CN101087561A - 用于计算机层析摄影术的方法和计算机层析摄影机 - Google Patents

Abstract

提供了一种在计算机层析摄影术中记录心脏的图像的方法，其中为了防止运动伪象，图像基于心脏的相似运动状态被重建，并且不同的辐射强度被用于不同的运动状态。在记录操作过程中，从记录数据连续重建低分辨率图像。心脏的运动状态从该低分辨率图像中被确定，优选地通过比较连续图像。在具有很少心脏运动的理想心脏阶段，X射线管的功率被提高。高分辨率重建从通过具有很少心脏运动的相似运动状态中的高辐射强度所记录的数据中被追溯地执行。还公开了用于执行该方法的CT装置和计算机程序。

Description

用于计算机层析摄影术的方法和计算机层析摄影机

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所要求的用于计算机层析摄影术的方法，并涉及一种如权利要求13的前序部分所要求的计算机层析摄影机，还涉及一种如权利要求14的前序部分所要求的计算机程序。

背景技术

在计算机层析摄影术领域，使用多种螺旋方法，其中辐射源和探测器设备以螺旋或螺旋状的路线围绕对象移动，并且所发射的穿过该对象的辐射被探测器设备检测到。这可将在下面作为螺旋计算机层析摄影术被提到。在这种情况中，该对象通常是将被检查的病人或所述病人的一部分。螺旋路径是通过以环形方式围绕对象移动辐射源并同时在该环状路径中垂直于该环状路径所定义的平面移动该对象来实现的。尤其在记录例如心脏的运动器官时，为了防止运动伪象，有时仅使用沿着辐射源和探测器设备的螺旋路径所记录的数据，其呈现出器官的相同运动状态。运动伪象是由于记录对象的不同运动状态所导致的图像误差，在该情况中，运动器官比如是心脏。当从探测器设备所记录的数据重建图像时，在这种情况中只能使用对相同运动状态的不完整的记录数据，而在不同运动状态中所记录的其他数据被筛选出或不被使用。因此，来自探测器路径的记录数据都不被使用来创建或重建用于探测器设备沿着其环形或螺旋路径的所有位置的图像，而只有来自探测器路径个别段的记录数据被使用，并且位于这些段以外的记录数据对形成图像不起作用。包括使用来自对象的相同运动状态的记录数据的方法被称作选通。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的选通方法。

根据本发明，该目的通过权利要求1、13和14的特征来实现。

根据本发明，提供了一种在计算机层析摄影术中记录心脏的图像的方法，其中为了防止运动伪象，该图像基于心脏的类似运动状态被重建，并且不同的辐射强度被用于不同的运动状态。还提供了一种计算机层析摄影机，其通过时间窗在计算机层析摄影术中记录心脏的图像，该时间窗呈现了心脏的相似运动状态以防止运动伪象，所述计算机层析摄影机包括控制设备，用于控制辐射源对于不同运动状态具有不同的辐射强度。此外，还提供了一种用于计算机层析摄影机的计算机程序，用于通过时间窗在计算机层析摄影术中记录心脏的相似运动状态，该时间窗呈现了心脏的相似运动状态以防止运动伪象，以及用于控制辐射源对于不同运动状态具有不同的辐射强度。暴露于病人和计算机层析摄影机操作人员的辐射量因此被大大降低。

本发明的实施例在从属权利要求中被描述。

本发明尤其适于预选通方法，其中在不知道心脏的实际运动的情况下使用不同辐射强度。

附图说明

本发明将参照附图中示出的实施例的例子作进一步描述，然而，本发明并不局限于此。

图1使用三个不同的时间窗示意性地示出了计算机层析摄影机的辐射源在围绕心脏的环行路径中的旋转，并且还示出了在这些时间窗中被重建的心脏体积。

图2示出了图1的这些时间窗在曲线上的分配，该曲线以心脏体积作为时间函数的形式表示了心脏的跳动，其中可以看见在时间窗之间的运动。

图3示出了计算机层析摄影机的辐射源的螺旋路径，其中时间窗由粗体螺旋路径段来识别。

图4示出了作为心脏阶段的函数的心脏运动的图表

图5示出了与图4中的心脏阶段相关联的心电图。

具体实施方式

图1示意性地显示了计算机层析摄影机在曲线箭头的方向上围绕环形路线的旋转。辐射源15通常围绕检查对象移动，在这个例子中检查对象是心脏5，并主要在心脏5的方向上发射X射线辐射，所述X射线辐射被位于辐射源15对面的计算机层析摄影机的探测器设备拾取。辐射源15可以像示出的那样沿着环形路径，或以螺旋状或螺旋路径围绕心脏5移动。该探测器设备包括具有较大探测器场的探测器，以使得整个心脏5可被单一图象所记录。而且，也有可能记录心脏5的部分区域，例如心脏5的具有不同切片厚度的多个切片。沿着环形路径，显示了三个环形段，表示时间窗1、2、3并且在每种情况中都围住环形路径180度，由正方形1至3进行标识。这些被称作Pi时间窗1、2、3。这些环形段彼此相对移动，所以它们具有沿着环形路径的不同的起点和终点。这意味着时间窗1、2、3并不是硬性的，而是可替换的，并且心脏5的不同运动状态被记录。时间窗1、2、3优选地周期性移动，并且在一个方向上移动相同的距离。这是很重要的，因为发生在各种心脏阶段中的病人的心跳并不是统一的，而是要经受变化；每单元时间的心跳数和心跳之间的时间间隔都要经受变化。心率在记录过程中可以通过以下方式被改变，例如通过引入造影剂到病人体内，通过引起病人兴奋和通过其它效果，这样心脏5的运动状态就不具有周期性的轮廓。图1中围绕时间窗1、2、3的正方形表示心脏5的体积，并且心脏5的运动从该体积中推导出来，由这些正方形的尺寸表示。心脏5的运动在特定体积的心脏5中比在其它体积的心脏5中更容易被判断；这点在下面参考图2被详细描述。因此心脏5的体积是心脏5的运动强度的尺度。

由于心率的改变，之前在现有技术中不能预先或预期地成功调节管电流以通过给定的被调节管电流只记录特定的运动状态。在现有技术方法中，不希望的不同运动状态被记录并且引起了图像伪象。为了重建图像，当心脏5呈现出很少运动时，至少需要来自围绕心脏5的辐射源15的旋转的一半的记录数据，尤其是在心脏5的最平静阶段记录的数据。计算机层析摄影机对辐射源15的管电流执行预调制；换句话说，在不知道接下来心脏5的实际运动状态的情况下，管电流在记录操作过程中被以预言的方式改变。在记录操作过程中，低分辨率的图像被从记录数据中不断地重建。通过这种方式，心脏5的运动状态在计算机层析摄影机中借助于低分辨率图像被确认，优选地通过比较在计算机层析摄影机中的连续图像，其中相似的运动状态被互相分配。优选地，低分辨率图像仅覆盖了心脏5的一部分，例如一切片，以使得并不是整个心脏5被记录。这个在这里被称作心脏5的部分图像。低分辨率图像对确认心脏5的不同运动状态是足够的。低图像分辨率例如在两个探测器范围上大概都是64个体素(voxels)，而高图像分辨率例如在两个探测器范围上大概都是512个体素。对于每个图像，记录数据的180度需要从围绕心脏5的辐射源15的180度旋转中获得。不同于前述低分辨率重建，图像的高分辨率重建是在记录方法结束后追溯执行的，该图像的高分辨率重建产生期望的图象质量并且是用于医疗应用的图象重建的目的。使用大量的体素和合适的滤波器选择来执行图像的高分辨率重建。对于高分辨率重建，使用具有尽可能少的心脏5的固有运动的相似运动状态，所述运动状态以所述方式从低分辨率图像确定。

管电流和接下来的辐射强度影响信噪比(S/N)并被设置为在平静心脏阶段中较高；高管电流导致高的信噪比。X射线管的低管电流被设置在50mA左右的范围内，X射线管的高管电流被设置在250mA到300mA左右的范围内。其它管电流也是可能的。整体上，计算机层析摄影机发射的辐射量通过辐射强度的改变被大大减少。因此，对病人和操作人员的辐射暴露被降低，而相对于具有高辐射暴露的方法来说图像质量被维持。提供了一种在计算机层析摄影机中实施的计算机程序，该计算机程序被设计来控制辐射源15和时间窗1、2、3和辐射源15的管电流，如所述的那样。罗马数字I、II、III代表位于时间窗1、2、3之间的区域；因此区域I、II、III和时间窗1、2、3互相依赖。

作为替换，相对于现有技术的图象记录而言，当整体辐射量被维持时，可在时间窗1、2、3内使用进一步提高的辐射强度，其高于高图象分辨率的所述辐射强度，其中图象质量被提高。因此，在这个变形中，对于在图象记录过程中近似相同的整体辐射量而言，实现了更高的图象质量。

图2以示例的方式示出了心跳的图，其中心脏阶段被画在横坐标上而心脏5的运动被画在纵坐标上；变化的心脏体积被示出为时间的函数。可以看出曲线首先陡峭上升，通过最大值后下降，经过最小值，然后经过另两个最大值。如图1所示的时间窗1、2、3被画在该曲线上，其中罗马数字I至III近似地标识了各个时间窗1至3的开始并且位于时间窗1、2、3之间。如所看到的，时间窗1、2、3的开始沿着曲线从时间窗1移动到时间窗3，并在每种情况中开始于时间上的后一个点。优选地，心脏5的图像在具有较少变化的运动阶段中以尽可能少的运动被记录；这种要求在曲线的最小值和最大值区域被最好地满足。在第一时间窗1中，使用高图像分辨率来记录心脏5开始于时间上较早的点，其远离图2所示的曲线的第一最小值；因此第一时间窗1开始的时间不是以最佳的方式选择的。第二时间窗2开始于时间上较晚的点，其离最小值较近，其优选地在较少心脏运动的时间被执行。第三时间窗3的开始又位于更靠近所示曲线的最小值，其中第三时间窗3包括该最小值。时间窗1、2、3的移动被顺序执行，因此时间窗1、2、3包括心脏5的运动比较轻微的心脏阶段的状态。优选地，心脏5首先以较低功率的X射线管和较低辐射强度被记录，以此通过快速的图像重建产生低分辨率的X射线图像。这主要服务于确定心脏5的特定运动状态。为此，在记录过程中快速重建的图像与包含在计算机层析摄影机的存储器设备中的图像相比较，该图像的运动状态是已知的并且其呈现很少的心脏运动。另一个可能性提供了将连续时间窗1、2、3中的两个的重建图像进行比较。如果所比较的图像大大不同于另一个，那么心脏5处于明显的运动状态；另一方面，如果所比较的图像相似，那么存在心脏运动的明显休息状态。从比较中可以看出，有可能确定被检查的心脏5的运动状态在使用时间窗1、2、3的各个记录过程中处于什么状态。来自存储器设备的比较数据在该情况中可来源于之前的时间窗1、2、3。这种测量可被用于预测时间窗1、2、3关于心跳所位于的点以及在时间窗1、2、3内到另一个具有较少心脏运动的运动状态是否是必要的。如果心脏5的确定的运动状态处于理想的具有较少心脏运动的心脏阶段，如通过比较所确认的，那么X射线管的功率被提高并且通过较高辐射强度产生具有高图象分辨率的图像。如果心脏5的确定的运动状态处于非理想的具有相当心脏运动的心脏阶段，在图2所示的曲线的显著上升期间，那么管电流保持较低，不管时间窗1、2、3的位置如何。当心脏5或多或少地处于休息时，管电流在正确的时刻被增加，不管时间窗1、2、3位于哪个点。然后心脏5通过围绕心脏5的180度旋转被满辐射量照射。时间窗1、2、3可相对于具有相等时间间隔的时间窗1、2、3的序列在时间上被向前或向后移动。只有当由时间窗1、2、3记录的较少心脏运动的运动状态是增加的X射线管功率和通过较高辐射强度产生的较高图象分辨率的图像时，所述高图象分辨率的图像尤其适用于进一步的处理以获取用于诊断目的的图像。通过这种方式，在计算机层析摄影术中，心率上的变化被考虑进来并且当心脏5具有较少运动时图像总是被记录，其中图像伪象不是非常明显。当存在这种曲线时，优选地使用在相似运动状态的辐射源15的高辐射强度来记录数据，以在画在横坐标上的两个阶段点之间的区域中重建高图像分辨率的图象。在这两个阶段点之间的区域中，心脏5的体积的变化很小；具有较低上升的曲线部分和曲线的鞍点位于这些点上。体积变化很小的区域中心脏运动很少，因此尤其适于记录用于重建目的的图象数据。

图3显示了盘旋或螺旋曲线，计算机层析摄影机的辐射源15沿着该曲线相对于记录对象(心脏5)移动。该盘旋或螺旋曲线或辐射源15的路径只是示例性地给出；还有可能使用辐射源15沿着心脏5的环形路径。这导致不同的图像重建方法，用于在计算机层析摄影机中获取图像，就像已知的那样。在这个例子中，病人在病人台上沿着螺旋路径13的旋转轴运动，并且辐射源15围绕后者以环形路径移动，因此图示的螺旋路径13被获取作为辐射源15关于心脏5的位置。如果病人台不动，那么存在辐射源15的环形路径。图3中以粗体显示的是在时间窗1、2、3之间的所描述的区域I、II、III，第一螺旋路径部分11，而另外的记录时间，时间窗1、2、3以虚线显示，为第二螺旋路径部分12。第一螺旋路径部分11和第二螺旋路径部分12根据时间窗1、2、3的移动而变化，因此区域I、II、III和时间窗1、2、3的不同起点和终点被沿着螺旋路径13设置。

图4显示了作为心脏阶段的函数的心脏运动的另一个图。在示出了心脏5的图像中的心脏运动的曲线的最小值处，垂直线14被画出，例如优选地时间窗1、2、3位于垂直线的区域中，由于在线14与曲线的交点处心脏运动最小并且在这些点图象重建可以被执行而具有很少的图像伪象，因为仅有可忽略不计的图像伪象出现在图象重建后的交点。在一个特别实施例中，不像上面的描述，心电图10被记录，如图5所示。这显示了心跳作为时间函数并且被分配给图4所示的心脏阶段。使用心电图10，有可能确定心脏5最大可能处于休息并呈现出很少固有运动的运动中的心脏5的时间周期，其由图5的心电图10中的垂直线14显示，在此心脏5几乎没有运动并且存在几乎水平的曲线轮廓。基于心电图10，该心电图由所描述的计算机层析摄影机同时记录，时间窗1、2、3被设置在具有高辐射强度记录发生的地方。当心电图10的曲线轮廓在垂直线14的区域中或多或少地水平，并且接下来存在心脏5的较少运动的状态时，X射线管的辐射强度被提高。当心电图10的曲线轮廓改变时，在曲线上升或峰值的情况中，X射线管的辐射强度被降低。

Claims (14)

1、一种在计算机层析摄影术中记录心脏(5)的图像的方法，其中，为了防止运动伪象，图像基于心脏(5)的相似运动状态被重建，并且不同的辐射强度被用于不同的运动状态。

2、如权利要求1所述的方法，其中在相似运动状态中利用辐射源(15)的高辐射强度来记录图象数据，以重建具有高图象分辨率的图像，而在其他运动状态中，通过低辐射强度来记录心脏(5)以具有相对低的图像分辨率。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中心脏(5)的相似运动状态在心脏(5)的局部图象的图象重建基础上被确定。

4、如前述任一权利要求所述的方法，其中低图像分辨率在两个探测器范围中都具有大约64个体素的体素数量，而高图象分辨率在两个探测器范围中都具有大约512个体素的体素数量。

5、如前述任一权利要求所述的方法，其中辐射源(15)的高辐射强度被触发来记录相似运动状态，以用于通过比较在低辐射强度的各个连续运动状态的图象数据来重建图象。

6、如前述任一权利要求所述的方法，其中辐射强度通过改变计算机层析摄影机的辐射源(15)的功率而被改变。

7、如权利要求6所述的方法，其中对于辐射源(15)的低辐射强度管电流大约为50mA，而对于高辐射强度大约为250mA到300mA。

8、如前述任一权利要求所述的方法，其中心电图(10)被记录以检测心脏(5)的不同运动状态以及基于心脏(5)的不同运动状态触发不同辐射强度。

9、如前述任一权利要求所述的方法，其中从环形探测器路径来记录心脏(5)的图象数据。

10、如前述任一权利要求所述的方法，其中从螺旋探测器路径来记录心脏(5)的图象数据。

11、如前述任一权利要求所述的方法，其中预选通方法被使用。

12、如前述任一权利要求所述的方法，其中图象的重建在图象的记录期间被执行。

13、一种计算机层析摄影机，用于通过时间窗(1、2、3)在计算机层析摄影术中记录心脏(5)的图像，该时间窗(1、2、3)呈现了心脏(5)的相似运动状态以防止运动伪象，所述计算机层析摄影机包括控制设备，其控制辐射源(15)对于不同运动状态具有不同的辐射强度。

14、一种用于计算机层析摄影机的计算机程序，用于通过时间窗(1、2、3)在计算机层析摄影术中记录心脏(5)的图像，该时间窗(1、2、3)呈现了心脏(5)的相似运动状态以防止运动伪象，以及用于控制辐射源(15)对于不同运动状态具有不同的辐射强度。

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