專利名稱：用來計算體積灌注的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及計算機斷層掃描(CT)成像并具體涉及一種設(shè)備和方法，用來使用數(shù)字區(qū)域檢測器技術(shù)從組織衰減特征的時間重建來計算體積灌注。
背景技術(shù)：
在至少一個已知的“第三代”CT系統(tǒng)中，在病人的有限軸覆蓋內(nèi)不斷地獲取投射數(shù)據(jù)，以充分測量在被成像器官中對照媒介(contrast agent)的攝取(uptake)和泄出(washout)。此外，多達十六片投射數(shù)據(jù)的切片被獲取、重建、并同時被處理，用于灌注評價，這些投射數(shù)據(jù)可以使用目前的多行檢測器來完成。已知CT系統(tǒng)的掃描速度足以用來對小體積器官內(nèi)組織的對照動態(tài)(contrast dynamics)進行取樣；不過，掃描速度卻不足以用來對諸如大腦的被成像的整個器官的對照動態(tài)進行取樣，因為螺旋掃描協(xié)議(protocol)是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種方法，用來使用計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)來計算空間固定(spatially stationary)的器官中的體積灌注。該方法包括放置區(qū)域檢測器，從而使該區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，以電影(cine)模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，處理投射數(shù)據(jù)，重建投射數(shù)據(jù)，并使用代表組織動態(tài)的投射數(shù)據(jù)的重建計算器官中的體積灌注。
在另一方面，提供了一種計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)，用來計算空間固定的器官中的體積灌注。該CT成像系統(tǒng)包括輻射源、區(qū)域檢測器和計算機、其在操作上耦合至輻射源和區(qū)域檢測器。計算機配置為放置區(qū)域檢測器，從而使該區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，以電影模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，并使用代表組織動態(tài)的投射數(shù)據(jù)的重建計算器官中的體積灌注。
在又一方面，提供了一種以程序編碼的計算機可讀媒介。媒介配置為命令計算機放置區(qū)域檢測器，從而使該區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，以電影模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，處理投射數(shù)據(jù)，重建投射數(shù)據(jù)，并使用代表組織動態(tài)的投射數(shù)據(jù)的重建計算器官中的體積灌注。
在又一方面，提供了一種方法，用來使用具有視野的計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)來得到空間固定的器官的數(shù)據(jù)。該方法包括放置區(qū)域檢測器，從而使該區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，以電影模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官，并過濾獲取的投射數(shù)據(jù)，以提供帶有改進信噪比的數(shù)據(jù)。


圖1是CT成像系統(tǒng)的圖示。
圖2是圖1所示系統(tǒng)的原理框圖。
圖3是流程圖，描繪了一種方法，用來使用計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)來計算空間固定的器官中的體積灌注。
圖4是流程圖，描繪了一種方法，用來使用計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)來得到空間固定的器官中的數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
此處所述的方法和設(shè)備闡述了獲取投射數(shù)據(jù)、其允許使用區(qū)域檢測器技術(shù)改進計算器官中的體積灌注。體積灌注指的是由投射數(shù)據(jù)的重建計算平均傳輸時間、血體積、和/或血流量，或這些量的任意組合而成的一種數(shù)學度量。所述的方法有助于減小CT成像系統(tǒng)限制，如轉(zhuǎn)臺(gantry)掃描速度。此外，此處所述的方法有助于減小噪聲并改進對照增強測量值的與轉(zhuǎn)臺掃描速度有關(guān)的時間分辨率，以改進在灌注計算中使用的去卷積處理的穩(wěn)定性和精確度。
在某些已知的CT成像系統(tǒng)構(gòu)成中，X射線源投射了一束扇形束、其準直在笛卡兒坐標系的X-Y平面內(nèi)并一般被稱為“成像平面”。X射線束貫穿如病人的被成像目標。該束在被目標衰減之后入射在輻射檢測器陣列上。在檢測器陣列處收到的衰減后的輻射束強度取決于X射線束被目標的衰減。陣列的各檢測器單元產(chǎn)生分離的作為在檢測器位置處射線束強度的測量值的電信號。來自全部檢測器的強度測量值是分開獲取的，以產(chǎn)生傳送斷面圖。
在第三代CT系統(tǒng)中，X射線源和檢測器陣列與轉(zhuǎn)臺一起在成像平面內(nèi)繞被成像目標旋轉(zhuǎn)，從而X射線束與目標所成的交角持續(xù)變化。來自一轉(zhuǎn)臺角度處的檢測器陣列的一組X射線衰減測量值、即投射數(shù)據(jù)，被稱為“視圖”。該目標的“掃描”包括在X射線源和檢測器繞被成像目標旋轉(zhuǎn)一周期間、在不同轉(zhuǎn)臺角度或視角處所作的視圖集合。
在軸掃描中，處理投射數(shù)據(jù)以構(gòu)建與貫穿目標得到的二維切片對應(yīng)的圖像。一種用來從投射數(shù)據(jù)集合重建圖像的方法在本技術(shù)領(lǐng)域稱為過濾后投射(filtered back-projection)技術(shù)。此處理將來自掃描的衰減測量值轉(zhuǎn)換成叫做“CT數(shù)”或“亨氏單位(Hounsfield units)”的整數(shù)，其被用來控制陰極射線管顯示器上對應(yīng)像素的亮度。
為減小總掃描時間，可進行“螺旋”掃描。為進行“螺旋”掃描，在移動病人的同時獲取用于規(guī)定數(shù)量的切片的數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)從扇形束螺旋掃描生成單螺旋。由扇形束映射出的螺旋產(chǎn)出投射數(shù)據(jù)，從該數(shù)據(jù)可重建各規(guī)定切片中的圖像。
對于用于螺旋掃描的重建算法通常使用螺旋加權(quán)算法，其將收集到的數(shù)據(jù)加權(quán)作為視角和檢測器通道指數(shù)的函數(shù)。具體地，在過濾后投射處理之前，根據(jù)螺旋加權(quán)因子對數(shù)據(jù)進行加權(quán)，該螺旋加權(quán)因子是轉(zhuǎn)臺角度與檢測器角度二者的函數(shù)。接著處理加權(quán)數(shù)據(jù)以生成CT數(shù)并構(gòu)建與貫穿目標得到的二維切片對應(yīng)的圖像。
如這里使用地，以單數(shù)陳述和前面帶有冠詞“a”或“an”的單元或步驟應(yīng)理解為不排除復數(shù)個所述單元或步驟，除非明確聲明此排除。進而，參照本發(fā)明的“一個實施例”無意被解釋成排除也包含陳述特征的其它實施例的存在。
如這里使用地，“重建圖像”一詞無意排除本發(fā)明這樣的實施例即生成了代表圖像的數(shù)據(jù)卻沒有生成可視圖像。不過，許多實施例生成(或配置成可生成)至少一張可視圖像。
參照圖1和圖2，多切片掃描成像系統(tǒng)，例如計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)10，被顯示為包括轉(zhuǎn)臺12，代表“第三代”CT成像系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺12具有X射線源14，向轉(zhuǎn)臺12對面上的檢測器陣列18投射一束X射線16。檢測器陣列18由數(shù)個包括數(shù)個檢測器單元20的檢測器行(未圖示)形成，一起傳感貫穿如體格檢查病人22的目標的投射X射線。每個檢測器單元20產(chǎn)生代表入射X射線束強度的電信號，并從此能估算與轉(zhuǎn)臺12上未放置病人時測量的電信號比較時、射線束貫穿目標或病人時的衰減。在掃描以獲取X射線投射數(shù)據(jù)期間，轉(zhuǎn)臺12和安裝在其上的組件繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。圖2僅顯示單行檢測器單元20(即檢測器行)。不過，多切片檢測器陣列18包括數(shù)個平行的檢測器單元20的檢測器行，從而在掃描期間可同時獲取與數(shù)個準平行或平行切片對應(yīng)的投射數(shù)據(jù)。再者，區(qū)域檢測器陣列18包括許多行檢測器單元20，從而在掃描期間可同時獲取對應(yīng)于大體積的投射數(shù)據(jù)。
轉(zhuǎn)臺12的旋轉(zhuǎn)和X射線源14的操作是受CT系統(tǒng)10的控制機構(gòu)26主管的?？刂茩C構(gòu)26包括X射線控制器28、其向X射線源14提供電力和定時信號，和轉(zhuǎn)臺馬達控制器30、其控制轉(zhuǎn)臺12的轉(zhuǎn)速和位置?？刂茩C構(gòu)26中的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32對來自檢測器單元20的模擬數(shù)據(jù)進行取樣，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號用于后續(xù)處理。圖像重建器34接收來自DAS 32的已取樣且數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)并進行高速圖像重建。已重建圖像作為輸入加到計算機36，其將圖像存儲在海量存儲設(shè)備38中。圖像重建器34可以是操作于計算機36上的特定硬件或軟件。
計算機36還接收從操作員經(jīng)具有鍵盤的操作臺40而來的命令和掃描參數(shù)。附屬的陰極射線管顯示器42允許操作員觀察已重建的圖像和其它來自計算機36的數(shù)據(jù)。操作員提供的命令和參數(shù)為計算機36所用，以向DAS 32、X射線控制器28和轉(zhuǎn)臺馬達控制器30提供控制信號和信息。此外，計算機36操作控制機動化桌面46的桌面馬達控制器44，以將病人22置入轉(zhuǎn)臺12。特別地，桌面46移動病人22的部位通過轉(zhuǎn)臺開口48。
在一個實施例中，計算機36包括設(shè)備50，例如軟盤驅(qū)動器或CD-ROM驅(qū)動器，用來讀取來自軟盤或CD-ROM等計算機可讀媒介52的指令和/或數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，計算機36執(zhí)行存儲在固件(未圖示)中的指令。計算機36被編程以執(zhí)行此處所述的功能，而如此處使用地，術(shù)語計算機不僅限于本技術(shù)領(lǐng)域稱作為計算機的集成電路，而是廣泛地指計算機、處理器、微控制器、微機、可編程邏輯控制器、特定應(yīng)用集成電路和其它可編程電路，而這些術(shù)語在此互換使用。此外，盡管是在醫(yī)學設(shè)置中說明地，但可以想見，本發(fā)明對所有CT系統(tǒng)皆有裨益，包括工業(yè)CT系統(tǒng)，諸如但不限于行李掃描CT系統(tǒng)，其通常用于運輸中心，諸如但不限于機場或火車站。
圖3是流程圖，描繪了一種方法60，用來使用計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)10來計算空間固定的器官中的體積灌注。方法60包括62-放置區(qū)域檢測器18，從而區(qū)域檢測器18對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)；64-以電影模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取代表空間固定的器官中的組織動態(tài)的數(shù)個投射數(shù)據(jù)；66-使用投射數(shù)據(jù)生成組織的對照動態(tài)的重建；和68-使用代表組織動態(tài)的重建投射數(shù)據(jù)計算器官中的體積灌注。
在使用中，如大腦的空間固定的器官22被放置在輻射源14和區(qū)域檢測器18之間，從而區(qū)域檢測器18對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，即放置區(qū)域檢測器18以便包圍對于全部視角的大腦22的視野。在一個實施例中，從區(qū)域檢測器18發(fā)射的數(shù)個信號被數(shù)字化，而數(shù)行區(qū)域檢測器18被同時數(shù)字化，從而區(qū)域檢測器18讀出的取樣頻率是例如每秒120幀。在某些區(qū)域檢測器讀出方案中，若4行區(qū)域檢測器18被同時復用為數(shù)字化電子電路，則每旋轉(zhuǎn)一圈、在2秒的掃描中即可獲取空間固定的器官22的960張視圖。系統(tǒng)10以電影模式操作，從而當包括區(qū)域檢測器18的轉(zhuǎn)臺12以每秒約0.5圈的速度旋轉(zhuǎn)時，在每個視位置處測量空間固定的器官22中對照媒介的攝取和泄出的投射數(shù)據(jù)的取樣頻率約是2秒。
因此，使用取樣理論并假設(shè)在轉(zhuǎn)臺12的特定位置處的投射數(shù)據(jù)具有低頻內(nèi)容而且不違反恩奎司特取樣定理，則對于各視角在任何時刻處的投射數(shù)據(jù)皆可計算并接著被重建。因此，在任何時刻皆可計算被成像的空間固定的器官22中的對照動態(tài)。在一個實施例中，使用方法60對至少一種已知灌注算法逐條詳細說明處理步驟。此外可實現(xiàn)體積灌注分析，因為區(qū)域檢測器18同時測量用于完整空間固定的器官22的投射數(shù)據(jù)。在一個實施例中，過濾取樣后的投射數(shù)據(jù)并在任何時刻內(nèi)插(interpolated)，從而有助于使用信號處理技術(shù)來減小噪聲和改進時間分辨率，因為在特定時刻使用數(shù)個獲取值來生成投射數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，減小了轉(zhuǎn)臺12的速度并施行處理步驟，從而有助于增加用于重建的視圖。在另一個實施例中，可通過比第一數(shù)量的行更少數(shù)量的行的數(shù)字化來減小區(qū)域檢測器18的軸覆蓋，從而增加用于重建的視圖。在另一個實施例中，可通過比區(qū)域檢測器18的第一數(shù)量的行更多數(shù)量的行的復用和數(shù)字化來減小區(qū)域檢測器18的軸分辨率，從而增加用于重建的視圖。
在示例性實施例中，系統(tǒng)10有助于計算體積灌注測量值、其包括在對照動態(tài)的重建中增加的時間分辨率，和在投射數(shù)據(jù)中增加的信噪比，以改進重建圖像中的圖像質(zhì)量。系統(tǒng)10還有助于使用區(qū)域檢測器技術(shù)來增加用于灌注計算的軸覆蓋。此外，投射數(shù)據(jù)在特定時刻內(nèi)插，因此CT重建中投射數(shù)據(jù)的時間平均達到最小化。為解析投射圖像中的對照動態(tài)而在內(nèi)插處理中使用的信號處理也有助于減小噪聲測量值。
圖4是流程圖，描繪了一種方法80，用來使用具有視野的計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)來得到空間固定的器官的數(shù)據(jù)。方法80包括82-放置一個區(qū)域檢測器，從而使該區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)，84-以電影模式操作CT成像系統(tǒng)，以獲取代表空間固定的器官的數(shù)個投射數(shù)據(jù)，86-過濾獲取的投射數(shù)據(jù)，以提供帶有改進信噪比的數(shù)據(jù)，88-將投射數(shù)據(jù)內(nèi)插于任何時刻，90-重建過濾的時間解析的投射數(shù)據(jù)，和92-使用代表組織動態(tài)的投射數(shù)據(jù)的重建來計算器官中的體積灌注。方法80還包括以所選頻率過濾獲取的投射數(shù)據(jù)。方法80中的過濾步驟86或內(nèi)插步驟88可依某些成像應(yīng)用而酌情省略。
因而，系統(tǒng)10允許增強的容積體積灌注測量，改進在人類組織的對照動態(tài)的重建中的時間分辨率，并改進投射數(shù)據(jù)的信噪比，以改進重建的圖像質(zhì)量，并改進人類組織的灌注估算。
盡管本發(fā)明是就各種具體實施例而說明的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到本發(fā)明可在權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)修改的情形實施。盡管在此包含了第三代CT成像系統(tǒng)的具體論述，但也可使用第四代CT系統(tǒng)(固定檢測器和旋轉(zhuǎn)X射線源)和第五代CT系統(tǒng)(固定檢測器和固定X射線源)以施行該方法、成像系統(tǒng)和以程序編碼的計算機可讀媒介。此處說明的信號處理方法還可與現(xiàn)存CT系統(tǒng)一起使用，以改進投射數(shù)據(jù)的信噪比并改進對照動態(tài)的時間分辨率，以改進諸如大腦等器官內(nèi)的對照動態(tài)重建圖像的圖像質(zhì)量。使用這些方法可減小給予病人的離子輻射的劑量，以提高病人安全，同時達到病人內(nèi)組織的對照動態(tài)重建圖像的同樣的圖像質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)(10)，用來計算空間固定的器官中的體積灌注，包括輻射源(14)；區(qū)域檢測器(18)；和計算機(36)，在操作上耦合至所述輻射源和所述區(qū)域檢測器，配置所述計算機以便放置(62)區(qū)域檢測器，從而使所述區(qū)域檢測器對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)；以電影模式操作(64)所述CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)；使用所述投射數(shù)據(jù)生成(66)組織的對照動態(tài)的重建；和使用代表所述組織動態(tài)的所述投射數(shù)據(jù)計算(68)所述器官中的所述體積灌注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中所述計算機(36)進一步配置為復用所述區(qū)域檢測器(18)的第一數(shù)量的行，從而所述區(qū)域檢測器的取樣頻率增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中放置(62)區(qū)域檢測器(18)使得所述區(qū)域檢測器包圍所述成像系統(tǒng)的視野內(nèi)的空間固定的器官，所述計算機進一步配置為放置區(qū)域檢測器使得所述區(qū)域檢測器包圍大腦的視野。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中以電影模式操作(64)所述CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，其包括操作所述CT成像系統(tǒng)，所述計算機(36)進一步配置為以電影模式操作所述CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，從而在每個視位置處測量空間固定的器官中對照媒介的攝取和泄出的投射數(shù)據(jù)是以合適頻率取樣的，以體現(xiàn)信號的特征。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中所述計算機(36)進一步配置為復用一數(shù)量的區(qū)域檢測器(18)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中所述計算機(36)進一步配置為(88)將數(shù)個投射數(shù)據(jù)內(nèi)插于特定時刻，從而允許以改進的時間分辨率生成重建。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中所述計算機(36)進一步配置為在各視角過濾(86)投射數(shù)據(jù)，以減小測量中的噪聲，從而允許以改進的圖像質(zhì)量生成重建。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT成像系統(tǒng)(10)，其中在各視角過濾(86)投射數(shù)據(jù)以減小測量中的噪聲，允許減小作用于病人(22)的劑量。
9.一種計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)(10)，用來計算空間固定的器官中的體積灌注，包括輻射源(14)；區(qū)域檢測器(18)；和計算機(36)，在操作上耦合至所述輻射源和所述區(qū)域檢測器，所述計算機被配置為放置(62)區(qū)域檢測器，從而使所述區(qū)域檢測器對于全部視角、包圍包括大腦的視野；和以電影模式操作(64)所述CT成像系統(tǒng)，以獲取數(shù)個投射數(shù)據(jù)、其代表空間固定的器官中的組織動態(tài)，從而在每個視位置處測量對照媒介的攝取和泄出的投射數(shù)據(jù)是以合適頻率取樣的，以體現(xiàn)信號的特征。
全文摘要
一種方法(60)，用來使用計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)(10)來計算空間固定的器官中的體積灌注，該方法包括放置(62)區(qū)域檢測器(18)，從而區(qū)域檢測器18對于全部視角、將一個空間固定的器官包圍在成像系統(tǒng)的視野內(nèi)；以電影模式操作(64)CT成像系統(tǒng)，以獲取代表空間固定的器官中的組織動態(tài)的數(shù)個投射數(shù)據(jù)；處理投射數(shù)據(jù)；和使用(68)代表組織動態(tài)的投射數(shù)據(jù)的重建計算器官中的體積灌注。
文檔編號A61B6/03GK1509685SQ20031011795
公開日2004年7月7日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者彼得·M·埃迪克, 彼得 M 埃迪克 申請人:通用電氣公司