专利名称：用于进行血管造影检查的方法和计算机断层造影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行血管造影检查的一种方法和一种计算机断层造影设备。
背景技术：
X射线设备在医学领域公知用于获取关于患者的体内信息以用于诊断和/或治疗目的。在此将不同物质相对于由X射线设备产生的X射线的不同的衰减特征用于图像中的对比度形成(Kontrastgebimg)。骨组织相对于软组织具有非常不同的衰减特征。基于与此相关的高的图像对比度，可以以简单的方式分析骨结构。然而，在衰减特征中不能与周围的软组织显著区别的血管和器官，由于太小的对比度而不能以常规的方式被检查。然而恰恰这些检查在诊断医学中具有重要价值。现在采用血管造影检查来诊断大量不同的血管疾病。例如可以借助血管造影检查来诊断动脉的疾病，诸如动脉硬化和与之相关的血管变窄、动脉瘤(Aussackimgen)和危险的血管闭锁，当然也能诊断静脉的疾病， 例如血栓症。对于血管造影检查，在X射线技术中迄今为止主要采用C形臂系统。利用其中的平面图像探测器，可以产生具有高的位置分辨率和检查区域的高覆盖的投影图像。由于在血管和周围的软组织在对X射线的衰减特征上区别很小，故在进行血管造影检查时使用造影剂以提高图像对比度。在投影图像中，血管结构和与之相关的器官通过造影剂所占据的体积被间接地显示出来。根据医学问题的不同，在此会期望得到仅包含造影剂影像的投影图像。也就是在这种情况下应当抑制骨组织和软组织的图像结构。用于遮盖这些图像结构的常规技术通过数字的减影血管造影 (Subtraktionsangiographie)给出。在此借助C形臂系统从事先确定的投影方向首先拍摄没有造影剂的检查区域的自然的投影图像。在第二步骤中，从同一个投影方向在进行了造影剂注射之后采集投影图像的系列。然后从这些投影图像中减去事先采集的自然的投影图像，使得仅可见数据之间的差别。由此，在结果的投影图像中理想地仅看见充满造影剂的血管和器官，而骨和软组织则从图像中消失。为减影而使用的投影图像是在不同时刻拍摄的，这造成了该方法的一个重大缺陷。在拍摄时刻之间发生的患者运动，例如通过呼吸引起的患者运动，必须在实际的减影之前借助两个投影图像的配准来补偿。在此，通常仅当基于计算量大的仿射的图像变换进行配准时才可以实现足够好的结果。尽管进行了图像配准，然而在许多情形中还是不能用数学形式完全正确地估计患者的运动，这导致在结果的投影图像中在错误配准的图像结构的区域中形成一定的阴影。对于血管检查，目前还采用计算机断层造影系统。所谓的CT血管造影，也简称为 CTA，是基于三维图像重建的，在该三维图像重建中从多个不同的投影方向在拍摄系统围绕患者旋转期间采集投影并且将它们整合为一个层图像。接下来在层图像中对要显示出的血管应用图像处理算法进行分割并且以可自由旋转的三维图像输出。即使在不建立自然的层图像的条件下，在CTA检查中还存在缺陷，S卩，与利用C形臂系统的血管造影检查相比，由于图像重建所需的从不同角度进行的大量投影会使患者暴露于更高的X射线剂量中。
发明内容
从以上出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种可以用来扩展计算机断层造影设备的医学应用领域的方法和计算机断层造影设备。上述技术问题通过一种在采用计算机断层造影设备的条件下进行患者的血管造影检查的方法以及通过一种计算机断层造影设备解决。发明人认识到，可以将计算机断层造影设备的采用扩展到迄今为止保留其他模态、特别是具有平面图像探测器的C形臂系统的应用领域。特别对于如下这些计算机断层造影设备可简单实现应用区域的扩展在这些计算机断层造影设备中配置具有多行的探测器和小的像素尺寸的拍摄系统，从而对于每个单个投影，在同时实现高位置分辨率的情况下实现高的Z覆盖。因此认识到，利用计算机断层造影设备可以进行提供与利用C弧系统的减影血管造影相似的结果的血管造影检查。在此，按照本发明的用于在采用具有至少一个在机架上围绕ζ轴可旋转支撑的拍摄系统的计算机断层造影设备的条件下执行患者的血管造影检查的方法包括以下方法步骤a)对于X射线的至少两个不同的能量从机架的至少一个预先给出的旋转角度位置采集投影数据，并且b)将与各个旋转角度位置对应的投影数据整合为一个合成的投影图像，在该投影图像中至少一个待选择性显示的物质与各个单个投影图像相比以高的图像对比度成像。在此，可以以不同的方式进行投影数据的采集。按照本发明的优选实施方式，在将机架设置到预先给出的旋转角度位置上之后以不旋转的机架获取投影数据。在本发明的另一个优选变形中，以旋转的机架这样获取投影数据，使得只有当机架超过至少一个预定的旋转角度位置时才进行采集。换言之这意味着，要在至少一个预定的旋转角度位置上实现对由脉冲形式产生的 X射线的投影数据的采集。优选还从多个预定的旋转角度位置记录投影数据。在这种情况下要算出多个合成的投影图像，其中每个投影图像从一定的、事先确定的旋转角度位置示出要选择性显示的物质。机架的预定的旋转角度位置是一个固定的旋转角度位置，然而该角度位置可因为扫描或定位公差而稍有改变。在此，在考虑在X射线的使用的能量和X射线通过物质的所考察的衰减特征之间的特定于物质的函数关系的条件下来进行整合。投影数据对合成的投影图像的每个像素提供在X射线的不同的能量下的两个衰减值。在考虑特定于选择的物质且取决于能量大小的衰减特征的条件下，可利用上述数值组合以使包含该物质的图像区域获得改善的信噪比或改善的图像对比度。在血管造影检查中所选择的物质优选是造影剂。然而根据医学问题的不同还可以要求将另外的或其他的物质插入到投影图像中。例如为了分析形态学的信息可以需要，在具有和没有软组织或具有和没有骨的投影图像中交替地显示造影剂。在这些情况下对两个投影数据组应用多个特定于物质的标准。利用按照本发明的方法，还可以具有以下其他优点。通过采用的多谱技术，避免了对以较大的时间间隔记录的不同投影数据组进行的麻烦的和易出错的配准。这是因为，根据探测器的种类和配置的不同，同时地或在至多几毫秒的非常短的时间间隔内采集投影数据，这就使得在相邻的投影数据之间观察不到明显的患者运动。此外通过采用多谱技术，还免除了对检查区域不使用造影剂的自然的投影图像的采集。由此简化了检查工作的流程。在介入手术的范围内，有必要中断在介入手术期间机架不旋转且由固定角度位置进行的基于投影的血管造影的图像显示，以便建立三维控制图像。按照本发明的方法特别地提供如下优点通过采用计算机断层造影设备可以在没有延迟地和没有模态更替的条件下，在基于投影的血管造影的运行模式间以及在通过机架旋转来建立三维图像的运行模式之间进行切换。在本发明的优选实施方式中，以不同的X射线谱采集投影数据。在此优选通过更换X射线管电压或更换射束滤波器来产生X射线谱。由此可以在毫秒范围内非常快地更替 X射线谱，从而可以采集具有短的时间间隔和由此小的患者运动的连续的投影数据。利用能量选择的X射线探测器，特别是利用直接转换的半导体探测器或光学计数的探测器可特别优选地进行投影数据的采集。在这种情况下，同时地采集两个投影数据组。 由此在整合投影数据时不必考虑患者运动。此外通过在X射线的不同能量处同时采集两个投影数据组，仅需唯一一次拍摄，从而与前面描述的方法相比，降低了对患者应用的X射线剂量。此外，如果在X射线的相同的能量处采集并互相整合在不同的子像素位置上的投影数据，则优选地可以实现与探测器相比在结果的投影图像中更高的位置分辨率。这特别通过在附加地考虑特定于探测器的成像函数的情况下从互相相应的像素中分析衰减值的逐渐的变化来实现。利用该扫描方法可以实现与C形臂系统的平面图像探测器相似的在亚毫米范围内的位置分辨率。在本发明的另一个优选实施方式中，在一定的ζ轴片段内采集投影数据。在测量区域和检查区域之间的相对调整(Relativverstellung)可以以不同的方式实现。一种简单的方式是，让用于支撑患者的患者检查台在ζ轴方向上进行连续或振荡的运动。当然还可以考虑，借助弹性焦点(Springfokus)实现调整。通过X射线源的焦点的振荡的运动，可以进行特别快的调整，因为可以将焦点没有显著迟缓地调整到不同的位置。由此可以在患者纵向方向产生与单个投影相比具有扩展了的视野的投影图像。换言之这意味着，与探测器相比，结果的投影图像具有更大的ζ覆盖，这在具有小的行数的探测器的采用中是特别具有优势的。投影数据的采集沿着ζ片段优选地对扫描区域重叠或不重叠的不同的X射线谱交替进行。在整合前可以将投影数据根据已知的患者检查台位移简单地综合起来。在本发明的优选实施方式中从投影数据中对于投影图像的每个像素在使用两材料组分分解或三材料组分分解的条件下确定物质的浓度，例如，这也是在 DE102007024158A1 中公知的。同样优选可以在占用较少计算资源的条件下从对投影数据以特定于物质的权重进行的加权的减影中确定投影图像。当根据患者的预定的检查区域在参考现有解剖知识的条件下自动地选择待调整的旋转角度位置时，在投影图像中待显示的组织结构和血管结构就具有特别小的重叠。由此可以确保关于形态学信息的最佳的图像显示。本发明的第二方面涉及一种具有按照前面描述的方法配置的调整部件、采集部件和整合部件的计算机断层造影设备。
以下根据实施例并借助附图详细解释本发明。其中，图1以部分透视图、部分框图示出了用于执行按照本发明的方法的计算机断层造影系统，图2以框图示出了按照本发明的方法，并且图3示出了在ζ方向上连续调整患者支撑装置的情况下的扫描方案。附图中相同的或功能相同的元件用相同的附图标记表示。附图中重复的元件出于清楚性原因分别仅用一个附图标记表示。附图中的图示是示意性的并且不一定按比例，其中附图中的比例可以改变。
具体实施例方式图1示出了计算机断层造影设备2，该计算机断层造影设备适合于并且相应地构造用于执行基于投影的血管造影检查的本发明方法。其包括用于支撑待检查的患者1的患者检查台12，该患者检查台可以沿着系统轴16调整。系统轴16在以下也称为ζ轴，该系统轴与患者1一起可以调整到测量场中。该计算机断层造影设备还包括未示出的、具有围绕系统轴16可旋转支撑的拍摄系统4、5的机架3。拍摄系统4、5具有X射线管5和探测器4，它们互相相对地对准，使得在运行中从X射线管5的焦点发出的X射线击中探测器4。 探测器4以单个的像素17构成，以便位置分辨地采集X射线，这些像素排列在多个探测器行上。目前采用具有超过总共64行或更多行并且具有在亚毫米范围内的位置分辨率的探测器4。探测器4对每个投影产生一组投影数据。投影数据在此反映了通过患者1衰减的 X射线在所有像素17上的衰减值。投影数据被传输到图像重建单元18并且整合为一个合成的图像，该图像可以在显示单元19上显示。这样的计算机断层造影设备2公知地被用于三维图像重建。为了拍摄检查区域的图像，在拍摄系统4、5旋转的情况下从多个不同的投影方向采集投影数据。在螺旋扫描的情况下，例如在拍摄系统4、5旋转期间同时进行患者检查台12在系统轴16的方向上的连续调整。X射线管5和探测器4在这种扫描的情况下由此在围绕患者1的螺旋轨道上运动。在计算机断层造影设备2上还连接造影剂设备20，利用该造影剂设备在检查期间将造影剂21注射到患者1的血液循环中，从而在图像中可以识别充入造影剂的血管和渗入了造影剂21的器官。以自动化形式时间控制地从存储容器22中将造影剂21通过造影剂软管23以可调整的量并且以可调整的流速泵入患者1的静脉。为此所需的参数以针对应用的造影剂规程存储。通过在计算单元25和造影剂设备20之间的电连接M可以调用或控制这些参数。在采用造影剂21的条件下用于检查血管的减影血管造影迄今为止利用C形臂系统进行。现代计算机断层造影设备的趋势是利用增加的探测器行在同时提高位置分辨率的情况下实现高的ζ覆盖。发明人通过该趋势的启发而认识到，利用这样的计算机断层造影设备可以进行提供与减影血管造影类似的结果的并且此外还具有其他优点的检查。图2示出用于利用计算机断层造影设备2进行基于投影的血管造影检查的本发明方法的流程。在该实施例中，在第一步骤6中，首先将机架3调整到一个固定的旋转角度位置。 旋转角度位置的设定值或者由用户通过输入接口 26给出、或者通过对检查区域的解剖模型或对在检查开始之前建立的三维控制图像进行分析的条件下自动地给出。在接下来的第二步骤7中，从该旋转角度位置在进行了造影剂注射之后机架3不旋转地在X射线的不同能量处采集投影数据Li、L2、HI、H2。这通过对于先后进行的投影 L1、H1、L2、H2周期地更替X射线谱，例如通过在SOkV或120kV之间周期地切换X射线管电压或周期地改变前置滤波来实现。在采用能量选择的探测器4的情况下，还可以在保持X 射线谱不变的情况下仅用一次拍摄就能完成对不同的能量进行投影数据Li、L2、HI、H2的采集。对于能量选择的探测器4，可以考虑使用例如基于SIPM技术的光学计数的探测器或基于CdTe化合物的半导体直接转换的探测器。在第三步骤8中将投影数据Li、L2、HI、H2整合为一个合成的投影图像9，在该投影图像中造影剂21以与单个的投影数据L1、L2、H1、H2相比高的对比度成像。这通过采用对高能投影数据H1、H2用低能投影数据L1、L2的加权的减影实现。但还可以借助公知的两材料组分分角军或三材料组分分角军(Zwei-oder Drei-Komponentenmaterialzerlegung)或其他为此公知的双能量方法来确定造影剂21的浓度。为了提高在合成图像中的对比度，还可以对多于两个不同能量的投影数据L1、L2、 H1、H2进行采集和整合。当然根据医学问题的不同还可以通过对投影数据进行相应的整合来分离地或组合地选择显示其他物质，而不显示造影剂21。为了扩大测量区域，在该实施例中，通过对患者1相对于拍摄系统4、5的调整来完成沿ζ轴对投影数据L1、L2、H1、H2的采集。在最简单的情况下，对此只在患者纵轴方向上对患者检查台12进行连续调整。用于这样的扫描的扫描方案在图3中示出。在ζ轴片段 11之内采集投影数据Li、L2、HI、H2。在此交替地采集低能投影数据Li、L2和高能投影数据H1、H2。在相同的能量下的先后的投影数据L1、L2或H1、H2在此具有小的重叠。患者检查台12的调整可以高速进行，使得尽管采集的投影数据L1、L2、H1、H2存在时间上的偏移， 但患者运动小并且在整合时不必考虑。对相同能量的投影数据Ll和L2或Hl和H2的综合会变得简单，因为可以通过在调整期间已知的患者检查台12的速度直接互相确定投影数据L1、L2、H1、H2的像素偏移。此外还可以通过患者检查台12的周期性的来回运动实现用于采集造影剂浓度随时间变化的灌注测量。将这样采集的投影数据Li、L2、HI、H2整合为合成投影图像9。在投影图像9中仅可见要选择地显示的物质，在这种情况下仅可见造影剂 21。在单个投影数据L1、L2、H1、H2中可以看见的骨27，在投影图像9中消失。除了此处描述的检查台12的调整或者与之结合地，还可以进行X射线管5的焦点的调整。此外在最简单的情况下，在测量区域和检查区域之间没有附加的相对调整的情况下在X射线的不同的能量下采集仅两个拍摄或两个投影数据。此外还可以在机架的旋转运行中通过从固定的给定旋转角度位置产生的X射线脉冲来进行投影数据的采集。此外根据医学问题的不同，有时还需要对应于机架不同旋转角度位置的投影图像。在该情况下，从机架的多个预定的旋转角度位置进行投影数据的采集，其中对各个旋转角度位置分别将相应的投影数据整合为一个合成的投影图像。总而言之本发明涉及一种用于执行患者1的血管造影检查的方法和计算机断层造影设备 2，其中采用的计算机断层造影设备2具有至少一个在机架3上围绕ζ轴可旋转支撑的拍摄系统4、5。从机架的至少一个预定的旋转角度位置对于X射线的至少两个不同的能量采集投影数据Li、L2、HI、H2。然后在分析与各个旋转角度位置相应的投影数据Li、L2、HI、H2 的条件下将投影数据Li、L2、HI、H2计算为一个结果的投影图像9，在该投影图像中至少一个要选择性显示的物质21与各个单个的投影数据L1、L2、H1、H2相比以高的图像对比度成像。利用该过程，计算机断层造影设备2的应用领域扩展到基于投影的血管造影检查，血管造影检查迄今为止保留C形臂系统。可以以高的灵活性在检查期间无需附加所需的模态而互相地进行三维图像重建方法和投影方法。通过采用多谱技术，可以无需拍摄没有造影剂 21的本来的投影数据组。在不同的能量处以没有时间偏移或以小的时间偏移采集投影数据 Li、L2、HI、H2，使得可以无需数据组的计算量大且易出错的配准。
权利要求
1.一种用于在采用具有至少一个在机架(3)上可围绕ζ轴旋转支撑的拍摄系统(4，5) 的计算机断层造影设备O)的条件下实施对患者(1)的血管造影检查的方法，包括以下方法步骤a)对于X射线的至少两个不同的能量，从机架(3)的至少一个预先给出的旋转角度位置采集(7)投影数据(L1，L2，H1，H2)，并且b)将与各个旋转角度位置相应的投影数据(Li，L2，HI,H2)整合(8)为一个合成的投影图像(9)，在该投影图像中至少一个待选择性显示的物质与各个单个投影数据(Li， L2，HI, H2)相比以高的图像对比度成像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在将机架C3)设置(6)到预先给出的旋转角度位置上之后以不旋转的机架(3)获取所述投影数据(L1，L2，H1，H2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，以旋转的机架(3)这样获取投影数据(Li，L2， HI, H2)，使得只有当机架C3)超过至少一个预定的旋转角度位置时才所述进行投影数据 (L1，L2，H1，H2)的采集(7)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在旋转期间从多个预定的旋转角度位置记录所述投影数据(L1，L2，H1，H2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，以不同的X射线谱采集所述投影数据(Li, L2, HI, H2)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过更替X射线管电压或辐射滤波器(10)产生所述不同的X射线谱。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，以能量选择的X射线探测器、特别是以直接转换的半导体探测器采集所述投影数据(Li，L2，HI, H2)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，对X射线的相同的能量，在不同的子像素位置采集所述投影数据(Li，L2，HI, H2)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在ζ轴片段(11)之内采集所述投影数据(Li, L2，H1，H2)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在ζ轴方向上对用于支撑患者的患者检查台(12)进行连续的或振荡的运动。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，进行X射线源(5)的焦点的振荡的运动。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，在步骤b)中在使用两材料组分分解或三材料组分分解的条件下从所述投影数据(Li，L2，HI, H2)中对投影图像(9)的每个像素确定物质的浓度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，在步骤b)中从以特定于物质的权重对所述投影数据(L1，L2，H1，H2)进行的加权的减影中确定所述投影图像(9)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，根据患者(1)的预定的检查区域并且在参考现有解剖知识的条件下自动地选择待调整的旋转角度位置，使得待显示的组织结构或血管结构具有尽可能小的重叠。
15.一种具有至少一个在机架C3)上可围绕ζ轴旋转支撑的拍摄系统G，5)的计算机断层造影设备O)，该计算机断层造影设备被构造用于对患者(1)实施血管造影检查并且包括以下a)用于对于X射线的至少两个不同的能量，从机架(3)的至少一个预先给出的旋转角度位置采集(7)投影数据(Li，L2，HI, H2)的采集部件(14)，和b)用于将与各个旋转角度位置相应的投影数据(Li，L2，HI,H2)整合(8)为一个合成的投影图像(9)的整合部件(15)，在该投影图像中至少一个待选择性显示的物质与各个单个投影图像(L1，L2，H1，H2)相比以高的图像对比度成像。
16.根据权利要求15所述的计算机断层造影设备，其中，所述采集部件(14)和/或所述整合部件(15)被构造用于执行按照权利要求2至14中任一项所述的至少一个方法步马聚ο
全文摘要
本发明涉及一种用于对患者(1)实施血管造影检查的方法和计算机断层造影设备(2)，其中采用的计算机断层造影设备(2)具有至少一个在机架(3)上可围绕z轴旋转支撑的拍摄系统(4，5)。从机架的至少一个预定的旋转角度位置对于X射线的至少两个不同的能量采集投影数据(L1，L2，H1，H2)。然后在分析与各个旋转角度位置相应的投影数据(L1，L2，H1，H2)的条件下将投影数据(L1，L2，H1，H2)整合为一个合成的投影图像(9)，在该投影图像中至少一个要选择性显示的物质(21)与各个单个的投影数据(L1，L2，H1，H2)相比以高的图像对比度成像。利用该过程，计算机断层造影设备(2)的应用领域扩展到基于投影的血管造影检查，血管造影检查迄今为止仍使用C形臂系统。
文档编号A61B6/03GK102335004SQ20111019827
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者B.施米特, M.塞德尔迈尔, M.格拉斯鲁克, T.福洛尔 申请人:西门子公司