CN106102581B - 图像数据中移动的结构的分割 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括根据对移动的感兴趣结构的扫描获得投影数据。所述方法还包括重建所述投影数据，生成第一图像数据。所述方法还包括识别所述投影的子集。所述方法还包括重建所述子集投影数据，生成第二图像数据。所述方法还包括：基于所述第一图像数据来识别所述移动的感兴趣结构所定位于的区域。所述方法还包括基于所述第二图像数据来在识别出的区域中识别所述移动的感兴趣结构的位置。

Description

图像数据中移动的结构的分割
技术领域
以下总体涉及对移动的结构进行成像并且更具体而言涉及在图像数据中分割移动的结构，并且结合计算机断层摄影(CT)的具体应用来说明。然而，以下也适用于其它成像模态，例如正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射断层摄影(SPECT)、磁共振(MR)、X射线断层摄、和/或其它模态。
背景技术
计算机断层摄影(CT)扫描器一般包括安装在可旋转机架上的X射线管，所述X射线管与检查区域对面的探测器阵列相对。可旋转机架并且因此X射线管，绕检查区域和其中的对象旋转。X射线管发射穿过检查区域和对象的射线。探测器阵列探测穿过检查区域和对象的射线并生成指示其的投影数据。重建器重建投影数据，生成指示所扫描的对象的体积图像数据。
然而，在扫描期间对象的运动可能将伪影引入到投影数据以及因此重建的体积图像数据。例如，在心动周期的安静阶段的门控心脏扫描期间的心脏运动可能导致冠状血管的模糊。不幸的是，这样的运动伪影可能使冠状血管的进一步处理，例如自动和/或手动冠状动脉分割变得困难，并且对来自CT的冠状血管的分割被使用，例如，以方便冠状动脉病变的诊断，或者当分割在多个不同心脏相位执行时，用于运动估计和补偿。
图1示出了这种模糊的示例。在图1中，示出了来自对比增强的心脏轴向扫描的图像数据102。在扫描期间，感兴趣的冠状动脉104随着跳动的心脏而运动。结果是，冠状动脉104在图像数据102中示出为模糊的弧106。模糊程度对应于运动的路径并且取决于旋转机架和X射线管的旋转速度。由于血管如图1所示的模糊，仅能做出血管的位置的粗略估计。血管108代表大大减少模糊的血管。一般地，非模糊的血管会示出密集的明亮结构。
发明内容
本文所描述的方面解决了上述问题和其他问题。
以下描述了一种从图像数据中分割运动的结构的方法。用这种方法，第一重建提供了移动的感兴趣结构和周围结构的较低的时间分辨率。利用针对第一重建的投影数据的子集执行的第二重建，具有比第一重建的更高的时间分辨率并从而具有较少运动伪影。即，第二重建的模糊会更加紧凑，因为用于第二重建的投影数据覆盖较短的时间间隔并且因此有较少的运动。第一重建和第二重建的组合被用于分隔移动的感兴趣结构。
在一个方面中，一种方法包括根据对移动的感兴趣结构的扫描获得投影数据。所述方法还包括重建所述投影数据，生成第一图像数据。所述方法还包括识别所述投影的子集。所述方法还包括重建所述子集投影数据，生成第二图像数据。所述方法还包括：基于所述第一图像数据来识别移动的感兴趣结构的所定位于的区域。所述方法还包括基于所述第二图像数据来在识别出的区域中识别所述移动的感兴趣结构的位置。
在另一个方面中，移动的感兴趣结构分割器包括第一重建器，所述第一重建器重建对应于对移动的结构的扫描的投影数据，生成第一图像数据。所述移动的感兴趣结构分割器还包括第二重建器，所述第二重建器重建投影数据的子集，生成第二图像数据。所述移动的感兴趣结构分割器还包括绘制引擎，所述绘制引擎视觉地显示所述第一图像数据和所述第二图像数据。所述移动的感兴趣结构分割器还包括(一个或多个)输入设备，所述(一个或多个)输入设备接收第一输入和第二输入，所述第一输入指示第一图像数据中所述移动的感兴趣结构所定位于的区域，所述第二输入指示所述区域中所述移动的感兴趣结构所定位于的位置。所述移动的感兴趣结构分割器还包括分割器，所述分割器基于所述位置来对所述移动的感兴趣结构进行分割。
在另一方面中，一种计算机可读存储介质编码有计算机可读指令。所述计算机可读指令在由处理器执行时，使所述处理器：根据投影数据的相同集合的不同部分重建至少两个图像数据集，其中，所述至少两个图像数据集具有不同的时间分辨率，基于所述至少两个图像数据集来定位移动的感兴趣结构，并根据所定位的移动的感兴趣结构来分割所述移动的感兴趣结构。
附图说明
本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤安排的形式。附图仅用于图示优选实施例的目的并且不应被解释为对本发明的限制。
图1显示了来自对比度增强的心脏轴向扫描的图像数据，其中，感兴趣的冠状血管由于心脏运动而模糊；
图2示意性地示出了与成像系统相连接的具有移动的感兴趣结构分割器的示例计算系统；
图3示意性地示出了移动的感兴趣结构分割器的示例；
图4示意性地示出了180度扫描；
图5示意性地示出了图4的180度扫描的角度子集，以180度扫描为中心，针对较低的运动伪影重建被识别；
图6示出了对应于图5的较低运动伪影重建的较低运动伪影图像数据；
图7示出了示范性可视化，其中，较低的时间分辨率和较低的运动伪影图像数据同时显示；
图8示意性地示出了大于180度扫描的小于90度角度的子集，不在扫描的中心；
图9示出了用于在图像数据中分割移动的感兴趣结构的方法。
具体实施方式
首先参考图2，示意性地示出了范例成像系统200，例如计算机断层扫描(CT)扫描器。成像系统200包括大体固定机架202和旋转机架204。旋转机架204地由固定机架202可旋转支撑并绕检查区域206关于纵向或z轴旋转。
辐射源208，诸如X射线管，由旋转机架204可旋转地支撑。辐射源208随旋转机架204旋转并发射穿过检查区域206的辐射。
一维或二维辐射敏感探测器阵列210在检查区域206的对面与辐射源208相对，对向一角度弧。探测器阵列210包括探测器的沿z轴方向延伸的多个行。探测器阵列210探测穿过检查区域206的射线并生成指示其的投影数据。
对象支撑212，如卧榻，在检查区域206中支撑目标或对象。支撑可以是扫描之前、期间和/或之后。这包括在检查区域206中装载或卸载对象。
计算系统充当操作者控制台214，并包含诸如显示器的人类可读输出设备和诸如键盘、鼠标等的输入设备。控制台214允许操作者通过图形用户界面(GUI)和/或以其他方式与扫描器200进行交互。例如，用户可以选择180度的心脏扫描协议(例如，其中数据在超过180度上采集，并且包括对应于180度加源扇角的数据)。用户还可以选择小于180度的扫描和大于180度的扫描。
重建器216重建投影数据并生成指示其的体积数据。这包括利用基于采集协议的重建算法。例如，180度重建可以用于执行180度采集协议或更高角度范围的协议的扫描。
计算系统218包括至少一个微处理器220和计算机可读存储介质(“存储器”)222。存储器222排除暂态介质并包括物理存储器和/或其他非暂态存储介质。微处理器220执行存储在存储器222中的至少移动的感兴趣结构的分割器224(一条或多条)指令。微处理器220还可以执行由载波、信号或其它暂态介质携带的计算机可读指令。计算系统218可以是控制台214的部分和/或与控制台214分开(如图2示出)。
移动的感兴趣结构分割器224指令至少包括用于处理扫描的移动的感兴趣结构的至少投影和/或图像数据的(一条或多条)指令。如下面更详细描述的，这包括从投影数据中产生至少两组图像数据，包括具有第一时间分辨率和第一移动伪影的第一组图像数据以及具有第二时间分辨率和第二运动伪影的第二组图像数据，其中，第一时间分辨率比第二时间分辨率更低，第一运动伪影比第二伪影更大，并且利用至少两组图像数据中的一个或多个来分割扫描的移动的感兴趣结构。
这种方法提供了来自单次扫描中分离的图像数据的集合，一个可被用作指向所扫描的移动的感兴趣结构在图像数据中所定位于的一般区域(低时间分辨率的图像数据)的引导，并且一个指向在该一般区域中识别扫描的移动的感兴趣结构(较低运动伪影的图像数据)。分离的图像数据集可以单独显示或组合显示，例如作为分离的或组合的图像数据集。使用这种方法可以减轻在对特定的感兴趣的时间点的扫描的移动的感兴趣结构的位置的猜测，例如，由于在仅利用单组图像数据的配置中，图像数据中扫描的移动的感兴趣结构存在模糊。
在所示实施方式中，存储器222还包括评估226指令。在一种实例中，评估226指令基于分割的移动的感兴趣结构进行移动的感兴趣结构的定量评估。在另一实例中，评估226指令利用分割的移动的感兴趣结构来关联运动估计和补偿。在其它实例中，评估226指令利用分割的移动的感兴趣结构用于其他处理。
计算系统218还包括，诸如显示监视器、胶片机等的(一个或多个)输出设备228，以及诸如鼠标、键盘等的(一个或多个)输入设备230。所述(一个或多个)输出设备28可以用来视觉地显示图像数据，例如在感兴趣的移动相位和/或在一个或多个其他移动相位重建的图像数据。所述(一个或多个)输入设备230，如在下面更详细描述的，可被用于以下中的一项或多项：选择用于扫描重建的角度范围、组合图像数据集、在图像数据集之间切换、分割感兴趣组织等。
图3示意性地示出了移动的感兴趣结构分割器224的示例。
移动的感兴趣结构分割器224包括存储部302，其存储投影数据。投影数据可以来自由成像系统200和/或其他成像系统和/或由其产生。可替代地，投影数据可以来自数据储存库例如图像存档及通信系统(PACS)、放射学信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)等。在一个变型中，省略存储部302，并且投影数据被提供给移动的感兴趣结构分割器224的其他部件。
移动的感兴趣结构分割器224包括第一重建器304。所述第一重建器304重建完整的投影数据集，产生第一图像数据。完整的投影数据集可以对应于180度扫描(即，180度加源扇角)或其它扫描，包括覆盖小于180度的扫描和覆盖大于180度的扫描。所产生的图像数据为所获取的投影数据提供了相对于仅使用的全部投影数据集中的子部分的重建更低的时间分辨率。
移动的感兴趣结构分割器224还包括绘制引擎312。绘制引擎312，在图示实施方式中，经由(一个或多个)输出设备228和/或其它显示器以人类可读的格式视觉地显示第一图像数据。图1的图像数据102示出了对应于180度扫描的完整投影数据集的重建的示例。在本例中，解剖特征是可区别的，因为180度扫描提供了投影的完整集合。
移动的感兴趣结构分割器224还包括第二重建器(部分扫描)306。第二重建器306仅重建完整投影数据集中的子部分，产生第二图像数据。角度设置308和位置设置310识别该子部分。例如，在对应于180度扫描的投影数据中，角度设置308识别小于180度的角度(例如，160度，90度，30度等)，并且位置设置310识别180度扫描的角度设置308的角度以其为中心的时间点。
通过非限制性示例，在一种实例中，角度设置308是90度并且位置设置310为180度扫描的中心时间点。图4和图5图示说明这一点。图4示出了示例的采用辐射源208的180度扫描400，其从12点钟位置起在3点钟位置404处通过时间中点横扫到6点钟位置406。图5示出了从502到504的90度的角度范围500，在3点钟位置404以180度扫描的时间中点为中点。
返回到图3，角度设置308和/或位置设置310可以是默认的、用户偏好的、基于协议等的设置值。可替代地，角度设置308和/或位置设置310由来自用户的用户输入来识别，例如，经由(一个或多个)输入设备230。一般地，角度设置308小于完整扫描的角度范围。其结果是，第二图像数据，相对于第一图像的数据，将具有较少的运动伪影。另外，由于子部分的时间间隔小于完整投影数据集的时间间隔，因而第二图像数据相对于第一图像数据将具有更高的时间分辨率。
在图6中示出较低的运动伪影和较高的时间分辨率。图6示出了与图1所示的相同冠状动脉104。然而，在图6中，相同的冠状动脉104相对于图1中的模糊弧106来说是更小的模糊弧602(更紧凑)。由于采集了小于180度的数据，因而投影集不能填满二维傅立叶空间，从而导致重建误差。这通过相对于图1的解剖结构来说的高度扭曲解剖结构在图6中示出。
返回到图3，绘制引擎312经由(一个或多个)输出设备228和/或其它显示设备以人类可读格式视觉地显示第二图像数据。在一个实例中，第一图像数据和第二图像数据被同时视觉地呈现，例如，彼此相邻。这结合图7示出。在另一实例中，在任何给定时间只有第一图像数据或第二图像数据中的一个被视觉地呈现。用户通过(一个或多个)输入设备230，可在第一图像数据和第二图像数据之间来回切换。用户使用第一图像数据来识别移动的感兴趣结构的区域并使用第二图像数据来定位该区域中移动的感兴趣结构。
在再另一实例中，第一图像数据和第二图像数据被融合或叠加。在这种情况下，第一图像数据和第二图像数据中的一个或两者可具有透明度和/或不透明度设置。用户可以调整透明度和/或不透明度设置以视觉上强调或弱化第一图像数据和/或第二图像数据，包括第一图像数据与第二图像数据的用户期望的混合。再次，用户使用第一图像数据来识别移动的感兴趣结构的区域并使用第二图像数据来定位该区域中移动的感兴趣结构。
返回到图3，移动的感兴趣结构分割器224还包括分割器314。分割器314允许用户分割移动的感兴趣结构。为此，分割器314接收由用户选择的指示要分割的区域的信号。所述区域可以由用户手动识别(例如，通过自由手绘制等)和/或由自动分割的软件工具识别。在后一种情况下，用户能够接受、修改和/或拒绝分割。用户经由(一个或多个)输入设备230，可以平移、缩放、旋转、和/或以其他方式对绘制图像数据的操纵以方便分割。
所分割的移动的感兴趣结构可以在第一或第二图像数据中被识别并自动地放置到第一或第二图像数据中的另一个中，因为第一和第二图像数据固有地配准并且共享相同的坐标系统。对每个轴向切片使用上述方法，所分割的移动的感兴趣结构可以被传播通过轴向图像的体积。在另一实例中，上述方法应用于每隔一个切片，每第五切片等，采用内插或其他方法用于构造它们之间的分割。
在所示实施方式中，所分割的移动的感兴趣结构由(一条或多条)评估226指令进行评估。例如，在一个实例中，移动的感兴趣结构包括至少一个冠状血管中的至少一条中心线，并且(一条或多条)评估226指令评估与冠状动脉疾病的定量评价有关的分割的移动的感兴趣结构。在另一实例中，例如，当在不同心脏阶段确定中心线时，(一条或多条)评估226指令结合运动估计和补偿来评估分割的移动的感兴趣结构。
在图3中，第一重建器304和第二重建器306被示为两个单独的重建器。在一个变型中，第一重建器304和第二重建器306可以实现为同一个重建器或作为同一个重建器的子重建器。此外，第一重建器304和第二重建器30中6一个或多个可以通过重建器216(图2)来实现。
图8示出图4和图5的一个变型，其中，完整扫描800是大于180度的，而子部分810是小于90度的并且不位于完整扫描的中心。在这个示例中，完整扫描开始于802，经过中心位置806，并且在808结束。子部分810覆盖从812至814的子范围，并且不以806为中心。特定的中心点和角度范围可以对应于特定的感兴趣运动相位、时间分辨率和运动伪影之间的折衷等。
尽管以上结合轴向扫描来描述，但应该理解的是，以上也适用于螺旋扫描。
图9示出了根据本文中公开的实施方式的示例方法。
应当理解的是方法中的动作顺序不是限制性的。这样，本文中预期其他顺序。此外，可以省略一个或多个动作和/或可以包括一个或多个额外的动作。
在902，获得来自移动的对象的扫描的投影数据。
在904，重建所述投影数据，生成第一图像数据。
在906，识别所述投影数据的子集用于第二重建。
在908，重建所述投影数据的子集，生成第二图像数据。
在910，利用所述第一图像数据来定位移动的感兴趣结构所定位于的区域。
在912，利用所述第二图像数据来在该区域内定位移动的感兴趣结构。
在914，利用所述第一图像数据或第二图像数据中的一个来分割移动的感兴趣结构。
可以进一步评估所分割的移动的感兴趣结构，如本文所述。
上述方法可以通过编码于或嵌入到计算机可读存储介质中的计算机可读指令来实现，所述计算机可读指令在由(一个或多个)计算机处理器执行时，使所述(一个或多个)处理器执行所描述的动作。另外地或替代地，计算机可读指令中的至少一条由信号、载波或其它暂态性介质所承载。
已经参照优选实施例描述了本发明。他人在在阅读的理解了前述详细说明后会想到修改和变更。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等价方案的范围之内。

Claims (14)

1.一种用于分割图像数据中的移动的感兴趣结构的方法，包括：
根据对移动的感兴趣结构的扫描获得投影数据，其中，所述投影数据对应于一角度范围；
重建所述投影数据，生成第一图像数据；
识别针对所述投影数据的子集的所述角度范围的子部分，并且识别所述投影数据的时间点，所述子部分以所述投影数据的所述时间点为中心；
重建所述投影数据的所述子集，生成第二图像数据；
基于所述第一图像数据来识别所述移动的感兴趣结构所定位于的区域；并且
基于所述第二图像数据来在识别出的区域中识别所述移动的感兴趣结构的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一图像数据具有第一时间分辨率并且所述第二图像数据具有第二时间分辨率，其中，所述第一时间分辨率低于所述第二时间分辨率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一图像数据具有第一水平的运动伪影并且所述第二图像数据具有第二水平的运动伪影，其中，所述第一水平的运动伪影大于所述第二水平的运动伪影。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，包括：
同时地视觉地显示所述第一图像数据和所述第二图像数据；
接收指示所述第二图像数据中的所述移动的感兴趣结构的所述位置的输入信号；并且
基于所述输入信号来自动地识别所述第一图像数据中的所述移动的感兴趣结构的位置。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，包括：
视觉地显示所述第一图像数据或所述第二图像数据中的仅一个；
接收输入信号；并且
基于所述输入信号来在所述第一图像数据和所述第二图像数据的可视显示之间进行切换。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，包括：
视觉地显示相互叠加的所述第一图像数据和所述第二图像数据；
接收输入信号，所述输入信号指示针对所述第一图像数据和所述第二图像数据中的至少一个的不透明水平或透明水平的至少一个；并且
基于所述输入信号来视觉地显示所述第一图像数据和所述第二图像数据。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第一图像数据对应于180度扫描，在所述180度扫描中，数据针对180度加源扇角被采集。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第一图像数据对应于大于180度的扫描。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二图像数据对应于小于所述180度扫描。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二图像数据对应于小于所述180度扫描。
11.一种移动的感兴趣结构分割器(224)，包括：
第一重建器(304)，其被配置为重建对应于对移动的结构的扫描的投影数据，生成第一图像数据，其中，所述投影数据对应于一角度范围；
第二重建器(306)，其被配置为重建所述投影数据的子集，生成第二图像数据；
角度设置单元(308)，其被配置为识别针对所述投影数据的所述子集的所述角度范围的子部分；
位置设置单元(310)，其被配置为识别所述投影数据的时间点，所述子部分以所述投影数据的所述时间点为中心；
绘制引擎(312)，其被配置为视觉地显示所述第一图像数据和所述第二图像数据；
一个或多个输入设备(230)，其被配置为接收第一输入和第二输入，所述第一输入指示所述第一图像数据中所述移动的感兴趣结构所定位于的区域，所述第二输入指示所述区域中所述移动的感兴趣结构所定位于的位置；以及
分割器(314)，其被配置为基于所述移动的感兴趣结构的位置来对所述移动的感兴趣结构进行分割。
12.根据权利要求11所述的移动的感兴趣结构分割器，还包括：
显示器，其中，所述第一图像数据和所述第二图像数据经由所述显示器被同时地视觉地显示，
其中，所述一个或多个输入设备被配置为接收指示所述第二图像数据中所述移动的感兴趣结构的位置的输入信号，并且所述绘制引擎被配置为基于所述输入信号来自动地确定所述第一图像数据中所述移动的感兴趣结构的位置。
13.根据权利要求11或12所述的移动的感兴趣结构分割器，还包括：
显示器，其中，所述第一图像数据和所述第二图像数据被交替地视觉地显示或同时地叠加地显示。
14.一种编码有一条或多条计算机可执行指令的计算机可读存储介质(222)，所述一条或多条计算机可执行指令在由计算系统的处理器运行时，使所述处理器：
根据投影数据的相同集合的不同部分来重建至少两个图像数据集，其中，所述至少两个图像数据集具有不同的时间分辨率，其中，所述投影数据对应于一角度范围；
其中，所述投影数据的相同集合的所述不同部分中的一部分被识别为所述角度范围的子部分，并且所述投影数据的时间点被识别，所述子部分以所述投影数据的所述时间点为中心；
基于所述至少两个图像数据集来定位移动的感兴趣结构；并且
基于所定位的移动的感兴趣结构来分割所述移动的感兴趣结构。
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