CN108601571B - Ct成像系统和用于ct成像系统的方法 - Google Patents

Ct成像系统和用于ct成像系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及CT成像系统以及用于CT成像的方法被提供。对于CT成像，实际上可以执行人类对象的定位扫描和主要扫描。已经发现，由在定位扫描期间探测X射线辐射的探测器提供的探测器信号一方面可以用于确定相应的定位图像，并且另一方面可以用于确定人类对象的骨矿物质密度。尽管通常主要执行定位扫描以确定定位图像，但是如果用于在定位扫描期间探测X射线辐射的探测器被形成和/或配置为探测第一能谱的X射线辐射并且探测不同的第二能谱的X射线辐射，则其是有利的。在这种情况下，探测器可以提供关于人类对象的定位区域的更精确的信息，并且由此得到骨矿物质密度的更精确的确定。因此，在确定定位图像和/或在执行另外的步骤时，可以确定骨矿物质密度，尤其是作为背景过程步骤，使得可以提供骨矿物质密度以供进一步的目的。

Description

CT成像系统和用于CT成像系统的方法
技术领域
本发明涉及CT成像系统、用于CT成像系统的方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
通常，缩写CT指的是计算机断层摄影。CT成像系统可以涉及射线照相CT成像系统，诸如X射线CT成像系统。CT成像系统广泛用于各种医学机构中，以用于对人类对象的感兴趣区域(例如冠状动脉、腰椎、股骨近端或人类对象的全身的至少部分)进行二维和/或三维成像，以帮助临床医师实现对人类对象的医学诊断。
对于CT成像，X射线辐射用于描绘要被检查的人类对象的三维和/或非透明部分的内部状况和/或结构。为此目的，人类对象经常至少部分地穿过CT成像系统以对人类对象执行第一扫描(其也可以称为定位(scout)扫描)，从而识别人类对象的感兴趣区域以用于随后的第二CT扫描，其也可以称为主要扫描。定位扫描提供沿着对象的纵轴的投影视图。然而，通过定位扫描收集的数据常常不包括足以重建三维图像的信息，因为通过定位扫描提供的投影数据通常只沿着人类对象的纵轴收集。
过量剂量的X射线辐射可能对人类对象有害，因为其可能损伤组织并且可能具有致癌效应。因此，就人类对象而言，正在尝试减少X射线辐射的暴露。
为了减少在人类对象上暴露的X射线辐射的重复且潜在不协调的产生以生成相应的图像，在文献US2014/0086383A1中已经建议通过在高电压和低电压之间的瞬时切换来在人类对象的感兴趣区域上执行瞬时切换双能量定位扫描，并且根据所收集的双能量投影数据重建对应于预定筛选目的材料分解图像和单能量图像。在一个范例中，高电压是指140kVp，并且低电压是指80kVp。
然而，先前解释的技术经受以下缺点：如果要执行骨矿物质密度的准确和精确的测量，则其导致相对昂贵的CT成像设备和/或方法。具体而言，由低电压和高电压之间的切换引起的运动伪迹常常妨碍骨矿物质密度的准确测量。
发明内容
能够存在对CT成像系统和/或用于CT成像的相应的方法的需要，其允许用于确定骨矿物质密度的增强的准确度和精度，同时允许减少用于生成断层摄影图像的对人类对象的X射线辐射的重复和/或潜在地额外的投射。
本发明的目的由独立权利要求中的每个的主题来解决。另外的实施例并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于方法、计算机程序单元和计算机可读介质，和/或反之亦然。
根据本发明的第一方面，提供了一种CT成像系统。CT成像系统包括：用于生成X射线辐射的源、用于探测X射线辐射的探测器、用于控制源和探测器的控制单元、用于支撑人类对象的支撑设备，以及耦合到探测器以用于接收来自探测器的探测器信号的处理单元，探测器信号表示探测到的X射线辐射。源和探测器被布置为彼此相对，使得在源和探测器之间布置接收空间。支撑设备能布置在接收空间处，使得由透射通过人类对象的源生成的X射线辐射能由探测器探测到。探测器被形成和/或配置为同时探测第一能谱和不同的第二能谱的X射线辐射。控制单元被配置为引起对人类对象的感兴趣定位区域的定位扫描，使得源仅以第一单个X射线管加速电压来操作以在定位扫描期间生成X射线辐射。处理单元被配置为基于由定位扫描引起的探测器的第一探测器信号来确定人类对象的感兴趣定位区域的定位图像。控制单元被配置为在定位扫描之后引起人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描，使得仅利用第二单个X射线管加速电压来操作源以在主要扫描期间生成X射线辐射。处理单元被配置为基于由主要扫描引起的探测器的第二探测器信号来确定人类对象的主要感兴趣区域的主要图像。处理单元被配置为基于第一探测器信号和/或定位图像来确定骨矿物质密度。
应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、定位、主要等来描述各种特征，但是这些特征应该优选地不由这些术语的限制。这些术语能够仅用于区分一个特征与另一个特征。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，定位扫描可以被称为预扫描。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。
应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可以直接连接或直接耦合到另一个元件，或者其可以间接连接或间接耦合到另一个元件。
CT成像系统还可以称为计算机断层摄影系统，尤其是X射线计算机断层摄影成像系统。源也可以称为X射线源。探测器也可以称为X射线探测器。骨矿物质密度也可以称为骨矿物质密度值。骨矿物质密度可以依据以下来表征和/或可以表示以下：骨的矿物质含量，即骨的克数；和/或面积骨矿物质密度，即骨的克数/面积，尤其是骨的克数/cm2；和/或特殊骨矿物质密度，即骨的克数/体积，尤其是骨的克数/cm3。定位扫描也可以称为第一扫描或预扫描。主要扫描也可以称为第二扫描或诊断扫描。
在定位扫描期间，源仅以第一单个X射线管加速电压来操作，并且在主要扫描期间，源仅以第二单个X射线管加速电压来操作。结果，可以防止在扫描期间，即在定位扫描期间或在主要扫描期间在两个不同的X射线管加速电压之间的切换。代替地，对于每次扫描，提供了单个相应的X射线管加速电压，这可以有效地防止在扫描期间利用以特别高的频率在一个和另一个之间切换的两个X射线管加速电压来操作源的情况下否则可能发生的运动伪迹。作为效果，可以以减少的干扰来执行定位扫描以及主要扫描。
作为进一步的效应，探测器同时探测第一能谱和不同的第二能谱的X射线辐射。因此，探测器信号可以用于成功地区分透射通过人类对象的区域的X射线辐射。
作为更进一步的效应，探测器提供了同时采集第一能谱和第二能谱的优点，这增加了X射线辐射的探测的准确度。这实现更可靠的探测器信号，并且作为结果实现基于其确定的更可靠的图像。这优选地涉及定位图像和主要图像。作为进一步的效应，更准确的第一探测器信号和/或更准确的扫描图像实现骨矿物质密度的更准确确定，这确保了更高的可靠性。
作为更进一步的效应，骨矿物质密度可以被确定为可以包括定位扫描和主要扫描的常规CT检查的“副产物”。
作为更进一步的效应，可以利用提供给人类对象的造影剂来执行主要扫描，这能够防止骨矿物质密度的准确确定。然而，可以在主要扫描之前执行定位扫描，因此可以在没有造影剂的情况下执行定位扫描，从而实现骨矿物质密度的准确确定。
第一单个X射线管加速电压也可以称为第一X射线电压。第二单个X射线管加速电压也可以称为第二X射线电压。
在范例中，源包括用于生成X射线辐射的X射线管。X射线管可以被形成和/或配置成在至少一个加速电压处操作，优选地在不同的X射线电压下操作。然而，X射线管和/或控制单元优选地被配置为在扫描处(例如在定位扫描或主要扫描处)的时间处仅在单个X射线管电压下操作X射线管。
根据系统的示范性实施例，第一单个X射线管加速电压低于第二单个X射线管加速电压。作为效应，X射线辐射对人类对象的影响可以保持尽可能低。
根据系统的另一示范性实施例，第一单个X射线管加速电压等于第二单个X射线管加速电压。作为效应，可以降低源和/或控制单元的复杂性。类似地，可以降低CT成像系统的复杂性。
根据系统的示范性实施例，处理单元被配置为基于第一探测器信号和/或定位图像来确定人类对象的主要感兴趣区域。优选地，处理单元被配置为确定主要区域，使得主要区域是定位区域的子区域。因此，主要区域优选地小于定位区域。作为效应，X射线辐射对人类对象的影响可以保持尽可能低。
根据系统的另一示范性实施例，控制单元被配置为在定位扫描期间控制源和探测器，使得由源发射的X射线辐射以朝向探测器的单个取向提供，并且其中，定位图像是二维图像。在定位扫描期间由源发射的X射线辐射可以涉及射束，尤其是锥形射束，其中，相应的X射线辐射的取向涉及X射线辐射的平均传播方向。作为效应，在定位扫描期间可以将X射线辐射对人类对象的影响保持为低。
根据该系统的另一示范性实施例，控制单元被配置为在主要扫描期间控制源和探测器，使得由源朝向探测器发射一系列X射线辐射，从而在围绕人类对象的预定义轴的不同取向处产生X射线辐射，其中，处理单元被配置为确定与一系列X射线辐射对应的一系列二维图像，并且其中，处理单元被配置为基于一系列二维图像将主要图像确定为三维图像。关于术语取向，以与上面提供的解释类似的方式进行参考。作为效应，形成主要图像的三维图像允许对人类对象进行实质上更好的评价和高级诊断，尤其是关于与人类对象的主要感兴趣区域相对应的人类对象的区域。
根据系统的另一示范性实施例，探测器包括用于探测X射线辐射的第一能谱的第一探测器层和用于探测X射线辐射的第二能谱的第二探测器层，其中，第一探测器层布置在第二探测器层之上。在范例中，第一探测器层和第二探测器层中的每个形成探测器的整体层。在另一范例中，第一层直接布置和/或连接在第二探测器层的顶部上。在另一范例中，第一探测器层和第二探测器层布置在彼此之上，使得第一探测器层完全交叠或覆盖第二探测器层。
在范例中，透射通过人类对象的X射线辐射可以由人类对象实现，从而导致X射线辐射的衰减和/或X射线辐射的谱分布的改变。可以通过第一探测器层探测撞击在探测器上的与第一能谱相关联的X射线辐射。可以通过第二探测器层来探测撞击在探测器上的与第二能谱相关联的X射线辐射。
在范例中，形成和/或配置第一探测器层和第二探测器层，使得第一能谱与第二能谱不同。优选地，第一能谱涉及具有比第二能谱低的能量的X射线光子。在范例中，第一能谱可以与第二能谱明显不同。具体地，第一能谱可以不与第二能谱交叠。根据另一范例，第一能谱和第二能谱可以仅部分地与其各自的谱交叠。这能够导致最小叫爹。
在范例中，当第二探测器层被形成和/或配置用于探测X射线辐射的高能谱时，第一探测器层可以被形成和/或配置用于探测X射线辐射的低能谱。
结果，探测器具体地通过其第一探测器层和其第二探测器层形成，和/或被配置为同时探测第一能谱和第二能谱的X射线辐射。
作为进一步的效应，可以同时，区别地和/或在相同的时间探测与第一能谱相关联的X射线辐射和与第二能谱相关联的X射线辐射。
作为进一步的效应，可以在探测器的相同位置同时探测与第一能谱相关的X射线辐射和与第二能谱相关的X射线辐射。在这方面，位置这样一来可以涉及其中X射线辐射撞击在探测器上的探测器的位置，尤其是探测器的单元的位置。换言之，探测器的探测器-像素可以表示探测器的位置。
作为效应，探测器的探测器信号可以表示指示探测到的X射线辐射的数据，其中，所述数据是指与第一能谱相关联的位置相关数据集以及与第二能谱相关联的位置相关数据集。两个数据集优选地彼此位置相关。
作为进一步的效应，可以减少在骨矿物质密度的确定期间的确定努力和/或可能的误差。该优点可以涉及第一探测器层和第二探测器层之间的物理连接，并且因此涉及第一探测器层的信号分量和第二探测器层的信号分量之间的物理相关性。
结果，可以提供对定位图像、主要图像和/或骨矿物质密度的准确确定。
根据系统的示范性实施例，探测器是光子计数探测器，并且其中，探测器被形成和/或配置成通过对撞击在探测器上的具有第一能谱内的能量的光子计数来探测第一能谱的X射线辐射，并通过对撞击探测器上的具有第二能谱内的能量的光子计数来探测第二能谱的X射线辐射。
在范例中，光子计数探测器包括至少两个能量计数通道。能量计数通道也可以称为分箱。根据范例，光子计数探测器包括用于第一和第二能谱中的每个的至少一个能量计数通道。优选地，光子计数探测器包括用于第一和第二能谱中的每个的多个能量计数通道。例如，光子计数探测器可以包括用于第一能谱的若干能量计数通道。以类似的方式，光子计数探测器可以包括用于第二能谱的若干计数通道。通过为第一和第二能谱中的每个提供若干能量计数通道，光子计数探测器可以被形成和/或配置为提供高光谱分辨率。
作为效应，作为光子计数探测器的探测器可以形成和/或配置成同时探测第一和第二能谱的X射线辐射，并且尤其是针对多个位置，每个位置优选地与通道中的一个有关。作为进一步的效应，先前解释的优点和/或效果以类似的方式对光子计数探测器适用。
作为进一步的效应，可以提供对定位图像、主要图像和/或骨矿物质密度的准确确定。
作为更进一步的效应，可以降低在确定定位图像、主要图像和/或骨矿物质密度期间的确定努力和/或误差。这能够是探测器的多个能量计数通道的结果。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置成在主要扫描期间至少部分地确定骨矿物质密度和/或在确定主要图像期间至少部分地平行地确定骨矿物质密度。
在范例中，处理单元被配置为作为后台处理步骤确定骨矿物质密度。
根据另一范例，处理单元被配置为自动确定骨矿物质密度，特别是在没有任何用户干预的情况下。
作为效应，可以在执行主要扫描时和/或在执行主要图像的确定时确定骨矿物质密度。结果，可以由系统提供定位图像、主要图像和骨矿物质密度以用于进一步的目的，而不需要等待额外的时间来确定骨矿物质密度。代替地，骨矿物质密度的确定可以作为背景过程步骤自动执行，特别是使得用户可以在查看主要图像时的任何时间处访问骨矿物质密度。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置为确定人类对象的感兴趣定位区域的骨矿物质密度。
作为效应，定位区域的骨矿物质密度可以表示人类对象的较大区域的骨矿物质密度，因为定位区域优选地涉及人类对象的相应较大区域。因此，骨矿物质密度可以指示人类对象的定位区域的相应状况。结果，可以基于此执行骨质疏松症诊断和/或相应的风险评估。
作为进一步的效应，例如针对脊柱退化的外科手术处置，主要扫描可以被执行用于处置规划。因此，定位区域的骨矿物质密度的确定可以为这种规划提供有用的和/或尤其是额外的信息。
作为更进一步的效应，例如针对肿瘤患者，CT扫描，特别是主要扫描，可以被执行用于处置监测。骨矿物质密度可以提供对这种监测目的有用的信息。具体地，癌症治疗能够增加骨质疏松症的风险，并且因此能够考虑骨矿物质密度。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置为确定人类对象的主要感兴趣区域的骨矿物质密度。
作为效应，主要区域的骨矿物质密度可以指示相应的状况，当在人类对象的主要感兴趣区域处规划手术时可以将其考虑在内。
此外，以类似的方式参考先前以类似方式解释的优点和/或效应。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置为基于第一探测器信号、定位图像和/或骨矿物质密度来确定T-评分。作为效应，可以提供表示骨矿物质密度的状况的标准化值，即T-评分。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置为基于第一探测器信号和/或定位图像来确定瘦软(lean soft)组织值和/或脂肪值。
在范例中，处理单元被配置为基于第一探测器信号和/或定位图像来确定不同的脂肪隔室，并且尤其是所述脂肪隔室中的每个的相应的特定脂肪值。
根据系统的另一示范性实施例，处理单元被配置为在骨矿物质密度超过预定义密度阈值或预定义密度阈值范围的情况下引起警告信号。
优选地，处理单元被配置为在骨矿物质密度低于预定阈值的情况下引起警告信号。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于CT成像的方法。所述方法包括以下步骤：
a)执行对人类对象的感兴趣定位区域的定位扫描，使得仅以第一单个X射线管加速电压来操作用于生成X射线辐射的源以在定位扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射向用于探测X射线辐射的探测器透射通过定位区域朝，其中，所述探测器在定位扫描期间同时探测第一能谱的X射线辐射和不同的第二能谱的X射线辐射，从而得到第一探测器信号；
b)基于由所述定位扫描引起的所述探测器的第一探测器信号，确定人类对象的感兴趣定位区域的定位图像；
c)在步骤a)和/或b)之后执行对人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描，使得源仅以第二单个X射线管加速电压来操作以在主要扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射朝向所述探测器透射通过主要区域，其中，所述探测器在主要扫描期间同时探测第一能谱的X射线辐射和不同的第二能谱的X射线辐射，从而得到第二探测器信号；
d)基于由所述主要扫描引起的所述探测器的第二探测器信号，确定人类对象的主要感兴趣区域的主要图像；并且
e)基于所述第一探测器信号和/或所述定位图像来确定骨矿物质密度。
应理解，在此处不重复参考系统提供的所有解释、范例、特征、效应和/或优点的情况下，本发明的方法旨在被配置为执行系统被配置的方法步骤。因此，尽管参考系统提供，但对于方法也旨在以类似的方式提供所有以上解释的范例、解释、特征、效应和/或优点。对于方法的优选实施例，同样优选地以类似的方式保持，这将在下文中解释。
关于方法步骤的顺序，应注意步骤a)在步骤c)之前执行。步骤b)可以在步骤a)和c)之间执行，与步骤c)并行和/或至少部分与步骤c)并行执行。还应注意，步骤a)优选在步骤b)之前执行。还应注意，步骤c)优选在步骤d)之前执行。在范例中，步骤b)和d)可以至少部分并行地执行。在另外的优选范例中，步骤a)和/或步骤b)在步骤e)之前执行。
根据方法的优选实施例，步骤e)至少部分地与步骤b)、c)和/或d)并行执行。
在范例中，步骤e)作为背景步骤被执行，优选至少部分地与步骤b)、c)和/或d)之一并行地被执行。例如，步骤e)可以至少部分地与步骤c)和/或步骤d)并行地执行。
作为效应，可以至少部分地与主要扫描和/或主要图像的确定并行地来确定骨矿物质密度。作为效应，可以不迟于所确定的主要图像来提供骨矿物质密度。
根据方法的优选实施例，第一单个X射线管加速电压低于第二单个X射线管加速电压。
根据方法的优选实施例，在定位扫描期间控制源和探测器，使得由源发射的X射线辐射以朝向探测器的单个取向提供，并且其中，定位图像是二维图像。
根据方法的另一优选实施例，在主要扫描期间控制源和探测器，使得通过源朝向探测器发射一系列X射线辐射，从而得到围绕人类对象的预定义轴的不同取向的X射线辐射，其中，步骤d)包括确定对应于一系列X射线辐射的一系列二维图像的子步骤，并且其中，步骤d)包括基于一系列二维图像将主要图像确定为三维图像的另一子步骤。
根据方法的另一优选实施例，骨矿物质密度的确定的特征在于确定人类对象的感兴趣定位区域的骨矿物质密度。
根据方法的另一优选实施例，骨矿物质密度的确定的特征在于确定人类对象的主要感兴趣区域的骨矿物质密度。
根据方法的优选实施例，方法包括基于第一探测器信号、定位扫描和/或骨矿物质密度来确定T-评分的另一步骤。
根据方法的另一优选实施例，方法包括基于第一探测器信号和/或定位图像确定脂肪少的软组织值和/或脂肪值的步骤。
根据方法的优选实施例，方法包括如果骨矿物质密度超过预定义密度阈值或预定义密度值范围则发出警告信号的另一步骤。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序单元，当由处理单元运行时，所述计算机程序单元适于至少执行如上所述的根据本发明的第二方面的方法的步骤。此外，当由处理单元运行时，计算机程序单元可以适于执行根据上述方法的优选实施例中的至少一个的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种存储有程序单元的计算机可读介质，当由处理单元运行时，其适于至少根据本发明的第三方面或根据其优选实施例中的至少一个执行上述方法。
根据本发明的方面，提供了一种CT成像系统以及一种用于CT成像的方法。对于CT成像，已经发现对人类对象的定位区域的定位扫描是有利的。人类对象的定位区域通常覆盖人类对象的大区域。这允许关于人类对象的定位区域研究人类对象的结构。由于通常不执行定位扫描以便提供人类对象的定位区域的详细图像，而是仅接收提供查看所需的信息，因此可以执行定位扫描，使得其允许基于定位扫描的结果确定二维图像。因此，可以执行定位扫描，使得源向人类对象提供低剂量的X射线辐射。
然而，已经发现，由在定位扫描期间探测X射线辐射的探测器提供的探测器信号一方面可用于确定相应的定位图像，并且另一方面可用于确定人类对象骨矿物质密度，优选人类对象的相应定位区域的骨矿物质密度。因此，还可以基于在定位扫描期间提供的探测器信号来确定骨矿物质密度的确定。
尽管定位扫描通常主要被执行用于确定定位图像，但是已经发现，如果用于在定位扫描期间探测X射线辐射的探测器被形成和/或配置为探测第一能谱的X射线辐射并且探测不同的第二能谱的X射线辐射，则是有利的。在这种情况下，探测器可以甚至基于定位扫描，提供关于人类对象的定位区域的更精确的信息，并且由此得到骨矿物质密度的更精确的确定。因此，在确定定位图像时和/或在执行另外的步骤时，可以确定骨矿物质密度，尤其是作为背景处理步骤，使得可以提供骨矿物质密度用于进一步的目的。
此外，基于在定位扫描期间由探测器提供的探测器信号和/或基于定位图像，系统的处理单元可以被配置为确定人类对象的主要区域以供进一步研究。
备选地，人类对象的主要区域可以被手动确定，并经由输入接口被提供给系统。
此外，在定位扫描之后执行主要扫描。优选地，人类对象的主要区域小于对象的定位区域，并且具体地形成定位区域的子区域。此外，可以以比定位更高的精度和/或更高的分辨率执行主要扫描，使得在主要扫描期间由探测器提供的探测器信号以更高分辨率表示人类对象的主要区域。结果，施加到人类对象的总X射线剂量可以被限制到最小。
在已经执行主要扫描实现相应的探测器信号之后，该探测器信号可以用于确定表示人类对象的主要区域的主要图像。关于骨矿物质密度，骨矿物质密度可以至少部分地与定位图像的确定、主要扫描和/或主要图像的确定并行地确定。结果，在确定主要图像之后，还可以提供骨矿物质密度用于进一步的目的。结果，使用CT成像系统的临床医师不仅可以被提供定位图像并且之后被提供主要图像，而且尤其是作为“副产物”，被提供骨矿物质密度。因此，临床医师可以简单地检查骨矿物质密度，即使骨矿物质密度的确定可能不是人类对象的CT检查的主要目的。然而，其向临床医师提供了另外的信息，尤其是人类对象是否适合于预期的医学处置，尤其是预期的手术处置。应当注意，主要扫描常常在已经向人类对象提供造影剂之后执行，这能够妨碍骨矿物质密度的准确确定。然而，在主要扫描并且因此没有将造影剂提供给人类对象之前执行定位扫描。因此，定位扫描实现探测器信号作为骨矿物质密度的准确确定的可靠基础。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐述。
附图说明
下面将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例：
图1示意性地图示了系统的范例。
图2示意性地图示了探测器的范例。
图3示意性地图示了探测器的单元的范例。
图4示意性地图示了方法的范例。
图5示意性地图示了方法的另外的范例。
具体实施方式
图1示意性地图示了CT成像系统10的范例。CT成像系统10可以用于执行人类对象(未示出)的感兴趣区域的诊断扫描。
CT成像系统包括用于生成X射线辐射的源12。源12可以包括X射线管24和准直器26。X射线源12优选地安装到机架28。CT成像系统10还包括用于探测X射线辐射的探测器14。探测器14也优选安装到机架28。源12和探测器14彼此相对布置。接收空间22布置在源12和探测器14之间。接收空间22也可以称为检查区域。
CT成像系统10还包括用于支撑人类对象的支撑设备18。支撑设备18可以是桌子、沙发、椅子等，以用于支撑人类对象，诸如医学患者。支撑设备18可在Z方向上移动，优选地移入接收空间22中和/或在接收空间22内。接收空间22优选地由机架28限制。
此外，机架28优选地被形成和/或调整为可旋转机架28。因此，机架28可以绕Z方向可旋转，以便使源12和探测器14关于接收空间22周向旋转。
源12连接到机架28，使得其可以朝向探测器14投影X射线辐射。因此，源12可以将X射线辐射投投影对象接收空间22中。如果人类对象的区域经由支撑设备18被放置到接收空间22中，则由源12提供的X射线辐射将分别透射人类对象，并且此后将可由探测器14探测到。由于人类对象，由源12提供的X射线辐射将受衰减和/或光谱范围的变化的影响。
由源12生成的X射线辐射可以由X射线管24产生，并且此后由准直器22准直。准直器22也可以是源12的部分。因此，由源12生成的X射线辐射可以将锥形、楔形或扇形X射线射束投影到接收空间22中并朝向探测器14。
如前所述，探测器14优选地安装到机架28。因此，旋转机架28可以实现源12和探测器14的同时旋转移动。因此，源12和探测器14可以围绕接收空间22旋转。
CT成像系统10还包括用于控制源12和探测器14的控制单元16。控制单元16还可以被配置用于控制机架28的旋转或旋转位置。此外，控制单元16可以被配置用于控制支撑设备18的移动，尤其是使得支撑设备18可以移动到接收空间22中。因此，控制单元16可以被配置为控制对象支撑件18在z方向上的线性运动，并且控制源12和探测器14，使得X射线辐射由源12投影到接收空间22并朝向探测器14。为了扫描目的，对象支撑件2移动，尤其是重复步进线性地在z方向上移动，以便执行人类对象的相应扫描。
探测器14优选地被配置为在所述扫描期间探测X射线辐射。具体而言，探测器14被配置为连续探测X射线辐射，同时支撑设备移向和/或进入接收空间22。结果，探测器14探测先前已经透射通过人类对象的X射线辐射。
探测器14被形成和/或配置为同时探测第一能谱和不同的第二能谱的X射线辐射。在图2中示意性地图示了相应的探测器14的范例。探测器14优选地被配置为双层探测器。因此，探测器14优选地包括两层30、32的堆叠。层中的一个30布置在另一层32的顶部。在范例中，探测器14包括用于探测X射线辐射的第一能谱的第一探测器层30和用于探测X射线辐射的第二能谱的第二探测器层32。如图2图示的，第一探测器层30优选地布置在第二探测器层32的顶部上。第一探测器层30被形成和/或配置为光谱敏感的，以探测X射线辐射的第一能谱。第二探测器层32形成和/或配置为有效敏感的，以探测X射线辐射的第二能谱。例如，第一探测器层30可以形成和/或用于探测X射线辐射的低能谱，其中，第二探测器层32被形成和/或配置用于探测X射线辐射的高能谱。因此，第一能谱可以低于或小于第二X射线谱。第一和第二能谱可以彼此明显分开或部分交叠。
结果，第一探测器层30可以吸收第一能谱的X射线辐射，而第二探测器层32被配置为吸收第二能谱的X射线辐射。在范例中，第一探测器层30可以吸收低X射线能谱，而第二探测器层32吸收高X射线能谱。
优选地，第一和第二探测器层30、32中的每个包括多个单元34、36。第一和第二探测层30、32中的每个的单元34、36优选地被布置为网格形状。第一探测器层30的网格对称地和/或平行于第二探测器层32的网格布置。结果，第一探测器层30的每个单元34被布置在顶部上并且仅在第二探测器层32的单个单元36之上。第一探测器层30和第二探测器层32的相应的一对单元34、36在图2中圈出并且在图3中示意性地被图示。
图3示意性地图示了第一探测器层30的单元34布置在第二探测器层32的单元36的顶部上。每个单元34、36包括相应的闪烁体元件38、40。闪烁体元件38、40还可以称为闪烁体38、40。此外，每个单元34、36包括相应的光电二极管42、44。如图3中示意性图示的，光电二极管42中的一个与第一探测器层30的闪烁体元件38相关联，其中，另一个光电二极管44与第二探测器层32的闪烁体元件40相关联。光电二极管42优选地附接到闪烁体元件38的侧表面。另一个光电二极管44优选地附接到另一闪烁体元件40的侧表面。然而，光电二极管42、44相对于它们各自的闪烁体元件38、40的其他布置也是可能的。
如果X射线辐射的光子46进入闪烁体元件38，则从闪烁体元件38吸收与第一能谱相关联的光子46的至少部分，从而产生光，所述光由相应的光电二极管42感测。以类似的方式，未由闪烁体38吸收的光子46穿过闪烁体元件38并进入闪烁体40，在所述闪烁体中，与第二能谱相关联的光子46的至少部分由闪烁体元件40吸收，从而产生光，所述光由光电二极管44感测。结果，第一探测器层30的每个单元34被配置和形成为探测第一能谱的X射线辐射，而第二探测器层32的每个单元36被形成和/或配置为探测第二能谱的X射线辐射。因此，探测器14被形成和/或配置为同时探测第一能谱和不同的第二能谱的X射线辐射。
作为效应，对于布置在彼此之上的每一对单元34、36的相同位置，可以同时探测第一能谱和第二能谱的X射线辐射。
作为更进一步的效应，源12可以仅利用相应X射线管24的一个X射线管加速电压来操作，同时允许在两个不同的能谱处探测X射线辐射。
作为进一步的效应，由探测器14提供的探测器信号表示探测到的两者，即第一能谱和第二能谱的X射线辐射。
应注意，探测器14不限于依据图2和图3说明的配置。例如，探测器14可以被形成和/或配置为光子计数探测器。在这方面，参考先前关于光子计数探测器说明的解释、特征和/或效应。
在使用CT成像系统10的CT成像流程期间，执行两个扫描，即定位扫描和主要扫描。在定位扫描期间，源12和探测器14优选地维持静止。因此，机架28也可以在定位扫描期间维持静止。为此目的，控制单元16优选地被配置为控制机架28，使得机架28在定位扫描期间维持在静止位置中。此外，在定位扫描期间，由支撑设备18支撑的人类对象被传递到接收空间22中和/或穿过接收空间22，以便将X射线辐射投影到人类对象的感兴趣定位区域。此外，控制单元16被配置为引起人类对象的感兴趣定位区域的定位扫描，使得源12仅以第一单个X射线管加速电压来操作。因此，源12的X射线管24以第一单个X射线管加速电压来操作。
结果，源12在定位扫描期间生成X射线辐射，其中，X射线辐射被投影到接收空间22并且透射通过人类对象的感兴趣定位区域，其中，透射通过人类对象的X射线辐射由探测器14探测。
换言之，控制单元16优选地被配置为在定位扫描期间控制源12和/或探测器，使得由源12发射X射线辐射以提供朝向探测器14的单个取向。
第一单个X射线管加速电压可以在80kV和140kV之间。在范例中，第一单个X射线管加速电压可以是140KV。
在定位扫描期间由探测器14提供的探测器信号优选地表示人类对象的感兴趣定位区域的二维投影。所述探测器信号也可以称为第一探测器信号。第一探测器信号被提供给处理单元20。处理单元20被配置为基于由定位扫描引起的探测器14的第一探测器信号来确定人类对象的感兴趣定位区域的定位图像。定位图像优选地是二维图像。
系统10优选地包括显示器。此外，系统10优选地被配置为在显示器上显示定位图像。
在范例中，临床医师可以查看定位图像以便识别具有更高兴趣的定位图像内的区域。这样的区域可以涉及人类对象的主要感兴趣区域。备选地或额外地，处理单元20可以被配置为识别定位图像内的人类对象的主要感兴趣区域。
在已经确定和/或提供了人类对象的主要感兴趣区域之后，执行人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描。因此，在定位扫描之后执行主要扫描。在主要扫描期间，由支撑设备18支撑的人类对象的主要感兴趣区域被传递到并穿过接收空间22，使得源12在人类对象的主要感兴趣区域处投影X射线辐射。为此目的，支撑设备优选地由控制单元16控制，尤其是使支撑设备18逐步地进入并穿过接收空间22。
在主要扫描期间，并且尤其是在每个步骤期间，由源12朝向探测器14发射一系列X射线辐射，从而实现围绕人类对象的预定轴线，尤其是围绕z方向的不同取向处的X射线辐射。优选地，针对每个步骤重复该流程。还优选地，处理单元20被配置为确定与一系列X射线辐射相对应的一系列二维图像，并被配置为基于一系列二维图像将主要图像确定为三维图像。
在主要扫描期间，控制单元16被配置为控制源12，使得源12仅以第二单个X射线管加速电压来操作，以在主要扫描期间生成相应的X射线辐射。优选地，第二单个X射线管加速电压在80kV和140kV之间。在范例中，第二单个X射线管加速电压是140kV。还优选地，第二单个X射线管加速电压等于第一单个X射线管加速电压。然而，第二单个X射线管加速电压可以与第一单个X射线管加速电压不同。特别地，第一单个X射线管加速电压可以小于或低于第二单个X射线管加速电压。
作为效应，在定位扫描期间X射线辐射的影响可以保持尽可能低。结果，可以尽可能长时间地保持X射线辐射对人类对象的总体影响。
如前所述，处理单元20被配置为基于由主要扫描引起的探测器14的第二探测器信号来确定人类对象的主要感兴趣区域的主要图像。还优选地，主要图像可以显示在系统10的显示器上。系统10可以相应地被配置。基于主要图像，临床医师可以出于诊断目的评估人类对象的主要感兴趣区域。该诊断优选涉及特定处置目的。
然而，已经发现人类对象的骨材料的骨矿物质密度能够是高度感兴趣的，尤其是针对临床医师，以便提供甚至高级的评估。为了防止人类对象的进一步扫描，并且尤其是对人类对象的定位和/或主要感兴趣区域的进一步扫描，系统10的处理单元20被配置为基于第一探测器信号(由定位扫描引起)和/或基于定位图像来确定骨矿物质密度。骨矿物质密度优选地是指骨矿物质密度值，例如表示骨矿物质含量，例如骨的克数和/或以骨的克数/面积(尤其是每cm2)为单位。矿物质含量能够是指钙含量。
结果，在不需要对人类对象进行额外扫描的情况下，系统10被配置为提供定位图像、主要图像以及骨矿物质密度。因此，骨矿物质密度可以被确定为定位扫描的“副产物”。作为甚至进一步的效果，可以在主要图像的确定的结束之前或同时提供骨矿物质密度。因此优选的是，处理单元20被配置为至少部分地在主要扫描的执行期间和/或在主要图像的确定期间至少部分并行地确定骨矿物质密度。此外，如果基于第一探测器信号确定骨矿物质密度，则处理单元20可以配置为在定位图像的确定期间至少部分并行地确定骨矿物质密度。还优选地，处理单元20可以被配置为作为关于定位图像的确定、主要扫描的执行和/或主要图像的确定的背景过程而确定骨矿物质密度。换言之，可以经由处理单元20与定位图像的确定和/或主要图像确定同时地确定骨矿物质密度。
还优选地，处理单元20被配置为自动确定骨矿物质密度。因此，如果需要和/或有助于处置的评估、诊断和/或规划，则临床医师可以考虑骨矿物质密度。
即使手术处置或任何其他处置与人类对象的主要感兴趣区域有关，临床医师也能够对知道主要感兴趣区域周围的外围区域的骨矿物质密度感兴趣。该外围区域可以由人类对象的感兴趣定位区域覆盖。在范例中，处理单元20因此被配置为确定人类对象的感兴趣定位区域的骨矿物质密度。这可以向临床医师提供相应的信息以用于高级诊断和/或处置规划。
根据优选实施例，处理单元可以被配置为确定人类对象的感兴趣定位区域的第一骨矿物质密度并且确定人类对象的主要感兴趣区域的第二骨矿物质密度。结果，第一和第二骨矿物质密度两者可以被提供用于随后的评估。
此外，如果骨矿物质密度超过预定义密度阈值或预定义密度阈值范围，则处理单元20优选地配置成引起警告信号。例如，如果骨矿物质密度低于预定义最小密度阈值，则处理单元可以引起警告信号。系统10可以被配置为声学地或视觉地释放警告信号。例如，系统10可以被配置为在显示器上显示表示警告信号的项目。结果，可以向可以评估主要图像的临床医师通知低于预定义最小密度阈值的骨最小密度。结果，临床医师可以考虑骨矿物质密度用于评估和/或用于处置规划。
图4示意性地图示了用于CT成像的方法的范例。所述方法包括以下步骤：
在第一步骤a)中，执行对人类对象的感兴趣区域的定位扫描，使得用于生成X射线辐射的源12仅以第一单个X射线管加速电压来操作以在定位扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射朝向用于探测X射线辐射的探测器14透射通过定位区域，其中，探测器14在定位扫描期间同时探测第一能谱的X射线辐射和不同的第二能谱的X射线辐射，从而产生第一探测器信号。
在第二步骤b)中，基于由定位扫描引起的探测器14的第一探测器信号来确定人类对象的感兴趣定位区域的定位图像。
在第三步骤c)中，在步骤a)和/或b)之后执行人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描，使得源12仅以第二单个X射线管加速电压来操作，以在主要扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射朝向探测器14透射通过主要区域，其中，探测器在主要扫描期间同时探测第一能谱和不同的第二能谱的X射线辐射，从而得到第二探测器信号。
在第四步骤d)期间，基于由主要扫描引起的探测器14的第二探测器信号来确定人类对象的主要感兴趣区域的主要图像。
在第五步骤e)中，基于第一探测器信号和/或基于定位图像来确定骨矿物质密度。
应理解，在此处不重复参考设备10提供的所有解释、范例、特征、效果和/或优点的情况下，本发明的方法旨在被配置为执行系统10为此配置的方法步骤。因此，尽管先前参考系统10提供，也旨在针对方法以类似的方式提供所有上述范例、解释、特征、效应和/或优点。
图5示出了方法的示范性实施例。图5中示意性指示的方法包括步骤a)至e)，这些步骤先前已参考图4被解释。因此，参考前面关于图4的解释。方法还包括第六步骤f)。在第六步骤f)中，如果骨矿物质密度超过预定义密度阈值和/或预定义密度阈值范围，则确定警告信号。
根据本发明的另一范例，提供了一种计算机程序单元，其在由处理单元运行时适于执行上述方法。
根据本发明的另一范例，提供了一种计算机可读介质，其上存储有程序单元，所述程序单元在由处理单元运行时适于执行上述方法。
计算机程序单元可以存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的系统的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的系统的部件。计算单元可以适于自动操作和/或运行用户的命令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可以被配备为执行本发明的方法。
必须注意，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，参考系统描述了一些实施例，而参考该方法描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从上文中得出，除非另行通知，否则除了属于一个主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合被认为由本申请公开。然而，可以组合所有特征，以提供超过特征的简单加和的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且词语“一”或“一个”并不排除多个。单个探测器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种CT成像系统(10)，包括：
-源(12)，其用于生成X射线辐射；
-探测器(14)，其用于探测X射线辐射；
-控制单元(16)，其用于控制所述源(12)和所述探测器(14)；
-支撑设备(18)，其用于支撑人类对象；以及
-处理单元(20)，其被耦合到所述探测器(14)，以用于接收来自所述探测器(14)的探测器信号，所述探测器信号表示探测到的X射线辐射；
其中，所述源(12)和所述探测器(14)被布置为彼此相对，使得接收空间(22)被布置在所述源(12)与所述探测器(14)之间；
其中，所述支撑设备(18)能布置在所述接收空间(22)处，使得由所述源(12)生成的透射通过所述人类对象的X射线辐射能由所述探测器(14)探测到；
其中，所述探测器(14)被形成和/或配置为同时探测第一能谱的X射线辐射和不同的第二能谱的X射线辐射；
其中，所述控制单元(16)被配置为引起对所述人类对象的感兴趣定位区域的定位扫描，使得所述源(12)仅以第一单个X射线管加速电压来操作以在所述定位扫描期间生成X射线辐射；
其中，所述处理单元(20)被配置为基于由所述定位扫描引起的所述探测器(14)的第一探测器信号来确定所述人类对象的所述感兴趣定位区域的定位图像；
其中，所述控制单元(16)被配置为在所述定位扫描之后引起对所述人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描，使得所述源(12)仅以第二单个X射线管加速电压来操作以在所述主要扫描期间生成X射线辐射；
其中，所述处理单元(20)被配置为基于由所述主要扫描引起的所述探测器(14)的第二探测器信号来确定所述人类对象的所述主要感兴趣区域的主要图像；并且
其中，所述处理单元(20)被配置为基于所述第一探测器信号和/或所述定位图像来确定骨矿物质密度。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述第一单个X射线管加速电压低于所述第二单个X射线管加速电压。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述控制单元(16)被配置为在所述定位扫描期间控制所述源(12)和所述探测器(14)，使得由所述源(12)发射的X射线辐射被提供在朝向所述探测器(14)的单个取向中，并且其中，所述定位图像是二维图像。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述控制单元(16)被配置为在所述主要扫描期间控制所述源(12)和所述探测器(14)，使得由所述源(12)朝向所述探测器(14)发射一系列X射线辐射，从而得到围绕所述人类对象的预定义轴的不同取向处的X射线辐射，其中，所述处理单元(20)被配置为确定对应于所述一系列X射线辐射的一系列二维图像，并且其中，所述处理单元(20)被配置为基于所述一系列二维图像将所述主要图像确定为三维图像。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述探测器(14)包括第一探测器层(30)和第二探测器层(32)，所述第一探测器层用于探测X射线辐射的所述第一能谱，所述第二探测器层用于探测X射线辐射的所述第二能谱，所述第一探测器层(30)被布置在所述第二探测器层(32)之上。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述探测器(14)是光子计数探测器，并且其中，所述探测器(14)被形成和/或配置为通过对撞击在所述探测器(14)上的具有所述第一能谱内的能量的光子(46)进行计数来探测所述第一能谱的X射线辐射，并且通过对撞击在所述探测器(14)上的具有所述第二能谱内的能量的光子(46)进行计数来探测所述第二能谱的X射线辐射。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述处理单元(20)被配置为在所述主要扫描和/或对所述主要图像的所述确定期间至少部分并行地确定所述骨矿物质密度。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述处理单元(20)被配置为确定所述人类对象的所述感兴趣定位区域的所述骨矿物质密度和/或所述人类对象的所述主要感兴趣区域的所述骨矿物质密度。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述处理单元(20)被配置为基于所述第一探测器信号、所述定位图像和/或所述骨矿物质密度来确定T-评分。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述处理单元(20)被配置为基于所述第一探测器信号和/或所述定位图像来确定脂肪少的软组织值和/或脂肪值。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统(10)，其中，所述处理单元(20)被配置为在所述骨矿物质密度超过预定义密度阈值或预定义密度阈值范围的情况下引起警告信号。
12.一种CT成像方法，包括以下步骤：
a)执行对人类对象的感兴趣定位区域的定位扫描，使得仅以第一单个X射线管加速电压来操作用于生成X射线辐射的源(12)以在所述定位扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射透射通过所述定位区域朝向用于探测X射线辐射的探测器(14)，其中，所述探测器(14)在所述定位扫描期间同时探测第一能谱的X射线辐射和不同的第二能谱的X射线辐射，从而得到第一探测器信号；
b)基于由所述定位扫描引起的所述探测器(14)的所述第一探测器信号来确定所述人类对象的所述感兴趣定位区域的定位图像；
c)在步骤a)和/或b)之后执行对人类对象的主要感兴趣区域的主要扫描，使得所述源(12)仅以第二单个X射线管加速电压来操作以在所述主要扫描期间生成X射线辐射，使得相应的X射线辐射透射通过所述主要感兴趣区域朝向所述探测器(14)，其中，所述探测器(14)在所述主要扫描期间同时探测所述第一能谱的X射线辐射和所述不同的第二能谱的X射线辐射，从而得到第二探测器信号；
d)基于由所述主要扫描引起的所述探测器(14)的所述第二探测器信号来确定所述人类对象的所述主要感兴趣区域的主要图像；并且
e)基于所述第一探测器信号和/或所述定位图像来确定骨矿物质密度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤e)至少部分地与步骤b)、c)和/或d)并行地被执行。
14.一种CT成像装置，其包括数据处理器和存储计算机程序的工作存储器，所述计算机程序当由所述数据处理器运行时适于执行根据权利要求12或13所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，其存储有用于控制根据权利要求1至11中的一项所述的系统(10)的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元(20)和/或控制单元(16)运行时适于执行根据权利要求12或13所述的方法的步骤。
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