CN1537515A - 层析x射线摄影和x射线照相投影系统的组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有用于拍摄层析X射线图像数据组的装置和用于拍摄X射线投影图像的装置的设备，其中，由所述X射线投影图像检测的第一检查区域至少部分地包含由所述层析X射线图像数据组检测的第二检查区域。此外，可以这样产生多幅X射线投影图像，使得由这些投影图像可以三维地再现该第一检查区域。

Description

层析X射线摄影和X射线照相投影系统的组合装置

技术领域

本发明涉及一种用于组合地摄录三维功能和结构解剖图像数据的装置。

背景技术

功能解剖图像数据被理解为对器官功能、例如新陈代谢过程、生物化学反应或类似过程的显示。相应的检查首先应用在心脏病学、神经病学和肿瘤病学中。通常，通过层析X射线摄影方法获取三维图像数据组。这些基于极其不同的物理过程的层析X射线摄影方法在下文中被概括地称为功能层析X射线摄影。

在核医学诊断中，给患者注射用某些不稳定的同位素标记的代谢制剂，该制剂积聚在特定的器官。通过该制剂从身体放射出的相应的原子核衰变物的证据可以获取基本生化过程空间分布的图像。所述代谢制剂优选包含γ量子放射物或正电子放射物。

图像的产生可根据放射性衰变的方式用不同的方法来进行。在采用放射单γ量子而衰变的单光子放射物、即同位素时，例如采用断层图像方法SPECT(单光子放射计算机层析摄影)。在此，γ射线摄像机的测量头通常在一圆形轨道上围绕患者运动。对放射性分布投影的拍摄以离散的方位角在γ射线摄像机的测量平面上进行。通常使用具有大面积测量头的摄像机，以便可以摄取各种体积的投影。

为了利用在发射正电子时发生衰变的正电子放射物、即同位素来成像，采用所谓的PET(正电子放射层析摄影)。正电子间接地通过在湮没时以相对方向放射的γ量子表明。这种时间上相关的γ放射由两个相对设置的探测器来探测。为了进行立体成像，围绕患者成圆形地设置多个探测器。由此，由沿两个探测器的连线(LOR，响应线)测得的值可以再现检查区域中的放射性分布。

近来出现了放射学的另一特殊领域，即介入放射学(Interventions-radiologie)。其中采用功能磁共振(FMR)代替组织的形态来描绘组织中的活动(Aktivitten)。FMR通常应用在神经病学和神经外科学领域中。

用上述方法可以获得一定的器官功能的空间分布，即所谓的功能数据。但这些方法几乎不能另外提供结构数据，即关于器官的图像信息，在这些器官中发生要检查的活动或要检查的过程。但是，与要从本质上改善治疗计划一样，为了更好、更可靠地诊断必须将功能数据与结构数据组合起来。

目前，结构信息大多是与功能信息分开地在不同的装置上获取的。在实践中已基本形成了两种将这些分开获取的图像数据组联系起来的方法。在最简单的情况下，医务人员通过努力思考得到将分开获得的图像数据组汇总起来的概念。两种图像数据组的这种思维想象上的相互关联的可靠性主要取决于诊断者的经验和其当时的专注力。

为了达到在一定程度上与这些个人因素无关，在第二种情况下将分开记录的图像数据组合并到共同显示中，其中，可以将各单个图像相互叠加地显示，或相互并列地显示。然而其缺点在于，必须将患者在两种不同的装置之间挪动，由此，须考虑从第一次拍摄到第二次拍摄待检器官位置的明显改变。

因此，第三种方案采用组合装置设备，例如PET-CT组合装置，在该组合装置设备中可以对躺在同一位置上的患者产生图像数据组。如在US 6 490476中表述的那样，这可以通过与一特殊结构的患者卧榻相结合地、适当地相邻设置的带有计算机层析X射线摄影装置的PET(正电子放射层析X射线摄影装置)来实现。在这两种检查装置中患者的位置可以这样精确控制装置，使得在时间上分开拍摄的图像数据组可以在空间上相对应。

美国专利文献US 6 449 331采用了另一种方法。其采用一个不仅能够检测γ量子、而且能够检测X射线的探测器。由此可以不必在两次拍摄之间移动患者就能够产生患者身上特定检查区域的功能照片和结构照片。

然而期望的是，采用共同的探测器技术方案在测量技术上达到一种折衷，通过这种方案仅对每个成像模式本身有所限制。CT装置与PET装置的组合应用通常很昂贵。另外，共同使用这样的装置组合的重要部件使得不可能分离和分开使用有关的成像模式。

计算机层析X射线摄影与正电子放射层析X射线摄影(PET)或单光子放射计算机层析X射线摄影(SPECT)的组合，一方面提供一种昂贵的成像方法，另一方面与计算机层析X射线摄影(CT)相比特别是在采用PET或SPECT时检测时间更长(在分钟范围内)。因此这一方面会使患者承受相对高的放射载荷，另一方面使患者在检查时无法在如此长的检测时间下保持不舒服的姿势、例如将胳臂伸过头顶。因此，在特定的对功能性器官紊乱的检查中不能相关地采集功能和结构解剖图像数据，因为患者从一次检测到另一次检测的姿势改变已经导致器官移动，并因此而被排除(auscheiden)。

功能层析X射线摄影与常规的计算机层析X射线摄影的组合虽然使检测时间大大减少(在秒的范围内)，然而同样存在费用昂贵的问题，另外在组合的可行性方面也非常复杂。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在空间上相关地产生三维功能和结构解剖图像数据的设备，该设备可克服现有技术的上述缺点。

本发明的设备具有一个用于拍摄层析X射线图像数据组的装置和一个用于拍摄X射线投影图像的装置。其中，由所述X射线投影图像采集的第一检查区域至少部分地包含由该层析X射线图像数据组采集的第二检查区域。另外，可以这样产生该第一检查区域的多幅X射线投影图像，使得由这些投影图像可以三维地再现该第一检查区域，该第一检查区域由于与第二检查区域的固定空间关系而与其相关。

由于借助用于拍摄X射线投影图像的装置可以在极短的时间内、也就是说在少于一分钟的时间内拍摄三维再现所需的投影图像，因此无须对患者或其躺卧的情况提出特殊的要求，就能够拍摄解剖学意义上的结构。将用于拍摄层析X射线图像数据组的装置和用于产生X射线投影图像的装置的组合成一个装置允许借助于不同的技术、但以固定的空间关系拍摄同一检查区域。

为了检查生化过程，用放射层析X射线摄影系统构成用于拍摄层析X射线图像数据组的装置。优选的是，根据所提出的诊断任务，采用SPECT(单光子放射计算机层析X射线摄影装置)或一PET(正电子放射层析X射线摄影装置)作为放射层析X射线摄影系统。

为了介入性治疗，优选采用功能磁共振层析X射线摄影装置作为用于拍摄层析X射线图像数据组的装置。

另外，优选地用C形X射线设备构成用于拍摄X射线投影图像的装置，因此不必花费用于构造X射线投影装置的移动组件(Verfahrmimik)的开发费用。C形支架非常简单的成像阻止(与CT设备相比)，并由此而可以容易地与其它成像设备进行组合。

用于拍摄X射线投影图像的装置优选设置在用于拍摄层析X射线图像数据组装置的壳体之外，但是与该用于拍摄层析X射线图像数据组的装置成固定的空间关系。由此可以通过简单的方式组建一种由两个现有类型的装置构成的组合设备。

在另一优选实施方式中，将用于拍摄X射线投影图像的装置与用于拍摄层析X射线图像数据组的装置一起集成在一个壳体中，由此构成一结构紧凑的组合设备。

附图说明

下面借助于本发明的优选实施方式参考附图对本发明予以详细说明。

附图中：

图1示出了按照本发明的组合设备，其具有一为PET系统设置的、从不同角度产生X射线投影图像的系统。

具体实施方式

目前C形X射线系统的开发已发展到不仅可以三维再现高对比度的对象、例如骨头或注入了造影剂的管道，而且还可以从投影图像中确定出低对比度对象、例如器官的三维视图。这主要归功于平面图像探测器和一些分析方法的采用。由此C形X射线系统可以提供器官的结构信息。

为了获得测量对象三维视图的图像数据组，须从不同的空间方向拍摄该测量对象的一系列投影图像。拍摄阶段的时间较短，典型地为15至20秒。这首先是由于，不是对各层采用按行设置的探测器，而是采用可以在一工作过程中拍摄完整的投影图像的平面图像探测器。尽管其图像质量明显低于利用计算机层析X射线摄影装置拍摄的图像，但其提供了足够多的有关器官的结构信息，在这些结构信息的基础上进行解剖学上的功能检测。

在用于摄制X射线投影图像的装置中，将一平面图像探测器2这样与X射线发射源3的发射口相对地设置，使得X射线落在平面图像探测器2的X射线敏感的表面上。在拍摄时，患者或检查对象位于该X射线发射源3和平面图像探测器2之间。X射线透射过患者或检查对象，由此获得作为投影图像的所谓X射线吸收分布图。为了获得足够的三维再现检查对象的数据，使由平面图像探测器2和X射线发射源3构成的装置绕检查对象旋转。在此，以等间距或可变角度增量来产生多达200幅的投影图像。利用一个描述投影几何的投影矩阵可由这些投影图像中产生出具有三维描述被透视对象的图像数据组。

因此，所描述的用于拍摄X射线投影图像的装置适用于在最短的时间内获取关于患者解剖结构的信息。相应的检测不必与功能解剖过程的检测同时进行。通常，利用SPECT系统、PET系统或MR系统的相应检测需要几分钟的时间。而用于检测解剖结构的X射线投影图像的拍摄则大约需要一分钟，也就是说，当检测过程分开进行时，不会明显延长总的时间。因此，对解剖结构的可靠测量也可以在相应的功能检查之前或之后利用X射线透视检查进行。

图1示出了一按照本发明的组合设备1。其由一PET系统4构成，在其机架前安装了由平面图像探测器2和与其相对设置的X射线发射源3构成的单元。该由平面图像探测器2和X射线发射源3构成的单元围绕一公共轴旋转，该公共轴大致与该机架隧道(Gantrytunnel)5的对称轴重合。该由平面图像探测器2和X射线发射源3构成的单元除了设置在PET系统4的机架隧道5的入口处外，还可以设置在SPECT系统或MR系统的机架隧道的入口处。

为了对患者进行检查，使患者躺在患者卧榻6上。该患者卧榻6可以位置可调地平行于机架5的隧道轴移动。在进行功能层析X摄影之前或之后，将患者的检查部位送到由平面图像探测器2和X射线发射源3构成的X射线装置的X射线路径中。为了检测，使X射线装置在规定的角度区域内围绕其旋转轴摆动，而同时以规定的角度增量产生X射线投影图像。由此采集的检测空间目前包含边长大约为30cm的立方，因此可以用一个X射线拍摄序列来采集整个检查区域。通过记录患者卧榻在X射线拍摄与功能层析X射线拍摄之间的移动行程可以将两种图像数据组在空间上相对应。这尤其适合于，由于不必挪动患者，以及移动时间与总时间相比足够短，可以不考虑患者的移动。

作为如图1中所示出方案的另一种选择，也可以将一C形X射线设备固定在功能层析X射线摄影装置的机架之前，该功能层析X射线摄影装置如SPECT系统、PET系统或MR系统。通过这样的固定安装在X射线检测区域与功能检测区域之间形成固定的空间关系。通过这种技术方案有利地取消了为所述功能层析X射线摄影装置装备的一个原来具有的用于同心旋转由平面图像探测器2和X射线发射源3构成的单元的机构。由此尤其在降低制造成本方面达到了显著降低费用的目的。如果将C形X射线设备和功能层析X射线摄影装置之间的连接设计为可拆卸的，则可在需要时相互独立地使用这两种装置。由此可以利用较小的设备投入实施较多的诊断方法。

然而也可以将X射线设备与功能层析X射线摄影装置一起集成到一个壳体中。这种技术方案尤其用在放射层析X射线摄影系统中，并且在使用组合装置主要用于检查器官功能以及同时检测解剖结构时，优选采用这种技术方案。这种集成方案可以实现两种探测器系统，也就是说可以相邻地设置用于记录衰变产物的探测器系统和平面图像探测器。因此只需将患者在两种检测之间移动一短距离。此外，也可以将X射线装置相对于其旋转轴倾斜，使平面图像探测器2和X射线发射源3之间的连线穿过放射层析X射线摄影探测器的检测区。由此不必在两种检测之间移动患者并可在同一时段内进行两种检测。

所建议的将用于拍摄层析X射线图像数据组的装置和用于拍摄X射线投影图像的装置组合成一个设备，将功能和结构解剖信息相结合而有利地进行多模式成像，用于诊断、治疗计划和治疗支持。由于与CT组合装置相比明显缩短了检测时间，因而对射线辐射的负担、如患者精神的负担明显减小了。此外，与相应的CT组合装置相比，按照本发明的系统的制造成本更低。

Claims (8)

1.一种具有用于拍摄层析X射线图像数据组的装置和用于拍摄X射线投影图像的装置的设备，其中，由X射线投影图像采集的第一检查区域至少部分地包含由层析X射线图像数据组采集的第二检查区域，并且可以这样产生该第一检查区域的多幅X射线投影图像，使得由这些投影图像可以三维地再现该第一检查区域，该第一检查区域由于与第二检查区域的固定空间关系而与其相关。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，由放射层析X射线摄影系统构成所述用于拍摄层析X射线图像数据组的装置。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，由一单光子放射计算机层析X射线摄影装置SPECT构成所述放射层析X射线摄影系统。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，由一正电子放射层析X射线摄影装置PET构成所述放射层析X射线摄影系统。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，由一功能磁共振摄影系统fMR构成所述用于拍摄层析X射线图像数据组的装置。

6.如权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，由一三维C形X射线设备构成所述用于拍摄X射线投影图像的装置。

7.如权利要求1至6之一所述的设备，其特征在于，所述用于拍摄X射线投影图像的装置设置在所述用于拍摄层析X射线图像数据组的装置的壳体之外，但是与该用于拍摄层析X射线图像数据组的装置成固定的空间关系。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述用于拍摄X射线投影图像的装置与所述用于拍摄层析X射线图像数据组的装置一起被集成在一个壳体中。