CN116490896A - 用于在x射线ct图像重建中使用的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在CT投影数据的图像重建中使用的方法，其旨在减少由解剖学主体的移动引起的重建图像中的运动伪影。实施例基于减轻运动伪影，所述减轻运动伪影基于限制用于重建每个切片的数据的范围。更具体地，选择与每个切片相对应的投影数据的子范围，该子范围基于确定投影数据序列内的目标解剖对象或事件的可见性的一个或多个子窗口来选择。所述事件可以是解剖学主体的移动周期的特定阶段。该结构可以是解剖学主体的感兴趣的特定部分。通过限制数据范围并且聚焦于临床上最相关的数据，两种方法都导致单个切片内的运动伪影的减少。

Description

用于在X射线CT图像重建中使用的方法

技术领域

本发明涉及一种作为X射线CT图像重建过程的部分的用于处理数据的方法。

背景技术

常规的计算机断层摄影(CT)扫描器包括安装在与一个或多个X射线探测器相对的可旋转机架上的X射线辐射生成器。X射线生成器围绕位于X射线生成器与一个或多个探测器之间的检查区域旋转，并且发射穿过检查区域和设置在检查区域中的目标和/或对象的(通常多色)辐射。一个或多个探测器探测穿过检查区域的辐射并且生成指示检查区域和被设置在其中的目标和/或对象的信号。针对X射线束相对于检查区域的每个角位置从探测器阵列收集数据。当扫描进行时，平台可以将待扫描的对象轴向移动通过检查区域。在一系列角度位置和轴向位移处从探测器收集的数据被称为投影数据。投影数据是指原始探测器数据，并且可以任选地用于形成投影正弦图，后者是由(一个或多个)探测器捕获的投影数据的视觉表示。

重建器通常还用于处理投影数据并重建目标或对象的体积图像。体积图像包括均通过断层摄影重建的过程(诸如通过应用滤波反投影算法)从投影数据生成的多个横截面图像切片。重建的图像数据实际上是原始投影数据的逆拉冬变换。

尽管目标保持向外静止，但各种器官表现出自然运动。这些器官包括心脏和肺、以及由于来自肺或心脏的压力的施加而间接引起移动的各种器官。

内部器官在CT图像采集期间的运动导致断层摄影重建中的模糊和运动伪影。因此，有益的是限制在其内采集用于给定图像重建的投影数据的时间窗口的长度。现有技术的CT扫描器能够在短时间内对整个给定器官(例如心脏)进行成像。

例如，可以在心跳的一小部分中对整个心脏进行成像。这样的图像采集通常在心脏的具有最小运动的静息阶段期间执行。尽管如此，通常在采集开始和结束时的一些断层摄影切片可能由于运动而劣化。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于在X射线计算机断层摄影(CT)重建中使用的处理装置。所述处理装置适于接收包括多个数据子集的输入CT投影数据，每个子集对应于通过被扫描身体的不同的相应切片。每个数据子集包括对应于定义的采集角度范围和定义的采集时间段的数据。所述处理装置还适于识别所述输入投影数据内的一个或多个时间或角度子窗口，所述一个或多个时间或角度子窗口与在被重建的情况下期望解剖特征或事件在所述数据集中的可见性相关联。所述处理装置还适于从针对每个切片的所述数据子集中选择所述数据的时间或角度子范围，所述时间或角度子范围小于针对每个切片的完整范围，其中，所述子范围的选择基于所述投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个。所述处理装置还适于生成指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。

本发明的实施例基于处理所接收的投影数据集，以从通过被扫描身体的每个切片的数据中选择数据的更小子范围，其中，基于关于解剖特征或事件的可见性的一个或多个窗口的信息并且可能还基于在空间相邻切片中选择的数据子范围来选择该子范围。解剖事件可以是例如经历周期性移动的器官或结构的特定移动阶段。通过仅为每个切片选择投影数据的子范围，减少了由重建图像覆盖的时间段，从而减少了运动伪影。通过基于可见性的窗口选择子范围，这确保了所选择的数据是临床上最相关的。在本说明的背景下，换言之，可见性的子窗口可以被描述为CT投影数据集的部分(关于时间和采集角度测量)，其包括与给定解剖结构或生理事件相关联的最多信息(与所述窗口之外的CT投影数据的其余部分相比)。子窗口可以由相关解剖特征或事件完全跨越(在时间上或空间上)，换句话说，整个子窗口可以包含表示解剖特征或事件的数据或由表示解剖特征或事件的数据占据。在一些示例中，子窗口的大部分(但不一定是全部)可以被表示解剖特征或事件的数据占据。

针对每个切片选择完整投影数据范围的子范围。在此背景下，特定切片的完整数据范围意味着输入投影数据集内的所有记录的投影数据，其包含经过所述特定切片中的体素的投影射线。

存在确定投影数据集内的可见性的一个或多个子窗口的不同方式，如下面将讨论的。处理装置可以包括适于应用一个或多个算法来识别一个或多个可见性窗口的窗口选择模块。可以基于与解剖事件有关的外部信号的使用或者基于分析投影数据以确定包括解剖特征或事件的数据的部分的数据分析程序来识别可见性的窗口。

不同切片的数据子集可以以单个连续数据集或数据流的方式(例如，在螺旋成像的情况下)或以单独的数据包的方式(例如，用于个体切片扫描)接收。例如，在螺旋成像的情况下，数据子集可以彼此交叠。可以存在从完整的输入投影数据集中提取或识别与每个切片相对应的数据子集的过程。这可以由处理单元或外部单元完成。

识别一个或多个时间或角度子窗可以包括识别每个相应数据子集(即，每个切片)的相应时间或角度子窗。在这种情况下，任选地，每个时间或角度子窗口可以与在被重建的情况下期望的解剖特征或事件的相应数据子集中的可见性相关联。然而，这不是必需的，并且它可以表示子范围之外的区域中的可见性，例如，在数据子集不与任何可见性的子窗口精确交叠的情况下。

每个切片的数据子范围的选择可以基于使子范围与可见性的窗口中的至少一个的时间对齐最大化。例如，它可以基于使子范围的中心时间点与所识别的窗口的中心时间点的接近度最大化。

每个切片的数据子范围的选择可以基于使子范围与可见性窗口中的至少一个之间的时间交叠最大化。另外地或替代地，它可以基于使非交叠最小化。

存在确定解剖事件或对象的可见性的一个或多个窗口的不同方式。

根据一个或多个实施例，所述处理装置可以被布置为接收由外部传感器生成的输出信号的表示，所述外部传感器适于感测与所述解剖事件有关的一个或多个身体参数。所接收的信号对应于传感器在采集投影数据的过程中(即在CT扫描的过程中)的输出。这可以在采集数据时实时接收，或者它可以是在数据采集的时间段内记录的传感器输出的记录表示。可以基于所接收的信号来确定与解剖事件的可见性相关联的一个或多个子窗口。

例如，输入信号可以是源自与投影数据的采集同时采集的ECG感测装置的信号。ECG传感器信号允许确定投影数据采集过程中的心脏时相。至少部分地基于此，可以确定在数据采集时段的过程中特定心脏时相的可见性的一个或多个窗口。

任选地，根据一个或多个实施例，所述处理装置可以适于对数据子集中的一个或多个执行初步图像重建。所述处理装置可以适于基于所述初步重建来确定所述输入投影数据集的时间或角度子窗口，所述解剖特征或事件在所述时间或角度子窗口内是可见的。

所识别的子窗口将是整个投影数据集内的子窗口，其跨越经受初步重建的切片中的一个或多个。目的是使得能够识别在空间上对应于解剖特征或事件(即，其包含特征或事件)的切片的特定集合或范围。然后，这可选地允许在随后的处理步骤中，在时间上对齐被识别为跨越解剖特征或事件的切片的该集合的所选数据子。

处理装置可以适于随后将图像处理应用于初步重建以识别解剖特征的空间边界、边缘或轮廓，或检测解剖事件的特性(例如，图形)标识符。

根据一个或多个实施例，来自每个切片的所选角度子范围可以具有预定义的角度宽度/范围，并且针对给定数据子集选择数据子范围包括确定子范围在数据子集内(或相对于数据子集)的时间对齐。

例如，每个所选择的子范围可以具有x度的角宽度，其中，x是小于每个数据子集的总角范围(例如，180度)的数字。例如，子范围的预定义宽度可以是180度中的150度。选择的过程可以简单地包括选择在角度上或时间上在何处对齐每个子集的完整数据范围内的子范围。例如，它可以在时间上与解剖对象或事件的所识别的可见性窗口之一对齐。作为一个示例，子范围可以与对应于目标解剖事件的ECG测量时间点在时间上对齐。

根据一个或多个实施例，确定数据子范围的时间对齐可以基于由外部传感器生成的信号。

根据另一组实施例，为所述数据子集中的一个或多个选择所述数据子范围包括基于所述一个或多个所确定的时间或角度子窗口中的一个来确定所述数据子范围的角度宽度。

它可以例如基于子窗口中的至少一个子窗口的时间或角宽度来确定，例如，在时间上与数据子集交叠或在时间上最接近子集的子窗口。它可以基于数据内的解剖特征或事件的可见性的时段的持续时间来确定。

在基于来自外部传感器的输入信号确定可见性子窗口的情况下，可以基于子窗口的时间宽度确定角宽度。

在基于初步重建来确定子窗口的情况下，可以基于子窗口的空间宽度或边界来确定角宽度。

根据一个或多个实施例，所述输入投影数据可以表示感兴趣解剖对象，其中，所述感兴趣对象经历周期性移动，并且其中，所述解剖事件对应于所述周期性移动的阶段。作为示例，感兴趣对象可以是心脏或其部分，并且解剖事件可以是心动周期的阶段。

根据一个或多个实施例，可以部分地基于为其他切片的至少一部分选择的数据子范围来执行为每个切片选择数据子范围。作为示例，这可以以实现为每个切片选择的子范围的相对时间交叠或接近度为目标来完成。

在一些示例中，这可以在迭代过程中完成。

在一组示例中，可以部分地基于使不同切片的角度子范围的时间交叠或时间接近度最大化来确定每个切片的数据子范围。它可以基于使非交叠最小化。这有助于最小化切片之间的运动伪影。

例如，在通过螺旋扫描采集输入投影数据的情况下，投影数据的子集将彼此交叠。因此，可以在切片的所选数据子范围中实现一定程度的时间和角度交叠。交叠的区域或范围可以被选择为与解剖对象或事件的可见性的区域或范围一致，即与可见性的窗口一致，或与特定解剖事件(例如，移动周期中的特定点)在时间上对齐。

根据有利的一组实施例，所述处理装置还适于：

使用针对每个切片的所述数据子集的所述完整数据范围来针对所述切片中的每个切片执行第一图像重建，以导出针对每个切片的第一图像；

使用针对每个切片的所述数据子集的所提取的子范围来针对所述切片中的每个切片执行第二图像重建，以导出针对每个切片的第二图像；

将低通滤波应用于所述第一图像中的每个，并且将高通滤波应用于所述第二图像中的每个，并且针对每个切片生成组合图像，所述组合图像包括经滤波的第一图像和经滤波的第二图像的组合；并且

生成指示针对每个切片的所述组合图像的输出。

从部分数据重建的图像具有改善的时间分辨率，但是经受有限角度伪影。相反，从全数据重建的图像具有更低的时间分辨率，但是没有有限角度伪影。有限角度伪影通常具有比运动伪影显著更低的频率(即，具有更大的空间范围)。这允许使用包括将全数据重建图像的低频部分添加到部分数据重建图像的高频部分的分频方法来组合两种类型的图像。以此方式，每个图像的不同伪影类型基本上被滤波，并且其中，经滤波的图像分量然后通过添加其他经滤波的图像数据来补偿。因此，改善了时间分辨率，并且基本上减少了有限角度伪影。

根据一个或多个实施例，所述处理装置可以适于执行从所述切片的所述数据子集中提取针对每个相应切片选择的所述数据子范围的步骤。所述处理装置可以还适于仅使用针对每个切片的相应数据子集的所提取的数据子范围来针对每个切片执行图像重建，从而生成针对每个切片的重建图像。可以生成表示所得图像的数据输出。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种用于在X射线计算机断层摄影图像重建中使用的计算机实施的方法，所述方法包括：

接收包括多个数据子集的输入投影数据，每个数据子集对应于通过被扫描身体的不同的相应切片，并且其中，每个数据子集包括与采集角度的范围和采集时间段相对应的数据；

识别所述输入投影数据内的与期望解剖特征或事件在所述输入投影数据中的可见性(如果重建的话)相关联的一个或多个时间或角度子窗口；

从针对每个切片的所述数据子集中选择所述数据的时间或角度子范围，所述时间或角度子范围小于针对每个切片的完整范围，其中，所述子范围的选择基于所述投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个，并且

生成指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码能够在处理器或计算机上执行。当处理器或计算机与输入投影数据源(诸如CT成像装置或数据存储设备)可操作地耦合时，所述代码被配置为使处理器执行根据上面概述或下面描述的任何示例或实施例或根据本申请的任何权利要求的方法。

本发明的这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并且将参考下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。

附图说明

为了更好地理解本发明并且为了更清楚地示出它可以如何被实施，现在将仅以示例的方式参考附图，其中：

图1示出了根据一个或多个实施例的与CT成像装置可操作地耦合的示例性处理装置；

图2示出了根据一个或多个实施例的由处理装置执行的处理步骤；

图3示意性地图示了关于采集时间和采集角度示出的示例CT投影数据集(的部分)；

图4示意性地图示了关于采集时间和采集角度示出的完整投影数据序列的多个数据子集；

图5图示了基于与解剖事件有关的输入信号来识别给定解剖事件的可见性的子窗口，并且还图示了基于所识别的可见性的子窗口来选择一个示例切片数据子集的子范围；

图6示出了基于可见性的公共子窗口来选择多个数据子集的示例数据子范围；并且

图7示出了至少部分地基于实现不同切片的所选数据子范围之间的时间交叠来选择针对每个切片的示例数据子范围。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应当理解，详细描述和具体示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例的同时，仅旨在用于图示的目的，而不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，附图仅仅是示意性的，并且未按比例绘制。还应当理解，贯穿附图使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

本发明提供了一种用于在CT投影数据的图像重建中使用的方法，其目的在于减少由解剖学主体的移动引起的重建图像中的运动伪影。本发明的实施例基于减轻运动伪影，所述减轻运动伪影基于限制用于重建每个切片的数据的范围。更具体地，选择与每个切片相对应的投影数据的子范围，该子范围基于确定投影数据序列内的目标解剖对象或事件的可见性的一个或多个子窗口来选择。事件可以是解剖学主体的移动周期的特定阶段。该结构可以是解剖学主体的感兴趣的特定部分。通过限制数据范围并且聚焦于临床上最相关的数据，两种方法都导致单个切片内的运动伪影的减少。

作为非限制性示例，每个切片的投影数据的所选择的子范围可以被选择为在时间上尽可能接近解剖事件，例如特定心脏阶段，诸如静息阶段。额外地或替代地，针对特定的一个或多个切片的投影数据的所选择的子范围可以被选择为在时间上尽可能接近相邻切片，从而增加局部一致性。额外地或替代地，在一些示例中，数据子区域选择可能受到切片中可见的解剖结构的影响。例如，可以根据时间上交叠、对齐或相邻的投影数据来重建其内存在共同解剖结构(诸如冠状动脉)的切片。相比之下，对于不包含特定解剖结构的另一切片，针对该切片的投影数据子范围与具有解剖结构的数据子范围之间的时间不连续性可以是可接受的。

图1示意性地图示了示例X射线CT成像系统100。该系统包括CT成像装置150，诸如计算机断层摄影(CT)扫描器，并且还包括可操作地耦合到成像装置的处理和控制部件140、132、134。

成像装置150包括总体固定机架102和旋转机架104。旋转机架104由固定机架102可旋转地支撑，并且关于纵轴或z轴围绕检查区域旋转。

患者支撑件120(诸如卧榻)在检查区域中支撑对象或目标(诸如人类患者)。支撑件120被配置为使对象在轴向方向(由z轴定义)上移动通过检查区域，以便扫描通过对象的不同切片。

辐射源108(诸如X射线管)由旋转机架104可旋转地支撑。辐射源108与旋转机架104一起旋转并且发射穿过检查区域106的辐射。

辐射敏感探测器阵列110跨过检查区域106在辐射源108对面，对向一角度弧。探测器阵列110包括沿着z轴方向延伸的一行或多行探测器，探测穿过检查区域106的辐射，并且生成指示其的投影数据。由于探测器阵列包括沿z轴的多行探测器，这意味着对于机架的每个角位置，在沿z轴的一系列位置处采集多个X射线测量。这允许来自单个旋转或旋转的一部分的投影数据潜在地用于重建沿着z轴的多个不同切片。

由扫描覆盖的通过对象的轴向距离被称为扫描范围。由源投射通过对象的X射线束的宽度被称为射束准直。通过身体的给定成像切片的横截面面积被称为视场(FOV)。

成像装置150可操作地耦合到包括一个或多个处理部件的处理装置140。处理装置被布置为接收由成像装置150采集的投影数据，并且适于对投影数据执行一个或多个处理操作。

在一些示例中，处理装置还可以适于执行控制功能，其中，处理装置适于将控制命令传送到成像装置150，以控制成像装置的一个或多个操作参数。作为示例，系统100可以包括一个或多个用户输入设备132，诸如鼠标或键盘，以允许输入用户控制命令，并且系统还可以包括用户输出设备134，诸如显示监视器，以将系统状态信息传送给用户，或显示经重建的图像。用户输入和输出设备可以可操作地耦合到处理装置。然而，在另外的示例中，可以提供单独的控制台用于控制成像装置150的操作，并且其中，图1中所示的处理装置140仅用于处理投影数据。

处理装置140包括数据选择模块142，数据选择模块142适于执行选择与通过被扫描身体的每个切片相对应的投影数据的子范围的功能。下面将进一步详细地描述该功能。任选地，处理装置还可以包括用于基于针对通过扫描身体的每个切片提取的所选数据子范围来重建体积图像数据的重建模块144。替代地，重建模块可以由单独的处理单元提供，与处理装置可操作地通信并且被布置为接收针对所述切片中的每个的所选投影数据子范围，并且基于所提取的数据子范围来针对每个切片重建图像数据。在任一情况下，重建模块134可以采用滤波反投影(FBP)重建、(图像域和/或投影域)降低噪声重建算法(例如，迭代重建)和/或其他算法。应当意识到，重建模块144可以通过(一个或多个)微处理器来实施，所述(一个或多个)微处理器执行被编码或嵌入在计算机可读存储介质(诸如物理存储器和其他非瞬态介质)上的(一个或多个)计算机可读指令。另外地或替代地，(一个或多个)微处理器可以执行由载波、信号和其他瞬态(或非、非瞬态)介质承载的(一个或多个)计算机可读指令。

关于成像装置150，这可以根据任何CT成像协议执行扫描。一个示例扫描协议是螺旋或盘旋扫描。在螺旋CT扫描中，源108和探测器110相对于正被扫描的对象沿着螺旋路径行进。典型的实施方式涉及在机架104旋转的同时使患者卧榻120移动通过扫描器的膛106。与个体切片采集相比，可以利用螺旋CT实现针对给定辐射剂量的改善的图像分辨率。大多数现代医院目前使用螺旋CT扫描器。螺旋CT射束轨迹的特征在于其节距，该节距等于在一个机架旋转的过程中沿着扫描范围(z轴)的工作台120馈送距离除以截面准直。大于1的节距意味着在完整旋转内穿过的轴向距离大于旋转中心处的射束宽度。

对于更大的节距，针对给定轴向视场(FOV)(即给定切片)的辐射剂量与常规CT相比被减小(基本上每个切片使用在减小的角度范围内采集的投影数据来重建)。然而，在高节距下，在噪声和纵向分辨率方面存在折衷。

为了最小化辐射剂量，以及为了改善时间分辨率，一种成像模式是使用2(或类似)的节距，这意味着在旋转中心处，用于重建每个切片的投影数据对应于在仅180°的旋转范围内采集的数据。为了参考，应当注意节距与可用于重建的角度范围之间的关系也取决于给定体素在给定切片内的位置。对于在与旋转中心重合的位置处的体素，2的节距对应于180°角度范围的数据；对于远离旋转中心的体素，2的节距对应于小于180°的数据。

当寻求对经历移动的特定解剖对象进行成像时，在断层摄影重建中可能发生模糊和运动伪影。取决于所使用的扫描模式，特定图像切片(或FOV)的时间分辨率限于完成用于采集每个切片的数据的旋转角度范围所需的时间。例如，在螺旋成像中，特定切片的时间分辨率受到机架的旋转速度的限制。作为示例，如果使用单源高节距模式，那么给定切片的时间分辨率可能受限于在半个旋转内采集的数据的时间范围。本发明的实施例旨在基于仅选择对应于每个切片(或FOV)的投影数据的子范围来提高时间分辨率。因此，这限制了采集单个切片的所利用的投影数据的持续时间。因此，这限制了单个切片内的任何运动伪影的幅度。

本发明的一个方面仅提供了处理装置140，该处理装置包括输入端/输出端，该输入端/输出端用于在使用期间可操作地连接到CT成像组件150以接收投影数据，并且可选地用于向CT成像组件输出控制命令。在另一方面中，可以提供CT成像系统，其包括处理装置140和成像组件150两者。

下面的描述涉及处理装置的特征。由处理装置执行的处理步骤还提供了一种计算机实施的方法，该计算机实施的方法表示本发明的另一方面。

在图2中呈现了根据一个或多个实施例的由处理装置140执行的示例处理步骤的基本概述。

处理装置140适于获得202包括多个数据子集的输入投影数据，每个子集对应于通过被扫描身体的不同的相应切片。每个数据子集包括与特定范围的采集角度和特定采集时间段相对应的数据。数据子集可以在完整投影数据集内在时间上交叠。换句话说，轴向相邻切片的数据子集可以共享投影数据的公共部分。例如，投影数据是以螺距大于1的盘旋或螺旋扫描模式采集的数据将是这种情况。然而，在其他情况下，例如，当以个体切片采集模式采集投影数据时，投影数据子集可以彼此不交叠。投影数据可以从CT扫描设备150实时接收，或可以从记录先前时间采集的数据的数据存储设备接收。可以以连续数据流或投影序列的形式接收投影数据，其包括跨越被扫描对象的总扫描范围(沿着z轴)、总扫描持续时间并且包含多个角度旋转的投影数据。处理装置可以适于执行分离(或标记或标注)所接收的投影数据的对应于不同相应切片的子集的步骤。替代地，这可以在处理装置外部完成，使得当数据到达处理装置时已经执行了不同数据子集的分离或标注。

处理装置140还适于识别204输入投影数据内的与期望解剖特征或事件的输入投影数据中的可见性(如果重建的话)相关联的一个或多个时间或角度子窗口。存在这样做的不同方式，并且它可以基于反映与解剖事件相关联的性质的来自外部传感器的输入(或者在与投影数据采集相对应的时间段内的外部传感器输出的记录)，或乾它可以基于对投影数据本身的分析以检测数据中的对象可见性的窗口。在一些实例中，可针对每一相应切片识别可见性的相应子窗口。可以针对每个切片识别唯一的子窗口，或一些子窗口可以用于多于一个切片(例如，轴向和时间上相邻的切片)。这可能例如在不同切片的数据子集部分或完全交叠的情况下出现。关于该特征的更多解释将在下面的描述中进行阐述。

处理装置140还适于从每个切片的数据子集中选择206小于每个切片的完整范围的数据的时间或角度子范围，其中，子范围的选择基于投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个。例如，它可基于最大化与所识别子窗中的一个(例如窗中的时间上最接近的一个)的时间交叠或时间接近度。

处理装置140还适于生成指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。作为示例，处理装置可以包括输入端/输出端，并且其中，数据输出借助于输入端/输出端被传送到重建模块。在一些示例中，处理装置可以包括重建模块，使得处理装置适于执行针对所述切片中的每个基于所选数据子范围(例如针对每个切片使用滤波反投影)来生成重建图像数据的另一步骤。例如，这可以被编译以形成重建的体积图像数据。

为了说明的目的，并且为了便于随后的解释，图3示意性地图示了完整的输入投影数据序列302，其跨越T＝t_final–t₀的总扫描持续时间，并且包括辐射源和探测器的多个完整的角度旋转。该图示示出了覆盖五个完整旋转的扫描序列。然而，在实践中，扫描序列可以覆盖多于五次旋转或少于五次旋转。例如，在一些情况下，利用宽探测器的非常高的节距扫描可以使用少于一个完整旋转来对整个特定器官(例如心脏)进行成像。

图4示意性地图示了多个示例投影数据子集306a-306e。每个数据子集对应于通过被扫描身体的不同相应切片。每个数据子集包括完整投影数据序列302的投影数据的一部分。特别地，每个包括对应于相对于被扫描身体的采集角度的特定范围或跨度(源和探测器相对于身体的旋转位置)和特定采集时间范围的数据。在该示例中，数据子集在时间上和角度上交叠。例如，投影数据序列302可以是使用螺旋成像协议获得的数据序列，其中，节距大于1。然而，数据子集的交叠不是必要特征，并且本发明的技术效果不取决于此。

存在用于执行对解剖对象或事件的可见性的一个或多个子窗口的确定的不同选项。

根据至少一组实施例，可以基于与解剖特征或事件相关的外部传感器输入来识别可见性的一个或多个子窗口的至少一部分的确定。

例如，处理装置140可以被布置为接收由适于感测与解剖事件有关的一个或多个身体参数的外部传感器生成的输出信号的表示。所接收的信号对应于传感器在采集投影数据的过程中(即在CT扫描的过程中)的输出。这可以在采集数据时被实时接收，或者它可以是在数据采集的时间段内记录的传感器输出的记录表示。与解剖事件的可见性相关联的一个或多个子窗口可以基于输入信号来确定。例如，处理装置可以适于基于所接收的信号来确定在其内发生解剖事件的时间窗口。

作为一个示例，输入信号可以是源自ECG感测装置的与投影数据的采集同时被采集的信号。ECG传感器信号允许确定在投影数据采集过程中的心脏阶段。基于此，可以确定每个切片的特定心脏阶段的可见性的窗口。

ECG传感器仅表示一个示例。其他示例可以包括使用源自心率监测器的传感器输出。这也允许探测心脏阶段。另一示例可以包括使用来自超声传感器或来自超声监测装置的输出。这对于感测不同可能解剖对象的移动阶段可以具有更广泛的应用。例如，它可以跟踪肺的移动或由于来自肺的移动的压力的施加而经历移动周期的器官(例如肝脏)的移动。其他示例可以包括来自PPG传感器的输出，其可以用于基于变化的血氧或脉搏量来跟踪肺的呼吸循环。

处理装置可以使用指示传感器输出的输入来确定给定解剖事件(例如，某个心脏阶段)发生的时间窗口。

结合外部传感器输入的使用或作为外部传感器输入的使用的替代，在另外的实施例中，处理装置可以适于确定所接收的投影数据内的一个或多个子窗口，感兴趣的特定解剖对象在所述一个或多个子窗口内是可见的。这可以包括处理装置140针对数据子集中的一个或多个(针对不同切片)执行初步图像重建，并且基于初步重建来确定输入投影数据的时间或角度子窗口，解剖特征或事件在所述时间或角度子窗口内是可见的。该子窗口可以跨越多个不同的切片(即，多个不同的数据子集可以落入其范围内)。处理装置可以执行第一轮完整图像重建，其中，获得完整投影数据序列的初步重建。例如，这可以包括生成每个个体切片的重建。例如，初步重建可以使用每个切片的完整数据范围。

可以将图像处理或分析应用于从初步重建获得的重建的图像数据。作为非限制性示例，这可以包括应用以下中的任何一个或多个：形状匹配算法、边缘探测算法和图像分割流程(例如，基于模型的分割)。这些可以用于在重建的图像数据内识别感兴趣解剖对象的边界或轮廓。这可以定义数据中的感兴趣区域，例如感兴趣的3D区域。基于此，可以识别所识别的对象所在的采集序列的时间或角度窗口。然后，该时间或角度窗口可以用作用于为每个切片选择数据子范围的可见性的子窗口中的至少一个。

用于识别数据中的感兴趣对象的图像处理算法可以存储在由处理装置包括的本地存储器上，或者可以由处理装置通过与远程数据存储设备通信(例如使用输入端/输出端或通信模块，例如无线通信模块)来检索。

一旦已经识别出投影数据集中的解剖对象或事件的可见性的一个或多个子窗口，就选择针对每个切片的投影数据子集的子范围。这是基于可见性的一个或多个所识别的窗口中的至少一个来选择的。

在不同的实施例中，存在确定子范围的不同方法。在至少一组实施例中，从每个数据子集中选择的子范围的时间(和角度)宽度或范围是固定的，并且确定子范围包括仅确定切片数据子集的完整数据范围内的子范围的定位或对齐。例如，在针对每个切片的完整投影数据子集覆盖180°的情况下，每个所选数据子范围可以具有150°的固定角宽度。当然，如果以固定的工作台馈送速度采集完整投影序列302，则这也将对应于数据子范围的固定时间宽度。可以基于由解剖对象或事件的可见性的一个或多个子窗口覆盖的时间范围的知识来执行确定每个切片数据子集内的所选择的子范围的时间对齐。子范围的对齐可以被选择为以便最大化所选数据子范围与可见性窗口中的至少一个之间的时间交叠，或在交叠不可能的情况下，最大化与可见性的窗口中的至少一个的时间接近度。

在图5中示意性地图示了示例。这示出了对应于通过被成像对象的单个切片的数据的一个示例投影数据子集306。图5(a)示出了数据子集306。图5(b)示出了由适于感测与解剖事件有关的一个或多个身体参数的外部传感器生成的示例传感器信号308。作为示例，传感器信号可以是ECG传感器信号。图5(b)图示了与特定解剖事件(诸如心动周期的一个阶段)相对应的示例性子窗口312。子窗口在总投影序列内具有时间跨度Δt。时间跨度覆盖数据子集306的特定时间部分和特定角度采集范围Δθ。图5(c)图示了对基于所识别的感兴趣解剖事件的可见性的时间子窗口312而选择的数据子集306的特定子范围314的选择。在该示例中，选择与可见性的子窗口312交叠并且使子窗口在子范围314的时间跨度内中心地对齐的子范围。

作为示例，为特定切片选择的数据子范围314可以具有固定的时间宽度，并且其中，其在数据子集306的整个宽度内的时间对齐被选择为使得实现子范围314的时间中心点与子窗口312的时间中心点之间的最大接近度。

在一些情况下，给定切片的数据子集可以不与解剖事件或对象的一个或多个所识别的可见性子窗口中的任何一个交叠。例如，给定切片的数据子集可以对应于时间上刚好在解剖事件之前记录的数据，例如，按时间顺序在目标心脏阶段之前或之后的180°。在该示例中，可以选择数据子集的子范围，该子范围小于数据子集的完整范围，并且该子范围在数据子集内具有最大化与时间上最近的可见性窗口的时间接近度的时间对齐。例如，对于按时间顺序在目标解剖事件之前的180°内记录的切片，可以选择采集的最后150°作为用于重建的数据子范围。

在图6中图示了另一示例。这示出了从测量与感兴趣解剖事件有关的生理参数的外部传感器接收的示例信号308。可以基于所述信号来识别示例性子窗口312，所述子窗口与解剖事件的投影数据序列的对应时间部分内的可见性相关联。解剖事件可以例如是对象(诸如心脏)的移动周期的阶段。在图6中还示出了多个示例投影数据子集306，每个示例投影数据子集包括与通过身体的不同切片相对应的数据。在该示例中，数据子集交叠，但这不是必需的。图6示出了为每个数据子集选择的示例数据子范围314。每个子范围被选择为最大化与所识别的可见性的窗口312的交叠。

尽管在图6的示例中，所有所选择的子范围具有相同的宽度，但这不是必需的。在一些实施例中，可以独立地调整为每个切片数据子集选择的数据子范围的宽度。这可以例如基于所识别的可见性的子窗口的宽度来完成。例如，每个子范围可以具有基于最大化与可见性的窗口的时间交叠而选择的宽度，但是其中，宽度被维持低于定义的最大值。

根据一组实施例，可以部分地基于为其他切片的至少一部分选择的数据子范围来执行为每个切片选择数据子范围。例如，为每个切片选择数据子范围可以部分地基于最大化为每个切片选择的子范围的时间交叠或对齐。这确保了切片之间的空间一致性。这可以意味着例如针对每个切片执行确定切片的数据子范围与相邻切片之间的精确时间交叠是否可能的第一子步骤，并且如果是的话，则执行为给定切片选择数据子范围以便与相邻切片的数据子范围在时间上交叠的第二子步骤。如果不可能，则执行识别使与相邻切片的子范围的交叠最大化的子范围的替代子步骤。该方法的示例在图7中示意性地图示，并且将在下面的段落中更详细地解释。

还如上所述，确定投影数据中的解剖对象的可见性的一个或多个子窗口可以包括针对(切片中的一个或多个切片的)数据子集中的一个或多个数据子集执行初步图像重建。这可以优选地针对所有切片执行。基于初步重建，可以识别输入投影数据集内的可见性的一个或多个子窗口，给定的解剖特征或事件在所述一个或多个子窗口内是可见的。

在图7中图示了该示例方法，图7示出了基于针对六个切片的集合的数据子集306a-306f生成的初步图像重建402。将图像处理应用于初始重建402以识别目标3D感兴趣解剖区域(ROI)404。这可以例如基于图像分割(例如，基于模型的分割)来完成。作为说明，在该示例中，感兴趣区域404对应于主动脉瓣环。

然后可以识别输入投影数据序列的时间子窗口，其边界与所识别的感兴趣区域404的边界对齐。

每个数据子集306的数据子范围314基于初始重建402并且基于寻求最大化针对至少位于感兴趣区域子窗口404内(或与感兴趣区域子窗口404交叠)的那些切片数据子集306(在这种情况下，这是子集306b-306e)的所选择的子范围之间的时间交叠来选择。

在一些示例中，可以基于所识别的可见性的子窗口来配置每个所选数据子范围314的宽度(以及时间对齐)。

在一些示例中，可以基于使数据子范围与为感兴趣区域中的相邻切片选择的数据子范围的时间接近度最大化来选择为每个切片选择的数据子范围314。这可以在针对数据子集的完整集合的迭代或递归过程中完成。这具有在重建时使相邻切片之间的移动伪影最小化的效果。

除了数据子范围314的定位之外，还可以基于所识别的可见性的解剖子窗口来调整数据子范围的宽度。在一些示例中，可以调整每个数据子集的宽度以便与相邻切片一致。这有助于最小化切片之间的运动伪影。

额外地或替代地，可以基于使与数据的子窗口的交叠最小化来确定一个或多个数据子集306的子范围314的宽度，该子窗口包括在第一轮完整数据重建中识别的特定伪影。宽度还可以受到与所识别的运动伪影的外观或所确定的严重性/幅度有关的一个或多个导出的性质的影响。

为其数据子集306b-306e位于所识别的感兴趣区域404内的每个切片选择的数据子范围可以被选择为使得最大化相邻切片之间的时间交叠或时间接近度。对于位于感兴趣区域404之外的切片306a、306f的数据子集，时间非交叠是可接受的，因为这些(解剖学上不太相关的)区域中的伪影不太重要。

根据一个或多个实施例，为每个数据子集306选择的数据子范围314的时间宽度可以基于数据子集与最近的子窗口的相对时间接近度或数据子集与最近的子窗口的时间交叠程度来配置。可以设置子范围的最大和最小时间或角宽度，并且其中，宽度被选择为与交叠程度成比例。作为示例，与子窗口完全交叠的数据子集可以使用最大子范围宽度，根本不交叠的子集可以使用最小宽度，并且部分交叠的子集可以使用等于交叠范围的宽度，只要它高于最小值并且低于最大值即可。

如上所述，根据一个或多个实施例，在针对每个数据子集选择数据子范围之后，可以应用图像重建以基于针对每个切片选择的数据子范围来重建每个切片。

在一些示例中，可以使用补偿技术来补偿由用于每个切片的减小的数据范围引起的可能伪影。这些可以包括基于神经网络的伪影补偿方法的应用，或基于诸如迭代重建的高级重建技术的使用。简而言之，迭代重建是比标准滤波反投影更高级的重建方法。它基于明确地对投影物理进行建模，并且使用它来迭代地重建图像，对它们进行前向投影，将前向投影的数据与实际原始数据相关联，并且然后继续下一次重建迭代。例如，在以下论文中概述了一种示例方法：Lossau Née Elss T等人的“Motion estimation and correction incardiac CT angiography images using convolutional neural networks”，Comput MedImaging Graph.2019Sep；76:101640。

额外地或替代地，可以将一个或多个后处理流程应用于重建的图像数据以便减少噪声或伪影。例如，可以将滤波应用于重建的图像数据。

例如，根据一组有利的实施例，所述处理装置可以适于执行滤波流程作为图像重建过程的一部分。

特别地，所述处理装置还可以适于使用针对每个切片的所述数据子集的所述完整数据范围来针对所述切片中的每个切片执行第一图像重建，以导出针对每个切片的第一图像。

所述处理装置还可以适于使用针对每个切片的所述数据子集的所识别的子范围来针对所述切片中的每个切片执行第二图像重建，以导出针对每个切片的第二图像。

所述处理装置还可以适于将低通滤波应用于所述第一图像中的每幅图像，并且将高通滤波应用于所述第二图像中的每幅图像。然后针对每个切片生成组合图像，所述组合图像包括经滤波的第一图像和经滤波的第二图像的组合。然后生成指示针对每个切片的所述组合图像的输出。

该流程基于频率分离方法。从部分数据重建的图像具有改善的时间分辨率，但是经受有限角度伪影。相反，从全数据重建的图像具有更低的时间分辨率，但是没有有限角度伪影。有限角度伪影通常具有比运动伪影显著更低的频率(即，具有更大的空间范围)。通过将完整数据重建图像的低频部分添加到部分数据重建图像的高频部分，每个图像的不同伪影类型基本上被滤波，并且其中，经滤波的图像分量然后通过添加其他经滤波的图像数据来补偿。因此，改善了时间分辨率，并且基本上减少了有限角度伪影。

如上所述，本发明的实施例的一个可能有利应用是用于心脏CT成像。作为示例，CT扫描通常作为起搏器的常规管理和监测的一部分来执行。例如，通常需要检查起搏引线的状态。在一些示例中，可能需要提取起搏引线，例如以便进行更换。在一些示例中，待提取的起搏引线可能已经生长到上腔静脉(SVC)的壁中。由于在重建图像中可见的导致引线模糊的移动伪影，在正常CT成像中可能难以探测到这种粘附。引线的真实位置可能不清楚。

本发明的实施例的应用可以通过缩小每个切片中使用的数据的范围来减少运动伪影，从而改善时间分辨率，减少模糊并允许改善引线定位。另外，使用上面讨论的用于实现相邻切片之间的一致性的技术允许通过感兴趣的3D解剖区域一致地跟踪引线。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种用于X射线计算机断层摄影图像重建的计算机实施的方法。所述方法可以包括执行图2中概述的并且上面参考图1中所示的处理装置140描述的一组步骤。

特别地，该方法包括接收202包括多个数据子集的输入投影数据，每个数据子集对应于通过被扫描身体的不同相应切片，并且其中，每个数据子集包括对应于定义的采集角度范围和定义的采集时间段的数据。

该方法还包括识别204所述输入投影数据内的一个或多个时间或角度子窗口，所述一个或多个时间或角度子窗口与在被重建的情况下期望解剖特征或事件在所述数据集中的可见性相关联。

该方法还包括从针对每个切片的所述数据子集中选择206所述数据的时间或角度子范围，所述时间或角度子范围小于针对每个切片的完整范围，其中，所述子范围的选择基于所述投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个。

该方法还包括生成208指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码可在处理器或计算机上执行。当处理器或计算机与输入投影数据源(诸如CT成像装置或数据存储设备)可操作地耦合时，所述代码被配置为引起处理器执行根据上面概述或下面描述的任何示例或实施例或根据本申请的任何权利要求的方法。

上面描述的本发明的实施例采用处理装置。处理装置通常可以包括单个处理器或多个处理器。它可以位于单个包含设备、结构或单元中，或它可以分布在多个不同的设备、结构或单元之间。因此，对适于或被配置为执行特定步骤或任务的处理装置的提及可以对应于该步骤或任务由多个处理组件中的任何一个或多个单独地或组合地执行。本领域技术人员将理解如何实施这种分布式处理装置。

处理装置的一个或多个处理器可以利用软件和/或硬件以多种方式实施，以执行所需的各种功能。处理器通常采用一个或多个微处理器，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所需的功能。处理器可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的一个或多个编程的微处理器和相关联的电路的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的电路的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器可以与一个或多个存储介质相关联，诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以利用一个或多个程序来编码，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上运行时以所需的功能来执行。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器中。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。

尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

如果在权利要求书或说明书中使用了术语“适于”，应注意术语“适于”旨在相当于术语“被配置为”。术语“患者”和术语“对象”已经贯穿本文件被可互换地使用。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于X射线计算机断层摄影(CT)重建的处理装置(140)，所述处理装置适于：

获得(202)包括多个数据子集(306)的输入CT投影数据集(302)，每个子集与通过被扫描身体的不同相应切片相对应，并且其中，每个数据子集包括与定义的采集角度范围和定义的采集时间范围相对应的数据；

识别(204)所述输入投影数据集内的一个或多个时间或角度子窗口(312)，所述一个或多个时间或角度子窗口与在被重建的情况下期望解剖特征或事件在所述数据集中的可见性相关联；

从针对每个切片的所述数据子集中选择(206)所述数据的时间或角度子范围(314)，所述时间或角度子范围小于针对每个切片的完整范围，其中，对所述子范围的选择基于所述投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个，并且

生成(208)指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。

2.根据权利要求1所述的处理装置，其中，所述处理装置适于：

接收由外部传感器生成的信号(308)，所述外部传感器适于感测与解剖事件有关的一个或多个身体参数，所述信号与所述传感器在所述输入投影数据的采集过程中的输出相对应，并且

至少部分地基于所接收的信号来确定与所述解剖对象或事件的可见性相关联的所述一个或多个子窗口。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的处理装置，其中，确定所述输入投影数据集中的所述一个或多个子窗口包括针对所述数据子集中的一个或多个数据子集执行初步图像重建，并且基于所述初步重建来确定所述输入投影数据集内的一个或多个子窗口，在所述一个或多个子窗口内，所述解剖特征或事件是可见的。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的处理装置，其中，针对每个数据子集的所选择的角度子范围具有预定义的角度宽度，并且针对给定数据子集选择所述数据子范围包括确定所述子范围在所述数据子集的完整宽度内的对齐。

5.根据权利要求4和权利要求2所述的处理装置，其中，确定所述数据子范围的所述对齐是基于由所述外部传感器生成的信号来执行的。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的处理装置，其中，针对所述数据子集中的一个或多个选择所述数据子范围包括基于所述一个或多个确定的时间或角度子窗口中的一个来确定所述数据子范围的角度宽度。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的处理装置，其中，所述投影数据表示感兴趣解剖对象，其中，所述感兴趣对象经历周期性移动，并且其中，所述解剖事件对应于所述周期性移动的阶段。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的处理装置，其中，针对每个切片选择所述数据子范围是部分地基于针对其他切片的至少部分选择的数据子范围来执行的。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的处理装置，其中，针对每个数据子集选择数据子范围部分地基于使针对不同数据子集选择的角度子范围的时间交叠或时间接近度最大化，并且优选地，部分地基于使针对相邻切片的数据子集选择的角度子范围的时间交叠或时间接近度最大化。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的处理装置，还适于：

使用针对每个切片的所述数据子集的完整数据范围来针对所述切片中的每个切片执行第一图像重建，以导出针对每个切片的第一图像；

使用针对每个切片的所述数据子集的所识别的子范围来针对所述切片中的每个切片执行第二图像重建，以导出针对每个切片的第二图像；

将低通滤波应用于所述第一图像中的每幅图像，并且将高通滤波应用于所述第二图像中的每幅图像，并且针对每个切片生成组合图像，所述组合图像包括经滤波的第一图像和经滤波的第二图像的组合；并且

生成指示针对每个切片的所述组合图像的输出。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的处理装置，还适于从所述切片的所述数据子集中提取针对每个相应切片选择的所述数据子范围。

12.根据权利要求11所述的处理装置，还适于仅使用针对每个切片的相应数据子集的所提取的数据子范围来针对每个切片执行图像重建。

13.一种用于X射线计算机断层摄影(CT)图像重建的计算机实施的方法，所述方法包括：

接收包括多个数据子集的输入CT投影数据集，每个子集与通过被扫描身体的不同相应切片相对应，并且其中，每个数据子集包括与定义的采集角度范围和定义的采集时间段相对应的数据；

识别所述输入投影数据集内的一个或多个时间或角度子窗口，所述一个或多个时间或角度子窗口与在被重建的情况下期望解剖特征或事件在所述数据集中的可见性相关联；

从针对每个切片的所述数据子集中选择所述数据的时间或角度子范围，所述时间或角度子范围小于针对每个切片的完整范围，其中，对所述子范围的选择基于所述投影数据中的所识别的一个或多个时间或角度子窗口中的至少一个，并且

生成指示针对每个切片的所选择的子范围的数据输出。

14.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码能够在处理器上执行，所述代码被配置为使所述处理器执行根据权利要求13所述的方法。

15.一种计算机断层摄影(CT)装置(150)，包括根据权利要求1至12中任一项所述的处理装置。