CN107913078A - 用于确定灌注数据组的方法 - Google Patents
用于确定灌注数据组的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107913078A CN107913078A CN201710961159.3A CN201710961159A CN107913078A CN 107913078 A CN107913078 A CN 107913078A CN 201710961159 A CN201710961159 A CN 201710961159A CN 107913078 A CN107913078 A CN 107913078A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- projection
- geometry
- imaging
- functions
- acquisition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/48—Diagnostic techniques
- A61B6/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agents
-
- G06T12/10—
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/48—Diagnostic techniques
- A61B6/486—Diagnostic techniques involving generating temporal series of image data
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/507—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for determination of haemodynamic parameters, e.g. perfusion CT
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/08—Volume rendering
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
- G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
- G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
- G16H50/50—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
- A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
- A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/504—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of blood vessels, e.g. by angiography
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
- G06T2200/04—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving 3D image data
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2211/00—Image generation
- G06T2211/40—Computed tomography
- G06T2211/424—Iterative
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2215/00—Indexing scheme for image rendering
- G06T2215/16—Using real world measurements to influence rendering
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于确定灌注数据组的方法,X射线检测器采集血管和/或组织的投影图像,投影图像描述在X射线检测器的成像区域中采集的强度,通过将与时间有关的基本函数的加权总和与灌注数据组的每个体素相关联,确定灌注数据组,通过体积加权因数对总和中的基本函数进行加权,体积加权因数依据投影图像确定,对于成像区域对于每个拍摄几何结构和每个基本函数确定投影加权因数,依据成像区域的时间上的强度变化和基本函数确定对于拍摄几何结构的投影加权因数,由在该拍摄几何结构中在不同的拍摄时间点在成像区域中采集的强度通过插值确定强度变化,据此依据所有拍摄几何结构的投影加权因数和由拍摄几何结构描述的成像规则计算体积加权因数。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定涉及检查对象的至少一个血管和/或组织的灌注的、与时间有关的三维灌注数据组的方法,其中,通过X射线检测器以多个拍摄几何结构分别在多个拍摄时间点采集血管和/或组织的投影图像,该投影图像描述了X射线检测器的多个成像区域中的采集的强度,其中,通过将预先给定的、彼此正交的、与时间有关的基本函数的加权总和与灌注数据组的每个体素相关联,来确定灌注数据组,其中,通过体积加权因数对各个总和中的基本函数进行加权,该体积加权因数依据投影图像确定。
背景技术
血管或组织中的灌注可以通过X射线方法采集,方法是,注射造影剂并且与位置有关地采集造影剂浓度的时间变化。为了采集三维X射线数据组,可以从多个拍摄角度拍摄检查对象,并且可以由投影图像重建体积数据组。为此,公知众多方法,例如对投影图像进行反投影。如果预计检查对象的状态随时间变化,如在灌注测量中由于造影剂浓度改变而是这种情况,则在重建中必须考虑对象状态在各个投影图像之间随时间发生变化。虽然已知考虑到这一点的不同的重建可能性,但是在此问题是,相应的测量的时间分辨率一般受到具有各个拍摄几何结构的投影图像的拍摄频度限制。只要不能使用关于系统的基本知识(Vorwissen),则这种限制不可避免地由奈奎斯特-香农采样定理(Nyquist-Shannon-Abtasttheorem)得出。
这导致对于应当使用直接重建的灌注数据采集,仅使得能够以极快的时间序列从多个拍摄角度采集投影图像的X射线装置是合适的。但是如果要使得能够通过C形臂X射线装置采集灌注数据,则一般不能达到足够高的拍摄速率。
为了克服相应的限制,可以使用关于所观察的检查对象的基本知识,特别是关于在灌注测量的过程中造影剂浓度的时间变化的基本知识。对此,文献WO 2005/087 107 A1提出,通过模型函数描述各个体素的值的时间变化,该模型函数通过与位置有关的参数而参数化。这些参数通过迭代方法确定。
在此问题是,相应的迭代方法计算量非常大,并且在某些情况下必须采取附加措施,以确保方法收敛或稳定。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题是,提供一种在采集和/或重建与时间有关的三维灌注数据组的过程中提供基本知识的更有效的可能性。
按照本发明,上述技术问题通过如下方法来解决,在开头提到的类型的方法中,对于成像区域,分别对于每个拍摄几何结构和每个基本函数确定投影加权因数,其中,依据成像区域的时间上的强度变化和基本函数确定用于相应的拍摄几何结构的投影加权因数,其中,由在该拍摄几何结构中在不同的拍摄时间点在相应的成像区域中采集的强度通过插值确定强度变化,据此依据所有拍摄几何结构的投影加权因数和描述拍摄几何结构的成像规则计算体积加权因数。
按照本发明提出,首先彼此分开地观察各个拍摄几何结构,以对于相应的拍摄几何结构确定相应的投影加权因数。这相对于直接确定体积加权因数明显降低了待解决的问题的复杂性。该复杂性降低通过组合两个方案来实现。一方面认识到,各个成像区域中的强度取决于连续的过程,特别是取决于透视区域中造影剂浓度的上升和下降。因此,在时间上间隔开地采样的强度之间进行插值能够确定时间上的强度变化,其表示对在时间上连续地以该拍摄几何结构采集血管或组织时采集的强度变化的足够好的近似。
插值在此可以以针对强度变化确定解析函数的方式进行。但是还可能的是,提供离散的强度值的序列作为时间上的强度变化,但是该序列具有比对于该拍摄几何结构的实际拍摄数据更高的时间分辨率。也就是,可以进行插值重采样。
本发明的第二基本知识是,可以基于已知的拍摄几何结构和各个基本函数的正交性,由投影加权因数计算体积加权因数,也就是描述针对各个体素对基本函数的加权的权重。投影加权因数尤其可以描述对基本函数的加权,通过其可以近似相应的时间上的强度变化。这随后还要详细解释。
如开头提到的,可以在将造影剂注射到检查对象中、特别是患者中之后采集各个投影图像。所采集的投影图像中的强度由此特别是依据在检查对象的、由在检测器的相应的成像区域中接收到的X射线所穿透的区域中的造影剂浓度而改变。成像区域可以是投影图像的各个图像点或是分别通过X射线检测器的传感器元件采集的区域。但是还可能的是,这些图像点或传感器元件中的多个综合为较大的成像区域,其在按照本发明的方法的范围内被处理。投影图像的图像数据可以直接描述在相应的成像区域中采集的辐射强度。但是还可能的是,其描述与此相关的变量,例如X射线辐射穿过穿透的检查对象的衰减。
不同的拍摄几何结构尤其可以相应于围绕中央轴的旋转或偏转的多个拍摄角度,在这些角度下拍摄各个投影图像。在此,X射线检测器、特别是与X射线源一起的旋转或偏转可以例如通过机架(如尤其是在计算机断层成像设备中使用的那样)或C形臂进行。在此,通过所使用的X射线装置的相应构造确保,可以尽可能精确地再现用于在不同的拍摄时间拍摄投影图像的各个拍摄几何结构。投影图像的拍摄尤其可以这样进行:在多个在时间上相继的拍摄间隔中对于多个拍摄几何结构分别采集至少一个投影图像,其中,用于进行拍摄的拍摄几何结构对于不同的拍摄间隔是相同的。特别是当X射线检测器在环形轨道上围绕检查对象移动时,可以在各个拍摄间隔中对于不同的拍摄几何结构分别按照相同的顺序拍摄投影图像,或例如当X射线检测器例如通过C形臂围绕中央轴来回偏转时,在相继的拍摄间隔中按照相应地相反的顺序拍摄投影图像。
为了提供时间上的强度变化,可以使用不同的插值法。例如可以执行线性或多项式插值或借助样条执行插值。还可能的是,使用与所使用的基本函数匹配的插值函数。投影加权因数可以取决于关于时间上的强度变化的函数或关于时间上的强度变化本身的积分。因此,例如对于该积分可以使用开普勒桶规则(Kepler'sche Fassregel)来进行插值和积分。
对于每个拍摄几何结构,成本函数可以被最小化,以便确定与拍摄几何结构相关联的投影加权因数,其中,对于相应的拍摄几何结构,将所有成像区域与和成本函数有关的成像差异相关联,其中,成像差异分别是与相应的拍摄几何结构的相应的成像区域相关联的强度变化和基本函数的加权总和之间的差异,其中,通过相关联的投影加权因数对加权总和中的各个基本函数进行加权。
成像差异在此首先是与时间有关的。该时间依赖性例如可以通过使成本函数取决于成像差异的积分或取决于与成像差异有关的函数来消除。替换地,可以关于时间对总成本函数进行积分。特别地,可以使用成像差异的2-范数、也就是欧氏范数(Euklidische-Norm)作为成本函数。成像差异d可以通过以下公式计算:
指数k在此表示相应的拍摄几何结构,对于其预先给定了相应的成像差异d,并且对于其通过最小化相应的成本函数来确定投影加权因数b。fi(t)分别表示第i个基本函数。p(t)表示相应的成像区域的强度变化。变量d、b和p是矢量变量,其中,矢量的各个项分别与拍摄几何结构k中的各个成像区域相关联。
例如可以作为矢量d的量值针对成像几何k计算成本函数。如提到的,时间依赖性在此可以通过关于时间对各个成像差异d或得出的成本函数进行积分来消除。用于最小化成本函数的方法在现有技术中是已知的并且不详细进行解释。纯示例性地,可以使用梯度方法来确定投影加权因数。
特别有利地,在按照本发明的方法中,对于特定的拍摄几何结构和特定的成像区域和特定的基本函数,可以作为对于该拍摄几何与成像区域相关联的强度变化与基本函数的标量积,来确定相应的投影加权因数。也就是,直接计算、由此对上述最小化问题的低计算开销的解决方案是可能的。如下面还要详细说明的,在基本函数完全跨越函数空间的情况下,由该计算得出上述最小化问题的精确解决方案。否则,该计算相应于最小化问题的近似的解决方案,其中近似的品质取决于所选择的基本函数。如随后还要详细解释的,如果使用凭经验确定或创建的基本函数,则可以实现高品质的近似、由此重建。
标量积可以作为L2空间中的标量积进行计算,也就是,函数可以彼此相乘并且可以对该乘积进行时间积分。当基本函数和强度变化分别作为解析函数呈现时,这尤其是可能的。但是还可以的是,基本函数和/或强度变化时间离散地示出并且在计算标量积的过程中对其进行数值积分。
对于一组完整的基本函数的情况,通过由此计算的投影加权因数对最小化问题的解决可以如下示出:
时间上的强度变化p(t)可以在基本函数fi(t)的基础上表示:
其中gi=∫p(t)fi(t)dt
该表示可以在上面解释的成像差异d(t)中、由此在成本函数中使用。在对于投影加权因数的最优解决方案的情况下,对于每个投影加权因数b,必须适用成本函数对相应的投影加权因数的导数消失。由此对于相应的投影加权因数bl,以下等式成立:
通过使用d(t),其中,如上面解释的,p(t)在基本函数的基础上表达,并且通过关于时间的进行积分,基于基本函数的正交性得出,对于特定的基本函数fl(t),相应的投影加权因数bl等于gl。由此,解决最小化问题的投影加权因数相应于相应的基本函数与相应的时间上的强度变化的标量积。
在按照本发明的方法中,体积加权因数可以通过确定线性方程组的精确或近似的解来确定,该方程组由多个子方程组组成,其中,每个方程组与拍摄几何结构中的一个相关联,并且描述取决于成像规则的、相应的拍摄几何结构的投影加权因数和体积加权因数之间的关系。对于每个与相应的拍摄几何结构相关联的投影加权因数,子方程组尤其可以包括如下等式,该等式描述投影加权因数与体积加权因数的加权总和之间的关系,其中,通过相应的成像规则、也就是相应的拍摄几何结构预先给定加权总和的加权因数。得出的问题相应于典型的与时间有关的重建问题。对于这种问题,在现有技术中公知许多解决方案。在最简单的情况下,该重建问题可以通过反投影来解决,也就是,体积加权因数可以通过反投影从投影加权因数获得。
下面示出体积加权因数的该确定的有效性:
所述方法的目标是,作为基本函数fi(t)的加权总和计算对于灌注数据组的各个体素的强度变化x(t)。利用体积加权因数ai以矢量表示得出:
成像规则可以在该表示法中作为矩阵Ak示出,其中,指数k又涉及相应的拍摄几何结构。对于该成像规则由此成立:
因为该等式应当对于所有时间都成立,因此当等式的两侧与单个基本函数fj(t)相乘,随后关于时间进行积分时,必须还进一步满足该等式。由此获得如下等式:
因为基本函数彼此正交,因此在下标i、j不相等的所有情况下关于基本函数的乘积的时间积分消失。如果下标相等,则当基本函数是标准化的(这是假定的)时,基本函数的乘积等于1。因此对于相应的子方程组给出:
该矢量等式相应于多个等式,其分别描述了对于相应的拍摄几何结构k、相应的基本函数fj和相应的拍摄区域的投影加权因数b与对于各个基本函数fj(t)和各个体素的体积加权因数aj的加权总和的关系。
原则上由此可能的是,借助已知的成像规则对于各个拍摄几何结构直接由投影加权因数b计算体积加权因数a。因为测量一般实施为,使得方程组是超定的,此外测量数据一般是有错误的,因此可以近似地对相应的方程组求解。方程组在其结构上相应于对于三维X射线图像数据组的与时间有关的重建的典型的重建问题。因此,为了对该方程组近似求解,可以使用所有从该领域已知的方案,例如在最简单的情况下使用反投影。
在按照本发明的方法中,可以使用由预先给定的经验函数组通过主成分分析确定的基本函数作为基本函数。特别地,可以使用高斯分布函数和/或伽马分布函数作为经验函数组的函数。经验函数组的函数除了关于时间轴的偏移之外都是彼此相同的。
高斯分布函数或伽马分布函数良好近似地描述了造影剂浓度在测量体积的各个点处的时间变化。但是因为在测量体积的不同点处,血管或组织距造影剂进入血管或组织的位置具有不同距离,因此可以使用多个时间上彼此偏移的相应的函数作为经验函数组。
但是,使用这样的经验函数组的缺陷首先是,对于高时间分辨率,需要大量的相应的函数。例如可能使用25个彼此偏移的函数。直接应用相应的函数组的缺陷是,这些函数不是彼此正交的,对此在直接应用这些函数作为基本函数的情况下所提出的一些处理步骤不能应用。此外,应用大量的基本函数会导致,必须对于各个拍摄几何结构拍摄相对多的投影图像,因为由于基本函数的数量增加,待计算的权重的数量也成比例地增加。这会导致测量时间延长和检查对象的辐射负担增大,并且在某些情况下仅当能够极其快速地采集投影图像时才可能。
因此提出,通过应用主成分分析将这些经验函数组减少为较小数量的正交的基本函数。例如可以由经验函数组的25个函数产生六个正交的基本函数并且在按照本发明的方法中使用。
在按照本发明的方法中可以的是,灌注数据组的至少一个确定的体素和/或至少一个基本函数的时间依赖性具有至少一个频率分量,其周期时间短于以相同的拍摄几何结构相继地采集的两个投影图像之间的双倍的时间间隔。根据奈奎斯特-香农采样定理,测量的频率带宽等于采样频率的一半。由此在按照本发明的方法中可以进行时间上的欠采样。
这能够通过如下方法来实现,即,通过使用凭经验创建的基本函数,在数据分析的范围内使用关于测量结果的预期特征的基本知识、特别是关于血管中或组织中的造影剂浓度的增大或降低的基本知识,以克服采样定理的限制。因此,这尤其是可能的,因为基本函数仅在时间上缓慢变化并且在此是连续可微的,也就是相对平滑。由此,在按照本发明的方法中,可以使用每个拍摄几何结构具有相对少的拍摄的测量协议。此外,相对平滑的基本函数可以导致,在使用相对少的拍摄几何结构的情况下灌注数据组的稳健的重建也是可能的。总之,通过使用按照本发明的方法由此可以减少确定灌注数据组所需的X射线拍摄的数量,由此降低检查对象的辐射负担。
除了按照本发明的方法之外,本发明涉及一种X射线装置,具有控制装置、X射线检测器和用于移动X射线检测器的移动装置,其中通过控制装置根据按照本发明的方法可以控制移动装置将X射线检测器移入拍摄几何结构中,通过X射线检测器可以采集投影图像并且由投影图像可以确定灌注数据组。特别地,X射线装置包括X射线源,该X射线源可以,特别是与X射线检测器一起,通过移动装置移动。X射线检测器和/或X射线源可以布置在机架上或布置在C形臂或O形臂上。在各个拍摄几何结构之间的移动可以作为围绕中央轴的旋转或偏转进行。
此外,本发明涉及一种计算机程序,其可以直接加载到X射线装置的控制装置的存储器中,具有程序装置,用于当在X射线装置的控制装置中运行程序时执行按照本发明的方法的步骤。
补充地,本发明涉及一种电子可读的数据载体,其上存储有电子可读的控制信息,其包括按照本发明的计算机程序并且构造为,使得其在X射线装置的控制装置中使用数据载体时执行按照本发明的方法。
附图说明
本发明的其它优点和特征由下面的实施例以及相关的附图给出。在此示意性地:
图1示出了按照本发明的方法的实施例的流程图,和
图2示出了按照本发明的X射线装置的实施例。
具体实施方式
图1示出了用于确定涉及检查对象的至少一个血管和/或组织的灌注的、与时间有关的三维灌注数据组的方法的流程图。为此使用X射线装置1,如其在图2中所示的。方法划分为在步骤S1至S5中拍摄多个投影图像以及在步骤S6至S9中分析这些投影图像来确定灌注数据组。首先解释投影图像的采集。
在步骤S1中,拍摄单个投影图像。为此,从X射线源4以X射线辐射辐照检查对象。通过X射线检测器3采集至少部分地穿过检查对象2出现的X射线辐射。X射线检测器是像素检测器,其对于多个特别是矩阵式布置的成像区域分别确定在投影图像的采集期间入射的X射线强度,并且提供给控制装置6。在步骤S2中检查,是否已经对于所有应当拍摄投影图像的拍摄几何结构拍摄了投影图像。如果没有,则在步骤S3中改变拍摄几何结构。为此,控制装置6控制在示例中作为C形臂示出的移动装置5,以使X射线检测器3和X射线源4围绕中央轴7旋转。在此,以测量协议的形式预先给出应当拍摄投影图像的多个旋转角度。拍摄几何结构的设置应当以尽可能高的精确性进行,以实现高质量的重建。在设置另外的拍摄几何结构之后从步骤S1起重复方法。
相反,如果在步骤S2中确定,对于所有拍摄几何结构采集投影图像,则在步骤S4中检查,是否足够数量的拍摄循环被执行。通过测量协议,特别是依据在另外的方法的范围内使用哪些基本函数,可以预先给定在每个拍摄几何结构中应当拍摄的最小数量的投影图像。如果迄今为止没有拍摄足够多的投影图像,则方法以步骤S5继续,其中拍摄几何结构再次被改变。移动装置可以围绕中央轴7旋转。在该情况下,在步骤S5中可以继续旋转移动装置,以设置在方法开始时出现的拍摄几何结构。但是特别地,在使用X射线装置1的情况下,该X射线装置使用C形臂作为移动装置5,可以限制移动装置5的旋转角度。在该情况下,可以在步骤S5中改变移动装置5的旋转方向,从而拍摄几何结构随后以相反顺序运行。
如果在步骤S4中确定对于每个拍摄几何结构采集足够多的投影图像,则结束数据拍摄并且可以分析所采集的投影图像。该分析可以通过控制装置6进行。但是原则上还可以的是,将投影图像传送到单独的处理装置,例如传送到计算机,并且在那里进行进一步处理。
在步骤S6中,对于X射线检测器3的相应的成像区域、特别是各个像素,计算时间上的强度变化。各个强度变化在此分别与恰好一个拍摄几何结构相关联,也就是,仅考虑在恰好该拍摄几何结构中确定的那个投影图像,用于确定相应的强度变化。在此,相应的成像区域的强度变化由此可以确定为,使得在该拍摄几何结构中在不同的拍摄时间点对于该成像区域确定的强度被时间上插值。例如可以使用多项式插值。在现有技术中已知大量插值法,因此不对插值进行详细解释。
在提到的方法中,基于模型地由投影图像或由从该投影图像导出的强度变化重建灌注数据组。这意味着,使用基于经验的模型,该模型描述了每个体素的强度的时间变化,其中该模型通过由投影图像或由从该投影图像确定的强度变化确定的参数来参数化。在此使用模型,其中通过基本函数的加权总和描述了灌注数据组的每个体素的时间上的强度变化。描述对于每个体素和每个基本函数的相应的加权的体积加权因数是在分析投影图像的范围内应当确定的那个参数。
在这样的重建方案中合适的是,利用关于预期的强度时间变化的基本知识。由此可以使用相应的基本知识,使得使用经验函数组作为基本函数,该经验函数组包括描述在各个体素处的造影剂浓度的待预期的变化的函数。相应地,函数例如是高斯分布函数或伽马分布函数。因为不同的相关点可以与在其处造影剂被引入待检查的血管或组织的点相距不同的距离,经验函数组可以选择为,除了关于时间轴的偏移之外其功能彼此相同。
直接使用相应的函数组出于两个原因是有缺陷的。一方面,为了达到高时间分辨率使用极多的基本函数,这又会潜在地导致对于每个拍摄几何结构需要大数量的拍摄。另一方面确定了,当所有基本函数彼此正交时,在该情况下可以特别简单地重建灌注数据组。因此在所解释的方法中虽然首先,如所解释的,列出经验函数组,但是从该经验函数组通过主成分分析确定基本函数,从而可以提供相对小数量的正交的基本函数。经验函数组25例如可以包括时间上彼此偏移的高斯或伽马分布函数,由其通过主成分分析例如确定六个基本函数。
由投影图像或在步骤S6中确定的强度变化直接确定体积加权因数是相对麻烦的。因此在步骤S7中,首先对于每个拍摄几何结构,分别对于每个成像区域、也就是例如对于每个像素,和每个基本函数分别确定投影加权因数。可以通过计算相应的基本函数和与相应的成像区域相关联的强度变化的标量积来确定投影加权因数。如果基本函数和强度变化以解析函数的形式呈现,则该标量积相应于这些函数的乘积和随后关于时间的积分。当然还可以的是,用数值积分替代该解析积分,例如当基本函数和/或强度变化作为时间离散的值存在时。
在步骤S8中,由投影加权因数计算体积加权因数。为此列出线性方程组,其由多个子方程组组成。每个子方程组与拍摄几何结构相关联并且对于每个投影加权因数包括描述在该投影加权因数和体积加权因数的加权总和之间的关系的等式。加权因数通过成像几何预先给定。成像规则相应于前向投影,也就是,投影加权因数按照该等式分别作为关于对于由在相应的成像区域中入射的X射线施加的那个体素的体积加权因数的线性积分给出。各个体积加权因数的加权由此直接由成像几何得出,并且由此可以固定地预先给定或由成像几何计算出。
为了确定体积加权因数,对得出的方程组精确或近似地求解。原则上虽然精确求解是可能的,但在实施测量运行中通常,一方面拍摄比在理想模型中所需的更多的投影图像,由此方程组是超定的。但是同时,测量数据是有缺陷的,从而通常不能对方程组精确求解。但是在现有技术中用于对超定的有缺陷的方程组近似求解的多个可能性是公知的。特别地,所列出的方程组具有与在三维X射线成像的范围内用于由多个二维投影图像计算三维图像数据组的传统的静态重建问题相同的结构。因此可以使用所有传统的重建方法。在最简单的情况下,体积加权因数例如可以通过投影加权因数的反投影来确定。
在步骤S9中产生灌注数据组,也就是对于灌注数据组的每个像素计算基本函数的加权总和,其中每个基本函数和与相应的基本函数和相应的体素相关联的体积加权因数加权。
所描述的方法还可以以计算机程序的形式呈现,使得当在控制装置6上运行时在X射线装置的控制装置6上实施该方法。同样可以存在电子可读的数据载体(未示出),具有在其上存储的电子可读的控制信息,其包括至少一个描述的计算机程序并且构造为,使得其在X射线装置的控制装置6中使用数据载体时执行所描述的方法。
虽然本发明在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述,但是本发明不受所公开的示例限制,并且可以由本领域技术人员从中导出其它方案,而不脱离本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种用于确定涉及检查对象(2)的至少一个血管和/或组织的灌注的、与时间有关的三维灌注数据组的方法,其中,通过X射线检测器(3)以多个拍摄几何结构分别在多个拍摄时间点采集血管和/或组织的投影图像,投影图像描述X射线检测器(3)的多个成像区域中的采集的强度,其中,通过将预先给定的、彼此正交的与时间有关的基本函数的加权总和与灌注数据组的每个体素相关联,来确定灌注数据组,其中,通过体积加权因数对相应的总和中的基本函数进行加权,体积加权因数依据投影图像确定,其特征在于,对于成像区域,分别对于每个拍摄几何结构和每个基本函数确定投影加权因数,其中,依据成像区域的时间上的强度变化和基本函数对于相应的拍摄几何结构确定投影加权因数,其中,由在该拍摄几何结构中在不同的拍摄时间点在相应的成像区域中采集的强度通过插值确定强度变化,据此依据所有拍摄几何结构的投影加权因数和描述拍摄几何结构的成像规则计算体积加权因数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对于每个拍摄几何结构,成本函数被最小化,以便确定与拍摄几何结构相关联的投影加权因数,其中,对于相应的拍摄几何结构,将所有成像区域与成像差异相关联,成本函数与成像差异有关,其中,成像差异分别是与对于相应的拍摄几何结构的相应的成像区域相关联的强度变化和基本函数的加权总和之间的差异,其中,通过相关联的投影加权因数对加权总和中的各个基本函数进行加权。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,用于特定的拍摄几何结构和特定的成像区域和特定的基本函数的相应的投影加权因数,作为对于该拍摄几何结构的与成像区域相关联的强度变化和基本函数的标量积来确定。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,体积加权因数通过确定线性方程组的精确或近似的解来确定,该线性方程组由多个子方程组组成,其中,每个子方程组与拍摄几何结构中的一个相关联,并且描述与成像规则有关的、相应的拍摄几何结构的投影加权因数和体积加权因数之间的关系。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,子方程组对于每个与相应的拍摄几何结构相关联的投影加权因数包括如下等式,该等式描述该投影加权因数和体积加权因数的加权总和之间的关系,其中,通过相应的成像规则预先给定加权总和的加权因数。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,由预先给定的经验函数组通过主成分分析确定的基本函数被用作基本函数。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,使用高斯分布函数和/或伽马分布函数作为经验函数组的函数。
8.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,经验函数组的函数除了关于时间轴的偏移之外是彼此相同的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,灌注数据组的至少一个确定的体素和/或基本函数中的至少一个的时间依赖性具有至少一个频率分量,该频率分量的周期时间短于两个相继地在相同的拍摄几何结构中采集的投影图像之间的双倍的时间间隔。
10.一种X射线装置,具有控制装置(6)、X射线检测器(3)和用于移动X射线检测器(3)的移动装置(5),其特征在于,控制装置(6)能够按照根据上述权利要求中任一项所述的方法控制移动装置(5)将X射线检测器(5)移动到拍摄几何结构中,能够通过X射线检测器(3)采集投影图像并且能够由投影图像确定灌注数据。
11.一种计算机程序,其能够直接加载到X射线装置(1)的控制装置(6)的存储器中,具有程序装置,用于当在X射线装置(1)的控制装置(6)中运行程序时执行根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
12.一种电子可读的数据载体,其上存储有电子可读的控制信息,所述控制信息包括根据权利要求11所述的计算机程序并且构造为,在X射线装置(1)的控制装置(6)中使用数据载体时,所述控制信息执行根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016219709.6 | 2016-10-11 | ||
| DE102016219709.6A DE102016219709B3 (de) | 2016-10-11 | 2016-10-11 | Verfahren zur Ermittlung eines Perfusionsdatensatzes, sowie Röntgenvorrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107913078A true CN107913078A (zh) | 2018-04-17 |
| CN107913078B CN107913078B (zh) | 2021-02-05 |
Family
ID=61166765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710961159.3A Active CN107913078B (zh) | 2016-10-11 | 2017-10-11 | 用于确定灌注数据组的方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10580171B2 (zh) |
| CN (1) | CN107913078B (zh) |
| DE (1) | DE102016219709B3 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110547822A (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-10 | 通用电气公司 | 造影成像系统和方法 |
| CN111667417A (zh) * | 2019-03-07 | 2020-09-15 | 西门子医疗有限公司 | 用于确定投影图像的校正后的拍摄几何结构的方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018214325A1 (de) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Siemens Healthcare Gmbh | Verfahren und Bereitstellungseinheit zum Bereitstellen eines virtuellen tomographischen Schlaganfall-Nachfolgeuntersuchungsbildes |
| KR102722343B1 (ko) * | 2022-01-18 | 2024-10-25 | 주식회사 레이언스 | 엑스레이 촬영장치 |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060198491A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Volumetric computed tomography system for imaging |
| CN1929787A (zh) * | 2004-03-04 | 2007-03-14 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于灌注图像的处理的设备和方法 |
| CN101300600A (zh) * | 2005-07-08 | 2008-11-05 | 威斯康星校友研究基金会 | 用于ct成像的反投影重构方法 |
| US20090041179A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Michael Zellerhoff | Method for a three-dimensional representation of a moving structure |
| US20090080736A1 (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for the separate three-dimensional representation of arteries and veins in an examination object and device |
| CN101594824A (zh) * | 2006-06-28 | 2009-12-02 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 基于预确定的最优视图映射图对ra确定最优旋转轨迹 |
| CN101779961A (zh) * | 2009-01-19 | 2010-07-21 | 株式会社东芝 | X射线图像诊断装置及x射线图像诊断装置的控制方法 |
| DE102009004184B3 (de) * | 2009-01-09 | 2010-07-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung der arteriellen Inputfunktion für Perfusionsmessungen und C-Bogen-Röntgengerät |
| CN101874741A (zh) * | 2009-04-28 | 2010-11-03 | 株式会社岛津制作所 | 放射线摄影装置 |
| CN102335004A (zh) * | 2010-07-15 | 2012-02-01 | 西门子公司 | 用于进行血管造影检查的方法和计算机断层造影设备 |
| CN103218803A (zh) * | 2011-11-22 | 2013-07-24 | 西门子公司 | 计算机断层造影设备和用于确定身体的体积信息的方法 |
| CN103654823A (zh) * | 2012-09-18 | 2014-03-26 | 西门子公司 | 血管造影检查方法 |
| US20140126685A1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | Yu Deuerling-Zheng | Angiographic examination method |
| CN104068875A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 西门子公司 | 通过直接测量干涉图案进行x 射线成像的x 射线拍摄系统 |
| US20150379230A1 (en) * | 2010-08-12 | 2015-12-31 | Heartflow, Inc. | Systems and methods for determining and visualizing perfusion of myocardial muscle |
| CN105636512A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-06-01 | 南洋理工大学 | 用于评估血管重建的系统和方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5236464B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2013-07-17 | ウイスコンシン アラムナイ リサーチ ファウンデーシヨン | コンピュータ断層撮影システムの作動方法 |
-
2016
- 2016-10-11 DE DE102016219709.6A patent/DE102016219709B3/de active Active
-
2017
- 2017-10-10 US US15/728,810 patent/US10580171B2/en active Active
- 2017-10-11 CN CN201710961159.3A patent/CN107913078B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1929787A (zh) * | 2004-03-04 | 2007-03-14 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于灌注图像的处理的设备和方法 |
| US20060198491A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Volumetric computed tomography system for imaging |
| CN101300600A (zh) * | 2005-07-08 | 2008-11-05 | 威斯康星校友研究基金会 | 用于ct成像的反投影重构方法 |
| CN101594824A (zh) * | 2006-06-28 | 2009-12-02 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 基于预确定的最优视图映射图对ra确定最优旋转轨迹 |
| US20090041179A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Michael Zellerhoff | Method for a three-dimensional representation of a moving structure |
| US20090080736A1 (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for the separate three-dimensional representation of arteries and veins in an examination object and device |
| DE102009004184B3 (de) * | 2009-01-09 | 2010-07-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung der arteriellen Inputfunktion für Perfusionsmessungen und C-Bogen-Röntgengerät |
| CN101779961A (zh) * | 2009-01-19 | 2010-07-21 | 株式会社东芝 | X射线图像诊断装置及x射线图像诊断装置的控制方法 |
| CN101874741A (zh) * | 2009-04-28 | 2010-11-03 | 株式会社岛津制作所 | 放射线摄影装置 |
| CN102335004A (zh) * | 2010-07-15 | 2012-02-01 | 西门子公司 | 用于进行血管造影检查的方法和计算机断层造影设备 |
| US20150379230A1 (en) * | 2010-08-12 | 2015-12-31 | Heartflow, Inc. | Systems and methods for determining and visualizing perfusion of myocardial muscle |
| CN103218803A (zh) * | 2011-11-22 | 2013-07-24 | 西门子公司 | 计算机断层造影设备和用于确定身体的体积信息的方法 |
| CN103654823A (zh) * | 2012-09-18 | 2014-03-26 | 西门子公司 | 血管造影检查方法 |
| US20140126685A1 (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | Yu Deuerling-Zheng | Angiographic examination method |
| CN104068875A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 西门子公司 | 通过直接测量干涉图案进行x 射线成像的x 射线拍摄系统 |
| CN105636512A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-06-01 | 南洋理工大学 | 用于评估血管重建的系统和方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110547822A (zh) * | 2018-05-30 | 2019-12-10 | 通用电气公司 | 造影成像系统和方法 |
| CN110547822B (zh) * | 2018-05-30 | 2024-03-08 | 通用电气公司 | 造影成像系统和方法 |
| CN111667417A (zh) * | 2019-03-07 | 2020-09-15 | 西门子医疗有限公司 | 用于确定投影图像的校正后的拍摄几何结构的方法 |
| CN111667417B (zh) * | 2019-03-07 | 2022-06-17 | 西门子医疗有限公司 | 用于确定投影图像的校正后的拍摄几何结构的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102016219709B3 (de) | 2018-03-01 |
| US20180101968A1 (en) | 2018-04-12 |
| US10580171B2 (en) | 2020-03-03 |
| CN107913078B (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103198497B (zh) | 确定运动场和利用运动场进行运动补偿重建的方法和系统 | |
| CN104424659B (zh) | 图像数据的基于图像的运动补偿 | |
| RU2582055C2 (ru) | Совмещение данных изображения для динамической перфузионной компьютерной томографии | |
| EP3067864B1 (en) | Iterative reconstruction with enhanced noise control filtering | |
| KR101636041B1 (ko) | 단층 촬영 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법 | |
| US9317915B2 (en) | Computed-tomography system and method for determining volume information for a body | |
| US8027526B2 (en) | Method for providing a 3D X-ray image dataset of a patient's heart | |
| KR101725891B1 (ko) | 단층 영상 장치 및 그에 따른 단층 영상 복원 방법 | |
| US20110268334A1 (en) | Apparatus for Improving Image Resolution and Apparatus for Super-Resolution Photography Using Wobble Motion and Point Spread Function (PSF), in Positron Emission Tomography | |
| CN103390284B (zh) | 在扩展的测量场中的ct图像重建 | |
| EP1685538A1 (en) | Device and method for generating a three-dimensional vascular model | |
| JP2007512034A (ja) | 発散ビームスキャナのための画像再構成方法 | |
| JP7122301B2 (ja) | 画像データ内のノイズ低減 | |
| CN108242067B (zh) | 计算具有可变空间分辨率的四维dsa数据组 | |
| CN107913078A (zh) | 用于确定灌注数据组的方法 | |
| US8036453B2 (en) | Analytical method for a number of two-dimensional projection images of a three-dimensional examination object | |
| WO2007072286A2 (en) | Method for movement compensation of image data | |
| JP2020531083A (ja) | 撮像システム拡張視野 | |
| US9808203B2 (en) | Method for motion correction of emission computed tomography data by way of magnetic resonance tomography data | |
| US20120114207A1 (en) | Tomographic reconstruction of a moving object | |
| JP6479919B2 (ja) | 流動データの再構築 | |
| TWI500412B (zh) | 一種影像品質的改善處理方法及其造影系統 | |
| Manhart et al. | Fast dynamic reconstruction algorithm with joint bilateral filtering for perfusion C-arm CT | |
| CN103654830B (zh) | 剂量和时间优化地监视推注值 | |
| CN110870776A (zh) | 用于三维数字减影血管造影图像的方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240828 Address after: German Phu F Haim Patentee after: Siemens Medical AG Country or region after: Germany Address before: Erlangen Patentee before: SIEMENS HEALTHCARE GmbH Country or region before: Germany |