專利名稱：使用非剛性配準校正門控pet圖像中運動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例大體上涉及成像，并且更具體地涉及使用非剛性配準校正門控圖 像中的運動。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代健康護理設(shè)施中，非侵入性成像(non-invasive imaging)系統(tǒng)常常用于 識別、診斷和治療身體疾病。醫(yī)療成像涵蓋用于使患者內(nèi)的器官和組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或 功能行為(例如化學或代謝活動等)成像和可視化的不同非侵入技術(shù)。當前，存在許多形 態(tài)的醫(yī)療診斷和成像系統(tǒng)，每個典型地依據(jù)不同的物理原理運行以產(chǎn)生不同類型的圖像和 信息。這些形態(tài)包括超聲系統(tǒng)、計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)(包括常規(guī)和數(shù)字 或數(shù)字化的成像系統(tǒng)兩者)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算機斷層攝影 (SPECT)系統(tǒng)和磁共振(MR)成像系統(tǒng)。PET圖像通常用于放射治療(RT)和放射治療計劃(RTP)。一般，胸的PET圖像在 若干分鐘的時間間隔上采集。在該時間期間，患者典型地由于呼吸、心臟運動和其他總患者 移動經(jīng)歷運動。該運動導(dǎo)致產(chǎn)生的最終圖像模糊，因此導(dǎo)致在該模糊的圖像中不準確的計 劃腫瘤體積(PTV)的識別。該不準確的PTV可不利地導(dǎo)致實際腫瘤區(qū)域的不準確檢測和/ 或正常組織的去除。當前可用的技術(shù)通過使用門控技術(shù)將呼吸周期分解成更小的時間間隔并且采集 對應(yīng)于這些更小時間間隔的圖像數(shù)據(jù)解決與PET成像中的呼吸運動關(guān)聯(lián)的問題。盡管通過 采用這些門控技術(shù)對應(yīng)于個體門的圖像數(shù)據(jù)可沒有運動，隔離的每個門苦于由于在對應(yīng)的 采集時間間隔內(nèi)減少的記錄光子數(shù)引起的低信噪比。此外，由于患者呼吸引起的運動的存 在妨礙在PET成像中使用胸部掃描評估結(jié)節(jié)，因為從不同的門采集的圖像不對準并且這些 門控圖像的不對準表現(xiàn)為不同圖像之間感興趣的解剖對象的相對運動。因此，可能不能從 PET掃描獲得腫瘤準確定位和它們的隨后量化。另外，當前可用的技術(shù)采用配準技術(shù)以產(chǎn)生 最終圖像，其中對應(yīng)于特定門的圖像選擇為參考圖像并且其他門控圖像配準到選擇的門控 圖像。使用門控圖像作為參考圖像導(dǎo)致圖像偏移到選擇的門控圖像。該偏移妨礙患者中的 腫瘤體積或異常的準確確定。因此開發(fā)用于產(chǎn)生沒有由于例如呼吸或心臟運動等患者移動引起的運動影響的 具有提高的信噪比的圖像的系統(tǒng)和方法是可取的。更具體地，需要有用于校正由于患者移 動引起的圖像中的運動的系統(tǒng)和方法。另外，需要有產(chǎn)生最終圖像的方法，其采用無參考配 準技術(shù)以減少在最終圖像中的任何偏移。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的方面，提供成像的方法。該方法包括重建在多個時間間隔采集的圖 像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像。此外，該方法包括使用該多個圖像產(chǎn)生均值圖像(mean image) 0 該方法還包括通過迭代地確定該均值圖像或該多個圖像的或該均值圖像和該多個圖像兩者的收斂性(convergence)以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和 收斂的多個圖像兩者，而校正在該均值圖像或該多個圖像中或在該均值圖像和該多個圖像 兩者中的運動。根據(jù)本技術(shù)的另一個方面，提供成像的方法。該方法包括重建在多個時間間隔采 集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像。另外，該方法包括使用該多個圖像產(chǎn)生均值圖像。該方法 還包括通過將該多個圖像配準到該均值圖像而變換該多個圖像以獲得多個變換的圖像。此 外，該方法包括使用該多個變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像。并且，該方法包括通過迭代確 定該均值圖像或該多個圖像或該多個變換的圖像的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的 多個圖像或收斂的多個變換的圖像，而校正在該均值圖像或該多個圖像或該多個變換的圖 像中的運動。根據(jù)本技術(shù)的再另一個方面，提供成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在多個時間間隔中 的每個處采集圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)包括用于重建該圖像數(shù)據(jù)以獲得多 個圖像的計算機系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)包括運動校正子系統(tǒng)，其用于使用該多個圖像產(chǎn)生均值 圖像，通過迭代確定該均值圖像或該多個圖像的或該均值圖像和該多個圖像兩者的收斂性 以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個圖像兩者，而校 正在該均值圖像或該多個圖像中或在該均值圖像和該多個圖像兩者中的運動，和顯示運動 校正的最終圖像的顯示裝置。


當下列詳細說明參照附圖(其中相似的符號在整個附圖中代表相似的部件)閱讀 時，本發(fā)明的這些和其他的特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的方面的示范性PET成像系統(tǒng)的示意圖；圖2是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的運動校正的示范性方法的流程圖；圖3是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的跨迭代的門控圖像收斂性的圖示。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例大體上涉及成像。更具體地本發(fā)明的實施例涉及使用非剛性配準 的在門控圖像中的運動校正。盡管本論述在醫(yī)療成像系統(tǒng)和特別地PET系統(tǒng)的上下文中提 供示例，可注意到本技術(shù)還可用于例如超聲系統(tǒng)、計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、 單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)系統(tǒng)和磁共振(MR)成像系統(tǒng)等成像系統(tǒng)。現(xiàn)在參照圖1，呈現(xiàn)用于校正在圖像中的運動的成像系統(tǒng)10的圖示。在該圖示的 實施例中，系統(tǒng)10是根據(jù)本技術(shù)設(shè)計成采集斷層攝影數(shù)據(jù)、將該斷層攝影數(shù)據(jù)重建成圖像 并且處理該圖像數(shù)據(jù)用于顯示和分析的正電子發(fā)射斷層攝影(PET)系統(tǒng)。該PET系統(tǒng)10 包括檢測器組件12、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14和計算機系統(tǒng)16。該檢測器組件12典型地包括設(shè)置 在一個或多個環(huán)中的許多檢測器模塊(一般用標號18命名)，如在圖1中描繪的。該PET 系統(tǒng)10還包括操作員工作站20和顯示器22。盡管在圖示的實施例中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14和 計算機系統(tǒng)16示為設(shè)置在檢測器組件12和操作員工作站20外面，在某些其他實現(xiàn)中，這 些部件中的一些或所有可提供為檢測器組件12和/或操作員工作站20的部分。前面提到 的部件中的每個將在接著的章節(jié)中更詳細地論述。
在PET成像中，患者13典型地被注入包含放射性示蹤劑的溶液。該溶液在整個 身體中不同程度地分布并且吸收，取決于采用的示蹤劑和在患者13中的器官和組織的功 能。例如，腫瘤典型地比相同類型的健康組織處理更多的葡萄糖。因此，包含放射性示蹤劑 的葡萄糖溶液可由腫瘤不成比例地代謝，允許通過放射性發(fā)射物定位和可視化腫瘤。特別 地，該放射性示蹤劑發(fā)射稱為正電子的粒子，其與稱為電子的互補粒子相互作用并且湮滅 以產(chǎn)生伽馬射線。在每個湮滅反應(yīng)中，發(fā)射相反方向上傳播的兩個伽瑪射線。在PET成像 系統(tǒng)10中，該對伽瑪射線由檢測器組件12檢測，檢測器組件12配置成確定在時間上足夠 近地檢測到的兩個伽瑪射線由相同的湮滅反應(yīng)產(chǎn)生。由于湮滅反應(yīng)的性質(zhì)，這樣的一對伽 瑪射線的檢測可用于確定伽瑪射線在碰撞檢測器組件12之前傳播所沿的響應(yīng)線(line of response) (LOR)，由此允許湮滅事件到該線的定位。繼續(xù)參照圖1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14適應(yīng)于讀出響應(yīng)于來自檢測器組件12的檢測器模 塊18的伽瑪射線產(chǎn)生的信號。例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14可從檢測器組件12接收采樣模擬信 號并且將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號用于隨后由計算機系統(tǒng)16處理。在某些實施例中，計 算機系統(tǒng)16可耦合于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14。由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14采集的信號傳送到計算機系統(tǒng) 16用于進一步處理。此外，在某些實施例中，計算機系統(tǒng)16可包括圖像重建模塊17用于 重建由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14采集的數(shù)據(jù)以獲得圖像。在目前設(shè)想的配置中，計算機系統(tǒng)16示 為包括圖像重建模塊17。然而，在某些其他實施例中，圖像重建模塊17可與計算機系統(tǒng)16 分離并且可操作地耦合于計算機系統(tǒng)16。根據(jù)本技術(shù)的方面，PET成像系統(tǒng)10可還包括示范性運動校正子系統(tǒng)24。該運動 校正子系統(tǒng)M可配置成校正在門控PET圖像中的運動。如本文使用的，術(shù)語“門控圖像”用 于指在多個時間間隔采集的圖像。示范性運動校正子系統(tǒng)M的工作將關(guān)于圖2-3更詳細 地描述。在目前設(shè)想的配置中，運動校正子系統(tǒng)M操作地耦合于計算機系統(tǒng)16。然而，在 另一個實施例中運動校正子系統(tǒng)M可是計算機系統(tǒng)16的一體部分。此外，在再另一個實 施例中，運動校正模塊M可遠程耦合于計算機系統(tǒng)16。門控圖像可通過使用門控裝置(沒有在圖1中示出)采集。在一個實施例中，門 控裝置可耦合于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14以采集圖像數(shù)據(jù)。備選地，門控裝置可是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14 的一體部分。從而在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)可由計算機系統(tǒng)16重建以獲得多個圖 像。在一個實施例中，在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)可通過圖像重建模塊17重建以產(chǎn)生 多個圖像。操作員工作站20可由系統(tǒng)操作員利用以提供控制指令給描述的部件中的一些 或所有并且用于配置幫助數(shù)據(jù)采集和圖像產(chǎn)生的各種操作參數(shù)。耦合于操作員工作站20 的顯示器22可利用以觀察重建的圖像?？蛇M一步注意到操作員工作站20和顯示器22可 耦合于其他輸出裝置，其可包括打印機和標準或?qū)Ｓ糜嬎銠C監(jiān)視器。一般，顯示器、打印機、 工作站和相似裝置可設(shè)置在PET系統(tǒng)10附近。然而，顯示器、打印機、工作站和其他相似裝 置可遠離PET系統(tǒng)10 (例如在機構(gòu)或醫(yī)院內(nèi)的別處或在完全不同的位置等)并且通過一個 或多個可配置網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)等)鏈接到PET系統(tǒng)10。當前可用的重建技術(shù)典型地使用參考的配準產(chǎn)生最終圖像。特別地，在參考的配 準過程中，對應(yīng)于個體門的圖像選擇作為參考，并且其他門控圖像配準到該選擇的門控圖 像。遺憾地，其他門控圖像到選擇的參考門控圖像的該配準引入相對于選擇的門控圖像的 偏移。具體地，如果選擇的參考門由于運動偽像的存在而質(zhì)量差，配準到選擇的參考門的圖像將再現(xiàn)這樣的運動偽像。根據(jù)本技術(shù)的方面，提供通過避免選擇特定的門控圖像作為參 考來克服任何偏移的運動校正的示范性方法。圖2是描繪根據(jù)本技術(shù)的方面的在門控圖像中的運動校正的示范性方法的流程 圖30。更具體地，該示范性方法牽涉使用無參考非剛性配準用于門控圖像中的運動校正。 運動校正的該示范性方法包括重建在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像，使用 該多個圖像產(chǎn)生均值圖像，并且校正在該均值圖像或該多個圖像中或該均值圖像和該多個 圖像兩者中的運動。這通過迭代確定該均值圖像或該多個圖像或該均值圖像和該多個圖像 兩者的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個圖 像兩者而完成。該方法需要在多個時間間隔的圖像采集。如之前提到的，門控裝置可用于在該多 個時間間隔采集圖像數(shù)據(jù)以對例如心臟、肺、乳房和上腹部位置等區(qū)域成像以獲得多個門 控圖像。該門控圖像可通過采用例如但不限于相位門控技術(shù)、振幅門控技術(shù)或其組合等門 控技術(shù)獲得。因此，如在圖2中描繪的，該方法在步驟32開始，其中圖像數(shù)據(jù)在多個時間間隔采 集。該采集的圖像數(shù)據(jù)采用圖像重建技術(shù)重建，如由步驟34指示的。根據(jù)本技術(shù)的方面， 例如但不限于迭代圖像重建技術(shù)或濾波反投影技術(shù)等圖像重建技術(shù)可用于便于該采集的 圖像數(shù)據(jù)的重建。多個圖像36可通過應(yīng)用圖像重建技術(shù)于采集的圖像數(shù)據(jù)獲得。在一個 實施例中，圖像重建模塊17(參見圖1)可用于重建由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14(參見圖1)采集的 圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生多個圖像36?？勺⒁獾皆诙鄠€圖像36的采集期間在患者13 (參見圖1)中 的運動和/或由于患者13中的器官移動(例如由于呼吸引起的肺的移動等)引起的運動 可導(dǎo)致在使用多個圖像36重建的圖像中的運動影響。因此，該多個圖像36可被處理以便于來自該多個圖像36的任何運動影響的校正。 這樣處理的圖像然后可用于產(chǎn)生運動校正的最終圖像。如本文使用的，術(shù)語“運動校正”可 用于指圖像中任何運動影響的校正。并且，術(shù)語“運動校正”和“運動補償”可交換使用。 為此，根據(jù)本技術(shù)的方面，均值圖像40可使用多個圖像36計算，如由步驟38指示的。在 一個實施例中，均值圖像40可通過對多個圖像36中的像素強度取平均而計算。如本文使 用的，術(shù)語“對多個圖像取平均”可用于指在多個圖像36中的像素強度的均值、中值或眾數(shù) (mode)的計算以獲得均值圖像40。在備選實施例中，均值圖像40可通過計算在多個圖像 36中的像素強度的算術(shù)平均數(shù)而計算?？勺⒁獾竭\動校正子系統(tǒng)M(參見圖1)可用于產(chǎn) 生均值圖像40。如之前提到的，多個圖像36可包含由于任何患者運動和/或患者中的器官移動引 起的運動影響。因此，在步驟42，做出關(guān)于例如由于患者運動或器官移動引起的運動影響 是否在多個圖像36中或在均值圖像40或在多個圖像36和均值圖像40兩者中存在的確 定。在一個實施例中，運動影響在多個圖像36或均值圖像40中的存在可通過比較門控圖 像(例如多個圖像36等)中的每個與均值圖像40來驗證。更具體地，在一個實施例中，多個圖像36中的每個可通過使用配準度量與均值圖 像40比較。根據(jù)本技術(shù)的方面，該配準度量可包括均方誤差度量、交互信息度量或相關(guān)性 度量。在某些其他實施例中，還可使用均方誤差度量、交互信息度量或相關(guān)性度量的組合。 通過示例，如果配準度量包括均方誤差度量，可計算對應(yīng)于多個圖像36中的每個的均方誤
7差值?？勺⒁獾綄?yīng)于多個圖像36中的每個的均方誤差值可代表對應(yīng)圖像36和均值圖像 40之間強度差。此外，在步驟42，如果對應(yīng)于多個圖像36中的每個的均方誤差值小于確定 的閾值，可推斷多個圖像36得以運動校正。隨后，運動校正的多個圖像36可用于產(chǎn)生運動 校正的最終圖像50。然而，在步驟42，如果確定多個圖像36包括運動影響，多個圖像36可進一步處理 以進一步減少運動影響在多個圖像36中的存在。特別地，如果對應(yīng)于多個圖像36中的至 少一個圖像的均方誤差值大于確定的閾值，那么根據(jù)本技術(shù)的方面多個圖像36可變換到 均值圖像40，如由步驟44描繪的。具體地，多個圖像36可通過將多個圖像36中的每個與 均值圖像40配準來變換。在一個實施例中，多個圖像36中的每個可通過使用非剛性配準 技術(shù)與均值圖像40配準。因此，將多個圖像36與均值圖像40配準的該示范性方法還可稱 為無參考非剛性配準方法，因為該方法不需要特定門控圖像作為參考的選擇和使用。在備 選實施例中，多個圖像36中的每個可使用剛性配準技術(shù)與均值圖像40配準。由于在步驟 44的該變換，可獲得多個變換的圖像46。在某些實施例中，運動校正子系統(tǒng)M可配置成確 定對應(yīng)于多個圖像36中的每個的均方誤差值并且便于多個變換的圖像46的產(chǎn)生。繼多個變換的圖像在步驟44產(chǎn)生后，可使用多個變換的圖像46計算更新的均值 圖像，如由步驟48描繪的。因此，均值圖像40現(xiàn)在可代表更新的均值圖像。該在步驟48 產(chǎn)生的更新的均值圖像可稱為“進化的”均值圖像，因為更新的均值圖像使用多個變換的圖 像46 (其進而通過將多個圖像36配準到均值圖像40產(chǎn)生)產(chǎn)生?？稍俅螆?zhí)行檢查以確定運動影響是否在多個變換的圖像46中存在，如由判定框 42描繪的。具體地，在一個實施例中，運動影響在多個變換的圖像46中的存在的確定可通 過計算對應(yīng)于多個變換的圖像46中的每個的均方誤差值獲得。對應(yīng)于多個變換的圖像46 中的每個的均方誤差值可代表對應(yīng)變換的圖像46和更新的均值圖像之間強度差。此外，如 果對應(yīng)于多個變換的圖像46中的每個的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷變換的 圖像46現(xiàn)在得以運動校正。該多個變換的圖像46和/或?qū)?yīng)的更新均值圖像可用于產(chǎn)生 運動校正的最終圖像50。然而，在步驟42，如果確定對應(yīng)于多個變換的圖像46中的至少一個的均方誤差值 大于確定的閾值，那么可推斷多個變換的圖像46沒有完全得以運動校正。因此，步驟40-48 可迭代重復(fù)直到對應(yīng)于多個變換的圖像46的均方誤差值小于確定的閾值。具有小于確定 的閾值的對應(yīng)均方誤差值的多個變換的圖像46可用于產(chǎn)生最終運動校正的圖像50。根據(jù)本發(fā)明的其他方面，不是基于均方誤差值的迭代，而是步驟40-48可簡單地 迭代執(zhí)行設(shè)置的迭代數(shù)。通過示例，步驟40-48可執(zhí)行N個迭代。例如，在第N個迭代產(chǎn)生 的多個變換的圖像可用于重建最終的運動校正圖像50。此外，根據(jù)本技術(shù)的其他方面，可對更新的均值圖像檢查運動影響的存在。具體 地，運動影響在更新的均值圖像中的存在可通過比較在當前迭代(第N個迭代)產(chǎn)生的均 值圖像與在之前迭代(第N-I個迭代)產(chǎn)生的對應(yīng)均值圖像來檢查。通過示例，均值圖像 的當前迭代可包括使用多個變換的圖像46產(chǎn)生的更新的均值圖像，而均值圖像的之前迭 代可包括使用多個圖像36產(chǎn)生的均值圖像40。在本示例中，可計算對應(yīng)于更新的均值圖像 的均方誤差值。該均方誤差值可代表更新的均值圖像和均值圖像40之間強度差。如果計 算的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷更新的均值圖像得以運動校正。該更新的均值圖像可代表運動校正的最終圖像50或可用于產(chǎn)生運動校正的最終圖像50。然而，如果均方誤差值大于確定的閾值，那么可推斷更新的均值圖像沒有完全運 動校正。因此，步驟40-48可迭代重復(fù)直到對應(yīng)于更新的均值圖像的均方誤差值小于確定 的閾值。這里再次，不是基于均方誤差值的迭代，而是步驟40-48可簡單地迭代執(zhí)行設(shè)置的 迭代數(shù)(例如N個迭代)并且在第N個迭代產(chǎn)生的更新的均值圖像可用于產(chǎn)生最終圖像或 可代表最終運動校正圖像50。根據(jù)本技術(shù)的再另一個方面，關(guān)于運動影響是否存在的確定可通過比較在當前迭 代(第N個迭代)產(chǎn)生的圖像與在之前迭代(第N-I個迭代)產(chǎn)生的對應(yīng)圖像完成。通過 示例，圖像的當前迭代可包括多個變換的圖像46，而圖像的之前迭代可包括多個圖像36。 具體地，可計算對應(yīng)于多個變換的圖像46中的每個的均方誤差值。該均方誤差值可代表多 個變換的圖像46中的每個和對應(yīng)圖像36之間強度差。如果計算的對應(yīng)于多個變換的圖像 46中的每個的均方誤差值小于確定的閾值，那么可推斷多個變換的圖像46得以運動校正。 多個變換的圖像46可用于產(chǎn)生運動校正的最終圖像50。然而，如果多個變換的圖像46中的至少一個的均方誤差值大于確定的閾值，那么 可推斷多個變換的圖像46沒有完全運動校正。因此，步驟40-48可迭代重復(fù)直到對應(yīng)于多 個變換的圖像46中的每個的均方誤差值小于確定的閾值。備選地，步驟40-48可迭代執(zhí)行 設(shè)置的迭代數(shù)。另外，根據(jù)本技術(shù)的另外方面，在步驟42，在門控PET圖像中的運動校正還可基于 多個圖像36的收斂性和/或均值圖像40的收斂性來驗證。如本文使用的，如果對應(yīng)于多 個圖像的當前迭代的均方誤差值和對應(yīng)于多個圖像的之前迭代的均方誤差值之間的差小 于確定的閾值，則多個圖像認為是“收斂的”。具體地，如果在當前迭代(例如，第N個迭代) 確定的均方誤差值大致上相似于在之前的迭代(第N-I個迭代)確定的均方誤差值，或如 果對應(yīng)于當前迭代和之前迭代的均方誤差值之間的差小于確定的閾值，則可推斷對應(yīng)于當 前迭代的圖像和對應(yīng)于之前迭代的那些圖像已經(jīng)“收斂”。該收斂性可代表在對應(yīng)于當前迭 代的圖像中的運動校正。這些對應(yīng)于當前迭代的收斂的變換圖像然后可用于產(chǎn)生最終圖像 50，其中最終圖像50代表運動校正圖像。然而，如果沒有達到收斂，步驟40-48可迭代重復(fù) 直到獲得收斂性。在再另一個實施例中，運動影響的存在可通過比較均值圖像的當前迭代與均值圖 像的之前迭代來檢查。通過示例，在第N個迭代獲得的均值圖像可與在第N-I個迭代獲得 的均值圖像比較以檢查運動影響的校正。因此，如果對應(yīng)于均值圖像的當前迭代(第N個 迭代)的均方誤差值和對應(yīng)于均值圖像的之前迭代(第N-I個迭代)的均方誤差值大致上 相似，或如果對應(yīng)于均值圖像的當前迭代和之前迭代的均方誤差值之間的差小于確定的閾 值，那么可推斷均值圖像已經(jīng)收斂。該收斂的均值圖像可代表運動校正的最終圖像或可用 于產(chǎn)生該運動校正的最終圖像。此外，根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，在多個變換的圖像46中 的運動影響的存在的確定可通過比較多個變換的圖像46中的每個與對應(yīng)變換的圖像的之 前迭代來完成。繼續(xù)參照圖2，最終圖像50得以運動校正并且具有提高的圖像質(zhì)量，因為最終圖 像50使用得以運動影響校正的多個變換的圖像(收斂的變換圖像)和/或更新的均值圖 像(收斂的更新均值圖像)產(chǎn)生。更特別地，運動校正的示范性方法通過將門控圖像中的每個配準到進化的均值圖像來消除朝特定參考門控圖像的偏移，由此最小化在最終圖像50 中的運動影響。運動校正的最終圖像50的產(chǎn)生進而便于在感興趣對象中的任何異常的準 確確定?？勺⒁獾皆谀承嵤├羞\動校正子系統(tǒng)M可用于執(zhí)行圖2的步驟32-50。此 外，從而產(chǎn)生的最終圖像50可在圖1的顯示裝置22上顯示。實現(xiàn)如在上文中描述的運動校正的方法，可獲得具有增強的圖像質(zhì)量的運動校正 的最終圖像。此外，收斂的速度可相當大地提高，因為進化的圖像用于檢查以進行運動校 正。圖3是描繪根據(jù)關(guān)于圖2描述的示范性方法的例如圖2的多個圖像36等門控圖 像的收斂性的圖示60。如之前提到的，如果對應(yīng)于多個圖像中的每個的均方誤差值不在隨 后的迭代中相當大地改變，則認為達到收斂。備選地，收斂性的驗證可通過執(zhí)行設(shè)定數(shù)量的 迭代獲得。在圖3中呈現(xiàn)的示例中，執(zhí)行固定數(shù)量的迭代以獲得收斂性?？勺⒁獾結(jié)軸62 代表均方誤差值而X軸64代表迭代的數(shù)量。在本示例中，采用配置成在六個時間間隔采集 圖像數(shù)據(jù)的門控裝置?？芍亟ㄔ谠摿鶄€門中的每個獲得的圖像數(shù)據(jù)以獲得六個門控圖像。 標號66、68、70、72、74和76代表第一曲線、第二曲線、第三曲線、第四曲線、第五曲線和第六 曲線，分別描繪在每個迭代對應(yīng)于六個門控圖像Ik(其中K= 1至6)中的每個的均方誤差 值。如由在圖3中的第一曲線66圖示的，對于第一門控圖像I1,均方誤差值在第一迭 代中是大約M0000。如描繪的，在應(yīng)用關(guān)于圖2描述的示范性運動校正方法后，均方誤差值 在第二迭代減小到大約180000的值。此外，對應(yīng)于第一門控圖像I1的均方誤差值在大約 第十三個迭代減小到大約60000。并且，對應(yīng)于第一門控圖像I1的均方誤差值在繼第十三 個迭代后的迭代中不相當大地改變，由此描繪收斂性。另外，如由圖3中的曲線68、70、72、74和76描繪的，對應(yīng)于門控圖像中的每個的 均方誤差值隨每個迭代減小并且在大約第十三個迭代達到大致上相似的值。另外，這些均 方誤差值在隨后的迭代中不相當大地改變，由此指示收斂性。通過示例，對應(yīng)于六個門控圖 像中的每個的均方誤差值在大約第十三個迭代減小到大約60000的值并且在隨后的迭代 中不改變，由此收斂到大致上相似的值。如在上文中描述的門控PET圖像中的運動校正的系統(tǒng)和方法具有例如消除朝特 定門圖像的偏移等若干優(yōu)勢。結(jié)果，與通過使用選擇個體門作為參考的其他方法產(chǎn)生的圖 像相比，獲得具有增強的圖像質(zhì)量的圖像。此外，運動校正的示范性方法產(chǎn)生這些門之間的 被校正了例如呼吸運動等患者運動的最終圖像。提供了用于對準和結(jié)合在呼吸周期上的從 多個門獲得的PET圖像信息的無參考非剛性配準方法。該方法產(chǎn)生最終的“均值圖像”，其 中圖像模糊減少同時提高信噪比(SNR)。此外，示范性方法需要均值圖像的迭代聯(lián)合估計和 不同門圖像朝進化均值的非剛性變換。另外，與涉及配準到選擇作為參考圖像的個體門的 常規(guī)方法比較，運動校正的該方法可配置成提高收斂的速度。此外，通過前述選擇任何單個 門作為參考的本方法同樣地處理所有門并且由此未偏移。此外，提高的達到收斂的速度可使用示范性方法獲得，因為該方法克服選擇參考 門的需要。此外，運動校正的示范性方法需要對應(yīng)于一個或多個門的信息的結(jié)合以產(chǎn)生均 值圖像。這提高用于產(chǎn)生最終圖像的光子數(shù)統(tǒng)計并且還對增加的信噪比有貢獻。另外，該 信息豐富的均值圖像然后用于圖像配準。
該方法還增強PET圖像中噪聲的減少。在對示范性方法描述的配準過程期間也可 包含噪聲模型，其中進化的均值圖像可認為是無噪聲的并且在多個門獲得的圖像可具有泊 松狀分布的噪聲。特別地，示范性方法可擴展成通過泊松或備選的物理模型信號來模擬在 PET中的噪聲。使用來自PET圖像信息的信息模擬噪聲提供真正信號的估計。盡管本文僅圖示和描述本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將想到許多修改和 改變。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在覆蓋所有這樣的修改和改變，它們作為落入本發(fā)明 的真正精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種成像的方法，其包括重建在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像； 使用所述多個圖像產(chǎn)生均值圖像；以及通過迭代確定所述均值圖像或所述多個圖像或所述均值圖像和所述多個圖像兩者的 收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個圖像兩 者，來校正在所述均值圖像或所述多個圖像中或在所述均值圖像和所述多個圖像兩者中的 運動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性包括通過將所述多 個圖像配準到所述均值圖像而變換所述多個圖像以獲得多個變換的圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括使用所述多個變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性包括比較所述均值 圖像的當前迭代與所述均值圖像的之前迭代、或者比較所述多個圖像中的每個的當前迭代 與對應(yīng)的之前迭代、或它們的組合。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中迭代確定所述均值圖像的收斂性進一步包括 變換所述多個圖像為更新的均值圖像以獲得多個新的變換圖像；以及使用所述多個新的變換圖像產(chǎn)生新的均值圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括采用所述收斂的更新均值圖像、所述收斂的 多個圖像或所述收斂的更新均值圖像和所述收斂的多個圖像兩者產(chǎn)生運動校正的最終圖像。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括在顯示器上顯示所述運動校正的最終圖像。
8.一種成像的方法，其包括重建在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像； 使用所述多個圖像產(chǎn)生均值圖像；通過將所述多個圖像配準到所述均值圖像而變換所述多個圖像以獲得多個變換的圖像；使用所述多個變換的圖像產(chǎn)生更新的均值圖像；以及通過迭代確定所述均值圖像或所述多個圖像或所述多個變換的圖像的收斂性以產(chǎn)生 收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的多個變換的圖像，而校正在所述均值圖像或所 述多個圖像或所述多個變換的圖像中的運動。
9.一種成像系統(tǒng)(10)，其包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(14)，用于在多個時間間隔的每個采集圖像數(shù)據(jù)； 用于重建所述圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像的計算機系統(tǒng)(16)； 運動校正子系統(tǒng)(M)，其用于 使用所述多個圖像產(chǎn)生均值圖像；通過迭代確定所述均值圖像或所述多個圖像或所述均值圖像和所述多個圖像兩者的 收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個圖像兩 者，而校正在所述均值圖像或所述多個圖像中或在所述均值圖像和所述多個圖像兩者中的 運動；以及顯示運動校正的最終圖像的顯示裝置02)。
10.如權(quán)利要求9所述的成像系統(tǒng)(10)，其中所述成像系統(tǒng)(10)包括正電子發(fā)射斷層 攝影系統(tǒng)、計算機斷層攝影系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算機斷層攝影系統(tǒng)、磁共振成像系統(tǒng)或其組合。
全文摘要
提供成像的方法。該方法包括重建在多個時間間隔采集的圖像數(shù)據(jù)以獲得多個圖像。此外，該方法包括使用該多個圖像產(chǎn)生均值圖像。該方法還包括通過迭代確定該均值圖像或該多個圖像的或該均值圖像和該多個圖像兩者的收斂性以產(chǎn)生收斂的均值圖像、收斂的多個圖像或收斂的均值圖像和收斂的多個圖像兩者，而校正在該均值圖像或該多個圖像中或在該均值圖像和該多個圖像兩者中的運動。
文檔編號A61B5/055GK102100565SQ201010604248
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者A·S·羅伊, G·戈帕拉克里什南, R·M·曼杰什瓦, R·穆利克, S·R·蒂魯文卡達姆 申請人:通用電氣公司