[发明专利]锥束计算机断层扫描(CBCT)中的运动估计和补偿

说明书

在各个实施例中，本发明提供了用于锥束计算机断层扫描(CBCT)中的运动估计和运动补偿的改进系统和方法。本发明利用一种在体积和运动子迭代之间交替最小化的方法，并产生用于CBCT中的运动估计和补偿的改进系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月11日提交的、名称为“Motion Estimation andCompensation in Cone Beam Computed Tomography(CBCT)(锥束计算机断层扫描(CBCT)中的运动估计和补偿)”的当前未决美国临时专利申请No.62/791,729的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

用在人体的疾病部位的放射治疗中的锥束计算机断层扫描(CBCT)图像的准确性受运动伪影(诸如模糊和条纹)的影响。这些不期望的运动伪影会导致不精确的患者定位和健康组织的不必要辐射。还存在运动影响图像质量的其他应用，诸如牙科CBCT。此外，CBCT扫描通常比传统的临床CT扫描慢得多，因此非常容易受到运动伪影的影响。本文的术语“运动”既包括常规意义上的运动，也包括“变形”，例如因为当人呼吸时，内脏正在变形。

在被成像的区域大多具有低对比度特征的情况下，最先进的重建算法无法准确估计运动并补偿运动，如利用CBCT腹部成像的常见情况。

因此，需要一种比现有技术更准确的实用重建算法。因此，本领域需要一种用于超出本领域目前已知的运动估计和补偿的CBCT中的运动估计和补偿的改进的系统和方法。

发明内容

在各个实施例中，本发明提供了一种用于四维锥束CT(CBCT)的改进系统和方法，其可用于在进行放射治疗之前定位疾病(例如，肿瘤)。

在一个实施例中，本发明提供一种使用X射线投影扫描数据进行运动估计和补偿的方法。该方法包括：获取感兴趣运动对象的断层投影数据，并根据运动相位对投影数据进行排序以生成相位排序的投影数据。该方法进一步包括加载相位排序的投影数据、初始化全局迭代计数器、基于相位排序的投影数据更新一个或多个正则化参数、使用一个或多个正则化参数执行相位排序的投影数据的体积子迭代、以及使用一个或多个正则化参数执行相位排序的投影数据的运动子迭代。此外，如果全局迭代计数器不等于全局迭代步骤的总数，则该方法继续递增全局迭代计数器并迭代地重复更新一个或多个正则化参数、执行体积子迭代和执行运动子迭代的步骤直到全局迭代计数器等于全局迭代步骤的总数，以在扫描期间估计感兴趣对象的运动并重建对象。

然后可以使用该方法的最终运动子迭代的结果来使用感兴趣对象的估计运动来执行感兴趣对象的图像的单独运动补偿重建。

在本发明中，单独地执行体积子迭代和运动子迭代。此外，在该实施例中，运动子迭代包括估计相位体积图像之间的相位运动矢量场(MVF)。在提及MVF时，也可以使用“速度”一词。

全局迭代过程的体积子迭代进一步包括：重置Nesterov参数、将体积子迭代计数器设置为零、计算体积预条件子(preconditioner)、计算数据保真度的体积梯度、计算正则化器的体积梯度、计算体积-速度约束的体积梯度(也称为光流约束(OFC))、执行Nesterov更新。此外，如果体积子迭代计数器不等于体积子迭代步骤的总数，则该方法继续递增体积子迭代计数器并迭代地重复计算体积预条件子、计算数据保真度的体积梯度、计算正则化器的体积梯度、计算OFC的体积梯度和执行Nesterov更新的步骤，直到体积子迭代计数器等于体积子迭代步骤的总数。