辐射剂量减少以及混合成像研究中的时期之间的改进的一致性的制作方法

文档序号:14915460发布日期:2018-07-11 00:35

下文总体上涉及医学成像领域,例如,发射成像(例如,正电子发射断层摄影(PET)和单光子发射计算机断层摄影(SPECT))、计算机断层摄影(CT),以及组合的发射成像/CT成像或其他混合功能成像/解剖成像。



背景技术:

一方面的发射成像技术(例如,正电子发射断层摄影(PET)和单光子发射计算机断层摄影(SPECT))与另一方面的计算机断层摄影(CT)是互补的技术。发射成像通过将放射性药物施予患者并使用探测器环或使用围绕患者旋转的探测器以断层摄影方式对由放射性药物发射的辐射进行成像来执行。通常,放射性药物被选择为聚集在特定的器官或组织中。例如,在肿瘤学PET成像中,放射性药物有时是被标记有发射正电子的放射性同位素的糖——因为癌肿瘤趋向于比正常组织更快地获取糖,肿瘤因此在PET图像中表现为热斑。因此,发射成像有时被称为功能成像,因为发射成像能够捕捉新陈代谢差异。

CT成像测量X射线通过患者的透射。断层摄影成像通常是通过围绕患者一起旋转X射线源和探测器阵列来获得的,尽管具有环状X射线源和/或探测器阵列的配置也是已知的。CT对比度归因于不同组织的不同X射线吸收,并且因此CT一般提供解剖(即,结构)信息。因此,通过采集发射图像和CT图像两者,能够经由CT图像将先前范例的癌肿瘤定位在周围解剖结构内,并且经由发射图像对先前范例的癌肿瘤的功能特性(例如,坏死的程度)进行评估。

发射成像与CT的进一步协同是CT图像能够用于构建患者的衰减图,所述患者的衰减图然后用于当重建发射数据时校正发射辐射的衰减。能够将CT图像作为患者的衰减图来查看X射线能量处的辐射,并且考虑X射线能量(通常为~100-140keV)与发射能量(例如对于PET为511keV)的差异的已知缩放因子能够用于将CT图像变换为合适的衰减图以用于发射数据重建。为了方便起见,文本中将在没有这种衰减校正的情况下重建的发射图像称为非衰减校正的发射图像或NAC发射图像(例如在PET成像的情况下为NAC-PET图像)。类似地,文本中将在对根据对应的CT图像生成的发射能量使用衰减图来进行衰减校正的情况下重建的发射图像称为衰减校正的发射图像或AC发射图像(例如在PET成像的情况下为AC-PET图像)。

鉴于发射成像与CT成像之间的这些协同,执行其中收集发射数据(PET或SPECT数据)和CT数据两者的组合的PET/CT或SPECT/CT成像时期是常见的。组合的PET/CT和SPECT/CT成像系统的商业使用反映出对这种成像组合的广泛使用,商业使用的组合成像系统例如为Vereos PET/CT成像系统和BrightView SPECT/CT成像系统,这两者都可从Koninklijke Philips N.V.(埃因霍温,荷兰)获得。在组合的发射成像/CT成像中,CT数据被重建以形成CT图像,该CT图像被进一步变换成用于在PET或SPECT数据重建中使用的衰减图,从而产生CT图像和AC-PET图像或AC-SPECT图像两者。医学人员在执行医学评估中通常将CT图像和AC发射图像两者考虑为互补信息。



技术实现要素:

在一个公开的方面中,一种成像控制器包括电子处理器,所述电子处理器被编程为执行成像方法,所述成像方法运行当前成像时期,所述当前成像时期为对象的多时期成像研究的部分。所述成像方法包括:从二进制大对象(BLOB)中检索所述成像研究的先前成像时期的成像数据采集和重建参数,所述BLOB存储针对所述成像研究的信息,针对所述成像研究的所述信息至少包括所述先前成像时期的所述成像数据采集和重建参数;利用所述先前成像时期的检索到的成像数据采集和重建参数来自动配置成像系统;在所述自动配置之后,控制所述成像系统从所述对象采集当前成像数据并重建所述当前成像数据以生成所述对象的当前图像;将在所述控制中使用的所述成像数据采集和重建参数存储在所述BLOB中,作为所述成像研究的所述当前成像时期的所述成像数据采集和重建参数。

在另一公开的方面中,一种成像控制器包括电子处理器,所述电子处理器被编程为执行减少辐射剂量的成像方法,所述减少辐射剂量的成像方法包括:使用发射成像系统从对象采集当前发射成像数据;在没有衰减校正的情况下重建所述当前发射成像数据,以生成所述对象的当前非衰减校正的发射图像;生成用于将所述对象的先前非衰减校正的发射图像空间对准到所述当前非衰减校正的发射图像的空间变换;使用所述空间变换来扭曲与所述先前非衰减校正的发射图像空间对准的先前计算机断层摄影(CT)图像,以生成扭曲的CT图像;并且利用使用所述扭曲的CT图像执行的衰减校正来重建所述当前发射成像数据,以生成所述对象的当前衰减校正的发射图像。

在另一公开的方面中,一种成像控制器包括电子处理器,所述电子处理器被编程为执行减少辐射剂量的成像方法,所述减少辐射剂量的成像方法包括:使用发射成像系统从对象采集当前发射成像数据;使用CT成像系统来采集所述对象的当前CT图像;生成用于将所述对象的先前CT图像空间对准到所述当前CT图像的空间变换;使用所述空间变换来扭曲与所述先前CT图像空间对准的先前衰减校正的发射图像,以生成扭曲的衰减校正的发射图像;并且利用使用所述当前CT图像并使用所述扭曲的衰减校正的发射图像作为先验数据而执行的衰减校正来重建所述当前发射成像数据,以生成所述对象的当前衰减校正的发射图像。

一个优点在于在对患者的辐射剂量减少的情况下执行组合的发射(例如,PET或SPECT)成像与CT成像。

另一优点在于提供了更快的组合的发射成像/CT成像。

另一优点在于提供了用于评估能够是否在给定的成像时期中在图像质量或可靠性没有过度损失的情况下实现这样的(一个或多个)前述优点的工作流。

另一优点在于提供了对是否能够再次使用过去的CT图像的定量评估。

另一优点在于提供了多时期发射成像/CT成像研究的相继的成像时期之间的改进的一致性。

给定的实施例可以不提供前述优点,也可以提供前述优点中的一个、两个或全部,并且/或者可以提供对于本领域普通技术人员来说在阅读并理解了本公开内容后将会变得明显的其他优点。

附图说明

本发明可以采取各种部件和各种部件的布置,以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。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图解性地图示了包括系统控制器的PET/CT成像系统,该系统控制器被编程为实施成像工作流,该成像工作流包括对是否能够通过再次使用过去的CT图像来减少患者的辐射暴露进行评估。

图2图解性地示出了当评估为不需要新的CT图像时由图1的系统适当执行的工作流A。

图3图解性地示出了当评估为新的低剂量CT图像足够时由图1的系统适当执行的工作流B。

图4图解性地示出了由图1的这样的系统执行的工作流C:在该系统中,以常规方式执行CT成像,但是使用减少的放射性药物剂量来采集PET图像。

图5图解性地示出了使得在当前成像时期中能够再次使用来自多个时期成像研究的先前成像时期的信息的成像系统架构。

具体实施方式

本文认识到的一个问题是:现有医学成像架构不适合现代的成像任务,例如,肿瘤学处置方案监测。例如,分次的辐射治疗处置方案在一系列相继的辐射治疗时期中递送辐射。类似地,化学治疗通常在相继的时期中执行。在这些时期之间的时间中,安排各种测试,通常包括两个或更多个(有时为若干个相继的)PET/CT或SPECT/CT成像时期,以便评估处置的进展。这些成像时期为肿瘤学专家提供关于治疗时期是否具有期望的效果以及是否使癌肿瘤坏死的放射学反馈。

然而,为了有效性,相继的PET/CT或SPECT/CT成像时期应当是“可比较的”,这是因为从一个成像时期到下一个成像时期采集的多幅图像的差异应当可归因于对象的改变(例如,肿瘤缩小或生长、肿瘤血管生成或坏死等),而不应当归因于成像时期本身的细节的差异。然而,利用现有的成像系统架构,具有由不同的放射学家执行的相继的成像时期、不同的成像设置、不同的图像重建设置和/或不同的采集后的处理是常见的。这些差异中的任一个或全部都能够引起在来自相继的成像时期的图像中能够观察到的差异,然而这种差异并不归因于成像对象的改变而是归因于不同的图像设置、重建设置等。

本文公开的实施例通过以下手段来解决该问题:使用处置方案二进制大对象(BLOB)数据结构提供处置方案水平的控制,以用于收集并存储与单个处置方案(例如针对肿瘤患者的分次的辐射治疗方案)有关的信息(或到信息的指针)。

本文认识到的利用现有的发射成像/CT成像系统和工作流的另一问题是:由于患者既要为了发射成像而接收来自施予的放射性药物的辐射剂量,又要在CT成像期间接收来自透射通过患者的X射线的辐射剂量,因此患者要经受高剂量的辐射。在随时间采用相继的发射成像/CT成像时期以监测患者的治疗方案中,进一步增强了对辐射剂量的担忧,如在如下文进一步讨论的许多情况中都是这样:如多次分次的辐射治疗、短距离放射治疗或化学治疗癌症处置方案。

本文公开的改进的发射成像/CT成像系统和工作流利用患者的过去的CT图像(或在一些实施例中利用患者的过去的发射图像)来减少辐射暴露。这种过去的图像通常在要求执行两个或更多个(有时为若干个相继的)PET/CT或SPECT/CT成像时期以便评估处置的进展的处置方案中是可获得的。例如,在分次的辐射治疗方案中,在一系列相继的辐射治疗时期内施予治疗辐射,并且PET/CT成像时期通常被安排在辐射治疗时期之间的指定时间处。

本文进一步认识到:在这样的治疗方案的过程中,相比于如通过PET成像观察的肿瘤的功能行为,如通过CT观察的患者的一般解剖结构更不可能显著地改变。因此,如果能够证明过去的CT图像仍然表示患者的解剖结构,那么再次使用过去的CT图像以用于当前成像时期就是有利的。本文公开的技术提供了对是否能够再次使用过去的CT图像的定量评估,并且公开了用于当定量评估指示这种再次使用是适当的时候再次使用过去的CT图像的有效方法。

在一些发射成像/CT成像任务中,到患者的辐射剂量的主要源来自在发射成像中使用的放射性药物。在这些实例中,减少在发射成像中使用的放射性药物剂量将优于减少X射线暴露。在这种情况下,本文公开的实施例提供了在当前发射成像时期中利用过去的发射图像以采用减少的放射性药物剂量的有效方法。

参考图1,组合的发射成像/计算机断层摄影(CT)成像系统包括:发射成像系统,例如,图示性正电子发射断层摄影(PET)成像系统6或单光子发射计算机断层摄影(SPECT)系统(未示出);以及计算机断层摄影(CT)成像系统8。组合的成像系统还包括成像控制器10,成像控制器10包括电子处理器12,电子处理器12被配置为使用发射成像系统6来采集并处理来自对象(例如,患者的肿瘤外或患者的肿瘤内、患者的心脏外或患者的心脏内等)的发射成像,并且电子处理器12被配置为使用CT成像系统8来采集并处理对象的CT成像数据。这种图像处理可以包括涉及发射图像和CT图像两者的“交叉模态”操作,例如利用使用CT图像执行的衰减校正来重建发射图像。

在图1中图解性地图示了成像控制器10,通过适当编程的电子处理器12(例如,图示性计算机12或专用的成像控制器服务器等)来实施成像控制器10。所公开的图像或由成像控制器10使用成像系统6、8中的一个执行的成像数据采集操作被理解为需要成像控制器10经由合适的操作性控制连接(未示出)向成像系统发送适当的控制信号。通常,成像系统6、8还包括可以被视为实施成像控制器10的电子处理器12的部件的机载电子器件或相关联的电子器件。例如,这些机载电子器件或相关联的电子器件可以处理低水平操作(例如,操作X射线管和控制机架旋转),而单独的计算机或其他电子设备可以与放射学家接口连接并向机载成像电子器件发送高水平指令。另外,电子处理器12可以被部分地实施为经由医院网络访问的服务器。例如,电子处理器12可以包括:用于更低水平功能的机载电子器件,利用成像系统硬件和使得放射学技术人员能够选择并运行由机载电子器件运行的成像序列的成像系统控制软件编程的台式计算机,以及执行数据处理任务(例如,图像重建、图像的空间配准、CT图像的缩放)以生成在发射成像能量处的衰减图的基于服务器的图像处理程序等。

在组合的发射成像/CT成像时期中,使由发射成像系统6采集的发射图像与由CT成像系统8采集的CT图像空间对准或共用共同的空间几何,以便促进放射学家进行比较并促进使用CT图像作为衰减图以用于衰减校正的发射成像数据重建。在组合的发射/CT系统(例如,图1的组合的成像系统6、8)中,这通过使用共同的对准支撑物14将患者装载到任一成像系统6、8中来促成。

额外地或替代地,空间对准或共用共同空间几何能够通过采集后图像处理来整体地或部分地实现,采集后图像处理是:通过使用固有位置标记(离散的解剖特征)和/或在发射图像和CT图像两者中都可见的从外部附接的位置标记来空间配准发射图像与CT图像。在该方法中,计算空间变换以将一幅图像空间对准到另一幅图像。然后将空间变换应用于这一幅图像,以将这一幅图像扭曲成与另一幅图像空间对准。取决于未对准的量或类型(刚性或非刚性),已知能够用于生成空间变换的众多空间对准或空间配准算法。在Sotiras等人的“Deformable Medical Image Registration:A Survey”(IEEE Trans.Med.Imaging,第32卷,第7期,第1153-1190页,2013年)中通过非限制性范例的方式描述了可变形图像配准算法的一些范例。

在继续对图1的系统进行描述之前,分别参考图2和图3来描述本文公开的两个图示性的减少辐射剂量的成像方法。在本文中被称为“工作流A”的图2的方法中,利用例如来自先前发射成像/CT成像时期的先前CT图像来避免在当前成像时期中采集新的CT图像。在本文中被称为“工作流B”的图3的方法中,再次利用先前CT图像,但是为了改进对在当前成像时期中采集的低剂量CT图像的重建。也就是说,工作流B通过以下手段而使得到患者的X射线剂量减少:利用先前CT图像以允许在当前成像时期中使用更低的X射线剂量,因更低的X射线剂量造成的降低的CT成像数据质量通过由先前CT图像提供的额外信息来补偿。为了解释清楚,工作流A和工作流B是在为发射成像模态的PET成像的背景下进行描述的,但是将意识到,该技术能够被类似地实施以用于诸如SPECT的其他发射成像模态。

首先转向图2的工作流A,假设存在先前PET/CT成像时期100,其图像(或者至少根据其能够重建图像的成像数据)在当PET/CT成像时期102被执行的时候是获得的,例如被存储在图片存档与通信系统(PACS)中。先前成像时期100采集被重建以生成CT图像112的CT成像数据110,并且采集在未执行衰减校正的情况下被重建以产生非衰减校正(NAC)的PET图像116的PET成像数据114。虽然图示性实施例采用PET成像,但是图像116也可以替代地是SPECT图像或其他类型的发射图像;甚至更一般地,所公开的技术也可以被一般地应用于多模态混合成像研究,例如,混合PET/磁共振(MR)或SPECT/MR成像研究(例如利用PET或SPECT提供功能信息并且利用MR提供解剖信息)。通常,先前成像时期100也将重建衰减校正(AC)的PET图像118,衰减校正(AC)的PET图像118是利用使用先前时期100的CT图像112执行的衰减校正来重建的。该AC-PET图像118未在本文公开的当前成像时期102的处理中使用,但是其通常可用,这是因为衰减校正大幅度地改进了PET图像的诊断价值,并且因此执行先前成像时期100的放射学读取的放射学家可能会想要读取AC-PET图像118而非NAC-PET图像116。实际上,由于放射学读取通常不期望NAC-PET图像116,因此在一些情况下在PACS中可能不能获得NAC-PET图像116——但是当当前成像时期102需要NAC-PET图像116时,能够根据被存储在PACS中的PET数据114来容易地重建NAC-PET图像116。

转向当前成像时期102,该时期通常发生在先前成像时期100之后的一段时间时,例如在大多数情况下为之后至少一天,并且通常对于典型的肿瘤学处置工作流来说为几天至几周以后。相继的成像时期100、102之间的时间间隔足够长,使得通常在此期间已经递送了一些治疗,例如分次的肿瘤学治疗方案的一个或多个化学治疗和/或辐射治疗时期,并且当前成像时期102的目的是评估治疗的影响,例如在有效的肿瘤学处置的情况下满怀希望地观察肿瘤的某种缩小和/或坏死;或者观察指示肿瘤学治疗尚未起效的肿瘤的继续生长/存活力。通常,在成像数据采集开始之前将用于PET成像的放射性药物例如以静脉注射方式施予给患者。在一些常见的PET成像工作流中,在PET成像数据采集开始之前的大约几十分钟至半小时的时候施予放射性药物,该时间是通过放射性药物在肿瘤或其他感兴趣器官或组织中积聚所需的时间来规定的。将患者装载到成像系统内,并且采集针对当前成像时期102的PET成像数据124。在工作流A中,最初在没有衰减校正的情况下重建这些PET成像数据124,以生成针对当前成像时期102的NAC-PET图像126。

图2的工作流A中的目标是通过以如下替代方式来避免对采集新的CT图像的需要:再次使用先前成像时期100的CT图像112以用于PET数据的衰减校正并且充当用于放射学读取的解剖图像。然而,通常预期到:在先前成像时期100与当前成像时期102之间,空间几何将会在一定程度上移位。这种几何移位可能是由相比于先前成像时期100的针对当前成像时期102的患者在对象支撑物14上的不同定位引起的。这种几何移位也可能归因于患者在两个成像时期100、102之间的生理机能的改变,归因于诸如膀胱液体水平的差异、内部器官的移位或体重增加或减轻的因素。本文认识到,后者(即,体重变化)是相继的成像时期之间的空间几何的显著非刚性变化的最常见的原因。在患者经受化学治疗和/或辐射治疗的情况下(对于该患者来说显著的体重减轻是常见的副作用),尤其是这种情况。相比之下,膀胱水平通常是相似的,这是因为通常存在在成像时期之前的固定时间段内滞留液体的常见准备顺序,并且通过图像配准过程能容易地适应因不同定位造成的任何几何改变。

继续参考图2,利用存在针对先前成像时期100和当前的成像时期102两者的NAC-PET图像116、126来确定用于将对象的先前NAC-PET图像116空间对准到当前NAC-PET图像126的空间变换130。空间变换130是通过执行可变形空间图像配准以将对象的先前NAC-PET图像116配准到当前NAC-PET图像126来确定的。能够使用各种非刚性空间图像配准技术,例如,通过非限制性范例的方式,在Sotiras等人的“Deformable Medical Image Registration:A Survey”(IEEE Trans.Med.Imaging,第32卷,第7期,第1153-1190页,2013年)中描述的这些非刚性空间图像配准技术中的一种。该方法能够与常规的PET成像数据或飞行时间(TOF)定位的PET成像数据一起使用;通常,TOF-PET成像数据将会为空间变换130提供更好的准确性,这是因为TOF定位提供了改进的空间分辨率。在操作132中,使用空间变换130来扭曲先前CT图像132(其再次与先前NAC-PET图像116空间对准)以生成扭曲的CT图像142。然后利用使用利用扭曲的CT图像142作为衰减图而执行的衰减校正来重建当前成像时期102的PET成像数据124,以生成针对当前成像时期102的对象的AC-PET图像148。

如先前所提到的,当在执行衰减校正的发射成像数据重建中将CT图像用作衰减图时,典型的是应用已知的缩放因子来考虑X射线能量(通常为~100-140keV)与发射能量(例如对于PET为511keV)的差异。相比于511keV的伽马射线,这种缩放校正对于X射线校正不同的吸收系数,并且仅仅调整CT图像的强度值。因此,能够在处理中的任何点处执行这种缩放。例如,在图2的工作流A中,能够在扭曲132之前对先前CT图像112进行缩放,以针对发射数据的粒子能量与X射线的粒子能量之间的差异进行调整;替代地,能够在执行扭曲132之后但是在利用衰减校正重建当前PET成像数据124以生成AC-PET图像148中使用扭曲132之前对扭曲的CT图像142执行缩放。

继续参考图2,由放射学家读取的当前成像时期102的图像包括AC-PET图像148和扭曲的CT图像142,后者依赖于解剖信息。优选地,例如利用采集数据并且可能利用关于所应用的空间变换130的信息对扭曲的CT图像142适当地标记,使得执行读取的放射学家注意到该图像是在较早的成像时期中被采集的。将意识到,在如通过先前CT图像112表征的先前成像时期100的患者解剖结构非常类似于当前成像时期102的患者的当前解剖结构的情况下,参考图2描述的工作流A的方法能够被最适当地使用。对于更显著的解剖结构改变,对扭曲的CT图像142充分表示当前成像时期102的患者解剖结构的假设变得不恰当。

参考图3,描述了修改的减少辐射剂量的成像方法(本文中被称为工作流B)。当患者解剖结构在先前成像时期100与当前成像时期102之间已经显著变化而使得仅空间变换130并不足以可靠地再次使用先前CT图像112时,适当地采用工作流B。图3的工作流B与图2的工作流A相同,直到扭曲的CT图像142被生成的时刻。然而,在工作流B中,扭曲的CT图像142并不直接用作针对当前成像时期102的解剖图像。相反,在工作流B中,当前成像时期102还包括利用比用于采集先前成像时期100的先前CT图像112的X射线剂量更低的X射线剂量来采集低剂量CT成像数据160。在一些实施方式中,用于采集低剂量CT成像数据160的低剂量CT采集仅使用常用的CT采集(例如,用于采集先前CT图像112的CT采集)的辐射剂量的大约四分之一至五分之一或更少。低剂量采集可以通过以更低的连续功率操作X射线管并且/或者通过不时地采用对X射线管的遮蔽(例如采用有限的投影和/或更少的角度采样,有时被称为稀疏视野CT)来获得。在任一情况下,相比于常用的CT成像数据(例如,先前成像时期100的CT成像数据110),得到的CT成像数据160固有地具有更低的信噪比(SNR)。为了补偿该更低SNR数据160,在重建低剂量CT成像数据160中,来自先前成像时期100的使用空间变换130扭曲的经扭曲的CT图像142被用作先验信息以生成低剂量CT图像162。例如,在CT图像重建中,经扭曲的CT图像142可以被用作先验,从而使用诸如基于总方差最小化的到凸集上的投影的算法。然后利用使用低剂量CT图像162作为衰减图而执行的衰减校正来重建当前成像时期102的PET成像数据124,以生成针对当前成像时期102的AC-PET图像168。

现在返回参考图1,描述了成像控制器10使用CT可再用性度量在如下的选项之间做出决定的控制过程:实施工作流A(图2)或工作流B(图3)或者采集针对当前成像时期的新的全剂量CT图像。现在参考图1,在操作20中,使用PET成像系统6来采集PET成像数据。这些数据对应于图2和图3的当前成像时期102的PET成像数据124。在操作22中,在没有衰减校正的情况下重建PET成像数据,以产生图2和图3的当前成像时期102的NAC-PET图像126。在操作24中,将先前NAC-PET图像116与当前NAC-PET图像126空间配准,以产生图2和图3的空间变换130。

在操作30中,计算CT可再用性度量,其定量地评估扭曲的CT图像142表示图2和图3的当前成像时期102的患者的解剖结构的良好程度。在一些图示性实施例中,CT可再用性度量基于以下中的至少一个:(1)对象在先前NAC-PET图像116的采集时间(即,先前成像时期100的PET成像数据114的采集时间)与当前发射成像数据124的采集时间之间的体重变化,以及(2)对象的当前NAC-PET图像126与使用空间变换130而被空间对准的先前NAC-PET图像116之间的相对重叠度量。

如果体重变化是CT可再用性度量中因素,那么优选构建CT可再用性度量,使得对象的较小的体重变化偏爱图2的工作流A优于图3的工作流B,并且偏爱工作流B优于在当前成像时期102中采集新的全剂量CT图像的方法。这反映出较小的体重变化偏爱再次使用先前CT图像112的合理性的预期。

能够例如通过分割当前NAC-PET图像126和在应用空间变换130之后的先前NAC-PET图像116两者并计算共同体积与体积的超集的比率来计算相对重叠。相对重叠能够被视为空间变换130操作为将先前NAC-PET图像116匹配到当前NAC-PET图像126的良好程度的度量。如果相对重叠是CT可再用性度量中的因素,那么优选构建CT可再用性度量,使得较高的相对重叠度量(即,更大的重叠)偏爱图2的工作流A优于图3的工作流B,并且偏爱工作流B优于在当前成像时期102中采集新的CT图像的方法。这反映出较高的重叠指示空间变换130在将先前成像时期100的几何匹配到当前成像时期102的几何时更有效,因此支持了再次使用先前CT图像112的合理性。

在决策框32处,确定是否需要新的CT图像。如果决策是不需要新的CT图像,那么在操作34中,扭曲的CT图像142被用作衰减图。这对应于图2的工作流A。如果患者体重变化小于阈值百分比或者相对重叠大于阈值百分比,那么决策32能够例如决定进入到操作34(工作流A)。再次地,预想到仅使用这些因素中的一个(例如,仅体重变化,或仅相对重叠)。相反,如果存在多个因素,加权和或投票方案等能够对这些因素进行组合以做出决策32。

如果在决策框32处确定需要新的CT图像,那么过程流进入到第二决策框36,其中,确定低剂量CT图像是否足够或者是否需要全剂量CT图像。如果确定低剂量CT图像足够,那么过程流进入到工作流B(图3)之后的框38,即,使用CT成像系统8来采集低剂量CT成像数据160,并且使用扭曲的先前CT图像142作为先验信息来重建这些数据,以生成充当衰减图的低剂量CT图像162。另一方面,如果确定需要新的全剂量CT图像,那么在操作40中,CT成像系统8用于采集在不使用先前CT图像112的情况下以任何方式重建的全剂量CT图像。(“全剂量”CT图像是使用针对PET/CT研究的通常剂量来采集的。该“全剂量”通常仍然低于在一些其他任务(例如,诊断CT)中使用的剂量)。如果患者体重变化小于阈值百分比(其大于在决策32中使用的阈值百分比)或者相对重叠大于阈值百分比(其小于在决策32中使用的阈值百分比),那么决策36能够例如决定进入到操作38(工作流B)。否则,过程流进入到根本不会再次使用先前CT图像112的操作40。

继续参考图1,在操作42中,使用所选择的衰减图(即,如果过程流经过操作34/工作流A,那么所选择的衰减图为扭曲的先前CT图像142;或者如果过程流经过操作38/工作流B,那么所选择的衰减图为低剂量CT图像162;或者如果过程流经过操作40,那么所选择的衰减图为新采集的全剂量CT图像)来重建图2和图3的当前PET成像数据124。

在一些实施例中,在决策操作32、36中使用的阈值可以是用户可选择的或针对特定应用进行设置的(例如可以根据正在被成像的解剖区域(例如,肺与心脏与脑等)而不同)。

先前成像时期100优选是与当前成像时期102中的对象相同的对象的先前成像时期(即,相同的个体和相同的解剖位置/取向)。这提高了预期扭曲的CT图像142是对对象的当前解剖状态的良好表示的合理性。然而,替代地预想到先前CT图像和先前PET图像是另一个体的,但是它仍然应当处于相同取向的相同解剖位置,并且先前时期的CT图像和PET图像仍然应当相互空间对准。例如,预想到先前成像时期100(即,先前NAC-PET图像116和先前CT图像112)是从电子PET/CT研究图集中检索到的PET/CT研究图集图像。

图1-3的范例通过完全消除对当前CT图像的采集(图2的工作流A)或通过使得能够使用低剂量当前CT图像(图3的工作流B)而实现了到患者的剂量的减少。在其他实施例中,预想到通过减少在发射成像期间采用的放射性药物的剂量来实现降低的剂量成像。

参考图4,描述了这种范例,再次使用PET作为图示性发射成像模态。由于发射成像捕捉功能特征(相比于解剖特征,预期功能特征随时间更快地改变),因此类似于工作流A(图2)的方法是不适当的。相反,图4的工作流C更紧密地类似于工作流B,这是因为工作流C类似地使用通过对先前成像时期的再次使用而促进的低剂量成像。工作流C的方法(图4)再次依赖于先前成像时期100,包括先前CT图像112和先前AC-PET图像118。(在工作流C中,并未使用非衰减校正的发射图像(即,图2和图3的NAC-PET图像116))。在工作流C中,目标是减少发射成像侧上的剂量:因此,在先前成像时期100之后执行的当前成像时期202中收集CT数据220,并且重建CT数据220以生成当前CT图像222。CT图像222通常是全剂量图像,但是也预想到如图3的工作流B的图像采集160、162中的减少剂量的CT图像。低剂量PET成像数据224也是在当前成像时期202中采集的。“低剂量”PET成像数据意味着PET成像数据是利用比用于采集先前成像时期的“全剂量”PET成像数据114的放射性药物剂量更低的放射性药物剂量来采集的。(然而,如果在当前成像时期202中采集的PET成像数据是全剂量PET成像数据,那么工作流C也会起作用)。除了将空间变换230生成为将对象的先前CT图像112空间对准到当前CT图像222,以与相应的图2和图3的工作流A和B的空间变换130相同的方式生成空间变换230。而且,能够使用各种非刚性空间图像配准技术,例如,通过非限制性范例的方式,在Sotiras等人的“Deformable Medical Image Registration:A Survey”(IEEE Trans.Med.Imaging,第32卷,第7期,第1153-1190页,2013年)中描述的这些技术中的一种。在操作232中,使用空间变换230来扭曲先前AC-PET图像118(其再次与在AC-PET图像118的衰减校正中使用的先前CT图像112空间对准),以生成扭曲的AC-PET图像234。利用使用当前CT图像222作为衰减图并使用扭曲的AC-PET图像234作为先验数据而执行的衰减校正来重建当前成像时期202的低剂量PET成像数据224,以生成针对当前成像时期202的对象的AC-PET图像238。在一种方法中,对扭曲的先前PET先验234进行建模,并且将扭曲的先前PET先验234明确考虑为稀疏视野CT重建算法。正如良好的先验减少了CT重建所需的CT剂量,良好的先验AC-PET也减少了针对PET采集和重建的剂量要求(即,放射性药物剂量)。由扭曲的先前PET先验234提供的适当估计也能够被用作用于迭代AC-PET重建算法的初始图像。

将意识到,能够使用具有适当编程的电子处理器12的成像控制器10来实施图4的工作流C。如同工作流A和B,先前成像时期100优选是与当前成像时期202中的对象相同的对象的先前成像时期(即,相同的个体和相同的解剖位置/取向)。然而,替代地预想到先前CT图像和先前PET图像是另一个体的,但是它仍然应当处于相同取向的相同解剖位置,并且先前时期的CT图像和PET图像仍然应当相互空间对准。例如,预想到先前成像时期100(即,先前AC-PET图像118和先前CT图像112)是从电子PET/CT研究图集中检索到的PET/CT研究图集图像。

在前述实施例中,从PACS中检索针对先前成像时期100的成像数据和/或图像110、112、114、116、118。能够通过手动方式或者通过使用自动方法(例如,参考图1针对工作流A和B描述的方法)来开始相应的图2、图3和图4的工作流A、B或C。更一般地,本文公开的方法通过使用处置方案二进制大对象(BLOB)数据结构提供了处置方案水平的控制,以用于收集并存储与单个处置方案(例如,针对肿瘤患者的分次的辐射治疗处置方案)有关的信息(或到信息的指针)。该方法促进了如例如参考图2-4描述的实施例中的对来自先前成像时期的成像数据和/或图像的再次使用,并且更一般地使得能够在图像规划、图像采集和重建参数的当前成像时期,来自先前成像时期的后处理和分析/报告中对来自先前成像时期的成像数据和/或图像的再次使用。这提高了用户接口连接的效率,因为执行当前成像时期的放射学技术人员能够利用来自先前成像时期的这些设置来自动加载成像扫描器(具有任选的用户覆盖)。这也提高了由当前成像时期生成的图像的临床价值,因为使用来自先前成像时期的设置能去除图像可变性的仪器特异性源,使得在当前成像时期的图像与先前成像时期的图像之间观察的差异(如果有的话)能归因于成像对象的改变而不是归因于对不同成像系统设置的使用。

现在参考图5,图1的工作流控制器10被编程为从多时期成像研究二进制大对象(BLOB)300中检索数据并且将该数据存储到多时期成像研究二进制大对象(BLOB)300,所述多时期成像研究二进制大对象(BLOB)300存储用于对象的多时期成像研究的信息,至少包括(在图2-4的工作流的背景下的)先前成像时期100的成像数据采集和重建参数。BLOB 300可以被存储在具有足够能力来存储BLOB 300的任何数据存储源中——在图示性范例中,BLOB 300被存储在图片存档与通信系统(PACS)302中,图片存档与通信系统(PACS)302具有能由被PACS 302服务的任何成像系统(通常包括放射学部门或医院中的许多或所有医学成像系统)电子访问的优点。替代地,BLOB可以被存储在其他地方,例如被存储在患者的电子病历(EMR)或电子健康记录(EHR)中。BLOB 300根据其上存储有BLOB 300的数据库系统的BLOB数据类型而被合适地配置。被存储在BLOB 300中的成像研究数据可以作为BLOB 300中所包含的实际数据(或其副本)而被存储,并且/或者可以作为到可以被定位在其他地方的实际数据的指针而被存储(例如,在图5中,多时期成像研究的研究图像304和研究放射学报告306被存储在PACS 302中,并且仅到这些数据的指针被存储在BLOB 300中)。除了在研究的先前成像时期中使用的成像数据采集和重建参数外,BLOB 300还可以存储用于对象的多时期成像研究的其他信息,例如,图像采集规划信息(例如,指定诸如对象的被成像部分、对象支撑物14上的对象取向等的信息)、后处理信息(例如,应用于图像的任何后重建滤波器的身份和配置、图像分割结果等),以及例如被作为结构化DICOM对象的数据分析和报告(例如,标准化摄取值(SUV)测量结果、肿瘤尺寸和特性等)而被存储。一般来说,BLOB 300能够是单个对象,任选地具有多个子实体。作为一个范例,一些信息能够被捕捉为用于个体工作流部分的“最后使用的检查卡”或“最后使用的方案”。一些信息可以作为例如到远程系统或云计算资源的指针而被存储在BLOB 300中。BLOB300将用于多时期成像研究的信息整合在一起,并且为工作流工程师提供单一一致的观点。BLOB 300可以存储在确保多时期成像研究的相继成像时期可比较中使用的其他信息,例如,存储对在先前成像时期中使用的成像设备6、8的识别,以及存储执行成像时期的放射学技术人员的姓名和读取先前成像时期的放射学家的姓名。患者的体重也优选针对每个成像时期被存储在BLOB 300中。

工作流控制器10使用不同接口询问BLOB 300以检索先前工作流部分的信息来策划成像研究的活动。工作流控制器10不需要知道数据位于哪里,因为BLOB 300通过存储信息的副本或到信息的指针而提供了接口连接。个体工作流操作(例如,规划310、采集312、重建314、后处理316以及分析/报告318)可以被实施在共同的计算机上或者被实施在不同的计算机上(亦即,工作流控制器10可以被实施为单个计算机或者被实施为两个或更多个连接的计算机)。工作流控制器10可以被实施为到现有的成像系统控制器、PACS等的“附加物”。在下文中,工作流控制器10与个体工作流步骤310、312、314、316、318的交互被描述为图示性范例。

在规划时期310中,工作流控制器10从BLOB 300中检索规划数据。例如,检索到的来自从先前成像时期100的规划数据可以包括定义先前扫描的开始位置和结束位置的计划线。如果可获得的话,在先前成像时期的二维测绘(定位像)CT图像上识别这些计划线。将先前定位像CT图像配准到当前成像时期102、202的定位像CT图像。结果,将先前计划线映射到当前成像时期的定位像。这些映射的计划线用于定义用于当前成像时期102、202的(一个或多个)成像数据采集的开始扫描位置和结束扫描位置。在另一方法中,根据先前体积CT来生成投影(冠状)图像,将投影图像配准到当前成像时期的定位像,或者经由另一3D/2D配准技术在当前研究的定位像上识别先前体积CT的第一个切片位置和最后一个切片位置,并且将识别的位置用作计划线,其中具有一定的附加容差。

应当注意,虽然先前PET/CT成像时期100的发现结果被存储在BLOB300中并且可以用于引导当前PET/CT成像时期102、202,但是这不一定意味着复制这些先前设置。例如,先前PET/CT成像时期100可能已经采集了全身扫描并且然后已经在该全身扫描的有限区域中发现了病灶。当前成像时期102、202使用该先前时期信息来聚焦于病灶的(一个或多个)区,以便监测疾病进展或评估处置有效性。在一种方法中,工作流控制器10检索并读取包含先前成像时期102的发现结果的放射学报告(例如,结构化DICOM报告),以确定在先前成像时期100中识别出病灶在哪里。将识别出病灶的最小z位置和最大z位置计算为:开始=min{z1,…,zk}并且结束=max{z1,…,zk},其中,k是在报告中识别出的病灶的数量,并且zn是第n个病灶的z位置。如先前所讨论地,(例如使用先前研究定位像或冠状投影图像)将这些最大z位置和最小z位置映射到当前成像时期102、202的定位像。映射的最小z位置和最大z位置用于定义具有附加容差的计划线,并且在控制成像系统采集当前成像数据之前,利用用于当前成像时期的这些z位置最小计划线和z位置最大计划线来自动配置成像设备。代替勾画单个扫描,如果病灶间隔开显著的距离,那么可以通过执行多次扫描来进一步减少辐射剂量。以类似的方式,可以勾画最小计划线和最大计划线以用于对相对大的空间范围的单个肿瘤进行成像,例如,开始=z肿瘤,最小-dz裕量并且结束=z肿瘤,最大+dz裕量,其中,z肿瘤,最小和z肿瘤,最大分别是肿瘤的最小z位置和最大z位置,并且dz裕量是为确保计划线适应自先前成像时期以后可能已经发生的任何可信肿瘤生长的附加容差。(请注意,相比于先前成像时期减少针对当前成像时期的扫描范围的这些方法中的任一种相比于先前成像时期通常会减少在当前成像时期中向患者递送的辐射剂量)。更一般地,由于扫描范围减小,经由BLOB 300检索到的来自先前发现结果的引导使得能够在更短的时间内执行当前成像时期,这加快了临床工作流。对后续动作的引导也减少了对患者的CT剂量暴露。

在规划、采集、重建和任何后重建之后,图像处理使用从BLOB 300中检索到的用于先前成像时期100的参数,并且成像控制器10利用先前成像时期100的检索到的成像数据采集和重建参数来自动配置成像系统6、8。这些参数优选用作用于当前成像时期102、202的默认参数,并且放射学技术人员保留修改如由放射学技术人员认为适当的(或如由监督多时期成像研究的医师或放射学家命令的)这些默认项目的能力。

为了使自动工作流的益处最大化,来自先前成像时期100的分析和报告用于引导当前成像时期102、202的自动分析和报告。为此目的,工作流控制器10从BLOB 300中检索先前PET/CT成像时期100的发现结果报告。工作流控制器10读取报告以查看识别出病灶在哪里以及如何表征病灶,并且使用3D/3D体积图像配准(刚性或非刚性)或计划线之间的关系将先前PET/CT成像时期配准到当前PET/CT成像时期。以此方式,将来自先前PET/CT成像时期100的病灶的位置映射到当前成像时期102、202。也将勾画肿瘤的感兴趣区域(ROI)或轮廓集合映射到当前成像时期空间,例如使用已经在图2-4的工作流A、B、C中描述的空间变换130、230。工作流控制器10搜索映射的位置以处理先前成像时期与当前成像时期之间的潜在的低配准准确性或病灶尺寸/形状变化。一旦确信地细化了当前成像时期空间中的病灶位置,就执行与在先前PET/CT成像时期100中完成的分割和分析相同的分割和分析,例如使用相同的或校准的阈值来建立病灶范围的区域生长。如果应用了任何校正方法(例如,部分容积效应),那么也在当前成像时期中应用这种校正方法。关于这些后处理操作的信息被合适地存储在BLOB 300中以便被自动应用。类似地,在先前成像时期100中对病灶执行的统计测量的集合被存储在BLOB 300中,并且统计测量的相同集合被应用在当前成像研究中。如果当前成像时期102、202识别出在先前成像时期100中未发现的任何新的病灶,那么这些新的病灶能够被突出显示以促使监督多时期成像研究的放射学家或医师进行具体复查。自动生成比较在当前成像时期102、202中获得的结果与被存储在BLOB 300中的在先前成像时期100中获得的结果的比较报告,并且基于自动分析得出结论。报告能够包括在先前成像时期和当前成像时期上的数据、表格以及图像捕捉结果来支持结论。报告也能够具有超链接,使得阅读者能够访问所有相关图像或其他支持数据来确认并增强自动生成的报告。报告被自动送给临床医生以便复查/更新/批准。

通过将规划信息、成像数据采集和重建参数、重建后图像处理参数以及分析/报告信息存储在BLOB 300中,对BLOB 300进行更新以包括当前成像时期102、202。所存储的用于当前成像时期的信息包括通过自动方式或通过放射学技术人员做出的任何改变(例如,对计划线的最小z位置和最大z位置进行调整、对成像数据采集和/或重建参数做出任何改变),并且包括最新发现结果(包括在结构化DICOM报告对象中记录的肿瘤尺寸或特性的任何变化)。这些信息被存储在BLOB 300中,以供在对象的多时期成像研究的下一成像时期(如果有的话)中使用。

BLOB 300是在存储各种不同数据类型的数据中(例如作为子实体)提供高灵活程度的二进制大对象。将意识到,BLOB 300的一些内容可以是被存储在二进制大对象中的基于文本的内容。例如,诸如放射学技术人员和技术专家的姓名的信息可以是被存储在BLOB 300中的文本信息。

将意识到,所公开的如参考图1-5描述的成像控制器10、12的功能可以被实施为存储指令的非瞬态存储介质,所述指令能由电子处理器12读取并运行以执行所公开的功能。非瞬态存储介质可以例如包括硬盘驱动器或其他磁性存储介质、光盘或其他光学存储介质、闪速存储器、只读存储器(ROM)或其他电子存储介质、其各种组合等。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的具体描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和替代,只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内。

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