CN102844793B - 用于门控x射线ct成像的稀疏数据重建 - Google Patents

用于门控x射线ct成像的稀疏数据重建 Download PDF

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Abstract

当对诸如患者心脏中的钙沉积的致密结构成像时，执行慢速扫描（例如，小于大约6rpm）CT数据采集，其中在以大约360°围绕患者旋转期间连续地但是稀疏地采集数据。在给定患者心率和CT机架速度的情况下，弧段被定义为等于一个心脏周期（例如，心跳）。使用心电图信号数据来识别所采集的投影数据集，该投影数据集对应于在其期间心脏相对静止的多个心脏周期时相的每一个。对所识别的稀疏投影数据集执行稀疏重建算法以从针对所有心脏周期上的该时相采集的扫描数据生成每一心脏周期时相的图像。

Description

用于门控X射线CT成像的稀疏数据重建
本申请在门控心脏CT数据重建程序和系统中尤其有用。然而，将意识到，所描述的（一项或多项）技术也可应用于其他类型的成像系统、其他图像重建技术，和/或其他医学应用。
电子束CT（EBCT）是针对心脏成像而专门设计的。它利用快速扫描电子束来轰击位于患者周围的大钨靶，生成用于成像的X射线束。由于在X射线机架中没有物理的移动部分，因此其可以实现非常快的扫描速度，通常明显低于每切片100ms，这对于使用ECG门控来“冻结”心脏是足够好的。因此EBCT在多年来一直是执行心脏冠脉钙化积分测试的黄金标准设备。然而，EBCT具有几个缺点。首先，由于系统输出功率受到设计的限制，因此图像具有高的统计学噪声；其次，其高度专用于心脏应用并且不能用作通用目的CT；再次，硬件是昂贵的。因此，近年来，多切片CT（MSCT）已经开始出现并且在心脏成像中成为EBCT的替代选择。
用于对跳动的心脏成像以进行诊断的其他技术包括使用在前瞻性的或者回顾性的ECG门控帮助下的高速（具有亚秒级旋转）MSCT。在前瞻性门控的情况下，CT机架围绕患者持续旋转。X射线管在大部分时间保持关闭，并且只有当ECG信号指示心脏处在某些运动时相时才被触发。一旦心脏准备好进行快照，X射线管将发射X射线，并且为了有效的重建，机架在心脏离开这一运动时相之前必须快速地覆盖足够的角度，并且电子器件也需要足够快以采集、传送和存储数据。然后患者床移动到下一个床位并且重复以上程序直到覆盖整个心脏。如果使用回顾性ECG门控，那么X射线管连续地发射，以在每个床位采集至少一个心脏周期。然后基于ECG信号标记来选出“良好的”数据并将其用于重建。
传统方法因而试图通过使用快速CT和前瞻性的或者回顾性的心脏门控来冻结对象的运动，其不利地导致了高辐射剂量和/或只允许重建一个单独的心脏时相。因为需要在很短的持续时间内采集每个重建切片所需的投影数据，所以传统方法对于系统的机械和电气设计也强加了苛刻的要求。传统方法具有几个缺点：要求系统的机架十分快速地运动，这阻碍了相对慢速旋转的平板CT系统采用所述传统方法；辐射剂量可能非常高，尤其是当使用回顾性门控时；以及在实践中，不能复原完整的心脏运动。
在现有技术中，需要一种系统和方法，其便于使用划算、安全、慢速扫描的具有平板X射线CT探测器的CT扫描器，或者类似物，来生成特定心脏周期时相的静止图像，因而克服以上提及的不足。
根据一个方面，一种便于针对门控计算机断层摄影成像使用稀疏数据重建的系统包括：CT扫描器，其包括具有X射线源和平板X射线探测器的旋转机架，并且执行患者心脏的慢速CT扫描以便在围绕患者连续旋转机架的同时生成多个投影图像数据集；以及患者监测设备，其生成生理周期时相信息。该系统还包括处理器，处理器根据多个生理周期时相将投影图像数据分类，使得每个生理周期时相的数据跨越被长弧段分隔开的多个短弧段，所述长弧段比所述短弧段更长。处理器执行稀疏数据重建算法并且重建每个生理周期时相的图像，在与多个生理周期期间的生理周期时相对应的多个短弧段上重建每个图像。
根据另一方面，一种针对门控X射线计算机断层摄影成像使用稀疏数据重建的方法，包括通过缓慢并且连续地环绕患者旋转CT扫描器的机架来采集跳动的心脏的CT扫描数据，以生成多个投影图像数据集，该机架具有耦合到其的X射线源和平板X射线探测器。该方法还包括在采集CT扫描数据的同时采集描述患者心脏的多个生理周期的生理信号数据，以及使用生理信号数据来识别每个生理周期的不同时相。此外，该方法包括根据时相来分类投影图像数据，在所述时相期间采集图像投影数据，以及对被分类的投影图像数据执行稀疏重建算法以重建生理周期的每个所识别时相的图像。
根据另一方面，一种便于从在门控的慢速计算机断层摄影（CT）扫描期间采集的稀疏投影数据来重建解剖图像的系统，包括CT扫描器，该CT扫描器执行对在扫描期间处于运动中的感兴趣体积的慢速门控CT扫描，以及在围绕所述感兴趣体积的360°旋转期间与多个生理周期的时相对应的多个短弧段上收集稀疏投影数据。所述系统还包括处理器，其通过执行稀疏数据重建算法而生成感兴趣体积的图像，该稀疏数据重建算法重建在CT扫描器的旋转期间沿着多个短弧段采集的稀疏投影数据。
一个优点是与使用快速MSCT的心脏CT成像相比成本的降低。
另一优点在于针对使用心脏时相特异性衰减图的PET/SPECT图像数据改善的衰减校正。
另一优点在于可以以不比常规CT扫描更多的X射线剂量来获得整个心脏运动周期。
另一优点在于使用常规CT辐射剂量的一部分来获得单一时相的无运动心脏图像。
通过阅读和理解了以下详细描述，本领域普通技术人员将意识到主题创新的仍进一步优点。
附图仅出于图示各方面的目的，并且不应被解释为限制性的。
图1图示了一种系统，其针对门控心脏成像或者类似物采用稀疏数据重建技术来成像周期性运动对象（例如，心脏），以便检测沉积在冠状动脉中的钙；
图2图示了由不同虚线指示的多个心脏周期时相的示意图；
图3图示了在心脏周期的第一时相期间的真实切片图像和稀疏重建的切片图像；
图4图示了在心脏周期的第二时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图5图示了在心脏周期的第三时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图6图示了在心脏周期的第四时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图7图示了在心脏周期的第五时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图8图示了在心脏周期的第六时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，它们具有示出于心脏中的钙沉积；
图9图示了在心脏周期的第七时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图10图示了在心脏周期的第八时相期间的真实图像和稀疏重建的图像，并且具有示出于心脏中的钙沉积；
图11图示了12-心脏周期扫描的第一时相的示例性截屏，并示出了钙沉积；
图12图示了使用稀疏数据重建技术来成像周期性运动对象（例如，心脏）的方法。
参照图1，图示了采用稀疏数据重建技术来成像周期性运动对象（例如，心脏）的系统10。本实施例侧重于门控心脏成像（例如，针对钙化积分以便检测心肌组织中的钙沉积、CT血管造影术，等等）。然而，也预期用于其他目的的定格成像。例如，采用用于心脏成像的慢速X射线CT扫描算法或者技术12，使得CT扫描器15（例如飞利浦的BRIGHTVIEWTM XCT扫描器，或者类似物）上的机架14的每个旋转包含几个心脏运动周期，例如，10-12个。与其中假设感兴趣体积为静止的“快速”扫描相反，“慢速”扫描被定义为具有足够长的采样周期（或者弧距离）从而可以假设感兴趣体积呈现出运动的扫描。例如，如果感兴趣体积为人类心脏，其每秒跳动大约一次，那么慢速扫描可采用大约700ms或者更大的采样周期，使得在该采样周期期间心脏在某一时刻将呈现出运动。相反，同一心脏的快速扫描可具有大约10ms或者更短的采样周期，使得很可能在该快速扫描采样周期期间收集的投影数据当被重建时将生成“静止的”图像。也就是，快速扫描的采样周期十分短使得心脏的运动不成为影响因素。通过使用慢速扫描以及与生理周期例如心跳中的感兴趣时相相关的稀疏采集的投影数据，限制了到达患者的辐射剂量。此外，在慢速CT扫描期间的稀疏数据采集允许使用稀疏数据重建算法来将该稀疏投影数据重建为图像。
根据由诸如ECG设备20的患者监测设备记录并在数据采集22期间加上时间戳的心电图（ECG）信号数据18来选择针对每个运动时相所采集的投影数据16。在另一实施例中，使用呼吸监测器来生成呼吸周期信号数据以在门控呼吸成像程序中使用。时间戳信息24和ECG数据18存储在存储器26中。通过分类算法27将数据分类，该算法当被处理器执行时，根据心脏时相来分类数据，然后使用稀疏数据重建算法28来重建心脏的每个时相，以创建一系列高分辨率的、无运动的心脏图像30（例如，心脏的3D或者切片图像）。稀疏数据重建是使用有限投影视图的迭代重建算法。它可以从少至20个的角度视图中产生高质量的CT图像。相比之下，典型的CT重建算法需要多于10倍的角度视图。在Emil Y.Sidky,Chien-Min Kao和Xiaochuan Pan发表于Journal of X-Ray Science and Technology 14(2006)第119-139页的“Accurate image reconstruction from few-views and limited-angledata in divergent-beam CT”中描述了稀疏数据重建技术的例子。重建算法28和心脏图像30也存储在存储器26中。系统10因而便于使用单独的慢速CT扫描旋转来复原完整的心脏运动周期，并且可以结合螺旋和平板CT成像设备两者而实施，同时减少对患者的辐射剂量。
因此，该系统使用ECG门控32（例如，存储在存储器26中的门控算法）来执行跳动的心脏的慢速CT扫描。单一扫描旋转的持续时间足够长以包含几个心脏周期，但是足够短以允许在扫描期间屏住呼吸。例如，患者的心脏可以每分钟跳动60次，导致一秒的心脏周期持续时间。患者的呼吸速率可以是每分钟12次呼吸，或者每5秒一次，虽然患者可能能够在更长的持续时间中屏住他或者她的呼吸。在这一情况下，慢速扫描旋转持续时间可能是大约12秒，以包含12次心跳同时保持适度地短以允许患者屏住他的呼吸而不会变得不适。虽然在360°旋转的情况下进行了描述，但是将意识到扫描器在屏气期间可旋转多于或者少于360°。
基于ECG信号18，将从心脏图像数据30生成的投影图像30分组为不同的心脏运动时相34，其在图3-10中详细地示出。每个时相包含每一心跳的那一时相的一些投影，该心跳针对每次屏气的12次或者其他数量心跳中的每一个。通过例如处理器36对来自每个时相的投影数据执行稀疏重建算法28，以将每个运动时相重建为包括跨越完整心脏运动周期的一系列图像的电影图像数据30，并将其显示在显示器38上。具有门控心脏成像的慢旋转CT系统10可以与多种CT系统一起使用，该多种CT系统包括但不限于平板CT、螺旋CT、锥形射束CT系统例如飞利浦的BRIGHTVIEWTM-XCT系统或类似物，等等。
系统10包括处理器36和存储器26，该处理器36执行用于执行在本文中描述的功能、方法、技术等的计算机可执行指令，并且该存储器26存储所述指令。例如，处理器36执行计算机可读指令以采集投影数据、选择所采集的投影数据、给ECG信号数据加时间戳、执行稀疏数据重建、显示无运动的心脏图像数据，以及在本文中描述的任何其他功能。
存储器26可以是存储控制程序的计算机可读介质，例如磁盘、硬盘驱动器，或者类似物。计算机可读介质的常见形式包括，例如，软盘、软磁盘、硬盘、磁带、或者任何其他磁性存储介质，CD-ROM、DVD、或者任何其他光学介质，RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、及其变型，其他的存储芯片或盒式磁盘，或者处理器36可以读取和执行的其他有形介质。在本文的背景下，系统10可实现在或者实现为一个或多个通用目的计算机、（一个或多个）专用计算机、可编程微处理器或者微控制器以及外围集成电路元件、ASIC或者其他集成电路、数字信号处理器、硬接线的电子线路或逻辑电路例如分立元件电路、可编程逻辑设备例如PLD、PLA、FPGA、图形卡CPU（GPU）或者PAL，或者类似物。
根据一个实施例，系统10使用安置在X射线源42对面的缓慢旋转的平板X射线探测器40来收集心脏成像数据，该X射线源42和X射线探测器40都耦合到CT扫描器15的旋转机架14。所图示的扫描器还包括一对核探测器44（例如，单光子发射计算机断层摄影（SPECT）探测器或者一些其他适当的核探测器）、显示器38、以及将患者（未示出）平移到检查区域48以进行成像的患者台或者榻46。
将意识到，所描述的系统和方法采用双成像模态，其中以例示的方式描述了组合的SPECT/CT成像模态，但是也预期其他的组合。例如，所描述的系统和方法可采用组合的正电子发射断层摄影（PET）/计算机断层摄影（CT）、SPECT/磁共振成像（MRI）、PET/MRI、SPECT/超声、PET/超声、或者任何其他适当的多模态成像技术。在本文中描述的系统的多模态提供了几个优点，例如便于生成功能性图像的同时允许使用靶向分子制剂（例如，示踪物、标记物，等等），或者类似物。此外，虽然在本文中描述的很多例子涉及钙沉积检测，但是将意识到，所描述的系统和方法可在其他适当的密实或致密材料或结构中采用，以及用于其他医学程序。
根据另一实施例，存储器中存储衰减校正算法50（例如，模块或者计算机可执行指令），其被处理器执行以校正从通过核探测器44采集的核扫描数据生成的核图像中的衰减。衰减校正模块50采用心脏图像30以及任选地采用心脏运动时相数据34来改善核图像的质量。该衰减校正模块可包括用于使用现有技术中已知的CT图像数据或者其变型来执行核图像数据的衰减校正的指令。
CT扫描器15的平板X射线探测器设计提供了良好的空间分辨率，同时该系统的小体积允许其用于不能容纳更大的、传统的多模态成像系统的介入性应用。此外，多模态CT系统针对多种成像模式采用共同的成像平面，这便于将来自多种模式的图像数据相融合。核探测器探头44的几何结构允许操作者在CT成像期间，或者当介入学专家需要接近患者和/或需要在核成像期间将平板X射线探测器40折叠到收起位置时，将一个或多个探头移开（例如，缩回至收起位置）。也可以将核相机和X射线探测器中的一个或多个移动到收起位置以允许临床医生或者介入学专家接近患者，例如在程序期间或者类似时机。此外，成像部件（例如，探测器、相机、源，等等）的相对慢速旋转（例如，大约5-6rpm或者更少）改善了患者和操作者的安全性。
根据另一实施例，连续旋转平板探测器40和X射线源42的同时在多次心跳中，例如10-12次心跳中，收集数据集。因为心脏仅在心跳的一部分中处于选定的心脏时相，所以在多个（例如，10-12个）间断的弧段上沿着多个紧密间隔的角度收集数据。针对每个时相的样本数量并不一定相同，而是根据心脏保持在基本相同位置的持续时间而变化。例如，通常在心脏周期的快速移动部分期间进行数据采样，例如在周期的Q-R-S部分期间。参照图2更加详细地描述了这一方面。
继续参考图1，图2图示了由不同的虚线指示的多个心脏周期时相的示意图。在图示的例子中，描绘了8个弧段60，每个跨越一个心脏周期61，每个弧段都包括多个时相，其中标注了患者心脏68的心跳的三个时相62、64、66。然而，将意识到，可以采集描述任何期望数量的心脏周期和任何期望数量的心脏时相的数据。
在每个时相的数据的采样之间的插入弧段或者间隙70可与对应于每个在其上收集数据的时相62、64、66的弧段一样大或者更大。例如在图2的例子中，在8个弧段上收集针对每个时相62的数据，其中心脏处于时相62。该弧段对应于心脏处于相对静止位置的持续时间，例如在心脏是接近静止的每个标记62之后的几度上。然后使用稀疏数据重建算法28来重建每个时相的数据。在一个实施例中，稀疏数据重建算法使用基于关于所生成图像数据结构的假设的正则化（regularization）。归因于这一正则化，所生成的图像与使用常规图像重建技术对不连续数据执行的重建的情况相比具有更高的分辨率，以及具有更少的伪影。也就是，常规重建技术不能重建这种不连续数据。
根据一个实施例，8个心脏周期60每个跨越大约45°的长度。对于每个心脏时相，CT扫描器15在穿过每个心脏周期60的大约1-8°的同时采集扫描数据。间隙70包括大约37-44°。在其他实施例中，每个心脏周期所跨越的弧长取决于患者心率、期望扫描数据的心脏周期的数量以及CT扫描器旋转速度。
图3-10示出了体模的截屏切片图像，其在8个心脏周期时相的每一个期间被生成为患者心脏94的“基础事实”（即，参考）图像90，以及稀疏重建（SR）图像92。患者心脏的每个参考图像90和稀疏重建图像92从心脏周期同一时相的多个不同投影角度上收集到的数据生成，并且对应于图2的8个心脏周期61。虽然对图3-10中的每一个的描述包括沿其稀疏地收集（使用前瞻性门控）或者重建（使用回顾性门控）数据的弧或者角度（或者弧或角度组）的数量的例子，但是将意识到，所有时相均可使用任何适当数量的弧或角度，或者角度组来获得，（例如，12个弧、10个弧、8组3采样角度，等等）。
图3图示了在心脏周期的第一时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92。由沿着围绕患者均匀间隔的多个弧捕获的投影数据生成SR图像92。例如，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的小角度前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。每个弧可包括在该弧之内彼此间隔大约0.75°的5个采样角度（例如，子弧、分段，等等），从而12个弧的每一个具有大约3.75°的弧长。然后重建12个投影数据集以生成被成像心跳的时相的静止图像。
图4图示了仅在心脏周期第二时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于真实图像的心脏96中的钙沉积94。图4的SR图像92从沿着围绕患者的360°旋转的多个弧重建，每个弧对应于心脏周期的时相并且具有大约3.75°的长度。例如，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的小角度前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。然后重建12个投影数据集以沿着该12个弧生成被成像的心跳的时相的静止图像。
图5图示了在心脏周期第三时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。在一个实施例中，SR图像92是从沿着围绕患者的360°旋转的12个分段而采集生成的。例如，每个弧在长度上可以是几度，其中大约每30°出现一个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。
图6图示了在心脏周期第四时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。图6的SR图像92从沿着围绕患者的360°旋转的多个弧形组重建。例如，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的采样角度的小组前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。采样角度的每个组可包括5个采样角度，间隔分开大约0.75°。然后重建12个投影数据集以生成心跳的第一时相的静止图像。
图7图示了在心脏周期第五时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。在一个范例中，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的采样角度的小组前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。每个采样角度组可包括5个采样角度，间隔分开大约0.75°。然后重建12个投影数据集以生成心跳的第一时相的静止图像。
图8图示了在心脏周期第六时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。根据一个范例，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的采样角度的小组前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。每个采样角度组可包括5个采样角度，间隔分开大约0.75°。然后重建12个投影数据集以生成心跳的第一时相的静止图像。
图9图示了在心脏周期第七时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。图9的SR图像92从沿着围绕患者的360°旋转的多个弧重建。例如，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的小角度前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。然后重建12个投影数据集以生成被成像心跳的时相的静止图像。
图10图示了在心脏周期第八时相期间的真实图像90和稀疏重建图像92，并且具有示出于心脏96中的钙沉积94。在一个范例中，在围绕患者的360°旋转期间可以针对沿着12个弧的采样角度小组前瞻性地或者回顾性地门控投影数据，其中以大约30°分隔每个弧（受控于通过门控心脏周期确定的心率的变化）。采样角度的每个组可包括5个采样角度，间隔分开大约0.75°。然后重建每个包括来自5个采样角度的投影数据的12个投影数据集，以生成心跳的第一时相的静止图像。
图11示出了12-心脏周期扫描的第一时相的示例性截屏110，与钙沉积一起示出。图像112是使用在心脏周期的第一时相期间在围绕心脏96的12个不同角度处获取的采集扫描数据的Feldkamp-Davis-Kress（FDK）重建而生成的第一投影图像，其中将钙沉积94示为亮点。投影图像数据是从12个采样角度或者弧采集的，其是几个心跳或者周期的第一时相的投影。从其采集数据的采样角度彼此大约间隔30°，以覆盖围绕患者的完整的360°旋转。然后反投影所采集的投影数据，并且将强度相加。
图像114是使用在心脏周期的第一时相期间在围绕心脏96的60个不同角度处获取的采集扫描数据的FDK重建而生成的另一第一时相图像，其中将钙沉积94示为亮点。在一个实施例中，将该60个采样角度划分为12组，每个包括5个分隔0.75°的投影。每个采样组与下一个采样组分隔大约30°，并且覆盖不同心跳的第一时相。例如，第一采样组包括第一心跳的第一时相的5个采样；第二采样组包括第二心跳的第一时相的5个采样，等等。图像114的数据比图像112的数据更加完整，因为其每个采样组中包含了5个投影而不是1个。
图像116示出了心脏96的具有钙沉积的体模真实图像。图像118示出了患者心脏96的具有钙沉积94的稀疏重建图像，其由沿着60个采样角度收集的数据来生成，该60个采样角度处于沿着围绕患者的360°旋转中的间隔分开大约30°的12个不同的5-样本组中。将意识到，所描述的实施例不限于在本文中描述的具有特定间隔和长度的5个角度的12条弧，而是可采用具有任意期望长度和/或间隔的任意期望数量的弧和/或角度。
图12图示了使用稀疏数据重建技术来成像周期性运动对象（例如，心脏）的方法。在130，与ECG门控一起执行跳动的心脏的慢速（例如，小于大约6rpm）X射线扫描。扫描持续时间足够长以包括几个心脏周期，但是足够短以在扫描期间屏住呼吸。在132，分析ECG信号以识别心脏周期的不同时相。在134，基于该ECG信号，生成投影图像并且根据它们的不同心脏时相来将其分组。每个被成像的时相包含来自每个心跳的指定时相的几个投影。在136，对所采集的数据执行稀疏数据重建技术或者算法以重建每个运动时相并且组成完整心脏运动周期的图像。
已经参照几个实施例来描述了本发明。当阅读和理解了前述详细描述时他人可想到修改和变型。本发明旨在被解释为包括所有的这种修改和变型，只要它们落在所附权利要求或者其等价物的范围之内。

Claims (18)

1.一种便于针对门控计算机断层摄影成像使用稀疏数据重建的系统(10)，包括：
CT扫描器(15)，其包括具有X射线源(42)和平板X射线探测器(40)的旋转机架(14)，并且所述CT扫描器执行患者心脏(68)的慢速CT扫描以便在围绕所述患者连续旋转所述机架(14)的同时生成投影图像数据的多个集合，从而在绕所述心脏(68)的360°旋转期间与多个生理周期的时相(62，64，66)对应的多个短弧段上收集稀疏投影数据；
患者监测设备，其生成生理周期时相信息；以及
处理器(36)，其：
根据多个生理周期时相将所述投影图像数据分类，使得针对每个生理周期时相的投影图像数据跨越被长弧段分隔开的多个短弧段，所述长弧段比所述短弧段更长；
执行稀疏数据重建算法(28)并且重建所述生理周期时相中的每个的图像(30)，在与多个生理周期期间的所述生理周期时相对应的所述多个短弧段上重建每个图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，包括以下中的至少一个：
所述机架在所述CT扫描期间以6rpm或者更低的速度旋转；以及
所述CT扫描器(15)在一次旋转中采集8-12个生理周期的扫描数据，每个生理周期包括所述多个生理周期时相。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述生理周期是心脏周期和呼吸周期之一，并且所述患者监测设备分别是心电图仪ECG(20)和呼吸监测器之一。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理器使用ECG信号数据(18)门控针对所述心脏周期的每个时相采集的扫描数据(16)，以便将所采集的扫描数据(16)对应于每个心脏周期时相。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，还包括计算机可读介质(26)，其存储以下中的一个或多个：
数据采集算法(22)；
所采集的投影数据(16)；
ECG信号数据(18)；
ECG数据时间戳信息(24)；
ECG门控算法(32)；
稀疏重建算法(28)；
心脏图像(30)；以及
心脏运动时相数据(34)。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述CT扫描器(15)是多模态CT扫描器，所述多模态CT扫描器包括所述X射线源(42)、所述平板X射线探测器(40)以及两个核探测器(44)。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，还包括衰减校正模块(50)，该衰减校正模块由所述处理器执行以使用所述图像(30)来校正核图像中的衰减。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，包括以下中的至少一个：
所述生理周期是心跳；
前瞻性地门控所述CT扫描，使得所述CT扫描器(15)只沿着所述短弧段收集数据以最小化递送到心脏的辐射剂量；以及
以允许所述CT扫描器(15)在360°旋转期间采集大约6-12个生理周期的速度来执行所述CT扫描。
9.一种针对门控X射线计算机断层摄影成像使用稀疏数据重建的方法，包括：
通过缓慢并且连续地绕患者旋转CT扫描器(15)的机架(14)来采集跳动的心脏的CT扫描数据(16)，以生成投影图像数据的多个集合，所述机架具有耦合到其的X射线源(42)和平板X射线探测器(40)，从而在绕所述心脏(68)的360°旋转期间与多个生理周期的时相(62，64，66)对应的多个短弧段上收集稀疏投影数据；
在采集所述CT扫描数据(16)的同时使用患者监测设备采集描述所述患者的心脏的多个生理周期的生理信号数据(18)；
使用所述生理信号数据(18)识别每个生理周期的不同时相；
根据时相分类所述投影图像数据，其中在所述时相期间采集所述投影图像数据；以及
对被分类的投影图像数据执行稀疏重建算法以重建所述生理周期的每个所识别的时相的图像。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下中的至少一个：
在所述CT扫描期间以6rpm或者更小的速度旋转所述机架；以及
在一次旋转中采集8-12个生理周期的扫描数据，每个生理周期包括多个生理周期时相。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其中，
所述生理周期是心脏周期和呼吸周期之一，并且所述患者监测设备分别是心电图仪ECG(20)和呼吸监测器之一；并且，
当所述生理周期是心脏周期时，所述方法还包括：
使用ECG信号数据(18)门控针对所述心脏周期的每个时相采集的扫描数据(16)；以及
使所采集的扫描数据(16)与在其期间采集所述扫描数据(16)的所述心脏周期时相相关。
12.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其中，所述CT扫描器(15)是多模态CT扫描器，所述多模态CT扫描器包括所述X射线源(42)、所述平板X射线探测器(40)以及两个核探测器(44)。
13.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，还包括：
使用所述心脏周期的每个所识别的时相的重建图像来校正所述心脏的核图像中的衰减。
14.一种针对门控X射线计算机断层摄影成像使用稀疏数据重建的装置，包括：
用于通过缓慢并且连续地绕患者旋转CT扫描器(15)的机架(14)来采集跳动的心脏的CT扫描数据(16)以生成投影图像数据的多个集合的模块，所述机架具有耦合到其的X射线源(42)和平板X射线探测器(40)，从而在绕所述心脏(68)的360°旋转期间与多个生理周期的时相(62，64，66)对应的多个短弧段上收集稀疏投影数据；
用于在采集所述CT扫描数据(16)的同时使用患者监测设备采集描述所述患者的心脏的多个生理周期的生理信号数据(18)的模块；
用于使用所述生理信号数据(18)识别每个生理周期的不同时相的模块；
用于根据时相分类所述投影图像数据的模块，其中在所述时相期间采集所述投影图像数据；以及
用于对被分类的投影图像数据执行稀疏重建算法以重建所述生理周期的每个所识别的时相的图像的模块。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括以下中的至少一个：
用于在所述CT扫描期间以6rpm或者更小的速度旋转所述机架的模块；以及
用于在一次旋转中采集8-12个生理周期的扫描数据的模块，每个生理周期包括多个生理周期时相。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的装置，其中，
所述生理周期是心脏周期和呼吸周期之一，并且所述患者监测设备分别是心电图仪ECG(20)和呼吸监测器之一；并且，
当所述生理周期是心脏周期时，所述装置还包括：
用于使用ECG信号数据(18)门控针对所述心脏周期的每个时相采集的扫描数据(16)的模块；以及
用于使所采集的扫描数据(16)与在其期间采集所述扫描数据(16)的所述心脏周期时相相关的模块。
17.根据权利要求14-15中任一项所述的装置，其中，所述CT扫描器(15)是多模态CT扫描器，所述多模态CT扫描器包括所述X射线源(42)、所述平板X射线探测器(40)以及两个核探测器(44)。
18.根据权利要求14-15中任一项所述的装置，还包括：
用于使用所述心脏周期的每个所识别的时相的重建图像来校正所述心脏的核图像中的衰减的模块。
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