CN1788683A - 利用造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过施加造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,其中为了改善对待检查组织结构的显示而对患者施加造影剂,在该造影剂存在期间进行X射线扫描,然后由所获得的X射线扫描数据再现2维或3维的计算机断层造影图像,其中针对至少两个不同的能量谱(E1,E2)测量吸收数据,对每个能量谱(E1,E2)都再现一幅计算机断层造影中间图像(μ1,μ2),并由组织和造影剂之间不同的、特定于能量的吸收特性来确定造影剂在组织中的分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过施加造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,其中为了改善待检查组织结构的显示而对患者施加造影剂,在该造影剂存在期间进行X射线扫描,然后由所获得的X射线扫描数据再现2维或3维的计算机断层造影图像。
背景技术
基本上在计算机断层造影中公知,为了放大图像的对比度,尤其是在显示血管结构时采用造影剂,并由此改善图像对比度,从而能以更高的对比度图像显示感兴趣的组织结构或血管结构。其中,通常采用含碘的液态化合物,它们就其生物承受性来说没什么问题。通常在施加这样的造影剂之后的数月内,这样检查的患者的肝脏指数还要升高。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是找到一种通过施加造影剂来产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,其中使患者负担尽可能小的积累,也就是使采用的造影剂的量保持得尽可能的小。
发明人已经了解,如果在产生计算机断层造影照片时不仅测量被透射组织的积分吸收特性,而且还测量特定于能量的吸收并将该频谱数据用于改善对比度,则可以极大地减少CT检查中所需的造影剂的量。
根据这一基本设想,发明人建议这样改善一种通过施加造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,其中为了改善待检查组织结构的显示而对患者施加造影剂,在造影剂存在期间进行X射线扫描,然后由所获得的X射线扫描数据再现2维或3维的计算机断层造影图像,使得针对至少两个不同的能量谱测量吸收数据,对每种能量谱都再现一幅计算机断层造影的中间图像,并由组织和造影剂之间不同的、特定于能量的吸收特性来确定造影剂在组织中的分布。
由于额外获得的关于在所观察组织(包括被透射的造影剂)内特定于能量的吸收的信息,现在可以用明显更少量的造影剂获得具有足够对比度的图像,并确定组织内的造影剂分布。如果在该区域内出现稍高的剂量负担,则可以说基本上通过由于造影剂浓度的减小而形成的更小的生物损害补偿了剂量负担的潜在损害。
本发明人还建议,为了确定造影剂的分布而确定原子序数分布。关于这种方法参考公开文献“Density and atomic number measurement with spectral x-rayattenuation method”,B.J.Heismann,J.Leppert和K.Stierstorfer,JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS,Volume 94,number 3,2003.8.1。此外还可以参考本申请人的对应公开申请DE 10143131A1。这两个文献就其公开内容来说完全包含在本专利申请的内容中。
本发明人还建议,由至少两幅中间图像计算出涉及造影剂分布的显著结论,其中优选该显著结论就造影剂在患者的特定体积内或特定位置处的存在性给出是/否的结论。
例如,该显著结论通过形成中间图像的商或者通过中间图像的线性组合来计算。
此外,本发明人建议在CT图像显示中,就造影剂在位置的存在性来说具有积极显著结论的图像值获得一个特定的、优选最大或最小的图像值。取代最大或最小图像值也可以采用优选在剩余的图像显示中不存在的颜色值。典型地,这意味着在由灰度值组成的CT显示中,具有造影剂的区域通过对应的颜色呈现而凸显出来。
为了确定针对不同能量谱的吸收数据,例如可以对每个频谱都采用自己的辐射源。由此特别简单地通过采用两个具有不同加速电压的X射线源产生不同的阻滞辐射频谱。另一方面还可以对X射线阳极采用不同的材料,这样通过采用不同的材料而在不同的能量值时出现通常在X射线频谱中具有的强度最大值,从而在此还可以清楚地区分能量谱。当然也可以采用这两种方法的组合。
特别优选的是,采用阳极材料和造影剂的组合,其中阳极材料在阻滞频谱中具有强度最大值,而造影剂在由该阳极材料产生的阻滞辐射的强度最大值的能量区域内具有吸收最大值。通过选择阳极材料和造影剂,由于在该特殊能量区域内提高了吸收而能特别好地识别造影剂的存在。
还要指出,可以取代两个分离的X射线源而采用一个跳跃焦点,其中优选该跳跃焦点在两个焦点上分别具有不同的阳极材料。
在该方法的另一变形中,发明人还建议为了确定针对至少两个不同能量谱的吸收数据,对每个频谱都采用自己的检测器。但是还可以为了确定针对至少两个不同能量谱的吸收数据而采用至少一个检测器,该检测器可以分辨所检测的针对至少两种不同能量的辐射的能量谱。由此可以采用一个辐射能量谱和一个检测器来确定检查对象特定于能量的吸收。利用分辨能量的检测器,可以获得多幅特定于能量的再现中间图像,并由此获得涉及造影剂在各所观察位置处的存在性的详细结论。
附图说明
本发明的其它特征和优点通过下面参考附图对优选实施例的描述而得出,其中要说明只示出对直接理解本发明有显著作用的元件。
下面借助附图详细解释本发明,其中采用如下附图标记:1:计算机断层造影仪;2:第一X射线管/第一焦点;3:第一检测器;4:第二X射线管/第二焦点;5:第二检测器;6:外壳;7:患者;8:可平移的患者卧榻;9:系统轴;10:计算单元;Prg1-Prgn:程序模块;11:第一焦点的辐射锥;12:第二焦点的辐射锥;14:第一焦点的阳极材料;15:第二焦点的阳极材料;16:滤波器;a,c,d:常量;B:中间图像;E1,E2:能量谱;I:最终图像;S:有效值;S(Ex):能量谱Ex的检测器数据;μ(E1),μ(E2):特定于能量的CT图像。其中示出:
图1:示出具有两个X射线管/检测器组合的计算机断层造影设备;
图2:示出具有一个公用检测器和不同阳极材料的跳跃焦点系统的示意图;
图3:示出具有两个由一个滤波器分开的检测器的焦点/检测器组合的示意图;
图4:示出具有不同阳极材料、90°角位移的两个焦点/检测器组合;
图5:示出利用由特定于能量的中间图像形成的商进行有效性确定的本发明方法的流程图;
图6:示出利用由特定于能量的中间图像形成的商进行有效性确定的本发明方法的流程图;
图7:示出利用Rhoz窗口进行有效性确定的本发明方法的流程图。
具体实施方式
图1示出具有第一X射线管2和与该第一X射线管2对应的检测器3的计算机断层造影系统1。在与该第一X射线管2和检测器3成90°的角位移内,在支架中还设置了包括第二X射线管4和第二检测器5的第二焦点/检测器系统。患者7躺在可移动的患者卧榻8上,在对患者进行扫描时患者卧榻沿系统轴9移动。通过示意性显示的计算单元10控制计算机断层造影系统1,其中由程序模块Prg1至Prgn对所接收的检测器数据进行分析。
在此示出的双焦点/检测器组合只是举个例子。同样还可以采用其它如图2和图4中示意性示出的变形。
图2示出由一个跳跃焦点构成的组合的示意图,该跳跃焦点包括两个设置在不同阳极材料14和15上的焦点2、4。从焦点2、4射出第一辐射锥11和第二辐射锥12,这两个辐射锥落在一个公共的检测器3上。两个跳跃焦点2和4一方面由于其不同的阳极材料14和15而发射出具有不同能量谱的X射线。另外还可以在从一个焦点跳跃到另一个焦点的同时切换为不同的加速电压,从而除了不同的阳极材料之外(或者只通过该不同的阳极材料)还产生不同的阻滞频谱。
在图3中示出另一个变形。在此产生从公共焦点2发出的射线束11,该射线束具有典型的能量谱。射线首先落在第一检测器3上,在该检测器中测量具有第一能量谱的检测器输出数据。接着通过设置在下面的滤波器16对该能量谱进行滤波。通过滤波滤除该能量谱的低能量分量,从而第二检测器5只采集X射线的高能量分量,由此可以确定被透射的检查对象针对不同频谱能量的不同吸收。
最后还在图4中示意性地示出图1的双焦点/检测器组合。在此以两个不同的阳极材料14和15和/或X射线管上的不同加速电压来工作,从而形成两个具有不同能量谱的辐射锥11和12,这两个辐射锥分别由相对设置的检测器5和3接收和分析。
在图5至8中示出根据本发明的对特定于能量的检测数据的分析。图5示出如何首先针对两个能量谱E1和E2分别扫描特定于能量的检测数据S(E1)和S(E2)。接着针对两个能量谱计算出特定于能量的CT图像μ(E1)和μ(E2)。通过形成特定于能量的CT图像μ(E1)和μ(E2)的图像值的商来计算中间图像B。然后分别在所观察的位置由结果图像B的相应像素值或体素值确定,在该位置是否明显存在造影剂,并优选用值0或者1记录为有效值S=f(B)。基本上,只立体地在图像显示I中显示有效值就足以显示出血管。此外还可以将图像显示I与CT显示μ(E1)和/或μ(E2)叠加,其中例如可以在有效值1的位置上对正常的CT显示进行着色。另外在着色时还可以保留CT图像中具有的亮度值/暗度值。
图6类似于图5示出如何首先针对两个能量谱E1和E2分别扫描特定于能量的检测数据S(E1)和S(E2),以及接着针对两个能量谱计算特定于能量的CT图像μ(E1)和μ(E2)。这次由特定于能量的CT图像μ(E1)和μ(E2)分别在所观察的像素值或体素值位置上的CT图像值经过常量a和b加权的乘积来确定中间图像B,并检验在该位置上是否明显存在造影剂。接着优选用值0或1确定位置有效值S=f(B)。在此,基本上只立体地在图像显示I中显示有效值S=f(B)也足以显示出血管。此外同样可以将图像显示I与CT显示μ(E1)和/或μ(E2)叠加,或者在CT显示中突出显示那些重要的位置。
通过类似方式利用Rhoz窗口确定和显示造影剂的空间分布。在此如在图7中示意示出的那样,根据前面已经提到的公开出版物“Density and atomic numbermeasurement with spectral x-ray attenuation method”,B.J.Heismann,J.Leppert和K.Stierstorfer,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,Volume 94,number 3,2003.8.1和DE10143131A1,由CT图像μ(E1)和μ(E2)的特定于能量的吸收值来确定Rhoz值,该Rhoz值表示在观察位置被透射物质的原子序数Z的大致度量。如果作为造影剂选择一种具有典型的并且能与周围组织清楚区分开来的平均Z值的药剂,则能以较大的可靠性确定造影剂在观察位置的存在性,如果Rhoz值落入一个预定的范围、即数值窗口内的话。因此在这种情况下,基于反映所谓的Rhoz值的位置分布的中间图像B来确定有效值0或1。其它分析和显示与图5和图6的方法一致。
需要指出,根据本发明的方法不限于确定两幅特定于能量的CT图像,而尤其是在采用能量分辨的检测器时可以考察多个单个能量或能量谱,并用于形成有效值S=f(B)。
应当理解,本发明的上述特征不仅能以分别给出的组合、还能以其它组合或单独使用,而不会脱离本发明的范围。
总之,通过本发明提出了一种通过施加造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,该方法通过特定于能量地再现患者的CT图像而使得可以在施加很少造影剂的同时确定患者体内的造影剂分布,其中观察造影剂和组织之间特定于能量的吸收差异。
Claims (14)
1.一种通过施加造影剂产生组织结构的计算机断层造影显示的方法,其中,为了改善对待检查组织结构的显示而对患者施加造影剂,在造影剂存在期间进行X射线扫描,然后由所获得的X射线扫描数据再现两维或三维计算机断层造影图像,其特征在于,对至少两个不同的能量谱(E1,E2)测量吸收数据,对每个能量谱(E1,E2)都再现一幅计算机断层造影中间图像(μ1,μ2),并由组织和造影剂之间不同的、特定于能量的吸收特性来确定造影剂在组织中的分布。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,为了确定造影剂的分布而确定原子序数分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,由至少两幅中间图像(μ1,μ2)来计算涉及造影剂分布的显著结论(S)。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述显著结论(S)通过形成中间图像的商(c*μ1/μ2,其中c=常量)来计算。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述显著结论(S)通过中间图像的线性组合(a*μ1+b*μ2,其中a,b=常量)来计算。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法,其特征在于,在CT图像显示中就造影剂在该位置的存在性来说具有积极显著结论(S)的图像值获得一个预定的图像值。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述图像值是最大或最小灰度值。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述图像值是颜色值,其优选在剩余的图像显示中不存在。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其特征在于,为了确定针对至少两种不同能量谱(E1,E2)的吸收数据,对每个频谱都采用自己的辐射源。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其特征在于,为了确定针对至少两种不同能量谱(E1,E2)的吸收数据,对每个频谱都在辐射源中采用自己的阳极材料。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,采用阳极材料和造影剂的组合,其中,阳极材料在阻滞频谱中具有最大强度,而造影剂在由该阳极材料产生的阻滞辐射的最大强度能量区域内具有最大吸收值。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法,其特征在于,采用跳跃焦点。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法,其特征在于,为了确定针对至少两种不同能量谱(E1,E2)的吸收数据,对每个频谱都采用自己的检测器。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法,其特征在于,为了确定针对至少两种不同能量谱(E1,E2)的吸收数据而采用至少一个检测器,该检测器可以分辨所检测的针对至少两种不同能量的辐射的能量谱。
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