呼吸運動確定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定生物（3）的呼吸運動的呼吸運動確定裝置。原始數據提供單元（2）提供分配到不同時間的原始數據，其中，原始數據指示受心臟運動和呼吸運動影響的像心肌頂點的結構，重建單元（6）從所提供的原始數據重建該結構的中間圖像。結構檢測單元（7）在重建的中間圖像中檢測結構，呼吸運動確定單元（10）基于所述重建的中間圖像中檢測到的結構來確定生物的呼吸運動。這樣能夠以高精確度確定呼吸運動而不依賴于諸如外部呼吸門控設備的跟蹤信號和呼吸階段之間的穩(wěn)定相關。
【專利說明】呼吸運動確定裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于確定生物呼吸運動的呼吸運動確定裝置、呼吸運動確定方法及相應的計算機程序。
【背景技術】
[0002]已知的組合式正電子發(fā)射斷層攝影(PET)和計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)生成CT圖像，將該CT圖像與所采集的PET原始數據一起用于重建經衰減校正的(AC) PET圖像。然而，呼吸運動可能導致在重建的AC PET圖像中產生模糊，并導致不正確的衰減校正，因此降低重建的AC PET圖像的質量。為了減小這些對圖像質量的不利影響，可以使用運動補償技術，運動補償技術通過使用像用于跟蹤呼吸階段的呼吸帶的外部呼吸門控設備將呼吸周期分成預定的少數呼吸階段。運動補償技術的質量取決于通過外部門控設備產生的跟蹤信號與呼吸階段之間的穩(wěn)定相關，這種相關是很難實現的。因此跟蹤信號和呼吸階段之間的相關經常有相對較低的精確度，這降低了確定呼吸階段的質量，并因此降低了基于所確定的呼吸階段重建PET圖像的質量。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的被視為提供一種用于確定生物的呼吸運動的呼吸運動確定裝置、呼吸運動確定方法和計算機程序，其允許提供改進的呼吸運動補償。
[0004]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于確定生物的呼吸運動的呼吸運動確定裝置，其中，所述呼吸運動確定裝置包括:
[0005]-原始數據提供單元，其用于提供分配給不同時間的原始數據，其中，所述原始數據指示結構，所述結構受生物心臟運動和呼吸運動影響并且是所述生物的結構，其中，所述原始數據能夠用于重建所述結構的圖像，
[0006]-重建單元，其用于從所提供的原始數據重建所述結構的中間圖像，
[0007]-結構檢測單元，其用于在重建的中間圖像中檢測結構，
[0008]-呼吸運動確定單元，其用于基于重建的中間圖像中檢測的結構來確定生物的呼吸運動。
[0009]由于呼吸運動確定單元基于受心臟運動和呼吸運動影響并在中間圖像中檢測到的結構確定生物的呼吸運動(中間圖像是從分配給不同時間的原始數據重建的)，因而可以不依賴外部呼吸門控設備的跟蹤信號和呼吸階段之間的穩(wěn)定相關而確定呼吸運動。這樣能夠以高精確度確定呼吸運動，這又能夠改善運動補償技術，用于重建經過呼吸運動補償的圖像。
[0010]該結構優(yōu)選是心臟的結構。
[0011]生物的呼吸運動可以是生物的任何部分的呼吸運動，即，呼吸運動是生物至少一部分的呼吸運動。例如，所確定的呼吸運動是整個肺的或肺的一部分的呼吸運動。所確定的呼吸運動也可以是整個心臟的呼吸運動或該結構的呼吸運動。[0012]原始數據提供單元可以是原始數據采集單元，例如PET數據采集單元、單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)數據采集單元、CT采集單元、磁共振(MR)采集單元等。不過，原始數據提供單元也可以是存儲單元，其中已經存儲了原始數據，并且可以從其檢索原始數據以提供原始數據。此外，原始數據提供單元也可以是接收單元，用于經由無線或有線數據連接，從(例如)成像裝置接收原始數據，其中原始數據提供單元可以適于提供所接收的原始數據。呼吸運動確定裝置因此可以是例如計算機系統(tǒng)，其至少包括原始數據提供單元、重建單元、結構檢測單元和呼吸運動確定單元，或者呼吸運動確定裝置可以是成像系統(tǒng)，其中原始數據提供單元可以是原始數據采集單元。
[0013]生物是人或動物。
[0014]在優(yōu)選的實施例中，所述呼吸運動確定裝置還包括:
[0015]-心臟信號提供單元，其用于提供所述原始數據所分配到的不同時間的心臟信號，其中，所述心臟信號指示心臟周期，
[0016]-原始數據分組單元，其用于基于所提供的心臟信號將相同心臟周期的原始數據分組到一組，
[0017]其中，所述重建單元適于根據每個組的所述原始數據為相應組重建中間圖像。
[0018]因此可以將一組中間圖像視為包括平均信息的圖像，其中，在單個心臟周期內進行平均。于是，所得的中間圖像與心臟階段無關，但仍然取決于呼吸運動。呼吸運動確定單元因此能夠獨立于心跳確定生物的呼吸運動，由此進一步改善確定呼吸運動的質量。
[0019]進一步優(yōu)選地，所述原始數據提供單元適于提供核原始數據作為原始數據。具體而言，所述原始數據提供單元適于提供PET數據作為原始數據。心臟信號提供單元優(yōu)選適于提供心電圖信號(ECG)作為心臟信號。于是，優(yōu)選采集PET原始數據，即采集個體PET事件/計數，并與不同的時間，即與其時間戳一起存儲。并行地，存儲ECG信號，并確定所采集PET原始數據和ECG信號時間戳之間的時間相關。
[0020]優(yōu)選通過從ECG信號中自動確定QRS波群來識別ECG信號中的心臟周期，其中，使用所確定的QRS波群，通過使用(例如)R峰，將原始數據分成與心臟周期相對應的段。優(yōu)選地，由ECG信號的R到R段定義對應于心臟周期且用于對原始數據分組的時間段。重建單元然后使用原始數據，具體而言，時間段之內的PET計數/事件，針對該時間段，即為在相應時間段之內有時間戳的一組原始數據，重建中間圖像。
[0021]還優(yōu)選所述結構檢測單元適于檢測心肌作為結構。在優(yōu)選的實施例中，所述結構檢測單元適于檢測心臟肌肉的頂點作為心臟結構。心肌，尤其是心肌的頂點，一般在中間圖像中容易檢測，由此能夠高質量地檢測該結構，用于確定呼吸運動。特別是，如果中間圖像是未經衰減校正的(NAC)PET圖像，心肌清晰可見，例如比肺或肝結構強度大得多。此外，由于心臟在隔膜的正上方，所以其運動是呼吸運動的直接度量。利用心肌，尤其是心肌的頂點作為確定呼吸運動的結構，因此能夠進一步改善確定呼吸運動的質量。
[0022]還優(yōu)選呼吸運動確定單元適于確定重建的中間圖像中的結構的位置作為生物的呼吸運動，并根據重建的中間圖像中檢測的結構的位置針對每個重建的中間圖像確定生物的相應呼吸階段。
[0023]進一步優(yōu)選地，所述呼吸運動確定裝置包括呼吸階段圖像集提供單元，用于提供生物的呼吸階段圖像集，其中，所述呼吸階段圖像集包括針對不同呼吸階段的不同結構圖像，其中，所述呼吸運動確定單元適于通過將重建的中間圖像中的結構的位置與呼吸階段圖像集中的結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的呼吸階段。具體而言，呼吸運動確定單元適于通過確定所提供呼吸階段圖像集的示出了距重建中間圖像中所示結構距離最小的結構的圖像并通過將呼吸階段圖像集中具有最小距離的所確定的圖像的呼吸階段確定為重建的中間圖像的呼吸階段，來確定重建的中間圖像的呼吸階段。
[0024]呼吸階段圖像集優(yōu)選是生物的多階段CT圖像或多階段MR圖像集，其中，呼吸階段圖像包括針對不同呼吸階段的幾個CT或MR圖像，并且其中，通過確定相應中間圖像中的頂點位置和相應CT或MR圖像中的頂點位置之間具有最短距離的CT或MR圖像，針對中間圖像(尤其是中間PET圖像)確定呼吸階段，其中具有最短距離的相應CT或MR圖像的呼吸階段被確定作為相應中間圖像的呼吸階段。
[0025]在另一實施例中，所述呼吸運動確定裝置包括用于提供生物的呼吸運動模型的呼吸運動模型提供單元，其中，所述呼吸運動模型針對不同呼吸階段提供不同的要檢測結構的位置，其中，所述呼吸運動確定單元適于通過將重建的中間圖像中的結構的位置與呼吸運動模型中的結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的呼吸階段。優(yōu)選地，在確定呼吸階段之前對齊呼吸運動模型和相應的重建的中間圖像。例如，呼吸運動模型也可以對像胸膜、肺頂點、肺尖端、隔膜等解剖特征建模，其中，可以將這些解剖特征用于將呼吸運動模型與相應的重建中間圖像對齊。這樣能夠針對不同的重建的中間圖像確定呼吸階段，無需利用患者特有的呼吸階段圖像，像多階段CT圖像或多階段MR圖像。例如，可以從呼吸運動的CT或MR圖像的平均或患者組特有平均值，或從軀干和呼吸運動的簡單幾何模型，來獲得這一運動模型。
[0026]進一步優(yōu)選地，所述呼吸階段確定單元適于將軌跡擬合到結構的呼吸運動，并基于擬合的軌跡確定呼吸階段，由此為重建的中間圖像定義呼吸階段。這樣能夠僅基于重建的中間圖像來確定呼吸階段，而無需利用例如呼吸階段圖像，像多階段CT圖像或多階段MR圖像，或者呼吸運動模型。
[0027]優(yōu)選地，重建單元還適于基于所確定的呼吸階段重建生物的圖像。具體而言，所述重建單元可以適于基于相應呼吸階段的原始數據針對不同的呼吸階段重建不同的呼吸階段圖像?？梢灾苯訌南鄳A段的原始數據，或者通過對相同相應呼吸階段的重建的中間圖像求平均來確定呼吸階段圖像。
[0028]優(yōu)選地，將呼吸周期分成若干呼吸時段，定義對應數量的呼吸階段。例如，可以將呼吸周期分成十個呼吸時段，定義十個呼吸階段。對應于同一呼吸時段的中間圖像被視為具有相同的呼吸階段。于是，優(yōu)選對于每個呼吸時段，基于對應于相應呼吸時段的圖像原始數據重建呼吸階段圖像。具體而言，對對應于同一呼吸時段的重建的中間圖像求平均，以產生針對呼吸時段，即針對由呼吸時段定義的呼吸階段的呼吸階段圖像。不同的呼吸時段可以具有相同的長度，即呼吸階段可以等間距，或者呼吸時段可以具有不同的長度，即，呼吸階段可以不是等間距的。具體而言，可以從重建的中間圖像基于結構的運動狀態(tài)經驗地定義呼吸時段的長度。例如，從重建的中間圖像，即從結構的運動，可以確定吸氣末狀態(tài)和呼氣末狀態(tài)，其中可以定義以吸氣末狀態(tài)和呼氣末狀態(tài)為中心的呼吸時段，使得它們比這些狀態(tài)之間的呼吸時段更大的長度。
[0029]還優(yōu)選地，所述原始數據為核原始數據，其中，所述重建中間圖像為重建的核圖像，其中，所述呼吸運動確定裝置還包括呼吸階段圖像集提供單元，用于提供所述生物的呼吸階段圖像集，其中，所述呼吸階段圖像集針對不同的呼吸階段包括所述生物的不同衰減圖像，并且其中，所述重建單元還適于基于所確定的呼吸階段和所提供的呼吸階段圖像集對不同的核呼吸階段圖像進行衰減校正。個體呼吸階段核圖像的衰減校正改善這些圖像的質量。
[0030]在另一優(yōu)選實施例中，所述原始數據為核原始數據，其中，所述重建中間圖像為重建的核圖像，并且其中，所述呼吸運動確定裝置還包括:a)呼吸運動模型提供單元，用于提供生物的呼吸運動模型，其中，所述呼吸運動模型提供針對不同的呼吸階段的心臟結構的不同位置，以及b)靜態(tài)衰減圖像提供單元，其用于提供靜態(tài)衰減圖像，其中，所述重建單元適于i)根據所提供的呼吸運動模型將靜態(tài)衰減圖像變形，以針對不同的呼吸階段產生不同的衰減圖像，以及ii)基于針對相應的重建的中間圖像的呼吸階段產生的衰減圖像，對每個重建的中間圖像進行衰減校正。這樣允許即使在不為每個呼吸階段提供衰減圖像時也能夠執(zhí)行衰減校正。
[0031]提供的靜態(tài)衰減圖像可以是生物的靜態(tài)衰減圖像，它是或者基于(例如)生物的CT圖像，或者提供的靜態(tài)衰減圖像不基于具體的實際生物，而是基于例如不同人的衰減圖像的平均值，其中，可以從對應于特定呼吸階段或整個呼吸周期的原始數據重建這些衰減圖像的每個。
[0032]還優(yōu)選地，所述重建單元適于配準不同的呼吸階段圖像并對配準的呼吸階段圖像求平均以產生靜態(tài)圖像。此外，呼吸運動確定裝置可以包括衰減圖像提供單元，用于提供對象的衰減圖像，其中，重建單元適于基于提供的衰減圖像對靜態(tài)圖像進行衰減校正。提供的衰減圖像優(yōu)選是靜態(tài)衰減圖像。
[0033]在另一實施例中，所述重建單元適于從所述原始數據和所確定的呼吸運動來重建呼吸運動補償圖像。
[0034]重建單元可以適于直接地從原始數據或間接地從原始數據(即利用例如中間運動狀態(tài))圖像來重建呼吸運動補償圖像，然后可以根據所確定的呼吸運動組合它。為了重建運動狀態(tài)圖像，可以將原始數據分成若干組，例如，分成10個組，定義若干運動狀態(tài)，其中，對于每個組，可以基于相應組的原始數據重建運動狀態(tài)圖像。例如，可以利用對應的衰減圖對經過呼吸運動補償的圖像進行衰減校正。
[0035]在實施例中，可以提供呼吸運動模型，其根據所確定的結構呼吸運動，尤其是根據心肌頂點的呼吸運動，描述生物整個胸廓區(qū)域的呼吸運動。具體而言，這種呼吸運動模型能夠定義具有呼吸運動的不同肺區(qū)域的位移。因此能夠將整個胸廓部分的呼吸運動與原始數據一起用于重建胸廓至少一部分的呼吸得到補償的圖像。在實施例中，可以使用對應于該結構相同位置，從而對應于相同呼吸運動狀態(tài)的原始數據重建運動狀態(tài)圖像，然后可以根據呼吸運動模型組合它們以重建運動補償圖像。在另一實施例中，可以利用整個胸廓的所確定呼吸運動，校正原始數據的呼吸運動，其中，然后可以重建經運動校正的原始數據以產生呼吸運動補償圖像。例如，如果原始數據是PET數據，每條相應的響應線可以根據整個胸廓的所確定呼吸運動移動。
[0036]在本發(fā)明的另一方面中，提供了 一種用于確定生物呼吸運動的呼吸運動確定方法，其中，所述呼吸運動確定方法包括:[0037]-由原始數據提供單元提供分配給不同時間的原始數據，其中，所述原始數據指示結構，所述結構受生物的心臟運動和呼吸運動影響并且是所述生物的結構，其中，所述原始數據能夠用于重建所述結構的圖像，
[0038]-由重建單元從所提供的原始數據重建所述結構的中間圖像，
[0039]-由結構檢測單元在重建的中間圖像中檢測結構，
[0040]-由呼吸運動確定單元基于所重建的中間圖像中檢測的結構確定生物的呼吸運動。
[0041]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定生物呼吸運動的計算機程序，其中，所述計算機程序包括程序代碼模塊，當在控制根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置的計算機上運行所述計算機程序時，所述程序代碼模塊令所述呼吸運動確定裝置執(zhí)行根據權利要求14所述的呼吸運動確定方法的步驟。
[0042]應當理解，根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置、根據權利要求14所述的呼吸運動確定方法和根據權利要求15所述的計算機程序具有如從屬權利要求中定義的類似和/或相同優(yōu)選實施例。
[0043]應當理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例也可以是從屬權利要求與相應獨立權利要求的任
意組合。
[0044]通過參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見并將得以闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1示意性和示范性地示出了用于確定生物呼吸階段的呼吸運動確定裝置的實施例，
[0046]圖2示意性和示范性地示出了 ECG信號，
[0047]圖3示意性和示范性地示出了 PET圖像，其示出了心臟和心肌頂點；并且
[0048]圖4示范性地示出了流程圖，其示出了用于確定生物呼吸運動的呼吸運動確定方法的實施例。
【具體實施方式】
[0049]圖1示意性和示范性示出了用于確定生物呼吸運動的呼吸運動確定裝置。在本實施例中，呼吸運動確定裝置I為PET成像系統(tǒng)，其可以適于確定躺在工作臺4上的人3的呼吸運動，并使用所確定的呼吸運動與采集的PET原始數據一起，重建PET圖像。
[0050]呼吸運動確定裝置I包括原始數據提供單元2，用于提供分配給不同時間的原始數據，其中，原始數據指示人3心臟的結構并且可以用于重建心臟結構的圖像，并且其中，心臟結構受到呼吸運動的影響。在這一實施例中，原始數據提供單元2是PET原始數據采集單元，用于采集PET原始數據。PET原始數據為個體PET事件或PET計數，與其相應的采集時間，即，與其時間戳一起被提供。呼吸運動確定裝置還包括心臟信號提供單元11，用于提供原始數據所分配到的不同時間的心臟信號，其中，心臟信號指示心臟周期。心臟信號優(yōu)選是ECG信號，在時間上與PET原始數據的時間戳相關。
[0051 ] 呼吸運動確定裝置I還包括原始數據分組單元5，原始數據分組單元5用于基于所提供的心臟信號對相同心臟周期的原始數據分組，其中，重建單元6適于根據每個組的原始數據針對相應組重建中間圖像。為了對原始數據進行分組，從而將屬于相同心臟周期的原始數據分配到相同組，可以通過從ECG信號自動確定QRS波群來識別ECG信號中的心臟周期。
[0052]圖2示意性和示范性示出了在線14之間具有QRS波群的這種ECG信號16。QRS波群通常是ECG信號16的中心最明顯可見的部分。具體而言，QRS —般包括ECG信號16的R峰15。原始數據分組單元5優(yōu)選適于利用R峰將原始數據分割成與心臟周期相對應的段。于是，優(yōu)選地，由ECG信號16的R到R段定義對應于心臟周期且用于對原始數據分組的時間段。優(yōu)選將屬于ECG信號16同一 R到R段的所有原始數據分到同一組中?？梢詫⑺玫闹虚g圖像視為心臟周期上的一種平均值，使得中間圖像與心臟階段無關，但仍然取決于呼吸階段。
[0053]呼吸運動確定裝置I還包括結構檢測單元7，用于在重建的中間圖像中檢測心臟結構。在這一實施例中，結構檢測單元7適于檢測心肌的頂點作為心臟結構。
[0054]圖3示意性和示范性示出了中間圖像，即人3的PET圖像17。可以清楚地識別出，由十字指示的心肌18和頂點19是本范例中活動最大的結構。結構檢測單元7因此優(yōu)選檢測重建的中間圖像中的心肌，之后檢測頂點。
[0055]呼吸運動確定裝置I還包括呼吸運動確定單元10，用于基于在重建的中間圖像中檢測的結構確定生物的呼吸運動。具體而言，呼吸運動確定單元10適于確定重建中間圖像中的結構的位置作為結構的呼吸運動，并根據重建的中間圖像中檢測的結構的位置針對每個重建的中間圖像確定人3的相應呼吸階段。例如，呼吸運動確定裝置I能夠包括呼吸階段圖像集提供單元8，用于提供心臟的呼吸階段圖像集，其中，呼吸階段圖像集包括針對不同呼吸階段的不同心臟圖像，并且其中，呼吸運動確定單元10適于通過將重建的中間圖像中的結構的位置與呼吸階段圖像集中的結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的呼吸階段。在本范例中，呼吸運動確定單元10適于通過確定所提供的呼吸階段圖像集的示出距重建中間圖像中所示結構距離最小的結構的圖像并通過將呼吸階段圖像集中確定的具有最小距離的圖像的呼吸階段確定為重建的中間圖像的呼吸階段，來確定重建中間圖像的呼吸階段。呼吸階段圖像集可以是多階段CT圖像或多階段MR圖像集，其中，呼吸階段圖像集包括針對不同呼吸階段的幾個CT或MR圖像，并且其中，通過確定示出頂點位置距相應的中間PET圖像中所示出的頂點位置距離最短的CT或MR圖像，來針對中間PET圖像確定呼吸階段。然后將具有最短距離的相應CT或MR圖像的呼吸階段確定為相應的中間PET圖像的呼吸階段。呼吸階段圖像集也可以是多階段衰減圖像集，其可以基于多階段MR圖像集或多階段CT圖像集，或者可以直接是多階段CT圖像集。多階段衰減圖像集包括針對不同呼吸階段的不同衰減圖像，其中衰減圖像的不同區(qū)域表示生物的不同元素，具體而言，不同的組織類型，包括不同的相應衰減值。
[0056]呼吸周期被分成若干呼吸段，其中，每個呼吸段定義一個呼吸階段。具體而言，可以通過將呼吸周期分成十個呼吸段，定義十個呼吸階段。重建單元6優(yōu)選適于針對每個呼吸階段，即針對每個呼吸段，基于相應呼吸階段的原始數據，重建呼吸階段圖像。重建單元6可以適于直接使用相應呼吸階段的原始數據產生呼吸階段圖像，在本實施例中，即呼吸階段NA CPET圖像，或者重建單元6可以適于對相同相應呼吸階段的重建的中間NA CPET圖像進行平均，以針對相應的呼吸階段產生呼吸階段NAC PET圖像。
[0057]在實施例中，呼吸階段圖像集提供單元8適于基于例如對應的多階段CT或MR圖像，為不同的呼吸階段提供生物的衰減圖像，重建單元6適于基于所確定的呼吸階段和對應的生物衰減圖像對不同呼吸階段PET圖像進行衰減校正。此外，重建單元6優(yōu)選適于配準不同的經衰減校正的呼吸階段PET圖像并對配準后的呼吸階段PET圖像求平均以產生靜態(tài)圖像。于是，可以通過剛性、仿射或彈性配準，或通過任何其他適當的配準方法，對齊經衰減校正的呼吸階段PET圖像，可以對對齊的呼吸階段PET圖像求平均，以產生呼吸運動補償的“凍結"NAC PET圖像。重建單元還可以適于首先配準NAC呼吸階段PET圖像，并對NAC呼吸階段PET圖像求平均，以產生靜態(tài)NAC PET圖像，其中，然后可以利用對應的衰減圖像校正NAC呼吸階段PET圖像。例如，呼吸運動確定裝置I可以包括衰減圖像提供單元12，用于提供生物的靜態(tài)衰減圖像，其中，重建單元6可以適于基于所提供的靜態(tài)衰減圖像對靜態(tài)NACPET圖像進行衰減校正。
[0058]原始數據分組單元5、重建單元6、結構檢測單元7、呼吸階段圖像集提供單元8、呼吸運動模型提供單元9、呼吸運動確定單元10和靜態(tài)衰減圖像提供單元12可以被視為處理設備20的部分，處理設備20可以是計算機，其用于處理原始數據。
[0059]可以在顯示器13上示出一個或幾個重建圖像。
[0060]至少最后的重建圖像優(yōu)選不僅示出心臟結構，而且示出至少一個感興趣對象，像要研究的腫瘤。因此所提供的原始數據優(yōu)選不僅指示心臟的結構，而且指示受呼吸運動影響的感興趣對象。心臟結構用于確定呼吸運動，其中，然后將所確定的呼吸運動用于利用所確定的呼吸運動來重建感興趣對象的圖像。
[0061]呼吸運動確定裝置I還可以適于通過另一種方式基于重建的中間圖像中檢測的結構來確定生物的呼吸階段。例如，呼吸運動確定裝置還可以包括呼吸運動模型提供單元9，用于提供生物的呼吸運動模型，其中，呼吸運動模型針對不同的呼吸階段提供不同的心臟結構的位置，并且其中，呼吸運動確定單元10適于通過將重建的中間圖像中結構的位置與呼吸運動模型中的結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的呼吸階段。具體而言，將心肌的頂點位置映射到呼吸運動模型，用于針對每個重建的中間圖像確定相應的呼吸階段。衰減圖像提供單元12因此能夠提供生物的靜態(tài)衰減圖像，可以由重建單元6根據所提供的呼吸運動模型使其變形，用于針對不同的呼吸階段產生不同的衰減圖像。衰減圖像針對生物的不同要素(像不同種類的組織)包括不同的衰減值，其中，重建單元6可以適于基于靜態(tài)衰減圖像的上述變形產生的相應的重建的中間圖像的呼吸階段的衰減圖像，對每個重建的中間圖像進行衰減校正。也可以對這些經衰減校正的中間圖像進行平均，以產生呼吸階段圖像，其中，呼吸階段圖像是分配到相同相應呼吸階段的經衰減校正中間圖像的平均值。任選地，可以對所得的經衰減校正的呼吸階段圖像，具體而言，AC呼吸階段PET圖像進行配準和平均，以產生呼吸運動補償的靜態(tài)圖像。在對個體中間圖像進行衰減校正的備選方案中，可以對所產生的呼吸階段圖像或任選的靜態(tài)圖像進行衰減校正。此外，并非通過對對應于相同相應呼吸階段的中間圖像求平均值來確定呼吸階段，可以通過直接使用對應于相應同一呼吸階段的中間圖像的原始數據來重建呼吸階段圖像。
[0062]呼吸運動確定裝置I可以適于允許通過另一方式確定生物的呼吸階段。具體而言，在不同的重建的中間圖像中檢測的心臟結構界定結構的運動，其中，呼吸運動確定單元10可以適于將軌跡擬合到結構的運動，并基于擬合的軌跡確定呼吸階段，由此為重建的中間圖像定義呼吸階段。在這一實施例中，從所有重建的中間PET圖像收集心肌的頂點位置，并將軌跡擬合到不同的重建的中間PET圖像中所示的所有頂點位置的疊加或重疊。擬合的軌跡(例如)描述頂點位置沿一條線或橢圓的往復運動。優(yōu)選通過將軌跡細分成若干框或線段，基于擬合的軌跡來確定呼吸階段。例如，可以將軌跡細分成十個框或線段，以便定義十個呼吸階段。由于每個重建的中間圖像都包括框或線段之一中頂點位置，通過判斷相應中間圖像的頂點位置位于哪個框或線段中，將每個重建的中間圖像分配到呼吸階段。對于每個呼吸階段，然后可以通過對分配到同一呼吸階段的中間圖像求平均或直接使用底層原始數據針對相應的呼吸階段重建呼吸階段圖像，來確定呼吸階段圖像，在本實施例中為呼吸階段PET圖像。然后可以如上所述，利用例如剛性、仿射或彈性配準，將呼吸階段圖像彼此對齊，其中，可以對對齊的呼吸階段圖像求平均，以確定呼吸運動補償的單個靜態(tài)圖像。可以利用單個靜態(tài)衰減圖對靜態(tài)圖像進行衰減校正，靜態(tài)衰減圖可以基于CT或MR圖像，或者可以在產生呼吸運動得到補償的靜態(tài)圖像之前對中間或呼吸階段圖像進行衰減校正。
[0063]在下文中，將參考圖4中所示的流程圖示范性描述呼吸運動確定方法的實施例。
[0064]在步驟101中，由原始數據提供單元2提供分配給不同時間的原始數據，其中，原始數據指示生物心臟的結構并且可用于重建心臟結構的圖像，其中，心臟結構受到呼吸運動的影響。在該實施例中，由PET數據采集單元2采集PET數據，其中PET數據(即PET計數或事件)是打了時間戳的。與采集原始數據并行地，心臟信號提供單元11提供原始數據所分配到的不同時間的心臟信號，其中心臟信號指示心臟周期。在這一實施例中，在采集PET數據的同時，采集ECG信號。
[0065]在步驟102中，重建單元6重建中間圖像，其至少示出該結構，在本實施例中，即來自所提供原始數據的心肌頂點。具體而言，原始數據分組單元5基于所提供的心臟信號對同一心臟周期的原始數據分組，重建單元6根據每個組的原始數據重建相應組的中間圖像。
[0066]在步驟103中，結構檢測單元7在重建的中間圖像中檢測結構，并且在步驟104中，呼吸階段確定單元10將重建中間圖像中的結構的位置確定為生物的呼吸運動，并基于重建的中間圖像中檢測的結構的位置確定生物的呼吸階段。具體而言，對于每個重建的中間圖像，根據重建的中間圖像中檢測的結構的位置，確定生物的呼吸階段。例如，可以通過將重建的中間圖像中的結構的位置與呼吸階段圖像集中的結構的位置進行比較來為重建的中間圖像確定呼吸階段，呼吸階段圖像集針對不同的呼吸階段包括不同的生物圖像，示出相應呼吸階段中的結構的位置。此外，可以通過將重建的中間圖像中的結構的位置與呼吸運動模型中的結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的呼吸階段，其中，呼吸運動模型為不同的呼吸階段提供結構的不同位置。還可以將軌跡擬合到中間圖像中檢測到的結構運動，并如上所述地基于擬合的軌跡確定呼吸階段。
[0067]在步驟105中，重建單元6基于相應的呼吸階段的原始數據針對不同的呼吸階段重建不同的呼吸階段圖像?？梢灾苯釉谙鄳A段的原始數據上，或者通過對相同相應呼吸階段的重建中間圖像求平均來進行這種重建。
[0068]在步驟106中，例如，利用取決于呼吸階段的衰減圖像(即呼吸階段不同則衰減圖像不同)，對呼吸階段圖像進行衰減校正，其中，衰減圖像針對不同的生物要素(具體而言，針對不同類型的組織)包括不同的衰減值。
[0069]在步驟107中，可以對經過衰減校正的呼吸階段圖像進行配準和平均，以產生呼吸運動得到補償的經衰減校正的靜態(tài)圖像。
[0070]可以將呼吸運動確定裝置用于PET/CT成像或PET/MR成像。PET/CT成像和PET/MR成像對癌癥管理具有極大影響，因為它們不僅能夠檢測腫瘤，而且能夠進行區(qū)分診斷。例如，可以將PET/CT成像和PET/MR成像用于腫瘤對治療的響應的定量估計。呼吸運動一般會限制PET/CT成像和PET/MR成像的實用性，一方面因為模糊，另一方面因為衰減校正不正確。模糊可能導致過高估計腫瘤體積和/或過低估計示蹤劑攝取。不正確的衰減校正可能導致低估示蹤劑攝取，具體而言，如果腫瘤接近衰減有特殊變化的器官邊界，例如肺的邊界?？梢詮腃T圖像(尤其是低分辨率CT圖像)，及其到生物的不同要素(例如空氣，脂肪、肌肉、肺等)的分割，導出用于衰減校正的衰減圖，即衰減圖像。也可以通過類似方式分割MR圖像，并用于生成衰減圖。衰減圖可以是靜態(tài)衰減圖，或者它可以是多階段衰減圖，其可以分別基于多階段CT或MR圖像。多階段衰減圖提供階段匹配的衰減校正，使得在理想的情況下，例如，可以相對于其底層解剖結構校正PET計數的衰減，并在與解剖結構一致的位置匯總。
[0071]當前的運動補償技術利用外部門控設備，像呼吸帶，將呼吸周期分成預定的小數量的，例如十個呼吸階段，以跟蹤呼吸階段并生成對應于呼吸階段的時間窗口之內的門控重建。那么這些重建圖像中的每個都對應于呼吸周期的個體階段，并可以利用例如從多階段CT或MR圖像中的肺分割導出的呼吸模型進行正確地疊加。這種門控依賴于跟蹤信號和呼吸狀態(tài)之間的穩(wěn)定相關，即使利用視覺反饋系統(tǒng)，尤其是音頻-視覺反饋系統(tǒng)，甚至是理想地放置了反饋系統(tǒng)，也非常難以實現。因此，使用基于階段的門控重建的最終圖像典型地包含也來自非對應階段的計數/事件，這會誘發(fā)嚴重的圖像偽影。呼吸運動確定裝置因此優(yōu)選適于使用呼吸誘發(fā)的心臟運動作為基于解剖學圖像的跟蹤器，用于確定呼吸階段。尤其在PET圖像中，心肌清晰可見，強度比例如肺或肝結構大得多。由于心臟在隔膜的正上方，所以其運動是呼吸狀態(tài)的直接度量。不過，呼吸誘發(fā)的心臟運動被其跳動運動疊加。典型地，成年人的心臟在安靜時每分鐘跳動40到80次，從而在大約I秒之后完成心臟周期。呼吸周期通常花費10到15秒。對一次心跳的心臟運動求平均值確定了對應時段期間的平均呼吸狀態(tài)。可以將此用于查找正確的解剖階段，既用于衰減校正，又用于重建圖像解剖學上一致的疊加。
[0072]盡管在上述實施例中，心臟彳目號是ECG fg號，但是心臟彳目號也可以是指不心臟周期的任何其他信號。例如，可以使用附著于人腕部的心跳傳感器，其根據例如脈搏測量來測
量心臟周期。
[0073]盡管在上述實施例中，從PET圖像確定呼吸階段，但是在其他實施例中，呼吸運動確定裝置可以適于從其他成像裝置產生的圖像(像SPECT圖像、CT圖像、MR圖像、超聲波圖像等)確定呼吸階段。
[0074]盡管在上述實施例中，已經將在重建的中間圖像中的檢測到的結構運動確定為生物的呼吸運動，其中，將這種運動用于確定呼吸階段，所述呼吸階段用于重建生物的圖像，但是呼吸運動確定裝置還可以適于基于在中間圖像中檢測到的結構來確定生物的呼吸運動，而不必確定呼吸階段，其中所確定的呼吸運動與原始數據一起，可用于重建呼吸運動補償的圖像。例如，可以提供呼吸運動模型，其根據所確定的結構呼吸運動(尤其是根據心肌頂點的呼吸運動)來描述生物整個胸廓區(qū)域的呼吸運動。因此能夠將整個胸廓部分的呼吸運動與原始數據一起用于重建胸廓至少一部分的呼吸得到補償的圖像。在實施例中，可以使用對應于該結構相同位置，從而對應于相同呼吸運動狀態(tài)的原始數據重建運動狀態(tài)圖像，然后可以根據呼吸運動模型將它們組合以重建運動補償圖像。在另一實施例中，可以利用整個胸廓的所確定呼吸運動，來校正原始數據的呼吸運動，其中，然后可以重建經運動校正的原始數據以產生呼吸運動補償圖像。例如，如果原始數據是PET數據，則每條對應的響應線可以根據整個胸廓的所確定呼吸運動移動。
[0075]呼吸運動確定裝置和方法可以適于用在PET系統(tǒng)中，具體而言，飛行時間PET系統(tǒng)、PET/CT系統(tǒng)、PET/MR系統(tǒng)等中，尤其用于胸廓(特別是肺)中的腫瘤響應評估。
[0076]本領域技術人員通過研究附圖、公開和所附權利要求，在實踐請求保護的本發(fā)明時能夠理解和實現所公開實施例的其他變化。
[0077]在權利要求中，“包括” 一詞不排除其他元件或步驟，量詞“一”、“一個”不排除多個。
[0078]單個單元或設備可以完成權利要求中列舉的幾個項目的功能。盡管在互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
[0079]由一個或幾個單元或設備執(zhí)行的計算可以由任何其他數量的單元或設備執(zhí)行，像針對重建圖像、確定重建和圖像的階段以及相對于衰減校正圖像等而執(zhí)行的計算等。例如，可以由單個單元或由任何其他數量的不同單元來執(zhí)行步驟101到107?？梢詫⒏鶕粑\動確定裝置的呼吸運動確定裝置的計算和/或控制實現為計算機程序的程序代碼模塊和/或專用硬件。
[0080]計算機程序可以存儲和/或發(fā)布在適當的介質上，介質例如是與其他硬件一起供應或作為其他硬件一部分供應的光存儲介質或固態(tài)介質，但也可以以其他形式發(fā)布，例如通過互聯(lián)網或其他有線或無線電信系統(tǒng)。
[0081]權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為限制范圍。
[0082]本發(fā)明涉及一種用于確定生物的呼吸運動的呼吸運動確定裝置。原始數據提供單元提供分配到不同時間的原始數據，其中，原始數據指示受心臟運動和呼吸運動影響的像心肌頂點的結構，并且重建單元從所提供的原始數據重建該結構的中間圖像。結構檢測單元在重建的中間圖像中檢測結構，呼吸運動確定單元基于重建的中間圖像中檢測的結構確定生物的呼吸運動。這樣能夠以高精確度確定呼吸運動而不依賴于例如外部呼吸門控設備的跟蹤信號和呼吸階段之間的穩(wěn)定相關。
【權利要求】
1.一種用于確定生物(3)的呼吸運動的呼吸運動確定裝置，所述呼吸運動確定裝置(I)包括: -原始數據提供單元(2)，其用于提供分配給不同時間的原始數據，其中，所述原始數據指示結構，所述結構受所述生物的心臟運動和呼吸運動影響并且是所述生物的結構，其中，所述原始數據能夠用于重建所述結構的圖像， -重建單元(6)，其用于從所提供的原始數據來重建所述結構的中間圖像， -結構檢測單元(7)，其用于在重建的中間圖像中檢測所述結構， -呼吸運動確定單元(10)，其用于基于在所述重建的中間圖像中檢測到的所述結構來確定所述生物的所述呼吸運動。
2.根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述呼吸運動確定裝置還包括: -心臟信號提供單元(11)，其用于處于提供所述原始數據所分配到的不同時間處的心臟信號，其中，所述心臟信號指示心臟周期， -原始數據分組單元(5)，其用于基于所提供的心臟信號將相同心臟周期的原始數據分組到一組， 其中，所述重建單元(6)適于根據每個組的所述原始數據針對相應組重建中間圖像。
3.根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述原始數據提供單元(2)適于提供核原始數據作為所述原始數據。
4.根據權利要求3所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述結構檢測單元(7)適于檢測心肌的頂點作為所述結構。
5.根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置，其中，呼吸運動確定單元(10)適于: 確定所述重建的中間圖像中的所述結構的位置作為所述生物的所述呼吸運動； 根據所述重建的中間圖像中檢測的所述結構的位置，針對每個重建的中間圖像確定所述生物(3)的相應呼吸階段。
6.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述呼吸運動確定裝置還包括呼吸階段圖像集提供單元(8)，所述呼吸階段圖像集提供單元用于提供所述生物的呼吸階段圖像集，其中，所述呼吸階段圖像集包括針對不同呼吸階段的所述結構的不同圖像，其中，所述呼吸運動確定單元(10)適于通過將重建的中間圖像中的所述結構的位置與所述呼吸階段圖像集中的所述結構的位置進行比較來確定所述重建的中間圖像的所述呼吸階段。
7.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述呼吸運動確定裝置(I)還包括呼吸運動模型提供單元(9)，所述呼吸運動模型提供單元用于提供所述生物的呼吸運動模型，其中，所述呼吸運動模型針對不同呼吸階段提供所述結構的不同位置，其中，所述呼吸運動確定單元(10)適于通過將所述重建的中間圖像中的所述結構的位置與所述呼吸運動模型中的所述結構的位置進行比較來確定重建的中間圖像的所述呼吸階段。
8.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述呼吸運動確定單元(10)適于將軌跡擬合到所述結構的所述呼吸運動，并且適于基于擬合的軌跡來確定呼吸階段，由此為所述重建的中間圖像定義呼吸階段。
9.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述重建單元(6)適于基于所述相應呼吸階段的所述原始數據針對不同的呼吸階段重建不同的呼吸階段圖像。
10.根據權利要求9所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述原始數據為核原始數據，并且其中，所述重建的中間圖像為重建的核圖像，其中，所述呼吸運動確定裝置(I)還包括呼吸階段圖像集提供單元(8)，所述呼吸階段圖像集提供單元用于提供所述生物的呼吸階段圖像集，其中，所述呼吸階段圖像集針對不同的呼吸階段包括所述生物的不同衰減圖像，其中，所述重建單元(6)還適于基于所確定的呼吸階段和所提供的呼吸階段圖像集對不同的核呼吸階段圖像進行衰減校正。
11.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述原始數據為核原始數據，其中，所述重建的中間圖像為重建的核圖像，并且其中，所述呼吸運動確定裝置(I)還包括: -呼吸運動模型提供單元(9)，其用于提供所述生物的呼吸運動模型，其中，所述呼吸運動模型針對不同的呼吸階段提供所述結構的不同位置，以及 -靜態(tài)衰減圖像提供單元(12 )，其用于提供靜態(tài)衰減圖像， 其中，所述重建單元(6)適于: -根據所提供的呼吸運動模型將所述靜態(tài)衰減圖像變形，以針對不同的呼吸階段產生不同的衰減圖像， -基于針對相應的重建的中間圖像的呼吸階段產生的所述衰減圖像，對每個重建的中間圖像進行衰減校正。
12.根據權利要求5所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述重建單元(6)適于配準不同的呼吸階段圖像并且適于對經配準的呼吸階段圖像求平均以產生靜態(tài)圖像。
13.根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置，其中，所述重建單元(6)適于從所述原始數據和所確定的呼吸運動`來重建呼吸運動補償圖像。
14.一種用于確定生物的呼吸運動的呼吸運動確定方法，所述呼吸運動確定方法包括: -由原始數據提供單元(2)提供分配給不同時間的原始數據，其中，所述原始數據指示結構，所述結構受所述生物的心臟運動和呼吸運動影響并且是所述生物的結構，其中，所述原始數據能夠用于重建所述結構的圖像， -由重建單元(6)從所提供的原始數據重建所述結構的中間圖像， -由結構檢測單元(7)在重建的中間圖像中檢測所述結構， -由呼吸運動確定單元(10)基于在所述重建的中間圖像中檢測到的所述結構來確定所述生物的所述呼吸運動。
15.一種用于確定生物的呼吸運動的計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼模塊，當在控制根據權利要求1所述的呼吸運動確定裝置的計算機上運行所述計算機程序時，所述程序代碼模塊令所述呼吸運動確定裝置執(zhí)行根據權利要求14所述的呼吸運動確定方法的步驟。
【文檔編號】A61B6/00GK103608845SQ201280030406
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權日:2011年6月21日
【發(fā)明者】S·卡布斯, H-A·維施曼, C·洛倫茨 申請人:皇家飛利浦有限公司