用于计算机断层成像(CT)辐射剂量的一致性和可验证的优化方法技术

公开了用于在临床环境中一致性地和可验证地优化计算机断层成像(CT)辐射剂量的系统和方法。数学模型允许根据数字图像数据和放射科医生的偏好来估算患者体型、图像噪声、特定体型的辐射剂量和图像质量目标值。预测模型估算扫描仪的管电流调制并在一定的患者体型范围内预测图像噪声和特定体型的辐射剂量。优化模型计算以可行的最小辐射剂量获取目标图像质量所需的具体扫描仪设置。自动系统根据数学模型处理图像和剂量数据并存储和显示信息，实现一致性剂量优化的验证和持续监测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于计算机断层成像(CT)辐射剂量的一致性和可验证的优化方法相关串请的参见本申请要求2011年9月30提交的申请号为61/541,671的美国临时申请的受益权，在此以参见方式将其引入。
本公开涉及用于优化辐射剂量的计算机断层成像(CT)方法。本公开还涉及一种集成系统，用于在组织机构中始终基于个体患者通过最小化与定量图像质量目标值的偏差来提供一致性的CT辐射剂量优化。
技术介绍
医院已经响应颁布的健康指引而开始监测CT辐射剂量。在接受包括计算机断层成像(CT)在内的医疗福射照射时,指导原则是合理可行尽量低(As Low As ReasonablyAchievable，ALARA)。因此，成像仪需要使用实现诊断图像质量所必需的最小辐射剂量。过低的辐射剂量生成的图像质量不佳。过高的辐射剂量将患者置于危险中且并未提高诊断质量。因此，CT中的ALARA问题可以被视为图像质量优化问题再加上辐射剂量优化问题。具体地，成像仪的优化剂量的能力取决于在CT检查之前准确地预测图像质量以及按预期使用辐射剂量参数从而得到恰好高于诊断阈值的图像质量的能力。所有其他条件相同时，CT扫描仪的辐射剂量越高，得到的图像就越清楚。在操作人员的直接控制下影 响辐射剂量的两个主要因素是:测量为管电压(kV)的射束能级，以及测量为管电流和时间的函数(mAs)的量子注量。输送至患者的辐射剂量与注量成正比且与管电流的平方大致成正比。降低剂量会减少到达检测仪的量子数量并导致图像更粗糙或噪声更大。对体型较胖的患者保持图像质量所需的剂量水平较高，且对体型较瘦的患者所需的剂量水平较低。对于操作人员来说，目标是使用尽可能最低的辐射剂量来生成诊断质量的图像。至今，用于临床检查的图像质量测量手段对于放射科医生来说通常都不可用。对于低对比度应用例如腹部/骨盆CT来说，限制图像质量的特征可能是结合了空间分辨率和对比度分辨率估算的低对比度可检测性(LCD)。用于本公开的测量图像质量的方法是图像噪声，图像噪声由于提供了单一的图像质量量度而能够用作LCD的代表。CT参数必须在检查之前设置；因此，如果参数是基于最低图像质量，那么用户必须知晓应该使用哪些参数才能得到可用于生成诊断质量图像的最低辐射剂量的先验知识。包括剂量调制在内的若干种辐射减少技术被结合到大多数的现代CT扫描仪中。但是，辐射剂量仍然在操作人员的控制之下，操作人员保留了设置剂量调制检查所用的扫描参数例如kV、mA和可接受的“噪声系数”等参数的能力。然而放射科医生当前仍然在很多方面受限，包括以下的内容:a)图像质量即使是通过目视检查也难以量化；因此标准的图像质量体系尚未很好地建立。b)图像质量取决于扫描参数和患者体型；关于这些因素的互相作用如何影响图像质量的量化模型尚未很好地建立。C)即使是能够无预测模型地测量，图像质量也只能在扫描完成之后评估，限制了其有效性。d)最小的图像质量阈值尚未建立。此外，CT的使用在近年来显著增加。很多扫描仪每天都要由CT技术人员操作、由放射科医生监督、在康复医生(physicist)的帮助下执行很多次检查，目前这些人都没有针对优化图像质量或放射剂量获得补偿。希望这些人投入大量的时间来确保图像质量/剂量优化是不合理的。因此，即使开发出量化图像质量的方法，除非是将其以最小的干扰集成到当前的工作流程中并且易于使用，否则也不太可能得到广泛的采用。很多当前围绕CT剂量优化的挑战都涉及图像质量和剂量验证的问题。如果没有自动系统，那么由于获取、分析、汇总和报告来自个体扫描的数据方面的困难，确信或声称自己已优化剂量的放射科医生即使可行也只能以很高的代价来进行验证。因此，尽管量化图像质量的评估是一项重要因素，但是系统还必须要实用。具体地，系统应该满足以下几项原则:1、预测:系统应该根据扫描参数和患者体型来预测图像质量。2、优化:系统应该推荐预计以最少的可行剂量生成期望质量图像(ALARA)的扫描参数。 3、评估:系统应该评估个体扫描与其他扫描相比多好地实现了 ALARA的目标。4、监测:系统应该使管理器能够确保对组织机构中所有扫描仪的所有学习都一致性地实现ALARA。5、验证/报告:系统应该使企业能够以可量化的方式报告其性能。6、自动化/集成:在可行的范围内，系统应该自动工作，只需最小的人工数据输入。7、透明性:同时，系统应该尽可能透明，告知操作人员和管理人员个体和总体的学习性能。8、可控性:尽管系统应该自动工作，但是也应该随时允许操作人员超驰控制。9、便于使用:系统应该直观且尽可能地使用简单。
技术实现思路
示范性实施例提供了一种在组织机构中用于计算机断层成像(CT)扫描仪的一致性基础上利用量化的图像质量评估和辐射剂量估算来实现合理可行尽量低(ALARA)的辐射剂量水平的系统和方法。在一个实施例中，公开了一种用于生成CT扫描仪所用的扫描参数的方法。所述方法首先获取患者体型数据。接下来，所述方法建立用于单个放射科医生或放射科医生群组的图像质量偏好曲线，所述图像质量偏好曲线是图像质量和患者体型数据的函数。接下来，所述方法建立根据所述图像质量偏好曲线导出的目标噪声公式。接下来，针对测量噪声公式应用所述目标噪声公式以导出用于指定扫描的扫描参数，所述测量噪声公式是患者体型数据的函数。在一个更加详细的实施例中，针对测量噪声公式应用目标噪声公式以导出用于指定扫描的扫描参数的步骤可以包括设置目标噪声公式与用于患者体型数据的测量噪声公式相等并求解辐射剂量参数的步骤。在进一步的详细实施例中，已知其他的扫描仪参数，则辐射剂量参数可以包括mAs。在进一步的详细实施例中，所述图像质量偏好曲线的公式可以是:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成CT扫描仪所用的扫描参数的方法，包括：获取患者体型数据；建立目标噪声公式，所述目标噪声公式是患者体型数据的函数；并且针对测量噪声公式应用目标噪声公式以导出用于指定CT扫描的CT扫描参数，所述测量噪声公式是患者体型数据的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.30 US 61/541,6711.一种用于生成CT扫描仪所用的扫描参数的方法，包括: 获取患者体型数据； 建立目标噪声公式，所述目标噪声公式是患者体型数据的函数；并且针对测量噪声公式应用目标噪声公式以导出用于指定CT扫描的CT扫描参数，所述测量噪声公式是患者体型数据的函数。2.如权利要求1所述的方法，其中针对测量噪声公式应用目标噪声公式以导出用于指定CT扫描的CT扫描参数的步骤包括设置目标噪声公式与用于患者体型数据的测量噪声公式相等并求解辐射剂量参数的步骤。3.如权利要求2所述的方法，其中辐射剂量参数包括mAs。4.如权利要求3所述的方法，其中目标噪声公式是: 5.如权利要求1所述的方法，其中患者体型数据Dw是患者体重和患者水当量直径中的一种。6.如权利要求4所述的方法，其中测量噪声公式是: 7.如权利要求4所述的方法，其中测量噪声公式是: 8.如权利要求2所述的方法，其中求解辐射剂量参数的步骤是迭代处理。9.如权利要求1所述的方法，其中目标噪声公式至少部分地根据一名或多名放射科医生对合适的图像质量的主观评估来建立。10.如权利要求1所述的方法，其中: 测量噪声公式是剂量调制噪声公式； 针对测量噪声公式应用目标噪声公式以导出用于指定CT扫描的CT扫描参数的步骤包括设置目标噪声公式与用于患者体型数据的剂量调制噪声公式相等并求解辐射剂量参数的步骤。11.如权利要求10所述的方法，其中剂量调制噪声公式是: 12.如权利要求1所述的方法，其中测量噪声公式根据取自水假体的噪声测量数据导出。13.如权利要求12所述的方法，其中水假体是锥形水假体、人形水假体和椭圆形水假体中的一种。14.如权利要求1所述的方法，其中目标噪声公式和测量噪声公式选自根据期望的CT应用组织的相应公式组。15.如权利要求14所述的方法，其中所述公式组包括用于一种或多种下述CT应用的公式: 身体目标应用； 肺部目标应用；和 骨骼目标应用。16.如权利要求1所述的方法，其中患者体型数据是在扫描轴上针对患者获取的水当量直径的平均值。17.如权利要求16所述的方法，其中水当量直径的平均值通过沿扫描轴针对每一个剖面等级执行信息位置图示图像数据的逐行集成而导出。18.如权利要求1所述的方法，其中CT扫描参数包括kV、mAs和剂量调制设置中的一种或多种。19.如权利要求1所述的方法，进一步包括利用一个或多个导出的CT扫描参数执行CT扫描的步骤。20.如权利要求19所述的方法，进一步包括在跟CT扫描相关联的数据库记录中存储导出的CT扫描参数和患者体型数据用于后续数据分析的步骤。21.如权利要求1所述的方法，进一步包括发信号指示是否有一个或多个导出的CT扫描参数落在选择的CT扫描参数集合以外的步骤。22.一种用于在使用扫描仪的计算机断层成像(CT)扫描中扫描患者的方法，包括以下步骤: 估算患者体型； 至少部分地基于患者体型建立用于扫描的目标图像质量参数； 从数据库中检索扫描仪参数信息； 基于目标图像质量参数和扫描仪参数信息确定扫描协议； 推荐扫描协议； 利用一定的辐射剂量扫描患者； 显示扫描图像； 测量扫描图像以获取噪声信息；并且 更新数据库。23.如权利要求22所述的方法，其中确定扫描协议包括确定特定体型的辐射剂量估算值(SSDE)。24.如权利要求23所述的方法，其中辐射剂量至少部分地基于确定的SSDE。25.如权利要求22所述的方法，其中确定扫描协议包括确定扫描仪的设置。26.如权利要求22所述的方法，其中扫描患者的步骤包括以确定的扫描仪设置来设置扫描仪。27.如权利要求22所述的方法，进一步包括通过扫描水假体处理水假体图像以得到扫描仪参数并在数据库中保存图像噪声信息和扫描仪参数。28.如权利要求22所述的方法，其中扫描患者的步骤包括管理已确定的SSDE。29.如权利要求22所述的方法，进一步包括基于目标图像质量参数确定扫描仪参数。30.如权利要求22所述的方法,其中估算Dw的步骤包括利用定位扫描(scoutscan)来扫描患者，以及利用定位扫描来创建信息位置图示。31.如权利要求30所述的方法，进一步包括: 由扫描仪执行信息位置图示的逐行集成以针对沿z轴的每一个剖面等级确定用于分块的水当量直径(Dwnrt);并且将Dw nrt映射至信息位置图示。32.如权利要求31所述的方法，进一步包括在每一个分块计算以算出估算噪声并将估算噪声映射至信息位置图示。33.如权利要求22所述的方法，其中估算患者体型的步骤通过以下步骤完成: 利用定位扫描来扫描患者以获取患者的厚度Tw ;并且 随后将Tw用于从数据库中交叉引用表达为水当量直径Dw的对应患者体型。34.如权利要求22所述的方法，其中更新数据库的步骤包括利用SSDE信息、噪声信息、扫描仪参数和患者体型中的至少一种来汇总数据库中的参数。35.如权利要求22所述的方法，其中扫描仪参数包括扫描仪常数和扫描仪性能数据。36.如权利要求35所述的方法，进一步包括: 通过利用至少一种扫描仪设置和模式执行至少一次水假体扫描而导出扫描仪参数； 测量噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·B·拉森，
申请(专利权)人：儿童医院医疗中心，
类型：发明
国别省市：美国;US