CN101732060A - 计算机断层造影方法和系统 - Google Patents
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Abstract
这里公开了一种计算机断层造影方法和系统(10)。所述计算机断层造影系统(10)包括机架(14)，安装到所述机架(14)的x射线管(18)，适于相对于所述机架(14)进行平移的台面(16)，以及连接到所述机架(14)、x射线管(18)和台面(16)的控制器(22)。其中所述控制器(22)被配置为获取轴向数据集和螺旋数据集二者作为相同获取协议的一部分。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种计算机断层造影(computed tomography)方法和系统。
背景技术
典型地，在计算机断层造影(CT)系统中，x射线管向位于台面上的患者发射扇形x射线束或锥形x射线束。在被患者衰减之后，所述x射线束在包括多个检测器元件的检测器组件上撞击。在所述检测器组件上接收的经衰减的x射线束的强度典型地取决于患者对所述x射线束的衰减(attenuation)。每个检测器元件产生单独的电信号，所述电信号表示在该特定检测器元件上接收的经衰减的x射线束的强度。
在已知的第三代CT系统中，x射线源和检测器组件在机架(gantry)上环绕所要成像的对象旋转，从而扇形或锥形x射线束与患者相交所成的机架角度恒定变化。支撑患者的台面可以在机架环绕被成像对象进行旋转时前进。跨机架角度的范围收集表示在每个检测器元件上接收的x射线的强度的数据。所述数据最终被重构以形成患者的图像。
第三代CT系统典型地使用轴向获取模式或螺旋获取模式获取数据。在轴向获取模式期间，患者在获取轴向数据集时相对于旋转的机架是静止的。在螺旋获取模式期间，患者在获取螺旋数据集时相对于旋转的机架是前进的。
由于患者在采集轴向数据集时不进行运动，所以可能使用更为简单的重构算法来根据轴向数据集重构图像。与根据螺旋数据集重构的图像相比，通过使用轴向数据集可能重构出分辨率更好且伪影较少的图像。然而，当获取诸如心脏之类的经历周期运动的解剖特征的轴向数据集时，标准的做法是仅在周期循环(periodic cycle)的特定部分期间获取数据。这称作前瞻性门控(prospective gating)。获取前瞻性门控轴向数据集使得患者受到的x射线的辐射最小，原因在于x射线束仅在患者周期循环的一部分期间才被激活。
当与轴向获取模式进行比较时，螺旋获取模式具有不同的优势和弱点集合。由于台面在螺旋获取期间进行运动，所以利用螺旋获取模式可能比单独的轴向获取在z方向更多地覆盖患者。而且，螺旋获取模式更容易适应更宽的患者范围。例如，使用传统的轴向获取模式难以适应心率变化剧烈的患者。而且如果患者经受不规则心跳，也难以获取正确的心动周期部分的轴向数据集。由于螺旋获取模式不是前瞻性门控的，所以容易适应心率变化的患者和经受不规则心跳的患者。然而，由于螺旋获取模式不是前瞻性门控的，所以与相同解剖区域的前瞻性门控轴向扫描相比，螺旋获取模式使得患者受到更高x射线剂量的辐射。
出于这些和其它原因，需要一种针对已知轴向获取模式和已知螺旋获取模式的一些局限性的获取模式。
发明内容
通过阅读和理解以下说明书将会理解这里所针对的以上所提到的缺陷、缺点和问题。
在一个实施例中，一种计算机断层造影方法包括获取轴向数据集作为获取协议的一部分，并且获取螺旋数据集作为该获取协议的一部分。
在一个实施例中，一种计算机断层造影方法包括获取患者的轴向数据集，分析患者参数，并且响应于对患者参数的分析从获取轴向数据集切换至获取螺旋数据集。
在一个实施例中，一种计算机断层造影系统包括机架，安装到所述机架的x射线管，适于相对于所述机架进行平移的台面，以及连接到所述机架、x射线管和台面的控制器，其中所述控制器被配置为获取轴向数据集和螺旋数据集二者作为相同获取协议的一部分。
根据附图及其详细描述，本发明的各其它特征、目标和优势对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是图示依据一个实施例的计算机断层造影系统的示意图；
图2是图示依据一个实施例的方法的流程图；
图3是图示依据一个实施例的x射线管的路径的示意图；
图4是图示依据一个实施例的方法的流程图；和
图5是图示依据一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中以图示方式示出可以实践的特定实施例。对这些实施例进行足够详细的描述以使得本领域技术人员能够实践所述实施例，并且要理解的是，可以利用其它实施例并且可以进行逻辑、机械、电子和其它变化而不会背离所述实施例的范围。因此，以下详细描述并不作为对本发明范围的限制。
参见图1，示出了根据一个实施例的计算机断层造影(CT)系统10的示意性表示。CT系统10包括机架支撑体12、机架14、台面支撑体15、台面16、x射线管18、检测器组件20和控制器22。机架14被配置成在机架支撑体12内进行旋转。机架14适于容纳x射线管18和检测器组件20。x射线管18被配置成向检测器组件20发射x射线束(未示出)。检测器组件20包括多个检测器元件(未示出)。所述多个检测器元件(未示出)中的每一个产生电信号，所述电信号基于在采样间隔期间所接收的x射线束(未示出)的强度而变化。台面16适于如坐标轴26所指示在z方向相对于机架14平移患者。控制器22被配置成对机架14的旋转、台面16的位置以及x射线管18的激活进行控制。
图2是图示依据一个实施例的方法100的流程图。各个框102-110表示可依据方法100执行的步骤。所述步骤无需以所示顺序来执行。方法100的技术效果在于获取轴向数据集和螺旋数据集。
参见图1和图2，方法100在步骤102开始。在步骤104，患者监视系统(未示出)获取EKG信号。所述EKG信号从患者监视系统(未示出)传送至控制器22。在步骤106，方法100获取被EKG信号门控的轴向数据集(axial dataset that is gated to the EKGsignal)。例如，根据一个实施例，仅在患者心动周期的特定部分期间获取轴向数据集。出于本公开的目的，术语轴向数据集包括在患者相对于旋转的机架14静止时所获取的计算机断层造影数据集。此后，出于本公开的目的而应当理解的是，使用轴向获取模式来获取轴向数据集。根据图1所示的实施例，在特定位置获取轴向数据集时，患者24相对于机架支撑体12和旋转的机架14保持静止。为了获取轴向数据集，x射线管18发射由检测器组件20检测的锥形x射线束。根据另一个实施例，可利用获取诸如呼吸信号之类的另一生理信号的步骤来替代步骤104。而且，步骤106可以由获取被不同于EKG信号的生理信号门控的轴向数据集的步骤所替代。根据一个示例性实施例，轴向数据集的获取在被呼吸信号门控时发生。
在步骤108，方法100获取螺旋数据集。出于本公开的目的，术语“螺旋数据集”包括在患者24相对于旋转的机架14进行平移时所获取的数据集。此后，出于本公开的目的而应当理解的是，使用螺旋获取模式来获取螺旋数据集。根据图1所示的实施例，患者在机架14旋转时通过台面16在z方向进行平移。在机架14旋转时，x射线管18发射由检测器组件20检测的锥形x射线束。根据其它实施例，可根据其它方法来获取螺旋数据集。
在步骤106期间获取的轴向数据集和在步骤108期间获取的螺旋数据集二者都作为相同获取协议的一部分而被获取。出于本公开的目的，术语获取协议包括为了收集一个或多个计算机断层造影数据集而遵循的命令集合。轴向数据集和螺旋数据集二者都是计算机断层造影数据集的示例。为了被认为是相同获取协议的一部分，轴向数据集和螺旋数据集的获取必须在没有来自操作人员的额外输入的情况下进行。此外，在于步骤106期间获取轴向数据集和于步骤108期间获取螺旋数据集之间可以有短的时间差(time differential)。例如，根据一个实施例，在步骤106获取轴向数据集结束和在步骤108开始获取螺旋数据集之间的时间差可以为60秒或更短。应当意识到的是，根据其它实施例，可在获取轴向数据集之前获取螺旋数据集。根据这些实施例，获取螺旋数据集结束和开始获取轴向数据集之间的时间差可以为60秒或更短。在步骤110，方法100结束。
根据一个实施例，可使用螺旋数据集和轴向数据集二者来创建图像。创建图像可包括根据轴向数据集重构第一图像，根据螺旋数据集重构第二图像，并且接着显示第一图像的至少一部分和第二图像的至少一部分。根据另一个实施例，如随后将要详细讨论的，创建图像可包括使用螺旋数据集或轴向数据集中的信息来协助配准(register)两个或更多图像。根据另一个实施例，创建图像可包括使用螺旋数据集中的信息以便于提高根据轴向数据集重构的图像的图像质量。例如，这可以包括使用来自螺旋数据集的投影以便于减少根据轴向数据集重构的图像中的伪影。本领域技术人员应当意识到，该实施例可包括使用轴向数据集和螺旋数据集二者中的信息来创建可进行分析和/或显示的图像的附加方式。
在图3中，示出了根据(图2所示的)方法100(图1所示的)x射线管18相对于(图1所示的)患者24的路径26的示意性表示。
现在参见图1、图2和图3，在步骤106，当获取轴向数据集时，x射线源18追踪环绕患者24的环形路径28。台面16在步骤106期间相对于旋转的机架14静止。在步骤108期间，x射线源18追踪相对于患者24的螺旋路径30。在步骤108期间，台面16在获取螺旋数据集时相对于旋转的机架14进行平移。
图4是依据一个实施例的方法200的流程图。各个框202-210表示可依据方法200执行的步骤。所述步骤无需以所示顺序来执行。方法200的技术效果在于获取至少一个轴向数据集和至少一个螺旋数据集。
参见图1和图4，在步骤202，方法200开始。在步骤204，控制器22在CT系统100处于轴向获取模式时获取轴向数据集。在已获取了轴向数据集之后，方法200前进至步骤206，其中控制器22确定是否需要来自另一位置的轴向数据。如果需要来自另一位置的轴向数据，则方法200前进至步骤208。根据一个实施例，控制器22可在获取轴向数据集时确定是否需要来自另一位置的另一轴向数据集。
在步骤208，控制器22在CT系统10处于螺旋获取模式时获取螺旋数据集。根据一个实施例，x射线源18在方法200于步骤204获取轴向数据集和于步骤208获取螺旋数据集之间进行过渡时可处于活动状态。根据另一个实施例，在步骤204获取轴向数据集结束和开始在步骤208获取螺旋数据集之间可存在多达60秒的时间差。控制器22继续获取螺旋数据集直至患者已经行进至下一个轴向数据集的位置。一旦患者24到达下一个轴向数据集的位置，控制器22就停止获取螺旋数据集。
在已经于步骤208获取了螺旋数据集之后，所述方法返回步骤204。在步骤204，在新的位置获取轴向数据集。还应当理解的是，从在步骤208获取螺旋数据集结束到开始在步骤204期间获取轴向数据集的时间差也可以根据实施例而在0和60秒之间变化。方法200迭代循环通过步骤204-204直至控制器22在步骤206确定不需要附加的轴向数据集。如果在步骤206不需要附加的轴向数据集，则步骤200前进至步骤210并且方法200结束。
仍然参见图1和图4，方法200可被用来对患者的心脏进行成像。根据一个实施例，使用本领域技术人员所公知的传统技术使得所有轴向数据集对于患者的心动周期是前瞻性门控的。根据示例性实施例，可以在分离的位置上取得4个轴向数据集以便对患者心脏完整成像。可对患者24进行定位以使得每个后续轴向数据集与之前的轴向数据集相邻而没有任何重叠。根据其它实施例，轴向数据库可彼此部分重叠或者轴向数据集可在z方向间隔一定距离。
仍然参见图4，根据一个实施例，可在步骤204使用以约600mA的x射线管电流水平(current level)所产生的x射线束获取轴向数据集。可使用以约300mA的x射线管电流水平所产生的x射线束获取螺旋数据集。较高的x射线管电流水平可允许轴向数据集具有比螺旋数据集更高的分辨率。应当意识到的是，根据其它实施例，用来产生x射线束以便获取轴向数据集和螺旋数据集的x射线管电流水平可以为不同的值。例如，根据一个实施例，可使用以从500mA到800mA的范围所选择的x射线管电流水平所产生的x射线束获取轴向数据集，并且可使用以从200mA到500mA的范围所选择的x射线管电流水平所产生的x射线束获取螺旋数据集。应当意识到的是，所述实施例可以根据感兴趣体积的大小以及所使用CT系统的特定设计来获取不同数量的轴向数据集和螺旋数据集。
仍然参见图1和图4，根据一个示例性实施例，在方法200期间所获取的数据集全部都可以作为台面16相对于机架14的单次平移行程(translational pass)的一部分来获取。出于本公开的目的，术语单次平移行程包括台面16和机架14之间的相对运动仅在单个方向发生的方法。例如，台面16在于步骤204获取轴向数据集时是静止的。接着在步骤208，台面16可根据该实施例在正z反向或负z方向进行平移。当方法200返回步骤204时，台面16在获取下一个轴向数据集时静止。接着，如果要获取附加的螺旋数据集，则台面16可在步骤208中以和获取之前的螺旋数据集时相同的方向进行运动。换句话说，如果台面16在获取第一螺旋数据集时在正z方向上平移，则也在台面16于正z方向上平移时获取第二螺旋数据集。根据另一个实施例，如果台面16在获取第一螺旋数据集时在负z方向上平移，则可以在台面16于负z方向上平移时获取诸如第二螺旋数据集之类的任何附加数据集。
根据一个实施例，轴向数据集可针对患者的心动周期是前瞻性门控的。这意味着轴向数据集仅包含与该心动周期的一部分相关的信息。然而，螺旋数据集针对该心动周期不是前瞻性门控的。这意味着螺旋数据集包含与该心动周期的所有部分(包括轴向数据集所没有捕捉到的部分在内)相关的信息。根据一个实施例，螺旋数据集可被用来提供无法在轴向数据集中获取的信息。即使螺旋数据集的分辨率低于轴向数据集，螺旋数据集也仍然可被用来获取与器官相关的数量信息或者可被用来提供无法以其它方式获得的附加图像。可通过使用螺旋数据集获取的数量信息的非限制性列表包括心脏壁运动、壁厚度、射血分数和总体积。应当理解的是，根据一个实施例，轴向数据集可被不同于心动周期的生理周期门控。
根据一个实施例，与第一轴向数据集和第二轴向数据集二者都重叠的螺旋数据集可被用来有效地将根据第一轴向数据集重构的图像与根据第二轴向数据集重构的图像配准。通过配准这些图像，可能使得由于在获取第一轴向数据集和获取第二轴向数据集之间发生的运动而产生的伪影最小化。由于根据轴向数据集重构图像可无需进行任何数据的内插，所以与根据螺旋数据集重构图像相比，可以重构出具有更少伪影的图像。根据一个实施例，由于(多个)螺旋数据集不会被用来重构最终的图像，所以所述(多个)螺旋数据集无需包含像高分辨率时那样的信息。例如，可利用范围从500mA到800mA的x射线管电流水平获取(多个)轴向数据集，而可利用范围从200mA到500mA的x射线管电流水平获取(多个)螺旋数据集。由于(多个)轴向数据集以较高的x射线管电流水平所获取，所以可以根据所述轴向数据集重构出较高分辨率的图像。由于(多个)螺旋数据集以较低的x射线管电流水平所获取，所以在使得患者受到x射线辐射最小化的同时(多个)螺旋数据集仍然提供了提供附加信息和减少伪影的好处。
实施例可被用来获取与在z方向长于检测器组件20(图1所示)的宽度的解剖区域相关的信息。例如，一个示例性实施例可被用来执行涉及造影剂的溢流(run-off)研究。当执行溢流研究时，为了确保造影剂丸剂(bolus)提供最大对比度，获取的时机是很关键的。如果获取过早，则所述丸剂将还没有到达而不会改善对比度。如果获取过晚，则丸剂就会过去而对比度不会最优。因此，在执行溢流研究时，期望具有血管中存在大量分支的区域的高分辨率图像，所述区域诸如肾脏周围、膝盖周围和脚踝周围。然而，对于诸如肾脏和膝盖之间的腿部以及膝盖和脚踝之间的腿部之类的没有大量分支的区域则不需要高分辨率图像。
根据一个示例性实施例，患者被注射以造影剂。接着，使用低剂量螺旋获取模式来追踪造影丸剂。使用以约200mA的x射线管电流水平所产生的x射线束执行螺旋获取模式，导致获取到低剂量螺旋数据集。当造影丸剂到达肾脏时，获取肾脏区域的一个或多个较高分辨率的轴向数据集。使用以约600mA的x射线管电流水平所产生的x射线束获取肾脏区域的轴向数据集。在从肾脏区域到膝盖区域追踪造影剂时，获取第二低剂量螺旋数据集。一旦所述丸剂到达膝盖区域，则获取膝盖区域的一个或多个较高分辨率的轴向数据集。接着，在从膝盖区域到脚踝区域追踪造影剂时，获取第三低剂量螺旋数据集。一旦所述丸剂到达脚踝，就获取脚踝区域的一个或多个轴向数据集。应当意识到的是，可以使用与该示例性实施例中所描述的不同的x射线管电流水平所产生的x射线束来获取轴向数据集和螺旋数据集。
应当意识到的是，依据附加的实施例，可以在需要较高分辨率的图像时获取任何身体区域的轴向数据集，而在不需要较高分辨率的图像时对任何区域使用螺旋数据集获取。还应当理解的是，根据其它实施例，螺旋数据集可具有与轴向数据集相同或更高的分辨率。
图5是图示依据一个实施例的方法300的流程图。各个框302-322表示可依据方法300执行的步骤。所述步骤无需以所示顺序来执行。方法300的技术效果在于获取至少一个轴向数据集和至少一个螺旋数据集。
参见图5，在步骤302，方法300开始。在步骤304，所述方法开始获取被来自患者的生理信号门控的轴向数据集。根据一个实施例，所述轴向数据集可被EKG信号门控。根据附加的实施例，所述轴向数据集也可被诸如呼吸信号之类的其它生理信号门控。在步骤306，方法300在获取轴向数据集时检测EKG信号。在步骤308，根据所述EKG信号对诸如心率之类的患者参数进行分析。也可以分析来自EKG信号或其它来源的其它患者参数。根据附加的实施例，可分析EKG复合波(complex)来确定患者是否经历不规则心跳，或者分析呼吸速率来确定患者是否在预定范围内进行呼吸。
在步骤310，方法300确定患者参数是否处于预定范围之外。根据示例性实施例，方法300可确定心率是否处于预定范围之外。例如，根据一个实施例，如果心率高于每分钟100次，则可认为其处于预定范围之外。如果患者参数处于预定范围之外，则方法300进行至步骤312，在那里停止轴向获取。接下来，在步骤314开始螺旋获取。根据示例性实施例，螺旋获取捕捉心动周期的所有部分的数据，而轴线获取仅捕捉心动周期的一部分的数据。由于螺旋获取捕捉心动周期所有部分的数据，所以如果在步骤310期间发现患者参数处于预定范围之外，螺旋获取就是更为可靠的获取数据的方式。在步骤316，继续进行螺旋获取直至螺旋数据集包括了整个感兴趣的体积。接着，方法300在步骤318结束。
仍然参考图5，如果在步骤310发现患者参数处于预定范围之内，则方法300进行至步骤320。在步骤320，方法300继续获取轴向数据集直至获取完成。接着，方法300前进至步骤322并且在获取了轴向数据集之后结束。应当意识到的是，依据一个实施例，如果需要附加的轴向数据集来完全覆盖感兴趣的体积并且患者参数保持在预定范围之内，则可以获取多于一个的轴向数据集。然而，如果在获取一个附加的轴向数据集期间发现患者参数处于预定范围之外，所述方法将停止获取附加的轴向数据集，并且以与方法300的步骤312-318期间所描述的类似的方式切换至获取螺旋数据集。
根据一个实施例，如果需要多于一个的轴向数据集覆盖感兴趣的体积，则可以在从一个轴向获取位置运动到下一个轴向获取位置时以与方法200(图4所示)中所描述的类似的方式获取螺旋数据集。然而，如果检测到患者参数处于预定范围之外，则实施例可停止轴向获取并且以与方法300(图5所示)的步骤312-318中所描述的类似的方式开始螺旋获取。
该书面描述使用示例公开了本发明，包括最佳方式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备和系统以及执行任何所包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求所确定，并且可包括本领域技术人员可想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构部件，或者包括与权利要求的字面语言有非实质区别的等同结构部件，则这些其它示例意在落入权利要求范围之内。
部件列表
图1
10计算机断层造影(CT)系统
12机架支撑体
14机架
15台面支撑体
16台面
18x射线管
20检测器组件
22控制器
24患者
26坐标轴
图2
100方法
102开始
104获取EKG信号
106获取被EKG信号门控的轴向数据集
108获取螺旋数据集
110结束
图3
26路径
28环形路径
30螺旋路径
图4
200方法
202开始
204获取轴向数据集
206是否需要来自另一位置的轴向数据集
208在前进到下一轴向数据集的位置时获取螺旋数据集
210结束
图5
300方法
302开始
304开始获取轴向数据集
306在获取轴向数据集时检测EKG信号
308根据EKG信号对患者参数进行分析
310患者参数是否处于预定范围之外？
312停止轴向获取
314开始螺旋获取
316继续进行螺旋获取直至已经获取了所期望的螺旋数据集
318结束
320继续获取轴向数据集直至获取完成
322结束
Claims (15)
1.一种计算机断层造影系统(10)，包括：
机架(14)；
安装到所述机架(14)的x射线管(18)；
适于相对于所述机架(14)进行平移的台面(16)；以及
连接到所述机架(14)、x射线管(18)和台面(16)的控制器(22)；
其中所述控制器(22)被配置为获取轴向数据集和螺旋数据集二者作为相同获取协议的一部分。
2.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)被配置为获取被生理信号门控的轴向数据集。
3.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为根据所述轴向数据集重构图像，所述图像包括心动周期的第一部分。
4.如权利要求3所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为根据所述螺旋数据集重构第二图像，所述第二图像包括心动周期的第二部分，所述心动周期的第二部分不同于所述心动周期的第一部分。
5.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)被配置为以第一x射线管电流水平获取轴向数据集。
6.如权利要求5所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)被配置为以与所述第一x射线管电流水平不同的第二x射线管电流水平获取螺旋数据集。
7.如权利要求6所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述第二x射线管电流水平低于所述第一x射线管电流水平。
8.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为使用所述轴向数据集和螺旋数据集二者创建图像。
9.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述获取协议包括获取轴向数据集和获取螺旋数据集之间60秒或更短的时间差。
10.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述获取协议包括获取轴向数据集和获取螺旋数据集之间10秒或更短的时间差。
11.如权利要求1所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为获取患者参数。
12.如权利要求11所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为分析所述患者参数。
13.如权利要求12所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)进一步被配置为响应于对所述患者参数的分析从获取轴向数据集切换为获取螺旋数据集。
14.如权利要求12所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)被配置为将心率与预定范围进行比较。
15.如权利要求12所述的计算机断层造影系统(10)，其中所述控制器(22)被配置为确定心跳是否不规则。
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