CN102165455B - 灌注成像 - Google Patents
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Abstract
一种系统包括基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据的组合确定灌注信息的灌注信息确定器(124)。
Description
下文总体涉及灌注成像，并且具体适用于计算机断层摄影灌注（CTP）。然而，其还适于其他医学成像应用和非医学成像应用。
计算机断层摄影灌注（CTP）是一种用于辅助诊断大脑灌注异常患者（如卒中患者）的医学成像技术。CTP扫描示出了所施予的造影剂与大脑血液供应一起通过脑组织的传输。为了确保在有限时间的扫描中很好地拍摄这种传输，使用了规划阶段。这一阶段包括为将要被扫描的患者施予静脉注射的造影剂丸剂。然后动态扫描患者的颈动脉，直到在所得的图像中观察到造影剂到达颈动脉。传统上，这样的扫描覆盖既包括颈动脉分支又包括这一平面上方和下方大约一（1）厘米（cm）的感兴趣区域。人工确定施予造影剂的时间和造影剂到达颈动脉的时间之间的时间量，并且该时间量提供用于确定相对于施予造影剂的CTP扫描开始时间的信息。
对于CTP扫描，施予静脉注射的造影剂丸剂。基于上述定时（timing）和关于动脉血流的先验知识，在施予造影剂之后开始的一段时间延迟后动态执行CTP扫描，以试图拍摄造影剂到达并流出（wash out）扫描视场中感兴趣组织的时段。这一区域传统上包括由大脑中部和大脑前部动脉灌注的大脑区域。在造影剂流动通过大脑血管结构时，造影剂导致大脑的x射线密度暂时增大。该扫描包括采集覆盖多个不同时段的数据，从而在造影剂流入和流出通过这样的血管结构时拍摄和追踪造影剂。备选地，不首先进行规划预扫描就执行CTP扫描。然而，这带来了对造影剂的第一次通过组织不完全成像的风险。在这种不希望的情况下，由于CTP扫描对患者带来的相关联的X射线剂量负担，CTP扫描不适用于对大脑灌注进行后续定量评定。
可以使用CTP数据确定时间衰减曲线，时间衰减曲线示出了扫描视场中特定区域内随时间变化的造影剂浓度。已经从实质体素和馈送动脉确定了这样的曲线，其一般提供了良好的参考数据。从这些曲线能够确定被成像组织的灌注状态。所得的数据可以用于在例如卒中患者中识别缺血组织和/或不可逆受损组织（坏死组织或局部缺血内核）与可能可逆受损组织（有风险组织或局部缺血的边缘部分）之间的区别。独立地，常常采集静态CT血管造影术（CTA）扫描以评估主要血管的血管内管腔的状态。对于静态CTA而言，施予造影剂并且执行例如使用盘旋或螺旋扫描的更大覆盖的扫描，以便俘获为大脑供应血液的动脉系统的更大部分。
传统上，将CTP分析用于基于对扫描视场中造影剂动态的观测确定脑组织的灌注状态。然而，通常不能将大脑灌注不足解释为仅仅是大脑的疾病，而是解释为系统性（systenic）疾病，其受到血管系统中不同异常或病变的影响。这样一来，常规分析可能导致错误判断，例如，在图像数据中灌注不足明显，但该灌注不足是在图像数据外部的动脉中导致的情况。例如，颈动脉的狭窄可能很像灌注异常，诸如对应大脑半球的灌注不足。这样一来，如果没有额外信息，在阻塞是颈动脉狭窄症时，血流缓慢和造影剂到达晚可能被解释成因为被成像动脉（大脑中部和大脑前部动脉）中的阻塞导致的。
本申请的各方面解决了上述问题以及其他问题。
根据一个方面，一种系统包括基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据的组合确定灌注信息的灌注信息确定器。所述灌注信息确定器包括，时间衰减曲线确定器，其针对血管组织中的感兴趣区域生成造影剂密度的造影剂时间衰减曲线，其中，所述血管组织中的感兴趣区域在所述预灌注扫描图像数据或所述灌注扫描图像数据中的一个中表示；数据导出器，其基于时间衰减曲线、解剖模型和/或预灌注图像数据和灌注图像数据导出或估计血流和灌注数据；参数确定器，其根据所述造影剂时间衰减曲线针对所述血管组织提取造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的至少一个；以及分析器，其分析所述预灌注扫描图像数据、所述灌注扫描图像数据、所述造影剂时间衰减曲线或所提取的参数中的至少一个，并据此确定所述灌注信息。
根据另一方面，一种包含指令的计算机可读存储介质，由计算机执行所述指令时，所述指令使计算机执行以下步骤：基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据中的一个或多个确定一个或多个造影剂时间衰减曲线；基于一个或多个造影剂时间衰减曲线和解剖模型针对不在所述灌注扫描图像数据中但影响所述灌注扫描图像数据中组织的灌注的动脉导出流动数据；基于一个或多个造影剂时间衰减曲线和导出的灌注数据确定一个或多个流动参数；以及基于一个或多个灌注参数确定灌注信息。
根据另一方面，一种方法包括基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据的组合确定关于被扫描的感兴趣组织的灌注信息。所述方法包括以下步骤：基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据中的一个或多个确定一个或多个造影剂时间衰减曲线；通过确定针对所述预灌注扫描图像数据的造影剂时间衰减曲线和针对所述灌注扫描图像数据的造影剂时间衰减曲线之间的差异，针对不在所述灌注扫描图像数据中但影响所述灌注扫描图像数据中的组织的灌注的组织导出灌注数据；基于所述差异确定所述组织中造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的一个或多个；以及基于所述造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的一个或多个确定灌注信息。
本发明可以具体化为不同的部件或部件布置，以及具体化为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为是对本发明的限制。
图1图示了与成像系统相关的灌注信息确定器。
图2图示了范例灌注信息确定器。
图3图示了用于确定信息的方法。
首先参考图1，计算机断层摄影（CT）扫描器100包括静止机架102和旋转机架104，旋转机架104由静止机架102可旋转地支撑。旋转机架104绕检查区域106关于纵向或z轴108旋转。
诸如x射线管的辐射源110由旋转机架104支撑并与旋转机架一起绕检查区域106旋转。辐射源110一般发射穿过检查区域106的扇形、楔形或锥形的辐射。
辐射敏感探测器阵列112探测由辐射源110发射的穿过检查区域106的光子并生成指示所探测到的辐射的投影数据。图示的辐射敏感探测器阵列112包括一行或多行沿z轴或纵向延伸的辐射敏感光传感器以及一列或多列沿横向延伸的辐射敏感光传感器。
重建器114重建来自探测器的投影数据以生成指示检查区域106的体积图像数据，所述检查区域106包括内部解剖结构，诸如置于检查区域106中的患者的血管系统的一部分。
诸如病床的患者支撑物116在检查区域106中支撑患者。协调配合旋转机架104的旋转沿z轴108移动患者支撑物116，以便于实现螺旋、轴向或其他预期的扫描轨迹。
注射器118被配置成向被扫描的对象或受检者，诸如人或动物患者注射或施予诸如一种或多种造影剂的材料。造影剂可以包括单一造影剂材料或多种造影剂材料。备选地可以由临床医师等手动施予造影剂。
通用计算机系统充当操作员控制台120，其包括诸如显示器和/或打印机的人可读输出装置以及诸如键盘和/或鼠标的输入装置。驻留在控制台120上的软件允许操作员例如通过一下操作控制系统100的工作：允许操作员选择诸如CTP规程的扫描规程；发起和终止扫描；观察和/或操纵体积图像数据和/或以其他方式与系统100交互。
在一种情况下，扫描器100用于反复采集用于确定关于受检者的灌注信息的数据。这可以包括执行预灌注扫描以便确定用于感兴趣组织的灌注扫描的定时信息。对于预灌注扫描，向受检者施予造影剂，并执行包括一个感兴趣区域的多次采集的动态扫描，以确定造影剂何时到达参考血管或组织，所述参考血管或组织通常位于感兴趣组织的上流，因为造影剂在到达感兴趣组织之前到达参考血管或组织。一般而言，预灌注扫描覆盖范围不包括感兴趣组织。
向CTP规划器122提供预灌注扫描图像数据，CTP规划器122确定造影剂到达参考血管或组织所花的时间。至少部分基于这一信息，CTP规划器122相对于施予造影剂确定灌注扫描开始时间。还使用其他信息，诸如关于参考组织、感兴趣组织和/或影响感兴趣组织中灌注的组织中的灌注的信息，以确定灌注扫描开始时间。
如预灌注扫描，但基于从预灌注图像数据确定的灌注扫描开始时间，向受检者施予造影剂并执行动态扫描。一般而言，灌注扫描覆盖范围不包括参考血管或组织。亦即，一般，灌注扫描的覆盖范围和预灌注扫描的扫描覆盖范围不会交叠或覆盖相邻的区域。这样一来，这种图像数据中不存在可能影响感兴趣组织中灌注的相连的血管或组织。
灌注信息确定器124至少基于预灌注扫描和灌注扫描图像数据为感兴趣组织以及任选为影响通过感兴趣组织的灌注的组织确定灌注信息。可以附加地使用其他信息，诸如由另一种成像流程、实验室试验、受检者病史、解剖模型和/或其他方式获得的信息，来确定灌注信息。
如下文更为详细的描述，可以使用预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据为参考组织和感兴趣组织之间连接的血管或组织导出灌注数据。在一种情况下，这种导出的数据和从预灌注扫描和/或灌注扫描确定的灌注数据的组合提供了用于在感兴趣组织中的灌注不足与在参考、连接和/或其他血管或组织中的灌注不足之间进行区分的信息。这样一来，可以正确地识别出现在感兴趣组织内但却位于感兴趣组织外部的灌注不足的原因，并将其映射到对应的组织。
适当的感兴趣组织的非限制性范例包括向大脑供应血液的动脉。在这种情况下，预扫描包括施予造影剂，诸如碘酸盐造影剂丸剂或其他造影剂，并接下来动态扫描受检者的动脉，诸如两个颈动脉，包括颈动脉分支和周围的组织。在其他情况下，扫描包括相同和/或不同组织的组织。
如上所述，将所得的图像数据馈送给CTP规划器122，CTP规划器122至少部分基于这一信息确定灌注扫描开始时间。对于大脑CTP而言，施予造影剂并至少部分基于所确定的扫描开始时间执行扫描。在一种情况下，所得的图像数据包括指示通过大脑中部动脉、大脑前部动脉、由这些动脉和/或其他血管组织灌注的组织的血流的信息。
将预灌注扫描图像数据和灌注图像数据都提供给灌注信息确定器124，所述预灌注扫描图像数据在本范例中指示颈动脉分支和周围组织，而所述灌注图像数据在本范例中指示大脑中部和大脑前部动脉。还可以将其他信息，诸如解剖模型和/或其他血管相关的数据提供给灌注信息确定器124。
从这一数据，灌注信息确定器124能够为不在预灌注扫描图像数据或灌注扫描图像数据中的血管组织导出血流和灌注数据。在一种情况下，这包括为颈内动脉、前侧沟通（communicating）动脉、颈动脉分支之间的和/或影响颈动脉分支中灌注的其他血管组织、周围组织、大脑中部和大脑前部脑动脉和/或其他血管组织的血流数据。
基于预扫描、灌注扫描和导出的数据，灌注信息确定器124能够识别颈动脉、颈内动脉、前侧沟通动脉、大脑中部动脉、大脑前部动脉和/或其他血管组织中的灌注缺陷并在其间进行区分。这样一来，可以将出现在灌注图像数据中但却是由其他血管组织中引起的灌注不足映射到正确的组织。
灌注信息确定器124还可以附加地或备选地使用各种其他信息。例如，灌注信息确定器124可以使用由另一CT扫描器和/或诸如磁共振（MR）、超声波（US）、单光子发射计算机断层摄影（SPECT）、正电子发射断层摄影（PET）等的其他成像器械采集的信息。这样的信息例如可以包括与灌注相关的信息，诸如CTA、MRA、DSA和/或其他图像数据。灌注信息确定器124还可以生成和/或采用灌注图，诸如脑血流（CBF）、脑血量（CBV）、平均传输时间（MTT）和到达峰值的时间（TTP）灌注图和/或示出灌注状态自动分类结果的汇总图。灌注信息确定器124可以使用的其他信息包括病理信息、患者病史、生理参数（例如，生命体征）等。
图2图示了灌注信息确定器124的范例实施例。在图示的实施例中，灌注信息确定器124包括时间衰减曲线确定器202、数据导出器204、参数确定器206和分析器208。
时间衰减曲线确定器202基于预灌注扫描数据、灌注扫描数据和/或其他数据生成时间衰减曲线。在一种情况下，这可以包括在针对实质体素的图像数据中识别血管组织（馈送动脉和/或其他组织）中的感兴趣区域，并根据时间针对感兴趣区域生成造影剂密度的时间衰减曲线（例如，单位为Hounsfield或其他单位）。
应当认识到，可以通过执行计算机可读指令自动识别和/或由临床医师通过图形和/或命令行用户界面手动识别感兴趣区域。此外，在另一实施例中，可以省去时间衰减曲线确定器202，并且可以由另一部件生成时间衰减曲线并提供给灌注信息确定器124。
数据导出器204基于时间衰减曲线、解剖模型和/或预灌注数据和灌注图像数据导出或估计血流和灌注数据。如上所述，预灌注扫描图像数据可以包括指示颈动脉分支和一些周围组织的数据，而灌注扫描图像数据可以包括指示大脑中部动脉和大脑前部动脉的数据。数据导出器204能够针对其间的血管导出附加的血流数据，其间的血管包括，但不限于颈内动脉、前侧沟通动脉和/或其他血管组织。这样的数据可以连接针对两个不同视场中的被成像组织的灌注数据，如时间和空间中的预扫描和大脑灌注扫描，进行联合分析。
参数确定器206从衰减曲线确定各种参数。适当参数的范例包括，但不限于在一个或多个血管或被灌注组织中的造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间、造影剂平均传输时间等。可以从时间衰减曲线中提取或导出这样的信息。还可以使用诸如预灌注图像数据和/或灌注图像数据和/或其他数据的其他信息导出这些参数。
分析器208分析图像数据、时间衰减曲线和/或参数并从中确定灌注信息。这种信息可以涉及灌注扫描中的血管组织、预灌注扫描中的血管组织和/或连接和/或影响灌注扫描和预灌注扫描中的血管组织中灌注的血管组织。
下文提供了可以由分析器208生成的灌注信息的各种非限制性范例。在一种情况下，分析器208基于这样的信息确定左右颈动脉分支之间造影剂到达和/或平均传输时间的差异，其可以指示公共颈动脉中的一个中在血液动力学上相关的狭窄症。
在另一种情况下，分析器208可以比较灌注扫描图像数据中可见的颈动脉分支和主要馈送的左右大脑中部动脉的时间衰减曲线，其可以表示通过颈内动脉的血流和血流的差异。可以通过比较利用类似造影剂注射并且左、右侧对于生理流动条件而言接近对称的两次采集，探测内部颈动脉中的一个中在血液动力学上显著的狭窄。
在另一种情况下，分析器208可以将大脑前部动脉中的时间衰减曲线与颈动脉分支的时间衰减曲线进行比较，其可以指示占支配的前侧沟通循环的状态。在造影剂在左、右颈动脉中到达的时间差大于针对大脑中部动脉观察到的差异时，可以评估对前侧沟通血流的补偿。
分析器208还可以比较颈动脉和大脑中部动脉中的动脉时间衰减曲线并对造影剂流入被灌注脑组织的不平衡进行量化。可以将这一信息用于补偿针对一些常规大脑灌注分析报告的灌注测量结果的偏离。
如果为预灌注扫描和灌注扫描注射不同量的造影剂，可以在任何比较之前对已知时间长度的注射脉冲进行解卷积。
当也向分析器208提供CTA图像数据时，分析器208能够使用CTA中看到的血管几何结构，将描述连接预扫描和大脑灌注扫描的血管的解剖模型从连接动脉大致生理学上正常的几何结构调节到患者特异性几何结构。分析器还可以结合对静态CTA扫描上观察到的扩散狭窄的分析使用关于通过颈内动脉传输时间的信息。
分析器208可以向控制台120提供这样的信息，例如，以便归档或显示，和/或提供到别处，诸如存储器、数据库、服务器、网络、图像档案和通信系统（PACS）、医院信息系统（HIS）、放射医学信息系统（RIS）、打印机、胶片器等。
尽管以上范例中的预灌注图像数据和灌注图像数据是用CT扫描器100采集的，但应当认识到，可以由另一种成像器械，诸如MR、US、SPECT、PET等附加地或备选地采集这样的图像数据。
现在结合图3描述操作。
在302，执行预灌注扫描。如上所述，对于这一扫描，向受检者施予造影剂并执行动态扫描以确定造影剂何时到达预定的参考组织，诸如颈动脉分支和一些周围的组织。
在304，基于预灌注扫描图像数据执行灌注扫描。如上所述，这包括使用从预灌注扫描图像数据确定的造影剂到达参考组织所花的时间，以确定所施予的造影剂应该何时到达诸如大脑中部动脉和大脑前部动脉的感兴趣组织以及应当何时开始灌注扫描。
在306，基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据生成造影剂时间衰减曲线。如上所述，这可以包括通过感兴趣区域放射密度随时间的变化确定造影剂浓度。
在308，从时间衰减曲线和这种组织的一个或多个解剖模型导出预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据中组织之间的和/或影响组织灌注的组织的灌注数据。如果有示出连接动脉的几何结构的扫描（例如CTA扫描），那么可以使用这种扫描针对患者特异性模型调节解剖模型。
在310，从图像数据、时间衰减曲线和/或导出的数据确定各种灌注参数。这样的参数可以指示一个或多个血管中造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间、造影剂平均通过时间，被灌注组织中的造影剂平均通过时间和/或其他信息。
在312，基于图像数据、时间衰减曲线、所确定的参数和/或其他信息确定针对预灌注扫描图像数据、灌注扫描图像数据中的血管组织和/或其他血管组织的灌注信息。
可以通过计算机可读指令实现以上内容，当通过计算机处理器执行时，所述指令将使所述处理器执行所描述的动作。在这种情况下，将所述指令存储在与相关计算机相关或者能够为其所访问的计算机可读存储介质中。不必与数据采集同时执行这一动作。
本文已经参考各种实施例描述了本发明。在阅读这里的描述后，他人可以想到修改和变型。这意味着，应当将本发明解释为包括所有此类落在权利要求及与其等价的范围内的修改和变型。
Claims (14)
1.一种灌注信息确定装置(124)，其基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据的组合来确定灌注信息，所述灌注信息确定装置包括：
时间衰减曲线确定器(202)，其基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据生成造影剂时间衰减曲线；
数据导出器(204)，其基于时间衰减曲线、解剖模型和/或基于预灌注图像数据和灌注图像数据来导出或估计所述预灌注扫描图像数据和所述灌注扫描图像数据中组织之间的和/或影响组织灌注的组织的血流和灌注数据；
参数确定器(206)，其根据所述造影剂时间衰减曲线针对血管组织提取造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的至少一个；以及
分析器(208)，其分析如下中的至少一个：所述预灌注扫描图像数据、所述灌注扫描图像数据、所述造影剂时间衰减曲线或所提取的参数，并据此确定所述灌注信息，
其中，所述预灌注扫描的覆盖范围不包括感兴趣组织，并且所述灌注扫描的覆盖范围不包括参考血管或组织。
2.根据权利要求1所述的灌注信息确定装置，其中，所述时间衰减曲线确定器(202)还被配置成识别血管组织中的感兴趣区域。
3.根据权利要求1所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器确定在左右颈动脉分支之间的造影剂到达的差异。
4.根据权利要求3所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器还确定在左右颈动脉分支之间的平均传输时间的差异。
5.根据权利要求1所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器使用在计算机断层摄影血管造影中看到的血管几何结构，将描述连接预灌注扫描和大脑灌注扫描的血管的解剖模型从连接动脉的大致生理学上正常的几何结构调节到患者特异性几何结构。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器比较在所述灌注扫描图像数据中可见的颈动脉分支和主要馈送的左右大脑中部动脉的时间衰减曲线，其表示通过颈内动脉的血流和血流的差异。
7.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器比较大脑前部动脉中的时间衰减曲线与颈动脉分支处的时间衰减曲线，其指示占支配的前侧沟通循环的状态。
8.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述分析器比较颈动脉和大脑中部动脉中的动脉时间衰减曲线并对造影剂流入被灌注脑组织的不平衡进行量化。
9.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，
其中，所述预灌注扫描图像数据是通过计算机断层摄影(CT)扫描器针对造影剂增强的预灌注扫描生成的图像数据。
10.根据权利要求9所述的灌注信息确定装置，其中，所述灌注扫描图像数据是通过所述计算机断层摄影扫描器针对造影剂增强的灌注扫描生成的图像数据。
11.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述灌注信息指示大脑灌注。
12.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述灌注信息指示通过血管组织的灌注，所述血管组织影响人类被扫描受检者或动物被扫描受检者大脑中的灌注。
13.根据权利要求1到5中的任一项所述的灌注信息确定装置，其中，所述预灌注扫描图像数据用于确定灌注扫描的扫描开始时间，所述灌注扫描用于获得所述灌注扫描图像数据。
14.一种灌注成像方法，包括以下步骤：
基于预灌注扫描图像数据和灌注扫描图像数据确定一个或多个造影剂时间衰减曲线；
从所述一个或多个造影剂时间衰减曲线，针对不在所述灌注扫描图像数据中但影响所述灌注扫描图像数据中的组织的灌注的组织导出灌注数据；
基于所导出的灌注数据确定所述灌注扫描图像数据中的组织和影响所述灌注扫描图像数据中的组织的灌注的组织中造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的一个或多个；以及
基于所述造影剂到达时间、峰值造影剂到达时间或造影剂平均传输时间中的一个或多个确定灌注信息，
其中，所述预灌注扫描的覆盖范围不包括感兴趣组织，并且所述灌注扫描的覆盖范围不包括参考血管或组织。
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