專利名稱：自適應控制對比度增強診斷成像過程的系統和方法
技術領域：
本申請要求2006年11月22日提交的60/867060號美國臨時申 請的優先權，通過引用將其公開結合到本文中。
技術領域
本發明 一般涉及診斷成像，特別是涉及用于確定對比度增強診 斷成像掃描的掃描協議的系統和方法。本發明的實施例考慮到各種 靜態和動態掃描對象參數以及注射過程參數和掃描參數，以協調造 影劑的輸送與掃描序列的開始，使得掃描序列與峰值對比度增強相 一致。
背景技術：
通過施用造影劑的對比度增強在多種診斷成像形態中是公知 的，其中包括計算機斷層掃描成像技術(CT)、磁共振(MR)、 x射線、 超聲波、正電子發射計算機斷層技術(PET)、分光術等等。通過對掃 描對象施用造影劑，因造影劑的屬性可實現圖像質量和對比度的改 進。可用造影劑的類型根據受關注成像形態和解剖改變。兩種常見 類型的造影劑是用于基于x射線的成像的鋇以及用于基于磁共振的 成像的軋。
在圖像質量和掃描參數(例如輻射劑量)兩個方面，許多對比度增 強成像過程的質量實質上取決于造影劑。但是，造影劑提供的對比 度增強隨著受特定掃描對象、造影劑注射過程和掃描類型影響的各 種因素而改變。由于對比度增強成像的目標是在造影劑提供預期對
比度增強的同時獲得掃描數據，因此，相對于掃描序列的開始的造 影劑施用的時間選擇很重要。
對比度增強成像掃描的過程或協議由放射科醫師和技術人員確 定。沒有一個用于確定在掃描之前什么時間以及如何施用造影劑的 方法在所有情況下都是有效的。對于各種掃描和造影劑存在某些一 般時間選擇方針，但是仍然涉及大量推測。從業者必須考慮的因素
包括待成像的組織類型，掃描對象或患者的身體大小，心率，腎 臟功能，年齡、性別，以及血液中的氧含量，注射濃度，容積、流 量，流型，持續時間，鹽水的使用，以及掃描持續時間，輻射暴露， 掃描階段(phase)的存在和數量。因此，可能適用于給定掃描對象的注 射和掃描協議對于下一個掃描對象可能是不適當的，即使在下一個 掃描對象具有相同的掃描和造影劑施用的情況下仍是如此。使從業 者的任務更為復雜的是以下事實隨著掃描儀技術進步，掃描時間 縮短以及視野縮小。因此，掃描的時間選擇協議可能更復雜，并且 要求比從業者估算可提供的更精確。
因此，通常希望具有能夠在確定造影劑注射和掃描的協議中考 慮到大量掃描對象特定的、注射特定的和/或掃描特定的因素的系統 和方法。通常還希望這種系統和方法使協議的確定和/或執行自動化， 達到這種自動化將提高圖像質量和掃描對象吞吐量的程度。
發明內容
本發明提供一種用于克服上述缺點的系統和方法。具體來說， 本發明的實施例考慮到掃描對象參數、注射過程參數和掃描參數， 以協調造影劑輸送與掃描序列，使得掃描序列或者其中的預期部分 將與預期對比度增強一致。
因此，根據本發明的一個方面，提供一種用于診斷成像裝置的 系統控制裝置。系統控制裝置可包括用戶界面、掃描對象監測器、 掃描協議模塊、造影劑輸送裝置和獲取控制裝置。用戶界面適于允
許用戶輸入給定掃描特定的數:據，以及掃描監測器配置成監測掃描 對象的至少 一 個動態參數。掃描協議模塊被連接以接收用戶界面上 輸入的數據和至少一個動態掃描對象參數，以及被編程為規定掃描 協議以優化對比度增強。根據這個規定掃描協議，造影劑輸送裝置 由掃描協議模塊控制，以使造影劑輸送給掃描對象。獲取控制裝置 配置成按照掃描協議來協調給定掃描的開始。
根據本發明的另 一個方面，本發明還提供對比度增強診斷成像 的方法。該方法包括對于給定掃描對象估算達到預期造影劑增強值
的輸送后(post-delivery)時間。這種估算根據多個對象參數、多個造影 劑參數以及多個掃描參數來進《亍。該方法還包括施用造影劑以及對 成像掃描序列的至少 一部分進4亍時間選擇，以便與造影劑的輸送后 預期對比度增強時間相一致。在掃描期間，多個造影劑參數和多個 掃描參數中的至少 一個經過適配，以保持預期對比度增強以及成像 掃描序列的所述部分的時間選^^。然后，至少根據在輸送后預期對 比度增強時間中得到的掃描數4居圖像來重構掃描對象的圖像。
根據本發明的另 一個方面，計算機可讀存取介質在其中存儲了 指令集，指令集在由計算機執行時使計算機提示用戶輸入給定掃描 患者的患者特定信息，以及提示用戶選擇掃描類型。還使計算機接 收給定患者的造影劑跟蹤數據，以及根據患者特定信息、掃描類型 和造影劑跟蹤數據來提供定義造影劑輸送和掃描序列時間選擇的個 性化掃描協議。
通過以下詳細描述和附圖，本發明的其它各種特征和優點將會 顯而易見。
附圖示出當前考慮用于實現本發明的一個實施例。 附圖包括
圖1是根據本發明的一個實施例的診斷成像系統的框圖。
圖2是闡述一種用于控制圖1的診斷成像系統的技術的流程圖。 圖3是適于執行圖2的技術的用戶界面的示范性開始頁。 圖4是適于執行圖2的技術的用戶界面的示范性主頁。 圖5是圖4的主用戶界面頁面的優W窗口。
具體實施例方式
在本發明的以下描述中， 一般將參照診斷成像系統以及參照特 定診斷成像形態作為實例。要理解到，本發明的特征和優點適用于 許多類型的診斷成像形態，以及即使在針對特定形態討論某個特征 時，相同或相應的特征同樣也適用于其它成像形態。
參照圖1，示出診斷成像系統10的框圖。診斷成像系統10包括 由系統控制裝置14控制以獲得掃描對象的圖像的掃描儀硬件12。因 此，系統控制裝置14包括掃描^f義控制模塊24，它用于向掃描儀硬件 12提供掃描細節，例如掃描位置、掃描時長、x射線強度、RF脈沖 序列、超聲波強度等等。系統控制裝置14還包含接收由掃描產生的 掃描數據的數據獲取模塊22以及處理用于將來掃描定位、圖像重構 等掃描數據的處理模塊28 。
一個或多個外部裝置16可用來監測掃描對象，以及向系統控制 裝置14提供數據。監測設備16可包括ECG探針、血氧計、血壓監 測器及其它類似的裝置。系統控制裝置14還可控制造影劑輸送裝置 18。在一些實施例中，造影劑^T送裝置18可以是控制造影劑向掃描 對象靜脈輸送的造影劑泵。在其它實施例中，造影劑輸送裝置18可 能只是通知人們關于何時注射造影劑或造影劑團(bolus)或者何時施用 造影劑或造影劑團的指示器。這種指示也可在系統控制裝置14的用 戶界面20上顯示。
界面20用來允許操作員輸入掃描對象或患者信息，選擇掃描參 數，控制造影劑施用，以及控制定位(scout)、造影劑團和圖像掃描等。 如下面進行的描述，在用戶界面20上輸入的靜態掃描對象信息和掃
描參數結合來自掃描對象監測設備16的動態數據，由系統控制裝置 14的協議模塊26用來確定協調圖像數據獲取與峰值對比度增強時間 的掃描/注射協議。
參照圖2，示出一個流程圖，說明根據本發明的一個實施例、用 于控制對比度增強診斷成像掃描的技術。-該技術在步驟30以輸入新 掃描對象的靜態數據開始。這種數據可包括諸如對象年齡、性別、 重量、身高等的參數。系統可根據這些參數計算體重指數(BMI)值， 或者操作員可輸入BMI值。隨后，在步驟32，選擇掃描類型以及識 別受關注的解剖結構(anatomy)。例如，操:作員可在CT工作站上 指定待執行的掃描是對于對象的脊骨成像的常規螺旋掃描還是對于 對象的頸動脈成像的CT血管照相掃描。作為另一個實例，操作員可 在MR工作站上指定待執行的掃描是對于對象的主動脈執行的彌散 加權成^象(DWI)掃描。
一旦輸入了掃描的類型和受關注的解剖結構，則可在步驟34執 行定位掃描以便為下一個成像掃描提供定位數據。類似地，可在步 驟36執行測試注射，以確保正確的注射針放置以及防止外滲。還可 記錄注射期間的最大壓力。
除了以上討論的掃描對象和掃描數據之外，在步驟38還可輸入 造影劑注射相關的參數。這類參數可包括待使用的造影劑的類型、 濃度和容積，待使用的定時或跟蹤造影劑的容積，施用路線(口服、 靜脈注射)，施用方法(自動或手動)，注射針類型和規格，以及是否 存在外滲斑。作為備選的方案，造影劑注射相關的參數可在定位掃 描和測試注射之前或過程中輸入。
在步驟40,系統可開始監測掃描對象動態參數。這些參數可包 括心率、血壓、呼吸速率或平均呼吸周期、ECG信號以及通過監測 對象的外部設備獲取的其它統計資料。可在整個技術處理期間監測 動態參數，或者系統可能只是在協議計算之前開始監測動態參數。
在一些實施例中，在步驟42執行定時造影劑團掃描，以生成時
間密度曲線。也就是說，定時造影劑團掃描從注射時開始記錄通過 受關注區域的造影劑團的灌注。從時間密度曲線的密度和位置測量 中5可標記與通過類似方式施用的造影劑的投影峰值對比度增強時
間對應的時間戳。例如，在CT成像中，時間強度曲線可以是以亨氏 (Hounsfield)單位為單位的隨時間的對比度增強圖表。
在數據已通過用戶輸入并^Mv定時造影劑團掃描獲取之后，在步 驟44，系統可計算造影劑的實際施用的峰值對比度增強時間。通過 考慮靜態和動態掃描對象參數、注射參數、掃描參數和/或定時造影 劑團掃描數據，系統能夠準確地預測在其中造影劑將提供最大對比 度增強的注射后時間。知道了掃描的持續時間，系統可在掃描開始 之前提供延時，使得掃描與最大對比度增強的周期一致。
在步驟46,系統對操作員規定要遵循的掃描和注射協議。這樣， 操作員知道造影劑注射開始與圖像獲取開始之間的時間選擇。在步 驟48可為操作員提供確認協議或者改變參數以建立不同協議的機 會。 一旦已經確認協議，操作員可在步驟50施用造影劑(手動或自動)， 以及在掃描協議所規定的延時之后，在步驟52開始掃描。
作為備選的方案，本發明的實施例可使這些步驟中的若干步驟 自動化。例如，可通過施用造影劑團連同造影劑并根據造影劑團灌 注實時觸發掃描開始，來代替定時造影劑團掃描。這樣，確認步驟 以及許多計算可即時執行。另外，掃描對象監測設備所提供的動態 數據可用來自動調節掃描的時間選擇。例如，如果患者的心率或血 壓增加，則可加快造影劑的灌注。系統可實時考慮這類變量，并加 速掃描的開始。
在另一些實施例中，系統控制裝置還可根據預期圖像數據自動 適配掃描參數和造影劑注射參數，作為對基于動態掃描對象數據的 適配的補充或替代。在施用造影劑并開始掃描時，從ROI獲取圖像 數據。根據實時獲取的圖像數據，系統可確定ROI中的造影劑的當 前增強值，并實時更新或適配諸如注射過程的流量或壓力、x射線管
電流或電壓、X射線劑量、掃描分辨率、圖像數據加權、圖像獲取軌 跡等參數。相應地，如果圖像數據表明對比度增強比預計的更早或 更遲已經達到或者將要達到其峰值增強值，則系統可即時調節掃描 對比度參數，使得圖像數據獲取或者它的特定部分仍然與最大對比
度增強的時間相一致。例如，在CT掃描中，系統控制裝置可基于根 據所獲取的圖像數據進行的增強計算來實時調節管電流和/或電壓， 從而在峰值對比度增強期間以最大劑量掃描患者。
參照圖3-5 ，示出用于執行本發明的實施例的示范性用戶界面。 圖3-5示出與CT成像形態相關的本發明的一個實施例。但是，如前 所述，相對于圖3-5所述的特征和優點同樣且相應地適用于其它診斷 成像形態。
圖3示出用于輸入新的掃描對象信息92和選擇掃描類型94的 界面的初始或起始頁90。在一些實施例中，起始頁90是對操作員顯 示的首頁。將靜態掃描對象參數輸入起始頁90，其中包括掃描對象 的性別96、年齡98、體重100和身高104。其它相關醫療歷史數據 可在步驟104中輸入。操作員可對即將進行的掃描提供協議編號106, 以保存設定和數據供以后使用。作為備選的方案，協議編號步驟106 可用來恢復前一次掃描的設定和數據。起始頁90還允許用戶選擇用 于即將進行的掃描的掃描類型和受關注的解剖結構94。如圖所示， 顯示從用戶點擊的選項列表95。在另一些實施例中，用戶可從下拉 列表中單獨選擇掃描類型和受關注的解剖結構，或者可手動輸入掃 描類型和受關注的解剖結構。
圖4示出主掃描儀控制頁面60,它可在掃描儀或者在與掃描儀 相關聯的工作站上顯示。由于本發明的掃描和注射協議根據掃描對 象經過個性化，所以界面顯示將要^皮掃描的患者姓名61。在為新患 者產生新的協議時，單擊"新患者"按鈕以重置界面。如圖所示， 已經為當前患者選取掃描類型62:"常M^胸部^r查0.5秒VariView 檢查"。定位掃描或"定位器"掃描已經獲得，并且可當選擇"顯
示定位器，，按鈕時在單獨頁面或彈出窗口(未示出)上顯示。在界面的
鄰近部分66概述患者的位置信息。
掃描信息在界面的另一個掃描部分68中顯示。在掃描部分68 中顯示的掃描信息可以是在選擇掃描類型62時自動裝載的，但是用 戶也可手動編輯掃描部分68中的設定。類似地，掃描和注射協議部 分74示出影響注射和后續掃描的時間選擇的各種因素，其中包括掃 描延時88。如圖所示，對于當前掃描所計算的延時88為12秒。界 面還允許用戶在造影劑輸送部分72中選擇是手動還是自動施用造影 劑。當用戶改變所選輸送形式72時，界面可在必要時自動重新計算 掃描延時88。在該備選方案中，用戶可以只選擇自動掃描功能76， 在這種情況下，掃描序列將按照實時造影劑團跟蹤自動開始，如前 所述。在界面的注射數據部分78中概述注射相關參數。如上所述， 注射相關參數78以及協議數據74(包括掃描延時88)響應來自監測設 備的動態掃描對象參數的顯著變化而自動更新。
"自動注射器"按鈕70 4吏系統規定當前掃描對象的注射協議。 根據上述技術，靜態和動態患者特定的參數與注射參數和掃描參數 相結合，以將注射的時間選擇和掃描的開始協調到特定協議中，以 有效地利用對掃描對象施用的造影劑的對比度增強。這還可包括掃 描和注射參數的實時自動適配，以確保ROI的圖像獲取與ROI中的 預期(或最大)對比度增強一致。用戶可通過單擊按鈕86來確認所產 生的協議，或者可通過單擊按4丑84手動編輯作為系統確定協議的基 準的所產生協議或設定。
當選取"自動注射器"按4丑70時，顯示圖5的彈出窗口。自動 注射優化器窗口 109顯示與造影劑注射相關的許多細節。在某些實 施例中，窗口 109的一些或全部細節可根據已經輸入控制界面60(圖 4)的數據預先裝載，這些數據是例如掃描類型、造影劑輸送類型、掃 描延遲等。然而，通過優化器窗口 109為操作員提供編輯可能使用 的諸如造影劑注^階段的數量112、各階段的造影劑的類型114、各造影劑的預期平均流量116、各階段使用的容積118、各階段的時長 120、每次施用的鹽水比率122以及注射延遲長度124之類的注射參 數的機會。 一旦操作員對自動注射優化器窗口的參數感到滿意，則 在圖4的系統控制界面60的注射數據部分78中概述參數。作為備 選的方案，如果用戶已經選擇圖5的自動注射步驟110,則參數將從 注射器或者用于自動輸送的造影劑泵直接發送到掃描對象。
因此，已經公開了用于確定個性化及改進的對比度增強成像協 議的系統和方法。通過考慮影響造影劑輸送的各掃描對象特有的各 種因素，可使掃描序列的時間選擇更有效地利用造影劑的對比度增 強。
具體地說，本發明的一個實施例包括一種用于診斷成像裝置的 系統控制裝置。系統控制裝置具有適于允許用戶輸入對給定掃描特 定的數據的用戶界面以及配置成監測至少一個動態掃描對象參數的 掃描監測器。系統控制裝置的掃描協議模塊經過連接以接收由用戶 在用戶界面上輸入的數據和至少一個動態掃描對象參數，以及編程 為規定掃描協議以優化對比度增強。造影劑輸送裝置由掃描協議模 塊控制，以使造影劑按照規定的掃描協議輸送給掃描對象。系統控 制裝置還包括配置成按照掃描協議來協調給定掃描的開始的獲取控 制裝置。
本發明的另一個實施例提供一種用于對比度增強診斷成像的方 法。該方法包括根據多個對象參數、多個造影劑參數和多個掃描 參數來對給定的掃描對象估算預期造影劑增強值的輸送后時間；以 及施用造影劑。然后對成像掃描序列的至少一部分進行時間選擇， 以便與造影劑的輸送后預期對比度增強時間相一致。該方法還包括 在掃描序列期間適配多個造影劑參數和多個掃描參數中的至少一 個，以保持預期對比度增強和成像掃描序列的部分的時間選擇；以 及至少根據輸送后預期對比度增強時間中得到的掃描數據來重構掃 描對象的圖像。
本發明的又一個實施例包括其中存儲了指令集的計算機可讀存 儲介質。指令在由計算機執行時使計算機提示用戶輸入給定掃描患 者的患者特定信息并選擇掃描類型。還使計算機接收給定患者的造 影劑團跟蹤數據，以及根據患者特定信息、掃描類型和造影劑團跟 蹤數據來提供定義造影劑輸送和掃描序列時間選擇的個性化掃描協 議。
已經通過優選實施例描述了本發明，要認識到，除明確闡述的 方案之外，其它等效方案、備選方案和修改方案也是可行的，并且 處于所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種用于診斷成像裝置(10)的系統控制裝置(14)，包括用戶界面(20)，適于允許用戶輸入對給定掃描特定的數據；掃描對象監測器(16)，配置成監測至少一個動態掃描對象參數；掃描協議模塊(26)，經過連接以接收由用戶在所述用戶界面(20)上輸入的數據和至少一個動態掃描對象參數，并且被編程為規定掃描協議(46)以優化對比度增強；造影劑輸送裝置(18)，由所述掃描協議模塊(26)控制，以使造影劑按照所規定的掃描協議(46)輸送給掃描對象；以及獲取控制裝置(22)，配置成按照所述掃描協議(46)來協調所述給定掃描的開始。
2. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，對所 述給定掃描特定的數據包括靜態掃描對象參數(92)和掃描類型(94)這 兩者中的至少一個。
3. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所述 掃描協議(46)包括造影劑輸送協議(72)。
4. 如權利要求3所述的系統控制裝置(14),其特征在于，所述 掃描協議(46)包括與診斷成像掃描的多個注射階段對應的多個造影劑 輸送協議(72)。
5. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14),其特征在于，所述 造影劑輸送裝置(18)包括注射所述造影劑的自動造影劑注射裝置和通 知操作員關于何時施用所述造影劑的指示器這兩者中的至少 一個。
6. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所述 掃描協議模塊(26)配置成根據所述至少一個動態掃描對象參數的變化 來實時地適配所規定的掃描協議(46)。
7. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所迷 掃描協議模塊(26)配置成根據受關注區域的實時對比度增強值來實時地適配所規定的掃描協議(46)，所述增強值根據從受關注區域中得到 的掃描數據來計算。
8. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所述 掃描對象監測器(16)配置成跟蹤掃描對象中的造影劑團，作為造影劑 流動的指示器。
9. 如權利要求8所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所述 掃描協議模塊(26)配置成接收來自所述掃描對象監測器(16)的造影劑 團跟蹤數據，并根據所述造影劑團跟蹤數據來實時地觸發所述獲取 控制裝置(22)以開始所述給定掃描。
10. 如權利要求1所述的系統控制裝置(14)，其特征在于，所述 掃描協議模塊(26)和所述獲取控制裝置(22)這兩者中的至少 一 個配置 成實時調節x射線劑量、間距或CT掃描的臺架旋轉，使得CT掃描 的最大劑量的周期基本上與峰值對比度增強值相 一致。
全文摘要
本發明提供了用于確定對比度增強診斷成像的個性化掃描和注射協議(74)的系統和方法。考慮對掃描對象特定的參數(92)、注射相關參數(72)和掃描參數(94)，系統和方法可確定開始掃描序列的最佳時間選擇(46)，以確保掃描序列與預期對比度增強相一致。一些實施例還為基于造影劑團跟蹤的掃描開始的實時觸發創造了條件，并且可根據所監測的動態掃描對象參數和/或依據圖像數據確定的實際增強值來實時地適配掃描和注射協議(74)。
文檔編號A61B19/00GK101185591SQ20071019381
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月22日 優先權日2006年11月22日
發明者H·A·麥丹尼爾, M·G·莫列茲, S·E·特雷維諾 申請人:通用電氣公司