CN102440798A

CN102440798A - 利用双源ct设备扫描心脏的方法以及双源ct设备的结构

Info

Publication number: CN102440798A
Application number: CN2011102959300A
Authority: CN
Inventors: T.弗洛尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: DE102010041774B4; US8548116B2; DE102010041774A1; US20120082290A1; CN102440798B

Abstract

本发明涉及一种利用具有在系统轴方向上不同宽度的检测器(3，5)的双源CT设备(1)对心脏进行CT扫描并且重建断层造影图像数据的方法，其中在不同的z位置上执行至少两次圆形扫描并且选择在z方向上的距离，使得产生至少两个通过一次利用两个检测器(3，5；A，B)进行的圆形扫描而被扫描的第一扫描区(II)，并且产生至少一个在两次连续的圆形扫描中被一个检测器(B)扫描两次的第二扫描区(I)，其中在第一扫描区(II)中执行双源重建，并且在至少一个第二扫描区(I)中执行双片段重建，最后产生共同的断层造影图像数据组。此外本发明还涉及一种双源CT设备(1)，其中检测器(3，5；A，B)在系统轴方向上具有不同的宽度。

Description

利用双源CT设备扫描心脏的方法以及双源CT设备的结构

技术领域

本发明涉及一种利用具有两个焦点检测器系统的双源CT设备对心脏进行CT扫描以及重建断层造影图像数据的方法，该焦点检测器系统具有在系统轴方向上不同宽度的检测器。此外，本发明还涉及一种具有两个有角度位移地设置在支架上的焦点检测器系统和计算机系统的双源CT设备，该计算机系统具有用于程序数据的程序存储器，通过这些程序数据在运行时控制双源CT设备并重建CT图像数据。

背景技术

开头所述的方法和相应的用于执行该方法的双源CT设备是普遍公知的，并且通常用在期望在CT扫描时实现尽可能高的时间分辨率的情况下，以例如产生跳动的心脏的断层造影图像。

一种利用双源CT设备检查心脏的常用的、剂量有效的技术是由EKG触发的顺序模式。在这种检查技术中，将患者的EKG信号用于在患者的可由使用者选择的心脏阶段-优选在没有运动的舒张末期阶段中触发用两个测量系统进行的没有卧榻运动的轴向扫描。在这样的轴向扫描中，患者卧榻朝着下一个检查位置移动，在该下一个检查位置处又通过患者的EKG触发地执行下一个轴向扫描。在单个轴向扫描期间所覆盖的检查体积大致相应于在CT系统的中心处的两个根据现有技术相同宽度的检测器的宽度，减小了大约10％的图像重建所需要的叠加区域。因此检测器的宽度是在系统轴方向上或也在CT系统的z方向上、也就是在患者纵向上测得。在双源CT设备具有两个例如分别具有64x0.6mm准直-相应于在z方向上38.4mm的宽度-的两个检测器的情况下，每次轴向扫描所覆盖的体积大约是35mm。为了检查在z方向上大约有12cm伸展的整个心脏体积，在这样的设备中作为示例需要4次轴向扫描。由此，利用该扫描模式产生的图像的时间分辨率在考虑两个检测器的同时拍摄的数据的情况下大约是双源CT设备旋转时间的四分之一。

值得期望的是，减少用于对心脏体积成像的单个扫描的数量，即例如只需要执行两次而不是四次单个轴向扫描。由此减少了总的检查时间。因此更少的心脏阶段用于成像，而且例如由于在整个检查时间期间变化的造影剂浓度或患者的变化的心率而造成的图像质量问题的危险减小了。

根据当今的现有技术，单源CT设备配备有越来越宽的检测器，这些检测器例如在患者纵向上覆盖16cm(Toshiba Aquilion

)或者在患者纵向上覆盖8cm(Philips)。但是这些系统具有比双源CT设备更差时间分辨率的缺点。在双源CT设备的情况下通过两个大约错开90°的测量系统在这里所考察的180°扫描期间时间分辨率大约是旋转时间的四分之一，而该时间分辨率在单源CT设备的情况下大约是旋转时间的一半。在心脏CT中公知所谓的多片段重建，该多片段重建通过利用来自两个或多个连续的心脏周期的数据在图像重建中改善时间分辨率。但是，具有8cm宽检测器的CT设备为了覆盖整个心脏而利用双片段重建在两个连续的心脏周期中扫描相同的z位置，该双片段重建在最佳情况下达到与双源CT相同的大约四分之一旋转时间的时间分辨率，从而总的来说在每个卧榻位置处必须执行两次轴向扫描，由此又有至少4个心脏周期被用于对整个心脏体积成像。

如果在双源CT设备的情况下要减少用于覆盖心脏体积的轴向扫描的数量，则根据现有技术需要在z方向上加宽两个检测器，也就是例如使用两个分别具有大约8cm检测器宽度而不是分别具有大约4cm检测器宽度的检测器。利用这样的设备可以在使用来自仅两个心脏周期的数据的情况下以大约四分之一旋转时间的最佳可能的时间分辨率仅用两次由EKG触发的轴向扫描来对整个心脏体积成像。但是这样的设备在技术上是非常费事的(例如横向散射问题)，而且两个宽检测器的成本非常高。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是找到一种扫描方法和双源CT设备，其中能在结构花费尽可能小的情况下利用最小数量的顺序心脏扫描在系统轴方向上对心脏的尽可能宽的区域进行扫描，其中同时在这些主要区域中在伪影很少的同时实现最佳的时间分辨率。

因此为了解决上述问题，发明人建议一种用于双源CT设备的由EKG触发的顺序拍摄方法，该双源CT设备配备有两个在z方向上不同宽度的检测器。如果将这些检测器标记为A和B，则优选检测器B可以实施为检测器A的两倍那么宽。在这样的设备中，例如可以将检测器A的z宽度保持在B₁＝64x0.6mm，而检测器B增加到B₂＝128x0.6mm的z宽度。利用这种具有两个宽度为B₁和B₂的检测器A和B，其中B₂＞B₁的布置，可以利用例如两个重叠的轴向扫描覆盖整个心脏。在此，为了改善时间分辨率，在使用每个检测器大约四分之一循环的最小数据量的情况下在检查对象的被两个检测器A和B同时覆盖的z区域中执行双源CT图像重建。时间分辨率在此大约是旋转时间的四分之一。

在两次轴向扫描之间的重叠区域中基本上只存在较宽检测器的数据，在此例如是检测器B的数据，但是该数据来自两个连续的心脏周期。在此执行双片段重建，以改善时间分辨率。为此可能本身公知的、扫描仪旋转时间的依据心率的优化是有益的。

仅在扫描体积的开头和末尾，只存在来自仅一个心脏周期的较宽检测器的数据。在此不可能实现比大约旋转时间一半更好的时间分辨率。但是这在这些区域中并不重要，因为这些区域一般是特定的“安全区”，为了在任何情况下完整地对心脏成像而扫描这些安全区，但是这些安全区与实际感兴趣的心脏的运动部位-例如右侧的冠状动脉-相隔足够远。

因此根据所建议的方法，所完成的心脏的CT图像数据组由以下图像数据的组合组成：利用同时拍摄的双源CT设备的检测器数据进行的双源CT图像重建的图像数据，利用来自不同的检测器位置并且来自两个不同的、大多非直接相连的心脏周期的连续拍摄的检测器数据进行的双片段重建的图像数据，以及必要时在边缘就z方向上来说还有根据必要时来自多个连续心脏周期的、没有z位置变化的相同检测器的检测器数据进行的重建的CT图像数据。

相应于上述基本思想，发明人建议一种利用具有两个焦点检测器系统的双源CT设备对心脏进行CT扫描并且重建断层造影图像数据的方法，该焦点检测器系统具有系统轴方向上不同宽度的检测器，该方法具有以下方法步骤：

-在不同的z位置上执行至少两次圆形扫描，其中选择在z方向上的距离，使得产生至少两个通过一次利用两个检测器进行的圆形扫描而被扫描的第一扫描区，并且产生至少一个在两次连续的圆形扫描中被一个检测器扫描两次的第二扫描区，

-在使用较窄的和较宽的检测器的吸收数据的情况下在第一扫描区中重建第一断层造影图像数据(＝双源重建)，

-根据在不同z位置上来自两次连续圆形扫描的较宽检测器的吸收数据在至少一个第二扫描区中重建第二图像数据(＝双片段重建)，

-至少由第一和第二图像数据组成共同的断层造影图像数据组。

在此有利的是，由EKG触发地执行CT扫描，尤其是在仅将来自心脏的静止阶段的检测器数据用于重建的情况下。

此外，为了改善本发明的方法，建议，依据预期的心率选择旋转速度，该旋转速度是关于在不同的z位置上根据来自两次连续圆形扫描的较宽检测器的吸收数据在所述至少一个第二扫描区中对第二图像数据的重建而被时间分辨率优化的

在这里描述的方法中，特别有利的是使用检测器对，在该检测器对中就有效检测器平面来说较窄的检测器是较宽检测器一半那么宽。

此外，就系统轴方向来说可以存在一个或两个边缘的

扫描区域，在该一个或两个边缘的扫描区域中只用一个焦点检测器系统就执行足够的扫描而不改变z位置。在此，分别利用唯一的一次顺序圆形扫描的检测器数据执行图像数据组的重建，并且还将该图像数据添加到所述共同的断层造影图像数据组中。

此外，还可以使用在两次连续的圆形扫描之间相对于彼此在系统轴方向上移动的检测器。这避免了上面描述的、其中只存在单次扫描的区域。

在本发明的范围内，发明人除了上述方法之外还建议一种双源CT设备，该双源CT设备配备有两个有角度位移地设置在支架上的焦点检测器系统，其中这些检测器在系统轴方向上具有不同的宽度，并且该双源CT设备还配备有具有程序存储器的计算机系统，该程序存储器具有程序数据，通过该程序数据在运行时控制双源CT设备并且重建CT图像数据。

在该双源CT设备中，两个检测器可以按照以下方式设置在支架上，即较宽的检测器的两侧在系统轴方向上与较窄的检测器伸出相同距离。

最后，在该双源CT设备中优选还在计算机的存储器中存储程序代码，该程序代码在运行时执行上述根据本发明的方法。

因此，利用这里建议的、用于具有两个在z方向上不同宽度的检测器的双源CT设备的拍摄技术可以在由EKG触发的对心脏的顺序扫描时实现更好的体积覆盖，而无需加宽两个检测器并且在心脏体积的主要部位中不会丢失双源CT设备的改善的时间分辨率。该技术基于如下重建的序列：即在两个检测器的共同扫描区域中时间分辨率优化的双源CT重建，以及在两次连续轴向扫描的重叠区域中的两个片段单源重建。与使用多片段拍摄技术的单源CT设备相反，为了改善时间分辨率不需要在连续的心脏周期中两次或多次扫描心脏的每个z位置，而是仅在两次连续轴向扫描之间的重叠区域中应用双片段重建。由此例如利用具有在z方向大约8cm和4cm宽的检测器的双源CT设备可以利用来自仅两个心脏周期的数据以优化的时间分辨率显示心脏。

附图说明

下面借助附图利用优选实施例详细描述本发明，其中仅显示理解本发明所需要的特征。使用下面的附图标记：1：双源CT设备；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：支架壳体；7：患者；8：患者卧榻；9：系统轴；10：计算机；11：造影剂施加器；12：EKG扫描导线；A：检测器；B：检测器；Prg₁至Prg_n：计算机程序；V1：在0.265s旋转时间时的时间分辨率的变化过程；V2：在0.285s旋转时间时的时间分辨率的变化过程；I：第二扫描区；II：第一扫描区；III：边缘的扫描区域。

具体示出：

图1：本发明的双源CT设备的两个检测器的重叠区域的示意图；

图2：用于相对于心率，为EKG触发的CT扫描优化地选择支架旋转时间的显示；

图3：双源CT设备。

具体实施方式

心脏CT检查的整个扫描区域一般是12-14cm。而在此感兴趣的运动的冠状动脉的z伸展只有大约10cm。在双源CT设备的具体实施方式中，发明人建议如在图1中示意性示出的双源CT设备配备具有64x0.6mm准直、也就是总的z宽度为B₁＝38.4mm的检测器A，而另一个检测器B被明显加宽，例如加宽到总的z宽度为B₂＝76.8mm的128x0.6mm准直。两个检测器A和B在检测器B的中心区域中在B₁＝38.4mm的宽度上重叠。在任何一侧，由两个检测器同时扫描的该中心区域每次轴向扫描都与宽度为(B₂-B₁)/2＝19.2mm的、仅由较宽的检测器B扫描的区域邻接。相应于本发明的方法，利用两次由EKG触发的轴向扫描覆盖心脏体积，使得在两次扫描之间的在z方向上的卧榻位移是B₁+(B₂-B₁)/2或更少，在该示例中也就是38.4mm+19.2mm＝57.6mm或更少。

因此，在两次扫描之间产生宽度为(B₂-B₁)/2或更大的中心重叠区域I。在左侧用实线示意性显示的检测器A和B在此相应于第一圆形扫描，而在右侧虚线示出的检测器相应于第二圆形扫描的z位置。在该具体示例中，所述重叠区域是19.2mm，其中在此有来自两次轴向扫描以及因此来自两个心脏周期的较宽检测器B的数据可供使用。在该中心重叠区域I中，根据所有可用的数据-主要是检测器B的数据-以优化的时间分辨率来进行双片段重建。

可实现的时间分辨率取决于心率和旋转时间在最佳情况下是旋转时间的四分之一。如果在此在较大的重叠区域中还存在检测器A的数据，则在所涉及的区域中在可能的情况下以优化的时间分辨率执行双源重建。两次轴向扫描的中心重叠区域在z方向上在两侧都与宽度为B₁的区域II邻接，在具体示例中分别在任何一侧都具有38.4mm，在该区域II中有来自相同心脏周期的两个检测器A和B的数据可供使用。在此以优化的时间分辨率执行双源图像重建，在该双源图像重建中使用每个测量系统分别大约四分之一运转的最小数据量，以实现大约四分之一旋转时间的时间分辨率。因此，来自双片段重建或者来自双源重建的具有更好的时间分辨率的整个z区域是2*B₁+(B₂-B₁)/2，在具体示例中是76.8mm+19.2mm＝96mm。

整个z区域在两侧分别与宽度为(B₂-B₁)/2＝19.2mm的区域III邻接，在该区域III中分别只存在来自一个心脏周期的较宽检测器B的数据。在此不可能有比半旋转时间更好的时间分辨率。但是在实践中这并不重要，因为在所描述的对宽度为2*B₁-(B₂-B₁)/2-在我们的示例中也就是133.4mm-的整个扫描体积的灵活定位中可以实现的是，强烈运动的重要区域在任何情况下都位于其中存在两个检测器A和B的数据的区域中，该重要区域例如是右冠状动脉的出口。

为了增大在z方向上的扫描体积，还可以将多于两次的序列扫描与上述重叠组合起来，使得通过用较宽检测器B在两个心脏周期中进行的扫描而使用双片段重建的优化时间分辨率的区域分别与通过用两个检测器A和B在相同心脏周期中进行的同时扫描而使用双源重建的优化时间分辨率的区域交替。

此外可以通过以下方式改善在双片段重建的被宽检测器重叠扫描的区域I中的时间分辨率，即在扫描之前分析患者的EKG并且例如根据测试呼吸指令将扫描仪的旋转时间与在检查期间所预期的心率相匹配。图2示出这样的显示，其中针对支架的两种不同旋转速度在纵轴上绘制以毫秒为单位的时间分辨率对存在的以次/每分钟为单位的心率(＝bpm)。就每次旋转0.265s的较快的旋转速度来说绘制“之”形变化过程V1，就每次旋转0.285s的较慢旋转速度来说同样绘制“之”形的变化过程V2。两个曲线示出多个相互交错的最小值，在这些最小值处给定了优化的时间分辨率。从而相应于所存在的心率分别选择这样的旋转速度，在该旋转速度的情况下可以在双片段重建中实现对时间分辨率的优化。

因此，总的来说描述了一种用于由EKG触发的顺序扫描的拍摄技术，该拍摄技术使用具有两个在z方向上不同宽度的检测器的双源CT设备对心脏进行成像。利用该新方法可以在双源CT设备具有一个在z方向上足够宽的检测器以及一个在z方向上至少一半宽的检测器的情况下仅用两次由EKG触发的轴向扫描对心脏进行扫描。在此，在检查空间的中心区域中实现双源CT设备的非常好的时间分辨率或者至少与具有相同旋转时间的单源CT设备相比优化的时间分辨率。

最后图3示出本发明具有两个焦点检测器系统的双源CT设备1的示例。两个焦点检测器系统通过第一X射线管2与对面的、相对于第二检测器5较窄的检测器3以及通过第二X射线管4与对面的、相对于第一检测器3在系统轴方向上较宽的检测器5形成。两个焦点检测器系统有90°角度位移地设置在支架上，并且位于支架壳体6中。患者7位于患者卧榻8上，患者7在本发明的检查期间逐步地沿着系统轴9穿过中心设置的测量场移动。

为了进行由EKG触发的扫描，在计算机10中还设置EKG分析装置，该EKG分析装置借助设置在患者身上的EKG扫描导线12分析患者7的EKG信号并且可以相应控制CT设备。此外，在患者卧榻8上还具有造影剂施加器11，该造影剂施加器11可以由计算机控制地在需要时进行相应的造影剂施加。

通过计算机程序Prg₁-Prg_n控制整个系统，该计算机程序存储在可以由计算机10访问的存储器中。在该存储器中还存在程序代码，该程序代码可以在系统运行时执行本发明的扫描以及对检测器数据的分析，包括检测器数据的重建。

因此总的来说，利用本发明提出了一种使用具有在系统轴方向上不同宽度检测器的双源CT设备对心脏进行CT扫描并且重建断层造影图像数据的方法，其中在不同的z位置上执行至少两次圆形扫描，并且选择在z方向上的距离，使得产生至少两个通过一次利用两个检测器进行圆形扫描而被扫描的第一扫描区，并且产生至少一个在两次连续的圆形扫描中由一个检测器扫描两次的第二扫描区，其中在第一扫描区域中进行双源重建并且在至少一个第二扫描区域中进行双片段重建，并且最后产生共同的断层造影图像数据组。此外本发明还描述了一种双源CT设备，其中检测器在系统轴方向上具有不同的宽度。

补充地还要指出，在此所描述的扫描和图像重建由于期望的高时间分辨率尤其是涉及在180°加上扇形角(＝180°-扫描)的角度范围上的完整扫描，并且相应于重建使用来自每幅图像总共180°的投影间隔(＝180°-图像)的检测器数据。

应当理解，本发明的上述特征不仅能以分别说明的组合而且还能以其它组合或单独地使用，而不会脱离本发明的范围。

Claims

1.一种利用具有两个焦点检测器系统(2，3；4，5)的双源CT设备(1)对心脏进行CT扫描并且重建断层造影图像数据的方法，该焦点检测器系统具有在系统轴方向上不同宽度的检测器(3，5)，该方法具有以下方法步骤：

1.1.在不同的z位置上执行至少两次圆形扫描，其中选择在z方向上的距离，使得产生至少两个通过一次利用两个检测器(3，5；A，B)进行的圆形扫描而被扫描的第一扫描区(II)，并且产生至少一个在两次连续的圆形扫描中被一个检测器(B)扫描两次的第二扫描区(I)，

1.2.在使用较窄的和较宽的检测器(3，5；A，B)的吸收数据的情况下在第一扫描区(II)中重建第一断层造影图像数据(＝双源重建)，

1.3.根据在不同z位置上来自两次连续圆形扫描的较宽检测器(5；B)的吸收数据在至少一个第二扫描区(I)中重建第二图像数据(＝双片段重建)，

1.4.至少由所述第一图像数据和第二图像数据组成共同的断层造影图像数据组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由EKG触发地执行所述CT扫描。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了进行重建只使用来自心脏的静止阶段的检测器数据。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，依据预期的心率选择旋转速度，该旋转速度是关于在不同的z位置上根据来自两次连续圆形扫描的较宽的检测器(5；B)的吸收数据在所述至少一个第二扫描区(I)中对第二图像数据的重建而被时间分辨率优化的。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，使用检测器对(3，5；A，B)，在该检测器对中较窄的检测器(3，A)是较宽的检测器(5；B)一半那么宽。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，

6.1.就系统轴方向来说存在一个或两个边缘的扫描区域(III)，在该一个或两个边缘的扫描区域中只用一个焦点检测器系统(4，5)就执行足够的扫描而不改变z位置，

6.2.在此，分别利用唯一的一次顺序扫描的检测器数据执行图像数据组的重建，以及

6.3.还将该图像数据添加到所述共同的断层造影图像数据组中。

7.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述检测器在两次连续的圆形扫描之间相对于彼此在系统轴方向上移动。

8.一种双源CT设备(1)，该双源CT设备具有两个有角度位移地设置在支架上的焦点检测器系统(2，3；4，5)，其中这些检测器(3，5；A，B)在系统轴方向上具有不同的宽度，并且设置了具有程序存储器的计算机系统(10)，该程序存储器具有程序数据，通过该程序数据在运行时控制双源CT设备(1)并且重建CT图像数据。

9.根据权利要求8所述的双源CT设备(1)，其特征在于，所述两个检测器(3，5；A，B)按照以下方式设置在支架上，即较宽的检测器(5；B)的两侧在系统轴方向上与较窄的检测器(3；A)伸出相同距离。

10.根据权利要求8所述的双源CT设备(1)，其特征在于，所述两个检测器(3，5；A，B)构成为能相对于彼此在系统轴方向上移动。

11.根据权利要求8至10之一所述的双源CT设备(1)，其特征在于，在计算机(10)的存储器中存储程序代码(Prg₁-Prg_n)，该程序代码执行根据前述方法权利要求之一的方法。