CN117064427B - 一种三源ct增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三源CT(包含三套射线源和三套在对应侧的探测器组合)增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法与系统，为改进团注测试造影剂跟踪阶段对造影剂浓度跟踪的实时性，利用多源CT在同一个时间点曝光可以获得多个角度的投影的优势，提出了一种利用离散投影与初始值的差值来计算造影剂浓度变化导致的CT值变化的方法。
Description
技术领域
本发明属于X射线医学影像设备的应用领域，具体是一种三源CT(包含三组射线源+对应探测器组合的CT系统)增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法与系统。
背景技术
CT增强扫描是指CT检查的常用手段，与常规CT平扫的区别在于，增强扫描时需要在患者静脉内注射一定剂量的造影剂(一般为碘造影剂)，造影剂跟随血液运输到病变组织，使病变组织和正常组织之间的对比度增加，从而提高病变显示率。
CTA(CT angiography)CT血管造影是CT造影剂增强技术与薄层，大范围，快速扫描技术相结合，通过后处理，清晰显示全身各部位血管细节的成像方式。具有无创和操作渐变的特点，对血管变异、血管疾病以及显示病变与血管的关系有重要价值。
现有的CT增强扫描方法，为了准确跟踪目标区域的造影剂浓度，存在扫描时间间隔与射线剂量大小之间的两难选择。因此，临床应用中，常常以射线剂量高为代价，施以更小的扫描间隔，以获得更准确的造影剂浓度追踪。
CT增强扫描中，引入造影剂后，不同组织、不同病变性质对造影剂的吸收数量和分布都有各自的特点和规律。为了获得造影剂注射开始后进行扫描的恰当时间点，一般采用两种方法：
团注测试(Test Bolus)，使用小剂量造影剂进行测试注射，并通过对感兴趣部位的反复扫描来获取达峰时间，然后再加上一定的经验值作为造影剂注释开始后的延迟时间。
团注跟踪(Bolus Tracking)，根据人体血液循环规律在目标区域内血管内设置一个感兴趣区域(ROI)，设定一个CT值的阈值，随着目标区域血管内造影剂浓度升高，检测ROI的CT值达到阈值时启动扫描。
相对团注测试方法，团注跟踪方法具有节省造影剂剂量和射线剂量的优势，且延迟时间设定也更为准确。
但目前的团注测试普遍采用具有一定间隔的轴向扫描完成，如果扫描时间间隔较大，对造影剂浓度的采样时间间隔也会较大，可能会错过最佳的增强扫描时间。如果扫描的时间间隔较小，造影剂浓度的采样间隔能满足要求，但X射线辐射剂量会显著升高。
发明内容
本发明为改进团注测试造影剂跟踪阶段对造影剂浓度跟踪的实时性，利用多源CT在同一个时间点曝光可以获得多个角度的投影的优势，提供了一种利用离散投影与初始值的差值来三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法与系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法与系统，具体步骤如下：
1)将患者摆位到扫描床上合适位置；
2)准备高压注射器及造影剂；
3)利用三源CT，一次完成定位像扫描；
4)在定位像上确定监测层扫描位置，以及增强扫描的范围；
5)开始注射造影剂并开始检测层扫描；
6)完成第一个监测层扫描得到初始监测层图像和sinogram0，时刻tn，n表示第n个完整监测层扫描；
7)在完成的监测层扫描上找到要检测的动脉血管，进行准确分割，并自动计算CT值CT#n；若CT#n达到触发阈值Th0，则停止监测转到增强扫描；
8)生成一幅精确分割的血管区域为1其它区域为0的图像imgroi，对图像imgroi利用系统几何尺寸进行正投影计算，得到sinoroi，代表了ROI在各个角度、各个通道上的的投影强度；
9)机架保持旋转，停止连续曝光；
10)以较短间隔时间进行脉冲曝光，时刻tdm得到三个角度或角度范围的完成预处理后的投影projm1，projm2，projm3；
11)从第6步完成的检测层扫描中抽取与上次脉冲曝光角度一致的三个完成预处理后的投影，projn1，projn2，projn3，从ROI区域正投影sinoroi中抽取脉冲曝光对应的角度proj1roi，proj2roi，proj3roi；
12)在仅有血管内造影剂浓度变化的情况下，对应角度投影的差值projm1-projn1，projm2-projn2，projm3-projn3，仅在proj1roi，proj2roi，proj3roi不为0的部分的值不为零，各个通道投影差值的和除以对应的投影角度上ROI的长度(proj1roi、proj2roi，proj3roi)的和结果就是对应ROI的CT值得变化幅度的平均值CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3；
13)因呼吸等运动影响，投影差值一般有变大得倾向，因此CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3取三个之中不小于0的最小值，作为最终CT#shift结果，并在界面上更新；
14)当CT#shift结果更新到ROI图像后ROI的CT值未达到指定阈值Th0，等待下次脉冲曝光或完整检测扫描，并转到第7步执行；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描指定阈值Th0，但变化斜率过快，启动下次完整检测扫描并转到第7步执行，两次完整检测扫描间可以设定一个安全阈值th2；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描触发阈值Th0，且CT值增加的斜率与上两个完整扫描CT值增加的斜率接近时，则停止监测转到增强扫描。
优选地，步骤6)中可以使用360度全扫描或180+扇角半扫描。
优选地，步骤10)中较短间隔时间为50ms或100ms。
优选地，步骤10)和步骤11)中完成预处理为未经过滤波反投影的滤波过程。
本发明可以改进团注跟踪扫描中造影剂跟踪阶段对造影剂浓度跟踪的实时性，并大幅降低造影剂跟踪阶段的X射线剂量，利用多源CT在同一个时间点曝光可以获得多个角度的投影。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的实际应用示意图；
图3-图11为对本发明的方法进行模拟测试的结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和2所示，本发明为改进团注测试造影剂跟踪阶段对造影剂浓度跟踪的实时性，利用多源CT在同一个时间点曝光可以获得多个角度的投影的优势，提出了一种利用离散投影与初始值的差值来计算造影剂浓度变化导致的CT值变化的方法和控制机制。具体方法如下：
1)将患者摆位到扫描床上合适位置；
2)准备高压注射器及造影剂；
3)利用三源CT，一次完成定位像扫描；
4)在定位像上确定监测层扫描位置，以及增强扫描的范围；
5)开始注射造影剂并开始检测层扫描；
6)完成第一个监测层扫描(可以使用360度全扫描或180+扇角半扫描)得到初始监测层图像和sinogram0，时刻tn，n表示第n个完整监测层扫描；
7)在完成的监测层扫描上找到要检测的动脉血管，进行准确分割，并自动计算CT值CT#n；若CT#n达到触发阈值Th0，则停止监测转到增强扫描；
8)生成一幅精确分割的血管区域为1其它区域为0的图像imgroi，对图像imgroi利用系统几何尺寸进行正投影计算，得到sinoroi，代表了ROI在各个角度、各个通道上的的投影强度(相当于ROI的长度)；
9)机架保持旋转，停止连续曝光；
10)以较短间隔(比如50ms或100ms)进行脉冲曝光，时刻tdm得到三个角度(或角度范围)的完成预处理(但未经过滤波反投影的滤波过程)后的投影projm1，projm2，projm3；
11)从第6步完成的检测层扫描中抽取与上次脉冲曝光角度一致的三个完成预处理后(但未经过滤波反投影的滤波过程)的投影，projn1，projn2，projn3，从ROI区域正投影sinoroi中抽取脉冲曝光对应的角度proj1roi，proj2roi，proj3roi；
12)在仅有血管内造影剂浓度变化的情况下，对应角度投影的差值projm1-projn1，projm2-projn2，projm3-projn3，仅在proj1roi，proj2roi，proj3roi不为0的部分的值不为零(有区别)，各个通道投影差值的和除以对应的投影角度上ROI的长度(proj1roi、proj2roi，proj3roi)的和结果就是对应ROI的CT值得变化幅度的平均值CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3；
13)因呼吸等运动影响，投影差值一般有变大得倾向，因此CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3取三个之中不小于0的最小值(因为检测期间造影剂浓度为上升趋势)，作为最终CT#shift结果，并在界面上更新；
14)当CT#shift结果更新到ROI图像后ROI的CT值未达到指定阈值Th0，等待下次脉冲曝光或完整检测扫描，并转到第7步执行；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描指定阈值Th0，但变化斜率过快(可能是运动引起)，启动下次完整检测扫描并转到第7步执行，两次完整检测扫描间可以设定一个安全阈值th2；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描触发阈值Th0，且CT值增加的斜率与上两个完整扫描CT值增加的斜率接近时，则停止监测转到增强扫描。
实施例2
对本发明所述方法进行模拟测试，结果如下。
用于跟踪造影剂浓度的第一个半扫描图像如图3所示。
对图3中的监测目标，主动脉血管进行分割得到ROI，如图4所示。
根据ROI生成内部为1外部为0的图像，如图5所示。
对图5正投影得到sinoroi如图6所示。
假设在不同的时间点ROI的CT值提高30，60，90，120，150，180，如图7所示。
转换为吸收系数并进行正投影模拟投影数据，可以得到sinogram。如图8所示，因为投影数据为全部路径上的累加，因此局部ROI的CT值变化的差异在投影数据上并不显著。
对ROI的CT值差异为30的sinogram数据和原始图像数据的sinogram选取角度0，120，240，得到投影值如图9。
可以看到由于动脉血管ROI近似圆形，因此各个角度的差异也比较接近。
抽取各个角度的ROI的sinogram各个角度投影如图10所示。
对原始图像和roi的CT值增加30后的投影0度投影的差求和得到：4.999
对ROI的0度投影求和得到833.5163，得到平均变化diff＝0.0060，这一变化为吸收系数的变化，将其折算为CT值变化diffCT#可以采用：
diffCT#＝diff÷μwater×1000…………………………公式(1)
其中μwater为水的吸收系数，在本例中取0.2，不同系统可能会有差异。
计算可以得到平均CT值的变化diffCT#＝30；
计算其它角度的投影差可以得到相同结果。对其它CT值变化也可以得到相同的一致的结果。
由于投影为投影方向上全部像素的累加，因此结果对噪声不敏感。
但需要指出的是，如果完整监测扫描和脉冲曝光之间的短时间内，如果患者有运动，将会导致计算结果明显高估。我们采用ROI的CT值基本一致，但有呼吸导致的运动的两幅图像采用上述方法进行了计算。如图9所示。
0度和120度的投影差的和为负值，240度的投影差的和为1.9383，ROI的投影在240度的和为774.0371按照公式(1)计算得到的CT值差异为12.5，显著高于二者的实际差值。
因此，本方法适宜在进行完整监测扫描后较短的时间内患者未发生明显运动的情况下使用。
Claims (4)
1.一种三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法，其特征在于：具体步骤如下：
1）将患者摆位到扫描床上合适位置；
2）准备高压注射器及造影剂；
3）利用三源CT，一次完成定位像扫描；
4）在定位像上确定监测层扫描位置，以及增强扫描的范围；
5）开始注射造影剂并开始监测层扫描；
6）完成一个监测层扫描得到初始监测层图像和经预处理的原始数据sinogramn，n表示第n个完整监测层扫描；
7）在完成的监测层扫描上找到要监测的动脉血管，进行准确分割，并自动计算CT值CT#n；若CT#n达到触发阈值Th0，则停止监测扫描转到增强扫描；
8）生成一幅精确分割的血管区域为1其它区域为0的图像imgroi，对图像imgroi利用系统几何尺寸进行正投影计算，得到sinoroi，代表了ROI在各个角度、各个通道上的投影强度；
9）机架保持旋转，停止连续曝光；
10）以较短间隔时间进行脉冲曝光，时刻tdm得到三个角度或角度范围的完成预处理后的投影projm1，projm2，projm3；
11）从第6步完成的监测层扫描数据sinogramn中抽取与上次脉冲曝光角度一致的三个完成预处理后的投影，projn1，projn2，projn3，从ROI区域正投影sinoroi中抽取脉冲曝光对应的角度proj1roi，proj2roi，proj3roi；
12）在仅有血管内造影剂浓度变化的情况下，理论上对应角度投影的差值projm1-projn1，projm2-projn2，projm3-projn3，仅在proj1roi，proj2roi，proj3roi不为0的部分的值不为零，各个通道投影差值的和除以对应的投影角度上ROI的长度proj1roi、proj2roi、proj3roi的和结果就是对应ROI的吸收系数变化的平均值，并推导出CT值变化幅度的平均值CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3；
13）因运动影响，投影差值一般有变大的倾向，因此CT#shift1，CT#shift2，CT#shift3取三个之中不小于0的最小值，作为最终CT#shift结果，并在界面上更新；也将临近时间的多次采集的结果合并成组，并在该组内选取CT#shift的最小值，作为最终CT#shift结果，并在界面上更新；
14）当CT#shift结果更新到ROI图像后ROI的CT值未达到指定阈值Th0，等待下次脉冲曝光或完整检测扫描，并转到第7步执行；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描指定阈值Th0，但变化斜率过快，启动下次完整检测扫描并转到第7步执行，两次完整检测扫描间设定一个安全阈值th2；当CT#shift导致更新后的ROI的CT值达到增强扫描触发阈值Th0，且CT值增加的斜率与上两个完整扫描CT值增加的斜率接近时，则停止监测转到增强扫描。
2.根据权利要求1所述的一种三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法，其特征在于：步骤6）中使用360度全扫描或180+扇角半扫描。
3.根据权利要求1所述的一种三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法，其特征在于：步骤10）中较短间隔时间为30ms~100ms。
4.根据权利要求1所述的一种三源CT增强扫描中造影剂浓度监控及跟踪方法，其特征在于：步骤10）和步骤11）中完成预处理为未经过滤波反投影的滤波过程。
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