專利名稱：利用造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過施加造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，其中為了改善待檢查組織結(jié)構(gòu)的顯示而對患者施加造影劑，在該造影劑存在期間進(jìn)行X射線掃描，然后由所獲得的X射線掃描數(shù)據(jù)再現(xiàn)2維或3維的計(jì)算機(jī)斷層造影圖像。
背景技術(shù)：
基本上在計(jì)算機(jī)斷層造影中公知，為了放大圖像的對比度，尤其是在顯示血管結(jié)構(gòu)時(shí)采用造影劑，并由此改善圖像對比度，從而能以更高的對比度圖像顯示感興趣的組織結(jié)構(gòu)或血管結(jié)構(gòu)。其中，通常采用含碘的液態(tài)化合物，它們就其生物承受性來說沒什么問題。通常在施加這樣的造影劑之后的數(shù)月內(nèi)，這樣檢查的患者的肝臟指數(shù)還要升高。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是找到一種通過施加造影劑來產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，其中使患者負(fù)擔(dān)盡可能小的積累，也就是使采用的造影劑的量保持得盡可能的小。
發(fā)明人已經(jīng)了解，如果在產(chǎn)生計(jì)算機(jī)斷層造影照片時(shí)不僅測量被透射組織的積分吸收特性，而且還測量特定于能量的吸收并將該頻譜數(shù)據(jù)用于改善對比度，則可以極大地減少CT檢查中所需的造影劑的量。
根據(jù)這一基本設(shè)想，發(fā)明人建議這樣改善一種通過施加造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，其中為了改善待檢查組織結(jié)構(gòu)的顯示而對患者施加造影劑，在造影劑存在期間進(jìn)行X射線掃描，然后由所獲得的X射線掃描數(shù)據(jù)再現(xiàn)2維或3維的計(jì)算機(jī)斷層造影圖像，使得針對至少兩個(gè)不同的能量譜測量吸收數(shù)據(jù)，對每種能量譜都再現(xiàn)一幅計(jì)算機(jī)斷層造影的中間圖像，并由組織和造影劑之間不同的、特定于能量的吸收特性來確定造影劑在組織中的分布。
由于額外獲得的關(guān)于在所觀察組織(包括被透射的造影劑)內(nèi)特定于能量的吸收的信息，現(xiàn)在可以用明顯更少量的造影劑獲得具有足夠?qū)Ρ榷鹊膱D像，并確定組織內(nèi)的造影劑分布。如果在該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)稍高的劑量負(fù)擔(dān)，則可以說基本上通過由于造影劑濃度的減小而形成的更小的生物損害補(bǔ)償了劑量負(fù)擔(dān)的潛在損害。
本發(fā)明人還建議，為了確定造影劑的分布而確定原子序數(shù)分布。關(guān)于這種方法參考公開文獻(xiàn)“Density and atomic number measurement with spectral x-rayattenuation method”，B.J.Heismann，J.Leppert和K.Stierstorfer，JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS，Volume 94，number 3，2003.8.1。此外還可以參考本申請人的對應(yīng)公開申請DE 10143131A1。這兩個(gè)文獻(xiàn)就其公開內(nèi)容來說完全包含在本專利申請的內(nèi)容中。
本發(fā)明人還建議，由至少兩幅中間圖像計(jì)算出涉及造影劑分布的顯著結(jié)論，其中優(yōu)選該顯著結(jié)論就造影劑在患者的特定體積內(nèi)或特定位置處的存在性給出是/否的結(jié)論。
例如，該顯著結(jié)論通過形成中間圖像的商或者通過中間圖像的線性組合來計(jì)算。
此外，本發(fā)明人建議在CT圖像顯示中，就造影劑在位置的存在性來說具有積極顯著結(jié)論的圖像值獲得一個(gè)特定的、優(yōu)選最大或最小的圖像值。取代最大或最小圖像值也可以采用優(yōu)選在剩余的圖像顯示中不存在的顏色值。典型地，這意味著在由灰度值組成的CT顯示中，具有造影劑的區(qū)域通過對應(yīng)的顏色呈現(xiàn)而凸顯出來。
為了確定針對不同能量譜的吸收數(shù)據(jù)，例如可以對每個(gè)頻譜都采用自己的輻射源。由此特別簡單地通過采用兩個(gè)具有不同加速電壓的X射線源產(chǎn)生不同的阻滯輻射頻譜。另一方面還可以對X射線陽極采用不同的材料，這樣通過采用不同的材料而在不同的能量值時(shí)出現(xiàn)通常在X射線頻譜中具有的強(qiáng)度最大值，從而在此還可以清楚地區(qū)分能量譜。當(dāng)然也可以采用這兩種方法的組合。
特別優(yōu)選的是，采用陽極材料和造影劑的組合，其中陽極材料在阻滯頻譜中具有強(qiáng)度最大值，而造影劑在由該陽極材料產(chǎn)生的阻滯輻射的強(qiáng)度最大值的能量區(qū)域內(nèi)具有吸收最大值。通過選擇陽極材料和造影劑，由于在該特殊能量區(qū)域內(nèi)提高了吸收而能特別好地識別造影劑的存在。
還要指出，可以取代兩個(gè)分離的X射線源而采用一個(gè)跳躍焦點(diǎn)，其中優(yōu)選該跳躍焦點(diǎn)在兩個(gè)焦點(diǎn)上分別具有不同的陽極材料。
在該方法的另一變形中，發(fā)明人還建議為了確定針對至少兩個(gè)不同能量譜的吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)頻譜都采用自己的檢測器。但是還可以為了確定針對至少兩個(gè)不同能量譜的吸收數(shù)據(jù)而采用至少一個(gè)檢測器，該檢測器可以分辨所檢測的針對至少兩種不同能量的輻射的能量譜。由此可以采用一個(gè)輻射能量譜和一個(gè)檢測器來確定檢查對象特定于能量的吸收。利用分辨能量的檢測器，可以獲得多幅特定于能量的再現(xiàn)中間圖像，并由此獲得涉及造影劑在各所觀察位置處的存在性的詳細(xì)結(jié)論。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面參考附圖對優(yōu)選實(shí)施例的描述而得出，其中要說明只示出對直接理解本發(fā)明有顯著作用的元件。
下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中采用如下附圖標(biāo)記1計(jì)算機(jī)斷層造影儀；2第一X射線管/第一焦點(diǎn)；3第一檢測器；4第二X射線管/第二焦點(diǎn)；5第二檢測器；6外殼；7患者；8可平移的患者臥榻；9系統(tǒng)軸；10計(jì)算單元；Prg1-Prgn程序模塊；11第一焦點(diǎn)的輻射錐；12第二焦點(diǎn)的輻射錐；14第一焦點(diǎn)的陽極材料；15第二焦點(diǎn)的陽極材料；16濾波器；a，c，d常量；B中間圖像；E1，E2能量譜；I最終圖像；S有效值；S(Ex)能量譜Ex的檢測器數(shù)據(jù)；μ(E1)，μ(E2)特定于能量的CT圖像。其中示出圖1示出具有兩個(gè)X射線管/檢測器組合的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備；圖2示出具有一個(gè)公用檢測器和不同陽極材料的跳躍焦點(diǎn)系統(tǒng)的示意圖；圖3示出具有兩個(gè)由一個(gè)濾波器分開的檢測器的焦點(diǎn)/檢測器組合的示意圖；圖4示出具有不同陽極材料、90°角位移的兩個(gè)焦點(diǎn)/檢測器組合；圖5示出利用由特定于能量的中間圖像形成的商進(jìn)行有效性確定的本發(fā)明方法的流程圖；圖6示出利用由特定于能量的中間圖像形成的商進(jìn)行有效性確定的本發(fā)明方法的流程圖；圖7示出利用Rhoz窗口進(jìn)行有效性確定的本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有第一X射線管2和與該第一X射線管2對應(yīng)的檢測器3的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1。在與該第一X射線管2和檢測器3成90°的角位移內(nèi)，在支架中還設(shè)置了包括第二X射線管4和第二檢測器5的第二焦點(diǎn)/檢測器系統(tǒng)?；颊?躺在可移動(dòng)的患者臥榻8上，在對患者進(jìn)行掃描時(shí)患者臥榻沿系統(tǒng)軸9移動(dòng)。通過示意性顯示的計(jì)算單元10控制計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)1，其中由程序模塊Prg1至Prgn對所接收的檢測器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
在此示出的雙焦點(diǎn)/檢測器組合只是舉個(gè)例子。同樣還可以采用其它如圖2和圖4中示意性示出的變形。
圖2示出由一個(gè)跳躍焦點(diǎn)構(gòu)成的組合的示意圖，該跳躍焦點(diǎn)包括兩個(gè)設(shè)置在不同陽極材料14和15上的焦點(diǎn)2、4。從焦點(diǎn)2、4射出第一輻射錐11和第二輻射錐12，這兩個(gè)輻射錐落在一個(gè)公共的檢測器3上。兩個(gè)跳躍焦點(diǎn)2和4一方面由于其不同的陽極材料14和15而發(fā)射出具有不同能量譜的X射線。另外還可以在從一個(gè)焦點(diǎn)跳躍到另一個(gè)焦點(diǎn)的同時(shí)切換為不同的加速電壓，從而除了不同的陽極材料之外(或者只通過該不同的陽極材料)還產(chǎn)生不同的阻滯頻譜。
在圖3中示出另一個(gè)變形。在此產(chǎn)生從公共焦點(diǎn)2發(fā)出的射線束11，該射線束具有典型的能量譜。射線首先落在第一檢測器3上，在該檢測器中測量具有第一能量譜的檢測器輸出數(shù)據(jù)。接著通過設(shè)置在下面的濾波器16對該能量譜進(jìn)行濾波。通過濾波濾除該能量譜的低能量分量，從而第二檢測器5只采集X射線的高能量分量，由此可以確定被透射的檢查對象針對不同頻譜能量的不同吸收。
最后還在圖4中示意性地示出圖1的雙焦點(diǎn)/檢測器組合。在此以兩個(gè)不同的陽極材料14和15和/或X射線管上的不同加速電壓來工作，從而形成兩個(gè)具有不同能量譜的輻射錐11和12，這兩個(gè)輻射錐分別由相對設(shè)置的檢測器5和3接收和分析。
在圖5至8中示出根據(jù)本發(fā)明的對特定于能量的檢測數(shù)據(jù)的分析。圖5示出如何首先針對兩個(gè)能量譜E1和E2分別掃描特定于能量的檢測數(shù)據(jù)S(E1)和S(E2)。接著針對兩個(gè)能量譜計(jì)算出特定于能量的CT圖像μ(E1)和μ(E2)。通過形成特定于能量的CT圖像μ(E1)和μ(E2)的圖像值的商來計(jì)算中間圖像B。然后分別在所觀察的位置由結(jié)果圖像B的相應(yīng)像素值或體素值確定，在該位置是否明顯存在造影劑，并優(yōu)選用值0或者1記錄為有效值S＝f(B)?；旧?，只立體地在圖像顯示I中顯示有效值就足以顯示出血管。此外還可以將圖像顯示I與CT顯示μ(E1)和/或μ(E2)疊加，其中例如可以在有效值1的位置上對正常的CT顯示進(jìn)行著色。另外在著色時(shí)還可以保留CT圖像中具有的亮度值/暗度值。
圖6類似于圖5示出如何首先針對兩個(gè)能量譜E1和E2分別掃描特定于能量的檢測數(shù)據(jù)S(E1)和S(E2)，以及接著針對兩個(gè)能量譜計(jì)算特定于能量的CT圖像μ(E1)和μ(E2)。這次由特定于能量的CT圖像μ(E1)和μ(E2)分別在所觀察的像素值或體素值位置上的CT圖像值經(jīng)過常量a和b加權(quán)的乘積來確定中間圖像B，并檢驗(yàn)在該位置上是否明顯存在造影劑。接著優(yōu)選用值0或1確定位置有效值S＝f(B)。在此，基本上只立體地在圖像顯示I中顯示有效值S＝f(B)也足以顯示出血管。此外同樣可以將圖像顯示I與CT顯示μ(E1)和/或μ(E2)疊加，或者在CT顯示中突出顯示那些重要的位置。
通過類似方式利用Rhoz窗口確定和顯示造影劑的空間分布。在此如在圖7中示意示出的那樣，根據(jù)前面已經(jīng)提到的公開出版物“Density and atomic numbermeasurement with spectral x-ray attenuation method”，B.J.Heismann，J.Leppert和K.Stierstorfer，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，Volume 94，number 3，2003.8.1和DE10143131A1，由CT圖像μ(E1)和μ(E2)的特定于能量的吸收值來確定Rhoz值，該Rhoz值表示在觀察位置被透射物質(zhì)的原子序數(shù)Z的大致度量。如果作為造影劑選擇一種具有典型的并且能與周圍組織清楚區(qū)分開來的平均Z值的藥劑，則能以較大的可靠性確定造影劑在觀察位置的存在性，如果Rhoz值落入一個(gè)預(yù)定的范圍、即數(shù)值窗口內(nèi)的話。因此在這種情況下，基于反映所謂的Rhoz值的位置分布的中間圖像B來確定有效值0或1。其它分析和顯示與圖5和圖6的方法一致。
需要指出，根據(jù)本發(fā)明的方法不限于確定兩幅特定于能量的CT圖像，而尤其是在采用能量分辨的檢測器時(shí)可以考察多個(gè)單個(gè)能量或能量譜，并用于形成有效值S＝f(B)。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的上述特征不僅能以分別給出的組合、還能以其它組合或單獨(dú)使用，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
總之，通過本發(fā)明提出了一種通過施加造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，該方法通過特定于能量地再現(xiàn)患者的CT圖像而使得可以在施加很少造影劑的同時(shí)確定患者體內(nèi)的造影劑分布，其中觀察造影劑和組織之間特定于能量的吸收差異。
權(quán)利要求
1.一種通過施加造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，其中，為了改善對待檢查組織結(jié)構(gòu)的顯示而對患者施加造影劑，在造影劑存在期間進(jìn)行X射線掃描，然后由所獲得的X射線掃描數(shù)據(jù)再現(xiàn)兩維或三維計(jì)算機(jī)斷層造影圖像，其特征在于，對至少兩個(gè)不同的能量譜(E1，E2)測量吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)能量譜(E1，E2)都再現(xiàn)一幅計(jì)算機(jī)斷層造影中間圖像(μ1，μ2)，并由組織和造影劑之間不同的、特定于能量的吸收特性來確定造影劑在組織中的分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了確定造影劑的分布而確定原子序數(shù)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由至少兩幅中間圖像(μ1，μ2)來計(jì)算涉及造影劑分布的顯著結(jié)論(S)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述顯著結(jié)論(S)通過形成中間圖像的商(c*μ1/μ2，其中c＝常量)來計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述顯著結(jié)論(S)通過中間圖像的線性組合(a*μ1+b*μ2，其中a，b＝常量)來計(jì)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在CT圖像顯示中就造影劑在該位置的存在性來說具有積極顯著結(jié)論(S)的圖像值獲得一個(gè)預(yù)定的圖像值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述圖像值是最大或最小灰度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述圖像值是顏色值，其優(yōu)選在剩余的圖像顯示中不存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定針對至少兩種不同能量譜(E1，E2)的吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)頻譜都采用自己的輻射源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定針對至少兩種不同能量譜(E1，E2)的吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)頻譜都在輻射源中采用自己的陽極材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，采用陽極材料和造影劑的組合，其中，陽極材料在阻滯頻譜中具有最大強(qiáng)度，而造影劑在由該陽極材料產(chǎn)生的阻滯輻射的最大強(qiáng)度能量區(qū)域內(nèi)具有最大吸收值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，采用跳躍焦點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定針對至少兩種不同能量譜(E1，E2)的吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)頻譜都采用自己的檢測器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定針對至少兩種不同能量譜(E1，E2)的吸收數(shù)據(jù)而采用至少一個(gè)檢測器，該檢測器可以分辨所檢測的針對至少兩種不同能量的輻射的能量譜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過施加造影劑產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)斷層造影顯示的方法，其中為了改善對待檢查組織結(jié)構(gòu)的顯示而對患者施加造影劑，在該造影劑存在期間進(jìn)行X射線掃描，然后由所獲得的X射線掃描數(shù)據(jù)再現(xiàn)2維或3維的計(jì)算機(jī)斷層造影圖像，其中針對至少兩個(gè)不同的能量譜(E1，E2)測量吸收數(shù)據(jù)，對每個(gè)能量譜(E1，E2)都再現(xiàn)一幅計(jì)算機(jī)斷層造影中間圖像(μ1，μ2)，并由組織和造影劑之間不同的、特定于能量的吸收特性來確定造影劑在組織中的分布。
文檔編號A61B6/03GK1788683SQ20051013175
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者比約恩·海斯曼 申請人:西門子公司