[发明专利]全自动内在回顾性CT呼吸门控系统

说明书

技术领域

本发明属于医用CT扫描技术领域，涉及计算机断层摄影(CT，Computed Tomography)呼吸门控技术，特别是实现CT呼吸门控(Respiratory Gate)的方法设计。

背景技术

CT成像作为的一种活体成像方式，具有空间分辨率高，成像时间短，成本相对低，能够得到动物活体情况下的三维结构信息等优点。但使用微型CT对活体动物胸部或腹部等成像时，呼吸运动会产生运动伪影，导致图像空间分辨率的降低。通常方法是采用呼吸门控技术减少重建图像的运动伪影。

目前的呼吸门控技术主要为外在门控技术，其特征在于，该门控设备呼吸信号的采集，需要借助于一定的外部硬件设备，如气垫、相机、激光系统、红外系统等，甚至可以用一个内在的通风系统触发动物的呼吸运动。外在门控的缺点在于增加了系统的复杂性，提高了系统的整体价格，限制了系统推广。

为了减少了CT使用商的投入成本，西门子公司提出呼吸门控标准化接口来提高CT系统对不同呼吸检测(RPM)设备的兼容性，使得CT和RPM设备以松耦合的方式进行工作，可以在一定程度上实现现有医疗资源的合理整合，但该方法需要将不同RPM输出的呼吸信号存储为规定的标准格式，增加了操作的复杂性。

为了在减少运动伪影，提高重建图像空间分辨率的同时，简化CT硬件系统设计与操作复杂程度，提出全自动内在回顾性CT呼吸门控的设计与开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动内在回顾性CT呼吸门控的方法，能够在原来的CT系统上，方便地实施内在呼吸门控，降低使用成本，节约资源且降低系统复杂性。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种实现全自动内在回顾性计算机断层摄影装置CT呼吸门控的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在所述的CT装置中预先采集投影图，自动定位感兴趣区域。小动物呼吸运动时，伴随着胸廓的扩张运动及隔膜的上下运动，将包含胸廓或隔膜的区域定义为感兴趣区域，可以从中提取出呼吸波形。自动定位的方法为：

静止采集几张图像，在静止采图的过程中，只有动物的胸廓部位会发生较大的变化，可采用灰度和、灰度质心等参数的变化大小来自动定位感兴趣区域。

(2)启动CT系统开始扫描，获得投影图像。X射线CT成像系统获得投影图像的原理是利用组成对象的不同物质对X射线的衰减系数不同。在微型CT扫描过程中得到的投影图像即是X射线透过样品之后的灰度图像。当扫描活体动物时，由于动物的肺部存在大量的衰减系数相对较小的空气，相比于膈膜及腹部等组织，肺部在平板探测器采集得到的投影图像中显示相对较大的灰度值，且其会伴随着呼吸运动收缩和舒张，同时膈膜等周围组织也会上下运动，因此可以从投影图中提取由呼吸运动引起的数据波动。

(3)旋转一圈后，对所获得的波形进行处理，投影图像中的数据波形主要取决于两个因素：(1)获得投影图像的角度位置；(2)所选感兴趣区域中隔膜位置。获得投影图像的角度位置造成的数据波动，根据每圈采集的投影图张数有一个固定的周期。而呼吸相位引起的呼吸波动则存在一个更加不规则的周期。为了得到正确的呼吸门控参考信号，必须弱化角度位置对结果曲线的影响，同时最大化呼吸偏移因素。由于角度位置带来的影响是一个低频信号，可用归一化或高通滤波器减少其对结果曲线的影响，获得最后的门控波形。

(4)根据门控波形将投影图像进行标记，标记的依据可以是门控波形的幅值、相对相位或绝对相位。

(5)根据所需重建状态，对每帧投影图像进行评估，其标记值越靠近所需状态，投影图像分值越高，在连续旋转的过程中，逐渐用高分的投影图像替代低分投影图像，最终获得用于重建的投影数据集。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1、无需任何额外的RPM呼吸采集设备，降低了硬件设备复杂下，减少CT系统的成本。

2、一些基于硬件的门控需要将呼吸传感器固定在动物身上，如压差传感器需要将气囊固定在小老鼠身上，影响动物的自然呼吸，而本发明无需任何呼吸传感器，使扫描动物处在最自然的状态。

3、采用系统自适应区域自动定位算法，全自动实施内在回顾性CT呼吸门控，减少了人为操作的复杂性。

4、可用较简单的方法直接冲投影图像中获得呼吸波形，减少了算法复杂程度。

5、若原有CT设备的采样帧率达到一定要求，则可获得仍和呼吸相位下的重建图像。