用来计算体积灌注的方法和设备 【技术领域】
本发明一般涉及计算机断层扫描(CT)成像并具体涉及一种设备和方法，用来使用数字区域检测器技术从组织衰减特征的时间重建来计算体积灌注。
背景技术
在至少一个已知的“第三代”CT系统中，在病人的有限轴覆盖内不断地获取投射数据，以充分测量在被成像器官中对照媒介(contrast agent)的摄取(uptake)和泄出(washout)。此外，多达十六片投射数据的切片被获取、重建、并同时被处理，用于灌注评价，这些投射数据可以使用目前的多行检测器来完成。已知CT系统的扫描速度足以用来对小体积器官内组织的对照动态(contrast dynamics)进行取样；不过，扫描速度却不足以用来对诸如大脑的被成像的整个器官的对照动态进行取样，因为螺旋扫描协议(protocol)是必要的。
【发明内容】
在一方面，提供了一种方法，用来使用计算机断层扫描(CT)成像系统来计算空间固定(spatially stationary)的器官中的体积灌注。该方法包括放置区域检测器，从而使该区域检测器对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，以电影(cine)模式操作CT成像系统，以获取数个投射数据、其代表空间固定的器官中地组织动态，处理投射数据，重建投射数据，并使用代表组织动态的投射数据的重建计算器官中的体积灌注。
在另一方面，提供了一种计算机断层扫描(CT)成像系统，用来计算空间固定的器官中的体积灌注。该CT成像系统包括辐射源、区域检测器和计算机、其在操作上耦合至辐射源和区域检测器。计算机配置为放置区域检测器，从而使该区域检测器对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，以电影模式操作CT成像系统，以获取数个投射数据、其代表空间固定的器官中的组织动态，并使用代表组织动态的投射数据的重建计算器官中的体积灌注。
在又一方面，提供了一种以程序编码的计算机可读媒介。媒介配置为命令计算机放置区域检测器，从而使该区域检测器对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，以电影模式操作CT成像系统，以获取数个投射数据、其代表空间固定的器官中的组织动态，处理投射数据，重建投射数据，并使用代表组织动态的投射数据的重建计算器官中的体积灌注。
在又一方面，提供了一种方法，用来使用具有视野的计算机断层扫描(CT)成像系统来得到空间固定的器官的数据。该方法包括放置区域检测器，从而使该区域检测器对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，以电影模式操作CT成像系统，以获取数个投射数据、其代表空间固定的器官，并过滤获取的投射数据，以提供带有改进信噪比的数据。
【附图说明】
图1是CT成像系统的图示。
图2是图1所示系统的原理框图。
图3是流程图，描绘了一种方法，用来使用计算机断层扫描(CT)成像系统来计算空间固定的器官中的体积灌注。
图4是流程图，描绘了一种方法，用来使用计算机断层扫描(CT)成像系统来得到空间固定的器官中的数据。
【具体实施方式】
此处所述的方法和设备阐述了获取投射数据、其允许使用区域检测器技术改进计算器官中的体积灌注。体积灌注指的是由投射数据的重建计算平均传输时间、血体积、和/或血流量，或这些量的任意组合而成的一种数学度量。所述的方法有助于减小CT成像系统限制，如转台(gantry)扫描速度。此外，此处所述的方法有助于减小噪声并改进对照增强测量值的与转台扫描速度有关的时间分辨率，以改进在灌注计算中使用的去卷积处理的稳定性和精确度。
在某些已知的CT成像系统构成中，X射线源投射了一束扇形束、其准直在笛卡儿坐标系的X-Y平面内并一般被称为“成像平面”。X射线束贯穿如病人的被成像目标。该束在被目标衰减之后入射在辐射检测器阵列上。在检测器阵列处收到的衰减后的辐射束强度取决于X射线束被目标的衰减。阵列的各检测器单元产生分离的作为在检测器位置处射线束强度的测量值的电信号。来自全部检测器的强度测量值是分开获取的，以产生传送断面图。
在第三代CT系统中，X射线源和检测器阵列与转台一起在成像平面内绕被成像目标旋转，从而X射线束与目标所成的交角持续变化。来自一转台角度处的检测器阵列的一组X射线衰减测量值、即投射数据，被称为“视图”。该目标的“扫描”包括在X射线源和检测器绕被成像目标旋转一周期间、在不同转台角度或视角处所作的视图集合。
在轴扫描中，处理投射数据以构建与贯穿目标得到的二维切片对应的图像。一种用来从投射数据集合重建图像的方法在本技术领域称为过滤后投射(filtered back-projection)技术。此处理将来自扫描的衰减测量值转换成叫做“CT数”或“亨氏单位(Hounsfield units)”的整数，其被用来控制阴极射线管显示器上对应像素的亮度。
为减小总扫描时间，可进行“螺旋”扫描。为进行“螺旋”扫描，在移动病人的同时获取用于规定数量的切片的数据。这种系统从扇形束螺旋扫描生成单螺旋。由扇形束映射出的螺旋产出投射数据，从该数据可重建各规定切片中的图像。
对于用于螺旋扫描的重建算法通常使用螺旋加权算法，其将收集到的数据加权作为视角和检测器通道指数的函数。具体地，在过滤后投射处理之前，根据螺旋加权因子对数据进行加权，该螺旋加权因子是转台角度与检测器角度二者的函数。接着处理加权数据以生成CT数并构建与贯穿目标得到的二维切片对应的图像。
如这里使用地，以单数陈述和前面带有冠词“a”或“an”的单元或步骤应理解为不排除复数个所述单元或步骤，除非明确声明此排除。进而，参照本发明的“一个实施例”无意被解释成排除也包含陈述特征的其它实施例的存在。
如这里使用地，“重建图像”一词无意排除本发明这样的实施例：即生成了代表图像的数据却没有生成可视图像。不过，许多实施例生成(或配置成可生成)至少一张可视图像。
参照图1和图2，多切片扫描成像系统，例如计算机断层扫描(CT)成像系统10，被显示为包括转台12，代表“第三代”CT成像系统。转台12具有X射线源14，向转台12对面上的检测器阵列18投射一束X射线16。检测器阵列18由数个包括数个检测器单元20的检测器行(未图示)形成，一起传感贯穿如体格检查病人22的目标的投射X射线。每个检测器单元20产生代表入射X射线束强度的电信号，并从此能估算与转台12上未放置病人时测量的电信号比较时、射线束贯穿目标或病人时的衰减。在扫描以获取X射线投射数据期间，转台12和安装在其上的组件绕旋转中心24旋转。图2仅显示单行检测器单元20(即检测器行)。不过，多切片检测器阵列18包括数个平行的检测器单元20的检测器行，从而在扫描期间可同时获取与数个准平行或平行切片对应的投射数据。再者，区域检测器阵列18包括许多行检测器单元20，从而在扫描期间可同时获取对应于大体积的投射数据。
转台12的旋转和X射线源14的操作是受CT系统10的控制机构26主管的。控制机构26包括X射线控制器28、其向X射线源14提供电力和定时信号，和转台马达控制器30、其控制转台12的转速和位置。控制机构26中的数据获取系统(DAS)32对来自检测器单元20的模拟数据进行取样，并将数据转换成数字信号用于后续处理。图像重建器34接收来自DAS 32的已取样且数字化的X射线数据并进行高速图像重建。已重建图像作为输入加到计算机36，其将图像存储在海量存储设备38中。图像重建器34可以是操作于计算机36上的特定硬件或软件。
计算机36还接收从操作员经具有键盘的操作台40而来的命令和扫描参数。附属的阴极射线管显示器42允许操作员观察已重建的图像和其它来自计算机36的数据。操作员提供的命令和参数为计算机36所用，以向DAS 32、X射线控制器28和转台马达控制器30提供控制信号和信息。此外，计算机36操作控制机动化桌面46的桌面马达控制器44，以将病人22置入转台12。特别地，桌面46移动病人22的部位通过转台开口48。
在一个实施例中，计算机36包括设备50，例如软盘驱动器或CD-ROM驱动器，用来读取来自软盘或CD-ROM等计算机可读媒介52的指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机36执行存储在固件(未图示)中的指令。计算机36被编程以执行此处所述的功能，而如此处使用地，术语计算机不仅限于本技术领域称作为计算机的集成电路，而是广泛地指计算机、处理器、微控制器、微机、可编程逻辑控制器、特定应用集成电路和其它可编程电路，而这些术语在此互换使用。此外，尽管是在医学设置中说明地，但可以想见，本发明对所有CT系统皆有裨益，包括工业CT系统，诸如但不限于行李扫描CT系统，其通常用于运输中心，诸如但不限于机场或火车站。
图3是流程图，描绘了一种方法60，用来使用计算机断层扫描(CT)成像系统10来计算空间固定的器官中的体积灌注。方法60包括：62-放置区域检测器18，从而区域检测器18对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内；64-以电影模式操作CT成像系统，以获取代表空间固定的器官中的组织动态的数个投射数据；66-使用投射数据生成组织的对照动态的重建；和68-使用代表组织动态的重建投射数据计算器官中的体积灌注。
在使用中，如大脑的空间固定的器官22被放置在辐射源14和区域检测器18之间，从而区域检测器18对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，即放置区域检测器18以便包围对于全部视角的大脑22的视野。在一个实施例中，从区域检测器18发射的数个信号被数字化，而数行区域检测器18被同时数字化，从而区域检测器18读出的取样频率是例如每秒120帧。在某些区域检测器读出方案中，若4行区域检测器18被同时复用为数字化电子电路，则每旋转一圈、在2秒的扫描中即可获取空间固定的器官22的960张视图。系统10以电影模式操作，从而当包括区域检测器18的转台12以每秒约0.5圈的速度旋转时，在每个视位置处测量空间固定的器官22中对照媒介的摄取和泄出的投射数据的取样频率约是2秒。
因此，使用取样理论并假设在转台12的特定位置处的投射数据具有低频内容而且不违反恩奎司特取样定理，则对于各视角在任何时刻处的投射数据皆可计算并接着被重建。因此，在任何时刻皆可计算被成像的空间固定的器官22中的对照动态。在一个实施例中，使用方法60对至少一种已知灌注算法逐条详细说明处理步骤。此外可实现体积灌注分析，因为区域检测器18同时测量用于完整空间固定的器官22的投射数据。在一个实施例中，过滤取样后的投射数据并在任何时刻内插(interpolated)，从而有助于使用信号处理技术来减小噪声和改进时间分辨率，因为在特定时刻使用数个获取值来生成投射数据。
在一个实施例中，减小了转台12的速度并施行处理步骤，从而有助于增加用于重建的视图。在另一个实施例中，可通过比第一数量的行更少数量的行的数字化来减小区域检测器18的轴覆盖，从而增加用于重建的视图。在另一个实施例中，可通过比区域检测器18的第一数量的行更多数量的行的复用和数字化来减小区域检测器18的轴分辨率，从而增加用于重建的视图。
在示例性实施例中，系统10有助于计算体积灌注测量值、其包括在对照动态的重建中增加的时间分辨率，和在投射数据中增加的信噪比，以改进重建图像中的图像质量。系统10还有助于使用区域检测器技术来增加用于灌注计算的轴覆盖。此外，投射数据在特定时刻内插，因此CT重建中投射数据的时间平均达到最小化。为解析投射图像中的对照动态而在内插处理中使用的信号处理也有助于减小噪声测量值。
图4是流程图，描绘了一种方法80，用来使用具有视野的计算机断层扫描(CT)成像系统来得到空间固定的器官的数据。方法80包括：82-放置一个区域检测器，从而使该区域检测器对于全部视角、将一个空间固定的器官包围在成像系统的视野内，84-以电影模式操作CT成像系统，以获取代表空间固定的器官的数个投射数据，86-过滤获取的投射数据，以提供带有改进信噪比的数据，88-将投射数据内插于任何时刻，90-重建过滤的时间解析的投射数据，和92-使用代表组织动态的投射数据的重建来计算器官中的体积灌注。方法80还包括以所选频率过滤获取的投射数据。方法80中的过滤步骤86或内插步骤88可依某些成像应用而酌情省略。
因而，系统10允许增强的容积体积灌注测量，改进在人类组织的对照动态的重建中的时间分辨率，并改进投射数据的信噪比，以改进重建的图像质量，并改进人类组织的灌注估算。
尽管本发明是就各种具体实施例而说明的，但本领域技术人员应认识到：本发明可在权利要求的精神和范围之内修改的情形实施。尽管在此包含了第三代CT成像系统的具体论述，但也可使用第四代CT系统(固定检测器和旋转X射线源)和第五代CT系统(固定检测器和固定X射线源)以施行该方法、成像系统和以程序编码的计算机可读媒介。此处说明的信号处理方法还可与现存CT系统一起使用，以改进投射数据的信噪比并改进对照动态的时间分辨率，以改进诸如大脑等器官内的对照动态重建图像的图像质量。使用这些方法可减小给予病人的离子辐射的剂量，以提高病人安全，同时达到病人内组织的对照动态重建图像的同样的图像质量。