專利名稱：用于雙源ct的基于多圖像虛擬非對比圖像增強的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及雙源計算斷層攝影(CT)成像，具體而言涉及通過雙源CT掃描獲取 的虛擬非對比圖像的增強。
背景技術(shù)：
雙源計算斷層攝影(DSCT)在2005年的引入是CT成像領(lǐng)域的重要改進。同時 工作的兩個X射線源使得能夠進行心率獨立時間分辨率和例行螺旋雙能量成像。對比劑 (contrast media)的精確遞送是對比增強CT程序的關(guān)鍵部分。雙源CT掃描儀允許通過在 僅一半旋轉(zhuǎn)中獲取完整的CT切片而允許較高的時間分辨率，由此減少高心率下的運動模 糊并潛在地允許較短的屏住呼吸時間。典型的雙源CT掃描儀具有彼此成直角的兩個X射線源。用單源CT掃描儀， X射線源/檢測器系統(tǒng)必須獲得180度的數(shù)據(jù)投影以拍攝心臟圖像。用雙源CT，兩個源 /檢測器組合中的每一個只須行進90度，因此使速度加倍，以獲取心臟的診斷圖像。另 外，掃描儀上的濾波器可以使輻射擴散遠離病人。該特征加上減少的曝光時間與64切片 CT相比可以將輻射減少高達75%。雙源CT可以提供相對于傳統(tǒng)CT掃描儀的新功能。雙源CT掃描使得能夠在不 需要對病人實施β-受體阻滯劑(bata-blockers)以減慢心率的情況下獲取心臟圖像。即 使在靜止時，約每分鐘搏動次數(shù)(bpm)為70-75次的心搏對于單源CT掃描儀、甚至64 片CT掃描儀而言過快，而不能在沒有運動偽像的情況下使心臟可視化。結(jié)果，已對具有 大于60-65bpm的心搏的病人提供β -受體阻滯劑以減慢其心率。除其速度之外，雙源CT提供更好地表征軟組織的能力。由于X射線吸收是與 能量相關(guān)的，所以改變X射線源的能量水平導(dǎo)致材料專有的衰減變化。用同時在不同的 能量水平下掃描的兩個X射線源，雙源CT掃描儀同時獲取具有不同衰減水平的兩個數(shù)據(jù) 集。使用雙能量技術(shù)，可以將一個管設(shè)置在120kVp，同時將另一個設(shè)置在80kVp。在 那兩個能量水平下，鈣和對比劑將不會具有相同的亨氏(Hounsfield)單位衰減。重構(gòu)圖 象可以減去鈣或?qū)Ρ葎瑢嵸|(zhì)上產(chǎn)生虛擬非對比圖像。材料專有的衰減差異可以促進不 同組織類型的分類并可以幫助不同類型的動脈粥樣硬化斑例如鈣化和非鈣化斑的表征和 區(qū)別。這可以改善心血管病患者的危險分層(risk stratification)。同樣地，雙能量掃描可以去除妨礙可視化的結(jié)構(gòu)，諸如頭的CTA中的顱底處的 骨頭。當前的軟件可以去除該骨頭，但其不消除相關(guān)的紋理偽像(streak artifact)。雙能量掃描可以將骨頭剝離，如同其不在那里一樣，不留下偽象。雙能量掃描還可以改善諸 如大腦或心臟的器官和腫瘤的灌注成像?？梢詫D像重構(gòu)為僅顯示碘已行進到哪里，并 且像素強度可以標記灌注程度。當前的CT灌注成像要求重劑量的輻射。雙能量技術(shù)可 以減少該輸出。如上所述，虛擬非對比成像(VNC)是雙源CT掃描的新功能。用具有注入的對 比劑的僅一次CT掃錨，可以同時獲得分別來自高和低X射線能譜的兩個圖像(即，Ih和 IL?？梢匀缦掠霉奖硎具@些圖像Ih(X) = a(x) · Ivnc(X)+b(X) · Ic(χ)，IL(X) =c(x) · Ivnc (x)+d (χ) · Ic (χ)，其中，Ivnc是沒有對比劑的人體組織，Ic是從對比劑得到的圖像，χ是圖像中的 像素，并且a、b、c、d是在有或沒有對比劑的情況下的不同組織材料對高和低能量X射 線的已知吸收系數(shù)?？梢匀缦聦Ρ葎﹫D像與人體組織分離(抑制χ依賴性)
權(quán)利要求
1.一種用于增強虛擬非對比圖像的方法，包括步驟接收使用雙掃描CT裝置獲取的一對計算斷層攝影(CT)圖像；使用已知組織衰減系數(shù)根據(jù)所述一對CT圖像來計算虛擬非對比圖像；估計用于相同類型的所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第一點 處的組織和所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第二點處的組織的條 件概率分布；估計用于不同類型的所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第一點 處的組織和所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第二點處的組織的條 件概率分布；根據(jù)所述條件概率分布來計算相同類型的所述第一點和所述第二點處的組織的后驗 概率；以及使用相同類型的所述第一點和所述第二點處的組織的后驗概率來計算增強虛擬非對 比圖像。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，以比所述一對圖像中的第二圖像高的能量獲取所述一對 圖像中的第一圖像，其中，每個圖像包括在點的N維柵格上定義的多個強度。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，相同類型的所述第一點處和所述第二點處的組織的所述 后驗概率是, ,W、n(C 尸(|0(y)-O(X)IK = ^)_^P{Ax^y\\\0{y)-0(X}\)=。φω_呦H = )+(1 —^叫丨咖―唰丨丨毛岣)其中，P(||0(y)-0(x)|||Xx= λγ)是用于相同類型的所述第一點處和所述第二點處的 組織的所述條件概率分布，P(||0(y)-0(x)|||Xx^ λγ)是用于不同類型的所述第一點處和 所述第二點處的組織的所述條件概率分布，y是所述第一點，χ是所述第二點，0(p)是 由點P處的第一圖像的強度、點ρ處的第二圖像的強度、和點ρ處的虛擬非對比圖像的強 度形成的矢量，λ p是點ρ處為特定類型的組織的可能性，其中，ρ是y或χ，并且c表示 預(yù)定先驗概率PUx= λ)。
4.權(quán)利要求2的方法，其中，所述增強虛擬非對比圖像被計算為 YjImAy)-ρ(λχ= Xy \\0{y)-0{x\)—則)，其中，~是點χ處的所述增強虛刪I me (I)比圖像的強度，Ι·。)是點y處的所述虛擬非對比圖像的強度，P(||0(y)-0(x)|||Ax = λγ)是相同類型的所述第一點處和所述第二點處的組織的所述后驗概率，y是所述第一 點，χ是所述第二點，0(p)是由點ρ處的第一圖像的強度、點ρ處的第二圖像的強度、 和點ρ處的虛擬非對比圖像的強度形成的矢量，并且λp是點ρ處為特定類型的組織的可 能性，其中，ρ是y或χ。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，用于相同類型的所述第一點處和所述第二點處的組織的 所述條件概率分布是高斯分布。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，用于不同類型的所述第一點處和所述第二點處的組織的 所述條件概率分布是均勻分布。
7.權(quán)利要求2的方法，其中，所述虛擬非對比圖像I·被計算為/we^ad -be其中，a和c分別是用于第一和第二圖像的虛擬非對比圖像的組織衰減系數(shù)，并且b和d 分別是在存在用于第一和第二圖像的對比劑的情況下的組織衰減系數(shù)。
8.一種用于增強虛擬非對比圖像的方法，包括步驟接收使用雙掃描CT裝置獲取的一對計算斷層攝影(CT)圖像，其中，以比所述一對 圖像中的第二圖像高的能量獲取所述一對圖像中的第一圖像，其中，每個圖像包括在點 的N維柵格上定義的多個強度；使用已知組織衰減系數(shù)根據(jù)所述一對CT圖像來計算虛擬非對比圖像；棚⑵^一剛)來計算增強虛擬非對比隱，其中’風Twe(X)是點X處的所述增強虛擬非對比圖像的強度，是點y處的所述虛擬非對比 圖像的強度，P(||0(y)-0(x)|||Xx= λγ)是相同類型的所述第一點處和所述第二點處的組 織的后驗概率，y是所述第一點，χ是所述第二點，0(p)是由點ρ處的第一圖像的強度、 點ρ處的第二圖像的強度、和點ρ處的虛擬非對比圖像的強度形成的矢量，其中，ρ是y 或X，并且λ p是點ρ處為特定類型的組織的可能性。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，將p(||0(y)-0(x)|||Xx=λ y)計算為其中，P(||0(y)-0(x)|||Xx= λγ)是用于相同類型的所述第一點處和所述第二點處的 組織的條件概率分布，P(||0(y)-0(x)|||Xx^ λγ)是用于不同類型的所述第一點處和所述 第二點處的組織的所述條件概率分布，并且c表示預(yù)定先驗概率PUx= λγ)。
10.一種計算機可讀的程序存儲設(shè)備，其有形地體現(xiàn)可被計算機執(zhí)行以執(zhí)行用于增強 虛擬非對比圖像的方法步驟的指令程序，所述方法包括步驟接收使用雙掃描CT裝置獲取的一對計算斷層攝影(CT)圖像； 使用已知組織衰減系數(shù)根據(jù)所述一對CT圖像來計算虛擬非對比圖像； 估計用于相同類型的所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第一點 處的組織和所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第二點處的組織的條 件概率分布；估計用于不同類型的所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第一點 處的組織和所述一對CT圖像中的每一個和所述虛擬非對比圖像中的第二點處的組織的條 件概率分布；根據(jù)所述條件概率分布來計算相同類型的所述第一點和所述第二點處的組織的后驗 概率；以及使用相同類型的所述第一點和所述第二點處的組織的后驗概率來計算增強虛擬非對 比圖像。
11.權(quán)利要求10計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，以比所述一對圖像中的第二圖像高的能量獲取所述一對圖像中的第一圖像，其中，每個圖像包括在點的N維柵格上定義的 多個強度。
12.權(quán)利要求11的計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，相同類型的所述第一點處和所述 第二點處的組織的所述后驗概率是
13.權(quán)利要求11的計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，所述增強虛擬非對比圖像被計 Z^Ay)-Φχ=Μ\ο{γ)-ο(χ))算為
14.權(quán)利要求10計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，用于相同類型的所述第一點處和所 述第二點處的組織的所述條件概率分布是高斯分布。
15.權(quán)利要求10計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，用于不同類型的所述第一點處和所 述第二點處的組織的所述條件概率分布是均勻分布。
16.權(quán)利要求11計算機可讀程序存儲設(shè)備，其中，所述虛擬非對比圖像Ivnc被計算為Iwc其中，&和c分別是用于第一和第二圖像的虛擬非對比圖像的組織ad-be衰減系數(shù)，并且b和d分別是在存在用于第一和第二圖像的對比劑的情況下的組織衰減系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于雙源CT的基于多圖像虛擬非對比圖像增強的系統(tǒng)和方法。提供一種用于增強虛擬非對比圖像的方法，包括接收(11)一對雙掃描CT圖像并使用已知組織衰減系數(shù)根據(jù)所述一對CT圖像來計算(12)虛擬非對比圖像。估計(13)用于相同類型的所述一對CT圖像中的每一個和虛擬非對比圖像中的第一和第二點處的組織的條件概率分布。在不同類型的所述一對CT圖像中的每一個和虛擬非對比圖像中的第一和第二點處估計(13)用于組織的條件概率分布。根據(jù)該條件概率分布來計算(14)相同類型的第一和第二點處的組織的后驗概率，并使用相同類型的第一和第二點處的組織的后驗概率來計算(15)增強虛擬非對比圖像。
文檔編號G06T5/00GK102024251SQ20101028782
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者B·施米德特, R·勞帕赫, T·方, Y·陳 申請人:西門子公司