專利名稱：譜成像的制作方法
譜成像下文總體涉及譜(spectral)成像，并且具體應(yīng)用于計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)。然而， 其還適于其他醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用和非醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器已經(jīng)被用于捕獲可用于幫助診斷患者的灌注信息， 諸如通過脈管組織的流。例如，腦灌注掃描提供能夠用于幫助識(shí)別卒中患者中的灌注異常 的信息。一般而言，常規(guī)的計(jì)算機(jī)斷層攝影灌注(CTP)過程包括向患者靜脈施予造影劑 丸劑，其令腦部的X射線強(qiáng)度隨著造影劑被吸收以及流過和洗出腦部的脈管結(jié)構(gòu)而暫時(shí)增 大；并執(zhí)行患者腦部的時(shí)間序列的CT掃描。所捕獲的數(shù)據(jù)可以用于隨著造影劑流過腦部對 其進(jìn)行追蹤，并識(shí)別缺血組織和/或在不可逆損傷或者壞死組織(梗死的核心)與潛在可 逆損傷或者有危險(xiǎn)的組織(梗死的半暗帶)之間進(jìn)行區(qū)分。在時(shí)間序列中吸收的不同提供 對平均傳遞時(shí)間(MTT)、腦血液體積(CBV)和腦血流(CBF)的相對度量。遺憾的是，由于注射率的限制，可能難以利用短暫且稠密的造影丸劑直接測量MTT 值。通常利用灌注掃描、反卷積技術(shù)間接地測量MTT參數(shù)，以導(dǎo)出CBV和CBF以及關(guān)系MTT = CBV/CBF。這可能具有有限的可靠度，因?yàn)榉淳矸e處理需要操作員為輸入函數(shù)(function) 選擇參考血管，并且該選擇易于出錯(cuò)。此外，這種技術(shù)的精度有限，因?yàn)樗幬锎x動(dòng)力學(xué)是 一種復(fù)雜的函數(shù)，并且由CTP測量承載的信息不是非常適于導(dǎo)出血液動(dòng)力學(xué)和灌注參數(shù)。 此外，造影劑丸劑僅僅是暫時(shí)地存在于患者體內(nèi)，并且可以看見造影劑的時(shí)間間隔受到造 影劑在患者體內(nèi)的駐留時(shí)間的限制。另一示例灌注過程是多階段(phase)肝臟研究。對于這種研究，基于造影劑的CT 過程可以用于在主動(dòng)脈(造影攝取)階段、門靜脈(造影洗出)階段和/或平衡(無造影) 階段期間識(shí)別肝臟的高灌注區(qū)域和/或低灌注區(qū)域。遺憾的是，這種研究常規(guī)需要施予造 影劑以及之后的多次掃描(例如，3到5次掃描)以便隨著造影劑流過血管捕獲在這些階段 每個(gè)中的造影劑。這樣，患者劑量可能相對于執(zhí)行更少掃描的方案要高。本申請的各方面解決以上問題和其他問題。根據(jù)一方面，一種方法包括基于調(diào)制分布圖(modulation profile)在成像過程期 間同時(shí)調(diào)制向受檢者施予至少兩種不同的造影劑。所述至少兩種不同的造影劑展現(xiàn)不同的 譜特征。該方法還包括對指示所述至少兩種不同的造影劑的數(shù)據(jù)執(zhí)行譜分解；基于譜重 建確定所述至少兩種不同的造影劑的濃度；以及基于濃度的比率和調(diào)制分布圖確定灌注參數(shù)。根據(jù)另一方面，一種至少向受檢者施予每種具有不同譜特性的第一和第二靜脈造 影劑的方法，其中，在從施予第一造影劑算起的第一預(yù)設(shè)時(shí)間延遲之后施予第二靜脈造影 劑。該方法還包括在從施予第二造影劑算起的第二預(yù)設(shè)時(shí)間延遲之后執(zhí)行對受檢者的單次 譜掃描。該方法還包括生成表示第一生理階段的第一造影劑的第一圖像，以及表示第二不 同生理階段的第二造影劑的第二圖像。根據(jù)另一方面，一種包括輻射源(110)和探測器陣列(118)的系統(tǒng)，輻射源(110) 繞檢查區(qū)域旋轉(zhuǎn)并發(fā)射穿過檢查區(qū)域的多色輻射，探測器陣列(118)位于與輻射源(110) 相對的檢查區(qū)域的對側(cè)，其探測穿過檢查區(qū)域的輻射并生成指示其的信號(hào)。該系統(tǒng)還包括注射器(114)，其基于造影劑調(diào)制分布圖針對成像過程施予至少兩種不同的造影劑。該系統(tǒng) 還包括重建器(120)，其譜重建信號(hào)以生成第一造影劑的第一圖像和第二造影劑的第二圖 像。本發(fā)明可以具體化為不同的部件或部件布置，以及具體化為不同的步驟和步驟安 排。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選實(shí)施例，而不應(yīng)解釋為是對本發(fā)明的限制。

圖1圖示說明了示例的成像系統(tǒng)。圖2圖示說明了示例的MTT確定器。圖3圖示說明了示例的造影劑調(diào)制分布圖。圖4圖示說明了示例的方法。圖1圖示說明了計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器100，其包括靜止機(jī)架102和由靜止 機(jī)架102旋轉(zhuǎn)地支撐的旋轉(zhuǎn)機(jī)架104。旋轉(zhuǎn)機(jī)架104繞檢查區(qū)域106關(guān)于縱向或ζ軸108 旋轉(zhuǎn)。諸如χ射線管的輻射源110由旋轉(zhuǎn)機(jī)架104支撐并隨其一起圍繞檢查區(qū)域106旋轉(zhuǎn)， 并發(fā)射多色輻射。準(zhǔn)直器112對發(fā)射的輻射進(jìn)行準(zhǔn)直以產(chǎn)生穿過檢查區(qū)域106的大致為扇 形、楔形或圓錐形的輻射束。輻射敏感的探測器陣列118探測穿過檢查區(qū)域106的光子，并 生成指示檢查區(qū)域的投影數(shù)據(jù)。注射器114被配置成在患者內(nèi)注射或施予造影介質(zhì)以用于掃描。如以下更為詳細(xì) 地描述，在一個(gè)實(shí)例中，注射器被用于在相同血管或不同血管中同時(shí)施予具有兩種不同譜 特性的至少兩種不同的造影劑(例如，包含釓或碘等的造影劑)。在另一實(shí)例中，注射器被 用于相繼施予兩種或更多種不同的造影劑，其中，在施予之間有延遲。調(diào)制器116提供指示 兩種或更多種不同的造影劑的注射方式或分布圖的控制信號(hào)，包括兩種或更多種不同的造 影劑隨時(shí)間的濃度。造影劑可以備選地由臨床醫(yī)生等手動(dòng)施予。重建器120重建投影數(shù)據(jù)并生成指示其的體積圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)例中，重建器 120采用諸如K邊緣算法的譜算法124。這種算法允許對具有不同譜特性的材料，諸如一種 或多種被施予的造影劑，進(jìn)行選擇性和定量成像。重建器120還可以采用常規(guī)的重建算法， 例如，濾波的反投影算法或迭代重建算法。圖像生成器1 處理體積圖像數(shù)據(jù)并生成一幅或多幅圖像。在一個(gè)實(shí)例中，這包 括至少生成示出第一造影劑的第一圖像和示出第二造影劑的第二圖像。如果使用(一種或 多種)組織特異性造影劑，則造影劑基本被組織吸收并且相應(yīng)的(一幅或多幅)圖像指示 該組織。如果使用(一種或多種)非組織特異性造影劑，則相應(yīng)的(一幅或多幅)圖像指 示造影劑流過的血管。造影劑中的一種或多于一種可以是特異性的或非特異性的。圖像生 成器1 還可以生成諸如基于常規(guī)CT衰減的圖像的其他圖像、示出另一種造影劑的另一圖 像、康普頓(Compton)效應(yīng)圖像、光電效應(yīng)圖像等。諸如床的患者支撐物1 支撐待掃描的患者。通用計(jì)算系統(tǒng)130用作操作員控制 臺(tái)。駐留在控制臺(tái)130上的軟件允許操作員控制系統(tǒng)100的操作，諸如選擇包括基于造影 劑的K邊緣成像協(xié)議的成像協(xié)議。如以下更為詳細(xì)地描述，一個(gè)這種協(xié)議包括在掃描期間 同時(shí)調(diào)制兩種或更多種不同的造影劑的施予，以利用譜CT掃描的時(shí)間序列采集關(guān)于諸如 腦灌注的器官灌注的信息。另一種協(xié)議包括相繼施予不同的造影劑，其中，在施予之間有延 遲，并執(zhí)行掃描以在單次掃描中同時(shí)采集關(guān)于不同生理階段的信息。在一個(gè)實(shí)施例中，掃描器100被用于確定諸如平均傳遞時(shí)間(MTT)的灌注參數(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，這包括使用同時(shí)調(diào)制造影劑的施予和譜掃描的組合，并基于調(diào)制技術(shù)、造影劑 和所得的圖像數(shù)據(jù)確定MTT。圖2圖示說明了 MTT確定器202，MTT確定器202基于從圖像 數(shù)據(jù)生成的(一幅或多幅)圖像以及從調(diào)制方式或分布圖中導(dǎo)出的造影劑濃度來確定MTT。簡要地轉(zhuǎn)向圖3，示出了示例的造影劑調(diào)制分布圖。在圖3中，y軸302表示被施 予的造影劑的量(例如，毫升每秒(ml/sec)等)，而χ軸304表示時(shí)間。第一分布圖306示 出了根據(jù)時(shí)間的第一造影劑的量，而第二分布圖308示出了根據(jù)時(shí)間的第二造影劑的量。在這一示例中，分布圖306和308兩者均是鋸齒形狀。在其他實(shí)施例中，各分布圖 可以不同和/或具有其他形狀，諸如正弦的或者三角的。此外，分布圖306和308是彼此的 倒置。此外，在這一示例中，如在310處所示，這兩種造影劑隨時(shí)間的總量基本恒定。在其 他實(shí)施例中，造影劑的總量可以隨時(shí)間變化。返回圖2，如在調(diào)制函數(shù)1中所示，可以根據(jù)兩種造影劑表述合適示例的造影劑的 調(diào)制分布圖或方式調(diào)制函數(shù)1 注射⑴=0.5+ ^· AcaCA1 + 0.5-^· AcaCA2,其中，注射(t)表示被注射的造影劑隨時(shí)間的總量，F(xiàn)O是調(diào)制函數(shù)，ω表示調(diào)制 頻率，/%表示第一造影劑的最大流率，/%表示第二造影劑的最大流率，CA1表示測得的第 一造影劑的濃度，而CA2表示測得的第二造影劑的濃度?；谒捎玫恼{(diào)制分布圖，對于任何圖像，在任何具體圖像點(diǎn)處測得的濃度的比 率可以用于計(jì)算相對于注射時(shí)間的絕對傳遞時(shí)間。亦即，可以通過確定以下兩者之間的時(shí) 間差來確定傳遞時(shí)間施予具體比率的濃度的時(shí)間以及在圖像中的一點(diǎn)的濃度的比率與濃 度的具體比率大致相同的時(shí)間。例如，可以將在具體圖像點(diǎn)或目標(biāo)處測得的比率映射到如 圖3中所示的調(diào)制函數(shù)，以確定該濃度比率的相應(yīng)的起始時(shí)間以及表示該傳遞時(shí)間的時(shí)間 差。圖4的方法圖示說明了以上內(nèi)容。在402處，使用預(yù)定的造影劑施予調(diào)制方式， 在成像過程期間向受檢者同時(shí)施予具有兩種不同譜特性的至少兩種不同的造影劑。在404 處，掃描受檢者。在406處，在所得的投影數(shù)據(jù)上執(zhí)行譜重建，所述投影數(shù)據(jù)指示至少兩種 不同的造影劑。在408處，基于譜重建針對具體圖像點(diǎn)確定至少兩種不同的造影劑的濃度。 在410處，MTT確定器基于濃度的比率和造影調(diào)制方式確定針對具體圖像點(diǎn)的ΜΤΤ。在另一實(shí)施例中，掃描器100被用于諸如多階段肝臟研究的多階段研究。這種研 究可以用于識(shí)別主動(dòng)脈階段、門靜脈階段和/或平衡(equilibrium)階段期間的高灌注區(qū) 域或低灌注區(qū)域(HCC或代謝)。正如以上提到的，在常規(guī)的研究中，在注射造影劑之后可以 執(zhí)行3到5次掃描以便捕獲這些階段。在這一實(shí)施例中，可以經(jīng)由適當(dāng)?shù)淖⑸鋮f(xié)議連同被 注射的造影劑的譜CT分離來減少掃描的次數(shù)。在圖5中提供了示例。在502處，針對第一預(yù)設(shè)時(shí)期施予第一造影劑。在一個(gè)實(shí) 例中，第一預(yù)設(shè)時(shí)期為十(10)秒。在504處，造影劑的下一次施予被延遲了第二預(yù)設(shè)時(shí)期。 在一個(gè)實(shí)例中，第二預(yù)設(shè)時(shí)期為十(10)秒。在506處，針對第三預(yù)設(shè)時(shí)期施予第二造影劑。 在一個(gè)實(shí)例中，第三預(yù)設(shè)時(shí)期為五( 秒。如果施予另一種造影劑，還可以延遲另一預(yù)設(shè)時(shí) 期。在508處，掃描被延遲第四預(yù)設(shè)時(shí)期。在一個(gè)實(shí)例中，第四預(yù)設(shè)時(shí)期為十(10)秒。
在510處，執(zhí)行譜CT掃描。使用以上協(xié)議或其他合適的協(xié)議，在掃描期間，當(dāng)?shù)诙?造影劑處于主動(dòng)脈階段時(shí)，第一造影劑將處于門靜脈階段。譜CT的選擇性成像能力允許在 第一和第二造影劑之間分離。在512處，生成針對靜脈和主動(dòng)脈這兩者的兩幅造影圖像。這 樣，可以在單次掃描中捕獲針對兩個(gè)階段的兩幅造影圖像。當(dāng)施予三種或更多種造影劑時(shí)， 在單次掃描中捕獲針對三個(gè)階段的三幅或更多幅圖像。 在以上實(shí)施例中，在相同的血管中同時(shí)施予或者在相同的血管中相繼施予兩種或 更多種造影劑。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以在不同的血管中交替施予造影劑。例如，可以在不同的注 射點(diǎn)(左和右半球、額葉和后瓣等)處施予造影劑。本技術(shù)的另一應(yīng)用是解決復(fù)雜藥物代 謝動(dòng)力學(xué)模型的逆問題。換言之，可以利用適當(dāng)?shù)亩嘣煊皠┱{(diào)制的注射協(xié)議和所使用的造 影劑的選擇性成像以數(shù)字方式確定藥物代謝動(dòng)力學(xué)模型的自由參數(shù)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本文還預(yù)期其他過程和階段，包括本文預(yù)期的基本上涉及追蹤通過 不同階段的造影劑流的任何過程。對于這種過程，可以執(zhí)行單次掃描以在不同階段中的一 個(gè)或多個(gè)中捕獲造影劑。其他合適階段的示例包括但不限于動(dòng)脈的、胰臟的、肝的、肝臟等 階段。正如以上提到的，重建器120可以采用K邊緣算法。以下圖示說明了針對諸如本 文示例中的兩種造影劑的兩種K邊緣物質(zhì)(substance)的示例算法。一般而言，輻射源110 發(fā)射具有發(fā)射譜T(E)的多色輻射。第i個(gè)探測器通道的探測信號(hào)由Cli指示，并且可以由 等式1描述為等式1
權(quán)利要求
1.一種方法，包括基于調(diào)制分布圖在成像過程期間同時(shí)調(diào)制向受檢者施予至少兩種不同的造影劑，其 中，所述至少兩種不同的造影劑展現(xiàn)不同的譜特征；對指示所述至少兩種不同的造影劑的數(shù)據(jù)執(zhí)行譜分解； 基于譜重建確定所述至少兩種不同的造影劑的濃度；以及 基于所述濃度的比率和所述調(diào)制分布圖確定灌注參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)制分布圖是三角形、鋸齒或正弦中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1到2中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，被施予的每種造影劑的量隨時(shí)間基 本連續(xù)變化。
4.如權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述造影劑的總量隨時(shí)間基本恒定。
5.如權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一造影劑和第二造影劑的調(diào) 制分布圖成反比例。
6.如權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述譜分解包括將所述數(shù)據(jù)分解為 至少針對第一造影劑的第一 K邊緣成份和針對第二造影劑的第二 K邊緣成份。
7.如權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括連同所述至少兩種造影劑同時(shí)施 予至少一種附加的造影劑，其中，所述灌注參數(shù)是基于所述三種造影劑的濃度和相應(yīng)的調(diào) 制分布圖。
8.如權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述灌注參數(shù)是傳遞時(shí)間參數(shù)。
9.如權(quán)利要求1到8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述灌注參數(shù)是基于注射時(shí)間的絕對度量。
10.如權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少第一造影劑和第二造影 劑中的至少一種是組織特異性造影劑。
11.如權(quán)利要求1到10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少第一造影劑和第二造影 劑中的至少一種是非特異性造影劑。
12.一種方法，包括向受檢者施予每種具有不同譜特性的至少第一造影劑和第二造影劑，其中，在從施予 所述第一造影劑算起的第一預(yù)設(shè)時(shí)間延遲之后施予所述第二造影劑；在從施予所述第二造影劑算起的第二預(yù)設(shè)時(shí)間延遲之后，對所述受檢者執(zhí)行單次譜掃 描；以及生成表示第一生理階段的所述第一造影劑的第一圖像和表示第二不同生理階段的所 述第二造影劑的第二圖像。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一階段是門靜脈階段，并且所述第二階段 是主動(dòng)脈階段。
14.如權(quán)利要求12到13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為非零，并且 向相同的血管施予所述至少第一造影劑和第二造影劑。
15.如權(quán)利要求12到13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間大約為零，并 且向不同的血管同時(shí)施予所述至少第一造影劑和第二造影劑。
16.如權(quán)利要求12到15中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括將來自所述掃描的數(shù)據(jù)分解為至少針對所述第一造影劑的第一 K邊緣成份和針對所述第二造影劑的第二 K邊緣成份。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一K邊緣成份表示所述生理階段中的一 個(gè)，并且所述第二 K邊緣成份表示所述生理階段中的另一個(gè)。
18.如權(quán)利要求12到15中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括在從施予所述第二造影劑算起 的第三預(yù)設(shè)延遲之后施予至少一種附加的造影劑，并且在從最后施予的造影劑算起的預(yù)設(shè) 時(shí)間延遲之后執(zhí)行所述單次譜掃描。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括生成表示第三生理階段的所述第三造影劑的第 三圖像，所述第三生理階段不同于所述第一階段和第二階段。
20.一種系統(tǒng)，包括輻射源(110)，其繞檢查區(qū)域旋轉(zhuǎn)并發(fā)射穿過所述檢查區(qū)域的多色輻射；探測器陣列(118)，其位于與所述輻射源(110)相對的所述檢查區(qū)域的對側(cè)，所述探測 器陣列探測穿過所述檢查區(qū)域的輻射并生成指示所述輻射的信號(hào)；注射器(114)，其基于造影劑調(diào)制分布圖針對成像過程施予至少兩種不同的造影劑；以及重建器(120)，其譜重建所述信號(hào)以生成所述第一造影劑的第一圖像和所述第二造影 劑的第二圖像。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述注射器(114)基于不同的調(diào)制方式同時(shí)施予 所述第一造影劑和第二造影劑。
22.如權(quán)利要求20所述系統(tǒng)，其中，所述注射器(114)在不同的血管中同時(shí)施予所述第 一造影劑和第二造影劑。
23.如權(quán)利要求20所述系統(tǒng)，其中，所述注射器(114)相繼施予所述第一造影劑和第二 造影劑，其中，在施予之間有時(shí)間延遲。
24.如權(quán)利要求20到23中的任一項(xiàng)所述系統(tǒng)，其中，所述重建器(120)將所述信號(hào)分 解為各成份，包括但不限于，至少第一 K邊緣成份和第二 K邊緣成份，并且所述第一圖像基 于所述第一 K邊緣成份，并且所述第二圖像基于所述第二 K邊緣成份。
25.如權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中，所述重建器(120)還將所述信號(hào)分解為康普頓效 應(yīng)成份和光電效應(yīng)成份，其中，基于所述康普頓效應(yīng)成份生成第三圖像，并且基于所述光電 效應(yīng)成份生成第四圖像。
26.如權(quán)利要求20到25中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括調(diào)制器(116)，其確定提供所 述調(diào)制分布圖。
全文摘要
一種方法，包括基于調(diào)制分布圖在成像過程期間同時(shí)調(diào)制對受檢者施予至少兩種不同的造影劑。所述至少兩種不同的造影劑展現(xiàn)不同的譜特征。所述方法還包括執(zhí)行對指示所述至少兩種不同的造影劑的數(shù)據(jù)的譜分解；基于譜重建確定所述至少兩種不同的造影劑的濃度；以及基于所述濃度的比率和所述調(diào)制分布圖確定灌注參數(shù)。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102098963SQ200980127987
公開日2011年6月15日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
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