基于谱成像的决策支持、处置规划和/或介入引导的制作方法

下文总体上涉及基于谱成像的决策支持、处置规划和/或介入引导并且结合对计算机断层摄影(CT)的具体应用加以描述；然而，下文还适用于其他成像模态。

背景技术：

经受胸部疼痛的人常常死亡在急诊室(ER)中。通常，胸部疼痛可以是许多状况的症状，该许多状况包括心源性和非心源性的。这样的人可能没有心脏病史，并且胸部疼痛的起源可能是未知的。用来诊断人的典型方法是排除胸部疼痛的某些原因(鉴别诊断)，例如心肌梗死(MI或心脏病发作)、肺栓塞、胸主动脉夹层等。ER的标准流程是测试肌钙蛋白(肌肉的蛋白)水平并且执行心电图(ECG)以获得表示心脏的电活动的信号。

ER医师最后必须在准许人入院观察与利用另外的门诊患者管理测试人或准许人出院之间做出决策。不正确地准许具有急性冠脉综合症(ACS)的人出院可能导致死亡。结果，决策的钟摆通常偏向入院，这使人暴露于其他患者的病原体并产生医疗保健成本。由于ACS而入院的患者通常经历心电遥测、若干ECG、在12至24小时内重复的心肌肌钙蛋白化验，该心肌肌钙蛋白化验如果是阴性的，则继而进行无创心脏应激试验。遗憾的是，这样的试验被执行在若干小时内，这延误决策、给人造成不便并且导致过夜住院治疗。

常规的CT扫描器通常包括被安装在可旋转机架上的X射线管，X射线管跨检查区域与探测器阵列相对。可旋转机架以及由此的X射线管能够在系统控制下绕检查区域旋转。可旋转机架以及由此的X射线管也能够被停靠或被保持在相对于检查区域的静态角位置。X射线管被配置为发射贯穿检查区域并由探测器阵列探测的辐射。探测器阵列作为响应生成并输出指示所探测到的辐射的信号。该信号被重建以生成体积图像数据。

图像数据包括以对应于相对辐射密度的灰度值表示的体素，相对辐射密度反映被扫描对象的衰减特性并且通常显示出被扫描对象内的结构，例如解剖结构。由于材料对光子的吸收取决于光子贯穿材料的能量，所以所探测到的辐射还包括谱信息，谱信息提供指示对象的被扫描材料的元素或材料构成(例如，原子序数)。遗憾的是，常规CT数据反映不出谱特性，因为由探测器阵列输出的信号与在能量谱上积分的能量通量成比例。

谱CT扫描器捕获上面提到的谱特性。通常，谱CT扫描器可以包括发射具有不同平均谱的辐射的两个或更多个X射线管、在不同发射电压之间切换的一个X射线管和/或X射线管与能量分辨探测器(例如，光子计数、具有不同谱灵敏度的至少两个光电二极管等)以及鉴别电子设备。K边缘谱成像利用以下现象：高Z元素相对于衰减刚好低于K边缘能量的光子倾向于将光子衰减到特定能量(给定元素的K边缘能量)之上的高得多的程度。能够使用能量分辨探测器来探测衰减行为的不连续性。

于2011年4月28日提交并被授权给皇家飞利浦电子有限公司的名称为“SPECTRAL IMAGING”的专利申请序列号61/479866描述这样的方法，在该方法中，使用谱CT和K边缘成像经由扫描前2D投影图像和/或体积图像数据来评价易损斑块以将ER中具有ACS的患者与胸部疼痛的其他原因区分开来并且为介入流程提供准许人出院或入院的筛选，通过引用将该申请整体并入本文中。在介入流程期间已经利用荧光透视来引导介入流程，荧光透视将人暴露于另外的辐射，这可能增加癌症的风险。因此，存在利用介入流程前图像数据来帮助介入流程和/或降低患者剂量的未解决的需求。

技术实现要素：

本文描述的各方面解决上面提及的问题和其他问题。

在一个方面中，一种方法包括：获得第一谱图像数据，所述第一谱图像数据包括至少第一分量，所述第一分量对应于当在对象中存在靶向的第一基于K边缘的造影剂的靶时被施予向所述对象的所述靶向的第一基于K边缘的造影剂；将所述第一谱图像数据分解成至少所述第一分量；重建所述第一分量由此生成所述靶向的第一K边缘造影剂的第一图像；确定在所述第一图像中是否存在所述靶向的第一K边缘造影剂；并且响应于确定在所述第一图像中存在所述靶向的第一K边缘造影剂来生成指示在所述第一图像中存在所述靶向的第一K边缘造影剂的信号。

在另一方面中，一种处理装置包括信号分解器，所述信号分解器将第一谱图像数据分解成至少第一分量，其中，所述第一谱图像数据包括所述至少第一分量，所述第一分量对应于当在对象中存在靶向的第一基于K边缘的造影剂的靶时被施予向所述对象的所述靶向的第一基于K边缘的造影剂。所述处理装置还包括第一K边缘分量重建器，所述第一K边缘分量重建器重建所述第一分量由此生成所述靶向的第一K边缘造影剂的第一图像。所述处理装置还包括决策支持系统，所述决策支持系统评价所述第一图像并确定在所述第一图像中是否存在所述靶向的第一K边缘造影剂并且响应于确定在所述第一图像中存在所述靶向的第一K边缘造影剂来生成指示在所述第一图像中存在所述靶向的第一K边缘造影剂的信号。

在另一方面中，一种方法包括：执行对对象的谱扫描，在所述谱扫描中，单次扫描对被施予向对象的至少两种不同的K边缘造影剂进行成像从而生成谱图像数据，其中，所述至少两种不同的K边缘造影剂包括对脉管斑块具有亲和力的靶向的第一K边缘造影剂和第二血池K边缘造影剂；将所述谱图像数据分解成至少两个分量，所述至少两个分量包括对应于所述第一靶向的第一K边缘造影剂的第一分量和对应于第二血池K边缘造影剂的第二分量；基于所述第一分量来生成所述脉管斑块的第一谱图像并基于所述第二分量来生成血管造影图；并且至少基于所述第一图像和所述血管造影图来生成介入流程计划。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不得被解释为对本发明的限制。

图1示意性地图示与成像数据处理装置相连的谱成像装置，所述成像数据处理装置生成帮助介入流程的数据。

图2图示用于帮助介入流程的范例方法，在所述方法中，使用单次扫描来采集图像数据，所述图像数据包括对应于靶向的K边缘造影剂和血池K边缘造影剂的分量。

图3图示用于帮助介入流程的范例方法，在所述范例方法中，使用两次不同的扫描来采集针对靶向的K边缘造影剂和血池K边缘造影剂的图像数据。

图4图示在其中使用两次不同的扫描来采集针对靶向的K边缘造影剂和常规(非谱)血池造影剂的图像数据的范例方法。

具体实施方式

下文描述谱成像方法，在所述谱成像方法中，采用靶向于脉管中的斑块的靶向的第一K边缘造影剂来生成对应于所述斑块的第一K边缘图像(或斑块图像)，所述第一K边缘图像被用来帮助确定在脉管中是否存在斑块，并且如果是的话，是否要执行介入流程来处置所述斑块。如果确定要执行介入流程，则使用斑块图像和血池图像两者来规划介入流程，并且使用介入流程计划以及所述图像中的一幅或全部两幅来执行和引导介入流程。

如以下更详细地描述的，在一个实例中，来自单次扫描的图像数据包括对应于第一造影剂和(被用来生成血池图像的)第二血池造影剂的分量，第一造影剂和第二血池造影剂两者都是基于K边缘的造影剂。这相对于执行两次单独的扫描而言允许减少剂量和扫描时间。以下还更详细地描述的是，在另一实例中，执行单独的扫描，其中，第二血池造影剂仅在找到斑块并且安排介入时被施予。这允许减少造影剂暴露，除非发现斑块。在该实例中，第二血池造影剂可以是基于K边缘的造影剂或基于常规的(非谱)造影剂。

转到图1，系统101包括成像装置100和成像数据处理装置103，成像数据处理装置103处理由成像装置100和/或其他成像装置生成的信号。在另一实施例中，成像数据处理装置103的部件中的至少一个能够是成像装置100的一部分。

图示的成像装置100包括计算机断层摄影(CT)扫描器。成像装置100包括大体固定机架102和旋转机架104，旋转机架104可旋转地由固定机架102支撑。旋转机架104关于纵轴或z轴绕检查区域106旋转。诸如卧榻的对象支撑物108将人类或动物患者或目标支撑在检查区域106中。对象支撑物108可与扫描协调一致地移动，从而在扫描之前、期间和/或之后相对于检查区域106引导对象或目标。

诸如X射线管的辐射源110由旋转机架104支撑并且发射贯穿检查区域106的多能量/多色辐射。辐射敏感探测器阵列112跨检查区域106位于辐射源110的对面并且探测横贯检查区域106的辐射。图示的辐射敏感探测器阵列112包括能量分辨探测器，例如直接转换探测器和/或基于闪烁体/光电二极管的多谱探测器。辐射敏感探测器阵列112可以包括沿着z轴相对于彼此布置的一行或多行探测器。辐射敏感探测器阵列112生成并输出指示所述辐射的信号。

信号分解器114将所述信号分解成能量相关的分量。例如，所述信号能够被分解成康普顿分量、光电分量以及表示一种或多种施予的造影剂的一种或多种K边缘材料的一个或多个K边缘分量。在一个实例中，第一K边缘造影剂是对脉管斑块具有亲和力的靶向的造影剂，而第二K边缘造影剂是血池造影剂。在对单次扫描施予造影剂的情况下，K边缘能量由适当的量(例如，5keV或更大的keV)分开以规避例如第一K边缘造影剂循环通过循环系统并被误认为是第二K边缘造影剂。

合适的信号分解算法包括最大似然信号分解算法和/或其他信号分解算法。合适的信号分解方法的范例被描述在于2007年12月14日提交的、国际申请序列号为PCT/IB2007/055105、公布为WO2008/078231A1并被授权给皇家飞利浦电子有限公司的申请中，通过引用将该申请整体并入本文中。合适的信号分解方法的另一范例被描述在E.Roessl and和R.Proksa的文章“K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors”(Phys.Med.Biol.，2007年，52，第4679-4696页)中。本文也预见其他信号分解方法。

图像生成器116处理所述信号和/或经分解的分量中的一个或多个并生成指示所述信号和/或经分解的分量中的一个或多个的一幅或多幅图像。在图示的实施例中，图像生成器116包括第一K边缘分量重建器118和第二K边缘分量重建器120，其中，第一K边缘分量重建器118处理对应于第一K边缘能量的经分解的分量并生成第一图像，第二K边缘分量重建器120处理对应于第二不同的K边缘能量的经分解的分量并生成第二图像。尽管被示出为两个单独的重建器，但是重建器118和120能够是相同的重建器。

决策支持系统(DCS)124评价由图像生成器116生成的(一幅或多幅)图像并生成指示评价结果的信号。通过举例的方式，在靶向的第一K边缘造影剂靶向脉管斑块的情况下，DCS 124能够评价第一图像并确定所述图像是否包括具有表示脉管斑块的值的体素。在所述体素指示存在脉管斑块的情况下，DCS 124能够生成指示存在脉管斑块的信号、经由造影剂的量来指示脉管斑块的数量的信号、指示脉管斑块的位置的信号、指示推荐的动作过程的信号等。

推荐的动作过程的范例是采集血管造影图，例如以用于对对象的扫描，其中，仅对所述扫描施予脉管斑块靶向的K边缘造影剂并且不对所述扫描施予血池造影剂。在这种情况下，能够利用成像装置100来执行具有血池K边缘造影剂的第二扫描。推荐的动作过程的另一范例是生成介入流程计划并基于所述介入流程计划来执行介入流程。特定的推荐的动作过程能够基于一组预定规则或以其他方式。

处置规划器126帮助生成介入处置计划，自动地和/或手动地与用户交互。在图示的实施例中，处置规划器126基于脉管斑块图像、血池图像和/或其他数据，响应于DCS 124推荐介入计划的生成和/或指示用户采用处置规划器126的输入而做到这一点。处置规划器126视觉呈现处置计划并且能够将处置计划转发到另一计算系统，例如位于要在其中执行介入的介入治疗室中的计算系统。

图像生成器116、DCS 124和/或处置规划器126可以支持已知的和/或其他的图像处理工具，例如缩放、剪影、分割等，并且能够经由显示器122呈现单独的图像、组合的图像、操纵图像等。例如，显示器122能够视觉显示一幅或多幅结构图像、一幅或多幅造影图像、量化的造影材料水平(例如，以数字方式和/或通过颜色编码、突出显示等)、推荐的动作过程、介入处置计划等。这样的数据能够基于默认设置、用户偏好等来显示。所述数据也能够被传送到PACS、RIS、HIS和/或其他存储系统。

通用计算机充当操作员控制台128。控制台128包括诸如监视器或显示器的人类可读输出设备以及诸如键盘和鼠标的输入设备。驻留在控制台128上的软件允许操作员经由图形用户接口(GUI)或以其他方式与扫描器100交互。该交互可以包括选择扫描协议、启动扫描等，所述扫描协议例如为脉管斑块协议、血池协议和/或其他K边缘成像协议或非K边缘扫描协议。

注射器130被配置为注射造影剂，例如K边缘脉管斑块靶向的造影剂、K边缘脉管血池剂、常规(非谱)造影剂和/或其他造影剂。图示的注射器130由控制台128控制，控制台128触发或启动注射器130以与启动扫描协调一致地施予造影剂材料使得在单个呼吸周期期间扫描感兴趣组织的峰造影摄取和增强。(一种或多种)造影剂能够额外地或备选地由临床医师等手动施予。在手动施予造影剂的情况下，能够省略注射器130。

合适的靶向的(例如，组织特异性)造影剂包括对特定靶(例如，脉管斑块的纤维蛋白)具有亲和力的具体纳米粒子以及具有已知的K边缘能量的K边缘材料。这样的纳米粒子能够基于诸如铋、金、钆的元素和/或具有在诊断用X射线能量带宽内(例如，20-140keV)的K边缘值的其他元素。使用合适的造影剂材料的谱CT的范例应用被讨论在Pan等人的文章“Computed Tomography in Color:NanoK-Enhanced Spectral CT Molecular Imaging”(Angew.Chem.Int.Ed.，2010年，49，第9635-9639页)中。

接下来对变型进行讨论。

在变型中，所述脉管斑块和所述血池图像中的一幅或两幅能够使用不同的成像装置来生成。例如，所述血池扫描能够利用另一谱CT扫描器等来执行。

在另一变型中，所述血池图像使用常规减影血管造影算法(或者备选地通过阈值化)，例如通过确定参考图像(非造影图像)与利用常规(或非谱)成像装置采集的图像之间的差分图像来获得，由此生成造影图像。所述参考图像能够是在没有血池造影的情况下采集的任何图像，例如脉管斑块图像和/或其他图像。在该变型中，图像生成器116包括任选的图像减影部件119(图1)，图像减影部件119执行所述减影并产生所述造影图像。

在另一变型中，成像装置100包括两个或更多个辐射源102，两个或更多个辐射源102被布置在x/y平面中相对于彼此的不同角位置，其中，辐射源102中的至少两个发射具有不同能谱的辐射。两个或更多个辐射源102中的至少两个能够在相同的扫描期间同时地或单独地被采用并且被配置为发射类似的或不同的平均发射谱。

在另一变型中，辐射源102被配置为在两个或更多个发射电压之间切换，例如，在从10kVp到160kVp的范围内的至少两个不同的发射电压之间切换。源控制器等能够逐次扫描地、在扫描的积分周期之间、积分周期内和/或以其他方式来切换辐射源电压。因此，具有不同的平均发射能谱的辐射束能够被生成并被用来扫描目标或对象。

图2、图3和图4图示用于采用图像数据来帮助确定是否应当执行介入流程、规划介入流程和/或引导介入流程的方法。

应当理解，以下动作的顺序出于解释的目的而非限制性的。因此，本文也预见其他顺序。另外，可以省略所述动作中的一个或多个和/或可以包括一个或多个其他动作。

图2图示在其中使用单次扫描来采集图像数据的范例方法，所述图像数据具有对应于靶向的K边缘造影剂和血池K边缘造影剂的分量。

在202，将第一K边缘造影剂施予向对象。如本文所讨论的，第一K边缘造影剂能够是靶向的造影剂，所述靶向的造影剂包括具有第一K边缘能量的K边缘材料并且所述靶向的造影剂被靶向于诸如脉管中的斑块的感兴趣结构。

在204，将第二K边缘造影剂施予向对象。如本文所讨论的，第二K边缘造影剂能够是血池造影剂，所述血池造影剂包括具有第二K边缘能量的K边缘材料，所述第二K边缘能量不同于第一K边缘能量。

动作202和204能够连续地(202之后204，或者204之后202)或同时地发生。

在206，使用谱成像装置来扫描对象，从而产生谱图像数据。

在208，将图像数据在谱上分解成至少两个分量，对应于第一K边缘能量的第一分量和对应于第二K边缘能量的第二分量。

在210，基于第一分量来生成第一图像并且基于第二分量来生成第二图像。

在212，评价第一图像是否存在靶向的造影剂以及由此的感兴趣结构。

在214，如果靶向的造影剂不存在，则在216准许患者出院。

在214，如果靶向的造影剂存在，则在218使用第一图像和第二图像来生成针对患者的介入处置计划。

在220，基于介入处置计划使用至少第二图像作为引导来执行介入流程。

非限制性应用包括识别脉管中的破裂斑块以及规划和引导用于对破裂斑块的处置的心脏导管插入。在该实例中，第一K边缘材料用于识别破裂斑块并且第二K边缘材料用于产生血管造影图，所述血管造影图提供关于脉管解剖结构的信息。总体上，该方法是双K边缘成像方法，在所述双K边缘成像方法中，单次扫描采集图像数据以用于生成破裂斑块图像和血管造影图两者。

相对于执行两次单独的扫描(针对每种K边缘造影剂一次)，使用两种单独的且同时施予的K边缘造影剂的单次扫描允许减少剂量和扫描时间。代替在介入流程的执行期间使用荧光透视的常规方法，通过使用所得图像(破裂斑块图像和/或血管造影图)来引导导管插入，能够进一步减少辐射剂量。

转到图3，图示在其中使用两次不同的扫描来采集针对靶向的K边缘造影剂和血池K边缘造影剂的图像数据的范例方法。

在302，将第一K边缘造影剂施予向患者。如本文所讨论的，第一K边缘造影剂是靶向的造影剂，所述靶向的造影剂包括具有第一K边缘能量的第一K边缘材料并且所述靶向的造影剂被靶向于诸如脉管斑块的感兴趣结构。

在304，使用谱成像装置来扫描患者，从而产生第一谱图像数据。

在306，将谱图像数据在谱上分解成至少第一分量，所述第一分量对应于第一K边缘能量。

在308，基于第一分量来生成第一图像。

在310，评价第一图像是否存在靶向的造影剂以及由此的感兴趣结构。

在312，如果靶向的造影剂不存在，则在314准许患者出院。

在312，如果靶向的造影剂存在，则在316将第二K边缘造影剂施予向对象。如本文所讨论的，第二K边缘造影剂是血池造影剂，所述血池造影剂包括具有第二K边缘能量的第二K边缘材料。

在318，使用相同或不同的谱成像装置来扫描患者，从而产生第二谱图像数据，所述第二谱图像数据在谱上被分解成至少第二分量，所述第二分量对应于第二K边缘能量，并且基于所述第二分量来生成第二图像。

在320，使用第一图像和第二图像来生成针对患者的介入处置计划。

在322，基于介入处置计划使用至少第二图像作为引导来执行介入流程。

同样，非限制性应用包括识别脉管中的破裂斑块以及规划和引导用于对所述斑块的处置的导管插入。类似地，第一K边缘材料用于识别破裂斑块并且第二K边缘材料用于产生血管造影图。在该实例中，对单独的扫描施予K边缘造影剂。使用第一K边缘造影剂来识别破裂斑块。

仅在识别出破裂斑块并且安排了导管插入时施予K边缘血池造影剂并且执行第二谱CT扫描以产生血管造影图。该方法避免对K边缘血池造影剂的施予，除非识别出破裂斑块并且安排了导管插入，从而减少了对造影剂的暴露，除非安排了导管插入，其中以来自第二扫描的额外剂量为权衡。

接下来在图4处，图示在其中使用两种不同的扫描来采集针对靶向的K边缘造影剂和常规(非谱)血池造影剂的图像数据的范例方法。

在402，将第一K边缘造影剂施予向患者。如本文所讨论的，第一K边缘造影剂是靶向的造影剂，所述靶向的造影剂包括具有第一K边缘能量的第一K边缘材料并且所述靶向的造影剂被靶向于诸如脉管斑块的感兴趣结构。

在404，使用谱成像装置来扫描患者，从而产生谱图像数据。

在406，将谱图像数据在谱上分解成至少第一分量，所述第一分量对应于第一K边缘能量。

在408，基于第一分量来生成第一图像。

在410，评价第一图像是否存在靶向的造影剂以及由此的感兴趣结构。

在412，如果靶向的造影剂不存在，则在414准许患者出院。

在412，如果靶向的造影剂存在，则在416基于谱图像数据来生成参考图像。所述图像是用于检测第二造影剂的存在的参考图像，因为谱图像数据是在没有第二血池造影剂的施予的情况下被采集的。

在418，将第二造影剂施予向对象。如本文所讨论的，第二造影剂是血池造影剂。

在420，使用非谱成像装置来扫描患者，从而产生第二图像数据，并且基于第二图像数据来生成第二图像。

在422，基于参考图像与第二图像之间的差来生成造影图像。

在424，使用第一图像和造影图像来生成针对患者的介入处置计划。

在426，基于介入处置计划使用至少造影图像作为引导来执行介入流程。

同样，非限制性应用包括识别脉管中的易损斑块以及规划和引导用于对易损斑块的处置的导管插入。类似地，第一K边缘材料用于识别易损斑块并且第二K边缘材料用于产生血管造影图。类似于图3，对单独的扫描施予K边缘造影剂。同样使用第一K边缘造影剂来识别易损斑块。

仅在识别出易损斑块并且安排了导管插入时施予非谱血池造影剂并执行第二CT扫描以产生血管造影图。该方法避免了对非谱血池造影剂的施予，除非识别出易损斑块并且安排了导管插入，从而降低了对造影剂的暴露，除非安排了导管插入，其中以来自第二扫描的额外剂量为权衡，并且将患者从谱扫描器移动到非谱扫描器。

以上描述的可以经由一个或多个处理器来实施，所述一个或多个处理器运行编码于或嵌入于诸如物理存储器的计算机可读存储介质上的一个或多个计算机可读指令，所述一个或多个计算机可读指令使所述一个或多个处理器执行各种动作和/或其他功能和/或动作。额外地或备选地，所述一个或多个处理器能够运行由诸如信号或载波的暂态介质承载的指令。

本文已经参考各种实施例描述了本发明。他人在阅读本文的描述后可以进行修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围内。