用于对血液灌注进行成像的方法

专利名称：用于对血液灌注进行成像的方法
技术领域：
本发明涉及用于对人类或动物身体内的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法、以及相应的装置或计算机可读介质。
背景技术：
在χ射线引导的介入期间，对软组织中血液灌注的了解在出于结果控制和计划支 持目的的若干临床应用中异常受到关注。血液灌注成像可以通过追踪给予于患者的X射线 不透明的造影剂随时间变化的空间分布来实现。在患者的组织的毛细血管内的此类追踪信息可以从使用安装到介入性设备上的 动态X射线探测器系统采集的投影信息中得到。出于单纯诊断的目的，此方法的具体的实 例(基于在一系列的旋转中重复应用断层重建的方法)是使用安装于封闭的扫描架内的快 速旋转CT系统。文献WO 2006/003578A1揭示了对患者进行灌注研究的检查装置和方法。根据此 公开，旋转χ射线设备在轨道上移动，同时连续生成使用注射设备注射造影剂之后的患者 的投影。数据处理系统可以在滑动窗口技术中使用该投影以重建身体体积的三维图像。所 得到的3D图像序列可以显示到监视器上以展示关于灌注过程的所需信息。相比于标准的CT系统，将通常用于介入的χ射线成像系统安装到就速度和运动范 围而言具有有限的旋转能力的开放式c型臂设备。由于其机械构造的原因，目前的c型臂 设备仅能够在投影采集期间执行所谓的“短扫描”运动，所述“短扫描”运动类似于在几秒 的时间间隔内稍微超过半圆周的旋转(180度加上χ射线束的扇角，通常在垂直于患者平台 的平面内)。由于这些机械限制的原因，所述重复断层重建方法(正如在诊断型CT灌注系 统中所使用的)不可以直接应用于使用c型臂系统的全空间分辨灌注成像。对于血液灌注的非全空间分辨成像，c型臂在平面χ射线投影的动态采集期间可 以保持在固定的位置。从在固定位置采集的投影中仅可以为垂直于X射线方向的表面区域 导出空间信息；所有沿X射线方向的“深度信息”必然会丢失。非常需要使用介入式X射线设备的灌注成像，为许多X射线引导介入程序提供显 著改善的工作流程。然而，全空间分辨定量灌注成像需要快速或连续的旋转模式，这远远超 出了当前C型臂系统的能力。

发明内容
本发明的目的是提供用于使用X射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是 血液灌注进行成像的方法、以及相应的装置和相应的计算机可读介质。所述目标是依照独立权利要求实现的。在从属权利要求中公开了优选的实施例。根据本发明的一方面，以上目标可以通过在权利要求1中所述的方法实现，其中， 提供了使用X射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法， 包括在角度范围上采集身体所述部分的旋转投影；使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构；根据所导出的解剖结构确定X射线系统的用于 采集所述动态过程的投影的最优位置；对身体的所述部分给予造影剂；根据所确定的位置 采集动态过程的投影；计算随时间变化的动态对比增强；以及计算并显示灌注参数。根据本发明的另一示例性实施例，身体所述部分的解剖结构的导出是通过手动分 割或自动分割的方式实现的。根据本发明的另一示例性实施例，随时间变化的动态对比增强的计算是通过使用 比例因子使在所确定的位置沿X射线方向的动态对比衰减标准化实现的，并且其中，所述 比例因子是从身体所述部分的解剖结构中导出来的。
根据本发明的另一示例性实施例，使用开放式c型臂χ射线系统。根据本发明的另一示例性实施例，为χ射线系统提供了用于对身体的一部分中的 动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法，包括为身体的所述部分给予造影剂；在角度 范围上采集身体所述部分随时间变化的动态过程的旋转投影；使用断层重建从所述投影中 导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构；从所导出的解剖结构中计算用于对沿 X射线方向的对比衰减进行适当标准化的比例因子；使用所述比例因子从所述投影中计算 所述动态过程；计算并显示灌注参数。根据另一示例性实施例，从所述投影中计算所述动态过程涉及从所述投影减去从 断层重建中导出的静态投影数据掩模。根据本发明的另一示例性实施例，从所述投影中计算所述动态过程涉及从另一组 所采集的投影中减去从另一断层重建导出的投影数据掩模。根据另一示例性实施例，使用开放式c型臂χ射线系统。根据本发明的另一示例性实施例，提供由计算机程序编码的计算机可读介质，将 其配置为执行根据权利要求1到8中的一项所述的方法。根据本发明的另一示例性实施例，装置适于执行根据权利要求1到8中的一项所 述的方法。


下面将通过实例的方式，在附图的帮助下描述本发明，其中
图1示出了本发明的示例性实施例的流程图；图2示出了本发明的另一示例性实施例的流程图；图3示出了计算机系统。
具体实施例方式在动态采集期间将安装有c型臂的成像器保持在合适的(角度)位置是有利的， 从而最小化了在深度方向不可避免的信息丢失。然而，在没有关于患者感兴趣区域的解剖 结构的很好的了解的情况下，很难推断c型臂的最佳位置。当(通过检查平面动态投影数据)分析由造影剂分布诱发的时间衰减增强时，沿X 射线方向的平均空间对比密度可能是在临床上感兴趣的。然而，即使此类关于对比分布的 方向性平均信息也是不可获得的，因为造影剂分布沿X射线方向的长度是不知道的。图1示出了本发明的示例性实施例，其中所述流程图具有开始1。所述流程图描绘了本发明用于使用X射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的示例性方法，包括在角度范围上采集身体所述部分的旋转投影2 ；使用断层重建从所述投 影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构3 ；根据所导出的解剖结构确定χ 射线系统的用于采集所述动态过程的投影的最优位置4 ；对身体的所述部分给予造影剂5 ； 根据所确定的位置采集动态过程的投影6 ；计算随时间变化的动态对比增强7 ；以及计算并 显示灌注参数8。所述流程图具有结束9。所述示例性方法是基于双扫描协议的。在(任选的)造影剂注射之后，使用标准 的旋转软组织运行通过手动分割或自动分割的方式来导出身体所述灌注部分、特别是组织 区域(血管区域，即，除骨骼、空气区域等以外的组织)的3D解剖结构。基于此信息，选择 了诸如最大化所投影的灌注区域的最优投影角度。随后从所选择的固定投影角度采集造影 灌注序列，并且对于定量分析，每个线积分是通过相应的与所分割的灌注区域相交的长度 而标准化的。因此，首先执行标准的短扫描旋转软组织运行(在没有给予造影剂的情况下)，以 便计算用于对沿X射线方向的对比衰减进行适当地标准化的比例因子，以及确定用于动态 投影采集的最优的C型臂固定位置。随后，对所述c型臂进行放置并将其固定到所确定的最优位置。给予一定剂量的 造影剂(针对最优增强给予到动脉内)，同时采集用于对血液灌注进行最终分析的动态投影。此类两步采集模式具有这样的优点，即提供沿所述“深度方向”适当标准化(即平 均)的，以及在平行于X射线探测器的平面上全空间分辨的灌注图像信息。图2示出了具有开始10流程图。所述流程图描绘了本发明用于使用χ射线系统对 身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的示例性方法，包括为身体的所述 部分给予造影剂11 ；在角度范围上采集身体所述部分随时间变化的动态过程的旋转投影 12 ；使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构13 ；根 据所导出的解剖结构计算用于对沿χ射线方向的对比衰减进行适当标准化的比例因子14 ； 使用所述比例因子从所述投影中计算所述动态过程15 ；计算并显示灌注参数16。所述流程 图具有结束17。本发明的另一示例性实施例是基于更加简化的仅采用单个的、造影旋转运行的采 集。从该静态断层重建中，估计了如在第一种方法中的总灌注体积。随后，在每个投影中的 每个线积分是通过相应的与灌注区域相交的长度进行标准化的。在每个时间步骤中用于血 液灌注的全局(非空间分辨)的值可以通过对每个投影中的标准化的线积分进行空间平均 而获得，这样将得到造影剂物质随时间变化的全局平均密度，所述全局平均密度可以被用 作对血液灌注的粗糙的定量度量。因此，单个短扫描旋转软组织运行是通过c型臂系统在同时注射造影剂期间执行 的。在第一处理步骤中，计算用于对沿着在旋转运行期间被覆盖的所有X射线方向的对比 衰减进行适当的标准化的比例因子。在第二处理步骤中，根据所述旋转运行的投影计算血 液灌注的全局(非空间分辨)度量。该一步采集模式利用单个旋转系统运行为投影采集提 供“正确地标准化的”全局灌注度量(即，非空间分辨)。因此，尽管当前的c型臂系统在投影采集期间就运动范围和速度方面具有局限，本发明的目的在于提供用于以有限水平的空间分辨率(但足够用于特定的应用)进行灌注 成像的方法。这是通过使用特定次序的投影采集运行(有和没有给予造影剂；固定位置处 的短扫描旋转和不旋转)以及中间图像处理和断层重建步骤实现的。必须根据本发明的示例性实施例执行投影采集和图像处理步骤。基于从非造影旋 转短扫描中所采集的投影，对体积图像进行断层重建。身体的所述3维部分、特别是经受血 液灌注的软组织器官区域是利用用于3D体积分割的适当的方法确定的。基于所分割的组 织，计算用于动态(即，造影)投影成像的最优χ射线源的位置“最优的”观察位置的可能 的标准是所分割的器官的投影区域尺寸的最大化；此标准使得沿χ射线方向的深度信息丢 失最小。考虑到此最优观察位置以及考虑到所述c型臂系统的几何特征，沿每束χ射线的 所述造影剂物质的“有效长度”可以从该射线与在3D体积中所分割的器官相交的长度中计 算出来。
基于在注射造影剂物质的同时动态采集来自最优固定位置的投影，通过减去相应 的(相对于观察位置的)在第一旋转运行中所采集的非造影投影(即DSA掩模)生成类似 仅造影剂物质(沿χ射线方向)的线积分的投影序列。最终，所计算出的“有效长度”被用 作缩放造影剂物质的线积分的标准化因子，以便得到沿每束射线的造影剂的平均密度的血 液灌注参数。所述平均对比密度信息对于在平行于所给定观察位置的探测器平面中的每个 点是可获得的。体积图像是通过使用标准的静态重建方法断层生成的，所述静态重建方法使用在 造影旋转短扫描运行中所采集的动态投影。这里，造影剂的注射以及c型臂旋转的持续时 间必须是同步的，从而使得造影剂的第一次循环可以被旋转成像系统的采集间隔完全覆 盖。由于在不同的投影中的非静态或不一致的造影剂物质的影响，所重建的体积的图像质 量会受到某种程度的伪影的危害。虽然这些伪影通常会导致在所重建的体积中丢失某些细 节，但是可以使用粗糙的3D分割操作(如上所述)来标示患者的体积内(身体的各部分) 类似经受灌注的软组织的这些器官区域。为了获得在旋转运行期间针对每个观察位置沿χ射线方向的“造影剂物质的线积 分”，从包括所分割的身体部分、特别是软组织器官的重建体积中生成类似DSA的减法掩模。 为与那些旋转采集运行对应的所有观察位置沿χ射线的方向计算静态重建体积的线积分， 所述静态重建体积是通过“剪切”被分割为身体的灌注部分、特别是软组织器官区域进行修 改的。这些“静态线积分”被用作针对造影旋转运行的投影的DSA掩模。正如以上对于两步采集模式的描述，所计算的“造影剂物质的线积分”是通过他们 的“有效线长度”进行标准化的，以生成造影剂物质的平均密度值。所述适当标准化的缩放 是以与如上所述的通过确定X射线与所分割的身体部分、特别是软组织器官相交的X射线 长度的方式相同的方式进行计算的。这最终导致了平均对比介质密度的时间序列，所述时 间序列在与根据观察位置的时间变化连续旋转的探测器平行的平面内是空间分辨的。在每个时间步骤中，用于血液灌注的全局(非空间分辨)值可以通过对在与相应 的探测器位置平行的平面内的标准化线积分进行空间平均而获得。可以为每个时间步骤执 行在探测器平面内的平均，得到描述造影剂物质随时间变化的全局平均密度的一个单个参 数的时间序列，产生对血液灌注的粗糙的度量。可以将所描述的用于经由造影剂物质的注射对血液灌注进行成像的采集模式应用于任意的介入式X射线C型臂系统，所述介入式X射线C型臂系统具有标准的短扫描旋 转采集(例如，Philips的Allura Xper FD20系统)的能力。在介入期间的灌注成像在有 关治疗规划和结果控制的领域中具有特别的兴趣。在导管实验室中的典型应用领域是颈动 脉支架、急性脑卒中治疗、肿瘤可视化及栓塞、外周血管病的治疗等。图3示出了具有由计算机程序编码的计算机可读介质的计算机系统，将其配置为 执行根据权利要求1到8中的一项所述的方法。这里举例说明了具有键盘19的计算机18， 其中计算机18包括实现诸如21的接口的CPU20。提供了用于使用χ射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行 成像的方法以及相应的装置和相应的计算机可读介质。特别地，描述了用于使用X射线系 统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法，包括在角度范围上采 集身体所述部分的旋转投影(2)；使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身 体所述部分的解剖结构(3)；根据所导出的解剖结构确定χ射线系统的用于采集所述动态 过程的投影的最优位置(4)；对身体的所述部分给予造影剂(5)；根据所确定的位置采集动 态过程的投影(6)；计算随时间变化的动态对比增强(7)；以及计算并显示灌注参数(8)。虽然已经在附图和先前的描述中说明和描述了本发明，但是应将这种说明和描述理解为说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域的技术人员通过研究附图、公开和所附权利要求实践所主张的发明，可以 理解和实施对公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤， 不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可能实现在权利要求中所述的若干条 功能。在互不相同的从属权利要求中提到某些措施这一简单事实不表示不能出于有利的目 的使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质中，诸如光学存储介质 或与其它固件一起提供或作为其它固件的部分被提供的固态介质，但也可以以其它的形式 分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电系统。权利要求中的任何附图标记都不应被理 解为限制范围。
权利要求
一种用于使用x射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法，包括在角度范围上采集身体所述部分的旋转投影(2)，使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构(3)，根据所导出的解剖结构确定所述x射线系统的用于采集所述动态过程的投影的最优位置(4)，对身体所述部分给予造影剂(5)，根据所确定的位置采集所述动态过程的投影(6)，计算随时间变化的动态对比增强(7)，以及计算并显示灌注参数(8)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，身体所述部分的解剖结构的所述导出是通过手动 分割或自动分割的方式实现的。
3.如权利要求1或2中的一项所述的方法，其中，通过使用比例因子实现对随时间变化 的动态对比增强的所述计算，以对在所确定的位置中沿χ射线方向的动态对比衰减进行标 准化，并且其中，所述比例因子是从身体所述部分的解剖结构中导出的。
4.如权利要求1、2或3中的一项所述的方法，其中，使用开放式的c型臂χ射线系统。
5.一种用于使用χ射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像 的方法，包括为身体所述部分给予造影剂(11)，在角度范围上采集身体所述部分随时间变化的动态过程的旋转投影(12)， 使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构(13)， 根据所导出的解剖结构计算用于对沿χ射线方向的对比衰减进行适当标准化的比例 因子(14)，使用所述比例因子从所述投影中计算所述动态过程(15)， 计算并显示灌注参数(16)。
6.如权利要求5所述的方法，其中，从所述投影中计算所述动态过程涉及从所述投影 中减去从所述断层重建中导出的静态投影数据掩模。
7.如权利要求5所述的方法，其中，根据所述投影计算所述动态过程涉及从另一组所 采集的投影中减去从另一断层重建中导出的投影数据掩模。
8.如权利要求5、6或7中的一项所述的方法，其中，使用开放式c型臂χ射线系统。
9.一种由计算机程序编码的计算机可读介质，将其配置为执行根据权利要求1到8中 的一项所述的方法。
10.一种适于执行根据权利要求1到8所述的方法中的一个的装置。
全文摘要
本发明提供了使用x射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法以及相应的装置和相应的计算机可读介质。特别地，描述了使用x射线系统对身体的一部分中的动态过程、特别是血液灌注进行成像的方法，包括在角度范围上采集身体所述部分的旋转投影(2)；使用断层重建从所述投影中导出经受所述动态过程的身体所述部分的解剖结构(3)；根据所导出的解剖结构确定x射线系统的用于采集所述动态过程的投影的最优位置(4)；对身体的所述部分给予造影剂(5)；根据所确定的位置采集动态过程的投影(6)；计算随时间变化的动态对比增强(7)；以及计算并显示灌注参数(8)。
文档编号A61B5/026GK101808576SQ200880108673
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月27日
发明者C·诺伊基兴, M·贝尔特拉姆 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司