专利名称：断层造影温度图的生成方法、控制和计算单元及ct系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用CT设备在患者中建立断层造影温度图的方法，其中根据测量的密度分布，通过对基于不同的X射线能量获得的断层造影图像数据进行Rho/z分解，推断出温度分布并且图解地显示该温度分布。此外，本发明还涉及一种具有存储介质的计算单元，在该存储介质中存储了在工作中运行所述方法的计算机程序或程 序模块，以及涉及一种具有这种计算单元的CT系统。
背景技术：
由与下面描述的发明最接近地公开的文献DE102008049604A1公开了一种用于确定由η种不同的物质成分组成的对象区域中的温度或温度分布的方法，其中-采用X射线计算机断层造影设备，利用该设备可以在不同的X射线谱分布的情况下记录图像数据组，-利用该计算机断层造影设备，在X射线的η种不同的谱分布的情况下记录对象区域的图像数据组，-由图像数据组通过物质分解，确定η种不同物质成分的密度、衰减值或CT值，这些物质成份具有与温度以及可能与对象区域中的位置的已知的依赖关系，并且-基于所确定的密度、衰减值或CT值以及这些参数中的至少一个与温度和可能与位置的已知的依赖关系，确定在对象区域的一个或多个位置上的温度。由此在该建议的方法中采用X射线计算机断层造影设备，利用该设备在不同的X 射线谱分布中记录图像数据组。对于确定由η种不同的物质成分组成的对象区域中的温度或温度分布，利用计算机断层造影设备在η种不同的X射线谱分布的情况下记录对象区域的η个图像数据组。由η个图像数据组然后借助公知的物质分解技术确定η种不同物质成分的密度、衰减值或CT值。然后基于所确定的密度、衰减值或CT值以及这些参数与温度的已知的依赖关系，确定对象区域的一个或多个位置上的温度。在此，各个物质的密度与温度的依赖关系可以从表格得出或事先通过测量来确定。但在实践中已经表明，按照已知的方法进行的测量还不够精确。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种借助CT检查在患者中建立断层造影温度图的方法，该方法提供更好的准确性。发明人已经认识到，对于温度变化的精确确定，仅涉及多谱CT测量的密度是不够的，而是在此还需要涉及各个所观察的区域的改变的组成。在患者的所观察的组织区域中， 例如通过在那里引起的温度变化，不仅会改变该区域的密度，还附加地存在改变物质组成的可能性。这点例如可以通过组织的脱水作用或共熔析坏死(Kolliquationsnekrose)的形成来产生。按照该基本思想，发明人建议一种利用CT设备在患者中建立断层造影温度图的方法，该方法具有如下的方法步骤-基于至少两个不同的X射线能量或X射线能量谱对组织的衰减值采样并断层造影地重建为至少两个取决于能量的图像数据，-对断层造影 图像数据进行Rho/Z分解，其中对于每个位置确定当前的局部密度和当前的局部平均Z值(Z =核电荷数)，-确定组织中的局部温度分布，其中由事先根据实验确定的或理论上计算出的在 Z值、密度和温度之间的关系确定当前的局部温度值，并且-输出和/或显示空间上的温度分布。通过该方法借助通过CT检查确定的密度值，温度的确定显著地变得更为精确。具有优势地，在此可以关于多个Z值采用密度/温度曲线或密度/温度表格用于确定温度。此外，在此可以采用平均Z值，所述Z值考虑了当前观察的组织的组成。因为本方法中使用的Rho/Z分解仅确定了平均Z值，该平均Z值不能基于给出的组织组成推断出核电荷数的实际原子分布，所以识别出在观察位置上存在哪种组织种类， 以及在进行温度确定时根据组织的种类采用与之对应的密度/温度曲线或密度/温度值表格，是有利的。也就是，采用平均的Z值，在综合这些平均的Z值的情况下考虑了具有其实际的原子组成的当前考察的组织。可以如下地实现按照本发明的方法的另一种改进，即-在检查之前关于每个在生理学条件下确定的Ztl值或Ztl值域进行确定和对应在加热时Z值如何改变，以及关于这些(历史性产生的)Z (Ztl)值如何确定密度温度关系，并且-在进行温度确定的情况下采用密度温度关系，该密度温度关系与初始地在生理学条件下确定的Ztl值对应。在本方法的该实施方案中，由此考虑，通过其平均Z值在生理学条件下(也就是在大约37°C并且在未变性的状态下)表征的特定的组织在温度上升时一方面关于其平均Z值的改变具有哪种特性，而另一方面在相应的物质中密度温度关系怎样表现。也就是，由此更精确地考虑组织的实际组成以及通过加热引起的其个别的改变。补充地还可以考虑加热的方式和加热的时间变化，从而可以再次确定更精确的温度值。具有优势的，上面描述的关于断层造影图像数据方法可以被应用于截面图像数据组或体积图像数据组。此外，特别是当要在较长的时间段上确定温度分布时，特别有利的是，在多次执行该方法的情况下分别互相配准所述断层造影图像数据。由此由于患者在拍摄之间移动而引起的、所观察的组织的小的偏移可以被均衡。最后，可以将确定的温度分布(也就是温度图)和与之配准的断层造影图像数据重叠。在此，例如可以通过不同强度的着色或通过可以将其重叠在黑白CT图像中的不同的颜色来表示组织的温度。此外，发明人还建议一种具有存诸介质的计算单元，在该存储介质中存储了计算机程序或程序模块，并且在工作中其运行上述方法的方法步骤。此外，还涉及一种CT系统， 其具有这种计算单元。
下面结合附图对本发明作进一步说明，其中仅示出用于理解本发明的必要的标志。使用如下的附图标记1 双能CT系统/C形臂系统；2 第一 X射线管；3 第一探测器； 4 第二 X射线管；5 第二探测器；6 机架壳体/驱动系统；7 =C形臂；8 患者卧榻；9 系统轴线；10 调节和控制单元；M1-M3 组织区域；P 患者；Prg1至？1^ 计算机程序；T 组织温度；Z 核电荷数；I-V 组织变化阶段。附图中图1示出了在生理学状态下通过组织区域的截面图像；图2示出了根据图1，具有局部加热的组织的截面图像；图3示出了在组织中的温度变化相对于能量淀积的示例性的曲线；图4示出了平均Z值与不同组织组成Ml至M3的温度的依赖关系的示意图；图5示出了不同组织组成的密度与温度的依赖关系示意图；图6示出了双能CT系统；图7示出了 C形臂系统。
具体实施例方式图1和图2示出了通过组织的相同的断层造影截面，其中，图1中的组织中呈现 37°C下的生理学条件。所示的黑白附图中，亮斑占大多数，示出了在大约37°C时具有其典型密度分布的所观察的组织。图2中局部相同的截面图像示出了在中央区域温度上升的情况，其中在此首先不会明显实质上地改变组织，也就是不改变平均Z值。由于温度上升，降低了组织密度，这反映在减小了 X射线的吸收并且因此产生暗区增长。如果发生进一步的温度提高，则导致化学的和物理的过程，该温度提高还引起平均Z值随温度以及随所观察的物质而改变。图3示出了这种温度变化的发展曲线。在此，在横坐标上示出组织中特定的能量淀积，相对地是，在纵坐标上示出由此达到的组织温度T。用罗马数字I至V来表示以生理学温度37°C为起始温度的组织改变过程的不同阶段。首先在I中对组织进行加热。随着温度的升高，该加热引起了在区域II中的组织凝结，随后是脱水阶段III。接着是区域IV中的碳化，最后伴随着继续的能量淀积和与之相连的温度上升导致了区域V中的汽化。因为每个组织种类以及每个组织体积具有不同的组成，并且同时给出的平均核电荷数Z也不足以明确地确定实际原子组成(其最终对于观察的体素或区域的吸收特性是关键的)，所以具有优势的是，识别单个体素或具有多个体素的区域的“历史的”发展，并且基于生理学条件的时刻下的平均Z值，识别其(可能来自预先试验)与由于温度上升而改变的密度P的已知的依赖关系。于是，借助该函数和已知的生理学Ztl值，可以(同样以相应的预先试验或计算为依据)基于根据Rho/T分解确定的密度值精确地确定实际温度。关于平均Z值不具明确性的问题例如参见如下，即尽管是具有不同吸收特性的物质，平均Z值从Cl-H(氯化氢)以及F(氟)9中得到。相应地，也适用于组织中的复杂有机化合物和混合物。图4中仅仅示意性地示出了通过能量输送来加热的不同物质或组织区域Ml至M3 的表现，并且描绘平均Z值随着密度改变而变化的曲线。利用圆圈表示的起始点分别对应于在生理学条件下的实际密度以及此处确定的平均Z值，其中该Z值是借助至少两个基于不同X射线能量的CT拍摄并且通过Rho/Z分解确定的。图5示意性和示例性地示出了在图4中所示出的不同物质Ml至M3的密度/温度曲线，由此可以看出，仅仅获知密度值还不足以明确地确定组织区域的温度。也就是，如果基于对生理学条件下的平均Z值(也就是Ztl值)的测量的认识可以确定，在图5的线图中必须定位哪个曲线，则可以相对精确地确定当前温度。关于可从线图看出的一些模棱两可的密度值，可以基于密度曲线和相应的合理性观察补充地分别确定正确的温度值。如果例如不存在生理学条件下的起始测量，则还存在如下地可能性基于Rho/ Z分解以及基于由此在图4的线图中确定的密度和核电荷数的值对，对相应的物质进行对应。
图6示例性地示出了双能CT系统1，在该系统中执行按照本发明的方法。CT系统 1由机架壳体6组成，其中由第一 X射线管2和相对设置的第一探测器3组成的第一管/探测器系统位于机架上。选择性地可以设置另一个管/探测器系统，诸如在此示出的由第二 X射线管4和相对设置的第二探测器5组成的管/探测器系统。两个管/探测器系统在扫描期间都围绕测量场旋转，该测量场在此通过机架壳体6中的开口来描述，而位于可移动的患者卧榻8上的患者P沿着系统轴线9穿过测量场移动。患者P的移动在此既可以连续地也可以顺序地进行，或者在检查特定的区域时可以将患者移动到特定的位置，在该位置上其在扫描期间保持静止。通过调节和探测单元10来控制CT系统1，该调节和控制单元具有带有计算机程序Prg1至Prgn的存储器，在这些计算机程序中存储用于控制CT系统和用于分析接收的探测器数据(包括重建相应的图像数据)所需的方法。按照本发明的方法同样可以在计算机程序中编码并且在控制和调节单元10 (也就是计算单元)的程序存储器中实现，从而在运行系统时按照其方法步骤执行该方法。图7同样示出构造为C形臂系统1的CT系统，其具有C形臂7，X射线管2与相对设置的探测器3位于该C形臂的末端。该C形臂7可以借助驱动系统6围绕位于患者卧榻 8上的患者P旋转地运动。由于C形臂系统1的构造方式，在检查时能更容易地接近患者 P。通过调节和控制单元10对C形臂系统1进行调节和控制，该调节和控制单元具有计算机程序Prg1至Prgn,其中在此也可以将程序代码设置在该调节和控制单元的存储器中，其用于运行按照本发明的方法。总之，也就是通过本发明提供一种利用CT设备在患者中建立断层造影温度图的方法、一种计算单元以及一种具有计算单元的CT系统，其中基于来自不同的X射线能量区域的断层造影图像数据，确定密度和平均核电荷数的局部分布，并且由事先实验确定的或理论上计算出的在Z值、密度和温度之间的关系，确定在患者组织中的局部温度分布。可以理解的是，本发明的特征不仅可以按照分别给出的组合来应用，而且可以按照其它组合或按照单独设置来应用，而不脱离本发明的范围。
权利要求
1. 一种利用CT设备(1)在患者(P)中建立断层造影温度图的方法，具有如下的方法步骤1.1基于至少两个不同的X射线能量或X射线能量谱，对组织的衰减值进行采样并断层造影地重建为至少两个取决于能量的图像数据，1. 2对所述断层造影图像数据进行Rho/Z分解，其中对于每个位置确定当前的局部密度和当前的局部平均Z值(Z=核电荷数)，1. 3确定组织中的局部温度分布，其中由事先根据实验确定的或理论上计算出的在Z 值、密度和温度之间的关系，确定当前的局部温度值，并且1.4输出和/或显示所述空间上的温度分布。
2.根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于，关于多个Z值，采用密度/温度曲线或密度/温度表格，以确定所述温度。
3.根据上述权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用考虑了当前被观察组织的组成的平均Z值。
4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，-在检查之前，关于每个在生理学条件下确定的Ztl值或Ztl值域，进行确定和对应，在加热时Z值如何变化，以及关于这些-历史性产生的-ζ (Z0)值如何确定密度温度关系，并且-在进行所述温度确定的情况下采用对应于开始在生理学条件下确定的Ztl值的密度温度关系。
5.根据上述权利要求1和4中任一项所述的方法，其特征在于，将截面图像数据组作为断层造影图像数据使用。
6.根据上述权利要求1和4中任一项所述的方法，其特征在于，将体积图像数据组作为断层造影图像数据使用。
7.根据上述权利要求1和6中任一项所述的方法，其特征在于，在多次执行所述方法的情况下，分别彼此配准所述断层造影图像数据。
8.根据上述权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将所述确定的温度图和与之配准的断层造影图像数据重叠。
9.一种具有存诸介质的计算单元(10)，在该存储介质中存储了计算机程序或程序模块(Prg1至Prgn)，并且其在工作中运行根据上述权利要求1至8所述的方法。
10.一种CT系统(1)，具有根据上述权利要求9所述的计算单元(10)。
全文摘要
本发明涉及一种利用CT设备(1)在患者(P)中建立断层造影温度图的方法、一种计算单元以及一种具有计算单元的CT系统，其中基于来自不同的X射线能量区域的断层造影图像数据来确定密度和平均核电荷数的局部分布，并且由事先根据实验确定的或理论上计算出的在Z值、密度和温度之间的关系确定在患者组织中的局部温度分布。
文档编号A61B5/01GK102440800SQ20111030779
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月13日
发明者A.曼肯, B.施米特 申请人:西门子公司