CN100375122C - 从投影数据得出运动信息的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用来从CT投影数据(110)中得出运动数据的技术。该项技术计算与投影数据(110)的一致性条件关联的转矩而从投影数据(110)中得出运动数据。本项技术的一个方面使用算出的转矩基于投影数据集间运动的存在与否而选择(126)投影数据集(128)。接着可从所选的投影数据集(128)中提取(130)周期性信息。本项技术的另一方面使用缓慢旋转立体CT转台(54)所获取的投影，以允许从所感兴趣的运动信号中分离出不纯信号(154)。一旦分离，所感兴趣的运动信号可被用来在所感兴趣的运动状态处从投影数据(110)中选择投影。

Description

从投影数据得出运动信息的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及医疗成像并具体涉及通过计算机断层扫描对心脏组织等动态的内部组织进行成像的领域。具体地，本发明涉及使用投影数据生成表示内部运动的信号。
背景技术
计算机断层扫描(CT)成像系统从多个角度测量穿过患者的X射线束的衰减。基于这些测量值，计算机能够复原(reconst ruct)造成辐射衰减的患者身体部位的影像。如本领域的技术人员所知，这些影像是基于分离检查一系列角度各异的投影影像。CT系统处理X射线投影数据以生成多个视角位置处的被扫描体的线性衰减系数的线累积2D图。这些数据接着被复原以产生影像，其通常显示于监视器上，并可打印或再生于胶片上。由CT检查还可产生虚拟3D影像。
CT扫描者通过从X射线源投影扇形或圆锥形X射线而进行操作。X射线可以被校准以控制射线束的形状和扩散。X射线随着穿过患者等被成像物体而衰减。衰减射线束由一组检测器元件来检测。各检测器元件皆产生受衰减X射线束影响的信号，并处理数据以产生信号，其表示沿X射线路径的物体的衰减系数的线累积。这些信号通常叫做“投影数据”或就叫“投影”。通过使用滤波背投影等复原技术，可从投影形成有用的影像。这些影像可继而被关联而形成所感兴趣区域的立体示意。病理等所感兴趣区域的位置可由计算机辅助检测(CAD)算法等来自动识别，或更传统的是由受训的辐射师来识别。CT扫描提供优于其他诊断疾病技术的优点，特别是因为它描绘了身体的精确解剖信息。而且，CT扫描可帮助医生更精确地区分病变的类型。
然而CT扫描当对动态的内部组织进行成像时却显出力不从心。例如，在心脏成像中，心脏运动造成投影数据的不连贯，这在复原后会导致模糊、条纹或间断等运动相关的影像缺陷。特别地，当不在心脏周期的同一点处即同一状态处荻取的投影被用来复原影像或含有立体示意的影像时，会出现缺陷。
为了避免与心脏运动关联的影像缺陷，因此，希望将在同一状态处获取的投影数据复原在所感兴趣影像中。这可以通过选通(gating)投影数据的获取(予期的选通)、或在获取后精选投影数据(回顾的选通)的方法来做到。例如，回顾的选通是指选择在同一心脏状态处获取的投影数据用于影像复原。通常，同时获取的心电图(ECG)信号被用来在心脏运动的常规状态处选择投影数据。予期的选通是指响应于ECG信号的实时测量和分析，而对X射线管输出和投影数据获取等数据获取进行调制，即，仅获取在心脏运动的指定状态处所感兴趣的投影用于影像复原。
然而，ECG信号是心肌组织的去极化和重极化的测量，而并不能实际表示组织的运动。尽管由ECG测量的心电活动一般指示了心肌收缩和运动，但ECG仍止是心脏运动的间接指示器。因为此关系的间接性，使用依赖于ECG信号的影像复原中仍会呈现缺陷。因此，希望设计与心脏运动直接相关的指示器或信号，以用于选通技术或其他技术，其可受益于对实际的内部运动的了解。
发明内容
本发明提供了一种新颖的方法和设备，用来确定处于动态移动下的内部组织或器官的运动。特别地，该项技术提供了一种方法和系统，用来处理所获取的投影数据以确定该运动。运动信息又可继而被用来协助诸如通过选择通技术等之类的数据获取或影像复原，以缩减或消除与人为相关的运动。
根据本项技术的一个方面，提供了一种用来选择投影数据集的方法。该方法包括获取一组投影数据。在轴向位置的不同视角处算出投影数据集的至少一组0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩。从轴向位置处的投影数据中选择一个基准投影数据集，并由轴向位置处的投影数据生成两个或多个比较投影数据集。使用至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差，并基于相关误差而选择匹配投影数据集。
根据本项技术的另一方面，提供了一种用来选择投影数据集的计算机程序。该计算机程序可在一个或多个计算机可读介质上提供并可包括用来获取一组投影数据的例程。该程序还可包括用来在轴向位置的不同视角处算出投影数据集的至少一组0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩的例程。此外，该程序还可包括用来从轴向位置处的投影数据中选择一个基准投影数据集的例程，和用来由轴向位置处的投影数据生成两个或多个比较投影数据集的例程。进而可提供用来使用至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差的例程，和用来基于相关误差而选择匹配投影数据集的例程。
根据本项技术的又一方面，提供了一种CT影像分析系统。该CT影像分析系统可包括X射线源，其被构成为发射辐射流，和检测器，其被构成为检测辐射流并生成响应于辐射流的一个或多个信号。该检测器可包括数个检测器元件。该系统还可包括系统控制器，其被构成为控制X射线源和经数据获取系统而从一个或更多检测器元件获取一组投影数据，和计算机系统，其被构成为接收该投影数据集。该计算机系统可进而被构成为在轴向位置的不同视角处算出投影数据集的至少一组0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩。此外，该计算机系统可被构成为从轴向位置处的投影数据中选择一个基准投影数据集，并由轴向位置处的投影数据生成两个或更多比较投影数据集。该计算机系统进而被构成为使用至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差，并基于相关误差而选择匹配投影数据集。
根据本项技术的再一方面，提供了一种CT影像分析系统。该CT影像分析系统可包括X射线源，其被构成为发射辐射流，和检测器，其被构成为检测辐射流并生成响应于辐射流的一个或更多信号。该检测器可包括数个检测器元件。该系统还可包括系统控制器，其被构成为控制X射线源和经数据获取系统而从一个或多个检测器元件获取一组投影数据，和计算机系统，其被构成为接收该投影数据集。此外，该系统包括用来在轴向位置的不同视角处算出投影数据集的至少一组0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩的装置。该系统还包括用来从轴向位置处的投影数据中选择一个基准投影数据集，并由轴向位置处的投影数据生成两个或更多比较投影数据集的装置。该系统进而包括用来使用至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差，并基于相关误差而选择匹配投影数据集的装置。
根据本项技术的另一方面，提供了一种用来由一组投影生成运动信号的方法。该方法包括经缓慢旋转的区域检测器和圆锥束辐射源而获取一组投影数据。对于各视角算出投影数据集的0阶转矩，以形成累积运动信号。该累积运动信号基于频率特性而分离成不纯信号和所感兴趣的运动信号。
根据本项技术的又一方面，提供了一种用来由一组投影生成运动信号的计算机程序。该计算机程序可在一个或多个计算机可读介质上提供并可包括用来经缓慢旋转的区域检测器和圆锥束辐射源而获取一组投影数据的例程。该程序还可包括对于各视角算出投影数据集的0阶转矩、以形成累积运动信号的例程。该程序还可包括基于频率特性而将该累积运动信号分离成不纯信号和所感兴趣的运动信号的例程。
根据本项技术的再一方面，提供了一种CT影像分析系统。该CT影像分析系统可包括圆锥束X射线源，其被构成为发射辐射流，和区域检测器，其被构成为检测辐射流并生成响应于辐射流的一个或多个信号。该检测器可包括数个检测器元件。该系统还可包括系统控制器，其被构成为缓慢旋转圆锥束X射线源和区域检测器并经数据获取系统从一个或多个检测器元件获取一组投影数据。该CT影像分析系统还可包括计算机系统，其被构成为接收该投影数据集。该计算机系统进而被构成为对于各视角算出投影数据集的0阶转矩，以形成累积运动信号，并基于频率特性而将该累积运动信号分离成不纯信号和所感兴趣的运动信号。
根据本项技术的再一方面，提供了一种CT影像分析系统。该CT影像分析系统可包括圆锥束X射线源，其被构成为发射辐射流，和区域检测器，其被构成为检测辐射流并生成响应于辐射流的一个或多个信号。该检测器可包括数个检测器元件。该系统还可包括系统控制器，其被构成为缓慢旋转圆锥束X射线源和区域检测器并经数据获取系统从一个或多个检测器元件获取一组投影数据。该CT影像分析系统可包括计算机系统，其被构成为接收该投影数据集。该CT影像分析系统还可包括用来形成累积运动信号的装置，和用来基于频率特性而将该累积运动信号分离成不纯信号和所感兴趣的运动信号的装置。
附图说明
通过阅读下面详细的说明并参考附图，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本项技术的一个方面的用于产生处理影像的CT成像系统形式下的示例成像系统的图示；
图2是根据本项技术的一个方面的图1的CT系统的物理实施的另一图示；
图3示出了ECG波形，用来回顾式地选择所获取的X射线投影数据，以生成用于复原心量的影像；
图4示出了从X射线投影数据得出的正弦波图；
图5示出了根据本项技术的一个方面的使用一致性条件来选择数据集以复原动态组织的影像表示的一技术的流程图；
图6示出了根据本项技术的一个方面的用来分析投影数据的一技术的流程图；
图7示出了根据本项技术的一个方面的从检测器面板获取投影数据集的近似0阶转矩作为获取时间的函数的流程图；
图8示出了根据本项技术的一个方面的在各种视角位置处获取投影数据集的近似0阶转矩的离散傅立叶变换的幅值作为频率函数的流程图；和
图9示出了根据本项技术的一个方面的从检测器面板获取投影数据集的近似0阶转矩的滤波版本作为获取时间的函数的流程图。
具体实施方式
图1示出了用来获取和处理影像数据的成像系统10。在图示的实施例中，系统10是计算机断层扫描(CT)系统，根据本项技术其被设计为可获取X射线投影数据、将投影数据复原成影像、和处理用于显示和分析的影像数据。在图1所示的实施例中，成像系统10包括邻近校准仪14放置的X射线辐射源12。在本实施例中，X射线辐射源12通常是X射线管。
校准仪14使得辐射流16穿过放置诸如患者18等物体的区域。辐射流16一般呈扇形或圆锥形，这取决于下述的检测器阵列的构成以及所感兴趣的数据获取方法。辐射20的一部份穿过或绕过该物体并作用于检测器阵列，其通常以附图标记22来表示。阵列中的检测器元件产生表示入射X射线束强度的电气信号。这些信号被获取并受处理以复原出该物体内特征的影像。
辐射源12受系统控制器24的控制，其既调整功率也调整控制信号，用于控制CT检查顺序。再者，检测器22耦合至系统控制器24，其控制获取检测器22中生成的信号。系统控制器24还可执行各种信号处理和滤波功能，例如动态范围的调节，数字影像数据的交错等等。总之，系统控制器24命令成像系统的操作，以执行检查规约并处理获取数据。在本情形中，系统控制器24还包括信号处理电路，其通常是基于一般用途或专门应用的数字计算机，相关联的用来存储由计算机执行的程序和例程的存储器电路，以及构成参数和影像数据，接口电路等等。
在图1所示的实施例中，系统控制器24耦合至线性定位子系统26和旋转子系统28。旋转子系统28使得X射线源12、校准仪14和检测器22绕患者18旋转一次或数次。应注意，旋转子系统28可包括一转台。于是，系统控制器24可用来操作转台。线性定位子系统26使得患者18或更具体地说患者床被线性地放置。于是患者床在转台内线性地移动，以生成患者18的特定部位的影像。尽管上述系统的实施例是第三代CT扫描仪，但此处所述生成表示心脏运动的信号的方法应用于所有先进的CT系统。
再者，本领域的技术人员可以注意，辐射源可受置于系统控制器24内部的X射线控制器30的控制。特别地，X射线控制器30被构成为向X射线源12提供功率和定时信号。马达控制器32可被利用来控制旋转子系统28和线性定位子系统26的移动。
进而，还描绘了含有数据获取系统34的系统控制器24。在此示例实施例中，检测器22耦合至系统控制器24，具体地说就是耦合至数据获取系统34。数据获取系统34接收由检测器22的读出电路采集的数据。数据获取系统34通常从检测器22接收取样模拟信号并将数据转换成数字信号，用于计算机36的后续处理。
计算机36通常耦合至系统控制器24。由数据获取系统34采集的数据被传送至计算机36，用于后续处理和复原。计算机36可包括或对与存储器38相通讯，存储器38存储由计算机36处理的数据或即将由计算机36处理的数据。应理解这种示例系统10可利用任何类型的大容量数据存储器。而且，存储器38可位于获取系统或可包括用来存储数据、处理参数和后述例程的异地组件。
计算机36还适宜于控制由系统控制器24启动的特征，即扫描操作和数据获取。进而，计算机36可被构成为经通常设有键盘及其他输入设备(未图示)的操作者工作站40而从操作者接收命令和扫描参数。操作者可因此经输入设备来控制系统10。于是，操作者可从计算机36观察复原后的图像和其他与系统有关的数据，并初始化成像，等等。
耦合至操作者工作站40的显示器42可被用来观察复原后的图像。此外，被扫描图像还可由耦合至操作者工作站40的打印机44打印出来。显示器42和打印机44还可连接至计算机36，这种连接可以是直接连接也可以是经操作者工作站40连接。进而，操作者工作站40还可耦合至图片归档和通信系统(PACS)46。应注意PACS46可耦合至异地系统48、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)或耦合至内部或外部网络，从而其他不同位置也可访问影像数据。
还应注意的是计算机36和操作者工作站40可耦合至其他输出设备，其可包括标准或特别用途计算机监视器和相关联处理电路。一个或多个操作者工作站40可进而链接于系统中，用来输出系统参数，要求检查，观察影像等等。总之，设在系统内的显示器、打印机、工作站和类似设备可位于数据获取组件的本地，或在这些组件的异地，例如研究所或医院内别的地方或完全不同的位置，并经因特网、虚拟专用网络等一个或多个可配置的网络而链接至影像获取系统。
参见图2，用于本实施例的示例成像系统可以是CT扫描系统50。CT扫描系统50可以是多切片检测器CT(MDCT)系统，其提供了宽广的轴向覆盖排列、高速转台转速和高空间解析度。或者，CT扫描系统50可以是立体CT(VCT)系统，其利用圆锥束几何体和区域检测器以允许高或低速转台转速下的物体的整体内部器官等立体的成像。CT扫描系统50具有有孔56的框架52和转台54，以在其中移动患者18。患者床58可置于框架52和转台54的孔56中以有助于移动患者18，这通常需由线性定位子系统26来线性移位床58(见图1)。转台54以辐射源12来描绘，通常是从焦点62发射X射线辐射的X射线管。对于心脏成像，辐射流被定向于含有心脏的患者18的截面方向。
在通常的操作中，X射线源12将来自焦点62的X射线束朝向检测器阵列22方向投影。锡或钨光栏等校准仪14(见图1)通常规定了从X射线源12发生的X射线束的大小和形状。检测器22一般由数个检测器元件形成，它们检测穿过和绕过心脏或胸等感兴趣的物体的X射线。各检测器元件产生电气信号，其表示在射线束撞击检测器的时刻在元件位置处的X射线束的强度。转台54绕感兴趣的物体旋转，从而计算机36可采集数个放射成像视角。
于是，随着X射线源12和检测器22的旋转，检测器22采集衰减X射线束的数据。从检测器22采集的数据接着受到预处理和瞄准，以决定表示被扫描体的衰减系数的线累积的数据。通称为投影的处理后的数据接着可被滤波和背投影(backproject)以形成被扫描区的投影。所形成的影像在某种模式下可含有小于或大于360°角的投影数据。
在复原后，由图1和图2的系统产生的心脏影像揭示出患者18的心脏。如图2所示，影像64可显示出患者特征，如图2的附图标记66所示。在传统的诊断病征、和更广义的医疗条件或事件的方法中，放射师或医生可考虑用复原后的影像64来分辨所感兴趣的特征。这种特征66可包括所感兴趣的冠状动脉或主动脉瓣损伤，以及其他特征，其可基于各个从业者的技能和知识而在影像中分辨。其他分析可基于各种CAD算法的能力。
本领域的技术人员了解影像64的复原可由于各种因素而复杂化。例如，随着射线源和检测器绕物体旋转，尽管检测器元件中的信号是在离散角度处数字化的，但CT系统可连续地获取数据。结果得到的数据集含有大量数据点，其表示在各角度处撞击检测器元件的辐射强度。为了提高计算效率并缩减由运动引起的缺陷，最好是仅利用子集，即所获取数据的投影数据窗或组，以形成影像64。
投影数据集的一般选择提供了计算造成X射线衰减的特征的位置的足量信息。例如，影像64的复原可使用半扫描复原算法来完成，其利用转台在围绕180°加上X射线束16所含的扇形角度α的旋转期间获取的投影数据。由于包含转台整圈旋转期间所获取的投影数据的数据集中的冗余，故半扫描投影数据集通常足以用于影像复原并提供改进的时间解析度。复原也可使用多扇形复原技术来完成，其利用更短的投影数据的组合，即小于180°+α，这种组合提供了复原影像64的必要数据。
动态移动组织的影像64的复原可呈现特殊考虑。例如，在心脏成像情形下，一般希望选择在同一心脏状态处采集的投影数据集，例如在运动最小化的状态处。围绕在心脏周期的不同状态处获取的数据点的投影数据集可导致复原影像或含有邻近影像序列的被示意立体(rendered volume)中的间断或运动相关的缺陷。
为了处理这些运动相关的组织，一般希望提取心脏状态信息以协助投影数据集的选择。例如，同时获取的如图3所示的心电图(ECG)波形70等ECG数据可用作心脏运动的一般指示器。在示例中，ST组74的后续波形上的点72可用作心脏周期的较低运动状态的指示器。点72可因此被用来选择由检测器行78获取的数据的投影数据集76。例如，在示例中，投影数据集76是从多切片检测器CT系统所获取的数据中选择的半扫描投影数据集。投影数据集76可接着被复原以形成影像64，例如或许含有立体示意80。
尽管从概念上讲，使用ECG数据选择或“选通(gate)”所获取的投影数据的技术是简单明了的，但在实际中该技术在诊治环境中会有问题，这是由同时采集ECG数据的附加负担造成的。另外，ECG数据表示的是心肌组织的去极化和重极化，而非心脏组织的实际运动。因此，ECG数据准确表示心脏运动的程度会有变化。结果，基于ECG数据而选择的投影数据集可能含有也可能不含有在所感兴趣的心脏状态处获取的投影数据，这意味着在复原影像中仍将呈现运动相关的缺陷和间断。
用ECG数据来选择投影数据集的一种替代法是利用投影数据本身固有的运动信息来选择在同一心脏状态处获取的投影。例如，可由赫尔加森-路德维希(Helgason-Ludwig)(HL)一致性条件判定的正弦波图一致性可被用来判定投影数据内是否存在运动。如图4所示，正弦波图100是二维数据集p(s，θ)，它是通过堆积一维投影pθ(s)而得到的，其中θ是数据获取的视角，而s是检测器元件。对于成像区域中的一个定点，正弦波图100如人所料，的确拥有对于并列束X射线源的正弦形式。同理，正弦波图100当成像区域内存在运动时将偏离正弦波形。
正弦波图100的构成由赫尔加森-路德维希一致性条件来支配，该条件表明：正弦波图100可被分解成一些转矩M，由以下表达式给出：
(1)Mκ(θ)＝∫sκRf(s，θ)ds
其中κ是给出转矩阶数的正整数，s是检测器元件，θ是视角，f是目标函数，而R是随机变换。赫尔加森-路德维希一致性条件主张扇形束正弦波式转矩Mκ是度数或阶次κ以sinθ和cosθ的齐次多项式。如以下所详述，与赫尔加森-路德维希一致性条件关联的各种转矩可用来从投影数据中提取转矩信息，而投影数据继而又可被用来选择在同一心脏状态处的投影数据集，或换句话说有助于动态移动组织的影像复原。
对使用转矩的复原组的比较
一种用于投影数据集选择的技术使用赫尔加森-路德维希一致性条件来协助选择单扇形投影数据集或多扇形投影数据集，其最接近地符合了基准投影数据集的运动特征。特别地，多扇形复原技术最好是用于这种场合：即转台54的旋转时间不同于患者的心率，使得视角和心脏周期的状态间没有一一对应。多扇形投影数据集可对应于由转台旋转180°+α的间隔而获取的投影数据，如同半扫描复原一样。然而，在半扫描投影数据集含投影数据的毗邻块处，即在单转台旋转期间获取的单“扇形”处，多扇形投影数据集由在不同旋转期间获取的两个或更多投影数据的扇形组成，从而一个扇形的最末视角处按顺序与下一扇形的起始视角处相邻。
在本项技术中，如图5的步骤112所示，例如通过多切片检测器CT系统的螺旋操作或通过测定立体的CT系统的操作而获取了投影数据110。与z位置关联的投影数据，即轴向切片是在步骤114中在现成的心脏周期中分析的。在螺旋获取的场合下，如本领域的技术人员所公知的，投影数据可既包括测量的投影数据，也包括由螺旋内插技术生成的内插投影数据。如下面所述，可以分析全部或者部分的投影数据。特别是，如果对应于所感兴趣区域的投影数据的子集可被识别和提取，则后续分析可限制为该投影数据的子集。投影数据的子集的分析可在所感兴趣区域中提供比所有投影数据集的分析优异得多的信噪比。
在分析期间，如图6的步骤116所示，一阶或更高阶的赫尔加森-路德维希转矩可对投影数据110对于不同投影数据视角而在z位置处算出。例如，一个或者多个0阶、1阶或2阶转矩可对各投影数据而在z位置处算出。若算出一阶以上的转矩，无论后续参考则这些转矩可被组合或仍保持分离。转矩不论是单阶还是组合阶皆可对照视角位置而绘制，以提供减少在z位置处投影数据内的运动表示。例如，0阶转矩可绘制为对于z位置的视角位置的函数，以生成减少此运动的表示。
例如单扇形或半扫描复原组等基准投影数据集118可接着在步骤120从z位置处的投影数据中选择。多扇形投影数据集(MSPDS)122等比较投影数据集接着在步骤124处生成。各MSPDS122可由扇形数量N来描述，其包括MSPDS122和MSPDS122的第一视帧与基准复原组118的第一视帧偏移0。因此，扇形数量N提供用来获取MSPDS122中内含数据的转台旋转圈数。基于这些因素，在步骤124处可生成多达N×0的MSPDS122。
在步骤126处，比较投影数据集即此处的MSPDS122可与基准投影数据集118进行比较，以判定哪个比较组含与基准投影数据集118同一状态处获取的投影。特别地，为各视帧而在z位置处算出的转矩信息可用来确定相关误差，其表示了归因于运动，即状态差别，的投影数据集间的差别。一种得到相关误差的方法是从基准投影数据集118的各自转矩中减去与含比较投影数据集122关联的诸如0阶转矩等之类的转矩。例如，MSPDS122的第一视角的0阶转矩可从基准投影数据集118的第一视角的0阶转矩中减去。
这些差值的绝对值之和即相关误差，其表示了归因于运动的投影数据集间差别的度量。相关误差愈低，则运动所致的投影数据集间存在的差别也愈小，而相关误差为零则表示不存在运动相关的差别。也就是说，若投影数据集从心脏周期的同一状态处取出，则对于投影数据集可观察到相同转矩，于是在投影数据集间观察到的相关误差很小或者几乎观察不到相关误差。因此，如步骤126所示，相关误差也被用来选择最接近符合基准投影数据集118的比较投影数据集122。
选择的投影数据集128含有某时刻处心脏周期的特征的投影信息。通过重复下述的步骤，如图5的步骤130所示，该周期性信息可用来来提取时间邻近的心脏的周期性。使用关于患者在z方向上的运动的已知信息以及转台的旋转速度，可在同一状态处复原其余的轴向心脏切片，以提供该心脏状态处的心脏的立体示意。进而，此处所述的处理可对于一个或更多其他心脏状态而同样重复，从而可得到整个扫描期间的心脏运动。接着，如步骤132所示，可在所感兴趣状态处进行轴向切片和/或心脏立体的复原，而不依赖于去极化或重极化、或心脏运动的其他多余度量。
从不纯信号中分离出运动信号
其他技术也可利用诸如赫尔加森-路德维希一致性条件等之类的一致性条件，以从获取的投影数据中生成有用的运动信息。运动数据继而可被用来取代组织运动的间接测量，例如心脏情形下的ECG数据。例如，得出的运动数据可被用来分别协助诸如回顾或予期选通等之类的数据分析或获取。
然而，一种可能出现的问题是当与心脏信号关联的周期与CT转台54关联的旋转周期相等时出现的。例如，在多切片检测器CT系统中，转台的旋转周期可能处在每秒2转的量级上，而患者的心率可能处在每秒跳动0.75～2次的量级上。在转台的旋转周期与心脏周期接近或重叠的情景下，累积运动数据不仅包括所感兴趣的心脏运动信号，还可能包括涉及数据获取处理的不纯(corruptive)信号。特别地，赫尔加森-路德维希一致性条件的0阶转矩在具有与转台的旋转周期相同周期的信号中生成了低频调制。
一种可分离不纯信号和运动信号的技术是令转台54的旋转速度与患者的心脏周期泾渭分明。例如，足够快的转台旋转速度可使得不纯信号在时域或傅立叶频域中与心脏运动分量在频率上明显不同。同样，例如3秒或更长时间才完成一圈的缓慢的转台旋转可生成在累积运动数据中由频率特性可从心脏运动分量分离出来的不纯运动信号。
例如，在内含区域检测器和圆锥束构成的立体(volumetric)CT系统上可实现缓慢转台旋转。立体CT构成的好处之一是：在单次旋转中，诸如心脏等之类的所感兴趣区域的整体的投影数据是在各视角处获取的。因此，立体CT系统比多切片检测器系统提供了更高的信噪比，因为所感兴趣的整体在各视角处皆处于视野内。
为缓慢转台旋转而构成的立体CT系统因此可被用来获取投影数据。投影数据可利用诸如赫尔加森-路德维希一致性条件的转矩等之类的一致性关系来处理，以从投影数据得出心脏运动数据。例如，赫尔加森-路德维希0阶转矩对应于在一个视角处由检测器22获取的全部数据的线性衰减系数的线累积总和。一般地，对于并列束几何体，静态物体和单色X射线源，0阶转矩对于各视角都应相等，因为物体是静止不动的并且对于各视角都一模一样。然而，对于动态物体，即在视野内经受运动的物体，作为视野函数的投影数据非一致性转变成0阶转矩的变动。这些变动对应于视野内动态物体的构成中的运动或变化。因此，可分析该变动而得出动态物体的运动。
若转台在获取投影数据的同时缓慢旋转，则在得出的运动数据中，与转台旋转关联的不纯信号可在时域或傅立叶变换域上从诸如心脏运动信号等之类所感兴趣的运动信号中分离出来。例如，参考图7，示出了表示0阶转矩的信号150。由转矩计算而得的信号低频分量和由心脏周期内的心脏运动而得的高频分量皆容易识别。
在图8中，对照频率而绘制了使用带有约18秒旋转一周的检测器的立体CT系统获取的投影数据集的0阶转矩的离散傅立叶变换的幅度152。低频人为(artifact)154具有涉及转台旋转的周期，即约每分钟3圈的转台旋转周期，该低频人为154很容易从变换152的心脏部分156中识别和分离。
在分离出不纯信号即低频人为154后，作为视帧函数的0阶转矩可被分析而得出这段时间内的视野内的组织运动。例如，参考图9，对照时间而绘制0阶转矩150，以显示扫描间隔期间成像心脏的心脏运动。从这一信息可确定心脏的周期性，并将其用于诸如选通等之类投影数据的复原，以复原出所感兴趣心脏状态处的影像。
进而，若识别了与所感兴趣立体关联的视野的近似子集，则与那些子集关联的投影数据可被用来生成累积运动数据信号。通过对投影数据的子集的有限分析，诸如心脏信号等之类所感兴趣运动信号的保真度可相对于不纯分量而更显增强。例如，此子集处理可这样来完成：即估计围绕心脏或其他器官的成像系统的总视野内的子域，并对于转台54的各视角位置而识别在检测器22上的此估计区域的阴影。通过这一处理，可达到对所感兴趣运动信号的进一步改善。该运动信号可继而被用来复原出所感兴趣心脏状态处的影像，或要么有助于暂时解决动态组织的投影数据的复原或获取。
本领域的技术人员可知，上述的处理可提供可由CT系统10的计算机36或其他基于处理器的组件来执行的一个或多个例程。该例程可在一个或多个计算机可读介质上存储或访问，该介质例如是磁或光介质，其可以对计算机36或基于处理器的组件进行本地访问或可经诸如因特网或局域网之类的网络连接而异地访问。进而，例程的访问或操作可经操作者工作站40而提供给操作者，作为CT成像系统10的常规操作的一部分。

Claims (33)

1.一种用来选择投影数据集的方法，包括：
(a)获取一投影数据集；
(b)在轴向位置的不同视角处算出包括所述投影数据集的0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩的至少一组转矩；
(c)从所述轴向位置处的所述投影数据集中选择一基准投影数据集；
(d)由所述轴向位置处的所述投影数据集生成两个或多个比较投影数据集；
(e)使用所述至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差；和
(f)基于所述相关误差而选择匹配投影数据集。
2.根据权利要求1的方法，其中，使用多切片检测器CT系统来获得所述投影数据集。
3.根据权利要求1的方法，其中，使用立体CT系统来获得所述投影数据集。
4.根据权利要求1的方法，其中，所述投影数据集包括心脏投影数据集。
5.根据权利要求1的方法，其中，进行计算在所有视角处的转矩。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述基准投影数据集包括半扫描投影数据集。
7.根据权利要求1的方法，其中，所述比较投影数据集包括多扇形投影数据集。
8.根据权利要求7的方法，其中，生成多达N×0的多扇形投影数据集，其中N是组成多扇形投影数据集的扇形数量，而0是多扇形投影数据集的第一视帧与基准投影数据集的第一视帧的偏移。
9.根据权利要求1的方法，其中，通过在可比较视角处对所述基准投影数据集和所述比较投影数据集之间的转矩差值的绝对值进行求和而得出所述相关误差。
10.根据权利要求1的方法，其中，选择具有最低相关误差的匹配投影数据集。
11.根据权利要求1的方法，还包括从所述匹配投影数据集复原出影像。
12.根据权利要求10的方法，还包括从所述匹配投影数据集或从所述匹配投影数据集所复原出的影像中提取周期性信息。
13.根据权利要求12的方法，还包括使用所述周期性信息而从所述投影数据集复原一个或多个影像。
14.根据权利要求1的方法，还包括对于另外的轴位置重复步骤(b)～(f)。
15.根据权利要求14的方法，还包括对于每个匹配投影数据集复原图像。
16.根据权利要求15的方法，还包括示意包括图像的一立体。
17.根据权利要求14的方法，还包括从所述匹配投影数据集或从所述匹配投影数据集所复原出的影像中提取周期性信息。
18.根据权利要求17的方法，还包括使用所述周期性信息而从所述投影数据集复原一个或多个影像。
19.一种CT影像分析系统，包括：
X射线源，其被构成为发射辐射流；
检测器，其被构成为检测所述辐射流并生成响应于所述辐射流的一个或多个信号，其中所述检测器包括数个检测器元件；
系统控制器，其被构成为控制X射线源，并经数据获取系统从一个或多个检测器元件获取投影数据集；以及
计算机系统，其被构成为接收所述投影数据集，在轴向位置的不同视角处算出包括所述投影数据集的0阶转矩、1阶转矩和2阶转矩的至少一组转矩，从所述轴向位置处的所述投影数据集中选择一基准投影数据集，由所述轴向位置处的所述投影数据集生成两个或多个比较投影数据集，使用所述至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差，基于所述相关误差而选择匹配投影数据集。
20.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述检测器包括多切片检测器CT系统。
21.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述检测器包括立体CT系统。
22.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述投影数据集包括心脏投影数据集。
23.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述计算机计算在所有视角处的转矩。
24.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述比较投影数据集包括多扇形投影数据集，并且其中，所述计算机被构成为生成多达N×0的多扇形投影数据集，其中N是组成多扇形投影数据集的扇形数量，而0是多扇形投影数据集的第一视帧与基准投影数据集的第一视帧的偏移。
25.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述计算机通过在可比较视角处对所述基准投影数据集和所述比较投影数据集之间的转矩差值的绝对值进行求和而得出所述相关误差。
26.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述计算机选择具有最低相关误差的匹配投影数据集。
27.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述计算机还被构成为从所述匹配投影数据集复原出影像。
28.根据权利要求19的CT影像分析系统，其中，所述计算机还被构成为从所述匹配投影数据集或从所述匹配投影数据集所复原出的影像中提取周期性信息。
29.根据权利要求28的CT影像分析系统，其中，所述计算机还被构成为使用所述周期性信息而从所述投影数据集复原一个或多个影像。
30.根据权利要求29的CT影像分析系统，其中，所述计算机还被构成为从两个或多个复原的图像示意一立体。
31.一种CT影像分析系统，包括：
X射线源，其被构成为发射辐射流；
检测器，其被构成为检测所述辐射流并生成响应于所述辐射流的一个或多个信号，其中所述检测器包括数个检测器元件；
系统控制器，其被构成为控制X射线源，并经数据获取系统从一个或多个检测器元件获取投影数据集；
计算机系统，其被构成为接收所述投影数据集；
用于在轴向位置的不同视角处算出所述投影数据集的至少一组转矩的部件；
用于从所述轴向位置处的所述投影数据集中选择一基准投影数据集的部件；
用于由所述轴向位置处的所述投影数据集生成两个或多个比较投影数据集的部件；
用于使用所述至少一组转矩而得出各比较投影数据集相对于基准投影数据集的相关误差的部件；以及
用于基于所述相关误差而选择匹配投影数据集的部件。
32.根据权利要求31的CT影像分析系统，还包括用于从所述匹配投影数据集复原出影像的部件。
33.根据权利要求31的CT影像分析系统，还包括用于使用从所述匹配投影数据集或从所述匹配投影数据集所复原出的影像中提取的周期性信息而从所述投影数据集复原一个或多个影像的部件。
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