心脏计算机断层摄影
阅读：364发布：2020-05-13
专利汇可以提供心脏计算机断层摄影专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提出了一种用于利用心脏CT成像系统(200)的前瞻性 心电图 -触发在 冠状动脉 CT中操作所述成像系统(200)的方法。所述方法包括以下步骤：根据心电图数据的数据集来确定多个R峰时间(ti)；通过统计分析所确定的R峰时间(ti)来确 定心 率变异性；并且基于所确定的心率变异性来 自动调节 所述CT成像系统的用于采集投影数据的采集时间段(ΔTac)。，下面是心脏计算机断层摄影专利的具体信息内容。
1.一种用于利用心脏CT成像系统(200)的前瞻性心电图-触发在冠状动脉CT中操作所述成像系统(200)的方法，所述方法包括：
根据心电图数据的数据集来确定多个R峰时间(ti)；
通过统计分析所确定的R峰时间(ti)来确定心率变异性；并且
基于所确定的心率变异性来自动调节所述CT成像系统(200)的用于采集投影数据的采集时间段(ΔTac)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，统计分析所述R峰时间(ti)包括：
基于所确定的R峰时间(ti)来确定多个心搏周期时间；和/或
基于所确定的R峰时间(ti)来确定多个相继心搏周期时间差异。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，统计分析所述R峰时间(ti)还包括：
确定所确定的多个心搏周期时间的标准偏差；和/或
确定所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
基于所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相位因子(γ)的乘积来确定填充时间(ΔTpad)，所述相位因子与所述心搏周期的心脏相位 有关。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，所述相位因子(γ)对于65％至85％的心脏相位 在0.65与0.85之间。
6.根据权利要求4所述的方法，
其中，所述相位因子(γ)对于30％至50％的心脏相位 在0.3与0.5之间。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，还包括：
基于所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与所述相位因子(γ)和置信因子(μ)的乘积来确定所述填充时间(ΔTpad)，所述置信因子指示采集到足以重建所述心脏相位 时的心脏的投影数据的概率。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的方法，还包括：
将所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与阈值进行比较；
其中，如果所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差超过所述阈值，则所述采集时间段(ΔTac)仅增加了所述填充时间(ΔTpad)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其中，所述置信因子(μ)是在假设随机变量(X)描述所述心搏周期时间的变化和/或所述多个相继心搏周期时间差异的变化的情况下确定的；并且/或者
其中，所述置信因子(μ)是基于针对描述所述心搏周期时间的变化和/或所述多个相继心搏周期时间差异的变化的随机变量(X)假设的概率分布的置信水平来确定的。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，所述随机变量(X)是高斯分布的随机变量。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述置信因子(μ)是基于描述所述心搏周期内的心脏相位 的概率分布的高斯函数(p(t))的百分位数来确定的。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述高斯函数(p(t))的所述百分位数是2.5％和97.5％。
13.一种心脏CT成像系统(200)，包括：
X射线辐射源(204)；
X射线探测器(206)；以及
控制器(210)；
其中，所述控制器(210)被配置为执行根据前述权利要求中的一项所述的方法的步骤。
14.一种计算机程序单元，其当在心脏CT成像系统(200)的控制器(210)上被执行时指示所述控制器(210)执行根据权利要求1至12中的一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求14所述的计算机程序单元。
心脏计算机断层摄影
技术领域
背景技术
[0002] 用于心脏成像(例如用于冠状动脉CT和/或冠状动脉CT血管造影)的现代计算机断层摄影成像系统通常基于用于确定采集时间和/或采集时间段的心电图(ECG)数据，其中，借助于CT成像系统来采集投影数据和/或扫描数据。在这些所谓的ECG触发的心脏CT扫描(例如，步进和拍摄扫描和/或螺旋扫描)期间，在某些心脏相位时最优地采集心脏的投影数据，在这些心脏相位中，心脏的运动是最小的。其中，ECG触发可以意味着数据采集是分别在心搏周期或心动周期的最后检测到的R峰之后的某个时间开始的。例如，对于舒张晚期采集，可以在心搏周期的接近75％的目标心脏相位(即，在两个相继的R峰之间约75％)时采集投影数据。
[0003] 然而，当下一个R峰的时间点偏离例如根据平均心率计算出的预期时间点时，可以在不同的心脏相位上采集扫描数据。因此，必须在以下两方面之间进行权衡：使递送给患者的辐射剂量最小化，以及确保在以目标心脏相位为中心的足够长的采集时间段内采集数据。
[0004] 采集投影数据的最优投影角度范围可以取决于心率的稳定性。对于相当稳定的心率，针对每次拍摄采集的投影数据可以包括这样的角度范围：其仅仅略大于足以用于图像重建的范围。相反，对于不稳定的心率投影，可能必须在更大的角度范围内采集数据，并且因此在更长的采集时间段内采集数据。这可能意味着采集时间段可能必须增加一定的安全裕量(即，所谓的填充(padding)、填充时间和/或填充时间段)。这不仅要求调节用于图像重建的投影角度范围，而且也会导致剂量增加。
发明内容
[0005] 因此，可能需要使剂量减少和/或最小化，同时改善心脏计算机断层摄影(CT)(例如，冠状动脉CT和/或冠状动脉CT血管造影)中的图像质量。
[0007] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于操作心脏CT成像系统的方法。用于操作心脏CT成像系统的方法特别涉及利用所述成像系统的前瞻性心电图触发(ECG触发)进行的冠状动脉CT。这可以意味着借助于成像系统的数据采集可以在心搏周期的R峰之后的某个时间开始，这是基于ECG数据和/或包括ECG数据的数据集来确定的。
[0008] 用于操作心脏CT成像系统的方法包括以下步骤：
[0009] -根据心电图数据的数据集来确定多个R峰时间ti；
[0010] -通过统计分析所确定的R峰时间ti来确定心率变异性；并且
[0011] -基于所确定的心率变异性来自动调节所述CT成像系统(200)的用于采集投影数据的采集时间段ΔTac。
[0012] 重新描述第一方面，可以采集包括ECG数据(例如，心电图)的数据集。这可以通过例如借助于心电图和/或ECG设备利用电极测量心脏的电势作为时间的函数来实现。该数据集可以包括至少三个R峰(或与R峰有关的信号/数据)，例如至少五个，特别是至少十个R峰。基于该数据集和/或这些数据，可以确定R峰，其中，R峰通常是指ECG数据中的主要偏转，其通常能被识别为心跳。另外，可以确定这些R峰的时刻(即，R峰时间ti)并将其例如存储在CT成像系统的数据存储器上。通常，由于心率并不是完全恒定的，因此心搏周期时间和/或心动周期时间(其可以表示两个相继的R峰之间的时间段)在不同心搏周期间稍有变化。因此，心率变异性可以指R-R峰之间的时间间隔的不均匀性并且/或者心率变异性可以指与平均心率的偏差。
[0013] 在心脏CT扫描期间，应当补偿和/或考虑这种心脏变化，以便采集到处于某个心脏相位的心脏的足够的投影数据，这允许根据所采集的投影数据来全面重建心脏。
[0014] 用于补偿心率变异性的现有技术方法是通过所谓的填充和/或填充时间来延长采集时间段。该填充时间涉及安全裕量，以确保可以在某个心脏相位时采集投影数据。填充时间通常由CT成像系统的用户(例如，医生)在开始实际的心脏CT扫描之前进行指定并手动设定。因此，在一些情况下，填充时间可能会太长而不太合适，因为例如实际的心率变异性可能小于用户所假设的心率变异性。这可能导致不必要的高辐射剂量。
[0015] 与该方法相反，根据本发明，可以通过统计分析所确定的R峰时间来确定心率变异性。这可以意味着将统计学应用于所确定的R峰时间的分布，这可以允许精确地估计和/或确定心率变异性。另外，由于可以例如借助于CT成像系统的控制器来统计分析R峰时间，因此可以使用在借助于CT成像系统采集投影数据之前立即采集的ECG数据来执行该统计分析。而且，可以在实际CT扫描期间实时(即，在采集投影数据时)执行该统计分析。这可以考虑到心率变异性的短期变化。
[0016] 另外，根据本发明，可以由CT成像系统和/或其控制器自动调节和/或设定采集时间段。其中，术语“自动调节”可以包括借助于控制器的自动调节，例如基于反馈控制以用于确定心脏变化并相应地设定采集时间段。
[0017] 有利地，这允许根据当前的心率变异性使采集时间段最小化。因此，有利地，可以通过考虑患者当前的心率变异性来减少剂量。
[0018] 根据示例，基于所确定的心率变异性自动调节采集时间段包括基于所确定的心率变异性自动调节采集时间段的长度。换句话说，自动调节采集时间段可以包括基于所确定的心率变异性增加和/或减少采集时间段的长度。根据另外的示例，自动调节采集时间段还可以包括确定触发时间点，在该触发时间点时可以开始借助于CT成像系统进行的投影数据采集。
[0019] 根据实施例，统计分析R峰时间ti的步骤包括基于所确定的R峰时间ti来确定多个心搏周期时间。其中，心搏周期时间可以与R-R间隔时间有关，即，与两个相继的R峰之间的时间有关，并且心搏周期时间可以被表示为ΔTi＝ti-ti-1，其中，i＝1...N表示多个R峰。换句话说，可以基于确定多个心搏周期时间来确定心率变异性。
[0020] 替代地或额外地，统计分析R峰时间ti的步骤包括基于所确定的R峰时间ti来确定多个相继心搏周期时间差异。相继心搏周期时间差异可以被表示为ΔTi+1-ΔTi，其中，i＝1...N表示多个R峰。换句话说，可以基于确定多个相继心搏周期时间差异来确定心率变异性。
[0021] 通过这种方式，可以确定和/或分析心率变异性，并且可以有利地减少采集时间以及剂量，对于稳定的心率尤为如此。另外，例如当进行和/或开始造影剂注入时，心率可能增加。通过分析相继心跳(即，R峰)的心搏周期时间差异，可以有利地考虑这种影响。
[0022] 根据实施例，统计分析R峰时间ti的步骤还包括确定所确定的多个心搏周期时间的标准偏差。换句话说，可以基于所确定的多个心搏周期时间的标准偏差来确定心率变异性。标准偏差可以被表示为其中，var(ti-ti-1)是方差。所确定的多个心搏周期时间的标准偏差可以为心脏变化提供全面且能准确确定的度量。
[0023] 替代地或额外地，统计分析R峰时间ti的步骤还包括确定所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差。换句话说，可以基于所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差来确定心率变异性。该标准偏差可以被表示其中，var(ΔTi+1-
ΔTi)是方差。而且，所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差可以为心脏变化提供全面且能准确确定的度量。
ΔTi)是方差。而且，所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差可以为心脏变化提供全面且能准确确定的度量。
[0024] 根据实施例，所述方法还包括以下步骤：通过将所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相位因子γ相乘来确定填充时间ΔTpad，所述相位因子γ与心搏周期的心脏相位 有关和/或成比例。换句话说，可以基于多个心搏周期时间的标准偏差和/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相位因子的乘积来确定填充时间ΔTpad。填充时间可以表示采集时间段ΔTac可以得到增加的时间和/或时间段，其中，填充时间可以被添加到采集时间段的开始和/或结束处。因此，所述方法还可以包括通过填充时间增加采集时间段的步骤。心脏相位可以表示心搏周期(即，在两个相继的R-R峰之间)的任何相位。通常，心脏相位可以表示这样的心搏周期的相位，围绕该相位和/或以该相位为中心来采集投影数据。通常，心脏相位以完整的心搏周期的百分比(例如，75％)来表示。心脏相位可以是预定义的和/或可定义的。心脏相位也可以是可编程的和/或可设定的，例如可以由用户来编程和/或设定，并且/或者可以由CT成像系统的控制器自动编程和/或设定。这可以允许根据特定需要来调节CT成像系统的设置。
[0025] 根据实施例，所述相位因子γ对于所述心搏周期的65％至85％的心脏相位 在0.65与0.85之间。优选地，相位因子可以在0.7与0.8之间，例如为0.75。相应地，心脏相位可以在70％与80％之间，例如为75％。在所谓的目标心脏相位(围绕其采集数据和/或以其为中心采集投影数据)时，心脏的运动可以是最小的，这可以允许采集可靠的投影数据并且/或者可以允许避免在成像数据中产生伪影，这些伪影可能是因在采集时间段期间心脏移动而引起的。因此，采集上述心脏相位附近的投影数据可以基于所采集的投影数据来改善心脏图像重建。
[0026] 根据实施例，所述相位因子γ对于所述心搏周期的30％至50％的心脏相位 在0.3与0.5之间。优选地，相位因子可以在0.35与0.45之间，例如为0.4。相应地，心脏相位可以在35％与45％之间，例如为40％。而且，在该心脏相位时，心脏的运动可以是最小的，这可以允许采集可靠的投影数据并且/或者可以允许避免在成像数据中产生伪影，这些伪影可能是因在采集时间段期间心脏移动而引起的。因此，采集上述心脏相位附近的投影数据可以基于所采集的投影数据来改善心脏图像重建。
[0027] 根据实施例，所述方法还包括通过将所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与所述相位因子γ和置信因子μ的相乘来确定所述填充时间ΔTpad，所述置信因子μ指示采集到足以重建所述心脏相位 (例如精确地处于预定义的心脏相位)时的心脏和/或满足重建上述心脏的要求的投影数据的概率和/或与上述概率有关。换句话说，填充时间ΔTpad可以是基于多个心搏周期时间的标准偏差和/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相位因子γ和置信因子μ的乘积来确定的。通过这种方式，可以确保在可以由置信因子指示的某个百分比的情况下，采集到足够的以目标心脏相位为中心(即，在目标心脏相位之前和之后)的投影数据，从而允许全面的心脏重建。
[0028] 根据实施例，所述方法还包括将所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相应的标准偏差的阈值进行比较。其中，如果所述多个心搏周期时间的标准偏差和/或所述多个相继心搏周期时间差异的标准偏差超过所述阈值，则所述采集时间段ΔTac仅增加了所述填充时间ΔTpad。在CT扫描期间采集时间段与预定义的心脏相位(例如，75％)之间稍有偏差可能对图像质量没有非常大的影响。因此，在这些情况下，可以不增加采集时间段并且可以进一步减少剂量。这可以通过将标准偏差与阈值进行比较并在标准偏差超过阈值的情况下仅对采集时间段增加填充时间来考虑。
[0029] 根据实施例，所述置信因子μ是在假设随机变量X描述所述心搏周期时间的变化和/或所述多个相继心搏周期时间差异的变化的情况下确定的。替代地或额外地，所述置信因子μ是基于针对描述所述心搏周期时间的变化和/或所述多个相继心搏周期时间差异的变化的随机变量X假设的概率分布的置信水平来确定的。随机变量可以具有任何类型的概率分布，例如，高斯分布、伯努利分布、拉格朗日分布、泊松分布等。因此，变量X可以是例如高斯分布、伯努利分布、拉格朗日分布、泊松分布的变量。通过对随机变量假设某种概率分布，可以确定适当的置信因子，这继而可以确保在大多数情况下选择到适当的采集时间段。
[0030] 根据实施例，所述随机变量X是高斯分布的随机变量。
[0031] 根据实施例，所述置信因子μ是基于描述所述心搏周期内的心脏相位 的概率分布的高斯函数p(t)的百分位数来确定的，其中，高斯函数p(t)具有标准偏差γ·σ。举例来说，假设高斯分布的随机变量X描述了相继心搏周期时间差异的变化，可以通过以下公式来估计下一个R峰时间ti+1的概率分布：ti+1＝ti+(ti-ti-1)+X。针对心搏周期内的某个心脏相位时的时间 (其可以表示相位点和/或相位时间点)相应地是高斯函数，其中，标准偏差为γ·σ，以 为中心，并且时间 可以被表示为：
[0032]
[0033] 其中，C是归一化因子。因此，能够根据该分布的分位数来计算填充时间，即，实现足够的以心脏相位 为中心的数据所需的额外采集时间。这允许统计确定、调节和/或设定适当的采集时间段和/或填充时间，从而确保在合理数量的CT扫描中可以采集到足够的投影数据。
[0034] 根据实施例，所述高斯函数(p(t))的所述百分位数对于95％的置信水平是2.5％和97.5％。这可以确保在合理数量的CT扫描中可以采集到足够的投影数据。
[0035] 根据实施例，所述方法还包括采集包括心电图数据的数据集。例如，可以例如借助于心电图和/或ECG设备来采集这些数据。
[0036] 本发明的第二方面涉及一种心脏CT成像系统，所述心脏CT成像系统包括X射线辐射源、X射线探测器和控制器，其中，所述控制器被配置为执行如上所述和如下所述的方法的步骤中的任一步骤。
[0037] 应当理解，如上所述和如下所述的方法的特征可以是如上所述和如下所述的CT成像系统的特征。反之亦然，如上所述和如下所述的CT成像系统的特征可以是所述方法的特征。
[0038] 本发明的第三方面涉及计算机程序单元，所述计算机程序单元当在心脏CT成像系统的控制器上被执行时指示所述控制器执行如上所述和如下所述的方法的步骤。
[0039] 本发明的第四方面涉及一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有计算机程序单元，所述计算机程序单元当在心脏CT成像系统的控制器上被执行时指示所述控制器执行如上所述和如下所述的方法的步骤。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储器、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)以及EPROM(可擦除可编程只读存储器)。计算机可读介质也可以是数据通信网络，例如，互联网，其允许下载程序代码。附图说明
[0040] 现在将参考以下附图来描述本发明的示例性实施例，附图不一定是按比例绘制的，其中：
[0041] 图1A和图1B各自示意性地示出了作为心脏相位的函数的采集时间段；
[0042] 图2示意性地示出了根据本发明的实施例的心脏CT成像系统；并且
[0043] 图3示意性地示出了说明根据本发明的实施例的用于操作心脏CT成像系统的方法的步骤的流程图。
[0044] 原则上，在附图中，相同和/或相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
[0045] 图1A和图1B各自示意性地示出了作为心脏相位 的函数的采集时间段。因此，图1A和图1B说明了本发明所基于的发现和见解。更具体地，图1A和图1B中的y轴100分别描绘了利用心脏CT成像系统执行的步进-拍摄扫描的多次拍摄，即，采集时间间隔和/或采集时间段，并且x轴102描绘了心脏相位 其中，示出了步进-拍摄扫描的总共三次拍摄104、
106、108。
106、108。
[0046] 通常，在采集投影数据期间已经应用了CT成像系统的前瞻性心电图触发(ECG触发)，采集投影数据是在基于ECG数据或包括ECG数据的数据集来确定心搏周期112的R峰之后的某个时间开始的。其中，心搏周期112被确定为ECG数据中的两个相继的R峰之间的时间段。
[0047] 在图1A和图1B中分别用线110指示出目标心脏相位，即，心脏相位，其中，应当在心搏周期112的75％时采集投影数据的心脏相位。
[0048] 通常，以75％的目标心脏相位为中心的箭头或范围114图示的最优采集时间段ΔTac将允许根据投影数据最优地重建心脏，这是因为能够采集到足够的以目标心脏相位为中心的投影数据(如图1和图2中的虚线116、117所标记的)。
[0049] 然而，取决于心率的稳定性和/或变异性，可能必须增加采集时间段ΔTac，以便能够在所需范围114上采集到足够的投影数据。在图1A和图1B中通过条带之间的轻微移位图示出心率的不稳定性和/或变异性，所述条带图示出相应的三次拍摄104、106、108，其中，拍摄104、106、108的条带基本上图示出了拍摄104、106、108中的每次拍摄的ECG触发的采集时间段ΔTac。另外，心率可能并不是完全恒定的，即，R-R时间间隔112可能会变化。这种影响将会导致每次拍摄104、106、108的条带的长度不同，这意味着拍摄104、106、108中的每次拍摄将需要不同的采集时间段ΔTac。为了清楚地进行说明，在图1A和图1B中忽略了这种影响。
[0050] 参考图1A，图示出非常稳定的心率，其中，ECG触发的采集时间段ΔTac非常良好地以针对R＝R时间间隔112的 的目标心脏相位为中心。对于所有三次拍摄104、106、108，可获得所需范围114内的投影数据。这将允许基于投影数据最优地重建心脏。在利用包括可旋转机架的CT成像系统采集图像的情况下，所采集的投影数据因此可以覆盖足够的角度范围，以便根据这些以目标心脏相位为中心的投影数据的子集来完整地重建心脏。
[0051] 参考图1B，图示出如下情况：心率变化和/或心率变异性大于图1A的情况。相应地，拍摄104、106、108中的每次拍摄的采集时间段ΔTac之间的移位大于图1A中的移位。当使用与图1A的情况相同的采集时间段ΔTac时，并不能采集和/或测量到所有的所需数据。因此，需要对整个采集时间段ΔTac增加填充时间ΔTpad，填充时间ΔTpad由图1B中的每次拍摄104、106、108的阴影区域118所指示。通过用填充时间增加采集时间段，可以确保可以采集到足够的投影数据，以便允许基于这些以目标心脏相位为中心的投影数据的子集来重建心脏。
同样，在可旋转机架的情况下，所需的投影数据可以指角度范围。
同样，在可旋转机架的情况下，所需的投影数据可以指角度范围。
[0052] 总之，对于非常稳定的心率，针对每次拍摄104、106、108所采集的投影数据可能必须包括仅略大于重建所需范围的角度范围，而对于不稳定的心率数据，必须在更大的时间段(即，具有更大的安全裕量，其被称为填充和/或填充时间)上采集数据，以确保覆盖所需的心脏相位范围，这可以允许对用于重建的投影角度范围进行更大的调节。
[0053] 图2示意性地示出了根据本发明的实施例的心脏CT成像系统200。
[0054] CT成像系统200包括可旋转机架202，可旋转机架202具有X射线辐射源204，X射线辐射源204将X射线束16朝向X射线探测器206进行投射。探测器206可以被设计为包括多个X射线子探测器的检测器阵列。辐射源204和探测器206被布置在机架202的相对侧。借助于探测器206感测和/或检测穿过患者208的投射X射线，其中，患者208被布置在可移动台209上。
[0055] 举例来说，探测器206可以包括若干行子探测器以用于在单个机架旋转中对采集数据切片进行采集。探测器206的子探测器中的每个子探测器可以产生电信号，所述电信号表示撞击的X射线束的强度，并且因此表示当穿过患者208时的衰减射束。在扫描以采集X射线投影数据期间，机架202和安装在其上的部件绕患者208的旋转中心和/或纵向轴线旋转。
[0056] CT成像系统还包括控制器210，控制器210可以控制机架202的旋转以及X射线源204和探测器206的操作。控制器210可以例如指控制单元、控制装置和/或计算机。
[0057] 此外，CT成像系统200包括心电图212和/或ECG设备212以用于采集患者208的心电图数据。为此目的，ECG设备212经由导线214和电极216连接到患者208。
[0058] 另外，ECG设备212经由线路215连接到控制器210，控制器210被配置用于接收和/或处理借助于ECG设备212采集的ECG数据。
[0059] 成像系统200还包括数据存储器216和/或数据存储设备216以用于存储ECG数据和/或包括ECG数据的数据集。数据存储器216可以连接到控制器210，使得控制器210能够处理这些ECG数据。
[0060] 借助于ECG设备212和控制器210来完成成像系统200的前瞻性心电图触发(ECG触发)。这可以意味着借助于成像系统200的数据采集可以在心搏周期的R峰之后的某个时间开始，这是借助于控制器210基于ECG数据和/或包括ECG数据的数据集来确定的。换句话说，在R峰之后的某个时间，控制器210可以触发辐射源204和/或探测器206，以便在某个心脏相位(例如心搏周期的75％，在此期间，心脏的运动是最小的)时的某个采集时间段内采集心脏的投影数据。
[0061] 更详细地，借助于ECG设备212采集患者208的ECG数据和/或心脏数据。这些数据可以作为数据集被存储在数据存储器216中并且/或者数据可以由控制器210实时处理。控制器210可以关联ECG数据以确定心搏周期的相位，确定R峰时间和/或确定心率。在扫描开始之前和/或在扫描期间，控制器210确定采集时间段ΔTac，即，时间段和时间点，在此期间，通过基于ECG数据集统计分析所确定的R峰时间来采集投影数据，从而确定心率变异性。这在发明内容部分中并且参考图3中描述的示例性实施例进行了更详细的解释。另外，控制器210被配置为基于所确定的心率变异性自动调节CT成像系统200的采集时间段。这可以在扫描之前和/或在扫描期间完成。
[0062] 控制器210可以分别在心动周期或心搏周期的两个相继的R峰之间的静息时段期间选择数据采集的起始点。在这些静息时段期间，心脏相对静止，因此，优选地在心搏周期的这些部分期间执行数据采集，以便使最终的重建图像中的运动伪影最小化。
[0063] 为了进行图像重建，成像系统200还可以包括图像重建器218，图像重建器218从探测器206接收经采样和数字化的X射线数据。重建器218可以执行高速重建，并且重建图像可以被存储在数据存储器216上。
[0064] 通常，成像系统200的控制器210被配置为执行如上所述和如下所述的用于操作CT成像系统200的方法的任何步骤。
[0065] 应当注意，本发明同样适用于利用管电流调制的螺旋扫描采集。
[0066] 图3示意性地示出了图示根据本发明的实施例的用于利用心脏CT成像系统200的前瞻性心电图-触发在冠状动脉CT中操作所述成像系统200的方法的步骤的流程图。
[0067] 在该方法的第一步骤S1中，借助于控制器210根据由ECG设备212采集的心电图数据的数据集来确定多个R峰时间ti。在进一步的步骤S2中，借助于控制器210通过统计分析所确定的R峰时间ti来确定心率变异性。在第三步骤S3中，基于所确定的心率变异性来自动调节CT成像系统200的用于采集投影数据的采集时间段ΔTac。而且，步骤S3时借助于控制器210来执行的。
[0068] 通常，步骤S2和/或统计分析R峰时间ti包括基于所确定的R峰时间ti来确定多个心搏周期时间ΔTi＝ti-ti-1和/或基于所确定的R峰时间ti来确定多个相继心搏周期时间差异ΔTi+1-ΔTi。
[0069] 另外，步骤S2和/或统计分析R峰时间ti还包括确定所确定的多个心搏周期时间的标准偏差σ＝std({ti-ti-1|i＝1...N-1})和/或确定所确定的多个相继心搏周期时间差异的标准偏差σ＝std({ΔTi+1-ΔTi|i＝2...N-1})。
[0070] 任选地，该方法包括步骤S4：基于多个心搏周期时间的标准偏差和/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与相位因子γ的乘积来确定填充时间ΔTpad，所述相位因子γ与心搏周期的预定义的心脏相位 有关。举例来说，γ对于心搏周期的75％的心脏相位可以是0.75。而且，γ＝0.4且 是可行的，因为心脏在这些相位时可能仅在很小程度内移动。
[0071] 另外，任选地，在步骤S4中，可以基于多个心搏周期时间的标准偏差与/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与置信因子μ的乘积来确定填充时间ΔTpad。置信因子μ指示采集到足以重建预定义的心脏相位 时的心脏的投影数据的概率。
[0072] 在下文中，将利用示例性值详细解释上述方法的示例。
[0073] 当开始ECG触发的CT扫描时，在某段时间内采集ECG数据并确定R峰时间ti，(i＝1…N)。当心率完全恒定时，以目标心脏相位为中心的投影数据的采集时间段和重建和/或重建器218所需的角度范围将足以保证目标心脏相位 时的重建。如果ΔTac是为此所需的采集时间段，则将在以下时刻和时间间隔采集75％的心脏相位 的投影数据：
[0074]
[0075] 最小采集时间段ΔTac，min由可以必须采集的投影数据所需的角度范围ΔΦ以及机架202的旋转时间trot来确定：
[0076] 但是，心率可能会变化。对心率变化和/或心率变异性的分析允许优化采集。心率变异性的量度将是所确定的R峰时间的标准偏差。
[0077] 替代地，相继心搏周期时间差异的标准偏差可以用作下文中使用的示例。
[0078] 根据前N个R峰时间ti确定的相继心搏周期时间差异ΔTi＝ti-ti-1的标准偏差可以被表示如下：
[0079] σ＝std({ΔTi+1-ΔTi|i＝2...N-1})
[0080] 假设高斯分布的随机变量X描述了这些差异的变化，人们能够通过以下公式来估计下一个R峰时间的概率分布：
[0081] ti+1＝ti+(ti-ti-1)+X
[0082] 下一个心搏周期内的 的心脏相位(即，相位点 )的概率分布相应地是具有0.75σ的标准偏差的高斯函数，其可以被表示如下：
[0083]
[0084] 其中，C是归一化常数。
[0085] 填充时间ΔTpad(即，实现以足够的75％的心脏相位和/或对应相位点 为中心的数据所需的额外采集时间)可以根据该分布的分位数来计算。具有σ的标准偏差的高斯分布的2.5百分位数和97.5百分位数是－0.96σ和+0.96σ。因此，通过在开始和结束处增加重建所需的上述采集时间段ΔTpad＝ΔT95％＝1.96·0.75σ能够在所有情况中的95％的情况下实现75％时的心脏相位的重建。因此，最优采集时段是：
[0086]
[0087] 能够仅在扫描之前实时执行该优化。甚至可以在扫描期间考虑心率变化，使得可以在不同拍摄间改变采集时间段。因此，CT用户对填充时间的估计是有利的，这必须基于先前采集的ECG数据和用户的经验，如在现有技术方法中所做的那样。
[0088] 上述方法同样适用于利用管电流调制的螺旋扫描采集。这里，能够基于对ECG的统计分析来优化具有完整管电流的时间段。
[0089] 此外，心脏相位与目标心脏相位(例如在扫描期间观察到和/或发生的75％的心脏相位)略有偏差可能对图像质量没有显著影响。因此，到目前为止，在上述95％的置信水平的情况下计算出的采集时间段在所有情况中的5％的情况下可能不会导致不可接受的图像质量。因此，使用较低的置信水平(例如，70％-95％)可以在辐射剂量与图像质量之间实现更好的权衡。
[0090] 此外，定义一系列可接受的心脏相位(例如，72-78％的R-R周期或如上所述的其他范围)可以是有利的。该要求可能引起控制器210对填充时间进行不同的计算，例如，ΔTpad＝max(a·σ-b，0)，其中，常数a可以取决于置信水平和目标心脏相位，并且b可以取决于可接受的心脏相位的间隔的大小。
[0091] 换句话说，如上所述的方法可以包括：例如，在任选的步骤S4中，将多个心搏周期时间的标准偏差和/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差与阈值进行比较，其中，如果多个心搏周期时间的标准偏差和/或多个相继心搏周期时间差异的标准偏差超过阈值，则采集时间段ΔTac可以仅增加了填充时间ΔTpad。
[0093] 尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
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