RU2606561C2 - Компенсация усечения для итерационной реконструкции в компьютерной томографии (кт) с коническим пучком в комбинированных системах офэкт/кт - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к формированию медицинских изображений. Техническим результатом является повышение точности реконструкции изображений. Способ содержит этапы, на которых: собирают данные проекций объекта; задают поле обзора с воксельной сеткой в трансаксиальном направлении; определяют максимальные трансаксиальные размеры объекта; формируют расширенное поле обзора посредством продолжения воксельной сетки поля обзора на одну расширенную область снаружи поля обзора; и итерационно реконструируют собранные данные проекций; определение максимальных трансаксиальных размеров объекта содержит этапы, на которых: задают воксельную сетку с крупным шагом в поле обзора, которое заведомо больше, чем трансаксиальные предельные размеры объекта; реконструируют большое поле обзора с получением представляемого изображения с крупным шагом, представляемое изображение с крупным шагом имеет разрешение ниже, чем реконструированное представляемое изображение; и определяют трансаксиальные предельные размеры объекта по представляемому изображению с крупным шагом. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к технологиям формирования медицинских изображений. Изобретение находит применение, в частности, в схемах реконструкции для формирования изображений методом рентгеновской компьютерной томографии (КТ). Однако, в общем, изобретение находит также применение с другими средствами формирования изображений, например, но без ограничения, однофотонной эмиссионной компьютерной томографией (ОФЭКТ) и позитронной эмиссионной томографией (ПЭТ).

В процессе диагностического ядерного формирования изображений исследуют распределение диагностического радионуклида, когда радионуклид проходит в кровотоке пациента, для формирования изображений системы кровообращения или для формирования изображений конкретных органов, которые накапливают введенный радиофармацевтический препарат. В предпочтительном варианте, возможно создание радиофармацевтического препарата для концентрации в выбранных тканях, чтобы обеспечивать формирование изображений преимущественно упомянутых выбранных тканей.

В однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) применяют, по меньшей мере, один детектор излучения, обычно называемый гамма-камерой, чтобы обнаруживать радиофармацевтический препарат по испусканию излучения, вызываемому актами радиоактивного распада. Обычно каждая гамма-камера содержит матрицу детекторов излучения и коллиматор, расположенный перед матрицей детекторов излучения. Коллиматор задает линию прямой видимости или небольшой конический угол обзора, и поэтому регистрируемое излучение содержит данные проекции. Если гамма-камеры перемещают в некотором диапазоне углов обзора, например в 180° или 360° диапазоне углов, то по полученным данным проекций можно реконструировать изображение распределения радиофармацевтического препарата в пациенте.

В позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) акты радиоактивного распада радиофармацевтического препарата порождают позитроны. Каждый позитрон взаимодействует с электроном с порождением акта электрон-позитронной аннигиляции, который испускает два противоположно направленных гамма-кванта. С использованием схем детектирования совпадений, кольцевая матрица детекторов излучения, окружающая изображаемого пациента, регистрирует совпадающие, акты испускания совпадающих, противоположно направленных гамма-квантов, соответствующие электрон-позитронной аннигиляции. Линия ответа (LOR), соединяющая две совпадающих регистрации, содержит позитрон акта электрон-позитронной аннигиляции. Упомянутые линии ответа можно реконструировать для формирования изображения распределения радиофармацевтического препарата.

Во времяпролетной ПЭТ (TOF-PET) для локализации акта аннигиляции вдоль LOR (линии ответа) используют небольшую разновременность между моментами регистрации двух совпадающих актов излучения гамма-квантов.

При компьютерном томографическом (КТ) формировании изображений источник излучения облучает объект формирования изображений и матрица детекторов излучения, расположенная с противоположной стороны объекта формирования изображений, регистрирует проходящее излучение. Вследствие изменения ослабления излучения тканями в объекте формирования изображений, регистрируемое излучение можно реконструировать с получением изображения, характеризующего поглощающие излучение структуры в объекте формирования изображений.

Алгоритмы реконструкции для ядерной эмиссионной томографии и рентгеновской трансмиссионной томографии содержат способы фильтрованных обратных проекций (FBP) или свернутых обратных проекций и соответствующую фильтрацию, необходимую для реконструкции данных эмиссионных и трансмиссионных проекций. Способ FBP является аналитическим способом, в котором применяют метод сигнал-детектор. Способ FBP легко реализуется, требует очень мало вычислительного времени и, в общем, линеен. Однако способ FBP несколько ограничен, а именно в данном способе не предусмотрено моделирование шума, возникающего в результате малых сосчитанных чисел фотонов на детекторе, что снижает отношение сигнал/шум (SNR). Один подход к ослаблению шума в изображении, при реконструкции с использованием способа FBP, состоит в применении более высокой дозы излучения, что уменьшает безопасность пациента.

Другим классом методов реконструкции являются итерационные способы реконструкции, которые используют комплексный итерационный алгоритм, который уточняет и строит представление изображения и может вносить поправки на ослабление, шум, рассеяние, эффективность детектора, время запаздывания, анатомические модели, движение пациента, кинетику радиоактивного индикатора и т.п.

Однако итерационные способы реконструкции предрасположены к ошибкам усечения. В принципе итерационные способы реконструкции работают путем сравнения смоделированных собранных данных реконструированного изображения с измеренными данными. Например, в случае КТ, способ вычисляет линейные интегралы реконструированного изображения ослаблений и сравнивает их с измеренным ослаблением. В зависимости от разности между смоделированными данными и измеренными данными, реконструированное изображение итерационно уточняется, пока смоделированные данные не согласуются с измеренными данными. В случае усеченной реконструкции поля обзора (FoV) (реконструируемого объема), которое не охватывает весь объект формирования изображений, измеренные данные могут содержать ослабление, которое исходно находилось снаружи реконструируемого поля обзора. Однако итерационный способ, в процессе согласования смоделированного и измеренного ослабления, при фиксированном поле обзора, помещает упомянутое ослабление внутрь поля обзора. Последнее может приводить к сильным артефактам, например, образованию полос или затенению. Проблемы усечения особенно значительны при трансаксиальном усечении объекта формирования изображений. Расширение реконструируемого поля обзора для охвата всего объекта формирования изображений устраняет артефакты усечения. Аналогичные доводы применимы к случаю эмиссионной томографии, в которой реконструируют активность изотопного индикатора вместо ослабления.

В работе WIEGERT J ET AL: «Projection Extension for Region Of Interest Imaging in Cone-Beam CT» (ACADEMIC RADIOLOGY, RESTON, VA. US, Vol.12, no. 8, 1 August 2005, pages 1010-1023) описан способ продолжения проекций на область интереса в КТ с коническими пучками. Способ использует априорное знание посредством объединения прямых проекций ранее полученного неусеченного 3-мерного опорного изображения с усеченными проекциями области интереса. Жесткое совмещение двух наборов данных обеспечивают применением метода основанного на локальной кросс-корреляции. Для учета несовпадения уровней яркости в двух наборах данных, обусловленного, например, различиями качества пучков и различиями составляющих рассеянного излучения, опорные данные в прямых проекциях подвергают линейному преобразованию уровней яркости.

Одна из проблем формирования изображений методами как ОФЭКТ, так и ПЭТ состоит в том, что поглощение и рассеяние фотонов анатомическими структурами пациента между радионуклидом и детектором искажает получаемое изображение. Один из методов использует данные сканирования рентгеновской КТ для формирования карты ослабления. Поскольку как рентгеновское излучения, так и гамма-излучение ослабляются жесткими тканями, например костью или даже синтетическими имплантатами, сильнее, чем мягкой тканью, то данные КТ можно использовать для оценки карты ослабления для гамма-излучения, испускаемого радиофармацевтическим препаратом. Если реконструированная карта ослабления содержит ошибки усечения, то ошибки будут переноситься в данные скорректированных проекции ОФЭКТ/ПЭТ, что будет приводить к неточной реконструкции значений активности.

Настоящая заявка обеспечивает новые и усовершенствованные систему и способ, которые разрешают вышеописанные и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом предлагается способ для диагностического формирования изображений. Способ содержит этап сбора данных проекций объекта, находящегося в области исследования, с помощью первого средства формирования изображений; этап задания поля обзора (FoV) с воксельной сеткой в трансаксиальном направлении; этап определения максимальных трансаксиальных размеров объекта; этап формирования расширенного поля обзора посредством продолжения воксельной сетки поля обзора на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, которое охватывает, по меньшей мере, определенные максимальные трансаксиальные размеры и ослабление в трансаксиальном направлении; и этап итерационной реконструкции собранных данных проекций с получением представляемого изображения расширенного поля обзора.

В соответствии с другим аспектом предлагается сканер для формирования изображений. Сканер для формирования изображений содержит первый сканер для формирования изображений, который собирает данные проекций объекта, находящегося в области исследования, с использованием первого средства формирования изображений. По меньшей мере, один процессор запрограммирован с возможностью выполнения следующих этапов: задание поля обзора (FoV) воксельной сеткой в трансаксиальном направлении; определение максимальных трансаксиальных размеров объекта; формирование расширенного поля обзора посредством продолжения воксельной сетки поля обзора на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, которое охватывает, по меньшей мере, определенные максимальные трансаксиальные размеры и ослабление в трансаксиальном направлении; и итерационную реконструкцию собранных данных проекций с получением представляемого изображения расширенного поля обзора.

В соответствии с другим аспектом предлагается мультимодальная система формирования изображений. Система содержит компьютерный томографический сканер, который собирает данные КТ проекций объекта в области исследования, и сканер для ядерного формирования изображений, который собирает данные проекций ядерного исследования объекта в области исследования. По меньшей мере, один процессор КТ реконструкции запрограммирован с возможностью выполнения следующих этапов: в данных КТ проекций, задание поля обзора (FoV) с воксельной сеткой в трансаксиальном направлении; определение максимальных трансаксиальных размеров объекта; формирование расширенного поля обзора посредством продолжения воксельной сетки поля обзора на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, которое охватывает, по меньшей мере, найденные определением максимальные трансаксиальные размеры и все ослабление в трансаксиальном направлении; итерационную реконструкцию данных КТ проекций с получением карты ослабления расширенного поля обзора; и коррекцию данных проекций ядерного исследования по итерационно реконструированной карте ослабления.

Одно преимущество состоит в том, что уменьшают ошибки усечения поля обзора.

Другое преимущество состоит в том, что данные эмиссионной томографии можно точнее скорректировать с учетом эффектов ослабления и рассеяния.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения станут понятны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и изучения нижеследующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и схем расположения компонентов, и различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию в смысле ограничения изобретения.

Фиг.1 - схематическое изображение комбинированной системы ОФЭКТ/КТ с одним гентри;

Фиг.2A - представляемое изображение в случае итерационной реконструкции в поле обзора, которое не охватывает объект в трансаксиальном направлении, что создает сильные артефакты;

Фиг.2B - представляемое изображение в случае итерационной реконструкции, когда реконструкция выполнена с расширенным полем обзора для уменьшения ошибок усечения;

Фиг.2C - представляемое изображение поля обзора, выбранного пользователем, и расширенного поля обзора;

Фиг.3 - блок-схема последовательности операций способа компенсации усечения для способов итерационной реконструкции;

Фиг. 4A-4D - блок-схемы последовательности операций альтернативных способов определения расширенного поля обзора; и

Фиг.5 - блок-схема последовательности операций способа продолжения воксельной сетки поля обзора в расширенное поле обзора.

Как показано на Фиг.1, система 10 диагностического формирования изображений выполняет параллельно и/или независимо рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) и ядерное формирование изображений, например ПЭТ или ОФЭКТ. Система 10 формирования изображений содержит стационарный корпус 12, который задает границы туннеля 14 для размещения пациента. Поворотный гентри 16, установленный на корпусе 12, расположен с возможностью поворота вокруг туннеля для задания границ общей области 18 исследования. Опора 20 для пациента, которая поддерживает пациента или объект 22, подлежащий формированию изображений и/или исследованию, регулируется продольно и/или вертикально для обеспечения требуемого позиционирования пациента в области исследования.

Чтобы обеспечить возможности КТ формирования изображений, узел 24 рентгеновского источника, который установлен на поворотном гентри 16, содержит рентгеновский источник 26, например рентгеновскую трубку, фильтр, узел 28 коллиматора и/или затвора. Коллиматор коллимирует излучение от рентгеновского источника 26 в виде конического или клиновидного пучка, по меньшей мере, одного, по существу параллельного веерного пучка и т.п. Затвор перекрывает или открывает пучок. Рентгеновский детектор 30, например, твердотельный плоскопанельный детектор, установлен на поворотном гентри 16 противоположно узлу 24 рентгеновского источника. В представленном варианте осуществления, детекторная панель смещена относительно проецируемого центра излучения или поперечно смещена от центра поворота в трансаксиальной плоскости. Геометрии со смещенными детекторами предпочтительны потому, что такие геометрии позволяют расширить поле обзора или позволяют уменьшить размеры детектора. Детекторы большего размера обычно сложнее, дороже в производстве, могут ограничивать конструкцию системы в целом и могут ограничивать позиционирование детекторов или доступ к пациенту и т.п. Предусмотрено также применение рентгеновских систем с широким несмещенным детектором, который перекрывает полное поле обзора.

Когда гентри поворачивается, узел 24 рентгеновского источника и рентгеновский детектор 30 согласованно поворачивают вокруг области 18 исследования для сбора данных КТ проекций, охватывающих полный 360° оборот, несколько оборотов или дугу меньшего размера. Каждая КТ проекция показывает ослабление рентгеновского излучения вдоль линейного пути между узлом 24 рентгеновского источника и регистрирующим элементом рентгеновского детектора 30. Собранные данные КТ проекций сохраняются в буфере 32 КТ данных и обрабатываются процессором 34 КТ реконструкции с получением представляемого КТ изображения, и затем сохраняются в блоке 36 памяти КТ изображения. В совокупности, рентгеновский источник, узел коллиматора/затвора, детектор и процессор реконструкции определяют систему или средство для формирования анатомического, КТ, рентгеновского или первого изображения.

Чтобы обеспечить возможности функционального ядерного формирования изображений, на поворотном гентри 16 установлена с возможностью перемещения, по меньшей мере, одна детекторная головка 40a, 40b для регистрации ядерных излучений, например, детекторы для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Установка узла 24 рентгеновского источника и детекторных головок 40a, 40b для регистрации ядерных излучений на один и тот же гентри позволяет сформировать изображение области 18 исследования обоими средствами, без перемещения пациента 22. В одном варианте осуществления, детекторные головки установлены, с возможностью перемещения, на роботизированном узле (не показанном), который установлен на поворотном гентри 16. Роботизированный узел допускает установку детекторных головок с выбираемым смещением вокруг пациента 22, например 90° смещением, под 180° противоположно одна другой и т.п. Каждая детекторная головка для ОФЭКТ содержит коллиматор, чтобы было известно, что каждый зарегистрированный акт излучения имел место вдоль идентифицируемой линии прямой видимости или небольшого конического угла обзора, так что получаемое излучение содержит данные проекций. Собираемые данные ОФЭКТ проекций сохраняются в буфере 42 данных и обрабатываются процессором 44 ОФЭКТ реконструкции с формированием представляемого ОФЭКТ изображения, сохраняемого в блоке 46 памяти ОФЭКТ изображений. В совокупности детекторные головки для ОФЭКТ и процессор ОФЭКТ реконструкции определяют систему или средство для формирования ядерного функционального или второго изображения.

В другом варианте осуществления, система или средство функционального формирования изображений содержит детекторы для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). По меньшей мере, одно кольцо детекторов для ПЭТ расположено вокруг туннеля 14 для размещения пациента, чтобы принимать гамма-излучение из пациента. Зарегистрированные пары совпадающих актов излучения задают линии ответа (LOR), которые сохраняются в режиме списка в буфере данных и обрабатываются процессором ПЭТ реконструкции с формированием представляемого ПЭТ изображения, сохраняемого в блоке памяти ПЭТ изображений. В совокупности, кольцо(а) детекторов для ПЭТ и процессор ПЭТ реконструкции определяют систему или средство для формирования функционального изображения.

Для реконструкции данных эмиссионных и трансмиссионных проекций обычно используют способ фильтрованных свернутых обратных проекций (FBP). Способ FBP является аналитическим способом, в котором применяют метод сигнал-детектор, т.е. в данном способе предполагается, что излучение точечного источника из фокусного пятна рентгеновской трубки, проходящее как единственная тонкая линия через центр вокселя, приходит в центр каждой ячейки детектора. Способ FBP легко реализуется и требует очень мало вычислительного времени. Однако способ FBP несколько ограничен, а именно в данном способе не предусмотрено моделирование шума, возникающего в результате малых сосчитанных чисел фотонов на детекторе, что снижает отношение сигнал/шум (SNR). Для снижения шума в изображении, при реконструкции с использованием способа FBP, можно применить более высокую дозу излучения, что уменьшает безопасность пациента.

Альтернативный метод является итерационным способом реконструкции, который использует комплексный итерационный алгоритм, например, максимизацию ожидания методом максимального правдоподобия (MLEM) или максимизацию ожидания методом упорядоченных подмножеств (OSEM), которые уточняют и строят представляемое изображение и могут содержать этапы обработки для учета ослабления, рассеяния, шума, эффективности детектора, времени запаздывания, анатомических моделей, движения пациента, кинетики радиоактивного индикатора и т.п. В итерационном алгоритме сначала определяется исходная оценка активности или ослабления в поле обзора. Другими словами, формируется исходное представляемое изображение, например, с использованием способа FBP или в предположении однородного распределения сигнала. По исходному изображению вычисляют или получают прямой проекцией данные проекций и сравнивают с соответствующими собранными данными проекций. Разность между вычисленными данными проекций и фактическими данными проекций проецируют обратно на исходное представляемое изображение для коррекции представляемого изображения. Алгоритм итерационно повторяют, пока не минимизируют разность, или не получают оптимальное решение.

Хотя итерационные способы реконструкции имеют многообещающие свойства, например, при искаженных данных, упомянутые способы могут формировать реконструкции с меньшими шумами, чем способ FBP, однако данные способы подвержены ошибкам усечения.

Пользователем или врачом выбирается поле обзора с выбранной воксельной сеткой, и определяется расширенное поле обзора (расширенное FoV), которое содержит расширенные области снаружи поля обзора. Для компенсации ошибок усечения, процессор 34 КТ реконструкции автоматически расширяет поле обзора (FoV) в процессе реконструкции таким образом, чтобы упомянутое поле обзора содержало весь объект в трансаксиальном направлении для учета всего ослабления, которое присутствует в данных КТ проекций, или всей активности, которая присутствует в данных ПЭТ/ОФЭКТ проекций.

В одном варианте осуществления, для определения расширенного поля обзора, получают прямые проекции поля обзора на собранные данные рентгеновских проекций, чтобы задать «след» зоны обзора. Наличие значительного по величине ослабления или активности снаружи следа поля обзора в трансаксиальном направлении указывает на усечение. Затем выбирают достаточно большое расширенное поле обзора, чтобы оно охватывало все ослабление или всю активность, присутствующее(ую) во всех проекциях в трансаксиальном направлении. Данный способ нельзя применить, если объект продолжается за детектор в трансаксиальном направлении, т.е. объект продолжается за пределы поля обзора сканера, но в таком случае можно воспользоваться одним из нижеследующих способов для определения расширенного поля обзора.

В другом варианте осуществления, трансаксиальный предельный размер объекта оценивается по его массе и росту, в связи со статистическими данными, имеющими отношение к типичным формам пациентов. Рост и массу объекта измеряют и затем сравнивают с группой или базой данных пациентов, которая указывает максимальные трансаксиальные размеры в соответствии со статистическими данными, имеющими отношение к росту и массе. Затем определяют расширенное поле обзора для охвата упомянутого оцененного размера пациента. Аналогичным образом, типичный максимальный трансаксиальный размер можно оценить по группе пациентов. Затем упомянутый максимальный размер используют для определения расширенного поля обзора.

В другом варианте осуществления, для определения предельного размера расширенного поля обзора, размеры объекта можно оценить по другим доступным данным изображения, например, по ранее полученным представляемым КТ, МРТ (магнитно-резонансным), ОФЭКТ, ПЭТ или подобным изображениям. Аналогичным образом, предельный размер объекта можно оценить по параллельно или последовательно собранным данным проекций или реконструированным данным изображения, в которых область формирования изображения пациента не выходит из области 18 исследования. Например, во время выполнения сбора ОФЭКТ/КТ или ПЭТ/КТ данных посредством системы 10 формирования изображений, ОФЭКТ/ПЭТ данные или представляемое изображение, реконструированное по упомянутым данным можно использовать для оценки контура объекта и, следовательно, предельного размера объекта. В качестве альтернативы, для определения предельных размеров пациента можно собрать дополнительные данные КТ проекций.

В другом варианте осуществления, для определения расширенного поля обзора выполняют первую реконструкцию (возможно, с низким разрешением) в очень большом поле обзора, которое заведомо должно охватывать весь объект. Например, поле обзора можно выбрать, по меньшей мере, с размером туннеля сканера. Затем, можно определить истинный контур пациента в упомянутой первой реконструкции, и можно соответственно выбрать расширенное поле обзора для расширенной реконструкции.

После того как выполнено определение расширенного поля обзора, поле обзора расширяют, чтобы охватить расширенное поле обзора, несколькими способами, в зависимости от планируемого использования реконструкции и вычислительных ограничений аппаратуры. В одном варианте осуществления, воксельную сетку поля обзора продолжают на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, вплоть до размера расширенного поля обзора. Другими словами, число вокселей в воксельной сетке поля обзора увеличивают, тогда как размер каждого вокселя остается тем же. В другом варианте осуществления, если продолжение воксельной сетки поля обзора невозможно из-за ограничений процессорной памяти или времени обработки данных, то размер или размеры каждого вокселя поля обзора увеличивают, тогда как число вокселей в сетке остается постоянным, что увеличивает пространственную протяженность воксельной сетки.

После того как определяют местоположение и воксельную сетку расширенного поля обзора, представляемое изображение, по меньшей мере, поля обзора формируют на основании расширенного поля обзора с использованием, например, итерационного способа реконструкции и сохраняют в памяти 36 КТ изображений для отображения на графическом пользовательском интерфейсе 50. Графический пользовательский интерфейс 50 содержит также устройство пользовательского ввода, посредством которого врач или пользователь взаимодействует с контроллером 52 сканирования, для выбора последовательностей и протоколов сканирования и т.п.

В одном варианте осуществления, расширенное поле обзора отображается вместе обозначенным полем обзора, выбранным пользователем. Обозначение может дополнительно указывать поле обзора, сканированное с исчерпывающей плотностью отсчетов, и области, сканированной, возможно, с недостаточной плотностью отсчетов. В качестве альтернативы, в варианте осуществления, в котором воксельную сетку поля обзора продолжают, реконструируемое представляемое изображение можно обрезать для отображения только поля обзора, заданного пользователем. В варианте осуществления, в котором воксельную сетку поля обзора увеличивают или продолжают и увеличивают, или в котором увеличивают размер некоторых или всех вокселей, шаг дискретизации реконструированного представляемого изображения изменяют обратно до размера вокселя поля обзора, выбранного пользователем.

В другом варианте осуществления, реконструированное расширенное поле обзора используют, чтобы сформировать карту ослабления для коррекции данных проекций, собранных сканером ядерного формирования изображений, например, эмиссионных ОФЭКТ или ПЭТ данных. Для точной коррекции ослабления, важное условие состоит в том, чтобы карта ослабления представляла весь объект для учета всего ослабления во время сбора данных. Хотя, возможно, это не относится к полю обзора, заданному пользователем, полный охват можно обеспечить применением описанного способа и формированием карты ослабления на основании реконструкции расширенного поля обзора. Например, процессор 44 ОФЭКТ реконструкции получает реконструированное представляемое изображение расширенного поля обзора и формирует, по данному изображению, карту ослабления. Карта ослабления служит для коррекции поглощения и рассеяния фотонов анатомическими структурами объекта.

Хотя итерационный способ реконструкции, использующий расширенное поле обзора для компенсации ошибок усечения, описан применительно к реконструкции компьютерных томографических изображений, способ применим также к другим средствам формирования изображений, для которых также выполняют итерационные способы реконструкции. Например, итерационный способ реконструкции с расширенным полем обзора можно применять в однослойных КТ, ПЭТ, ОФЭКТ и т.п. Что касается системы 10 формирования изображений, процессор 44 ОФЭКТ реконструкции может компенсировать ошибки усечения в собранных эмиссионных ОФЭКТ данных с использованием расширенного поля обзора вместе с итерационным алгоритмом реконструкции, чтобы формировать представляемые ОФЭКТ изображения.

На Фиг.3 представлен способ для компенсации усечения в рамках итерационного способа реконструкции. Из области 18 исследования собирают S100 данные проекций объекта. С использованием графического пользовательского интерфейса 52, врач задает или выбирает S102 поле обзора. Определяют S104 максимальные трансаксиальные размеры объекта, которые затем используют для определения S106 расширенного поля обзора, которое охватывает, по меньшей мере, найденные определением максимальные трансаксиальные размеры и все ослабление или всю активность в трансаксиальном направлении. Расширенное поле обзора итерационно реконструируют S108, с использованием собранных данных проекций.

Реконструированное представляемое изображение можно отобразить S110 несколькими способами.

В варианте осуществления, в котором данные КТ проекций являются данными трансмиссионной КТ, реконструированное представляемое КТ изображение расширенного поля обзора можно использовать для формирования S110 карты ослабления, которую используют для коррекции S112 данных проекций ядерного исследования, например, ОФЭКТ/ПЭТ данных, которые затем реконструируют S114, например, итерационным способом, с формированием представляемого ядерного изображения, скорректированного с учетом ослабления.

Трансаксиальные предельные размеры объекта можно определить несколькими способами. В одном варианте осуществления, показанном на Фиг.4A, для определения местоположения расширенного поля обзора, получают прямые проекции поля обзора на собранные данные рентгеновских проекций, чтобы задать S200 «след» зоны обзора. Наличие значительного по величине ослабления снаружи следа поля обзора в трансаксиальном направлении указывает на усечение. Затем выбирают S202 достаточно большое расширенное поле обзора, чтобы оно охватывало все ослабление, присутствующее во всех проекциях в трансаксиальном направлении. Данный способ нельзя применить, если объект продолжается за детектор в трансаксиальном направлении, т.е. объект продолжается за пределы поля обзора сканера, но в таком случае можно воспользоваться одним из нижеследующих способов для определения расширенного поля обзора.

Как показано на Фиг.4B, в другом варианте осуществления, трансаксиальные предельные размеры объекта оценивают S304 по массе и росту объекта, в связи со статистическими данными, имеющими отношение к типичным формам пациентов. Рост и массу объекта измеряют S300 и соотносят с группой или базой данных пациентов, и максимальные трансаксиальные размеры оценивают S302 в соответствии со статистическими данными, имеющими отношение к росту и массе. Затем определяют S304 расширенное поле обзора для охвата упомянутого оцененного размера пациента. Аналогичным образом, типичный максимальный трансаксиальный размер можно оценить по группе пациентов. Затем упомянутый максимальный размер используют для определения расширенного поля обзора.

Как показано на Фиг.4С, в другом варианте осуществления, предельные размеры объекта оценивают по другим доступным данным изображения, например, по ранее полученным представляемым КТ, ОФЭКТ, ПЭТ или подобным изображениям. Процессором 34, 44 реконструкции принимается S400 ранее полученное представляемое изображение, и формируется S402 контур объекта. Затем по контуру объекта определяют S404 максимальные размеры. Аналогично максимальные размеры объекта можно оценить по параллельно или последовательно собранным данным проекций, в которых область формирования изображений пациента остается в пределах области 18 исследования.

Как показано на Фиг.4D, первую реконструкцию с использованием алгоритма с низким разрешением и/или высоким быстродействием, например, FBP, выполняют S502 в выбранном S500 очень большом поле обзора, которое заведомо охватывает весь объект. Например, поле обзора выбирают, по меньшей мере, равным по размеру туннелю сканера. В упомянутой первой реконструкции определяют S504 истинный контур пациента и выбирают расширенное поле обзора для расширенной реконструкции в соответствии с максимальными трансаксиальными размерами найденного определением контура.

Как показано на Фиг.5, поле обзора можно расширять для охвата расширенного поля обзора несколькими способами, в зависимости от планируемого использования реконструкции и вычислительных ограничений аппаратуры. В одном варианте осуществления, воксельную сетку поля обзора продолжают на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, вплоть до размера расширенного поля обзора. Другими словами, число вокселей в воксельной сетке поля обзора увеличивают, тогда как размер каждого вокселя остается тем же. В другом варианте осуществления, если продолжение воксельной сетки поля обзора невозможно из-за ограничений процессорной памяти или времени обработки данных, то размер или размеры каждого вокселя поля обзора увеличивают, тогда как число вокселей в сетке остается постоянным, что увеличивает пространственную протяженность воксельной сетки.

Различные вычислительные и управляющие компоненты, предложенные в настоящей заявке, могут быть реализованы различными способами, например компьютером или другим устройством, содержащим цифровой процессор и запрограммированным или содержащим встроенное программное обеспечение для выполнения предложенной обработки данных, или гибридными или аналоговыми схемами, сконфигурированными с возможностью выполнения предложенной обработки данных или ее составляющих и т.д. В некоторых вариантах осуществления, вычислительные компоненты могут быть осуществлены компьютером, содержащим подходящее встроенное программное обеспечение или программы. Методы, предложенные в настоящей заявке, могут быть реализованы процессором, другими аппаратными средствами и/или могут быть осуществлены в виде носителя данных, хранящего команды, которые при исполнении упомянутым процессором или другими аппаратными средствами, выполняют предложенные способы. Упомянутый носитель данных может быть осуществлен посредством носителей данных, по меньшей мере, одного типа, например, по меньшей мере, чем-то одним из: магнитного диска, оптического диска; флэш-памяти или другой электростатической памяти; оперативной памяти (RAM); постоянной памяти (ROM); универсального цифрового диска (DVD); и т.д.

Описание настоящего изобретения дано со ссылками на предпочтительные варианты осуществления. Специалистом, после прочтения и изучения вышеприведенного подробного описания могут быть созданы модификации и внесены изменения. Предполагается, что настоящее изобретение следует интерпретировать как включающее в себя все упомянутые модификации и изменения в той степени, в которой они не выходят за пределы объема притязаний прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Claims (38)

1. Способ формирования изображений, содержащий этапы, на которых:

собирают данные проекций объекта, находящегося в области исследования, с помощью первого средства формирования изображений;

задают поле обзора (FoV) с воксельной сеткой в трансаксиальном направлении;

определяют максимальные трансаксиальные размеры объекта;

формируют расширенное поле обзора посредством продолжения воксельной сетки поля обзора на, по меньшей мере, одну расширенную область снаружи поля обзора, которое охватывает, по меньшей мере, определенные максимальные трансаксиальные размеры и ослабление в трансаксиальном направлении; и

итерационно реконструируют собранные данные проекций с получением представляемого изображения расширенного поля обзора;

при этом определение максимальных трансаксиальных размеров объекта содержит этапы, на которых:

задают воксельную сетку с крупным шагом в поле обзора, которое заведомо больше, чем трансаксиальные предельные размеры объекта;

реконструируют большое поле обзора с получением представляемого изображения с крупным шагом, при этом представляемое изображение с крупным шагом имеет разрешение ниже, чем реконструированное представляемое изображение; и

определяют трансаксиальные предельные размеры объекта по представляемому изображению с крупным шагом.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

формируют карту ослабления на основании реконструированного представляемого изображения расширенного поля обзора;

формируют второй набор данных проекций объекта, собранный вторым средством формирования изображений; и

реконструируют вторые данные проекций изображения с использованием карты ослабления.

3. Способ по п. 1, в котором данные проекций из первого средства формирования изображений собирают параллельно или в непосредственной близости по времени с данными проекций из второго средства формирования изображений.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором определение расширенного поля обзора содержит:

получение прямых проекций поля обзора на собранные данные проекций, чтобы задать след поля обзора; и

расширение следа поля обзора так, чтобы данный след содержал все ослабление или всю активность, присутствующее(ую) в данных проекций.

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором этап расширения поля обзора содержит, по меньшей мере, одно из:

увеличения числа вокселей в поле обзора, чтобы охватить, по меньшей мере, одну расширенную область; или

увеличения размера каждого вокселя в поле обзора, чтобы охватить, по меньшей мере, одну расширенную область.

6. Способ по п. 5, в котором воксели поля обзора и воксели, по меньшей мере, одной расширенной области имеют разные размеры.

7. Способ по п. 5, в котором реконструированное представляемое изображение содержит поле обзора и расширенные области, при этом способ дополнительно содержит:

изменение шага дискретизации реконструированного представляемого изображения, чтобы уменьшить размер вокселя до размера вокселя воксельной сетки поля обзора; и

отображение представляемого изображения с измененным шагом дискретизации таким образом, чтобы наблюдалось заданное поле обзора.

8. Компьютерный носитель данных, содержащий программное обеспечение, чтобы управлять, по меньшей мере, одним процессором для выполнения способа по любому из пп. 1-3.

9. Сканер (10) для формирования изображений, содержащий:

первый сканер (24, 30, 40а, 40b) для формирования изображений, который собирает данные проекций объекта, находящегося в области (18) исследования, с использованием первого средства формирования изображений;

по меньшей мере, один процессор (34, 44), запрограммированный с возможностью выполнения способа по любому из пп. 1-3.

10. Сканер для формирования изображений по п. 9, в котором первый сканер для формирования изображений включает в себя сканер (24, 30) для компьютерной томографии с коническим пучком, который включает в себя смещенный детектор (30).

11. Сканер (10) для формирования изображений по п. 9, дополнительно содержащий:

сканер (24, 30, 40а, 40b) для ядерного формирования изображений, который собирает ядерные данные объекта, находящегося в области (18) исследования; и

при этом процессор дополнительно запрограммирован с возможностью:

формирования карты ослабления на основании итерационно реконструированного представляемого изображения расширенного поля обзора; и

реконструкции ядерных данных с использованием карт ослабления.

12. Сканер (10) для формирования изображений по п. 9, в котором процессор запрограммирован с возможностью расширения поля обзора посредством, по меньшей мере, одного из:

увеличения числа вокселей в поле обзора, чтобы охватить, по меньшей мере, одну расширенную область; и

увеличения размера каждого вокселя в поле обзора, чтобы охватить, по меньшей мере, одну расширенную область.

Images