對比劑劑量模擬的制作方法

下文總體涉及基于來自對比增強的掃描的投影和/或圖像數據來模擬對比增強的圖像，并且結合針對計算機斷層攝影(CT)的具體應用加以描述。然而，下文還適用于其他成像應用，諸如X射線、C型臂體積成像、乳房斷層合成和/或其他成像。

背景技術：

譜(或多能量)CT利用以多種不同的光子能量同時采集的多個衰減值來求解光電效應、康普頓散射以及材料的質量衰減系數的(一個或多個)其他分量(例如，K邊緣)貢獻。存在若干種方法來執行多能量CT采集，例如使用多個X射線管、kVp切換、多層探測器、以及光子計數探測器。

對比增強的掃描要求施予對比劑。文獻指示已經使用各種形式的對比介質來改善醫學成像，并且指示早已認識到其價值，因為其已經被世界范圍內的成像科室的常見日常使用所證實。然而，如其他藥物，這樣的藥劑并非完全沒有風險。這樣，由于對患者的不利效應的可能性，所施予的對比劑的量是重要的限制性因子。

例如，根據2013年第9版的關于對比介質的ACR手冊，來自對比介質的施予的不利副作用從非常小的生理干擾到罕見的嚴重危及生命的情況而變化。因此，對比劑劑量應當保持低。遺憾的是，掃描協議的優化常常是受限的，因為掃描的診斷價值不應當妥協，并且在當前臨床設施中，劑量保持非常高以確保脈管結構或組織中所攝取的對比劑的足夠的可見性。

技術實現要素：

在本文中描述的各方面解決上述問題以及其他問題。

下文描述了一種根據與先前采集的對比增強的數據集相對應的現有數據來回顧性地模擬(或創建虛擬)圖像的方法，其中，所模擬的圖像或虛擬圖像比現有的對比增強的數據集具有更少的對比劑。這能夠在投影和/或圖像域中通過縮放僅對比劑數據并且根據經縮放的僅對比劑數據和/或根據經縮放的僅對比劑數據與未經縮放的非對比劑數據的組合來生成所述圖像而實現。

在一個方面中，一種方法，包括獲得從譜掃描生成的能量相關數據的集合。能量相關數據的集合包括與僅對比劑相對應的數據的子集。所述方法還包括將數據的所述子集與所述能量相關數據的其他數據分離。所述其他數據包括非對比劑數據。所述方法還包括對數據的所述子集進行縮放，以從數據的所述子集的對比劑的濃度改變數據的所述子集中的對比劑的濃度。所述方法還包括至少視覺地呈現數據的經縮放的子集。

在另一方面中，一種計算系統，包括：存儲器，其存儲針對對比劑濃度模擬模塊的指令；以及處理器，其接收能量相關數據的集合，包括對應于僅對比劑的數據的第一子集以及對應于僅非對比劑的數據的第二子集；提取對應于僅對比劑的數據的所述第一子集；改變在對應于僅對比劑的數據的所提取的第一子集中的所述對比劑的濃度；并且至少視覺地呈現數據的改變了濃度的子集。

在另一方面中，一種被編碼有計算機可讀指令的計算機可讀存儲介質。所述計算機可讀指令在由處理器運行時令所述處理器：基于來自利用所施予的對比劑濃度的掃描的掃描數據來生成具有比所施予的對比劑濃度更低的對比劑濃度的虛擬圖像。

附圖說明

本發明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅是出于圖示優選實施例的目的，并且不應當被解釋為對本發明的限制。

圖1示意性圖示了結合成像系統的具有對比劑劑量模擬模塊的范例計算系統；

圖2示意性圖示了包括投影域處理器和圖像域處理器的對比劑劑量模擬模塊的范例；

圖3示意性圖示了對比劑劑量模擬模塊的投影域處理器的范例；

圖4示意性圖示了對比劑劑量模擬模塊的圖像域處理器的范例；

圖5圖示了用于在投影域中模擬降低的對比劑圖像的范例方法；

圖6圖示了用于在圖像域中模擬降低的對比劑圖像的范例方法；

圖7結合執行反相關濾波和噪聲修改示出了范例散射圖。

具體實施方式

首先參考圖1，圖示了成像系統100，諸如計算機斷層攝影(CT)掃描器。成像系統100包括大體靜止機架102和旋轉機架104，旋轉機架104由靜止機架102可旋轉地支撐，并且關于z軸圍繞檢查區域106旋轉。諸如臥榻的對象支撐體107在檢查區域106中支撐對象或目標。對象支撐體107能夠協同掃描而移動，從而針對對象或目標的掃描而關于檢查區域106引導所述對象或目標。

輻射源108，諸如X射線管，由旋轉機架104可旋轉地支撐，隨旋轉機架104一起旋轉，并且發射穿過檢查區域106的輻射。在一個實例中，控制器控制輻射源108的平均或峰值發射電壓。這包括在積分時段內在兩個或更多個發射電壓(例如，80和140kVp、100和120kVp等)之間和/或以其他方式來切換所述發射電壓。在變型中，成像系統100包括至少兩個輻射源108，所述至少兩個輻射源108以不同的發射電壓來發射輻射。在另一變型中，輻射源108包括單個寬譜X射線管。

探測器陣列112相對于輻射源108在檢查區域106的對側對向一角度弧。探測器陣列112探測貫穿檢查區域106的輻射，并且生成指示所述輻射的投影數據。其中，所述輻射源電壓在至少兩個發射電壓之間被切換和/或兩個或更多個X射線管以兩種不同的發射電壓來發射輻射，探測器陣列112生成針對所述輻射源電壓中的每個輻射源電壓的投影數據。針對單個寬譜X射線管，探測器陣列112包括產生譜投影數據的能量分辨探測器(例如，多層光子計數等)。

重建器114重建投影數據。這可以包括將所述投影數據分解為各種能量相關的分量。一般而言，利用以兩種不同的光子能量同時采集的兩個衰減值，能夠導出光電和康普頓分量。因為兩個基函數的任意兩個線性獨立的加和跨整個衰減系數空間，諸如碘的材料能夠由兩種基材料的線性組合來表示(例如，碘和水或與碘正交的材料)。

在于2009年6月1日提交的并且題為“Spectral CT”的美國專利8442184B2中描述了合適的分解方法的范例，在此通過引用將其全文并入。在本文中還設想到了其他方法。重建器114能夠重建所述能量相關的分量中的一個或多個分量，生成對應于一個或多個不同能量的一幅或多幅圖像，和/或組合所述能量相關的分量，并且在所述整個能量譜上生成非譜(或常規)圖像數據。

計算系統122包括至少一個處理器124(例如，微處理器、中央處理單元等)，其運行存儲在計算機可讀存儲介質(“存儲器”)126中的至少一條計算機可讀指令，所述計算機可讀存儲介質不包括瞬態介質，并且包括物理存儲器和/或其他非瞬態介質。微處理器124還可以運行由載波、信號或其他瞬態介質承載的一條或多條計算機可讀指令。計算系統122還包括：(一個或多個)輸出設備128，諸如顯示器監視器、放映機等；以及(一個或多個)輸入設備130，諸如鼠標、鍵盤等。

所述至少一個計算機可讀指令包括對比劑濃度模擬模塊132。如在下文更為詳細地描述的，對比劑濃度模擬模塊132在一個實例中根據已經執行的對比劑增強的掃描的投影數據和/或圖像數據來生成對應于將已經生成的圖像的模擬或“虛擬”圖像，所述將已經生成的圖像是利用不同(較低或較高)對比劑劑量(包括無對比劑)執行的掃描。所得到的模擬或“虛擬”圖像允許醫師視覺地觀察例如較低的對比劑劑量將如何影響隨后的掃描的圖像質量。這樣，醫師能夠在獲得感興趣的圖像質量水平之前確認(例如，在組織中的血管解剖結構或對比劑攝取的足夠的可見性)，同時降低對患者的對比劑暴露，其可以緩解對比劑對患者的不利副作用。

在所圖示的實施例中，成像系統100和計算系統122被示為分離的設備。在變型中，計算系統122能夠是成像系統100的控制臺118的部分。在另一變型中，對比劑濃度模擬模塊132能夠跨不同的系統分布，包括一個或多個局部系統和/或一個或多個遠程系統。在另一變型中，對比劑濃度模擬模塊132能夠是網站和/或基于云的服務的部分。這樣的服務能夠是基于登錄的付費或免費服務。

所圖示的計算系統122處理從成像系統100獲得的投影和/或圖像數據。在變型中，所述投影和/或圖像數據是從不同的成像系統和/或數據存儲庫獲得的，諸如圖片存檔及通信系統(PACS)、放射信息系統(RIS)、醫院信息系統(HIS)、電子醫學記錄(EMR)、數據庫、服務器、成像系統、計算機和/或其他數據存儲庫。所述數據能夠經由醫學數字影像和通訊(DICOM)、健康水平7(HL7)和/或其他協議來傳輸。

圖2示意性圖示了對比劑濃度模擬模塊132的范例。在該范例中，對比劑濃度模擬模塊132包括投影域處理器202和/或圖像域處理器204、重建器206和繪制引擎208。

投影域處理器202在投影域中處理投影，包括相對于針對所述掃描所施予的對比劑劑量來降低所述投影的總體對比劑濃度，生成模擬的或較低劑量投影的集合。

圖像域處理器204處理圖像域中的重建圖像，包括相對于針對所述掃描所施予的對比劑劑量來降低每個體素的總體對比劑濃度，生成模擬的或“虛擬”圖像，其被前向投影以產生模擬的或“虛擬”投影的集合。

重建器206重建模擬的或“虛擬”投影的集合，生成具有從所述掃描修改而來的對比劑劑量水平的重建圖像數據。繪制引擎208經由諸如顯示器監視器的輸出設備128來視覺地顯示對比劑修改的圖像。

圖3示出了投影域處理器202的范例。

投影域處理器202包括材料基投影數據分離器302。材料基投影數據分離器302將所述投影分解為至少僅對比劑(例如，碘)投影和僅非對比劑投影。

投影域處理器202還包括虛擬投影生成器304。虛擬投影生成器304生成具有比所施予的對比劑劑量306更低的對比劑劑量的虛擬投影。

在一個實例中，這包括通過對應的縮放因子來對每個投影的對比劑的量進行下加權或縮小。所述縮放因子能夠是線性的和/或其他形式的，并且能夠將對比劑的濃度降低到沒有對比劑。

通過投影縮放因子406的集合來確定降低的量，所述投影縮放因子能夠包括缺省、用戶指定的和/或其他縮放因子。這包括基于預定義百分比(例如，0％、50％等)、預定義濃度(例如，以每升毫克為單位)和/或以其他方式來縮放。

重建器206(圖2)重建經處理的投影數據。這可以包括僅重建經修改的僅對比劑投影、經修改的和其他投影、僅原始(未經修改的)僅對比劑投影和/或所有原始(未經修改的)投影。

圖4示出了圖像域處理器204的范例。

圖像域處理器204包括圖像域對比劑量化器402。圖像域對比劑量化器402量化在對比劑圖像的每個體素中的對比劑的量。

圖像域處理器204還包括虛擬圖像生成器404。虛擬圖像生成器404生成具有比在所述對比劑圖像中確定的更低的對比劑劑量的模擬或“虛擬”圖像。

在一個實例中，這包括通過對應的縮放因子對每個體素的對比劑的量進行下加權或縮小。所述縮放因子能夠是線性的和/或其他形式的，并且能夠將對比劑的濃度降低到沒有對比劑。

通過體素強度縮放因子406的集合來確定降低的量，所述體素強度縮放因子能夠包括缺省、用戶指定的和/或其他縮放因子。類似地，這包括基于預定義百分比(例如，0％、50％等)、預定義濃度(例如，以每升毫克為單位)和/或以其他方式來縮放。

圖像域處理器204還包括前向投影器408。前向投影器408對對比劑修改的圖像和/或對比劑修改的圖像與一幅或多幅其他圖像的組合進行前向投影，產生對應的經修改的對比劑濃度投影數據。

重建器206(圖2)重建經處理的投影數據。這可以包括重建僅與對比劑修改的圖像相對應的投影，與對比劑修改的圖像與另一圖像的組合相對應的投影，和/或僅與原始對比劑圖像相對應的投影。

討論了各種變型。

在一個變型中，為了減輕分辨率的損失，能夠將前向投影的原始(未經修改的)投影數據和前向投影的經修改的投影數據相減，或者其之間的差能夠被加到原始投影數據。

在另一變型中，在迭代重建算法中使用所述前向投影，任選地通過對光子或電子噪聲的模擬來增強，以提供關于噪聲的更為實際的圖像。

在另一變型中，通過替換對比劑的衰減和/或其他物理參數(例如，針對能量分辨探測器的吸收譜)來評估另一對比劑的性能。

在另一變型中，能夠額外地改變管電流和/或電壓。

在另一變型中，改變僅在感興趣區域中的對比劑濃度。

在另一變型中，對比劑濃度的下降被與對不同患者的隨后的掃描結合使用，其中，關于不同患者的身體質量指數(BMI)和/或其他信息被用于調節對比劑濃度。

利用常規的(非譜)CT掃描器，從圖像數據(例如，自動地、半自動地和/或手動地)分割感興趣區域(例如，血管)，并且對比劑誘發的衰減的量(或者濃度)是基于所測量的衰減、血液或沒有對比劑的周邊組織的衰減經由校準表來近似確定的。

圖5圖示了用于在投影域中模擬降低的對比劑圖像的范例方法。

應當認識到，動作的排序并非是限制性的。這樣，本文中預期其他排序。另外，可以省略一個或多個動作和/或可以包括一個或多個額外的動作。

在502處，執行譜掃描，生成譜投影數據，其包括能量相關的投影的集合。

在504處，所述譜投影數據被分離為至少僅對比劑投影和僅非對比劑投影。

在506處，獲得了所施予的對比劑劑量。

在508處，修改僅對比劑投影的對比劑劑量，例如，通過基于預定投影縮放函數的線性縮放。

在510處，重建經修改的對比劑投影，產生對比劑修改的圖像。

在512處，任選地，重建原始對比劑投影，以產生對比劑圖像。

在514處，任選地，經修改的對比劑投影和原始非對比劑投影被組合和重建，以產生常規(非對比劑)圖像。

以上內容可以通過被編碼或嵌入在計算機可讀存儲介質上的計算機可讀指令的方式來實施，所述計算機可讀指令在由(一個或多個)計算機處理器運行時，令所述(一個或多個)處理器執行所描述的動作。額外地或備選地，所述計算機可讀指令中的至少一個由信號、載波或其他瞬態介質承載。

圖6圖示了用于在圖像域中模擬降低的對比劑圖像的范例方法。

應當認識到，動作的排序并非是限制性的。這樣，本文中預期其他排序。另外，可以省略一個或多個動作和/或可以包括一個或多個額外的動作。

在602處，執行譜掃描，生成譜投影數據，其包括能量相關的投影的集合。

在604處，所述譜投影數據被分離為至少僅對比劑投影和僅非對比劑投影。

在606處，重建對比劑投影，產生僅對比劑圖像。

在608處，確定在僅對比劑圖像中的每個體素的對比劑劑量。

在610處，例如通過基于預定體素強度縮放函數的線性縮放來修改僅對比劑圖像的每個體素的對比劑劑量。

在612處，經修改的對比劑劑量圖像被前向投影，產生經修改的對比劑劑量投影。任選地，經修改的對比劑劑量圖像能夠被首先與非對比和/或其他圖像組合。

在614處，任選地，經修改的對比劑劑量投影和非對比投影被組合和重建，以產生常規(非對比劑)圖像。

以上內容可以通過被編碼或嵌入在計算機可讀存儲介質上的計算機可讀指令的方式來實施，所述計算機可讀指令當被(一個或多個)計算機處理器運行時，令所述(一個或多個)處理器執行所描述的動作。額外地或備選地，計算機可讀指令中的至少一個由信號、載波或其他瞬態介質承載。

降低對比劑的量改變沿著線積分的總體吸收，其降低圖像數據中的噪聲。下文結合在圖7中所述的散射圖描述了如何將適當量的噪聲添加回去的非限制性范例。在圖7中，y軸702表示僅對比劑投影數據，并且x軸704表示僅非對比劑投影數據。

在分解為僅對比劑投影數據和非對比劑投影數據的點處，確定所述投影數據的方差和協方差。如在圖7中所示，相關的噪聲導致在散射圖中的樣本的細長分布706。然后，在708處，反相關濾波被應用到所述投影數據。在一個實例中，所述濾波僅濾除了相關的噪聲，使得在所述濾波之后，僅對比劑數據和非對比劑數據具有僅不相關的噪聲。這在710處在散射圖中被示出。所述噪聲分布現在應當大致是能分離的無相關的2D高斯分布)。在所述對比投影數據中的噪聲方差是Var(C)。

然后，在710處，能夠通過因子f(例如，f＝1/4)來縮小對比劑含量。作為副作用，噪聲也被縮小。為了補償對噪聲的該縮小，通過因子f²來縮放對比劑投影數據的噪聲方差，因此，對比投影數據的噪聲方差現在是f²Var(C)，如在712處的散射圖中所示的。然后，在716處，通過添加具有零均值和方差(1-f²)Var(C)的高斯白噪聲來恢復原始噪聲，產生在718處所示的散射圖。本文中也預期用于添加回噪聲的其他方法。

已參考優選的實施例描述了本發明。他人在閱讀并理解前文的詳細描述后可以想到多種修改和變動。目的是，本發明被解釋為包括全部這樣的修改和變動，只要它們落入所附權利要求或其等價方案的范圍內。