CN103860185A - 多能量图像的确定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助X射线设备确定多能量图像的方法，该X射线设备包括X射线源以及X射线探测器。所述方法包括各个步骤的时间顺序。首先，利用第一能量拍摄对象区域的造影剂支持的第一图像。然后，利用第二能量拍摄对象区域的造影剂支持的第二图像。现在，利用第一能量进行对象区域的造影剂支持的第三图像的第三拍摄。在考虑第一和第三图像之间的造影剂信号的时间上的变化的情况下，最终借助三个拍摄确定多能量图像。因为在不同能量下，以顺序拍摄对象区域的方式进行了图像数据的拍摄，所以避免了在每次拍摄对象区域期间切换能量，由此可以特别简单并可靠地实施该方法。

Description

多能量图像的确定

技术领域

本发明涉及一种用于借助X射线设备确定多能量图像的方法。

背景技术

X射线拍摄的特性主要由用于照射拍摄对象的X射线辐射的频谱或能量来确定。因为根据X射线辐射的频谱或能量，不同物质散射和吸收X射线辐射的性能有所不同。因此可以通过利用不同的X射线辐射频谱或能量来照射拍摄对象，从而推断出拍摄对象的物质组成。利用不同的X射线辐射频谱或能量来照射拍摄对象特别是被用于医学成像，并且也被称为“双能量”方法。例如可以通过这种方法识别人体中的骨或其它组织，并且扩展了评估造影剂支持的图像的可能性。现代医学设备例如计算机断层造影仪实现了仅利用一个X射线管作为X射线源的双能量方法。在此，通常利用所谓的“千伏切换（kV-Switching）”使X射线管的电压直到以每秒几百次地在两个值之间切换，其中，一个电压值分别决定X射线的一个特定频谱或一个特定的能量。在断层造影拍摄中这样实施“千伏切换”，使得电压在两次投影的拍摄之间变化。在“千伏切换”时，即在X射线管一次旋转期间，以第一电压拍摄大量投影，并且以第二电压拍摄大量投影。因为应用的剂量也要随着X射线管的电压改变，所以必须额外调节X射线管的电流和/或每个X射线投影的曝光时间。由此对现代双能量方法有技术上的高要求。

DE 10 2004 051 820 A1中公开了一种用于为断层造影设备产生多能量图像的方法。该断层造影设备具有用于采集对象区域的投影的拍摄系统，其中，拍摄系统包括X射线辐射器，后者通过其电压、电流和预定X射线剂量的曝光时间来产生X射线辐射。在用于产生高能量投影的第一电压值和用于产生低能量投影的、与其不同的第二电压值之间相互地调节电压。另外，在与第一电压值对应的第一调节值和与第二电压值对应的、与其不同的第二调节值之间调节另一个调节量。在此，根据第一电压值进行第一调节值的调节，并且根据第二电压值进行第二调节值的调节，使得各自产生的X射线辐射基本上具有相同的X射线剂量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，基于造影剂支持的拍摄，借助仅利用唯一一个X射线源的X射线设备，以简单并可靠的方式实现多能量图像的确定。另外，这样的拍摄应当给成像区域仅带来小的剂量负担。

以下关于要求保护的装置和关于要求保护的方法来描述上述技术问题的根据本发明的解决方案。在此提到的特征、优点或替代的实施方式也可以被转用到其它要求保护的产品，反之亦然。换言之，也可以利用联系方法所描述的或要求保护的特征来扩展例如针对装置的产品权利要求。在此，通过相应的产品模块来构造相应的方法的功能特征。

利用特定能量的拍摄在本申请中是指，使X射线辐射频谱朝着各自的能量改变。在“低能量”下的拍摄意味着，即相比在“高能量”下，其用于拍摄而发射的X射线辐射的光子以更高的概率具有更低的能量。因此，例如更高的X射线管的电压导致X射线辐射的更高的能量。

在本申请中，拍摄既可以指拍摄单独一个X射线投影，也可以指拍摄从多个X射线投影中重建的X射线图像。图像在以下是指以从各个X射线投影中重建的X射线图像形式的X射线图像。在此，图像尤其可以是空间三维的图像，也可以是截面图像。一个图像的拍摄因此包括多个X射线投影的拍摄。

多能量图像是由以不同的X射线辐射频谱或能量拍摄的投影所重建的X射线图像。因此，多能量图像可以是根据两个图像确定的图像，其中，这两个图像分别是以不同的X射线辐射频谱或能量拍摄的。

另外，第一（或第二或第三）图像在以下是指，该图像在拍摄图像的时间顺序内首先（或作为第二个或作为第三个）被拍摄。相应地适用于第一（或第二或第三）拍摄。因此，拍摄第一图像的时间点位于拍摄第二图像的时间点之前，而拍摄第二图像的时间点又位于拍摄第三图像的时间点之前。另外适用的是，时间点是指有限的时间段。在本申请的语境下，时间点包括为拍摄图像而典型的时间段，该时间段位于毫秒至秒的范围内。

本发明涉及一种借助X射线设备用于确定多能量图像的方法，该X射线设备包括X射线源以及X射线探测器。所述方法包括了各个步骤的时间顺序。首先，利用第一能量拍摄对象区域的造影剂支持的第一图像。然后，利用第二能量拍摄对象区域的造影剂支持的第二图像。现在，利用第一能量进行对象区域的造影剂支持的第三图像的第三拍摄。在考虑造影剂信号在第一和第三图像之间的时间上的变化的情况下，最后借助三个拍摄确定多能量图像。因为图像数据的拍摄是在不同的能量下以顺序地拍摄对象区域的方式进行的，所以避免了“千伏切换”，由此可以特别简单并且可靠地实施该方法。在计算多能量图像而没有修正的情况下，在不同拍摄的各个时间点的不同的造影剂浓度导致伪影。通过考虑在以第一能量的两个拍摄之间造影剂信号的时间上的变化，可以避免这样的伪影。在三个时间上互相连续的拍摄的具体情况下，这样互相计算分别以第一能量拍摄的第一和第三图像，使得能够确定与第二拍摄的时间点相匹配的造影剂信号，其中，该造影剂信号对应于在第一能量下的拍摄。

根据本发明的方法的另一方面包括：X射线源是X射线管，并且通过X射线管的电压来调节第一以及第二能量。通过X射线管的电压能够特别简单地调节由X射线管发射的X射线辐射的X射线频谱或能量，因为在X射线管的电压和由其发射的X射线辐射的能量之间存在直接的联系。

根据本发明的方法的另一方面包括：借助滤波器调节第一和第二能量，从而可以为拍摄而特别简单地调节能量。因为滤波器通过吸收来控制X射线辐射的能量，所以无需或仅需要对X射线管实施特别简单的控制。

根据本发明的方法的另一方面包括：第一和第三拍摄共同具有与第二拍摄相同的应用剂量。由此在两个能量下的图像信息的质量在如下意义上可以进行比较，使得可以特别简单并可靠地实施进一步的图像处理。图像信息的质量特别可以是信噪比或空间分辨率。

根据本发明的方法的另一方面包括：在第一和第二拍摄之间以及在第二和第三拍摄之间的时间间隔相等。

根据本发明的方法的另一方面包括：多能量图像的确定包括第一及第三图像的平均。因为第一及第三图像的平均得到了与在拍摄第一及第三图像的时间点之间的时间中点相对应的图像。因此可以比较平均的图像和第二图像，只要造影剂信号分别对应在相同时间点的拍摄。

根据本发明的方法的另一方面包括：多能量图像的重建包括三个图像互相的配准，由此可以补偿在各个拍摄之间或期间的对象区域或拍摄对象的运动。

根据本发明的方法的另一方面包括：在拍摄图像期间，根据拍摄对象的X射线吸收特性来调制X射线辐射的强度。这样的调制也作为剂量调制而公知。由此使根据本发明的方法特别有效率，因为总是应用了为达到一定X射线投影质量而所需的强度。

根据本发明的方法还包括：三个图像以及多能量图像分别是从单个的X射线投影中重建的空间三维图像。由此也可以将根据本发明的方法的所述优点转用到空间三维图像。这特别是对于医学诊断具有意义。

根据本发明的方法还包括：第一能量小于第二能量。

本发明还包括一种计算机程序产品，其可以直接加载到可编程计算机的处理器中，具有程序代码资源，以便当在计算机上运行该程序产品时，实施根据本发明的方法。由此可以快速、一致地重复并且可靠地实施所述方法。

本发明还包括一种X射线设备，其包括X射线源以及X射线探测器，被设计用于实施具有所述优点的根据本发明的方法。

本发明还包括一种X射线设备，其中，X射线源和X射线探测器可以旋转以及沿着纵轴移动。由此可以特别简单地拍摄空间三维图像以及实施根据角度的强度调制。

附图说明

附图示出了：

图1以计算机断层造影仪形式示出了一种根据本发明的X射线设备；

图2示出了根据本发明方法的流程图。

具体实施方式

图1以计算机断层造影仪形式示出了一种根据本发明的X射线设备1。根据本发明的X射线设备1例如可以是用于旋转血管造影的C形臂设备。这里所示出的计算机断层造影仪具有拍摄单元，包括X射线发射器9以及X射线探测器9。拍摄单元在拍摄期间围绕纵轴5旋转，并且X射线发射器8在拍摄期间发射扇形X射线2。在此示出的例子中，X射线发射器8是X射线管。在此示出的例子中，X射线探测器9是具有多行的行探测器。X射线探测器9也可以被构造成面探测器。X射线探测器9通常被构造成闪烁计数器，后者借助闪烁体将高能X射线光子转变成光学频谱中的低能光子，并且随后借助光电二极管来探测。替选地，也可以将X射线探测器9构造成直接转换的探测器，其借助半导体材料，直接通过内部的光致激发，在充分利用光电原理的条件下，将高能X射线光子转变成电学信号流。

在拍摄图像时，在这里所示的例子中表示拍摄对象的患者3位于患者卧榻6上。患者卧榻6与卧榻基座4相连，使得该卧榻基座支撑带有患者3的患者卧榻6。患者卧榻6被设计为，使患者3沿着拍摄方向穿过拍摄单元的开口10移动。通常通过纵轴5给出拍摄方向，拍摄单元在拍摄时围绕该纵轴旋转。但是，例如通过将拍摄单元构造为可倾斜的机架的一部分，纵轴5也可以是相对于拍摄方向倾斜的，在拍摄期间沿该拍摄方向移动患者3。

在行探测器的情况下取决于行的数量的、X射线探测器9沿着纵轴5的伸展，和待拍摄的对象区域的尺寸主要决定了，在拍摄图像期间，患者卧榻6的进给是多大。在特别伸展的X射线探测器9和与之相比相对少伸展的对象区域的情况下，可以不使患者卧榻6进给而进行拍摄。在医学语境下，对象区域通常是指器官或身体区域，即例如是血管、心脏、肾或肝。

在拍摄时，扇形X射线2的X射线通过拍摄对象被减弱，并且由X射线探测器9进行探测，从而产生各个被拍摄的对象区域的X射线投影。通过旋转拍摄单元从不同的方向或角度拍摄X射线投影，这些X射线投影可以被重建成高分辨的空间三维图像。在这个意义上，例如在断层造影的拍摄方法范围内单个X射线投影的拍摄也是指图像的拍摄。

计算机12与输出单元11以及输入单元7相连。输出单元11例如是一个（或多个）LCD、等离子体或OLED屏幕。在输出单元11上的输出例如包括图形用户界面，用于手动输入患者数据以及用于操作X射线设备1的各个单元，并且用于输入和选择拍摄参数。输入单元7例如是键盘、鼠标、所谓的触屏或用于语音输入的麦克风。

本发明还包括一种计算机程序产品，其可以直接被加载到可编程计算机12的处理器中，具有程序代码资源，用于当在计算机12中执行该计算机程序时，执行在图2中详细描述的根据本发明的方法。这样配置计算机程序产品，使其借助计算机12可以执行根据本发明的方法步骤。在此，计算机12必须分别具有以下前提，例如具有合适的工作存储器、合适的显示卡或合适的逻辑单元，从而可以有效率地执行各个方法步骤。计算机程序产品例如被存储在计算机可读的媒介13上，或者被存储在网络或服务器上，从那里可以将该计算机程序产品加载到本地计算机12的处理器中，该本地计算机与X射线设备1直接相连或者被构造成X射线设备1的一部分。

图2示出了根据本发明的方法的流程图。本发明涉及拍摄造影剂支持的图像。通常将这样的物质定义为造影剂，其在成像方法中改善了对身体结构和功能的显示。因此，在没有造影剂支持拍摄的X射线图像中通常看不到血管。如果例如注射含碘的溶剂作为造影剂，则溶剂到达的血管造成X射线阴影并使其可见。造影剂通常不同于所谓的示踪剂。在此涉及的是人造的、通常放射性标记的身体自身的或身体外部的物质，其在注入活体后参与新陈代谢，并且由此实现或简化不同的检查。在本申请的范围内，造影剂既可以被理解为常规的造影剂，也可以被理解为示踪剂。

在不同能量下拍摄相同的对象区域能够推断出对象区域的物质组成。例如可以通过双能量方法互相区分不同的组织类型。这特别适用于使用了造影剂的情况。因此，双能量方法例如能够实现碘和骨的分离，或者识别在血管上和心脏上的斑块（Plaques）。在这样的方法下，通常将以两个不同能量进行的两个不同拍摄下探测的信号进行比较，例如以豪斯菲尔德单位（HU）。

利用不同能量的拍摄可以以不同的方式实现。利用两个X射线源8以及两个X射线探测器9的拍摄是浪费和昂贵的。在拍摄期间在两个能量之间快速切换，由此可以在不同能量下重建两个图像，这对技术要求非常高。

在顺序拍摄方法中，首先以第一能量完整地拍摄对象区域，然后以第二能量重新完整地拍摄。顺序拍摄方法的优点在于技术上容易实现。因此，在以不同的能量的顺序拍摄方法中，例如仅需要一个X射线源8和一个X射线探测器9。在利用不同能量的造影剂支持的图像的常规的顺序拍摄方法中的问题在于，实际的造影剂浓度和由此的造影剂信号在不同拍摄之间可能改变。由此在确定多能量图像时可能产生伪影。当应当观察不同阶段的造影剂流入时，这是特别重要的。因此，对于诊断方法高度重要的是，不会由于在两个拍摄之间造影剂信号的改变而产生伪影。

本发明具备顺序拍摄方法的优点，并同时避开了它的问题。这里描述的方法能够实现以特别简单并可靠的方式来确定造影剂支持的多能量图像。该方法包括了各个步骤的时间顺序。首先，在步骤A1中，利用第一能量拍摄对象区域的造影剂支持的第一图像。然后，在步骤A2中，利用第二能量拍摄对象区域的造影剂支持的第二图像。现在，在步骤A3中，利用第一能量进行对象区域的造影剂支持的第三图像的第三拍摄。在考虑第一和第三图像之间的造影剂信号的时间上的变化的情况下，最后在步骤E中借助三个拍摄确定多能量图像。多能量图像例如是虚拟的原生图像。在本发明中，主要是通过如下来考虑在第一和第三拍摄之间的造影剂信号的时间上的变化，即，确定与在第二拍摄的时间点利用第一能量的拍摄相对应的造影剂信号。与在第二拍摄的时间点利用第一能量的拍摄相对应的造影剂信号的确定典型地基于图像地，即以HU值地进行。由此知道了针对特定的时间点在两个能量下的造影剂信号。然后，可以将用于计算双能量图像的常用方法应用到所拍摄的具有新确定的造影剂信号的图像中。

拍摄例如是断层造影的螺旋扫描，其中，在拍摄对象区域的单个的X射线投影期间连续地进行台面进给。拍摄也可以是断层造影的轴向扫描，其中，在不同角度而没有台面进给的情况下拍摄X射线投影。在轴向扫描较大的对象区域时，台面在拍摄X射线投影组期间运动，其中，从每个X射线投影组中可以重建出一个空间三维图像。

在本发明的一种实施方式中，X射线源8是X射线管，其中，通过X射线管的电压来调节第一及第二能量。通过X射线管的电压能够特别简单地调节由X射线管发射的X射线辐射的X射线频谱或能量，因为在X射线管的电压和由其发射的X射线辐射的能量之间存在直接联系。对于低能量典型的电压值是80kV，而对于高能量是140kV。另外，也可以通过X射线管的电流来调节能量。

在本发明的一种实施方式中，借助滤波器来调节第一和第二能量，从而可以为拍摄特别简单地调节能量。因为滤波器通过吸收来控制X射线辐射的能量，所以无需或仅需要对X射线管实施特别简单的控制。通常将这样的滤波器直接安装在扇形X射线2从X射线源8出来之后。在计算机断层造影仪的情况下，这样的滤波器作为拍摄单元的一部分，与X射线源8一起旋转。

在本发明的一种实施方式中，第一和第三拍摄共同具有与第二拍摄相同的应用剂量。在本发明中，剂量被理解为能量剂量，即每千克重量的拍摄对象吸收的辐射能量，对于这样定义的剂量使用单位戈瑞（Gray）。因为在三个拍摄中分别照射了相同的对象区域，可以通过光子流，即在特定的能量区间内的光子数量，来简单地控制应用剂量。光子流又通过X射线辐射强度和照射持续时间来控制。通过相同的应用剂量，可以在如下意义上比较在两个能量下的图像信息的质量，使得可以特别简单并可靠地实施进一步的图像处理。

在本发明的一种实施方式中，第一能量低于第二能量。因为，在本方法的范围内，在第一或第二能量下对于拍摄的应用剂量应当相同，并且因为在更高的电压下提高了X射线管的强度，所以低能量的剂量部分划分到两个拍摄是有意义的。以低能量的两个拍摄的剂量可以在以更高能量以及以相对短的拍摄持续时间的仅一个拍摄期间被应用。

在本发明的一种实施方式中，在第一和第二拍摄之间以及在第二和第三拍摄之间的时间间隔是相同的。由此可以特别简单地考虑造影剂信号的时间上的变化，即通过将第一和第三图像简单地求平均。因为第一和第三图像的平均得到与第一和第三图像的拍摄时间点之间的时间中点相对应的图像。由此可以将平均图像和第二图像直接比较，因为它们分别对应于相同时间点的拍摄。平均具体上表示，将在第一和第三图像中的两个互相对应的图像元素（例如像素或体素）的HU值求平均。平均运算原则上也可以考虑其它信息，例如相邻图像元素的HU值。

通过第一和第三拍摄中的造影剂信号与函数的匹配，也可以确定与以第一能量在第二拍摄的时间点的拍摄相对应的造影剂信号。这样的函数可以根据更早的测量或根据关于造影剂信号在特定组织中的演变的模型来选择。例如可以是指数函数或多项式函数。通过已经测量的造影剂值与函数的这样的匹配，也可以考虑造影剂信号的非线性的演变。本发明由此提供了更宽的应用领域。造影剂信号的匹配通常也在所述各个图像元素（如像素或体素）上进行。

本发明的一种实施方式包括对三个拍摄的图像互相进行配准，由此可以补偿在各个拍摄之间或期间的对象区域或拍摄对象的移动。配准既可以严格地（rigid）也可以不严格地进行。在此，配准的起始图像可以是每个拍摄的图像，即例如可以将第一和第二图像分别与第三图像进行配准，或者将第一和第三图像分别与第二图像进行配准。由第一和第三图像-例如通过在配准第一与第三图像后求平均-产生的图像，同样可以与第二图像进行配准。

在本发明的另一种实施方式中，根据拍摄对象的X射线吸收特性来调制X射线辐射的强度。特别是在断层造影拍摄时进行这样的强度调制或剂量调制，因为对象区域的X射线吸收特性会根据照射角度而改变。换言之，相同的对象区域在不同照射角度的拍摄中会具有不同强度的X射线吸收。例如瘦男人的男性胸腔通常在侧面照射时比在从脊背至腹部照射时吸收更多的X射线辐射。因此，在拍摄侧面的X射线投影时必须比拍摄从脊背至腹部的X射线投影时应用更高的强度或剂量。在相同的图像质量下，强度调制降低了应用剂量，或者在相同的应用剂量下，强度调制改善了图像质量。

Claims (13)

1.一种用于借助X射线设备（1）确定多能量图像的方法，所述X射线设备包括X射线源（8）以及X射线探测器（9），其中，所述方法包括时间顺序：

-利用第一能量进行对象区域的造影剂支持的第一图像的第一拍摄（A1）；

-利用第二能量进行对象区域的造影剂支持的第二图像的第二拍摄（A2）；

-利用第一能量进行对象区域的造影剂支持的第三图像的第三拍摄（A3）；

-在考虑第一和第三图像之间的造影剂信号的时间上的变化的情况下，借助三个拍摄进行多能量图像的确定（E）。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述X射线源（8）是X射线管，并且其中，通过该X射线管的电压来调节所述第一和第二能量。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，借助滤波器来调节所述第一和第二能量。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一和第三拍摄共同具有与所述第二拍摄相同的应用剂量。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述第一和第二拍摄之间以及在所述第二和第三拍摄之间的时间间隔是相同的。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，所述多能量图像的确定包括对所述第一和第三图像求平均。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述多能量图像的确定包括对三个图像互相进行配准。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在拍摄期间，与拍摄对象（3）的X射线吸收特性相应地调制X射线辐射的强度。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，三个图像以及多能量图像分别是从各个X射线投影中重建的空间三维图像。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一能量小于所述第二能量。

11.一种计算机程序产品，其能够直接被加载到可编程计算机（12）的处理器中，具有程序代码资源，用于当在计算机（12）上执行所述程序产品时执行按照权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.一种X射线设备（1），包括X射线源（8）以及X射线探测器（9），其被设计用于实施按照权利要求1至10中任一项所述的方法。

13.按照权利要求12所述的X射线设备（1），其中，所述X射线源（8）和所述X射线探测器（9）能够旋转，并且能够沿着纵轴（5）移动。

Images