專利名稱：產生跳動的患者心臟的x射線ct圖像的方法和ct設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于產生跳動的患者心臟的X射線CT圖像的方法和計算機斷層造影設備，其中，為了產生最終的CT圖像僅采用在心臟周期中心臟相對靜止階段所記錄的檢測器數據。由此避免了運動模糊導致的低質量圖像。
背景技術：
在文章“Automatic phase point determination for cardiac CT imaging”，Manzke等，Medical Imaging 2004，proc.of SPIE vol.537，690-699中描述了一種類似的方法。其中提出，基于EKG信號以相互接續的時間段來再現心臟體，并逐層確定相鄰心臟階段的圖像相關性。如果將圖像相關性三維地表現在z/t平面(z相當于系統軸，t相當于所觀察的心臟階段的百分比值)上，則心臟的靜止階段在該立體顯示中表現為相關系數的極值。這樣的極值可以通過公知的計算方法來檢測，從而可以確定心臟靜止的心臟階段的時刻。然后相應于這樣找出的靜止階段從該時間段的檢測器數據中再現出相應的CT圖像。
在此開銷大的是須分別將EKG導向CT檢查。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，找到一種簡化的用于產生跳動的患者心臟的X射線CT圖像的方法，其中無需減去患者的EKG信號。
就發明人所知，可以棄用患者的EKG信號而代之以使用合成時鐘脈沖信號，參照該信號來確定每個周期中的靜止階段。因為盡管該合成時鐘脈沖信號處于患者心臟頻率的范圍內但并不與心臟頻率同步，因此如在以上提到的方法中不允許跨越所有掃描周期來確定心臟在哪個一般的心臟階段時刻處于靜止狀態。更確切地說必須跨越整個掃描時間并對每個合成周期來確定在哪個時刻或確切地在哪個時間間隔存在靜止階段。這可以通過計算跨越該掃描以及每一個周期的多個圖像實現，其中對于時間上相鄰的CT圖像之間的預定圖像區域計算相關系數，并查找該相關系數的最大值。如果在兩幅圖像之間的圖像值的相關系數為最大、即在所觀察的區域內圖像之間的總的變化很小，則可以在該時間范圍內判斷出靜止階段。現在可將這樣找到的相應時鐘周期的時間范圍以及源于此的檢測器數據用于最終計算高質量的CT圖像。此外，在確定相關系數時還應注意，不是采用整個CT圖像，而是僅采用CT圖像中的預定區域，由此使得相關值的改變足夠清楚。
相應于發明人的該基本思想，發明人提出了一種用于產生跳動的患者心臟的X射線CT圖像的方法，具有下述方法步驟-為了對患者進行掃描使至少一個X射線管相對于患者繞該患者旋轉；-由至少一個檢測器連續檢測X射線的衰減并作為檢測器輸出數據輸出到控制和計算單元；-輸出其頻率相當于患者的典型心臟頻率的合成時鐘脈沖信號；-通過完全掃描在該合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間，在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組，其中，每個測試立體數據組與其階段時刻和其z位置相關聯；-在預定圖像區域上計算時間上相鄰且位置相同或至少屬于同一截面的測試立體數據組之間的相關值，將其填入空間時間矩陣，并查找該相關值的最大值；-接著由測試立體數據組所源自的、導致最大相關值的檢測器數據組計算出最后的立體數據組。
優選為了降低計算容量建議利用比最終立體數據組低的分辨率來計算測試立體數據組。
此外，合成時鐘脈沖信號還可以由合成EKG導出。
在此，用于計算相關值的預定圖像區域優選僅包含心臟區域，其中邊緣可以簡單的方式用矩形、正方形定義或者還可以用圓形邊界來定義。
基本上，按照本發明的方法既可以結合螺旋掃描一起使用又可以結合順序掃描一起使用。
此外，按照本發明的方法還可以用于三種不同的再現方法其中之一是為了最終的再現而對每個心臟周期分別從該心臟周期的完整檢測器數據中提取一個平面，并將該圖像平面再現為一個立體數據組。再有，在一種方法中，為了最終的再現將來自多個心臟周期的不完全檢測器數據綜合成完整的檢測器數據并隨后從中再現出立體數據組。最后是為了最終的再現將來自多個心臟周期的不完全檢測器數據再現為不完全的圖像數據，并隨后將其綜合成完整的圖像數據的方法。
在上述方法變形中，實際的靜止階段將與人工時鐘信號相關地單獨在每個周期上自動計算。
相應于上述基本思想，發明人還提出了一種用于產生患者的跳動的心臟的X射線CT圖像的計算機斷層造影設備，其具有-用于對患者進行旋轉掃描的裝置，具有至少一個X射線源和至少一個檢測器，其對X射線的衰減進行連續檢測并作為檢測器輸出數據輸出到控制和計算單元；-用于產生頻率相當于患者的典型心臟頻率的合成時鐘脈沖信號的裝置；-用于在完整掃描期間以及在該合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組的裝置，其中，每個測試立體數據組與其階段時刻和其z位置相關聯；-用于計算預定圖像區域上的時間和位置上相鄰的測試立體數據組之間的相關值，將其填入一空間時間矩陣，并查找該相關值的最大值的裝置；以及-用于由測試立體數據組所源自的、導致最大相關值的檢測器數據組計算出最后的立體數據組并作為三維圖像顯示輸出的裝置。
在上述計算機斷層造影設備中，各個所述裝置可以是具有至少一個計算單元和程序或程序模塊的系統，當其運行時可以執行上述方法步驟。
下面借助附圖利用實施例對本發明進行詳細描述，其中采用以下附圖標記1計算機斷層造影系統；2X射線管；3檢測器；4系統軸；5外殼；6可移動患者臥榻；7患者；8用于脈沖模擬的時鐘發生器；9控制和計算單元；10控制和數據導線；Prg1-Prgn計算機程序。圖中示出圖1舉例示出用于實施本發明方法的計算機斷層造影系統。
具體實施例方式
圖1示出具有外殼5的計算機斷層造影系統1，其中可見具有環形運轉的X射線管2和與其相對設置的多行檢測器3的支架。此外還示出位于患者臥榻6上的患者7，其在掃描過程中可被移入CT1開口。在掃描過程中，X射線管2繞患者7做環形運動，可以使患者7沿系統軸4的方向做相對運動，從而相對于患者7進行螺旋掃描，或者還可以通過使患者7在X射線管相對于患者的多個純環形運動中的掃描間隔期間順序向前移動來掃描該患者。計算機斷層造影系統1的控制由控制和計算單元9通過控制/數據導線10實現。由檢測器3收集的數據也通過控制/數據導線10傳輸到計算機。控制和計算單元9具有內部存儲器和計算處理器，通過它們可以實現用于控制計算機斷層造影和對所收集的數據進行分析的程序Prg1-Prgn。此外在計算單元9上還連接有用于數據輸入的鍵盤和用于數據顯示的顯示器。
此外在控制和計算單元9上還連接有時鐘發生器8，其用作合成EKG信號。在進行心臟掃描時，收集檢測器數據并保持其與合成時鐘的時間關系。然后利用較低的分辨率計算多個CT截面圖像或立體數據組，并針對冠狀區域中的預定區域計算時間上相互錯開的粗略圖像的相關值。較低的相關值表示從一幅圖像到下一幅圖像的變化大、即運動狀況，而高相關值則表示檢查區域的靜止狀況、即靜止階段。
由此可知，由于在實際心律和合成時鐘之間出現的不斷變化的相移，不可能得到關于靜止階段所處的周期階段的一般描述。必須對每個周期單獨確定靜止階段區域。
如果確定了靜止階段的時間范圍，則可以僅用在此范圍收集的數據來計算最終的且現在是高分辨率的立體數據組或截面圖像。在此可以不同的方式利用這些檢測器數據進行再現。例如在足夠快的掃描速率下可以分別僅從一個周期的數據中產生圖像。但也可以從兩個或多個周期中合成檢測器數據以得到完整的檢測器數據并再現圖像數據。此外還存在這樣的可能性，首先將所確定的靜止階段中的不完全的檢測器數據(來自小于一個π-旋轉的數據)再現為不完整的圖像或立體數據組，然后將多個周期中的這樣的不完整的圖像或立體數據組合成為完整的圖像或立體數據組，必要時進行加權。
所有這些變形都相對于公知方法具有突出的優點在檢查中可以省去費事的EKG電極設置，還可以避免讀取EKG信號所帶來的問題，如通過必要的長導線傳輸EKG信號以及由此帶來的電磁輻射或由于患者的肌肉收縮造成的信號畸變的問題。
綜上所述，本發明提出了一種用于產生心臟X射線CT圖像的方法和CT設備，其中為了表示時鐘采用合成時鐘脈沖信號，在此通過完全掃描在合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組，這些測試立體數據組分別與其階段時刻和其z位置相關聯，然后通過時間上相鄰且位置相同或至少屬于同一截面的測試立體數據組之間的相關計算來確定相關的最大值，并隨后由空間時間相屬的檢測器數據計算出成像立體數據組。
應該理解，本發明的上述特征不僅可以用于上述合成中，也可以在不脫離本發明范圍的情況下用于其它合成中或單獨使用。
權利要求
1.一種用于產生跳動的患者心臟的X射線計算機斷層造影圖像的方法，至少具有下述方法步驟1.1.為了對患者進行掃描使至少一個X射線源(2)相對于患者(7)繞該患者(7)旋轉；1.2.由至少一個檢測器(3)連續檢測X射線的衰減并作為檢測器輸出數據輸出到控制和計算單元(9)；1.3.輸出頻率相當于患者(7)的典型心臟頻率的合成時鐘脈沖信號；1.4.通過完全掃描，在該合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組，其中，每個測試立體數據組與其階段時刻和其z位置相關聯；1.5.在預定圖像區域上計算時間上相鄰且位置相同或至少屬于同一截面的測試立體數據組之間的相關值，將其填入空間時間矩陣，并查找該相關值的最大值；1.6.接著由測試立體數據組所源自的、導致最大相關值的檢測器數據組計算出最后的立體數據組。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述測試立體數據組利用比最終立體數據組低的分辨率來計算。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成時鐘脈沖信號由合成心電圖導出。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述用于計算相關值的預定圖像區域僅包含心臟區域。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述預定圖像區域通過模式識別方法確定，且為了計算所述相關值僅包含心臟區域。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，其結合螺旋掃描一起使用。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，其結合順序掃描一起使用。
8.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了最終的再現對每個心臟周期分別從該心臟周期的完整檢測器數據中提取至少一個圖像平面，并將該圖像平面再現為一個立體數據組。
9.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了最終的再現將多個心臟周期的不完全檢測器數據綜合成完整的檢測器數據，并隨后從中再現出立體數據組。
10.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了最終的再現將多個心臟周期的不完全檢測器數據再現為不完全的圖像數據，并隨后將其綜合成完整的圖像數據。
11.一種用于產生患者(7)的跳動心臟的X射線計算機斷層造影圖像的計算機斷層造影設備，具有11.1.用于對患者進行旋轉掃描的裝置，具有至少一個X射線源(2)和至少一個檢測器(3)，該檢測器對X射線的衰減進行連續檢測并作為檢測器輸出數據輸出到控制和計算單元(9)；11.2.用于產生頻率相當于患者(7)的典型心臟頻率的合成時鐘脈沖信號的裝置(8)；11.3.用于在完整掃描期間以及在該合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組的裝置(10，Prgx)，其中，每個測試立體數據組與其階段時刻和其z位置相關聯；11.4.用于在預定的圖像區域上計算時間和位置上相鄰的測試立體數據組之間的相關值，將其填入一空間時間矩陣，并查找該相關值的最大值的裝置(10，Prgy)；以及11.5.用于由測試立體數據組所源自的、導致最大相關值的檢測器數據組計算出最后的立體數據組，并作為三維圖像顯示輸出的裝置(10，Prgz)。
12.根據權利要求11所述的計算機斷層造影設備，其特征在于，其所述各個裝置為具有至少一個計算單元和程序或程序模塊的系統，當其運行時執行根據權利要求1至10中任一項所述的方法的步驟。
全文摘要
本發明涉及用于產生心臟X射線CT圖像的方法和CT設備，其中為了表示時鐘采用合成時鐘脈沖信號，其中，通過完全掃描在該合成時鐘脈沖信號的每個周期階段期間在合成時鐘的多個不同的階段時刻再現心臟的測試立體數據組，這些測試立體數據組分別與其階段時刻和其z位置相關聯，然后通過對時間上相鄰且位置相同或至少屬于同一截面的測試立體數據組之間的相關計算，確定最大相關值，接著由空間時間所屬的檢測器數據組計算出成像立體數據組。
文檔編號A61B6/03GK1817308SQ20061000713
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月9日 優先權日2005年2月9日
發明者赫伯特·布魯德 申請人:西門子公司