本发明涉及医学成像领域的方法和设备。本发明尤其适用于计算机断层摄影(ct)血管造影，特别是肝脏成像。
背景技术：
肝癌是一种主要的疾病，每年约有75万人死亡。多阶段肝脏ct成像是一种用于诊断、分期和处置监测的主要工具。对多阶段造影剂动态进行成像并用于识别不同的病变类型。肝脏有两种供血：肝动脉和门静脉。这样，在给定时间处注入的造影剂将在肝脏的主动脉供血和门静脉供血中在两个不同时间处到达。由于某些病变类型在造影剂摄取和冲洗动态方面的表现不同，因此对主动脉子网和门静脉子网两者进行成像是有意义的。例如，肝实质主要从门静脉系统接收血液，而肿瘤通常由肝动脉供血。
问题在于，用于评价肝脏病变的专用ct方案包含多达四次扫描：无造影剂的原生扫描；在当造影剂团注刚到达动脉系统时的“动脉阶段”进行的第二次扫描；在当造影剂团注到达并通过门静脉时的“门静脉期”中进行的第三次扫描；以及当系统达到平衡时进行的最终扫描。
这样的扫描量使患者和操作者都暴露于本应减少的巨大辐射剂量。本发明解决了这个问题，同时提供了一种方法来计算感兴趣的第一子网的排他性血液图，例如用于在没有来自另一子网造影剂(例如，动脉造影剂)的贡献的情况下评价肝实质的门静脉血供应的肝脏门静脉血液图。
根据本发明的方法特别适合用于多阶段肝脏成像，但是该方法也能够用于对任何感兴趣的血液子网集合进行成像和绘图。
从us8208699知晓执行多次造影剂注入，选择注入之间的延迟以使得预计若干感兴趣区域被大致同时增强。
基于光子计数的光谱ct允许在x射线光谱内用k边对材料进行定量和选择性成像。过去曾经提出使用这种成像特征来执行利用多种造影剂的多阶段肝脏研究。举例来说，如果已经施予了两种造影剂(ca1、ca2)，使得在一次图像采集期间ca1已经处于门静脉阶段，而ca2仍处于动脉阶段。能够通过使用k边缘成像的分离特征来执行对两种造影剂阶段的区分。这种技术能够减少所要求的扫描次数，因此会显著降低对应的辐射剂量。
技术实现要素：
本发明特别提出了用于多种造影剂、多阶段k边缘ct成像以增强肝脏成像的诊断价值的额外技术。
本发明涉及一种计算机断层摄影成像方法，包括：
a.执行对根据至少两种造影剂进入血管网的图像数据的单个采集，所述至少两种造影剂中的第一造影剂比所述至少两种造影剂中的第二造影剂在所述血管网中存在了更长的时间，
b.使用k边缘检测和/或碘描绘来处理所述图像数据以分离与每种造影剂相关联的数据，以便获得每种造影剂的浓度图，
c.根据所述图像数据来确定所述血管网的包括所述第一造影剂和所述第二造影剂两者的第一部分，以及所述血管网的仅包括所述第一造影剂的第二部分，
d.基于第二造影剂的总量和所述第二造影剂的所述浓度图来计算所述血管网的所述第一部分的部分血容量图，
e.基于第一造影剂的总量、所述第一造影剂的所述浓度图以及所述血管网的所述第一部分的所述部分血容量图来计算所述血管网的所述第二部分的部分血容量图。
所述图能够具有若干应用，尤其是这些图能够用于在没有动脉造影剂的贡献的情况下评价肝实质的门静脉供血。
所述血管网能够是肝血管网，包括动脉子网和门静脉子网，例如以血管网的包括动脉子网的所述第一部分的方式和/或以血管网的包括门静脉子网的所述第二部分的方式。
在本发明的优选实施例中，步骤b使用k边缘检测和碘描绘两者来分离所述造影剂。在这种情况下，一种造影剂需要包括碘。然而，在替代实施例中，步骤b能够仅使用k边缘检测来分离所述造影剂。在这种情况下，使用不同的k边缘。
所述至少两种造影剂能够是任何类型的，但是在优选实施例中，所述至少两种造影剂被选择为使得它们为基于光子计数的光谱ct提供高灵敏度并且能够被容易地描绘出。针对灵敏度的重要参数是造影剂浓度、有效z、k边缘处的衰减步长以及相对于扫描器的x射线光谱的k边缘能量。对于描绘，重要的是要有足够的k边缘分离。其他重要因素与造影剂的化学性质、生物相容性、毒性以及对患者的其他副作用有关。
能够有任何数量的造影剂。具体地，能够有取决于要被成像的感兴趣区域的量的造影剂的数量：有利的是，使用三种不同的造影剂对具有三种不同供血的系统进行成像，对于具有四种不同子网的系统使用四种不同的造影剂等。在肝脏成像的情况下，并且更一般地，在同时对血管网的两个不同部分进行成像是有利的情况下，所述至少两种造影剂的数量优选恰好为两种。然而，即使在这种情况下，使用更多数量的造影剂也能够是有利的。具体地，在本发明的替代实施例中，使用三种或更多种造影剂，选择所述造影剂以便彼此协作来更好地增强最终图像。
根据本发明的方法还能够包括定位高血管化区和/或低血管化区。例如，这样的位置对于帮助诊断肝肿瘤可能是非常有利的。
根据本发明的方法能够被用作在对肝脏的节段性切除之前的准备步骤。
事实上，ct成像是一种安全高效的肝脏手术准备的重要成像技术。对于节段性肝切除术，了解节段性肝解剖结构及其营养供血以及静脉和胆汁引流对手术规划至关重要。目前，关于节段性解剖结构的信息是根据肝实质内的血管界标的定位导出的。然而，门静脉解剖结构的变异是常见的，在执行肝脏手术之前了解此类变异的存在很重要。因此，如本发明所示的门静脉供血的专用可视化将为部分肝切除术的术前规划提供显著改善。
肝脏手术中的另一种策略性方法包括节段性门静脉术前栓塞，这提供计划要切除的肝节段。门静脉的节段性堵塞产生肝缺血，导致该节段的萎缩和剩余的健康肝脏的肥大。这种技术允许更广泛的切除，这有助于患有多种疾病的患者进行根治性切除术，并且还降低了术后发病率。使用本发明的方法得到的门静脉增强的对比绘图有助于在节段性门静脉栓塞术后的后介入成像的显著改善，提供了对不同肝节段的门静脉供血的差异的直接可视化和量化。
根据本发明的方法还能够包括将所述血管网的所述第一部分的所述部分血容量图和所述血管网的所述第二部分的所述部分血容量图存储到存储设备中。然后能够从被存储在所述存储设备中的所述部分血容量图中生成数据库。这种数据库能够用于帮助探测即将到来的图上的异常情况，从而提高诊断质量。
本发明还涉及一种被配置为实施根据本发明的方法的设备。具体地，这种设备能够包括医学x射线扫描器，例如，医学ct扫描器或另一类型的医学x射线扫描器，例如，二维x射线扫描器或三维x射线扫描器，其配备有光子计数探测器技术，提供足够的能量分辨率以使得能够对至少一种k边缘材料进行k边缘成像。这种设备还能够配备有将两种造影剂连续注入患者的器件。能够附接重建单元以基于k边缘或碘描绘来生成两幅单独的造影剂图/图像。所述设备还能够包括用于计算期望的动脉血液图和门静脉血液图并将这些结果可视化的器件。
附图说明
通过阅读下文对本发明的实施例的详细描述并通过考察附图能够更好地理解本发明，在附图中：
-图1是典型的计算机断层摄影设备，
-图2表示随着时间的推移在每个子网中的造影剂的量，
-图3表示从根据本发明的方法获得的肝脏的动脉供血和门静脉供血的典型血容量图，并且
-图4是对应于根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性地图示了范例成像系统100，例如，计算机断层摄影(ct)扫描器。成像系统100包括旋转机架102和固定机架104。旋转机架102由固定机架104可旋转地支撑。旋转机架102被配置为绕纵轴或z轴围绕检查区域106旋转。成像系统100还包括在扫描之前、期间和/或之后支撑检查区域106中的对象或目标的对象支撑件107。对象支撑件107还能够用于将对象或目标装载到检查区域106中和/或从检查区域106中卸载。成像系统100还包括辐射源112，例如，x射线管，其被旋转机架102可旋转地支撑。辐射源112与旋转机架102一起围绕检查区域106旋转，并且被配置为生成并发射穿过检查区域106的辐射。成像系统100还包括辐射源控制器114。辐射源控制器114被配置为调制所生成的辐射的通量。例如，辐射控制器114能够选择性地改变辐射源112的阴极加热电流，施加电荷以抑制辐射源112的电子流，过滤所发射的辐射等以便调制通量。在所图示的范例中，辐射源控制器114基于预定的调制模式来调制通量。
成像系统100还包括辐射敏感探测器像素116的一维或二维阵列115。像素116跨检查区域106位于辐射源112对面，探测穿过检查区域106的辐射，并且生成指示该辐射的电信号(投影数据)。在图示的范例中，像素116包括直接转换光子计数探测器像素。利用这样的像素，所生成的信号包括具有指示探测到的光子的能量的峰值幅度或峰值高度的电流或电压。直接转换光子计数探测器像素可以包括任何合适的直接转换材料，例如，cdte、cdznte、si、ge、gaas或其他直接转换材料。
为了实施根据本发明的方法，必须向患者预先注入至少两种造影剂。在优选实施例中，在第一时间ti1处向患者注入第一造影剂ca1，然后在第二时间ti2处向患者注入第二造影剂。在优选实施例中，该方法用于对肝脏及其门静脉和动脉供血网进行成像。图2示出了在动脉供血系统(线210)和门静脉供血系统(线211)中第一造影剂ca1随时间的量以及在动脉供血网(线212)和门静脉供血网(线213)中第二造影剂ca2随时间的量213。选择ti2与ti1之间的间隔ti2-ti1以便大致对应于造影剂ca1到达门静脉供血网(tp1)所需的时间，偏离了它到达动脉供血网的时间(ta1)。这样，假设造影剂ca1和ca2都以相同的速度在全身血液循环中导航，造影剂ca1将大致在造影剂ca2首次到达动脉供血网的同时(ta2)开始到达门静脉供血网(tp1)。因此，当存在仅包含第一造影剂的感兴趣区域(即，门静脉供血网)和包含第一造影剂和第二造影剂两者的另一感兴趣区域(即，动脉供血网)时，将存在一时间段p*。当造影剂ca2首次到达动脉供血网时(ta2≈tp1)并且持续直至其到达到门静脉供血网时(tp2)，所述时间段p*开始。
在根据本发明的方法的优选实施例中，在ca1已经处于门静脉阶段而ca2仍处于动脉阶段的阶段中，也就是说在时间段p*期间，执行对来自动脉供血网和门静脉供血网的图像数据的同时采集。这对应于图4中图示的图的步骤a。由于这些图像是同时采集的，因此可以使用减影技术来生成额外的功能信息而不受运动伪影的影响。通过使用k边缘检测和/或碘描绘，然后可以得到造影剂ca1和ca2两者的浓度图(mca1和mca2)，如图4的步骤b中示意性图示的。然后可以如图4的步骤c中那样，识别与门静脉供血网大致对应的仅包含造影剂ca1的区以及与动脉供血网大致对应的包含造影剂ca1和ca2两者的另一区。然后，分割动脉和门静脉允许测量有关的供血输入功能：aca1(与造影剂ca1有关的动脉供血)、aca2(与造影剂ca2有关的动脉供血)、pca1(与造影剂ca1有关的门静脉供血)，以及pca2(与造影剂ca2有关的动脉供血，因为在p*期间在门静脉供血网中没有造影剂ca2，因此其应该等于零)。
在大多数情况下，可以合理地假设两个ca的浓度在动脉和门静脉中都是恒定的。通过进一步假设肝实质内ca的浓度梯度可以忽略不计并且血管和肝组织中ca摄取之间存在固定关系，提出以下模型：
mca2＝xa*aca2
mca1＝xa*aca1+xp*pca1
其中，xa和xp是针对动脉血和门静脉血的部分血容量图。在图4中示意性地图示的根据本发明的方法的步骤d主要在于从第一公式导出xa。然后可以估计xa*aca1＝aca1*mca2/aca2并因此导出xp，其对应于步骤e。
图3图示了动脉供血网xa和门静脉供血网xp的实际部分血容量图的范例。
根据本发明的方法的一个非常感兴趣的优点在于其临床价值，因为它允许在没有来自动脉造影剂的贡献的情况下导出门静脉血液图xp。
根据本发明的方法还允许帮助医师建立诊断。事实上，肝脏病变的鉴别诊断主要基于观察到对比增强。首先，检查病灶内是否有造影剂摄取很重要，例如坏死性病灶的囊性病变不会增强造影剂。因此，在动脉供血网和门静脉供血网两者中，有必要比较注入造影剂之前(原生)的图像与注入造影剂之后的图像。另外，能够在高血管化的病灶中对肝脏病灶进行细分，这种病灶较早且较强烈地增强，而低血管化的肿瘤较晚且较不强烈地增强。对比增强的不同形态模式(例如，边缘增强、周边结节增强、“填充”、“洗出”)是放射学家区分良性病变(如血管瘤或局灶性结节性增生)与恶性肿瘤(例如，转移灶或肝细胞癌)的最重要信息。在mri中，利用原生扫描和若干其他扫描(常规诊断最多5次)在不同时间点处的图像采集是用于评价局灶性肝脏病变的标准流程。然而，在ct中，对辐射剂量的考虑是主要的限制，因此用于评价肝脏病变的专用ct方案的最小版本将引起三次扫描采集：原生扫描以及在动脉供血网中施予造影剂后的扫描以及在门静脉供血网中施予造影剂后的扫描。
根据本发明的方法首次允许从单次ct扫描采集中提取原生、动脉阶段与门静脉期对比增强图像。结果，对于ct中肝脏的诊断成像，只需进行一次ct扫描而不是三次扫描。这样，用于表征肝脏病变的提供有用信息的值显著增大。
另外，该方法允许计算肝脏的排他性门静脉血液图作为关于肝实质的门静脉供血的补充信息。在标准ct中，这些信息被动脉供血导致的增强所掩盖。例如在用门静脉血栓形成、门静脉高压或门静脉分支的医源性阻塞作为肝脏节段性切除术前的预治疗流程的患者中，这种额外的信息为评价肝实质提供了一个全新的特征。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。