专利名称：产生跳动的患者心脏的x射线ct图像的方法和ct设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生跳动的患者心脏的X射线CT图像的方法和计算机断层造影设备，其中，为了产生最终的CT图像仅采用在心脏周期中心脏相对静止阶段所记录的检测器数据。由此避免了运动模糊导致的低质量图像。
背景技术：
在文章“Automatic phase point determination for cardiac CT imaging”，Manzke等，Medical Imaging 2004，proc.of SPIE vol.537，690-699中描述了一种类似的方法。其中提出，基于EKG信号以相互接续的时间段来再现心脏体，并逐层确定相邻心脏阶段的图像相关性。如果将图像相关性三维地表现在z/t平面(z相当于系统轴，t相当于所观察的心脏阶段的百分比值)上，则心脏的静止阶段在该立体显示中表现为相关系数的极值。这样的极值可以通过公知的计算方法来检测，从而可以确定心脏静止的心脏阶段的时刻。然后相应于这样找出的静止阶段从该时间段的检测器数据中再现出相应的CT图像。
在此开销大的是须分别将EKG导向CT检查。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，找到一种简化的用于产生跳动的患者心脏的X射线CT图像的方法，其中无需减去患者的EKG信号。
就发明人所知，可以弃用患者的EKG信号而代之以使用合成时钟脉冲信号，参照该信号来确定每个周期中的静止阶段。因为尽管该合成时钟脉冲信号处于患者心脏频率的范围内但并不与心脏频率同步，因此如在以上提到的方法中不允许跨越所有扫描周期来确定心脏在哪个一般的心脏阶段时刻处于静止状态。更确切地说必须跨越整个扫描时间并对每个合成周期来确定在哪个时刻或确切地在哪个时间间隔存在静止阶段。这可以通过计算跨越该扫描以及每一个周期的多个图像实现，其中对于时间上相邻的CT图像之间的预定图像区域计算相关系数，并查找该相关系数的最大值。如果在两幅图像之间的图像值的相关系数为最大、即在所观察的区域内图像之间的总的变化很小，则可以在该时间范围内判断出静止阶段。现在可将这样找到的相应时钟周期的时间范围以及源于此的检测器数据用于最终计算高质量的CT图像。此外，在确定相关系数时还应注意，不是采用整个CT图像，而是仅采用CT图像中的预定区域，由此使得相关值的改变足够清楚。
相应于发明人的该基本思想，发明人提出了一种用于产生跳动的患者心脏的X射线CT图像的方法，具有下述方法步骤-为了对患者进行扫描使至少一个X射线管相对于患者绕该患者旋转；-由至少一个检测器连续检测X射线的衰减并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元；-输出其频率相当于患者的典型心脏频率的合成时钟脉冲信号；-通过完全扫描在该合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间，在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组，其中，每个测试立体数据组与其阶段时刻和其z位置相关联；-在预定图像区域上计算时间上相邻且位置相同或至少属于同一截面的测试立体数据组之间的相关值，将其填入空间时间矩阵，并查找该相关值的最大值；-接着由测试立体数据组所源自的、导致最大相关值的检测器数据组计算出最后的立体数据组。
优选为了降低计算容量建议利用比最终立体数据组低的分辨率来计算测试立体数据组。
此外，合成时钟脉冲信号还可以由合成EKG导出。
在此，用于计算相关值的预定图像区域优选仅包含心脏区域，其中边缘可以简单的方式用矩形、正方形定义或者还可以用圆形边界来定义。
基本上，按照本发明的方法既可以结合螺旋扫描一起使用又可以结合顺序扫描一起使用。
此外，按照本发明的方法还可以用于三种不同的再现方法其中之一是为了最终的再现而对每个心脏周期分别从该心脏周期的完整检测器数据中提取一个平面，并将该图像平面再现为一个立体数据组。再有，在一种方法中，为了最终的再现将来自多个心脏周期的不完全检测器数据综合成完整的检测器数据并随后从中再现出立体数据组。最后是为了最终的再现将来自多个心脏周期的不完全检测器数据再现为不完全的图像数据，并随后将其综合成完整的图像数据的方法。
在上述方法变形中，实际的静止阶段将与人工时钟信号相关地单独在每个周期上自动计算。
相应于上述基本思想，发明人还提出了一种用于产生患者的跳动的心脏的X射线CT图像的计算机断层造影设备，其具有-用于对患者进行旋转扫描的装置，具有至少一个X射线源和至少一个检测器，其对X射线的衰减进行连续检测并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元；-用于产生频率相当于患者的典型心脏频率的合成时钟脉冲信号的装置；-用于在完整扫描期间以及在该合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组的装置，其中，每个测试立体数据组与其阶段时刻和其z位置相关联；-用于计算预定图像区域上的时间和位置上相邻的测试立体数据组之间的相关值，将其填入一空间时间矩阵，并查找该相关值的最大值的装置；以及-用于由测试立体数据组所源自的、导致最大相关值的检测器数据组计算出最后的立体数据组并作为三维图像显示输出的装置。
在上述计算机断层造影设备中，各个所述装置可以是具有至少一个计算单元和程序或程序模块的系统，当其运行时可以执行上述方法步骤。
下面借助附图利用实施例对本发明进行详细描述，其中采用以下附图标记1计算机断层造影系统；2X射线管；3检测器；4系统轴；5外壳；6可移动患者卧榻；7患者；8用于脉冲模拟的时钟发生器；9控制和计算单元；10控制和数据导线；Prg1-Prgn计算机程序。图中示出图1举例示出用于实施本发明方法的计算机断层造影系统。
具体实施例方式
图1示出具有外壳5的计算机断层造影系统1，其中可见具有环形运转的X射线管2和与其相对设置的多行检测器3的支架。此外还示出位于患者卧榻6上的患者7，其在扫描过程中可被移入CT1开口。在扫描过程中，X射线管2绕患者7做环形运动，可以使患者7沿系统轴4的方向做相对运动，从而相对于患者7进行螺旋扫描，或者还可以通过使患者7在X射线管相对于患者的多个纯环形运动中的扫描间隔期间顺序向前移动来扫描该患者。计算机断层造影系统1的控制由控制和计算单元9通过控制/数据导线10实现。由检测器3收集的数据也通过控制/数据导线10传输到计算机。控制和计算单元9具有内部存储器和计算处理器，通过它们可以实现用于控制计算机断层造影和对所收集的数据进行分析的程序Prg1-Prgn。此外在计算单元9上还连接有用于数据输入的键盘和用于数据显示的显示器。
此外在控制和计算单元9上还连接有时钟发生器8，其用作合成EKG信号。在进行心脏扫描时，收集检测器数据并保持其与合成时钟的时间关系。然后利用较低的分辨率计算多个CT截面图像或立体数据组，并针对冠状区域中的预定区域计算时间上相互错开的粗略图像的相关值。较低的相关值表示从一幅图像到下一幅图像的变化大、即运动状况，而高相关值则表示检查区域的静止状况、即静止阶段。
由此可知，由于在实际心律和合成时钟之间出现的不断变化的相移，不可能得到关于静止阶段所处的周期阶段的一般描述。必须对每个周期单独确定静止阶段区域。
如果确定了静止阶段的时间范围，则可以仅用在此范围收集的数据来计算最终的且现在是高分辨率的立体数据组或截面图像。在此可以不同的方式利用这些检测器数据进行再现。例如在足够快的扫描速率下可以分别仅从一个周期的数据中产生图像。但也可以从两个或多个周期中合成检测器数据以得到完整的检测器数据并再现图像数据。此外还存在这样的可能性，首先将所确定的静止阶段中的不完全的检测器数据(来自小于一个π-旋转的数据)再现为不完整的图像或立体数据组，然后将多个周期中的这样的不完整的图像或立体数据组合成为完整的图像或立体数据组，必要时进行加权。
所有这些变形都相对于公知方法具有突出的优点在检查中可以省去费事的EKG电极设置，还可以避免读取EKG信号所带来的问题，如通过必要的长导线传输EKG信号以及由此带来的电磁辐射或由于患者的肌肉收缩造成的信号畸变的问题。
综上所述，本发明提出了一种用于产生心脏X射线CT图像的方法和CT设备，其中为了表示时钟采用合成时钟脉冲信号，在此通过完全扫描在合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组，这些测试立体数据组分别与其阶段时刻和其z位置相关联，然后通过时间上相邻且位置相同或至少属于同一截面的测试立体数据组之间的相关计算来确定相关的最大值，并随后由空间时间相属的检测器数据计算出成像立体数据组。
应该理解，本发明的上述特征不仅可以用于上述合成中，也可以在不脱离本发明范围的情况下用于其它合成中或单独使用。
权利要求
1.一种用于产生跳动的患者心脏的X射线计算机断层造影图像的方法，至少具有下述方法步骤1.1.为了对患者进行扫描使至少一个X射线源(2)相对于患者(7)绕该患者(7)旋转；1.2.由至少一个检测器(3)连续检测X射线的衰减并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元(9)；1.3.输出频率相当于患者(7)的典型心脏频率的合成时钟脉冲信号；1.4.通过完全扫描，在该合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组，其中，每个测试立体数据组与其阶段时刻和其z位置相关联；1.5.在预定图像区域上计算时间上相邻且位置相同或至少属于同一截面的测试立体数据组之间的相关值，将其填入空间时间矩阵，并查找该相关值的最大值；1.6.接着由测试立体数据组所源自的、导致最大相关值的检测器数据组计算出最后的立体数据组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述测试立体数据组利用比最终立体数据组低的分辨率来计算。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成时钟脉冲信号由合成心电图导出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述用于计算相关值的预定图像区域仅包含心脏区域。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定图像区域通过模式识别方法确定，且为了计算所述相关值仅包含心脏区域。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，其结合螺旋扫描一起使用。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，其结合顺序扫描一起使用。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了最终的再现对每个心脏周期分别从该心脏周期的完整检测器数据中提取至少一个图像平面，并将该图像平面再现为一个立体数据组。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了最终的再现将多个心脏周期的不完全检测器数据综合成完整的检测器数据，并随后从中再现出立体数据组。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了最终的再现将多个心脏周期的不完全检测器数据再现为不完全的图像数据，并随后将其综合成完整的图像数据。
11.一种用于产生患者(7)的跳动心脏的X射线计算机断层造影图像的计算机断层造影设备，具有11.1.用于对患者进行旋转扫描的装置，具有至少一个X射线源(2)和至少一个检测器(3)，该检测器对X射线的衰减进行连续检测并作为检测器输出数据输出到控制和计算单元(9)；11.2.用于产生频率相当于患者(7)的典型心脏频率的合成时钟脉冲信号的装置(8)；11.3.用于在完整扫描期间以及在该合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组的装置(10，Prgx)，其中，每个测试立体数据组与其阶段时刻和其z位置相关联；11.4.用于在预定的图像区域上计算时间和位置上相邻的测试立体数据组之间的相关值，将其填入一空间时间矩阵，并查找该相关值的最大值的装置(10，Prgy)；以及11.5.用于由测试立体数据组所源自的、导致最大相关值的检测器数据组计算出最后的立体数据组，并作为三维图像显示输出的装置(10，Prgz)。
12.根据权利要求11所述的计算机断层造影设备，其特征在于，其所述各个装置为具有至少一个计算单元和程序或程序模块的系统，当其运行时执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于产生心脏X射线CT图像的方法和CT设备，其中为了表示时钟采用合成时钟脉冲信号，其中，通过完全扫描在该合成时钟脉冲信号的每个周期阶段期间在合成时钟的多个不同的阶段时刻再现心脏的测试立体数据组，这些测试立体数据组分别与其阶段时刻和其z位置相关联，然后通过对时间上相邻且位置相同或至少属于同一截面的测试立体数据组之间的相关计算，确定最大相关值，接着由空间时间所属的检测器数据组计算出成像立体数据组。
文档编号A61B6/03GK1817308SQ20061000713
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年2月9日
发明者赫伯特·布鲁德 申请人:西门子公司