CN102631209A - 用于调整灰度值开窗的方法、计算单元和x射线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于利用X射线装置(1)所确定的CT值来调整用于利用X射线装置(1)的成像的灰度值开窗的宽度和中数的位置的方法，在确定和调节用于检查患者(P)的特定的组织的X射线装置(1)的X射线管(6)的拍摄管电压(kV_auf)的范围内，从用于患者(P)的特定的组织的检查的参考管电压(kV_ref)出发进行该调整，其中，将与参考管电压(kV_ref)相关联的灰度值开窗的宽度(W_W，ref)和中数(W_Z，ref)的位置自动地与所述拍摄管电压(kV_auf)匹配。本发明还涉及一种实现所述方法的计算程序(13)以及具有这种计算程序(13)的一种计算单元(12)、一种X射线装置(1)和一种数据载体(14，15)。

Description

用于调整灰度值开窗的方法、计算单元和X射线装置

技术领域

本发明涉及一种基于利用X射线装置所确定的CT值来调整用于利用X射线装置、特别是利用计算机断层造影设备的成像的灰度值开窗(Grauwertfensterung)的中数(Zentralwert)的宽度和位置的方法。本发明还涉及一种实现该方法的计算程序以及具有这样的计算程序的一种计算单元、一种X射线装置和一种数据载体。

背景技术

在医学技术中在利用X射线辐射成像时，例如在计算机断层造影设备中的成像时，始终努力向患者应用尽可能小的X射线辐射的剂量以用于产生一个或多个患者组织的图像。但是，为了能够借助一个或多个所产生的图像解决临床问题，还必须达到特定的图像质量，这要求最低限度的剂量。对于图像质量相关的量度例如是图像噪声或图像对比度。特别是，特定元素和材料(如在计算机断层造影中作为造影剂使用的碘)的图像对比度与所使用的X射线辐射的频谱具有相对强烈的依赖关系。在使用相对较低的管电压的情况下，X射线辐射的频谱是这样的，即碘的图像对比度上升。就此而言，特别是在使用碘的情况下，为了实现尽可能高的图像质量而应用到患者的X射线的剂量取决于X射线辐射的频谱。

因此，在用于显示传输血液的血管的CT血管造影中，其中实际上重要的仅是碘的可见性，通过使用相对较低的管电压来降低应用到患者的X射线的剂量(参见M.J.Siegel et al.，“Radiation Dose and Image Quality inPediatric CT：Effect of Technical Factors and Phantom Size and Shape”，Radiology 2004；233：515至522页)。

在“Automatic selection of tube potential for radiation dose reduction inCT：A general strategy”中L.Yu等人介绍了一种针对降低为此向患者待施加的X射线的剂量而选择适用于特定检查的管电压的方法，其中将碘-对比度-噪声比用作结合噪声条件α的图像质量指标，以便可以对于不同的检查表征和考虑对图像质量的不同要求。对于不同的检查提供不同的噪声条件α用于匹配。通过该噪声条件应当实现绝对图像噪声不超过一定的值。对于CT血管造影来说，其中重要的仅是碘-对比度-噪声比，在1.5和2.0之间选择噪声条件α。对于具有造影剂的胸部、躯干或背部检查来说，在1.1和1.25之间选择噪声条件α。对于没有造影剂的胸部、躯干或背部检查来说，将α选择为等于1。基于“相对剂量因子(relativ dose factor，RDF)”(其中考虑了碘的对比度-噪声比以及噪声条件α)来确定管电压，利用该管电压对于特定的检查向患者应用最小的X射线辐射的剂量。

在未在先公开的DE 10 2010 043 712.3中描述了一种确定用于产生患者的特定的待检查的组织的至少一幅图像的X射线装置的X射线管的管电压的值的方法，其中，这样确定管电压的值，使得为了产生患者的特定的待检查的组织的至少一幅图像，在调节X射线管上的管电压的值的情况下以及在拍摄患者的特定的待检查的组织的至少一个X射线投影情况下，在保持相同的图像质量的情况下应用到患者的X射线的剂量尽可能地小。

在未在先公开的DE 10 2010 043 712.3中建议的方法基于如下的考虑，对于利用X射线对组织进行的几乎每次检查在保持相同的图像质量的情况下可以找到如下的管电压，在该管电压下可以降低或优化为了检查该组织向患者应用的X射线的剂量。在此，优化取决于待检查的组织，应当在至少一幅图像中显示该组织。

该方法的出发点是，考虑特定的待检查的组织的对比度(以及必要时的被提供了造影剂的、特定的待检查组织的对比度)与X射线管的X射线辐射的频谱的依赖关系或者与管电压的值(该管电压的值对于产生X射线辐射的频谱是重要的)的依赖关系。此外，对于打算借助所产生的特定的待检查的组织至少一幅图像来诊断或解决诊断的或临床的问题，通过至少一个规定或描述期望的图像质量的参数来预先给定所需要的或所期望的图像质量，该参数例如可以是参考管电压和参考管电流或者可以是参考噪声。在考虑至少一个规定或描述所期望的图像质量的参数的情况下，在保持恒定的对比度-噪声比作为图像质量特征的情况下确定如下的管电压：在调节到该管电压时在拍摄一个或多个X射线投影以用于产生患者的特定的待检查的组织的至少一幅图像的情况下，应用到患者的X射线辐射的剂量为最小。

在此，将用于显示基于X射线投影的拍摄所确定的代表特定的组织和围绕特定组织的组织的CT值的灰度值开窗与参考管电压相关联，其中将特定的灰度值分配给特定的CT值。但是，如果对于拍摄X射线投影不使用参考管电压，而是使用在该管电压下针对患者的特定的待检查的组织的成像应用到患者的X射线的剂量为最小的管电压，则保持与参考管电压相关联的灰度值开窗可以导致，由于通过所设置的管电压引起CT值的改变使得图像观感变得不可接受。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种本文开头所述类型的方法、计算程序、计算单元、X射线装置以及数据载体，使得在改变管电压的情况下尽可能地改善图像观感。

根据本发明，上述技术问题通过一种基于利用X射线装置所确定的CT值来调整用于利用X射线装置的成像的灰度值开窗的宽度和中数的位置的方法来解决，在优选自动地确定和调节用于检查患者的特定的组织的X射线装置的X射线管的拍摄管电压的范围内，从用于患者的特定的组织的检查的管电压出发进行该调整，其中将与参考管电压相关联的灰度值开窗的宽度和中数的位置与拍摄管电压自动地匹配。

通过将灰度值开窗与拍摄管电压或者与通过使用拍摄管电压与在使用参考管电压的情况下所产生的CT值相比改变了的CT值自动地匹配，保持了通过原始地选择或设计灰度值开窗所打算的、由用户熟悉的原始的图像观感。

根据本发明的一种变形，为了将灰度值开窗自动地与拍摄管电压匹配，首先确定在参考管电压下灰度值开窗的宽度W_W，ref。

根据本发明的另一种变形，对于特定的组织的检查，确定在参考管电压下特定的待检查的组织的对比度C_ref以及确定在拍摄管电压下特定的待检查的组织的对比度C_auf。

为了能够确定用于特定的待检查的组织的对比值，需要事先例如在使用相应准备好的模体的情况下例如借助仿真或借助校准测量，确定不同的可能要检查的组织的对比度(以及必要时不同的可能要检查的、被提供了造影剂的组织的对比度)与X射线辐射的频谱的依赖关系或者与X射线管的管电压的值的依赖关系，并且优选地将该依赖关系存储在数据存储器或数据库中以供调用。相应地，分别针对当前的检查情况从数据存储器中获得特定的待检查的组织的对比度(以及必要时特定的待检查的、被提供了造影剂的组织的对比度)与X射线辐射的频谱的依赖关系或者与X射线管的管电压的值的依赖关系，根据其可以关于参考管电压和拍摄管电压分别确定对比度。

根据本发明的一种实施方式，对于和特定的待检查的组织相邻的组织，其对比度具有与管电压的值相对小的依赖关系，由CT值确定开窗的特定的宽度W_fix。典型地，和特定的待检查的组织相邻的组织不接收或仅不太多地接收造影剂，从而特别地不出现通过造影剂引起的、和特定的待检查的组织相邻的组织与X射线辐射的频谱或者与管电压的值的强烈的依赖关系。这点大多也被期望，因为和特定的待检查的组织相邻的组织对于诊断通常仅是次级重要的。和特定的待检查的组织相邻的组织例如是肌肉组织或脂肪组织。如已经提到的那样，因为对比度和该组织的CT值与管电压的依赖关系很小，从而对于该组织来说期望几乎不改变的灰度值开窗，以便对于组织的图像观感实际上保持不变，规定特定的宽度W_fix以用于属于这些组织的CT值的开窗。

根据本发明的一种实施方式，最后如下地确定关于拍摄管电压的灰度值开窗的宽度W_W，auf：

$W_{W,\mathrm{auf}}=\frac{C_{\mathrm{auf}}}{C_{\mathrm{ref}}}(W_{W,\mathrm{ref}}-W_{\mathrm{fix}})+W_{\mathrm{fix}}$ 对于W_W，ref＞W_fix

并且

W_W，auf＝W_W，ref    其它。

通过这种方式，在从参考管电压向拍摄管电压改变管电压的情况下，自动地确定对于拍摄管电压的灰度值开窗的宽度W_W，auf，从而保持了原始的由用户熟悉的图像观感。根据该等式对于宽度W_W，auf可以看出，例如在W_fix＝0的特殊情况下在变换到拍摄管电压时在整个区域内补偿了对于特定的待检查的组织的对比度的改变。

根据本发明的一种实施方式，为了调整在拍摄管电压下灰度值开窗的中数的位置，确定在参考管电压下灰度值开窗的中数W_Z，ref。中数W_Z，ref例如可以是关于参考管电压的灰度值开窗的中值。

根据本发明的另一种实施方式，如下地确定在拍摄管电压下的灰度值开窗的中数W_Z，ref：

$W_{Z,\mathrm{auf}}=W_{Z,\mathrm{ref}}+\frac{a}{2}(W_{W,\mathrm{auf}}-W_{W,\mathrm{ref}})$

其中a是0和1之间的数，并且根据选择来调节中数W_Z，ref。数a实际上可以用于更新关于拍摄管电压的中数。通过这种方式例如可以将未被提供了造影剂的组织的灰度值在一定程度上作为可视的参考值在产生的图像中保持恒定。典型地是a＝0.75。对于a＝0的特殊情况中数不改变。

本发明要解决的技术问题还通过一种实现至少一种上面描述的方法的计算程序来解决，以及通过一种具有这样的计算程序的计算单元和数据载体来解决。此外，本发明要解决的技术问题还通过一种包括提到的计算单元的X射线装置来解决。

附图说明

本发明的实施例在所附的示意图中示出。附图中：

图1示出了计算机断层造影设备，

图2示出了调整灰度值开窗的曲线图，

图3示出了没有调整的灰度值开窗的截面图像，以及

图4示出了具有自动地调整灰度值开窗的截面图像。

具体实施方式

图1示出了计算机断层造影设备1，其适用于实施根据本发明的方法。计算机断层造影设备1具有用于安置待检查的患者P的患者卧榻2。计算机断层造影设备1还包括具有可围绕系统轴5旋转的管探测器系统的机架4。管探测器系统具有彼此相对布置的X射线管6和X射线探测器单元7。在运行中，X射线辐射8从X射线管6向X射线探测器单元7的方向发出，并且被借助该X射线探测器单元7采集。

患者卧榻2具有卧榻基座9，在卧榻基座上布置了用于实际放置患者P的患者支撑板10。相对于卧榻基座9可以这样调节患者支撑板10，使得患者支撑板10能够与患者P一起驶入机架4的开口3中，以便用于例如针对定位片或在螺旋扫描中拍摄患者P的X射线投影。利用X射线计算机断层造影设备1的示意性示出的图像计算机11，对X射线投影进行计算地处理，例如产生定位片、产生层图像或基于X射线投影重建患者P的身体区域或者组织的体积数据组。

此外，计算机断层造影设备1具有计算单元12，利用该计算单元执行以及可以执行用于操作和控制计算机断层造影设备1的计算程序。在此，计算单元12不必构造为独立的计算单元12，而是还可以集成在计算机断层造影设备1中。

在本发明的实施例的情况下，应当利用计算机断层造影设备1对特定的组织、例如患者P的被提供了造影剂碘的肝脏组织进行扫描或检查。在此，检查被理解为产生图像，在本发明的实施例的情况下被理解为产生患者P的肝脏的层图像，对其的分析形成对于临床诊断或解决临床问题的基础。对于层图像的产生，在保持针对临床诊断或解决临床问题所需的或期望的图像质量的情况下，应当向患者P应用尽可能小的X射线辐射的剂量。

从针对患者P的被提供了碘的肝脏组织的检查所预定的参考管电压出发，作为规定期望的图像质量的图像质量参数，如在未在先公开的DE 102010 043 712.3中描述的那样，基于被提供了碘的肝脏组织的对比度与X射线辐射的频谱或者与X射线管6的管电压的值的依赖关系以及在考虑参考管电压作为保持恒定的对比度-噪声比的图像质量参数的情况下，这样确定拍摄管电压，使得在调节X射线管6上的拍摄管电压的情况下以及在拍摄患者P的被提供了碘的肝脏组织的X射线投影以用于产生被提供了碘的肝脏组织的至少一幅图像的情况下，在保持相同的图像质量的情况下应用到患者P的X射线的剂量尽可能的小或者为最小。

为此，事先借助计算机仿真或者校准测量，例如在使用相应于各个组织准备好的模体的情况下，已经确定了在图像对比度与管电压之间的以及在不同组织的图像噪声、管电压与管电流之间的关系。这些关系被准备好可以在计算单元12的数据存储器18中查询。

也就是，如果在本发明的实施例的情况下要检查被提供了碘的肝脏组织，则可以从数据存储器18中获得上述提到的关系。相应地，可以根据在图像对比度与管电压之间的关系对于被提供了碘的肝脏组织关于参考管电压确定对比值。此外，可以根据在图像噪声、管电压与管电流之间的关系对于被提供了碘的肝脏组织关于参考管电压以及相关的参考管电流确定噪声值，该噪声值与所确定的对比值一起规定了要保持恒定的对比度-噪声比。在保持恒定的对比度-噪声比的情况下，此时改变管电压并且根据在图像噪声、管电压与管电流之间的关系确定属于各个管电压的管电流。最后，基于所确定的管电流确定如下的管电压作为拍摄管电压：在调节到该管电压拍摄时在通过保持恒定的对比度-噪声比所规定的保持相同的图像质量的情况下应用到患者的X射线辐射的剂量为最小。

然而，由于从参考管电压自动地变换到拍摄管电压，与参考管电压相关联的灰度值开窗(该灰度值开窗对应特定的在调节参考管电压时获得的CT值所确定的用于图像显示的灰度值)导致用户觉得不可接受的图像观感，因为一些组织被平滑转化或者还被过暗地显示，并且由此在该情况下很难甚至无法区别组织。

因此，计算单元12具有计算程序13，利用该计算程序可以将与参考管电压相关联的灰度值开窗、特别是灰度值开窗的宽度和中数的位置自动地与拍摄管电压匹配。在此，计算程序13实现随后描述的用于调整灰度值开窗的方法，该计算程序例如可以从便携式存储介质，诸如CD14或存储棒，或者从作为数据载体的服务器15经由网络16加载到计算单元12。

借助图2的曲线图来解释灰度值开窗的调整。在该曲线图中关于计算机断层造影设备1的X射线管6的管电压的值描绘了CT值。通过曲线30和31图示了关于所有可能合适的管电压的灰度值开窗。在曲线30中标出了在关于管电压的哪些CT值中对应灰度值“黑”，曲线31示出了在关于管电压的哪些CT值中分配为灰度值“白”。因此，根据该曲线图关于参考管电压kV_ref识别灰度值开窗或灰度值窗(Grauwertfenster)，特别是在灰度值“黑”和“白”之间的灰度值开窗的宽度W_W，ref。此外，根据曲线图关于参数管电压kV_ref识别中数W_Z，ref。中数W_Z，ref可以是、但不必须是灰度值开窗的中值(Mittenwert)。

在曲线图中为了说明还绘制了针对被提供了碘的肝脏组织32、天然的(nativ)肝脏组织33以及脂肪组织34的对比度与管电压的依赖关系。从曲线图中可以看出，特别是对于和待检查的被提供了碘的肝脏组织相邻的脂肪组织或者未示出的肌肉组织，对比度与X射线辐射的能量或管电压的依赖关系相对小，从而对于该组织以及对于其它类似的组织规定CT值W_fix的典型带宽，因为，为了恒定地保持关于该组织的可视的图像观感，对于该组织值得期望的是几乎不改变的灰度值窗或独立于管电压的灰度值窗。

此外，确定在参考管电压kV_ref下被提供了碘的肝脏组织对比值C_ref，并且确定在拍摄管电压kV_auf下被提供了碘的肝脏组织对比值C_auf。在此，可以再次援引存储在数据存储器18中的、针对被提供了碘的肝脏组织的图像对比度与管电压之间的关系，其在图2中通过曲线32示出。

最后，如下地借助计算单元12自动地确定关于拍摄管电压kV_auf的灰度值开窗的宽度W_W，auf：

$W_{W,\mathrm{auf}}=\frac{C_{\mathrm{auf}}}{C_{\mathrm{ref}}}(W_{W,\mathrm{ref}}-W_{\mathrm{fix}})+W_{\mathrm{fix}}$ 对于W_W，ref＞W_fix

W_W，auf＝W_W，ref    其它。

如下地得出在拍摄管电压下的灰度值开窗的中数W_Z，auf：

$W_{Z,\mathrm{auf}}=W_{Z,\mathrm{ref}}+\frac{a}{2}(W_{W,\mathrm{auf}}-W_{W,\mathrm{ref}})$

其中a是0和1之间的数，并且根据选择来调节中数W_Z，auf。在图2的曲线图中示意性示出了中数的走向35，如已经提到的那样，该中数的走向可以通过a的变化来调节或改变。

根据图3和图4可以看出按照本发明的方法所产生的影响。如果从参考管电压不匹配灰度值开窗地向拍摄管电压变换，则如在图3的层图像的中央图像区域中看出的那样，能够出现平滑转化，该平滑转化导致不可接受的图像观感。图4示出了患者P的相同的身体层，其中针对在图4中示出的层图像的产生使用了与拍摄管电压匹配的灰度值开窗，从而特别显示了具有通常的由用户所熟悉的图像观感的中央图像区域。

上面已经解释了怎样在从参考管电压到拍摄管电压自动地改变管电压之后自动地调整灰度值开窗，特别是灰度值开窗的宽度和中数。但该调整不必完全自动地进行。相反，该调整可以仅由计算机断层造影设备的用户提出并且通过用户确认来实现，例如通过操作图形用户界面的按键来实现。

此外，从参考管电压到拍摄管电压的变换不是必须按照在未在先公开的DE 10 2010 043 712.3中所描述的方法进行。即使以其它方式从灰度值开窗所对应的参考管电压或起始管电压变换到其它拍摄管电压，也可以根据按照本发明的方法自动地进行到拍摄管电压的灰度值开窗的调整。

本发明也可以应用在与计算机断层造影设备不同的X射线装置中，例如应用在C形臂X射线设备中。

Claims (12)

1.一种基于利用X射线装置(1)所确定的CT值来调整用于利用X射线装置(1)的成像的灰度值开窗的宽度和中数的位置的方法，在确定和调节用于检查患者(P)的特定的组织的X射线装置(1)的X射线管(6)的拍摄管电压(kV_auf)的范围内，从用于患者(P)的特定的组织的检查的参考管电压(kV_ref)出发进行该调整，其中，将与该参考管电压(kV_ref)相关联的灰度值开窗的宽度(W_W，ref)和中数(W_Z，ref)的位置自动地与所述拍摄管电压(kV_auf)匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定在所述参考管电压(kV_ref)下灰度值开窗的宽度(W_W，ref)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定在所述参考管电压(kV_ref)下特定的待检查的组织的对比度(C_ref)以及确定在所述拍摄管电压(kV_auf)下特定的待检查的组织的对比度(C_auf)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对于与特定的待检查的组织相邻的组织，其对比度具有与管电压的值相对小的依赖关系，由CT值规定开窗的特定的宽度(W_fix)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，如下地确定对于所述拍摄管电压(kV_auf)的灰度值开窗的宽度(W_W，auf)：

$W_{W,\mathrm{auf}}=\frac{C_{\mathrm{auf}}}{C_{\mathrm{ref}}}(W_{W,\mathrm{ref}}-W_{\mathrm{fix}})+W_{\mathrm{fix}}$ 对于W_W，ref＞W_fix

并且

W_W，auf＝W_W，ref        其它。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，为了调整在所述拍摄管电压(kV_auf)下灰度值开窗的中数的位置，确定在所述参考管电压(kV_ref)下灰度值开窗的中数(W_Z，ref)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，如下地确定在所述拍摄管电压(kV_auf)下的灰度值开窗的中数(W_Z，ref)：

$W_{Z,\mathrm{auf}}=W_{Z,\mathrm{ref}}+\frac{a}{2}(W_{W,\mathrm{auf}}-W_{W,\mathrm{ref}})$

其中，a是0和1之间的数，并且根据选择来调节所述中数(W_Z，ref)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，由用户发起所述灰度值开窗的宽度和中数的位置与所述拍摄管电压(kV_auf)自动地匹配。

9.一种计算程序(13)，其实现根据权利要求1至8中任一项所述的方法中的一种。

10.一种计算单元(12)，具有根据权利要求9所述的计算程序(13)。

11.一种X射线装置(1)，具有根据权利要求10所述的计算单元(12)。

12.一种数据载体(14，15)，具有根据权利要求9所述的计算程序(13)。

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