CN102028492A - 用于在医学技术中的断层造影成像方法的集中的图像重建 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从测量数据(p)中重建检查对象的图像数据(f)的系统。该系统包括用于采集检查对象的测量数据(p)的至少一个第一和一个第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)、以及与第一和第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)相连的用于从测量数据(p)中重建图像数据(f)的计算机(C 1Recon)。其中所述计算机(C1Recon)具有用于从所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)接收测量数据(p)的输入端，以及用于将重建的图像数据(f)发送到所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)的输出端。

Description

用于在医学技术中的断层造影成像方法的集中的图像重建
技术领域
本发明涉及一种用于从测量数据中重建检查对象的图像数据的系统。
背景技术
在断层造影成像方法中首先对检查对象、通常是对患者进行扫描。相应地，各个医学设备也被称为扫描仪。然后从采集的测量数据中重建图像数据，其中，采用的图像重建算法取决于断层造影设备的种类。重建的图像数据是通过检查对象的二维截面图；还可以确定三维立体图像。经常采用的断层造影方法是计算机断层造影(CT)和核自旋断层造影(NMR)。
在利用CT系统扫描检查对象时，例如使用圆形扫描、具有进给的顺序圆形扫描或者螺旋线扫描。在这些扫描中，借助至少一个X射线源和至少一个相对的探测器从不同的记录角度记录检查对象的吸收数据，并且将这些这样收集的吸收数据或者投影借助相应的重建方法计算为通过检查对象的截面图像。
为了从计算机断层造影设备(CT设备)的X射线CT数据组中、即从所采集的投影中重建计算机断层造影图像，目前作为标准方法采用所谓的滤波的反投影方法(Filtered Back Projection，FBP)。近年来开发了迭代的重建方法，利用这些方法能够消除FBP方法的至少一些限制；然而这些方法是计算量非常大的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种从测量数据中重建检查对象的图像数据的系统。此外，还提供一种相应的计算机、一种方法、一种计算机程序和一种计算机程序产品。
按照本发明的用于从测量数据中重建检查对象的图像数据的系统包括至少一个第一和一个第二医学设备，其中这些医学设备分别用于采集检查对象的测量数据。此外，具有与第一和第二医学设备相连的计算机，其用于从测量数据中重建图像数据。计算机具有用于从医学设备接收测量数据的输入端，以及用于将重建的图像数据发送到医学设备的输出端。
所述系统具有至少三个组件：两个医学设备和计算机。还可以具有多于两个受计算机控制的医学设备。由于医学设备被用来采集用于计算各个检查对象的图像所需的那些数据，图像计算不是通过医学设备的组件进行，而是由计算机进行。也就是说，图像计算容量不是分散地分布在多个医学设备上，而是集中于计算机。计算机可以是具有对于图像重建足够的计算能力的单个的计算机；还可以是由多个计算机组成的机群(Cluster)。
计算机执行的图像重建的种类除了别的之外取决于医学设备的具体结构。可以采用本身公知的算法。计算机的功能强大是具有优势的；在这种情况下，可以采用计算开销特别大的算法。
计算机和医学设备互相分开，即，计算机既不是第一也不是第二医学设备的组成部分。这点不排除它是另一个医学设备的组成部分。计算机可以相应地位于与所述医学设备不同的例如另一个房间、另一个建筑物、另一个城市或甚至在另一个国家或洲。医学设备互相之间也可以是这样。
由第一和第二医学设备采集的测量数据互相独立。特别地，它们可以涉及不同的检查对象或者以不同的方式扫描相同的检查对象。
为了从医学设备接收作为图像计算的基础的测量数据并且向其提供计算的图像数据，在医学设备和计算机之间存在连接。医学设备不必互相连接；在这种情况下形成医学设备到计算机的星形连接。对于在计算机和医学设备之间的数据传输可以采用不同的数据传输方法和物理的传输路径。使用因特网是特别具有优势的。这使得医学设备的几乎任意的地理分布是可能的，而不必提供用于连接到计算机的特有的基础设施。
所述医学设备或者医学设备的至少一些可以如此远地互相隔开设置，以至于其位于不同的时区。这是具有优势的，因为在这种情况下大批量的扫描数据在不同时间到达计算机，从而可以“昼夜不停地”有效利用其容量。
第一和第二医学设备可以是互不相同的断层造影设备。考虑用于三维医学成像方法的所有设备，诸如CT、NMR、AX、PET、乳房X射线照相。
特别具有优势的是，提供加密装置，其使得在医学设备和计算机之间的安全的数据传输是可能的。这样的装置可以设置在医学设备和/或计算机中。防止对数据的拦截和伪造在医学领域中是特别重要的。
按照本发明的计算机用于从测量数据中重建检查对象的图像数据。其具有到至少一个第一和一个第二医学设备的连接，所述第一和第二医学设备分别采集检查对象的测量数据。此外，计算机还具有用于从医学设备接收测量数据的输入端，和用于从接收的测量数据重建图像数据的图像重建部件。最后具有用于将重建的图像数据发送到医学设备的输出端。
在按照本发明的用于从测量数据中重建检查对象的图像数据的方法中，计算机接收第一和第二测量数据，其中，所述第一检查对象的第一测量数据由第一医学设备并且第二检查对象的第二测量数据由第二医学设备事先采集。计算机从第一测量数据中重建第一检查对象的第一图像数据并且从第二测量数据中重建第二检查对象的第二图像数据。最后，计算机将第一图像数据发送到第一医学设备并且将第二图像数据发送到第二医学设备。
在此，该方法的步骤的顺序可以改变。例如，可以首先进行从第一医学设备接收测量数据、计算第一图像数据和将第一图像数据发送到第一医学设备，然后进行关于第二图像设备的相应步骤。
关于按照本发明的系统所描述的实施方式和扩展，可以相应地应用于对于按照本发明的计算机和按照本发明的方法。
按照本发明的计算机程序具有程序代码装置，其适合于，当计算机程序在计算机上运行时，执行上面描述的种类的方法。按照本发明的计算机程序产品包括在计算机可读数据载体上存储的程序代码装置，其适合于，当计算机程序在计算机上运行时，执行上面描述的种类的方法。
附图说明
以下借助实施例更详细地解释本发明。附图中，
图1示出了具有图像重建部件的计算机断层造影系统的实施例的第一示意图，
图2示出了具有图像重建部件的计算机断层造影系统的实施例的第二示意图，
图3示出了具有中央的图像重建计算机的多个分布的断层造影系统。
具体实施方式
图1首先示意性示出了具有图像重建装置C21的计算机断层造影系统C1。在机架外壳C6上有此处未示出的封闭的机架，在该机架上设置了具有相对的探测器C3的第一X射线管C2。可选地，在此处示出的CT系统中设置具有相对的探测器C5的第二X射线管C4，使得通过附加可用的辐射器/探测器组合可以实现较高的时间分辨率，或者在使用不同的X射线能量谱的情况下在辐射器/探测器系统中还可以进行“双能量”检查。
此外，CT系统还具有患者卧榻C8，在该患者卧榻上患者可以在检查时沿着系统轴C9(也称为z轴)被移动到测量场中，其中，扫描本身既可以仅在感兴趣的检查区域中进行没有患者进给的纯的圆形扫描。在此，X射线源C2以及C4分别围绕患者旋转。在此，探测器C3或C5相对于X射线源C2或C4并行地一起运动，以便采集投影测量数据，这些投影测量数据然后被用于重建截面图。作为顺序扫描的替换(在该顺序扫描中患者在各个扫描之间被逐步地移动通过检查场)，当然还可以进行螺旋形扫描，在该螺旋形扫描中患者在利用X射线进行的扫描期间连续地沿着系统轴C9被移动通过在X射线管C2或C4和探测器C3或C5之间的检查场。通过患者沿着轴C9的运动和X射线源C2或C4的同时运转，在螺旋形扫描的情况下在测量期间对于X射线源C2或C4相对于患者产生螺旋轨迹。该轨迹也可以通过如下来实现：在患者不动的情况下沿着轴C9移动机架。
由具有在存储器中存储的计算机程序代码Prg1至Prgn的控制和计算单元C10来控制CT系统10。可以通过控制接口24从控制和计算单元C10出发传输采集控制信号AS，以便按照特定的测量协议(Messprotokoll)控制CT系统C1。
由探测器C3或C5所采集的投影测量数据p(以下也称为原始数据)通过原始数据接口C23被传输到控制和计算单元C10。然后，该原始数据p(必要时在合适的预处理之后)在图像重建部件C21中被进一步处理。在该实施例中图像重建部件C21在控制和计算单元C10中以软件的形式在处理器上实现，例如以一个或多个计算机程序代码Prg1至Prgn的形式。由图像重建部件C21重建的图像数据f然后被存储在控制和计算单元C10的存储器C22中和/或以通常方式在控制和计算单元C10的显示屏上被输出。图像数据还可以通过在图1中未示出的接口被馈入到连接到计算机断层造影系统C1的网络，例如放射学信息系统(RIS)，并且被存储于在那里可访问的海量存储器中或者作为图像被输出。
此外，控制和计算单元C10还可以进行EKG的功能，其中，使用用于在患者与控制和计算单元C10之间传导EKG电势的导线C12。此外，在图1中示出的CT系统C1还具有造影剂注射器C11，通过其可以附加地将造影剂注射到患者的血液循环中，从而可以更好地显示患者的血管、特别是跳动的心脏的心室。此外，还存在进行灌注测量的可能性，所提出的方法同样适合于该灌注测量。
图2示出了C形臂系统，其中与图1的CT系统不同，外壳C6支撑C形臂C7，在该C形臂上一侧固定了X射线管C2另一侧固定了相对的探测器C3。C形臂C7为了扫描同样围绕系统轴C9转动，从而可以从多个扫描角度进行扫描，并且能够从多个投影角度确定相应的投影数据p。如图1的CT系统一样，图2的C形臂系统C1同样具有对图1所描述的种类的控制和计算单元C10。
本发明可以应用于在图1和2中示出的两种系统。此外，本发明原则上还可以应用于其它的CT系统，例如用于具有形成完整环的探测器的CT系统。图1和2的CT系统仅仅是在其中可以应用本发明的医学设备的例子。本发明不限于计算机断层造影系统。在其它断层造影成像方法中，也必须从测量的信号中借助图像重建计算产生图像数据。这样的断层造影成像方法的例子是核自旋断层造影或血管造影。以下描述的系统对于它们也是合适的。
对于重建断层造影图像，存在特殊的重建计算机。这样的计算机在图1和2中以具有图像重建部件C21的控制和计算单元C10的形式被示出。由于这些计算的复杂性和待处理的测量数据的广泛性，为此需要计算能力非常大的计算机。它们与商业上通常的计算机在其大小和其价格上明显不同。与商业上通常的计算机不同，它们非常大并且因此通常被安置在与扫描仪分开的单独的房间中。单独布置其的另一个原因是由计算机的通风引起的噪音负担。尽管这些计算机非常贵，但是其通常没有被完全地利用，因为少数的医学设备不分昼夜地测量并且重建图像数据。如果存在对图像重建方法的扩展和改进，这些扩展和改进例如带来更好的图像质量或更短的计算时间，则当在计算机上安装了新的软件版本时，医学图像拍摄设备的用户才可以从中得益。对于升级、维护和故障消除，分别需要维护技术人员到达断层造影仪，而这是与等待时间和成本相关的。
替代在紧邻测量数据采集模态、即扫描仪的计算机上进行图像重建计算，本发明建议，在远处的中央计算机上或计算机机群上进行所述计算。该工作方式面向“云计算(Cloud Computing)”的原理，在该云计算中在用户的PC上仅安装非常小的客户端软件并且具有更高的计算要求的程序主要组成部分在中央服务器上进行，该中央服务器通过网络、特别是因特网，与用户的PC相连，这导致在用户的PC上的最小的硬件要求。对于个人用户已经存在云计算解决方案，其在一定程度上向用户提供虚拟的计算机，其中，所有的应用在网络中运行并且用户还可以在线地将所有数据存储在服务器上。由此具有因特网入口的每个计算机的用户访问其虚拟计算机并且可以使用其所有的文件和应用。
现在对于医学图像数据的重建应用云计算。与用于个人用户的解决方案的情况下不同，在此主要优点不是从各地灵活访问数据和程序，而是对于大量的医学测量系统可以非常有效地利用计算机硬件并且由此能够对每个医学设备提供更大的计算容量。基本思路是，在一个大的中央计算机或计算机机群中共享计算机硬件，比每个断层造影仅访问一个单个的小的本地计算机更有效。
图3示出了这样的系统。在不同的位置上存在计算机断层造影系统C1′，C1″和C1″′。计算机断层造影系统C1′，C1″和C1″′的每一个具有一个控制和计算单元C10′，C10″和C10″′。它们分别用于对测量过程的控制，以及对所采集的测量数据p的可能的最初处理。由控制和计算单元C10′，C10″和C10″′将测量数据p传输到中央的图像重建计算机C1Recon。这里进行图像重建，然后将结果的图像数据组f发送回控制和计算单元C10′，C10″和C10″′。然后可以由控制和计算单元显示并且必要时处理结果的图像。与参考图1和2解释的控制和计算单元C10不同，图3的系统的控制和计算单元C10′，C10″和C10″′没有图像重建部件C21。也就是说，控制和计算单元C10′，C10″和C10″′可以是与又大又贵的图像重建计算机不能比的功能更弱的计算机。图像重建部件被集中在中央的图像重建计算机C1Recon中。
有效运行的前提条件自然是控制和计算单元C10′，C10″和C10″′与中央的图像重建计算机C1Recon的足够快的网络连接，以便保持直到获得重建的图像数据组f的等待时间短并且使得不比在常规的本地或离散的重建解决方案中更慢。为了保证在各个用户C1′，C1″和C1″′与中央的图像重建计算机C1Recon之间的数据的安全性，在传输前对数据p和f相应地加密。
作为扩展，不仅可以在中央的图像重建计算机C1Recon上进行医学图像数据f的重建，而且还可以进行图像数据的可自动执行的后处理以及计算机辅助的诊断(CAD)。为此的例子是去除在CT图像中的骨骼、自动标出血管中心线等等。
用于进行医学图像重建的这样的集中的解决方案带来诸多优点：
a.如已经提到的，在控制和计算单元C10中不需要具有图像重建部件C21。即，可以减少对于扫描仪本地所需的硬件，这导致成本节省。由此可以降低扫描仪的基本价格并且对于医学图像拍摄系统的固定成本实现低的入门价格。
b.通过集中的图像重建，昼夜不停地实现了重建计算机的容量的最佳利用。替代在每个设备上运行一个特有的、分别没有被完全利用的图像重建计算机，能够昼夜不停地有效利用处理不同系统、可能来自整个世界的数据的中央图像重建计算机C1Recon。当将数据发送到中央图像重建计算机C1Recon的不同扫描仪位于不同的时区时，特别是如此。对计算机硬件的更好利用有助于降低成本。
c.功能相当强大的中央图像重建计算机C1Recon与足够的传输速度一起导致更快速的图像重建。由此节省烦人且宝贵的等待时间。
d.通过取消本地的重建计算机，可以明显降低用于成像系统的空间需求，例如不需要提供用于重建计算机的附加空间，这又导致成本节省。
e.集中的图像重建允许为扫描仪的供应商提供新的结算模型。由于重建硬件的取消，一方面可以降低对于系统的用户的固定成本。另一方面可以或者单个地(“pay per reconstruction，按重建付费”)或者直到“重建统一费用(Reconstruction Flatrates)”地结算所完成的重建。对于客户具有如下优点：能够明显更便宜地操作未充分利用的扫描仪，对于提供者优点在于，更强的客户连接，以及不断的收入来源。
f.利用集中的图像重建的方案还具有如下优点：扫描仪的制造者可以保证，总是自动地使用最新和最好的图像重建软件并且避免在图像重建中由于对本地重建软件的非最佳设置引起的可能故障。由此该方法还有助于实现更好的图像质量。
g.明显改善了对于重建硬件和软件的维护可能性。因为仅在中央的位置进行重建，所以可以在那里由负责的专家最佳地指导该过程。本地的维护技术人员不必考虑这些问题，由此缩短了扫描仪在这些问题情况下的故障时间。如果存在对重建软件的故障消除和改进，则在集中的方法中所有的用户可以同时并且明显更快地访问重建软件，因为为此不需许多单个的本地安装。
h.大的中央图像重建计算机C1Recon对于新的更大计算量的重建方法、例如对于迭代的图像重建，提供了好的基础，对于该迭代的图像重建，目前的本地图像重建计算机通常不能提供足够的计算容量。
接受的是，关于患者图像的获取的任何成本下降都是高度期望的；因为由此最先进的诊断可能性可以被提供给更多的人。
前面对一个实施例描述了本发明。可以理解的是，在不脱离本发明范围的条件下，可以有大量改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于从测量数据(p)中重建检查对象的图像数据(f)的系统，包括：
用于采集检查对象的测量数据(p)的至少一个第一和一个第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)，
与第一和第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)相连的用于从测量数据(p)中重建图像数据(f)的计算机(C1Recon)，
其中，所述计算机(C1Recon)具有用于从所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)接收测量数据(p)的输入端，以及用于将重建的图像数据(f)发送到所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)的输出端。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机(C1Recon)通过因特网与所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一和第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)位于不同的时区。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述第一和第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)是互相不同的断层造影设备。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一医学设备(C1′，C1″，C1″′)是CT设备(C1)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，具有用于在所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)和所述计算机(C1Recon)之间的安全的数据传输的加密装置。
7.一种用于从测量数据(p)中重建检查对象的图像数据(f)的计算机(C1Recon)，包括：
到用于采集检查对象的测量数据(p)的至少一个第一和一个第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)的连接，
用于从所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)接收测量数据(p)的输入端，
用于从接收的测量数据(p)中重建图像数据(f)的图像重建部件，和
用于将重建的图像数据(f)发送到所述医学设备(C1′，C1″，C1″′)的输出端。
8.一种用于从测量数据(p)中重建检查对象的图像数据(f)的方法，在该方法中，计算机(C 1Recon)接收第一和第二测量数据(p)，其中，第一检查对象的第一测量数据(p)由第一医学设备(C1′，C1″，CI″′)并且第二检查对象的第二测量数据(p)由第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)事先采集，
所述计算机(C1Recon)从第一测量数据(p)中重建第一检查对象的第一图像数据(f)并且从第二测量数据(p)中重建第二检查对象的第二图像数据(f)，
所述计算机(C1Recon)将第一图像数据(f)发送到第一医学设备(C1′，C1″，C1″′)并且将第二图像数据(f)发送到第二医学设备(C1′，C1″，C1″′)。
9.一种具有程序代码装置(Prg1-Prgn)的计算机程序，其用于，当在计算机(C1Recon)上运行所述计算机程序时，执行按照权利要求8所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括在计算机可读的数据载体上存储的程序代码装置(Prg1-Prgn)，其用于，当在计算机(C1Recon)上运行所述计算机程序时，执行按照权利要求8所述的方法。
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