專利名稱：Ct結(jié)腸造影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及放射攝影成像，更具體地說，涉及不用服瀉藥進(jìn)行腸道準(zhǔn)備或結(jié)腸直腸區(qū)注氣來檢測(cè)患者結(jié)腸直腸區(qū)中結(jié)腸息肉的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于光子計(jì)數(shù)和/或能量鑒別計(jì)算機(jī)體層攝影(CT)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
結(jié)腸直腸癌是癌癥死亡的一個(gè)主要原因。已有數(shù)種被接受的篩選檢查技術(shù)，它們被開發(fā)來檢測(cè)潛在的癌性息肉。廣泛認(rèn)為如果這些息肉能被檢測(cè)出來并予以去除，結(jié)腸直腸癌的發(fā)病率和死亡率可以降低。
內(nèi)鏡結(jié)腸鏡檢查是檢測(cè)潛在癌性息肉所采用的常用技術(shù)。但結(jié)腸鏡檢查是侵入性的，而且對(duì)患者來說常常是很不舒服的體驗(yàn)。最近，開發(fā)了其他技術(shù)，例如CT結(jié)腸造影，其中利用計(jì)算機(jī)體層攝影原理來將患者的整個(gè)結(jié)腸或結(jié)腸直腸區(qū)成像，這些技術(shù)已表明在檢測(cè)這些潛在癌性息肉方面高度敏感。雖然CT結(jié)腸造影檢查被認(rèn)為比結(jié)腸鏡的侵入性小，但CT結(jié)腸造影需要服瀉藥的腸道準(zhǔn)備、糞便標(biāo)志和/或結(jié)腸注氣，以捕獲圖像中息肉和糞便的對(duì)比度。雖然大部分患者不會(huì)因服瀉藥的腸道準(zhǔn)備而得并發(fā)癥，但所述過程仍非常令人不快，并且是患者不遵守篩選檢查規(guī)范的一個(gè)重要因素。
而且，準(zhǔn)備不足會(huì)導(dǎo)致腸液或糞便滯留，從而模糊了檢查結(jié)果。于是，曾建議進(jìn)行兩次檢查一次在仰臥位，一次在俯臥位?；颊咴诟┡P位時(shí)獲取數(shù)據(jù)用來把任何殘留的腸液收集在底部，因而使放射員可以發(fā)現(xiàn)患者在仰臥位時(shí)被腸液掩蓋的息肉。雖然進(jìn)行兩次檢查提高了總檢出率，但增加了掃描次數(shù)，降低了患者通過速度。
所以，需要設(shè)計(jì)一種CT系統(tǒng)，它能夠在不用服瀉藥的腸道準(zhǔn)備或結(jié)腸直腸區(qū)注氣的情況下，利用息肉和糞便之間的對(duì)比度，將患者的結(jié)腸直腸區(qū)成像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是克服上述缺點(diǎn)的用于CT結(jié)腸造影的針對(duì)性方法和系統(tǒng)。本發(fā)明包括這樣的方法和系統(tǒng)，它能夠收集輻射檢測(cè)器所接收的輻射能量并表示其特性，其方法是或者通過利用能量選擇檢測(cè)器或者通過調(diào)制x射線管源的能量范圍，以非侵入方式識(shí)別結(jié)腸息肉，而不用服瀉藥的腸道準(zhǔn)備或?qū)颊叩慕Y(jié)腸直腸區(qū)注氣。
本發(fā)明適用于具有輻射能量檢測(cè)器的光子計(jì)數(shù)(PC)放射攝影系統(tǒng)，將系統(tǒng)配置成檢測(cè)給定通量率條件下的輻射能量并輸出表示所檢測(cè)輻射能量的信號(hào)。具有給定成形時(shí)間的成形器單元連接成接收電信號(hào)并調(diào)整電信號(hào)，以提供表示輻射光子能量的電脈沖。PC通道連接成接收電信號(hào)并通過可調(diào)脈沖高度鑒別器或閾值，對(duì)表示光子能量的某一高度或強(qiáng)度的電脈沖信號(hào)進(jìn)行抽樣。PC通道還配置成在抽樣時(shí)間間隔期間提供光子計(jì)數(shù)輸出。所述系統(tǒng)還包括這樣的控制器，所述控制器工作時(shí)連接到PC通道，并配置成至少隨給定通量率的而變地自動(dòng)調(diào)節(jié)成形時(shí)間。所述系統(tǒng)還包括這樣的控制器，所述控制器工作時(shí)連接到PC通道，并配置成隨給定通量率或成形時(shí)間而變地自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)脈沖高度或閾值鑒別器的靈敏度。
本發(fā)明也適用于積分能量選擇檢測(cè)器，其中將所接收的輻射記錄為兩個(gè)或兩個(gè)以上互相重疊的能量范圍，其方法是使用直接或間接轉(zhuǎn)換檢測(cè)材料，利用分層設(shè)計(jì)或互作用深度來區(qū)分能量倉(cāng)(bins)。
本發(fā)明也適用于能量積分檢測(cè)器以及調(diào)制成調(diào)節(jié)兩個(gè)或兩個(gè)以上不同能量函數(shù)光譜的x射線源。
所以，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，公開一種成像掃描器，它包括輻射源和輻射檢測(cè)器。計(jì)算機(jī)工作時(shí)連接到輻射檢測(cè)器，并將計(jì)算機(jī)編程為處理由輻射檢測(cè)器所獲得的代表第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集的x射線投影數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)集包括其能量電平不同于第二數(shù)據(jù)集的能量電平的數(shù)據(jù)。然后計(jì)算機(jī)可以將這兩個(gè)能量投影數(shù)據(jù)集分解為代表向第一基本材料和第二基本材料的投影的兩個(gè)或兩個(gè)以上投影數(shù)據(jù)集。然后可以對(duì)基本材料數(shù)據(jù)集的投影構(gòu)造進(jìn)行重構(gòu)，以便形成基本材料密度圖并用于數(shù)據(jù)集，以描繪患者結(jié)腸直腸區(qū)的組成。
按照本發(fā)明的另一方面，CT成像方法包括從患者的ROI獲取能量敏感CT數(shù)據(jù)。所述方法還包括將能量敏感CT數(shù)據(jù)分解為第一能量倉(cāng)和第二能量倉(cāng)，并以不同于對(duì)應(yīng)于來自第二能量倉(cāng)的數(shù)據(jù)的像素的方式將對(duì)應(yīng)于來自第一能量倉(cāng)的數(shù)據(jù)的像素編碼，，以捕獲ROI圖像中的對(duì)比度。
本發(fā)明還體現(xiàn)在存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序中。計(jì)算機(jī)程序包括一組指令，這些指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)可使計(jì)算機(jī)接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的能量敏感CT數(shù)據(jù)并將能量鑒別CT數(shù)據(jù)分解為至少兩個(gè)數(shù)據(jù)集。還使計(jì)算機(jī)把編碼值賦予每個(gè)數(shù)據(jù)集，并構(gòu)造利用結(jié)腸直腸區(qū)的正常和異常組織之間的對(duì)比度來重構(gòu)結(jié)腸直腸區(qū)的圖像，而無需對(duì)結(jié)腸直腸區(qū)進(jìn)行服瀉藥的腸道準(zhǔn)備。
按照另一方面，本發(fā)明包括CT系統(tǒng)，它具有輻射源和輻射檢測(cè)器。CT系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)被編程為接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第二能譜的數(shù)據(jù)，還將計(jì)算機(jī)編程為重構(gòu)具有結(jié)腸直腸區(qū)正常和異常組織之間的對(duì)比度的結(jié)腸直腸區(qū)圖像，而無需對(duì)結(jié)腸直腸區(qū)進(jìn)行服瀉藥的腸道準(zhǔn)備。
按照本發(fā)明的又一方面，公開了一種CT系統(tǒng)，它包括輻射源、輻射檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)，將計(jì)算機(jī)編程為接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第二能譜的數(shù)據(jù)。還將計(jì)算機(jī)編程為從所接收的數(shù)據(jù)中檢測(cè)并標(biāo)記結(jié)腸直腸區(qū)中靜脈注射或口服的造影劑。
按照本發(fā)明的又一方面，CT系統(tǒng)包括輻射源和輻射檢測(cè)器。還包括計(jì)算機(jī)，將計(jì)算機(jī)編程為接收從患者的結(jié)腸直腸區(qū)獲得的有關(guān)第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者的結(jié)腸直腸區(qū)獲得的有關(guān)第二能譜的數(shù)據(jù)。還將計(jì)算機(jī)編程為根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)自動(dòng)說明組織是癌性的還是非癌性的。
從以下的詳細(xì)說明和附圖，可以明白本發(fā)明的各種其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


附圖示出目前所考慮的實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
附圖中圖1是CT成像系統(tǒng)的視圖。
圖2是圖1所示系統(tǒng)的方框示意圖。
圖3是按照本發(fā)明的檢測(cè)器組件的方框示意圖。
圖4是圖解說明示范的PC檢測(cè)器的許多成形時(shí)間的信號(hào)幅度的曲線圖。
圖5是陳述按照本發(fā)明的CT結(jié)腸造影檢查的各步驟的流程圖。
圖6是其中有息肉的患者結(jié)腸直腸區(qū)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)四切片計(jì)算機(jī)體層攝影(CT)系統(tǒng)來描述本發(fā)明的工作環(huán)境。但是，本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明同樣適用于單一切片或其他多切片配置。而且，將根據(jù)x射線的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換來描述本發(fā)明。但本專業(yè)的技術(shù)人員還應(yīng)理解，本發(fā)明同樣適用于檢測(cè)和轉(zhuǎn)換其他輻射能量源。
參閱圖1和2，圖中示出計(jì)算機(jī)體層攝影(CT)系統(tǒng)10，它包括代表”第三代”CT掃描器的臺(tái)架12。臺(tái)架12具有x射線源14，后者將x射線束16投射到臺(tái)架12的相對(duì)的一側(cè)的檢測(cè)器組件18上。檢測(cè)器組件18由多個(gè)檢測(cè)器20構(gòu)成，它們一起檢測(cè)通過患者22的所述投射的x射線，每個(gè)檢測(cè)器20產(chǎn)生不僅代表照射的x射線的強(qiáng)度而且也能提供光子或x射線計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)和能量電平的電信號(hào)，因此所述電信號(hào)代表穿過患者22的衰減的射束。在進(jìn)行掃描以獲取x射線投影數(shù)據(jù)時(shí)，臺(tái)架12及其上安裝的組件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。
臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)和x射線源14的工作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26管理?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括向x射線源14提供電源和定時(shí)信號(hào)的x射線控制器28；以及控制臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置的臺(tái)架電動(dòng)機(jī)控制器30?？刂茩C(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32審查來自檢測(cè)器20的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供后續(xù)處理。圖像重構(gòu)器34接收來自DAS 32的抽樣的并數(shù)字化的x射線數(shù)據(jù)并進(jìn)行高速重構(gòu)。重構(gòu)圖像作為輸入提供到計(jì)算機(jī)36中，計(jì)算機(jī)36將圖像存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)裝置38中。
計(jì)算機(jī)36還通過具有鍵盤的控制臺(tái)40接收操作員發(fā)出的指令和掃描參數(shù)。關(guān)聯(lián)的顯示屏幕42使操作員能觀察來自計(jì)算機(jī)36的重構(gòu)圖像和其他數(shù)據(jù)。操作員提供的指令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用來向DAS32、x射線控制器28和臺(tái)架電動(dòng)機(jī)控制器30提供控制信號(hào)和信息。此外，計(jì)算機(jī)36還操作平臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制器44，所述控制器44控制電動(dòng)平臺(tái)46以便將患者22和臺(tái)架12設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢?。具體地說，平臺(tái)46使患者22的各部位移動(dòng)通過臺(tái)架開口48。
在一個(gè)實(shí)施例中，CT系統(tǒng)10是能量鑒別計(jì)算機(jī)體層攝影(EDCT)系統(tǒng)，并配置成對(duì)不同的入射x射線頻譜作出響應(yīng)。其做法是通過依次使用不同的x射線管電壓來獲取投影數(shù)據(jù)。例如，或者背對(duì)背或者隔行地進(jìn)行兩次掃描，其中x射線管例如在80kVp和160kVp工作，分別產(chǎn)生低和高的能譜?；蛘撸趚射線源14和患者22之間設(shè)置特殊的過濾器，以便使各行檢測(cè)器或者順序地或者隔行地收集不同x射線能譜的投影。另一實(shí)施例使用能量敏感光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器，以便記錄每一個(gè)到達(dá)檢測(cè)器的x射線光子的能量。又一實(shí)施例使用能量敏感檢測(cè)器，以便利用直接或間接的轉(zhuǎn)換材料，通過利用各檢測(cè)器層或互作用檢測(cè)器深度，將光子分隔成可以重疊的兩個(gè)或兩個(gè)以上能量倉(cāng)。
EDCT可以減輕或消除諸如缺少能量鑒別或材料特性等與某些CT系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的問題。沒有物體散射時(shí)，EDCT系統(tǒng)10可以用來分別檢測(cè)入射光子能譜的兩個(gè)區(qū)域，即，入射x射線能譜的低能量和高能量部分。任何其他能量條件下的行為可以根據(jù)來自這兩個(gè)能量區(qū)域的信號(hào)導(dǎo)出。這種現(xiàn)象是由以下基本事實(shí)產(chǎn)生的在CT所關(guān)注的能量區(qū)域，有兩種物理過程主導(dǎo)x射線的衰減(1)康普頓散射和(2)光電效應(yīng)。為了表示引起x射線束衰減的物體的性能特性，要測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立參數(shù)。所以，來自兩個(gè)能量區(qū)域的檢測(cè)信號(hào)提供了足夠的信息來判定被成像物體的能量相關(guān)性，因此可以說明材料的組成特性。
用于EDCT的數(shù)據(jù)分析包括康普頓和光電分解和/或基本材料分解(BMD)。在康普頓和光電分解中，產(chǎn)生一對(duì)圖像，分別代表康普頓和光電過程的衰減，而不是獲取一個(gè)圖像來說明重構(gòu)的CT圖像中的總衰減系數(shù)。而且，在處理中稍作改動(dòng)就可產(chǎn)生代表密度和有效原子數(shù)的圖像。BMD方法基于以下概念任何給定材料在能量范圍內(nèi)的x射線衰減可以用其它兩種已知材料的密度混合物的線性組合來代表。這兩種材料稱為基本材料。利用BMD，獲得兩個(gè)重構(gòu)圖像，每個(gè)圖像代表一種基本材料的等效密度。由于密度與x射線光子能量無關(guān)，這些圖像就比較不會(huì)有射束硬化失真。此外，這樣選擇基本材料以便以所關(guān)注的材料為目標(biāo)，所以增強(qiáng)了圖像對(duì)比度。
應(yīng)當(dāng)指出，為了利用光子計(jì)數(shù)優(yōu)化不進(jìn)行能量鑒別的多能量CT系統(tǒng)，x射線頻譜中能量分隔越大，圖像質(zhì)量越好。而且，在這兩個(gè)能量區(qū)域中的光子統(tǒng)計(jì)應(yīng)可比擬，否則，具有減少的統(tǒng)計(jì)信息的能量區(qū)域?qū)⒅鲗?dǎo)重構(gòu)圖像中的噪聲。
有不同的方法來獲得雙能量測(cè)量(1)用兩個(gè)有區(qū)別的能譜掃描；(2)按照檢測(cè)器上的穿透深度檢測(cè)光子能量；或(3)利用能量鑒別進(jìn)行光子計(jì)數(shù)。光子計(jì)數(shù)提供清晰的頻譜分隔和用于平衡光子統(tǒng)計(jì)的可調(diào)能量分隔閾值。
雖然本發(fā)明可適用于上述每種方法，但是將根據(jù)多能量系統(tǒng)來進(jìn)一步說明本發(fā)明，所述系統(tǒng)具有能量鑒別輻射檢測(cè)器，能夠?qū)庾邮录?jì)數(shù)并將能量電平與光子事件相關(guān)聯(lián)。為了克服這些檢測(cè)器的飽和，可以使用許多飽和技術(shù)。以下說明一種此類技術(shù)。
一般將高靈敏度光子技術(shù)檢測(cè)器構(gòu)造造成具有較低的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于光子技術(shù)檢測(cè)器的應(yīng)用，這通常是可以接受的，因?yàn)楦咄壳闆r通常不會(huì)發(fā)生。在CT檢測(cè)器設(shè)計(jì)中，通過物體的低通量檢測(cè)器讀數(shù)通常伴隨有空氣中的高輻射區(qū)域，和/或在掃描對(duì)象的輪廓范圍內(nèi)要求CT檢測(cè)器具有非常大的動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)。此外，在這些高通量區(qū)域中對(duì)光子的精確測(cè)量不像在低通量區(qū)域中那么嚴(yán)格，在低通量區(qū)域中每個(gè)光子都構(gòu)成收集的總光子統(tǒng)計(jì)的一個(gè)組成部分。盡管較高的通量區(qū)域具有較少的臨床或診斷價(jià)值，但是利用超過量程或飽和的檢測(cè)器通道數(shù)據(jù)重構(gòu)的圖像易于有失真。所以，對(duì)高通量情況的處理也很重要。
X射線通量管理控制器用來防止其檢測(cè)器通道以低動(dòng)態(tài)范圍為特征的PC x射線系統(tǒng)的飽和。檢測(cè)器通道的動(dòng)態(tài)范圍定義了檢測(cè)器可以處理的x射線通量范圍，以便在低通量端提供有意義的數(shù)據(jù)，且在高通量端不會(huì)超過量程或飽和。盡管需要防止超過量程并提供對(duì)診斷有價(jià)值的數(shù)據(jù)，但低通量情況(通常在對(duì)較厚的截面和x射線透射有限的其它區(qū)域成像時(shí)發(fā)生)的處理在檢測(cè)器設(shè)計(jì)中也很關(guān)鍵。所以，本文所述的X射線通量管理控制器設(shè)計(jì)成滿足高通量和低通量這兩種情況。
一般來說，光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器的工作的特征在于具有固定的成形時(shí)間曲線。成形時(shí)間曲線定義了電荷積分時(shí)間(單事件信號(hào)電平)和檢測(cè)器通道恢復(fù)時(shí)間之間的關(guān)系或平衡，一般能提供可接受的PC計(jì)數(shù)速率、噪聲抑制以及能量分辨率。通常，將檢測(cè)器通道構(gòu)造造成具有有利于低通量率情況的成形時(shí)間。就是說，對(duì)于低通量率情況(它轉(zhuǎn)換為較少的x射線光子)較長(zhǎng)的成形時(shí)間較為可取，以便對(duì)整個(gè)光子電荷云積分且SNR被優(yōu)化。對(duì)于積分整個(gè)光子云所需的時(shí)間通常具有較少的限制。由于這種情況的特點(diǎn)是低通量，在積分或抽樣整個(gè)光子云時(shí)檢測(cè)器通道不大可能飽和。另一方面，固定的時(shí)間成形雖有利于低通量率，但對(duì)高通量情況就不適當(dāng)了。此外，如果將時(shí)間成形固定為符合或?qū)?yīng)于高通量率情況，那么在低通量率情況時(shí)對(duì)SNR和能量分辨率就會(huì)有負(fù)面影響。
因此，將CT系統(tǒng)設(shè)計(jì)為以動(dòng)態(tài)和自動(dòng)的方式控制檢測(cè)器通道的成形時(shí)間，以便能最好應(yīng)對(duì)低通量以及高通量率的情況?，F(xiàn)參閱圖3，圖中示出適用于本發(fā)明的x射線檢測(cè)系統(tǒng)50的示意方框圖。系統(tǒng)50包括PC通道50，后者連接成接收來自檢測(cè)器元件54的電信號(hào)。檢測(cè)器54構(gòu)造造成檢測(cè)由x射線源投射并由對(duì)象(例如患者)衰減的x射線16。應(yīng)理解，本發(fā)明適用于γ射線和其它形式的射線攝影能量。
PC通道52包括低噪聲/高速電荷放大器56，后者連接成接收來自檢測(cè)器元件54的電信號(hào)。然后將放大器56的放大的輸出信號(hào)輸入到信號(hào)成形器58，信號(hào)成形器58構(gòu)造造成從電信號(hào)中提取各個(gè)光子事件。能量電平鑒別器60連接到信號(hào)成形器58，并設(shè)計(jì)成根據(jù)光子相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)閾值的脈沖高度能量電平來濾過光子。為此，能量電平在所需范圍外的光子就被排除在計(jì)數(shù)和圖像重構(gòu)處理之外。至少，鑒別器60設(shè)計(jì)成排除掉能量電平對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中噪聲的那些光子?？梢钥紤]使用多個(gè)閾值來定義能量電平范圍。計(jì)數(shù)元件62接收未被能量電平鑒別器60濾掉的那些光子，并構(gòu)造成對(duì)檢測(cè)器接收的光子數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)并提供相應(yīng)的輸出64。如以下所述，并且與已知的PC通道相反，PC通道52的工作是由可變成形時(shí)間控制的。
PC通道52在工作時(shí)連接到控制器66，控制器66包括成形時(shí)間控制器68，并且最好包括能量電平控制器70。雖然控制器66最好包括能量電平控制器70，但可以預(yù)期沒有它本發(fā)明也可以實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，PC通道52包括有源過濾器，后者的工作定義通道的成形時(shí)間。在這方面，可以調(diào)節(jié)有源過濾器的電阻和電容特性，以便控制通道的成形時(shí)間特性。
將成形時(shí)間控制器68連接到PC通道52，并將其設(shè)計(jì)成根據(jù)反饋環(huán)路72上所接收的光子計(jì)數(shù)反饋來調(diào)節(jié)PC通道52的成形時(shí)間特性。更具體地說，當(dāng)檢測(cè)器元件暴露于由所計(jì)數(shù)的光子數(shù)量64所度量的低x射線通量時(shí)，成形時(shí)間控制器68增加通道的成形時(shí)間。相反，當(dāng)檢測(cè)器元件54上的x射線通量增加時(shí)，時(shí)間成形控制器減小PC通道52的時(shí)間成形或抽樣窗口。
這樣，當(dāng)檢測(cè)器經(jīng)歷較高的x射線通量時(shí)，PC通道用來抽樣光子電荷云的時(shí)間量減少。于是，相對(duì)于光子電荷云來說，測(cè)定的是較不精確的光子和能量鑒別數(shù)據(jù)，但通道以一種足可避免超過量程的速率恢復(fù)。關(guān)于這點(diǎn)，由于使成形時(shí)間或抽樣窗口減小，就數(shù)據(jù)而言檢查更多的光子(即對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù))，而每個(gè)被檢測(cè)的光子提供不太精確的能量鑒別信息。而且，在高通量情況下，每個(gè)個(gè)體光子具有較少的重要性，總體系統(tǒng)性能和圖像質(zhì)量最少受減小的SNR的影響。另一方面，當(dāng)檢測(cè)器經(jīng)受較低的x射線通量時(shí)，PC通道用來抽樣光子電荷云所用的時(shí)間量加長(zhǎng)，這就允許有足夠的時(shí)間來抽樣整個(gè)光子電荷云，并獲得比較精確的光子計(jì)數(shù)和能量鑒別數(shù)據(jù)。
如上述，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器66包括能量電平控制器70。由于所測(cè)量的光子信號(hào)電平隨通道成形時(shí)間而變，所以將自動(dòng)能量鑒別器能量電平控制器70連接到成形時(shí)間控制器68和PC通道52上，對(duì)成形時(shí)間的調(diào)節(jié)作出響應(yīng)，調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)通道52的能量電平閾值。通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐ǖ佬?zhǔn)，具有可接受的或已減小的能量電平的光子被計(jì)數(shù)，以確保有線性能量響應(yīng)，而與通道成形時(shí)間和計(jì)數(shù)速率無關(guān)。
現(xiàn)參閱圖4，圖中示出示范的PC通道的若干成形時(shí)間曲線的多條振幅曲線。減少成形時(shí)間可提高潛在的計(jì)數(shù)速率，但是，如圖所示，卻減小了信號(hào)振幅和增加了噪聲。具體地說，將曲線74所定義的時(shí)間成形調(diào)節(jié)到由曲線76所定義的時(shí)間成形提高了潛在的計(jì)數(shù)速率，但在計(jì)數(shù)光子的集體信號(hào)強(qiáng)度上引起反向相關(guān)下降，且對(duì)SNR有負(fù)面影響。進(jìn)一步減少成形時(shí)間，即從曲線76到曲線78，會(huì)進(jìn)一步增加計(jì)數(shù)速率的潛能，但信號(hào)強(qiáng)度和SNR會(huì)有更多的下降。
本發(fā)明還針對(duì)利用如結(jié)合圖1-4所述的CT系統(tǒng)獲取的能量鑒別CT數(shù)據(jù)來捕獲患者結(jié)腸直腸區(qū)中息肉和糞便之間對(duì)比度的CT結(jié)腸造影。如上所述，關(guān)鍵的是在高x射線通量情況下防止能量鑒別檢測(cè)器飽和或超過量程，以便使給定輻射檢測(cè)器的輸出可以用于圖像重構(gòu)。此前，已說明用于防止輻射檢測(cè)器超過量程的一種可變成形數(shù)據(jù)控制器。但是可以預(yù)期，本發(fā)明適用于這樣的CT系統(tǒng)，所述CT系統(tǒng)包括用來防止輻射檢測(cè)器在高通量情況下超過量程的其它技術(shù)或機(jī)構(gòu)(包括但不限于動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直、動(dòng)態(tài)雙電流控制和可變形狀的蝴蝶結(jié)形過濾器)。關(guān)于這點(diǎn)，能量敏感或鑒別CT數(shù)據(jù)避免了利用傳統(tǒng)CT系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)的固有不確定性。就是說，眾所周知，衰減特性不同的材料或材料混合物，如果密度值不同，則可以產(chǎn)生相同的CT或Houndsfield值，使得不同材料中的衰減和密度的乘積相等。就是說，關(guān)于給定圖像體素的CT值是照射到輻射檢測(cè)器的光子數(shù)以及所接收的x射線能量電平的函數(shù)。
對(duì)比之下，本文所述的CT系統(tǒng)能夠?qū)λ邮盏墓庾訑?shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，也能確定每個(gè)所接收的或計(jì)數(shù)的光子的能量電平。以下將更詳細(xì)地說明，從光子計(jì)數(shù)以及所計(jì)數(shù)光子的能量電平，不僅能測(cè)定成像材料的密度而且能確定成像材料的類型。所述信息還可以用來區(qū)別糞便與息肉或者造影劑(例如靜脈注射的碘和/或口服的硫酸鋇劑)與CT值特性類似的其它組織。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解，靜脈注射的碘進(jìn)入息肉或結(jié)腸壁，而口服的硫酸鋇進(jìn)入糞便。本發(fā)明適用于每種情況，并可以用來區(qū)分未增強(qiáng)組織和對(duì)比度增強(qiáng)的組織。還有，本發(fā)明可以用于區(qū)別提供到不同部位或組織的不同造影劑。
現(xiàn)參閱圖5，對(duì)按照本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)腸照影成像過程加以說明。所述過程80在82開始，開處方進(jìn)行CT檢查，以從患者的結(jié)腸直腸區(qū)獲取CT數(shù)據(jù)。在84，進(jìn)行與在82建立的參數(shù)一致的CT掃描，獲取能量敏感CT數(shù)據(jù)的投影。如上所述，能量敏感CT數(shù)據(jù)包括光子計(jì)數(shù)以及能量電平信息。由于所獲取的CT數(shù)據(jù)包括光子計(jì)數(shù)以及能量電平信息，所以本發(fā)明考慮到在86將投影和閾值進(jìn)行比較，以便將投影數(shù)據(jù)分(bin)為一個(gè)或多個(gè)能量倉(cāng)。于是，在88，將投影和閾值進(jìn)行比較。根據(jù)投影數(shù)據(jù)相對(duì)于閾值在何處下降，將投影分類到第一能量倉(cāng)90或第二能量倉(cāng)92中。在一個(gè)所考慮的實(shí)例中，能量倉(cāng)對(duì)應(yīng)于從造影劑獲得的數(shù)據(jù)以及從水中獲得的數(shù)據(jù)。雖然圖5中僅示出兩個(gè)能量倉(cāng)，但是可以預(yù)期使用多于兩個(gè)能量倉(cāng)或分類來分解能量敏感CT數(shù)據(jù)。還可以預(yù)期，如上所述，兩個(gè)或兩個(gè)以上能量倉(cāng)也可通過其它機(jī)制來獲得，例如通過調(diào)節(jié)峰值電壓(kVp)或通過使用特殊的過濾器材料來調(diào)制x射線管的能譜等。
一旦對(duì)能量倉(cāng)進(jìn)行計(jì)算，能量倉(cāng)就被分解為代表兩個(gè)基本材料94的投影CT數(shù)據(jù)。對(duì)兩個(gè)投影數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，形成第一材料96和第二材料98的密度值重構(gòu)圖像?？紤]到作為將能量倉(cāng)分解為兩種基本材料的替代，可將能量倉(cāng)分解為另一正交基本函數(shù)集，例如有效原子數(shù)和密度，或光電和康普頓散射成分。一旦基本材料密度值可用，此二維信息就可用于根據(jù)二維基本材料密度數(shù)據(jù)100來區(qū)分在結(jié)腸直腸區(qū)所發(fā)現(xiàn)的材料。二維數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)CT處理技術(shù)可用的一維數(shù)據(jù)具有更多的信息。而且，所述分解技術(shù)可以分離CT值相同但因化學(xué)成分不同而在基本材料二維圖像上顯示不同的材料。關(guān)于這點(diǎn)，材料之間更強(qiáng)的對(duì)比度是利用材料基本分解而產(chǎn)生的。所述過程在102完成，顯示圖像，供放射人員或其它保健人員進(jìn)行評(píng)估。圖像的顯示可以包括數(shù)據(jù)的附加后處理，以產(chǎn)生色彩編碼的圖像，亮顯具體化學(xué)成分的材料。
在上述實(shí)例中，將能量倉(cāng)設(shè)計(jì)成從對(duì)應(yīng)于口服造影劑的數(shù)據(jù)中分隔對(duì)應(yīng)于水的數(shù)據(jù)。關(guān)于這點(diǎn)，相應(yīng)的投影將被重構(gòu)，形成代表服用的造影劑密度以及圖像中存有的水的密度。這樣，圖像中注有造影劑的區(qū)域就可以比單單依靠CT值密度更容易地與正常組織區(qū)分開。而且，可以對(duì)不同組織進(jìn)行分類和分隔，并最終進(jìn)行差別權(quán)重，以使圖像中的組織區(qū)分更易于查明，即使與組織和/或造影劑相關(guān)聯(lián)的CT值相等。關(guān)于這點(diǎn)，重構(gòu)圖像中的每個(gè)像素可以用一個(gè)數(shù)值編碼，在圖像重構(gòu)時(shí)用于區(qū)分是在給定像素中成像的還是在另一像素中成像的。還可以預(yù)期，不用復(fù)合圖像，而可重構(gòu)僅有結(jié)腸息肉的圖像。就是說，根據(jù)與光子計(jì)數(shù)和能量鑒別數(shù)據(jù)一致的組織差異，將對(duì)應(yīng)于結(jié)腸息肉的數(shù)據(jù)隔離開并用于圖像重構(gòu)，而非息肉數(shù)據(jù)被設(shè)定為后臺(tái)(背景)電平。
現(xiàn)參閱圖6，圖中示意地示出對(duì)象的結(jié)腸直腸區(qū)，包括結(jié)腸直腸區(qū)104中被糞便108包圍的息肉106。在優(yōu)選實(shí)施例中，結(jié)腸直腸區(qū)在獲取CT數(shù)據(jù)之前不注氣或服瀉藥的腸道準(zhǔn)備。但是可以預(yù)期，可以使用諸如靜脈注射的碘或口服硫酸鋇等造影劑來進(jìn)一步捕獲結(jié)腸直腸區(qū)中潛在的癌性組織和正常組織的結(jié)腸息肉之間的對(duì)比度。眾所周知，可以選擇易于被結(jié)腸直腸區(qū)中的癌性細(xì)胞吸收但不為其它組織吸收的造影劑。這樣，結(jié)腸直腸區(qū)中的癌性或其它病理異常就會(huì)形成造影劑積聚池，可以用來識(shí)別潛在的癌性結(jié)腸息肉。關(guān)于這點(diǎn)，通過獲取和分解能量敏感和/或能量鑒別CT數(shù)據(jù)，就可以自動(dòng)識(shí)別結(jié)腸直腸區(qū)中的惡性息肉。就是說，材料基本密度值能夠指示出針對(duì)癌性細(xì)胞的造影劑存在于息肉中，不同于CT數(shù)相似的自然發(fā)生的組織。例如，可以將材料基本值與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查用表進(jìn)行比較，并根據(jù)所述比較來識(shí)別所述基本值是結(jié)腸息肉或是糞便。此外，通過對(duì)材料密度值與重構(gòu)圖像中的鄰近值進(jìn)行比較，就可以確定已識(shí)別或檢測(cè)的結(jié)腸息肉的大小和形狀。關(guān)于這點(diǎn)，可以利用重構(gòu)圖像所選部分的CT值、形狀、肌理和材料成分等來實(shí)施檢測(cè)過程，以自動(dòng)檢測(cè)結(jié)腸息肉并標(biāo)示其特性。
所以，本發(fā)明包括成像掃描器。成像掃描器包括輻射源和輻射檢測(cè)器。計(jì)算機(jī)在工作時(shí)連接到輻射檢測(cè)器，并將其編程為將輻射檢測(cè)器獲取的CT數(shù)據(jù)分解為第一數(shù)據(jù)集和第二數(shù)據(jù)集，以描繪患者結(jié)腸直腸區(qū)的組成。第一數(shù)據(jù)集包括其能量電平不同于第二數(shù)據(jù)集的能量電平的數(shù)據(jù)。
有一種CT系統(tǒng)，它從患者的ROI獲取能量敏感CT數(shù)據(jù)。所述方法還包括將能量敏感CT數(shù)據(jù)分解為第一能量倉(cāng)和第二能量倉(cāng)，并且以不同于對(duì)應(yīng)于第二能量倉(cāng)數(shù)據(jù)的像素的方式對(duì)對(duì)應(yīng)于第一能量倉(cāng)數(shù)據(jù)的像素進(jìn)行編碼，以便捕捉ROI圖像中的對(duì)比度。
本發(fā)明還包括存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序包括一組指令，這些指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)可使計(jì)算機(jī)接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的能量敏感CT數(shù)據(jù)，并將能量鑒別CT數(shù)據(jù)分解為至少兩個(gè)數(shù)據(jù)集。還使計(jì)算機(jī)把編碼值賦予每個(gè)數(shù)據(jù)集，并重構(gòu)具有結(jié)腸直腸區(qū)的正常和異常組織之間的對(duì)比度的結(jié)腸直腸區(qū)圖像，而無需對(duì)結(jié)腸直腸區(qū)注氣。
此外，本發(fā)明包括這樣的CT系統(tǒng)，它具有輻射源和輻射檢測(cè)器。所述CT系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)編程為接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第二能譜的數(shù)據(jù)。還將計(jì)算機(jī)編程為重構(gòu)具有第一能譜的數(shù)據(jù)和第二能譜的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比度的結(jié)腸直腸區(qū)圖像。
而且，按照本發(fā)明，公開了一種CT系統(tǒng)，它包括輻射源、輻射檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)編程為接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者結(jié)腸直腸區(qū)獲得的第二能譜的數(shù)據(jù)。還將計(jì)算機(jī)編程為從所分解的數(shù)據(jù)中檢測(cè)結(jié)腸直腸區(qū)中已標(biāo)記的造影劑。
本發(fā)明還包括一種CT系統(tǒng)，它具有輻射源和輻射檢測(cè)器。所述CT系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，將計(jì)算機(jī)編程為接收從患者的結(jié)腸直腸區(qū)獲得的有關(guān)第一能譜的數(shù)據(jù)和接收從患者的結(jié)腸直腸區(qū)獲得的有關(guān)第二能譜的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)還編程為將能量敏感數(shù)據(jù)分解為材料基本功能數(shù)據(jù)。還將計(jì)算機(jī)編編程為根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)自動(dòng)標(biāo)示組織是癌性的還是非癌性的。
已就優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說明，應(yīng)認(rèn)識(shí)到除以上明確說明的之外，等效物、替換和修改都是可以的并在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種成像掃描器(10)，它包括輻射源(14)；輻射檢測(cè)器(18)；以及計(jì)算機(jī)(36)，所述計(jì)算機(jī)被編程為將所述輻射檢測(cè)器(18)獲取的CT數(shù)據(jù)分解為第一數(shù)據(jù)集(90)和第二數(shù)據(jù)集(92)，以描繪患者(22)結(jié)腸直腸區(qū)(104)的組成，其中所述第一數(shù)據(jù)集(90)包括其能量電平不同于所述第二數(shù)據(jù)集(92)的能量電平的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為重構(gòu)患者(22)的所述結(jié)腸直腸區(qū)(104)的具有糞便和息肉(106)之間的對(duì)比度的圖像(102)。
3.如權(quán)利要求2所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為顯示具有糞便和息肉之間的彩色編碼區(qū)別(100)的所述圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為這樣分解所述CT數(shù)據(jù)(94)，使得所述第一數(shù)據(jù)集(90)包括對(duì)應(yīng)于水的數(shù)據(jù)，而所述第二數(shù)據(jù)集(92)包括對(duì)應(yīng)于造影劑的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為從所述分解的CT數(shù)據(jù)中自動(dòng)地確定在所述結(jié)腸直腸區(qū)(104)中存在結(jié)腸息肉(106)。
6.如權(quán)利要求5所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為將材料基本密度對(duì)(94)與查用表進(jìn)行比較，并從所述比較中確定所述成像的部分是否對(duì)應(yīng)于結(jié)腸息肉。
7.如權(quán)利要求6所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為在無需對(duì)患者(22)進(jìn)行服瀉藥的腸道準(zhǔn)備或結(jié)腸直腸區(qū)(104)注氣的情況下，通過對(duì)結(jié)腸息肉進(jìn)行檢測(cè)來將所述患者(22)的所述結(jié)腸直腸區(qū)(104)成像。
8.如權(quán)利要求1所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為對(duì)以不同于對(duì)應(yīng)于所述第二數(shù)據(jù)集(92)的數(shù)據(jù)的像素的形式對(duì)應(yīng)于所述第一數(shù)據(jù)集(90)數(shù)據(jù)的像素進(jìn)行編碼，以便增強(qiáng)所述患者(22)的所述結(jié)腸直腸區(qū)(104)圖像中的對(duì)比度。
9.所述成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為重構(gòu)包括CT圖像數(shù)據(jù)和二維基本材料數(shù)據(jù)的單一圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的成像掃描器(10)，其中所述計(jì)算機(jī)(36)還編程為根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)集(90)的數(shù)據(jù)和所述第二數(shù)據(jù)集(92)的數(shù)據(jù)自動(dòng)地說明組織是癌性的還是非癌性的。
全文摘要
提出了CT結(jié)腸造影的方法(80)和系統(tǒng)(10)，包括從患者(22)的結(jié)腸直腸區(qū)(104)獲取能量敏感或能量鑒別CT數(shù)據(jù)。獲取CT數(shù)據(jù)并將其分解為材料密度圖(96，98)，并且所述CT數(shù)據(jù)用來區(qū)分結(jié)腸直腸區(qū)(104)中各種組織并增強(qiáng)結(jié)腸直腸區(qū)(104)中各種組織之間的對(duì)比度。本發(fā)明特別適用于無需進(jìn)行服用瀉藥的腸道準(zhǔn)備或結(jié)腸直腸區(qū)(104)注氣來檢測(cè)結(jié)腸息肉(106)。本發(fā)明還針對(duì)結(jié)腸息肉(106)的自動(dòng)檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1775177SQ200510125179
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者D·沃爾特, K·L·皮亞克塞克 申請(qǐng)人:通用電氣公司