降低灌注成像噪声和辐射或造影剂剂量的基于K空间方法技术

通过使用基于K空间的方法，减少计算机断层灌注(CTP)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和磁共振成像(MRI)医疗扫描装置中灌注成像的噪音和剂量(辐射或造影剂)。来自扫描仪数据集的图像时间序列在必要时被转换(如使用二维快速傅里叶变换(FFT))成具有多个时间帧的K空间。在将数据转换之前，例如通过二维FFT转换为降噪图像的时间序列之前，通过逐步增加“k空间”较远区域的视图共享平均的时间帧数，进行视图共享平均，以降低噪音并保持CTP、PET、SPECT和MRI数据的空间和时间分辨率。的空间和时间分辨率。的空间和时间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降低灌注成像噪声和辐射或造影剂剂量的基于K空间方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求获得于2020年6月11日提交的申请号为63/038,071的美国临时专利申请的优先权和利益，该申请的全部内容通过引用纳入本文中。本申请还要求获得于2019年8月9日提交的申请号为62/884,953的美国临时专利申请的优先权和利益，该申请的全部内容通过引用纳入本文中。
[0003]关于联邦赞助的研究或开发的声明
[0004]本专利技术是根据由美国国立卫生研究院授予的R41
‑
EB024438在政府支持下进行的。政府对该专利技术拥有一定的权利。
[0005]关于受版权保护的材料的通知20
[0006]本专利文件中的部分材料可能受到美国和其他国家版权法的版权保护。版权所有者不反对任何人传真复制本专利文件或专利公开，因为它出现在美国专利和商标局的公开档案或记录中，但除此之外保持所有的版权权利。版权所有者在此不放弃对该专利文件进行保密的任何权利，包括但不限于根据37 C.F.R.
§
1.14的权利。


[0007]本公开的技术总体上涉及医学成像，特别是用于减少图像噪音和/或剂量(如辐射或造影剂(radiation or contrast agent))的K
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空间加权图像平均(KWIA)。

技术介绍

[0008]已经开发并应用了一些医学成像技术来评估脑血流动力学，这些医学成像技术包括计算机断层灌注(CTP)、正电子发射断层成像(PET)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)和磁共振成像(MRI)。这些技术使用不同的示踪剂(tracers)，如放射性或非放射性、内源性或外源性、可扩散或不可扩散，并基于每种成像方式中动态时间活动曲线的动力学模型，得出血液动力学参数，如脑血流(CBF)和/或脑血容量(CBV)。
[0009]然而，目前的这些图像处理技术出现了图像噪音问题，此外，这些技术在较低的剂量水平上往往不能提供令人满意的结果。
[0010]因此，需要一种增强的图像处理技术，该技术可以减少图像噪音问题，甚至可以在较低剂量的辐射或造影剂下应用。本专利技术满足了这一需求，并提供了比以往技术更多的益处。

技术实现思路

[0011]通过举例而不是限制，本公开描述了一种系统和方法(称为“K
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空间加权图像平均”(KWIA))，用于降低噪音和辐射和/或造影剂的剂量，用于使用计算机断层灌注(CTP)、正电子发射断层成像(PET)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)和磁共振成像(MRI)的灌注成像。在一个实施方式中，KWIA使用傅里叶空间
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相当于MRI中的K空间
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基于处理，以减少CTP、PET、SPECT和MRI扫描的噪音，同时保持图像的时间和空间分辨率，并且不需要对现有
的扫描仪进行任何修改或不需要冗长的计算时间。
[0012]在至少一个实施方式中，获取了低剂量的计算机断层扫描(CT)图像。在这些实施例中，低剂量是通过降低X射线管电流或管电压或两者来实现的。
[0013]在至少一个实施方式中，KWIA应用于标准或低剂量CT，以降低噪音并提高图像对比度。
[0014]在至少一个实施方式中，PET和SPECT图像是用降低剂量的放射性示踪剂获取的。
[0015]在至少一个实施方式中，KWIA应用于具有标准或减少剂量的放射性示踪剂的PET和SPECT图像，以降低噪音和提高图像对比度。
[0016]在至少一个实施方式中，用降低剂量的造影剂获取动态磁化率对比(DSC)MRI图像。
[0017]在至少一个实施方式中，KWIA应用于具有标准或减少剂量的造影剂的DSC MRI，以降低噪音和提高图像对比度。
[0018]在至少一个实施方式中，动脉自旋标记(ASL)MRI图像是以减少的成像时间获取的。
[0019]在至少一个实施方式中，KWIA应用于具有标准或减少的成像时间的ASL MRI，以降低噪音和提高图像对比度。
[0020]本文所述技术的更多方面将在说明书的以下部分提出，其中详细描述的目的是为了充分公开该技术的优选实施方式，而不对其进行限制。
【附图说明】
[0021]参照以下仅用于说明目的之附图，可以更全面地理解本文所述的技术：
[0022]图1是根据本公开的至少一个实施方式，关于原始投影或K
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空间数据的KWIA方法的框图；
[0023]图2是进行根据本公开的至少一个实施方式的KWIA方法的变更例的框图；
[0024]图3是根据本公开的至少一个实施方式的医学成像扫描系统的框图；
[0025]图4A至图4C是根据本公开的至少一个实施方式的另选KWIA滤波器配置的框图；
[0026]图5是比较标准径向重建和根据本公开的至少一个实施方式的KWIA方法的图像结果；
[0027]图6A和图6B是来自10mm和5mm血管的动态信号图表，表明根据本公开的至少一个实施方式的KWIA重建不会对时间参数产生不利影响。
[0028]图7是在根据本公开的至少一个实施方式，用2、3和4个环进行KWIA重建的情况下KWIA重建图像，重建图像比较100％剂量下的临床CTP数据和50％和25％剂量下的模拟图像；
[0029]图8A至图8D是根据本公开的至少一个实施方式，动脉输入功能(AIF)、静脉流出功能(VOF)、组织密度信号(TDS)和脑血流(CBF)图的图表和KWIA重建的图像；
[0030]图9是根据本公开的至少一个实施方式，用真实的100％、60％和30％的剂量获取的CTP幻影图像以及用2、3和4个环的KWIA重建的60％和30％的剂量扫描的图像比较；
[0031]图10是根据本公开的至少一个实施方式，用KWIA方法重建的60％和30％剂量CTP幻影数据的动脉输入功能(AIF)、静脉流出功能(VOF)和组织信号的图表。
【具体实施方式】
[0032]1.简介
[0033]描述了一种新型的基于K空间的方法，该方法用于降低各种医学成像技术的灌注成像的噪音和/或辐射或造影剂的剂量，这些医学成像技术包括计算机断层灌注(CTP)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和磁共振成像(MRI)。
[0034]CT脑灌注(CTP)是一种广泛使用的成像技术，用于评估中风和脑血管疾病的血流动力学变化。CTP包括在美国心脏协会(AHA)的急性中风成像指南中，用于区分梗死核心和半影脑组织，以制定再通疗法的决策。CTP也用于其他神经系统疾病，如脑外伤和脑肿瘤。在典型的CTP扫描中，在扫描持续时间(约1分钟)内获取时间分辨CT图像数据集，以追踪造影剂通过颅内脉管的通道。由时间密度曲线(TDC)描绘组织的造影剂随时间而提高，并且可以从TDC信息中得出诸如脑血流(CBF)、脑血容量(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于降低CT期间的辐射剂量的设备，包括：(a)CT扫描仪；(b)处理器，其配置为接收来自所述CT扫描仪的输入；以及(c)非暂时性存储器，其存储可由处理器执行的指令；(d)其中所述指令当由所述处理器执行时，进行的步骤包括：(i)从所述CT扫描仪接收CT正弦图；(ii)将所述CT正弦图转换为K空间数据；(iii)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及(e)以减少的辐射剂量输出CT图像，同时保持信噪比和高空间及时间分辨率。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述指令当由所述处理器执行时进一步进行的步骤包括：进行K
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空间加权图像平均(KWIA)以对所述K
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空间数据进行投影视图共享方法。3.根据权利要求2所述的设备，其中k
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空间的中心被超采样和插值以提供足够的信噪比，并且外部k
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空间在相邻时间帧之间被平均以提高信噪比。4.根据权利要求2所述的设备，其中图像对比度主要由所述K空间中心确定，并且图像细节主要由所述外部K空间确定。5.一种存储可由处理器执行的指令的非暂时性介质，其中所述指令当由处理器执行时，进行的步骤包括：(a)从CT扫描仪接收CT正弦图；(b)将所述CT正弦图转换为K空间数据；(c)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及(d)以减少的辐射剂量输出CT图像，同时保持信噪比和高空间及时间分辨率。6.一种减少CT期间辐射剂量的方法，该方法包括：(a)从CT扫描仪接收CT正弦图；(b)将所述CT正弦图转换为K空间数据；(c)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及(d)以减少的辐射剂量输出CT图像，同时保持信噪比和高空间及时间分辨率；(e)其中，所述方法由执行存储在非暂时性介质上的指令的处理器进行。7.一种在CT期间降低辐射剂量和噪音的设备，包括：(a)CT扫描仪；(b)处理器，其配置为接收来自所述CT扫描仪的输入；以及(c)非暂时性存储器，其存储可由所述处理器执行的指令；(d)其中所述指令当由所述处理器执行时，进行的步骤包括：(i)从所述CT扫描仪接收CT正弦图或图像；(ii)将所述CT正弦图或图像转换为K空间数据；(iii)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及
(e)以减少的或标准的辐射剂量输出CT图像，同时提高信噪比并保持高空间及时间分辨率。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述指令由所述处理器执行时进一步进行的步骤包括：执行K空间加权图像平均(KWIA)以对所述K空间数据进行所述投影视图共享方法。9.根据权利要求8所述的设备，其中K
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空间的中心被超采样和插值以提供足够的信噪比，而外部K
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空间在相邻的时间帧之间被平均以提高信噪比。10.根据权利要求8所述的设备，其中图像对比度主要由所述k空间中心确定，图像细节主要由所述外部K空间确定。11.一种存储可由处理器执行的指令的非暂时性介质，所述指令当由所述处理器执行时，进行的步骤包括：(a)从CT扫描仪接收CT正弦图或图像；(b)将所述CT正弦图或图像转换为K空间数据；(c)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及(d)以减少的或标准的辐射剂量输出CT图像，同时提高信噪比并保持高空间及时间分辨率。12.一种在CT期间降低辐射剂量和噪音的方法，该方法包括：(a)从CT扫描仪接收CT正弦图或图像；(b)将所述CT正弦图或图像转换为K空间数据；(c)通过逐步增加K空间较远区域的共享时间帧的数量，对所述K空间数据进行投影视图共享方法；以及(d)以减少的或标准的辐射剂量输出CT图像，同时提高信噪比并保持高空间及时间分辨率；(e)其中，所述方法由执行存储在非暂时介质上的指令的处理器进行。13.一种用于降低动态CT、PET和SPECT扫描期间的噪音和辐射剂量的设备，包括：(a)CT、PET或SPECT扫描仪，其配置为以标准辐射剂量或降低的辐射剂量进行扫描，在特定的解剖位置上生成时间序列的扫描；(b)处理器，其配置为接收来自所述CT、PET或SPECT扫描仪的输入；以及(c)非暂时性存储器，其存储可由所述处理器执行的指令；(d)其中所述指令当由所述处理器执行时，进行的步骤包括：(i)从进行扫描的所述CT、PET或SPECT扫描仪接收动态CT、PET或SPECT正弦图或图像的时间序列数据集的扫描数据；(ii)将所述动态CT、PET或SPECT正弦图或图像转换为具有多个时间帧的K空间数据；(iii)通过逐步增加K空间的更远区域的共享时间帧的数量对所述K空间数据执行视图共享平均方法；以及(e)输出CT、PET或SPECT图像序列，所述图像序列无论所述扫描数据是在标准或减少的辐射剂量下获得都降低噪音并保持空间和时间分辨率。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述时间序列数据集包括来自所述CT、PET或SPECT扫描仪的二维或三维时间序列数...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼，
申请(专利权)人：湖瑞影像公司，
类型：发明
国别省市：