CN1775175A - 提供基于噪声的扫描控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

使用医学成像系统(100)扫描患者的方法和系统，所述方法包括测量采集数据和/或重建数据的信噪比(206)，并将其与可选信噪比阈值进行比较(208)。该方法还包括基于所述比较结果控制扫描的剩余部分(210)。

Description

提供基于噪声的扫描控制的方法和系统

技术领域

本发明通常涉及医学成像系统，尤其涉及在医学成像系统中提供基于噪声的扫描时间控制。

背景技术

一些传统的正电子发射断层摄影(PET)系统使用预设或固定时间量采集扫描。其它传统PET系统基于检测到的放射强度的量确定扫描时间。PET系统检测到的放射强度对应于PET扫描器检测到的伽马射线的数量。但是，上述两种方法不能预测图像质量。因此，为了获取采集具有特定质量的图像，需要对时间或放射强度的量进行估计。

用于采集扫描的时间依赖于期望的扫描图像质量。为了采集质量更好的图像，就需要更长的扫描时间。但是，较长的扫描时间会降低产率。此外，为了获取具有特定质量的图像，可能花费比必需时间更长的扫描时间。如果缩短扫描时间以提高产率，图像质量则会受到不利影响。因此，扫描时间的选择不得不在图像质量和产率之间折中。

PET系统需要优化扫描时间，以便在不对产率造成不利影响的情况下获取具有预计质量的图像。

发明内容

在一个示例性实施方案中，提供一种使用医学成像系统扫描患者的方法。该方法包括测量与扫描对应的累积的采集数据和/或重建图像的信噪比，并将该信噪比与可选的信噪比阈值进行比较。基于上述比较控制扫描的剩余部分。

在另一个示例性实施方案中，提供一种医学成像系统。该医学成像系统包括机架、检查床和计算机系统。机架包括能够绕其轴旋转的探测器，上述旋转轴被称为视域轴。待扫描的患者被放置在能够沿视域轴移动的检查床上。配置计算机系统以便控制医学成像系统的工作。计算机系统被编程以便在多个轴向位置定位检查床，以便接收在快速扫描期间采集的每一帧的采集数据，和以便在采集数据和/或重建图像的信噪比大于或等于可选信噪比阈值时终止扫描。每一个轴向位置对应于采集数据的一帧。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个示例性实施方案的医学成像系统的框图。

图2所示的流程图示出了根据本发明的示例性实施方案的控制扫描的步骤。

图3A和3B所示的流程图示出了根据本发明的示例性实施方案的终止扫描的步骤。

图4所示的流程图示出了根据本发明的示例性实施方案的扫描患者的步骤。

具体实施方式

本发明的各种实施方案提供一种基于采集数据中的噪声来控制PET系统的扫描时间的方法和系统。这些实施方案利用信噪比(SNR)预测图像质量，并基于采集数据的SNR控制扫描时间。

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的医学成像系统的框图。例如，诸如正电子发射断层摄影(PET)系统的医学成像系统100包括机架102、检查床104和计算机系统106。机架102提供机械支撑，用于安装诸如探测器、扫描器和发射器的用于扫描患者的装置。机架102容纳有诸如PET探测器这样的成像装置。根据本发明的实施方案，诸如PET探测器这样的一组探测器可以被放置在机架102的相对侧上。然后，PET探测器能够通过扫描患者采集数据。待扫描的患者躺在检查床104上。

机架102上的成像装置通过扫描躺在检查床104上的患者采集数据。移动检查床104能够实现患者不同部位的扫描。检查床104的运动方向如图1所示。检查床104沿着被称为视域轴(如图1所示)的机架102的轴放置，并且能够沿该轴移动。检查床104能够沿视域轴定位在不同轴向位置。在本发明的一个实施方案中，机架102包括多个探测器，它们以固定间隔放置在机架102上，并从视域轴径向向外地放置。根据本发明的一个实施方案，机架102包括能够绕视域轴旋转的多个探测器。这就能够在不同的轴向位置扫描患者的各个部位。

在本发明的一个实施方案中，计算机系统106处理诸如检查床104的定位这样的控制。具体而言，计算机系统106被编程以便沿视域轴在多个轴向位置定位检查床。这种定位能够实现患者不同轴向位置的扫描。计算机系统106可以被进一步编程以跟踪检查床104的位置。计算机系统106也可以被编程以接收在扫描期间收集的采集数据。已采集数据的信噪比(SNR)也由计算机系统106确定。基于该SNR，计算机系统106被编程以控制该扫描。例如，计算机系统106可以基于该SNR控制扫描的终止。根据本发明的多种实施方案，计算机系统106包括用作用户接口的Linux PC和用于图像重建的定制阵列处理器板。

例如，扫描时间也可以是固定的或由用户或计算机系统106预设。在用户固定扫描时间的情况下，计算机系统106可以接收扫描时间的指示。这可以帮助计算机系统106控制扫描。除了提供扫描时间以外，用户也可以向计算机系统提供感兴趣体积的位置的指示。感兴趣体积也就是患者将被扫描的部位。感兴趣体积可以由用户选择并被输入到计算机系统106中。

此外，医学成像系统100可以包括发射源。发射源被放置，使得由发射源发射的信号能够穿过患者的感兴趣体积。当这些信号穿过患者时它们可能衰减。因此，在发射信号穿过患者以后数据被收集时，探测器可以收集衰减的数据。因此，发射源用于采集和患者有关的衰减数据。根据本发明的一个实施方案，计算机系统106可以被编程为使用发射源产生和患者有关的衰减数据。计算机系统106可以被进一步编程为基于衰减数据确定一帧采集数据的扫描时间。每一帧采集数据均是和患者的轴向位置对应的采集数据的一部分。沿视域轴移动检查床104能够实现对患者不同轴向位置的扫描。检查床104的位置由计算机系统106控制。

衰减数据由计算机系统106接收。例如，计算机系统106可以使用接收到的衰减数据确定每一帧扫描数据的扫描时间。此外，基于为每一帧采集数据确定的扫描时间可以确定快速扫描的扫描时间。利用快速扫描的扫描过程将参考图4进行详细描述。

图2中的流程图示出了根据本发明的示例性实施方案的患者扫描所涉及的步骤。待扫描患者躺在检查床104上。安装在机架102上的探测器(诸如PET探测器)被用于扫描。这些探测器可以只扫描感兴趣体积。在步骤202，通过扫描采集部分采集数据。根据本发明的一个实施方案，采集数据和整个感兴趣体积对应。根据本发明的另一个实施方案，采集数据对应于感兴趣体积的一部分，比如一帧采集数据。计算机系统106(如图1所示)接收采集数据。在步骤204，通过计算机系统106，将采集数据和累积数据组合。累积数据是在先前的扫描周期中积累起来的数据。将每一帧采集数据的采集数据和与该帧的采集数据对应的累积数据组合。组合的数据构成了用于任何进一步处理的累积数据。

在步骤206，计算机系统106确定累积数据的SNR。假设本发明的各种实施方案，假设遵循泊松分布。因此，可以通过测量放射强度来测量SNR。所采集的窦腔造影的放射强度的中值给出了SNR的度量。该值也可以包括患者周围空气中SNR的度量。因此，为了确定患者的SNR，可以应用较低的阈值以将数据限制在患者体内。例如，根据本发明的各种实施方案，衰减数据也可以用来将用于中值计算的数据限制在患者体内。这可通过边缘阈值化(edge thresholding)衰减数据以识别身体边缘来完成。通过将衰减数据和阈值比较，身体边缘能够被识别。在身体边缘，衰减数据超出阈值。

根据本发明的一个实施方案，已确定的SNR和整个感兴趣体积的累积数据对应。根据本发明的另一个实施方案，可以为感兴趣体积的不同部分，诸如为和检查床104(如图1所示)的轴向位置对应的采集数据，确定SNR。在步骤208，计算机系统106(如图1所示)将SNR的值和可选阈值进行比较。根据本发明的一个实施方案，用户可以设置该扫描的阈值。上述被选的阈值可以是预设的阈值，或者它可以取决于SNR的值在扫描期间的相对变化。在步骤210，计算机系统106基于已确定的SNR和被选阈值之间的比较控制扫描的剩余部分。例如，对扫描的剩余部分的控制可以包括：终止扫描的一部分或整个扫描，或为了获得更多与检查床104的特定位置对应的采集数据而进行扫描。

图3A和3B所示的流程图示出了根据本发明的示例性实施方案终止扫描的步骤。在步骤302，考虑检查床104的第一轴向位置。计算机系统106(如图1所示)沿视域轴的不同位置定位检查床104(如图1所示)，以便能够实现对患者不同轴向位置的扫描。为该位置启动扫描。在步骤304，一帧采集数据的至少一部分被采集。不是一次采集一帧采集数据的全部采集数据。每一个被检测的放射强度形成了一帧采集数据的一部分。在该步骤，第一个位置被扫描以采集相应的采集数据。采集数据通过在为该位置执行的大量扫描被累积。在步骤306，累积数据的SNR被测量。在步骤308，将测得的SNR和(可以为预设的)阈值进行比较。如果测得的SNR小于该阈值，那么采集的数据可能无法提供期望的图像质量，因为采集数据中的噪声可能大于可接受的噪声。在这种情况下，该位置的扫描未被完成，因此需要重复执行步骤304和306。

如果在步骤308发现测得的SNR大于或等于该阈值，则意味着累积数据中包括可接受的噪声，并且步骤310被执行。在步骤310，该特定位置的扫描被终止。这就意味着如果对于相应的采集数据已确定的SNR大于或等于该阈值，那么针对该特殊位置的扫描已完成。在步骤312，查看将要对其执行扫描的检查床104(如图1所示)的所有轴向位置是否均已被考虑，即，和感兴趣体积对应的每一个位置是否均已被扫描并且每一个位置的扫描是否均已完成。

如果在步骤312发现并不是所有位置已被考虑扫描，则步骤314被执行。在步骤314，下一个位置被考虑。该步骤之后，重复从步骤304到步骤312的步骤。但是，如果在步骤312发现所有位置均已被考虑，那么扫描已完成并执行步骤316。在步骤316，扫描被终止。

在本发明的一个实施方案中，计算机系统106可以被编程以执行图3A和3B所示的步骤。

根据本发明的各种实施方案，借助于大量快速扫描执行对患者的扫描。在每一个快速扫描期间，位于感兴趣体积内的一帧采集数据的采集数据的至少一部分被采集。根据本发明的各种实施方案，例如PET系统中的每一个快速扫描可以通过扫描固定时间或直到固定放射强度被探测到来执行。PET系统中检测到的放射强度与PET扫描器检测到的伽马射线数量对应。根据本发明的一个实施方案，一组快速扫描被执行以覆盖整个感兴趣体积。因此，与此类似的多组快速扫描可以被采集，直到累积数据的SNR大于或等于阈值。根据本发明的一个实施方案，仅测量包括在可选择的感兴趣体积中的各帧采集数据的SNR。用户可以基于通过执行快速扫描采集的数据选择可选的感兴趣体积。例如，可以基于帧数目定义这种选择。根据本发明的各种实施方案，用户选择用于终止扫描的可选感兴趣体积。例如，可以基于被选择体积的SNR终止扫描，即，扫描的终止可以建立在特定的解剖体的基础上。

图4所示的流程图描述了根据本发明的示例性典型实施方案的扫描患者的步骤。在步骤402，借助于和各帧采集数据对应的多个快速扫描，采集数据被采集。每一帧采集数据和患者的不同轴向位置对应。例如通过沿视域轴移动上面躺有患者的检查床104(如图1所示)，可以执行各种轴向位置的扫描。

在步骤404，确定已收集的采集数据的SNR。根据本发明的一个实施方案，可以计算在各种轴向位置收集的全部数据的SNR。根据本发明的另一个实施方案，可以分别计算和每一单独帧的采集数据对应的已收集的采集数据的SNR。

在步骤406，将已确定的SNR和所选阈值进行比较。如果在步骤406发现已确定的SNR小于所选阈值，则重复从步骤402到步骤406的步骤。但是，如果在步骤406发现已确定的SNR大于或等于所选阈值，则执行步骤408。在步骤408，扫描被终止。根据本发明的一个实施方案，其中被比较的SNR和整个感兴趣体积对应，完成感兴趣体积的整个扫描。因此，扫描被终止。根据本发明的另一个实施方案，其中被比较的SNR和部分感兴趣体积(例如，单独一帧采集数据)对应，仅完成对感兴趣体积的上述部分的扫描。因此，和SNR大于或等于阈值的各帧采集数据对应的各部分的扫描被终止。和SNR小于阈值的其它轴向位置对应的其它部分的扫描仍然继续。可以跳过感兴趣体积中扫描已完成的各部分的扫描，执行该扫描。

在本发明的一个实施方案中，计算机系统106被编程以执行图4所示的步骤。

根据本发明的各种实施方案，可选SNR阈值对应于两次连续扫描的已确定SNR的差。因此，根据上述各种实施方案，将两次连续扫描的已确定SNR的差和所选阈值进行比较。当上述差低于或等于所选阈值时，可以假设采集数据是收敛和稳定的。因此，如果该差小于被选阈值，则扫描完成。接着，将基于先前描述的方法终止扫描。

根据本发明的各种实施方案，对采集数据确定SNR。根据本发明的各种其它实施方案，对重建图像确定SNR，或可以对采集数据和重建图像两者确定SNR。

根据本发明的各种实施方案，扫描处理包括确定每一帧采集数据的扫描时间。对每一帧采集数据执行的快速扫描可以具有预设扫描时间，该预设扫描时间显著小于每一帧采集数据的已确定的扫描时间。例如，可以基于针对每一帧采集数据采集的衰减数据确定扫描时间。例如，采集到的衰减数据提供了和一帧采集数据对应的身体部分的密度指示。基于身体部分的密度，容许噪声的量可以被确定。例如，密度较大的部分可以容许更大的噪声量。相应地，对于采集数据的对应帧，可选SNR阈值可以更低。因此，衰减数据或患者身体一部分的密度可以用于自动确定终止扫描的SNR值。

根据本发明的各种实施方案，针对整个感兴趣体积的扫描的扫描时间可以被固定。这些实施方案允许检查床104的一些位置拥有更多的扫描时间，而其它位置的扫描时间则被缩短。甚至是对于短的扫描时间，倘若基于它们的SNR，对应于一些位置的预期图像质量仍和期望的一样，那么缩短这些位置的扫描时间是切实可行的。这就可以将更多的时间集中在一些位置的扫描上，这有助于获得质量一致的图像。此外，因为扫描时间被固定了，所以扫描的计划就变得更容易了。

本发明各种实施方案的技术效果是优化了针对整个感兴趣体积的扫描或针对检查床104每一个位置的扫描时间。

本发明各种实施方案的另一个技术效果是缩短了扫描时间。这是有可能的，因为扫描只耗费了必要的时间量。缩短所需的扫描时间可以提高产率。缩短扫描时间也为患者提供了更好的舒适性。缩短扫描时间也可以减少会对图像质量造成负面影响的运动和代谢伪影。

根据本发明各种实施方案的另一个技术效果是使用户能够预测图像质量。由于用户可以设置SNR的阈值，用户可以预测并控制图像质量。这进一步允许用户改进图像质量。

尽管已经根据各种特定实施方案对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员能够理解在本权利要求的精神和范围内可以对本发明进行修改。

部件列表

100医学成像系统

102机架

104检查床

106计算机系统

202采集部分图像数据

204将采集数据和累积数据组合

206测量累积数据的SNR

208将SNR和预定阈值进行比较

210基于比较结果控制扫描的剩余部分

302考虑检查床的位置

304采集帧图像数据的一部分

306测量SNR

308检查测量的SNR是否小于阈值

310终止针对检查床位置的扫描

312查看检查床的所有位置是否均已考虑

314考虑检查床的下一个位置

316终止扫描

402采集多帧图像数据

404确定采集图像数据的SNR

406检查测得的SNR是否小于阈值

408终止针对感兴趣体积的扫描

Claims (10)

1.一种使用医学成像系统(100)扫描患者的方法，所述方法包括：

测量累积的总采集数据的信噪比(206)；

将测得的信噪比(208)与可选信噪比阈值进行比较；以及

使用所述比较结果控制扫描的剩余部分(210)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将测得的信噪比与可选信噪比阈值进行比较包括：使用扫描期间信噪比的相对变化选择信噪比阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将测得的信噪比与可选信噪比阈值进行比较包括：选择预定的信噪比阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述比较结果控制扫描的剩余部分包括：当所测得的信噪比大于或等于所选择的信噪比阈值时终止扫描(316)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述比较结果控制扫描的剩余部分包括：采集一帧采集数据的另外部分(304)，直到所测得的信噪比大于或等于所选择的信噪比阈值。

6.一种对患者成像的方法，所述方法包括：

采集患者的多帧采集数据(402)，其中沿着患者的纵轴在不同位置上采集每帧采集数据；

测量包括可选的感兴趣体积的各帧中采集数据的信噪比(404)；

将测得的信噪比与选择的信噪比阈值进行比较(406)；以及

采集包括所选的感兴趣体积的各帧中另外的采集数据，直到测得的信噪比大于或等于所选择的信噪比阈值。

7.根据权利要求6所述的对患者成像的方法，其中采集患者的多帧采集数据包括：

确定每一帧的扫描时间长度；和

采集每一帧的快速扫描，其中所述快速扫描是预定时间长度的扫描，所述时间长度预定为显著短于每一帧的确定的扫描时间长度。

8.根据权利要求7所述的对患者成像的方法，其中确定每一帧的扫描时间长度包括：

为该多个帧中的每一帧采集衰减数据；和

使用该衰减数据确定每一帧的扫描时间长度。

9.一种医学成像系统(100)包括：

机架(102)，包括至少一个由视域轴径向向外放置的探测器；

可沿所述轴移动的检查床(104)；

计算机系统(106)，配置成控制该医学成像系统的工作，所述计算机系统被编程为：

在多个轴向位置定位检查床，每个位置对应于一帧采集数据；

接收在快速扫描期间采集的每一帧的采集数据；以及

如果采集数据的信噪比大于或等于可选信噪比阈值，终止扫描。

10.一种配置成控制正电子发射断层摄影(PET)医学成像系统的计算机控制程序段，所述程序段编程为：

在多个轴向位置定位检查床(104)，每个位置对应于一帧采集数据；

接收在快速扫描期间采集的每一帧的采集数据；以及

如果采集数据的信噪比大于或等于可选信噪比阈值，终止扫描。

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