專利名稱：產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的方法和檢查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)呼吸的以及由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯不(Emissions-und Transmissions-Darstellungen)的方法，以及一種組合的發(fā)射射線和透射射線檢查系統(tǒng)，具有控制和計(jì)算系統(tǒng)，包括用于存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)實(shí)施的、用于執(zhí)行上述方法的計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
用于產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的類似的方法以及類似的設(shè)備從文獻(xiàn)US2007/0232903A1中已知。根據(jù)該文獻(xiàn)建議了一種方法，其中借助PET檢查和同時(shí)對(duì)患者呼吸幅度的拍攝來(lái)確定具有最小運(yùn)動(dòng)的幅度范圍(也就是呼吸的靜止階段)，其中，為在多個(gè)呼吸周期上累加的幅度范圍的持續(xù)時(shí)間預(yù)定一個(gè)使得能夠收集到足夠多的PET數(shù)據(jù)來(lái) 從中重建具有預(yù)定質(zhì)量的圖像的值。此外，在該文獻(xiàn)中還建議附加地實(shí)施由呼吸信號(hào)觸發(fā)的或由呼吸信號(hào)選通的CT掃描并且重建來(lái)自靜止階段的CT圖像數(shù)據(jù)，接著將所述CT圖像數(shù)據(jù)與PET圖像數(shù)據(jù)相組合。S卩，該文獻(xiàn)建議在PET測(cè)量中確定可使用的呼吸幅度范圍，其中該幅度范圍通過(guò)兩個(gè)盡可能小的、描述了呼吸的靜止階段的幅度來(lái)限定，并且在與已進(jìn)行了的PET測(cè)量求和的情況下提供足夠的數(shù)據(jù)來(lái)顯示圖像。就CT掃描來(lái)說(shuō)，只需要所重建的圖像數(shù)據(jù)同樣來(lái)自靜止階段的范圍，但是不對(duì)這些圖像數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)包含哪個(gè)實(shí)際的幅度區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是找到一種用于對(duì)呼吸的以及由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的改進(jìn)方法，并且找到一種用于該方法的相應(yīng)的組合的發(fā)射射線和透射射線檢查系統(tǒng)。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，影響組合的發(fā)射和透射圖像、尤其是與CT圖像組合的PET或SPECT圖像的圖像質(zhì)量的一個(gè)重要因素是，這兩種相互組合的圖像數(shù)據(jù)所來(lái)自的運(yùn)動(dòng)幅度的一致性程度。由于常見的CT掃描相對(duì)于PET掃描來(lái)說(shuō)具有明顯更短的曝光時(shí)間以及緩慢的呼吸運(yùn)動(dòng)，因此假定正常的、具有明顯更短的曝光時(shí)間的CT掃描比在靜止階段的整個(gè)幅度范圍上收集圖像數(shù)據(jù)的PET掃描采集明顯更小的幅度范圍。因此，根據(jù)發(fā)明人的這一認(rèn)識(shí)重要的是，注意在透射掃描中用于圖像重建的檢測(cè)器數(shù)據(jù)包括盡可能與在對(duì)發(fā)射數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集中出現(xiàn)的相同的幅度范圍。最佳情況下，甚至應(yīng)當(dāng)使得在采集透射數(shù)據(jù)和發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的運(yùn)動(dòng)幅度出現(xiàn)的頻率盡可能相同。如果從這樣的檢測(cè)器數(shù)據(jù)中重建和組合圖像數(shù)據(jù)，則總體上產(chǎn)生比在將具有大運(yùn)動(dòng)范圍的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)與具有小運(yùn)動(dòng)范圍的透射圖像數(shù)據(jù)組合的情況下明顯更好的圖像結(jié)果。相應(yīng)地，發(fā)明人建議了一種用于對(duì)呼吸的以及由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的方法，該方法包括以下方法步驟-在以第一時(shí)間段期間的呼吸幅度的形式測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，拍攝來(lái)自患者內(nèi)的發(fā)射事件的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且設(shè)定靜止階段的呼吸幅度范圍，從該呼吸幅度范圍中將所有發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)計(jì)算為發(fā)射圖像數(shù)據(jù)，-在第二時(shí)間段期間測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)患者實(shí)施產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的CT掃描來(lái)拍攝透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且用僅僅來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍并且同時(shí)強(qiáng)制地覆蓋來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍的整個(gè)范圍的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)重建透射圖像數(shù)據(jù)，-將分別來(lái)自相同的呼吸幅度范圍的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)和透射圖像數(shù)據(jù)組合成結(jié)果圖像數(shù)據(jù)，以及-存儲(chǔ)和/或輸出和/或顯示所述結(jié)果圖像數(shù)據(jù)。由此實(shí)現(xiàn)了，相互組合的圖像數(shù)據(jù)分別包括來(lái)自呼吸運(yùn)動(dòng)的相同的整個(gè)區(qū)域的信息，并由此在組合的情況下產(chǎn)生改善的圖像。

有利的還有，透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)在呼吸幅度上的分布與發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)在呼吸幅度上的分布相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，這兩種檢測(cè)器數(shù)據(jù)不僅分別覆蓋整個(gè)幅度范圍，而且還在它們的呼吸運(yùn)動(dòng)幅度的分量方面相同，其中檢測(cè)器數(shù)據(jù)在該呼吸運(yùn)動(dòng)幅度的情況下拍攝。這例如可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)，即在靜止階段的整個(gè)時(shí)間期間進(jìn)行透射數(shù)據(jù)收集并且在靜止階段內(nèi)的所有這些透射數(shù)據(jù)都被用于重建。此外建議，通過(guò)以下方式確定用于產(chǎn)生圖像的呼吸幅度范圍，即從出現(xiàn)的最小的第一幅度值出發(fā)在發(fā)射數(shù)據(jù)收集期間搜索位于該第一幅度值之上的最小的第二幅度值，其中第一和第二幅度值限制所述幅度范圍并且在該幅度范圍內(nèi)累積足夠的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的量，以計(jì)算具有預(yù)定質(zhì)量的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明的方法例如可以使用PET系統(tǒng)或SPECT系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)。PET表示正電子發(fā)射斷層造影，其中使得在分解時(shí)發(fā)射正電子的放射性弱的標(biāo)記的物質(zhì)在患者器官中的分布可見，由此對(duì)生化和生理功能進(jìn)行成像。SPECT被理解為單光子發(fā)射計(jì)算斷層造影(Single-Photon-Emission-Computed-Tomography),其中同樣對(duì)放射藥劑在體內(nèi)的分布進(jìn)行成像，但是這種類型的放射藥劑發(fā)射光子。用于各自檢查的這些設(shè)備是普遍已知的。原則上，本發(fā)明的方法可以與采用離子化或非離子化的射線的所有透射檢查一起使用，但是作為最有名和最廣泛的檢查是計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)。在這樣的CT檢查的范圍中一方面有利的是實(shí)施順序的掃描。在此特別有利的是，分別在進(jìn)入呼吸靜止階段時(shí)開始實(shí)際的掃描并且從靜止階段離開時(shí)實(shí)施以檢測(cè)器寬度的進(jìn)給(Vorschub)。此外有利的是，在執(zhí)行順序的掃描時(shí)實(shí)施每次冗余的旋轉(zhuǎn)掃描而分別沒有在整個(gè)靜止階段范圍上的進(jìn)給，其中特別有利地將劑量率(Dosisleistung)減小到產(chǎn)生冗余的倍數(shù)的倒數(shù)。對(duì)此替換的，還建議，為了產(chǎn)生CT數(shù)據(jù)而實(shí)施螺旋掃描，其中應(yīng)當(dāng)設(shè)置產(chǎn)生冗余的進(jìn)給速度，其中又可以有利地將劑量率減小到螺旋掃描在靜止階段期間冗余地掃描z位置的倍數(shù)的倒數(shù)。為了避免不需要的射線負(fù)荷，還建議在拍攝透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)期間實(shí)施由呼吸幅度控制的管電流調(diào)制。除了上面描述的本發(fā)明方法之外，發(fā)明人還建議了一種用于檢查呼吸的患者的組合的發(fā)射射線和透射射線檢查系統(tǒng)，其具有控制和計(jì)算系統(tǒng)，后者包括用于存儲(chǔ)將在運(yùn)行中實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器，其中在該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了在運(yùn)行時(shí)實(shí)施上述方法的方法步驟的計(jì)算機(jī)程序。


下面借助優(yōu)選實(shí)施例和借助附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中在附圖中僅示出理解本發(fā)明所需要的特征。使用下面的參考標(biāo)記1 :組合的PET或SPECT和CT系統(tǒng)；2 :支架和檢測(cè)器外殼；3 :患者臥榻；4 :系統(tǒng)軸；5 :控制和計(jì)算系統(tǒng)；6 :存儲(chǔ)器；7 :患者；8 :計(jì)算機(jī)程序；9 :控制導(dǎo)線；9. I :傳感器；A :呼吸幅度；AS :預(yù)定的幅度值-,A1 :第一幅度值；A2 :第二幅度值A(chǔ)1至A2:幅度范圍；1 :管電流；I(t):管電流的時(shí)間上的走向；R:呼吸幅度的走向；t:時(shí)間；Y :產(chǎn)量因子；W :時(shí)間窗；Λ :劑量節(jié)省。具體示出了 圖I :在多個(gè)呼吸周期期間的呼吸幅度的走向；圖2 :在多個(gè)呼吸周期期間的呼吸幅度的走向，其中在靜止階段期間在相同的時(shí)間窗中進(jìn)行重疊的CT掃描；圖3 :在靜止階段的整個(gè)范圍期間進(jìn)行CT掃描情況下在具有數(shù)據(jù)收集的可變時(shí)間窗的時(shí)間期間的呼吸幅度的走向；圖4 :在數(shù)據(jù)采集期間管電流沒有減小的本發(fā)明CT掃描情況下的呼吸走向的對(duì)比；圖5 :在數(shù)據(jù)采集期間管電流均勻減小的本發(fā)明CT掃描情況下的呼吸走向的對(duì)比；圖6 :在數(shù)據(jù)采集期間具有特定于靜止階段地減小的管電流的本發(fā)明CT掃描情況下的呼吸走向的對(duì)比；圖7 :組合的透射和發(fā)射系統(tǒng)的3D顯示。
具體實(shí)施例方式在諸如PET或SPECT的發(fā)射成像方面，存在不同的產(chǎn)生無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影的圖像的技術(shù)。由于從直接在患者內(nèi)施加的放射性示蹤分子發(fā)出的伽馬或正電子射線被連續(xù)輸出，因此在此一般采用其中緊接著檢查之后僅將所拍攝的圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間上有限的部分被用于圖像重建的方法。在這種情況下稱為回溯性選通。在此，待使用的圖像數(shù)據(jù)的選擇基于與利用合適的設(shè)備與圖像數(shù)據(jù)并行地繪制的呼吸曲線或EKG曲線的相關(guān)來(lái)進(jìn)行。使用呼吸選通的PET檢查的示例在文獻(xiàn)US2007/0232903A1中示出。在此描述了一種簡(jiǎn)單的算法，該算法在所拍攝的數(shù)據(jù)的可自由選擇的百分比(即所謂的產(chǎn)量因子Y)中恰好選擇在注意產(chǎn)量因子的邊界條件的情況下導(dǎo)致具有最小運(yùn)動(dòng)偽影的圖像的圖像原始數(shù)據(jù)。然后實(shí)際達(dá)到的時(shí)間分辨率既取決于當(dāng)前的生理曲線也取決于由使用者指定的產(chǎn)量因子。在典型的Y 30%的典型值的情況下，這導(dǎo)致在與呼吸相關(guān)的檢查情況下大約I至5秒的時(shí)間分辨率。圖I示出了在超過(guò)多個(gè)呼吸周期期間的呼吸幅度A的走向R，也就是在呼吸時(shí)身體運(yùn)動(dòng)的走向R。在此與在橫軸上的時(shí)間t對(duì)比地在縱軸上繪制出幅度Α。從預(yù)定的時(shí)間部分或產(chǎn)量因子出發(fā)產(chǎn)生其中進(jìn)行盡可能小的運(yùn)動(dòng)的下方的幅度范圍Al至A2，即盡可能小的運(yùn)動(dòng)描述靜止范圍，在該靜止范圍中可以提取在發(fā)射測(cè)量情況下的測(cè)量數(shù)據(jù)，這些測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)致盡可能無(wú)偽影的圖像。在CT成像方面，采用很多不同的方法以便使運(yùn)動(dòng)偽影最小化。這些方法可以粗略地分類為回溯性(選通)和預(yù)期性(觸發(fā))方法。在回溯性選通的情況下，例如執(zhí)行具有高度空間冗余、即小節(jié)距的CT螺旋拍攝。在拍攝了圖像數(shù)據(jù)之后將圖像數(shù)據(jù)與并行拍攝的生理數(shù)據(jù)(即呼吸曲線或EKG曲線)相關(guān)。然后可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)選擇用于重建的圖像數(shù)據(jù)一也就是其內(nèi)所述圖像數(shù)據(jù)被使用的“門”，例如據(jù)此估計(jì)生理曲線的哪些部分是最小的運(yùn)動(dòng)偽影或者確定合適的算法，其中實(shí)際上存在最小的運(yùn)動(dòng)。但是在大多數(shù)情況下簡(jiǎn)單地在呼吸/心臟周期的固定位置處重建具有技術(shù)上可達(dá)到的最小可能時(shí)間分辨率的圖像。在圖2中示例性地在時(shí)間t期間示出了呼吸幅度A的這樣的呼吸走向R，其中已進(jìn)行的CT掃描和所使用的數(shù)據(jù)收集的時(shí)間窗W分別在低于預(yù)定的幅度As時(shí)開始并且與呼吸走向無(wú)關(guān)地總是在相同的時(shí)間間隔期間持續(xù)。不太頻繁地使用存在的投影數(shù)據(jù)的高度位置冗余來(lái)重建具有所有投影數(shù)據(jù)的唯一的一幅圖像，然后該唯一的圖像包含來(lái)自整個(gè)呼吸周期的圖像信息。正是在與呼吸相關(guān)·的螺旋拍攝中劑量問(wèn)題特別大，因?yàn)橛捎谂c心率相比較低的呼吸頻率而必須使用非常小的節(jié)距& O. I以及緩慢的旋轉(zhuǎn)時(shí)間(O. 5-1. Os)。在預(yù)期性觸發(fā)的情況下，在檢查之前就設(shè)定在呼吸周期的什么位置上應(yīng)當(dāng)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的拍攝。然后，相應(yīng)的生理值，也就是呼吸幅度用作“觸發(fā)器”，在達(dá)到該生理值的情況下觸發(fā)在所謂的順序拍攝中對(duì)X射線的輸出。由于在此僅恰好施加重建也需要的劑量，因此輻射劑量明顯低于回溯性方法的情況。既在回溯性方法又在預(yù)期性方法中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)重建具有固定的、相應(yīng)于一半的檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)時(shí)間的時(shí)間分辨率的CT圖像。在例外情況下為了提高位置分辨率還將整個(gè)檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)時(shí)間的圖像數(shù)據(jù)用于重建。在合并PET和CT圖像或在選擇合適的CT圖像來(lái)進(jìn)行PET衰減校正的情況下產(chǎn)生以下難題CT時(shí)間分辨率(在與呼吸相關(guān)的檢查情況下典型地是大約130-500ms)相差相應(yīng)PET檢查的時(shí)間分辨率的數(shù)量級(jí)，典型的是>>ls。由此導(dǎo)致，實(shí)際上兩種成像方法產(chǎn)生這樣的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)的原始的檢測(cè)器數(shù)據(jù)來(lái)自不同的運(yùn)動(dòng)狀況或運(yùn)動(dòng)頻譜。從而例如PET或SPECT顯示描述了在幅度范圍A1至A2中運(yùn)動(dòng)的腫瘤的輪廓，而與此并行拍攝的CT顯示是由來(lái)自幅度范圍A/至A2’的檢測(cè)器數(shù)據(jù)重建的。由于CT成像的更好的時(shí)間分辨率，幅度范圍A/至A2’的跨度以大的概率明顯小于幅度范圍A1至A2的跨度，從而由此產(chǎn)生的顯示也不會(huì)完全一致地對(duì)患者身上的相同狀況成像。由此在組合這兩種顯示的情況下產(chǎn)生不期望的重建或圖像偽影。S卩，本發(fā)明的核心涉及上述問(wèn)題的解決，其中應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致在透射和發(fā)射掃描的范圍內(nèi)使得被掃描的患者的拍攝狀況以及尤其是運(yùn)動(dòng)狀況盡可能大地一致。S卩，本發(fā)明的新穎性在于以下思想，即在透射掃描的情況下應(yīng)當(dāng)注意通過(guò)相應(yīng)地“惡化”時(shí)間分辨率或者將時(shí)間分辨率與發(fā)射掃描的時(shí)間分辨率匹配還在兩種產(chǎn)生圖像的情況下采集運(yùn)動(dòng)幅度的可相互比較的區(qū)域，并由此盡可能最佳地組合可比較的圖像數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，CT圖像數(shù)據(jù)既沒有用盡可能小的、依賴于旋轉(zhuǎn)時(shí)間的時(shí)間分辨率重建(而這在選通和觸發(fā)方法中是常見的)，也沒有用依賴于旋轉(zhuǎn)時(shí)間和節(jié)距的盡可能粗略的時(shí)間分辨率重建(而這在所謂的平均CT是常見的)。而是不僅將待重建的數(shù)據(jù)的時(shí)間位置與檢查的生理曲線或PET部分匹配，而且將兩種圖像產(chǎn)生所使用的呼吸幅度范圍相互匹配。在此，時(shí)間分辨率尤其是依賴于在CT掃描期間的呼吸周期的當(dāng)前持續(xù)時(shí)間，由此根據(jù)生理狀況一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組內(nèi)的時(shí)間分辨率對(duì)不同的z位置是不同的。為了在PET-CT檢查的范圍內(nèi)最佳地產(chǎn)生相互調(diào)諧的PET和CT圖像，可以采用具有不同復(fù)雜度的不同檢查變型變型A :在拍攝了定位片(Topogramm)和規(guī)劃了待顯示的身體部位之后，除了 PET拍攝之外還用較低的節(jié)距和緩慢的旋轉(zhuǎn)時(shí)間(也就是與呼吸選通螺旋類似的值)拍攝CT螺旋。與兩種檢查并行地，利用合適的呼吸監(jiān)視器繪制呼吸曲線。以哪種順序來(lái)執(zhí)行PET和CT檢查在本發(fā)明的該應(yīng)用中是無(wú)關(guān)的。但是應(yīng)當(dāng)注意，患者的呼吸已經(jīng)穩(wěn)定并且兩種檢查在時(shí)間上以快速的序列執(zhí)行。由此保證了患者的呼吸在CT和PET檢查期間遵循類似的模式。接著根據(jù)以下算法來(lái)重建PET圖像，在該算法中確定用于產(chǎn)生圖像的測(cè)量數(shù)據(jù)的幅度范圍。在這方面示例性地參照在文獻(xiàn)US2007/0232903A1中詳細(xì)描述的計(jì)算算法。該算法的應(yīng)用提供呼吸運(yùn)動(dòng)的最小和最大幅度A1和A2，在該呼吸運(yùn)動(dòng)內(nèi)使用正電子分解測(cè)量來(lái)重建圖像。代替從這些幅度值中提取一個(gè)幅度(在該幅度的情況下從CT檢查中重建具有最清晰的時(shí)間分辨率的圖像)，將所有在這些幅度值之間測(cè)量的投影數(shù)據(jù)用于CT圖像重建。
該方法在圖3中示意性地示出，其中又在時(shí)間t上繪制出呼吸幅度A的走向R，并且相應(yīng)于變化的呼吸示出在幅度A1和A2之間的靜止階段范圍中在CT掃描情況下數(shù)據(jù)收集的不同長(zhǎng)度的時(shí)間窗W。該方法導(dǎo)致具有一般更粗糙的并且動(dòng)態(tài)地依賴于患者的呼吸的時(shí)間分辨率的圖像，但是，其中兩種測(cè)量(PET和CT)的呼吸幅度以及由此還有它們的圖像數(shù)據(jù)最佳地重合。時(shí)間分辨率在患者的呼吸速率更強(qiáng)變化的情況下不會(huì)強(qiáng)制地與PET圖像的時(shí)間分辨率相同，但是這也不是目標(biāo)。為了獲得疊加的PET-CT圖像的最佳圖像質(zhì)量或PET檢查的衰減校正的最佳圖像質(zhì)量，只需要使得兩種模態(tài)的圖像包含相同程度的運(yùn)動(dòng)模糊，這通過(guò)以下方式來(lái)保證，即，不僅在相同的幅度極限內(nèi)拍攝圖像數(shù)據(jù)，而且還包含來(lái)自相同呼吸幅度的數(shù)據(jù)。由于CT圖像數(shù)據(jù)組內(nèi)的時(shí)間分辨率在此隨著呼吸周期的長(zhǎng)度而改變，但是管電流保持恒定，但是在呼吸頻率的波動(dòng)較大的情況下可以使圖像印象(即圖像噪聲的強(qiáng)度)隨不同的圖像而改變。但是由于圖像的粗略時(shí)間分辨率(即在重建中拍攝很多投影數(shù)據(jù))，在任何情況下噪聲都處于遠(yuǎn)比在重建情況下時(shí)間上更清晰的圖像所處的更低的水平。原則上，在該變型中附加地利用小的實(shí)現(xiàn)代價(jià)可以將該變型與類似于下面描述的變型C)的管電流下降相組合。在該方法中有利的是，非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)是可能的，因?yàn)橹挥袙呙鑳x-控制器-軟件和圖像重建-軟件的變化是必需的。由于CT掃描是利用對(duì)于選通來(lái)說(shuō)常見的管電流來(lái)執(zhí)行的，因此附加地還可以重建時(shí)間上清晰的選通圖像。因此完全的診斷靈活性未受影響。但是缺點(diǎn)是，在CT掃描的情況下部分地施加輻射劑量，而不會(huì)由此獲得圖像數(shù)據(jù)。變型B :與變型A類似地首先執(zhí)行定位片并且接著執(zhí)行PET檢查。在這里所描述的具體示例中，PET檢查又在根據(jù)文獻(xiàn)US2007/0232903A1對(duì)所使用的呼吸幅度范圍進(jìn)行優(yōu)化的情況下進(jìn)行，其中，該算法的結(jié)果、也就是對(duì)最小和最大幅度Al和A2(應(yīng)當(dāng)在所述最小和最大幅度內(nèi)使用檢測(cè)器數(shù)據(jù))的確定，必須在實(shí)施CT檢查之前就已存在。這些幅度值現(xiàn)在被用于對(duì)選通的CT掃描進(jìn)行規(guī)劃，例如用于在低節(jié)距 O. I以及長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間O. 5s-l. Os的情況下利用經(jīng)過(guò)調(diào)制的管電流進(jìn)行螺旋檢查。
管電流調(diào)制也稱為脈動(dòng)(Pulsing)。對(duì)管電流調(diào)制的示意圖在圖4中示出。在此，在該圖的下面的部分中再次示出在CT掃描期間相應(yīng)于圖2至圖3的呼吸走向R。與此同時(shí)地繪制出管電流I的走向I(t)和由此繪制出所施加的劑量率。在此，僅在從PET檢查所導(dǎo)致的幅度值A(chǔ)1和A2(即靜止階段)內(nèi)部在射線管中施加最大管電流Imax。在其幅度位于這些值之外的呼吸階段期間，所施加的管電流被減小到在技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)的最小分量d，其中Imin=d*Imax。依賴于該系統(tǒng)，d處于大約d=5%。根據(jù)用于最初的算法的產(chǎn)量因子Y，單單從它們就產(chǎn)生Alltjsis=(I-Y) · (Ι-d)的劑量節(jié)省。由此按照典型的值Y=30%和d=5%，相對(duì)于未脈動(dòng)的螺旋可以實(shí)現(xiàn)67%的節(jié)省。然后類似于變型A，將介于仏和4之間的高劑量穩(wěn)定水平內(nèi)的所有圖像數(shù)據(jù)用于圖像重建，以由此達(dá)到針對(duì)PET-CT圖像的圖像質(zhì)量的相同優(yōu)點(diǎn)。在此有利的是，所述實(shí)現(xiàn)可以基于現(xiàn)有的、基于幅度的管電流調(diào)制，與變型A相比產(chǎn)生大的劑量節(jié)省，并且與管電流調(diào)制的簡(jiǎn)單應(yīng)用相反基于自動(dòng)化的確定來(lái)定義邊界A1和A2，使得差錯(cuò)率很小。在此，也可以附加地對(duì)時(shí)間上清晰的CT圖像進(jìn)行重建。不利的是，在 此也仍然沒有進(jìn)行最大可能的劑量節(jié)省。變型C :劑量效率的進(jìn)一步提高可以通過(guò)在幅度極限A1和A2內(nèi)附加地減小管電流Imax來(lái)達(dá)到。為了在呼吸周期內(nèi)的任何時(shí)刻都在所有z位置處拍攝投影數(shù)據(jù)，利用小的節(jié)距和緩慢的旋轉(zhuǎn)速度拍攝如在此所使用的選通的CT螺旋。但是，在此考慮節(jié)距和旋轉(zhuǎn)時(shí)間的該組合情況下的管電流比較高。因?yàn)樵谥亟ň哂凶钋逦赡艿臅r(shí)間分辨率的選通圖像的情況下，僅使用一小部分的投影數(shù)據(jù)，該一小部分必須用足夠高的劑量來(lái)拍攝以便重建對(duì)診斷/衰減校正來(lái)說(shuō)足夠的無(wú)噪聲的圖像。但是，在變型B中介紹的原理中，在所有z位置處存在來(lái)自多個(gè)不同檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)的投影數(shù)據(jù)。在此，存在的數(shù)據(jù)集合在此依賴于患者的呼吸，尤其是依賴于呼吸周期Tmsp的持續(xù)時(shí)間和產(chǎn)量因子Y。由于在幅度值A(chǔ)1和A2內(nèi)的相應(yīng)z位置處拍攝的所有投影數(shù)據(jù)的重疊被用于重建，因此可以相應(yīng)地降低所輸出的管電流。在圖5中示意性示出了管電流的所述降低。相應(yīng)于圖4又在時(shí)間上的呼吸走向R上用實(shí)線繪制出管電流I (t)的時(shí)間走向。相應(yīng)于變型B或圖4施加的劑量率或在該劑量率下積分的劑量同樣用虛線曲線示出以便比較。由此產(chǎn)生的劑量節(jié)省用△表示。在最簡(jiǎn)單的情況下這可以用以下靜態(tài)自動(dòng)機(jī)制(Automatismus)進(jìn)行在PET檢查期間已經(jīng)在若干秒期間監(jiān)視和繪制出患者的呼吸走向。然后從這些記錄中可以計(jì)算出呼吸周期的持續(xù)時(shí)間的平均值T_pavg，以及該平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，由此又產(chǎn)生期待的最小周期持續(xù)時(shí)間TMspmin=TMspavg- O。現(xiàn)在Imax是在脈動(dòng)的選通螺旋情況下必需的管電流，以便在常見的180°快速重建中提供診斷質(zhì)量的圖像。于是Ι_·ΤΜ · 180/360Ι_近似地與拍攝該圖像所需要的劑量成比例。此外，在根據(jù)變型B所建議的CT檢查或圖像重建中平均地對(duì)于一幅圖像使用在時(shí)間段Tmsp-Y期間輸出的劑量。由此，在B)中所建議的變型可以被這樣來(lái)改變，使得在高劑
( 180、Ii\
量穩(wěn)定水平期間僅輸出InZrast =Imax · Trot--- /(ΤΜΡ_·Υ)的管電流。為了避免在低于平
L 360 Jj
均水平的短呼吸周期中所施加的輻射劑量對(duì)于診斷的圖像質(zhì)量來(lái)說(shuō)過(guò)低，在針對(duì)IraTnst的計(jì)算規(guī)則中采用期待的最小呼吸周期持續(xù)時(shí)間來(lái)代替TMSPavg。但是，在此存在針對(duì)“精細(xì)調(diào)諧(Feintuning)”的潛力。由此，利用典型的值TMt=ls，Trespmin=6s和Y=30%，將管電流減小到IraTnst = Imax ·28%并由此相對(duì)于B)或使用管電流調(diào)制的標(biāo)準(zhǔn)選通螺旋產(chǎn)生72%的劑量節(jié)省。還要說(shuō)明的是，來(lái)自變型C的靜態(tài)管電流減小可以類似地帶有成比例的劑量?jī)?yōu)點(diǎn)地在變型A中應(yīng)用。在此有利的是，進(jìn)行所施加的劑量的高利用程度，并且通過(guò)自動(dòng)的方法良好限定地確定幅度范圍A1至A2,也就是劑量調(diào)制邊界。不利的是，該實(shí)現(xiàn)比在變型A和B中明顯更開銷大，在呼吸頻率過(guò)強(qiáng)地增加的情況下預(yù)期會(huì)出現(xiàn)圖像噪聲并且事后不能再重建出時(shí)間上清晰的CT圖像。變型D :為了進(jìn)一步減小劑量而不使圖像質(zhì)量惡化，來(lái)自變型C的最大管電流可以附加地與當(dāng)前呼吸速率動(dòng)態(tài)地匹配。變型C的方式可以在兩方面被進(jìn)一步改善a)如果在PET檢查之后或在CT檢查期間呼吸周期的持續(xù)時(shí)間Tmsp增加，則可以通過(guò)進(jìn)一步降低管電 流節(jié)省更多的劑量。b)相反如果Tmsp不期望地強(qiáng)烈下降，則會(huì)導(dǎo)致所施加的劑量過(guò)低并且由此導(dǎo)致圖像流質(zhì)量不足。出于這個(gè)原因可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改善，即最大管電流Imax不是在整個(gè)CT檢查期間保持恒定，而是動(dòng)態(tài)地在每個(gè)呼吸周期中都與預(yù)期的呼吸周期長(zhǎng)度匹配。在此，取消用于計(jì)算T_pmin的對(duì)來(lái)自PET檢查的呼吸周期的分析。相反，在新的呼吸周期開始時(shí)，在達(dá)到前一個(gè)呼吸周期的完整的吸氣的情況下基于最后三到十個(gè)值持續(xù)地計(jì)算或估計(jì)下一個(gè)呼吸周期的預(yù)期值< Tmsp >。然后還可以通過(guò)校正項(xiàng)σ (例如與< Tmsp >的標(biāo)準(zhǔn)偏差)來(lái)修改該預(yù)期值，使得產(chǎn)生動(dòng)態(tài)計(jì)算的、預(yù)期的最小呼吸周期長(zhǎng)度Trespdyn=<Tresp>-o。然后基于該值匹配在當(dāng)前呼吸周期內(nèi)的最大管電流，其中類似于變型C
獲得1-一 =Imax · -^y(TreiPdyn-Y)。在該方法中的劑量節(jié)省處于與變型C相似的數(shù)量
級(jí)，但是可以通過(guò)以下方式得到提高，即，在此只需要更小的校正項(xiàng)σ，因?yàn)楹粑俾士梢员桓_地預(yù)測(cè)并且可以對(duì)在檢查期間的患者呼吸的變化做出反應(yīng)。< Tmsp >和O可以按照極為不同的方式計(jì)算，它們的最佳值必須在應(yīng)用中加以證明。在圖6中示出該措施的相應(yīng)示意圖。與圖5類似，在此又在時(shí)間上的呼吸走向R上用實(shí)線繪制管電流I (t)的時(shí)間走向。相應(yīng)于變型B或圖4施加的劑量率或在該劑量率下積分的劑量同樣用虛曲線示出以用于比較。與圖5或變型C相反，在不同寬度的時(shí)間窗W中分別獲得不同的劑量率水平并且由此獲得不同大小的劑量節(jié)省Λ，這些劑量節(jié)省分別至少如來(lái)自圖5或變型C的劑量節(jié)省那樣大。在該變型中有利的是，獲得劑量的進(jìn)一步減小并且所施加的劑量總是高到足以達(dá)到診斷的圖像質(zhì)量。此外，可以應(yīng)用該方法而無(wú)需對(duì)以前的呼吸曲線進(jìn)行分析。此外，良好限定幅度范圍A1至A2,也就是劑量調(diào)制邊界。缺點(diǎn)是，軟件的實(shí)現(xiàn)是開銷大的并且由于缺乏劑量事后不能再重建時(shí)間上清晰的選通圖像。要明確地指出，本發(fā)明的范圍還包括組合地發(fā)射/CT方法，其中針對(duì)CT掃描進(jìn)行順序的掃描方法，其中，優(yōu)選地所述CT系統(tǒng)分別在呼吸的靜止階段中僅旋轉(zhuǎn)地掃描患者，并且隨著靜止階段的每次結(jié)束(也就是在超過(guò)預(yù)定的最大呼吸幅度時(shí))進(jìn)行以檢測(cè)器寬度的進(jìn)給。在此當(dāng)然還可以進(jìn)行劑量調(diào)制，其中在順序的進(jìn)給期間關(guān)閉劑量率并且將在旋轉(zhuǎn)掃描期間所施加的劑量率減小到使得該劑量率在以大概率從前面的呼吸周期中預(yù)測(cè)的靜止階段持續(xù)時(shí)間和由此獲得的N個(gè)半旋轉(zhuǎn)的情況下只有劑量率的1/Ν。
最后圖7示出了組合的PET或SPECT和CT系統(tǒng)I，其中在支架和檢測(cè)器外殼2(未詳細(xì)示出)中一方面設(shè)置CT系統(tǒng)的輻射器-檢測(cè)器系統(tǒng)并且另一方面具有PET或SPECT檢測(cè)器系統(tǒng)。在此，患者7位于可沿著系統(tǒng)軸4移動(dòng)的患者臥榻3上，患者7隨著該患者臥榻可以按照限定的方式穿過(guò)外殼2中的測(cè)量場(chǎng)。為了確定呼吸幅度A，例如可以將傳感器9. I通過(guò)傳感器導(dǎo)線9與控制和計(jì)算系統(tǒng)5連接，該控制和計(jì)算系統(tǒng)還借助存在于存儲(chǔ)器6中的程序8既控制整個(gè)系統(tǒng)又實(shí)施在此所描述的本發(fā)明方法。因此，總之描述了用于對(duì)呼吸并且由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的一種方法以及一種組合的發(fā)射和透射斷層造影系統(tǒng)，其中-在測(cè)量呼吸幅度的同時(shí)測(cè)量患者內(nèi)的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且確定呼吸幅度范圍，從該呼吸幅度范圍中將所有發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)計(jì)算為發(fā)射圖像數(shù)據(jù)，-在測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)通過(guò)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的CT掃描來(lái)測(cè)量透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并 且重建僅僅來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍并且同時(shí)強(qiáng)制地覆蓋來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍的整個(gè)范圍的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，-將分別來(lái)自相同的呼吸幅度范圍的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)和透射圖像數(shù)據(jù)組合成結(jié)果圖像數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)和/或輸出和/或顯示所述結(jié)果圖像數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，發(fā)射檢查涉及PET和SPECT方法，并且透射檢查涉及計(jì)算機(jī)斷層造影X射線檢查。雖然通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明的細(xì)節(jié)，但是本發(fā)明不通過(guò)所公開的示例受限制，并且專業(yè)人員可以從中推導(dǎo)出其它變型，而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于對(duì)呼吸的以及由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的方法，該方法包括以下方法步驟 I. I在以第一時(shí)間段期間的呼吸幅度(A)的形式測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)拍攝來(lái)自患者(7)內(nèi)的發(fā)射事件的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且設(shè)定靜止階段的呼吸幅度范圍(A1-A2),從該呼吸幅度范圍中將所有發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)計(jì)算為發(fā)射圖像數(shù)據(jù)， I. 2在第二時(shí)間段期間測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)通過(guò)對(duì)患者(7)實(shí)施產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的CT掃描來(lái)拍攝透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且用僅僅來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍(A1-A2)并且同時(shí)強(qiáng)制地覆蓋來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍(A1-A2)的整個(gè)范圍的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)重建透射圖像數(shù)據(jù)， I. 3將分別來(lái)自相同的呼吸幅度范圍(A1-A2)的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)和透射圖像數(shù)據(jù)組合成結(jié)果圖像數(shù)據(jù)，以及 1.4存儲(chǔ)和/或輸出和/或顯示所述結(jié)果圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)在呼吸幅度上的分布與所述發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)在呼吸幅度上的分布相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求I至2之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)以下方式確定用于產(chǎn)生圖像的呼吸幅度范圍，即，從出現(xiàn)的最小的第一幅度值(A1)出發(fā)在發(fā)射數(shù)據(jù)收集期間搜索位于該第一幅度值之上的最小的第二幅度值(A2),其中，第一和第二幅度值(A1, A2)限制所述幅度范圍(A1-A2)并且在該幅度范圍(A1-A2)內(nèi)累積足夠的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的量，以便計(jì)算具有預(yù)定質(zhì)量的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求I至3之一所述的方法，其特征在于，使用PET檢測(cè)器數(shù)據(jù)作為發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求I至3之一所述的方法，其特征在于，使用SPECT檢測(cè)器數(shù)據(jù)作為發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求I至5之一所述的方法，其特征在于，使用CT數(shù)據(jù)作為透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生CT數(shù)據(jù)實(shí)施順序的掃描。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述順序掃描的情況下，分別在進(jìn)入呼吸靜止階段時(shí)開始所述掃描并且在從靜止階段離開時(shí)實(shí)施以檢測(cè)器寬度的進(jìn)給。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述順序的掃描時(shí)，實(shí)施每次冗余的旋轉(zhuǎn)掃描而分別沒有在整個(gè)靜止階段范圍上的進(jìn)給。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在沒有進(jìn)給的冗余的旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)將劑量率減小到產(chǎn)生冗余的倍數(shù)的倒數(shù)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生CT數(shù)據(jù)而實(shí)施螺旋掃描。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述螺旋掃描時(shí)設(shè)置產(chǎn)生冗余的進(jìn)給速度。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將劑量率減小到螺旋掃描在靜止階段期間冗余地掃描z位置的倍數(shù)的倒數(shù)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求I至13之一所述的方法，其特征在于，在拍攝所述透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)期間實(shí)施由呼吸幅度控制的管電流調(diào)制。
15.一種用于檢查呼吸的患者(7)的組合的發(fā)射射線和透射射線檢查系統(tǒng)(I)，其具有控制和計(jì)算系統(tǒng)，后者包括用于存儲(chǔ)將在運(yùn)行中實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序(8)的存儲(chǔ)器(6)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序(8)實(shí)施根據(jù)上述方法權(quán)利要求之一所述的方法步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對(duì)呼吸的并由此周期性運(yùn)動(dòng)的、具有多個(gè)靜止階段的患者產(chǎn)生組合的斷層造影發(fā)射和透射顯示的方法以及組合的發(fā)射和透射斷層造影系統(tǒng)，其中在測(cè)量呼吸幅度(A)的同時(shí)測(cè)量患者(7)內(nèi)的發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)并且確定呼吸幅度范圍(A1-A2)，從中將所有發(fā)射檢測(cè)器數(shù)據(jù)計(jì)算為發(fā)射圖像數(shù)據(jù)，在測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)通過(guò)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的CT掃描來(lái)測(cè)量透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，并且重建僅僅來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍并且同時(shí)強(qiáng)制地覆蓋來(lái)自所設(shè)定的呼吸幅度范圍(A1-A2)的整個(gè)范圍的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)的透射檢測(cè)器數(shù)據(jù)，將分別來(lái)自相同的呼吸幅度范圍(A1-A2)的發(fā)射圖像數(shù)據(jù)和透射圖像數(shù)據(jù)組合成結(jié)果圖像數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行存儲(chǔ)和/或輸出和/或顯示。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102885636SQ201210248570
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者D.勒奇 申請(qǐng)人:西門子公司