CN103607954B - 用于混合式扫描器上ac和定位的剂量优化方案 - Google Patents

用于混合式扫描器上ac和定位的剂量优化方案 Download PDF

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Abstract

一种混合式成像系统包括第一成像系统，所述第一成像系统被配置为采集解剖结构的第一视场的低分辨率解剖数据。第二成像系统被配置为采集所述解剖结构的所述第一视场的功能数据。重建处理器被配置为基于衰减数据将所述功能数据重建成经衰减校正的图像。响应于示出感兴趣区域的所述经衰减校正的图像，利用所述第一成像系统或另一成像系统采集所述第一视场的包含所述感兴趣区域的一个或多个部分的高分辨率数据。所述重建处理器将高分辨率解剖数据重建成所述感兴趣区域的一幅或多幅高分辨率图像。

Description

用于混合式扫描器上AC和定位的剂量优化方案
技术领域
本申请涉及诊断成像系统和方法。其尤其适用于减小患者剂量并加快组合了MRI、CT以及PET或SPECT之一的多模态成像系统的工作流程，但也可以适用于其他诊断或处置系统。
背景技术
在多模态或混合式成像系统中，使用两种不同的感测模态，例如像PET或SPECT的核成像扫描器与诸如CT、XCT、MRI等解剖成像扫描器相耦合，来定位或测量对象空间中的不同组成部分。例如，PET和SPECT扫描器产生指示身体中代谢活动的功能图像，而不是产生周围解剖结构的图像。CT扫描器允许医生看到人体之内的内部结构，例如骨骼和组织；而MRI扫描器对像大脑、脊柱、脉管系统、关节等的软组织结构进行可视化。
在混合式成像扫描程序之前，患者接收一定剂量的放射性药物。药物通过血液输送，并在一个或多个目标器官或区域中集中并发出辐射。在核扫描程序期间，发射的辐射由系统检测并被重建成放射性药物在患者体内分布的图像。图像能够示出循环系统和/或放射性药物在各个区域或器官中的相对吸收。癌性肿瘤，例如，吸收包含放射性药物的大量葡萄糖。在混合式图像中集成来自解剖扫描程序的解剖数据与来自核扫描程序的新陈代谢数据给予医师视觉信息，以确定是否存在疾病、疾病的位置和范围以及跟踪它扩散有多快。混合式成像系统在难以处置的区域（例如头和颈部区域、纵隔、手术后的腹部）中以及定位接受放射治疗或化学治疗的患者的处置区域中特别有帮助。
解剖成像数据也能够用于衰减校正，以进一步增强核成像数据。传统核成像系统中的衰减校正能够涉及透射扫描，其中，外部放射性透射源绕视场（FOV）旋转并测量通过检查区域的衰减。CT图像也用于衰减校正。
混合式成像系统使用解剖数据以构造整个身体内的密度差衰减图，并校正所发射光子的吸收。基于解剖的衰减校正受益于低的统计噪声、高速采集、对与注射的放射性同位素相关的干扰的免疫力以及对放射性透射源硬件的消除。通常，在开始核成像扫描程序之前，首先利用高分辨率，高剂量CT成像系统对患者成像。在一些系统中，使用高分辨率MRI成像系统。基于解剖的扫描覆盖核成像系统的完整FOV。因此，当前的程序涉及在患者的更大范围上以高剂量扫描患者，因为整个核医学采集中都需要衰减校正和解剖数据。
对于混合式成像系统，采集时间是市场的区分要素。当前，混合式成像系统上的典型程序是跨过待检查患者的整个区域采集完整诊断高分辨率CT图像。在生成CT图像之后，生成检查区域的核图像。CT图像被配准到核图像，并当重建核图像时用于衰减校正。如果核图像示出了热点，使用配准的CT图像识别热点在解剖结构以及周围解剖结构中的位置。如果核图像未示出热点或其他感兴趣区域，则CT图像仅用于衰减校正。
本申请提供了克服上述问题和其他问题的新型改进的装置和方法。
发明内容
根据一个方面，提供了一种混合式成像系统。该混合式成像系统包括第一成像系统，所述第一成像系统被配置为采集解剖结构的第一视场的低分辨率解剖数据。第二成像系统被配置为采集所述解剖结构的所述第一视场的功能数据。重建处理器被配置为基于衰减数据将所述功能数据重建成经衰减校正的图像。响应于示出感兴趣区域的所述经衰减校正的图像，利用所述第一成像系统或另一成像系统采集所述第一视场的包含所述感兴趣区域的一个或多个部分的高分辨率数据。所述重建处理器将高分辨率解剖数据重建成所述感兴趣区域的一幅或多幅高分辨率图像。
根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括采集解剖结构的第一视场的低分辨率解剖数据；采集所述解剖结构的所述第一视场的功能数据；使用低分辨率数据将用于衰减校正的所述功能数据重建为经衰减校正的图像；分析所述经衰减校正的图像以识别任何感兴趣区域；采集包含所述感兴趣区域的第二视场中的高分辨率解剖数据，所述第二视场小于并被限制于所述第一视场中；并且将所述高分辨率解剖数据重建成一幅或多幅高分辨率图像。
根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括产生覆盖患者的第一视场的功能图像；针对感兴趣区域分析所述功能图像，这包括：响应于识别出一个或多个感兴趣区域，生成覆盖一个或多个第二视场的一幅或多幅高分辨率图像，每个第二视场包含至少一个感兴趣区域，并且小于所述第一视场且包含于所述第一视场中，并且响应于未识别出感兴趣区域，终止所述方法，而不生成高分辨率图像。
一个优点在于减小了患者剂量。
另一个优点在于改进了工作流程。
另一个优点在于更高的成像效率和患者吞吐量。
在阅读和理解以下详细描述之后，本领域技术人员将认识到本发明的其他优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限制。
图1是根据本申请的组合式PET/CT系统的示意图。
图2是根据本申请的传统混合式成像扫描程序的示意图。
图3是根据本申请的低剂量混合式成像扫描程序的示意图。
图4是根据本申请的方法的流程图。
具体实施方式
图1图示了混合式成像系统10，其实施优化图像质量，同时减小患者的剂量并使扫描长度和/或持续时间最小化的工作流程。下文详述的工作流程开始于使用低剂量计算机断层摄影（CT）或快速磁共振（MR）成像程序以及单光子发射计算断层摄影（SPECT）和/或正电子发射断层摄影（PET）采集的衰减校正（AC）扫描。一旦完成了核医学（NM）采集，就利用衰减校正数据执行初级重建。之后立刻复查经衰减校正的核图像，以确定详细的解剖图像是否以及在哪里对诊断（骨折、病灶/热点定位）有好处。如果生成详细解剖图像不需要后续扫描，那么患者仅接收到低剂量的AC扫描，这和与高分辨率诊断CT扫描相关联的较大剂量数量级的形成对比。如果详细的解剖图像是有利的，那么生成核扫描中识别的子区域的高分辨率扫描。任选地，能够将整个区域的低分辨率AC图像与子区域的高分辨率CT图像组合以在子感兴趣区域中具有高分辨率，在检查区域的其他部分中具有低分辨率的混合式图像。此外，能够优化若干扫描参数，包括暴露、定位、准直、滤波、MR方案等，以进一步减小患者的剂量，同时为感兴趣区域提供优异的图像质量。
参考图1，多模态成像系统采用至少两种不同的成像设备。在本文中阐述的说明性范例中，多模态成像设施采用计算机断层摄影（CT）和正电子发射断层摄影（PET）成像模态，其使用混合式PET/CT成像系统10，成像系统10包括容纳在第一扫描架14之内的CT扫描器12。膛16界定CT扫描器12的第一检查区域18。辐射探测器20的阵列设置于旋转扫描架22上，旋转扫描架22被配置为从X射线源24接收透射辐射，X射线源24在旋转扫描架22上被设置为与探测器20相对。混合式PET/CT成像系统10还包括PET扫描器26，其容纳于界定患者接收膛30的第二扫描架28之内。辐射探测器34的环围绕膛30布置，以界定第二或PET检查区域32。
在图示的实施例中，两个扫描架14、28彼此相邻，并共享公共的患者支撑物36，患者支撑物36沿着两个检查区域18、32之间沿患者支撑物轨道或路径38的纵轴平移。电动机或其他驱动机构（未示出）提供支撑物在检查区域18、32中的纵向移动和垂直调节。在图示的实施例中，PET扫描架28沿扫描架轨道40平移，以减少成像系统12、26之间的转变时间和距离。扫描架之间的闭合布置减小了因扫描时间增加造成的患者移动以及误配准误差的可能性。
除了图示的混合式PET/CT成像系统10之外或作为替代，能够提供不同类型的混合式PET/CT成像系统，或另一种类型的混合式成像系统，例如混合式磁共振MR/PET成像系统等。此外，能够由一个或多个独立的成像系统，例如独立的低剂量CT扫描器、C臂X射线扫描器、独立的高剂量CT扫描器、独立的PET扫描器、独立的MR扫描器、被配置用于SPECT成像的独立的伽马照相机等，替代地或额外地提供多模态成像。再者，在一些实施例中，单一成像仪器可以被配置为提供多模态成像。例如，预见到多模态成像系统在公共扫描架中包括PET和MR系统，在单一扫描架中包括PET和低剂量辐射源，在公共扫描架中包括PET和CT，等等。
继续参考图1，患者支撑物36向第一检查区域18中定位待成像的患者或受检者，成像采集和控制单元42控制X射线管与合作的X射线探测器阵列（设置于CT扫描器12中的部件，图1中不可见），以生成并采集低剂量的CT投影数据。例如，尽管常规CT扫描通常剂量为30mGy左右，低剂量CT扫描会将剂量减小85%，至6mGy左右。采集的低剂量T投影数据被暂时存储在数据缓存器50中，并由CT重建处理器52重建以生成一幅或多幅低剂量CT图像，它们被存储在CT图像存储器56中。CT重建处理器52还生成指示待检查患者或受检者在第一检查空间18中的辐射衰减的信息。通常以亨斯菲尔德单位（HU）表达衰减信息。由衰减校正单元58从衰减信息产生衰减图，由PET重建处理器60使用衰减图生成经衰减校正的PET图像表示。使用来自衰减图的信息校正因被检查患者或受检者的不均匀辐射衰减特性（例如，人类患者体内骨骼的存在）导致的误差。
以类似方式，患者支撑物36将待成像患者或受检者定位到第二检查区域32中，成像采集和控制单元42操作PET辐射探测器34以采集PET响应线数据（任选地包括飞行时间定位）。PET响应线数据被暂时存储在数据缓存器56中，并由PET重建处理器60重建以生成一幅或多幅PET图像，它们存储在PET图像存储器62中。由衰减校正单元58生成的衰减图，由PET图像重建处理器60使用以从PET数据生成经衰减校正的PET图像表示。在PET成像的情况下，在PET数据采集之前向受检者施予适当的正电子发射放射性药物。发射的正电子发生正电子/电子湮灭，每次这样的湮灭事件都生成以相对方向行进的511KeV的伽马射线，从而界定响应线。
在另一实施例中，在CT数据之前收集PET数据。在另一种变型中，PET数据未经衰减校正而直接重建。如果未经衰减校正的图像足以确定不需要高分辨率扫描，也能够省略生成衰减图的低剂量扫描。
分析所述一幅或多幅PET图像以确定是否以及哪里的详细解剖信息对患者诊断有益。具体而言，由图像分析单元64分析PET图像以确定感兴趣区域是否在视场之内。具体而言，图像分析单元64识别潜在感兴趣区域，例如，包括PET图像视场之内的潜在热点或感兴趣对象的区域。感兴趣区域包括基于识别标准的感兴趣对象，具体的感兴趣对象例如左心室、肿瘤等。如果确定感兴趣区域不在PET图像的视场之内，则图像分析单元64确定不需要后续定位或诊断CT扫描，那么患者将仅接收低剂量的CT扫描，这与更大剂量的定位或诊断扫描的数量级形成对比。如果感兴趣区域在PET图像的视场之内，图像分析单元64分析低剂量CT扫描的质量以确定是否需要后续定位或诊断CT扫描。例如，如果确定低剂量CT图像的质量高到足以用于诊断，则仅需要患者接收低剂量CT扫描，这与定位或诊断扫描形成对比。如果确定低剂量CT图像质量不够高以进行诊断，则希望有更详细的扫描，那么执行后续定位或诊断扫描。如果要执行后续定位或诊断扫描，图像分析单元64利用低剂量CT扫描的体积/配准信息精确地瞄准定位或诊断扫描。具体而言，衰减图和PET图像扫描之间的配准提供了精确的定位，以允许小视场定位和诊断扫描。例如，如果低剂量CT扫描的视场包括感兴趣区域，图像分析单元64将计算第二更小视场，其包括感兴趣区域，但不包括完整的检查区域，以减小患者剂量。还预见到，图像采集和控制单元42优化若干扫描参数，包括暴露、定位、准直、过滤、MR方案等，以进一步减小患者剂量，同时为感兴趣区域提供优异的图像质量。
如果确定详细解剖信息对诊断有益，则成像采集和控制单元42控制患者支撑物36，以将患者或受检者定位到第一检查区域18中，并控制X射线管和合作的X射线探测器阵列（设置于CT扫描器12中的部件，图1中不可见），以生成并采集定位或诊断CT投影数据。为了减小患者剂量，将定位或诊断扫描限于由图像分析单元64计算的视场。定位或诊断CT投影数据通常具有针对整个检查区域的大约30mGy的剂量。通过仅扫描子体积，例如扫面包含每个感兴趣区域的切片，减小了高分辨率扫描的剂量。采集的定位或诊断CR投影数据被暂时存储在数据缓存器50中，并由CT重建处理器52重建以生成一幅或多幅定位或诊断CT图像，它们被存储在CT图像存储器56中。
融合处理器66对准、配准或融合衰减校正PET图像表示和（一幅或多幅）定位或诊断高分辨率CT图像表示，以及在一些实施例中的低分辨率X射线图像，以生成融合图像。在例如计算机74的显示器76上显示个体图像和融合图像。在显示器76上显示经衰减校正的PET图像表示、融合图像等。显示器还包括输入设备78，临床医师能够使用输入设备78控制成像系统以选择扫描序列和方案、融合图像组合等。图形用户接口还同时显示校正前和经校正图像，以进行验证和/或进一步的人工校正。
成像采集和控制单元42由数字处理器或控制器，或由数字处理器或控制器的组合适当实现，所述数字处理器或控制器与被配置为操作X射线管和辐射探测器阵列的适当电子器件、电源等组合工作以操作旋转机构等，所述旋转机构绕CT扫描器12之内的受检者旋转X射线管。图像分析单元64由数字处理器或控制器适当实现，所述数字处理器或控制器任选地与被实现为专用集成电路（ASIC）硬件的专用成像采集和控制硬件组合。重建处理器52、60由数字处理器或控制器，或由数字处理器或控制器的组合适当实现，所述数字处理器或控制器任选地与例如被实现为专用集成电路（ASIC）硬件的专用重建管路硬件组合。提供了用户接口，例如图示的计算机74，以使放射科医师或其他用户能够配置、启动和监测CT和PET成像程序，并使放射科医师或其他用户能够观察所得的CT和/或PET图像。图示的计算机74包括显示器76，显示器76可以被实现为阴极射线管（CRT）显示器、液晶设备（LCD）显示器、等离子体显示器、有机发光设备（OLED）显示器等。计算机74还包括键盘78；然而，也可以包括额外或其他的输入设备（未示出），例如跟踪板、跟踪球、与显示器76重合以界定触敏屏幕的触敏矩阵等。在一些实施例中，可以将一些用户接口功能作为内置LCD显示器、内置小键盘等与CT扫描器12和/或PET扫描器26集成。
参考图2，图示了传统的混合式成像扫描程序。患者100包括一个或多个感兴趣区域102，例如包括热点或感兴趣对象的区域。在传统的混合式成像扫描程序中，利用解剖成像扫描器执行整个视场的定位或诊断扫描104，以收集患者100和一个或多个感兴趣区域102的衰减和解剖数据。在执行定位或诊断扫描104之后，核成像扫描器执行整个视场的核成像扫描106，以采集患者100和一个或多个感兴趣区域102的功能数据。在传统的混合式成像扫描中，利用高分辨率、高剂量解剖成像扫描器对患者成像，并针对整个视场采集衰减和解剖数据。
参考图3，图示了低剂量混合式成像扫描程序。患者100包括一个或多个感兴趣区域102。在低剂量混合式成像扫描程序中，利用解剖成像扫描器执行整个视场的低剂量扫描108，以收集包括一个或多个感兴趣区域102的患者100的衰减数据。在执行低剂量扫描106之后，核成像扫描器执行整个视场的核成像扫描106，以采集包括一个或多个感兴趣区域102的患者100的功能数据。使用衰减数据生成衰减图，所述衰减图用于生成经衰减校正的功能图像。立刻复查功能图像以确定是否以及哪里的解剖数据对诊断（骨折、病灶/热点定位）有益。如果不需要定位或诊断扫描，那么患者仅接收低剂量扫描，这与较大剂量定位或诊断扫描的数量级形成对比。如果希望进行定位或诊断扫描，则衰减数据和功能数据之间的配准提供了精确的定位，以允许小视场定位或诊断扫描，这仅对子体积或切片110成像。利用解剖成像扫描器执行小视场定位或诊断扫描110，以收集包含一个或多个感兴趣区域102的患者100的解剖数据或（一个或多个）部分。
参考图4，在步骤200中，利用解剖成像系统，使用低剂量扫描在第一视场108中采集至少一个解剖结构的低分辨率（低剂量）衰减数据。在步骤202中，使用核成像系统在第一视场106中采集所述至少一个解剖结构的功能数据。在步骤204中，基于解剖成像系统采集的衰减数据，重建所述功能数据。在步骤206中，分析重建的功能数据以识别任何感兴趣区域102。如果确定详细解剖数据对诊断无益，在步骤208中经衰减校正的功能图像用于分析或归档目的。如果确定详细解剖数据对诊断有益，在步骤210中确定比感兴趣区域的第一视场更小的所述至少一个解剖结构的（一个或多个）第二视场110，所述（一个或多个）第二视场110为例如包含感兴趣区域102的切片。在步骤212中，利用解剖成像系统，使用高分辨率（高剂量）定位或诊断扫描采集所述（一个或多个）第二视场的解剖数据。在步骤214中，将经衰减校正的全场功能图像、全场衰减校正图像和（一幅或多幅）有限视场高分辨率解剖图像中的一种或多种融合到一起，以生成全场图像，所述全场图像描绘出覆盖感兴趣区域102的高分辨率解剖信息以及覆盖第一视场其余部分的低分辨率解剖信息。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述之后可以实现修改和变型。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围之内。

Claims (16)

1.一种混合式成像系统(10)，包括：
第一成像系统(12)，其被配置为采集解剖结构的第一视场(108)的低分辨率解剖数据；
第二成像系统(26)，其被配置为采集所述解剖结构的所述第一视场(106)的功能数据；
重建处理器(60)，其被配置为基于衰减数据将所述功能数据重建成经衰减校正的功能图像；
响应于示出一个或多个感兴趣区域(102)的所述经衰减校正的功能图像，利用所述第一成像系统(12)或另一成像系统采集所述第一视场中包含所述一个或多个感兴趣区域(102)的一个或多个部分(110)的高分辨率解剖数据；并且
利用所述重建处理器(52)将所述高分辨率解剖数据重建成所述一个或多个感兴趣区域的一幅或多幅高分辨率解剖图像。
2.根据权利要求1所述的混合式成像系统，其中，所述低分辨率解剖数据是在所述第一视场(108)中采集的，并且所述高分辨率解剖数据是在一个或多个第二视场(110)中采集的，每个第二视场都小于所述第一视场。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的混合式成像系统，其中，所述第一成像系统(12)包括CT成像系统，并且所述第二成像系统(26)包括PET成像系统。
4.根据权利要求3所述的混合式成像系统，其中，所述PET成像系统为飞行时间系统。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的混合式成像系统，还包括：
图像分析单元(64)，其分析所述经衰减校正的功能图像以识别所述一个或多个感兴趣区域(102)。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的混合式成像系统，其中，所述高分辨率解剖数据是利用CT扫描器(12)以高辐射剂量采集的，并且所述低分辨率解剖数据是以比高辐射剂量至少低85％的辐射剂量采集的。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的混合式成像系统，其中，所述重建处理器(66)将所述经衰减校正的功能图像与所述一幅或多幅高分辨率解剖图像融合在一起，以生成融合图像。
8.根据权利要求7所述的混合式成像系统，其中，所述融合图像包括：覆盖所述一个或多个感兴趣区域(102)的高分辨率解剖信息；以及覆盖所述第一视场的其余部分的低分辨率解剖信息。
9.一种混合式成像方法，包括：
采集解剖结构的第一视场(108)的低分辨率解剖数据；
采集所述解剖结构的所述第一视场(106)的功能数据；
使用用于衰减校正的低分辨率解剖数据将所述功能数据重建成经衰减校正的功能图像；并且
分析所述经衰减校正的功能图像以识别一个或多个感兴趣区域(102)；
采集包含所述一个或多个感兴趣区域(102)的第二视场(110)中的高分辨率解剖数据，所述第二视场(110)小于所述第一视场(108)并被限制于所述第一视场(108)中：并且
将所述高分辨率解剖数据重建成一幅或多幅高分辨率解剖图像。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
响应于未识别出感兴趣区域，不采集高分辨率解剖数据。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其中，将所述低分辨率解剖数据重建成低分辨率解剖图像。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述经衰减校正的功能图像、所述低分辨率解剖图像、和所述一幅或多幅高分辨率解剖图像一起用于生成融合图像。
13.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其中，所述低分辨率解剖数据和高分辨率解剖数据是利用CT扫描器(12)采集的，并且所述功能数据是利用PET扫描器(26)采集的。
14.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其中，所述低分辨率解剖数据是以比用于采集所述高分辨率解剖数据的高辐射剂量至少低85％的辐射剂量采集的。
15.一种成像方法，包括：
生成覆盖患者的第一视场(106)的功能图像；
针对感兴趣区域(102)分析所述功能图像，该分析包括：
响应于在所述功能图像中识别出一个或多个感兴趣区域(102)，生成覆盖一个或多个第二视场(110)的一幅或多幅高分辨率解剖图像，每个第二视场(110)包含至少一个感兴趣区域(102)，并且每个第二视场小于所述第一视场且被包含在所述第一视场(106)中，并且
响应于未识别出感兴趣区域，终止所述方法，而不生成高分辨率解剖图像。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
生成覆盖所述第一视场(106)的低分辨率解剖图像；
使用所述低分辨率解剖图像校正所述功能图像的辐射衰减。
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