CN1781456A - 可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的一种成像方法以及一种装置，其中利用计算机断层造影技术记录并且再现至少一幅心脏或者心脏区域的图像，该图像至少包括心肌的一部分。该方法的特征在于，通过在心肌区域中对图像的测量数据或者由其导出的数据开窗口，分割出供血不足和/或受到损害的区域并且在图像中标识地显示出来。利用本发明的方法以及所属的装置尤其可以图像的显示心脏梗塞之后受损的规模。

Description

可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的成像方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的成像方法，其中利用计算机断层造影的技术记录并且再现至少一幅心脏或者心脏区域的图像，该图像至少包括心肌的一部分。本发明还涉及一种用于实施该方法的装置。

背景技术

用于可视化冠状心脏病、特别是冠状钙沉积或者变窄的成像技术，在对心脏状态的评估中是重要的辅助手段。这既涉及用于早期识别供血干扰的预先检查，又涉及在一个较长的时间段上、必要时在替代管手术或者血管整形术之后对冠状心脏病的监视。利用这种检查，可以更好地估计心脏梗塞的危险并且检查介入或者治疗的进行。计算机断层造影(CT)是一种公知的非侵入成像技术，利用该技术可以将冠状心脏病的症状进行可视化。

在心脏梗塞时由于暂时或持久的供血不足而损害到心肌。其中一方面出现灌注的减小，另一方面新陈代谢改变。一种结果，即在梗塞区域中水分的增加已经在急性心肌梗塞中出现。在进一步的变化中发生振动增多和最后形成疤块的重建过程。但是，迄今为止利用计算机断层造影技术不能直接地观察该过程。

在提高对比度的计算机断层造影中，同样不能可靠地对梗塞区域进行可靠识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供可以用来更好地可视化心脏梗塞损害的程度的一种非侵入成像方法以及一种装置。

在本发明用于可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的成像方法中，利用计算机断层造影的技术记录并且再现至少一幅心脏或者心脏区域的图像，该图像至少包括心肌的一部分。该方法的特征在于，通过在心肌区域中以窗口形式对该图像的测量数据或者由其导出的数据进行观察，分割出供血不足和不供血的和/或受到损害的区域并且在图像中标记地(特别是凸显地)显示出来。

通过在至少包括心肌的一部分的图像区域中以窗口形式对测量数据以及图像数据或者必要时从中导出的数据进行观察(称为开窗口)，可以对心肌的健康和受到损害的区域进行区分。在随后的图像显示中至少将心肌的未供血的和/或受到损害的区域突出地显示出来。通过这种方式，观察者可以立刻识别冠状心脏病对心肌的影响，例如在心脏中血管变窄或者血管堵塞的影响。在已经出现心脏梗塞的情况下，可以按照这种方式立刻识别心肌损害的空间规模。

对测量数据或者必要时从中导出的数据的开窗口，是通过一种阈值方法实现的。在对测量数据开窗口的情况下，预先给定至少一个HU值域(HU＝Hounsfield单位)，在CT测量中心肌的受到损害或者未供血区域的HU值位于该值域内部。将所记录图像的所有以这种HU测量值为基础的像素或者体素，归类为未供血的或受到损害的区域。此外，也可以通过预先给定对应的HU值域分割出供血好的区域，并且在随后的图像显示中作为健康区域进行标识。

在本发明方法的一种优选的实施方式中，记录至少两幅、以X射线的不同频谱分布为基础的重合的心脏或者心脏区域的图像。这点例如可以通过利用不同管电压、不同的X射线管或者X射线检测器的不同频谱特性来记录图像而实现。为此，优选地采用所谓的双能量CT系统，其包括至少两个由具有不同频谱特性的X射线管和X射线检测器构成的拍摄系统。然后，可以从至少两幅图像的不同频谱的测量数据中，计算出有效原子序数Z和/或密度ρ的空间分布。在此，组织的有效原子序数包括参与构成该组织的元素的化学原子序数和原子量。随后，基于这些从原始测量数据中导出的数据、即原子序数Z和/或密度ρ的值进行开窗口。这样，可以预计由于受损心肌区域的供血不足，在心肌的健康部位和受损部位之间的有效原子序数Z存在较大的差别。健康的组织具有大约7.7的有效原子序数Z和1.05g/cm³的密度ρ。受损组织的原子序数明显地偏低，因为缺少了大约为7.8的血液的Z成分，而坏死的组织一般可以预计明显更小的氧气比重。通过在低于7.7的区域中对计算的Z值开窗口，可以按照这种方式分割出未供血或者受到损害的组织。然后，将该分割在显示的心脏图像中进行标记，其中，该图像是心脏或心脏区域的原始记录的图像。

对于有效原子序数Z和/或密度ρ的空间分布的计算，例如可以采用所谓的ρ-Z投影技术，如可以参考B.J.Heismann等人的“Density and atomicnumber measurements with spectral x-ray attenuation method”，Journal ofApplied Physics，Volume 94，Number 3，2073-2079页。在ρ-Z投影中利用了这样的性质，通过计算机断层造影技术所获得的测量数据(在位置r上的衰减系数μ)按照下列等式取决于入射到组织中的X射线能量E和局部的组织密度ρ：

$\mathrm{\μ}=\mathrm{\μ}(E,\stackrel{\→}{r})=(\mathrm{\μ}/\mathrm{\ρ})(E,Z)\×\mathrm{\ρ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)$

其中，(μ/ρ)(E，Z)表示取决于能量和材料的质量衰减系数，而Z表示有效原子序数。因此，组织的取决于能量的X射线吸收(如由其有效原子序数Z所确定的那样)与由组织密度ρ影响的X射线吸收叠加。因此，不同化学和物理组成的材料或组织可以在X射线图像中具有相同衰减值。反之，不能从单幅X射线照片的衰减值中得出检查对象的材料组成。但是，如果利用X射线的不同频谱分布拍摄至少两幅图像，可以将两个成分ρ和Z分开。这样，结果是有效原子序数Z的空间分布以及密度ρ的空间分布。

取代ρ-Z投影，也可以对两幅利用不同的频谱分布记录的图像按照简单的像素或体素的方式构成商。得到的商μ1/μ2基本上是原子序数的一种量度。然后，可以通过为该商预先给定一个或多个值域来为分割进行开窗口。

在两个上述实施方式变形中，优选地采用带有分别由两个X射线管及对应检测器构成的两个拍摄系统的CT设备，或者具有频谱分辨的检测器系统的CT设备。在后一种情况中，利用频谱分辨的检测器系统从X射线辐射中同时地采集针对两个不同频谱范围的测量数据。

本发明的装置包括一台计算机断层造影设备，该设备优选地包括至少两个用于利用不同的频谱分布记录图像的拍摄系统和/或一个频谱分辨的检测器系统。该装置的求值单元这样构成，使得其在预定阈值的基础上自动地分割出心肌的未供血或受损区域，并且产生用于图像显示的图像数据，在该图像显示中凸显出了分割出的区域。在优选的实施方式中，求值单元还从频谱不同的图像记录中建立测量数据的按照像素或体素方式的商，或者ρ-Z投影，随后进行分割和图像显示，如结合方法已经描述的那样。

附图说明

下面结合附图再次对本发明的方法以及本发明的装置进行简短的说明。在此，图中：

图1按照透视的总体图示出了可以在本发明的方法中采用的、带有两个拍摄系统的计算机断层造影设备的例子；以及

图2示出了用于实施本发明的方法的流程图的例子。

具体实施方式

图1示出了X射线计算机断层造影设备1，其包括所属的用于拍摄和放置患者3的放置装置2。借助于该放置装置2的一个桌板，可以将患者3的所期望的检查区域引入到断层造影设备1的外壳5的开口4中。此外，在螺旋扫描中借助于该放置装置2还进行一种连续的轴向进动。在外壳5的内部可以使一个在图1中不能看出的支架按照较高的速度围绕通过患者3的旋转轴6旋转。通过操作单元7对断层造影设备1进行操作。

所示出的断层造影设备具有两个在支架上的拍摄系统，它们分别包括X射线管8、10以及多行的X射线检测器9、11。两个X射线管8、10和两个检测器9、11在支架上的分布在断层造影设备1的运行中是固定的，因此在运行中它们的相对距离也是常数。

在本例中，利用不同的频谱分布、即利用不同的X射线管电压和/或在X射线管8、10与所属的检测器9、11之间的辐射路径上设置不同频谱的滤波器来运行两个拍摄系统。自然，也可以使检测器9和检测器11具有不同频谱的灵敏度。

按照本发明的方法，两个连续扫描的拍摄系统的投影数据在控制和图像计算机12中被进一步处理，并且使用图像重建算法将其处理成所希望的图像，在该图像中可以识别心肌受损害的区域。为此，图像计算机12除了常见的图像重建模块外，还包括一个专门为了实施本发明的方法而构成的求值单元13。

在本发明的方法中，利用不同的X射线管电压和/或滤波器的不同频谱的滤波器特性来运行该计算机断层造影设备，从而每次测量扫描得到不同频谱分布下的两幅图像。

图2示出了本发明的方法的流程图的例子，其中，在第一步骤100中，利用在图1中示出的计算机断层造影设备1记录X射线照片。在此，产生心脏的两幅图像，它们分别包括心肌并且是基于X射线的不同频谱分布的。随后，在步骤101中，通过一种基于所获得的原始数据的图像重建，针对每幅图像，在所记录的3D图像或者2D横向断面图像内部用坐标x，y，z或者x，y产生衰减系数μ的衰减值μl(x，y，z)以及μ2(x，y，z)。在步骤102中，计算机支持地将衰减系数的分布变换成原子序数分布Z(x，y，z)和密度分布ρ(x，y，z)。

作为对步骤102的替换，在步骤103中可以从两个图像中建立衰减数据的简单的商，这点自然是按照像素或者体素进行的。这样构成的商同样是原子序数Z的一种量度。

在下面的步骤中，在预定阈值的基础上对所得到的数据、特别是原子序数空间分布Z(x，y，z)或者商μ1(x，y，z)/μ2(x，y，z)进行开窗口，在CT测量中受到损害的或者未供血心肌组织的测量数据位于该窗口内。在该开窗口的基础上分割出受到损害的区域(步骤104)。最后，在步骤105中显示至少一幅原始记录的图像，其中将分割出的区域在图像显示中例如彩色地凸显出来。

因此，在所示出的图像中可以立刻识别出受到损害的区域的规模。图像显示既可以作为2D层图像，也可以作为3D空间图像进行。

Claims (9)

1.一种用于可视化冠状心脏病、特别是心脏梗塞损害的成像方法，其中利用计算机断层造影的技术记录并且再现至少一幅心脏或者心脏区域的图像，该图像至少包括心肌的一部分，其特征在于，通过在心肌区域中对图像的测量数据或者由其导出的数据开窗口，分割出供血不足和/或受到损害的区域并且在图像中标识地显示出来。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用X射线的不同频谱分布记录并重建至少两幅心脏或者心脏区域的图像，从该两幅图像的测量数据中计算出心肌区域中有效原子序数Z和/或密度ρ的空间分布，并且利用该有效原子序数Z和/或密度ρ的值进行开窗口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用X射线的不同频谱分布记录并重建至少两幅心脏或者心脏区域的图像，从该两幅图像的测量数据中在心肌区域中建立像素或体素方式的商，并且利用该商的值进行开窗口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，利用计算机断层造影仪记录所述一幅或多幅图像，该计算机断层造影仪具有多个由用于同时记录图像的X射线源和X射线检测器构成的拍摄系统。

5.一种用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法的装置，该装置包括带有求值单元(13)的计算机断层造影设备(1)，其特征在于，将所述求值单元(13)这样构成，使得其基于预定的阈值在所记录的心脏图像中自动分割出心肌的供血不足和/或受到损害的区域，并且产生用于图像显示的图像数据，在该图像显示中标识出了分割出的区域。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算机断层造影设备(1)具有至少两个不同的拍摄系统(8-11)，用于利用X射线的不同频谱分布进行图像记录。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述计算机断层造影设备(1)具有频谱分辨的检测器系统(9，11)，用于利用X射线的不同频谱分布进行图像记录。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，将所述求值单元(13)这样构成，使得其从两幅利用X射线的不同频谱分布记录的心脏图像的测量数据中建立像素或体素方式的商，并且基于该商的值进行分割。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，将所述求值单元(13)这样构成，使得其从两幅利用X射线的不同频谱分布记录的心脏图像的测量数据中计算出心肌区域中有效原子序数Z和/或密度ρ的空间分布，并且基于该有效原子序数Z和/或密度ρ的值进行分割。