CN103690184A - 用于确定骨骼矿物质密度值的方法和计算机断层造影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种借助计算机断层造影系统（1）确定检查对象（17）的骨骼矿物质密度值（KD）的方法，步骤为：在拍摄部分（A）中利用第一X射线能量（R1）采集检查对象的第一二维投影概览图像数据（PU1），在拍摄部分中利用至少一个第二X射线能量（R2）采集检查对象的至少第二二维投影概览图像数据（PU2），在使用第一和第二投影概览图像数据的条件下确定骨骼概览图像数据组（KU），在使用骨骼概览图像数据组的条件下确定拍摄部分的至少一个确定的分析区域（WW，WE)和在使用确定的分析区域中的骨骼概览图像数据组的图像数据的条件下对于拍摄部分的确定的分析区域确定骨骼矿物质密度值。本发明涉及一种用于实现这样的方法的计算机断层造影系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于借助计算机断层造影系统确定检查对象的骨骼矿物质密度值的方法。此外本发明还涉及一种用于执行这样的方法的计算机断层造影系统。
背景技术
X射线被用于显示三维的和不透明的检查对象的内部情况和结构。检查对象可以是有生命的，即，人或动物的身体。但是无生命的物体诸如轮胎、焊接或其它工业产品为了材料检验或加工过程的质量监督的目的也可以利用X射线系统扫描。对于有生命的有机体，太高的X射线剂量表明是有害的，因为其可以不可修复地损害组织并且可以具有致癌作用。对于患者由此试图通过不断改进放射性拍摄设备和通过限制到必须的X射线拍摄来降低X射线负担。
通常对人和动物不协调地利用不同的拍摄设备进行多个放射性拍摄，其中通常多次照射相同的身体区域。例如对于在脊柱、腹部或股骨头区域中获得计算机断层造影拍摄的患者，在一些情况中也指示用于骨密度分析的DXA/DEXA（Dual Energy X-Ray Absorptiometry）检查。借助不同的拍摄设备重复地和潜在不是互相协调地完成X射线图像导致高的X射线负担并且导致对于受检者的极大的时间和成本开销。
发明内容
由此本发明要解决的技术问题是，改进一种关于受检者的X射线负担降低和测量过程加速用于确定骨骼矿物质密度值的方法。
按照本发明的方法包括至少以下步骤：
-在拍摄部分中利用第一X射线能量采集检查对象的第一二维投影概览图像数据，
-在拍摄部分中利用至少一个与第一X射线能量不同的第二X射线能量采集检查对象的至少第二二维投影概览图像数据，
-在使用第一投影概览图像数据和第二投影概览图像数据的条件下确定骨骼概览图像数据组，
-在使用骨骼概览图像数据组的条件下确定拍摄部分的至少一个确定的分析区域。
-在使用确定的分析区域中的骨骼概览图像数据组的图像数据的条件下对于拍摄部分的确定的分析区域确定骨骼矿物质密度值。
描述的方法步骤优选按照提到其的顺序进行，其中第一和第二二维投影概览图像数据的采集按照任意顺序或也可以并行进行。此外方法也可以包括在说明书中没有和/或没有详细描述中间步骤。
作为用于借助X射线产生检查对象的截面图的装置公知计算机断层造影系统（以下也称为CT系统）。在此由X射线源发射的X射线不同强度地透射穿过放置在测量空间中的检查对象并且由在测量空间的与X射线源相对的一侧处的探测器装置测量。X射线源和探测器装置在测量过程期间以高的速度圆形地围绕测量空间旋转。通过对多个从不同的方向拍摄的检查对象的X射线投影的基于计算机的分析，可以重建截面图和/或3D体积数据。
在本发明的范围内拍摄部分理解为检查对象的为了获得测量数据而利用X射线透射的子面积。检查对象可以如所述的例如是人的或动物的活的或死的身体或者也可以是身体的环绕的部分，其中检查对象具有骨骼成分，例如作为骨架的部分。拍摄部分可以包括检查对象的任意部分，例如从胸部至大腿骨或腕关节的人体躯干。优选地，但是拍摄部分包括检查对象的全部伸展。
“投影概览图像数据”在本发明的范围内表示由探测器装置在X射线源的固定的角度设置的情况下在探测器装置上测量的X射线强度值，其按照通常的方式取决于厚度和取决于检查对象的吸收特性而变化。
为了产生概览图像在此通常进行检查对象与X射线源或探测器装置在通常平行于检查对象的纵向方向延伸的进给方向上的（连续的或顺序的）相对运动。这取决于在进给方向上探测器的宽度和取决于在该方向上概览图像的期望的伸展。也就是，与用于重建三维图像数据或截面图的CT投影测量数据的通常拍摄方式不同，在此X射线源和探测器装置不是围绕测量空间旋转，而是任意地固定地位于角度位置，例如，X射线源在检查对象上方，用于产生正面的投影，或者X射线源在侧面位置上，用于产生矢状投影。这些投影概览图像数据由此除了可能沿着运动方向完成的数据为了产生完整的概览图像而被相邻设置之外，可以直接无需其他重建而作为投影图像使用。投影概览图像数据相应地已经形成二维图像如简单的X射线图像。通常这些投影概览图像数据在执行检查对象的单个层拍摄的测量之前利用计算机断层造影装置执行，以产生定位片，根据所述定位片然后可以规划其他拍摄。用于产生这样的定位片的方法在DE 10 2008037347 A1中公开。
其中对检查对象利用两个或多个不同的X射线能量拍摄了图像数据组的测量，通常称为所谓的“双能量方法”或“多能量”方法。X射线的“能量”（以下也称为“X射线能量”或“X射线辐射能量”）的概念在该上下文中理解为能量分布或能量谱。由X射线管发射的X射线的能量谱取决于施加的管电压。其通过X射线能量的值代表，其通常形成能量谱的最大值或平均值。在此，X射线能量通常作为在X射线管上调整的管电压的电压值给出。因为X射线在不同材料中的衰减取决于X射线能量，所以利用“双能量方法”或“多能量”方法可以相对于仅利用一个X射线能量的测量获得附加的信息。
为了获得第一和第二投影概览图像数据而采用的至少第一和第二X射线能量按照“双能量方法”优选其特征在于高的能量分离。通常对于低能量的X射线能量谱的产生在X射线管上施加在70kV和100kV之间的电压，而对于相对于第一X射线能量来说高能量的X射线谱的产生选择在120kV和150kV之间的管电压。优选第一X射线能量是低能量的（例如80kV）并且第二X射线能量与此相对地是高能量的（例如140kV）或反之。
骨骼概览图像数据组优选基本上包括在拍摄部分中采集的、优选人的或动物的检查对象的骨骼成分的轮廓、厚度和材料质量的信息。信息例如可以借助灰度值渐变和/或颜色编码表示并且由此对于操作者是可识别的。概览图像数据组的拍摄部分可以与第一和第二投影概览图像数据的拍摄部分相同或者比其小。
骨骼概览图像数据组例如可以通过基于投影概览数据的加权减影并且允许消除检查对象的软组织结构的图像处理方法产生。在此将软组织图像数据，例如肌肉、肌腱或脂肪从投影概览图像数据中按照特定的权重减影或减去。在人或动物的情况下骨骼概览图像数据组可以包括骨架或部分骨架的轮廓。作为对于骨骼概览图像数据组的计算的基本物质优选使用钙，因为骨物质中的钙成分通常特别高。骨骼概览图像数据组的计算提供精确显示可能的分析区域的优点，所述分析区域在以下步骤中可以用于确定骨骼矿物质密度值。
按照方法的优选实施方式，作为该方案的替换，通过使用二维函数计算骨骼概览图像数据组，所述二维函数将高和低能量投影概览图像数据组中测量的衰减直接与骨骼的面积密度值对应。这简化了后面对于确定的分析区域确定骨骼矿物质密度值，因为然后不必一定要确定其他校准函数。
在拍摄部分内部确定的分析区域在任何情况下包括骨骼分量的图像数据。其可以包括其他分析区域，即，分别更小的分析面积，其由此形成第一分析区域的子区域。其他分析区域的隔离分别按照关于骨骼矿物质密度值的确定来说更大的说服力的目的来进行。优选地，第一分析区域在人或猴的情况下包括左和/或右大腿骨（Femurhals）和/或腰椎，特别优选包括腰椎的前三个或四个节。这些骨架区域公知地表明对于骨骼矿物质密度值的确定是特别有说服力的。第一分析区域和必要时其他窄地限制的分析区域的确定步骤可以按照定义的标准和流程自动地通过X射线系统进行和/或在不同的中间步骤中通过操作者控制，例如通过经由图形用户界面输入。
骨骼矿物质密度值表明，特定的矿物质，例如钙或镁，在骨骼或骨骼片段中以何种浓度存在。骨骼矿物质密度值的确定在分析区域中或在骨骼概览图像数据组的最小确定的分析面积中进行。骨骼矿物质密度值在此优选作为分析区域中每个面积单元的羟基磷灰石钙的量来定义，因为该钙化合物特别有说服力地显示骨骼矿物质密度值。
按照本发明的方法例如可以在借助计算机断层造影装置的进一步成像检查的范围内证明是特别有利的。按照目前的现有技术，如所述的，为了规划断层造影拍摄，通常拍摄检查对象的或者说患者的二维概览图像（定位片）。当患者的骨骼矿物质密度值的确定附加地落入到作为断层造影拍摄的执行的基础并且例如可以包括骨折的详细图像的获得的认识兴趣中时，按照本发明方法可以利用不同的X射线能量拍摄第二定位片，从而从获得的双能量定位片中可以确定骨骼矿物质密度值。在本发明的范围中此时相同的测量的投影概览图像数据可以同时用于规划CT检查和用于确定骨骼矿物质密度值。与通常的CT检查和借助DXA/DEXA扫描器的骨骼矿物质密度值的附加的通常的测量相比，按照本发明的方法由此在使用的设备的相同的技术特征数据的情况下将患者的总射线负担降低到对于简单的放射图像拍摄所需的X射线量。因为对于第二定位片的拍摄的测量时间仅为几秒，所以得到对于对其进行两种测量的患者的极大时间节省的另一个优点。
证明是特别有利的效果的还有，如果计算机断层造影系统可用，则在放射性诊所中单独的DXA/DEXA设备不再是必须的。这极大节省了诊所的经营者的采购和维护成本并且对于患者来说通过两个检查可以在唯一一个诊所进行而意味着进一步的时间节省。相对于借助定量的计算机断层造影三维地测量骨骼矿物质密度的另外的替换方法，按照本发明的方法又提供对受试者更小的射线负担的优点，因为在第二X射线能量下对于三维图像数据的重建仅进行X射线投影数据的唯一一个采集而不是多个X射线投影。此外二维测量方法提供能量和时间节省的优点。
用于执行本发明的按照本发明的计算机断层造影系统除了用于在拍摄部分中利用所说的第一和第二X射线能量采集检查对象的第一和第二二维投影概览图像数据的通常的采集单元之外还具有在使用第一投影概览图像数据和第二投影概览图像数据的条件下用于确定骨骼概览图像数据组的骨骼概览确定单元。此外计算机断层造影系统还具有用于在使用骨骼概览图像数据组的条件下确定拍摄部分的至少一个确定的分析区域的分析区域确定单元和用于在使用确定的分析区域中的骨骼概览图像数据组的图像数据的条件下对于拍摄部分的确定的分析区域确定骨骼矿物质密度值的矿物质密度值确定单元。
采集单元在此优选包括用于发射X射线的X射线源（例如X射线管），其特别优选地构造为在第一X射线能量和第二X射线能量之间快速切换，其中第二与第一X射线能量不同。此外其如通常的那样包括用于采集检查对象的投影概览图像数据的探测器装置，其在采集单元的运行中布置在测量空间中。
按照本发明的CT系统的组件的大部分，特别是骨骼概览确定单元、分析区域确定单元和矿物质密度值确定单元，也可以构造为例如在CT系统的控制装置上和/或图像产生单元上的软件模块。尽可能按照软件地实现按照本发明的方法具有优点，即，已经存在的计算机断层造影系统可以以简单的方式通过软件更新来装备，以按照本发明方式工作。就此而言所述技术问题也通过一种计算机程序产品来解决，所述计算机程序产品可以直接加载到计算机断层造影系统的可编程控制装置的和/或图像产生单元的存储器中，具有程序代码资源，用于当程序产品在控制装置上和/或图像产生单元上运行时执行按照本发明的方法的所有步骤。
本发明的其他特别有利的构造和扩展从从属权利要求以及从以下描述中得到，其中一种权利要求类别的从属权利要求可以类似于另一种权利要求类别的从属权利要求来扩展。
按照一种优选实施方式，其中采集第一和第二投影概览图像数据的、按照本发明的方法的步骤包括以下步骤：
-相对于计算机断层造影系统的测量空间移动检查对象，
-将X射线源在第一X射线能量和第二X射线能量之间切换，
-借助探测器装置在拍摄部分对检查对象利用第一X射线能量采集第一投影概览图像子数据组和利用第二X射线能量采集第二投影概览图像子数据组。
拍摄部分可以通过计算机断层造影的探测器装置的“视线范围”（Field ofView）的尺寸限制。其通过在测量过程期间以通常的方式将检查对象在进给方向上在平台或患者卧榻上移动通过测量空间和/或将测量空间移动通过检查对象而可以相对于该视线范围被扩展。
在此以投影概览图像子数据组的形式采集投影概览图像数据。所述投影概览图像子数据组由此分别形成在第一或第二X射线能量情况下被采集的投影概览图像数据的组的子集，因为其仅具有分别在特定的时刻由探测器装置采集的、整个拍摄部分的面积的部分。所述投影概览图像子数据组例如可以在中间存储器中存储并且按照图像处理方法为了形成完整的第一和第二投影概览图像数据而被综合。
测量过程，即，第一和第二投影概览图像数据或投影概览图像子数据组的采集，可以对于每个能量单独地在一个或两个或多个测量遍历中进行。在第一测量遍历中检查对象可以例如按照通常的方式卧于患者卧榻的平台上并且从起始位置借助患者卧榻移动通过测量空间，而计算机断层造影装置，如上所述，在X射线源和探测器的固定的角度位置的情况下利用第一X射线能量进行扫描（即测量数据采集）并且在此获得检查对象的第一投影概览图像数据。在第一测量过程之后然后可以将患者卧榻从患者卧榻的终点位置移动返回到起始位置。然后可以进行第二测量遍历，其与第一测量遍历仅通过用来产生第二投影概览图像数据的第二X射线能量的使用来区别。替换地，第二测量遍历也可以直接在患者卧榻返回到起始位置的情况下进行。
为了在后面能够处理在不同的能量的情况下产生的投影概览图像数据，检查对象的拍摄部分和检查对象的位置在两个测量遍历中应当尽可能相同，从而检查对象的内部结构在两个测量遍历中在探测器装置的相同的图像点位置（像素）上被成像。在相对于测量空间运动期间由此检查对象的运动特别优选地被降低到最小。
按照另一个优选实施方式，这样构造按照本发明的方法，使得第一投影概览图像子数据组和第二投影概览图像子数据组的采集借助在第一X射线能量和第二X射线能量之间的交替切换来进行。
交替的切换优选可以在短的时间间隔中并且多次在定位片拍摄或测量遍历期间进行。在两个X射线能量之间的交替可以通过在X射线系统的X射线源上施加的管电压和/或管电流的切换来进行。这样的方法作为“快速kVp-/mA切换”公知，其中切换可以在例如0.5毫秒内发生。通过交替地和优选快速的（比测量遍历的持续时间更快、优选快很多的）切换可以保证，在检查对象相对于计算机断层造影装置的测量空间运动的情况下在唯一一个定位片拍摄或唯一一个测量遍历期间几乎在时间上并行地完整地利用第一X射线能量和完整地利用第二X射线能量测量在拍摄部分中的检查对象。方法的大的优点在于，在采集二维投影概览图像数据时特别地在人或动物的脊柱区域中，例如在测量过程期间通过呼吸和/或肠运动形成的运动伪影的降低。
优选地在此在第一X射线能量和第二X射线能量之间按照如下频率切换，使得在检查对象相对于测量空间的运动的情况下在相同的第一或第二X射线能量的情况下被采集的、第一投影概览图像子数据组和直接之后采集的第二投影概览图像子数据组，包括检查对象的相同的子区域的投影概览图像数据。
当检查对象处于在利用第一或第二X射线能量的采集过程之间的时间段中不运动时，第一投影概览图像子数据组和直接之后（相邻）采集的第二投影概览图像子数据组相应地具有数据交集。随后的第一投影概览图像子数据组优选又包括检查对象的、与前面的第二投影概览图像子数据组所包括的相同的子区域的投影概览图像数据。也就是优选地跟随在利用相同的第一或第二X射线能量采集的投影概览图像子数据组之后采集的每个投影概览图像子数据组包括检查对象的相同的子区域的投影概览图像数据。换一种表达，检查对象的扫描利用各自的拍摄部分的局部重叠进行。这一点要求患者卧榻相对于计算机断层造影的测量空间的运动的速度和在两个X射线能量之间的切换频率的协调。当切换频率在投影概览图像数据的采集期间是规则的时，优选地患者卧榻相对于测量空间的运动速度也是恒定的。方法的特别的优点在于，为了比较的目的，通过数据交集的重叠的可能性，各个投影概览图像子数据组对于第一和/或对于第二X射线能量分别简单组合为一个总图像数据组。此外例如通过自动的插值方法可以消除或降低例如通过检查对象的运动会引起的、在先后跟随地采集的投影概览图像子数据组的数据交集中的可能的差别。
优选地，从利用第一X射线能量采集的投影概览图像子数据组中产生低能量的图像数据组并且从利用第二X射线能量采集的投影概览图像子数据组中产生高能量的图像数据组，以从中确定骨骼概览图像数据组。
低能量的和相对于低能量的图像数据组来说高能量的图像数据组的产生优选地借助分离地按照分别在采集时使用的X射线能量将分别作为基础的投影概览图像子数据组综合的计算方法进行。事先在优选利用在70kV和100kV之间的X射线管电压产生的第一X射线能量的情况下采集作为低能量的图像数据组的基础的第一投影概览图像子数据组。事先在优选利用在120kV和150kV之间的X射线管电压产生的第二X射线能量的情况下采集作为高能量的图像数据组的基础的第二投影概览图像子数据组。
优选地，按照本发明的用于确定骨骼概览图像数据组的方法包括低能量图像数据组和高能量图像数据组的相互配准，这必要时也包括位置校正的低能量图像数据组和/或位置校正的高能量图像数据组的产生。
在配准中，优选可以这样使得低能量和高能量的图像数据组一致，即，不同的图像点值尽可能与在检查对象的部分中相同的坐标点对应。图像数据组的对应或重叠可以借助在明确的参考点上的取向来进行，该参考点例如可以是确定的、检查对象的在两个图像数据组中可定位的解剖界标。检查对象的内部的和/或外部的结构的位置区别可以通过各个组成部分的或整个检查对象的运动引起并且以人或动物为例归因于在测量过程期间呼吸运动和由呼气运动引起的躯干运动。如果在低能量和高能量图像数据组之间的这样的位置区别的确定中产生配准过程，则按照本发明的方法将一个图像数据组借助移位的结构的位置校正与另一个匹配。匹配可以对低能量和/或对高能量图像数据组进行并且借助有关的计算方法进行。检查对象的不期望的运动影响的消除有利于精确分析测量数据和可靠确定骨骼矿物质密度值。
按照优选实施方式，除了按照本发明的方法的骨骼概览图像数据组，附加地从低能量图像数据组和从高能量图像数据组或从配准的、特别是位置配准的、低能量图像数据组和/或从配准的、特别是位置配准的、高能量图像数据组产生软组织概览图像数据组。
软组织概览图像数据组优选主要包括在拍摄部分中采集的、优选人或动物的检查对象的软组织（例如器官、肌肉、肌腱、血管）的轮廓、厚度和物质质量的信息。信息例如可以借助灰度值渐变和/或颜色编码显示并且由此对于操作者来说是可识别的。软组织概览图像数据组可以通过基于软组织图像数据的加权减影并且导致检查对象的骨骼结构的消除的图像处理方法产生。
替换地，为了计算软组织概览图像数据组，可以使用函数，该函数将高能量和低能量投影概览图像数据中的衰减与软组织的面密度值对应。
按照本发明的方法利用如下情况，即X射线的衰减遵循材料特定的和能量特定的模式。通过X射线的材料特定的衰减特性，可以实现材料分解和相应的定量的材料识别、探测和分析。材料分解的出发点是两个基础材料。基础材料在分解的开始被预先给出或者借助参考测量被确定。
按照本发明的用于确定检查对象的拍摄部分中的确定的分析区域的方法的步骤优选部分或全自动地进行。“全自动”的概念理解为通过计算机断层造影系统按照特定的程序自动处理定义的流程。但是在此程序流程包括对操作者的一个或多个确认询问。“部分自动”的限制意味着，程序流程的一个或多个中间步骤可以由操作者控制和/或改变。程序流程可以作为由计算机断层造影装置的计算单元运行的计算机程序产品实现。
程序流程优选地借助在数据库中存储的人和/或动物骨骼的、特别优选是大腿骨（Oberschenkelknochenhals）和/或腰椎和/或腕关节的定位片数据确定分析区域，其中骨骼模型对于单独的骨骼的宽的谱是代表性的。分析区域的确定在此按照存储的骨骼模型与产生的骨骼概览图像数据组的比较进行。
优选地，分析区域的确定在使用分割方法的条件下进行。分割方法可以多级地进行，例如按照以下两级：涉及整个在骨骼概览图像数据组中代表的检查对象的预分割步骤可以导致特定骨骼或骨架的特定区域，例如髋骨区域的定位。为了执行该第一分割程序模块例如可以按照专业人员公知的方式自动或通过经由图形用户界面的输入来设置“范围盒（Bounding-Box）”，其粗略包括了后面要选择的区域。涉及髋骨区域的第二分割步骤然后可以导致进一步限制并且例如将置于髋骨处的腰椎的前四个脊椎骨分离。例如被证明的“区域生长（region-growing）”方法适合于执行该第二分割程序模块，该区域生长方法将同性质的图像元素综合为区域并且由此可以产生特定骨骼部分的识别。描述的方法通过选择在其中可以确定尽可能有说服力的骨骼矿物质密度值的分析区域由此证明是特别有利的。通过如下，即，操作者不必或仅需稍微介入分割过程，本方法快速带来可靠的结果。
在在骨骼概览图像数据组中代表的、检查对象的部分的最小的分析区域的确定之后，在该分析区域中进行骨骼矿物质密度值的确定。
在最小的检查的分析区域中在此优选计算羟基磷灰石钙浓度的平均值。羟基磷灰石钙的含量对于操作者的图形显示例如可以通过灰度值渐变和/或通过与特定的测量值范围相关的颜色编码进行。
作为对于骨骼概览图像数据组的材料分解的结果，优选如上所述就可以直接确定骨密度值。在该情况中在分析区域中的骨密度可以借助校准函数或由校准系数来计算。
为此可以测量具有按照公知的浓度或密度的不同的材料的特殊的参考测量对象（校准体或校准模体）。
优选结合水含量的、具有定义的含量（例如每立方米液体200mg Ca-Ha）的羟基磷灰石钙的对象用作为参考测量对象。通过将借助分析程序产生的、在骨骼概览图像数据组的最小的分析区域中的灰度密度值换算为羟基磷灰石钙当量，可以实现借助校准模体校准CT系统。从校准模体的定位片扫描中得到的对于水和羟基磷灰石钙的灰度密度值为此形成换算基础。通过借助合适的算法的内插可以对每个在检查对象中确定的X射线衰减值计算以g Ca-Ha/cm2为单位的相应的骨骼矿物质密度值。
校准测量可以或者在定期的设备维护的范围内事先或者在CT拍摄期间进行。在后者情况下校准模体在患者的CT拍摄中被一起扫描。
第一和第二二维投影概览图像数据的采集和用于确定校准函数的、参考测量对象的第一和第二投影参考图像数据的采集优选在一个共同的测量遍历中进行。这可以通过如下进行，参考测量对象靠近在患者卧榻上的检查对象布置，使得其不被检查对象的部分遮蔽并且按照X射线的、与检查对象本身分别相同的强度被透射。
参考测量对象的按照本发明的应用保证了通过计算机断层造影装置的采集单元的直接校准特别精确地确定检查对象的骨骼矿物质密度值。只要按照三维方法借助校准模体进行原则上也可以的校准函数的确定，则必须相应地换算该值，因为在按照本发明的方法中骨骼矿物质密度值的计算基于二维投影概览图像数据进行。
优选地，按照本发明的方法包括在使用骨骼矿物质密度值的条件下确定骨骼矿物质密度参考值的步骤。骨骼矿物质密度参考值关于根据同种类的检查对象的统计学上有说服力的组而获得的骨骼矿物质密度平均值规定对检查对象确定的绝对骨骼矿物质密度值。如果检查对象是人，则优选可以关于检查对象的绝对骨骼矿物质密度值规定两个标准化的骨骼矿物质密度平均值。其一方面可以是健康的年轻正常人群的骨骼矿物质密度平均值，另一方面是其平均年龄与检查对象的年龄相当的正常人群的骨骼矿物质密度平均值。替换地或附加地也可以关于绝对骨骼矿物质密度值规定性别特定的平均值。在使用第一骨骼矿物质密度平均值的条件下计算的骨骼矿物质密度参考值可以例如是“T评分”（相应于WHO定义）。在使用第二骨骼矿物质密度平均值的条件下计算的骨骼矿物质密度参考值例如可以通过“Z评分”（相应于WHO定义）形成。该方法的特别的优点在于确定的绝对骨骼矿物质密度值的可比较性。如果在特定的容差之外的绝对骨骼矿物质密度值与第一和/或第二平均值有区别，则这可以是用于引入另外的处理的诱因。
优选地，按照本发明的方法包括输出检查对象的测量数据的报告的步骤。报告优选表示标准化的分析表格并且可以借助输出装置，例如在显示器上或作为打印的建议提供给操作者和/或为后面的使用而存储在存储器中。报告包括确定的骨骼矿物质密度值和骨骼矿物质密度参考值的至少一个说明。优选地其包括在骨骼概览图像数据组的图像中检查对象的最小的分析区域的标记，在所述分析区域中确定了骨骼矿物质密度值。标记例如可以借助颜色强调进行。附加地，也可以将软组织概览图像数据组的信息集成到骨骼概览图像数据组的图像中。此外报告还可以包括特殊的X射线投影参数。报告的输出提供对于操作者和可能的第二和第三操作者简单理解的结果协议的优点。
如所述的，原则上也可以的是，按照本发明的方法可以在不通过用户影响的情况下全自动地运行。但是优选地将选择的扫描协议传输给操作者以用于修改和/或用于确认，其中确认或修改信号由操作者通过与按照本发明的控制装置相连或集成在其中的用户界面输入。由此可以保证，长时间培训的操作人员的经验知识不被忽略掉并且可以实现选择的扫描协议的必要时的附加的细调，即，例如单个扫描协议参数的修改。特别在医学技术领域中此外需要的是，医学技术上培训的人员最终作出决定，利用特定的选择的扫描方法进行扫描。返回确认的可能性用于此。
附图说明
以下借助附图结合实施例再次详细解释本发明。在此在不同的附图中的相同的组件具有相同的附图标记。附图中：
图1示出了按照第一实施方式确定检查对象的骨骼矿物质密度值的流程图，
图2示出了按照第一实施方式确定检查对象的骨骼矿物质密度值的流程图，
图3示出了在按照图2的方法中用于获得低能量和高能量概览图像子数据组的示意性细节草图，
图4示出了概览图像子数据组被处理为低能量和高能量定位片的示意性细节草图，
图5示出了在采集低能量和高能量定位片之后骨骼密度分析的流程图，
图6示出了计算机断层造影系统的示意图。
具体实施方式
图1中在第一步骤1.I.将检查对象，此处是患者置于计算机断层造影系统的患者卧榻上，以便利用特定的认识兴趣进行检查对象的断层造影。在另一个步骤1.II.中对整个检查对象产生第一定位片，即，二维概览照片，其中作为第一定位片的基础的第一投影概览图像数据PU1利用大约80kV的第一X射线能量获得。从第一定位片中例如可以推导出检查对象的位置、大小或特征。借助CT系统建立定位片通常本来就按照标准是CT扫描的部分，从而该方法步骤在执行计算机断层造影拍摄之前不意味着附加开销。在另一个步骤1.III.中询问，在初始的认识兴趣的扩展中是否应当进行检查对象的骨密度分析。在赞成（分支“是”）骨密度分析的决定时在另一个步骤1.IV.中在相同的拍摄部分产生检查对象的第二定位片。因为以第二投影概览图像数据PU2形式的第二定位片利用大约140kV的第二X射线能量获得并且使得可以结合第一定位片进行骨骼矿物质密度值KD的后面的确定。在赞成或反对（分支“否”）骨密度分析的决定时在另一个步骤1.V.中进行检查对象的规划的CT扫描。
在该步骤1.V.之后开始采集的CT和定位片测量数据的处理过程（后处理），该处理过程在CT系统的或外部的、连接到CT系统的计算装置的信息处理单元中进行。当事先在描述的顺序的方法中产生了双能量定位片，即，两个先后跟随的利用两个不同的X射线能量产生的X射线概览图像时，关于骨密度分析的执行的另一个询问形成另一个步骤1.VI.。在反对执行骨密度分析的决定时（分支“否”）在另一个步骤1.VIII.B.中仅分析检查对象的在CT扫描期间采集的截面图像数据并且输出到操作者。在赞成骨密度分析的决定时在另一个步骤1.VII.中确定骨骼矿物质密度值KD和其他的、从中导出的骨骼矿物质密度参考值KDB（例如T评分、Z评分）。然后在步骤1.VIII.B.的替换步骤1.VIII.A.中将在CT扫描期间采集的和分析的截面图像数据结合骨密度分析数据输出给操作者。从两个单独的定位片采集（即在分离的测量遍历中）产生的顺序的双能量定位片特别地适合于人的四肢，诸如大腿骨或腕关节的测量，因为其图像质量几乎不受受检者的几乎不可避免的呼吸运动影响。
图2示出了一种方法变形，其在各个步骤中与在图1中示出的过程相同。特别地在第一和必要时的第二定位片和CT截面图照片的采集之后进行的、处理方法（后处理）的所有步骤2.V.，2.VI.，2.VII.A.，2.VII.B.相同。在图2中示出的流程与按照图1的流程主要区别在于，关于检查对象的骨密度分析的执行的询问在步骤2.II.中在执行第一规划定位片之前就必须进行。在赞成骨密度分析的决定的情况下（分支“是”）在子步骤2.III.A1中拍摄同时的双能量定位片，其借助在第一（80kV）和第二（140kV）X射线能量之间的高频交替切换对应地在唯一一个测量遍历期间交替地包括第一T11，T21，...，TN1和第二T12，T22，...，TN2投影概览图像子数据组或单图像片段。
子步骤2.III.A1可以包括利用两个不同的X射线能量对通过例如在测量过程期间在检查对象旁边位于患者卧榻上而与检查对象一起同时被扫描的校准模体采集第一和第二投影参考图像数据的步骤。第一和第二投影参考图像数据可以在该情况中也共同地利用第一T11，T21，...，TN1和第二T12，T22，...，TN2投影概览图像子数据组在分别一个文件中记录。由于校准模体的定义的材料组成和X射线衰减特征，第一和第二投影参考图像数据用作对于骨骼矿物质密度值的后面的计算的参考值。
通过单图像片段的插值，可以在另一个步骤2.III.A2中从第一投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1中计算低能量图像数据组BDL和从第二投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2中计算相对来说高能量的图像数据组BDH。在投影概览图像子数据组的配准过程中执行运动校正的情况下在此可以产生位置校正的低能量图像数据组BDKL和位置校正的高能量图像数据组BDKH。其这样产生，与在图1中示出的过程不同，同时采集的“双能量定位片”（包括对于两个X射线能量的单定位片）既可以用作对于CT扫描2.IV.的规划定位片也可以用作对于后面的对检查对象的骨密度分析2.VI.。与单能量规划定位片比较，同时采集的双能量定位片的该产生不会导致附加的时间开销。对于患者的射线负担同样不提高或大多是微小的。在图2中示出的方法在特别的程度上适合于确定人的腰椎的椎体中的骨骼矿物质密度值，因为在两个X射线能量之间的快速切换将在两个拍摄期间或之间由于肠或呼吸或其他的患者运动引起的在脊柱的范围中的运动伪影最小化。
图3示意性示出按照在图2中描述的方法的定位片拍摄的产生。X射线源在第一R1和第二R2X射线能量之间的快速切换（例如0.5毫秒的时间间隔：快速kVp切换）结合在运动方向Z上患者卧榻的恒定运动进行。切换频率和运动速度的合适的比导致，CT系统的通常包括多行构造的传感器面积的探测器装置，始终采集多个包含了检查对象的相同子面积的投影图像数据的投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1，T12，T22，...，TN2。这一点既对于在低的第一X射线能量情况下拍摄的投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1，也对于在比第一X射线能量高的第二X射线能量情况下获得的投影概览图像子数据T12，T22，...，TN2组成立。在此示意性示出的、在利用相同的和/或不同的X射线能量对检查对象的测量中的投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1，T12，T22，...，TN2的重叠或者说嵌套提供如下可能性，即，通过形成单个采集的投影概览图像数据组T11，T21，...，TN1，T12，T22，...，TN2的平均值和/或通过选择分别最好的子数据组T11，T21，...，TN1，T12，T22，...，TN2，可以产生检查对象的精确的图像。
图4示出跟随在图3中示出的方法之后的方法。利用第一X射线能量R1采集的投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1和利用第二X射线能量R2采集的投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2相应地通过插值方法I或合适的算法单独地在低能量图像数据组BDL（定位片）和相对来说高能量的图像数据组BDH（定位片）中被进一步处理或综合。插值方法I在此包括关于检查对象的、根据既在第一T11也在第二T12投影概览图像子数据组中的重叠的测量面积成像的子表面进行平均和/或选择的步骤。可以这样进行选择，使得插值方法I的程序自动地识别和选择子表面的两个图像中质量更好的一个以及馈入到后面的图像处理过程。平均表示与具有以相同的子表面的投影图像数据的形式的交集的两个投影概览图像子数据组T11、T12比较来形成平均值。平均值可以代替初始采集的投影图像数据并且被馈入到后面的图像处理过程。
图5示出了在利用第一和第二X射线能量采集单图像片段或投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1，T12，T22，...，TN2之后的后处理过程，目的是确定检查对象或者说患者的骨骼矿物质密度值KD。在第一子步骤5.I.A.中从利用80kV的第一X射线能量产生的第一投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1计算低能量图像数据组BDL并且在跟随的子步骤5.I.B.中从利用140kV的第二X射线能量产生的投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2计算高能量图像数据组BDH。特别地在执行（如图2中描述的）顺序双能量定位片的情况下第一5.I.A.和/或第二5.I.B.子步骤可以包括用于消除运动伪影的运动校正的中间步骤。在该情况中产生位置校正的低能量图像数据组BDKL和位置校正的高能量图像数据组BDKH，其被馈入到进一步的图像处理过程中。然后是专业人员公知的材料分解步骤5.II.。其基于如下情况：不同密度的材料具有衰减系数与施加的X射线能量的依赖关系特征性曲线。通过材料分解可以在成像时考虑身体的、特别是器官组织的或置于其中的结构的吸收特征。基于在人和动物骨骼中的相对高的钙浓度根据钙的X射线衰减值获得骨骼概览图像数据组KU。在此可以借助二维函数将在高和低能量投影概览图像数据中的测量的衰减直接与骨骼概览图像数据组KU中的面密度值对应。
材料分解得到检查对象的骨骼概览图像数据组KU5.III.A.的和软组织概览图像数据组WU5.III.B.的产生。
跟随的方法步骤5.IV.，5.V.，5.VI.，5.VIII.然后仅涉及骨骼概览图像数据组KU。首先进行骨骼概览图像数据组KU的一级或多级分割5.IV.，以便确定用于确定骨骼矿物质密度值KD的分析区域WW，WE的数量。第一、更宽的分析区域WW例如可以包括可以粗略通过范围盒来规定的患者的整个骨盆区域（参见图6）。然后可以在宽的分析区域WW内部分割窄的分析区域WE。其在此优选包括腰椎的前四个椎体和/或一个或两个大腿骨。附加地，还可以分割一个或两个腕关节，作为窄的分析区域WE或其部分。
分析区域的选择之后跟随具有分割的分析区域WE5.V.的骨骼概览图像数据组KU的提供。在另一个步骤5.VI.中为了确定骨骼矿物质密度值KD进行在分割的分析区域WE上骨骼矿物质密度值KD的平均。如果在材料分解的情况下对于骨骼概览图像数据组KU不是已经确定了骨骼矿物质密度值KD，则在此进行在使用借助校准模体（参见图2）事先确定的校准函数KF的条件下图像数据平均值到以每平方厘米液体的羟基磷灰石钙为单位的物理密度值的换算。
然后在此基础上确定骨骼矿物质密度参考值KDB（T评分、Z评分）。在最后的步骤5.VII.中建立包含具有分割的分析区域WW，WE的至少一个骨骼概览图像数据组KU的报告、绝对骨骼矿物质密度值KD以及相对骨骼矿物质密度值或以T评分和Z评分形式的骨骼矿物质密度参考值KDB。
在图6中示出了计算机断层造影系统1的扫描器14。其与形成CT系统1的组成部分的电子控制系统25相连。扫描器14主要包括作为检查对象支撑单元的患者卧榻23和测量空间12，围绕所述测量空间环形地布置了在扫描器壳体中可旋转放置的、具有X射线源2和与X射线源2相对布置的探测器装置3的机架（未示出）。在CT系统1的运行中从X射线源2发出的X射线扇形或X射线锥形束在探测器装置3的方向上通过测量空间12延伸。但是在定位片扫描时旋转的X射线源2和探测器装置3不是围绕测量空间旋转，而是分别处于固定的角度位置，以便产生身体17的正面投影，所述角度位置在X射线源2的情况下表示在患者卧榻23上方12点钟位置并且在探测器装置3的情况下表示在患者卧榻23下方6点钟位置。
患者卧榻23在此可以被移入测量空间12中，替换地也可以将扫描器14连同其壳体在患者卧榻23的方向上移动。在患者卧榻23上作为检查对象放置了患者的身体17以及作为参考测量对象放置了校准模体19。拍摄部分A在此包括整个X射线投影图像或身体17的和校准模体19的透视图，其在测量过程中由X射线源2的X射线照射并且由探测器装置测量。但是原则上拍摄部分A也可以仅包括身体的片段，例如仅包括下身。宽的分析区域WW形成拍摄部分A的子区域。在宽的分析区域WW内部在此身体17的两个组成部分作为窄的分析区域WE定义：腰椎15a和大腿骨15b。
为了借助CT系统1执行断层造影扫描使用控制系统25。其包括输入输出接口27，29，31，33，35，37，通过所述输入输出接口输出控制数据SD1，SD2，SD3或接收测量数据。测量数据包括在身体17的同时或顺序的双能量定位片的情况下采集的第一投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1和第二投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2。此外测量数据包括在校准模体19的同时或顺序的双能量定位片的情况下采集的第一投影参考图像数据PR1和第二投影参考图像数据PR2。
控制系统25还包括中央的、在处理器上布置的按照本发明的控制装置10和与之相连的扫描协议存储器41。控制装置10产生用于控制CT系统1的控制数据SD1，SD2，SD3。经由输出接口31将控制数据SD1发送到探测器装置3的控制器。从探测器装置3，第一投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1和第二投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2和第一投影参考图像数据PR1和第二投影参考图像数据PR2经由输入接口27到达控制装置10中。其还产生控制数据SD2，其经由输出接口29被进一步传输到X射线源2用于它的控制。其他控制数据SD3经由输出接口到达检查对象支撑单元23，由此例如控制其进给。
控制装置10包括图像产生单元21、骨骼概览图确定单元51、分析区域确定单元53以及矿物质密度值确定单元55。
图像产生单元21从第一投影概览图像子数据组T11，T21，...，TN1中产生低能量图像数据组BDL并且从第二投影概览图像子数据组T12，T22，...，TN2中产生高能量图像数据组BDH。其具有配准功能，特别是执行低能量图像数据组BDL和高能量图像数据组BDH的位置校正的功能。
骨骼概览图确定单元51如上所述从低能量图像数据组BDL和高能量图像数据组BDH（必要时位置校正的）产生骨骼概览图像数据组KU并且优选附加地还产生软组织概览图像数据组WU。
分析区域确定单元53如上所述在骨骼概览图像数据组KU中确定宽的分析区域WW并在宽的分析区域WW内部确定窄的分析区域WE。
矿物质密度值确定单元55对于分割的骨骼概览图像数据组KU的窄的分析区域WE计算骨骼矿物质密度值KD和骨骼矿物质密度参考值KDB（T评分、Z评分）。
控制装置10经由第一输出接口35与终端43相连。由此可以在与操作者的交互中输入和输出选择和控制信息。
第二输出接口37与大容量存储器47和放射信息和成像系统49所连接到的总线45相关联。经由输出接口37例如可以进一步传输图像数据、图像处理命令和其他信息，所述信息应当被传输到后处理、存储或传输到其他图像数据用户。它们是由控制装置10或由其子单元计算的数据，即，低能量图像数据组BDL、高能量图像数据组BDH、位置校正的低能量图像数据组BDKL、位置校正的高能量图像数据组BDKH、骨骼概览图像数据组KU、软组织概览图像数据组WU、骨骼矿物质密度值KD、骨骼矿物质密度参考值KDB和校准函数KF。放射信息和成像系统49由此可以执行图像产生单元21、骨骼概览图确定单元51、分析区域确定单元53和矿物质密度值确定单元55的（部分）功能。例如其可以执行在宽的分析区域WW和窄的分析区域WE的定位中存在的并且对于骨骼矿物质密度值KD和骨骼矿物质密度参考值KDB的确定是必须的分割方法。在按照本发明的方法的不同的中间步骤中可以将数据组在大容量存储器47中中间存储并且然后重新通过数据处理单元传输到处理链。
在图6中仅示出CT系统1的选择的、为了解释本发明特别合适的组件和其中包含的控制系统25。当然两个设备还包括多个其他功能组件。
此外最后再次指出，前面详细描述的方法以及示出的装置仅仅是实施例，其可以由专业人员以不同方式修改，而不脱离本发明的范围。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除涉及的特征也可以多重存在。同样“单元”的概念也不排除其由必要时也可以是空间上分布的、多个共同作用的子组件组成。
Claims (15)
1.一种用于借助计算机断层造影系统（1）确定检查对象（17）的骨骼矿物质密度值（KD）的方法，具有以下步骤：
-在拍摄部分（A）中利用第一X射线能量（R1）采集检查对象（17）的第一二维投影概览图像数据（PU1），
-在拍摄部分（A）中利用至少一个与第一X射线能量（R1）不同的第二X射线能量（R2）采集检查对象（17）的至少第二二维投影概览图像数据（PU2），
-在使用第一投影概览图像数据（PU1）和第二投影概览图像数据（PU2）的条件下确定骨骼概览图像数据组（KU），
-在使用骨骼概览图像数据组（KU）的条件下确定拍摄部分（A）的至少一个确定的分析区域（WW，WE）。
-在使用确定的分析区域（WW，WE）中的骨骼概览图像数据组（KU）的图像数据的条件下对于拍摄部分（A）的确定的分析区域（WW，WE）确定骨骼矿物质密度值（KD）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一（PU1）和第二（PU2）投影概览图像数据的采集步骤包括以下步骤：
-相对于计算机断层造影系统（1）的测量空间（M）移动检查对象（17），
-将X射线源（2）在第一X射线能量（R1）和第二X射线能量（R2）之间切换，
-对拍摄部分（A）中的检查对象（17）利用第一X射线能量（R1）采集第一投影概览图像子数据组（T11，T21，...，TN1）和利用第二X射线能量（R2）采集第二投影概览图像子数据组（T12，T22，...，TN2）。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一投影概览图像子数据组（T11，T21，...，TN1）和第二投影概览图像子数据组（T12，T22，...，TN2）的采集借助在第一X射线能量（R1）和第二X射线能量（R2）之间的交替切换进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在第一X射线能量（R1）和第二X射线能量（R2）之间按照如下频率切换，使得在检查对象（17）相对于测量空间（M）运动时在相同的第一（R1）或第二（R2）X射线能量的情况下采集的、第一投影概览图像子数据组（例如T11或T12）和紧接着采集的第二投影概览图像子数据组（例如T21或T22）包括检查对象（17）的相同的子区域的投影概览图像数据。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，包括从利用第一X射线能量（R1）采集的投影概览图像子数据组中产生低能量的图像数据组（BDL）并且从利用第二X射线能量（R2）采集的投影概览图像子数据组（T12，T22，...，TN2）中产生高能量的图像数据组（BDH），以确定骨骼概览图像数据组（KU）的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，为了确定骨骼概览图像数据组（KU），将低能量的图像数据组（BDL）和高能量的图像数据组（BDH）相互配准，必要时以产生位置校正的低能量图像数据组（BDKL）和/或位置校正的高能量图像数据组（BDKH）。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，除了骨骼概览图像数据组（KU），附加地从低能量图像数据组（BDL）和高能量图像数据组（BDH）或从配准的低能量图像数据组（BDKL）和/或配准的高能量图像数据组（BDKH）产生软组织概览图像数据组（WU）。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定的分析区域（W）的确定步骤部分自动或全自动地进行。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在确定的分析区域（WW，WE）中的骨骼矿物质密度值（KD）的确定步骤在使用校准函数（KF）的条件下进行。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，作为材料分解的结果，在骨骼概览图像数据组（KU）中直接确定骨密度值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，第一（PU1）和第二（PU2）二维投影概览图像数据的采集和用于确定校准函数的、参考测量对象（19）的第一（PR1）和第二（PR2）投影参考图像数据的采集在一个共同的测量遍历中进行。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括在使用骨骼矿物质密度值（KD）的条件下确定骨骼矿物质密度参考值（KB）的步骤。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括输出检查对象的测量数据的报告的步骤。
14.一种计算机断层造影系统（1），具有
-采集单元（2，3），用于在拍摄部分（A）中利用第一（R1）和第二（R2）X射线能量采集检查对象（17）的第一（PU1）和第二（PU2）二维投影概览图像数据，其中第二（R2）X射线能量与第一（R1）X射线能量不同，
-骨骼概览确定单元（51），用于在使用第一投影概览图像数据（PU1）和第二投影概览图像数据（PU2）的条件下确定骨骼概览图像数据组（KU），
-分析区域确定单元（53），用于在使用骨骼概览图像数据组（KU）的条件下确定拍摄部分（A）的至少一个确定的分析区域（WW，WE），
-矿物质密度值确定单元（55），用于在使用确定的分析区域（WW，WE）中的骨骼概览图像数据组（KU）的图像数据的条件下对于拍摄部分（A）的确定的分析区域（WW，WE）确定骨骼矿物质密度值（KD）。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品可以直接加载到可编程控制装置的和/或图像产生单元的处理器中，具有程序代码资源，用于当程序产品在控制装置上和/或图像产生单元上运行时执行按照权利要求1至12中任一项所述的方法的所有步骤。
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