CN104688259B - Ct扫描灌注方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CT扫描灌注方法及其装置，包括：在从开始注射对比剂经过规定时间的时刻t1开始，以第一辐射剂量对主动脉内的对比剂浓度进行单层CT追踪扫描；在扫描追踪中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对所述脏器以大于第一辐射剂量的第二辐射剂量进行动脉期扫描，取得动脉期CT值；根据所述动脉期CT值取得CT值的增加量；设定在对对比剂扫描追踪过程中，由动脉内对比剂的时间密度曲线表示动脉输入函数，并根据该动脉输入函数和CT值的增加量得到脏器的血流量。本发明的CT扫描灌注方法，避免了传统方法对脏器进行的多次重复扫描，不仅能够减少对人体的辐射量，还能够使操作更加简单易行，结果准确，且减少了受检者的不舒适感。
Description
技术领域
本发明涉及一种CT扫描灌注方法及装置。
背景技术
传统的动态对比增强CT灌注(Dynamic-contrast CT perfusion，DyCTp)采用注射(碘)对比剂后的多期动态扫描，往往包含10-20个时间间隔(1-2s)相对固定的重复CT扫描。然后利用上述较密集的动态扫描数据获得动脉输入函数(主动脉或其大分枝内对比剂的时间密度曲线)和扫描范围内每个体素内对比剂的时间密度曲线，通过最大斜率法和去卷积方法，得到每个体素的血流量；特别是在进行全脏器灌注成像(测量)时DyCTp法的动态扫描覆盖范围是整个脏器，也就是说对整个脏器重复10-20次CT扫描，这时受检者受到的X线辐射较常规CT检查(1-3次覆盖全脏器的扫描)增加数倍到数十倍。
况且，最大斜率法和去卷积算法，都需要动态系列的图像有良好的空间匹配，即在整个系列的重复扫描过程中没有明显的因被检者的体位移动而引起的错位(图像不匹配)，这种动态扫描过程中的图像高匹配性要求涵盖了输入动脉(主动脉)和靶组织(靶器官)。因此，受检者在扫描过程中需要屏住呼吸很长一段时间(约30s左右)，以减少呼吸运动伪影的影响，部分受检者不能配合，依从性较差，这也阻碍了传统CT灌注技术的实际应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种CT扫描灌注方法和CT装置，其能够在保证CT灌注检验精度的条件下，大幅度降低对受验者的电离辐射量，并且CT扫描过程中无需受检者长时间屏气，而且，仅需要对现有的CT扫描流程进行简单改进，就能够实现上述效果，有效抑制成本增加。
为了解决上述课题，本发明CT扫描灌注方法，包括：常规CT平扫后,在从开始注射对比剂经过规定时间的时刻t1开始，以第一辐射剂量对主动脉内的对比剂浓度进行单层CT追踪扫描；
在扫描追踪中获得主动脉内对比剂的时间密度曲线表示为动脉输入函数a(t)，
在扫描追踪中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对所述脏器以大于第一辐射剂量的第二辐射剂量进行动脉期扫描，取得动脉期CT值；
根据所述动脉期CT值减去平扫CT值取得CT值的增加量Q；
并根据该动脉输入函数a(t)和CT值的增加量Q得到脏器的血流量。
本发明的CT扫描灌注装置：
在从开始注射对比剂经过规定时间的时刻t1开始，以第一辐射剂量对主动脉内的对比剂浓度进行单层CT追踪扫描；
在扫描追踪中获得主动脉内对比剂的时间密度曲线表示为动脉输入函数a(t)，
在扫描追踪中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对所述脏器以大于第一辐射剂量的第二辐射剂量进行动脉期扫描，取得动脉期CT值；
根据所述动脉期CT值取得CT值的增加量Q；
并根据该动脉输入函数a(t)和CT值的增加量Q得到脏器的血流量。
根据本发明，通过在CT扫描灌注中，仅在动脉期，即t2的时刻使用第二辐射剂量进行扫描，而在从t1～t2的过程中，仅利用很小辐射剂量的第一辐射剂量进行跟踪，在得到准确的检查结果的同时，能够大大减少扫描中对受检者照射的辐射剂量，降低辐射伤害，而且操作简单易行，受检者依从性好，适宜临床常规应用。
附图说明
图1是基于本发明的CT扫描灌注方法进行CT灌注的实施例1的动态数据示意图。
图2是表示现有技术中动态对比增强CT灌注的比较实施例的动态数据示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，在本发明的CT扫描灌注方法中，为了得到因对比剂灌注造成的脏器内CT值的增加量Q，而在注射对比剂之前，对受验者脏器做CT平扫，在本说明书中，称这种方式为双期(平扫期和动脉期)CT灌注，并以此为例，对本发明的构成进行详细说明。
图1是表示本发明的双期CT灌注的实施例的动态数据扫描图。在图1中，横坐标为时间轴，设定对比剂开始注射的点为时间0点，纵坐标表示CT值(HU)。
对受检者实施的双期CT灌注的具体实施步骤按如下顺序进行。
(平扫)
在对受检者实施静脉注射对比剂之前，先利用CT扫描仪以常规的辐射剂量(第二辐射剂量)对脏器(组织)进行平扫，并取得平扫期CT值。
(注射对比剂)
在取得平扫期CT值后，对受检者注射对比剂，这里使用的对比剂例如为碘对比剂，在对碘对比剂进行注射时，需要控制注射时间长度，从开始注射对比剂到注射完成消耗时间为T，即，注射时间长度为T，该对比剂的注射时间长度T一般不超过11秒，时间长度越短，灌注结果越准确，在受检者能够耐受的范围内优选采用6～8秒的短时间注射，如果碘对比剂用量较大，就要相应增加注射的速率，以控制注射时间长度。如果注射时间长度T大于11秒，在下述的动脉期CT采集时(时刻t2)已经有对比剂经过脏器的静脉流出，这种情况的发生会导致灌注值的低估。
(扫描追踪)
从开始注射对比剂，到经所规定时间(例如5～7秒)后，在时刻t1对主动脉内的对比剂浓度(表现为CT值，也称密度)启动低辐射剂量(第一辐射剂量)的单层CT追踪扫描，这里以对主动脉的追踪为例进行说明。
在该单层CT追踪扫描中，扫描范围窄，层厚一般不超过5mm，辐射剂量低，其辐射剂量与覆盖全脏器的平扫和动脉期扫描相比可忽略不计。另外，在此所述的主动脉，可以是主动脉本身，也可以是主动脉向受检脏器供血的分支动脉。
另外，启动该单层CT追踪扫描的时刻t1是指，开始能够在单层CT追踪扫描中追踪到对比剂之前的时刻。为了得到主动脉中对比剂浓度变化的情况，需要在对比剂流到主动脉之前即开始该追踪扫描，通常，对比剂在主动脉内出现的时刻在从注射对比剂开始8秒到12秒之间，所以应当在第5～7秒左右启动扫描追踪，当然更早启动也不会影响曲线下面积的计算，因为在这之前主动脉不会有对比剂的强化，即5秒前动脉输入函数曲线下的面积应当为0，因此，如不考虑噪声干扰，t1的取值范围例如应该为0～8秒，优选5～7秒。另外，该t1的值可以根据所选择的主动脉位置和相应的脏器的情况适当设定。
该扫描追踪时的辐射剂量只需满足能够达到对主动脉内对比剂浓度进行跟踪，所以单层的CT扫描即可，而不需对全脏器进行扫描追踪，在该扫描追踪过程中，随着时间的推移，主动脉的密度值(CT值)逐步增加致峰值后下降，CT值随时间的变化被描绘为主动脉的时间密度曲线(动脉输入函数)，当主动脉的CT值达到作为触发点1的某一特定阈值(例如设定，60HU≤CT值≤100HU)时(提示主动脉有明确可靠的增强的CT值时)，可认定该对比剂出现在主动脉内，在该触发点1触发自启动扫描程序，并依照该扫描程序从该触发点1开始继续保持规定时间的低辐射剂量的扫描追踪，即从该触发点1开始延迟规定时间的低辐射剂量的扫描追踪，该延迟规定时间等于或接近于该碘对比剂的注射时间长度T(例如0.8T≤延迟规定时间≤1.2T)。
(动脉期扫描)
在延迟规定时间的低辐射剂量的扫描追踪后，时刻t2预期发生在主动脉峰值之后到脏器密度最大增强时刻之间，在该时刻t2启动对脏器常规辐射剂量的动脉期扫描，获得脏器的动脉期图像，得到脏器的动脉期CT值，该动脉期扫描是以高辐射剂量(第二辐射剂量)覆盖整个脏器。
通过将延迟的规定时间设定为等于或接近于该碘对比剂的注射时间长度，能够使动脉期CT值的采集(扫描)时间窗出现在主动脉强化峰值或之后较短的时间内(到脏器密度呈现最大增强的时刻)，从而能够获得最佳的信噪比，并使灌注计算的结果更稳定。
设定时刻t2为主动脉对比剂浓度达到最大到脏器的对比剂浓度呈现最大增强为止的时刻之间的时刻(其中包含脏器的对比剂浓度呈现最大增强的时刻)。因为脏器的对比剂浓度的最大增强通常发生在主动脉密度的峰值后较短的时间，且根据所选择的主动脉和相应脏器的不同该时间t2也有不同，一般为主动脉对比剂浓度达到最大后的2～3秒左右，而主动脉的峰值时间和碘对比剂的注射时间长度也相互关联，较高的碘对比剂的注射速率能够得到较短的注射时间长度，与其相对应的会产生较短的到达主动脉峰值的时间。因此，设定延迟的规定时间(t2-t1)等于或接近于该碘对比剂的注射时间长度，能够准确把握主动脉峰值到脏器(组织)的最大增强之间的时刻，从而实现在该时间段启动动脉期扫描。
(计算CT值的增加量Q)
CT值的增加量Q通过上述取得的动脉期CT值减去上述的平扫期CT值计算得到。
(计算脏器的血流量F(ml/min))
如图1所示，设定在对碘对比剂的低辐射剂量的扫描追踪过程中，获得主动脉内对比剂的时间密度曲线表示为动脉输入函数a(t)，并通过计算得到从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积(HU*min)(图1中斜线所示的阴影部分)。
将上述得到的CT值的增加量Q除以上述求得的动脉输入函数曲线下的面积得到该脏器的血流灌注指数，即单位体积组织内的血流量F，
即，
利用上述脏器的血流灌注指数得到脏器的血流量，以对该脏器进行诊断。
另外，本发明在实施利用CT扫描灌注中，所使用的CT扫描仪的基本性能要求为在1.5秒内能够完成对目标脏器的动脉期采样，但对平扫期采样速度无要求，对CT扫描的方式无特殊要求，例如可采用螺旋扫描，也可采用容积扫描等。
(对第一实施方式的应用1)
基于第一实施方式的利用CT扫描灌注，可根据各体素的血流量，得到全脏器的血流量，具体方法如下。
将脏器平扫CT图像和动脉期CT图像进行空间位置匹配，并纠正体位移动带来的错位；将所述脏器划分为多个体素；对脏器平扫取得平扫期所述体素CT值；从注射对比剂开始，经所规定时间(例如5～7秒)后，在时刻t1对动脉内的对比剂浓度以低辐射剂量(第一辐射剂量)进行单层CT追踪扫描；在对对比剂浓度以低辐射剂量进行扫描追踪过程中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对所述脏器启动高辐射剂量(第二辐射剂量)的动脉期扫描，取得动脉期图像的CT值；通过动脉期图像的CT值减去平扫期图像的CT值取得所述体素的CT值的增加量Qn；设定在对对比剂以低辐射剂量进行扫描追踪过程，由动脉的时间密度曲线表示动脉输入函数a(t)，并通过计算得到从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积将所述体素的CT值的增加量Qn除以所述动脉输入函数曲线下的面积得到所述体素的血流量Fn，
即，
将各体素的血流量Fn求和，得到所述脏器的血流量。
(对第一实施方式的应用2)
基于第一实施方式的利用CT扫描灌注，可实现对脏器整体的灌注处理，具体方法如下。
在平扫期对所述脏器进行CT平扫，并计算取得整个脏器平扫期平均CT值；从注射对比剂开始，经所规定时间后，在时刻t1对主动脉内的对比剂浓度以低辐射剂量(第一辐射剂量)进行单层CT追踪扫描；在对对比剂以低辐射剂量进行扫描追踪过程中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对所述脏器启动高辐射剂量(第二辐射剂量)的动脉期扫描，计算取得整个脏器动脉期平均CT值；通过动脉期平均CT值减去平扫期平均CT值取得整个脏器的平均CT值的增加量Qx；设定在对对比剂以低辐射剂量进行扫描追踪过程，由动脉的时间密度曲线表示动脉输入函数a(t)，并通过计算得到从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积将所述平均CT值的增加量Qx除以所述动脉输入函数曲线下的面积得到全脏器的平均灌注值，再乘以全脏器的体积V(ml)，得到全脏器的血流量Fx，即，
(第二实施方式)
在第二实施方式中，除了“扫描追踪”步骤和“动脉期扫描”步骤与第一实施方式略有不同外，其他步骤内容与第一实施方式相同，在此省略对其的说明。
下面主要对第二实施方式与第一实施方式在“扫描追踪”步骤和“动脉期扫描”步骤中的不同点进行说明。
在第二实施方式的“扫描追踪”步骤中，在对碘对比剂以低辐射剂量进行扫描追踪过程中，CT值随时间的变化被描绘为动脉的时间密度曲线(动脉输入函数)，与第一实施方式中在动脉的CT值达到某一特定阈值(触发点1)后，延迟规定时间，然后对动脉启动常规辐射剂量的动脉期扫描不同，在第二实施方式中不设置延迟时间，而是将该动脉的CT值达到峰值的时刻作为触发点2，并在该触发点2触发扫描程式，立即启动常规辐射剂量的CT扫描,或在2-3秒内启动扫描，采集动脉期CT值，并且需要在很短的时间(例如1.5秒)内完成脏器的数据采集(该动脉期CT值的采集)，以获得良好的时相同性，该触发点2所在的时刻或之后的2-3秒内的某个时刻作为时刻t2。由于动脉强化峰值是在扫描追踪过程中动脉的时间密度曲线上的明显标记，因此在实践中，通过在动脉的CT值达到动脉的峰值时，触发扫描程式，进行常规辐射剂量的CT扫描，采集动脉期CT值，可操作性较强，从而能够保证灌注结果的正确性。
(第三实施方式)
所述CT值的增加量Q，在用于双源CT或能谱CT时，由动脉期扫描经双能减影或能谱减影取得。
第三实施方式是本发明的CT扫描灌注方法在用于双能CT(双源CT)或能谱CT时，省略了“平扫期扫描”，而CT值的增加量Q由动脉期扫描经双能减影或能谱减影直接取得，除此之外，与第一实施方式相同，在此省略对相同部分的说明。
比较例
图2是作为比较例的现有技术中使用CT扫描的脏器灌注方法的说明图。
如图2所示，在该比较例中，为了得到脏器内组织的灌注值及脏器的血流量，需要至少在从t1～t2的范围内，以规定的时间间隔(2-3秒)，多次以高辐射剂量(第二辐射剂量)对受检脏器进行全脏器照射，并利用每次扫描所得主动脉的CT值和脏器的CT值分别描画出主动脉的时间密度曲线和脏器的时间密度曲线。
然后，基于主动脉和脏器的时间密度曲线，计算脏器的血流量。
因此，在对受检者进行CT灌注检查时，除常规平扫外,需要以较大的辐射剂量多次(例如10～20次)对受检脏器进行全脏器照射，使受检者在接受检查时受到大剂量辐射照射。
而作为本发明实施方式，除常规平扫外，只需要在动脉期，即时刻t2，实施一次较大辐射剂量的照射，平扫和动脉期扫描为常规CT诊断所必须，并且从t1～t2的期间，取代现有灌注技术中多次大辐射剂量照射，而使用很小剂量辐射对主动脉进行跟踪扫描，因此，可大大降低对受检者照射的辐射剂量(例如约为现有灌注技术中辐射剂量的1/10～1/20)，在获得灌注信息的同时避免了因CT灌注扫描导致的额外伤害。
Claims (14)
1.一种CT扫描灌注方法，其特征在于，
包括：
在从开始注射对比剂经过规定时间的时刻t1开始，以第一辐射剂量对主动脉内的对比剂浓度进行单层CT追踪扫描；
在扫描追踪中获得主动脉内对比剂的时间密度曲线表示为动脉输入函数a(t)，
在扫描追踪中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对脏器以大于第一辐射剂量的第二辐射剂量进行动脉期扫描，取得动脉期CT值；
根据所述动脉期CT值取得CT值的增加量Q；
并根据该动脉输入函数a(t)和脏器的CT值的增加量Q得到脏器的血流量，
所述时刻t1是指，开始能够在单层CT追踪扫描中追踪到对比剂之前的时刻，
所述时刻t2是指，主动脉对比剂浓度达到最大到脏器的对比剂浓度呈现最大增强为止的时刻之间的时刻。
2.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
计算从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积
根据式1得到脏器的血流量F，
。
3.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
所述第一辐射剂量是指，对所述主动脉进行单层CT追踪扫描的剂量，
所述第二辐射剂量是指，进行覆盖整个所述脏器的CT扫描的剂量。
4.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
在注射对比剂之前，对所述脏器以所述第二辐射剂量进行CT平扫，取得平扫期CT值，
所述CT值的增加量Q通过所述动脉期CT值减去所述平扫期CT值取得。
5.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
所述对比剂的注射时间长度不大于11秒。
6.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
所述时刻t1的取值范围为0～8秒。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
在扫描追踪过程中，当所述主动脉的CT值达到具有增强提示的阈值时，触发自启动扫描程序，并将在此后延迟规定时间，到达主动脉对比剂浓度达到最大到脏器的对比剂浓度呈现最大增强为止的时刻之间的时刻t2，启动动脉期扫描，
所述延迟规定时间设定为，所述对比剂的注射时间长度的0.8倍以上1.2倍以下。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
在扫描追踪过程中，当所述主动脉的CT值达到峰值后，触发扫描程序，所述触发扫描程序的时间点作为使所述脏器的对比剂浓度呈现最大增强时或之前的时刻t2，启动动脉期扫描。
9.根据权利要求1所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
采用双能CT或能谱CT进行CT扫描，所述CT值的增加量Q由动脉期扫描经双能减影或能谱减影取得。
10.根据权利要求1、3～6中任意一项所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
将所述脏器划分为多个体素，根据各体素动脉期CT值取得各体素CT值的增加量Qn；
对于每个体素计算从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积
根据式2得到各体素的血流量Fn，
11.根据权利要求10所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
在将所述脏器划分为多个体素，根据各体素动脉期CT值取得各体素CT值的增加量Qn之前，把所述脏器平扫CT图像和动脉期CT图像进行空间位置匹配，纠正体位移动带来的错位。
12.如权利要求10所述的CT扫描灌注方法，其特征在于：
将各体素的血流量Fn分别乘以各体素的体积再求和，得到所述脏器的血流量。
13.根据权利要求1、3～6中任意一项所述的CT扫描灌注方法，其特征在于，
对于所述脏器整体，根据动脉期CT值取得全脏器CT值的平均增加量Qx；
计算从时刻t1到时刻t2的时间段内的动脉输入函数曲线下的面积
根据式3得到全脏器的血流量Fx，
其中，V为所述脏器的体积。
14.一种CT扫描灌注装置，其特征在于：
在从开始注射对比剂经过规定时间的时刻t1开始，以第一辐射剂量对主动脉内的对比剂浓度进行单层CT追踪扫描；
在扫描追踪中获得主动脉内对比剂的时间密度曲线表示为动脉输入函数a(t)，
在扫描追踪中，到达触发点时触发扫描程序，并在时刻t2对脏器以大于第一辐射剂量的第二辐射剂量进行动脉期扫描，取得动脉期CT值；
根据所述动脉期CT值取得CT值的增加量Q；
并根据该动脉输入函数a(t)和CT值的增加量Q得到脏器的血流量。
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