ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПЕРФУЗИИ Российский патент 2015 года по МПК A61B6/03 

Нижеследующее в общем относится к визуализации перфузии и находит конкретное применение в компьютерно-томографической перфузии (КТП). Однако оно также доступно для других применений для медицинской визуализации и для применений для немедицинской визуализации.

Визуализация методом компьютерно-томографической перфузии (КТП) предоставляет информацию, которая может быть использована для облегчения диагностирования пациентов с нарушением перфузии головного мозга, таких как пациенты с инсультом. В качестве примера, временной ряд изображений, полученных при таком сканировании, можно использовать для определения ишемической ткани и/или различения между необратимо поврежденной тканью (некротическая ткань или сердцевина инфаркта) и потенциально обратимо поврежденной тканью (ткань с повышенным риском или пенумбра инфаркта), например, у пациентов с инсультом.

Типичная процедура КТП включает в себя введение контрастного агента, и затем через несколько секунд после введения пациента сканируют в течение предварительно определенного интервала времени, и формируется временная серия изображений для интересующей области из собранных данных. Параметры перфузии извлекают из временного ряда изображений. Для этого подхода предполагается, что концентрация контрастного материала линейно зависит от улучшения контрастности на изображениях, т.е. от увеличения КТ-чисел над исходным уровнем.

Для вычисления региональных количественных параметров, таких как региональные мозговой кровоток (rCBF) и объем мозгового кровотока (rCBV), региональное улучшение контрастности сравнивают с улучшением контрастности в контрольной области (например, кровоснабжающей артерии). К сожалению, это может привести к ошибочным результатам, поскольку реконструированные изображения искажаются артефактами увеличения жесткости пучка; для реконструкции изображения в стандартных КТ-сканерах делается упрощающее предположение, что для получения изображений применяется моноэнергетический источник рентгеновского излучения, что не так в случае клинического КТ-сканера, и данное упрощение может приводить к артефактам увеличения жесткости пучка.

Артефакты увеличения жесткости пучка могут приводить к тому, что область однородной ткани на изображении выглядит неоднородной, особенно если вокруг данной области расположен значительный объем кости. На улучшение контрастности артефакт увеличения жесткости пучка также влияет. Например, артефакт увеличения жесткости пучка может приводить к тому, что улучшение контрастности выглядит неоднородным в области, в которой концентрация контрастного материала постоянна.

Аспекты настоящей заявки затрагивают вышеуказанные и другие вопросы.

В соответствии с одним аспектом, способ включает в себя разложение с помощью средства разложения основанных на агенте проекционных данных временного ряда для объекта или субъекта на по меньшей мере основанную на агенте компоненту.

В соответствии с другим аспектом средство разложения проекционных данных включает в себя средство разложения временного ряда, которое определяет основанные на агенте проекционные данные на основании основанных на агенте проекционных данных временного ряда на основании по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент.

В соответствии с другим аспектом компьютерно-читаемый носитель информации, содержащий инструкции, которые, при выполнении компьютером, вынуждают компьютер выполнять этап определения основанной на агенте компоненты, основанных на агенте проекционных данных временного ряда с использованием по меньшей мере двух компонент основанной на агенте проекции временного ряда.

Изобретение может принимать форму различных компонент и расположений компонент и различных этапов и расположений этапов. Чертежи даны только для иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение.

Фиг. 1 изображает примерную систему визуализации.

Фиг. 2 изображает примерное средство разложения проекционных данных.

Фиг. 3 изображает примерный способ.

Фиг. 1 изображает компьютерный томографический (КТ) сканер 100, который включает в себя неподвижный гентри 102 и вращающийся гентри 104, который поддерживается неподвижным гентри 102 с возможностью вращения. Вращающийся гентри 104 вращается вокруг исследуемой области 106 вокруг продольной оси или оси z.

Источник 110 излучения, такой как рентгеновская трубка, поддерживается вращающимся гентри 104 и вращается вместе с ним вокруг исследуемой области 106. Источник 110 излучения испускает излучение, а коллиматор коллимирует испущенное излучение и производит, как правило, веерный, клиновидный или конический пучок излучения, который пересекает исследуемую область 106.

Контроллер 112 источника излучения управляет средним напряжением эмиссии источника 110 излучения. В показанном варианте осуществления контроллер напряжения источника 112 излучения может переключать напряжение эмиссии между по меньшей мере двумя различными напряжениями. Это позволяет использовать систему 100 для многоэнергетических сборов, при которых источник 110 излучения образует первый пучок излучения с первым энергетическим спектром для первого сканирования и n-й пучок излучения с n-м другим энергетическим спектром для n-го второго сканирования.

Чувствительная к излучению матрица 114 детекторов также поддерживается вращающимся гентри 104 и стягивает дугу напротив источника 110 излучения напротив исследуемой области 106. Матрица 114 детекторов обнаруживает излучение, которое пересекает исследуемую область 106, и образует указывающие на него проекционные данные. Проекционные данные могут быть сохранены в запоминающем средстве 116.

Процессор или средство 118 разложения проекционных данных раскладывает проекционные данные на различные зависящие от энергии компоненты. Как более подробно описано ниже, в одном случае средство 118 разложения раскладывает проекционные данные на по меньшей мере две компоненты, такие как фотоэлектрическая и комптоновская компоненты, и для процедуры, основанной на агенте визуализации, средство 118 разложения может раскладывать проекционные данные на фотоэлектрическую, комптоновскую и связанную с введенным агентом компоненты.

Средство 120 реконструирования реконструирует одну или более из разложенных зависящих от энергии компонент (фотоэлектрическая, комптоновская и/или компонента введенного агента) и/или их комбинацию и формирует волюметрические данные изображения, указывающие на исследуемую область 106, включая область интереса объекта или субъекта, находящегося там. Это позволяет формировать основанные на агенте волюметрические данные изображения (например, данные изображения без анатомических структур), которые могут быть использованы для формирования количественной карты агента для временного ряда изображений. Артефакт увеличения жесткости пучка также может быть уменьшен или подавлен, поскольку зависимость от энергии известна.

Инжектор 122 сконфигурирован для введения одного или более веществ или агентов (например, контрастных агентов и т.д.) в объект или субъект для сканирования. Альтернативно, вещество может быть вручную введено клиницистом.

Компьютерная система 124 общего назначения служит в качестве консоли оператора. Резидентная часть программного обеспечения, установленного на консоли 124, предоставляет оператору возможность управлять работой системы 100, включая выбор протокола, основанного на агенте сканирования, который включает в себя два или более не основанных на агенте сборов при разных энергиях и один или более основанных на агенте временных рядов или сборов перфузии.

Опора 126 для пациента, такая как стол, поддерживает пациента во время сканирования.

Фиг. 2 изображает пример средства 118 разложения проекционных данных.

Первое или средство 202 спектрального разложения спектрально раскладывает проекционные данные от матрицы 114 детекторов. В показанном варианте осуществления средство 202 спектрального разложения спектрально раскладывает проекционные данные, полученные посредством по меньшей мере двух различных сканирований или сборов данных, выполненных с двумя различными эмиссионными напряжениями. Средство 202 спектрального разложения одновременно раскладывает зависящие от энергии проекционные данные на фотоэлектрическую и комптоновскую компоненты.

В одном случае средство 202 спектрального разложения спектрально раскладывает проекционные данные на основании уравнения 1:

Уравнение 1:

где M_kVp представляет собой зависящее от энергии значение измерения интенсивности, R_kVp представляет собой эмиссионный спектр, A₁ представляет собой линейные интегралы для фотоэлектрического эффекта и A₂ представляет собой линейные интегралы для эффекта Комптона. Для того чтобы определить A₁ и A₂, используют по меньшей мере два зависящих от энергии значения измерения интенсивности (M_kVp1 и M_kVp2).

Второе средство 204 разложения или средство 204 разложения временного ряда раскладывает основанные на агенте проекционные данные временного ряда, используя зависящие от энергии компоненты от вышеописанного спектрального разложения не основанных на агенте проекционных данных. Например, средство 204 разложения временного ряда может разложить основанные на агенте проекционные данные временного ряда для любого момента времени временного ряда с учетом A₁ и A₂, для того чтобы определить основанную на агенте компоненту в этот момент времени.

В одном случае средство 204 разложения временного ряда раскладывает основанные на агенте проекционные данные временного ряда, для того чтобы определить основанную на агенте компоненту на основании уравнения 2:

Уравнение 2:

где M_kVp(t_i) представляет собой зависящее от энергии значение измерения интенсивности в момент времени t_i временного ряда, CA(t_i) представляет собой линейный интеграл агента в момент времени t_i, и f_CA(E) представляет собой зависящее от энергии поглощение агента. A₁ и A₂ соответственно представляют собой линейные интегралы для фотоэлектрического эффекта и эффекта Комптона, как описано выше.

Средство 204 разложения временного ряда определяет CA(t_i) из уравнения 2 с помощью A₁ и A₂, которые определены из уравнения 1. В одном случае A₁ и A₂ сначала определяют и затем используют, для того чтобы определить CA(t_i). В другом случае A₁, A₂ и CA(t_i) определяют одновременно. Напряжение эмиссии сбора данных временного ряда может быть тем же самым, что и при спектральном сборе данных, или иным.

Фиг. 3 изображает способ получения основанных на агенте проекционных данных из основанных на агенте проекционных данных временного ряда.

На этапе 302 выполняют первое не основанное на агенте сканирование интересующей области объекта или субъекта с первым напряжением эмиссии. На этапе 304 выполняют второе не основанное на агенте сканирование интересующей области со вторым другим напряжением эмиссии. Оба из вышеуказанных сканирований выполняют до введения агента, и их можно рассматривать как исходные сканирования.

В качестве не ограничивающего примера, одно из сканирований выполняют с напряжением эмиссии в диапазоне приблизительно 120-160 киловольт (кВ), таким как приблизительно 140 кВ, а другое сканирование выполняют с напряжением эмиссии в диапазоне приблизительно 60-100 киловольт (кВ), таким как приблизительно 80 кВ. Вышеуказанные диапазоны приведены с иллюстративной целью и не являются ограничивающими.

На этапе 306 выполняют основанное на агенте перфузионное сканирование временного ряда. Это может включать в себя введение агента, такого как контрастный агент, пациенту и затем после предварительно определенной задержки непрерывное сканирование интересующей области объекта или субъекта в течение предварительно определенного периода времени.

На этапе 308 определяют основанные на агенте проекционные данные, такие как основанная на агенте компонента для проекционных данных временного ряда на основании проекционных данных от двух не основанных на агенте сканирований. Основанные на агенте проекционные данные можно определить на основании уравнений 1 и 2, как описано более подробно выше, или иным образом.

На этапе 310 получают основанные на агенте волюметрические данные изображения из основанных на агенте проекционных данных. Основанные на агенте волюметрические данные изображения предоставляют количественные данные об агенте для сканирования временного ряда.

В одном случае основанные на агенте волюметрические данные изображения применяют, для того чтобы сформировать основанные на агенте изображения для сканирования временного ряда. Такие изображения можно показывать с помощью дисплея консоли 124 или другого вычислительного средства или пленки. Основанные на агенте изображения выделяют ткань с контрастным усилением, в то же время ослабляя или визуально подавляя ткань без контрастного усиления. Как отмечено выше, такие изображения можно использовать, для того чтобы получить количественную карту для агента для временного ряда, а из нее можно определить различные параметры, такие как мозговой кровоток (CBF) и объем мозгового кровотока (CBV) и т.д.

Вышеописанное можно реализовать в виде машиночитаемых инструкций, которые, когда выполняются компьютерным(и) процессором(ами), вынуждают процессоры(ы) выполнять действия, описанные в настоящем описании. В таком случае инструкции сохраняют на компьютерно-читаемом носителе информации, таком как память, связанная с соответствующим компьютером, и/или иным образом доступная ему.

Изобретение описано здесь со ссылкой на различные варианты осуществления. После прочтения настоящего описания кому-то могут прийти на ум модификации и изменения. Следует понимать, что настоящее изобретение следует интерпретировать как включающее в себя все такие модификации и изменения в той мере, в которой они попадают под объем формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам визуализации перфузии. Способ включает определение двух зависящих от энергии компонент на основе проекционных данных от двух спектральных сканирований, не основанных на агенте. Первое из двух спектральных сканирований выполняют при первом напряжении эмиссии, а второе - при втором напряжении эмиссии. Первое и второе напряжения эмиссии различны. Далее определяют две зависящие от энергии компоненты и компоненту, основанную на агенте, на основе двух зависящих от энергии компонент. Посредством устройства разложения разлагают проекционные данные временного ряда, основанные на агенте, для объекта на одну компоненту, основанную на агенте, на основе двух зависящих от энергии компонент. Разложение осуществляют на основе проекционных данных временного ряда, основанных на агенте двух зависящих от энергии компонент. Устройство разложения проекционных данных содержит устройство разложения временного ряда, определяющее проекционные данные, основанные на агенте с использованием двух зависящих от энергии компонент. Устройство визуализации также включает компьютерно-читаемый носитель, содержащий инструкции, которые побуждают компьютер выполнять операции способа визуализации перфузии. Использование изобретения позволяет уменьшить артефакты увеличения жесткости пучка. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ визуализации перфузии, содержащий:
определение по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент на основе проекционных данных от по меньшей мере двух спектральных сканирований, не основанных на агенте, причем первое из упомянутых по меньшей мере двух спектральных сканирований выполняют при первом напряжении эмиссии, а второе из упомянутых по меньшей мере двух спектральных сканирований выполняют при втором напряжении эмиссии, причем первое и второе напряжения эмиссии различны; и затем определение указанных по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент и компоненты, основанной на агенте, на основе упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент, и
разложение посредством устройства (118) разложения проекционных данных временного ряда, основанных на агенте, для объекта или субъекта на по меньшей мере одну компоненту, основанную на агенте, на основе упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент, причем разложение осуществляют на основе проекционных данных временного ряда, основанных на агенте, по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий реконструкцию компоненты, основанной на агенте, для формирования волюметрических данных изображения, основанного на агенте, характеризующего объект или субъект.

3. Способ по п. 2, при этом объемные данные изображения, основанного на агенте, предоставляют собой количественные данные об агенте для проекционных данных временного ряда для агента.

4. Способ по п. 1, в котором упомянутые по меньшей мере две зависящие от энергии компоненты включают в себя фотоэлектрическую компоненту и комптоновскую компоненту.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий одновременное определение упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент и основанной на агенте компоненты.

6. Компьютерный томографический сканер (100) для визуализации перфузии, содержащий
контроллер (112) источника излучения, сконфигурированный для переключения напряжения эмиссии между двумя различными напряжениями, для обеспечения многоэнергетических сборов,
инжектор (122), сконфигурированный для введения одного или более агентов в объект для сканирования,
чувствительную к излучению матрицу (114) детекторов, сконфигурированную для обнаружения излучения исходного сканирования до введения агента при первом и втором напряжении эмиссии, обнаружения излучения после введения агента и формирования основанных на агенте проекционных данных из основанных на агенте проекционных данных временного ряда;
процессор (118), сконфигурированный для определения проекционных данных, основанных на агенте, на основе проекционных данных временного ряда, основанных на агенте, используя по меньшей мере две зависящие от энергии компоненты для процедур основанной на агенте визуализации.

7. Компьютерный томографический сканер (100) по п. 6, в котором процессор (118) дополнительно сконфигурирован для определения упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент на основе проекционных данных, не основанных на агенте, из по меньшей мере двух сборов данных, выполненных с использованием двух различных эмиссионных напряжений.

8. Компьютерный томографический сканер (100) по любому из пп. 6 или 7, в котором упомянутые по меньшей мере две зависящие от энергии компоненты включают в себя фотоэлектрическую компоненту и комптоновскую компоненту.

9. Компьютерный томографический сканер (100) по любому из пп. 6 или 7, в котором проекционные данные, основанные на агенте, используются для реконструирования и получения волюметрических данных изображения, основанных на агенте.

10. Компьютерный томографический сканер (100) по п. 9, в котором объемные данные изображения, основанные на агенте, предоставляют количественную карту распределения агента.

11. Компьютерно-читаемый носитель информации, содержащий инструкции, которые, при выполнении компьютером, побуждают компьютер выполнять операции способа визуализации перфузии, заключающиеся в:
определении по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент на основе проекционных данных от по меньшей мере двух спектральных сканирований, не основанных на агенте, причем первое из упомянутых по меньшей мере двух спектральных сканирований выполняют при первом напряжении эмиссии, а второе из упомянутых по меньшей мере двух спектральных сканирований выполняют при втором напряжении эмиссии, причем первое и второе напряжения эмиссии различны; и затем определении указанных по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент и компоненты, основанной на агенте, на основе упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент, и
разложении посредством устройства (118) разложения проекционных данных временного ряда, основанных на агенте, для объекта или субъекта на по меньшей мере одну компоненту, основанную на агенте, на основе упомянутых по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент, причем разложение осуществляют на основе проекционных данных временного ряда, основанных на агенте, по меньшей мере двух зависящих от энергии компонент.