CN109602435B - 用来取得预期图像质量的ct成像***和方法 - Google Patents

用来取得预期图像质量的ct成像***和方法 Download PDF

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Abstract

计算机断层扫描(CT)成像***具有至少一个处理单元，其配置成接收包括修改的***特征和具有任对象的临床任务的操作员输入,并且还接收用于确定基于任务的图像质量(IQ)度量的操作员输入。基于任务的IQ度量表示用于执行临床任务的图像数据的预期总体图像质量。图像数据使用参考***特征来获取。至少一个处理单元还配置成基于任务对象、修改的***特征和基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数。至少一个处理单元还配置成在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是曝光控制参数的函数。

Description

用来取得预期图像质量的CT成像***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月29日提交的美国临时申请No. 62/565662的权益，并且通过引用将其全部结合到本文中。
技术领域
本文所公开的主题一般涉及医疗成像***。
背景技术
计算机断层扫描(CT)成像***通常由经训练的操作员(其选择规定CT扫描的多个成像和/或获取参数)来控制。可尤其基于感兴趣区域(ROI)和临床任务来选择这些参数。临床任务可包括例如检测和表征体内的结节，识别流体(气体或液体)的异常积聚，表征软组织的条件，或者识别人的异常天生或开发解剖。具有更好图像质量的医疗图像通常更易于阅读以用于实现临床任务。但是对于某些医疗成像***(例如CT成像***)，获取具有更好图像质量的医疗图像可要求使人暴露于更大量的辐射。因此，CT成像***的操作员的一个挑战是要得到具有充分图像质量的医疗图像而无需使人经受不必要辐射。
然而，图像质量能够是若干因素的函数，若干因素包括噪声、对比度、空间分辨率和/或噪声纹理。这些因素的每个能够受到CT成像***的一个或多个可调整参数的影响。为了在取得充分图像质量中帮助操作员，制造商开发了若干特征，例如自动化控制***，其自动调整成像***的操作。
由自动化控制***进行的调整可基于由操作员所输入的参数。例如，CT成像***中的自动曝光控制(AEC)引擎可基于由操作员所输入的图像质量(IQ)参考来调制辐射剂量。为了调制辐射剂量，AEC引擎可调制管电流和/或管电势(或管电压)。IQ参考指示由操作员所预期的图像质量。例如，IQ参考可指定所得到的图像数据的最小可接受图像质量。IQ参考可以是例如噪声指标，其与图像噪声成正比，并且表示能够在操作员要获取的医疗图像中存在的可接受量的噪声。AEC引擎尝试调制管电流，以取得恒定图像噪声，而不管衰减等级。由操作员所输入的其他IQ参考可以是参考mAs，其与管电流-时间乘积、具有可接受图像质量的参考图像以及基于图像中的像素值的标准偏差的目标图像质量等级成正比。
操作员常常预期改进协议(例如通过降低剂量)，而无需降低操作员所习惯的图像质量。在尝试改进协议时，操作员可输入相同IQ参考，同时改变一个或多个扫描参数或者改变重构技术。在这类实例中，AEC引擎可能没有充分计及（account for）修改如何影响总体图像质量。例如，已知AEC引擎(其使用噪声指标)可以能够保持不同协议之间的等效噪声，但是单独的噪声不可保存图像的“外观和感觉”。总体图像质量不仅基于噪声，而且还基于其他因素，例如对比度、空间分辨率和/或噪声纹理。当改变重构内核、改变重构技术、改变迭代重构等级(或强度)或者改变管电势(kV)时，对已知IQ参考的限制可能是尤其显著的。
相应地，对于操作员，开发新协议(其取得用于所指定临床任务的预期图像质量)能够是困难和费时的。此外，如上所述，当使用不同重构算法时或者当使用扫描处方（prescription）中的修改的扫描参数时，常规IQ参考可能是不充分的。
发明内容
在一个或多个实施例中，提供一种包括x射线源的计算机断层扫描(CT)成像***，x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束。CT成像***还包括：CT检测器，其配置成收集人的投影数据；以及至少一个处理单元，其配置成执行存储在存储器中的编程指令。至少一个处理单元在执行编程指令时配置成接收操作员输入，其包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务。至少一个处理单元还配置成接收用于确定基于任务的图像质量(IQ)度量的操作员输入。基于任务的IQ度量表示用于执行临床任务的图像数据的预期总体图像质量。图像数据使用参考***特征来获取。参考***特征和修改的***特征是相同类型的特征。至少一个处理单元还配置成基于任务对象、修改的***特征和基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数。至少一个处理单元还配置成在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是曝光控制参数的函数。
在一些方面中，参考***特征和修改的***特征是重构算法或扫描参数。
在一些方面中，至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，其配置成接收曝光控制参数，并且基于曝光控制参数来引导x射线源以生成x射线束。
在一些方面中，AEC引擎使用曝光控制参数来确定管电流调制(TCM)轮廓（profile）。TCM轮廓指定对于x射线源的不同成角和纵向位置的CT扫描期间的管电流。至少一个处理单元配置成按照TCM轮廓来引导x射线源以生成x射线束。
在一些方面中，确定曝光控制参数包括确定至少一个加权因子。至少一个加权因子基于任务对象和重构算法。另外，确定曝光控制参数包括使用至少一个加权因子和基于任务的IQ度量来计算曝光控制参数。
在一些方面中，至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，其配置成引导x射线源以生成x射线束。曝光控制参数具有相对于图像噪声或辐射剂量参数中的至少一个的所指定关系。该方法还包括将曝光控制参数转换成不同曝光控制参数，其配置成由AEC引擎来接收。
在一些方面中，基于任务的IQ度量使用可检测性指标来确定。可检测性指标是基于任务的频率相关信噪比(SNR)度量，其组合CT成像***的空间分辨率(MTF)和噪声性质(NPS)以及任务对象的空间频率含量。可选地，IQ参考包括噪声标准偏差或参考管电流乘积中的至少一个。
在一些方面中，被接收以用于确定基于任务的IQ度量的操作员输入包括具有预期总体图像质量的参考图像。至少一个处理单元在执行编程指令时配置成使用参考图像来确定基于任务的IQ度量。可选地，基于任务的IQ度量是参考图像的噪声、对比度或噪声纹理中的至少一个的函数。
在一个或多个实施例中，提供一种方法，其包括接收操作员输入，其包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务。该方法还包括接收用于确定基于任务的图像质量(IQ)度量的操作员输入。基于任务的IQ度量表示用于执行临床任务的图像数据的预期总体图像质量。图像数据使用参考***特征来获取，其中参考***特征和修改的***特征是相同类型的特征。该方法还包括基于任务对象、修改的***特征和基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数。该方法还包括在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是曝光控制参数的函数。
在一些方面中，参考***特征和修改的***特征是重构算法或扫描参数。
在一些方面中，确定曝光控制参数包括：确定至少一个加权因子，至少一个加权因子基于任务对象和重构算法；以及使用至少一个加权因子和基于任务的IQ度量来计算曝光控制参数。
在一些方面中，被接收以用于确定基于任务的IQ度量的操作员输入包括数值或者具有预期总体图像质量的参考图像中的至少一个。曝光控制参数基于该基于任务的质量度量、临床任务的调制传递函数(MTF)、噪声功率谱(NPS)和临床任务的频率含量(W)。
在一些方面中，基于任务的IQ度量由第一CT成像***来得到。参考***特征由第一CT成像***来使用，其中修改的***特征配置成由第二CT成像***来使用，并且其中确定曝光控制参数包括确定用于第二CT成像***的曝光控制参数。
在一个或多个实施例中，提供一种包括x射线源的计算机断层扫描(CT)成像***，x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束。CT成像***还包括：CT检测器，其配置成收集人的投影数据；以及至少一个处理单元，其配置成执行存储在存储器中的编程指令。至少一个处理单元在执行编程指令时配置成接收操作员输入，其包括具有任务对象的临床任务、参考***特征、修改的***特征和目标图像质量(IQ)参考。参考***特征和修改的***特征是相同类型的特征。目标IQ参考表示使用参考***特征可得到的可接受图像质量。至少一个处理单元还配置成基于任务对象、参考***特征和目标IQ参考来确定基于任务的IQ度量。至少一个处理单元还配置成基于该基于任务的IQ度量、任务对象和修改的***特征来确定所调整的IQ参考。至少一个处理单元还配置成在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是所调整的IQ参考的函数。
在一些方面中，至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，其配置成接收所调整的IQ参考，并且基于所调整的IQ参考来引导x射线源以生成x射线束。
在一些方面中，AEC引擎使用所调整的IQ参考来确定管电流调制(TCM)轮廓，TCM轮廓规定对于x射线源的不同成角和纵向位置的CT扫描期间的相应管电流，其中引导x射线源以生成x射线束包括按照TCM轮廓来引导x射线源以生成x射线束。
在一些方面中，参考***特征和修改***特征是(a)不同重构算法或者(b)不同管电势。
可选地，修改的***特征的重构算法包括迭代重构技术。
在一些方面中，目标IQ参考包括下列至少一个：(a)表示医疗图像内的相对量的噪声的噪声指标；(b)具有预期图像质量的参考医疗图像；或者(c)表示管电流-时间乘积除以螺距值的参考mAs。
在一些方面中，所调整的IQ参考基于临床任务的调制传递函数(MTF)、噪声功率谱(NPS)和临床任务的频率含量(W)。
在一个或多个实施例中，提供一种方法，其包括接收操作员输入，其包括具有任务对象的临床任务、参考***特征、修改的***特征和目标图像质量(IQ)参考。目标IQ参考表示使用参考***特征可得到的可接受图像质量。参考***特征和修改的***特征是相同类型的特征。该方法还可包括基于任务对象、参考***特征和目标IQ参考来确定基于任务的IQ度量。该方法还可包括基于该基于任务的IQ度量、任务对象和修改的***特征来确定所调整的IQ参考。该方法还可包括在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是所调整的IQ参考的函数。
在一些方面中，参考***特征和修改的***特征包括重构算法或扫描参数。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1： 一种计算机断层扫描(CT)成像***，包括：
x射线源，所述x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束；
CT检测器，所述CT检测器配置成收集人的投影数据；以及
至少一个处理单元，所述至少一个处理单元配置成执行存储在存储器中的编程指令，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成：
接收包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务的操作员输入；
接收用于确定基于任务的图像质量(IQ)度量的操作员输入，所述基于任务的IQ度量表示用于执行所述临床任务的图像数据的预期总体图像质量，所述图像数据使用参考***特征来获取，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述修改的***特征和所述基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数；以及
在所述CT扫描期间引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中在所述CT扫描期间的所述管电流或所述管电势中的至少一个是所述曝光控制参数的函数。
技术方案2： 如技术方案1所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，所述自动曝光控制(AEC)引擎配置成接收所述曝光控制参数，并且基于所述曝光控制参数来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
技术方案3： 如技术方案1所述的CT成像***，其中所述AEC引擎使用所述曝光控制参数来确定管电流调制(TCM)轮廓，所述TCM轮廓指定对于所述x射线源的不同成角和纵向位置的所述CT扫描期间的管电流，其中引导所述x射线源以生成所述x射线束包括按照所述TCM轮廓来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
技术方案4： 如技术方案1所述的CT成像***，其中确定所述曝光控制参数包括：
确定至少一个加权因子，所述至少一个加权因子基于所述任务对象和所述重构算法；以及
使用所述至少一个加权因子和所述基于任务的IQ度量来计算所述曝光控制参数。
技术方案5： 如技术方案1所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，所述自动曝光控制(AEC)引擎配置成引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中所述曝光控制参数具有相对于图像噪声或辐射剂量参数中的至少一个的所指定关系，所述方法还包括将所述曝光控制参数转换成不同曝光控制参数，其配置成由所述AEC引擎来接收。
技术方案6： 如技术方案1所述的CT成像***，其中所述基于任务的IQ度量使用可检测性指标来确定，所述可检测性指标是基于任务的频率相关信噪比(SNR)度量，其组合所述CT成像***的空间分辨率(MTF)和噪声性质(NPS)以及所述任务对象的空间频率含量。
技术方案7： 如技术方案6所述的CT成像***，其中所述IQ参考包括噪声标准偏差或参考管电流乘积中的至少一个。
技术方案8： 如技术方案1所述的CT成像***，其中被接收以用于确定所述基于任务的IQ度量的所述操作员输入包括具有预期总体图像质量的参考图像，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成使用所述参考图像来确定所述基于任务的IQ度量。
技术方案9： 如技术方案8所述的CT成像***，其中所述基于任务的度量基于用于所述临床任务的所述CT成像***的调制传递函数(MTF)、所述CT成像***的噪声功率谱(NPS)以及所述临床任务的所述CT成像***的频率含量(W)。
技术方案10： 一种方法，包括：
接收包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务的操作员输入；
接收用于确定基于任务的图像质量(IQ)度量的操作员输入，所述基于任务的IQ度量表示用于执行所述临床任务的图像数据的预期总体图像质量，所述图像数据使用参考***特征来获取，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述修改的***特征和所述基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数；以及
在所述CT扫描期间引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中在所述CT扫描期间的所述管电流或所述管电势中的至少一个是所述曝光控制参数的函数。
技术方案11： 如技术方案10所述的方法，其中确定所述曝光控制参数包括：
确定至少一个加权因子，所述至少一个加权因子基于所述任务对象和所述重构算法；
使用所述至少一个加权因子和所述基于任务的IQ度量来计算所述曝光控制参数。
技术方案12： 如技术方案10所述的方法，其中被接收以用于确定所述基于任务的IQ度量的所述操作员输入包括数值或者具有预期总体图像质量的参考图像中的至少一个，其中所述曝光控制参数基于所述基于任务的质量度量、用于所述临床任务的所述CT成像***的调制传递函数(MTF)、所述CT成像***的噪声功率谱(NPS)以及所述临床任务的所述CT成像***的频率含量(W)。
技术方案13： 如技术方案10所述的方法，其中所述基于任务的IQ度量由第一CT成像***来得到，所述参考***特征由所述第一CT成像***来使用，其中所述修改的***特征配置成由第二CT成像***来使用，其中确定所述曝光控制参数包括确定所述第二CT成像***的所述曝光控制参数。
技术方案14： 一种计算机断层扫描(CT)成像***，包括：
x射线源，所述x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束；
CT检测器，所述CT检测器配置成收集人的投影数据；
至少一个处理单元，所述至少一个处理单元配置成执行存储在存储器中的编程指令，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成：
接收操作员输入，所述操作员输入包括具有任务对象的临床任务、参考***特征、修改的***特征和目标图像质量(IQ)参考，所述目标IQ参考表示使用所述参考***特征可得到的可接受图像质量，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述参考***特征和所述目标IQ参考来确定基于任务的IQ度量；
基于所述基于任务的IQ度量、所述任务对象和所述修改的***特征来确定所调整的IQ参考；以及
在所述CT扫描期间引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中在所述CT扫描期间的所述管电流或所述管电势中的至少一个是所述所调整的IQ参考的函数。
技术方案15： 如技术方案14所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制(AEC)引擎，所述自动曝光控制(AEC)引擎配置成接收所述所调整的IQ参考，并且基于所述所调整的IQ参考引导所述x射线源以生成所述x射线束。
技术方案16： 如技术方案15所述的CT成像***，其中所述AEC引擎使用所述所调整的IQ参考来确定管电流调制(TCM)轮廓，所述TCM轮廓规定对于所述x射线源的不同成角和纵向位置的所述CT扫描期间的相应管电流，其中引导所述x射线源以生成所述x射线束包括按照所述TCM轮廓来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
技术方案17： 如技术方案14所述的CT成像***，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是(a)不同重构算法或者(b)不同管电势。
技术方案18： 如技术方案17所述的成像***，其中所述修改的***特征的所述重构算法包括迭代重构技术。
技术方案19： 如技术方案14所述的CT成像***，其中所述目标IQ参考包括下列至少一个：(a)表示医疗图像内的相对量的噪声的噪声指标；(b)具有预期图像质量的参考医疗图像；或者(c)表示管电流-时间乘积除以螺距值的参考mAs。
技术方案20： 如技术方案14所述的CT成像***，其中所述所调整的IQ参考基于调制传递函数(MTF)、噪声功率谱(NPS)和频率含量(W)。
附图说明
根据阅读以下参照附图的非限制性实施例的描述，本文所述的本发明主题将更好地理解，其中在下文：
图1图示按照一个实施例的计算机断层扫描(CT)成像***；
图2图示按照实施例的CT成像***的示意图；
图3是图示按照实施例、在CT成像***中扫描人的方法的流程图；
图4图示基于任务对象和修改的***特征来调整由操作员所输入的图像质量(IQ)参考的方法；
图5是图示按照实施例、在CT成像***中扫描人的方法的流程图；以及
图6图示基于操作员输入来生成曝光控制参数的方法。
具体实施方式
本文所述的实施例可计算和/或利用基于任务的图像质量(IQ)度量，以便生成具有预期总体图像质量的图像数据。基于任务的IQ度量可使用可检测性指标来确定(例如计算)。可检测性指标可以是基于任务的频率相关信噪比(SNR)度量，其组合CT成像***的空间分辨率(例如调制传递函数(MTF))和噪声性质(例如噪声功率谱(NPS))以及任务对象的空间频率含量。在特定实施例中，基于任务的IQ度量从非预白化可检测性指标来得出。在本描述和权利要求书中，基于任务的IQ度量可标记或称作“d”或“d’gen”。
实施例可实现新协议(其取得所指定临床任务的预期图像质量)的开发。例如，实施例可实现新协议(其基于对参考协议的一个或多个变化)的开发。特别地，基于任务的IQ度量可用来得到从新协议所生成的图像数据的图像质量，其基本上等于参考协议的图像数据的图像质量。在执行新协议之后，操作员可根据需要采用CT成像***来存储新协议。
与已知IQ参考(其由CT成像***来使用)不同，基于任务的IQ度量可以不仅计及噪声，而且还计及其他图像特性(例如对比度、空间分辨率或噪声纹理)。此外，基于任务的IQ度量可配置成与多种不同重构算法(包括迭代重构算法)一起使用。迭代重构算法可具有分辨率和噪声纹理性质，其能够使所感知图像质量降级。作为对重构算法的替代或补充，基于任务的IQ度量可配置成与扫描参数(其影响由x射线源所引起的辐射剂量或者所得到图像数据的图像质量中的至少一个)一起使用。
CT成像***的操作常常将目标IQ参考输入到CT成像***中，以指定所得到的图像数据的最小可接受图像质量。本文所述的基于任务的IQ度量可用来计算所调整的IQ参考。在某些实施例中，IQ参考可以是噪声指标，其表示图像数据中存在的可接受量的噪声。在其他实施例中，IQ参考可以是管电流-时间乘积值、具有可接受图像质量的参考图像或者重构图像的像素值的预期标准偏差。IQ参考(包括上面所列的IQ参考)可与图像数据中的图像噪声相关。例如，IQ参考可具有相对于图像噪声的线性或者非线性关系。
但是，在一些情况下，IQ参考可以不计及某些图像质量特性，例如对比度、空间分辨率或噪声纹理，其全部在评估基于任务的IQ时可以是临床上重要的。相应地，基于任务的IQ度量可用来修改目标IQ参考。例如，操作员可输入临床任务和目标IQ参考(例如预期噪声指标、参考mAs、参考图像或者参考标准偏差)。临床任务可以是识别体内的某些对象。因此，临床任务可具有任务对象，其通过一个或多个质量(例如尺寸、形状和对比度)来定义。目标IQ参考可对应于操作员对所指定临床任务所习惯的可接受图像质量。目标IQ参考可基于使用常规重构算法（例如滤波反投影(FBP)）或者将公值用于扫描参数(例如120 kV)所开发的商业标准。
操作员还可输入重构算法或扫描参数，其影响辐射输出和/或图像质量。重构算法或扫描参数可分别与操作员对临床任务所习惯的重构算法或扫描参数有所不同。由于这些变化，操作员通常将对临床任务所输入的目标IQ参考可能不生成具有预期图像质量的图像数据。在这类实例中，实施例可使用基于任务的IQ度量来调整目标IQ参考，并且然后向自动曝光控制(AEC)引擎提供所调整的目标IQ参考(称作“所调整的IQ参考”)。所调整的IQ参考将使AEC引擎提供与将会使用目标IQ参考来提供的辐射输出不同的辐射输出。
所调整的IQ参考可与“曝光控制参数”相同或类似。与所调整的IQ参考相似，曝光控参数可作为输入来提供给AEC引擎，以及AEC引擎可使用输入来确定由CT成像***所提供的辐射输出(或辐射剂量)。例如，所调整的IQ参考可转换成曝光控制参数。备选地，曝光控制参数可以是未经修改的所调整的IQ参考。
AEC引擎可使用所调整的IQ参考或曝光控制参数来生成管电流调制(TCM)轮廓。TCM轮廓可包括x射线源的每个位置的管电流和/或管电势。CT扫描期间的x射线源的每个位置可以是x射线源(或CT检测器)的成角/旋转取向和x射线源(或CT检测器)的Z位置的函数。管电势可与管电流相比不太频繁地发生变化。在一些情况下，管电势在CT扫描之前来选择，并且在CT扫描期间不改变。
TCM轮廓可使用所调整的IQ参考(或曝光控制参数)和患者衰减信息来生成。用于取得所规定图像噪声(其基于IQ参考)的管电流可使用已知x射线物理关系来计算。图像噪声与光子的数量呈反比关系，以及光子的数量与层面（slice）厚度、图像获取时间和管电流相关。相应地，可在CT扫描期间对x射线源的各种位置和取向来确定管电流。还可应用调整因子，以计及某些变量(例如螺距)。
如本文所使用的“***特征”包括重构算法或扫描参数(例如kV、台架旋转速度、间距)，其影响辐射输出或图像质量中的至少一个。在由操作员改变时，***特征、扫描参数或重构算法可称作“修改的***特征”、“修改的扫描参数”或“修改的重构算法”。如本文所述，IQ参考可使用预定***特征来开发或者被开发供与预定***特征一起使用。例如，可开发噪声指标表，其中在使用噪声指标时的预计重构算法是FBP。在这种实例中，***特征、扫描参数或重构算法可称作“参考***特征”、“参考扫描参数”或“参考重构算法”。
如果例如参考***特征和修改的***特征可对于CT扫描相互替代，则参考***特征和修改的***特征可以是“相同类型”的特征。例如，FBP算法可由迭代算法来替代，而没有提供有缺陷或者不可操作的扫描处方。作为另一个示例，管电势值的80 kV可通过110 kV来替代。除了管电势之外，可修改的其他类型的扫描参数还包括管电流乘积(mAs)、台架倾斜，台架旋转时间或速度、螺距、层面厚度以及x射线源和CT检测器沿z轴的相对移动。
IQ参考可以是操作员在请求预期图像质量时已经习惯的标准化度量或参数。例如，噪声指标使用FBP重构图像数据或者在FBP作为图像数据的预计重构算法的情况下来开发。如果由操作员所提供的修改的***特征是不同重构算法(例如迭代重构算法)，则所得到图像数据可具有比预期要小的图像质量或者可具有比预期要大的图像质量。如果图像质量比预期要大，则较小辐射输出可用来降低对人的曝光。
AEC引擎可使用操作员输入以及来自定位扫描的信息来确定CT扫描的TCM轮廓。定位扫描又可称作定位片、扫描投影射线照相(SPR)、导频扫描或***扫描。定位扫描可具有比后续诊断CT扫描略差的图像数据。定位扫描提供用于确定人的密度、尺寸和形状的信息。例如，总投影衰减可包括与人的密度和尺寸相关的信息，以及来自定位扫描的投影的幅度和宽度可包括与人的形状相关的信息。这种信息可用来针对扫描处方预测多少x射线光子将到达CT检测器，并且预测因x射线噪声引起的标准偏差。
实施例能够使用基于任务的IQ度量来调整目标IQ参考。AEC引擎则可使用所调整的IQ参考来开发TCM轮廓。可选地，基于所调整的IQ参考的TCM轮廓可配置成取得基本上等效于基于目标IQ参考的图像质量但是具有对患者的降低曝光的图像质量。可选地，基于所调整的IQ参考的TCM轮廓可配置成取得比基于目标IQ参考的图像质量要好但是没有增加对患者的曝光的图像质量，。
为了图示一个特定示例，CT成像***可接收目标噪声指标(其由操作员输入)。在已知CT成像***中，***将会确定TCM轮廓，其将会生成具有与噪声指标大致相等的噪声等级的图像数据。但是，操作员还可选择操作员对临床任务不习惯的不同重构算法。如上所述，生成FBP图像数据的临床任务的IQ参考对生成迭代重构图像数据的临床任务可能是不正确的。如本文所述，基于任务的IQ度量可通过提供迭代重构图像数据的总体图像质量(其与FBP图像数据的总体图像质量类似)来解决这个矛盾。特别地，CT成像***可使用基于任务的IQ度量来调整目标IQ参考，并且然后使用所调整的IQ参考(而不是最初输入的目标IQ参考)来生成TCM轮廓。
在一些实施例中，AEC引擎可配置成接收一种类型的IQ参考。对于其中所调整的IQ参考不匹配对AEC引擎的输入的实例，所调整的IQ参考或曝光控制参数可从一个值(例如噪声指标)转换成另一个值(例如参考mAs)。这个转换可使用一个或多个模型或索引(例如数据库或查找表)来执行。可选地，索引或模型可基于辐射剂量或曝光。各种参数可用来表征辐射剂量或曝光。辐射剂量参数包括例如容积CT剂量指标(CTDIvol，按照毫戈瑞所表达)、剂量长度乘积(DLP，按照毫戈瑞-厘米所表达)和尺寸特定剂量估计SSDE)。CTDIvol是如采用指定体模（phantom）(例如16或32 cm PMMA体模)所确定的来自CT成像***的辐射输出的量度。DLP是CTDIvol乘以扫描长度。SSDE是包括个人尺寸的剂量的量度。SSDE通过将CTDIvol与基于人有效直径的校正因子相乘来计算。在一些实施例中，辐射剂量参数可以是多个变量(例如CTDIvol、DLP或SSDE)的函数。
用于转换IQ参考的转换索引或模型可经过实验、模拟和/或建模来生成。例如，具有AEC引擎(其接收两个不同输入)的两个不同CT成像***可在相等或大致相等的扫描处方下执行同一体模的CT扫描。由AEC引擎所使用并且由CT扫描所生成的数据可用来生成转换数据库或转换模型。
AEC引擎可引导x射线源以调制管电流和/或管电势，以便取得由操作员所规定的预期图像质量。考虑AEC引擎可控制一个或多个其他扫描参数，例如台架旋转时间、间距或者CT检测器的操作或活动配置。间距是每台架旋转的工作台馈送与沿z轴所测量的x射线束的宽度的比率。
AEC引擎可预先编程和/或使用反馈机制近实时地操作或者两者。例如，AEC引擎可在发起CT扫描之前形成TCM轮廓。管电流调制可基于成角位置(平面内)、纵向位置(z轴)或者成角和纵向位置的组合。在一些实施例中，调制是时间的(ECG选通)。可选地，管电流可使用联机反馈(例如来自先前180度视图的测量)或者使用预测计算或者前-后和横向视图之间的正弦内插来调制。
Ct***配置成按照参考协议(其包括扫描处方)进行操作。扫描处方包括所指定***特征的集合，其确定CT***(例如CT检测器和x射线源)的操作和/或影响输出(例如所生成数据的类型)。***特征包括扫描参数和重构算法，但是还可包括其他参数、设定、条件和/或扫描模式，其由操作员来选择或者由CT***来确定。在特定实施例中，***特征包括扫描参数，其影响所获取投影数据，并且包括例如x射线源的管电势(kV)、x射线源的管电流(mA)、管电流乘积(mAs)、台架倾斜、台架旋转时间或速度、螺距、层面厚度以及x射线源和CT检测器沿z轴的相对移动。扫描模式包括例如轴向扫描、螺旋扫描、高分辨率成像以及材料密度(谱)成像、心脏扫描或电影扫描。
操作员或CT成像***可选择参考协议。响应于选择参考协议，CT成像***可装载扫描处方的各种参数、设定、条件、算法等的值/信息。在一些实施例中，使操作员能够经过操作员输入来修改扫描处方。例如，操作员输入可增加一个或多个新参数或者改变预先编程值/信息的一个或多个。新参数可以是例如目标IQ参考或基于任务的IQ度量。
能够为特定临床任务来设计参考协议。参考协议可由操作员来选择或者由CT***基于所选临床任务以及可选的其他因素(例如人尺寸或年龄)自动选择。参考协议的扫描参数可以是由操作员可调整的。例如，参考协议可包括预先编程扫描参数，例如台架倾斜、每旋转或台架旋转速度的间隔、螺距、层面厚度、视场、kV、mA和/或mAs。其他扫描参数可包括开始和结束位置、右-左中心、前-后中心和检测器配置或束准直。
参考协议的预先编程扫描参数形成所提出扫描处方。在一些实施例中，CT成像***接收操作员输入，其能够用来修改参考协议的扫描处方，由此生成修改的扫描处方。例如，操作员可提供IQ参考，例如噪声指标或参考图像，其近似于重构图像的图像质量。AEC引擎可基于IQ参考和其他信息自动调整管电流。例如，AEC引擎可自动调整管电流，以补偿人衰减的变化。
重构算法确定可如何处理数据(例如原始投影数据或图像数据)以生成重构图像数据。重构算法可通过重构技术(例如滤波反投影(FBP)或迭代重构(IR))和重构内核(例如软组织、标准、细节、胸腔、肺部、骨或边缘)来识别。重构内核可影响空间分辨率和低对比度可检测性。如果可适用，则重构算法还可具有重构技术的等级或强度或者重构技术的其他特性。例如，可控制由迭代重构技术所执行的迭代循环的次数。而且，迭代重构技术可将迭代重构图像数据与FBP图像数据相混合。迭代重构图像数据可对所得到图像数据贡献10%、20%、30%、40%、50%或以上。
迭代重构可使用试错算法，其中图像数据经过一系列迭代或校正循环迭代地处理。对于第一循环，将投影数据与所提出理想图像进行比较，并且经处理以生成更接近所提出理想图像的图像数据。对于第一循环之后的每个循环，重构图像数据(例如来自前一循环)，并且将新重构图像数据与所提出理想图像进行比较。如果最近重构图像与所提出理想图像之间的偏差不满足预定条件，则修改重构图像数据，使得修改的重构图像数据更接近所提出理想图像。当最近重构图像数据与所提出理想图像之间的偏差满足预定条件时，迭代重构过程停止。迭代重构可在投影空间中(例如采用来自CT检测器的投影数据)或者在图像空间中(例如在处理和重构投影数据之后)执行。对于至少一些迭代重构算法，校正循环在投影空间中以及还在图像空间中发生。
不同迭代重构算法可结合不同x射线光子噪声统计和/或***光学器件建模。在一些实施例中，迭代重构算法可将使用迭代技术所重构的图像数据与从另一种重构技术所生成的图像数据相混合。例如，迭代重构图像数据可与FBP图像数据相混合。混合量可由操作员来选择。例如，迭代重构图像数据可对所得到图像数据贡献10%、20%、30%、40%、50%或以上。
存在被输入AEC引擎的各种IQ参考，以用于确定CT扫描期间的x射线源的辐射输出。IQ参考近似于由操作员对所得到图像数据所预期的图像质量。噪声指标是相对于均匀水体模所定义的噪声等级的量度。更高噪声指标意味着图像数据将包含相对较多噪声，而更低噪声指标意味着图像数据将包含相对较少噪声。操作员还可通过选择最小和最大mA极限来定义能够在其内调制管电流的范围。AEC引擎可以仅沿z轴或者沿x、y和z轴的每个来调制管电流，以保持图像数据中的噪声量，其中噪声量基于噪声指标。
参考图像还可用作IQ参考。参考图像可由操作员或CT成像***来选择，以用于具有临床任务的预期图像质量。参考图像可以是临床任务的理想临床图像或实际临床图像。参考图像可被分析以确定参考图像的图像质量(例如本文所述的噪声或基于任务的质量度量)。在一些实施例中，AEC引擎可调制管电流，使得图像数据的X%(例如图像数据的90%)将具有等于或小于参考图像的噪声的噪声。其余图像数据量可具有等于或大于参考图像的噪声的噪声。备选地，AEC引擎可调制管电流，使得图像数据的X%(例如图像数据的90%)将具有等于或小于参考图像的总体图像质量的总体图像质量。其余图像数据量可具有等于或大于参考图像的总体图像质量的总体图像质量。
参考mAs是另一个IQ参考，其可由一个或多个实施例来使用。参考mAs与管电流-时间乘积成正比。对于每个参考协议或临床任务，用户选择有效管电流-时间乘积(或者管电流-时间乘积/间距)。对于成人协议，有效管电流-时间乘积可用于具有所设计体重(例如大约80千克)的成人患者。管电流-时间乘积对应于辐射曝光。对于儿科协议，有效管电流-时间乘积可用于具有所设计体重(例如大约20千克)的儿科患者。目标噪声(或者CT数的标准偏差)通过使用经验算法基于患者尺寸来改变。因此，图像噪声对全部患者不是保持为恒定，而是按照图像质量的经验印象来调整。人的定位扫描用来预测TCM轮廓(具有沿x、y和z轴的变化)，其将在给定人的尺寸和解剖的情况下产生预期图像质量。可选地，联机反馈***可修改CT扫描期间的实际管电流，以匹配在不同角度的患者特定衰减值。
参考mAs与mAs相关，并且具有相对于CTDIvol的线性关系。噪声指标与有效mAs的平方根的逆大致相关。噪声指标具有相对于CTDIvol的非线性关系。使用CTDIvol作为通用参数，可开发转换模型或索引(例如表)，以用于在噪声指标与参考mAs之间进行转换。可生成类似转换索引或模型，以用于在其他IQ参考之间进行转换。
不是输入已知IQ参考，操作员而是可直接输入基于任务的IQ度量。与噪声指标或其他已知IQ参考不同，基于任务的IQ度量可通过不仅计及噪声而且还计及对比度、空间分辨率和/或噪声纹理来提供总体图像质量的更好表示。实施例可使用基于任务的IQ度量来生成用于所指定临床任务的扫描处方。
临床任务包括使用CT图像数据来检测和/或表征体内的某些材料，以评估人的健康状态。该材料可以是例如人的结节、块、所收集流体、具有某个条件的软组织以及异常天生或开发解剖。在一个或多个实施例中，基于任务的IQ度量基于临床任务的任务对象的质量。任务对象是设法通过临床任务所检测的特征，并且可以是结节、块、所收集流体等。任务对象的质量可包括例如任务对象的尺寸(单位为毫米)、任务对象的形状(例如圆形、椭圆形)以及任务对象的对比度(例如低对比度、中等对比度、高对比度)。高对比度可定义为例如高于100 HU。
在一些实施例中，本文所述主题的至少一个技术效果包括IQ参考(本文中称作基于任务的IQ度量)，其与由已知CT成像***所使用的IQ参考相比提供总体图像质量的更好表示。例如，基于任务的IQ度量可以不仅计及噪声(与其他IQ参考相似)，而且还计及对比度、空间分辨率和噪声纹理。在一些实施例中，本文所述主题的至少一个技术效果包括CT成像***，其能够使用基于任务的IQ度量为图像数据提供更接近预期总体图像质量的总体图像质量。在一些实施例中，本文所述主题的至少一个技术效果包括CT成像***，其能够接收操作员习惯用来得到预期图像质量的目标IQ参考，并且基于不同扫描处方的基于任务的IQ度量来调整目标IQ参考。例如，目标IQ参考可与第一重构算法(例如FBP)关联，以及所调整的IQ参考可用于采用不同的第二重构算法(例如迭代重构)来获取图像数据。基于任务的IQ度量和所调整的IQ参考可“在后台”确定，使得操作员可以不知道基于任务的IQ度量和所调整的IQ参考被使用。
图1图示计算机断层扫描(CT)成像***100的一个示例。CT成像***100配置成对受检者(例如人、无生物、一个或多个制造部件和/或外物(例如植牙或口腔支架))进行成像。为了简洁起见，受检者在本申请中称作“人”或“患者”。但是应当理解，本文所述主题还可适用于其他受检者(例如无生物)。
在一个实施例中，CT成像***100包括台架102和至少一个x射线源104，其配置成投射x射线辐射束106以供对人成像中使用。x射线束106又可称作x射线或x射线辐射。更特别地，x射线源104配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束106。x射线源104将x射线束106投射到CT检测器108，其定位在台架102的相反侧。CT检测器108配置成收集人的投影数据。经过发电机(未示出)(例如发电机215(图2所示))对x射线源104供应电力。在一些实施例中，发电机的至少一部分(例如第二级)随x射线源104而旋转。
虽然图1仅描绘单个x射线源104，但是在某些实施例中，多个x射线源可用来以不同能级投射多个x射线106以用于获取与人对应的投影数据，以便增加被扫描体积大小或者更快地扫描。
在一些实施例中，在x射线源的操作期间，灯丝(例如钨丝)通过使电流经过其中来加热。加热使电子经过热离子发射从灯丝被释放。电子被吸引到x射线源的正电荷阳极，并且以最大能量(其通过管电势(kV)来确定)与所指定靶碰撞。x射线源的一个操作参数通常称作管电流，其影响所释放电子的能量和数量。当电子轰击靶时，生成x射线光子。x射线光子形成具有能量范围(x射线谱)的束，其被引导出x射线源的窗口。修改管电流能够改变x射线光子的数量。修改管电势能够改变x射线光子的数量、束的平均能量和束的最大能量。
在某些实施例中，CT***100还包括至少一个处理单元110，其可接收操作员输入，控制x射线源104和发电机215的操作，并且至少部分处理投影数据。例如，至少一个处理单元110可配置成使用迭代或分析图像重构技术来重构人的感兴趣区域(ROI)的图像。至少一个处理单元110可以是计算***的组成部分，其配置成执行存储在存储器中的编程指令。至少一个处理单元在执行编程指令时可配置成执行本文所述的步骤。例如，至少一个处理单元110可使用分析图像重构方式(例如FBP或IR)来重构人的ROI的图像。
在特定实施例中，IR可以是高级统计迭代重构(ASIR)。作为其他示例，至少一个处理单元110可使用共轭梯度(CG)、最大似然期望最大化(MLEM)、基于模型的迭代重构(MBIR)等，来重构人的ROI的图像。
图2图示***200的示意图。***200可以是CT成像***，或者可包括一个或多个CT成像***200。例如，***200可包括远程***240，其与CT成像***200进行通信。CT成像***200可与CT成像***100(图1)类似或相同。例如，CT成像***200包括台架202、x射线源204、发电机215、CT检测器208和至少一个处理单元216。至少一个处理单元216又可称作计算***或处理***。CT检测器208包括多个检测器元件209，其共同检测x射线束206(其经过人211(例如受检人)并且被人211衰减)，以获取对应投影数据。相应地，在一些实施例中，CT检测器208按照多层面配置(包括多行单元或检测器元件209)来制作。在这种配置中，一个或多个附加行的检测器元件209按照平行配置来布置，以用于获取投影数据。
发电机215为x射线源204提供管电势(或电压)。可选地，发电机215还可向x射线源204提供定时信号。发电机215可在CT扫描期间向x射线源204输出不同电压电平。在一些实施例中，第一和第二电压可按照快速切换模式来输出，使得电压在最大第一电压与最小第二电压(例如140 kVp和80 kVp)之间按照正弦方式增加和降低。可选地，发电机215可使第一电压和第二电压以高达550 Hz、高达2 kHz或以上的频率有效的切换。通过快速切换供给x射线源104的电压，可以以低能级(80 kVp)和高能级(140 kVp)来得到样本。
但是，发电机215可按照不是快速切换的模式来输出不同电压。例如，发电机215可以在CT扫描期间从第一输出电压到第二输出电压仅切换一次。作为另一个示例，发电机215可在人的第一CT扫描期间以第一电压电平为x射线源供电，并且然后在同一人的第二CT扫描(其紧接第一CT扫描)期间以第二电压电平为x射线源供电。
在某些实施例中，CT成像***200配置成围绕人211往返移动（traverse）不同成角位置，以用于获取预期投影数据。相应地，台架202以及在其上安装的组件可配置成作为一个单元围绕旋转中心207旋转，以用于获取投影数据。例如，发电机215、x射线源204和CT检测器208在作为编组围绕旋转中心206圆周旋转时可在相对于台架202的固定位置中固定。
CT成像***200还包括x射线控制器210，其配置成向x射线源204和发电机215提供电力和定时信号。x射线控制器210可包括专用处理器和/或硬连线电路***，并且可形成至少一个处理单元的一部分。x射线控制器210可接收来自AEC引擎213的命令。另外，CT成像***200包括台架马达控制器212，其配置成基于成像要求来控制台架202的旋转速度和/或位置。
CT成像***200还可包括数据获取***(DAS)214，其配置成对于从检测器元件209所接收的模拟数据进行取样，并且将模拟数据转换成数字信号以供后续处理。由DAS 214所取样和数字化的数据被传送给计算***216。在一个示例中，计算***216将数据存储在存储***218中。存储***218例如可包括存储器、硬盘驱动器、固态存储装置、软盘驱动器、致密光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字多功能光盘(DVD)驱动器和/或flash驱动器。
计算***216又可称作至少一个处理单元或处理***。例如，计算***216可包括在整个***200所分布的一个或多个处理单元(例如处理器、硬连线电路***或其他基于逻辑的装置的组合)。计算***216配置成执行存储在存储***218中的编程指令。在执行编程指令的同时，计算***216配置成尤其控制x射线源204和发电机215的操作。
如本文所使用的，词语“至少一个处理单元”包括分布到***200的不同部分或者位于一个受限区域的多个处理单元(例如处理器、硬连线电路***或其他基于逻辑的装置)的可能性。例如，词语“至少一个处理单元”可包括x射线控制器210的一个或多个处理单元、台架马达控制器212的一个或多个处理单元、工作台马达控制器226的一个或多个处理单元以及图像重构器230的一个或多个处理单元的组合。可选地，至少一个处理单元可包括一个或多个处理单元，其远程定位和/或与其他CT成像***共享。例如，远程***240可包括图像重构器230。至少一个处理单元可执行存储在存储器中的编程指令，以指导CT成像***的组件如本文所述的那样进行操作。可选地，至少一个处理单元可包括一个或多个处理单元，其与其他CT成像***共享和/或远程定位。
另外，计算***216向DAS 14、x射线控制器210和台架马达控制器212的一个或多个提供命令和参数，以用于控制***操作(例如数据获取和/或处理)。在某些实施例中，计算***216基于操作员输入来控制***操作。计算***216经由操作员控制台220(其在操作上耦合到计算***216)来接收操作员输入(例如包括命令和/或扫描参数)。操作员控制台220可包括输入装置221(例如键盘、触摸板、鼠标等)。操作员控制台220还可包括显示器232。可选地，输入装置221包括显示器232，其可以是触敏屏幕。输入装置221可使操作员能够输入例如参考协议、IQ参考(例如噪声指标、参考图像、标准偏差、基于任务的IQ度量)和/或***特征(例如扫描参数)。
虽然图2仅图示一个操作员控制台220，但是多于一个操作员控制台可耦合到CT成像***200，例如以用于输入或输出***特征、请求检查和/或查看图像。此外，在某些实施例中，CT成像***200可经由一个或多个可配置有线和/或无线网络(例如因特网和/或虚拟专用网络)来耦合到例如本地或远程定位在公共机构或医院内或者完全不同位置中的多个显示器、打印机、工作站和/或类似装置。
在一些实施例中，CT成像***200至少部分由远程***240来控制。CT成像***200和远程***240可具有客户端-服务器关系，其中CT成像***200向远程***240传递信息和请求，并且接收对请求的响应。请求可包括例如对基于由计算***216来传递的操作员输入的曝光控制参数或者所调整的IQ参考的请求。在这类实例中，计算***216的一个或多个处理单元可形成远程***240的组成部分。
在一个实施例中，例如，CT成像***200包括或者耦合到图片存档和通信***(PACS)224。在一个示例实现中，PACS 224还耦合到远程***240。远程***240可以是例如放射科计算***或者医院计算***或者形成其组成部分。远程***240可形成内部或外部服务器网络(例如云计算网络)的组成部分。远程***240可允许不同位置处的操作员提供操作员输入，并且接收对请求的应答或其他信息。
在特定实施例中，远程***240使用户能够检索、更新和存储所指定协议和/或其他信息。例如，远程***240可包括参考协议的数据库。在接收来自操作员的信息之后，远程***240可建议临床任务的参考协议或扫描处方。远程***240还可具有本文所述的数据库，以用于检索加权因子。
计算***216使用操作员提供和/或***定义命令和参数来操作工作台马达控制器226，其又可控制电动化工作台228。特别地，工作台马达控制器226移动工作台228，以便将人211适当地定位在台架202中，以用于获取与人211的ROI对应的投影数据。
如先前所述，DAS 214对由检测器元件209所获取的投影数据进行取样和数字化。随后，图像重构器230使用取样和数字化的x射线数据来执行高速重构。虽然图2将图像重构器230图示为单独实体，但是在某些实施例中，图像重构器230可形成计算***216的组成部分。备选地，图像重构器230可不在***200中，而是计算***216可执行图像重构器230的一个或多个功能。此外，图像重构器230可本地或远程定位，并且可使用有线或无线网络在操作上连接到***100。特别地，一个示范实施例可将云计算网络中的计算资源用于图像重构器230。
在一个实施例中，图像重构器230重构存储***218中存储的图像。备选地，图像重构器230向计算***216传送重构图像，以用于生成有用信息供诊断和评估。在某些实施例中，计算***216向显示器232传送重构图像和/或信息。
本文进一步描述的各种方法和过程可作为可执行指令存储在***200的非暂时存储器中。存储器可形成存储***218的一部分或全部。在一些实施例中，图像重构器230可包括非暂时存储器中的这类指令，并且可应用本文所述的方法，以便从投影数据来重构图像。在另一个实施例中，计算***216可包括非暂时存储器中的指令，并且可在接收来自图像重构器230的重构图像之后至少部分将本文所述的方法应用于重构图像。在又一个实施例中，本文所述的方法和过程可分布于图像重构器230和计算***216。
在一些实施例中，显示器232允许操作员评估被成像解剖。显示器232还可允许操作员例如经由图形用户界面(GUI)来选择感兴趣体积(VOI)和/或请求人信息，以供后续扫描或处理。
下面描述计算基于任务的IQ度量并且使用基于任务的IQ度量来确定(例如计算)其他参数(例如所调整的IQ参考或曝光控制参数)。虽然下面针对重构算法来描述计算基于任务的IQ度量，但是应当理解，基于任务的IQ度量可针对其他扫描参数来使用。扫描参数可具有与辐射剂量(其由CT扫描引起)的关系，和/或可具有与所得到图像数据的图像质量的关系。例如，可在两个参考协议之间有所不同的扫描参数可以是管电势、台架旋转时间或速度、CT检测器的操作配置、层面厚度或者螺距。
在一些实施例中，基于任务的IQ度量可用来调整CT成像***的输入，使得来自不同协议的辐射剂量和/或图像质量基本上相等。不同协议可由同一CT成像***来执行。但是在一些实施例中，不同协议由不同CT成像***来执行。例如，不同CT成像***可以是相同类型的CT成像***(例如相同设备和软件)。不同CT成像***可以是由同一厂商所生产的产品系列内的不同版本。不同CT成像***可以是来自同一厂商的不同类型，或者不同CT成像***可以是来自不同厂商的不同类型。
不同协议的其他***特征可以是相同或者接近相同的。例如，每个协议的每一个其他***特征可以是相同的，除了修改的***特征(例如重构算法)之外。但是，在其他实施例中，多于一个***特征可在两个协议之间有所不同。
基于任务的IQ度量可使用可检测性指标来确定。可检测性指标是基于任务的频率相关信噪比(SNR)度量，其组合成像***的空间分辨率(MTF)和噪声性质(NPS)以及任务对象的空间频率含量。在特定实施例中，基于任务的IQ度量从非预白化可检测性指标来得出。非预白化可检测性指标能够定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 758022DEST_PATH_IMAGE002
是基于任务的模块化传递函数(MTF)，NPS是噪声功率谱，以及
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示信号的频率含量。
Figure 550529DEST_PATH_IMAGE004
表征CT成像***如何响应所指定临床任务的不同空间频率。
Figure 330266DEST_PATH_IMAGE004
还可表征为对于所指定临床任务CT检测器将在给定空间频率下的输入信号的调制传递到其输出的能力。NPS是噪声的幅值和纹理的函数。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
可指示对所指定临床任务是相关的空间频率。
可选地，
Figure 725476DEST_PATH_IMAGE006
可使用2D高斯的下列表达式以分析方式来计算，其中半高全宽(FWHM)等于任务直径，并且其中C是任务相对背景的对比度：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
对于某些非线性迭代重构算法，***噪声和分辨率性质可随噪声幅值和对象对比度而改变。为了结合对比度相关分辨率的效果，
Figure 477531DEST_PATH_IMAGE008
能够通过估计边缘扩展函数从体模中的对比度元素来估计。
如果NPS通过其跨频率的积分来归一化，则NPS能够写作归一化
Figure 299993DEST_PATH_IMAGE009
和噪声方差的乘积，由此将噪声幅值与噪声纹理分离。通过这个置换，等式(1)中的d’2的表达式能够改写为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中，σ是IQ参考(例如噪声指标)。
Figure 567027DEST_PATH_IMAGE011
与辐射剂量无关，但是随感兴趣对象的形状和对比度而变化。
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 703610DEST_PATH_IMAGE013
对线性重构算法通常与剂量无关，只不过对很低剂量，可采用电子噪声校正。
等式(3)可反演以计算得到所规定
Figure DEST_PATH_IMAGE014
所需的σ：
Figure 372489DEST_PATH_IMAGE015
对于迭代重构算法，模糊量可随剂量/噪声等级而改变。可选地，
Figure 365852DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
可假定为对剂量是恒定的。相应地，等式(3)还能够改写为：
Figure 120182DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是广义度量(本文中又称作“基于任务的IQ度量”)，其表示总体图像质量，K取决于重构方法和任务对象(其被选择成表示扫描的图像质量)，以及σ表示可由操作员提供的噪声参数(例如噪声标准偏差)。可选地，K可取决于其他参数，例如管电势、台架旋转时间或速度、CT检测器的操作配置、层面厚度或者螺距。
从等式(5)，噪声标准偏差(或噪声指标)可对所指定扫描处方(其与参考扫描处方有所不同)转换成
Figure 794877DEST_PATH_IMAGE019
。等式(5)能够实现识别所调整噪声标准偏差，其是产生所指定扫描处方的特定
Figure DEST_PATH_IMAGE020
值所需的。AEC方法然后可使用所调整噪声标准偏差来选择TCM轮廓，以提供所调整噪声标准偏差。
AEC方法可将噪声标准偏差设置成等于上式中的σ。所调整噪声标准偏差是基于任务的，因为所调整噪声标准偏差隐式地计及对比度、空间分辨率和噪声纹理。
为了生成
Figure 318262DEST_PATH_IMAGE021
估计的数据库，在Revolution CT (GE Healthcare)上以120 kV并且采用在25与200 mAs之间改变的管电流来扫描美国放射学会(American College ofRadiology)(ACR) 20cm直径体模。图像使用参考FBP类型重构算法和内部迭代重构算法的变化等级(IR1、IR2、IR3和IR4)(其可与为Revolution CT所开发的自适应统计迭代重构(ASIR)(称作ASIR-V)类似)以2.5 mm层面厚度来重构图像。ACR体模内的丙烯酸棒对象选择成表示方法的所评估实现的任务。基于任务的MTF MTFtask从围绕丙烯酸对象所提取的感兴趣区域来计算。
NPS从ACR体模的模块3的均匀段来计算。来自80个轴向图像层面的128×128像素的总共200个ROI用来计算NPS。生成数据库(例如查找表)，以存储不同重构算法的MTFtask、nNPS和Wtask，其能够用来计算K个因子(等式(4))，以用于在噪声标准偏差与
Figure DEST_PATH_IMAGE022
之间进行转换。
相应地，AEC引擎可按照TCM轮廓(其基于所调整噪声标准偏差)来控制x射线源，以产生具有基本上匹配由操作员在使用目标IQ参考时预计的图像质量的图像质量的图像数据。作为特定示例，AEC引擎可按照TCM轮廓(其基于参考协议(其使用迭代重构算法)的所调整噪声标准偏差)来控制x射线源。所得到图像数据可具有基本上匹配由操作员在使用噪声指标和FBP重构时预计的图像质量的图像质量。
本文所述的实施例可生成或使用加权因子的数据库(例如查找表(LUT))，以用于计算基于任务的度量
Figure 685789DEST_PATH_IMAGE023
或噪声标准偏差。加权因子包括MTFtask、Wtask和nNPS以及K因子，其可以是作为MTFtask、Wtask和nNPS的函数的常数值。加权因子可用来将噪声标准偏差转换成
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，或者将
Figure 927415DEST_PATH_IMAGE024
转换成噪声标准偏差。
MTFtask的值通过实验、模拟或者一个或多个分析模型中的至少一个来确定。MTFtask值可随重构算法并且随任务对象对比度等级而变化。Wtask值能够通过一个或多个分析模型来得到。nNPS值能够通过实验、模拟或者一个或多个分析模型中的至少一个来确定。不同值可在相应数据库(其也可通过任务对象的质量以及影响辐射剂量或图像质量的一个或多个参数(例如重构算法或管电势)来识别)中收集。如上所述，K因子的常数值可被计算并且指配给数据库，其也通过任务对象的质量以及影响辐射剂量或图像质量的一个或多个参数来识别。更特别地，每个数据库可通过一个或多个任务对象质量(例如尺寸、形状、对比度)以及影响辐射剂量或图像质量的一个或多个参数的组合来识别。
为了图示，第一数据库可为采用FBP所重构并且具有尺寸为5 mm、形状为圆形、具有高对比度的任务对象的图像数据指配2500的K因子值。第二数据库可为采用迭代重构(10%等级)所重构并且具有尺寸为5 mm、形状为圆形、具有高对比度的任务对象的图像数据指配1800的K因子值。第三数据库可为采用迭代重构(20%等级)所重构并且具有尺寸为5mm、形状为圆形、具有高对比度的任务对象的图像数据指配1700的K因子值。第四数据库可为采用迭代重构(30%等级)所重构并且具有尺寸为5 mm、形状为圆形、具有高对比度的任务对象的图像数据指配1500的K因子值。
相应地，数据库(例如LUT)可用来确定K因子常数值，其能够用来将IQ参考(例如噪声指标)转换成基于任务的IQ度量
Figure 202538DEST_PATH_IMAGE025
，并且反之亦然。
在一些实施例中，数据库可用来确定加权因子的每一个，例如MTFtask、Wtask和nNPS而不是K因子。例如，能够制作MTFtask的数据库，能够制作Wtask的数据库，并且能够制作nNPS的数据库。可选地，能够制作两个因子(例如MTFtask和Wtask)的乘积的数据库。来自数据库的值可被检索并且用作加权因子，以计算基于任务的IQ度量或者噪声标准偏差。
如上所述，每个数据库可具有K因子常数值，其被索引到任务对象质量和一个或多个其他参数(例如重构算法)的不同组合。为了检索K因子，至少一个处理单元可使用由操作员或***所提供的信息(例如临床任务和重构算法)来识别具有K因子的数据库。可为感兴趣参数(例如重构算法、管电势等)制作若干数据库。
通过所构成的数据库，操作员可以能够使用修改的参数来得到预期图像质量，其中预期图像质量与使用不同参数所得到的图像数据的图像质量类似。通过所构成的K因子数据库，所调整噪声标准偏差σB可使用下式来确定：
Figure 846009DEST_PATH_IMAGE026
其中，Ktask_paramA表示参考参数(例如已知重构算法)的K因子常数，Ktask_paramB表示修改的参数(例如与已知重构算法不同的所规定重构算法)的K因子常数，σA表示与使用参考参数的预期图像质量关联的由操作员所选的噪声标准偏差，以及σB表示将由AEC引擎与修改的参数一起使用的所调整噪声标准偏差。相应地，简单常数和噪声标准偏差σA的比率可用来计算修改的参数的所调整噪声标准偏差σB。
图3图示按照实施例的方法300。方法300可以是例如在CT成像***中扫描人的方法。方法300采用本文所述各个实施例的结构或方面(例如***和/或方法)。例如，方法300的至少一些步骤可由至少一个处理单元来执行。在各个实施例中，某些步骤可省略或添加，某些步骤可以相组合，某些步骤可同时执行，某些步骤可并发地执行，某些步骤可分为多个步骤，某些步骤可按照不同顺序执行，或者某些步骤或一系列步骤可按照迭代方式重新执行。
方法300包括在302处将患者信息输入CT成像***中。患者信息可包括能够影响衰减的信息。例如，人信息可涉及尺寸和体重。在304处，人可定位在工作台(其配置成移入台架中)上。在定位人之前或之后，CT成像***可在306处接收用于确定参考协议的操作员输入。参考协议规定***特征，其确定CT扫描期间的X射线源和CT检测器的操作。例如，参考协议可在306处通过接收操作员输入(其选择已知协议(例如从下拉菜单)或者创建新协议)来确定。为了创建新协议，操作员可将适当信息输入表中。
参考协议包括预先编程***特征(例如CT成像***的设定和参数)的集合，其确定CT成像***的操作。例如，参考协议可包括：扫描类型(例如轴向、螺旋)；扫描视场(SFOV)或感兴趣区域(ROI)(例如头部、胸腔、腹部)；台架旋转速度(例如一秒一次旋转)；层面厚度；束准直；管电势；一个或多个管电流参数(例如管电流范围或平均管电流)；缺省IQ参考(例如噪声指标值)；重构算法，包括重构类型和重构内核以及(可选的)强度或等级；CT剂量指标(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)、扫描长度和用于剂量计算的体模类型。
在308处，确定临床任务。在一些实施例中，***可基于参考协议和/或其他信息(例如个人信息)自动确定临床任务。在一些情况下，参考协议可以仅与一个临床任务关联。因此，临床任务可当参考协议被确定时在308处确定。
备选地，临床任务可在308处由操作员在选择参考协议之前来选择。例如，操作员可从多个可能临床任务中选择临床任务。***可在306处基于由操作员所选的临床任务自动确定参考协议。
当操作员选择所指定协议和/或临床任务时，CT计算***可为显示器装载某些设定和参数。可使操作员能够修改所指定协议的设定和参数的至少一些。例如，在310处，CT成像***可接收用于修改扫描处方的***特征的一个或多个的操作员输入。操作员可选择显示器上的字段，并且输入字母数字串(例如数值或名称)，或者可从菜单中选择信息。作为示例，操作员可选择不同重构算法。不同重构算法可以是具有相同技术(例如迭代重构)但是可具有不同等级或强度(例如迭代重构量)的算法。不同重构算法可以是另一种类型的技术(例如FBP与IR)。在一些实施例中，CT成像***可响应于由操作员进行的变化而自动修改参数。例如，CTDI可基于操作员进行的变化而发生变化。
在312处，目标IQ参考由CT成像***经过操作员输入来接收。目标IQ参考表示由操作员所预期的图像质量。目标IQ参考可以是与已知标准化表(例如所指定CT成像***的商业开发标准)关联的参考值。操作员可经过使用CT成像***或其他CT成像***(其使用相同标准)中的体验来熟悉已知标准。与目标IQ参考关联的图像质量表示采用参考***特征(例如预定设定和参数)所获取的图像的图像质量。
例如，操作员可输入噪声指标，其有效地请求图像数据具有大致相等的图像噪声。作为另一个示例，操作员可输入参考mAs，其有效地请求图像数据具有大致相等的有效管电流-时间乘积。有效管电流-时间乘积在螺旋扫描模式中可定义为管电流和旋转时间的乘积除以间距。
在上述示例的每个中，操作员可基于对临床任务的CT成像***的以往体验来选择值。但是如上所述，操作员可改变设定或参数，其偏离参考协议/临床任务的缺省设定或参数。例如，操作员可在310处选择了参考协议/临床任务的迭代重构算法，其先前将FBP用于处理图像数据。因此，目标IQ参考可表示使用FBP所得到的、操作员对新重构算法 想要具有的图像质量。但是，如上所述，这类用户选择IQ参考可能不是同样适用于不同重构算法。
在314处，基于任务的IQ度量可使用目标IQ参考和先前重构算法和/或扫描参数来确定。基于任务的IQ度量然后可用来在316处确定所调整的IQ参考，其将由CT成像***来使用。
图4更详细图示可如何分别在314和316处(图3)来确定基于任务的IQ度量和所调整的IQ参考。对变量的不同组合可存在数据库(或表)。变量可包括例如任务对象的尺寸、任务对象的形状、任务对象的对比度以及影响辐射剂量和/或图像质量的一个或多个其他特征(例如重构算法或扫描参数)。
在一些实施例中，每个数据库对应于变量的唯一组合。数据库可包括加权因子(例如常数值)，其被索引以用于后续计算中。为了检索加权因子，至少一个处理单元可识别具有扫描处方的参数的每个的数据库。如图4所示，数据库阵列315包括多个数据库(例如表或行)317。数据库317的每个包括用于所指定临床任务的任务对象，其通过不同任务对象质量来识别。数据库317的每个包括重构算法(例如FBP)。与任务对象类似，重构算法可具有多个质量或特征。
数据库阵列315可被搜索或询问，以识别任何K因子(其匹配参考扫描处方的操作员输入)是否存在。例如，至少一个处理单元可传递重构算法和关联任务对象的临床任务或质量。作为重构算法的替代或补充，可提供影响辐射剂量和/或图像质量的扫描参数。数据库阵列315可识别适当K因子，并且输出Ktask_RefProtocol因子。可选地，如果K因子无法使用操作员输入来识别，则实施例可估计K因子。
按照类似方式，数据库阵列315可被搜索或询问，以识别任何K因子(其匹配新扫描处方的操作员输入)是否存在。例如，至少一个处理单元可传递重构算法和关联任务对象的临床任务或质量。作为重构算法的替代或补充，可提供影响辐射剂量和/或图像质量的扫描参数。数据库阵列315可识别适当K因子，并且输出Ktask_NewProtocol因子。可选地，如果K因子无法使用操作员输入来识别，则实施例可估计K因子。
还示出，通过操作员输入所提供的目标IQ参考(IQ Ref)可转换成噪声标准偏差σRef。例如，如果目标IQ参考是噪声指标，则目标IQ参考可未经进一步修改被传送。如果目标IQ参考是参考图像或参考mAs，则目标IQ参考可经处理以提供噪声标准偏差σRef。例如，可检查参考图像，以确定噪声标准偏差。参考mAs可使用已知转换索引或模型来转换。
在第一操作314处，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
（或基于任务的IQ度量)可使用σRef和Ktask_RefProtocol来计算。
Figure 115929DEST_PATH_IMAGE027
表示参考图像数据的总体图像质量。
Figure 844851DEST_PATH_IMAGE027
然后可提供给操作316，以用于使用Ktask_NewProtocol来计算所调整的IQ参考(σAdj)或(σAdj 2)。所调整的IQ参考(σAdj)或(σAdj 2)然后可在318处传递给AEC引擎。AEC引擎将所调整的IQ参考用于在319处确定TCM轮廓。可选地，AEC引擎可使用来自定位扫描(其在320处被执行)的数据，并且向AEC引擎提供衰减数据。
备选地，数据库阵列315可包括其他信息。例如，可存在相应数据库，以用于确定与任务对象质量和FBP关联的加权因子MTFtask、nNPS和Wtask，以及可存在相应数据库，以用于确定与任务对象质量和IR关联的加权因子MTFtask、nNPS和Wtask。
返回到图3，在322处，可扫描人，并且可在324处得到投影数据。投影数据在326处可经处理，以形成医疗图像。可选地，回顾重构可在328处被执行。例如，不同目标IQ参考可在312处和/或新重构算法可在310处来选择。
在一些实施例中，方法300的操作的至少一些可脱机和/或由远程***(例如远程***240)来执行。例如，卫生保健提供者可具有台架、x射线源、发电机、工作台、用于接收输入的控制台和本地计算***。本地计算***可包括一个或多个控制器，其用于操作台架、x射线源、发电机和工作台。操作员可将输入来输入到控制台中。本地计算***可将数据传递给远程***。
图5是图示可以是例如在CT成像***中扫描人的方法的方法500的流程图。方法500采用本文所述各个实施例的结构或方面(例如***和/或方法)。在各个实施例中，某些步骤可省略或添加，某些步骤可以相组合，某些步骤可同时执行，某些步骤可并发地执行，某些步骤可分为多个步骤，某些步骤可按照不同顺序执行，或者某些步骤或一系列步骤可按照迭代方式重新执行。
方法500可包括与方法300(图4)的步骤类似或相同的步骤。在502处，患者信息可输入CT***中，以及在504处可定位人。在506处，可接收用于选择重构算法和具有任务对象的临床任务的操作员输入。可选地，操作员输入可包括选择具有临床任务的参考协议以及可选的重构算法。在选择参考协议之后，操作员可修改与参考协议关联的任何***特征。例如，显示器可装载具有所建议扫描参数以及那些扫描参数的值或选择的表。在508处，操作员可选择或确认扫描处方的参数。
图6更详细图示用于确定曝光控制参数的方法。共同描述图5和图6。在510处，可接收用于确定基于任务的IQ参考的操作员输入。基于任务的IQ参考表示临床任务的预期或可接受图像质量。在特定实施例中，基于任务的IQ参考可以是参考图像。例如，操作员可选择具有操作员对所得到图像数据想要的总体图像质量的参考图像。在一些实施例中，CT成像显示器可向操作员呈现参考图像集合。该集合的参考图像可通过临床任务或参考协议来确定。操作员可在510处从该集合中选择参考图像。
在512处，基于任务的IQ度量可使用基于任务的IQ参考来确定。对于其中基于任务的IQ参考是参考图像的实施例，基于任务的IQ度量可通过使用随参考图像所存储的信息或者分析参考图像中的至少一个来确定。例如，参考图像可具有指配给参考图像的基于任务的IQ度量(例如随参考图像存储在数据库中)。换言之，d’2值可被指配给参考图像。备选地，实施例可分析参考图像，并且计算基于任务的IQ度量。例如，加权因子或噪声标准偏差中的至少一个可被指配给参考图像(例如随参考图像存储在数据库中)。在其他实施例中，加权因子可使用已知信息(例如任务对象、用来生成参考图像的重构算法等)从数据库来检索，和/或噪声标准偏差可通过分析参考图像(例如识别参考图像中的一个或多个均匀区域并且从其中计算标准偏差)来确定。
基于任务的IQ参考也可以是由操作员直接输入的值。该值可以是例如数值或相对值。相对值可通过例如在顶端与底端之间移动虚拟滑块来提供，其中在滑块更接近顶端时预期更高图像质量，以及在滑块更接近底端时预期更低图像质量。
数值可等于d’2值。对于这类实施例，在510处接收操作员输入以及在512处确定基于任务的IQ度量可同时发生。但是在其他实施例中，可要求数值处于值的标准化范围之内。更特别地，单独基于d’2值，d’2值对操作员可能没有易于识别的含意。因此，可开发基于任务的范围，其对操作员更有意义。例如，基于任务的范围的值可在1-5或1-10之间。多个基于任务的范围可存在，并且与不同任务或者变量(例如任务对象、重构算法、扫描参数等)的组合相互关连。
在514处(图6)，曝光控制参数
Figure 923665DEST_PATH_IMAGE028
可使用d’2值和Ktask_recon因子来确定。如上所述，d’2值可被指配给参考图像，或者可如本文所述的那样从参考图像来计算。备选地，d’2值可由操作员直接输入。Ktask_recon因子可使用操作员输入从数据库阵列515来得到。例如，Ktask_recon因子可使用任务对象的质量和所得到图像数据的重构算法从数据库517来检索。备选地，数据库阵列515可包括其他信息。例如，可存在相应数据库，以用于确定与任务对象质量和重构算法关联的加权因子MTFtask、nNPS和Wtask。在其他实施例中，(一个或多个)加权因子可基于所选扫描参数(例如kV)而不是所选重构算法来识别。
在一些实施例中，曝光控制参数
Figure 421643DEST_PATH_IMAGE028
可未经进一步修改直接传递给AEC引擎。在其他实施例中，曝光控制参数
Figure DEST_PATH_IMAGE029
可在519处被调整或者转换成曝光控制参数ECP。如上所述，可存在索引或模型，其将曝光控制参数
Figure 130973DEST_PATH_IMAGE028
转换成曝光控制参数ECP。索引或模型可基于例如辐射剂量或曝光。在一些实施例中，转换索引或模型可经过实验、模拟和/或建模来生成。例如，噪声指标值可转换成参考mAs值。
在518处，曝光控制参数被提供给AEC引擎，其可生成TCM轮廓。可选地，在520处，执行定位扫描，以收集患者衰减信息。在522处，可执行CT扫描，其中在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是曝光控制参数的函数。CT扫描可基于TCM轮廓。在524处，投影数据被得到并且在526处重构成图像数据。可选地，图像数据和/或投影数据可在528处经受回顾重构。
在一些实施例中，***和方法可以是***的更大网络的组成部分或者与其一起使用。例如，在本地站点(例如卫生保健提供者)的CT成像***200(图2)的组件可在通信上耦合到远程***240。远程***240可配置成控制由CT成像***200所执行的一个或多个操作。在一些实施例中，“至少一个处理单元”包括随本地站点处的组件(例如台架、x射线源、CT检测器、操作员控制台和本地计算***)所定位的一个或多个处理单元以及随远程***240所定位的一个或多个处理单元。
例如，操作员可输入患者信息的输入，将人定位在工作台上，选择参考协议和/或临床任务，选择扫描处方的参数，并且提供基于任务的IQ参考，如上所述。对于利用远程***240的实施例，操作员输入被传递给远程***240，以及在502处的接收、在506处的接收、在508处的接收以及在510处的接收的操作或步骤在远程***240发生。输入可在由操作员输入时直接传递给远程***，可选地，输入可按照所指定方式来包装，并且按照预定协议来传递给远程***240。
远程***包括至少一个处理单元的至少一部分。远程***可在512处确定基于任务的度量，并且在514处确定曝光控制参数。例如，操作员输入可包括参考***特征、修改的***特征、具有任务对象的临床任务以及基于任务的IQ参考。通过适当数据，远程***240可在514处基于任务对象、修改的***特征和基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数。可选地，曝光控制参数可在519处转换成另一个曝光控制参数，其适合于后续计算。
在520处，定位扫描可由卫生保健提供者来执行，以获取定位数据(例如患者衰减数据)。如果TCM轮廓在远程***240处来确定，则定位数据可传递给远程***240。可选地，定位扫描在较早时间执行，以及定位数据随较早操作员输入(例如来自操作502、506、508和510的那些操作员输入)来传递。在518处，来自514或者备选地来自519的曝光控制参数以及来自520的可选扫描数据被提供给AEC引擎。AEC引擎可以是具有卫生保健提供者的CT成像***的组成部分，或者可以是远程***240的组成部分。AEC引擎可使用曝光控制参数和可选的扫描数据来确定TCM轮廓。
如果TCM轮廓由远程***240来生成，则远程***240可将TCM轮廓传递给本地站点处的CT成像***的本地组件。x射线源可接收TCM轮廓，并且按照TCM轮廓来引导以生成x射线束。备选地，远程***可传递曝光控制参数，以及CT成像***的本地部分可生成TCM轮廓。
在一些实施例中，所选的操作员输入涉及不同CT成像***。可执行图3和/或图5的方法300和/或500，其中用作参考的信息涉及与将用来获取图像数据的CT成像***不同的CT成像***。更特别，操作员可预期使用新CT成像***来得到图像数据。操作员可预期获取图像数据，其中图像数据的图像质量与使用不同CT成像***所得到的图像数据的图像质量基本上相同。例如，参考***特征可与由第一CT成像***所获取的图像数据关联。修改的***特征(其由操作员选择或提出)可用于使用第二CT成像***来获取图像数据。第一和第二CT成像***可以是例如相同类型或型号(例如位于不同医院的两个General Electric(GE) Revolution HD扫描仪)。不同CT成像***可以是由同一厂商所生产的产品系列内的不同版本(例如GE Revolution HD扫描仪和GE Revolution CT扫描仪)。不同CT成像***可以是来自同一厂商的不同类型或型号(例如，GE Discover CT750 HD扫描仪和GE OptimaCT660扫描仪)，或者不同CT成像***可来自不同厂商(例如GE Discovery CT750 HD和第三方CT扫描仪)。
在这类实施例中，不同CT成像***的(一个或多个)加权因子可因例如CT成像***的不同性能而独立开发。不同性能可由具有不同操作特性的不同设备(例如x射线源、CT检测器、滤波器)或者由使用不同算法(例如用于生成TCM轮廓)的软件来引起。在其他实例中，CT成像***是具有相同设备的相同类型或型号，但是不同性能通过不同使用量、磨损和/或制造相应CT成像***中的容差来引起。不同成像***可具有例如不同调制传递函数(MTF)和噪声功率谱(NPS)。
与参考***特征关联的K因子可从第一CT成像***的第一数据库来检索。修改的***特征的K因子可从第二CT成像***的第二数据库来检索。加权因子的数据库可经过一个或多个实验、一个或多个模拟或者一个或多个分析模型中的至少一个来生成。例如，第一数据库可经过采用第一CT成像***的实验、使用基于第一CT成像***的数据和模型的模拟或者使用基于第一CT成像***的性能特性的数据和/或参数的一个或多个分析模型中的至少一个来生成。按照类似方式，第二数据库可经过采用第二CT成像***的实验、使用基于第二CT成像***的数据和模型的模拟或者使用基于第二CT成像***的性能特性的数据和/或参数的一个或多个分析模型中的至少一个来生成。
相应地，实施例可利用基于不同CT成像***的性能特性的加权因子的不同数据库。使用加权因子的相应数据库，基于任务的IQ度量(d’gen)可如本文所述的那样来确定，以及基于任务的IQ度量可用来确定所调整的IQ参考或曝光控制参数，如本文所述。第二CT成像***然后可生成TCM轮廓，其被修改以计及第一与第二CT成像***之间的差异，使得使用第一CT成像***所得到的图像质量可使用第二CT成像***来得到。如上所述，用于确定所调整的IQ参考(或曝光控制参数)的操作的一个或多个可脱机和/或远程执行。
在上述示例中，参考***特征和修改的***特征可以是例如影响辐射剂量和/或图像质量的重构算法或扫描参数。又在其他实施例中，扫描处方基本上相同(例如扫描参数的相同值和相同重构算法)，但是CT成像***是不同的。相应地，一个或多个实施例可包括在当前CT成像***处来接收操作员输入。操作员输入可包括基于任务的输入(例如本文所述的基于任务的IQ度量、基于任务的IQ参考或者目标IQ参考)，其表示图像数据的预期图像质量或者与其相关。基于任务的输入可与具有任务对象的临床任务关联，其中图像数据由参考CT成像***来获取。参考CT成像***和当前CT成像***可以是不同的。例如，参考CT成像***和当前CT成像***可在操作期间具有不同性能。
这类实施例还可包括确定所调整的IQ参考或曝光控制参数，其基于任务对象、基于任务的IQ度量(或目标IQ参考)以及至少一个共同***特征。至少一个共同***特征可以是例如重构算法或扫描参数，并且帮助识别数据库以用于检索加权因子。例如，K因子可从与参考CT成像***关联的数据库来检索，以及K因子可从与当前CT成像***关联的数据库来检索。K因子可用来确定曝光控制参数或目标IQ参考。TCM轮廓然后可如本文所述的那样来生成。
临床任务可限制到感兴趣区域(ROI)。例如，在对胸腔进行成像时，特定临床任务可包括检测结节或块，并且表征其尺寸和形状以及与器官的关系，识别肺部的异常通气或扩张，检测胸腔中的异常积液，识别肺部中或周围的异常气体积聚，或者检测血栓。在对腹部或骨盆进行成像时，特定临床任务可包括检测软组织块和异常积液，并且确定块/积液的大小，识别血液的异常积聚，识别肠道外部的空气。在对头部进行成像时，特定临床任务可包括检测血液的积聚，识别大脑块，检测脑水肿或脑缺血，评估分流硬件的位置和脑室的大小，评估脑沟的大小和对称性的相对变化，或者检测异常密度。在对脑灌注进行成像时，特定临床任务可包括检测脑缺血(例如中风、短暂性脑缺血发作、脉管炎)，区分梗塞脑与有梗塞风险的大脑，或者识别早期脑肿瘤复发和更高级别肿瘤组分。
临床任务的上述示例不是限制性的，以及附加临床任务对每个ROI存在。此外，胸腔成像、腹部或骨盆成像、头部成像和脑灌注成像的上述临床任务的每个可具有任务对象的质量的组合。例如，临床任务的每个可具有任务对象，其是尺寸、形状和对比度的函数。质量的组合对每个临床任务的任务对象可以是唯一的。备选地，一个或多个任务对象可具有相同质量。考虑任务对象与本文所述的那些相比可具有更少或更多的质量。
如本文所使用的、以单数形式所述并且以单词“一”或“一个”进行的元件或步骤应当被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确规定这种排除。此外，对“一个实施例”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非相反的明确规定，否则，“包括”、“包含”或“具有”带特定性质的元件或者多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加的这类元件。
要理解，上面描述意图是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互结合使用。另外，可进行多种修改以使特定状况或材料适合本发明的教导，而没有背离其范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型意图定义本发明的参数，但是它们决不是限制性的，而只是示范性的。在审查上面描述时，许多其他实施例对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书连同这类权利要求书所被赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。在所附权利要求书中，术语“包含”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂英语等同物。此外，在下面权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标记，而不是意图对其对象强加数字要求。此外，下面的权利要求书的限制没有以方法加功能形式来书写并且不意图基于35 U.S.C.§ 112（f）来解释，除非并且直到这类权利要求限制确切地使用后面是缺乏进一步结构的功能陈述的短语“用于…的部件”。
本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包含制作和使用任何装置或***以及执行任何包含的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有没有不同于权利要求书的文字语言的结构元件，或者如果它们包含具有与权利要求书的文字语言的无实质差异的等效结构元件，则它们意图处于权利要求书的范围之内。
附图标记
CT成像*** 100
台架 102
x射线源 104
x射线束 106
CT检测器 108
一个处理单元 110
CT成像*** 200
台架 202
x射线源 204
x射线束 206
旋转 207
CT检测器 208
检测器元件 209
x射线控制器 210
人 211
台架马达控制器 212
DAS 214
发电机 215
*** 216
处理单元 216
存储*** 218
操作员控制台 220
输入装置 221
PACS 224
工作台马达控制器 226
工作台 228
图像重构器 230
显示器 232
远程*** 240
方法 300
输入患者信息 302
将人定位在工作台上 304
接收参考协议的输入 306
确定临床任务 308
接收用于修改扫描处方的输入 310
接收用于目标IQ参考的输入 312
确定基于任务的质量度量 314
数据库阵列 315
确定所调整的IQ参考 316
数据库 317
向AEC引擎提供所调整的IQ参考 318
箭头 319
执行定位扫描以生成衰减数据 320
扫描患者 322
得到投影数据 324
重构图像数据 326
回顾重构 328
方法 500
接收患者信息的输入 502
接收用于定位患者的输入 504
接收用于选择参考协议的输入 506
接收用于选择扫描处方的参数的输入 508
接收用于基于任务的IQ参考的输入 510
确定基于任务的IQ度量 512
确定曝光控制参数 514
向AEC引擎提供曝光控制参数 518
转换曝光控制参数 519
执行定位扫描以生成定位数据 520
扫描患者 522
得到投影数据 524
重构图像数据 526
回顾重构 528

Claims (20)

1.一种计算机断层扫描CT成像***，包括：
x射线源，所述x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束；
CT检测器，所述CT检测器配置成收集人的投影数据；以及
至少一个处理单元，所述至少一个处理单元配置成执行存储在存储器中的编程指令，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成：
接收包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务的操作员输入；
根据该操作员输入确定基于任务的图像质量IQ度量，所述基于任务的IQ度量表示用于执行所述临床任务的图像数据的预期总体图像质量，所述图像数据使用参考***特征来获取，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述修改的***特征和所述基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数；以及
在CT扫描期间引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中在所述CT扫描期间的所述管电流或所述管电势中的至少一个是所述曝光控制参数的函数。
2.如权利要求1所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制AEC引擎，所述自动曝光控制AEC引擎配置成接收所述曝光控制参数，并且基于所述曝光控制参数来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
3.如权利要求2所述的CT成像***，其中所述AEC引擎使用所述曝光控制参数来确定管电流调制TCM轮廓，所述TCM轮廓指定对于所述x射线源的不同成角和纵向位置的所述CT扫描期间的管电流，其中引导所述x射线源以生成所述x射线束包括按照所述TCM轮廓来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
4.如权利要求1所述的CT成像***，其中确定所述曝光控制参数包括：
确定至少一个加权因子，所述至少一个加权因子基于所述任务对象和所述重构算法；以及
使用所述至少一个加权因子和所述基于任务的IQ度量来计算所述曝光控制参数。
5.如权利要求1所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制AEC引擎，所述自动曝光控制AEC引擎配置成引导所述x射线源以生成所述x 射线束，其中所述曝光控制参数具有相对于图像噪声或辐射剂量参数中的至少一个的所指定关系，所述曝光控制参数被转换成由所述AEC引擎来接收的不同曝光控制参数。
6.如权利要求1所述的CT成像***，其中所述基于任务的IQ度量使用可检测性指标来确定，所述可检测性指标是基于任务的频率相关信噪比SNR度量，其组合所述CT成像***的空间分辨率和噪声性质以及所述任务对象的空间频率含量。
7.如权利要求6所述的CT成像***，其中IQ参考包括噪声标准偏差或参考管电流乘积中的至少一个。
8.如权利要求1所述的CT成像***，其中被接收以用于确定所述基于任务的IQ度量的所述操作员输入包括具有预期总体图像质量的参考图像，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成使用所述参考图像来确定所述基于任务的IQ度量。
9.如权利要求8所述的CT成像***，其中所述基于任务的IQ度量基于用于所述临床任务的所述CT成像***的调制传递函数MTF、所述CT成像***的噪声功率谱NPS以及所述临床任务的所述CT成像***的频率含量W。
10.一种计算机断层扫描方法，所述计算机断层扫描方法包括以下步骤：
接收包括修改的***特征以及具有任务对象的临床任务的操作员输入；
根据该操作员输入确定基于任务的图像质量IQ度量，所述基于任务的IQ度量表示用于执行所述临床任务的图像数据的预期总体图像质量，所述图像数据使用参考***特征来获取，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述修改的***特征和所述基于任务的IQ度量来确定曝光控制参数；以及
在CT扫描期间引导x射线源以生成x射线束，其中在所述CT扫描期间的管电流或管电势中的至少一个是所述曝光控制参数的函数。
11.如权利要求10所述的计算机断层扫描方法，其中确定所述曝光控制参数包括：
确定至少一个加权因子，所述至少一个加权因子基于所述任务对象和所述重构算法；
使用所述至少一个加权因子和所述基于任务的IQ度量来计算所述曝光控制参数。
12.如权利要求10所述的计算机断层扫描方法，其中被接收以用于确定所述基于任务的IQ度量的所述操作员输入包括数值或者具有预期总体图像质量的参考图像中的至少一个，其中所述曝光控制参数基于基于任务的质量度量、用于所述临床任务的CT成像***的调制传递函数MTF、所述CT成像***的噪声功率谱NPS以及所述临床任务的所述CT成像***的频率含量W。
13.如权利要求10所述的计算机断层扫描方法，其中所述基于任务的IQ度量由第一CT成像***来得到，所述参考***特征由所述第一CT成像***来使用，其中所述修改的***特征配置成由第二CT成像***来使用，其中确定所述曝光控制参数包括确定所述第二CT成像***的所述曝光控制参数。
14.一种计算机断层扫描CT成像***，包括：
x射线源，所述x射线源配置成以管电流和管电势进行操作，同时生成x射线束；
CT检测器，所述CT检测器配置成收集人的投影数据；
至少一个处理单元，所述至少一个处理单元配置成执行存储在存储器中的编程指令，所述至少一个处理单元在执行所述编程指令时配置成：
接收操作员输入，所述操作员输入包括具有任务对象的临床任务、参考***特征、修改的***特征和目标图像质量IQ参考，所述目标IQ参考表示使用所述参考***特征可得到的可接受图像质量，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是相同类型的特征，并且包括重构算法或扫描参数；
基于所述任务对象、所述参考***特征和所述目标IQ参考来确定基于任务的IQ度量；
基于所述基于任务的IQ度量、所述任务对象和所述修改的***特征来确定所调整的IQ参考；以及
在CT扫描期间引导所述x射线源以生成所述x射线束，其中在所述CT扫描期间的所述管电流或所述管电势中的至少一个是所述所调整的IQ参考的函数。
15.如权利要求14所述的CT成像***，其中所述至少一个处理单元包括自动曝光控制AEC引擎，所述自动曝光控制AEC引擎配置成接收所述所调整的IQ参考，并且基于所述所调整的IQ参考引导所述x射线源以生成所述x射线束。
16.如权利要求15所述的CT成像***，其中所述AEC引擎使用所述所调整的IQ参考来确定管电流调制TCM轮廓，所述TCM轮廓规定对于所述x射线源的不同成角和纵向位置的所述CT扫描期间的相应管电流，其中引导所述x射线源以生成所述x射线束包括按照所述TCM轮廓来引导所述x射线源以生成所述x射线束。
17.如权利要求14所述的CT成像***，其中所述参考***特征和所述修改的***特征是(a)不同重构算法或者(b)不同管电势。
18.如权利要求17所述的成像***，其中所述修改的***特征的所述重构算法包括迭代重构技术。
19.如权利要求14所述的CT成像***，其中所述目标IQ参考包括下列至少一个：(a)表示医疗图像内的相对量的噪声的噪声指标；(b)具有预期图像质量的参考医疗图像；或者(c)表示管电流-时间乘积除以螺距值的参考mAs。
20.如权利要求14所述的CT成像***，其中所述所调整的IQ参考基于调制传递函数MTF、噪声功率谱NPS和频率含量W。
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