CN102988070B - 产生断层造影图像数据组的方法和计算机断层造影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于产生测量对象的至少周期性运动的部位的断层造影图像数据组的方法和双源CT系统，具有两个在机架上角度错开布置的探测器，其中，积分探测器在入射的射线的整个能量谱上积分地测量入射的射线，并且同时计数探测器将入射的射线在两个能量范围中分辨地进行测量。本发明的特征在于，一起使用积分的和计数的探测器的来自于机架的四分之一圈的投影数据以用于重建第一断层造影图像数据组，使用计数探测器的来自于至少一个半圈的能量分辨的投影数据以用于重建至少一个第二材料选择的断层造影图像数据组，并且通过重叠第一断层造影图像数据组和第二图像数据组的材料选择形成至少一个断层造影结果图像数据组。
Description
技术领域
本发明涉及用于借助具有两个在机架上角度错开布置的探测器的双源CT系统产生测量对象的至少周期性运动的部位(特别是患者的心脏)的断层造影图像数据组的方法和计算机断层造影系统，其中，积分探测器元件在入射的射线的整个能量谱上积分地测量入射的射线，并且同时计数探测器元件将入射的射线在至少两个能量范围中分辨地进行测量。
背景技术
具有常规的积分闪烁探测器和计数探测器的双源CT系统是一般公知的。在此两个测量系统同时扫描一个测量对象，通常是患者。这样的双源CT系统在此包含两个分别由X射线辐射器和分别对应的探测器组成的辐射器-探测器系统，其角度互相错开地布置在机架上。
问题是，当测量对象运动时，重建可很好识别的断层造影图像数据，其中同时还应当显示关于测量对象的材料特性的信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，找到一种借助双源CT系统产生测量对象的至少周期性运动的部位(特别是患者的心脏)的断层造影图像数据组的方法和计算机断层造影系统，其允许一方面获得时间上高分辨率的图像数据并且另一方面还识别在该图像数据中关于特殊的材料的存在的信息，例如造影剂或色斑。
发明人具有以下认识：
在医学中使用的计算机断层造影(CT)设备目前作为现有技术构造为具有积分闪烁探测器。在其中将击中的X射线在两级的过程中首先转换为可见光，其然后由在后连接的光电二极管探测并且转换为电信号。对于相应的闪烁器的例子是氧化钆(Gadoliniumoxid)或硫氧化钆(Gadoliniumoxidsulfid)。这样的闪烁探测器具有非常宽的动态范围并且能够无问题地处理在医学计算机断层造影技术中使用的最小和最大X射线流密度。另一方面，其空间分辨率受到限制，因为探测器像素出于机械原因由于在像素之间的用于机械和光学分离的不活跃的死区而不能任意缩小。此外，积分闪烁探测器不提供光谱的信息，从而在X射线谱的不同的能量情况下X射线吸收的特定于材料的区别不能被直接采集。此外，从积分探测器探测的信号的对比度-噪声比不是最佳的，因为携带大部分对比度信息的低能量的量子按照其小的能量在积分探测器中也仅小地被加权，从而特定的材料，例如脑白质和脑灰质的对比度由此被降低。
与之相反存在计数探测器，其中击中的X射线量子在直接过程中被转换为电信号并且被计数。对于相应的探测器材料的例子是碲化镉(Cadmiumtellurid)或碲化锌镉(Cadmium-Zinktellurid)。计数探测器能够在表面上非常精细地构造，因为像素不必机械地分离并且因此消除了死区。由此，比传统的积分闪烁探测器明显更高的空间分辨率是可能的。此外，击中的X射线量子对于光谱的分辨率在不同的能量带中被探测，由此在不同的能量的情况下X射线吸收的特定于材料的区别可以利用唯一的测量来采集。通过对整个信号的份额的取决于能量的加权可能性，此外，还允许与积分闪烁探测器相比改善对象对比度并且由此改善对比度-噪声比。
然而，计数探测器的缺陷是由于采用的探测器材料而只具有一个有限的动态范围，在所述材料情况下不允许超过最大X射线流密度，该X射线流密度按照目前的现有技术对于在医学CT中不受限制的采用是不够高的。另一个缺陷是在前面的辐照之后计数探测器的信号的高的漂移，其中在图像中可能产生难以校正的伪影。
本发明现在看到，可以在组合来自于积分的和计数的探测器的投影数据的情况下利用计数探测器的至少潜在的更高的位置分辨率得到断层造影图像的总体上更好的图像分辨率，通过组合两个角度错开的同时扫描的探测器的测量数据，相对于仅利用一个探测器的扫描改进了时间分辨率并且通过利用能量分辨率获得了材料选择的信息，其可以与时间上和空间上更高的分辨率的显示组合地被反映。
相应地，发明人提出，对借助具有两个在机架上角度错开地布置的探测器的双源CT系统产生测量对象的至少周期性运动的部位、特别是患者的心脏的断层造影图像数据组的本身公知的方法的改进，其中，积分探测器元件在入射的射线的整个能量谱上积分地测量入射的射线，并且同时计数探测器元件将入射的射线谱在至少两个能量范围中分辨地进行测量。按照本发明该方法通过如下来改进：
-为了重建第一断层造影图像数据组一起使用积分的和计数的探测器的来自于机架的四分之一圈(Umlauf)的投影数据，
-为了重建至少一个材料选择的第二断层造影图像数据组，使用来自于机架的至少半个圈的、计数探测器的能量分辨的投影数据，并且
-通过重叠第一断层造影图像数据组与第二图像数据组的材料选择性，来形成至少一个断层造影结果图像数据组。
优选地可以进行图像数据组的重叠，方法是，将至少时间上更高分辨率的第一图像数据组作为黑/白影像显示并且在使用至少时间上更小分辨率的第二图像数据组的条件下进行材料选择的着色。
在此有利的是，作为计数探测器使用具有比积分探测器更高位置分辨率的探测器。
最后可以附加地接收测量对象的周期性运动的触发信号并且将计数的和/或积分的探测器的来自于至少两个运动周期的测量数据组合。
除了按照本发明的方法，还建议一种双源CT系统，具有：
-两个可同时运行的用于从多个投影角度同时角度错开地扫描测量对象的探测器，其中
-第一探测器被构造为用于积分的辐射测量，并且
-第二探测器被构造为将入射的射线谱分解为至少两个能量间隔(Energiebins)，和
-计算机系统，用于分析探测器元件的测量结果，具有存储器和位于其中的计算机程序，
-其中，在计算机系统的存储器中还存在至少一个计算机程序，其在运行中实施前面所描述的方法。
附图说明
以下借助附图进一步描述本发明，其中仅示出为理解本发明必要的特征。使用了以下的附图标记：1：CT系统；2：第一X射线管；3：第一探测器；4：第二X射线管；5：第二探测器；6：机架壳体；7：患者；8：患者卧榻；9：系统轴；10：计算机系统；11：造影剂施加器；12：EKG导线；B：第一断层造影图像数据组；Bn：材料选择的第二断层造影图像数据组；BM：第二断层造影结果图像数据组；M：第二断层造影图像数据组；P：计数的和积分的探测器的来自于1/4圈的投影数据；Pn：能量分辨的投影数据；Prg1-Prgn：计算机程序；1/2-rot：半个圈；1/4-rot：四分之一圈；S1-S8：方法步骤。
附图中：
图1示出用于执行按照本发明的方法的CT系统；
图2示出了该方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出示例性的CT系统1，具有在机架壳体6中未详细示出的机架上的两个辐射器-探测器系统。由第一X射线管2和与第一X射线管对应的相对的具有积分探测器元件的第一探测器3和由第二X射线管4和与第二X射线管对应的相对的具有计数探测器元件的第二探测器5组成的这两个辐射器-探测器系统在旋转平面中以90°角度错开地布置在此处未详细示出的机架上。
两个辐射器-探测器系统2、3和4、5掠过一个在中央的圆形开口中设置的测量场。测量对象，特别是如在此示出的患者7借助患者卧榻8沿着系统轴9被移动通过该测量场。原则上在此既可以实施螺旋形扫描也可以实施顺序扫描。为了改善血管或其他结构的成像还可以通过造影剂施加器11向患者注射造影剂。此外还可以通过EKG导线12扫描心脏动作，以便进行心脏动作触发的扫描和/或重建。
CT系统1的控制和患者7的扫描的分析通过与之相连的计算机系统10来进行，其中该计算机系统具有至少一个存储器，在所述存储器中存储了计算机程序Prg1-Prgn。按照本发明在其中也包含或存储了程序，它们被构造为在系统的运行中执行按照本发明的方法的不同实施方式。
图2示意性示出了按照本发明的方法的示例性实施。相应地，首先在方法步骤S1中相应于半个圈利用积分的和计数的探测器在两个探测器中的较大一个的至少180°+扇形角的旋转角度上进行测量对象的同时的扫描，并且在此存储所确定的投影数据。
从在两个探测器的半个旋转中包含的至少一个共同的四分之一旋转的投影数据中然后形成第一投影数据组P，在所述投影数据组中既包含了经过四分之一圈第一探测器的积分地测量的投影数据，也累加地包含在所有能量上第二探测器的能量分辨的投影数据(步骤S2)。然后在步骤S4中从该第一投影数据组中重建时间上更高分辨率的断层造影图像数据组B。
与之平行地，在步骤S3中从第二计数探测器的能量分辨的测量数据中相应于在n个能量范围中存在的能量分辨率形成n个第二投影数据组Pn并且利用该投影数据组在步骤S5中重建n个能量选择性的断层造影图像数据组Bn。然后在步骤S7中借助能量选择性的图像数据组计算至少一个特定于材料的断层造影显示M。
最后将高分辨的断层造影图像显示B与特定于材料的，然而不太高分辨率的断层造影显示M重叠。例如可以通过如下来进行：在特定于材料的显示M中通过颜色混合的百分比的颜色分量显示单个材料的百分比存在并且将该颜色显示在步骤S6中透明地与黑/白高分辨的图像显示B重叠为特定于材料的着色的图像组成BM并且为了后面的显示存储或在步骤S8中直接在监视器上输出。
总之，利用本发明建议了一种用于产生测量对象的至少周期性运动的部位的断层造影图像数据组的方法和双源CT系统，该双源CT系统具有两个在机架上角度错开布置的探测器，其中，积分探测器在整个能量谱上测量，并且同时计数探测器在至少两个能量范围中分辨地进行测量。在此从积分的和计数的探测器的分别来自于四分之一圈的投影数据产生第一图像数据组并且从计数探测器的能量分辨的来自于至少一个半圈的投影数据产生至少一个材料选择的第二断层造影图像数据组，并且通过重叠第一图像数据组与材料选择的第二图像数据组形成至少一个断层造影结果图像数据组。
尽管通过优选实施例详细解释并描述了本发明，但是本发明不受所公开的例子限制并且专业人员可以从中导出其他变形，而不脱离本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于借助具有两个在机架上角度错开布置的探测器(3，5)的双源CT系统(1)产生测量对象的至少周期性运动的部位的断层造影图像数据组的方法，其中：
1.1.积分探测器(3)在入射的射线的整个能量谱上积分地测量入射的射线，并且
1.2.同时计数探测器(5)将入射的射线在至少两个能量范围中分辨地进行测量，
其特征在于，
1.3.一起使用积分的和计数的探测器(3，5)的来自于机架的四分之一圈(1/4-rot)的投影数据(P)以用于重建断层造影的第一图像数据组(B)，
1.4.将所述计数探测器(5)的来自于至少一个半圈(1/2-rot)的能量分辨的投影数据(Pn)，用于重建至少一个材料选择的第二断层造影图像数据组(Bn)，
1.5.借助材料选择的第二断层造影图像数据组(Bn)计算至少一个特定于材料的第二图像数据组(M)，并且
1.6.通过将断层造影的第一图像数据组(B)与第二图像数据组(M)的材料选择性进行重叠，形成至少一个断层造影结果图像数据组(BM)。
2.根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下进行图像数据组(B，M)的重叠：将至少时间上更高分辨率的第一图像数据组(B)作为黑/白影像显示，并且在使用至少时间上更小分辨率的第二图像数据组(M)的条件下进行材料选择的着色。
3.根据上述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有比积分探测器(3)更高位置分辨率的探测器，作为计数探测器(5)。
4.根据上述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，附加地接收测量对象的周期性运动的触发信号，并且将计数的和/或积分的探测器(3，5)的来自于至少两个运动周期的测量数据进行组合。
5.一种双源CT系统(1)，具有：
5.1.两个可同时运行的用于从多个投影角度同时角度错开地扫描检查对象(7)的探测器(3，5)，其中
5.2.第一探测器(3)被构造为用于积分的辐射测量，并且
5.3.第二探测器元件(5)被构造为将入射的射线谱分解为至少两个能量间隔，和
5.4.计算机系统(10)，用于执行如下方法：
-一起使用积分的和计数的探测器(3，5)的来自于机架的四分之一圈(1/4-rot)的投影数据(P)以用于重建断层造影的第一图像数据组(B)，
-将所述计数探测器(5)的来自于至少一个半圈(1/2-rot)的能量分辨的投影数据(Pn)，用于重建至少一个材料选择的第二断层造影图像数据组(Bn)，
-借助材料选择的第二断层造影图像数据组(Bn)计算至少一个特定于材料的第二图像数据组(M)，并且
-通过将断层造影的第一图像数据组(B)与第二图像数据组(M)的材料选择性进行重叠，形成至少一个断层造影结果图像数据组(BM)。
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