CN101291626A - 在准轴向轨迹上的ct心脏快速扫描 - Google Patents

Abstract

一种快速扫描仅使用来自大约180°机架旋转而非全转360°的数据。在提供的CT心脏快速扫描中，在机架旋转期间执行周期性轴向焦点移动，其中用于图像重建的采集数据源自机架的180°旋转。在数据采集后，执行近似重建。在优选实施例中，所述焦点在快速扫描的鞍形轨迹上移动。

Description

在准轴向轨迹上的CT心脏快速扫描

本发明涉及断层摄影成像领域。特别是，本发明涉及一种用于检查感兴趣对象的检查装置、一种图像处理设备、一种检查感兴趣对象的方法、一种计算机可读介质和一种程序单元。

实际的CT探测器技术考虑到能够覆盖整个心脏并支持心脏轴向成像的大型探测器。然而，所采集的数据可能不足以进行无伪影重建。如果图像不得不根据所谓的快速扫描(short scan)进行重建，则这种情况会变得更糟。

快速扫描仅仅使用来自机架旋转大约180°而非全转360°的数据。由于提高了时间分辨率因此非常期望将快速扫描用于心脏成像中。一种克服轴向扇束CT的纯图像质量的方法是使用鞍形轨迹。这需要在采集期间沿轴向方向移动X射线的焦点。按照鞍形轨迹进行扫描来采集精确重建所必须的所有数据。

然而，这些方法需要全扫描，且不能与CT心脏的快速扫描要求相兼容。

可以期望拥有一种为CT快速扫描改进的重建。

根据本发明的示例性实施例，可提供一种用于检查感兴趣对象的检查装置，检查装置包括适于在围绕感兴趣对象的扫描路径上移动并向感兴趣对象发射电磁辐射的辐射源、适于探测来自感兴趣对象的图像数据的探测器单元、以及适于基于近似重建过程对所述图像数据进行重建的重建单元，其中，所述检查装置适于在辐射源移动期间执行所发射的电磁辐射焦点在轴向方向上的周期性移动。

因此，根据本发明的这一示例性实施例，基于往复焦点移动执行数据采集，跟着进行近似图像重建。焦点的轴向移动可不与扫描器的旋转同步。

即使仅执行机架的180°旋转，这也可提供改进的图像质量。

根据本发明的另一示例性实施例，近似重建过程包括扇束到平行束的重组(rebinning)、预加权、一维滤波和三维反向投影。

因而，基于经滤波的反向投影执行近似重建。

根据本发明的另一示例性实施例，焦点的周期性移动是正弦曲线移动。

根据本发明的另一示例性实施例，焦点在由快速扫描间隔λ_快速＝[λ₀，λ₀+π+γ]产生的快速扫描鞍形轨迹上移动，其中λ₀为任意开始角度而γ为扇形角度。

根据本发明的另一示例性实施例，该间隔与回顾性门控心脏扫描的门控窗有关。

根据本发明的另一示例性实施例，所述检查装置适于用作CT心脏扫描器系统。

根据本发明的另一示例性实施例，所述检查装置适于用作多管CT扫描器系统，其包括第一X射线管和用于增加采集速度的第二X射线管，其中，所述第一X射线管具有第一焦点，而所述第二X射线管具有第二焦点，其中，所述第一焦点在第一轨迹上执行第一轴向移动，其中，所述第二焦点在第二轨迹上执行第二轴向移动，并且其中，所述第一轨迹与所述第二轨迹相交在交点上。

通过使用多个X射线管，可明显地增加采集速度。

根据本发明的另一示例性实施例，第一焦点的第一轨迹和第二焦点的第二轨迹基本上是相同的轨迹。例如，两个轨迹仅相差一个常量，即

${\stackrel{\→}{a}}_1\left(\mathrm{\λ}\right)={\stackrel{\→}{a}}_2(\mathrm{\λ}+c)$

根据本发明的另一示例性实施例，在多种曲线上执行一维滤波。

此外，根据本发明的另一示例性实施例，由所述探测器单元探测的采集图像数据源自大于最小快速扫描间隔的间隔，从而产生所采集图像数据的冗余，

其中，所述重建单元适于去除该冗余。

如，所采集的图像数据不是源自快速扫描间隔λ_快速＝[λ₀，λ₀+π+γ]，而是源自更大的间隔。这可进一步提高图像质量。

根据本发明的另一示例性实施例，确保来自所有平行束投影角度的贡献是同样的，则基于Parker加权去除采集图像数据的冗余。

这可减少来自投影间隔末处不连贯的伪影。

根据本发明的另一示例性实施例，所述检查装置可应用作为行李检验装置、医疗应用装置、材料测试装置或材料科学分析装置。本发明的应用领域可以是材料科学分析，因为本发明所定义的功能允许对材料进行安全、快速、可靠和高精确地分析。

根据本发明的另一示例性实施例，所述检查装置还可包括布置在电磁辐射源和探测器单元之间的准直器，其中所述准直器适于对所述电磁辐射源发射的电磁辐射波束进行准直，以形成扇束。

此外，根据本发明的另一示例性实施例，所述辐射源适于发射多色辐射束。

根据本发明的另一示例性实施例，可提供用于检查感兴趣对象的图像处理设备，该图像处理设备包括用于存储感兴趣对象的图像数据的存储器。此外，该图像处理设备可包括适于基于近似重建过程对图像数据进行重建的重建单元，其中，该检查装置适于在辐射源移动期间执行所发射的电磁辐射的焦点在轴向方向上的周期性移动。

因此，可提供适于CT快速扫描改进的图像重建的图像处理设备。

根据本发明的另一示例性实施例，可提供一种用于检查感兴趣对象的方法，该方法包括如下步骤：通过使辐射源在围绕感兴趣对象的扫描路径上移动向感兴趣对象发射电磁辐射、由探测器单元探测感兴趣对象的图像数据、以及由重建单元基于近似重建过程对所述图像数据进行重建。在图像采集期间，执行所发射的电磁辐射的焦点在轴向方向上的周期性移动。

据信该方法能提供CT心脏快速扫描改进的图像重建。

根据本发明的另一示例性实施例，可提供一种计算机可读介质，其中存储有用于检查感兴趣对象的计算机程序，当处理器执行时，所述计算机程序适于执行上述方法步骤。

此外，本发明涉及一种用于检查感兴趣对象的程序单元，其可存储在计算机可读介质中。该程序单元可适于执行如下步骤：向感兴趣对象发射电磁辐射、探测感兴趣对象的图像数据以及基于近似重建过程对所述图像数据进行重建，其中在所述焦点在轴向方向上周期性移动期间采集所述图像数据。

所述程序单元可优选地加载到数据处理器的工作存储器中。这样该数据处理器被装备成执行本发明各示例性实施例的方法。所述计算机程序可用任何适当的程序语言进行书写，例如C++并可存储在计算机可读介质上，例如CD-ROM。同样，所述计算机程序可以从诸如万维网的网络获取，可将其从网上下载到各图像处理单元或处理器，或者任何合适的计算机中。

可认为本发明示例性实施例的要点在于，在机架旋转期间执行周期性轴向焦点移动使得所述焦点例如在快速扫描鞍形轨迹上移动，其中用于图像重建的采集数据源自机架的(180°+扇形角度)旋转。在数据采集之后，执行近似重建。

参考下文描述的各实施例，将使本发明的这些和其他方面将得明显。

在下文中将参照如下的附图描述本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明示例性实施例的检查装置的示意图；

图2示出了根据本发明的示例性方法的流程图；

图3示出了根据本发明的图像处理设备的示例性实施例，用于执行根据本发明方法的示例性实施例。

附图中的图示是示意性的。在不同附图中，相似或相同的元件设有相同的参考标记。

图1示出了根据本发明示例性实施例的CT扫描器系统的示例性实施例。参考该示例性实施例，将针对医疗成像应用描述本发明。但是，应当注意到，本发明不限于这种应用，而是还可应用在行李检验，或其他工业应用领域，例如材料测试领域。

图1所示的计算机断层摄影装置100是扇束CT扫描器。图1所绘的CT扫描器包括机架101，其可绕旋转轴102旋转。机架101借助于马达103进行驱动。参考标号104指代诸如X射线源的辐射源，根据本发明的一个方面它发射多色辐射。

参考标号105指代孔径系统，其将从辐射源发射的辐射束整形为扇形辐射束106。以这样的方式指引扇束106：使得它能穿透布置在机架101中心(即在CT扫描器的检查区域中)中的感兴趣对象107，并撞击到探测器108上。如从图1中看到的，探测器108布置在机架101上与辐射源104相对的一侧，使得探测器108的表面被扇束106覆盖。如图1所示，探测器108包括多个探测器元件123，每个元件都能以能量解析方式探测穿透感兴趣对象107的X射线或单独的光子。

在扫描感兴趣对象107期间，辐射源104、孔径系统105及探测器108沿机架101按箭头116指示的方向旋转。为了使带辐射源104、孔径系统105及探测器108的机架101旋转，将马达103连接到马达控制单元117，其连接到计算或重建单元118。

在图1中，感兴趣对象107可以是放在传送带119上的患者或行李物品。在扫描感兴趣对象107期间，当机架101围绕行李物品107旋转时，传送带119沿平行于机架101旋转轴102的方向移动感兴趣对象107。通过这种方式，沿螺旋扫描路径扫描感兴趣对象107。在扫描期间还可停止传送带119，从而测量单个切片。代替提供传送带119的是，例如在感兴趣对象107是患者的医疗应用中可使用移动式检查床。然而，应当注意的是，在所有描述的情形中，还有可能执行其他扫描路径，例如通过以两倍于源-探测器布置的频率周期性前后移动检查床的鞍形轨迹。

探测器108可以连接到重建单元118上。重建单元118可以接收探测结果，即来自探测器108的各探测器元件123的读数，并可基于该读数确定扫描结果。此外，重建单元118与马达控制单元117通信，以便用马达103和120协调机架101与传送带119的移动。

根据本发明的示例性实施例，重建单元118适于基于扇束到平行束的重组、预加权、一维滤波以及三维反向投影来对图像数据进行重建，其中，检查装置100适于在辐射源104的移动期间执行所发射的电磁辐射焦点在轴向方向上的周期性移动。由重建单元118生成的重建图像可以经接口122输出给显示器(图1中未示出)。

重建单元118可实现为数据处理器从而处理来自探测器108的各探测器元件123的读数。

此外，如从图1中可看到的，重建单元118可以连接到扬声器121中，例如其用于在探测到行李物品107中有可疑材料时自动输出警报。

计算机断层摄影装置100包括适于向感兴趣对象107发射X射线的X射线源104。设置在电磁辐射源104和各探测器元件123之间的准直器105适于对从电磁辐射源104发射的电磁辐射进行准直，以形成扇束。各探测器元件123形成多层探测器阵列108。

图2示出了根据本发明检查感兴趣对象方法的示例性实施例的流程图。

该方法开始于步骤1，即向感兴趣对象发射电磁辐射。通过辐射源在围绕感兴趣对象的扫描路径上移动来执行这一电磁辐射发射。辐射源可以是CT心脏扫描器系统的一部分，其支持在机架旋转期间焦点在轴向方向上的周期性移动。

步骤2执行在辐射源移动期间所发射的电磁辐射焦点在轴向方向上的周期性移动。

这种轨迹可以是正弦曲线移动，例如

$\stackrel{\→}{a}\left(\mathrm{\λ}\right)={(R\sin \mathrm{\λ},R\cos \mathrm{\λ},D\sin 2\mathrm{\λ})}^T$

其中λ为该轨迹的参数，R为源半径而D为轴向移动的幅度。T指示将右端矢量进行转置。

为了进行下面在步骤3中执行的图像重建，使用来自快速扫描间隔λ_快速＝[λ₀，λ₀+π+γ]的数据，其中λ₀为任意开始角度和γ为扇形角度。这一间隔与回顾性门控心脏扫描的门控窗有关。

重建包括以下步骤：

-扇束到平行束的重组，

-预加权和一维滤波，以及

-三维反向投影。

下面，更详细地描述所述重建步骤。

平行重组

将测得的锥束数据g()重组成准平行束：

g_P(θ，u，v)＝g(λ，γ，s)

其中θ＝λ+γ是新的角变量，γ是扇形角度而s是探测器排的轴向位置。新的虚拟探测器的坐标可以简单为u＝Rsinγ和v＝s。然而，其他映射也是可能的。该映射可影响所述滤波步骤，并且它可限定反向投影期间有效的束几何构型。

预加权

g_PW(θ，u，v)＝g_P(θ，u，v)cos(φ(u，v))

其中φ(u，v)是锥形角度。

滤波

g_PWF(θ，u，v)＝g_PW(θ，u，v)*h(u)

其中h(u)是斜面滤波器(ramp filter)或修正的斜面滤波器。

反向投影

$f\left(x\right)={\mathrm{\π}}^{-1}\underset{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Σ}}{g}_{\mathrm{PWF}}(\mathrm{\θ},u_X,v_Y)$

其中u_X、v_X是将对象点f(x)投影到投影g_PWF()上的探测器坐标。

可以执行上述基本方法的若干示例性实施例。例如，该方法可应用于多管CT系统，其中多个X射线管用于增加采集速度。在这种系统中，所有的焦点可进行轴向移动，并且可以共享相同的轨迹或至少具有交叉点。

此外，可在多种曲线上执行所述数据的滤波。

还有，所述方法不止利用最小轨迹间隔。可用所谓的Parker加权去除采集数据中得到的冗余，该Parker加权可假设来自所有平行线束投影角的贡献是等同的。该Parker加权描述于Parker，D.L.1982年的“Optimal ShortScan Convolution Reconstruction for Fan-beam CT”，Medical Physics 9(2)，第254-257页，其以引用方式并入本文中。这还可减少来自投影间隔末处不连贯的伪影。

图3示出了处理器401的示例性实施例，用于运行根据本发明方法的示例性实施例。

图3所绘的处理设备400包括处理器401，其连接到用于存储描绘感兴趣对象，例如心脏或其他部分组织或器官图像的存储器402。数据处理器401可连接到多个输入/输出网络或诊断设备，诸如CT设备。数据处理器401此外还可连接到显示设备403，例如计算机监视器，用于显示信息或数据处理器401中计算或适于处理器401的图像。操作者或用户可经键盘404和/或其他输出设备(未在图3中示出)与数据处理器401进行交互。

此外，经由总线系统405，它还有可能将图像处理和控制处理器401连接到例如运动监视器，其监视感兴趣对象的运动。例如假设对患者的肺部进行成像，运动传感器可以是呼气传感器。假设对心脏进行成像，运动传感器可以是心电图机。

本发明各示例性实施例可以作为CT扫描器控制台、成像工作站或PACS工作站的软件选项出售。

应当注意到的是术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个，而且单个处理器或系统可以完成权利要求中所述单元的若干种功能。当然，也可将不同实施例中相关描述的各元件进行结合。

还应当注意到的是，权利要求中任何参考标号不应理解为是对权利要求范围的限制。

Claims (18)

1、一种用于检查感兴趣对象的检查装置，所述检查装置包括：

辐射源(104)，适于在围绕所述感兴趣对象(107)的扫描路径上移动并向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；

探测器单元(108)，适于探测来自所述感兴趣对象(107)的图像数据；

重建单元(118)，适于基于近似重建过程对所述图像数据进行重建；

其中，所述检查装置(100)适于在所述辐射源(104)移动期间执行所发射的电磁辐射焦点在轴向方向上的周期性移动。

2、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述近似重建过程包括扇束到平行束的重组、预加权、一维滤波以及三维反向投影。

3、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述焦点的周期性轴向移动是正弦曲线移动。

4、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述焦点在由快速扫描间隔λ_快速＝[λ₀，λ₀+π+γ]产生的快速扫描鞍形轨迹上移动，其中λ₀为任意开始角度而γ为扇形角度。

5、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述快速扫描间隔与回顾性门控心脏扫描的门控窗有关。

6、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述检查装置(100)适于用作CT心脏扫描器系统。

7、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所述检查装置(100)适于用作多管CT扫描器系统，其包括第一X射线管和用于增加采集速度的第二X射线管；

其中，所述第一X射线管具有第一焦点，而所述第二X射线管具有第二焦点；

其中，所述第一焦点在第一轨迹上执行第一轴向移动；

其中，所述第二焦点在第二轨迹上执行第二轴向移动；并且

其中，所述第一轨迹与所述第二轨迹相交在交点上。

8、如权利要求7所述的检查装置，

其中，所述第一轨迹基本上等同于所述第二轨迹。

9、如权利要求1所述的检查装置，

其中，在多种曲线上执行所述一维滤波。

10、如权利要求1所述的检查装置，

其中，所采集的图像数据源自大于最小快速扫描间隔的间隔，从而产生所采集图像数据的冗余；并且

其中，所述重建单元(118)适于去除所述冗余。

11、如权利要求9所述的检查装置，

其中，确保来自所有平行束投影角度的贡献是同样的，则基于Parker加权去除所采集图像数据的冗余。

12、如权利要求1所述的检查装置，其被配置为由行李检验装置、医疗应用装置、材料测试装置和材料科学分析装置组成的组中的一个。

13、如权利要求1所述的检查装置，

还包括准直器(105)，其被布置在所述电磁辐射源(104)和所述探测器单元(108)之间；

其中，所述准直器(105)适于对所述电磁辐射源(104)发射的电磁辐射束进行准直，以形成锥束。

14、一种用于检查感兴趣对象(107)的图像处理设备，所述图像处理设备包括：

存储器，用于存储所述感兴趣对象(107)的图像数据；

重建单元(118)，适于基于所述近似重建过程对所述图像数据进行重建；

其中，所述检查装置(100)适于在所述辐射源(104)移动期间执行所发射的电磁辐射的焦点沿轴向方向上的周期性移动。

15、一种用于检查感兴趣对象(107)的方法，所述方法包括如下步骤：

通过使辐射源(104)在围绕所述感兴趣对象(107)的扫描路径上移动向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；

在所述辐射源(104)移动期间执行所发射的电磁辐射的焦点在轴向方向上的周期性移动；

由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据；

由重建单元(118)基于近似重建过程对所述图像数据进行重建。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述重建步骤包括：

扇束到平行束的重组；

预加权；

一维滤波；以及

三维反向投影。

17、一种计算机可读介质(402)，其中存储有用于检查感兴趣对象的计算机程序，当由处理器(401)执行时，所述计算机程序适于实现如下步骤：

通过使辐射源(104)在围绕所述感兴趣对象(107)的扫描路径上移动向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；

在所述辐射源(104)移动期间执行所发射的电磁辐射的焦点在轴向方向上的周期性移动；

由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据；

由重建单元(118)基于近似重建过程对所述图像数据进行重建。

18、一种用于检查感兴趣对象的程序单元，当由处理器(401)执行时，其适于实现如下步骤：

通过辐射源(104)在围绕所述感兴趣对象(107)的扫描路径上移动向所述感兴趣对象(107)发射电磁辐射；

在所述辐射源(104)移动期间执行所发射的电磁辐射焦点在轴向方向上的周期性移动；

由探测器单元(108)探测所述感兴趣对象(107)的图像数据；

由重建单元(118)基于近似重建过程对所述图像数据进行重建。

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