CN1507836A - 产生周期运动器官计算机断层造影图像的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种产生生命体周期运动器官的CT图像的方法，其中，该器官具有包括静止或者运动阶段的区域，而器官不同区域的静止阶段出现在不同的时刻上，借助于一台CT设备，该CT设备带有一个为了产生CT图像而围绕待检查的生命体的身体运动的X射线源，其中，至少在X射线源围绕待检查的对象一次环绕和一个至少等于运动周期的时间段期间，拍摄多张起到产生图像作用的投影，其中，析这些投影所对应的数据，看它们是否在器官的各感兴趣区域的静止或者运动阶段获得，并且其中，仅仅使用在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的数据而再现一幅器官的图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生生命体周期性运动器官CT图像的方法，其中，该器官具有包括静止阶段和运动阶段的区域，器官不同区域的静止阶段出现在不同的时刻上，该方法借助于带有为产生CT图像而围绕待检查生命体的身体运动的X射线源的CT设备，在X射线源围绕待检查对象的至少一次环绕中，和一个至少等于运动周期的时间段中，拍摄多个用于成像的投影。此外，本发明还涉及一种实施这种方法的CT设备。
背景技术
上述类型的方法例如用在产生心脏的CT图像，这些CT图像显示了处于静止阶段的心脏。
借助于公知的方法通常不能够产生包含如此少的运动伪影的冠状动脉血管(Koronargefaesse)的CT图像，例如确定钙化度(Calcium Scoring)或者寻找冠状动脉血管中的变窄(Stenosen)。在对于这种检查必须在缺少运动伪影的CT图像中成像的心脏领域，涉及到右冠状动脉(RCA＝Rightcoronary Artery)、左主动脉(LM＝Left Main)、左动脉卷(LCX＝LeftCircumflex)和左动脉衍生(LAD＝Left Artery Descendent)。对于所提到的四个区域在一个心跳周期空间运动的速度和相位是不同的。
因为心脏的舒张阶段的状态可以例如从一个在检查期间记录的患者的EKG(心电图)信号进行估计，而心室(Ventrikel)以及LM和LAD在心脏舒张期继续静止，通常的方法是，由EKG触发按照轴向扫描的方式记录用于缺少运动伪影地表示心脏所需的数据。此外公知的是，首先记录数据并同时为数据记录标记上EKG信号，以便然后回溯地根据EKG信号确定各在心脏舒张期获得的数据，并在这些数据的基础上再现一幅图像。
但是，在心脏舒张期获得的数据的基础上再现一幅心脏图像，通常不能保证RCA和LCX清晰地成像，因为它们在心脏舒张期的运动可以是显著的。只有通过电子射线计算机断层造影(EBT)才可以由于每层短暂的扫描时间(100ms)而有时找出一个心脏周期的一个阶段，在该阶段中所述四个血管只有微弱的运动。但是，对于具有高脉搏频率的患者则基本上不能实现。用当今常见的、具有每层扫描时间低于330ms的常规CT设备，即使对于具有较低脉搏频率的患者也不可能找出一个测量间隔，其中所有提到的区域具有相对少的运动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，这样地构造一种本文开始部分所述类型的方法，即，该方法使得可以对于一个希望的区域产生缺少运动伪影的CT图像。此外，本发明要解决的技术问题还有，提供一种实施这种方法的CT设备。
按照本发明，上述技术问题的解决是通过一种产生生命体周期作用器官的CT图像的方法实现的，其中，该器官具有包括静止或者运动阶段的区域，而器官不同区域的静止阶段出现在不同的时刻上，并借助于一台CT设备，该CT设备带有一个为了产生CT图像而围绕待检查的生命体的身体运动的X射线源，该方法具有下列方法步骤：
a)至少在X射线源围绕待检查的对象一次环绕和一个至少等于运动周期的时间段期间，记录多张起到产生图像作用的投影，
b)分析这些投影所对应的数据，看它们是否在器官的各感兴趣区域的静止或者运动阶段获得，并
c)仅仅使用在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的数据而再现一幅器官的图像。
显然，借助于按照本发明的方法能够产生显示器官任意区域在其静止阶段的器官图像。由此，在心脏情况下可以，表示出所有在其静止阶段的感兴趣的血管。按照在必要时在不同心脏阶段再现的CT图像，可以根据单个血管在其静止阶段显示的图像对所有血管进行一个总的诊断。所需要的投影可以例如从螺旋扫描中获得，该螺旋扫描借助于一台具有包括一行或多行检测元件的检测器系统的CT设备进行记录。
按照本发明的一个方案，对对应于投影的数据的分析包括，针对器官的多个区域进行分析，看它们是在器官各区域的静止还是运动阶段获得的，其中，针对器官的所有感兴趣区域，分别利用在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的数据再现一幅器官的图像，并且，由表示器官的各感兴趣区域的静止阶段的图像构成一幅包括器官的所有感兴趣区域在其各自静止阶段的图像。因此，这样获得的图像表示了处于各自的静止阶段的整个感兴趣区域(即例如本文开头提到的心脏的四个动脉)，并由此提供了在其它情况下由一幅单独的图像所不能提供的信息。
为了能够识别哪些数据是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，哪些数据是在运动阶段获得的，按照本发明的一个方案，对于表示器官一个感兴趣区域的图像区域按照短暂前后相接的测试图像序列检测运动伪影，其中，这种对测试图像做出贡献的数据被认为是在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的，该测试图像在表示器官的各感兴趣区域的图像区域基本上没有运动伪影。这里，可以实现对运动伪影的检测，其中，将线条伪影和/或双重轮廓作为对运动伪影的指示加以考虑。不过，对运动伪影的检测也可以根据将前后相接的测试图像相减得到的差值图像实现。为了快速地提供所需的测试图像，可以将其再现以较低的计算能力和/或分辨率和/或作为部分循环再现进行。
除了根据运动伪影确定静止和运动阶段以外，还可以在拍摄多张起到成像作用的投影的同时，进行对表示一个反映器官周期运动的生理函数的信号的采集，其中，对投影所对应的数据进行分析，看它们是在器官感兴趣区域的静止阶段还是运动阶段获得的，数据的时间上的顺序包含了该生理函数所表示的信号在时间上的变化，其中，这种数据被认为是在器官各感兴趣区域的静止阶段获得的，该数据是在一个时间间隔中获得的，在该间隔中信号的变化显示，各感兴趣区域的处于一个静止阶段。即，根据表示生理函数的信号事后选择这样的数据，该数据表示了处于静止阶段的各感兴趣区域，并且只有这种数据被提取出来再现。
由此，按照本发明的一个方案，在产生心脏的CT图像时，在拍摄投影期间采集生命体的EKG并针对心脏的一个感兴趣区域至少识别出一个分别处于在两个前后相接的EKG的R锯齿之间的可以利用的时间间隔，其中，在该可以利用的时间间隔获得的数据，被认为是在心脏的一个感兴趣区域的静止阶段获得的，并为了再现而被提取出。
因为心脏活动的周期长度不是常数，按照本发明的一个方案，作为可以利用的时间间隔识别一个时间间隔，该时间间隔在引导各心脏周期的EKG的R锯齿之后的各心脏周期的预定第一部分开始，其长度等于各心脏周期的第二预定部分。
为了使患者承受尽可能少的辐射剂量，按照本发明的一个方案，设置了信号的阈值标准，当满足该标准时器官的各感兴趣区域处于静止阶段，并在其中为了拍摄产生图像所需要的投影仅仅在满足阈值标准的时间段内击活X射线源。
关于CT设备的技术问题，是通过一种带有X射线源的CT设备解决的，该X射线源围绕待检查的生命体运动，该CT设备至少在X射线源围绕待检查对象的一次环绕中和一个至少等于周期运动器官的运动周期的时间段内，拍摄多个用于成像的投影，其可以如下地在第一和一个第二运行方式中运行，即，在第一运行方式中，CT设备从所述投影中再现测试图像，其中，该CT设备具有用于显示测试图像的装置和输入装置，借助这些装置可以将测试图像标记为缺少运动伪影的图像，以及其中，该CT设备在该标记为缺少运动伪影的测试图像的基础上，标识至少一个可以利用的时间间隔，在该时间间隔中可以在静止阶段记录其数据；而在第二运行方式中，CT设备记录用于产生图像的数据，并仅考虑那些在静止阶段被记录数据，用于图像再现。按照该设备使用者可以从多个测试图像中选择缺少运动伪影的图像。在这样选择的测试图像的基础上该CT设备识别至少一个可以利用的时间间隔，在该间隔中数据可以在一个静止阶段被记录并然后才被提取出来与再现对应。
附图说明
下面结合实施方式和附图对本发明作进一步的说明。图中，
图1和图2表示两个说明心脏不同区域的静止阶段的CT图像，
图3至图7为以定性图形式表示在一个心脏周期中心脏不同区域的运动速度，
图8表示患者EKG信号的变化和按照图4至图8对于心脏不同区域的适当的再现阶段，和
图9为实施本发明方法的CT设备的示意性的部分方框图。
具体实施方式
从图1和图2中可以看出，在一个心脏周期内，在分别考察的断面上冠状动脉血管和心室的空间运动的速度和阶段在改变。图1和图2示出了一个心脏的同一层面，但图1和图2分别基于的数据是在一个心脏周期内不同时间段所获取的。这样，图1示出了心脏舒张期的静止阶段，该阶段在心脏周期整个长度的大约30％开始并在一个心脏阶段的整个长度的大约70％结束(30％-70％R间隔)。图2示出了心脏收缩期的收缩阶段(80％-1 20％RR间隔)。两个图像都是按照250ms的时间分辨率再现的。
从图1可以明显看出，在心脏舒张期，整个心脏在左心室的区域中清晰可见，而在RCA的表示中显著注意到运动造成的模糊。
反之，在根据图2的在心脏收缩期再现的图像中清晰地显示了RCA，而左心室附近的区域则出现运动伪影。
显然，左心室和RCA相位偏移地运动。该结论同样对于其它冠状动脉血管有意义，其中，CX和RCA基本同相位运动，而LM和LAD大致与左心室同相位运动。
这点在图3至7中再次表明，这些图按定性图表的形式示出了在一个心脏周期期间，即在两个跟随的EKG的R锯齿之间时间段期间心脏不同区域的运动速度，其中，各区域的当前和最大运动速度的比值[v/vmax]相对于按百分比给出的心脏周期的长度[％RR]记载出来。
为了无伪影地表示所有感兴趣区域，按照图3至7只有30％RR至60％RR的阶段可以，但是，尤其是对于较高的脉搏速率用于记录所有再现一幅CT图像(计算机断层造影图像)所需要的投影是不够的。
按照本发明的方法不再尝试，在一个单一的测量间隔内对心脏的所有感兴趣区域成像。而是按照第一解决原则这样进行，即，
a)至少在X射线源围绕心脏的一次环绕和一个至少等于心脏循环周期的时间段内，拍摄多张用于产生图像的投影，
b)分析这些投影所对应的数据，看它们是在心脏的各感兴趣区域的静止阶段还是运动阶段获得的，并
c)仅使用在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的数据再现图像。
就心脏的所述区域而言，从图8中可看出，为了特殊的再现采用了两个不同的间隔：(δ1，ε1)用于LM和LAD，(δ2，ε2)用于RCA和LCX。其中，δn定义了关于引导心脏周期的R锯齿出现的开始点，εn定义了关于一个RR周期长度ΔTRR的间隔的长度。
图9示意地示出了一台实施所述方法的CT设备。
该CT设备具有一个测量单元，该单元由一个发射X射束2的X射线源1和一个检测器3组成，该检测器由一个或者多个在z方向上相继排列的单个检测器的行构成，每行例如有512个单个检测器。发射X射线束2的X射线源1的焦点用4标记。根据是用一行或者多行单个检测器进行工作，X射线束借助于一个在图9中没有表示出的初级射线光阑被聚集为扇形或者金字塔以及球形。
待检查对象，在所示实施方式中为一个人类患者5，躺在卧榻6上，该卧榻通过测量开口7插入到桶架(Gantry)8中。
在桶架8上X射线源1和检测器3被设置在相对的位置上，而且是被设置在一个旋转器10上。该旋转器可以围绕用z标记的、垂直于图9图面展开的、CT设备的z轴(它表示了系统轴)转动，并且为了对患者5进行扫描围绕z轴沿用α表示的箭头方向在α方向上转动，具体地转动一个角度，该角度至少有180°(π)加扇面角(扇形X射线束2的开角(Oeffnungswinkel))。其中，由借助于一个电机装置9驱动的X射线源1输出的X射线束2覆盖了一个圆形断面的测量场。X射线源1的焦点4沿一个围绕在z轴上的转动中心的圆形弯曲焦点轨道15运动。
按照测量单元1、3的预定角位置，即所谓的投影角，按所谓投影的形式对测量值进行记录，其中，对应的测量数据从检测器3送至一个电子计算装置11，该计算装置从对应于投影的测量点序列再现一个图像点矩阵的图像点的衰减系数，而该图像点矩阵在一个显示设备，例如监视器12上再现图像，由此在监视器上显示出各投影所包括的患者5的层面。
如果检测器3具有多行检测器单元，则可以按照需要同时拍摄患者5的多个层面，其中，在每个投影角上对应于有效的检测器行的数目拍摄多个投影。
如果为桶架8设置的驱动13不仅足以用来进行桶架8的部分或全部转动，而且还适合于使桶架8连续转动，并且此外还设置了另外一个驱动，该驱动可以使卧榻6相对移动，并由此可以一方面使待检测对象5另一方面使具有测量单元1、3的桶架8在z方向上移动，则也可以进行所谓螺旋扫描。
为了对心脏或患者5身体靠近心脏、以心脏运动的节奏运动的区域进行检查，按照图9所示的CT设备还具有一个常见的心电图仪17，其可通过图9中用18所示的电极与患者5连接，用于与CT设备的检查并行地测取检查对象的心电图信号。优选地，与心电图信号相应的数字数据被输入。
心电图仪17的电极按照可能性可以这样地敷设在患者5的身体上，即各电极不影响对患者5的检查。
在电子计算装置11上连接了一个键盘19和一个鼠标20，它们使得可以对CT设备进行操作。此外，在电子计算装置11上连接了另一个监视器21，在该监视器可以显示患者5的EKG(心电图)。
在基于本发明方法的所述CT设备的第一种运行方式中，操作人员通过鼠标20在显示器21上标记EKG周期的一个区域，该区域对应于心脏的这样区域的静止阶段，该区域应该在CT图像中表示出。
即在患者5的EKG中针对心脏各感兴趣区域，标记出位于EKG的两个连续的R锯齿之间的可以利用的时间间隔，据此电子计算装置11在再现图像时仅仅提取出这样的数据，该数据在单个心脏周期中分别在该可以利用的时间间隔期间获得。电子计算装置11将这些数据视为在静止阶段获得的。
其中，在所述CT设备的情况下这样进行安排，使得电子计算装置11一方面通过个心脏周期的第一部分(该部分在引导各心脏周期的R锯齿之后并错过了(verstreichen)可以利用的时间间隔的开始)标志着通过鼠标20在显示器21上作为可以利用的时间间隔在一个心脏周期内标记的时间间隔的位置和长度，而另一方面通过心脏周期长度的第二部分，该部分接在第一部分之后、长度与可以利用的时间间隔相当。
按照这种方式在心脏周期波动时也可以，对所拍摄投影对应的数据进行分析，看它们是否是在各感兴趣区域的静止运动阶段获得的。然后，电子计算装置11将在可以利用的时间间隔所获得的数据作为在静止阶段所获得的数据，并如所述仅仅使用这种数据来再现一幅CT图像。
在一个可选的所述CT设备的第二运行方式中，对投影所对应的数据进行分析，在对测试图像中运动伪影检测的基础上，看它们是否在心脏的各感兴趣区域的静止或者运动阶段获得。
其中这样进行，即，从可以使用的数据中再现多个短暂前后相接的测试图像，并从中分析运动伪影。
这一点可以这样实现，电子计算装置11检查测试图像中线条伪影和/或双重轮廓的存在，而将线条伪影和/或双重轮廓的存在作为运动伪影的指示。
然后，电子计算装置11考虑作为在心脏的各感兴趣区域的静止阶段获得的这种数据的序列，该序列对一个测试图像做出贡献，该测试图像至少在表示心脏的各感兴趣区域的图像区域至少基本上没有运动伪影，并且电子计算装置11仅仅提取这种数据用于实际的图像再现。
在第二种运行方式的一个变形中，电子计算装置11根据将前后相接的测试图像相减得到的差值图像检测运动伪影，其中，如果不存在运动伪影则一幅差值图像理论上不包含图像信息。
为了减小用于再现测试图像的时间上的花费，可以使电子计算装置11按较低的计算能力和/或较低的分辨率和/或作为部分循环再现进行测试图像再现。
在一个与第二运行方式类似的第三运行方式中，电子计算装置11不是从也是作为再现实际图像基础的同样数据，而是从在一个在拍摄模式之前的测试模式中记录的数据来再现。
在该应该尽可能在拍摄模式直接之前的测试模式期间，随着同时对EKG的记录拍摄各投影并由此再现测试图像，该测试图像在监视器12上显示出来。操作人员对这些图像进行评价并通过鼠标20标记这样的图像，即它们就心脏的各感兴趣区域而言被识别为缺少运动伪影。在相对于EKG这样标记的测试图像的时间位置的基础上，电子计算装置11在考虑EKG信号的条件下标记一个关于各感兴趣区域的可以利用的时间间隔和各感兴趣区域的静止阶段，如已经描述的那样，该可以利用的时间间隔在心脏周期内的位置和长度可以通过该心脏周期的第一和第二部分定义。
在随后的拍摄模式中拍摄用于产生实际图像的投影，从这些投影中电子计算装置11为了再现各感兴趣区域仅仅提取出这样的数据来，即它们如上述在测试图像的基础上确定的可以利用的时间间隔内并由此在感兴趣区域的静止阶段所记录。
为了避免对患者不必要的X射线剂量，可以在所有描述的运行方式中选择一个模式，其中，如果一般说来存在各感兴趣区域处于静止阶段的话，则电子计算装置11才根据EKG信号击活X射线源1。
为此，电子计算装置11将EKG信号与一个阈值进行比较并这样控制电机装置9，即如果低于该阈值才击活X射线源1。
此外，在总运行方式的情况下，存在这样的可能性，即将数据针对心脏的多个区域进行分析，看它们是否在各感兴趣区域的静止或者运动阶段获得，其结果是，例如针对第一和第二个感兴趣区域再现CT图像，这些图像仅仅基于在第一和第二个感兴趣区域的静止阶段所获得的数据。然后，这两个CT图像可以组成一个单个图像，该图像同时表示了在静止阶段的第一和第二感兴趣区域。
为此，电子计算装置11可以例如将两个图像在显示器12上显示，使得操作人员可以通过鼠标20标记出两个图像的应该构成一个共同图像的区域，据此电子计算装置11表示综合的图像。
当然，这种方式也可以应用到多于两个感兴趣区域。
上面，按对心脏检查的实施方式描述的本发明，但是，本发明也可以用于检查一个生命体的其它周期运动的器官，其中，器官的概念在本发明的范围内应该理解为具有较广的意义，即也可以有身体区域的意义。
Claims (12)
1.一种用于产生生命体周期性运动器官CT图像的方法，其中，所述器官具有包括静止阶段和运动阶段的区域，器官不同区域的静止阶段出现在不同的时刻上，该方法借助于带有为产生CT图像而围绕待检查生命体的身体运动的X射线源的CT设备，该方法具有下列方法步骤：
a)在X射线源围绕待检查对象的至少一次环绕中，和一个至少等于运动周期的时间段中，拍摄多个用于成像的投影，
b)分析这些投影所对应的数据，看其是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，或是在运动阶段获得的，并
c)仅使用在器官的各感兴趣区域的静止阶段所获得的数据再现器官的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对对应于投影的数据的分析包括，针对器官的多个感兴趣区域分析这些数据，看其是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，或是在运动阶段获得的，其中，针对器官的所有感兴趣区域，分别在仅利用在器官各感兴趣区域的静止阶段获得的数据的条件下再现器官的图像，以及其中，由表示器官各感兴趣区域的静止阶段的图像构成一幅包括器官所有感兴趣区域在其各自静止阶段的图像。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对对应于投影的数据进行分析，看其是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，或是在运动阶段获得的；对于表示器官一感兴趣区域的图像区域按照一个短暂前后相接的测试图像序列检测运动伪影，其中，那些对测试图像做出贡献的数据被认为是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，该测试图像在表示器官的各感兴趣区域的图像区域中基本上没有运动伪影。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在检测运动伪影时，将线条伪影和/或双重轮廓作为运动伪影的指示加以考虑。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在检测运动伪影时，根据将前后相接的测试图像相减得到的差值图像实现。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，对所述测试图像的再现以较低的计算能力和/或分辨率和/或作为部分循环再现进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在拍摄多个用于成像的投影的同时，采集表示反映器官周期运动生理函数的信号，以及其中，对投影所对应的数据进行分析，看其是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，或是在运动阶段获得的，数据的时间顺序包含了表示该生理函数的信号在时间上的变化，其中，这种数据被认为是在器官的各感兴趣区域的静止阶段获得的，即该数据是在显示信号变化的时间间隔中获得的，其中各感兴趣区域的处于静止阶段。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，用于产生心脏的CT图像，其中，采集生命体的心电图作为表示反映器官周期运动的生理函数的信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在拍摄投影期间采集生命体的心电图，并针对心脏的各感兴趣区域至少识别出一个分别处于在两个前后相接的心电图的R锯齿之间的可以利用的时间间隔，其中，这些在该可以利用的时间间隔获得的数据，被作为在静止阶段获得的、用于图像再现的数据加以考虑。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，作为可以利用的时间间隔识别一个时间间隔，该时间间隔在引导各心脏周期的心电图的R锯齿之后的各心脏周期的预定第一部分开始，其长度等于各心脏周期的第二预定部分。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，设置对所述表示生理函数的信号的阈值标准，当满足该标准时，器官的各感兴趣区域处于静止阶段，以及其中，为了拍摄产生图像所需的投影，仅在满足该阈值标准的时间段内击活X射线源。
12.一种带有X射线源的CT设备，该X射线源围绕待检查的生命体运动，所述CT设备至少在X射线源围绕待检查对象的一次环绕中和一个至少等于周期运动器官的运动周期的时间段内，拍摄多个用于成像的投影，所述CT设备可以如下地在第一和一个第二运行方式中运行，即，
在所述第一运行方式中，所述CT设备
-从所述投影中再现测试图像，
-其中，该CT设备具有用于显示测试图像的装置和输入装置，借助这些装置可以将测试图像标记为缺少运动伪影的图像，以及其中，该CT设备在该标记为缺少运动伪影的测试图像的基础上，标识至少一个可以利用的时间间隔，在该时间间隔中可以在静止阶段记录其数据，而在所述第二运行方式中，所述CT设备
-记录用于产生图像的数据，并
-仅考虑那些在静止阶段被记录数据，用于图像再现。
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