專利名稱：對周期性運(yùn)動(dòng)的對象獲得三維x射線圖像數(shù)據(jù)組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于對周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的方法。
背景技術(shù)：
這樣的方法由現(xiàn)有技術(shù)所公知。
三維X射線圖像數(shù)據(jù)組包含了，將在三維空間中的體積元素在圖像對象的范圍內(nèi)對應(yīng)于數(shù)據(jù)值或灰度值，該數(shù)據(jù)值或灰度值是對在體積元素中穿過圖像對象的X射線的衰減的度量。這樣的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組是從二維X射線圖像數(shù)據(jù)組中獲得的。該二維X 射線圖像數(shù)據(jù)組借助具有X射線源和X射線探測器的X射線圖像拍攝裝置獲得，該X射線圖像拍攝裝置圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。在不同的角度位置分別拍攝二維X射線圖像數(shù)據(jù)組。然后， 對該所謂的投影進(jìn)行反投影(典型地包括濾波)，以便獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組。
在本身周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象中，不是所有二維X射線圖像數(shù)據(jù)組都適合于彼此。由于這個(gè)原因在分別拍攝二維X射線圖像數(shù)據(jù)組時(shí)，確定圖像對象分別位于周期性運(yùn)動(dòng)的哪個(gè)階段中。例如，可以在對具有圍繞的心臟冠狀動(dòng)脈(心肌)的心臟成像時(shí)測量心跳的周期性運(yùn)動(dòng)的階段。然后，可以將二維X射線圖像數(shù)據(jù)組根據(jù)所確定的階段劃分為組。 為此將總的周期劃分為間隔。由此在每個(gè)階段中規(guī)定了其位于哪個(gè)間隔，從而相關(guān)的二維 X射線圖像數(shù)據(jù)組可以對應(yīng)于相應(yīng)的組?，F(xiàn)在逐組地執(zhí)行(濾波)反投影，也就是逐組地獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組。這些三維X射線圖像數(shù)據(jù)組現(xiàn)在被稱為三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組。然后，將該三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組中的一組用作參考圖像數(shù)據(jù)組。相對于該參考圖像數(shù)據(jù)組現(xiàn)在對于其它組的每一組(也就是不屬于參考圖像數(shù)據(jù)組的組)推導(dǎo)出所謂的運(yùn)動(dòng)場(Bewegungsfeld)。運(yùn)動(dòng)場說明了運(yùn)動(dòng)的圖像對象的某個(gè)位置已經(jīng)從哪個(gè)空間點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到哪個(gè)空間點(diǎn)。為了推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)場，執(zhí)行所謂的配準(zhǔn)(Registrieren)。在配準(zhǔn)中確定從一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組至另一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組的映射規(guī)則，由此執(zhí)行3D-3D配準(zhǔn)。S卩， 通過該配準(zhǔn)可以將一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組位置正確和維度正確地映射到另一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組。換句話說，可以找到一種映射規(guī)則(Abbildungsvorschrift),該映射規(guī)則將三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的每個(gè)點(diǎn)映射到參考圖像數(shù)據(jù)組的點(diǎn)。然后執(zhí)行該映射，也就是計(jì)算修改的三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組。 例如，如果圖像對象“心臟”在參考圖像數(shù)據(jù)組中恰好收縮并且然后擴(kuò)大，則修改的三維X 射線組圖像數(shù)據(jù)組的計(jì)算對應(yīng)于，將圖像數(shù)據(jù)從周期性運(yùn)動(dòng)的沒有對應(yīng)于收縮的心臟的階段映射到收縮的心臟的情況。
但是，由此所有修改后的三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組可以與參考圖像數(shù)據(jù)組相似。 由此可以將所有修改后的三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組和參考圖像數(shù)據(jù)組綜合(即平均)為第一三維X射線圖像數(shù)據(jù)組。
該三維X射線圖像數(shù)據(jù)組，如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所公知的那樣，通常是運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
目前，在從各個(gè)三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的綜合中得到的這種三維X射線圖像數(shù)據(jù)組中還存在偽影。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，減少或完全抑制這種偽影。
該技術(shù)問題是通過一種帶有根據(jù)權(quán)利要求I的特征的方法解決的。
按照本發(fā)明，至少部分地變換運(yùn)動(dòng)場，在使用變換了的運(yùn)動(dòng)場的情況下計(jì)算重新修改的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組，并且將這樣修改了的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組與參考圖像數(shù)據(jù)組綜合為新的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組。在運(yùn)動(dòng)場變換時(shí)結(jié)合前面計(jì)算的綜合的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組來確定作為配準(zhǔn)基礎(chǔ)的映射參數(shù)。
換句話說，首先計(jì)算第一三維X射線圖像數(shù)據(jù)組，并且然后可以從該三維X射線圖像數(shù)據(jù)組中以任意一個(gè)形式推導(dǎo)出量化，(至少根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn))該計(jì)算有多好。然后借助該量化也可以校正映射參數(shù)。
在該方面本發(fā)明基于如下的知識，即配準(zhǔn)的步驟不必最佳地起作用。在配準(zhǔn)時(shí)使用相似性度量，以便找到一種映射規(guī)則。但如果隨后使用該映射規(guī)則，以便最終獲得第一三維X射線圖像數(shù)據(jù)組，則在配準(zhǔn)的步驟中的削弱可以導(dǎo)致三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的質(zhì)量變差?，F(xiàn)在，通過本發(fā)明在這里進(jìn)行校正干預(yù)。
優(yōu)選迭代地進(jìn)行變換，但最高迭代特定次數(shù)。通過迭代的變換可以執(zhí)行特定的算法，例如梯度下降方法(Gradientenabstiegsverfahren)等。如果變換進(jìn)行了最高迭代特定次數(shù)，則確保了 為了最終獲得僅微不足道的改善，不使用太多的計(jì)算時(shí)間。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，這樣確定映射參數(shù)，使得根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)改善(也就是例如最小化)目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)包括與前面計(jì)算的綜合的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組有關(guān)的項(xiàng)，該項(xiàng)例如可以是失調(diào)的度量，也就是熵項(xiàng)(Entropieterm)。如果使用目標(biāo)函數(shù),則在合適的結(jié)構(gòu)中這樣分別考慮特定的標(biāo)準(zhǔn)，即調(diào)節(jié)平衡，在該平衡中找到最佳一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被滿足到何種程度并且另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被滿足到何種程度。如果由此目標(biāo)函數(shù)包括與前面計(jì)算的綜合的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組有關(guān)的項(xiàng)，則至少一個(gè)在目標(biāo)函數(shù)中考慮的標(biāo)準(zhǔn)是三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的質(zhì)量。
如果項(xiàng)是熵項(xiàng)，也就是失調(diào)的度量，則假定正確的“圖像”寧愿是低噪聲的并且是分類的(geordnet)，使得通過三維X射線圖像數(shù)據(jù)組該本身周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象只要盡可能精確地映射，熵項(xiàng)就是小的。
在該實(shí)施方式中優(yōu)選迭代地進(jìn)行變換，并具有如下的目標(biāo)目標(biāo)函數(shù)滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，即，其不僅在每個(gè)步驟中改善，而且在任何時(shí)候都達(dá)到特定的目標(biāo)。
迭代的變換可以一直進(jìn)行，直到達(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。作為競爭性的中斷標(biāo)準(zhǔn)可以最佳地設(shè)置，變換最高進(jìn)行預(yù)定的次數(shù)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明，附圖中
圖I示出了用于解釋按照本發(fā)明的方法的該實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施方式
本方法如下地開始，在步驟SlO中獲得多個(gè)二維X射線圖像數(shù)據(jù)組。圖像對象當(dāng)前應(yīng)當(dāng)是人的心臟。在圖像拍攝期間同時(shí)拍攝心電圖。將心跳周期劃分為多個(gè)階段^，、，… tn。數(shù)量η例如可以是10。通過這種方式在步驟SlO中獲得的數(shù)據(jù)組可以被劃分為組，也就是劃分為階段A的組S12a，階段t2的組S12b和階段tn的組S12n。
現(xiàn)在從每個(gè)組的投影中可以獲得三維X射線(組)圖像數(shù)據(jù)組，該X射線圖像數(shù)據(jù)組被稱為“體積(Volumen)”。在步驟S14a中由此對階段&的投影獲得體積1，在步驟S14b 中獲得體積2,在步驟S14n中獲得體積η。
體積I現(xiàn)在被用作參考體積，其下面不再被改變。現(xiàn)在體積2可以與體積I相關(guān)聯(lián)在步驟S16a中可以推導(dǎo)出所謂的運(yùn)動(dòng)場，該運(yùn)動(dòng)場包含如下的信息哪些空間坐標(biāo)的體積2的哪些部分對應(yīng)于其它空間坐標(biāo)的體積I的該部分。這種運(yùn)動(dòng)場可以使每個(gè)與體積 I不同的體積η與體積I相關(guān)聯(lián)，也參見步驟S16n。借助所謂的配準(zhǔn)獲得這種運(yùn)動(dòng)場。配準(zhǔn)包含了 例如在使用相似性度量的條件下找出一種映射規(guī)則O j，該映射規(guī)則將一個(gè)體積映射到另一個(gè)。如果將體積I稱為I1并且給其它的體積順序編號直至體積η稱為Ip則在配準(zhǔn)的情況下將價(jià)值函數(shù)(Kostenfunktion) K (I1, Oj (I」))最小化。
在此，每個(gè)配準(zhǔn)對于本身進(jìn)行?；谶\(yùn)動(dòng)場在步驟S18a至S18n中可以確定所謂的配準(zhǔn)后的體積例如借助運(yùn)動(dòng)場2這樣變形(或“修正”)體積2，使得映射的心臟被一定程度虛擬地映射到階段t1;也就是源于階段t2的圖像被虛擬地計(jì)算回階段h。配準(zhǔn)后的體積2由此最終對應(yīng)于體積I。配準(zhǔn)后的體積η同樣也對應(yīng)于體積I。因?yàn)楝F(xiàn)在配準(zhǔn)后的體積全都對應(yīng)于體積1，所以其可以在步驟S20中綜合、即平均為新的體積。
在步驟S20結(jié)束了常規(guī)的方法。目前，我們將平均體積僅作為中間結(jié)果計(jì)數(shù)器i 提高了數(shù)量1，并且在步驟S22a和S22b中將運(yùn)動(dòng)場Oj (Ij)優(yōu)化。為此定義新的目標(biāo)函數(shù)或價(jià)值函數(shù)
4 ) = α^κ( 1,Θι{ Ι))+βΕ( ),其中 Ζ = Σ 々,) 1J
在該總和函數(shù)中首先考慮了所有已知的價(jià)值函數(shù)K (I1, 0j (ip)。但這些價(jià)值函數(shù)的和不是必然地再次精確地得出同一個(gè)運(yùn)動(dòng)場Oj (Ij)。但是特點(diǎn)在于，由于項(xiàng)βΕ(Ι) 包含了熵項(xiàng)，該熵項(xiàng)與作為整體的平均后的體積I相關(guān)聯(lián)。此處由此具有一種“反饋”，也就是在平均體積I中考慮了運(yùn)動(dòng)場，但由此運(yùn)動(dòng)場隨后在迭代i=i+l中基于獲得的平均體積 I再次被調(diào)整。熵項(xiàng)包含特定數(shù)據(jù)值的頻度乘以該頻度的對數(shù)的和。
E(I)= Σ h(k) · log(h(k))
借助優(yōu)化后的運(yùn)動(dòng)場S22a、S22n現(xiàn)在可以在步驟28中再一次地計(jì)算配準(zhǔn)后的體積S24a、S24n。在步驟26中現(xiàn)在檢查迭代的次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)值N。如果是這樣，則在步驟S28中使用由按照步驟S14a的體積I得出的平均體積和按照步驟S24a，S24n的最終循環(huán)最后獲得的配準(zhǔn)體積。只要迭代的次數(shù)還沒有達(dá)到N，就繼續(xù)迭代地執(zhí)行該方法，也就是首先將平均后的體積I在步驟S20中用作中間結(jié)果，然后再次優(yōu)化運(yùn)動(dòng)場，然后再次計(jì)算新的配準(zhǔn)后的體積等。
替換地，在步驟S26中也可以以如下的標(biāo)準(zhǔn)檢查，例如目標(biāo)函數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到特定目標(biāo)值，或者目標(biāo)函數(shù)的變化從上一次迭代起是否已經(jīng)低于目標(biāo)值等。
由此，作為結(jié)果在步驟S28中獲得平均后的體積I，后者從現(xiàn)在開始被固定作為最終結(jié)果，并且其中價(jià)值函數(shù)J (I)按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)(如通過方法預(yù)先給定的那樣)、也就是例如在迭代了次數(shù)N之后被優(yōu)化。
在步驟S28中所獲得的最終結(jié)果通常比在步驟S20中獲得的中間結(jié)果具有更小的 偽影。由此達(dá)到本發(fā)明的基本目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種用于對本身周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的方法，其中借助X射線圖像拍攝裝置獲得多個(gè)ニ維X射線圖像數(shù)據(jù)組，其中，分別確定所述圖像對象位于周期性運(yùn)動(dòng)的哪個(gè)階段中，其中，將所述ニ維X射線圖像數(shù)據(jù)組根據(jù)所確定的階段劃分為組(S12a，S12b，S12n)，并且其中，從每個(gè)組的ニ維X射線圖像數(shù)據(jù)組中分別獲得三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組(S14a，S14b, S14n)，這些三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組中的一個(gè)被用作參考圖像數(shù)據(jù)組，相對于所述參考圖像數(shù)據(jù)組對于其它組的每個(gè)在采用將三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組配準(zhǔn)到參考圖像數(shù)據(jù)組的情況下推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)場(S16a，S16n)，借助所述運(yùn)動(dòng)場計(jì)算修改后的三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組(S18a，S18n)，其中，將所述參考圖像數(shù)據(jù)組和所有修改后的三維X射線組圖像數(shù)據(jù)組綜合為第一三維X射線圖像數(shù)據(jù)組(S20)，其特征在干， 將所述運(yùn)動(dòng)場至少部分地變換(S22a，S22n)，并且在使用變換后的運(yùn)動(dòng)場的情況下計(jì)算重新修改的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組(S24a，S24n)并且與所述參考圖像數(shù)據(jù)組綜合為新的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組，其中，在所述運(yùn)動(dòng)場變換時(shí)結(jié)合前面所計(jì)算的綜合的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組(I)來確定作為配準(zhǔn)基礎(chǔ)的映射參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述變換最高迭代預(yù)定次數(shù)N。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在干，這樣確定所述映射參數(shù)，使得根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)改善目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)包括與前面所計(jì)算的綜合的三維X射線圖像數(shù)據(jù)組有關(guān)的項(xiàng)(β E (I))，特別是熵項(xiàng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，迭代地進(jìn)行所述變換具有如下的目標(biāo)，使得所述目標(biāo)函數(shù)滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對本身周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組的方法。公知的是，在本身周期性運(yùn)動(dòng)的圖像對象的映射中獲得關(guān)于周期性運(yùn)動(dòng)中的階段的信息。這點(diǎn)用于多個(gè)二維X射線圖像數(shù)據(jù)組，對于階段間隔可以分別獲得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組。借助配準(zhǔn)方法獲得運(yùn)動(dòng)場，該運(yùn)動(dòng)場使得三維X射線圖像數(shù)據(jù)組能夠全部變換并且總體上綜合為一個(gè)平均后的體積I(S20)。本發(fā)明中，隨后繼續(xù)該方法，也就是基于優(yōu)化運(yùn)動(dòng)場的平均體積I(S22a，S22n)。為此，采用合適的目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)例如包含平均體積I的熵。
文檔編號G06T19/00GK102982582SQ20121013886
公開日2013年3月20日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者H.昆茲, C.科勒 申請人:西門子公司