CN1109733A

CN1109733A - 电子计算机层析摄影机

Info

Publication number: CN1109733A
Application number: CN95101754.3A
Authority: CN
Inventors: 根特尔·德埃耐尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1995-10-11
Also published as: DE4405505A1; JPH07265295A; US5574763A

Abstract

本发明提供一种电子计算机层析摄影机，其能实现小肠区域的最佳检查。

进行三维图象重建的方法是：当体腔器官充填造影剂时通过计算取出体腔器官的断层，通过计算将造影剂主干分离，并显示出体腔器官的内侧面。体腔器官在并排的图象中分开显示，也可显示出体腔器官内侧面的伸展状态。

Description

电子计算机层折摄影对于放射学研究来说是对如今提出的许多问题较为合适的方法。除了能显示骨结构以外还能很好地显示软组织。通过造影剂的给药使血管得到清晰显示。各种可能的后置处理为诊断提供了辅助信息。

在胃与肠道中，如今可通过胃镜使食管与胃得到很好的且无辐射的检查。另一方面，结肠镜检查可得到结肠区域的检查结果。如今小肠区域内的检查方法还不令人满意。

本发明的目的在于发明一种电子计算机层析摄影机，即对器官，特别是在小肠范围内提供很好的检查可能性。

本方案是通过本发明权利要求1的特征解决的。

当病人躺着时，用造影剂（如：硫酸钡）进行小肠范围的检查（如同现在在CT中普遍使用的）是很困难的，因为在这种状态下很难做到无气泡灌肠。使病人垂直定位和将扫描龙门架进行水平调准可避免这种缺点。为了使患者有更好的体位也可让垂直定位的工作台稍稍倾斜并且也可使架子适当倾斜。对于所建议的这种检查方法即，无论如何使工作台倾斜并且使架子有很大倾斜在如今（最大±30°）是必要的。

在进行真正的检查之前要先准备检查造影剂分布用的平面位置图。

层析摄影可采用分散步骤（谨慎措施）或螺旋式方法（Spiral Modus）。但是优选螺旋式方法，因为照相时间短且移动假象较小。在照相时，是病人移动通过扫描龙门架还是使扫描龙门架移动经过病人，无原则上的区域。两种方法都可以而且也建议将这两种方法用于其它检查如：肺部检查。但在采用螺旋式方法照相的同时对扫描龙门架或病人的水平移动提出较高的要求。

病人的垂直定位，在所建议的肠道检查时，给正在检查的医生一种尽可能与传统透视（即必要时预先进行的这种透视检查）相同的定位。

肠道中造影剂的处理对于分析利用其后用三维表面重建方法进行的层析照相具有特殊的优点。根据重建的层析图象采用重建表面和二次层析的三维方法来进一步估价肠道区域。通过用造影剂灌肠使肠子成形（即，横断面敞开）而且可使肠壁清楚地分开。前提是尽可能使灌肠无气泡。如不能完全做到，则即使有较小的气泡区也能达到很好划分肠道的目的。

下面根据图示对本发明作进一步详述：

图1是详述本发明构思的电子计算机层析摄影机的主要部分。

图2和图3是根据图1的电子计算机层析摄影机的详图。

图4是根据图1至图3的电子计算机层析摄影机的方框图。

图5至图14是根据图1至图3的电子计算机层析摄影机中图像重建示意图。

根据图1，内装有测量系统的电子计算机层析摄影机的扫描龙门架1是水平设置的，以便病人可站着检查。在此，病人靠着靠壁2。将扫描龙门架1设置成可围绕轴3倾斜，且可在支柱4上进行高度调节。当病人站立时，最好对扫描龙门架1进行水平调整，以便得到横向于躯干的层析图象。通过在垂直方向上调整扫描龙门架1来选择每次检查的层析5。如果慢慢地、连续不断地在垂直方向上调整扫描龙门架1，同时用由X光机和探测仪构成的旋转测量系统6对病人进行扫描（测量X射线通过人体后的衰减），则可实现如同扫描龙门架1垂直时对预定病人体积的螺旋式扫描。为了进一步分析将测量数据传递给计算机系统7。

在对病人进行扫描时，是移动扫描龙门架1经过病人，还是借助一个高度可调的装置（如：带踏板的靠壁2）使病人移过扫描龙门架，原则上是无区别的。但是，为了得到稳定的体位和减少移动假象，采用与垂直线稍稍有点儿倾斜的体位是有利的。倾斜的体位可有各种不同的构成形式。

图2表示带活动的、几乎垂直竖立的板9的定位器8。在此，板9的倾斜可通过铰链10和倾斜装置11来调整。病人在有站立面12的板9上移过与板9垂直可调的扫描架1。由控制装置13来控制板9和扫描架的倾斜，即，使板9与扫描架1相互垂直设置。在调整板的倾斜度时，将同时对扫描架1进行自动再调整。同样可以调整扫描架1与病人体轴的恒定倾斜度。

图3表示其它结构的可能性。这里，利用支柱4使适当倾斜的扫描架1沿垂直方向移动而利用导轨14使板9适当沿水平方向移动。用控制装置13再度控制这两种移动，即使病人相对于扫描架1作垂直移动。另外，为了按图2进行布置应如此配置控制装置13，即，使病人每次都位于扫描架1的中间。

按照图4，用计算机系统7进行测量数据的分析。在测量数据存贮器15中对来自扫描架1的数据进行中间存贮，然后接着用对横向断层图象重建单元16进行数据处理。然后将根据断层排列的容积数据（音量单元Voxel element）存贮在音量数据（roxel daten）存贮单元17中，用作进一步处理的图像。同时，为了对图像单元进行控制可用监控器18进行断面图像显示。

由于肠子的排列是交叉的，所以根据横向断层进行肠道区域，特别是小肠区域的检查是很难的（见图5）。普通的多平面二次重建只是提供某种有条件的观察，因为体层部分区域往往只是有限的。

为了改进显示并使检查简单和判断准确建议采用以下音量数据（voxel-Daten）分析的方法。

想象中人们可以把肠道中造影剂当作一种合适的物体，造影剂主干（stamm）。这种物体可以从断层图象的音量数据中用公知的三维重建方法显示出来。将这种造影剂主干置入肠道中。如果用三维重建法按照长度将肠子的图像切开并将造影剂主干从肠子的图象中分离，则借助于用于三维重建单元19（见图4）可看到肠子的内侧。这两半可相继在监视器18上显示出来（见图6，它表示图5中切口的两半）。由于腹腔中的肠子是交叉排列的，所以仅在平面部分中可得到显示。为了确定各个部分有必要用横向断层图象21和正交的二次切面22进行交互工作（见图7）。

各个部位的确定工作量很大而且对区域界限的检查也很难。可以通过肠子的自动展开得到快速显示和在分析时的其它帮助。因此，通过音量数据对肠子的分布进行分析是有必要的。对于计算机辅助分析来说可用坐标值A（X、Y、Z）系列确定肠子（见图8）在三维空间中的分布。坐标给出了小肠部分23的各个中心。经过中心的横截面24的位置，由垂直于横截面的方向R（α、β、γ）来确定。坐标值系列及其连接线在图8中称为肠道的踪迹25。有关确定踪迹所用的计算参见图4中相应的计算单元20。

根据坐标值和横截面的方向可以以伸展的形式（直线踪迹）使肠子内侧面总体展开（见图9）。由此将各个横截面相互按顺序排列并通过适当插入原始数据将其连接。如果使该程序实现自动化，则可在监视器18上为观察者显示出总区域。通过用控制计算单元31（图4）进行示图输入（鼠标或跟踪球）可使正在调整的范围得到控制。因此，可以以任意速度沿踪迹25连续地前进与后退。

如果在检查时，观察到并怀疑某个关键位置有病变，则可在这个位置取下垂直于肠子的二次断面（Sekundarschnitt）或表面放大断面以便通过单元19的计算来确诊。沿着踪迹25自动向前移到二次断面同样也是可能的。

有关结构及其跟踪的鉴别方法在参考文献中有说明。在医疗技术中特别要列举的就是计算机辅助识别与静脉跟踪（Vessle Tracking）及神经跟踪（Nerve Tracking）方法。

由于肠壁有其环形锯齿形隆起（绒毛）和众多狭窄的小肠折皱的特殊结构，在此提议采用一种对经过肠子与造影剂主干的踪迹25进行计算的特殊方法。为了说明本方法，在图10至12中示出了经过带有小肠典型绒毛27的肠段26的纵截面示意图。

踪迹25的计算要经过若干步骤：

在第一步骤中用两个正交断面（见图7、10和11）来确定检查路线的起点A1。通过选择附加点A2可以确定R方向，在该方向应开始跟踪踪迹。正交断面的计算再次在单元19中进行。通过控制计算机31输入该点。有必要在肠子端部规定踪迹25的相应终止区。如果肠子在图象凹口的边缘结束，则该边缘自然就是终止区。

从起始点A1起在第二个步骤中，按照尽可能大的自由行程在肠内对围绕角R的立体角范围γ进行检查。同时，探测射线28仅在造影剂29中或在空气30中移动。图12表示沿着理想探测射线的衰减图。人们可清楚地识别肠组织（40～60 HU）、造影剂（＞500 HU）以及空气（≈-1000 HU）的界限。自由探测线路的终端通过造影剂到组织或从空气到组织的过滤来确定。各个范围的衰减值分得很清楚。但基于组织边缘结构不规则性，因此，应对始终超过n.n.n音量（voxel）的部分容积在阈值判定之前取平均值（如：n=3，……，9）。这里可以使用线性与非线性的三维数字滤滤器。将具有最长自由探测线路的方向选作下一段踪迹的方向R′。

在第三个步骤中是选定部分截面的长度与下一个起始点A′的距离。同时先规定待选定的部分截面L的最大长度。如果自由探测线路S是2L，则将A′定在R′方向中与A的距离L的地方，即S′=L₀如果线路S＜2L，则确定为S′=S/2。为了避免提前出现分析中断，立体角γ的调整（如下所述）应取决于最大的探测行程S的长度。这两个步骤2与3不断重复，直至踪迹达到图象的边缘区或直至该踪迹在前面，相当于步骤1中规定的终点区结束。

借此达到了探测过程的最后步骤。为了检验以正交的二次断面作为投影的方法可显示出计算踪迹。该踪迹的三维显示同样是可能的。

上述对经过肠道的踪迹进行检查方法能够，需经过图13中所示的很大的弯道。但是由于肠道内壁不平整，因此应注意，该方法不会提前在死路中结束。如果，例如发现的最大探测距离S始终较小，则表示踪迹测定提前结束。通过使立体角γ同时扩大可以在其后使路径方向离开或死路进行自动转向。由于这种迂回路线，在踪迹中可能出现很窄的其它弯道，该弯道对今后的肠道伸展与检查是有妨碍的。因此最终的线路修整和过多弯道的识别方法及其排除均与检查过程有关。

穿过肠道区域的踪迹重建的全部检查过程在图14中再次归纳在流程图中。

由于组织结构无规则，且经常出现量子噪声，所以在该方法中涉及到使模糊界限达到最佳化。这样，用模糊逻辑（Fuzzy-Logic）的方法也能进行最佳探测路线的确定。在适当确定模糊过程的必要参数时使过程得到加速。

用根据图4描述的专用计算装置和有相当计算功能的适用的计算机来实现在设计方案中所述的肠道区域的显示方法。然后将功能单元作为计算机上的子程序来实现。

Claims

1、一种用于检查体腔器官的电子计算机层析摄影机，其特征在于，包括一对病人扫描时用的定位装置(2，8)，根据一对通过确定器官分布和显示展开的器官所获得的断层数据进行分析的计算机系统(7)，定位器(8)可倾斜而且各种体位都能与扫描龙门架(1)对准。

2、如权利要求1中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：定位器（8）可移动病人，使其任意倾斜经过扫描龙门架（1）的中心。

3、如权利要求1或2所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：扫描龙门架（1）和定位器（8）可同时活动，将病人任意倾斜，使其通过扫描龙门架（1）的中心。

4、如权利要求1或2中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：扫描龙门架（1）和定位器（8）的倾斜由控制装置（13）来协调，即，使扫描龙门架（1）与定位器（8）相垂直，或相互处于一固定角。

5、如权利要求1至4中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：除了扫描龙门架（1）与定位器（8）可倾斜外，还可由控制单元（13）来控制定位器（8）（水平）与扫描龙门架（1）（垂直）同时活动，使病人总是从扫描龙门架（1）的中间通过。

6、如权利要求1至5中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：计算机系统（7）包括用于三维图象重建的计算装置（19），该装置可如此编程，即，在给体腔器官充填造影剂时通过计算对体腔器官进行断层，通过计算使造影剂主干分离，并且显示出体腔器官的内壁。

7、如权利要求1中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：体腔器官可在并排的图像分开显示。

8、如权利要求1中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：通过修平与插入显示出体腔器官内侧面的伸展情况。

9、如权利要求1中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：计算机系统（7）包括用于确定经过体腔器官的踪迹（25）的计算机装置（20）。

10、如权利要求8中所述的电子计算机层析摄影机，其特征在于：用模糊逻辑的方法来获得最大自由探测线路（28）的长度和方向。