專(zhuān)利名稱(chēng)：層析x射線攝影和x射線照相投影系統(tǒng)的組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于組合地?cái)z錄三維功能和結(jié)構(gòu)解剖圖像數(shù)據(jù)的裝置。
背景技術(shù)：
功能解剖圖像數(shù)據(jù)被理解為對(duì)器官功能、例如新陳代謝過(guò)程、生物化學(xué)反應(yīng)或類(lèi)似過(guò)程的顯示。相應(yīng)的檢查首先應(yīng)用在心臟病學(xué)、神經(jīng)病學(xué)和腫瘤病學(xué)中。通常，通過(guò)層析X射線攝影方法獲取三維圖像數(shù)據(jù)組。這些基于極其不同的物理過(guò)程的層析X射線攝影方法在下文中被概括地稱(chēng)為功能層析X射線攝影。
在核醫(yī)學(xué)診斷中，給患者注射用某些不穩(wěn)定的同位素標(biāo)記的代謝制劑，該制劑積聚在特定的器官。通過(guò)該制劑從身體放射出的相應(yīng)的原子核衰變物的證據(jù)可以獲取基本生化過(guò)程空間分布的圖像。所述代謝制劑優(yōu)選包含γ量子放射物或正電子放射物。
圖像的產(chǎn)生可根據(jù)放射性衰變的方式用不同的方法來(lái)進(jìn)行。在采用放射單γ量子而衰變的單光子放射物、即同位素時(shí)，例如采用斷層圖像方法SPECT(單光子放射計(jì)算機(jī)層析攝影)。在此，γ射線攝像機(jī)的測(cè)量頭通常在一圓形軌道上圍繞患者運(yùn)動(dòng)。對(duì)放射性分布投影的拍攝以離散的方位角在γ射線攝像機(jī)的測(cè)量平面上進(jìn)行。通常使用具有大面積測(cè)量頭的攝像機(jī)，以便可以攝取各種體積的投影。
為了利用在發(fā)射正電子時(shí)發(fā)生衰變的正電子放射物、即同位素來(lái)成像，采用所謂的PET(正電子放射層析攝影)。正電子間接地通過(guò)在湮沒(méi)時(shí)以相對(duì)方向放射的γ量子表明。這種時(shí)間上相關(guān)的γ放射由兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的探測(cè)器來(lái)探測(cè)。為了進(jìn)行立體成像，圍繞患者成圓形地設(shè)置多個(gè)探測(cè)器。由此，由沿兩個(gè)探測(cè)器的連線(LOR，響應(yīng)線)測(cè)得的值可以再現(xiàn)檢查區(qū)域中的放射性分布。
近來(lái)出現(xiàn)了放射學(xué)的另一特殊領(lǐng)域，即介入放射學(xué)(Interventions-radiologie)。其中采用功能磁共振(FMR)代替組織的形態(tài)來(lái)描繪組織中的活動(dòng)(Aktivitten)。FMR通常應(yīng)用在神經(jīng)病學(xué)和神經(jīng)外科學(xué)領(lǐng)域中。
用上述方法可以獲得一定的器官功能的空間分布，即所謂的功能數(shù)據(jù)。但這些方法幾乎不能另外提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，即關(guān)于器官的圖像信息，在這些器官中發(fā)生要檢查的活動(dòng)或要檢查的過(guò)程。但是，與要從本質(zhì)上改善治療計(jì)劃一樣，為了更好、更可靠地診斷必須將功能數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組合起來(lái)。
目前，結(jié)構(gòu)信息大多是與功能信息分開(kāi)地在不同的裝置上獲取的。在實(shí)踐中已基本形成了兩種將這些分開(kāi)獲取的圖像數(shù)據(jù)組聯(lián)系起來(lái)的方法。在最簡(jiǎn)單的情況下，醫(yī)務(wù)人員通過(guò)努力思考得到將分開(kāi)獲得的圖像數(shù)據(jù)組匯總起來(lái)的概念。兩種圖像數(shù)據(jù)組的這種思維想象上的相互關(guān)聯(lián)的可靠性主要取決于診斷者的經(jīng)驗(yàn)和其當(dāng)時(shí)的專(zhuān)注力。
為了達(dá)到在一定程度上與這些個(gè)人因素?zé)o關(guān)，在第二種情況下將分開(kāi)記錄的圖像數(shù)據(jù)組合并到共同顯示中，其中，可以將各單個(gè)圖像相互疊加地顯示，或相互并列地顯示。然而其缺點(diǎn)在于，必須將患者在兩種不同的裝置之間挪動(dòng)，由此，須考慮從第一次拍攝到第二次拍攝待檢器官位置的明顯改變。
因此，第三種方案采用組合裝置設(shè)備，例如PET-CT組合裝置，在該組合裝置設(shè)備中可以對(duì)躺在同一位置上的患者產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)組。如在US 6 490476中表述的那樣，這可以通過(guò)與一特殊結(jié)構(gòu)的患者臥榻相結(jié)合地、適當(dāng)?shù)叵噜徳O(shè)置的帶有計(jì)算機(jī)層析X射線攝影裝置的PET(正電子放射層析X射線攝影裝置)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這兩種檢查裝置中患者的位置可以這樣精確控制裝置，使得在時(shí)間上分開(kāi)拍攝的圖像數(shù)據(jù)組可以在空間上相對(duì)應(yīng)。
美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)US 6 449 331采用了另一種方法。其采用一個(gè)不僅能夠檢測(cè)γ量子、而且能夠檢測(cè)X射線的探測(cè)器。由此可以不必在兩次拍攝之間移動(dòng)患者就能夠產(chǎn)生患者身上特定檢查區(qū)域的功能照片和結(jié)構(gòu)照片。
然而期望的是，采用共同的探測(cè)器技術(shù)方案在測(cè)量技術(shù)上達(dá)到一種折衷，通過(guò)這種方案僅對(duì)每個(gè)成像模式本身有所限制。CT裝置與PET裝置的組合應(yīng)用通常很昂貴。另外，共同使用這樣的裝置組合的重要部件使得不可能分離和分開(kāi)使用有關(guān)的成像模式。
計(jì)算機(jī)層析X射線攝影與正電子放射層析X射線攝影(PET)或單光子放射計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(SPECT)的組合，一方面提供一種昂貴的成像方法，另一方面與計(jì)算機(jī)層析X射線攝影(CT)相比特別是在采用PET或SPECT時(shí)檢測(cè)時(shí)間更長(zhǎng)(在分鐘范圍內(nèi))。因此這一方面會(huì)使患者承受相對(duì)高的放射載荷，另一方面使患者在檢查時(shí)無(wú)法在如此長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間下保持不舒服的姿勢(shì)、例如將胳臂伸過(guò)頭頂。因此，在特定的對(duì)功能性器官紊亂的檢查中不能相關(guān)地采集功能和結(jié)構(gòu)解剖圖像數(shù)據(jù)，因?yàn)榛颊邚囊淮螜z測(cè)到另一次檢測(cè)的姿勢(shì)改變已經(jīng)導(dǎo)致器官移動(dòng)，并因此而被排除(auscheiden)。
功能層析X射線攝影與常規(guī)的計(jì)算機(jī)層析X射線攝影的組合雖然使檢測(cè)時(shí)間大大減少(在秒的范圍內(nèi))，然而同樣存在費(fèi)用昂貴的問(wèn)題，另外在組合的可行性方面也非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在空間上相關(guān)地產(chǎn)生三維功能和結(jié)構(gòu)解剖圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備，該設(shè)備可克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的設(shè)備具有一個(gè)用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置和一個(gè)用于拍攝X射線投影圖像的裝置。其中，由所述X射線投影圖像采集的第一檢查區(qū)域至少部分地包含由該層析X射線圖像數(shù)據(jù)組采集的第二檢查區(qū)域。另外，可以這樣產(chǎn)生該第一檢查區(qū)域的多幅X射線投影圖像，使得由這些投影圖像可以三維地再現(xiàn)該第一檢查區(qū)域，該第一檢查區(qū)域由于與第二檢查區(qū)域的固定空間關(guān)系而與其相關(guān)。
由于借助用于拍攝X射線投影圖像的裝置可以在極短的時(shí)間內(nèi)、也就是說(shuō)在少于一分鐘的時(shí)間內(nèi)拍攝三維再現(xiàn)所需的投影圖像，因此無(wú)須對(duì)患者或其躺臥的情況提出特殊的要求，就能夠拍攝解剖學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)。將用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置和用于產(chǎn)生X射線投影圖像的裝置的組合成一個(gè)裝置允許借助于不同的技術(shù)、但以固定的空間關(guān)系拍攝同一檢查區(qū)域。
為了檢查生化過(guò)程，用放射層析X射線攝影系統(tǒng)構(gòu)成用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置。優(yōu)選的是，根據(jù)所提出的診斷任務(wù)，采用SPECT(單光子放射計(jì)算機(jī)層析X射線攝影裝置)或一PET(正電子放射層析X射線攝影裝置)作為放射層析X射線攝影系統(tǒng)。
為了介入性治療，優(yōu)選采用功能磁共振層析X射線攝影裝置作為用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置。
另外，優(yōu)選地用C形X射線設(shè)備構(gòu)成用于拍攝X射線投影圖像的裝置，因此不必花費(fèi)用于構(gòu)造X射線投影裝置的移動(dòng)組件(Verfahrmimik)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。C形支架非常簡(jiǎn)單的成像阻止(與CT設(shè)備相比)，并由此而可以容易地與其它成像設(shè)備進(jìn)行組合。
用于拍攝X射線投影圖像的裝置優(yōu)選設(shè)置在用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組裝置的殼體之外，但是與該用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置成固定的空間關(guān)系。由此可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式組建一種由兩個(gè)現(xiàn)有類(lèi)型的裝置構(gòu)成的組合設(shè)備。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，將用于拍攝X射線投影圖像的裝置與用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置一起集成在一個(gè)殼體中，由此構(gòu)成一結(jié)構(gòu)緊湊的組合設(shè)備。


下面借助于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式參考附圖對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說(shuō)明。
附圖中圖1示出了按照本發(fā)明的組合設(shè)備，其具有一為PET系統(tǒng)設(shè)置的、從不同角度產(chǎn)生X射線投影圖像的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
目前C形X射線系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已發(fā)展到不僅可以三維再現(xiàn)高對(duì)比度的對(duì)象、例如骨頭或注入了造影劑的管道，而且還可以從投影圖像中確定出低對(duì)比度對(duì)象、例如器官的三維視圖。這主要?dú)w功于平面圖像探測(cè)器和一些分析方法的采用。由此C形X射線系統(tǒng)可以提供器官的結(jié)構(gòu)信息。
為了獲得測(cè)量對(duì)象三維視圖的圖像數(shù)據(jù)組，須從不同的空間方向拍攝該測(cè)量對(duì)象的一系列投影圖像。拍攝階段的時(shí)間較短，典型地為15至20秒。這首先是由于，不是對(duì)各層采用按行設(shè)置的探測(cè)器，而是采用可以在一工作過(guò)程中拍攝完整的投影圖像的平面圖像探測(cè)器。盡管其圖像質(zhì)量明顯低于利用計(jì)算機(jī)層析X射線攝影裝置拍攝的圖像，但其提供了足夠多的有關(guān)器官的結(jié)構(gòu)信息，在這些結(jié)構(gòu)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行解剖學(xué)上的功能檢測(cè)。
在用于攝制X射線投影圖像的裝置中，將一平面圖像探測(cè)器2這樣與X射線發(fā)射源3的發(fā)射口相對(duì)地設(shè)置，使得X射線落在平面圖像探測(cè)器2的X射線敏感的表面上。在拍攝時(shí)，患者或檢查對(duì)象位于該X射線發(fā)射源3和平面圖像探測(cè)器2之間。X射線透射過(guò)患者或檢查對(duì)象，由此獲得作為投影圖像的所謂X射線吸收分布圖。為了獲得足夠的三維再現(xiàn)檢查對(duì)象的數(shù)據(jù)，使由平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3構(gòu)成的裝置繞檢查對(duì)象旋轉(zhuǎn)。在此，以等間距或可變角度增量來(lái)產(chǎn)生多達(dá)200幅的投影圖像。利用一個(gè)描述投影幾何的投影矩陣可由這些投影圖像中產(chǎn)生出具有三維描述被透視對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)組。
因此，所描述的用于拍攝X射線投影圖像的裝置適用于在最短的時(shí)間內(nèi)獲取關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)的信息。相應(yīng)的檢測(cè)不必與功能解剖過(guò)程的檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行。通常，利用SPECT系統(tǒng)、PET系統(tǒng)或MR系統(tǒng)的相應(yīng)檢測(cè)需要幾分鐘的時(shí)間。而用于檢測(cè)解剖結(jié)構(gòu)的X射線投影圖像的拍攝則大約需要一分鐘，也就是說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行時(shí)，不會(huì)明顯延長(zhǎng)總的時(shí)間。因此，對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的可靠測(cè)量也可以在相應(yīng)的功能檢查之前或之后利用X射線透視檢查進(jìn)行。
圖1示出了一按照本發(fā)明的組合設(shè)備1。其由一PET系統(tǒng)4構(gòu)成，在其機(jī)架前安裝了由平面圖像探測(cè)器2和與其相對(duì)設(shè)置的X射線發(fā)射源3構(gòu)成的單元。該由平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3構(gòu)成的單元圍繞一公共軸旋轉(zhuǎn)，該公共軸大致與該機(jī)架隧道(Gantrytunnel)5的對(duì)稱(chēng)軸重合。該由平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3構(gòu)成的單元除了設(shè)置在PET系統(tǒng)4的機(jī)架隧道5的入口處外，還可以設(shè)置在SPECT系統(tǒng)或MR系統(tǒng)的機(jī)架隧道的入口處。
為了對(duì)患者進(jìn)行檢查，使患者躺在患者臥榻6上。該患者臥榻6可以位置可調(diào)地平行于機(jī)架5的隧道軸移動(dòng)。在進(jìn)行功能層析X攝影之前或之后，將患者的檢查部位送到由平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3構(gòu)成的X射線裝置的X射線路徑中。為了檢測(cè)，使X射線裝置在規(guī)定的角度區(qū)域內(nèi)圍繞其旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，而同時(shí)以規(guī)定的角度增量產(chǎn)生X射線投影圖像。由此采集的檢測(cè)空間目前包含邊長(zhǎng)大約為30cm的立方，因此可以用一個(gè)X射線拍攝序列來(lái)采集整個(gè)檢查區(qū)域。通過(guò)記錄患者臥榻在X射線拍攝與功能層析X射線拍攝之間的移動(dòng)行程可以將兩種圖像數(shù)據(jù)組在空間上相對(duì)應(yīng)。這尤其適合于，由于不必挪動(dòng)患者，以及移動(dòng)時(shí)間與總時(shí)間相比足夠短，可以不考慮患者的移動(dòng)。
作為如圖1中所示出方案的另一種選擇，也可以將一C形X射線設(shè)備固定在功能層析X射線攝影裝置的機(jī)架之前，該功能層析X射線攝影裝置如SPECT系統(tǒng)、PET系統(tǒng)或MR系統(tǒng)。通過(guò)這樣的固定安裝在X射線檢測(cè)區(qū)域與功能檢測(cè)區(qū)域之間形成固定的空間關(guān)系。通過(guò)這種技術(shù)方案有利地取消了為所述功能層析X射線攝影裝置裝備的一個(gè)原來(lái)具有的用于同心旋轉(zhuǎn)由平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3構(gòu)成的單元的機(jī)構(gòu)。由此尤其在降低制造成本方面達(dá)到了顯著降低費(fèi)用的目的。如果將C形X射線設(shè)備和功能層析X射線攝影裝置之間的連接設(shè)計(jì)為可拆卸的，則可在需要時(shí)相互獨(dú)立地使用這兩種裝置。由此可以利用較小的設(shè)備投入實(shí)施較多的診斷方法。
然而也可以將X射線設(shè)備與功能層析X射線攝影裝置一起集成到一個(gè)殼體中。這種技術(shù)方案尤其用在放射層析X射線攝影系統(tǒng)中，并且在使用組合裝置主要用于檢查器官功能以及同時(shí)檢測(cè)解剖結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選采用這種技術(shù)方案。這種集成方案可以實(shí)現(xiàn)兩種探測(cè)器系統(tǒng)，也就是說(shuō)可以相鄰地設(shè)置用于記錄衰變產(chǎn)物的探測(cè)器系統(tǒng)和平面圖像探測(cè)器。因此只需將患者在兩種檢測(cè)之間移動(dòng)一短距離。此外，也可以將X射線裝置相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)軸傾斜，使平面圖像探測(cè)器2和X射線發(fā)射源3之間的連線穿過(guò)放射層析X射線攝影探測(cè)器的檢測(cè)區(qū)。由此不必在兩種檢測(cè)之間移動(dòng)患者并可在同一時(shí)段內(nèi)進(jìn)行兩種檢測(cè)。
所建議的將用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置和用于拍攝X射線投影圖像的裝置組合成一個(gè)設(shè)備，將功能和結(jié)構(gòu)解剖信息相結(jié)合而有利地進(jìn)行多模式成像，用于診斷、治療計(jì)劃和治療支持。由于與CT組合裝置相比明顯縮短了檢測(cè)時(shí)間，因而對(duì)射線輻射的負(fù)擔(dān)、如患者精神的負(fù)擔(dān)明顯減小了。此外，與相應(yīng)的CT組合裝置相比，按照本發(fā)明的系統(tǒng)的制造成本更低。
權(quán)利要求
1.一種具有用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置和用于拍攝X射線投影圖像的裝置的設(shè)備，其中，由X射線投影圖像采集的第一檢查區(qū)域至少部分地包含由層析X射線圖像數(shù)據(jù)組采集的第二檢查區(qū)域，并且可以這樣產(chǎn)生該第一檢查區(qū)域的多幅X射線投影圖像，使得由這些投影圖像可以三維地再現(xiàn)該第一檢查區(qū)域，該第一檢查區(qū)域由于與第二檢查區(qū)域的固定空間關(guān)系而與其相關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，由放射層析X射線攝影系統(tǒng)構(gòu)成所述用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，由一單光子放射計(jì)算機(jī)層析X射線攝影裝置SPECT構(gòu)成所述放射層析X射線攝影系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，由一正電子放射層析X射線攝影裝置PET構(gòu)成所述放射層析X射線攝影系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，由一功能磁共振攝影系統(tǒng)fMR構(gòu)成所述用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的設(shè)備，其特征在于，由一三維C形X射線設(shè)備構(gòu)成所述用于拍攝X射線投影圖像的裝置。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于拍攝X射線投影圖像的裝置設(shè)置在所述用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置的殼體之外，但是與該用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置成固定的空間關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于拍攝X射線投影圖像的裝置與所述用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置一起被集成在一個(gè)殼體中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有用于拍攝層析X射線圖像數(shù)據(jù)組的裝置和用于拍攝X射線投影圖像的裝置的設(shè)備，其中，由所述X射線投影圖像檢測(cè)的第一檢查區(qū)域至少部分地包含由所述層析X射線圖像數(shù)據(jù)組檢測(cè)的第二檢查區(qū)域。此外，可以這樣產(chǎn)生多幅X射線投影圖像，使得由這些投影圖像可以三維地再現(xiàn)該第一檢查區(qū)域。
文檔編號(hào)G01T1/161GK1537515SQ200410034379
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者雷納·格勞曼, 雷納 格勞曼 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司