CN101049244B - 用于分开地三维显示身体部位中动脉和静脉的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分开地三维显示血管系统的动脉和/或静脉的方法，其中，不用造影剂地进行断层造影的一个掩模行程，然后使用造影剂进行两个填充行程，其中相对于注射(9)造影剂在这样一个时间点进行第二填充行程：使得第二填充行程的在血管对比的静脉阶段(6)中的第一填充行程中进行的部分在第二填充行程的血管对比的动脉阶段(10)中进行且反之亦然；把从第一填和第二填充行程中得出的数据组合为包含从血管对比的动脉阶段(5，10)或静脉阶段(6，7)产生的组合数据的数据组，并且从中减去在掩模行程中得到的数据组，以得到包含三维显示动脉或静脉血管系统的数据的最终数据组。本发明同样地还包含一个适用于执行所述方法的装置。

Description

用于分开地三维显示身体部位中动脉和静脉的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助旋转计算机断层造影分开地三维显示脊椎动物的一个身体部位中的血管系统的动脉和/或静脉的方法，以及一种装置，尤其是用于实施所述方法的装置。优选地，将本发明用于C型臂血管造影。
背景技术
为了血管疾患范围内的诊断目的以及其治疗目的，越来越多地需要对身体部位中的血管、尤其是动脉和静脉的外观和走向的尽可能精确的三维显示。对脑动脉瘤的检查构成了一个重要的应用领域，所述检查脑动脉瘤还包含分析和优化的显示，以便在相邻血管的拓扑关系方面确定所述动脉瘤颈。血管造影还在其它的身体部位上进行，以确定动脉粥样硬化病变或者畸变。随着引入计算机支持的旋转血管造影，从投影原始数据重建具有均匀的分辨率的三维显示，在诊断学中达到一种技术突破。在此，现有技术是所谓的C型臂血管造影，其中，在一个约包含200°角的臂中的一个X射线源和一个与之对置安排的传感器绕患者的待检查的身体部位旋转，并且在此拍摄并且数字地存储50至500幅X射线图像。然后，可以从不同的投影角度下拍摄的投影X射线图像中计算X射线照射的身体部位的三维模型。然而，由于拍摄时间以及造影剂给药的动态关系，用常规的3D血管造影不可能充分地按动脉和静脉的血管系统进行清楚的分开。
在公知的三维血管显示中拍摄一种所谓的掩模行程(Maskenlauf)和一种填充行程(Füllungslauf)。在所述掩模行程中进行C型臂绕患者的身体部位或者患者全身的旋转并且在预先给定的角度区域上拍摄X射线图像。然后在所关注的血管中注射造影剂并且在重新的C型臂旋转的情况下拍摄第二组X射线图像，所述第二组X射线图像反映所谓的填充行程。这两个图像序列的模型于是被如此地相互相减，使得在结果上只能够看到对比的(就是说含有造影剂的)的血管。这时用一种3D重建方法把对比的血管重建成一种三维数据组。作为替代方案还可以分开地重建掩模和填充行程数据并且将所得出的三维数据组相互相减。
根据现有技术的3D血管造影方法通常提供一种既显示动脉血管系统的部位也显示静脉血管系统的部位的三维数据组。当前血管造影系统的这种缺陷的原因在于，断层造影的旋转时间约5秒，这显著长于仅持续2至3秒的血管对比的所谓动脉的阶段(Phase)。然后，造影剂通过通常的毛细路径转移到静脉的血管系统中，从而在动脉阶段完毕以后显示血管对比的一个静脉的阶段，所述静脉阶段记录在断层造影旋转的较晚的部位中，从而出现动脉和静脉的三维混合结构。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，找出一种用于产生要么只显示动脉要么只显示静脉(视要求而异)的血管的三维数据组的基本途径。
本发明的基本思想是，进行多于一个的填充行程，并且相对造影剂注射在时间上如此地按级排列所述多于一个的填充行程：使得在血管对比的动脉阶段中至少一次地把所采集的身体部位的整个部位反映得能够进行三维重建。
在第一方面中，本发明针对一种利用旋转计算机断层造影分开地三维显示脊椎动物的身体部位中的血管系统的动脉和/或静脉的方法，其中，所述方法具有以下的步骤：
(a)不用造影剂地围绕待检查的身体部位进行断层造影的一个掩模行程；
(b)在使用一种造影剂的条件下围绕该身体部位进行断层造影的第一填充行程，其中在血管对比的动脉阶段中进行所述填充行程的第一部分，并且在血管对比的静脉阶段中进行其第二部分；
(c)相对于注射进一步的注射造影剂在这样一个时间点围绕所述身体部位进行所述断层造影的至少一个第二填充行程：使得第二填充行程的在血管对比的静脉阶段中的第一填充行程中进行的部分，在至少一个第二填充行程的血管对比的动脉阶段中进行，并且反之亦然；
(d)把从所述第一填充行程和至少一个第二填充行程中得出的数据组合为第一数据组和/或第二数据组，所述第一数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的动脉阶段产生的组合数据，所述第二数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的静脉阶段产生的组合数据；以及
(e)从所述组合得到的第一和/或第二数据组中减去在掩模行程中得到的数据组，以得到至少一个最终数据组，所述最终数据组包含三维显示动脉血管系统或者静脉血管系统的数据。
在此，旋转计算机断层造影被理解为任何带有受检查的对像的三维模型计算的、以透视技术为基础的成像方法。
在本发明的意义上掩模行程是在不使用造影剂条件下的旋转计算机断层造影行程。
如领域内普通技术人员所公知，造影剂是一种对于在相应的成像方法中例如不能够让X射线穿透的物质，并且通过明显的X射线阴影反映用之填充的极性结构(Polstruktur)。
根据本发明，填充行程被理解为一种断层造影行程，其中用一种造影剂把待检查的中空腔室填充得在成像方法中出现足够的对比度，在此情况下所述中空腔室是血管。
注射造影剂理解为，例如借助于一个注射器，在待检查的中空腔室或者说待检查的血管中进行造影剂给药。
将填充行程中产生的数据组合为数据组被理解为，借助于一个预先给定的算法并且必要时还在人为分析值的参与作用下，按照预先给定的规则将单个填充行程的数据的相应分量组合成一个新的数据组。根据本发明，如此地选择数据：使得所述数据互补地补充并且在所采用的断层造影的整个扫描弧上，也就是从在其上拍摄投影图像的所有位置上，出现要么属于血管对比的动脉阶段、要么属于静脉阶段的数据。
根据在断层造影方法的情况下所属领域技术人员熟知的这种表述的应用，数据组的相减被理解为这样一种计算过程，其中从所关注的测量数据如此地去除一个背景的测量数据：使得基本上只保留所述数据组中所关注的测量数据。
为了从所述行程的单个拍摄的投影图像数据中产生一种三维的模型，采用一种在血管造影领域上称为重建的方法。这样一种从数据组向三维数据组的重建可以在如本发明所述的方法的不同位置进行，从而在组合数据前、在数据组相减以前以及在组合之后或者对最终数据组相减以后进行，在此，对换算的复杂性和实施本发明所采用的计算机断层造影的现有机制方面进行各种衡量考虑。
在一种优选的实施方式中所述受检查的身体部位是人的头颅。在此，一个重要的应用领域是查找脑血管中的动脉瘤。然而应当理解，按照本发明的方法原则上也适用于人和其它动物的具有血管系统的其它身体部位。根据本发明所述的方法限于脊椎动物，因为脊椎动物具有分开的动脉和静脉血液循环，然而应当理解所述方法还可以用于其它种类的动物，只要这类动物具备有动脉和静脉的可对比的血管系统。
在本发明的一个优选的实施方式中只进行两个填充行程，只要这两个填充行程足以正确地采集全部视角从而采集受检查的身体部位的整个区域并且能够分开地显示动脉和静脉血管。在另一种替换的实施方式中，进行如此多个填充行程，使得直到从所述填充行程的所有部分既能够得到从血管对比的静脉阶段产生的数据也能够得到从血管对比的动脉阶段产生的数据。这在例如可以在对一个行程比血管对比的动脉阶段有显著更长的运行时间的断层造影的情况下要求，使得必须进行三个或者更多的填充行程，直到覆盖所有的透视。
存在有实现旋转计算机断层造影的各种基础技术。从而在一种优选的实施方式中，所述旋转计算机断层造影是一种旋转X射线计算机断层造影，譬如一种C型臂血管造影。在另一种优选的实施方式中所述旋转计算机扫描是一种超声波断层造影，而在另一种优选的实施方式中所述旋转计算机断层造影是一种核自旋断层造影。应当理解，相应采用的造影剂取决于所采用的技术，因为所采用的激励和波分别不同地对材料起作用。
取决于所采用的计算机断层造影和其运动模式，在本发明的一种优选的实施方式中，第一和至少一个第二填充行程沿同一个扫描方向进行，其中，第一填充行程在为待检查的血管进行造影剂注射的时间点开始(换言之直接在开始填充行程前或者在开始填充行程时进行造影剂给药)，而第二填充行程的开始要使得在另一个造影剂注射的时间点上已经进行了第二填充行程的一部分(或者说，造影剂注射在所述填行程中间的某处进行，并且优选地刚好在该填充行程的中间，在两个其它的第二填充行程的三分之二，或者说在三分之一和/或三分之二处进行)。
在可以改变扫描方向的计算机断层造影的情况下，还可以如此地设计如本发明所述的方法：沿不同的扫描方向进行第一填充行程和至少一个第二填充行程，其中，第一填充行程在待检查的血管中注射造影剂的时间点开始，而所述至少一个第二填充行程在另一次注射造影剂的时间点开始。在该实施方式中原则上需要一个第一填充行程和一个第二填充行程，然而应当理解，在此可以进行多于两个的填充行程，这些填充行程具有对应地在时间上重新按级排列的造影剂注射。
在另一个方面，本发明针对一种装置，其中所有关于方法的陈述对所述装置也成立，或者反之亦然，从而可以交互参照。用于分开地三维显示脊椎动物的一个身体部位中的血管系统的动脉和/或静脉的按照本发明的装置，包含一个旋转计算机断层造影设备，该设备具有：
(a)第一数据存储器，用于存储在所述旋转计算机断层造影的一个掩模行程中和在至少一个第一和一个第二填充行程中得到的数据；
(b)第一计算模型，用于把从所述第一和至少一个第二填充行程中得出的数据组合为第一数据组和/或第二数据组，所述第一数据组包含第一和第二填充行程的血管对比的动脉阶段产生的组合数据，所述第二数据组包含第一和第二填充行程的血管对比的静脉阶段产生的组合数据；
(c)另一个数据存储器，用于存储所述第一和/或第二数据组；
(d)第二计算模型，用于从由所述组合得到的第一和/或第二数据组中减去在掩模行程中得到的数据组，以得到至少一个最终数据组，所述最终数据组包含三维显示动脉血管系统或者静脉血管系统的数据。
在此，计算模型可以被理解为专门为了从事要执行的计算而设计的装置，例如有对应的控制的模拟计算机或者数据信号处理器，或者，计算模型也可以被理解为在通用计算设备上实现所述功能的软件程序产品。数据存储器被理解为各种能够存储数字数据的装置，不论是易失的还是永久的主存储器、硬盘、光数据载体等等，其中可以由所述计算模型在所述数据存储器上进行存取。
在一种特别优选的实施方式中，所述装置适用于执行如本发明所述的方法。
作为按照本发明的装置的组成部分的计算机断层造影设备可以是旋转X射线计算机断层造影设备，譬如C型臂血管造影设备、超声波断层造影设备或者还可以是核自旋断层造影设备。
附图说明
下面参照附图借助于具体实施例详细地说明本发明，下列附图中：
图1示出本发明的第一实施方式中的对患者身体扫描的原理，
图2示出本发明的第二实施方式中的对患者身体扫描的原理，
图3示出从通过扫描得到的原始数据中确定最终数据组的方法。
具体实施方式
在图1中说明采用一种只能够沿一个方向进行扫描行程的C型臂的情况下如本发明所述的方法。
图1的左分图用横截面图示出一个定位了的、待检查的身体，譬如患者1。通过箭头2示出所采用的C型臂血管造影的扫描方向，并且通过扇面3示出掩模行程的采集的投影角。在此，采集整个身体部位并且对应地示出所采用的血管造影的可能性。在图1的中间分图中示出第一填充行程，其中，在沿同一方向2开始所述第二扫描行程时在待检查的血管中或者附近注射造影剂。图2示出造影剂注射4的时间点。划影线的区域5是其中进行血管对比的动脉阶段的填充行程的区域。在该阶段5结束后，这时造影剂已经抵达血管系统的静脉区域了，C型臂血管造影只能够还对比度强烈地拍摄由划影线的区域6表示的血管对比的静脉阶段。在该图的右分图中示出第二填充行程，其中还是沿同一扫描方向2，并且直接地接在所述第一填充行程之后，对于行程的在第一填充行程中形成动脉阶段的区域，此时采集血管对比的静脉阶段7，因为，如箭头8该所示，所述对比的静脉阶段一直进展到第二填充行程中。大致在第二填充行程的中间重新进行一次造影剂注射9，从而在其短时间后又开始血管对比的动脉阶段10，所述动脉阶段覆盖填充行程的在第一行程中属于血管造影的静脉阶段的区域。从而在该例中可以通过整个C型臂的两个填充行程既动脉对比显示也静脉对比显示。
分别应当注意，直接在第一填充行程的旋转之后中进行C型臂的回程和所述第二填充行程。因为静脉阶段通常明显地长于动脉阶段，在该时间点还充分地对比静脉。
对于可以沿双旋转方向拍摄的系统，推荐一种不同的规程，如图2中所示。在图2中相同的标号对应于相同或者相似的对象。在此，如在图1中所示的实施方式那样进行所述掩模行程。直接接着其后现在沿相反的旋转方向或者说扫描方向2a并且在注射进造影剂4的条件下开始第一填充行程。造影剂注射如此地相对于旋转开始触发：使得旋转的前半部分5动脉对比而后半部分6静脉对比。完全类似于第一填充行程，第二填充行程在图2的右分图中进行，然而却是沿再次相反的旋转方向2。因为在拍摄第一填充行程的静脉阶段以后直接地进行第二填充行程的动脉阶段10，为了避免动脉/静脉双重对比，必须把所述行程之间的一定停顿维持到从静脉中冲洗出造影剂为止。
图3示出对在不同的行程中得到的数据进行组合和相减时的一般做法。在此，相同的参考标记还是指代相同的过程或者说对象。在此，把所述第一填充行程的动脉阶段5的数据和静脉阶段6的数据以及所述第二填充行程的动脉阶段10的数据和静脉阶段7的数据如此地相互组合：使得形成两个新的数据组，这两个新的数据组一个由第一填充行程的静脉阶段6以及第二填充行程的静脉阶段7组成，而第二个由第一填充行程的动脉阶段5以及第二填充行程的动脉阶段10组成。通过随后在11和12中减去掩模阶段并且重建三维数据组，得到两个三维数据组，这两个三维数据组的一个包含动脉血管系统的显示13，而另一个包含静脉血管系统的显示14。通过重建掩模行程可以附加地得到周围组织的显示15(低对比度显示)。借助于按照本发明的方法，能够从三次旋转拍摄中三维地显示动脉血管系统、静脉血管系统和周围组织，如图3中所示。因为在这两个填充行程的每个中只须拍摄动脉阶段的图像的一半，在动脉阶段上也只须消耗拍摄时间的一半。在一个动脉阶段是2至3秒并且当前的每旋转5秒的最低拍摄时间的情况下可以满足该条件，由此可以实现动脉和静脉的分开的、无重叠的显示。

Claims (15)

1.一种用于利用旋转计算机断层造影分开地三维显示脊椎动物的身体部位中的血管系统的动脉或者静脉的方法，其特征在于以下的步骤：
(a)不用造影剂地围绕待检查的身体部位(1)进行断层造影的一个掩模行程；
(b)在使用(4)造影剂的条件下围绕待检查的身体部位进行断层造影的第一填充行程，其中在血管对比的动脉阶段(5)中进行所述填充行程的第一部分，并且在血管对比的静脉阶段(6)中进行其第二部分；
(c)相对于注射(9)进一步的造影剂在这样一个时间点围绕所述身体部位(1)进行所述断层造影的至少一个第二填充行程：使得该第二填充行程的在血管对比的静脉阶段(7)中的第一填充行程中进行的部分，在至少一个第二填充行程的血管对比的动脉阶段(10)中进行，并且反之亦然；
(d)把从所述第一填充行程和至少一个第二填充行程中得出的数据组合为第一数据组和/或第二数据组，所述第一数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的动脉阶段(5，10)产生的组合数据，所述第二数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的静脉阶段(6，7)产生的组合数据；以及
(e)从所述组合得到的第一和/或第二数据组中减去(11，12)在掩模行程中得到的数据组，以得到至少一个最终数据组，所述最终数据组包含三维显示动脉血管系统(13)或者静脉血管系统(14)的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还具有下列步骤：
把数据组重建成三维数据组，其中，在组合数据前、在相减数据组前或者在最终数据上进行所述重建。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述身体部位(1)是人的头颅。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行如此多个填充行程，使得直到从所述填充行程的所有部分既能够得到从血管对比的静脉阶段(6，7)产生的数据也能够得到从血管对比的动脉阶段(5，10)产生的数据。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转计算机断层造影是旋转X射线计算机断层造影。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋转计算机断层造影是C型臂血管造影。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转计算机断层造影是超声波断层造影。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转计算机断层造影是核自旋断层造影。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一和至少一个第二填充行程沿同一个扫描方向(2)进行，其中，第一填充行程在待检查的血管中进行造影剂注射(4)的时间点开始，而第二填充行程的开始要使得在进一步的造影剂注射(9)的时间点就已经进行了第二填充行程的一部分。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一填充行程和至少一个第二填充行程沿不同的扫描方向(2、2A)进行，其中，第一填充行程在待检查的血管中进行造影剂注射(4)的时间点开始，而所述至少一个第二填充行程在进一步的造影剂注射(9)的时间点开始。
11.一种用于分开地三维显示脊椎动物的身体部位(1)中的血管系统的动脉和/或静脉的装置，其包含一个旋转计算机断层造影设备，其特征在于，
(a)第一数据存储器，用于存储在旋转计算机断层造影的一个掩模行程中和在第一和至少一个第二填充行程中得到的数据；其中，通过在使用一种造影剂的条件下围绕该身体部位进行断层造影的第一填充行程得到第一填充行程的数据，其中，在血管对比的动脉阶段(5)中进行所述填充行程的第一部分，而在血管对比的静脉阶段(6)中进行第二部分，并且，通过相对于注射进一步的造影剂在这样一个时间点围绕所述身体部位进行所述断层造影的至少一个第二填充行程来得到第二填充行程的数据：使得第二填充行程的在血管对比的静脉阶段(7)中的第一填充行程中进行的部分，在至少一个第二填充行程的血管对比的动脉阶段(10)中进行，并且反之亦然；
(b)第一计算装置，用于把从所述第一和至少一个第二填充行程中得出的数据组合为第一数据组和/或第二数据组，所述第一数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的动脉阶段(5，10)产生的组合数据，所述第二数据组包含从第一和第二填充行程的血管对比的静脉阶段(6，7)产生的组合数据；
(c)另一个数据存储器，用于存储所述第一和/或第二数据组；
(d)第二计算装置，用于从所述组合得到的第一和/或第二数据组中减去(11、12)在掩模行程中得到的数据组，以得到至少一个最终数据组，所述最终数据组包含三维地显示动脉血管系统或者静脉血管系统的数据。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旋转计算机断层造影设备是旋转X射线计算机断层造影设备。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述旋转计算机断层造影设备是C型臂血管造影设备。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旋转计算机断层造影设备是超声波断层造影设备。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旋转计算机断层造影设备是核自旋断层造影设备。
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