【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于醫(yī)學影像及x射線成像領域，涉及一種基于投影數(shù)據的ct實時4d門控成像方法。
技術介紹
1、計算機斷層掃描(computed?tomography，ct)是通過x射線源對物體進行透射掃描，利用探測器進行射線衰減探測，再利用重建算法由計算機重建出斷層圖的成像方法。ct成像在臨床診斷、臨床前研究和工業(yè)無損檢測等領域都有重要應用。在小動物成像領域，ct成像可提供胸部結構的高對比度圖像，如肺組織、骨骼、增強對比度的心腔和血管，同樣也適用于大多數(shù)與胸部器官有關的病理性檢測，而成為一種重要的成像技術。
2、但由于小動物呼吸和心跳的周期性擴張收縮運動，導致采集的ct數(shù)據是多次周期運動后的疊加結果。在ct重建圖像時導致圖像模糊，即產生運動偽影。當肺部、心臟或周圍組織器官上有病灶點時，周期性運動會使得病灶點在重建圖像上尺寸擴大，病灶點對比度下降甚至可能會淹沒在背景中，影響診斷精度。為消減上述運動帶來的誤差，采集到的ct數(shù)據可根據運動周期劃分成多個期相的數(shù)據，再進行動態(tài)成像，即考慮呼吸和心跳運動的4d門控技術。通過門控(gating)技術實現(xiàn)ct數(shù)據的分組重建，可以有效的去除運動偽影，并可以用于實現(xiàn)4d動態(tài)ct重建。
3、數(shù)據驅動門控(data?driven?gating，ddg)是一種通過ct胸腔投影中信息的變化直接提取出呼吸和心臟運動信號的技術。與之相對的是外接設備門控(external?devicegating，edg)，需要額外將呼吸和心跳的監(jiān)測設備連接在患者身上，增加了采集對象的不適因素。并且由于其操作
4、現(xiàn)有常用的ct數(shù)據驅動門控方法有質心法(com)、頻率分析法和主成分分析法(principal?component?analysis，pca)，三種方法在實現(xiàn)運動信息的提取的過程中，都是在完整的采集ct投影之后，再進行整體的數(shù)據驅動門控。質心法(com)在實現(xiàn)的過程中需要通過手動的感興趣區(qū)域(region?of?interest，roi)勾畫，或通過多圈采集來實現(xiàn)roi位置的自動確定，增加了采集時長以及輻照劑量。頻率分析法通過分析每個圖像或正弦圖像素的傅立葉譜來確定感興趣區(qū)域以及呼吸頻率，再通過區(qū)域內總計數(shù)隨時間的變化來估計呼吸信號，該方法具有參數(shù)多、計算階段多的特點，因此計算量相對較大。整體的pca方法則是通過對完整的ct投影直接進行運算處理，會導致運動信息提取的精度降低，當投影較大投影數(shù)較多時，會有較大的計算量導致較長的數(shù)據處理時間的問題。
5、現(xiàn)有技術存在的問題：
6、(1)需要多圈采集，增加了采集時長以及輻照劑量；
7、(2)運動信息提取的精度不高；
8、(3)較大的計算量導致的額外數(shù)據處理時間，無法實現(xiàn)實時性。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種基于投影數(shù)據的ct實時4d門控成像方法，解決了在進行整體pca門控信息提取時由于投影角度變化帶來的額外旋轉信息導致的信息不準確問題，以及計算量較大導致的額外時間開銷問題。本專利技術實現(xiàn)了對于ct心胸成像的普遍適用性、實時性以及較高精準度的目標。
2、本專利技術ct實時4d門控成像方法的流程為：首先對ct投影數(shù)據進行預處理，預處理包括對同一角度的ct投影進行像素合并和濾波，再利用基于pca的小區(qū)間數(shù)據驅動門控技術提取運動信息；其次采用雙向hamming窗fir濾波器對提取出的呼吸心跳疊加信號進行帶通濾波；接著將分離出的呼吸信號進行呼吸門控處理；然后利用呼吸門控得到的平穩(wěn)期信息結合心跳信號進行心跳門控處理；最后將門控處理后的ct投影分組重建得到4d門控成像。
3、在通過ct投影提取運動信息前，進行數(shù)據預處理，像素合并和濾波，減弱噪聲的同時也大大減少了計算量。
4、對預處理后的ct投影進行重疊分組的小區(qū)間pca數(shù)據驅動門控，提取出更為準確的呼吸和心跳的疊加信號。
5、對于呼吸心跳疊加信號采用雙向hamming窗fir濾波器進行帶通濾波，基于頻率分離呼吸和心跳信號。
6、采用周期分步呼吸門控，優(yōu)先準確的確定呼吸平穩(wěn)期和吸氣呼氣邊界，再對呼吸運動期進行門控分組，得到完整的呼吸分組。其中每個分組內是胸腔處于相同空間狀態(tài)的ct投影，用于進行動態(tài)重建。
7、采用呼吸心跳雙門控方法，在呼吸平穩(wěn)期進行心跳門控，并根據周期性的峰值檢測來確認心跳周期并完成分組，得到心臟不同狀態(tài)的ct投影分組，包括心房收縮期ct投影、心室收縮期ct投影和全心舒張期ct投影。
8、該方法得到的分組投影可用于ct成像解析成像算法和迭代成像算法及其他重建方法，方法不受重建方法限制。
9、本專利技術的技術方案為：
10、一種基于投影數(shù)據的ct實時4d門控成像方法，其步驟包括：
11、1)采集待檢測目標的ct投影并按照采集角度將ct投影劃分為多個分組；對同一角度分組中的每一ct投影進行像素合并，將每一張合并后的ct投影采用一n維向量表示，n為合并后的圖像中的像素數(shù)；根據同一角度分組中各ct投影數(shù)據的掃描時間，對該同一角度分組對應的各n維向量進行排列構建一原始矩陣，然后基于pca方法從所述原始矩陣中提取主成分信息，將所選主成分對應的權重因子按ct投影采集順序排列得到包含呼吸和心跳的疊加信號；
12、2)采用雙向hamming窗fir濾波器對所述疊加信號進行帶通濾波，分離出呼吸信號和心跳信號；根據呼吸信號對ct投影進行呼吸門控處理，劃分出呼吸運動期的ct投影和呼吸平穩(wěn)期的ct投影，對呼吸運動期的ct投影進行門控劃分得到呼吸過程中處于胸腔同一狀態(tài)的ct投影分組；根據心跳信號對呼吸平穩(wěn)期內的ct投影進行心跳門控處理得到不同心跳階段對應的ct投影分組；
13、3)根據呼吸門控處理、心跳門控處理后的ct投影分組重建得到該待檢測目標的4d門控成像。
14、進一步的，對呼吸運動期的ct投影進行門控分組得到呼吸過程中處于胸腔同一狀態(tài)的ct投影分組的方法為：
15、21)通過ampd尋峰算法查找全部峰值位置peak，根據各峰值位置peak確定每個呼吸周期中吸氣、呼氣的分界；其中，以第i個峰值位置peak[i]左右一個ct投影對應的坐標位置kpeak[i]+1和peak[i+1]-1作為第i個區(qū)間的邊界highleft，hightright；
16、22)以第i個峰值位置peak[i]為基準向下一峰值位置peak[i+1]方向移動p個ct投影對應的坐標作為第i個呼吸平穩(wěn)期的左邊界stableleft，以峰值位置peak[i+1]為基準向峰值位置peak[i]方向移動q個ct投影對應的坐標作為第i個呼吸平穩(wěn)期的右邊界stableright；
17、23)以相鄰兩個峰值位置peak[i]、peak[i+1]之間的區(qū)域作為一個周期，取該周期中max(stablel本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于投影數(shù)據的CT實時4D門控成像方法，其步驟包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對呼吸運動期的CT投影進行門控分組得到呼吸過程中處于胸腔同一狀態(tài)的CT投影分組的方法為：
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據心跳信號對呼吸平穩(wěn)期內的CT投影進行心跳門控處理，得到不同心跳階段的CT投影分組的方法為：
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，采用重疊分組方法將CT投影劃分為多個分組，其中相鄰分組的CT投影部分重疊。
5.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所選主成分為所得主成分中的前兩個主成分p1、p2。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據呼吸門控處理、心跳門控處理后的CT投影數(shù)據，采用解析成像、迭代成像或濾波反投影法重建得到該待檢測目標的4D門控成像。
7.根據權利要求1或6所述的方法，其特征在于，分別對每一分組的CT投影數(shù)據分別進行重建，然后將各分組的重建結果進行拼接生成隨運動變化的4D動態(tài)圖像。
【技術特征摘要】
1.一種基于投影數(shù)據的ct實時4d門控成像方法，其步驟包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對呼吸運動期的ct投影進行門控分組得到呼吸過程中處于胸腔同一狀態(tài)的ct投影分組的方法為：
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據心跳信號對呼吸平穩(wěn)期內的ct投影進行心跳門控處理，得到不同心跳階段的ct投影分組的方法為：
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，采用重疊分組方法將ct投影劃分為多個分組，其中相鄰分組...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐世東，孫校麗，劉雙全，魏存峰，李默涵，鄭玉爽，王哲，
申請(專利權)人：中國科學院高能物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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