造影增强扫描期间的扫描参数调整的制作方法

以下内容总体上涉及成像，并且更具体而言涉及使用在扫描期间根据采集数据所确定的造影剂浓度估计在造影增强扫描期间调整扫描参数，并且描述为具体应用于计算机断层摄影(ct)成像，包括非谱ct成像和/或谱ct成像，并且适用于其他成像模态。

背景技术：

计算机断层摄影(ct)扫描器通常包括旋转框架，所述旋转框架支撑x射线管和探测器阵列，所述x射线管和探测器阵列跨限定检查区域的框架的孔彼此相对定位。对于体积扫描，旋转框架旋转，同时x射线管发射穿过检查器区域的辐射，并且探测器阵列探测穿过检查器区域的辐射。探测器阵列输出指示探测到的辐射的信号，并且对该信号进行处理以生成表示检查区域和被设置在其中的任何物体或对象的体积图像数据。

诸如ct血管造影的造影增强成像流程包括扫描已被施用放射造影剂的对象，以对造影剂在心血管系统中的分布进行成像。在一个示例中，这包括使用具有单相、双相或多相注射方案的注射器或导管来经由手臂中的静脉和/或其他进入点来施用药剂。在施用造影剂团注的情况下，对于心血管系统中注射部位上游的给定位置，初始地将不存在造影剂。当造影剂分布并进入该位置(摄取)时，该位置处的造影剂的量将增加，直到峰值量(峰值增强)，并且然后随着造影剂离开该位置(冲刷)而减少。在一个实例中，扫描被配置为在扫描期间跟踪峰值增强。

然而，造影剂在心血管系统中的分布速度取决于多个因子，例如对象的心脏性能、心血管疾病、对象特异性解剖结构以及注射部位和流率，仅举几例。结果，对于给定的一组扫描参数，扫描可能在扫描期间的至少一些时间处错过峰值造影增强。遗憾的是，所得到的体积图像数据将不包括(一个或多个)该时间处的峰值增强，这能够负面影响根据所得到的重建的体积图像数据对阻塞和/或冠状动脉疾病的程度的评估。

技术实现要素：

本文描述的方面解决了上述问题和其他问题。

在一个方面中，一种计算机断层摄影成像系统包括：x射线辐射源，其被配置为发射穿过检查区域的x射线辐射；以及x射线辐射敏感探测器阵列，其被配置为探测穿过检查区域的x射线辐射并生成线积分的视图。该成像系统还包括对象支撑台面，其被配置为基于至少一个扫描参数在检查区域中平移以进行扫描。该成像系统还包括操作者控制台，所述操作者控制台包括处理器和具有扫描参数适配器模块的计算机可读存储介质。处理器被配置为执行扫描参数适配器模块的指令，所述指令使处理器根据线积分的视图来确定造影剂浓度，并且基于所确定的浓度来调节至少一个扫描参数。

在另一方面中，一种方法包括：在ct血管造影期间接收投影数据的视图；对于视图中的一个或多个，确定当前扫描平面中的造影剂的量；并且响应于造影剂的量不满足预定条件而调节ct血管造影的扫描参数。

在另一方面中，一种计算机可读介质编码有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由计算机的处理器执行时使处理器：在ct血管造影期间接收投影数据的视图，对于视图中的一个或多个确定当前扫描平面中的造影剂的量，并且响应于造影剂的量不满足预定条件而调节ct血管造影的扫描参数。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件布置的形式，并且可以采取各种步骤和各步骤安排的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的，而不应被解释为对本发明的限制。

图1示意性地图示了具有扫描参数适配器模块的示例ct成像系统。

图2示意性地图示了用于非谱投影数据的扫描参数适配器模块的示例。

图3图示了与对象相关的示例扫描计划。

图4图示了在整个体积期间捕获感兴趣的造影浓度的期望情形的示例。

图5示意性地图示了通过用于设定为峰值造影浓度的设定点的控制回路反馈机构来调节对象支撑体的速度的示例。

图6示意性地图示了用于谱投影数据的扫描参数适配器模块的示例。

图7图示了用于调整非谱投影数据的扫描参数的示例方法。

图8图示了用于调整谱投影数据的扫描参数的示例方法。

具体实施方式

图1示意性地图示了成像系统100，例如计算机断层摄影(ct)扫描器。

成像系统102包括大致固定机架104和旋转机架106。旋转机架106由固定机架104可旋转地支撑(例如，经由轴承等)，并且绕检查区域108关于纵向或旋转轴(z轴)旋转。诸如x射线管的x射线源110由旋转机架104可旋转地支撑，与旋转机架104协调旋转，并发射x射线辐射。x射线源110包括准直器，所述准直器对发射的x射线辐射进行整形以形成穿过检查区域108的射束(例如，扇形、楔形、圆锥形等形状的射束)。

辐射敏感探测器112(其包括探测器元件的行的一维或二维阵列)由旋转机架104沿着与x射线源110相对并跨检查区域108的弧可旋转地支撑。随着探测器112旋转，探测器元件114沿着旋转路径在连续的弧分段(积分时段)上探测辐射。对于每个弧分段，每个探测器元件生成电信号，所述电信号指示沿着从x射线源110到探测器元件的路径的总x射线衰减(线积分)。用于弧的线积分的集合在本文中称为视图，并且视图的集合在本文中称为投影数据。

在变型中，成像系统102被配置用于谱(多能量)成像。例如，辐射敏感探测器112可以包括能量分辨探测器，诸如多层闪烁体/光传感器探测器(例如，us7968853b2，通过引用将其整体并入本文)和/或光子计数(直接转换)探测器(例如，wo2009072056a2，通过引用将其整体并入本文)。在该实例中，x射线源110可以包括宽带源、kvp开关(例如，us8442184b2，通过引用将其整体并入本文)和/或多个x射线管(例如，us8442184b2)。

在另一变型中，成像系统102被配置用于相衬成像。在2010年12月8日提交的题为“rotationalxraydeviceforphasecontrastimaging”的美国专利us8565371b2中描述了一种被配置用于相衬成像的ct扫描器的示例，通过引用将其整体并入本文。在2010年8月9日提交的题为“x-raydetectorforphasecontrastimaging”的us2010/0322380a1中描述了被配置用于相衬成像的ct扫描器的示例，通过引用将其整体并入本文。

重建器116重建投影数据并生成体积图像数据。对于非谱投影数据，重建器116产生常规宽带(非谱)体积图像数据。利用谱投影数据，重建器116产生常规宽带(非谱)体积图像数据和/或谱体积图像数据。谱体积图像数据可以至少包括造影(例如，碘)浓度图。其他数据的示例包括但不限于单能图像数据、有效z(原子序数)图像数据、光电效应和康普顿散射图像数据和/或其他图像数据。

诸如卧榻的对象支撑体包括可移动地耦合至框架/基座120的台面118。在所图示的示例中，台面118经由轴承等可滑动地耦合至框架/基座120。包括控制器、电机、导螺杆和螺母(或其他驱动系统)的驱动系统(不可见)将台面118沿着框架/基座120移入和移出检查区域108。台面118被配置为在检查区域108中支撑物体或对象，从而相对于检查区域108引导对象或物体，以用于加载、扫描和/或卸载对象或物体。

计算系统或计算机用作操作者控制台122，并且包括诸如显示器的人类可读输出设备124、诸如键盘、鼠标等的输入设备126、处理器128(例如微处理器、中央处理单元(cpu)等)，以及计算机可读存储介质130，其包括非瞬态介质(硬件存储器)并且不包括瞬态介质(信号、载波等)。驻留在操作者控制台122上(例如，在计算机可读存储介质130中)的软件允许操作者控制系统102的操作，包括选择成像协议、设置扫描参数等。

所图示的计算机可读存储介质130至少包括扫描参数适配器模块132，其包括用于在扫描期间调整(一个或多个)扫描参数(例如，台面118速度、用于螺旋扫描的间距、用于轴向扫描的采集定时/持续时间、稀疏采样的帧率、旋转速度等)的指令。如以下更详细地描述的，在一个实例中，扫描参数被调整用于ct血管造影扫描，使得在扫描的一个或多个(例如，全部)切片平面上对在峰值浓度(或其他期望水平)周围的造影浓度进行成像。在一个实例中，这可以在维持扫描协议的解剖学特异性要求的同时实现，例如，在心脏处的ecg门控采集，以及在其余扫描区域中的非ecg门控采集。

图2示意性地图示了扫描参数适配器模块132的示例，扫描参数适配器模块132用于利用非谱投影数据在ct血管造影期间调整扫描参数。非谱投影数据由非谱扫描器产生，或者通过组合由谱扫描器产生的谱投影数据产生。在该示例中，扫描参数适配器模块132包括正向投影仪202、差异确定器204、度量确定器206、决策逻辑208和参数调节器210。扫描参数适配器模块132接收在预扫描期间生成的非造影增强体积图像。

为此，在一个实例中，使用稀疏角度采样执行3d扫描。例如，在全角采样包括每旋转针对n个视图中的每个视图发射和探测x射线辐射的情况下，在稀疏角度采样的情况下，仅针对这些视图的子集(小于n个)发射和探测x射线，例如，每第10个、第16个、第20个等视图。在另一实例中，以全角度采样执行3d扫描。可以设置扫描参数，诸如mas(x射线强度，作为以毫安(ma)为单位的x射线管电流和以秒(s)为单位的曝光时间的乘积)，使得患者辐射剂量不大于2d扫描图(也称为监视、侦察、领航等)的剂量。

由探测器阵列112产生的投影数据由重建器116重建以生成体积图像数据。操作者控制台122接收预扫描体积图像数据。操作者控制台122的用户使用预扫描体积图像数据规划血管造影。为此，经由输出设备124显示体积图像数据，并且用户使用输入设备126规划血管造影。规划可以包括识别开始扫描位置以及扫描范围或结束扫描位置中的至少一个，选择参数(例如间距、mas、kv(x射线管平均千伏电压)，采用自动和/或半自动组织分割等。

在血管造影期间，操作者控制台122在采集投影数据的视图时接收它们。对于接收到的视图，正向投影仪202正向投影预扫描体积图像数据(其全部或子集)以估计对应于与接收到的视图相同的角位置的线积分。这可以包括估计整个视图，或者对应于特定预定感兴趣区域(roi)的视图的线积分和/或子部分。roi可以例如根据如由操作者和/或由自动分割算法从预扫描中确定的基于图像的roi来确定并通过使用正向投影器进行正向投影转换为投影/视图roi。差异确定器204计算所采集的视图和所估计的视图之间的差异。通常，差异表示存在的造影剂的量，因为预扫描是非造影增强扫描，而血管造影是造影增强扫描。

度量确定器206根据视图的线积分中的差异来计算度量。在一个示例中，通过对所有差异求和或仅对视图的预定子区域的差异求和来计算度量。在一个实例中，利用来自单个切片/探测器行的数据来计算度量。在另一实例中，利用来自多个切片/探测器行的数据来计算度量，例如，其中，探测器阵列112被配置有多行探测器。决策逻辑208确定度量是否满足预定条件。该条件可以是加或减给定公差、范围等的值。在一个实施例中，采用了运动校正算法(例如，弹性2d-3d配准)。在一个示例中，该算法将正向投影预扫描与实际扫描之间的差异限制为由造影剂生成的差异。在一个实例中，这减轻了由于正向投影预扫描和实际扫描之间的运动造成的非造影剂引起的差异。

响应于度量不满足预定条件，参数调节器210调整至少一个扫描参数(例如，台面118速度等)。在一个实例中，预定条件识别造影剂的量或造影剂浓度。在该实例中，(一个或多个)参数被调节为使得在随后采集的投影中表示预定量的造影剂(例如，峰值造影浓度)。通常，当度量满足预定条件时，参数调节器210不调整扫描参数。然而，如果期望，则可以在这种情况下调节扫描参数。

例如，度量随时间的历史值可以指示该度量与不在随后的扫描平面处未能通过预定条件相比更可能。在该实例中，可以主动调节扫描参数。在另一个示例中，造影剂施用信息(诸如流率、浓度、针大小、生理盐水追踪器等)、患者信息(诸如体重、身高、心率等)、扫描信息(诸如管电势(kvp)、虚拟单能(kev)、扫描距离等和/或其他信息用于调节扫描参数。在另一变型中，模块132使用解剖模型，所述解剖模型包含关于相对于某一身体高度处的标准化值的每身体切片的平均造影剂量的信息。

在扫描期间对一个或多个视图重复以上处理：正向投影预扫描体积图像数据，确定测量和估计的线积分之间的差异，基于该差异确定度量以及基于预定条件调节扫描参数。通常，当造影剂团注分布通过心血管系统时，这允许对峰值造影剂浓度或峰值造影剂浓度周围的范围(或团注的其他预定水平或范围)进行成像。

图3和图4示出了在扫描期间捕获峰值造影浓度的期望情形的示例，并且图3和图5示出了通过控制回路反馈机构调节台面118的速度(扫描速度)以将设定点设置为峰值造影浓度的示例。在图4和5中，第一轴402表示造影剂浓度的积分，第二轴404表示扫描平面的位置，并且第三轴406表示时间。

图3示出了针对患者304的扫描计划302。扫描计划302包括开始扫描位置306和结束扫描位置308。扫描在开始扫描位置306处开始并且在结束扫描位置308处结束。为了扫描体积302，台面118将患者304移动到检查区域108中。在该示例中，在施用造影团注时或之后不久(静止的台面118位置)，扫描开始于开始扫描位置306，并且当在该位置处的造影剂的量达到预定阈值水平时(其触发台面118以扫描协议中定义的预定速率移动患者304)，开始对体积进行扫描。图3示出了进入扫描计划302的路径的大约三分之一的当前扫描平面310。在一个实例中，基于“正常”扫描协议来规划预定速率。在变型中，其基于普通患者的“正常”造影剂速度。在变型中，扫描从造影团注的施用起的预定持续时间之后和/或以其他方式开始。

在图4中，第一曲线408表示作为时间的函数的造影剂浓度，而第二曲线410表示作为时间的函数的扫描平面位置。图4还示出了造影剂浓度412触发对患者304的体积的扫描的预定阈值水平。在时间间隔414期间，造影剂浓度随着推注的进行在开始位置306处随时间增加，但是低于预定阈值水平412，并且台面118保持在开始位置306。

在416处造影剂浓度达到预定阈值水平412之后，台面118开始以扫描协议中的速率移动，行进如由曲线410所示的扫描平面位置。在该实施例中，预定速率使得，在期望扫描平面420i并且在418之后在体积扫描期间在后续扫描平面处捕获峰值造影浓度418，如由曲线408所指示的，由曲线410指示扫描平面位置的线性增加。

通常，造影剂团注不以恒定的速率行进通过心血管系统，如图4所示，其中，针对相同的恒定台面118速度，在所有扫描平面处捕获峰值造影浓度。此外，诸如动脉粥样硬化和/或(一个或多个)另一心血管系统疾病的疾病可改变造影剂团注的流的流动特性。

在图5中，第一曲线502表示作为时间的函数的造影剂浓度，并且第二曲线504表示作为时间的函数的扫描平面位置。图5还示出了造影剂浓度506触发对患者304的体积的扫描的预定阈值水平。在时间间隔508期间，造影剂随着团注的进行浓度在开始位置306处随时间增加，但是低于预定阈值水平506。在造影剂浓度在510处达到预定阈值水平506之后，台面118开始以扫描协议中的速率移动，从而使扫描平面位置前进。

在该示例中，造影剂浓度在扫描平面514i处低于峰值浓度512。如本文所述，扫描参数适配器模块132例如通过评价来自一个或多个先前扫描平面的造影剂浓度的变化和/或以其他方式来探测这一点。在514i，扫描参数适配器模块132探测造影剂浓度从扫描平面到扫描平面正在降低，指示台面118需要放慢速度，并且扫描平面514i在峰值造影浓度512的前面。响应于此，扫描参数适配器模块132减小台面118的速度，这由在扫描平面514i之后的曲线504的减小的斜率表示。

对于扫描平面514j，模块132探测造影剂浓度从扫描平面到扫描平面正在增加，指示对象支撑体118需要加速并且扫描平面在峰值造影浓度之后。响应于此，模块132增加台面118的速度，这由在扫描平面514j之后的曲线504的增加的斜率指示。对于扫描平面514k，模块132探测造影剂浓度没有变化或仅在给定公差内从扫描平面到扫描平面变化，指示扫描平面正在以当前台面118的速度捕获峰值造影剂浓度，这通过在扫描平面514k之后曲线504的相同斜率的连续来指示。

应理解，图5中的造影剂浓度曲线502的正弦曲线性质出于说明的目的示出了台面118的速度增加和减少的情形，而非限制。例如，曲线可以备选地是不规则的，或者可以通过另一种模式振荡。通常，造影剂流动特性将随着其前进而变化，并且反馈机构将响应于此而调整台面118速度。调整的频率取决于评价扫描平面以确定是否对峰值造影剂浓度成像的频率。

在以上示例中，减小/增加对象支撑体118的速度和/或对象支撑体118的速度的减小/增加的量的决策取决于每切片造影剂浓度的梯度。在变型中，基于造影剂浓度的量来做出决策，预定条件是阈值，并且由决策逻辑208将浓度与预定阈值进行比较。

在另一变型中，图4和图5的积分曲线410和/或504与核(例如，高斯或其他核)进行卷积，以减少局部造影剂浓度变化的效应。

在预定台面118速率基于普通患者的“正常”造影剂速度的情况下，本文描述的方法校正实际患者与平均患者的偏差。

图6图示了扫描参数适配器模块132的示例，扫描参数适配器模块132用于利用谱投影数据在ct血管造影期间调整扫描参数。在该示例中，扫描参数适配器模块132包括谱分解器602、决策逻辑208和参数调节器210。在血管造影期间，操作者控制台122接收谱投影数据的视图，如本文所述的。

谱分解器602将基于能量的谱投影数据分解为至少两个差异谱分量，包括至少造影剂(例如，碘)图，其指示视图的造影剂的浓度。谱分解的示例在2016年9月1日提交的题为“amethodforthereconstructionofquantitativeiodinemapsusingenergyresolvedtomography”的wo2016135044a1中以及在2015年12月14日提交的题为“penalizedmaximumlikelihoodmaterialdecomposition”的wo2016097981a1中进行了描述，通过引用将其整体并入本文。本文还预期其他方法。

决策逻辑208确定如造影剂图中所指示的造影剂的浓度是否满足预定条件，例如如上所述和/或以其他方式。参数调节器210响应于浓度不满足预定条件而调节至少一个扫描参数，例如如上所述和/或以其他方式。参数调节器210也可以响应于浓度满足预定条件而调节扫描参数，例如如上所述和/或以其他方式。

图7图示了用于根据非谱数据在ct血管造影期间调整扫描参数的示例方法。

在702处，执行预扫描，如本文所述和/或以其他方式。

在704处，利用预扫描数据规划血管造影，如本文所述和/或以其他方式。

在706处，在血管造影期间，针对所采集的视图，对预扫描数据进行正向投影以估计相同视图的线积分，如本文所述和/或以其他方式。

在708处，在采集的视图和估计的视图之间计算差异，如本文所述和/或以其他方式。

在710处，根据所述差异计算度量，如本文所述和/或以其他方式。

在712处，确定度量是否满足预定条件。

如果度量满足预定条件，则对于另一视图重复动作706-712。

如果度量不满足预定条件，则在714处调节(一个或多个)扫描参数，使得在随后的采集的视图中表示造影剂的预定水平，如本文所述和/或以其他方式，并且重复动作706-712。

图8图示了用于在ct血管造影期间针对谱数据调整扫描参数的示例方法。

在802处，执行预扫描，如本文所述和/或以其他方式。

在804处，利用预扫描数据规划血管造影，如本文所述和/或以其他方式。

在806处，在血管造影期间，对于采集的视图，生成造影剂(例如，碘)图，如本文所述和/或以其他方式。

在808处，确定造影图中指示的造影剂的量是否满足预定阈值。

如果度量满足预定阈值，则重复动作806-808。

如果度量不满足预定阈值，则在810处调节(一个或多个)扫描参数，使得在随后的采集的视图中表示造影剂的预定水平，如本文所述和/或以其他方式，并且重复动作806-808。

在一个实例中，本文所描述的方法可以通过如上面已经描述其的显式算法来实施，或者在其他情况下可以使用机器学习或深度学习方法来训练神经网络以在扫描期间调整扫描速度。此处，可以将患者扫描的大数据集和患者参数连同ct采集和造影应用参数一起用作输入以与人类阅读器或自动图像质量测量数据结合进行训练。然后在扫描期间应用经训练的神经网络以调整扫描速度。

可以通过编码或嵌入在计算机可读存储介质(其不包括瞬态介质)上的计算机可读指令的方式来实施以上内容，所述计算机可读指令在由(一个或多个)计算机处理器(例如，cpu、微处理器等)执行时使(一个或多个)处理器执行本文所述的动作。额外地或可替代地，计算机可读指令中的至少一个由不是计算机可读存储介质的信号、载波或其他瞬时介质来承载。

尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为说明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。通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，“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。单个元件或其他单元可以履行权利要求书中所记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

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