一個范例中，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的采樣角度的小組前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。每個采樣角度組可包括5個采樣角度，間隔分開大約O. 75°。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以生成心跳的第一時相的靜止圖像。圖8圖示了在心臟周期第六時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。根據(jù)一個范例，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的采樣角度的小組前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。每個采樣角度組可包括5個采樣角度，間隔分開大約O. 75°。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以生成心跳的第一時相的靜止圖像。圖9圖示了在心臟周期第七時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。圖9的SR圖像92從沿著圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)的多個弧重建。例如，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的小角度前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。然后重建12個投影數(shù)據(jù)集以生成被成像心跳的時相的靜止圖像。圖10圖示了在心臟周期第八時相期間的真實圖像90和稀疏重建圖像92，并且具有示出于心臟96中的鈣沉積94。在一個范例中，在圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)期間可以針對沿著12個弧的采樣角度小組前瞻性地或者回顧性地門控投影數(shù)據(jù)，其中以大約30°分隔每個弧(受控于通過門控心臟周期確定的心率的變化)。采樣角度的每個組可包括5個采樣角度，間隔分開大約O. 75°。然后重建每個包括來自5個采樣角度的投影數(shù)據(jù)的12個投影數(shù)據(jù)集，以生成心跳的第一時相的靜止圖像。圖11示出了 12-心臟周期掃描的第一時相的示例性截屏110，與鈣沉積一起示出。圖像112是使用在心臟周期的第一時相期間在圍繞心臟96的12個不同角度處獲取的采集掃描數(shù)據(jù)的Feldkamp-Davis-Kress(FDK)重建而生成的第一投影圖像,其中將I丐沉積94示為亮點。投影圖像數(shù)據(jù)是從12個采樣角度或者弧采集的，其是幾個心跳或者周期的第一時相的投影。從其采集數(shù)據(jù)的采樣角度彼此大約間隔30°，以覆蓋圍繞患者的完整的360°旋轉(zhuǎn)。然后反投影所采集的投影數(shù)據(jù)，并且將強度相加。圖像114是使用在心臟周期的第一時相期間在圍繞心臟96的60個不同角度處獲取的采集掃描數(shù)據(jù)的FDK重建而生成的另一第一時相圖像，其中將鈣沉積94示為亮點。在一個實施例中，將該60個采樣角度劃分為12組，每個包括5個分隔O. 75°的投影。每個采樣組與下一個采樣組分隔大約30°，并且覆蓋不同心跳的第一時相。例如，第一采樣組包括第一心跳的第一時相的5個采樣；第二采樣組包括第二心跳的第一時相的5個采樣，等等。 圖像114的數(shù)據(jù)比圖像112的數(shù)據(jù)更加完整，因為其每個采樣組中包含了 5個投影而不是I個。圖像116示出了心臟96的具有鈣沉積的體模真實圖像。圖像118示出了患者心臟96的具有鈣沉積94的稀疏重建圖像，其由沿著60個采樣角度收集的數(shù)據(jù)來生成，該60個采樣角度處于沿著圍繞患者的360°旋轉(zhuǎn)中的間隔分開大約30°的12個不同的5-樣本組中。將意識到，所描述的實施例不限于在本文中描述的具有特定間隔和長度的5個角度的12條弧，而是可采用具有任意期望長度和/或間隔的任意期望數(shù)量的弧和/或角度。圖12圖示了使用稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)來成像周期性運動對象(例如，心臟)的方法。在130，與ECG門控一起執(zhí)行跳動的心臟的慢速(例如，小于大約6rpm)X射線掃描。掃描持續(xù)時間足夠長以包括幾個心臟周期，但是足夠短以在掃描期間屏住呼吸。在132，分析ECG信號以識別心臟周期的不同時相。在134，基于該ECG信號，生成投影圖像并且根據(jù)它們的不同心臟時相來將其分組。每個被成像的時相包含來自每個心跳的指定時相的幾個投影。在136，對所采集的數(shù)據(jù)執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建技術(shù)或者算法以重建每個運動時相并且組成完整心臟運動周期的圖像。已經(jīng)參照幾個實施例來描述了本發(fā)明。當閱讀和理解了前述詳細描述時他人可想到修改和變型。本發(fā)明旨在被解釋為包括所有的這種修改和變型，只要它們落在所附權(quán)利要求或者其等價物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種便于針對門控計算機斷層攝影成像使用稀疏數(shù)據(jù)重建的系統(tǒng)(10)，包括 CT掃描器(15)，其包括具有X射線源(42)和平板X射線探測器(40)的旋轉(zhuǎn)機架(14)，并且所述CT掃描器執(zhí)行患者心臟(68)的慢速CT掃描以便在圍繞所述患者連續(xù)旋轉(zhuǎn)所述機架(14)的同時生成多個投影圖像數(shù)據(jù)集； 患者監(jiān)測設(shè)備，其生成生理周期時相信息；以及 處理器(36)，其 根據(jù)多個生理周期時相將所述投影圖像數(shù)據(jù)分類，使得針對每個生理周期時相的所述數(shù)據(jù)跨越被長弧段分隔開的多個短弧段，所述長弧段比所述短弧段更長； 執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建算法(28)并且重建所述生理周期時相中的每個的圖像(30)，在與多個生理周期期間的所述生理周期時相對應(yīng)的所述多個短弧段上重建每個圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述機架在所述CT掃描期間以6rpm或者更低的速度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的系統(tǒng),其中,所述CT掃描器(15)在一次旋轉(zhuǎn)中米集大約8-12個生理周期的掃描數(shù)據(jù)，每個生理周期包括所述多個生理周期時相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述生理周期是心臟周期和呼吸周期之一，并且所述患者監(jiān)測設(shè)備分別是心電圖儀(ECG) (20)和呼吸監(jiān)測器之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器使用ECG信號數(shù)據(jù)(18)門控針對所述心臟周期的每個時相采集的掃描數(shù)據(jù)(16)，以便將所采集的掃描數(shù)據(jù)(16)對應(yīng)于每個心臟周期時相。
6.根據(jù)權(quán)利要求4-5中任一項所述的系統(tǒng)，還包括計算機可讀介質(zhì)(26)，其存儲以下中的ー個或多個 數(shù)據(jù)采集算法(22); 所采集的投影數(shù)據(jù)(16); ECG信號數(shù)據(jù)(18)； ECG數(shù)據(jù)時間戳信息(24)； ECG門控算法(32)； 稀疏重建算法(28)； 心臟圖像(30);以及 心臟運動時相數(shù)據(jù)(34 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng),其中,所述CT掃描器(15)是多模態(tài)CT掃描器，所述多模態(tài)CT掃描器包括所述X射線源(42)、所述平板X射線探測器(40)以及兩個核探測器(44)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的系統(tǒng)，還包括顯示器(38)，在所述顯示器上向用戶顯示所述圖像(30)以用于鈣化積分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的系統(tǒng)，還包括衰減校正模塊(50)，該衰減校正模塊由所述處理器執(zhí)行以使用所述圖像(30)來校正核圖像中的衰減。
10.ー種針對門控X射線計算機斷層攝影成像使用稀疏數(shù)據(jù)重建的方法，包括 通過緩慢并且連續(xù)地繞患者旋轉(zhuǎn)CT掃描器(15)的機架(14)來采集跳動的心臟的CT掃描數(shù)據(jù)(16)，以生成多個投影圖像數(shù)據(jù)集，所述機架具有耦合到其的X射線源(42)和平板X射線探測器(40); 在采集所述CT掃描數(shù)據(jù)(16)的同時采集描述所述患者的心臟的多個生理周期的生理信號數(shù)據(jù)(18); 使用所述生理信號數(shù)據(jù)(18)識別每個生理周期的不同時相； 根據(jù)時相分類所述投影圖像數(shù)據(jù)，其中在所述時相期間采集所述圖像投影數(shù)據(jù)；以及對被分類的投影圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行稀疏重建算法以重建所述生理周期的每個所識別的時相的圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 在所述CT掃描期間以6rpm或者更小的速度旋轉(zhuǎn)所述機架。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中任一項所述的方法，還包括 在一次旋轉(zhuǎn)中采集大約8-12個生理周期的掃描數(shù)據(jù)，每個生理周期包括多個生理周期時相。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項所述的方法，其中，所述生理周期是心臟周期和呼吸周期之一，并且所述患者監(jiān)測設(shè)備分別是心電圖儀(ECG) (20)和呼吸監(jiān)測器之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 使用ECG信號數(shù)據(jù)(18)門控針對所述心臟周期的每個時相采集的掃描數(shù)據(jù)(16);以及 使所采集的掃描數(shù)據(jù)(16)與在其期間采集所述掃描數(shù)據(jù)(16)的所述心臟周期時相相關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13-14中任一項所述的方法,其中,所述CT掃描器(15)是多模態(tài)CT掃描器，所述多模態(tài)CT掃描器包括所述X射線源(42)、所述平板X射線探測器(40)以及兩個核探測器(44)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項所述的方法，還包括在采集所述掃描數(shù)據(jù)(16)時在大約12秒的時間段內(nèi)將所述CT機架(14)旋轉(zhuǎn)360°。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項所述的方法，還包括 使用所述心臟周期的每個所識別的時相的重建圖像來校正所述心臟的核圖像中的衰減。
18.—種處理器或者計算機可讀介質(zhì)，其被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求10-17中任ー項所述的方法。
19.一種便于從在門控的慢速計算機斷層攝影(CT)掃描期間采集的稀疏投影數(shù)據(jù)來重建解剖圖像的系統(tǒng)，包括 CT掃描器(15)，其執(zhí)行對在所述掃描期間處于運動中的感興趣體積的慢速門控CT掃描，以及在繞所述感興趣體積的360°旋轉(zhuǎn)期間與多個生理周期的時相(62，64，66)對應(yīng)的多個短弧段上收集稀疏投影數(shù)據(jù)；以及 處理器(36 )，其通過執(zhí)行稀疏數(shù)據(jù)重建算法(28 )生成所述感興趣體積的圖像(30 )，所述稀疏數(shù)據(jù)重建算法重建在所述CT掃描器的所述旋轉(zhuǎn)期間沿著所述多個短弧段采集的所述稀疏投影數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述感興趣體積是心臟，并且其中，所述生理周期是心跳。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20中任一項所述的系統(tǒng)，其中，前瞻性地門控所述CT掃描，使得所述CT掃描器(15)只沿著所述短弧段收集數(shù)據(jù)以最小化遞送到所述感興趣體積的輻射劑量。
22.如權(quán)利要求19-21中任一項所述的系統(tǒng)，其中，以允許所述CT掃描器(15)在360°旋轉(zhuǎn)期間采集大約6-12個生理周期的速度來執(zhí)行所述CT掃描。
全文摘要
當對諸如患者心臟中的鈣沉積的致密結(jié)構(gòu)成像時，執(zhí)行慢速掃描(例如，小于大約6rpm)CT數(shù)據(jù)采集，其中在以大約360°圍繞患者旋轉(zhuǎn)期間連續(xù)地但是稀疏地采集數(shù)據(jù)。在給定患者心率和CT機架速度的情況下，弧段被定義為等于一個心臟周期(例如，心跳)。使用心電圖信號數(shù)據(jù)來識別所采集的投影數(shù)據(jù)集，該投影數(shù)據(jù)集對應(yīng)于在其期間心臟相對靜止的多個心臟周期時相的每一個。對所識別的稀疏投影數(shù)據(jù)集執(zhí)行稀疏重建算法以從針對所有心臟周期上的該時相采集的掃描數(shù)據(jù)生成每一心臟周期時相的圖像。
文檔編號G06T11/00GK102844793SQ201180010339
公開日2012年12月26日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
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