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CN103892859A - 基于多模式Scout扫描的CT成像方法和CT系统 - Google Patents

基于多模式Scout扫描的CT成像方法和CT系统 Download PDF

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CN103892859A
CN103892859A CN201210581354.0A CN201210581354A CN103892859A CN 103892859 A CN103892859 A CN 103892859A CN 201210581354 A CN201210581354 A CN 201210581354A CN 103892859 A CN103892859 A CN 103892859A
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赵静
陈雨丝
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GE Medical Systems Global Technology Co LLC
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Abstract

本发明涉及一种基于多模式Scout扫描的CT成像方法和CT成像系统。该基于多模式Scout扫描的CT成像方法包括：对受检者的感兴趣区域以高电压和低电压瞬时切换的方式执行瞬切双能Scout放射线扫描，以采集感兴趣区域的双能投影数据；和从所采集的双能投影数据重建物质分离图和单能图。根据本发明的CT成像方法和CT成像系统可在低放射线剂量情况下快速重建与预定筛查目的对应的CT图像。

Description

基于多模式Scout扫描的CT成像方法和CT系统
技术领域
本申请涉及放射线CT领域，更具体而言，涉及一种基于多模式Scout（定位）扫描的CT成像方法和CT系统。
背景技术
目前，例如X射线CT系统的放射线CT系统被广泛应用于各种医疗机构中，用于对受检者的感兴趣区域，例如受检者的冠状动脉，进行三维成像，以帮助临床医师对受检者进行准确的医学诊断。
在现有的冠状动脉筛查方法中，冠状动脉内超声面积测定法是准确判断冠状动脉狭窄程度的方法之一，但该方法对技术条件的要求高，资金耗费大，不适合常规的临床应用。
DSA（Digital Subtraction Angiograph，数字减影血管造影术）冠状动脉血管造影术，将导管经大腿股动脉或其它周围动脉插入，送至升主动脉，然后探寻左或右冠状动脉口插入，往冠状动脉内注入造影剂，使冠状动脉显影。该方法能够较明确地揭示冠状动脉的解剖畸形及其阻塞性病变的位置、程度与范围，因此能够直接观察冠状动脉形态。但是，冠状动脉血管造影术可能给受检者造成较为严重的副作用，例如使受检者产生心律失常、栓塞、穿刺部位出血等并发症，由于该并发症而造成受检者的死亡率约在0.11%-0.14%，心肌梗死率约在0%-0.06%，而左冠状动脉主干病变受检者的心肌梗死与死亡率甚至高达3.0%左右。而且，冠状动脉血管造影术的价格昂贵，是一种有创性检查，受检者多不易接受。
一般在CT扫描中，通过在保持CT系统的各个组件保持不动的同时使受检者经过CT系统来对受检者执行Scout（定位）扫描，对受检者的感兴趣区域进行定位，从而为后续的完整CT扫描识别受检者的感兴趣区域。Scout扫描一般以低mA进行，并且提供沿受检者纵向轴线的投影视图，并且一般提供各自包含受检者内部结构的聚合。但是，Scout扫描采集的数据不包含用于三维3D图像重建的足够信息，因为Scout扫描中的投影数据是沿受检者纵向轴线并以特定的投影角度采集的。此外，由于Scout扫描在所采集图像中重叠了多个结构，因此难以根据Scout扫描来识别受检者的特定精细结构。
64排螺旋CT作为一种无创性的影像诊断技术，提高了可疑冠心病受检者的检出率，此检查有较高的诊断准确性，可作为评价、筛查冠状动脉狭窄的一种无创性检查方法。但是，64排螺旋CT所需放射线的剂量比Scout扫描高。当血管发生钙化时，这种影像技术也无法诊断出正确的结果，因为血管钙化会对注入的造影剂产生很大的干扰。
GSI（Gemstone Spectral Imaging，宝石能谱成像术）64排螺旋CT可以解决血管钙化对注入的造影剂造成影响的问题，可以通过单能图像和物质分解将碘、钙分离，从来排除血管钙化对诊断的干扰。但是，与普通Scout扫描相比，包括64排螺旋CT和GSI 64排螺旋CT在内的各种螺旋CT的放射线剂量仍然较高，而普通Scout扫描采集的图像由于存在较低的对比度和物质重叠而不能作为冠状动脉筛查的图像。
因此，需要一种在低放射线剂量情况下快速重建CT图像的CT成像方法和CT系统。
发明内容
本发明提供一种能够解决上述问题的基于多模式Scout扫描的CT成像方法和CT系统。
根据本发明的第一方面，提供一种放射线CT成像系统。该放射线CT成像系统包括：具有开口的扫描台架；用于支撑受检者的扫描支撑台；设置在扫描台架上并且在受检者一侧的放射线源，用于向受检者发射放射线；设置在扫描台架上并且在受检者另一侧的放射线检测器，用于检测透射过受检者的放射线；放射线控制器，用于控制放射线源的放射线辐射；设置在扫描台架上并且与放射线检测器相耦合的数据采集部分，用于从放射线检测器所检测的放射线采集受检者的感兴趣区域的投影数据；操作控制台，用于控制扫描台架、扫描支撑台、放射线控制器、数据采集部分中一个或多个组件的操作。其中，操作控制台配置成：使放射线CT成像系统对受检者的感兴趣区域以高电压和低电压瞬时切换的方式执行瞬切双能Scout扫描，并且从所采集的双能投影数据中重建与预定筛查目的对应的物质分离图和单能图。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，放射线是X射线。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，高电压和低电压在80-140 kVp之间。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，高电压为140 kVp，而低电压为80 kVp。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，高电压为120 kVp，而低电压为100 kVp。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，与重建的单能图对应的单能值在40-140 keV之间。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，高电压和低电压以大于或等于500 Hz的频率切换。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，高电压和低电压以825 Hz的频率切换。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，操作控制台还配置成：在执行瞬切双能Scout扫描之前，使放射线CT成像系统对受检者执行普通Scout扫描以定位受检者的感兴趣区域。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，预定筛查目的是冠状动脉狭窄和/或冠状动脉钙化。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，操作控制台还配置成：在向受检者注入造影剂之后，使放射线CT成像系统根据选取的扫描范围对受检者执行穿梭Scout扫描以预测感兴趣区域的增强时间。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，操作控制台还配置成：在向受检者注入造影剂之后，使放射线CT成像系统根据选取的扫描范围对受检者执行轴向或螺旋穿梭扫描以预测感兴趣区域的增强时间。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，基于预测的感兴趣区域的增强时间触发放射线CT成像系统对受检者的感兴趣区域执行的瞬切双能Scout扫描。 
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，与冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化对应的物质是碘和HAP（Hydroxyapatite，羟基磷灰石）。
在根据本发明第一方面的放射线CT成像系统中，操作控制台还配置成：基于与预定筛查目的不同的筛查目的，从所采集的双能投影数据中后重建出一个或多个对应的物质图和单能图。
根据本发明的第二方面，提供一种基于多模式Scout扫描的CT成像方法。该方法包括：对受检者的感兴趣区域以高电压和低电压瞬时切换的方式执行瞬切双能Scout放射线扫描，以采集感兴趣区域的双能投影数据；和从所采集的双能投影数据重建物质分离图和单能图。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，放射线是X射线。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，高电压和低电压在80-140 kVp之间。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，高电压为140 kVp，而低电压为80 kVp。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，高电压为120 kVp，而低电压为100 kVp。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，与重建的单能图对应的单能值在40-140 keV之间。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，高电压和低电压以大于或等于500 Hz的频率切换。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，高电压和低电压以825 Hz的频率切换。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，还包括：在执行瞬切双能Scout放射线扫描之前，基于受检者的感兴趣区域，为多模式Scout扫描选择筛查协议；和对受检者执行普通Scout扫描以对感兴趣区域进行定位。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，还包括：在对感兴趣区域进行定位之后，向受检者注入造影剂；和预测感兴趣区域的增强时间。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，感兴趣区域的增强时间通过根据选取的扫描范围对感兴趣区域执行穿梭Scout扫描来预测。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，感兴趣区域的增强时间通过根据选取的扫描范围对感兴趣区域执行轴向或螺旋穿梭扫描来预测。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，感兴趣区域的增强时间由用户基于受检者的医疗信息使用预测模型来预测。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，基于预测的感兴趣区域的增强时间触发瞬切双能Scout放射线扫描。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，重建的物质分离图和单能图与预定筛查目的对应。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，预定筛查目的是冠状动脉狭窄和/或冠状动脉钙化。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，与冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化对应的物质是碘和HAP。
在根据本发明第二方面的基于多模式Scout扫描的CT成像方法中，还包括：基于与预定筛查目的不同的筛查目的，从所采集的双能投影数据中后重建出一个或多个对应的物质图和单能图。
采用本发明的基于多模式Scout增强扫描的CT成像技术，不需要对受检者的感兴趣区域执行完整的CT扫描来重建受检者的三维图像，因此与重建受检者感兴趣区域的三维CT图像相比，根据本发明的基于多模式Scout增强扫描技术可大大降低受检者的X射线剂量；并且，可从一次瞬切双能Scout扫描曝光采集的投影数据重建多个与筛查目的对应的物质图和单能图，使得无需对受检者多次曝光，因此进一步较低了受检者的X射线剂量，并缩短了感兴趣CT图像的成像时间。
附图说明
下面结合附图对本发明的一些示范实施例进行详细描述。附图中相同或相似要素采用相同附图标记来表示，其中：
图1A-1B示出根据本发明一种示范实施例的放射线CT系统；
图2示出图1所示放射线CT系统执行的根据本发明一种示范实施例的多模式Scout增强扫描的流程图；
图3示出图1所示放射线CT系统执行的根据本发明一种示范实施例的瞬切双能Scout扫描的流程图；并且
图4示出执行常规Scout扫描和根据本发明的多模式Scout增强扫描所得的冠状动脉CT图像。
具体实施方式
在以下的详细描述中，参考附图描述根据本发明的一些示范实施例。本领域技术人员将领会，本发明不限于这些示范实施例。
图1A-1B示出根据本发明示范实施例的放射线CT系统100。在一种实施例中，放射线CT系统100是X射线CT系统。
如图1A-1B所示，X射线CT系统100主要包括三个部分：扫描台架110、支撑并定位受检者114的扫描支撑台116和操作控制台130。扫描台架110包括X射线管102。从X射线管102放射出的X射线106通过准直仪104成形以得到诸如扇形波束、锥形波束的X射线束，并照射到受检者114的感兴趣区域上，从受检者114感兴趣区域透射过的X射线束被施加到在受检者114另一侧设置的X射线检测器112上。X射线检测器112在扇状X射线束的扩展方向(信号通道方向)及其厚度Z方向(列方向)上具有多个二维设置的X射线检测元件。可选地，在X射线检测器112与受检者114之间还设置有准直部件（图1A和1B中未示出），以在透射过受检者114的X射线束撞击到X射线检测器112之前对其进行校准。
数据采集部分DAS 124耦合到X射线检测器112。数据采集部分124采集由X射线检测器124的各个X射线检测元件检测的X射线，作为投影数据。来自X射线管102的X射线的辐射由X射线控制器122控制。图1B中省略了X射线管102与X射线控制器122之间的连接关系。
数据采集部分124采集与由X射线控制器122施加到X射线管102的管电压和管电流有关的数据。图1B中省略了X射线控制器102与数据采集部分124之间的连接关系。
准直仪104由准直仪控制器120控制。在一种实施例中，准直仪104和准直仪控制器120是两个单独的部件。在另一个实施例中，准直仪控制器120可设置在准直仪104内。图1B中省略了准直仪104与准直仪控制器120之间的连接关系。
X射线管102、准直仪104、X射线检测器112、数据采集部分124、X射线控制器122和准直仪控制器120等部件被安装在扫描台架110的旋转部分128中。旋转部分128的旋转由旋转控制器126控制。图1B中省略了旋转部分128与旋转控制器126之间的连接关系。
扫描支撑台116在例如电机的驱动系统作用下可与其上承载的受检者114一起沿受检者纵向轴线118移动进入扫描台架110的开口108中，使得受检者114的感兴趣区域与通过准直仪104照射到其上的X射线束大致垂直。
操作控制台130具有例如计算机的中央处理器136。控制接口140连接到中央处理器136。扫描台架110和扫描支撑台116连接到控制接口140。中央处理器136通过控制接口140控制扫描台架110和扫描支撑台116。
通过控制接口140控制扫描台架110中的数据采集部分124、X射线控制器122、准直仪控制器120和旋转控制器126。图1B中未示出有关部件与控制接口140之间的单独连接。
数据采集缓冲器138连接到中央处理器136。扫描台架110的数据采集部分124连接到数据采集缓冲器138。由数据采集部分124采集的投影数据通过数据采集缓冲器138被输入到中央处理器136。
中央处理器136使用数据采集缓冲器138输入的投影数据来执行图像重建。执行图像重建时，可使用滤波反投影方法，三维图像重建方法等。存储装置142连接到中央处理器136。存储装置142可用于存储用于实现X射线CT系统100各种功能的数据、重建图像和程序等。
显示装置132和输入装置134分别连接到中央处理器136。显示装置132显示从中央处理器136输出的重建图像和其它信息。放射科医师可通过输入装置134向中央处理器136输入各种指令和参数。放射科医师通过使用显示装置132和输入装置134，对X射线CT设备100进行交互式操作。
图1所示的CT系统100可包括能力不同（ED）、多能量（ME）和/或双能量（DE）CT成像系统，相应地，这些CT成像系统可被称为EDCT、MECT和/或DE-CT成像系统。在一种实施例中，EDCT、MECT和/或DE-CT成像系统可配置成使用不同的X射线光谱。例如，常规的第三代CT成像系统可依次以不同的峰值千伏（kVp）电压采集感兴趣区域的投影数据，其改变包括所放射X射线束的入射光子的能量峰值和光谱。X射线检测器112对能量敏感，因此，到达X射线检测器112的每个光子被以其光子能量进行记录。
通过以两个不同的能量谱进行扫描以及根据X射线检测器112中的能量积累来检测光子能量，可获得感兴趣区域的投影数据。EDCT/MECT/DE-CT提供能量区分和物质特征。例如，在没有目标散射的情况下，EDCT、MECT和/或DE-CT成像系统可基于来自光谱中以下两个光子能量区域的信号导出不同能量的行为：入射X 射线光谱的低能量部分和高能量部分。
上文所述的双能量扫描旨在获得这样的CT图像，该CT图像可通过使用异色能量状态的两个扫描来在图像中增强造影剂分离。双能量扫描可包括以如下方式中之一采集两个扫描：时间上依次紧接的方式，其中这两个扫描要求围绕受检者114转动两次；以及根据要求围绕受检者114转动一次的转动角进行交织的方式，其中X射线管102工作在例如80 kVp和140 kVp的电位。
可使用双能量扫描采集的投影数据来生成基本物质密度图像和单色图像。单色图像表示采用理想的单色X射线管执行CT扫描的效果。给定一对物质密度图像，能够生成基本的物质密度图像。例如，根据同一感兴趣区域的水和碘图像可生成例如钙和钆的不同物质对的密度图像。或者，通过使用一对基本物质图像，可生成一对单色图像，各自在特定X射线能量。同样，可从一对单色图像获得一对基本物质图像或者一对在不同能量的单色图像。
图2示出了放射线CT系统100执行的根据本发明一种示范实施例的多模式Scout增强扫描的流程图。
下文以冠状动脉筛查为例对本发明的基于多模式Scout扫描的CT成像技术进行说明，但是，本领域技术人员将领会，本发明不限于冠状动脉筛查。例如，可以针对诸如胆结石、肾结石等不同的筛查目的来应用本发明的基于多模式Scout扫描的CT成像技术。
如图2所示，在202，为受检者114选择多模式Scout增强扫描的冠状动脉筛查协议。在204，对受检者114执行普通Scout扫描，以便定位包括受检者114的冠状动脉的感兴趣区域。在206，确定受检者114的Scout扫描范围并向受检者114体内注入造影剂。在208，在向受检者114注入造影剂后，预测受检者114的冠状动脉增强时间。在210，在预测的受检者冠状动脉增强时间，对受检者114执行瞬切双能Scout扫描，以获得物质图和单能图供放射科医师或临床医师对受检者114的冠状动脉进行筛查。在212，放射科医师或临床医师初步筛查受检者114的冠状动脉是否存在狭窄和/或钙化，或者进行后重建选择其他的物质对和单能量。
具体而言，在202，可通过输入装置134为受检者114选择多模式Scout增强扫描的冠状动脉筛查协议。例如，可根据临床医师出具的对受检者114的不同筛查目的，选择冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化中至少之一。对于冠状动脉以外的不同筛查目的，还可选择不同的筛选协议，并设置不同的Scout扫描和CT图像重建参数。
如果筛查目的是冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化，可选择碘和接近人体内钙成分的HAP（Hydroxyapatite，羟基磷灰石）作为物质对，使得和HAP配对的碘基图像可以较好地去除冠状动脉钙化对于冠状动脉狭窄判断的影响。可根据最大CNR（增强噪声比）的原则选取最优单能量。
另外，可选择水和钙（或碘）作为物质对，以便很好地分离软组织和增强的血管。
在使用输入装置134选定冠状动脉筛查协议之后，可启动CT成像系统100对受检者114执行普通模式的Scout扫描，以便对包含冠状动脉的感兴趣区域（例如受检者114的胸腔）进行定位。
具体而言，通过输入装置134设置普通Scout扫描的扫描范围，使得在普通模式的Scout扫描期间重建的CT图像包括增强的整支冠状动脉，以满足冠状动脉筛查要求。在启动CT成像系统100对受检者114执行普通模式的Scout扫描以定位受检者114的感兴趣区域的过程中，在扫描台架110不动的同时，承载受检者114的扫描支撑台116在扫描支撑台电机的驱动下以稳定的速率经由开口108通过扫描台架110，X射线管控制器122控制X射线管102向受检者114的感兴趣区域放射X射线，同时数据采集部分124通过对X射线检测器112检测的X射线进行同步采样来获得投影数据，并将获得的投影数据暂存在数据采集缓冲器138内。为降低X射线剂量对受检者114的负面影响，可通过X射线管控制器122使X射线管102的工作电流处于mA数量级。操作控制台130中的中央处理器136使用暂存在数据采集缓冲器138内的投影数据生成或重建受检者114的Scout扫描图像，并根据生成或重建的Scout扫描图像沿Z轴线方向和X轴线方向对受检者114的感兴趣区域（即受检者的胸腔）进行定位。
在确定受检者114的感兴趣区域的位置之后，通过输入装置134设置执行后续Scout扫描的感兴趣区域的范围，然后根据受检者114的个体信息设置造影剂注入协议并向受检者114体内注入造影剂。造影剂注入协议可根据现有的心脏增强扫描的统计或临床经验进行设置。
在给受检者114注入造影剂的预定时间之后，可预测冠状动脉增强的时间。
在一种示范实施例中，可根据受检者114的医疗信息，例如身高、体重、心输出量等，结合冠状动脉增强的预测模型，预测受检者114的冠状动脉增强的大致时间点。
在另一种示范实施例中，启动CT系统100对受检者114执行穿梭模式的Scout扫描，以便实时追踪受检者114的冠状动脉增强。
具体而言，可通过输入装置134设置穿梭模式的Scout扫描的扫描范围。例如，可将该扫描范围定位在受检者114的心脏上方以监测其主动脉的增强，也可以将受检者114心脏所在的感兴趣区域的扫描范围设置为300 mm以达到有效的增强。
通过输入装置134启动穿梭Scout扫描，在扫描台架110不动的同时，承载受检者114的扫描支撑台116在扫描支撑台电机的驱动下以例如150 mm/s的高速率经由开口108往返进入扫描台架110，X射线管控制器122控制X射线管102向受检者114的感兴趣区域放射X射线，同时数据采集部分124通过对X射线检测器112检测的X射线进行同步采样以获得投影数据，并将获得的投影数据暂存在数据采集缓冲器138内。
在对受检者114执行穿梭Scout扫描过程中，通过使扫描支撑台以高速率往返移动可实现对冠状动脉增强的快速监控并降低照射到受检者114上的X射线的剂量，采用和后续瞬切双能Scout扫描同样的扫描支撑台的移动速率可减少不同Scout扫描模式之间的切换时间。采用穿梭Scout扫描模式可提高对冠状动脉增强的监控频率。还可以使用特殊的针对心脏扫描的小型滤波器（图1A和1B中未示出）来进一步降低照射到受检者114上的X射线的剂量。
基于穿梭Scout扫描模式的冠状动脉增强可基于预定阈值而自动触发。用于自动触发冠状动脉增强的预定阈值可由放射科医师根据临床经验结合受检者114的医疗登记信息预先设定。放射科医师可通过输入装置134启动实时Scout扫描重建来触发增强扫描。数据采集部分124同步采集实时Scout扫描的投影数据，并将其暂存到数据采集缓冲器138内。
中央处理器136分别使用暂存在数据采集缓冲器138内的第一次穿梭Scout扫描的投影数据和实时穿梭Scout扫描的投影数据生成或重建受检者114的第一次穿梭Scout扫描图像和实时穿梭Scout扫描图像，将实时穿梭Scout扫描图像中冠状动脉所在的位置和第一次穿梭Scout扫描图像中冠状动脉所在的对应位置进行比较，当两者的差值超过预定阈值时，记录对应位置并触发冠状动脉增强扫描，并且将触发冠状动脉增强扫描的时间作为冠状动脉增强的时间。当前位置和实际冠状动脉扫描位置的差值可用来计算后续增强扫描的延迟时间。由于在穿梭Scout扫描中，扫描台架110保持不动并且扫描支撑台116的移动速率不变，因此，在预测冠状动脉增强的时间时，可不考虑CT系统100中运动部件的扫描切换时间的影响。
在又一种示范实施例中，可通过输入装置134启动常规轴向或螺旋穿梭扫描来追踪受检者114的冠状动脉增强。
具体而言，根据普通Scout扫描模式中对受检者114的感兴趣区域的定位结果，可通过输入装置134选取追踪扫描的断面和感兴趣区域，用实时轴向穿梭扫描在该感兴趣区域监控冠状动脉的增强。或者，根据普通Scout扫描模式中对受检者114的感兴趣区域的定位结果，可通过输入装置134选取追踪扫描的断面和感兴趣区域，用实时螺旋穿梭扫描在该感兴趣区域监控冠状动脉的增强。穿梭扫描模式同样可提高对冠状动脉增强的监控频率。 
上文针对筛查目的为冠状动脉的情形说明了在定位受检者114感兴趣区域之后通过向受检者114注入造影剂来执行增强扫描的过程。但是，本领域技术人员要领会，筛查目的不同，对造影剂的需求或剂量也不同。换言之，对于本发明的基于多模式Scout扫描的CT成像技术而言，向受检者114注入造影剂并预测受检者114中感兴趣区域增强的时间，不是必需的。
在确定冠状动脉增强的时刻，启动CT成像系统100以执行瞬切双能Scout扫描（GSI Scout）。如果冠状动脉增强扫描采用基于预定阈值的自动触发方式，则瞬切双能Scout扫描模式可由中央处理器136自动启动。
图3示出了放射线CT系统执行的根据本发明一种示范实施例的瞬切双能Scout扫描的流程图。
以下结合图3对CT系统执行的瞬切双能Scout扫描进行详细说明。
CT系统100在对受检者114执行瞬切双能Scout扫描时，采用高电压和低电压瞬时切换的方式进行Scout扫描，采集受检者114的双能量投影数据（即高能投影数据和低能投影数据），通过GSI算法从采集的双能投影数据产生受检者感兴趣区域的能谱图和物质分解图，然后可从产生的能谱图和物质分解图生成与筛查目的对应的物质对图和单能图，供放射科医师或临床医师对受检者114进行筛查。例如，如果筛查针对的是冠状动脉，则生成的物质对和单能图可用于筛查受检者114是否存在冠状动脉狭窄和/或冠状动脉钙化。
具体而言，在302，通过使X射线控制器122以快速切换的方式输出第一电压和第二电压到X射线管102，在保持扫描台架110不动并且使受检者114沿其纵向轴线118以稳定速率经由开口108经过扫描台架110的同时，采集受检者114的双能量投影数据。
在一种示范实施例中，X射线控制器122以825 Hz的频率切换第一电压和第二电压。在另一种示范实施例中，X射线控制器122以等于或大于550 Hz的频率切换第一电压和第二电压。通过随着数据采集部分124与稳定的扫描支撑台116速率同步地进行采样而快速切换X射线管102的工作电压，可针对低kVp设置和高kVp设置获得重叠的投影样本。在双能量扫描过程中，扫描支撑台116的速率可为100 mm/s，可在100-175 mm/s之间变化，或者可在0-200或以上mm/s之间变化。
X射线管102的输出电流可为20-400 mA。第二电压可大于第一电压，因此，数据采集部分124在第一电压期间采集低能投影数据（306），而在第二电压期间采集高能投影数据（304）。第一和第二电压可在80-120 kVp之间选取。在一种示范实施例中，第一电压可为80 kVp，第二电压可为140 kVp。在另一种示范实施例中，第一电压可为100 kVp，第二电压可为120 kVp。在又一种示范实施例中，X射线管102的工作电压可在数据采集期间连续变化，从而生成多个能级并且使X射线检测器112接收到的X射线束相等。
数据采集部分124将采集的双能量投影数据传送到数据采集缓冲器138中暂存。中央处理器136使用暂存在数据采集缓冲器138中的双能量投影数据生成或重建受检者114的一个或多个双能量图像。生成或重建的双能量图像可用于生成二维（2D）基本物质密度图像，对该基本物质密度图像进行处理可生成有助于识别、表征和诊断图像中感兴趣区域的特定密度图像。例如，特定密度图像可包括骨密度、软组织、钙、水、碘和脂肪含量等。
如图3所示，中央处理器136对采集的低能投影数据和高能投影数据进行处理（308-310）。具体而言，中央处理器136可对从数据采集缓冲器138中取出的低能投影数据和高能投影数据执行以下处理中的一项或多项：格式转换、发射打火校正（spits correction）、零替换处理（zeros replacement reference）、归一化（normalization）、通道截断处理（channel truncation）、空气校准（air calibration）、预先检测器坏道校正（pre bad detector）和最终检测器坏道校正（final bad detector）。
在312，中央处理器136将经过处理的低能和高能投影数据进行视图对准，将经过对准的高能和低能视图进行Scout压缩，求平均和负对数处理，然后将视图中的物质对m1和m2分离。在314和316，中央处理器136对分离的物质对m1和m2的视图进行滤波处理，并在318和320根据经滤波的物质对m1和m2的视图生成或重构物质对m1和m2的CT图像，并可在322基于选择的单能从物质对m1和m2的CT图像生成单能图像。可选地，中央处理器136还可基于预定CT值对生成的单能图进行校正。
可在采集瞬切双能Scout扫描的投影数据之前或之后选择用于筛查目的的物质对和单能。在一种示范实施例中，根据筛查目的，可选取水和钙（或碘）作为物质对m1和m2。本领域技术人员将领会，可选取其他的物质对，例如可选取碘和HAP作为物质对。
图4示出了执行常规Scout扫描和根据本发明的多模式Scout增强扫描所得的冠状动脉CT图像。
在图4中，（A）图示出执行常规Scout扫描得到的冠状动脉CT图像，（B）图示出执行根据本发明的多模式Scout增强扫描所得的包括冠状动脉的软组织CT图像，其对应于中央处理器136在图3中在318和320生成的物质图中之一，图（C）示出执行根据本发明的多模式Scout增强扫描所得的包括冠状动脉的骨骼CT图像，其对应于中央处理器136在图3中在318和320生成的物质图中的另一个，而图（D）示出执行根据本发明的多模式Scout增强扫描所得的包括冠状动脉的单能CT图像，其对应于中央处理器136在图3中在322基于物质对的CT图像生成的单能图。
如图4（A）和（C）中箭头所指示的，对比执行普通Scout扫描得到的Scout图像和执行GSI Scout扫描得到的水和钙的物质分离图像，GSI Scout扫描通过物质分解可在所获CT图像中更清晰地表征冠状动脉，从而为诊断冠状动脉钙化和/或狭窄提供了视觉依据。
图4（D）中所示的单能图对应的最优keV值为70 keV。对于单能图，可以根据筛查目的不同规则给出最优keV值。可根据受检者的医疗状况和冠状动脉增强扫描的效果来自定义keV值。选择较低的keV值，例如40-60keV，有助于达到更高的密度分辨率，而选择较高的keV值可更好地去除硬化伪影。还可对得到的keV值做加或减等处理以得到更多的信息。
Naveen Chandra等人在专利号为US 8199875B2、名为“System and Method of Acquiring Multi-energy CT Imaging Data”的美国专利申请中提出了一种使用高低kVp投影数据生成最终图像的CT成像方法，通过引用将该专利的公开内容合并于此。
放射科医师或者临床医师可根据CT系统100执行瞬切双能GSI Scout扫描生成或重建的冠状动脉增强CT图像，初步诊断受检者114是否存在冠状动脉狭窄和/或钙化。如果希望同时进行针对同一感兴趣区域的不同筛查目的两种及以上模式的筛查，可选择不同的物质对和单能来从先前执行瞬切双能GSI Scout扫描采集的双能量投影数据后重建出有助于进行对应筛查的感兴趣图像。同样，如果希望选择更多感兴趣的物质和单能量，也可从先前执行瞬切双能GSI Scout扫描采集的双能量投影数据后重建出有助于进行对应筛查的更多感兴趣图像。
图4（D）所示的单能图对应的所选单能为70 keV。由于在该单能图中，受检者的冠状动脉的清晰程度不足以筛查冠状动脉狭窄和/或钙化。因此，可重新选择较小的单能来从先前执行瞬切双能GSI Scout扫描采集的双能量投影数据中重建出具有更高密度分辨率的单能图，用于冠状动脉筛查。
采用本发明的基于多模式Scout增强扫描的CT成像技术，不需要对受检者的感兴趣区域执行完整的CT扫描来生成或重建受检者的三维（3D）图像，因此与生成或重建受检者感兴趣区域的三维CT图像相比，根据本发明的多模式Scout增强扫描可大大降低CT扫描期间照射到受检者上的X射线的剂量。此外，使用本发明的基于多模式Scout增强扫描的CT成像技术，可从一次瞬切双能Scout扫描曝光采集的投影数据生成或重建多个与筛查目的对应的物质图和单能图，因此，无需对受检者多次曝光，这进一步较低了受检者的X射线剂量，并缩短了感兴趣CT图像的成像时间。
在本发明的一种示范实施例中，通过将瞬切双能Scout扫描和增强扫描结合应用于受检者的冠状动脉筛查，可在低X射线剂量的情况下快速地得到较为清晰的冠状动脉图像，用于诊断冠状动脉狭窄和/或钙化。
在本发明的一种示范实施例中，使用穿梭Scout扫描来在向受检者注入造影剂之后追踪感兴趣区域增强，从而保证低剂量的准确监控。本发明的基于多模式Scout增强扫描的CT成像技术可应用于任何需要增强的Scout扫描。
以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员将领会，还可以对本发明进行各种修改、替换、变化等。例如将上述实施例中的一个步骤或部件分为多个步骤或部件来实现，或者相反，将上述实施例中的多个步骤或部件的功能放在一个步骤或部件中来实现。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，而仅仅是为了便于描述。此外，根据实际需要，在一个具体实施例中描述的全部或部分特征可以结合到另一个实施例中。

Claims (33)

1. 一种放射线CT成像系统，包括：
具有开口的扫描台架；
用于支撑受检者的扫描支撑台；
设置在扫描台架上并且在受检者一侧的放射线源，用于向受检者发射放射线；
设置在扫描台架上并且在受检者另一侧的放射线检测器，用于检测透射过受检者的放射线；
放射线控制器，用于控制放射线源的放射线辐射；
设置在扫描台架上并且与放射线检测器相耦合的数据采集部分，用于从放射线检测器所检测的放射线采集受检者的感兴趣区域的投影数据；
操作控制台，用于控制扫描台架、扫描支撑台、放射线控制器、数据采集部分中一个或多个组件的操作，
其中，所述操作控制台配置成：
使放射线CT成像系统对受检者的感兴趣区域以高电压和低电压瞬时切换的方式执行瞬切双能Scout扫描，并且
从所采集的双能投影数据中重建与预定筛查目的对应的物质分离图和单能图。
2. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，所述放射线是X射线。
3. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，所述高电压和低电压在80-140 kVp之间。
4. 如权利要求3所述的放射线CT成像系统，其中，所述高电压为140 kVp，而所述低电压为80 kVp。
5. 如权利要求3所述的放射线CT成像系统，其中，所述高电压为120 kVp，而所述低电压为100 kVp。
6. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，与重建的单能图对应的单能值在40-140 keV之间。
7. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，所述高电压和低电压以大于或等于500 Hz的频率切换。
8. 如权利要求7所述的放射线CT成像系统，其中，所述高电压和低电压以825 Hz的频率切换。
9. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，所述操作控制台还配置成：
在执行瞬切双能Scout扫描之前，使放射线CT成像系统对受检者执行普通Scout扫描以定位受检者的感兴趣区域。
10. 如权利要求9所述的放射线CT成像系统，其中，所述预定筛查目的是冠状动脉狭窄和/或冠状动脉钙化。
11. 如权利要求10所述的放射线CT成像系统，其中，所述操作控制台还配置成：
在向受检者注入造影剂之后，使放射线CT成像系统根据选取的扫描范围对受检者执行穿梭Scout扫描以预测感兴趣区域的增强时间。
12. 如权利要求10所述的放射线CT成像系统，其中，所述操作控制台还配置成：
在向受检者注入造影剂之后，使放射线CT成像系统根据选取的扫描范围对受检者执行轴向或螺旋穿梭扫描以预测感兴趣区域的增强时间。
13. 如权利要求11或12所述的放射线CT成像系统，其中，基于预测的感兴趣区域的增强时间触发放射线CT成像系统对受检者的感兴趣区域执行的瞬切双能Scout扫描。
14. 如权利要求10所述的放射线CT成像系统，其中，与冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化对应的物质是碘和HAP。
15. 如权利要求1所述的放射线CT成像系统，其中，所述操作控制台还配置成： 
基于与所述预定筛查目的不同的筛查目的，从所采集的双能投影数据中后重建出一个或多个对应的物质图和单能图。
16. 一种基于多模式Scout扫描的CT成像方法，包括：
对受检者的感兴趣区域以高电压和低电压瞬时切换的方式执行瞬切双能Scout放射线扫描，以采集所述感兴趣区域的双能投影数据；和
从所采集的双能投影数据重建物质分离图和单能图。
17. 如权利要求16所述的方法，其中，所述放射线是X射线。
18. 如权利要求16所述的方法，其中，所述高电压和低电压在80-140 kVp之间。
19. 如权利要求16所述的方法，其中，所述高电压为140 kVp，而所述低电压为80 kVp。
20. 如权利要求16所述的方法，其中，所述高电压为120 kVp，而所述低电压为100 kVp。
21. 如权利要求16所述的方法，其中，与重建的单能图对应的单能值在40-140 keV之间。
22. 如权利要求16所述的方法，其中，所述高电压和低电压以大于或等于500 Hz的频率切换。
23. 如权利要求16所述的方法，其中，所述高电压和低电压以825 Hz的频率切换。
24. 如权利要求16所述的方法，还包括：
在执行瞬切双能Scout放射线扫描之前，基于受检者的感兴趣区域，为多模式Scout扫描选择筛查协议；和
对受检者执行普通Scout扫描以对所述感兴趣区域进行定位。
25. 如权利要求24所述的方法，还包括：
在对所述感兴趣区域进行定位之后，向受检者注入造影剂；和
预测感兴趣区域的增强时间。
26. 如权利要求25所述的方法，其中，所述感兴趣区域的增强时间通过根据选取的扫描范围对所述感兴趣区域执行穿梭Scout扫描来预测。
27. 如权利要求25所述的方法，其中，所述感兴趣区域的增强时间通过根据选取的扫描范围对所述感兴趣区域执行轴向或螺旋穿梭扫描来预测。
28. 如权利要求25所述的方法，其中，所述感兴趣区域的增强时间由用户基于受检者的医疗信息使用预测模型来预测。
29. 如权利要求26-28中任一项所述的方法，其中，基于预测的感兴趣区域的增强时间触发所述瞬切双能Scout放射线扫描。
30. 如权利要求16所述的方法，其中，重建的物质分离图和单能图与预定筛查目的对应。
31. 如权利要求30所述的方法，其中，所述预定筛查目的是冠状动脉狭窄和/或冠状动脉钙化。
32. 如权利要求31所述的方法，其中，与冠状动脉狭窄和冠状动脉钙化对应的物质是碘和HAP。
33. 如权利要求30所述的方法，还包括：基于与所述预定筛查目的不同的筛查目的，从所采集的双能投影数据中后重建出一个或多个对应的物质图和单能图。
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