專利名稱：用于在介入期間產(chǎn)生計算機斷層造影圖像的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在儀器介入期間利用CT系統(tǒng)產(chǎn)生患者的計算機斷層造影圖像的方法，其中至少一個X射線管在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者運動以產(chǎn)生射線錐，具有多個檢測器元件的檢測器測量透過患者之后的射線強度，此外利用控制單元控制患者相對于容納該X射線管和檢測器的支架的位置和狀態(tài)，并且利用計算單元從這些測量值中借助計算機程序再現(xiàn)出計算機斷層造影圖像。
背景技術：
這種用于在儀器介入患者期間利用CT系統(tǒng)產(chǎn)生計算機斷層造影圖像的方法是普遍公知的。
在借助醫(yī)療儀器于CT觀察的條件下進行介入時，在此醫(yī)療儀器通常例如是用于進行神經(jīng)封閉或腫瘤治療的金屬針，這種金屬針以公知的方式被平行于掃描X射線地引入體內(nèi)，或者支架與其X射線管和對面的檢測器設置在其上的旋轉(zhuǎn)平面一起偏轉(zhuǎn)，使得X射線平行于該儀器，然后向手術醫(yī)生提供再現(xiàn)后的圖像，這些圖像與儀器直接相鄰并且與其平行。通常顯示一幅顯示介入儀器的縱截面的圖像，由此使手術醫(yī)生可以獲得關于該介入儀器的周圍盡可能好的概貌。介入方向在此大多垂直于系統(tǒng)軸或患者的縱軸。
由此已知在這種計算機斷層造影圖像中會出現(xiàn)導致圖像顯示不足的偽影。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術問題是提出一種回避計算機斷層造影圖像中出現(xiàn)的偽影的方法。
發(fā)明人已經(jīng)了解到，出現(xiàn)偽影的原因一方面是由于散射，其因為儀器的金屬材料和射線在入射到儀器的縱軸時穿過儀器的路徑較長而格外明顯。另一方面射線強度的劇烈降低也在儀器的射線陰影中產(chǎn)生不利的信噪比。此外射線通過較長的路徑穿過儀器也引起射線的硬化(Aufhaertung)，也就是儀器的射線陰影中的射線頻譜出現(xiàn)明顯不同的變化，該變化會引起組織中的吸收特性發(fā)生改變。
此外，發(fā)明人還了解到至少可以在感興趣區(qū)域、也就是在介入方向上或者在介入針和患者體內(nèi)的目標區(qū)域之間這樣來回避該散射，即通過不透視介入儀器并因此掃描一個區(qū)域的射線來掃描該感興趣區(qū)域。由此一方面產(chǎn)生較少的散射，另一方面在感興趣區(qū)域中射線頻譜幾乎不發(fā)生改變，信噪比也保留在有利的范圍內(nèi)。這樣的掃描可以這樣來實現(xiàn)，例如將支架連同其旋轉(zhuǎn)平面向z軸傾斜，使儀器被X射線切割，從而可以明顯改善成像。盡管如此，在CT顯示中通過對現(xiàn)有圖像數(shù)據(jù)的相應變換可以向手術醫(yī)生顯示另一個穿過介入儀器直到目標區(qū)域的截面，優(yōu)選為一個軸向截面。
除了射線錐或支架的旋轉(zhuǎn)平面的直接傾斜之外，還可以在相應較寬設置的檢測器中產(chǎn)生光闌的非對稱移動，從而只將側(cè)面傾斜的X射線用于再現(xiàn)。其它非必要的射線被濾除以減小劑量，從而通過這種布置方式同樣可以實現(xiàn)傾斜地入射到介入?yún)^(qū)域，還可以由此大大減小目前所具有的通過儀器的透視而出現(xiàn)的偽影。
根據(jù)本發(fā)明的上述基本思想，對公知的用于在儀器沿著介入軸、優(yōu)選垂直于CT系統(tǒng)的系統(tǒng)軸介入期間利用CT系統(tǒng)產(chǎn)生患者的計算機斷層造影圖像的方法，其中至少一個X射線管在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者運動以產(chǎn)生射線錐，具有多個檢測器元件的檢測器測量射線穿透患者之后的射線強度，利用控制單元控制患者相對于容納X射線管和檢測器的支架的位置和狀態(tài)，并且在計算單元中借助計算機程序從測量值中再現(xiàn)計算機斷層造影圖像，發(fā)明人建議進行這樣的改善，將掃描射線錐的射線的中間方向設置為向介入軸傾斜，并在顯示器上顯示至少一個與射線錐的旋轉(zhuǎn)平面不同的截平面。在此優(yōu)選可以選擇軸向的圖像顯示，也就是垂直于系統(tǒng)軸的截平面。
介入軸可以被檢測到，例如在針作為介入儀器時相當于該針的縱軸或目標區(qū)域和介入儀器之間或者和介入儀器的穿刺位置之間的連接線。
掃描射線錐的中間方向的傾斜例如可以通過將支架的旋轉(zhuǎn)平面向CT的系統(tǒng)軸傾斜來引起。還可以通過光闌在射線路徑上的非對稱設置來引起掃描射線錐中間方向的傾斜。
作為介入軸可以采用儀器縱軸，通過分析CT圖像來檢測該儀器縱軸。為此例如可以采用模式識別方法，該方法在CT圖像中檢測該儀器并確定其瞬時位置。
還存在其它本身公知的用于確定儀器縱軸的可能性。例如設置在儀器和CT系統(tǒng)上的發(fā)射器和接收器可以確定該儀器的位置，或者還可以在該儀器上設置光學傳感器和標記，并通過相應的圖像分析檢測儀器相對于CT系統(tǒng)的位置。
確定介入軸的另一個可能性在于預先給定介入的目標區(qū)域，并將儀器的一部分、優(yōu)選其末端與該目標區(qū)域的連接作為介入軸。在介入開始時，這相當于穿刺位置和實際目標區(qū)域之間的直線。
根據(jù)本發(fā)明，還可以在拍攝期間自動計算支架和介入軸之間的最大可調(diào)節(jié)角度，該角度可用于顯示介入軸的平面內(nèi)的預定區(qū)域，其中連續(xù)匹配地調(diào)節(jié)該角度。因此在該方法中，在介入開始時當介入儀器離目標區(qū)域尚遠時，設置一個相對于CT系統(tǒng)的系統(tǒng)軸較陡的角度，而在儀器接近目標區(qū)域時可以加強射線錐的傾斜，因為最終感興趣的區(qū)域具有更小的延伸，由此在該區(qū)域的顯示足夠大時可以實現(xiàn)較傾斜的入射，盡管如此顯示平面還是可以相當于儀器軸。
作為預定要顯示的區(qū)域例如可以采用介入的目標區(qū)域和儀器之間的區(qū)域。作為預定要顯示的區(qū)域還可以采用儀器的預定部分，和在介入方向上的預定路段。要說明的是，除了射線錐的傾斜調(diào)節(jié)之外在CT系統(tǒng)的系統(tǒng)軸方向上定位患者從而使被觀察區(qū)域在X射線管的輻射路徑中保持最佳也屬于本發(fā)明的范圍。
作為再現(xiàn)方法執(zhí)行在輻射平面內(nèi)的2D再現(xiàn)但通過介入軸的平面內(nèi)的變換來顯示斷層也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實踐中該顯示大多與軸向顯示重疊，但要說明的是其它截平面或介入軸也屬于本發(fā)明的范圍。
另一方面還可以對多個體素進行三維再現(xiàn)，其中有利的是僅再現(xiàn)一個預定或待顯示區(qū)域內(nèi)的體素，從而不會由于對稍后不再需要的區(qū)域的再現(xiàn)而降低再現(xiàn)速度。
作為要再現(xiàn)體素的預定區(qū)域，可以選擇位于儀器、必要時該儀器的一部分的周圍并且其方向平行于介入方向的子平面。
還可以將位于目標區(qū)域和儀器之間并且其方向同樣平行于介入方向的子平面選擇為要再現(xiàn)的體素的預定區(qū)域。
此外可以在顯示器上進行三維再現(xiàn)時還顯示沿著介入軸的一個平面和軸向顯示。
對應于上述方法，本發(fā)明人還提出了一種計算機斷層造影系統(tǒng)，其包括至少一個在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者運動并且用于產(chǎn)生射線錐的X射線管，和具有多個檢測器元件并且用于測量透過患者之后的射線強度的檢測器。該CT系統(tǒng)還具有控制單元，用于控制患者相對于容納X射線管和檢測器的支架的位置和狀態(tài)，以及計算單元，用于分析檢測器的測量值和借助計算機程序再現(xiàn)計算機斷層造影圖像，其中根據(jù)本發(fā)明該CT系統(tǒng)還具有在計算單元和控制單元上執(zhí)行時實施上述方法的步驟的計算機程序。


下面借助附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中僅示出了理解本發(fā)明所必需的特征，并且采用了下面的附圖標記1CT系統(tǒng)；2X射線管；2.1焦點；3檢測器；3.x檢測器元件；4系統(tǒng)軸；5CT外殼；6可移動的患者臥榻；7患者；8X射線管和檢測器之間的開口；9控制和計算單元；9.1顯示器；10數(shù)據(jù)/控制導線；11儀器；12射線錐；12.M掃描射線錐的中間射線；13介入的目標區(qū)域；14輻射光闌；15支架的旋轉(zhuǎn)平面；16散射；17儀器-目標區(qū)域的連接線；18再現(xiàn)平面；19平行于介入軸的顯示平面；20介入軸；21儀器縱軸；Prg1-Prgn計算機程序；R支架的旋轉(zhuǎn)軸；α旋轉(zhuǎn)軸與系統(tǒng)軸之間的傾斜角。
具體示出圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明方法的示例性CT系統(tǒng)，圖2是按照現(xiàn)有技術的穿過包括患者和介入儀器的CT的縱截面的示意圖，圖3是對應于圖2的顯示，但具有按照本發(fā)明的對支架的設置，圖4是按照圖3的顯示，但具有額外顯示的目標區(qū)域，圖5是按照圖4的顯示，但沒有支架傾斜并具有非對稱設置的輻射光闌，圖6是介入?yún)^(qū)域的放大顯示，具有再現(xiàn)平面和平行于介入軸的額外的顯示平面。
具體實施例方式
圖1示出具有CT外殼5的按照本發(fā)明的CT系統(tǒng)1，外殼5中具有未詳細示出的支架，在支架上設置了X射線管2和在其對面的檢測器3?；颊?位于可在系統(tǒng)軸方向4上移動的患者臥榻6上，并且為了在輻射路徑中被掃描可以穿過支架中的開口8。再現(xiàn)的控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析由計算和控制單元9進行，其通過數(shù)據(jù)和控制導線10與支架和可移動的患者臥榻連接，其中該計算和控制單元中存儲了執(zhí)行本發(fā)明方法的程序Prg1-Prgn，并且可以在運行時執(zhí)行這些程序。按照本發(fā)明方法的再現(xiàn)后和重整后的圖像可以顯示在計算和控制單元9的顯示器9.1上或者顯示在其它分離的顯示屏上。
圖2示出了當前的現(xiàn)有技術，其中以示意圖給出穿過位于患者臥榻6上的患者7的縱截面。由焦點2.1射出的射線錐12穿過患者7并到達對面的具有檢測器元件3.1-3.n的檢測器3。為了進行用于計算機斷層造影分析的掃描，焦點2.1和檢測器3圍繞與系統(tǒng)軸4重疊的旋轉(zhuǎn)軸運動。
在該顯示中可以識別出，在掃描射線錐12的中間射線12.M的縱向上被穿透的介入針11同時位于支架的旋轉(zhuǎn)平面上。由此一方面產(chǎn)生較高比例的散射，另一方面還強烈衰減了在縱軸上穿過該儀器的射線，從而檢測器信號由于該衰減而具有很高的噪聲分量，并因此產(chǎn)生其它偽影。此外還由于穿過該金屬儀器的路徑較長而導致射線的頻譜發(fā)生明顯改變。
在圖3中示出按照本發(fā)明的掃描射線錐傾斜入射的變形。在此支架關于其旋轉(zhuǎn)平面15與系統(tǒng)軸4之間傾斜了角度α，從而射線錐12的X射線以更陡的角度穿透儀器11，并因此發(fā)生較小的衰減，并且發(fā)生更少的散射，這些散射可以通過檢測器元件測量到。因此實際上對該顯示的感興趣區(qū)域中的介入針進行了下部切割(unterschnitten)，從而可以更高的質(zhì)量顯示該區(qū)域。
圖4示出與圖3類似的顯示，但在此標記出介入的目標區(qū)域13，從而可以將支架的方向確定在介入針11的尖端和目標區(qū)域13之間的連接線17上。
圖5示出借助光闌14的非對稱移動設置射線錐12的方向的另一種變形。其前提條件是具有多個檢測器行的較寬的檢測器3，這些檢測器行允許射線錐在邊緣范圍內(nèi)較為傾斜。通過光闌14的非對稱移動，在此只有位于邊緣的射線才用于掃描介入?yún)^(qū)域，但這些射線與系統(tǒng)軸4之間具有足夠的傾斜角度α。在此不需要傾斜支架的旋轉(zhuǎn)平面15，由此在制造CT時只需要很小的機械費用。
圖6再次示出射線錐2與系統(tǒng)軸4之間有傾斜的介入?yún)^(qū)域的放大顯示。射線錐12的輻射方向基本上確定了再現(xiàn)平面18的方向，其中要說明的是根據(jù)相應的再現(xiàn)方法通常不需要精確地在單個射線的方向上進行再現(xiàn)，而是忽略射線錐的一定擴展，并假定平行取向的射線穿過患者。在此要說明的是，本發(fā)明的方法不取決于再現(xiàn)的具體變形。在該圖中清楚夸張地示出再現(xiàn)平面18與實際輻射方向之間的偏差。另外還示出三個平行于介入軸21取向的顯示平面19，在此該介入軸從儀器11出發(fā)恰好從中間穿過目標區(qū)域13。此外還關于儀器11示出其縱軸21。
因此示出在此在對應的射線引入中可以引起通過儀器11導致的散射和偽影的減少，其中在介入?yún)^(qū)域中X射線可以不被儀器衰減地穿過患者，并且利用相應的重整可以向手術醫(yī)生提供沿著儀器的縱軸或儀器軸21取向的顯示，從而可以為手術醫(yī)生保持熟悉的軸向顯示。
應當理解，本發(fā)明的上述特征不僅可以分別給出的組合、還能以其它組合或單獨使用，而不會偏離本發(fā)明的范圍。
另外要說明的是，本方法涉及所有CT系統(tǒng)、尤其涉及C型設備。尤其是C型設備由于其中容易接近患者而特別適用于借助CT的介入。
總之，本發(fā)明提出了一種用于在儀器介入期間利用CT系統(tǒng)產(chǎn)生患者的計算機斷層造影圖像的方法，其中X射線管在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者運動以產(chǎn)生射線錐，具有多個檢測器元件的檢測器測量射線穿過患者之后的射線強度，并且利用計算單元從這些測量值中借助計算機程序再現(xiàn)出計算機斷層造影圖像。根據(jù)本發(fā)明，將掃描射線錐的中間射線的方向調(diào)節(jié)為向介入軸傾斜，并在顯示器上顯示至少一個與射線錐的旋轉(zhuǎn)平面不同的截平面。
權利要求
1.一種用于在儀器(11)介入期間利用CT系統(tǒng)(1)產(chǎn)生患者(7)的計算機斷層造影圖像的方法，其中該儀器(11)沿著介入軸、優(yōu)選垂直于CT系統(tǒng)(1)的系統(tǒng)軸(4)介入，其中1.1.至少一個X射線管(2)在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者(7)運動以產(chǎn)生射線錐(12)，具有多個檢測器元件(3.x)的檢測器(3)測量透過患者(7)之后的射線強度，1.2.利用控制單元(9)控制患者(7)相對于容納X射線管(2)和檢測器(3)的支架的位置和狀態(tài)，1.3.在計算單元(9)中借助計算機程序(Prgx)從測量值中再現(xiàn)計算機斷層造影圖像，其特征在于，1.4.將掃描射線錐(12)的射線的中間方向(12.M)設置為向介入軸(20)傾斜，1.5.在顯示器(9.1)上顯示至少一個與射線錐的旋轉(zhuǎn)平面不同的截平面。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述掃描射線錐的中間方向(12.M)的傾斜通過將支架的旋轉(zhuǎn)平面(15)向CT的系統(tǒng)軸(4)傾斜來引起。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述掃描射線錐的中間方向(12.M)的傾斜通過將光闌(14)非對稱地設置在射線路徑上來引起。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，至少一個所顯示的圖像平面(19)是垂直于系統(tǒng)軸(4)顯示的。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，對介入軸(20)進行檢測。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，作為介入軸(20)采用儀器的縱軸(21)，并通過分析CT圖像來檢測該儀器縱軸。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述通過分析CT圖像來檢測儀器縱軸(21)通過模式識別方法實現(xiàn)，該方法檢測該儀器(11)并確定其位置。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，通過設置在儀器(11)和CT系統(tǒng)(1)上的發(fā)射器和接收器來確定所述儀器縱軸(21)。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，通過儀器(11)上設置的光學傳感器和標記來確定所述儀器縱軸(21)。
10.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，預先給定介入的目標區(qū)域(13)，并將儀器的一部分、優(yōu)選為儀器的末端與該目標區(qū)域的連接(17)作為介入軸(20)。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，在拍攝期間自動計算支架和介入軸之間的最大可調(diào)節(jié)角度，該角度可用于顯示介入軸(20)的平面內(nèi)的預定區(qū)域，并且連續(xù)匹配地調(diào)節(jié)該角度。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，作為預定要顯示的區(qū)域采用介入的目標區(qū)域(13)和儀器(11)之間的區(qū)域。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，作為預定要顯示的區(qū)域采用儀器(11)的預定部分，和在介入方向上的預定路段。
14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，執(zhí)行在輻射平面內(nèi)的二維再現(xiàn)，但通過在介入軸(20)平面內(nèi)的重整來顯示斷層。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，既顯示軸向截面圖像(19)也顯示再現(xiàn)平面(18)中的截面圖像。
16.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，對多個體素進行三維再現(xiàn)。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，僅再現(xiàn)一個預定的或待顯示的區(qū)域內(nèi)的體素。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，作為要再現(xiàn)體素的預定區(qū)域，選擇位于儀器、必要時為該儀器的一部分的周圍的并且其方向平行于介入方向的子平面。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，作為要再現(xiàn)體素的預定區(qū)域，選擇位于目標區(qū)域(13)和儀器(11)之間并且其方向平行于介入方向的子平面。
20.根據(jù)權利要求16至19中任一項所述的方法，其特征在于，在顯示器(9.1)上既示出沿著介入軸的平面又給出軸向顯示。
21.一種計算機斷層造影系統(tǒng)，其包括21.1.在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者(7)運動并且用于產(chǎn)生射線錐(12)的X射線管(2)，和具有多個檢測器元件(3.x)并且用于測量透過患者(7)之后的射線強度的檢測器(3)。21.2.控制單元，用于控制患者相對于容納X射線管和檢測器的支架的位置和狀態(tài)，21.3.計算單元(9)，用于分析檢測器(3)的測量值和借助計算機程序再現(xiàn)計算機斷層造影圖像，其特征在于，21.4.該CT系統(tǒng)(1)還具有在計算單元和控制單元(9)上執(zhí)行時實施按照上述方法權利要求之一所述方法步驟的計算機程序(Prgx)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在儀器(11)介入期間利用CT系統(tǒng)(1)產(chǎn)生患者(7)的計算機斷層造影圖像的方法，其中X射線管(2)在旋轉(zhuǎn)平面上圍繞患者(7)運動以產(chǎn)生射線錐(12)，具有多個檢測器元件(3.x)的檢測器(3)測量透過患者(7)之后的射線強度，在計算單元(9)中借助計算機程序(Prg
文檔編號H05G1/00GK1903130SQ200610109019
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月25日 優(yōu)先權日2005年7月25日
發(fā)明者加布里埃爾·哈拉斯, 雷納·勞帕赫 申請人:西門子公司