CN104337537B - 在螺旋扫描期间拍摄投影的方法、建立图像的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于投影拍摄的方法，至少包括：患者检查台移动通过计算机断层造影设备的测量区域，其中患者检查台的运动在投影拍摄期间具有速度不恒定的至少一个阶段；时间分辨地确定或记录患者检查台位置；时间分辨地拍摄随着检查台移动的检查对象的至少一部分的投影，其中在患者检查台速度不恒定的至少一个阶段期间作为检查台速度的函数这样改变参与拍摄的层的数量，使得当前检查台速度除以参与拍摄的层的数量的商是恒定的，从而节距因数在投影拍摄期间保持恒定；并且时间分辨地确定或记录参与投影拍摄的层的数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在螺旋扫描期间拍摄投影的方法、一种用于建立图像的方法和一种多层计算机断层造影设备。
背景技术
多层计算机断层造影设备在下面也被称为计算机断层造影设备或CT设备。在螺旋CT中借助检查台将检查对象沿着CT设备的系统轴连续地移动穿过拍摄系统的测量场，具有至少一个辐射源和探测器的拍摄系统围绕该检查对象同时执行多个旋转。由此辐射源的辐射射线螺旋形状地采样待检查的对象并且产生由多个三维图像元素构成的数据量(Datenvolumen)。图像重建和/或图像处理方法然后能够实现检查对象的至少一部分扫描区域(ROI：感兴趣区域)的二维或三维的图示，通常考虑该图示用于建立诊断。
在螺旋拍摄中的重要的参数是在拍摄系统的一整个旋转(360°)期间的检查台进给d。检查台进给d越大地选择，则对检查对象的待检查区域(ROI)的扫描会越快。如果检查台进给d与所使用的探测器宽度D相比过大地选择，则辐射射线不采样检查对象的待检查区域的所有体积元素并且图像质量变差。
检查台进给d与所使用的探测器宽度D之间的关系通过所谓的无量纲的节距或节距因数p给出。节距或节距因数p说明了，患者检查台在拍摄系统的一整个旋转期间关于所使用的探测器宽度D驶过了哪些距离。如果具有多行探测器的多层计算机断层造影设备例如被用于螺旋拍摄相同宽度S的N个螺旋层，则通过如下给出节距或节距因数p：
(1)p＝d/(N.S)
在此，N.S是为拍摄所使用的探测器的宽度。在螺旋扫描的典型的临床应用中以及在多层螺旋CT中螺旋通常采用在0.5和1.5至最大2之间的恒定节距或节距因数p。
越来越宽的、在CT设备的系统轴方向上具有更大覆盖的多行探测器的开发以及拍摄系统的越来越高的旋转时间Trot的实现已经能够意义重大地降低扫描时间。然而这导致如下结果，即，为此所需的和待达到的患者检查台的速度VU不小地提高。
如果不同样提高患者检查台的加速度，则产生如下问题，即，需要检查台的越来越大的加速线段，以便患者检查台达到待达到的检查速度VU。通过在检查结束时的患者检查台的减慢，也就是通过将患者检查台从检查速度VU再次制动到零所需的制动线段的长度，产生相同的问题。
此外在螺旋扫描中使用扇形射线几何形状。在平行的射线几何形状中(例如在第一和第二代具有窄束射线和部分扇形射线的CT设备的情况下)拍摄关于检查对象的180°的角度的投影图就足以能够重建检查对象的完整截面图像，而相反在扇形射线几何形状中必须关于至少180°的角度加上探测器在径向方向上的开放角α执行投影拍摄，以便能够实现完整截面图像的重建。典型地，在这种扇形几何形状中探测器具有大约60°至90°的开放角，由此得出，至少需要关于至少大约240°至270°的总角度的投影拍摄，以便能够由投影数据组重建完整的截面图像。
为了能够重建所选择的检查区域的第一截面图像，因此需要关于至少大约240°至270°的该总角度的至少一个投影拍摄，更确切地说在患者检查台已经到达检查区域的起始位置之前。为了能够重建所选择的检查区域的最后的截面图像，同样需要关于至少大约240°至270°的该总角度的至少一个投影拍摄，更确切地说在患者检查台已经到达检查区域的结束位置之后。在标准螺旋扫描的情况下患者检查台在整个拍摄期间以检查速度VU运动。这意味着，在达到患者检查台的检查速度VU的情况下和在完整的患者辐照的情况下需要预采样(Abtastvorlauf)和后采样(Abtastnachlauf)(英语：pre和post run)，以便获得检查区域(R.O.I.)的第一和最后的截面图像。所需的预采样的长度和所需的后采样的长度与患者检查台的检查速度VU以及拍摄系统的旋转时间Trot成比例。
在具有固定的最大检查台行驶长度的现有的患者检查台的情况下这可以导致如下结果，即，患者检查台的最大可用的扫描区域在这种情况下强烈减小。这尤其在较宽的探测器的情况下变得明显，因为对于预采样和后采样所需的长度增加了。这在较高的检查速度VU的情况下同样变得明显，因为加速线段和制动线段同样增加了。
该事实在一些情况下使得对于在检查台上安装的进一步限制可用的扫描区域的固定装置的使用是困难、甚至完全不可能的，由此可以预计图像质量变差。对于该问题的解决方案在于，开发新的检查台，其提供更长的、总的行驶区域并且由此实现了更大的扫描区域。然而这与极大的开发和制造开销相连，因为必须重新构造整个患者支撑装置。此外，由此在检查室内需要更多用于患者检查台的行驶区域的位置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种对于该问题的改善的解决方案。
上述技术问题通过按照本发明的用于拍摄投影的方法、按照本发明的多层计算机断层造影设备以及按照本发明的用于建立图像的方法来解决。
假定计算机断层造影设备，其适用于螺旋拍摄多个层N。优选地，计算机断层造影设备的各个层具有恒定的宽度S。这种所谓的多层断层造影设备还具有至少一个辐射源，其发送从焦点出发的射线束，并且具有与焦点相对设置的探测器阵列，其提供表示射线在穿过在辐射源和探测器阵列之间布置的检查对象时的衰减的输出数据。在此探测器优选具有矩阵式布置的形成列和行的探测器元件。关于列，在下面理解为沿着CT设备的系统轴布置的探测器元件，其在相同的角度下布置。关于行，在下面理解为关于CT设备的系统轴径向地布置的探测器元件，其沿着系统轴在相同的位置布置。在此探测器阵列可以各向同性地或各向异性地构造，例如以能够调节的探测器布置的形式(英语：Adaptive Array，自适应阵列)。预定宽度S的待扫描的层在此可以通过多个探测器行形成，其中不必使用所有探测器行。探测器的实际上使用的总宽度由此可以与探测器的原则上可用的最大宽度不同。
在目前的螺旋扫描过程中通常首先将检查对象定位在患者检查台上并且借助固定装置将患者尽可能不移动地安置在该患者检查台上。在选择并设置所需的扫描参数，诸如待达到的最终速度或患者检查台的检查速度VU，拍摄系统的待达到的旋转时间TRot，以及在多层计算机断层造影设备中扫描的螺旋的数量N及其层厚或宽度S之后，将患者检查台加速到检查速度VU。在患者检查台的加速阶段之后以X射线扇形进行检查对象的待检查区域的螺旋式采样以及同时在患者检查台速度和旋转速度VU、TRot恒定的情况下进行时间分辨的投影拍摄。在螺旋采样和投影拍摄结束之后在制动阶段内最终停下患者检查台。螺旋式采样包含，如上面已经解释的，对于拍摄的完整性必要的预采样以及对于拍摄的完整性必要的后采样，其长度取决于患者检查台的检查速度和拍摄系统的旋转速度。
表1说明了关于加速线段、预采样线段和对于患者检查台的不同加速度的总的预采样线段的概览。在计算中假定恒定准直N＝76.8mm、旋转时间TRot＝0.25s以及凑整时间为100ms。
全部的预采样是加速线段与预采样线段之和。预采样线段与患者检查台的检查速度VU、与拍摄系统的旋转时间TRot以及与因数a和b中较小那个成比例，其中a＝0.75并且，其中b＝(a/p+α/720°)，其中α是探测器的扇形角。计算以对称地方式对于总的后采样线段成立，该总的后采样线段是制动线段与后采样线段之和。
从表1可以看出，通过提高患者检查台加速度来减小加速线段。然而预采样保持不取决于检查速度VU，从而虽然可以由此降低总的预采样线段，但在理想情况下(在无限加速的情况下)受到预采样的长度的限制。
本发明基于如下思路：在加速阶段期间和/或在患者检查台的制动阶段期间就已经执行了至少部分的投影拍摄。由此增加了可用的扫描区域。此外，已经认识到，同时使用总的投影拍摄的恒定的节距或节距因数p，简化了在螺旋模式中和在变化的检查台速度VT(t)的情况下拍摄的数据量的图像重建或计算。该措施还具有下面解释的另外的优点。
按照本发明，建议一种用于在开头提到的类型的计算机断层造影设备中进行投影拍摄的方法，其中患者检查台移动通过计算机断层造影设备的测量区域并且时间分辨地拍摄至少一部分随着检查台行驶的检查对象的投影。在此，投影拍摄至少部分地在不恒定的患者检查台速度的至少一个阶段期间进行。优选地，整个投影拍摄在患者检查台速度不恒定的一个阶段期间或多个阶段期间进行。此外，在患者检查台速度不恒定的至少一个阶段期间这样改变实际上参与拍摄的层的数量N(t)，使得当前检查台速度VT(t)处于参与拍摄的层的数量N(t)得到的商VT(t)/N(t)是恒定的或基本上恒定的。关于基本上恒定的商Q＝VT(t)/N(t)被理解为，商可以取在范围[Q-dQ；Q+dq]内的值Q，其中dQ与Q相比是小的。此外，通过为定义一层而所需的探测器行的数量至少在患者检查台速度不恒定的至少一个阶段期间时间分辨地拍摄或确定实际上参与拍摄的层的数量N(t)，也就是例如在时间t淡入的探测器行的数量。术语数量在此被广义地理解并且可以是数字，也就是自然数，或有理数，例如分数。此外，关于时间t，也就是时间分辨地记录或确定患者检查台位置x(t)。
因为检查台进给d取决于检查台速度VT(t)和旋转时间TRot：d＝VT(t)*TRot，在假定旋转时间TRot恒定的条件下，由此实现了，节距或节距因数p在检查台速度VT(t)变化的情况下也保持恒定。节距或节距因数p在检查台速度VT(t)变化和参与拍摄的层的数量N(t)变化的情况下通过如下给出：
(2)P＝V(t).TRot/(N(t).S)
由此实现了，总的投影拍摄在节距或节距因数p恒定或基本上恒定的情况下进行，由此除了别的之外能够实现简化的图像重建。时间上变化的检查台速度VT(t)在此通过动态地匹配参与拍摄的层的数量N(t)而被这样补偿，使得节距或节距因数保持恒定或基本上恒定。例如通过淡入和淡出或通过接通和断开相邻的探测器行来改变参与拍摄的层的数量N(t)的动态匹配。
这样的方法具有如下优点：在例如患者检查台的加速过程和/或制动过程期间就已经能够按照螺旋模式实现投影拍摄。由此能够实现较大的可用扫描区域。这样的方法还能够实现与迄今为止的通常实施来不同地构造螺旋扫描过程，例如作为速度变化阶段的顺序，其中具有或者没有插入的速度恒定阶段。此外，按照本发明的方法能够以简化且公知的方式实现已知的以节距或节距因数p恒定为前提的图像重建方法的应用。这样的方法还具有关于剂量利用和信噪比的另外的优点，特别是在系统轴方向上。
由此首先实现了，可以提高或优化检查台的可用的有效扫描区域。与在检查台速度恒定的情况下的标准螺旋拍摄不同，在按照本发明的方法中加速阶段和预采样和/或制动阶段和后采样至少部分地重合。由此可以减小总的预采样或总的后采样的长度，由此扩大扫描区域。优选地，在加速阶段中包含总的预采样和/或在制动阶段包含总的后采样。此外独立于所有参数而预先给定总的预采样和/或后采样的最大长度并且由此计算并设置对于扫描必须的参数。由此确保了在预采样的检查台开始和结束之间和/或在后采样的开始和检查台停止之间由检查台驶过的线段总是保持小于预采样或后采样的预定的长度。
加速阶段和预采样和/或制动阶段和后采样至少部分地重合。优选地，预采样和/或后采样完全包含在加速阶段中或制动阶段中。在这两种情况下可以预先给定最大加速长度或制动长度，其对于由加速阶段和预采样组成的预采样阶段和/或对于由制动阶段和后采样组成的后采样阶段应当是可用的。由此可以确定并设置必要的扫描参数，诸如检查台加速度、拍摄系统的旋转速度、节距或节距因数p和参与拍摄的探测器行的数量的时间变化，从而确保了预先给定的事先待确定的扫描区域长度。
按照本发明的方法的有利扩展在于，这样改变参与拍摄的层的数量N，使得处于测量区域中的检查对象在时间t仅被被暴露于对于参与拍摄的层的数量N(t)所需的辐射中。这例如通过淡入或淡出相邻的探测器行来实现，其中淡入或淡出通过在辐射源和实际的测量区域之间的光圈装置进行。因此，通过按照本发明的方法所有拍摄的数据参与图像建立，从而没有剂量被不必要地施加并且没有数据组的数据在重建之前需要被删除。由此实现了向患者施加的剂量的降低以及简化了图像重建。
由此还实现了，在被检查的体积中沿着计算机断层造影设备的系统轴均匀地施加剂量。与在相同的条件下但具有完全且恒定的准直的螺旋扫描相比，这意味着，均匀的剂量分布代替在螺旋扫描的起始处和在结束处具有一倍直至三倍高的相对剂量的分布。公知地，在管电流恒定的情况下的图像噪声强烈取决于射线在穿过在辐射源和探测器之间布置的检查对象时的衰减，其中该问题通常受到所谓的自动曝光控制(英语：AEC：AutomaticExposureControl)的限制。这样的自动曝光控制通过反馈控制的管电流调整来降低和均匀化，从而噪声基本上保持恒定。这样的为了对待检查的对象的形状和大小作出反应的自动曝光控制在按照本发明的方法的范围内可以极其简单地且一如既往地实现。
按照本发明的方法的有利扩展在于，在时间t通过时间分辨地记录或确定用于限制计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置的光圈位置来确定参与拍摄的层的数量N(t)。由此实现了，关于每个任意的时间点t都可以外推出参与拍摄的层的数量N(t)。这能够实现连续函数N(t)的确定，由此简单地按照图像重建算法对其求积分。如果这样控制光圈装置，使得其时间运动事先已知，则这能够实现参与拍摄的层的数量N(t)的事后确定，由此首先必须传输少量数据。
本发明的另外的有利扩展在于，这样选择患者检查台的速度不恒定的至少一个阶段的长度，使得在患者检查台的速度不恒定的至少一个阶段期间进行至少180°+α的用于投影拍摄的拍摄系统的旋转，其中α是在方法中用于投影拍摄的探测器相对于辐射源的在径向方向上的开放角。由此确保了，用于检查区域的例如第一和/或最后的截面图像的图像重建的最小数据量在患者检查台的速度不恒定的至少一个阶段期间发生。由此实现了，预采样和/或后采样完全包含在加速阶段中或制动阶段中。由此，在加速阶段中和/或制动阶段中已经进行优化的时间/剂量利用，以及同时提高了可用的扫描区域。
按照本发明的方法的另外的有利扩展在于，逐级地或几乎逐级地改变在时间t参与拍摄的层的数量N(t)。关于“几乎逐级地”改变在此一般理解为与所使用的时间标尺相比快速发生、但具有有限值的改变。这例如可以通过对用于限制计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置的相应的时间控制来进行。光圈装置例如实施与患者检查台的加速度同步的运动。由此实现了，在时间t参与拍摄的层的数量N(t)与患者检查台位置或运动同步地这样被改变，使得节距或节距因数p保持恒定或基本上恒定。优选地，事先定义N(t)。由此，在不需要从例如用于限制计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置的位置确定或位置记录中外推的情况下，可以时间分辨地确定数量N(t)，由此首先必须传输少量数据。
按照本发明的方法的另外的有利扩展在于，逐级地或几乎逐级地改变当前检查台速度VT(t)。由此在不必进行从检查台位置中外推的情况下可以时间分辨地确定当前检查台速度VT(t)，由此首先必须传输少量数据。由此还可以进行患者检查台位置的时间分辨的确定。如果同时也逐级地或几乎逐级地改变参与拍摄的层的数量N(t)，则由此实现了，节距或节距因数p在任何时间点t都是恒定的。此外，可以通过选择在各级之间的间隔宽度来近似连续函数。
按照本发明的方法的另外的有利扩展在于，患者检查台的运动具有至少一个速度上升阶段和一个速度下降阶段。在此，在患者检查台的速度上升阶段期间增加参与拍摄的层的数量N(t)，并且在患者检查台的速度下降阶段期间减少参与拍摄的层的数量N(t)。由此实现了，与具有至少一个加速阶段、预采样、在检查台速度恒定的情况下的拍摄阶段、后采样和制动阶段的标准螺旋扫描相比，本方法可以优化且简化地实施。按照本发明的方法例如可以仅由两个相继跟随的速度变化阶段组成，其中在各自的相继跟随的速度变化阶段的至少一部分期间进行投影拍摄。由此可以实现最大的检查台利用。此外优选这样实现了在速度变化阶段期间参与拍摄的层的数量N(t)的增加或减少，即，各个层的淡入的顺序与各个层的淡出的顺序一致。后者确保了，投影拍摄的螺旋长度对于每个层都是相同的长度，能够在扫描的起始处和结束处实现完整的图像数据组的拍摄并且简化图像重建。
按照本发明的方法的另外的有利扩展在于，检查台的运动具有至少一个速度恒定阶段，在所述阶段期间所有为拍摄设置的层参与投影拍摄。由此，至少一部分投影拍摄能够在速度变化的阶段之间在速度恒定且参与拍摄的层的数量N恒定的情况下实现，如在标准螺旋扫描的情况下那样。
本发明还涉及一种计算机断层造影设备，利用该计算机断层造影设备可以实施按照本发明的投影拍摄方法。这样的计算机断层造影设备优选是多层计算机断层造影设备并且具有至少一个辐射源、至少一个多行探测器以及用于动态地改变参与拍摄的层的数量的装置。这样的用于动态地改变参与拍摄的层的数量的装置例如是用于限制计算机断层造影设备的X射线扇形的光圈装置。在此，计算机断层造影设备的每个层包括探测器的至少一个探测器行。这样的计算机断层造影设备能够实现具有上述优点的按照本发明的用于在节距或节距因数p恒定的情况下和在患者检查台的速度变化的情况下进行投影拍摄的方法的实施。
按照本发明的计算机断层造影设备的有利扩展在于，按照本发明的计算机断层造影设备具有至少一个用于限制计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置，其具有至少一个在一个方向上可线性运动的吸收元件以及用于运动和动态地调节该至少一个吸收元件的速度的部件。由此能够实现参与拍摄的层的数量的动态改变。在此，这样构造并在拍摄系统中布置光圈装置，使得由辐射源照射的探测器行的数量可以通过吸收元件的运动而动态地改变。由此实现了，可以控制参与拍摄的层的数量N(t)。优选地，将参与拍摄的层的数量与患者检查台的位置和/或速度匹配或同步。
按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，由辐射源照射的探测器行的数量的改变通过淡入或淡出至少一个另外的相邻的探测器行进行。由此实现了，参与拍摄的探测器行的数量的增加或减少总是沿着计算机断层造影设备的系统轴仅在探测器宽度的一个方向上进行。这使得可以应用具有至少一个可线性运动的和被移动的吸收元件的、用于限制X射线的简单的光圈装置，以便改变参与拍摄的探测器行的数量。
按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，由辐射源照射的探测器行的数量的动态改变可以通过控制单元来控制。优选地，该改变通过至少一个吸收元件的运动作为至少一个时间上至少部分地变化的参数的函数来控制。由此实现了，准直，也就是参与拍摄的层的当前数量N(t)例如作为当前检查台速度的函数可以变化。由此特别地实现了，光圈装置的运动与患者检查台的运动耦合。优选地，光圈装置的运动具有至少在速度变化阶段中与检查台速度成比例的速度。换言之，光圈装置的运动与检查台运动同步，其中具有与待使用的速度的改变的比例。
按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，光圈装置包括第二吸收元件，该第二吸收元件借助用于运动和动态地调节速度的部件可以在与第一吸收元件相同的方向上但与该第一吸收元件无关地线性运动。由此实现了，可以按照相同的顺序淡入或淡出参与拍摄的探测器行，由此确保了，投影拍摄的螺旋长度对于每个层都是相同长，从而在扫描的起始处和结束处的完整的图像数据组的拍摄对于图像重建来说是完整的并且所有层的数据组都具有相同的长度，这简化了图像重建。
按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，每个吸收元件具有至少一个可设置的结束位置，在该位置中由各个吸收元件完整地采集X射线束或扇形。由此实现了，光圈装置可以这样安装在计算机断层造影设备的辐射路径上，使得利用两个吸收元件有针对性地实施各个探测器行的淡入和淡出，使得参与拍摄的层的数量在扫描的起始处和结束处可以变为零。此外，各个结束位置的可设置的定位能够实现与不同的设备或设备配置的匹配，例如当在两个不同的扫描过程之间应当改变各个层的最大数量或宽度时。
按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，这样利用第一吸收元件来固定第二可运动的吸收元件，使得在两个吸收元件之间可以设置定义的宽度的缝隙。由此实现了，为了能够在患者检查台的速度不恒定的阶段期间实现各个探测器行的淡入和淡出，由至少两个彼此固定的吸收元件组成的光圈装置在各个吸收元件的两个结束位置之间仅须在一个方向上以相应的速度运动。
最后按照本发明的计算机断层造影设备的另外的有利扩展在于，光圈装置布置在辐射源之前。由此实现了，处于测量区域中的检查对象仅当投影拍摄也进行时，才被照射。由此能够实现剂量减小，特别是在扫描的起始处和结束处。附加地由此，与在速度至少部分地变化、但具有恒定且完整的准直的情况下的螺旋扫描相比，沿着计算机断层造影设备的系统轴在不同的体积中施加均匀的剂量，而不是在螺旋扫描的起始处和在结束处具有一倍直至三倍高的相对剂量的剂量分布。由此所有拍摄的数据都参与图像建立，从而没有剂量被不必要地施加。通过这种方式在获得图像质量的同时进行施加的剂量的优化使用。
本发明还涉及一种用于由数据量建立图像的方法，该数据量通过上述提到的用于投影拍摄的方法来拍摄。
这样的按照本发明的方法基于拍摄数据的加权的滤波反投影。在CT成像中的加权的滤波反投影方法(在英语中也称为“Weighted Filtered Back Projection(WFBP)”)考虑所谓的扇形射线伪影(英语：cone beam artifacts)，其通过所使用的射线在拍摄期间的非平行性而导致，以及冗余伪影，其可以在螺旋采样的情况下通过多次辐照同一个体素而产生。这样的方法例如在Stierstorfer et al.:"Weighted FBP-a simple approximate 3DFBP algorithm for multislice spiral CT with good dose usage for arbitrarypitch“,Phys.Med.Biol.49,2004,pp.2209-2218中提供。在按照本发明的用于建立图像的方法中在此建议，在检查台速度不恒定的至少一个阶段期间通过修改在反投影的情况下在加权的滤波反投影中的加权因数W(q)如下计算地考虑参与拍摄的层的时间上不恒定的数量N(t)，即，在加权因数W(q)中相应于z坐标的层索引q通过修改的层索引q*来替代，其等于相应于z坐标的层索引q乘以由所使用的层的最大数量NMax除以在时间t实际上参与投影拍摄的层的数量N(t)的商NMax/N(t)。因此，改变的加权因数W(q*)描述为：
1 对于|q*|<Q,
(3) W(q*)＝(cos(Л/2.(|q*|-Q)/(1-Q) 对于Q≤|q*|<1,
0 否则，
其中q*＝NMax/N(t).q并且其中q是激活的探测器行的归一化数值，也就是在0和1之间的数值。Q是自由参数，其确定加权函数在行方向上何时衰减。该值典型地是0.8并且由此被选择为使得尽可能不出现扇形射线伪影。
按照本发明的方法的有利扩展规定了拍摄的数据量的预处理步骤，在该步骤中沿着通过检查台运动而定义的扫描方向对于任意的图像位置由数据量产生平行数据的相容的数据组，其中在至少一个阶段期间不恒定的检查台速度对于在该至少一个阶段期间拍摄的数据计算地被考虑。由此在所谓的z内插(其领先于具有或不具有投影数据的卷积的公知的反投影)中考虑，使得投影拍摄在具有不同速度的、速度不恒定的至少一个阶段中已经进行。由此能够实现对于任意的检查台位置的一组平行数据的计算。
按照本发明的方法的另外的有利扩展在于，在至少一个阶段期间不恒定的检查台速度通过记录的检查台位置的数值微分来计算。这使得可以外推出检查台速度和在用于建立图像的方法中可能采用连续函数，由此简化了该方法。
最后，本发明涉及一种以程序或程序模块形式的计算机软件产品，其在与多层计算机断层造影设备相连的计算单元中运行时实施至少一个根据权利要求17至19中任一项所述的方法。由此能够实现数据量的图像产生，该数据量由按照本发明的用于投影拍摄的方法或利用按照本发明的计算机断层造影设备获得。
附图说明
下面借助于附图中示意性示出的实施例进一步说明本发明以及本发明的其它优选的扩展，但不会由此将本发明限制到该示例。在附图中相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。在附图中的图示是示意性的并且不一定是成比例的。附图中：
图1示出了在螺旋扫描中在标准拍摄的情况下检查台速度作为检查台位置函数的示意图；
图2示出了在按照本发明的方法的情况下检查台速度V、参与投影拍摄的层N的数量和节距p作为时间t函数的示意图；
图3示出了相对的向待检查的对象施加的剂量作为患者检查台位置函数S(t)的示意图；
图4示出了在具有变化的但最大的检查台速度v(t)和恒定的节距p的螺旋扫描的情况下患者检查台速度V(t)和由检查台驶过的线段S(t)作为时间t函数的示意图；
图5示出了在具有变化的但不是最大的检查台速度v(t)和恒定的节距p的螺旋扫描的情况下患者检查台速度V(t)和由检查台驶过的线段S(t)作为时间t函数的示意图；
图6示出了按照本发明的光圈装置的至少一个吸收元件的同步速度的示意图，该光圈装置用于动态地淡入和/或淡出参与投影拍摄的计算机断层造影设备探测器行。
具体实施方式
图1示出了在螺旋扫描中在具有恒定的检查台速度的标准拍摄的情况下检查台速度V作为检查台位置函数的示意图。在上部描绘了作为检查台位置s函数的检查台速度V。标准螺旋扫描在此具有不同的阶段1、1a、1b、2、3、3a和3b，其在示图中部示意性表示。最后，下部示出了安置在患者检查台6上的待检查的对象5的示意图。
在阶段1a期间，患者检查台从静止位置S0被加速到检查速度VU。在该阶段期间患者检查台驶过线段S0S1。当检查台已经达到目标速度VU时开始投影拍摄。然后患者检查台以速度VU继续行驶并且在投影拍摄结束之前驶过线段S1S4，在投影拍摄结束之后，在最后阶段3a中在线段S4S5内又被制动。检查台速度恒定的阶段在此由三个不同阶段1b、2和3b组成。在全部三个阶段期间连接地拍摄投影。在阶段1b期间收集为了能够重建检查区域的第一截面图像所需的数据信息。线段S1S2因此是至少TRot*VU*min(a,b)。在阶段3b期间收集为了能够重建检查区域的最后的截面图像所需的数据信息。线段S3S4因此是至少TRot*VU*min(a,b)。在阶段2期间收集为了能够重建其余的检查区域所需的数据信息，也就是为了能够重建在第一和最后的截面图像之间的检查对象的体积所需的数据信息。所谓的预采样阶段1包括阶段1a和1b。所谓的后采样阶段3包括阶段3a和3b。为了获得对于重建待检查区域7足够的数据信息，包括第一和最后的截面图像8、9，患者检查台6必须至少驶过线段8。在完整的阶段8期间进行投影拍摄。
图2示出了在螺旋扫描期间检查台速度的示意图，其中在此通过矩形表示的数据图部分地在患者检查台的变化的速度V(t)的情况下被拍摄，并且其中在拍摄期间这样改变准直N(t)，使得节距或节距因数p保持恒定：p＝V(t).TRot/(N(t).S)。在此作为时间函数描绘了检查台速度V(t)、准直，也就是参与投影拍摄的层的数量N(t)和节距或节距因数p。在此t0表示检查台开始加速的时间，t1表示开始投影拍摄的时间，t3表示患者检查台6达到其最大速度VU的时间，t4表示患者检查台6开始制动的时间，t5表示投影拍摄结束的时间并且t6表示患者检查台再次处于静止位置的时间。
图3示出了针对两个螺旋扫描，向待检查的对象施加的相对剂量σ作为患者检查台位置函数S(t)的示意图，所述螺旋扫描至少部分地在患者检查台的变化的速度V(t)的情况下进行拍摄，其中第一曲线表示在完全准直的情况下的螺旋扫描(上曲线)并且第二曲线表示在节距或节距因数p恒定的情况下通过动态地接通和断开参与拍摄的层N(t)的螺旋扫描。明显地，在完全的恒定的准直的情况下拍摄的螺旋扫描的曲线在检查台运动的开始处和结束处与按照本发明的方法的螺旋扫描相比具有更高的值(大约三倍的值)。
图4示出了在具有变化的检查台速度v(t)的两个阶段A、B、恒定的检查台速度和恒定的节距p的阶段C的螺旋扫描的情况下患者检查台速度V(t)和由检查台驶过的线段S(t)作为时间t函数的示意图。参与投影拍摄的层的数量N(t)在t1或t2与t3之间以及在t4与t5或t6之间作为患者检查台速度函数V(t)而变化，从而节距或节距因数在投影拍摄期间保持恒定。如果最大检查台速度与在标准扫描的情况下的目标速度相等并且在这两种情况下相同地选择节距或节距因数p，则得出扫描时间TC和TV，其中TC是经典扫描时间并且TV是在变化的速度的情况下的扫描时间，在这两种情况下是极其类似的数量。在具有128个0.6mm厚度的行的探测器，也就是最大准直为76.8mm并且图像体积的长度为150mm的情况下例如在最大检查台速度为大约275mm/s并且节距为0.9的情况下扫描时间在标准扫描时为TC＝0.54s并且在按照本发明的螺旋扫描时为TV＝0.55s。
图5示出了在具有变化的但不是最大的检查台速度v(t)即具有两个阶段A、B的不恒定的检查台速度和恒定的节距p的螺旋扫描的情况下患者检查台速度V(t)和由检查台驶过的线段S(t)作为时间t函数的示意图。在此节距或节距因数p比在图4中更大地选择。参与投影拍摄的层的数量N(t)在t1或t2与t3之间以及在t4与t5或t6之间作为患者检查台速度函数V(t)的函数而变化，也就是整个投影拍摄期间变化，从而节距或节距因数在投影拍摄期间保持恒定。如果最大达到的检查台速度与在标准扫描的情况下的目标速度相等并且在这两种情况下相同地选择节距或节距因数p，则对于在螺旋扫描的情况下在变化的检查台速度的情况下的扫描时间TV得出比经典的扫描时间TC更大的数量。在具有128个0.6mm厚度的行的探测器，也就是最大准直为76.8mm并且图像体积的长度为150mm的情况下例如在最大检查台速度为大约460mm/s并且节距为1.5的情况下扫描时间在标准扫描时为TC＝0.32s并且在按照本发明的螺旋扫描时为TV＝0.53s。
图6在螺旋扫描期间在节距恒定但检查台速度至少部分地变化的情况下作为时间t函数示出了具有两个可相对于彼此运动的吸收元件9a、9b的光圈装置的两个吸收元件(上曲线和下曲线)的可能与患者检查台同步的运动SA的示意图，所述吸收元件用于动态地淡入和/或淡出参与投影拍摄的计算机断层造影设备探测器行。吸收元件的最大速度与标准螺旋扫描相比降低了大约一半。由此原则上可以使用已经包含在标准螺旋CT设备中的光圈。为了优化可以移动具有轻微改变的历程的移动曲线。
Claims (19)
1.一种用于在螺旋扫描期间利用多层计算机断层造影设备拍摄投影的方法，包括至少如下步骤：
-将患者检查台移动通过多层计算机断层造影设备的测量区域，其中患者检查台的运动在投影拍摄期间具有速度不恒定的至少一个阶段；
-时间分辨地确定或记录患者检查台位置；
-时间分辨地拍摄随着检查台移动的检查对象的至少一部分的投影，其中在患者检查台速度不恒定的至少一个阶段期间作为患者检查台的不恒定速度的函数这样改变参与投影拍摄的探测器的层的数量，使得患者检查台的不恒定速度的当前值除以参与投影拍摄的探测器的层的数量的商是恒定的，从而节距因数在投影拍摄期间保持恒定，
-时间分辨地确定或记录参与投影拍摄的探测器的层的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在被检查的体积中沿着所述多层计算机断层造影设备的系统轴均匀地施加剂量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，这样改变参与投影拍摄的探测器的层的数量，使得处于测量区域中的检查对象仅被暴露于对于参与投影拍摄的探测器的层的数量所需的辐射。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过记录用于限制多层计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置的时间分辨的位置，来时间分辨地确定参与投影拍摄的探测器的层的数量N。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，这样选择患者检查台的速度不恒定的至少一个阶段的长度，使得在患者检查台的速度不恒定的至少一个阶段期间进行用于投影拍摄的拍摄系统的至少180°+α的旋转，其中α是在所述方法中用于投影拍摄的探测器相对于辐射源的在径向方向上的开放角。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，逐级地改变参与投影拍摄的探测器的层的数量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，逐级地改变患者检查台的当前速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，患者检查台的运动具有至少一个速度上升的阶段和速度下降的阶段，其中这样在速度上升的阶段期间增加参与投影拍摄的探测器的层的数量，并且在速度下降的阶段期间减少参与投影拍摄的探测器的层的数量，使得各个参与投影拍摄的探测器的层的接通的顺序与各个参与投影拍摄的探测器的层的断开的顺序一致。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，患者检查台的运动在拍摄期间具有患者检查台速度恒定的至少一个阶段，在该阶段中所有参与投影拍摄的探测器的层都参与投影拍摄。
10.一种多层计算机断层造影设备，包括至少一个拍摄系统和用于限制多层计算机断层造影设备的X射线束的光圈装置，
其中，所述光圈装置具有至少一个在一个方向上能够线性运动的第一吸收元件以及用于移动和动态地调节该至少一个第一吸收元件的速度的部件，
其中，这样构造并在拍摄系统中这样布置所述光圈装置，使得由辐射源照射的探测器行的数量能够通过至少一个第一吸收元件的运动而动态地改变，
其中，由辐射源照射的探测器行的数量的动态改变能够通过控制单元来控制，该控制单元作为至少一个时间上至少部分地变化的参数的函数控制该至少一个第一吸收元件的运动，从而所述多层计算机断层造影设备适用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.根据权利要求10所述的多层计算机断层造影设备，其中，由辐射源照射的探测器行的数量的改变通过接通或断开至少一个另外的相邻的探测器行进行。
12.根据权利要求10所述的多层计算机断层造影设备，其中，所述光圈装置包括第二吸收元件，该第二吸收元件借助用于移动和动态地调节速度的部件能够在与第一吸收元件相同的方向上但与该第一吸收元件无关地线性运动。
13.根据权利要求12所述的多层计算机断层造影设备，其中，每个吸收元件具有至少一个能够设置的结束位置，在该位置中由各个吸收元件完整地采集计算机断层造影设备的X射线束。
14.根据权利要求10所述的多层计算机断层造影设备，其中，这样利用所述第一吸收元件来固定第二能够运动的吸收元件，使得在两个吸收元件之间能够设置定义的宽度的缝隙。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的多层计算机断层造影设备，其中，所述光圈装置布置在辐射源之前。
16.一种基于记录数据的加权的滤波反投影、由通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法记录的数据量建立图像的方法，其中在检查台速度不恒定的至少一个阶段期间通过修改在反投影的情况下在加权的滤波反投影中的加权因数来计算地考虑参与投影拍摄的探测器的层的时间上不恒定的数量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述加权因数的修改被如下地考虑，即，在加权因数中相应于z坐标的层索引通过修改的层索引来替代，其等于相应于z坐标的层索引乘以由所使用的层的最大数量除以实际上使用的参与投影拍摄的探测器的层的数量的商。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法具有记录的数据量的预处理步骤，在该步骤中沿着通过检查台运动而定义的扫描方向对于任意的图像位置由数据量产生平行数据的相容的数据组，其中在该至少一个阶段期间不恒定的患者检查台的速度对于在该至少一个阶段期间记录的数据计算地被考虑。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，在该至少一个阶段期间不恒定的患者检查台的速度通过记录的患者检查台位置的数值微分来计算。
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