CN108135551A - 用于自适应扫描控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于自适应扫描控制的方法和系统。在一个实施例中，一种方法包括：在对扫描对象执行扫描时，处理所采集的投影数据以测量造影剂浓度；响应于所述造影剂浓度增加到第一阈值以上，自动将所述扫描从第一扫描方案切换到第二扫描方案；响应于所述造影剂浓度降低到第二阈值以下，自动将所述扫描从所述第二扫描方案切换到所述第一扫描方案；以及响应于所述造影剂浓度降低到第三阈值以下，自动结束所述扫描。通过这种方式，可以在单个扫描中交错执行多个扫描方案，例如血管造影和灌注扫描方案，而不使用单独定时团块扫描。

Description

用于自适应扫描控制的方法和系统
技术领域
本说明书中公开主题的实施例涉及非侵入式诊断成像，并且更确切地说，涉及实时自适应扫描。
背景技术
非侵入式成像技术可以在无需对患者或对象执行侵入性手术的情况下获得患者或对象内部结构的图像。确切地说，计算机断层摄影(CT)等技术使用各种物理原理，例如X射线穿过目标体的差异透射来采集图像数据并且构建断层图像(例如，人体或其他成像结构内部的三维表示)。
对于急诊室(ER)中风治疗，时间是确定适当疗程的关键。在不对大血管缺血性中风进行治疗的每一分钟中，患者平均将丧失190万个神经元。在治疗失败的每一小时中，患者丧失的神经元数目将与正常衰老近3.6年所丧失的神经元数目相当。目前的护理标准需要两种造影剂团块(contrast boli)来进行单独的CT血管造影(CTA)和CT灌注(CTP)研究。此外，在进行CTA和CTP研究之前，典型方法首先会执行定时造影剂团块(bolus)扫描，其中将小造影剂团块施用于患者，并且随后监测所述患者体内的对比度级别，以产生针对患者的个人化CTP/CTA扫描计划。但是，仅定时造影剂团块扫描就需要5分钟，而CTA和CTP研究各自均需要在采集之间留5到7分钟的时间来进行造影剂冲洗。
发明内容
在一个实施例中，一种方法包括：在对扫描对象执行扫描时，处理所采集的投影数据以测量造影剂浓度(contrast level)；响应于所述造影剂浓度增加到第一阈值以上，自动将所述扫描从第一扫描方案(scan protocol)切换到第二扫描方案；响应于所述造影剂浓度降低到第二阈值以下，自动将所述扫描从所述第二扫描方案切换到所述第一扫描方案；以及响应于所述造影剂浓度降低到第三阈值以下，自动结束所述扫描。通过这种方式，可以在单个扫描中交错执行多个扫描方案，例如血管造影和灌注扫描方案。此外，灌注研究可以在不执行造影剂团块定时扫描的情况下进行。因此，缺血性中风评估的辐射剂量、造影剂量和时间将显著减少。
应了解，以上简要说明用于简要介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。它并不用于确定本发明主题的关键特征或必要特征，本发明主题的范围仅由权利要求书来限定。此外，本发明主题并不限于解决上文或本公开案中任何部分中指出的任何缺点的实施方案。
附图说明
参考附图阅读以下对非限定性实施例的描述可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的成像系统的示图。
图2示出了根据本发明一个实施例的示例性成像系统的方框示意图。
图3是高级流程图，其中示出了根据本发明一个实施例的用于使用造影剂监测进行自适应扫描的示例性方法。
图4是高级流程图，其中示出了根据本发明一个实施例的用于使用交错成像技术进行自适应扫描的示例性方法。
图5示出了一组图，用于示出根据本发明一个实施例的成像系统的示例性控制。
图6是根据本发明一个实施例的用于对造影增强进行监测的示例性用户界面。
图7示出了说明示例性造影增强曲线的图，所述示例性造影增强曲线根据本发明一个实施例在扫描期间生成并且用于以自适应方式控制所述扫描。
具体实施方式
以下说明涉及医疗成像系统的多个实施例。确切地说，提供了用于通过对造影增强进行监测来以自适应方式控制诊断扫描的方法和系统。图1和图2中提供了可用于采集根据本发明技术处理的图像的计算机断层摄影(CT)成像系统的一个示例。用于自适应扫描控制的方法，例如图3所示的方法可以包括在扫描期间监测造影剂浓度并响应于此而调整扫描参数。所述方法能够基于患者个体使扫描方案具有个人化。此外，通过基于所监测的造影剂浓度来实时地使扫描相适应，可以将多个扫描方案组合在单个扫描中。例如，一种方法，例如图4和图5中所示的方法包括通过响应于在扫描期间测量的造影剂浓度来切换扫描方案，将CT血管造影(CTA)和CT灌注(CTP)扫描交错组合到单个扫描中。所述CT成像系统的操作员可以通过用户界面例如图6所示的用户界面手动干预对扫描参数的自动调节。多方案扫描的不同阶段之间的过渡可以基于包括动脉和静脉曲线在内的多个造影曲线的造影剂浓度和斜率来触发，如图7中所示。
尽管以示例性方式对CT系统进行了描述，但是应了解，本发明技术还可适用于使用其他成像形式例如层析X射线照相组合、MRI、C形臂血管造影术等采集的图像。本说明书中所述的CT成像形式仅作为适当成像形式的一个示例。
本说明书中所用的短语“像素”还包括用“体素”来表示数据的本发明的实施例。因此，术语“像素”和“体素”在本说明书中可以互换使用。
同样，本说明书中所用的短语“重建图像”并不意图排除生成表示图像的数据、但不生成可视图像的本发明的实施例。因此，本说明书中所用的术语“图像”广泛地指可视图像和表示可视图像的数据这两者。但是，许多实施例均生成(或配置成生成)至少一个可视图像。
可以结合不同类型的成像系统来实施各个实施例。例如，可以结合CT成像系统来实施各个实施例，其中x射线源投射扇形或锥形射束，所述扇形或锥形射束准直成位于笛卡尔坐标系统的xy平面内，并且所述平面通常称为“成像平面”。所述X射线束穿过正在成像的对象，例如患者。所述射束在经过所述对象的衰减之后，将冲击辐射检测器阵列。所述检测器阵列接收到的衰减辐射束的强度取决于所述对象对X射线束的衰减。所述阵列中的每个检测器元件产生单独的电信号，所述电信号是检测器位置处的射束强度的度量。单独采集来自所有检测器的强度度量，以产生透射率曲线(transmission profile)。
在第三代CT系统中，所述X射线源和所述检测器阵列随扫描架一起在成像平面内围绕待成像对象旋转，以使所述X射线束与所述对象相交的角度不断改变。完整的扫描架旋转是指所述扫描架结束一个完整的360度旋转。在一个扫描架角度下来自所述检测器阵列的一组X射线衰减度量(例如，投影数据)称为“视点”。因此，视点是所述扫描架的每个增量位置。所述对象的“扫描”包括在X射线源和检测器的一个旋转期间，在不同扫描架角度或视角下获取的一组视点。此外，还可以采用在不足一个完整扫描架旋转中采集的一组视点来重建“短扫描”图像。
在轴向扫描中，对所述投影数据进行处理以重建图像，所述图像与取自所述对象的二维切片相对应。一种使用一组投影数据重建图像的方法在所属领域中称为滤波反投影技术。所述过程将来自扫描的衰减度量转换成称为“CT数”或“Hounsfield单位”(HU)的整数，所述整数用于控制例如阴极射线管显示上的相应像素的亮度。
图1示出了示例性CT系统100，所述示例性CT系统配置成允许快速反复进行图像重建。确切地说，CT系统100配置成对对象例如患者、无生命物体、一个或多个制成零件以及/或者异物例如牙科植入物、支架和/或体内造影剂进行成像。在一个实施例中，CT系统100包括扫描架102，所述扫描架又可进一步包括至少一个X射线辐射源104，所述X射线辐射源配置成投射X射线辐射束106，以用于对患者进行成像。确切地说，辐射源104配置成向设置于扫描架102的相对侧上的检测器阵列108投射X射线106。尽管图1仅示出了一个辐射源104，但是在某些实施例中，可采用多个辐射源来投射多个X射线106，以在不同能量级下采集与患者相对应的投影数据。
在某些实施例中，CT系统100进一步包括图像处理单元110，所述图像处理单元配置成使用迭代或分析性图像重建方法来重建患者目标体的图像。例如，图像处理单元110可使用分析性图像重建方法例如滤波反投影(FBP)来重建患者目标体的图像。再如，图像处理单元110可使用迭代性图像重建方法例如高级统计迭代重建(ASIR)、共轭梯度(CG)、最大似然期望最大化(MLEM)或基于模型的迭代重建(MBIR)来重建患者目标体的图像。
图2示出了与图1所示CT系统100类似的示例性成像系统200。根据本发明的方面，系统200配置成在用户指定的时间窗中实时重建图像。在一个实施例中，系统200包括检测器阵列108(参见图1)。检测器阵列108进一步包括多个检测器元件202，这些检测器元件共同感测穿过对象204例如患者的X射线束106(参见图1)，以采集对应的投影数据。因此，在一个实施例中，检测器阵列108制造成多层构造，包括多排单元或检测器元件202。在所述构造中，额外一排或多排的检测器元件202以并行构造布置，以采集投影数据。
在某些实施例中，系统200配置成横跨围绕对象204的不同角位置，以采集预期投影数据。因此，扫描架102以及其上安装的部件可配置成围绕旋转中心206旋转以采集投影数据，例如以不同能量级进行采集。或者，在相对于对象204的投射角随时间变化的实施例中，所安装的部件可配置成沿一般曲线而不是沿圆周一部分移动。
在一个实施例中，系统200包括控制机构208，所述控制机构用于控制部件的移动，例如扫描架102的旋转以及X射线辐射源104的操作。在某些实施例中，控制机构208进一步包括X射线控制器210，所述X射线控制器配置成向辐射源104提供功率和定时信号。此外，控制机构208包括扫描架电动机控制器212，所述扫描架电动机控制器配置成基于成像要求控制扫描架102的转速和/或位置。
在某些实施例中，控制机构208进一步包括数据采集系统(DAS)214，所述数据采集系统配置成对从检测器元件202接收到的模拟数据进行采样，并且将所述模拟数据转换成数字信号以进行后续处理。由DAS 214采样和数字化的数据将传输到计算装置216。在一个示例中，计算装置216将数据存储在存储装置218中。例如，存储装置218可包括硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字通用磁盘(DVD)驱动器、闪存驱动器和/或固态存储装置。
此外，计算装置216向DAS 214、X射线控制器210和扫描架电动机控制器212中的一者或多者提供命令和参数，以控制系统操作，例如数据采集和/或处理。在某些实施例中，计算装置216基于操作员输入控制系统操作。计算装置216通过操作员控制台220接收操作员输入，例如，包括命令和/或扫描参数，所述操作员控制台可操作地连接到计算装置216。操作员控制台220可包括键盘(未图示)或触摸屏，以供操作员用于指定所述命令和/或扫描参数。
尽管图2仅示出了一个操作员控制台220，但是多个操作员控制台可连接到系统200，例如，以输入或输出系统参数、请求进行检查并且/或者查看图像。此外，在某些实施例中，系统200可通过一个或多个可配置的有线和/或无线网络例如互联网和/或虚拟专用网连接到多个显示器、打印机、工作站和/或类似装置，它们可位于本地或远程位置，例如，位于某一机构或医院内，或者在完全不同的位置。
在一个实施例中，例如，系统200包括或者连接到图像存档和通信系统(PACS)224。在一个示例性实施方案中，PACS 224进一步连接到远程系统例如放射科信息系统、医院信息系统以及/或者内部或外部网络(未图示)，以便处于不同位置的操作员提供命令和参数并且/或者获取访问图像数据的权限。
计算装置216使用操作员提供以及/或者系统定义的命令和参数来操作检查台电动机控制器226，所述检查台电动机控制器进而可控制机动的检查台228。确切地说，检查台电动机控制器226可移动检查台228，以将对象204定位在扫描架102内的适当位置，从而采集与对象204的目标体相对应的投影数据。
如上所述，DAS 214可采样和数字化由检测器元件202采集的投影数据。之后，图像重建器230使用所采样和数字化的X射线束数据来执行高速重建。尽管图2中将图像重建器230图示为单独实体，但是在某些实施例中，图像重建器230可构成计算装置216的一部分。或者，图像重建器230可以不在系统200中，相反计算装置216可执行图像重建器230的一个或多个功能。此外，图像重建器230可以位于本地或远程位置，并且可以使用有线或无线网络可操作地连接到系统100。确切地说，一个示例性实施例可将“云”网络群集中的计算资源用于图像重建器230。
在一个实施例中，图像重建器230将重建的图像存储在存储装置218中。或者，图像重建器230将重建的图像传输到计算装置216，以生成用于诊断和评估的有用患者信息。在某些实施例中，计算装置216将重建的图像和/或患者信息传输到显示器232，所述显示器以可通信方式连接到计算装置216和/或图像重建器230。
本说明书中进一步描述的各种方法和过程可作为可执行指令存储在系统200中的计算装置上的非瞬时存储器中。在一个实施例中，图像重建器230可包括非瞬时存储器中的指令，并且可以采用本说明书中所述的方法来从扫描数据重建图像。在另一个实施例中，计算装置216可包括非瞬时存储器中的指令，并且可在从图像重建器230接收重建的图像之后对重建图像至少部分应用本说明书中所述的方法。在又一个实施例中，本说明书中所述的方法和过程可分布在图像重建器230和计算装置216上。
在一个实施例中，操作员可使用显示器232评估成像的解剖结构。操作员还可以使用所述显示器232通过例如图形用户界面(GUI)来选择相关体(VOI)并且/或者请求患者信息，以进行后续扫描或处理。
图3是高级流程图(high-level flow chart)，其中示出了根据一个实施例的用于更新扫描计划的示例性方法300。确切地说，方法300涉及在扫描期间检测所述扫描并且更新扫描参数。方法300可以通过图1和图2所示的部件和系统来执行，但应理解，在不脱离本发明范围的情况下，所述方法可以在未示出的其他部件和系统上实施。
方法300可从305开始。在305中，方法300可以视情况包括执行非造影扫描。在输送造影剂之前，可以采取非造影扫描来建立要监测区域的基线图像。然后可以使用所述基线图像来在所述成像装置内对准所述患者和相关区域。
在310中，方法300包括确定监测位置。所述监测位置包括患者的特定区域，其中在扫描期间将对造影剂浓度进行监测。此外，所述监测位置可以位于成像区域内，以使出于诊断目的采集的投影数据也可以用于监测。因此，操作员可以基于在305中采集的基线图像来选择监测位置。因此，确定监测位置可以包括例如经由操作员控制台220从操作员接收对监视位置的选择。
在315中，方法300包括将造影剂注射到患者体内。作为非限定性示例，所述造影剂可以包括碘。再如，所述造影剂可以包括离子型造影剂例如二葡糖胺二甲酸盐(meglucamine diatriozoate)，或者非离子型造影剂例如碘普罗胺(iopromide)或碘海醇(ohexol)。所述造影剂可以使用自动或手动方法静脉内注射。
在320中，方法300包括以预定扫描参数开始扫描。扫描参数可以包括但不限于切片厚度、重建间隔、间距、检查台速度、扫描延迟等等。所述扫描参数可以根据各种方法预先确定。例如，操作员可以基于经验手动设置扫描参数。再如，预测模型可以基于例如成像解剖部位和患者特定数据来自动确定扫描参数。所述扫描参数可进一步基于造影剂的施用来确定，包括但不限于造影剂的碘浓度、注射流速(例如每单位时间内输送的造影剂量)、注射持续时间(例如造影剂量)等。
在325中，方法300包括监测造影剂浓度。确切地说，方法300监测在310中选择的监测区域处的造影剂浓度。例如，监测造影剂浓度包括评估监测区域处的HU值与监测区域处的基线值之间随时间推移的差异。作为非限定性示例，所述基线值可以从在305中视情况获得的非造影扫描中获得，或者可以在扫描一开始时(例如，在造影剂灌注到监测区域之前)获得。所述监测区域处的HU值与基线值之间的评估差异可以以造影增强曲线的形式向操作员显示，所述造影增强曲线包括随时间推移的差异曲线图。在本说明书中将参照图5到图6进一步描述示例性造影增强曲线。
在一些示例中，监测所述造影剂浓度进一步包括评估所述造影剂浓度的变化率(例如，瞬时变化率或造影增强曲线的斜率)。例如，正变化率表示所述造影剂浓度不断增加，而负变化率表示所述造影剂浓度不断减小。
方法300在所述扫描的整个持续时间内监测所述造影剂浓度。同时，在330中，方法300包括至少基于所述造影剂浓度来调整扫描参数。扫描参数可包括但不限于剂量(即，管电流电平、管千伏电压峰值)、检查台位置、扫描区域、瞬时采样速率或扫描延迟(即，扫描过程中的连续采集之间的时间)等。响应于造影剂浓度来调整所述扫描参数可以包括响应于造影剂浓度阈值来自动调整一个或多个扫描参数。此外，成像设备的操作员可以通过在扫描期间手动调整扫描参数来覆盖一个或多个自动触发(即，响应于造影剂浓度阈值而执行的动作)。
通过这种方式，方法300监测所述造影剂浓度并且基于所述造影剂浓度而以自适应方式控制所述扫描。出于本公开案的目的，术语“实时”定义成包括无任何刻意延迟下所执行的程序。例如，一个实施例可以采集监测区域的图像并且作为非限定性示例，以每秒十个体积的实时速率来评估所采集图像中的造影剂浓度。但是应理解，所述实时速率可取决于采集和处理每个数据体所花费的时间。因此，当采集相对较大数据体时，所述实时速率可能较慢。因此，一些实施例中的实时速率可比每秒十个体积快出很多，而其他实施例中的实时速率可能比每秒十个体积慢。
通过在330中响应于测得造影剂浓度来调整扫描参数，所述方法能够将多个扫描方案交错组合到单个扫描中。例如，如本说明书中参照图4进一步描述，所述方法可以在峰值造影增强时从CT灌注扫描方案切换到CT血管造影扫描方案，然后再切换回CT灌注扫描方案。此外，所述方法可以基于测得造影剂浓度(并且因此基于正扫描的特定患者)来适配多个方案。更进一步，其他扫描方案例如多阶段血管造影扫描方案可以与其他扫描方案一起执行。例如，多阶段血管造影扫描方案可以包括在峰值造影增强期间的标准血管造影采集，并且可以进一步包括在静脉中后期期间的附加血管造影采集。所述附加血管造影采集可以根据适合于后期阶段的扫描方案来执行；例如，所述附加血管造影采集可以针对在峰值造影增强期间执行的CTA采集使用不同剂量和/或扫描区域和/或瞬时采样率。因此，所述方法可以在单个扫描期间多次在CTP与CTA方案之间切换，其中可以在整个过程中适配用于CTP和CTA采集的扫描参数。还应理解，除CTA和CTP之外的扫描方案可以在单个扫描期间交错执行。
扫描在335结束。继续执行340，方法300包括基于在扫描期间采集的数据重建一个或多个诊断图像。一个或多个诊断图像可以使用已知重建技术重建，例如滤波反投影或迭代性重建。
在345中，方法300包括输出一个或多个诊断图像。作为非限定性示例，输出一个或多个诊断图像可以包括将一个或多个诊断图像输出到显示装置(例如，显示装置232)以显示给操作员或医师、存储介质(例如，大容量存储器218)以供稍后检索，等等。方法300随后可结束。
因此，一种方法包括在扫描期间采集投影数据、处理所述投影数据以实时监测造影增强级别，并且基于所述造影增强级别来调整扫描参数。通过这种方式，可以通过撤销单独的专用造影监测器来减少辐射剂量，并且可以自动地使某个扫描方案适配于正在扫描的特定患者。此外，所述方法能够在单个扫描中交错执行多个扫描方案，从而缩短总体扫描时间。此益处在使用时间至关重要的情况下被证明是特别有利的。例如，在缺血性中风评估中，CT血管造影(CTA)和CT灌注(CTP)检查作为标准程序的一部分执行。时间对于这些检查而言尤其重要，因为中风患者每分钟会失去大约两百万个神经元。但是，在CTP之前执行CTA时，由于在扫描之间插入延迟以避免静脉污染，因此总CT检查时间会增加。在CTP之后进行CTA时，CTA中的静脉污染可能会影响决策准确性。本说明书中所述的方法能够将这些检查无缝组合，同时避免静脉污染并优化CT检查时间和剂量。确切地说，如本说明书中参照图4进一步描述，可以通过实时监测和适配来交错执行CT血管造影(CTA)扫描和CT灌注(CTP)扫描。
图4是高级流程图，其中示出了根据一个实施例的用于实时更新扫描计划的示例性方法400。确切地说，方法400涉及通过监测造影剂浓度并且基于所监测的造影剂浓度调整扫描参数来交错执行灌注扫描和血管造影扫描。方法400可以通过图1和图2所示的部件和系统来执行，但应理解，在不脱离本发明范围的情况下，所述方法可以在未示出的其他部件和系统上实施。
方法400可从405开始。在405中，方法400包括对目标体或相关区域(例如，患者头部)执行非造影扫描。执行非造影扫描包括采集投影数据以及将所采集的投影数据重建成一个或多个图像。所述非造影扫描使医师能够在进行其他诊断扫描之前排除脑动脉瘤或脑出血。
此外，通过所述扫描，在没有造影剂的扫描范围内的各个位置处采集图像。因此，非造影扫描可以包括基线扫描，所述基线扫描在监测区域中建立基线造影值(即造影剂注射之前的造影剂浓度)。
执行非造影扫描之后，方法400继续到410。在410中，方法400包括基于非造影扫描评估是否正在发生出血。在一些示例中，医师可以查看来自非造影扫描的图像以评估是否发生了出血。在其他示例中，所述方法可以自动评估来自非造影扫描的图像，以评估是否发生了出血，例如通过使用患者的图谱或以往扫描。
如果已经发生出血(“是”)，则应立即治疗患者而不是继续进行诊断扫描，因此方法400立即结束。但是如果尚未发生出血(“否”)，则可以进行额外的扫描以确定适当疗程。方法400继续到415。
在415中，方法400包括基于非造影扫描来识别一个或多个监测位置。在一些示例中，CT系统的操作员可以基于非造影扫描来选择一个或多个监测位置。
在420中，方法400包括注射造影剂。所述造影剂可以手动或自动静脉注射到患者体内。造影剂可以是成像增强剂、生物医学剂、血液剂、非离子造影剂、碘造影剂等。
在注射造影剂之后，方法400继续到425。在425中，方法400包括执行灌注扫描。执行灌注扫描包括根据灌注扫描参数对患者进行扫描，包括但不限于扫描采样间隔和辐射剂量，以便生成一个或多个灌注图并确定各种灌注参数，例如脑血流量、脑血容量、平均通过时间等等。所述扫描采样间隔包括扫描之间的时间量，并且可以在一秒到五秒的范围内。
尽管方法400执行灌注扫描，但所述方法还通过处理所采集的投影数据来实时监测造影剂浓度。确切地说，在430中，方法400包括基于灌注扫描数据来监测所述监测位置的造影剂浓度。作为非限制性示例，基于灌注扫描数据监测所述监测位置的造影剂浓度可以包括基于所述灌注扫描数据重建至少监测位置的图像并评估所述图像的造影剂浓度或HU级别。在一些示例中，方法400可以仅重建一个或两个切片以监测所述造影剂浓度。但是在其他示例中，方法400可以重建全部体以监测所述造影剂浓度。
在435中，方法400包括确定所述造影剂浓度是否低于第一阈值。所述第一阈值被确定成当高于所述第一阈值时，造影剂达到峰值造影增强。为此，在一些示例中，所述第一阈值可以包括指示造影标量的矢量以及指示造影增大到最大值的方向。此外，在一些示例中，所述方法自动确定造影剂浓度是否已经达到第一阈值。附加地或替代地，所述成像设备的操作员可以基于检验造影曲线，经由操作员控制台和/或显示装置选择按钮，以手动指示造影增强达到最大值。
如果造影剂浓度低于第一阈值(“是”)，则方法400可以返回到425并且继续执行灌注扫描。如果造影剂浓度高于第一阈值(“否”)，则方法400继续到440。
在440中，方法400包括执行血管造影扫描。在峰值造影增强下执行血管造影扫描，正因为此，方法400响应于造影剂浓度高于第一阈值而执行血管造影扫描。为执行血管造影扫描，所述方法调整多个扫描参数，包括但不限于剂量、相关区域(例如头部和颈部而不仅是头部)等等。
在445中，方法400包括基于灌注扫描数据来监测所述监测位置的造影剂浓度。作为非限制性示例，基于血管造影扫描数据监测所述监测位置的造影剂浓度可以包括基于所述血管造影扫描数据重建至少监测位置的图像并评估所述图像的造影剂浓度或HU级别。
在450中，方法400包括确定所述造影剂浓度是否高于第二阈值。所述第二阈值被确定成当造影剂浓度达到所述第二阈值时，造影剂浓度脱离峰值造影增强。为此，在一些示例中，所述第二阈值可以包括指示造影标量的矢量以及指示造影背离峰值造影增强减小的方向。此外，在一些示例中，所述方法自动确定造影剂浓度是否已经达到第二阈值。附加地或替代地，所述成像设备的操作员可以经由操作员控制台和/或显示装置选择按钮，以手动指示造影剂浓度背离最大值减小。
如果造影剂浓度高于第二阈值(“是”)，则方法400返回到440并且执行另一血管造影扫描并基于所采集的血管造影扫描数据来监测所述造影剂浓度。
但是，如果造影剂浓度低于第二阈值(“否”)，则方法400继续到455。在455中，方法400包括执行灌注扫描。为执行灌注扫描，所述方法调整一个或多个扫描参数。此外，所述扫描参数可以与用于在425中执行的灌注扫描的扫描参数不同。例如，可以与在425中使用的瞬时采样率相比增加瞬时采样率。
执行灌注扫描时，所述方法继续监测所述造影剂浓度。确切地说，在460中，方法400包括基于灌注扫描数据来监测所述监测位置的造影剂浓度。
在465中，方法400包括确定所述造影剂浓度是否高于第三阈值。所述第三阈值被确定成当造影剂浓度达到所述第三阈值时，所述造影剂将褪色(例如，返回到基线级别)。例如，可以基于非造影扫描来选择第三阈值，或者在一些示例中，可以基于在灌注扫描开始时测量的造影剂浓度来自动选择。
如果造影剂浓度高于第三阈值(“是”)，则方法400返回到455以继续执行灌注扫描并基于所采集的灌注扫描数据来监测所述造影剂浓度。
但是如果造影剂浓度低于第三阈值(“否”)，则方法400继续到470。在470中，扫描完成并且方法400包括基于灌注扫描数据和血管造影扫描数据重建和输出诊断图像，以及计算灌注参数。方法400随后可结束。
因此，所述系统控制可以结合或替代基于动态扫描对象数据的适配，而基于所采集的图像数据来自动适配扫描参数和造影剂注射参数。当施用造影剂并且开始扫描时，将从ROI采集图像数据。基于实时采集的图像数据，所述系统可以实时地确定ROI中造影剂的当前增强值并更新或适配参数，例如注射过程的流速或压力、X射线管电流或电压、X射线剂量、俯仰、扫描架旋转、扫描分辨率、图像数据加权、图像采集轨迹、扫描区域等。因此，如果图像数据显示造影增强已经达到或者将早于或迟于预期达到其峰值增强值，则所述系统可以即时地调整扫描和造影参数，以使图像数据采集或其某些部分仍然会与最大造影增强的时间一致。例如，在CT扫描中，所述系统控制可以基于来自所采集图像数据的增强计算而实时地调节管电流和/或管电压，以在峰值造影增强期间以最大剂量扫描对象。
图5示出了一组图示500，其中示出了在根据方法400执行的扫描期间的示例操作条件。此组图示包括测得造影剂浓度随时间变化的曲线图505、灌注采集随时间变化的曲线图515、血管造影采集随时间变化的曲线图525以及造影剂注射随时间变化的曲线图535。
在时间T0处，注射造影剂，如曲线图535所示。尽管造影剂注射图示成持续相对较短时间的脉冲，但是在一些示例中，造影剂注射的持续时间可以比曲线图535所示的更长。在开始造影剂注射之后不久的时间T1处，灌注扫描开始，如曲线图515所示。灌注采集包括以有规则的间隔时间执行的一系列扫描，同时测得造影剂浓度增大。通过在造影剂灌注到患者体内的同时周期性地执行扫描(如505中的测得造影剂浓度所示)，所采集的灌注数据可以用于生成说明造影剂在患者体内各处灌注的灌注图。
在时间T2处，曲线图505所示的测得造影剂浓度达到阈值Th1，这表示所述测得造影剂浓度达到峰值造影增强。因此，响应于达到阈值Th1，所述灌注采集结束并且血管造影采集开始，如曲线图515和525分别所示。
在时间T2和T3之间，发生血管造影采集，同时测得造影剂浓度处于峰值造影增强状态。在时间T3处，测得造影剂浓度达到阈值Th1所示的第二阈值。但是与Th1处的第一阈值相反，测得造影剂浓度的斜率是负的而不是正的，由此表明所述测得造影剂浓度将背离峰值造影增强而减小。结果，在时间T3处，血管造影采集结束并且灌注采集开始。从血管造影采集切换到灌注采集包括调整一个或多个扫描参数。此外，在时间T3之后，灌注采集可以包括与时间T1和T2之间的灌注采集不同的瞬时采样率。作为非限制性示例，所述瞬时采样率可以包括时间T1与T2之间的2到3秒，并且所述瞬时采样率可以包括时间T3之后的五秒或更多秒。
在峰值造影增强之后，所述测得造影剂浓度减小。在时间T4处，所述测得造影剂浓度达到阈值Th2所示的第三阈值。在一些示例中，阈值Th2可以包括在时间T0处的造影剂注射之前测量的造影剂浓度。响应于所述测得造影剂浓度达到阈值Th2，所述灌注采集在时间T4处结束。
如上所述，在一些示例中，所述造影剂浓度和造影剂浓度的变化率可以用于自动触发扫描参数的调整。例如，从CTP切换到CTA的示例性自动触发条件可以包括：
Then：trigger″Take CTA Now″
其中t表示时间(在扫描开始时设定为零)，AIF(t)是动脉输入函数(AIF)在时间t处的瞬时HU值，AIF′(t)是AIF在时间t处的一阶导数，AIF″(t)是AIF在时间t处的二阶导数，C0、C1和C2是限值，所述限值可包括常量或变量。动脉输入函数(AIF)是根据对象断层图像中动脉内造影剂浓度的瞬时变化而计算所得的函数。
再如，用于在动脉峰值之后调整TSR的示例性自动触发条件可以包括：
If：t＞C3，AIF″(t)＜0，AIF(t)＜max(AIF)，V″(t)＜0，and V(t)＜max(V)，
Then：adjust TSR to 5seconds
其中，V(t)是静脉曲线在时间t处的瞬时HU值，V″(t)是静脉曲线在时间t处的二阶导数，函数max(x)包括函数x的最大测量值，并且C3是限值或阈值，所述限值或与之可包括常量或变量。
因此，响应于实时测得的造影剂浓度而用于适配扫描参数和方案的自动触发条件另外还可以依赖于各种因素，例如造影剂浓度瞬时变化速度和加速度。此外，所述自动触发条件可以依赖于多个造影曲线，而不是单个造影曲线。上述示例性自动触发条件可以实施成可执行指令，所述可执行指令位于控制器例如计算机216中的非暂态存储器中。应理解，所述控制器可以包括与上述类似的多个附加自动触发条件，用于响应于实时监测的造影剂浓度而自动调整扫描参数。
在一些示例中，本说明书中所述的系统可以使系统操作员能够手动干预自适应扫描过程。图6示出了用于实时造影监测的示例性用户界面600。用户界面600可以经由显示装置例如显示装置232进行显示。操作员可以经由操作员控制台例如操作员控制台220，或者经由显示装置的触摸屏装置来与用户界面600进行交互。
用户界面600可以包括图示601，其中示出了测得造影剂浓度随时间变化的曲线图。确切地说，图示601可以包括动脉造影剂浓度的曲线图602以及静脉造影剂浓度的曲线图604。用户界面600可以进一步包括计时器608，所述计时器指示自扫描开始以来所过去的时间量。
用户界面600可以包括一个或多个控制按钮，所述一个或多个控制按钮供操作员用于调整扫描参数。例如，当操作员选择“立即执行CTA”按钮612时，将扫描方案从灌注方案切换到计算机断层摄影血管造影(CTA)方案。如果造影曲线602和/或604指示峰值造影增强，或者如果操作员决定在系统自动切换到CTA之前启动CTA方案，则操作员可以选择“立即执行CTA”按钮612，以替代系统自动检测峰值造影增强。
作为供操作员用于调整扫描参数的控制按钮的另一示例，用户界面600可以进一步包括“停止扫描”按钮614，其中当操作员选择所述“停止扫描”按钮时，所述按钮结束扫描。
作为控制按钮的又一个示例，用户界面600可以包括用户输入，所述用户输入供操作员用于调整灌注扫描的瞬时采样率。例如，用户界面600可以使用分别将瞬时采样率改变为两秒或三秒的“2秒”按钮6l6或“3秒”按钮618来设置每次通行之间的时间。在一些示例中，可以提供其他瞬时采样率，例如五秒。在又一些其他示例中，用户界面600可以包括用户输入，所述用户输入供操作员用于手动输入瞬时采样率。
因此，提供了系统和方法以使得CT系统的操作员能够在扫描期间手动干预造影剂浓度的自动监测和扫描参数的实时调整。可以监测多个造影曲线，包括但不限于动脉和静脉造影曲线。
在一些示例中，在扫描期间可以基于监测到的造影剂浓度以及动脉和静脉造影剂摄入/冲洗曲线的分析而实时更新过渡时间点(即，切换扫描参数的时间)。通过这种方式，所述扫描方案可以针对特定患者进行优化。
图7示出了一个图示700，其中示出了根据本发明一个实施例在扫描期间生成并且用于以自适应方式控制所述扫描的示例性造影增强曲线。确切地说，图示700示出了动脉造影曲线702和静脉造影曲线704的示例性行为，所述曲线分别示出了随时间推移的动脉血液和静脉血液造影剂浓度(根据图像数目测量，其中图像数目是指在扫描期间从连续采集的投影数据重建的图像数)。造影曲线702和704是示例性造影曲线，所述示例性造影曲线可以在例如根据图4所示方法进行的扫描期间生成。
扫描可以从包括多个阶段的预定义扫描计划开始，其中每个阶段与特定剂量、扫描范围、扫描到扫描时间、最大暴露次数、过渡时间点以及用于提前或延迟过渡时间点的标准相对应。例如，所述初始灌注扫描可以包括几个阶段，其中每个阶段包括不同的扫描到扫描时间和最大暴露次数。扫描到扫描时间(或瞬时采样率)可以随着造影级别增加而逐阶段下降，并且所述预定义扫描计划可以在CTP采集期间每五秒建立一个时间点(其中扫描方案转换到下一阶段)。
例如，所述预定扫描计划可以包括第一阶段，其中所述剂量是CTP剂量，所述扫描范围是头部，所述扫描到扫描时间是三秒，并且所述最大暴露次数是二十，并且所述扫描计划可以进一步包括第二阶段，其中所述剂量是CTP剂量，所述扫描范围是头部，所述扫描到扫描时间是两秒，并且所述最大暴露次数是三十。所述预定义扫描计划可以包括过渡时间点，例如十秒(从扫描开始时测量)，以供扫描从第一阶段转换到第二阶段，并且所述过渡时间点可以基于例如其他患者的测得造影曲线的统计数据来进行选择。
如上所述，可以使用自动触发条件例如造影曲线浓度和斜率来覆盖预定义过渡时间点。例如，扫描方案可以在转换点710处从第一阶段切换到第二阶段，所述转换点通过至少动脉曲线702的造影剂浓度和斜率来设立。
所述预定义扫描计划可以包括第三阶段，其中所述剂量是CTA剂量并且/或者所述扫描范围是颈部和头部，并且/或者所述扫描到扫描时间是两秒，并且所述最大暴露次数是一次。所述扫描方案可以在动脉曲线702的造影剂浓度和斜率达到转换点720时，自动从第一阶段切换到第二阶段。
附加地或替代地，所述自动触发条件可以基于静脉曲线704的浓度和斜率。例如，所述预定义扫描计划可以包括最终阶段，其中TSR从五秒转换到十五秒。所述扫描方案可以在所述静脉曲线达到转换点730处所指示的浓度和斜率时，转换到此最终阶段。
本发明的技术效果是在单个动态扫描会话内交错执行多个扫描方案。本发明的另一个技术效果是缩短缺血性中风诊断成像的时间。本发明的另一个技术效果是在不使用单独造影剂团块(bolus)定时扫描的情况下执行灌注和血管造影检查。本发明的另一个技术效果是在单次扫描期间调整一个或多个扫描参数，包括扫描区域。本发明的另一个技术效果是在扫描期间实时地适配预定义扫描计划。
本发明提供了用于动态地适配成像扫描的各种系统和方法。在一个实施例中，一种方法包括：在对扫描对象执行扫描时，处理所采集的投影数据以测量造影剂浓度；响应于所述造影剂浓度增加到第一阈值以上，自动将扫描从第一扫描方案切换到第二扫描方案；响应于所述造影剂浓度降低到第二阈值以下，自动将所述扫描从所述第二扫描方案切换到所述第一扫描方案；以及响应于所述造影剂浓度降低到第三阈值以下，自动结束所述扫描。
在所述方法的第一示例中，所述第一扫描方案包括扫描对象的第一扫描区域，并且所述第二扫描方案包括扫描对象的第二扫描区域，并且所述第二扫描区域大于所述第一扫描区域。在所述方法的第二示例中，所述第一扫描区域包括扫描对象的头部，而所述第二扫描区域包括扫描对象的头部和颈部，其中所述第二示例视情况包括第一示例。在所述方法的第三示例中，所述方法进一步包括响应于所述造影剂浓度来调整所述第一扫描方案的瞬时采样率，其中所述第三示例视情况包括第一示例和所述第二示例中的一个或多个。在所述方法的第四示例中，处理所采集的投影数据包括基于所采集的投影数据重建至少一个图像切片，其中所述第四示例视情况包括所述第一示例到第三示例中的一个或多个。在所述方法的第五示例中，所述第一、第二和第三阈值包括阈值造影剂浓度和所述造影剂浓度的阈值变化率，其中所述第五示例视情况包括所述第一示例到第四示例中的一个或多个。在所述方法的第六示例中，所述第一、第二和第三阈值基于在所述扫描之前执行的非造影扫描计算得出，其中所述第六示例视情况包括所述第一示例到第五示例中的一个或多个。在所述方法的第七示例中，在所述扫描之前不执行造影剂团块(bolus)定时扫描，其中所述第七示例视情况包括所述第一示例到第六示例中的一个或多个。在所述方法的第八示例中，所述方法进一步包括响应于所述造影剂浓度来调整所述扫描的过渡时间点，其中所述第八示例视情况包括所述第一示例到所述第七示例中的一个或多个。在所述方法的第九示例中，在位于所述第一扫描区域内的动脉和静脉中分别单独测量所述造影剂浓度，其中所述第九示例视情况包括所述第一示例到第八示例中的一个或多个。在所述方法的第十示例中，所述方法进一步包括不论所述造影剂浓度如何，响应于用户输入来在所述第一扫描方案与第二扫描方案之间切换，其中所述第十示例视情况包括所述第一示例到所述第九示例中的一个或多个。
在另一个实施例中，一种非暂态计算机可读存储介质包括存储于其上的可执行指令，所述可执行指令在由计算机执行时使计算机：识别患者的监测位置；向所述患者施用造影剂；执行单个动态扫描会话以采集图像数据，其中在所述单个动态扫描会话期间，所述指令进一步使所述计算机执行：执行第一灌注扫描；基于在所述第一灌注扫描期间采集的投影数据来监测所述监测位置的造影剂浓度；响应于所述造影剂浓度超出第一阈值而执行血管造影扫描；基于在所述血管造影扫描期间采集的投影数据而监测所述监测位置的造影剂浓度；响应于所述造影剂浓度低于第二阈值而执行第二灌注扫描；基于在所述第二灌注扫描期间采集的投影数据来监测所述监测位置的造影剂浓度；响应于所述造影剂浓度低于第三阈值而结束所述单个动态扫描会话；并且基于所述灌注扫描和所述血管造影扫描数据中的一个或多个重建至少一个诊断图像。
在所述非暂态计算机可读存储介质的第一示例中，所述指令进一步使计算机：基于在所述灌注扫描期间采集的投影数据来计算至少一个灌注参数。在所述非暂态计算机可读存储介质的第二示例中，所述指令进一步使所述计算机在识别所述监测位置之前执行头部的非造影扫描，其中所述第二示例视情况包括所述第一示例。在所述非暂态计算机可读存储介质的第三示例中，所述监测位置包括位于不同深度处的多个位置，并且在所述多个位置处分别监测所述造影剂浓度，其中所述第三示例视情况包括所述第一示例和第二示例中的一个或多个。
在又一个实施例中，一种系统包括：X射线源，所述X射线源向待成像对象发射X射线束；检测器，所述检测器接收经过所述对象衰减的所述X射线；数据采集系统(DAS)，所述数据采集系统可操作地连接到所述检测器；以及计算机，所述计算机可操作地连接到所述DAS并且配置成具有位于非暂态存储器中的指令，所述指令在被执行时使所述计算机：在单次扫描期间处理从所述DAS接收的投影数据以测量造影剂浓度；并且响应于所述造影剂浓度而在单个扫描期间自动交替执行至少两个扫描方案。
在所述系统的第一示例中，所述至少两个扫描方案包括血管造影方案和灌注方案，其中自动交错执行所述至少两个扫描方案包括在所述单个扫描期间，至少一次从根据所述至少两个扫描方案中的一个扫描方案采集所述投影数据切换到根据所述至少两个扫描方案中的另一个扫描方案采集投影数据。在所述系统的第二示例中，所述指令进一步使所述计算机基于采用所述血管造影方案采集的投影数据重建至少一个诊断图像，其中所述第二示例视情况包括所述第一示例。在所述系统的第三示例中，所述系统进一步包括显示装置，并且所述指令进一步使所述计算机将所述至少一个诊断图像输出到所述显示装置以进行显示，其中所述第三示例视情况包括所述第一示例和第二示例中的一个或多个。在所述系统的第四示例中，所述指令进一步使所述计算机基于采用所述灌注方案采集的投影数据计算灌注参数，其中所述第四示例视情况包括所述第一示例到第三示例中的一个或多个。
如本说明书中所使用，除非明确排除，否则以单数形式表示并前跟字词“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤。此外，对本发明的“一个实施例”的参考并不旨在解释为排除存在同样包含所述特征的额外实施例。此外，除非明确指出相反情况，否则“包含”、“包括”或“拥有”具有特定性质的某个元件或多个元件的实施例可包括不具有所述性质的其他此类元件。术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作对应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效物。另外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字要求或特定位置顺序。
本说明书使用多个实例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包含所属领域的普通技术人员想出的其他示例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在执行扫描对象的扫描的同时处理所采集的投影数据以测量造影剂浓度；
响应于所述造影剂浓度增加到第一阈值以上，自动地将所述扫描从第一扫描方案切换到第二扫描方案；
响应于所述造影剂浓度减小到第一阈值以下，自动地将所述扫描从所述第二扫描方案切换到所述第一扫描方案；以及
响应于所述造影剂浓度减小到第三阈值以下，自动地结束所述扫描。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一扫描方案包括所述扫描对象的第一扫描区域，并且其中所述第二扫描方案包括所述扫描对象的第二扫描区域，并且所述第二扫描区域大于所述第一扫描区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一扫描区域包括所述扫描对象的头部，并且所述第二扫描区域包括所述扫描对象的所述头部和颈部。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于所述造影剂浓度而调整所述第一扫描方案的瞬时采样率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中处理所采集的投影数据包括基于所采集的投影数据重建至少一个图像切片。
6.根据权利要求1所述的方法，所述第一、第二和第三阈值包括阈值造影剂浓度和所述造影剂浓度的阈值变化率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值、所述第二阈值和所述第三阈值基于在所述扫描之前执行的非造影扫描来计算。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述扫描之前不执行造影剂团块定时扫描。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于所述造影剂浓度而调整所述扫描的过渡时间点。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在位于所述第一扫描区域内的动脉和静脉中分别测量所述造影剂浓度。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括不论所述造影剂浓度，响应于用户输入而在所述第一扫描方案与所述第二扫描方案之间切换。
12.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质包括存储在其上的可执行指令，所述可执行指令在被计算机执行时使所述计算机：
识别患者的监测位置；
向所述患者施用造影剂；
执行单个动态扫描会话以采集图像数据，其中在所述单个动态扫描会话期间，所述指令进一步使所述计算机：
执行第一灌注扫描；
基于在所述第一灌注扫描期间采集的投影数据监测所述监测位置的造影剂浓度；
响应于所述造影剂浓度在第一阈值以上，执行血管造影扫描；
基于在所述血管造影扫描期间采集的投影数据监测所述监测位置的造影剂浓度；
响应于所述造影剂浓度在第二阈值以下，执行第二灌注扫描；
基于在所述第二灌注扫描期间采集的投影数据监测所述监测位置的造影剂浓度；
响应于所述造影剂浓度在第三阈值以下，结束所述单个动态扫描会话；并且
基于所述灌注扫描和所述血管造影扫描数据中的一者或多者重建至少一个诊断图像。
13.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，所述指令进一步使计算机：基于在所述灌注扫描期间采集的所述投影数据来计算至少一个灌注参数。
14.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，所述指令进一步使所述计算机在识别所述监测位置之前执行所述头部的非造影扫描。
15.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述监测位置包括位于不同深度处的多个位置，并且其中在所述多个位置处分别监测所述造影剂浓度。
16.一种系统，包括：
X射线源，所述X射线源朝向待成像对象发射X射线束；
检测器，所述检测器接收经过所述对象衰减的所述X射线；
数据采集系统(DAS)，所述数据采集系统可操作地连接到所述检测器；以及
计算机，所述计算机可操作地连接到所述DAS并且配置成具有位于非暂态存储器中的指令，所述指令在被执行时使所述计算机：
在单个扫描期间，处理从所述DAS接收的投影数据，以测量造影剂浓度；以及
响应于所述造影剂浓度而在所述单个扫描期间自动地交错执行至少两个扫描方案。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少两个扫描方案包括血管造影方案和灌注方案，其中所述血管造影方案包括标准血管造影方案或多相血管造影方案中的一者，并且其中自动交错执行所述至少两个扫描方案包括在所述单个扫描期间，至少一次从根据所述至少两个扫描方案中的一个扫描方案采集所述投影数据切换到根据所述至少两个扫描方案中的另一个扫描方案采集所述投影数据。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述计算机进一步配置成具有位于所述非暂态存储器中的指令，所述指令在被执行时使所述计算机基于利用所述血管造影方案采集的投影数据重建至少一个诊断图像。
19.根据权利要求18所述的系统，进一步包括显示装置，其中所述计算机进一步配置成具有位于所述非暂态存储器中的指令，所述指令在被执行时使所述计算机将所述至少一个诊断图像输出到所述显示装置以进行显示。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述计算机进一步配置成具有位于所述非暂态存储器中的指令，所述指令在被执行时使所述计算机基于利用所述灌注方案采集的投影数据而计算灌注参数。
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