宽覆盖轴向CT扫描的规划的制作方法

本发明涉及计算机断层扫描领域，更具体地说，本发明涉及一种用于准确地规划宽检测器计算机断层扫描仪的轴向图像获取的方法和相关设备。

背景技术：

1、在计算机断层扫描(ct)领域，在ct系统中有朝着更多数量的检测器排数发展的趋势，除其他优点外，这还可导致图像获取时间减少。虽然多检测器计算机断层扫描技术的发展始于4排检测器系统，但该技术已迅速越过16排和64排系统发展到256排技术，甚至更高的数量(如320、512......)。例如，具有320排检测器且检测器元件宽度约为0.5mm的系统可以覆盖16cm的范围，在成像过程中不需要患者平移，例如在与螺旋成像方案相对比的轴向成像模式中。

2、宽检测器系统，例如沿纵向轴线(通常与颅尾轴线基本对齐)覆盖16cm或更大，可用于比如心脏成像和神经成像等应用，因为整个心脏和/或(至少大部分)大脑的体积成像可在(例如)少于一秒或几秒内完成，并且在图像获取期间无需来回移动患者。这可以减少运动伪影，降低造影剂的用量和/或减少被成像患者的辐射剂量。例如，可受益于宽覆盖ct系统及其上述优点的两种重要的临床应用是单激发轴向心脏ct和脑灌注ct

3、然而，沿纵向轴线提供此类宽覆盖的系统会受到与锥束几何形状相关的伪影的影响。虽然这些伪影至少在一定程度上可以通过适当的处理算法(如二次重建方法)来减少，但检测器(尤其是在纵向方向上的第一排和最后一排)的边缘附近的信号质量的降低无法仅通过处理来完全补偿。轴向获取根本无法提供足够的数据用于在被位于被覆盖范围的极限附近的检测器覆盖的整个纵向范围上进行精确重建。具体而言，如果强梯度位于投影锥内但在可被重建的区域之外，则二次重建方法可能会失效。

4、图4示出了模拟的头部的宽覆盖轴向ct扫描，以说明这一问题以及与之相关的伪影。左侧的图像61示出了基准真值图像(ground truth image)的矢状视图和冠状视图。标准的名义孔径加权的楔形重建(其结果被显示在中间的图像62中)通常会产生各种锥束伪影，如图像中通过箭头所强调的。这些锥束伪影可以通过使用二次校正方法来减少，例如减少约一个数量级，如在右侧的图像63中所示。然而，由于缺少关于超出可被重建的覆盖范围的物体结构的信息，二次方法在头部的顶部处明显失效(参见通过箭头强调的残留伪影)。

5、美国专利申请us2008/205587涉及一种ct中锥束重建的替代性方法。如已经提及的，使用二维矩阵式ct检测器和成像x射线束沿纵向轴线的扩散(从而将锥束投射到宽阔的检测器上)带来了独特的挑战(与传统的扇形束成像相比)。这些挑战在传统的扇形束成像中并不是问题，传统的扇形束成像只涉及一排或几排检测器。然而，使用线-圆重建技术而不是传统的圆形锥束重建技术可以减少锥束伪影。在所述申请中公开的方法中，以圆扫描模式获取的数据(轴向获取数据)被补充了线扫描数据。在提及的申请中，用于增强重建的线扫描数据被与用于规划成像过程的平片扫描一起有利地获取。

6、在计算机断层扫描(ct)成像中，扫描参数通常是基于平片扫描(surview scan)来确定的，平片扫描也可被称为先导扫描、概览扫描、侦察扫描或预扫描图像。这可包括简单的投影视图、两个或更多个互补投影视图的组合，或者甚至是快速(低剂量)断层扫描。要应用于成像的参数可取决于各种因素，例如断层扫描图像获取的预期目的、待成像物体的位置及其尺寸，例如患者的体重、体形和/或体积。这些参数尤其包括扫描范围和视场的选择，例如通过基于平片扫描选择待成像的框。针对该选择，操作员可以根据一般准则来确定待成像的合适体积，且在牢记扫描的预期目的(例如，使具体的身体区域、生理和/或解剖状况，和/或具体的疑似疾病可视化)的情况下确定其他扫描参数。因此，可以使用图形用户界面，以规定的方式针对可识别的解剖学界标放置规划框，例如在平片扫描的顶部绘制的覆盖框。

7、然而，在基于平片扫描选择合适的扫描范围时，锥束几何形状对图像重建的影响可能并不以直接的方式很明显，且可能需要经验丰富的操作员，其熟悉所使用的设备，意识到潜在的问题，并在需要时注意这些细节。具体地，操作员需要意识到，待选择的扫描范围和/或边界框不仅取决于临床要求，而且还可能受到技术需求的影响，即避免或减少潜在的伪影。

8、美国专利申请us2011150173a1公开了一种x射线ct系统，其确定第一和第二成像区域，以实现针对每个所述成像区域获得的辐射场。

技术实现思路

1、本发明的实施例的目的是提供良好、准确和/或快速的断层扫描规划，例如，用于为轴向扫描(例如，宽锥轴向扫描)选择合适的扫描区域和/或其他成像参数。

2、本发明的实施例的一个优点是，可以基于先前获取的图像(如平片扫描)来规划图像获取。另一个优点是，操作员选择的扫描范围(例如基于这种平片扫描)可被调整以考虑图像质量。

3、本发明的实施例的一个优点是，可以根据确定的规划，使用具有宽覆盖范围的ct扫描仪对身体部位进行成像，而无需在扫描过程中(例如在轴向扫描模式下)来回移动被扫描的患者，同时实现图像重建的良好质量。

4、本发明的实施例的一个优点是，通过使用具有较大的纵(z-)轴覆盖范围的轴向扫描方案，可以避免伪影，例如运动伪影和/或阶梯伪影。

5、本发明的实施例的一个优点是，可以有效地、可靠地对具有强图像梯度的身体区域进行成像。

6、本发明的实施例的一个优点是可以避免或减少轴向成像中与锥束几何形状相关的伪影。本发明的实施例的一个优点是，可以(可靠且有效地)将二次图像重建算法应用于所获取的图像数据，以校正(或减少)与锥束几何形状相关的伪影。

7、本发明的实施例的一个优点是，避免或减少了位于束锥内但在能够可靠地重建的区域之外且可导致重建伪影的强图像梯度。

8、本发明的实施例的一个优点是，在大覆盖范围的头部轴向ct扫描中，可避免因脑-颅、颅-皮肤和皮肤-空气过渡而产生的此类伪影。

9、本发明的实施例的一个优点是，可以避免或减少为补偿此类图像伪影而给患者增加的剂量。

10、根据本发明的实施例的一种系统和方法实现了上述目的。

11、在第一方面中，本发明涉及一种用于规划待由计算机断层扫描仪成像的物体的图像获取的方法。该方法包括使用计算机断层扫描仪获得被研究的物体的预扫描图像，以及基于预扫描图像获得用于规划中的图像获取的参数选择。参数选择至少包括物体的待扫描区域的轴向方向上的上扫描范围界限和下扫描范围界限的选择。

12、该方法还包括确定指示在预扫描图像中在上扫描范围界限和/或下扫描范围界限处和/或上扫描范围界限和/或下扫描范围界限的预定邻域内的至少一个图像梯度和/或图像梯度分量的值，并确定该值是否超过阈值，例如预定阈值。图像梯度是指预扫描图像内的图像值或图像值分量的局部变化，即每个长度单位的图像值(分量)的差异。

13、该方法包括，如果所述值超过所述阈值，则通知用户所选择的上扫描范围界限/下扫描范围界限不满足用于重建的质量标准，和/或通过重新定位上扫描范围界限/下扫描范围界限和/或调整扫描范围的大小和/或改变待扫描区域的取向，确定新的参数选择，以避免图像梯度超过阈值。

14、在根据本发明的实施例的方法中，所述阈值可以是固定的，或者可以是可配置的。例如，可以使用方案选择(例如作为输入由用户提供的)来确定合适的阈值，例如使用查找表。以这种方式，对于脑成像方案来说应用的阈值可以(例如)比颅骨成像方案更紧。

15、在根据本发明的实施例的方法中，阈值可以是可由用户配置的，例如通过选择潜在伪影的容忍度或通过直接调整阈值。

16、在根据本发明的实施例的方法中，阈值可通过校准(其可取决于具体成像方案或不取决于具体成像方案，例如，不同的成像方案可使用不同的校准)来确定，例如，通过在不同的扫描范围内对参考假体进行成像，评估指示边缘处或附近的梯度特性的值，并评估重建中的伪影水平，以确定合适的阈值。

17、同样，在根据本发明的实施例的方法中，边缘的邻域(如边距(margin)宽度)可以是固定的，可以是可配置的，和/或可以通过校准来确定。

18、在根据本发明的实施例的方法中，规划中的图像获取可以是人或动物受试者的头部的计算机断层扫描图像获取。

19、在根据本发明的实施例的方法中，规划中的图像获取可以是轴向扫描，其中对物体的在轴向方向上覆盖至少8cm的体积进行成像，且因此在图像获取期间不需要在扫描仪和物体之间的相对轴向平移。

20、在根据本发明的实施例的方法中，预扫描图像可包含二维投影图像、二维投影图像的组合或三维体积图像。

21、在根据本发明的实施例的方法中，获得参数选择可包括从用户接收手动参数选择。

22、在根据本发明的实施例的方法中，获得参数选择可包括基于预扫描图像的一个或多个参数的自动选择。

23、在根据本发明的实施例的方法中，确定所述值可包括计算上扫描范围边缘和/或下扫描范围边缘上和/或其所述预定邻域上的平均值、中位数或具有中心趋势的其他度量、最大值或分位数和/或另一统计度量。

24、在根据本发明的实施例的方法中，当所述值超过所述阈值时，可通过用户界面中的区别性显示样式告知用户上扫描范围界限/下扫描范围界限的所述状态。这种区别性显示样式可不同于在所述值低于所述阈值时展现出的所述上扫描范围界限/下扫描范围界限的显示样式。

25、在根据本发明的实施例的方法中，所确定的新的上扫描范围界限/下扫描范围界限可作为建议的替代方案提供给用户，以避免或减少重建伪影。

26、在根据本发明的实施例的方法中，新的上扫描范围界限/下扫描范围界限可通过使在参数选择中获得的上扫描范围界限/下扫描范围界限沿轴向方向远离扫描范围的中心移动来确定。

27、在根据本发明的实施例的方法中，确定所述值和确定该值是否超过所述阈值可被合并为单个操作，而不必明确地计算中间值。

28、在根据本发明的实施例的方法中，确定所述值可包括应用机器学习技术，其接收作为输入的图像或从该图像得出的特征，并产生指示在预扫描图像中在上扫描范围界限/下扫描范围界限处和/或上扫描范围界限/下扫描范围界限的预定邻域内的至少一个图像梯度和/或图像梯度分量的值。

29、在第二方面中，本发明涉及一种用于规划由计算机断层扫描仪进行的物体的图像获取的设备。该设备包括用于从计算机断层扫描仪接收物体的预扫描图像的输入端、处理器和输出端。

30、处理器适于基于预扫描图像获得用于规划中的图像获取的参数选择，其中该参数选择至少包括物体的待扫描区域的轴向方向上的上扫描范围界限和下扫描范围界限的选择。

31、处理器适于确定指示在预扫描图像中在上扫描范围界限/下扫描范围界限处和/或在所述上扫描范围界限/下扫描范围界限的预定邻域内的至少一个图像梯度和/或图像梯度分量的值。

32、处理器适于确定所述值是否超过预定阈值，且如果所述值超过所述阈值，则：

33、a)通过所述输出端告知用户所选择的上扫描范围界限/下扫描范围界限不满足用于重建的质量标准，和/或

34、b)通过重新定位上扫描范围界限/下扫描范围界限和/或调整扫描范围的大小和/或改变所选择的待扫描区域的取向，确定并经由所述输出端提供新的参数选择，以避免图像梯度超过阈值。

35、根据本发明的实施例的设备可包括用于从用户接收输入的用户界面。用户界面可包括所述输出端。因此，用户可以使用用户界面交互式地规划图像获取和/或核查所确定的新的参数选择。

36、在根据本发明的实施例的设备中，处理器可适于在所述值超过所述阈值时通过用户界面中的区别性显示样式告知用户上扫描范围界限/下扫描范围界限。这种区别性显示样式与所述值低于所述阈值时所述上扫描范围界限/下扫描范围界限的显示样式不同。

37、根据本发明的实施例的设备可包括计算机断层扫描仪，其中计算机断层扫描仪可包括二维检测器阵列，其在轴向方向上延伸至少8cm。

38、在第三方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其用于在被于计算机上执行时执行根据本发明的第一方面的实施例所述的方法。

39、独立权利要求和从属权利要求描述了本发明的具体和优选特征。从属权利要求中的特征可以与独立权利要求中的特征以及其他从属权利要求中的特征相结合，只要认为合适即可，而不必仅在权利要求中明确表述。