多模態(tài)心臟成像的制作方法
【專利摘要】一種用于心臟成像的多模態(tài)成像系統(tǒng)10包括采用橫向偏置平板探測器采集冠狀動脈的對比增強(qiáng)CT投影數(shù)據(jù)的x射線掃描器24、30以及與x射線掃描器共享相同的檢查區(qū)域和臺架的采集冠狀動脈的核投影數(shù)據(jù)的SPECT成像掃描器40a、40b。CT重建處理器34由所采集的CT投影數(shù)據(jù)生成3D冠狀動脈圖像表示、至少一幅平面冠狀動脈血管造影片和3D衰減校正圖。SPECT重建處理器44基于所生成的衰減校正圖來校正所采集到的核投影數(shù)據(jù)，并由經(jīng)校正的核投影數(shù)據(jù)生成冠狀動脈的SPECT圖像表示。融合處理器54將核圖像表示、3D血管圖像表示和至少一幅平面血管血管造影片組合成復(fù)合圖像。
【專利說明】多模態(tài)心臟成像
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。其特別適用于采用多模態(tài)成像系統(tǒng)的冠狀動脈成像和灌注研究，其中所述多模態(tài)成像系統(tǒng)既執(zhí)行核成像，又執(zhí)行X射線/CT成像。
【背景技術(shù)】
[0002]在診斷核成像當(dāng)中，使放射性核素通過患者的血流，伴隨著這一通過對放射性核素分布進(jìn)行研究，以對循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行成像或者對積聚所注入的放射性藥劑的特定器官進(jìn)行成像。有利地，能夠?qū)⑺龇派湫运巹┰O(shè)計為集中在選定的組織內(nèi)，以提供對這些選定組織的優(yōu)先成像。
[0003]在單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影(SPECT)中，采用一個或多個被統(tǒng)稱為伽馬照相機(jī)的輻射探測器通過放射性衰變事件引起的輻射發(fā)射來檢測放射性藥劑。典型地，每一伽馬照相機(jī)包括輻射探測器陣列和設(shè)置在所述輻射探測器陣列之前的準(zhǔn)直器。所述準(zhǔn)直器限定了線性或者小角度錐形視線，從而使所探測到的輻射代表投影數(shù)據(jù)。如果使伽馬照相機(jī)在一定的視角范圍內(nèi)移動，例如，在180°或360°的角范圍內(nèi)移動，那么能夠?qū)⑺玫降耐队皵?shù)據(jù)容易地重建成患者內(nèi)的放射性藥劑分布的圖像。
[0004]在正電子發(fā)射斷層攝影(PET)中，放射性藥劑的放射性衰變事件生成正電子。每一正電子與電子相互作用從而產(chǎn)生正電子一電子湮滅事件，該事件發(fā)射兩個180°反向的伽馬射線。采用重合檢測電路，圍繞成像患者的輻射探測器的環(huán)形陣列探測對應(yīng)于正電子一電子湮滅的重合反向伽馬射線事件。連接兩個重合探測的響應(yīng)線(LOR)含有所述正電子一電子湮滅事件的位置?？梢詫@樣的響應(yīng)線進(jìn)行重建，以生成放射性藥劑分布圖像。
[0005]在飛行時間PET (TOF-PET)中，采用兩個重合伽馬射線事件的探測時間之間的小的時間差對沿所述LOR (響應(yīng)線)`的湮滅事件進(jìn)行定位。
[0006]在計算機(jī)斷層攝影(CT)成像中，輻射源對成像受檢者進(jìn)行輻射；設(shè)置在成像受檢者的相對側(cè)上的輻射探測器陣列探測所發(fā)射的輻射。由于成像受檢者內(nèi)的組織對輻射的不同衰減，因而能夠?qū)⑻綔y到的輻射重建成描繪成像受檢者內(nèi)的輻射吸收結(jié)構(gòu)的圖像。
[0007]可以采用不同的成像模態(tài)來執(zhí)行冠狀動脈疾病的診斷和治療計劃。最為常用的成像過程包括采用核成像系統(tǒng)，即SPECT的心肌灌注，但是也可以采用PET，并且采用平面X射線冠狀動脈血管造影術(shù)來檢測冠狀動脈狹窄和對應(yīng)的灌注缺陷。盡管由于成本和可用性的原因，當(dāng)前在臨床環(huán)境中優(yōu)選采用平面2D血管造影術(shù)，但是3D CT冠狀動脈成像卻日益普及，因為其能夠提供更多的信息，潛在地比一系列不同角度的2D投影圖像更易于解釋，而且提供了在介入和計劃當(dāng)中有用的對血管性質(zhì)的定量分析。
[0008]一般在C臂X射線系統(tǒng)上執(zhí)行更為常用的基于導(dǎo)管的X射線冠狀動脈血管造影術(shù)。所述C臂系統(tǒng)的平板X射線探測器提供了高分辨率平面2D血管造影片。通過將旋轉(zhuǎn)血管造影術(shù)(3DRA)采集與受到專門調(diào)適的重建算法結(jié)合使用，有可能在C臂X射線系統(tǒng)上實現(xiàn)3D冠狀動脈成像。作為一種備選方案，可以采用標(biāo)準(zhǔn)X射線CT系統(tǒng)執(zhí)行3D冠狀動脈成像。然而，這些檢查無法提供與SPECT掃描相同的功能信息。[0009]使心臟SPECT和X射線/CT血管造影成像相組合能夠通過使關(guān)于心臟的健康，尤其是關(guān)于冠狀動脈的健康的功能信息和解剖學(xué)信息相組合，來改進(jìn)心臟疾病的診斷。典型地，在單獨的成像系統(tǒng)上，并且因此在不同的時間和位置上，執(zhí)行SPECT和X射線成像過程。在同一成像裝置上執(zhí)行兩種過程有利于提高患者吞吐量、降低在檢查之間的錯誤配準(zhǔn)或者解剖學(xué)結(jié)構(gòu)變化的風(fēng)險，并且通過縮短總檢查時間而提高患者舒適度。
[0010]大部分當(dāng)前可得的多模態(tài)SPECT/CT成像裝置都采用具有旋轉(zhuǎn)臺架的標(biāo)準(zhǔn)CT。然而，標(biāo)準(zhǔn)CT固有地提供比基于平板的系統(tǒng)更低的成像分辨率，而且不提供平面血管造影片。而且，在采用標(biāo)準(zhǔn)SPECT/CT系統(tǒng)時，共平面SPECT和CT成像是不可能的，因為兩個成像系統(tǒng)是安裝在兩個單獨的旋轉(zhuǎn)臺架上的。
[0011]已提出了具有相對于X射線源居中設(shè)置的X射線探測器的基于平板的多模態(tài)SPECT/CT成像系統(tǒng)。這些系統(tǒng)被描述為用于ECG選通的SPECT和CT研究，并且能夠為冠狀動脈成像提供高空間分辨率。然而，當(dāng)在具有相對于X射線源居中設(shè)置的探測器的幾何結(jié)構(gòu)中使用時，當(dāng)前可得的平板探測器不夠大，無法覆蓋典型患者的整個寬度。因此，所采集到的CT圖像可能受到截斷，因為患者輪廓是未知的。因此，無法由這些系統(tǒng)生成精確的未截斷的衰減校正圖來用于SPECT重建。
[0012]本申請?zhí)峁┝丝朔鲜鰡栴}和其他問題的新的和改進(jìn)的多模態(tài)成像系統(tǒng)和方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)一個方面，提出了一種用于診斷成像的方法。所述方法包括接收采用橫向偏置的平板探測器從檢查區(qū)域采集的對比增強(qiáng)的CT投影數(shù)據(jù)。選擇包括一條或多條對比增強(qiáng)血管的視場(F0V)。由接收到的CT投影數(shù)據(jù)生成選定FOV的三維(3D)血管圖像表示、至少一幅平面血管血管造影片和3D衰減校正(AC)圖。
[0014]根據(jù)另一方面，提出了一種診斷成像系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括利用橫向偏置的平板探測器從檢查區(qū)域采集對比增強(qiáng)CT投影數(shù)`據(jù)的X射線掃描器。所述系統(tǒng)包括用于選擇包括一條或多條對比增強(qiáng)血管的視場(FOV)的圖形用戶界面。CT重建處理器由采集到的CT投影數(shù)據(jù)生成選定FOV的三維(3D)血管圖像表示、至少一幅平面血管血管造影片和3D衰減校正(AC)圖。
[0015]根據(jù)另一方面，提出了一種用于心臟成像的多模態(tài)成像系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括利用橫向偏置的平板探測器采集冠狀動脈的對比增強(qiáng)CT投影數(shù)據(jù)的X射線掃描器以及從所述檢查區(qū)域采集核投影數(shù)據(jù)的SPECT成像掃描器。CT重建處理器由采集到的CT投影數(shù)據(jù)生成三維(3D)冠狀動脈圖像表示、至少一幅平面冠狀動脈血管造影片和3D衰減校正(AC)圖。SPECT重建處理器由采集到的核投影數(shù)據(jù)生成選定FOV的核圖像表示，合并所生成的AC圖以對SPECT采集中的衰減進(jìn)行校正。融合處理器將所述核圖像表示、3D血管圖像表示和至少一幅平面血管血管造影組合成復(fù)合圖像。
[0016]一個優(yōu)點在于改善了冠狀動脈疾病的診斷。
[0017]另一個優(yōu)點在于降低了檢查成本并縮短了總檢查時間。
[0018]另一個優(yōu)點在于降低了錯誤配準(zhǔn)的風(fēng)險。
[0019]另一個優(yōu)點是降低了由于在檢查之間的患者活動和/或解剖學(xué)變化而導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量降低的風(fēng)險。[0020]在閱讀并理解了下述詳細(xì)說明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置的形式，以及各種步驟和步驟布置的形式。附圖的作用僅在于對優(yōu)選實施例進(jìn)行舉例說明，不應(yīng)將其推斷為對本發(fā)明構(gòu)成限制。
[0022]圖1是具有偏置的平板探測器的組合SPECT/CT單臺架系統(tǒng)的示意圖；
[0023]圖2是3D冠狀動脈重建的例子；
[0024]圖3A是2D “半”投影的例子，而圖3B則是對應(yīng)的2D “融合”投影的例子。
[0025]圖4A和4B是2D血管造影片和去除了對比增強(qiáng)血管之后的對應(yīng)血管造影片的例子；以及
[0026]圖5和圖6A-6C是一種用于多模態(tài)診斷成像的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]—種能夠?qū)崿F(xiàn)X射線CT和核成像采集的多模態(tài)診斷成像系統(tǒng)使能了利用單次X射線CT采集的對冠狀動脈疾病的綜舍評估。在單次成像會話期間，生成心臟灌注SPECT重建、2Dx射線血管造影片和3D X射線冠狀動脈重建。所述系統(tǒng)通過生成更多的患者可得到的更綜合的檢查，降低檢查成本和總檢查時間，以及通過降低成像檢查之間由于患者運(yùn)動和解剖學(xué)變化而導(dǎo)致的錯誤配準(zhǔn)和錯誤診斷的風(fēng)險，而改善了冠狀動脈疾病的診斷。所述系統(tǒng)不限于心臟成像研究，并且可以可應(yīng)用于研究遍及患者身體的各種脈管系統(tǒng)研究，例如，對神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。參考圖1，診斷成像系統(tǒng)10執(zhí)行同時發(fā)生的和/或獨立的X射線計算機(jī)斷層攝影(CT)和諸如PET或SPECT之類的核成像。成像系統(tǒng)10包括界定患者容納孔14的固定外殼12。將受到外殼12支撐的旋轉(zhuǎn)臺架16布置為圍繞所述孔旋轉(zhuǎn)，以界定公共檢查區(qū)域18。對支撐待成像 和/或檢查的患者或受檢者22的患者支座20進(jìn)行縱向和/或垂直調(diào)整，以實現(xiàn)患者在檢查區(qū)域內(nèi)的預(yù)期定位。
[0028]為了提供CT成像能力，安裝在可旋轉(zhuǎn)臺架16上的X射線組件24包括諸如X射線管之類的X射線源26，以及準(zhǔn)直器或快門組件28，該組件除了包括準(zhǔn)直器外還可以包括各種濾波器以修改所發(fā)射的X射線輻射的譜特性。所述準(zhǔn)直器將來自X射線源26的輻射準(zhǔn)直成錐形或楔形射束、一個或多個基本平行的扇形射束等。所述快門對所述射束放行和遮斷。將諸如固態(tài)平板探測器的X射線探測器30安裝到可旋轉(zhuǎn)臺架16上與X射線組件24相對的位置。在圖示的實施例中，使探測器面板相對于輻射的投影中心橫向偏置，或者使其從軸橫斷面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生橫向位移。更具體而言，對錐形射束和CT探測器30進(jìn)行偏置，使得在每一單次X射線投影當(dāng)中對略微超過一半的視場(FoV)進(jìn)行檢查。在X射線源和探測器旋轉(zhuǎn)大約360°時能夠完成對整個FoV的檢查。偏置的探測器幾何結(jié)構(gòu)是合意的，因為在具有給定的固定探測器尺寸的情況下其能夠?qū)崿F(xiàn)增大的FoV，或者其允許采用較小的探測器尺寸。更大的探測器往往更加復(fù)雜，制造成本高昂，可能限制總體系統(tǒng)設(shè)計，并且可能限制探測器定位或者患者使用等。
[0029]隨著臺架的旋轉(zhuǎn)，X射線組件24和X射線探測器30圍繞檢查區(qū)域18協(xié)調(diào)一致地旋轉(zhuǎn)，以采集跨越全360°旋轉(zhuǎn)、多周旋轉(zhuǎn)或者較小弧的CT投影數(shù)據(jù)。每一 CT投影指示沿X射線組件24和X射線探測器30的探測元件之間的線性路徑的X射線衰減。將所采集到的CT投影數(shù)據(jù)存儲到CT數(shù)據(jù)緩沖器32內(nèi)，并通過CT重建處理器34將其處理成CT圖像表示，繼而將其存儲在CT圖像存儲單元36內(nèi)。所述X射線源、準(zhǔn)直器/快門組件、探測器和重建處理器綜合起來定義了一種用于生成解剖學(xué)、CT、X射線圖像或第一圖像的系統(tǒng)或模塊。
[0030]為了提供核成像能力，將至少兩個核探測器頭40a、40b，例如，單光子發(fā)射斷層攝影(SPECT)探測器以可移動的方式安裝到旋轉(zhuǎn)臺架16上。將X射線組件24和核探測器頭40a、40b安裝到同一可旋轉(zhuǎn)臺架上允許在不移動患者22的情況下通過兩種模態(tài)對檢查區(qū)域18進(jìn)行成像，即共平面成像。在一個實施例中，通過安裝到旋轉(zhuǎn)臺架16上的機(jī)器人組件(未示出)以可移動的方式來支撐所述探測器頭。所述機(jī)器人組件使得能夠?qū)⑺鎏綔y器頭定位到圍繞患者22的可選擇的偏置處，例如，90°偏置、彼此相反180°等。每一 SPECT探測器頭包括準(zhǔn)直器，使得已知每一探測到的輻射事件都是沿可識別的線性或小角度圓錐形視線發(fā)生，從而所采集到的輻射包括投影數(shù)據(jù)。將所采集到的SPECT投影數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)緩沖器42內(nèi)，并通過SPECT重建處理器44將其處理成SPECT圖像表示，繼而將其存儲到SPECT圖像存儲單元46內(nèi)。SPECT探測器頭和SPECT重建處理器綜合起來定義了一種用于生成核、功能圖像或第二 圖像的系統(tǒng)或模塊。
[0031]在另一實施例中，所述核成像系統(tǒng)或模塊包括未示出的正電子發(fā)射斷層攝影(PET)探測器，而不是SPECT探測器40a、40b。圍繞患者容納孔14布置一個或多個PET探測器的環(huán)，以接收來自那的伽馬輻射。所探測到的重合輻射事件對定義了 L0R，按照列表模式將所述LOR存儲到數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)，并通過PET重建處理器將其重建成PET圖像表示，并將其存儲到PET圖像存儲單元內(nèi)。PET探測器環(huán)和PET重建處理器綜合起來定義了用于生成功能圖像的系統(tǒng)或模塊。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，未示出將平板X射線組件24和PET系統(tǒng)組合到單個臺架內(nèi)，但是也可以設(shè)想這樣做。
[0032]使心臟SPECT和CT血管造影成像相結(jié)合能夠通過使有關(guān)心臟和冠狀動脈的健康的功能信息和解剖學(xué)信息相結(jié)合而改進(jìn)心臟疾病的診斷。成像系統(tǒng)10能夠采集共平面SPECT和CT圖像連同未截斷的衰減校正(AC)圖，之后對其進(jìn)行重建并在顯示器上將其作為融合及非融合視圖呈現(xiàn)給臨床醫(yī)生。
[0033]對于心臟成像流程而言，將患者22定位到支座20上。將心電圖(ECG)記錄裝置50定位到患者上或者附近，以記錄CT和SPECT數(shù)據(jù)采集期間的患者ECG信號，從而對所采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通。還應(yīng)當(dāng)指出，能夠通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ娲鶨CG信號，所述方法將在不采用額外的EGC記錄裝置50的情況下基于所采集到的圖像數(shù)據(jù)(例如，CT或核圖像數(shù)據(jù))導(dǎo)出受檢者的心臟相位。向患者施用X射線對比增強(qiáng)試劑，以增強(qiáng)采集期間冠狀動脈的對t匕。對比試劑是通過靜脈注射到或者經(jīng)由導(dǎo)管直接注射到冠狀動脈內(nèi)的，使得在整個CT采集過程中使冠狀動脈內(nèi)存在恒定的對比試劑濃度。
[0034]采用系統(tǒng)10的由X射線源26和橫向偏置平板X射線探測器30構(gòu)成的CT部件，來執(zhí)行360度X射線采集，該部件被安裝在與SPECT探測器頭40a、40b相同的臺架上。如上文提到的，探測器偏置使得能夠?qū)φ麄€患者軸向截面進(jìn)行成像。每一 X射線投影覆蓋略微超過患者的一半。采用ECG記錄裝置50，在CT采集期間記錄患者的ECG信號，并使患者的ECG信號與X射線采集在時間上配準(zhǔn)。將所采集到的CT投影數(shù)據(jù)和對應(yīng)的ECG數(shù)據(jù)被存儲到CT數(shù)據(jù)緩沖器32內(nèi)。
[0035]在一個實施例中，由表示選定心臟運(yùn)動狀態(tài)的存儲的CT投影數(shù)據(jù)來生成冠狀動脈的3D重建。在一個實施例中，臨床醫(yī)生選擇用于重建的心臟運(yùn)動狀態(tài)，例如，心臟運(yùn)動相對較小的舒張后期。在另一實施例中，所述CT重建處理器34自動選擇最佳心臟運(yùn)動狀態(tài)。根據(jù)ECG選通信號和選定的最佳心臟運(yùn)動狀態(tài)來確定用于重建的對應(yīng)投影。將CT重建處理器34編程為對經(jīng)選通的CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先濾波，以增強(qiáng)冠狀動脈和減弱解剖學(xué)背景。濾波方法包括諸如“頂帽”濾波器的形態(tài)濾波、采用血管分割的多尺度血管狀態(tài)(mult1-scalevesselness)濾波、這兩種方法的結(jié)合或者其他已知的濾波方法。背景消除對于由很少的投影獲得高質(zhì)量冠狀動脈迭代重建是有利的(下文將對其加以描述)，以使能僅含有冠狀動脈的高分辨率子體積圖像表示的重建。
[0036]由于ECG選通使得對應(yīng)每一心臟運(yùn)動狀態(tài)可獲得有限數(shù)量的投影，因所以重建處理器34執(zhí)行少量投影重建算法。所述重建算法是一種迭代重建方法，其采用作為規(guī)則化因子的冠狀動脈的空間稀疏度、用于考慮中央疊加區(qū)域的冗余度加權(quán)因子以及小的更新步長中的至少一個，從而以被截斷的投影數(shù)據(jù)和不均勻的體積覆蓋實現(xiàn)均勻收斂?？梢栽趦H含有冠狀動脈的小的高分辨率子體積內(nèi)執(zhí)行所述重建。而且，可以將對幾種運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行重建，以生成每種運(yùn)動狀態(tài)下的圖像。所述重建可以合并運(yùn)動估計和運(yùn)動校正步驟，例如，基于投影的運(yùn)動校正或基于體積的運(yùn)動估計和校正，從而針對心臟運(yùn)動或其他殘余運(yùn)動進(jìn)行校正。例如，可以導(dǎo)出對運(yùn)動狀態(tài)之間的運(yùn)動進(jìn)行建模的運(yùn)動模型。可以采用所述運(yùn)動模型將來自其他運(yùn)動狀態(tài)的圖像或者基礎(chǔ)投影數(shù)據(jù)映射或者變換到選定的運(yùn)動狀態(tài)當(dāng)中。將重建的3D冠狀動脈圖像表示存儲到CT圖像存儲器36中。
[0037]圖2示出了針對模 擬偏置探測器平板X射線采集的軟件仿真模型研究中的ECG選通冠狀動脈重建37的例子。冠狀動脈的3D高分辨率重建是由18個投影生成的，所述18個投影在360°的范圍內(nèi)具有等角度間隔。投影選擇對應(yīng)于心率為90bpm時對12秒的掃描時間的最近鄰ECG選通。所述重建是采用迭代重建方法由頂帽濾波投影生成的，所述迭代重建方法采用了稀疏度規(guī)則化、冗余度加權(quán)因子和小更新步長。
[0038]在另一實施例中，由所采集到的選定心臟運(yùn)動狀態(tài)的CT投影數(shù)據(jù)生成至少一幅2D血管造影片。可以采用已知的濾波方法對選定的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以增強(qiáng)冠狀動脈的可視性，例如，所述方法為對比增強(qiáng)、直方圖優(yōu)化、血管狀態(tài)濾波和血管分割、或者形態(tài)學(xué)濾波器。
[0039]針對給定的臺架旋轉(zhuǎn)角度，CT重建處理器34選擇存儲在緩沖器32內(nèi)的對應(yīng)x射線投影。所選擇的投影示出了被截斷的冠狀動脈樹，因為所述偏置探測器幾何布置俘獲了略微超過一半的F0V。從緩沖器32中選出在與第一投影相同的心臟運(yùn)動狀態(tài)下采集到的第二投影，從而使所述第一和第二投影的投影角度之間的差別盡可能接近180度。所述CT重建處理器34對兩投影進(jìn)行融合，從而得到了針對兩個給定投影角度的一幅2D血管造影片，并將復(fù)合2D血管造影片存儲到CT圖像存儲器36內(nèi)。圖3A和圖3B分別示出了第一 2D截斷血管造影片和融合的2D血管造影片38的例子。
[0040]在另一實施例中，由所采集到的CT投影數(shù)據(jù)生成衰減校正(AC)圖。在CT投影掃描中存在對比增強(qiáng)試劑可能會對準(zhǔn)確的AC圖的生成造成干擾，因為在SPECT采集過程中是不存在對比試劑的。在冠狀動脈中存在對比增強(qiáng)試劑的情況下的AC圖可能會為SPECT重建校正生成不一致的衰減信息。為了去除對比增強(qiáng)，CT重建處理器34采用已知方法對所述投影數(shù)據(jù)中的對比增強(qiáng)血管進(jìn)行分割，并利用背景強(qiáng)度替代經(jīng)分割的區(qū)域?；蛘撸珻T重建處理器34可以對重建3D圖像數(shù)據(jù)中的而不是投影數(shù)據(jù)中的對比增強(qiáng)血管進(jìn)行分割和替代，即，在將投影數(shù)據(jù)重建成3D體積表示之后進(jìn)行分割和替代。此外，CT重建處理器34可以對3D體積表示當(dāng)中的對比增強(qiáng)血管進(jìn)行分割；之后從投影數(shù)據(jù)減去經(jīng)分割的血管的前向投影。在去除了對比增強(qiáng)血管并采用背景強(qiáng)度對其進(jìn)行替代之后，采用利用橫向偏置探測器平板系統(tǒng)的用于錐形射束CT重建的已知方法來執(zhí)行3D重建，例如，采用濾波逆投影或迭代重建方法?？梢詫λ傻?D體積進(jìn)行后處理，從而進(jìn)行噪聲消除、截斷校正、對比試劑減少或者諸如下采樣的分辨率調(diào)適。由這一 3D重建體積生成AC圖。圖4A是來自C臂旋轉(zhuǎn)血管造影采集的2D血管造影片的例子，圖4B是去除了對比增強(qiáng)血管之后的血管造影片。在這一例子中，采用多尺度血管狀態(tài)濾波器來檢測和分割對比增強(qiáng)血管，繼而將其減除并以內(nèi)插投影背景替代。
[0041]至此，所采集到的CT投影數(shù)據(jù)得到了 3D冠狀動脈重建、一系列2D血管造影片和能夠用于校正模擬SPECT投影數(shù)據(jù)的衰減校正圖。可以在CT數(shù)據(jù)采集之前或者之后或者與CT數(shù)據(jù)采集交錯地采集SPECT投影數(shù)據(jù)。為了采集到SPECT數(shù)據(jù)，要對在檢查區(qū)域18內(nèi)保持靜態(tài)的患者施用放射性藥劑示蹤劑。同時采集SPECT投影數(shù)據(jù)和ECG選通信號并將其存儲到SPECT圖像存儲器46上。SPECT重建處理器基于所述AC圖來校正所述SPECT投影數(shù)據(jù)，并根據(jù)選定的心臟相位由經(jīng)校正的SPECT數(shù)據(jù)生成3D圖像重建。
[0042]臨床醫(yī)生使圖像表示在圖形用戶界面(⑶I) 52上可視化，例如，所述圖像表示為經(jīng)重建的3D血管表示、2D血管造影片和經(jīng)校正的SPECT重建。所述⑶I還包括臨床醫(yī)生或用戶所憑借的與系統(tǒng)10交互的用戶輸入裝置。在一個實施例中，如圖5A所示，臨床醫(yī)生能夠指示⑶152以較高的分辨率顯示圖像表示之一，以包含⑶152的整個顯示。例如，臨床醫(yī)生指示⑶I顯示重建的3D冠狀動脈樹。臨床醫(yī)生能夠使用用戶輸入裝置使3D冠狀動脈樹旋轉(zhuǎn)，從而使各條動脈上的動脈可視化。如果臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了異常，那么其能夠指示GUI顯示對應(yīng)于當(dāng)前視圖的旋轉(zhuǎn)角的2D血管造影片。在另一實施例中，如圖5B所示，可以同時使多于一個圖像表示可視化。繼續(xù)看同一個例子，臨床醫(yī)生能夠指示⑶152在3D冠狀動脈重建的旁邊顯示對應(yīng)的2D血管造 影片。此外，臨床醫(yī)生能夠使經(jīng)校正的SPECT重建與處于對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角上的3D冠狀動脈重建和/或與對應(yīng)的2D血管造影片同時顯示。在另一實施例中，按照各種疊置方式顯示所述圖像表示。成像系統(tǒng)10包括采用已知方法進(jìn)行了編程的融合處理器54，所述方法用于2D血管造影片、3D冠狀動脈重建和經(jīng)校正的3D SPECT重建以各種組合方式的圖像配準(zhǔn)和融合。圖像用戶界面52還允許臨床醫(yī)生或用戶與掃描控制器56交互，以選擇掃掃描順序和協(xié)議等。
[0043]參考圖5，其示出了一種用于多模態(tài)心臟成像的方法。在將患者定位在檢查區(qū)域18內(nèi)和通過GUI52選擇對應(yīng)的掃描協(xié)議之后，向患者注射X射線可探測對比增強(qiáng)試劑SlOO0通過使安裝了 X射線源24和橫向偏置平板X射線探測器30的臺架圍繞檢查區(qū)域18旋轉(zhuǎn)，來執(zhí)行360° X射線采集S110。在X射線采集期間采用ECG記錄裝置50記錄患者的ECG信號，并使患者的ECG信號與X射線投影數(shù)據(jù)在時間上配準(zhǔn)。臨床醫(yī)生能夠采用⑶152選擇一個或多個患者心臟相位S120，將從所述相位選擇對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)，以生成3D冠狀動脈重建S130、一系列2D平面冠狀動脈血管造影片S140，和3D衰減校正圖S150。[0044]在患者仍然處于檢查區(qū)域18內(nèi)的同時，向患者注射SPECT放射性示蹤劑S160，并通過使被安裝到與X射線組件24、30相同的臺架上的SPECT探測器頭40a、40b圍繞檢查區(qū)域18旋轉(zhuǎn)，來執(zhí)行心臟SPECT采集S170。在SPECT采集期間記錄患者的ECG信號，之后使患者的ECG信號與SPECT投影數(shù)據(jù)在時間上配準(zhǔn)。采用3D衰減校正圖和選定的心臟運(yùn)動狀態(tài)將投影數(shù)據(jù)重建S180成患者心臟區(qū)域的3D圖像表示。融合處理器54將3D x射線冠狀動脈圖像表示、2D X射線平面血管造影片和3D SPECT心臟圖像表示組合成有助于臨床醫(yī)生對患者的心臟區(qū)域進(jìn)行診斷的各種重疊形式。在GUI52的顯示上單獨或者同時顯示3D X射線冠狀動脈圖像表示、2D X射線平面血管造影片、3D SPECT心臟圖像表示和各種組合的圖像表示。參考圖6A，其示出了一種用于生成3D X射線冠狀動脈圖像表示S130的方法。在選擇了心臟相位并對對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通S120之后，采用形態(tài)學(xué)濾波、多尺度血管狀態(tài)濾波和血管分割、這些方法的一種或多種組合或者其他已知濾波方法對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波S210，以增強(qiáng)冠狀動脈和減弱解剖學(xué)背景。采用適于有限數(shù)量的可用投影和橫向偏置探測幾何布置的迭代重建算法來重建S220經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)。所述重建也可以合并運(yùn)動估計和補(bǔ)償，以針對心臟運(yùn)動或其他殘余運(yùn)動進(jìn)行校正。
[0045]參考圖6B，其示出了一種用于生成2D平面冠狀動脈血管造影S140的方法。在選擇了心臟相位并對對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通S120之后，對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波S240，以增強(qiáng)冠狀動脈。針對每一投影角度，所俘獲到的視場受到了截斷，例如，冠狀動脈樹可能受到了截斷，因為偏置探測器幾何布置的俘獲范圍略微超過所述FOV的一半。因此，確定S250在與第一投影相同的心臟運(yùn)動狀態(tài)下采集到的第二投影，從而使所述第一和第二投影的投影角度之間的差別盡可能接近180度。所述CT重建處理器34對兩投影進(jìn)行融合S260，從而得到針對所述的兩個給定投影角度的復(fù)合或融合的2D血管造影片S270。
[0046]參考圖6C，其示出了一種用于生成3D衰減校正圖S150的方法。在選擇了心臟相位并對對應(yīng)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通S120之后，重建處理器34從所述投影當(dāng)中去除對比增強(qiáng)。應(yīng)當(dāng)指出，可以在AC圖的生成當(dāng)中采用ECG信號，也可以不采用ECG信號。為了去除對比增強(qiáng)，CT重建處理器34采用已知方法對所述投影數(shù)據(jù)中的、步驟S140中生成的2D平面血管造影中的或者重建圖像數(shù)據(jù) 中的對比增強(qiáng)血管進(jìn)行分割S280，并采用背景強(qiáng)度替代被分割的區(qū)域S290。采用考慮了橫向偏置平板探測器幾何布置的濾波逆投影或迭代算法來執(zhí)行3D重建S300，以生成3D體積。對所生成的3D體積進(jìn)行后處理S310，從而進(jìn)行噪聲消除、截斷校正、對比試劑減小或者諸如下采樣的分辨率調(diào)適。由經(jīng)處理的3D重建體積生成AC圖S320。
[0047]在另一實施例中，提供了一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其具有體現(xiàn)于其上的用于對處理器加以控制以執(zhí)行圖6和圖7A-7C的心臟成像方法的計算機(jī)程序或指令。
[0048]已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。在閱讀并理解了前述詳細(xì)說明的之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能想到修改和變化。意圖是將本發(fā)明推斷為包括所有落在所附權(quán)利要求或者其等同形式的范圍內(nèi)的如此修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于診斷成像的方法，包括: 接收利用橫向偏置平板探測器(30)從檢查區(qū)域(18)采集的對比增強(qiáng)的CT投影數(shù)據(jù)； 選擇包括一條或多條對比增強(qiáng)的血管的視場(FOV)；以及 由所接收的CT投影數(shù)據(jù)，來生成所選擇的FOV的3D衰減校正(AC)圖，以及生成三維(3D)血管圖像表示和至少一幅平面血管血管造影片中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的生成三維(3D)血管圖像表示的步驟包括: 對所接收的CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以增強(qiáng)所述血管，并消除所選擇的FOV中的背景信息；以及 由經(jīng)濾波的投影數(shù)據(jù)重建所述FOV的3D圖像表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述的生成三維(3D)血管圖像表示的步驟還包括: 針對運(yùn)動來校正經(jīng)濾波的投影數(shù)據(jù)和所重建的3D圖像表示中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項所述的方法，其中，采用迭代重建算法來執(zhí)行所述重建，所述算法采用規(guī)則化因子、冗余度加權(quán)因子和小更新步長中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項所述的方法，其中，所述的生成至少一幅平面血管血管造影片的步驟包括:` 對所接收的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以增強(qiáng)所選擇的FOV中的所述血管； 針對每一投影角度，生成第一 2D截斷血管造影片和第二 2D截斷血管造影片，所述第二2D截斷血管造影片具有在類似的心臟運(yùn)動狀態(tài)期間與給定的投影角相反大約180°的投影角；以及 通過使所述第一 2D截斷血管造影片和所述第二 2D截斷血管造影片融合來生成針對每一投影角的2D復(fù)合血管造影片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述的生成3DAC圖的步驟包括: 對3D體積表示中的對比增強(qiáng)的血管進(jìn)行分割； 以背景強(qiáng)度數(shù)據(jù)替代經(jīng)分割的對比增強(qiáng)的血管；以及 基于其中對比增強(qiáng)的血管被減除了并被以背景強(qiáng)度數(shù)據(jù)替代的CT投影數(shù)據(jù)來生成3DAC圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一項所述的方法，還包括: 接收從所述檢查區(qū)域(18)采集的核投影數(shù)據(jù)； 基于所生成的AC圖校正所采集的核投影數(shù)據(jù)； 基于經(jīng)校正的核投影數(shù)據(jù)由所采集到的核投影數(shù)據(jù)生成所選擇的FOV的核圖像表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 將所述核圖像表示、所述3D血管圖像表示和所述至少一幅平面血管血管造影片組合成復(fù)合圖像；以及 顯示所述核圖像表示、所述3D血管圖像表示、所述至少一幅平面血管血管造影片和所述復(fù)合圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的任一項所述的方法， 接收在所述CT投影數(shù)據(jù)和所述核投影數(shù)據(jù)的采集期間采集的心電圖(ECG)數(shù)據(jù)；以及在生成所述圖像表示和所述至少一幅血管造影片之前，根據(jù)所選擇的心臟運(yùn)動狀態(tài)對所述CT投影數(shù)據(jù)和所述核投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通。
10.一種承載軟件的計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述軟件用于對一個或多個處理器進(jìn)行控制以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任何一項所述的方法。
11.一種用于診斷成像的系統(tǒng)(10)，包括: X射線掃描器(24、30)，其利用橫向偏置平板探測器(30)從檢查區(qū)域(18)采集對比增強(qiáng)的CT投影數(shù)據(jù)； 圖形用戶界面(50)，其用于選擇包括一條或多條對比增強(qiáng)的血管的視場(FOV);以及 CT重建處理器(34)，其由所采集的CT投影數(shù)據(jù)生成三維(3D)血管圖像表示和至少一幅平面血管血管造影片中的至少一個以及所選擇的FOV的3D衰減校正(AC)圖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，其中，所述CT重建處理器(34)被編程為: 對所采集的CT投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以增強(qiáng)所述對比增強(qiáng)的血管，并消除所選擇的FOV中的背景信息；以及 由經(jīng)濾波的投影數(shù)據(jù)重建所述FOV的所述3D血管圖像表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求12 所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，其中，所述CT重建處理器(34)還被編程為: 針對運(yùn)動來校正經(jīng)濾波的投影數(shù)據(jù)和經(jīng)重建的3D血管圖像表示中的至少一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13中的任一項所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，其中，采用迭代重建算法來執(zhí)行所述重建，所述算法采用了規(guī)則化因子、冗余度加權(quán)因子和小更新步長中的至少一個。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中的任何一項所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，其中，所述CT重建處理器(34)被編程為: 對所采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以增強(qiáng)所選擇的FOV中的所述血管； 針對每一投影角度，生成第一 2D截斷血管造影片和第二 2D截斷血管造影片，所述第二2D截斷血管造影片具有在類似的心臟運(yùn)動狀態(tài)期間與給定的投影角相反大約180°的投影角；以及 通過使所述第一 2D截斷血管造影片和所述第二 2D截斷血管造影片融合來生成針對每一投影角的2D復(fù)合血管造影片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，其中，所述CT重建處理器(34)還被編程為: 對所述3D體積表示中的所述對比增強(qiáng)的血管進(jìn)行分割； 以背景強(qiáng)度數(shù)據(jù)替代經(jīng)分割的對比增強(qiáng)的血管；以及 基于其中所述對比增強(qiáng)的血管被減除并被以背景強(qiáng)度數(shù)據(jù)替代的CT投影數(shù)據(jù)生成3DAC圖。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中的任何一項所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，還包括: 核成像掃描器(40a、40b)，其從所述檢查區(qū)域(18)采集核投影數(shù)據(jù)； 核重建處理器(44)，其被編程為: 基于所生成的AC圖來校正所采集的核投影數(shù)據(jù)；基于經(jīng)校正的核投影數(shù)據(jù)，由所采集的核投影數(shù)據(jù)生成所選擇的FOV的核圖像表示。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，還包括: 融合處理器(54)，其將所述核圖像表示、所述3D血管圖像表示和所述至少一幅平面血管血管造影片組合成復(fù)合圖像；以及 圖形用戶界面(52)，其顯示所述核圖像表示、所述3D血管圖像表示、所述至少一幅平面血管血管造影片、所述復(fù)合圖像或其任意組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17和18中的任一項所述的診斷成像系統(tǒng)(10)，還包括: ECG裝置(50)，其在所述CT投影數(shù)據(jù)和所述核投影數(shù)據(jù)的采集期間采集心電圖(ECG)數(shù)據(jù)；以及 在生成所述圖像表示和所述至少一幅血管造影片之前，根據(jù)所選擇的心臟運(yùn)動狀態(tài)對所述CT投影數(shù)據(jù)和所述核投影數(shù)據(jù)進(jìn)行選通。
20.一種診斷成像系統(tǒng)，包括: 融合處理器(54)，其將核圖像表示、3D血管圖像表示和至少一幅平面血管血管造影片組合成復(fù)合圖像；以及 圖形用戶界面(52)，其顯示所述核圖像表示、所述3D血管圖像表示、所述至少一幅平面血管血管造影片和所述復(fù)合圖像。
【文檔編號】A61B6/03GK103458790SQ201280013763
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月17日
【發(fā)明者】E·S·漢西斯 申請人:皇家飛利浦有限公司