專利名稱：放射線成像系統(tǒng)的擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射學(xué)和成像的通用領(lǐng)域，尤其涉及放射線(X光)成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于包括計(jì)算機(jī)化斷層χ射線照相法(CT)的放射線成像具有檢測(cè)小的低對(duì)比度特征的能力，它已經(jīng)變成放射學(xué)醫(yī)療實(shí)踐的主要部分，允許醫(yī)師檢測(cè)包括大腦和肝臟的軟組織解剖部位中的低對(duì)比度腫瘤和病變。低對(duì)比度檢測(cè)是診斷X射線成像方法的重要特征。當(dāng)今在放射學(xué)中的重要論題為如何減少CT檢查期間的輻射劑量，而不降低圖像質(zhì)量。 通常，更高的輻射劑量導(dǎo)致能夠檢測(cè)更低對(duì)比度的更小對(duì)象，而更低劑量導(dǎo)致圖像噪聲的增加。增加的輻射劑量增加輻射致癌的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)專利中的描述集中討論計(jì)算機(jī)化斷層χ射線斷層照相法(CT)，但是描述的技術(shù)的應(yīng)用不限于CT。描述的技術(shù)也可被應(yīng)用于其它放射線成像系統(tǒng)，因此該專利中對(duì)“CT” 或“CT掃描器”的引用應(yīng)該被解釋為應(yīng)用于其它放射線成像系統(tǒng)。CT系統(tǒng)從低對(duì)比度對(duì)象的背景中區(qū)別低對(duì)比度對(duì)象的能力由其低對(duì)比度可檢測(cè)性(low contrast detectability，LCD)測(cè)量。借助人體模型測(cè)量LCD，所述人體模型或體模包含各種尺寸的低對(duì)比度對(duì)象。體模通過使用不同密度的材料產(chǎn)生低對(duì)比度對(duì)象，體模對(duì)于測(cè)試常規(guī)的能量集成CT掃描器是有用的。使用能量敏感材料產(chǎn)生低對(duì)比度對(duì)象的體模就允許針對(duì)雙能量掃描器的性能測(cè)試。CT掃描器的低對(duì)比度分辨率通常被限定為在給定對(duì)比度水平和劑量可檢測(cè)的最小對(duì)象。對(duì)比度水平通常被指定為水的線性衰減系數(shù)的百分比。帶有當(dāng)前方法的樣本規(guī)范可為“針對(duì)在30mGy CTDIvol劑量上IOmm切片厚度的0. 3%對(duì)比度上的4mm”。有時(shí)使用其它劑量度量，例如在體模的外表面測(cè)量的表面劑量。按以下兩種方法之一在單一協(xié)議上制定當(dāng)前IXD規(guī)范1.人類觀察——由一個(gè)或更多人類觀察員觀看重構(gòu)的圖像，從而決定觀察員認(rèn)為可見的最小管腳；2.統(tǒng)計(jì)方法——自動(dòng)化算法以指定的置信區(qū)間從平的“水”圖像預(yù)測(cè)檢測(cè)給定尺寸管腳需要的對(duì)比度。在該說明書中將示出，當(dāng)前的LCD規(guī)范是不充分的，因?yàn)槠鋬H表征在一種協(xié)議中 CT掃描器的性能，并且表征擴(kuò)展范圍上的性能是必要的，其中擴(kuò)展范圍包含例如掃描器的完全操作范圍。對(duì)比度指數(shù)
為了擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性的測(cè)量，可使用新的對(duì)比度量度M，其以一種方法限定，例如通過等式1限定，且被指定為“對(duì)比度指數(shù)(contrast index)“M = M0/cp (1)在等式1中，ρ為以毫米為單位測(cè)量的最小管腳尺寸，其在以Hoimsfield(亨斯菲爾德)單位(HU)測(cè)量的對(duì)比度水平c上可見，其中一個(gè)Hounsfield單位相應(yīng)于水衰減的 0. 1%，且Mtl為用于將量度M帶入適宜數(shù)值范圍的任意常數(shù)。重點(diǎn)注意的是，在該定義中的對(duì)比度水平c是名義上或預(yù)期的對(duì)象對(duì)比度水平，與測(cè)量的對(duì)比度水平相對(duì)，其中測(cè)量的對(duì)比度水平稍后以大寫字母C表示。在該實(shí)例中，M0 = 6000以便將在0.3%上2mm的最佳當(dāng)前對(duì)比度規(guī)范映射到1000的對(duì)比度量度。例如，規(guī)范“針對(duì)在30mGy CTDIvol劑量上 IOmm切片厚度的0. 3%對(duì)比度上的4mm”，將生成500的對(duì)比度量度，M=端=500(2)流量指數(shù)商業(yè)CT掃描器通常在各種各樣的協(xié)議上操作，其中的每個(gè)協(xié)議具有不同的對(duì)比度特征。影響對(duì)比度的協(xié)議參數(shù)包括⑴掃描時(shí)間、(2)管電流(mA)、(3)切片厚度、(4)對(duì)象直徑、(5)管電壓(kVp)和(6)x射線濾波器。而且，非線性重構(gòu)方法以及重構(gòu)像素尺寸和重構(gòu)濾波器顯著影響對(duì)比度。以下假設(shè)，集合起來包含核操作模式的管電壓、χ射線濾波器、 掃描直徑和重構(gòu)方法是固定的，且在該核操作模式下的掃描器可由CTDIvol劑量指數(shù)表現(xiàn)其特征。然后，直接影響可用于檢測(cè)的χ射線流量的參數(shù)為1.掃描時(shí)間(scanTime，0. 25-2. 0 秒 / 轉(zhuǎn))2. χ 射線管電流(20_400mA)3.切片厚度(sliceThick，0. 5-10. Omm)4.對(duì)象直徑(20_50cm)5.劑量指數(shù)(CTDIvol)相對(duì)流量量度，被指定為“流量指數(shù)(FliDdndex)，，，包含如下這些5種參數(shù)。FluxIndex=CTDIvol/CTDIvolrePmA* sliceThick* scanTime* (e"objDiam*at
tWater\ / / -refDiam*attWater\
y (e)refDiam = 20. 0cm (3)CTDIvol為lOOmAs，且CTDIvolref為每IOOmAs的任意常數(shù)劑量參考值，其將被決定用于每個(gè)測(cè)試的核操作模式。對(duì)于這些參數(shù)的實(shí)際聯(lián)合，流量指數(shù)的范圍大約為
。當(dāng)前IXD規(guī)范的實(shí)例可為“在90mAs的IOmm切片的0.3%對(duì)比度上的4mm，，。因?yàn)樵搶?shí)例涉及20cm CATphan，所以流量指數(shù)應(yīng)為900。以上說明的相對(duì)流量指數(shù)與劑量線性地相關(guān)，除了包含對(duì)象直徑的因數(shù)之外。目前接受的用于CT的劑量指數(shù)為CTDIvol，如IEC60601-2-44中所限定的。劑量與針對(duì)給定對(duì)象尺寸和切片厚度的流量線性地相關(guān)。在該文檔中討論的對(duì)比度測(cè)量通常在對(duì)象的中心處完成。正因如此，擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性(ExLCD)方法的推導(dǎo)和說明當(dāng)前基于相對(duì)流
量指數(shù)。ExLCD 圖如上所述，針對(duì)CT掃描器的流量指數(shù)范圍大約為
。可以論證，對(duì)比度指數(shù)的相應(yīng)范圍大約為W.5，1000.0]。這些范圍限定ExIXD圖的范圍，在圖27中以對(duì)數(shù)-對(duì)數(shù)形式示出。對(duì)比度指數(shù)的較大值表示較好的圖像質(zhì)量或檢測(cè)更小、更低對(duì)比度對(duì)象的能力。 對(duì)比度指數(shù)的較小值表示較差的圖像質(zhì)量或僅檢測(cè)較大、較高對(duì)比度對(duì)象的能力。流量指數(shù)的較大值表示較高的劑量或較小的患者尺寸。流量指數(shù)的較小值表示較小的劑量或較大的患者尺寸。當(dāng)前IXD方法經(jīng)常利用CATphan體模(圖4)的CTP515低對(duì)比度模塊(圖5)。 [The Phantom Laboratory ({￠1^ : ) ,http://www. phantomlab. com/pdf/catphan600_ download, pdf]，“上述切片”對(duì)比度組被使用，但通常僅最低0. 3%對(duì)比度組被被報(bào)告。存在兩種當(dāng)前用于商業(yè)CT掃描器上的LCD測(cè)量方法(1)人類觀察員法和(2)統(tǒng)計(jì)方法。我們已經(jīng)匯編一些來自主要CT制造商的新近報(bào)告的測(cè)量值，且將其收錄于表1中。 [NHS Purchasing and Supply Agency,Buyer' s Guide,Computed Tomography Scanners, Reports CEP08007、CEP08027、CEP08028]。
權(quán)利要求
1.一種為放射線成像系統(tǒng)的核操作模式的操作范圍決定擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)的方法，該函數(shù)是流量指數(shù)和對(duì)比度指數(shù)之間的關(guān)系，該放射線成像系統(tǒng)使用實(shí)際的重構(gòu)圖像，該方法包含以下步驟選擇多個(gè)協(xié)議，所述協(xié)議大體分布于所述放射線成像系統(tǒng)的操作范圍上；將體模成像，所述體模包含每個(gè)所述協(xié)議上的多個(gè)對(duì)象；為每個(gè)對(duì)象計(jì)算可檢測(cè)性，以便決定針對(duì)每個(gè)對(duì)象的有序偶的相對(duì)流量和對(duì)比度指數(shù)組；為每個(gè)對(duì)比度組決定最小可檢測(cè)對(duì)象尺寸；為每個(gè)對(duì)比度組的每個(gè)協(xié)議計(jì)算對(duì)比度指數(shù)；利用流量指數(shù)和對(duì)比度指數(shù)的所述有序偶來為所述放射線成像系統(tǒng)決定擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含將一個(gè)或更多個(gè)包含多個(gè)對(duì)象的體模成像的步驟，其中至少一部分所述對(duì)象為可檢測(cè)對(duì)象的子集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在從大約0.09到大約7200的范圍中選擇多個(gè)協(xié)議流量指數(shù)樣本的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將體模成像的步驟包含充足數(shù)目的圖像從而精確表征對(duì)象的測(cè)量平均對(duì)比度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含使用測(cè)量的對(duì)比度從而為每個(gè)對(duì)象計(jì)算所述可檢測(cè)性的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包含為每個(gè)對(duì)象計(jì)算對(duì)象圖像對(duì)比度的步驟，其通過以下步驟完成校準(zhǔn)所述體模從而決定所述對(duì)象的平均測(cè)量對(duì)比度；校準(zhǔn)所述體模圖像從而定義針對(duì)所述對(duì)象的像素位置地圖；從所述地圖測(cè)量平均對(duì)比度；以及平均來自多個(gè)圖像的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含為所述放射線成像系統(tǒng)顯示擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含用所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)來為模型決定最佳擬合的步驟，所述模型包括量子檢測(cè)效率和系統(tǒng)噪聲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含分開計(jì)算被系統(tǒng)模糊影響的選擇對(duì)象的性能函數(shù)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含通過記錄實(shí)際的對(duì)象對(duì)比度測(cè)量值以及使用校準(zhǔn)的對(duì)象對(duì)比度值作為針對(duì)所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性對(duì)比度指數(shù)的名義對(duì)象對(duì)比度值來校準(zhǔn)體模的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含通過記錄對(duì)象位置值和在為每個(gè)對(duì)象計(jì)算可檢測(cè)性時(shí)使用所記錄的對(duì)象位置值校準(zhǔn)體模的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含以下步驟，即通過參考所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)來為放射線成像系統(tǒng)選擇協(xié)議。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含以下步驟，即通過參考所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)來為放射線成像系統(tǒng)選擇針對(duì)對(duì)比度指數(shù)要求的最優(yōu)化輻射劑量的協(xié)議。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含選擇流量指數(shù)的步驟，所述流量指數(shù)對(duì)應(yīng)于根據(jù)所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)的期望對(duì)比度指數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含選擇對(duì)比度指數(shù)的步驟，所述對(duì)比度指數(shù)對(duì)應(yīng)于根據(jù)所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)的期望流量指數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含使用切片厚度作為針對(duì)所述放射線成像系統(tǒng)協(xié)議的獨(dú)立參數(shù)的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含利用針對(duì)放射線成像系統(tǒng)協(xié)議的患者水等效直徑的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中針對(duì)所述放射線成像系統(tǒng)的所述多個(gè)協(xié)議包含一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)選自相對(duì)流量、kV、mAs、切片厚度、直徑和對(duì)比度組。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中為每個(gè)對(duì)象計(jì)算可檢測(cè)性的所述步驟通過至少一個(gè)或更多個(gè)可檢測(cè)性方法執(zhí)行，其中所述可檢測(cè)性方法選自人類觀察、統(tǒng)計(jì)、羅斯標(biāo)準(zhǔn)、 理想羅斯或匹配濾波器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含以下步驟，決定不同放射線成像系統(tǒng)的所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)，和比較兩個(gè)不同放射線成像系統(tǒng)的所述擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)。
21.—種針對(duì)放射線成像系統(tǒng)的擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)的放射線成像系統(tǒng)協(xié)議選擇基準(zhǔn)，其用于所述放射線成像系統(tǒng)，所述放射線成像系統(tǒng)協(xié)議選擇基準(zhǔn)由以下步驟生成選擇多個(gè)協(xié)議，所述協(xié)議大體分布于所述放射線成像系統(tǒng)的操作范圍上；將體模成像，所述體模包含每個(gè)所述協(xié)議之上的多個(gè)對(duì)象；為每個(gè)對(duì)象計(jì)算可檢測(cè)性，以便為每個(gè)對(duì)象決定有序偶的相對(duì)流量和對(duì)比度指數(shù)組；為每個(gè)對(duì)比度組決定最小可檢測(cè)對(duì)象尺寸；為每個(gè)對(duì)比度組的每個(gè)協(xié)議計(jì)算對(duì)比度指數(shù)；收集流量指數(shù)和對(duì)比度指數(shù)的所述有序偶的數(shù)據(jù)，從而提供針對(duì)所述放射線成像系統(tǒng)的所述擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)的協(xié)議選擇基準(zhǔn)。
22.—種針對(duì)特殊患者的特殊成像應(yīng)用選擇協(xié)議的方法，該方法包含以下步驟獲得針對(duì)要被使用的放射線成像系統(tǒng)的擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)，這通過以下步驟實(shí)現(xiàn)選擇多個(gè)協(xié)議，所述協(xié)議大體分布于所述放射線成像系統(tǒng)的操作范圍上；將體模成像，所述體模包含每個(gè)所述協(xié)議上的多個(gè)對(duì)象；為每個(gè)對(duì)象計(jì)算可檢測(cè)性，以便決定針對(duì)每個(gè)對(duì)象的有序偶的相對(duì)流量和對(duì)比度指數(shù)組；為每個(gè)對(duì)比度組決定最小可檢測(cè)對(duì)象尺寸；為每個(gè)對(duì)比度組的每個(gè)協(xié)議計(jì)算對(duì)比度指數(shù)；利用流量指數(shù)和對(duì)比度指數(shù)的所述有序偶來為所述放射線成像系統(tǒng)決定擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)；通過參考所述擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)，選擇最佳化劑量和對(duì)比度指數(shù)；以及選擇流量指數(shù)，其對(duì)應(yīng)于來自所述擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)的所述對(duì)比度指數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包含決定切片厚度作為針對(duì)所述協(xié)議的獨(dú)立參數(shù)的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包含決定針對(duì)所述協(xié)議的患者水等效直徑的步驟。
25.一種擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性體模，其包含具有多個(gè)直徑尺寸的主體，其具有至少兩個(gè)(2)直徑尺寸，帶有背景材料； 多個(gè)對(duì)比度組，其包含于所述主體內(nèi)，每個(gè)對(duì)比度組包含不同尺寸的多個(gè)對(duì)象， 其中所述對(duì)比度組和所述背景材料經(jīng)布置用于滿足所述擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性方法的要求。
26.一種校準(zhǔn)方法，其針對(duì)權(quán)利要求25所述的擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性體模，該方法包含用于決定和記錄所述體模內(nèi)的實(shí)際對(duì)比度值和實(shí)際對(duì)象位置值的方法； 用于決定每個(gè)掃描器的χ射線譜特征且生成將補(bǔ)償這類特征的校正，因此為所有掃描器維持所述體模的一致性的方法。
全文摘要
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用實(shí)際的重構(gòu)圖像為放射線成像系統(tǒng)的核操作模式的操作范圍決定擴(kuò)展的低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)，所述系統(tǒng)和方法在放射線成像系統(tǒng)掃描器的操作范圍上并且針對(duì)基于離線校準(zhǔn)的任意患者尺寸表征放射線成像系統(tǒng)掃描器的對(duì)比度性能，其使用針對(duì)每個(gè)被掃描對(duì)象的相對(duì)流量和對(duì)比度指數(shù)的有序偶來提供用于每個(gè)對(duì)比度組的每個(gè)協(xié)議的對(duì)比度指數(shù)，并且使用流量指數(shù)和對(duì)比度指數(shù)的有序偶來決定針對(duì)放射線成像系統(tǒng)的操作范圍的擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能函數(shù)。也公開了擴(kuò)展低對(duì)比度可檢測(cè)性性能數(shù)據(jù)匯編和臨床使用的方法以及低對(duì)比度人體模型配置和校準(zhǔn)方法。
文檔編號(hào)G03C1/46GK102498438SQ201080041633
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者A·K·曼尼耶達(dá)斯, D·P·羅勒, S·H·艾澤恩, T·E·迪憲, T·L·托斯 申請(qǐng)人:A·K·曼尼耶達(dá)斯, D·P·羅勒, S·H·艾澤恩, T·E·迪憲, T·L·托斯