一种同时实现CT灌注与能谱肝脏扫描的影像处理方法技术领域
本发明属于CT灌注联合能谱扫描技术领域，尤其涉及一种同时实现CT灌注与能谱
肝脏扫描的影像处理方法。
背景技术
现有一站式CT灌注联合能谱扫描的技术工作原理是先对操作对象按照灌注模式
进行扫描，扫描完成后根据灌注的原始图像通过后处理重建的方式选择任何一个扫描期相
进行能谱重建。这种扫描技术虽然可以同时获得灌注图像和能谱图像，但是该技术具有以
下几个缺点：1)能谱重建的范围限于灌注扫描的范围，而灌注由于技术的限制目前只能实
现40mm的扫描，不利于为临床提供更多的诊断信息；2)灌注扫描时间一般为50s，由于辐射
剂量的限制不能随意增加扫描时长，提供更多扫描时间段的灌注信息。3)灌注扫描层数多，
扫描模式基本固定，可供调整参数较少，不利于调整辐射剂量，且扫描辐射剂量高；4)肝脏
灌注成像屏气时间长，图像质量受呼吸运动影响较大。5)操作复杂费时，不利于临床推广。
综上所述，现有技术存在的问题是：由于CT机器硬件和软件性能的限制，现有一站
式灌注联合能谱扫描技术存在只能实现40mm的扫描，不利于为临床提供更多的诊断信息；
扫描时长基本固定，不能提供更多时长的灌注信息；灌注扫描层数多，扫描模式基本固定，
可供调整参数较少，不利于调整辐射剂量，且扫描辐射剂量高；灌注屏气时间长，图像受呼
吸伪影大；操作复杂费时，不利于临床推广。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种同时实现CT灌注与能谱肝脏扫描的
影像处理方法。
本发明是这样实现的，一种一次扫描可以同时实现灌注与能谱肝脏扫描的影像处
理方法，所述同时实现灌注与能谱肝脏扫描的影像处理方法如下：采用CT机先进行患者的
定位像和CT平扫；
然后进行灌注扫描及能谱增强扫描，整个扫描期相分为5段，第一段和第三段是分
别是灌注流入期和流出期扫描，第二、四和五段分别是能谱动脉期、静脉期和延迟期增强扫
描，一次扫描同时获得灌注和能谱图像。
进一步，所述灌注扫描及能谱增强扫描内部之间扫描除扫描模式，管电压、管电流
和扫描模式外其他扫描参数均基本保持一致；灌注扫描采用160mm宽体探测器，扫描部位可
以覆盖全肝，增强扫描部位为肝上极至双肾下极。造影剂注射5s后，先行灌注流入期扫描，
每2s扫描一次，共11个循环，然后设定2-3s后进行能谱动脉期扫描，结束后4.2s行灌注流出
期扫描，每2s扫描一次，共8个循环。扫描结束2-3s行能谱静脉期扫描，结束后60s行能谱延
迟期扫描。为了优化患者的造影剂使用量，采用依据患者体重的个体化对比剂注射方案。患
者造影剂注射浓度设定为450mgI/ml,造影剂注射流率为450mgI/ml*患者体重(kg)/造影剂
浓度(mgI/ml)/30s，注射总量为流速*30s。造影剂注射结束后，追加40ml的生理盐水冲管所
用。具体扫描参数如下表所示。进一步，所述灌注扫描采用单管电压模式行连续多次扫描，
利用去卷积法时，可以采用双输入单室模型来分别获得肝动脉灌注量和肝静脉灌注量。灌
注扫描和能谱增强扫描的数据均可以用来进行灌注分析。将能谱扫描的范围与灌注扫描的
范围相匹配，将能谱扫描的原始CT数据与灌注扫描的CT数据共同用于灌注数据的分析，灌
注分析时间跨度可达130s。灌注流出期后数据变化不明显，时间跨度延长不会影响灌注总
体数据的变化，具有可信度。
进一步，所述能谱增强使用水和碘的质量吸收函数随能量变化的关系和求得的基
物质对的密度值，计算出所感兴趣物质在各个单能量点中对X射线的吸收CT(x，y，z，E)，实
现40～140keV单能量CT成像。能谱CT通过测量某化合物或混合物的有效原子序数值，匹配
与其对X射线的质量衰减系数相同的某元素，从而决定该化合物的物质成分，将不同的物质
成分进行区分。共产生物质密度图像，单能量图像和有效原子序数图像进行分析。
本发明的优点及积极效果为：将整个扫描期相分为5段，第一段和第三段是灌注扫
描，第二、四和五段是能谱增强扫描，一次扫描同时获得灌注和能谱图像，而无需如现有技
术那样通过后处理重建灌注原始图像的方式获得；不仅大大节省了操作时间，简化了操作
步骤，还可以获得原始能谱扫描图像，比现有技术重建所获得的能谱图像更加真实可靠；而
且能谱扫描独立于灌注扫描，可根据临床需要划定扫描范围，为临床提供更多的诊断信息；
本发明的灌注CT的探测器宽度为160mm，是现有探测器宽度的4倍，可以有效的解决覆盖不
全的问题，一次灌注扫描基本可以覆盖整个全肝；而且能谱CT的探测器宽度为80mm，是现有
探测器宽度的2倍，单次大范围的扫描不但可以改进CT值得准确性还可以消除硬化伪影和
锥形束伪影，使得患者在不屏气的条件下也可以获得较高的图像质量；灌注联合能谱增强
的扫描可以扩大灌注分析的时间，长达130s，远大于现有技术的50s，增加了灌注诊断的信
息且不会增加患者的辐射剂量。
本发明还可以手动调节各个扫描段的扫描参数，人为把控和降低辐射剂量，解决
现有相似技术不能调控辐射剂量且辐射剂量较高的缺点；本发明使用快速建模迭代算法
(ASiR-V)进行扫描，ASIR-V至40-60％水平，辐射剂量可减低约50-70％。灌注图像可以提供
病变的动态血供变化特点，能谱增强图像可以提供有利于病灶诊断和鉴别诊断的多参数模
式的图像；可以通过一次扫描的方式就可以简单方便的获得灌注图像和能谱图像，从而为
临床提供更多的诊断信息，且有利于减少患者的辐射剂量。同时本发明采用宽体探测器单
次大范围扫描的模式，有利于患者无需长时间屏气，而在自由平静呼吸的条件下完成整个
检查。
附图说明
图1是本发明实施例提供的同时实现灌注与能谱肝脏扫描的影像处理方法流程
图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的同时实现灌注与能谱肝脏扫描的影像处理方法
包括以下步骤：
S101：采用CT机先进行患者的定位像和CT平扫；
S102：然后进行灌注扫描及能谱增强扫描，整个扫描期相分为5段，第一段和第三
段是分别是灌注流入期和流出期扫描，第二、四和五段分别是能谱动脉期、静脉期和延迟期
增强扫描，一次扫描同时获得灌注和能谱图像。
本发明的灌注扫描和能谱增强扫描除扫描模式、管电压、管电流和扫描范围不同，
其它参数均保持一致，方便后期能谱数据融于灌注数据中进行分析。根据平扫图像划定肝
脏灌注所需的扫描区间，包绕全肝；然后根据临床需要可自行划定能谱增强扫描范围，该范
围大于肝灌注扫描范围。各个扫描段之间的时间间隔根据经验值设定。扫描参数设置完毕
后，开始进行造影剂注射，动态关注CT扫描图像变化。扫描结束后，可将能谱增强图像的扫
描范围裁至与灌注一致，进行灌注定量分析。能谱图像结合能谱成像浏览器可进行能谱多
参数的成像如：物质密度图像、单能量图像和有效原子序数图像。
所述灌注扫描及能谱增强扫描内部之间扫描除扫描模式，管电压、管电流和扫描
模式外其他扫描参数均基本保持一致；灌注扫描采用160mm宽体探测器，扫描部位可以覆盖
全肝，增强扫描部位为肝上极至双肾下极。造影剂注射5s后，先行灌注流入期扫描，每2s扫
描一次，共11个循环，然后设定2-3s后进行能谱动脉期扫描，结束后4.2s行灌注流出期扫
描，每2s扫描一次，共8个循环。扫描结束2-3s行能谱静脉期扫描，结束后60s行能谱延迟期
扫描。为了优化患者的造影剂使用量，采用依据患者体重的个体化对比剂注射方案。患者造
影剂注射浓度设定为450mgI/ml,造影剂注射流率为450mgI/ml*患者体重(kg)/造影剂浓度
(mgI/ml)/30s，注射总量为流速*30s。造影剂注射结束后，追加40ml的生理盐水冲管所用。
具体扫描参数如表1所示。进一步，所述灌注扫描采用单管电压模式行连续多次扫描，利用
去卷积法时，可以采用双输入单室模型来分别获得肝动脉灌注量和肝静脉灌注量。灌注扫
描和能谱增强扫描的数据均可以用来进行灌注分析。将能谱扫描的范围与灌注扫描的范围
相匹配，将能谱扫描的原始CT数据与灌注扫描的CT数据共同用于灌注数据的分析，灌注分
析时间跨度可达130s。灌注流出期后数据变化不明显，时间跨度延长不会影响灌注总体数
据的变化，具有可信度。
表1一站式CT灌注联合能谱扫描模式
本发明的一次扫描同时获得灌注图像和能谱图像的方式，有利于在不增加患者辐
射剂量的条件下，为肝脏肿瘤的诊断和鉴别诊断提供更多的诊断信息，方便疾病的早期诊
治和预后随访；并且该方法操作简单，有利于在临床推广应用。CT灌注成像是指在静脉注射
对比剂的同时对选定的层面，采用单管电压模式行连续多次扫描，以获得该层面内每一像
素的时间—密度曲线，然后根据曲线利用不同的数学模型计算出各种灌注参数，并可通过
色阶赋值形成灌注图像，以此来评价组织器官的灌注状态。肝脏的血供不同于脑、肾等器
官，为双重血供，其中肝动脉约占肝脏血供的25％，门静脉约占肝脏血供的75％。利用去卷
积法时，可以采用双输入单室模型来分别获得肝动脉灌注量和肝静脉灌注量。
CT能谱成像采用极速单源瞬时kVp切换技术，在极短时间内(＜0.25ms)完成高低
能量的曝光和切换，实现了双能量的“三同”(同时、同向、同源)，这样双能量数据的分析就
能够在投影数据空间进行能谱物质解析，实现CT的能谱成像。CT能谱成像的实现首先是基
于坚实的物理理论基础。CT是通过测量X光在物体中的吸收来进行成像的。而这种吸收是通
过光电效应和康普顿散射两种物理过程来完成。任何物质都具有随能量变化的特征性X线
吸收曲线，而不同的物质随能量变化的程度是不一样的。所以当人们对同一物体用两种不
同能量的X射线进行成像时，就有可能确定一个吸收曲线，从而找出和这个吸收曲线对应的
物质，从而对物体进行定性和定量。能谱成像中多采用水和碘作为基物质对来组合重建不
同的物质，这是因为水和碘在医学成像中比较接近常见的软组织和碘对比剂，这样会有助
于分析和理解。对于一些特定的临床应用，更灵活的基物质对可以更直观、更精确的定量反
映未知物的组织成分。使用水和碘的质量吸收函数随能量变化的关系和求得的基物质对的
密度值，就能计算出所感兴趣物质在各个单能量点中对X射线的吸收CT(x，y，z，E)，从而实
现40～140keV单能量CT成像。能谱CT通过测量某化合物或混合物的有效原子序数值，匹配
与其对X射线的质量衰减系数相同的某元素，从而决定该化合物的物质成分，将不同的物质
成分进行区分。共产生物质密度图像，单能量图像和有效原子序数图像进行分析。
在一次扫描中同时实现灌注扫描和能谱扫描的影像学技术方法需满足以下几个
条件：1)扫描设备的时间分辨率必须要足够高，能计算所研究生理过程中时间—变量变化
关系；2)机架转速要足够快，能快速切换单能量的灌注扫描模式和双能量的能谱扫描模式。
3)空间分辨率必须足够高，能区分感兴趣的解剖结构及与周围组织的关系；4)双能量的高、
低高压应该稳定输出，产生的高、低能量信号之间要具有很好的区分度，不存在信号混淆，
产生的信息量要满足CT重建的需求。5)所测量的信号变化与组织强化的对应关系必须是唯
一确定的；6)示踪剂所反映的生理过程不受所注入的示踪剂影响；7)所研究的生理过程在
测量计算期间保持稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本
专利是国家自然科学基金(81301220)资助。