專利名稱：用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置、成像方法和計算機程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置、成像方法和計算機程序。
背景技術(shù)：
A. Katsevich 在 “ Image reconstruction for the circle and line trajectory" (Phys. Med. Biol, vol. 49 (2004)，pp. 5059-5072)中公開了包括 X 射線輻射源 和探測單元的計算機斷層攝影裝置，所述計算機斷層攝影裝置圍繞感興趣區(qū)域可旋轉(zhuǎn)。計 算機斷層攝影裝置還包括用于相對于X射線輻射源和探測單元線性移動感興趣區(qū)域的線 性可移動臺。在X射線輻射源和探測單元圍繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)并且所述X射線輻射源發(fā)射 輻射的同時采集環(huán)形探測數(shù)據(jù)，所述輻射橫穿感興趣區(qū)域并由探測單元探測。另外，在不旋 轉(zhuǎn)X射線輻射源和探測單元并且所述臺以及由此的感興趣區(qū)域相對于X射線源和探測單元 線性移動的同時采集線性探測數(shù)據(jù)。在線性運動過程中，X射線輻射源發(fā)射橫穿感興趣區(qū) 域并由探測單元探測的輻射。使用環(huán)形探測數(shù)據(jù)和線性探測數(shù)據(jù)重建圖像。如果運動對象 在感興趣區(qū)域中出現(xiàn)，所生成圖像通常示出例如，由使用環(huán)形探測數(shù)據(jù)和線性探測數(shù)據(jù)引 起的偽影。這降低圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置、成像方法和計算機 程序，其中，在輻射源和感興趣區(qū)域沿第一軌跡相對于彼此移動的同時探測第一探測數(shù)據(jù)， 其中，在所述輻射源和所述感興趣區(qū)域沿第二軌跡相對于彼此移動的同時探測第二探測數(shù) 據(jù)，并且其中，通過使用第一探測數(shù)據(jù)和第二探測數(shù)據(jù)重建的圖像的質(zhì)量可以被提高。在本發(fā)明的第一方面，提出用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置，其中，所述成 像裝置包括_輻射源，其用于發(fā)射橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射；_探測單元，其用于探測已經(jīng)橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射；-運動生成單元，其用于在所述探測單元探測第一探測數(shù)據(jù)的同時沿第一軌跡相 對于彼此移動輻射源和感興趣區(qū)域；-重建數(shù)據(jù)確定單元，其用于確定用于重建感興趣區(qū)域的圖像的重建數(shù)據(jù)，其中， 所述重建數(shù)據(jù)確定單元適于在第一探測數(shù)據(jù)中確定重建數(shù)據(jù)；_第二軌跡確定單元，其用于根據(jù)重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡；其中，運動生成單元適于在探測單元探測第二探測數(shù)據(jù)的同時沿第二軌跡相對于 彼此移動輻射源和感興趣區(qū)域，其中，計算機斷層攝影裝置還包括用于使用重建數(shù)據(jù)和第二探測數(shù)據(jù)重建感興趣 區(qū)域的圖像的重建單元。本發(fā)明基于以下想法第一軌跡和第二軌跡相對于彼此的位置，即采集幾何學(xué)，確定探測數(shù)據(jù)，所述探測數(shù)據(jù)也可以被用于重建感興趣區(qū)域的圖像。例如，在上述最新技術(shù) 水平，其中，示例性地詳細解釋了對采集幾何學(xué)的這一依賴，通過線性軌跡和環(huán)形軌跡相對 于彼此的位置確定環(huán)形軌跡上的反投影區(qū)間，所述反投影區(qū)間可被用于重建感興趣區(qū)域的 圖像，即在最新技術(shù)水平中，偽影由不能自由地選擇用于重建圖像的反投影區(qū)間這一事實 引起。例如，如果存在較高質(zhì)量的探測數(shù)據(jù)(例如，由于更好的信噪比或由于感興趣區(qū) 域內(nèi)的運動的較少影響或無影響)以及較低質(zhì)量的探測數(shù)據(jù)，并且如果由于已經(jīng)通過第一 和第二軌跡相對于彼此的位置而確定用于重建的探測數(shù)據(jù)，導(dǎo)致較高質(zhì)量的探測數(shù)據(jù)不能 被選擇以用于重建，則將出現(xiàn)問題。但是，通過首先采集第一探測數(shù)據(jù)，然后確定第一探測 數(shù)據(jù)的重建數(shù)據(jù)并且確定相對于所述重建數(shù)據(jù)的第二軌跡，可以如在相關(guān)應(yīng)用中所需地選 擇第一探測數(shù)據(jù)的重建數(shù)據(jù)，例如，使得其為高質(zhì)量探測數(shù)據(jù)。因此，可以選擇重建數(shù)據(jù)使 得高質(zhì)量探測數(shù)據(jù)被用于重建感興趣區(qū)域的圖像，由此允許提高圖像的質(zhì)量。成像裝置為， 例如，使用X射線的計算機斷層攝影裝置。但是，成像裝置也可以為如核成像裝置的另一成 像模態(tài)，例如，單光子發(fā)射計算機斷層攝影或者正電子發(fā)射斷層攝影裝置、C-臂裝置或磁共 振成像裝置。運動生成單元適于相對于感興趣區(qū)域移動輻射源，以相對于所述輻射源移動感興 趣區(qū)域，和/或相對于彼此移動輻射源和感興趣區(qū)域兩者。優(yōu)選地，運動生成單元適于圍繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)輻射源，使得輻射源和感興趣區(qū) 域沿環(huán)形軌跡相對于彼此移動，所述環(huán)形軌跡優(yōu)選地為第一軌跡。進一步優(yōu)選地，運動生成 單元適于相對于輻射源線性移動感興趣區(qū)域，使得如果其未相對于彼此旋轉(zhuǎn)，則將輻射源 和感興趣區(qū)域相對于彼此沿線性軌跡移動，或者使得如果輻射源和感興趣區(qū)域相對于彼此 旋轉(zhuǎn)，例如，如果輻射源圍繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)，則輻射源和感興趣區(qū)域相對于彼此沿螺旋形 軌跡移動。第二軌跡優(yōu)選地為線性軌跡或者為螺旋軌跡的一部分的弧形軌跡。在優(yōu)選實施例中，-重建數(shù)據(jù)確定單元適于通過確定第一軌跡上的反投影區(qū)間確定重建數(shù)據(jù)；-第二軌跡確定單元適于根據(jù)與第一軌跡上的反投影區(qū)間相關(guān)的重建數(shù)據(jù)確定第 二軌跡；以及-重建單元適于通過使用與第一軌跡上的反投影區(qū)間相關(guān)的重建數(shù)據(jù)和第二探測 數(shù)據(jù)通過反投影重建感興趣區(qū)域的圖像。與第一軌跡上的反投影區(qū)間相關(guān)的重建數(shù)據(jù)為第一探測數(shù)據(jù)，其對應(yīng)于在所確定 的反投影區(qū)間內(nèi)的第一軌跡上的輻射源位置。優(yōu)選地，重建數(shù)據(jù)確定單元適于通過確定第一軌跡上的為短掃描區(qū)間的反投影區(qū) 間重建數(shù)據(jù)。短掃描區(qū)間為覆蓋小于360°的區(qū)間。由此，使用較小的時間區(qū)間的重建數(shù) 據(jù)，從而增加成像過程的時間分辨率，并且因此，降低所重建的圖像中的可能的運動偽影， 例如，如果運動對象存在于感興趣區(qū)域中，存在所述運動偽影。進一步優(yōu)選地，采用第二軌跡確定單元使得第二軌跡和第一軌跡在反投影區(qū)間的 末端彼此相交。這樣的布置可以帶來完整數(shù)據(jù)集，其中，由不完整數(shù)據(jù)集引起的偽影被降 低，引起進一步增強的圖像質(zhì)量。優(yōu)選地，成像裝置還包括用于確定感興趣區(qū)域內(nèi)的運動的運動確定單元，其中，所述重建數(shù)據(jù)確定單元適于根據(jù)感興趣區(qū)域內(nèi)的運動確定重建數(shù)據(jù)，使得在重建數(shù)據(jù)的探測 的過程中，感興趣區(qū)域內(nèi)的運動比在探測第一探測數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)的過程中小。這降低了 重建圖像中由感興趣區(qū)域內(nèi)的運動引起的偽影。運動確定單元為，例如，心電圖描記器，所述心電圖描記器確定心臟的不同心臟相 位，所述心臟相位與心臟的運動的不同程度相關(guān)。這一確定的運動，即例如，所確定的心臟 相位，可以被用于選擇重建數(shù)據(jù)，使得在心臟的靜息相位期間采集所述重建數(shù)據(jù)。運動確定 單元還可以為用于確定患者的呼吸運動的單元，例如，通過使用呼吸運動確定系統(tǒng)，其使用 圍繞患者胸部的呼吸運動確定帶。另外，運動確定單元可以為使用記波圖確定來自第一探 測數(shù)據(jù)的運動的單元。進一步優(yōu)選地，重建單元適于使用K-重建來重建感興趣區(qū)域的圖像。該K-重 建允許進行精確重建或準精確重建，其中，重建圖像中由近似引起的偽影可以被消除或者 至少被降低。例如，在"Circular CT in combination with a helical segment，，，C. Bontus、 P. Koken、T. K6hler、R. Proksa, Phys. Med. Biol.，vol. 52 (2007)，pp. 107-120 中公開的
k-重建，通過引用的方式將其并入本申請。進一步優(yōu)選地，輻射源適于發(fā)射錐形束，確定所述錐形束的尺寸使得在沿第一軌 跡和第二軌跡中的至少一條運動期間，感興趣區(qū)域完全在錐形束之內(nèi)。前面提到的在采集 第一軌跡期間照亮所有對象點確保了可以選擇每個短掃描區(qū)間，例如，使得可以使用那些 與最少的運動狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。同樣優(yōu)選地，運動生成單元適于沿第一軌跡相對于彼此移動輻射源和感興趣區(qū) 域，使得第一探測數(shù)據(jù)為不完整的，并且其中，第二軌跡確定單元適于確定第二軌跡使得第 二探測數(shù)據(jù)使第一探測數(shù)據(jù)完整。不完整的數(shù)據(jù)引起所重建的圖像中的偽影。例如，如果 第一軌跡為環(huán)形軌跡并且輻射源發(fā)射錐形束，則第一探測數(shù)據(jù)為不完整的。同樣通過使用 其他第一軌跡，第一探測數(shù)據(jù)可能為不完整的。通過確定第二軌跡，使得第二探測數(shù)據(jù)使第 一探測數(shù)據(jù)完整，完整探測數(shù)據(jù)可以被用于重建感興趣區(qū)域的圖像，由此降低所重建的圖 像中由不完整數(shù)據(jù)引起的偽影。在上述提到的輻射源的示例中，所述輻射源發(fā)射錐形束，并沿為環(huán)形軌跡的第一 軌跡相對于感興趣區(qū)域移動，線性軌跡為優(yōu)選地使第一探測數(shù)據(jù)完整的第二軌跡。優(yōu)選地，如果對于感興趣區(qū)域中的每個對象點而言某個軌跡是完整的，則包含該 對象點的每個平面與所述軌跡相交至少一次。在本發(fā)明的另一方面，提出用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像方法，其中，所述成 像方法包括以下步驟-在通過探測已經(jīng)橫穿感興趣區(qū)域的輻射來探測第一探測數(shù)據(jù)的同時，通過沿第 一軌跡相對于彼此移動發(fā)射橫穿感興趣區(qū)域的輻射的輻射源以及感興趣區(qū)域來采集第一 探測數(shù)據(jù)；-確定用于重建感興趣區(qū)域的圖像的重建數(shù)據(jù)，其中，在第一探測數(shù)據(jù)中確定所述 重建數(shù)據(jù)；-根據(jù)所述重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡；-在通過探測已經(jīng)橫穿感興趣區(qū)域的輻射來探測第二探測數(shù)據(jù)的同時，通過沿所述第二軌跡相對于彼此移動發(fā)射橫穿感興趣區(qū)域的輻射的輻射源和感興趣區(qū)域來采集第 二探測數(shù)據(jù)；-使用重建數(shù)據(jù)和第二探測數(shù)據(jù)重建感興趣區(qū)域的圖像。在本發(fā)明的另一方面，提出了用于確定感興趣區(qū)域的圖像的計算機程序，其中，所 述計算機程序包括程序代碼模塊，當計算機程序在控制成像裝置的計算機上運行時，所述 程序代碼模塊用于令如在權(quán)利要求1中所限定的成像裝置執(zhí)行如在權(quán)利要求9中所限定的 成像方法的步驟。應(yīng)該理解，根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置、根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像方法以及 根據(jù)權(quán)利要求10所述的計算機程序具有如在從屬權(quán)利要求中所限定的類似的和/或相同 的優(yōu)選實施例。應(yīng)該理解本發(fā)明的優(yōu)選實施例也可以為具有相應(yīng)獨立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求 的任意組合。


參照之后描述的實施例，本發(fā)明的這些方面和其他方面將變得明顯并且得以闡 明。在附圖中圖1示意性并示例性地示出了用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置的實施例；圖2示意性并示例性地示出了第一軌跡、第二軌跡以及第一軌跡上的反投影區(qū) 間；圖3示例性地示出用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像方法的實施例的流程圖；圖4示意性并示例性地示出了焦點_探測器的探測表面；圖5示意性并示例性地示出了中心探測器的探測表面；圖6和圖7示出了由焦點_探測器坐標參數(shù)化的平行射線；圖8和圖9示出了由中心探測器坐標參數(shù)化的平行射線；圖10示出了環(huán)形軌跡在平面探測器上的投影；圖11示出了環(huán)形軌跡在平面探測器上的投影；圖12和13示出了具有從左到右的濾波器方向的濾線；以及圖14和15示出了具有從右到左的濾波器方向的濾線。
具體實施例方式圖1示意性并示例性地示出了用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置，在該實施 例中，為計算機斷層攝影裝置。計算機斷層攝影裝置包括掃描架1，所述掃描架能夠圍繞平 行于z方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)。在該實施例中為X射線管的輻射源2被安裝在掃描架1 上。輻射源2配備有準直器3，在該實施例中，所述準直器3使由輻射源2生成的輻射形成 錐形輻射束4。輻射橫穿在檢查區(qū)域5中的特別地，如患者的對象中的感興趣區(qū)域，在該實 施例中，所述檢查區(qū)域5為圓柱形。在橫穿檢查區(qū)域5，并且，由此，橫穿感興趣區(qū)域之后，輻 射束4入射到探測單元6，在該實施例中，所述探測單元6包括二維探測表面。探測單元6 也被安裝在掃描架1上。計算機斷層攝影裝置包括兩個電動機7，8。由電動機7以優(yōu)選為常數(shù)但可調(diào)節(jié)的角速度驅(qū)動掃描架1。電動機8用于使感興趣對象移位，即在該實施例中，如患者的對象， 所述對象被置于探測區(qū)域5內(nèi)的平行于旋轉(zhuǎn)軸A或z軸方向的患者臺上。這些發(fā)動機7、8 由控制單元9控制，例如，使得輻射源和檢查區(qū)域并且，由此，檢查5中的感興趣區(qū)域沿螺旋 形軌跡、環(huán)形軌跡或線性軌跡相對于彼此移動。如果輻射源2未旋轉(zhuǎn)，并且平行于旋轉(zhuǎn)軸A 或z軸的方向使感興趣區(qū)域移位，則輻射源相對于檢查區(qū)域沿線性軌跡移動，即輻射源和 感興趣區(qū)域相對于彼此沿線性軌跡移動。如果另外地，輻射源2圍繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)，則輻 射源2和感興趣區(qū)域相對于彼此沿螺旋形軌跡移動，并且，如果感興趣區(qū)域未移動而僅輻 射源2圍繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)，則輻射源2相對于感興趣區(qū)域沿環(huán)形軌跡移動，即輻射源2 和感興趣區(qū)域相對于彼此沿環(huán)形軌跡移動。在另一實施例中，準直器3可以適于形成另一波束形狀，特別地，扇形束，并且，探 測單元6可以包括探測表面，所述探測表面成形為對應(yīng)于另一波束形狀，特別地，對應(yīng)于扇 形束，即，例如，探測表面可以僅包括一條探測元件的線。在輻射源和檢查區(qū)域5的相對移動并且由此導(dǎo)致的輻射源和感興趣區(qū)域的相對 移動過程中，取決于入射到探測單元6的探測表面上的輻射，探測單元6生成探測數(shù)據(jù)。在該實施例中，掃描架1、電動機7、8，并且優(yōu)選地患者臺構(gòu)成運動生成單元，用于 沿優(yōu)選地為環(huán)形軌跡的第一軌跡相對于彼此移動輻射源和感興趣區(qū)域。成像裝置還包括重建數(shù)據(jù)確定單元12，用于確定用于重建感興趣區(qū)域的圖像的重 建數(shù)據(jù)。所確定的重建數(shù)據(jù)為第一探測數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)，即所述重建數(shù)據(jù)優(yōu)選地從第一探測 數(shù)據(jù)中選擇。優(yōu)選地，重建數(shù)據(jù)確定單元通過確定第一軌跡31上的反投影區(qū)間33確定重 建數(shù)據(jù)，所述反投影區(qū)間33在圖2中示意性并示例性地示出。所確定的反投影區(qū)間33優(yōu) 選地為短掃描區(qū)間，即覆蓋小于360°的區(qū)間。針對應(yīng)該被重建的感興趣區(qū)域內(nèi)的特定點 的短掃描區(qū)間的優(yōu)選長度覆蓋從該點視角看的180度的范圍。因此，優(yōu)選地確定短掃描區(qū) 間，使得其針對要被重建的感興趣區(qū)域內(nèi)的每個點覆蓋從對應(yīng)點的視角看的至少180°的 范圍。優(yōu)選地，為了重建感興趣區(qū)域內(nèi)的點，使用第一探測數(shù)據(jù)中的重建數(shù)據(jù)，所述重建數(shù) 據(jù)對應(yīng)于定位于短掃描區(qū)間內(nèi)的輻射源位置。特別地，優(yōu)選地選擇短掃描區(qū)間，使得在該實 施例中在感興趣區(qū)域內(nèi)的對象處于最小運動狀態(tài)的同時，采集對應(yīng)的第一探測數(shù)據(jù)。在該實施例中，重建數(shù)據(jù)確定單元12適于根據(jù)感興趣區(qū)域內(nèi)的運動確定重建數(shù) 據(jù)，即在該實施例中，重建數(shù)據(jù)為第一軌跡31上的反投影區(qū)間33，使得在探測重建數(shù)據(jù)期 間的感興趣區(qū)域內(nèi)的運動比在探測第一探測數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)的期間中要小。例如，如果患 者心臟出現(xiàn)在感興趣區(qū)域中，確定重建數(shù)據(jù)，即在該實施例中，第一軌跡31上的反投影區(qū) 間33，使得在心臟的靜息相位期間采集重建數(shù)據(jù)。為了確定心臟相位，即在該實施例中， 確定感興趣區(qū)域內(nèi)的運動，成像裝置包括運動確定單元15，在該實施例中，其為心電圖描記 器。心電圖描記器確定心電圖，所述心電圖經(jīng)由控制單元9傳輸，或者被直接傳輸?shù)街亟〝?shù) 據(jù)確定單元12，使得重建數(shù)據(jù)確定單元12可以根據(jù)心臟的運動確定重建數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，重 建數(shù)據(jù)確定單元12基于與最小運動相關(guān)的相位點確定反投影區(qū)間。根據(jù)心電圖確定這樣 的相位點。優(yōu)選地確定反投影區(qū)間，使得相位點位于反投影區(qū)間的中心，其中，優(yōu)選地選擇 寬度，使得對應(yīng)于該反投影區(qū)間的重建數(shù)據(jù)滿足針對必須要被重建的感興趣區(qū)域內(nèi)的所有 點的充分條件。另外，優(yōu)選地選擇反投影區(qū)間，使得其對應(yīng)于用于滿足充分條件所需要的最 小量的數(shù)據(jù)，優(yōu)選地使得使用具有到相位點的大的距離的、最小量的數(shù)據(jù)。
如果使用兩條軌跡采集的數(shù)據(jù)是完整的，滿足充分條件。優(yōu)選地采用具有準直器3的輻射源2，使得發(fā)射錐形束。優(yōu)選地確定錐形束的尺 寸，使得在沿第一軌跡運動期間，感興趣區(qū)域完全在錐形束內(nèi)，在該實施例中，所述第一軌 跡為環(huán)形軌跡31。例如，如果應(yīng)該對患者心臟成像，優(yōu)選地確定錐形束的尺寸，使得在采集 第一探測數(shù)據(jù)和/或第二探測數(shù)據(jù)期間，心臟完全定位于錐形束中。成像裝置還包括用于根據(jù)重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡32的第二軌跡確定單元13。因 此，在由重建數(shù)據(jù)確定單元12確定重建數(shù)據(jù)之后，第二軌跡確定單元13確定第二軌跡32。 在該實施例中，通過確定第一軌跡31上的反投影區(qū)間33確定重建數(shù)據(jù)，并且，確定第二軌 跡32，使得其在端部34特別地，在反投影區(qū)間32的端點，與第一軌跡31交叉。由于在確定重建數(shù)據(jù)之后確定第二軌跡，即在該實施例中，在確定第一軌跡31 上的反投影區(qū)間33之后，因此可以容易地根據(jù)第一探測數(shù)據(jù)選擇重建數(shù)據(jù)。當然，要選擇 重建數(shù)據(jù)，使得所述重建數(shù)據(jù)滿足用于重建感興趣區(qū)域的圖像的充分條件。運動生成單元適于在探測單元6探測第二探測數(shù)據(jù)的同時沿第二軌跡32相對于 彼此移動輻射源2和感興趣區(qū)域。在該實施例中，第一軌跡31為環(huán)形軌跡，且在輻射源2相對于感興趣區(qū)域沿第一 軌跡31移動的同時采集的第一探測數(shù)據(jù)為不完整的。在該實施例中為線性軌跡的第二軌 跡32使不完整的第一探測數(shù)據(jù)完整，并由此降低由在重建圖像的不完整數(shù)據(jù)集引起的偽影。成像裝置還包括重建單元14用于使用重建數(shù)據(jù)重建感興趣區(qū)域的圖像，即在該 實施例中，所述重建數(shù)據(jù)為與反投影區(qū)間33相關(guān)的第一探測數(shù)據(jù)以及第二探測數(shù)據(jù)。重建 單元14優(yōu)選地適于使用k-重建來重建感興趣區(qū)域的圖像。將在下面進一步解釋這樣的 k-重建的優(yōu)選實施例。在該實施例中，重建數(shù)據(jù)確定單元12、第二軌跡確定單元13以及重建單元14定位 于計算單元16內(nèi)。在其他實施例中，重建確定單元12、第二軌跡確定單元13以及重建單元 14中的一個、一些或所有可以為獨立單元，而非組合到計算單元中。為了確定第一探測數(shù)據(jù)中的重建數(shù)據(jù)，將第一探測數(shù)據(jù)提供給重建數(shù)據(jù)確定單元 12。第二軌跡確定單元13將對應(yīng)于所確定的第二軌跡的信號傳輸?shù)娇刂茊卧?以控 制運動生成單元，使得在探測單元6探測第二探測數(shù)據(jù)的同時輻射源和感興趣區(qū)域相對于 彼此沿第二軌跡移動。第二探測數(shù)據(jù)和至少重建數(shù)據(jù)被提供給重建單元14以允許重建14使用重建數(shù)據(jù) 和第二探測數(shù)據(jù)重建感興趣區(qū)域的圖像。將所重建的圖像提供給顯示單元11以顯示所重 建的圖像。同樣，重建數(shù)據(jù)確定單元12、第二軌跡確定單元13和重建單元14優(yōu)選地由控制單 元9控制。在下面，將參照在圖3中示出的流程圖描述用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像方法。在實施例中，用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像方法為計算機斷層攝影方法。在 步驟101，輻射源2圍繞旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)，并且檢查區(qū)域5，由此，對象中的感興趣區(qū)域，特別地位于患者臺上的患者內(nèi)的感興趣區(qū)域，未移動，即輻射源2沿第一軌跡31行進，在該實施 例中，所述第一軌跡31為圍繞感興趣區(qū)域的環(huán)形軌跡。在另一實施例中，第一軌跡還可以 為另一軌跡，例如，螺旋形軌跡或線性軌跡。輻射源2發(fā)射橫穿感興趣區(qū)域的輻射，在該實 施例中，為圓錐輻射，在所述感興趣區(qū)域中存在對象。由探測單元6探測的橫穿感興趣區(qū)域 的輻射，所述探測單元6生成第一探測數(shù)據(jù)。在該實施例中，在步驟101中采集第一探測數(shù)據(jù)期間，運動確定單元15為，在該實 施例中，確定感興趣區(qū)域中的運動的心電圖描記器。在該實施例中，患者心臟存在于感興趣 區(qū)域中，并且運動確定單元15確定心電圖，所述心電圖與心臟的運動相關(guān)，S卩通過確定心 電圖確定心臟的運動。第一探測數(shù)據(jù)，并且優(yōu)選地描述所確定的運動的數(shù)據(jù)，S卩在該實施例中心電圖， 被傳輸?shù)街亟〝?shù)據(jù)確定單元12，所述重建數(shù)據(jù)確定單元12確定重建數(shù)據(jù)，即在該實施例 中，第一軌跡31上的反投影區(qū)間33，用于在步驟102重建感興趣區(qū)域的圖像。因此，在步驟 102，從第一探測數(shù)據(jù)中選擇重建數(shù)據(jù)。在該實施例中，取決于感興趣區(qū)間內(nèi)的運動，即在該實施例中，取決于心電圖，重 建數(shù)據(jù)確定單元12確定重建數(shù)據(jù)，即在該實施例中，為第一軌跡31上的反投影區(qū)間33， 使得與在探測第一探測數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)期間相比，在探測重建數(shù)據(jù)期間的感興趣區(qū)域內(nèi)的 運動較小。在步驟103，第二軌跡確定單元13根據(jù)重建數(shù)據(jù)，S卩在該實施例中，根據(jù)在第一 軌跡31上的所確定的反投影區(qū)間33來確定第二軌跡32。在該實施例中，確定第二軌跡，使 得其與反投影區(qū)間33的末端相交。另外，在該實施例中，第二軌跡為平行于旋轉(zhuǎn)軸R或z 軸的線性軌跡。在其他實施例中，第二軌跡可以為另一軌跡，例如，作為螺旋形軌跡或環(huán)形 軌跡的一部分的弧形軌跡。在步驟104，在探測單元6探測第二探測數(shù)據(jù)，即采集第二探測數(shù)據(jù)的同時，運動 生成單元沿第二軌跡32相對于彼此移動輻射源2和感興趣區(qū)域。在該實施例中，輻射源2 不圍繞旋轉(zhuǎn)軸R或z軸旋轉(zhuǎn)，并且在采集第二探測數(shù)據(jù)期間，感興趣區(qū)域平行于旋轉(zhuǎn)軸R或 z軸移位。特別地，患者臺(如患者的對象可以位于其上)平行于旋轉(zhuǎn)軸A或z軸移動。同樣在步驟104，在采集第二探測數(shù)據(jù)期間，運動確定單元15優(yōu)選地確定感興趣 區(qū)域中的運動，即在該實施例中，在采集第二探測數(shù)據(jù)期間，心電圖描記器確定心電圖。在步驟105，重建單元15使用重建數(shù)據(jù)重建感興趣區(qū)域的圖像，即在該實施例 中，所述重建數(shù)據(jù)為與第一軌跡31上的反投影區(qū)間33相關(guān)的第一探測數(shù)據(jù)，以及第二探測 數(shù)據(jù)。重建單元14優(yōu)選地使用重建。這樣的K _重建的優(yōu)選實施例將在下面進行進 一步解釋。在步驟106，所重建的圖像被提供給顯示單元11以顯示所重建的圖像。優(yōu)選地，在采集第二探測數(shù)據(jù)期間，僅使用低輻射劑量，所述劑量低于在采集第一 探測數(shù)據(jù)期間所使用的輻射劑量，特別地，這是由于第二探測數(shù)據(jù)僅用于使第一探測數(shù)據(jù) 完整。例如，用于沿第一軌跡采集數(shù)據(jù)的管電流優(yōu)選地大于100mA，并且進一步優(yōu)選地為 400mA，而用于沿第二軌跡采集數(shù)據(jù)的管電流優(yōu)選地小于100mA，進一步優(yōu)選地小于50mA， 特別地，為用于沿第一軌跡采集數(shù)據(jù)的管電流的十分之一，或者更小，并且為例如40mA。在下面，將解釋K -重建的 選實施例。
在該實施例中，第一軌跡為定位于xy_平面中的環(huán)形軌跡，并且第二軌跡為平行 于z軸的線性軌跡?？梢愿鶕?jù)下述等式將這些軌跡上的點參數(shù)化
0084]
在等式(1)中，A對應(yīng)于從源到旋轉(zhuǎn)軸的距離，且s為對軌跡參數(shù)化的角變量。
下面，將描述探測器形狀的分析。

傳統(tǒng)CT掃描器通常包括探測器，所述探測器為圓柱形表面的一部分。該圓柱的 對稱軸可以平行于z軸，并且可以包括焦斑。可以使用角變量a和變量、對在這樣的“焦 點-探測器”上的點參數(shù)化。對于定位于在線性軌跡上的z = z0的源，由等式⑵給出在 焦點-探測器上的由原點指向元件的矢量rF 在等式(2)中，D對應(yīng)于從源到探測器中心的距離。為了方便起見，可以引入虛擬的“中心-探測器”。類似于焦點-探測器，中心-探 測器定位于圓柱的表面上?，F(xiàn)在，圓柱的對稱軸對應(yīng)于z軸，使得可以通過引入矢量&對 探測器上的點參數(shù)化 在等式(3)中，0和ve為與焦點_探測器坐標a和vF完全類似的探測器坐標。 圖4和圖5例示了軌跡以及焦點_探測器和中心_探測器。特別地，圖4示出了焦點-探 測器方法，其中，圖5示出了中心-探測器方法。包括焦斑和特定焦點_探測器元件的線可以被參數(shù)化為1F，見等式(4)
使用等式(4)，可以計算目標點x= (x, y, z)所投影的探測器元件的坐標 類似地，可以根據(jù)等式(6)對包括焦斑和中心-探測器元件的線進行參數(shù)化 目標點被投影到探測器元件上，坐標為 對于焦點-探測器和中心-探測器二者，坐標CI和0僅取決于^7，而 和\ 取決于x、y和z。下面，將描述平行射線的分析。物理探測器可以包括行和列。對應(yīng)的探測器元件可以以變量a和vF等距離分離。 因此，等式(8)和(9)針對固定的z = Z(I對探測器-元件的中心進行參數(shù)化a k = a 0+kA a，k = 0，. . .，# 列-1 (8)vFp = vF0+p A vF，p = 0， ，# _亍-1 (9)由于數(shù)學(xué)原因，在執(zhí)行反投影之前，可以方便地對沿線性軌跡獲取的數(shù)據(jù)進行重 組。對于與平行探測器相關(guān)的投影數(shù)據(jù)，可以將來自不同源位置的數(shù)據(jù)進行組合。使用中 心_探測器坐標，由等式(10)、(11)給定針對固定的ve的平行幾何學(xué)的坐標的參數(shù)化= 30+kA 旦，k = 0， ，#列-1(10)z。,p = z。,min+p A z，p = ()， ，#投影-1 (11)在等式(10)和(11)中，A z對應(yīng)于軌跡線上的兩個相繼投影之間的距離。圖6到 圖9的每個例示了分別針對焦點_探測器和針對中心_探測器的兩個平行投影。特別地， 圖6和圖7示出了由焦點-探測器坐標參數(shù)化的平行射線。圖8、圖9示出了由中心-探測 器坐標參數(shù)化的平行射線。由于ve針對給定的平行投影是固定的，可以使用等式(7)以便確定給定對象點x =(x,y,z)所投影的探測器-列和探測器-行。針對于此，首先計算0和0，之后使用這 些值以確定ZQ = z-0 Vco下面，將示出重建方案的分析。對于軌跡上的每個位置y，可以通過等式(12)描述所測得的投影數(shù)據(jù)Df 換言之，從每個位置y，沿射線的線積分被看作指向由不同單位矢量e描述的特 定的方向的集合。為方便起見，針對線性軌跡y|(s) =yL(z = hs)進行設(shè)定，其中，h>0 為任意常數(shù)。包括對數(shù)據(jù)求微分的第一重建步驟如下 換言之，等式(13)意味著從與要被考慮的平行射線相關(guān)的不同投影采集數(shù)據(jù)。例 如，可以使用傅里葉濾波器執(zhí)行等式(13)的微分步驟。接下來，使用1/sinY濾波器對數(shù) 據(jù)進行濾波。對此，首先確定濾波器方向。所述濾波器方向取決于焦斑的位置，以及取決于 要被重建的對象點所投影的點。將對象點的位置指示為x，等式(14)限定單位矢量b: 這意味著，b從源指向?qū)ο簏c?？梢允褂脝挝皇噶縠表征濾波器方向，所述單位矢 量 e 垂直于 b。在 Bontus，C.等人‘‘A quasiexact reconstructionalgorithm for helicalCT using a 3-Pi acquisition”，Med. Phys. 30，2493-2502 (2003) 的附錄中描述了 e_ 矢 量和濾波器-線之間的關(guān)系。對于每個s以及對于每個X，存在必須被使用的一個或多個濾 波器方向，可以由等式(15)描述濾波步驟
(15)執(zhí)行等式(15)中q的求和，這是由于存在多于一個濾波器方向。對于所描述的實 施例，矢量e的定義至關(guān)重要。一旦獲得經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)等式(16)寫出反投影 在等式(16)中，“I”表示反投影區(qū)間。當然，所描述的過程要被分別施加到環(huán)形軌跡和線性軌跡，其中，使用由重建數(shù)據(jù) 確定單元12確定的反投影區(qū)間。特別地，等式(13)、(15)和(16)中的y(s)對應(yīng)于yQ(s)
中的一個。最后，等式(16)的兩個結(jié)果被求和。下面，將描述反投影和平行幾何學(xué)的分析。如果在等式(15)的濾波步驟之后執(zhí)行到平行幾何學(xué)的重排，等式(16)的反投影 公式發(fā)生改變。特別地，對于環(huán)形軌跡，公式與在WO 2004/044849A1中給出的公式相同。對 于線性軌跡，如果通過焦點-探測器坐標對平行數(shù)據(jù)進行參數(shù)化，則通過使用等式(17)優(yōu) 選地執(zhí)行反投影 如果平行數(shù)據(jù)由中心-探測器坐標進行參數(shù)化，則通過使用等式(18)優(yōu)選地執(zhí)行 反投影 在這些等式中，在上面已經(jīng)介紹了 h，此時限定7|(8) =yJZ = hS)，并且\對應(yīng) 于特定射線的錐角?？梢允褂玫仁?19)計算\的值
(19)與等式(16)相比，等式(17)和(18)的優(yōu)勢在于不需要計算對象點相關(guān)因子 x-y|0這通過減少計算重建圖像的計算負擔(dān)而顯著降低了計算時間。僅用取決于探測器
坐標a，0，vF或Vc的因子乘以經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)。下面，將描述針對環(huán)形軌跡的濾波器_線的分析。如在參照 Bontus, C 等人的"A quasiexact reconstruction algorithm forhelical CT using a 3-Pi acquisition”，Med-Phys. 30，2493-2502 (2003)中所描述的， 引入包括旋轉(zhuǎn)軸的虛擬平面探測器可以是有利的。該探測器上的坐標可以被表示為和
并且軸平行于z軸。線被認為包括源并且垂直于平面探測器。點0^ = 0，vPL = 0)對應(yīng)于該線與平面探測器相交的點。現(xiàn)在，可以根據(jù)等式(20)描述每條探測器線vP1 (uP1) = v0+ o uP1 (20)換言之，其對應(yīng)于平面探測器上的直線。通常，對于不同濾波器-線，梯度o不同。對于所描述的算法，沿平行于軸(即V[JUpJ = v0)的線對第一探測數(shù)據(jù)進行濾波。通過％對不同線進行參數(shù)化。濾波器方向從左向右。下面，將描述針對線性軌跡的濾波器_線的分析。對于針對線性軌跡的濾波器_線的參數(shù)化，首先考慮如從在z = z0的源看到的環(huán) 形軌跡到平面探測器的投影。特別地，可以將該投影描述為 圖10和圖11示出了針對兩個不同Z(1的環(huán)形軌跡的投影。特別地，圖10示出了從 z0 < 0看到的環(huán)形軌跡到平面探測器的投影。圖11示出了從Z(l > 0看到的環(huán)形軌跡到平 面探測器的投影。如在圖10和圖11中所示出的，探測器區(qū)域被分為兩個區(qū)域A和B。如果 對象點被投影到區(qū)域A，與電流源位置相關(guān)的投影數(shù)據(jù)不被用于重建。因此，區(qū)域A中的數(shù) 據(jù)應(yīng)該被設(shè)置為零。對于區(qū)域B，濾線可以被如下限定。可以使用等式(22)對與所投影的環(huán)形軌跡相切的線進行參數(shù)化 在等式(22)中，U(l為線為切線時的坐標。特別地，如果尋找包括點(Ul，Vl)的切 線，可以根據(jù)等式(23)計算參數(shù)U(l 取決于希望切點定位于(Ul，Vl)的左側(cè)(負號)或右側(cè)(正號)選擇平方根前面 的符號。現(xiàn)在，濾線為與所投影的環(huán)形軌跡相切的線的集合。圖12到圖15例示了這些線。 圖12、圖13示出了具有從左到右的不同濾波器方向的濾線。圖14、圖15示出了具有從右 到左的濾波器方向的濾線。特別地，對于每個點(i^，VpJ，使用兩個不同濾線的作用。對于 第一個，切點在(UpyVj的左側(cè)，對于第二個，切點在(UpyVj的右側(cè)。濾波的方向取決于 Z(1。如果、<0，若切點在左側(cè)，濾波從左到右，而若切點在右側(cè)，其從右到左。如果Z(1>0， 若切點在右側(cè)，其從左到右，而若切點在左側(cè)，其從右到左。圖12到圖15示出了這點。在圖12到圖15所示出的濾線僅覆蓋探測器的一部分。試圖覆蓋較大部分將必定 引起外推，這是由于濾線將變得非常陡。不管怎樣，僅來自針對其而限定兩條濾線的區(qū)域的 數(shù)據(jù)應(yīng)該被用于反投影。盡管在上述實施例中，重建14使用k-重建，但是同樣也可以使用其他重建方法 重建感興趣區(qū)域的圖像，所述重建方法例如為標準濾波反投影，其使用近似法，或Radon反 轉(zhuǎn)法。盡管在上述實施例中，已經(jīng)對患者的心臟的圖像進行重建，本發(fā)明還可以適用于 患者的其他部分，特別地適用于其他器官。另外，本發(fā)明也適用于技術(shù)性目標，例如，在行李 檢查領(lǐng)域。在上述描述的實施例中，第一軌跡為環(huán)形軌跡，且第二軌跡為線性軌跡。但是，在 其他實施例中，第一軌跡和第二軌跡可以為其他軌跡，例如，第二軌跡還可以為螺旋形軌跡 的一部分的弧形軌跡。另外，同樣地，第一軌跡可以為螺旋形軌跡。除第一軌跡和第二軌跡之外，運動生成單元可以還適于沿一個或其他軌跡相對于 彼此移動輻射源和感興趣區(qū)域。
通過研究附圖、公開和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施所要求權(quán)利的發(fā)明 時可以理解并想到所公開的實施例的其他變化。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個” 不排除多個。單個單元或設(shè)備可以滿足在權(quán)利要求中所列舉的若干器件的功能。在相互不同的 從屬權(quán)利要求中所列舉的特定措施的事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。由一個或若干單元或設(shè)備執(zhí)行的確定、如重建的計算以及成像裝置的控制可以由 任意其他數(shù)量的單元或設(shè)備執(zhí)行。例如，在步驟102中重建數(shù)據(jù)的確定以及使用重建數(shù)據(jù) 和第二探測數(shù)據(jù)的感興趣區(qū)域的圖像的重建可以由單個單元或任意其他數(shù)量的不同單元 執(zhí)行。根據(jù)上述成像方法的計算和確定和/或成像裝置的控制可以被實施為計算機程序的 程序代碼模塊和/或?qū)Ｓ糜布?。可以將計算機程序存儲/分布在合適的介質(zhì)上，諸如與其他硬件一起提供或作為 其他硬件的一部分提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以以其他形式分布，諸如經(jīng) 由因特網(wǎng)或其他有線或無線通信系統(tǒng)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記理解為限制其范圍。
權(quán)利要求
一種用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置，所述成像裝置包括-輻射源(2)，其用于發(fā)射橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射；-探測單元(6)，其用于探測已經(jīng)橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射；-運動生成單元(1，7，8)，其用于在所述探測單元(6)探測第一探測數(shù)據(jù)的同時，沿第一軌跡(32)相對于彼此移動所述輻射源和所述感興趣區(qū)域；-重建數(shù)據(jù)確定單元(12)，其用于確定用于重建所述感興趣區(qū)域的所述圖像的重建數(shù)據(jù)，其中，所述重建數(shù)據(jù)確定單元(12)適于在所述第一探測數(shù)據(jù)中確定所述重建數(shù)據(jù)；-第二軌跡確定單元(13)，其用于根據(jù)所述重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡(32)，其中，所述運動生成單元(1，7，8)適于在所述探測單元(6)探測第二探測數(shù)據(jù)的同時，沿所述第二軌跡(32)相對于彼此移動所述輻射源(2)和所述感興趣區(qū)域，其中，所述計算機斷層攝影裝置還包括用于使用所述重建數(shù)據(jù)和所述第二探測數(shù)據(jù)重建所述感興趣區(qū)域的圖像的重建單元(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中-所述重建數(shù)據(jù)確定單元(12)適于通過確定所述第一軌跡上的反投影區(qū)間(33)來確 定所述重建數(shù)據(jù)；-所述第二軌跡確定單元(13)適于根據(jù)與所述第一軌跡上的所述反投影區(qū)間(33)相 關(guān)的重建數(shù)據(jù)確定所述第二軌跡；并且_所述重建單元(14)適于通過使用與所述第一軌跡上的所述反投影區(qū)間相關(guān)的重建 數(shù)據(jù)和所述第二探測數(shù)據(jù)通過反投影來重建所述感興趣區(qū)域的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像裝置，其中，所述重建數(shù)據(jù)確定單元適于通過確定所述 第一軌跡上的為短掃描區(qū)間的反投影區(qū)間來重建數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像裝置，其中，采用所述第二軌跡確定單元，使得所述第二 軌跡和所述第一軌跡在所述反投影區(qū)間(33)的末端(34)彼此相交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，還包括用于確定所述感興趣區(qū)域內(nèi)的運動的運動 確定單元(15)，其中，所述重建數(shù)據(jù)確定單元(12)適于根據(jù)所述感興趣區(qū)域內(nèi)的所述運動 確定所述重建數(shù)據(jù)，使得在探測所述重建數(shù)據(jù)期間，所述感興趣區(qū)域內(nèi)的運動比在探測第 一探測數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)期間小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述重建單元(14)適于使用K-重建重建 所述感興趣區(qū)域的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述輻射源(2)適于發(fā)射錐形束，確定所述 錐形束的尺寸使得在沿所述第一軌跡和所述第二軌跡中的至少一條的運動期間，所述感興 趣區(qū)域完全在所述錐形束之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述運動生成單元(1，7，8)適于沿所述第一 軌跡相對于彼此移動所述輻射源和所述感興趣區(qū)域，使得所述第一探測數(shù)據(jù)為不完整的， 并且其中，所述第二軌跡確定單元適于確定所述第二軌跡使得所述第二探測數(shù)據(jù)使所述第 一探測數(shù)據(jù)完整。
9.一種用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像方法，所述成像方法包括以下步驟-在通過探測已經(jīng)橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射來探測第一探測數(shù)據(jù)的同時，通過沿第 一軌跡相對于彼此移動發(fā)射橫穿所述感興趣區(qū)域的所述輻射的輻射源以及所述感興趣區(qū)域來采集所述第一探測數(shù)據(jù)；-確定用于重建所述感興趣區(qū)域的所述圖像的重建數(shù)據(jù)，其中，在所述第一探測數(shù)據(jù)中 確定所述重建數(shù)據(jù)；“根據(jù)所述重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡；_在通過探測已經(jīng)橫穿所述感興趣區(qū)域的輻射來探測第二探測數(shù)據(jù)的同時，通過沿所 述第二軌跡相對于彼此移動所述輻射源和所述感興趣區(qū)域來采集所述第二探測數(shù)據(jù)，所述 輻射源發(fā)射橫穿所述感興趣區(qū)域的所述輻射；_使用所述重建數(shù)據(jù)和所述第二探測數(shù)據(jù)重建所述感興趣區(qū)域的圖像。
10. 一種用于確定感興趣區(qū)域的圖像的計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼模 塊，當所述計算機程序在控制如在權(quán)利要求1中所限定的成像裝置的計算機上運行時，所 述程序代碼模塊用于令所述成像裝置執(zhí)行如在權(quán)利要求9中所限定的成像方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定感興趣區(qū)域的圖像的成像裝置，其中，在探測單元(6)探測第一探測數(shù)據(jù)的同時運動生成單元(1，7，8)沿第一軌跡(32)相對于彼此移動輻射源(2)和感興趣區(qū)域。重建數(shù)據(jù)確定單元(12)確定第一探測數(shù)據(jù)中的重建數(shù)據(jù)，而第二軌跡確定單元(13)根據(jù)所述重建數(shù)據(jù)確定第二軌跡(32)。之后，在探測單元(6)探測第二探測數(shù)據(jù)的同時運動生成單元(1，7，8)沿第二軌跡(32)相對于彼此移動輻射源(2)和感興趣區(qū)域。重建單元(14)使用重建數(shù)據(jù)和第二探測數(shù)據(jù)來重建感興趣區(qū)域的圖像。
文檔編號G01T1/29GK101861530SQ200880116549
公開日2010年10月13日 申請日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者C·邦圖斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司