CN114469158B - 一种团注模式的静态ct成像设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种团注模式的静态CT成像设备及方法。该静态CT成像设备包括射线源环和探测器环；射线源环上设置有至少一个射线源，射线源用于按照设定频率朝向待监测区域发射射线，并照射在探测器环上的设定区域；探测器环设置于射线源环的一侧，以用于获取设定区域的投影图。该静态CT成像设备通过结合整环射线源和整环探测器的特点，通过射线源按照设定频率进行曝光，在进行增强扫描时，可以获得目标血管内时间‑浓度曲线，或者在监测到造影剂浓度在血管内达到预设的造影剂浓度变化阈值后，手动或者自动启动扫描。由此，在团注过程中极大减少了病人的辐射剂量，降低了对人体的伤害。

Description

一种团注模式的静态CT成像设备及方法

技术领域

本发明涉及一种团注（Bolus）模式的静态CT成像设备，同时还涉及相应的静态CT成像方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

CT（Computed Tomography）是电子计算机断层扫描技术的简称。它的成像原理是这样的：利用X射线束与灵敏度极高的X射线探测器围绕人体的某一部位进行逐层的断面扫描，由X射线探测器上的闪烁材料接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，放大后再经模拟/数字转换转为数字信号，输入计算机进行处理。在计算机中，将选定层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素（Voxel）。逐层断面扫描所得到的信息经计算后，获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即体素数字矩阵。将体素数字矩阵中的数字信息转为由黑到白不等灰度的小方块，在二维投影上称为像素（Pixel），按照断层方式排列即构成CT图像。

为了提高扫描速度，提升成像精度和速度，并避免机械旋转所带来的离心力的影响，降低高速旋转时信号拖尾效应及重叠串扰程度，在专利号为ZL 201410425061.2 的中国发明中，公开了一种静态实时CT成像系统。该静态实时CT成像系统包括环形光子计数探测器、环形扫描X射线源和扫描时序控制器。其中，在扫描时序控制器的控制下，环形扫描X射线源发射窄束X射线，透过被测物体后投照到对应的环形光子计数探测器上。环形光子计数探测器将相应的曝光信息通过扫描主机和主控制单元送入数据采集处理单元及人机交互单元，在数据采集处理单元及人机交互单元中完成图像重建。上述静态实时CT成像系统，在扫描过程中，环形扫描X射线源不需要大幅度旋转，通过电子控制依次切换X射线投照位置，使扫描速度提高数十倍，可以获得动态三维立体图像：采用光子计数探测器，可以获得吸收数据和能量数据，并由此实现实时数据重建。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种团注模式的静态CT成像设备。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种团注模式的静态CT成像方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种团注模式的静态CT成像设备，包括射线源环和探测器环；其中，

所述射线源环上设置有至少一个射线源，所述射线源用于按照设定频率朝向待监测区域发射射线，并照射在所述探测器环上的设定区域；

所述探测器环设置于所述射线源环的一侧，以用于获取所述设定区域的投影图。

其中较优地，所述探测器环由排列成环形的多个光子计数探测器组成，其中对应于同一设定区域的多个光子计数探测器构成一个光子计数探测器模组；

所述静态CT成像设备还包括时序控制器；所述射线源的发射时序和所述探测器环中对应光子计数探测器模组的采集时序由所述时序控制器进行控制。

其中较优地，所述设定频率为6～10fps的低帧速率。

其中较优地，所述射线源环上设置有多个所述射线源，多个所述射线源按照所述设定频率交替发射射线。

其中较优地，所述射线源的数量不大于三个。

其中较优地，还包括图像处理装置，所述图像处理装置与所述探测器环连接，以用于接收所述投影图并对所述投影图进行图像处理。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种团注模式的静态CT成像方法，包括以下步骤：

在平扫的断层影像上圈定需要团注监测的位置；

移动扫描床到所述断层所在的位置，启动小剂量测试性团注扫描，并开始计时；

射线源以设定频率进行曝光，以在设定期间内利用探测器环依次获取设定区域的投影图；

将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将第一秒后的每一个投影图分别减去所述平均图，获得减影图像；

利用所述减影图像获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以进行CT扫描。

其中较优地，所述利用所述减影图像获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以进行CT扫描具体包括：

提取所述减影图像中所述设定区域的造影剂浓度变化量；

以时间为X轴，以所述造影剂浓度变化量为Y轴，绘制时间-浓度曲线；

根据所述时间-浓度曲线获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以指导操作人员选取造影剂浓度变化量最大的时间点进行CT扫描。

其中较优地，所述利用所述减影图像获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以进行CT扫描具体包括：

提取所述减影图像中所述设定区域的造影剂浓度变化量；

判断所述造影剂浓度变化量是否达到预设的造影剂浓度变化阈值；

若所述造影剂浓度变化量达到所述造影剂浓度变化阈值，则自动启动CT扫描。

其中较优地，所述将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将第一秒后的每一个投影图分别减去所述平均图，获得减影图像还可以替换为：

将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将所述平均图做衰减，得到所述平均图的衰减图；

将第一秒后的每一个投影图分别做衰减，得到各投影图的衰减图；

将所述各投影图的衰减图分别减去所述平均图的衰减图，获取衰减的减影图像；

利用所述衰减的减影图像获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以进行CT扫描。

与现有技术相比较，本发明所提供的静态CT成像设备及方法，结合整环射线源和整环探测器的特点，通过射线源按照设定频率进行曝光，在进行增强扫描时，摒除螺旋CT的方法，创新性的使用固定角度的投影图，通过数字减影的方法来实现增强扫描中造影剂密度变化监测，可以获得目标血管内时间-浓度曲线（即小剂量测试性团注），或者在监测到造影剂浓度在血管内达到预设的造影剂浓度变化阈值后，手动或者自动启动扫描（团注追踪触发）。由此，在团注过程中极大减少了病人的辐射剂量，降低了对人体的伤害。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种团注模式的静态CT成像设备的结构示意图；

图2为利用投影图序列绘制的时间-浓度曲线的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种团注模式的静态CT成像方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体地说明。

图1所示为本发明实施例提供的一种团注模式的静态CT成像设备，其包括射线源环1和探测器环2。其中，射线源环1上设置有至少一个射线源11，射线源11用于按照设定频率朝向待监测区域10发射射线，并照射在探测器环2上的设定区域21。探测器环2设置于射线源环1的一侧，以用于获取设定区域21的投影图。

具体地，在本发明的实施例中，射线源11优选为X射线源，也可以是其他类型的射线源。当启动小剂量测试性团注后，通过射线源11按照设定频率进行曝光（例如：每秒曝光3～5次），每次曝光均能够通过探测器环2获取设定区域21的投影图，从而可通过投影图判断当前时间下血管内的造影剂密度。由此，在设定期间内（例如：一分钟或两分钟），可以获得该设定区域21的投影图序列（例如：按照每秒曝光3～5次的设定频率，则一分钟内可获得180～300张投影图组成的投影图序列）。

当获取该设定期间内的完整投影图序列后，利用该投影图序列可绘制时间-浓度曲线（如图2所示），其中，该时间-浓度曲线反映的是：随着时间的推移，血管内的造影剂的浓度变化。由此，可根据该时间-浓度曲线得到造影剂到达待监测区域10的准确时间，以确认下次进行CT扫描的最佳时机，该模式即为小剂量测试团注模式。

此外，在得到该投影图序列的过程中，也可以不绘制时间-浓度曲线，通过预先设置造影剂浓度变化阈值，在不断获取设定区域21的投影图时，判断该时刻下，血管内的造影剂浓度是否达到了造影剂浓度变化阈值。若判断结果为达到，则直接启动扫描；若判断结果为未达到，则根据下一次获取的投影图继续判断血管内的造影剂浓度是否达到了造影剂浓度变化阈值，由此，可确认本次进行CT扫描的最佳时间，并自动开启CT扫描，该模式即为团注追踪触发模式。

在上述实施例中，该设定频率为6～10fps的低帧速率，可以理解的是，无论是小剂量测试团注模式还是团注追踪触发模式，通过射线源11进行低速率的静态曝光，能够有效降低病人的辐照剂量，从而减少X射线对人体的伤害。而且，该设定频率可以根据需要进行适应性调整，只要能够避免射线源11始终保持发射状态即可。

在上述实施例中，射线源环1上设有两个射线源11，两个射线源11按照6～10fps的低帧速率进行交替曝光，从而能够在该设定期间内，利用探测器环2分别获取两个设定区域21的投影图序列。同时，两个射线源11所分别对应的设定区域21不重叠，以避免产生干涉。由此，利用两组投影图序列可分别绘制时间-浓度曲线，并将两个时间-浓度曲线进行平均，从而能够得到更精准的时间-浓度曲线。而且，利用两组投影图序列也能够提高判断血管内的造影剂浓度是否达到了造影剂浓度变化阈值的准确性。

可以理解的是，射线源11的数量不限定于两个，且射线源11的数量越多则能够得到利用更多组投影图进行组合，以提高投影图的精准性。但数量过多则会导致射线源11的辐照剂量增大，因此，优选的，射线源11的数量不超过三个。在保证投影图的精准度的情况下，能够尽可能地减少射线源11的辐射剂量。

在上述实施例中，探测器环2由排列成环形的多个光子计数探测器组成，其中对应于同一设定区域21的多个光子计数探测器构成一个光子计数探测器模组。该静态CT成像设备还包括时序控制器，射线源11的发射时序和探测器环2中对应光子计数探测器模组的采集时序由时序控制器进行控制。由此，利用该时序控制器能够对射线源11的发射时序和探测器环2中对应光子计数探测器模组的采集时序进行精准控制，以保证CT图像采集的有效性和准确性。

在上述实施例中，静态CT成像设备还包括图像处理装置。该图像处理装置与探测器环2连接，以用于接收投影图并对投影图进行图像处理。

在上述静态CT成像设备的基础上，如图3所示，本发明实施例还提供一种团注模式的静态CT成像方法，具体包括步骤S1～S5：

S1：在平扫的断层影像上圈定需要团注监测的位置。

具体地，根据患者需要，在平扫的断层影像上圈定需要团注监测的位置，该位置即为待监测区域10。

S2：移动扫描床到断层所在的位置，启动小剂量测试性团注扫描，并开始计时。

当确定待监测区域10后，移动扫描床到断层所在的位置，向患者体内注入小剂量造影剂，从而启动小剂量测试性团注扫描，并开设计时。

S3：射线源11以设定频率进行曝光，以在设定期间内利用探测器环2依次获取设定区域的投影图。

具体地，在本发明的实施例中，通过两个射线源11按照6～10fps的低帧速率进行交替曝光，从而能够在设定期间（例如：1分钟）内，利用探测器环2分别获取两个设定区域21的投影图序列。

S4：获得减影图像。

具体地，在获取设定区域21的投影图序列的过程中，将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将第一秒后的每一个投影图分别减去该平均图，获得减影图像。

由此，在本发明的实施例中，可获得两组减影图像，以用于后续的CT扫描。

S5：利用减影图像进行CT扫描。

具体地，该步骤中包括两种模式：

第一种模式：小剂量测试团注模式

具体地，首先，提取减影图像中设定区域的造影剂浓度变化量；然后，以时间为X轴，以造影剂浓度变化量为Y轴，绘制时间-浓度曲线；最后，根据该时间-浓度曲线，获得该设定区域的造影剂的浓度变化，以指导操作人员选取造影剂浓度变化量最大的时间点进行CT扫描。

第二种模式：团注追踪触发模式

具体地，首先，提取减影图像中设定区域的造影剂浓度变化量；然后，判断造影剂浓度变化量是否达到预设的造影剂浓度变化阈值；若造影剂浓度变化量达到造影剂浓度变化阈值，则自动启动CT扫描，反之，则不进行CT扫描。由此，可直接确认本次CT扫描的最佳扫描时刻。

此外，在本发明的另一实施例中，步骤S4还可以替换为步骤S4’：

S4’：获得衰减的减影图像。

具体地，将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将该平均图做衰减，得到平均图的衰减图；然后，将第一秒后的每一个投影图分别做衰减，得到各投影图的衰减图；最后，将所述各投影图的衰减图分别减去所述平均图的衰减图，获取衰减的减影图像。

相应地，步骤S5还可以替换为步骤S5’：

S5’： 利用衰减的减影图像进行CT扫描。

其中，步骤S5’与步骤S5的具体步骤相同，区别仅在于步骤S5利用的是减影图像，而步骤S5’利用的是衰减的减影图像，在此不再赘述。

综上所述，本发明所提供的团注模式的静态CT成像设备及方法，通过结合整环射线源和整环探测器的特点，通过射线源11按照设定频率进行曝光，在进行增强扫描时，摒除螺旋CT的方法，创新性的使用固定角度的投影图，通过数字减影的方法来实现增强扫描中造影剂密度变化监测，可以获得目标血管内时间-浓度曲线（即小剂量测试性团注），或者在监测到造影剂浓度在血管内达到预设的造影剂浓度变化阈值后，手动或者自动启动扫描（团注追踪触发）。由此，在团注过程中极大减少了病人的辐射剂量，降低了对人体的伤害。

上面对本发明所提供的团注模式的静态CT成像设备及方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (7)

1.一种团注模式的静态 CT 成像设备，其特征在于包括射线源环和探测器环；

所述射线源环上设置有至少一个射线源，所述射线源与所述探测器环相对静止，所述射线源用于按照设定频率朝向待监测区域发射射线，并照射在所述探测器环上的设定区域；其中，所述待监测区域为在平扫的断层影像上圈定需要团注监测的位置；

所述探测器环设置于所述射线源环的一侧，以用于获取所述设定区域的投影图；

所述探测器环由排列成环形的多个光子计数探测器组成，其中对应于同一设定区域的多个光子计数探测器构成一个光子计数探测器模组；

所述静态CT成像设备还包括时序控制器；所述射线源的发射时序和所述探测器环中对应光子计数探测器模组的采集时序由所述时序控制器进行控制。

2. 如权利要求1所述的静态 CT 成像设备，其特征在于，所述设定频率为6~10fps的低帧速率。

3. 如权利要求1所述的静态 CT 成像设备，其特征在于，所述射线源环上设置有多个所述射线源，多个所述射线源按照所述设定频率交替发射射线。

4. 如权利要求3所述的静态 CT 成像设备，其特征在于，所述射线源的数量不大于三个。

5. 如权利要求1所述的静态 CT 成像设备，其特征在于，还包括图像处理装置，所述图像处理装置与所述探测器环连接，以用于接收所述投影图并对所述投影图进行图像处理。

6. 一种团注模式的静态 CT 成像方法，其特征在于包括以下步骤：

在平扫的断层影像上圈定需要团注监测的位置；

移动扫描床到所述断层所在的位置，启动小剂量测试性团注扫描，并开始计时；

射线源以设定频率进行曝光，以在设定期间内利用探测器环依次获取设定区域的投影图；

将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将第一秒后的每一个投影图分别减去所述平均图，获得减影图像；

提取所述减影图像中所述设定区域的造影剂浓度变化量；

以时间为X轴，以所述造影剂浓度变化量为Y轴，绘制时间-浓度曲线，从而根据所述时间-浓度曲线获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以指导操作人员选取造影剂浓度变化量最大的时间点进行CT扫描；或，判断所述造影剂浓度变化量是否达到预设的造影剂浓度变化阈值，若所述造影剂浓度变化量达到所述造影剂浓度变化阈值，则自动启动CT扫描。

7. 如权利要求6所述的静态 CT 成像方法，其特征在于，所述将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将第一秒后的每一个投影图分别减去所述平均图，获得减影图像还可以替换为：

将第一秒内所获取的全部投影图进行平均获得平均图，并将所述平均图做衰减，得到所述平均图的衰减图；

将第一秒后的每一个投影图分别做衰减，得到各投影图的衰减图；

将所述各投影图的衰减图分别减去所述平均图的衰减图，获取衰减的减影图像；

利用所述衰减的减影图像获得所述设定区域的造影剂的浓度变化，以进行CT扫描。

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