CN101061956A - 拍摄心脏ct图像的方法及心脏ct系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用螺旋CT系统对跳动的心脏进行扫描的方法以及一种心脏CT系统，其中，记录跳动的心脏(16)的心律信号并与时间相关地进行存储，以及为了再现断层造影截面图像数据或立体数据，仅测量源自选择的心脏周期的周期范围的检测器数据，其中，为了基于螺旋形扫描对患者的包含跳动的心脏(16)的子区域(Δz)进行完全的扫描，利用预运行和后运行来实施该扫描。本发明还基于所测量的患者(7)的当前心律信号的周期(T_cycle)来确定所需的预运行(z_pre)和后运行(z_post)，以及在该心脏CT系统中还存在相应的程序代码(Prg_x)。

Description

拍摄心脏CT图像的方法及心脏CT系统

技术领域

本发明涉及一种利用螺旋CT系统对跳动的心脏进行扫描的方法，其中，焦点-检测器系统的至少一个焦点与多行检测器随着进给绕患者运动，并且在此由该至少一个焦点发出的X射线束对患者的至少一个包含在系统轴方向上的、跳动心脏所处范围的子区域进行扫描，其中作为检测器输出数据测量射线强度及其空间定向数据并进行存储。此外，还记录跳动的心脏的心律信号并与时间相关地进行存储。此外，为了再现断层造影截面图像数据或立体数据，仅测量或使用源自选择的心脏周期的周期范围的检测器数据，为了基于螺旋形扫描对患者的包含跳动的心脏的子区域进行完全的扫描，利用预运行和后运行来实施该扫描。

背景技术

在借助螺旋形绕患者运动的多行检测器产生心脏CT图像的范围内，一般公知这样设置卧榻进给，使得在用户选择的扫描范围内的每个任意的层位置都可以对于每个心脏阶段再现。在此，在测量值投影和患者心跳之间的时间关系通常通过EKG(心电图)或跳动的心脏的其它心律信号来确定。为了再现第一或最后图像层在此需要一定的螺旋预运行和螺旋后运行。

迄今将该扫描的预运行和后运行选择为与患者的心脏频率无关且为恒定的。由此造成患者不必要的高剂量负担。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，提出一种利用螺旋CT对跳动的心脏进行扫描的方法，使患者的剂量负担达到尽可能最小。此外还提出了一种执行这样方法的相应螺旋CT系统。

发明人认识到，随着所采用的检测器不断增加的行数，通过假设恒定的最大心脏周期的实践来产生心脏CT图像，以及在螺旋扫描时由此产生的恒定预运行，使得患者的剂量负担不必要地过高，对心脏全部扫描相关的剂量负担也随着行数的增加而上升。

因此建议将对患者心脏区域扫描的预运行和后运行的持续时间适应性地与当前患者的心脏频率相匹配。

如果基于目前对预运行一般假设的标准值例如借助以下公式计算剂量节省ε，则在扫描时通过使用自适应匹配的预运行和后运行得出患者剂量20％的消减：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{2\·(T_{\mathrm{fix}}-T_{\mathrm{cycle}})}{2\·T_{\mathrm{fix}}+\frac{\mathrm{\Δz}}{z_{\mathrm{rot}}}\·T_{\mathrm{rot}}},$

其中，

Δz＝待成像心脏体积的大小，140mm

z_rot＝在z方向的进给，11.5mm

T_cycle＝患者当前心脏周期持续时间，800ms相当于75跳/分钟

T_fix＝根据现有技术确定假设的心脏周期时间，相当于1500ms。

相应于该基本思想，发明人提出了用于利用螺旋CT系统扫描跳动的心脏的优化方法，以及心脏CT系统，它们使得通过该最佳预运行和后运行阶段而降低患者的剂量负担。

相应地，一种利用螺旋CT系统对跳动的心脏进行扫描的方法，至少具有以下特征：

-焦点-检测器系统的至少一个焦点与多行检测器以进给z_rot绕患者螺旋式运动，其中

-由该至少一个焦点发出的X射线束对患者的至少一个包含在系统轴方向上的、跳动心脏所处范围的子区域Δz进行扫描，其中作为检测器输出数据测量射线强度及其空间定向数据并进行存储，

-记录跳动的心脏的心律信号并在必要时与时间相关地进行存储，

-为了再现断层造影截面图像数据或立体数据，仅测量或使用源自选择的心脏周期的周期范围的检测器数据，

-为了基于螺旋形扫描对患者的包含跳动的心脏的子区域Δz进行完全的扫描，利用预运行和后运行来实施该扫描，

对所述方法还进一步进行了优化，使得为了对该子区域Δz进行完全的扫描，基于所测量的患者的当前心律信号的周期来确定所需的预运行和/或后运行。

在此，所述预运行和后运行可由下式确定：

$z_{\mathrm{pre}}=z_{\mathrm{post}}=(\frac{T_{\mathrm{cycle}}}{T_{\mathrm{rot}}}+\frac{2}{4\·m})\·z_{\mathrm{rot}}-\frac{N_s\·S}{2}$

其中采用下列变量：

m＝焦点-检测器系统的数量；

N_S＝检测器行的数量；

S＝经校准的每检测器行的层厚；

T_cycle＝所测量的当前心律信号的周期持续时间；

T_rot＝焦点绕行一周的旋转时间；

z_pre＝预运行；

z_post＝后运行；

z_rot＝焦点每绕行一周的进给。

为实施该系统，可以采用具有一个或多个、优选为两个焦点-检测器系统的焦点-检测器系统，在此有利的是，在采用两个焦点-检测器系统时将该二个焦点-检测器系统相互错开90°地设置在支架上。

作为心律信号可以采用心电图信号，也可以采用其它与心跳相关的信号，如患者的机械脉搏的血压信号。

相应于上述方法，还提出了一种心脏CT系统，其具有：

-至少一个带有多行检测器的焦点-检测器系统，其以进给z_rot绕患者螺旋式运动，其中，由至少一个焦点发出的X射线束对患者的至少一个包含在系统轴方向上的、跳动心脏所处范围的子区域Δz进行扫描，其中作为检测器输出数据测量射线强度及其空间定向数据并存储在数据存储器中，

-用于检测跳动的心脏的心律信号的装置，其中与时间相关地存储所检测到的心律信号，以及

-计算单元，其中存储用于控制该心脏CT系统以及用于从选出的心脏周期的周期范围所测量的检测器数据中再现断层造影截面图像数据或立体数据的计算机程序。

按照本发明，为了改进该心脏CT系统在心脏CT系统的计算单元中存储并执行在空间和时间上控制扫描开始和扫描结束的程序代码，其中，为了对患者的子区域进行完全的扫描，以预运行和后运行来进行扫描，该预运行和后运行是基于所测量的患者的当前心律信号的周期计算出来的。

相应于上述方法及其实施方式，还可以在计算单元中存在并全部或部分地执行上述方法的程序代码。

附图说明

以下借助附图描述本发明的优选实施方式，附图中仅示出了理解本发明所需的特征。在此采用以下附图标记：1：心脏CT系统；2：第一X射线管；3：第一检测器；4：第二X射线管；5：第二检测器；6：支架外壳；7：患者；8：患者卧榻；9：系统轴/z轴；10：控制和计算单元；11：控制和计算单元的存储器；12：支架与控制和计算单元之间的控制和数据导线；13：EKG导线；14：焦点；15：射线束；16：心脏；17：螺旋轨道；Δz：患者的包括跳动心脏的子区域；m：焦点-检测器系统的数量；N_S＝检测器行的数量；Prg_x：计算机程序；S＝经校准的每检测器行的层厚；T_cycle＝所测量的当前EKG的周期持续时间；T_rot＝焦点绕行一周的旋转时间；x、y、z：笛卡尔坐标；z_pre：自适应预运行；z_post：自适应后运行；z_pre′：固定预运行；z_post′：固定后运行；z_rot：焦点每绕行一周的进给；：扇角；κ：圆锥角。

图中示出：

图1示意性示出利用多行检测器的螺旋扫描；

图2示出通过患者的纵截面，CT的焦点-检测器系统对其心脏进行扫描；

图3为按照本发明的心脏CT系统的3D示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，图1示意性示出具有焦点14和与其相对设置的检测器3的焦点-检测器系统的螺旋路径17的三维示意图。从焦点14发出的具有扇角和在z方向上的圆锥角κ的射线束15落到对面的、在此为4行的多行检测器3上。在此设置的进给z_rot相当于螺旋轨道17在z方向上的距离。在这种方式的扫描中，在螺旋轨道的始点和终点产生不能由扫描射线完全投影的区域。

图2以通过患者7的纵截面示出这种情况，其中还示出具有由带有焦点14的X射线管2发出的、到达对面的具有6个示出的检测器行的检测器3的射线束15的焦点-检测器系统。患者7位于可移动卧榻8上，卧榻8在X射线管2和检测器3环形绕行期间在z方向9上向前移动，从而相对患者7形成扫描的螺旋形运行。检测器3的检测器输出数据通过数据导线12导向控制和计算单元10，在其中计算出所测量的投影以及断层造影拍摄的再现。此外，还通过同样集成在控制和计算单元10中的EKG(心电图)系统、通过EKG导线13来检测患者7的电心律信号、即EKG信号，并由此记录心脏16的当前运动阶段或静止阶段。以公知的方式，可以从这些数据之和中获得断层造影心脏图像的再现，其中，在此一般仅采用源自静止阶段的数据。在程序技术上将在此所需要的计算机程序Prg₁至Prg_n存储在控制和计算单元10的存储器11中。应注意，这些数据当然也可以存储在简单的数据载体上或其它存储介质上，并在需要时加载到相应的计算系统中。

如从图2的截面示意图中可看到的那样，患者7的子区域Δz应在z方向上从心脏的起点到终点延伸，该子区域包含跳动的心脏16，并且应再现断层造影图像或立体数据。如以上所示，对心脏的扫描不能恰好在这些子区域Δz的边界上开始，而是必须考虑附加的预运行，由此在子区域Δz中分别对所有截面记录完全的投影组，在此额外带来困难的是心脏在此期间运动，即必须提供来自心脏静止数据或所观察的心脏周期阶段的完全投影。

为此，在现有技术中采用事先确定的固定的预运行z_pre′和事先确定的固定的后运行z_post′，它们保证在子区域Δz中有对所观察的心脏周期阶段的完全投影。在确定该预运行和后运行时出于安全原因而考虑相对长的心脏周期持续时间。

相应于以上所述的本发明的思想，代之以固定的预运行z_pre′和后运行z_post′而采用与实际心脏频率相适应的预运行段z_pre和相应适应的后运行段z_post，这可以使对于整个检查的剂量显著下降。

图3再次示出完整的具有支架外壳6的心脏CT系统1，其中在图中未示出的支架上设置了至少一个X射线管2和与其相对的检测器3。患者7位于可沿系统轴9移动的患者卧榻8上。随着带有X射线管2和检测器3的支架的环形运转与患者7的纵向移动的共同作用，产生围绕该患者的螺旋形扫描。控制和计算单元10利用存储在存储器11中的计算机程序Prg₁至Prg_n通过控制和数据导线12控制支架，还可以通过该控制和数据导线12将检测器输出数据又回传到控制和计算单元10。此外，控制和计算单元10还包括EKG系统，其通过EKG导线13传导患者7的跳动的心脏的心律信号，并由此确定心脏的当前周期阶段。

但按照本发明通过控制和计算单元10还计算必要的用于开始和结束扫描时对患者的最小预运行，其中为此引入涉及患者7心脏频率的当前数据。

可选地还可以在支架上设置附加的焦点/检测器单元，其优选与第一焦点/检测器单元错开90°角定位。在此所示出的示意图中有用虚线示出的附加X射线管4和与其相对的检测器5，它们与第一X射线管2和第一检测器3错开90°。通过采用多个这样的焦点/检测器单元可以极大地提高扫描的时间分辨率。通常为了心脏CT检查还附加地对患者7注入造影剂，但由于这对本发明并不重要，因此在此未明显示出。原理上对这样的造影剂给入的控制也通过控制和计算单元10在相应的计算机程序和剂量装置的辅助之下进行。

应当理解，以上提到的本发明的特征不仅可以以所给出的组合方式应用，在不脱离本发明范围的情况下还可以按其它的组合或单独使用。

Claims (9)

1.一种利用螺旋CT系统对跳动的心脏进行扫描的方法，至少具有以下特征：

1.1.焦点-检测器系统(2，3)的至少一个焦点(14)与多行检测器(3)以进给(z_rot)绕患者(7)螺旋式运动，其中

1.2.由该至少一个焦点(14)发出的X射线束(15)对患者(7)的至少一个包括在系统轴方向(9)上的、跳动心脏(16)所处的范围的子区域(Δz)进行扫描，其中作为检测器输出数据测量射线强度及其空间定向数据并进行存储，

1.3.记录跳动的心脏(16)的心律信号并与时间相关地进行存储，

1.4.为了再现断层造影截面图像数据或立体数据，仅测量或使用源自选择的心脏周期的周期范围的检测器数据，

1.5.为了基于螺旋形扫描对患者的包含跳动的心脏(16)的子区域(Δz)进行完全的扫描，利用预运行和后运行来实施该扫描，

其特征在于，

1.6.为了对所述子区域(Δz)进行完全的扫描，基于所测量的患者(7)的当前心律信号的周期(T_cycle)来确定所需的预运行(z_pre)和后运行(z_post)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预运行(z_pre)和后运行(z_post)由下式计算出：

$z_{\mathrm{pre}}=z_{\mathrm{post}}=(\frac{T_{\mathrm{cycle}}}{T_{\mathrm{rot}}}+\frac{1}{4\·m})\·z_{\mathrm{rot}}-\frac{N_s\·S}{2}$

其中：

m＝焦点-检测器系统的数量；

N_S＝检测器行的数量；

S＝经校准的每检测器行的层厚；

T_cycle＝所测量的当前心律信号的周期持续时间；

T_rot＝焦点绕行一周的旋转时间；

z_pre＝预运行；

z_post＝后运行；

z_rot＝焦点每绕行一周的进给。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用恰好一个焦点-检测器系统(2，3)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用恰好二个焦点-检测器系统(2，3；4，5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二个焦点-检测器系统(2，3；4，5)相互错开90°地设置在支架上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，采用心电图信号作为所述心律信号。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，采用患者的机械脉搏的血压信号作为所述心律信号。

8.一种心脏CT系统，具有：

8.1.至少一个带有多行检测器(3)的焦点-检测器系统(2，3)，其以进给(z_rot)绕患者(7)螺旋式运动，其中，由至少一个焦点(14)发出的X射线束(15)对患者(7)的至少一个包含在系统轴方向(9)上的、跳动心脏(16)所处范围的子区域(Δz)进行扫描，其中作为检测器输出数据测量射线强度及其空间定向数据并存储在数据存储器中，

8.2.用于检测跳动的心脏(16)的心律信号的装置，其中与时间相关地存储所检测到的心律信号，

8.3.计算单元(10)，其中存储用于控制该心脏CT系统(1)以及用于从选出的心脏周期的周期范围所测量的的检测器数据中再现断层造影截面图像数据或立体数据的计算机程序(Prg_x)，

其特征在于，

8.4.在该计算单元(10)中存在并执行在空间和时间上控制扫描开始和扫描结束的程序代码(Prg_x)，其中，为了对患者(7)的子区域(Δz)进行完全的扫描，以预运行(z_pre)和后运行(z_post)来进行扫描，该预运行(z_pre)和后运行(z_post)是基于所测量的患者(7)的当前心律信号的周期(T_cycle)计算出的。

9.根据权利要求8所述的心脏CT系统，其特征在于，在所述计算单元(10)中存在并执行用于实施根据权利要求2至7中任一项所述的方法的程序代码(Prg_x)。

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