专利名称：用于获得检查对象的四维图像数据组的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在使用计算机断层造影系统的测量数据的条件下获得检查对象的四维图像数据组的一种方法和一种图像处理装置以及具有这样的图像处理装置的一种计算机断层造影系统。此外，本发明还涉及具有用于执行这样的方法的程序代码段的一种计算机程序产品。
背景技术：
借助计算机断层造影(CT)可以通过合适的测量和分析方法得出关于检查的器官、特别是心脏的重要的诊断相关的参数的结论。特别是在心脏范围的检查中重要的是，以高的精度和小的患者负担，即，尽可能小的X射线剂量和造影剂量采集尽可能所有临床相关的参数。
在计算机断层造影中目前在心脏检查中通常进行以下原理性分析，为此通常必须进行多个不同的测量I.查找并分析冠状血管中、心脏瓣膜上以及主动脉的钙化。为此通常无需造影剂，心脏范围的一个简单测量，即覆盖了心脏范围的一次扫描，就足够。2.分析冠状血管以诊断冠心病。为此按照目前的现有技术通过在心跳的不同时刻(即在不同的心脏阶段)的多个测量拍摄心脏。为此所需的剂量目前位于5至IOmSv范围。然后按照通常方式逐层地分析数据，方法是，自动地或交互地确定左心室和/或右心室的心肌的内轮廓和外轮廓。3.对心脏进行功能分析，如例如对左心室和右心室进行空间的和时间的分析以确定心肌的形状和体积变化以及心肌质量和射血分数。为此目前通常拍摄所谓的多相扫描，其中为了对心脏进行运动分析，通常将几乎整个心脏周期作为四维体积采集。即，产生四维图像数据组，该四维图像数据组包含在不同时刻或运动阶段的三维空间图像数据，这最终相应于心脏的运动的一种录影。4.灌注测量，用于检查心肌的供血以及用于确定对血量和血流的诊断参数。为此必要时也在造影剂通过的不同时刻产生造影剂照片。在一些方法中还进行心脏体积的时间分辨的测量，即，又记录一种四维图像数据组。较新的计算机断层造影通过采用具有特别大的节距，S卩，大的步幅的螺旋扫描方法，在所谓的“Flash模式”中获取心脏的照片。对于按照“Flash模式”的获取通常使用双源计算机断层造影系统，其可移动的患者卧榻在拍摄期间例如以40cm/s的速度运动。这允许按照大约200至250ms扫描心脏(在患者卧榻的运动方向上具有大约15cm的尺寸)。这样可以获取心脏的一个运动阶段中的完整的三维照片，这相对于迄今为止的方法可以极大节省剂量。然而该“Flash模式”仅以一种心脏的“静止图像(Standbild) ”提供瞬时照片并且由此不能对心脏进行功能分析。为了获得这点，一如既往需要心脏的整个系列的顺序的照片或EKG触发的全部照片。然而这相应产生较高的辐射负担。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供能够用来以对检查对象的减小的辐射负担产生用于功能性分析的四维图像数据组的一种方法、一种图像数据处理装置和一种计算机断层造影系统。在按照本发明的用于在使用计算机断层造影系统的测量数据的条件下获得检查对象的四维图像数据组的方法中，接受借助计算机断层造影系统在不同的拍摄时刻利用螺旋扫描方法获取的投影数据。借助计算机断层造影系统获得的投影数据在此例如可以从前面进行的测量中以存储的形式提供并且为了进行该方法例如由按照本发明的图像处理装置从存储器中加载。替换地，还可以在使用计算机断层造影系统的条件下在按照本发明的用于获得检查对象的四维图像数据组的方法的范围内进行投影的测量。在螺旋扫描方法(通常也称为“Spiral-Scan，螺旋扫描”)中，属于计算机断层造影系统的X射线管和根据结构的不同还有的探测器围绕检查对象螺旋地或螺线形地运转。也就是说，在拍摄投影数据期间X射线管和必要时的探测器围绕旋转轴围绕检查对象旋转，并且同时检查对象沿着旋转轴在进给方向(Vorschubrichtung)上相对于X射线管和探 测器横向地移动。基于投影数据，然后以公知的方式，例如通过常规的反投影，重建检查对象的图像数据。相应于在不同的拍摄时刻测量的投影，这些图像数据也示出在不同的时间或拍摄时刻的检查对象。直观来看，在此图像数据可以看作为检查对象的薄的层，所述层示出了在确定的时间或在非常短的时间段在各个层中的检查对象，在该时间段中测量了投影，所述投影被用于重建所涉及的层。然后将重建的检查对象的图像数据与其拍摄时刻一起关联为一个空间/时间数据组。也就是该空间/时间数据组是空间和时间分辨的，即，其除了实际的空间图像数据(也称为“位置数据”)之外还包含关于在哪个拍摄时刻拍摄了这些图像数据的信息，其中，此处例如也可以代表性地对于短的时间段精确地假定一个时刻，在该时间段中测量了对于各个图像数据使用的投影。在此，空间/时间数据组可以是完整的四维图像数据组，其包含三维图像信息(即体积图像数据)加上时间信息，或者是包含了空间的二维图像数据(也就是例如一个层图像)以及其相互的位置加上拍摄时间信息的数据组。图像数据与拍摄时刻一起至一个空间/时间数据组的关联，可以通过形成新的数据组来进行，在该新的数据组中以确定的数据格式将空间的图像数据和关于拍摄时刻的信息互相对应地记录。一个例子此处仍是一种三维录影。替换地，空间/时间数据组还可以借助指针来形成，所述指针例如从具有位置数据的文件指向时间数据或者反之。在另一个步骤中使用该空间/时间数据组，以便通过改变模型参数来个性化参数化的四维图像数据模型。该四维图像数据模型在此是一种“标准录影”，其例如是由多个相应的测量对患者或受检者确定的。“参数化”在此是指，四维图像数据模型具有确定的可变参数，通过所述参数可以改变该四维图像数据模型。由此是“标准检查对象”的标准化的运动过程的概括的但是可变地调节的模型。运动过程例如可以是跳动的心脏的心脏周期。四维图像数据模型的可变参数一方面可以是空间的参数，例如检查对象的特定的尺寸或其他形状参数(在心脏的情况下例如是心脏的总长、心室的尺寸、心室的壁厚，等等)，但也可以是涉及运动过程的时间参数。这样的参数化的四维图像数据模型在此通常具有多个这样的可变参数，例如直到50个参数。因为四维图像数据模型以概括的方式反映了检查对象的运动过程，所以现在可以使用在不同的拍摄时刻获得的图像数据作为网格点(Stiltzstelle)，以便这样优化四维图像数据模型的可变参数，使得四维图像数据模型尽可能好地与该图像数据并且与对应的时刻匹配。作为结果，然后得到独特的四维图像数据组，其反映了在运动过程期间检查对象的空间图像。由此该方法使得可以降低辐射负担，因为为了获得四维图像数据组，与运动周期的整个持续时间相比仅需要在仅非常少地选择的拍摄时刻来进行检查对象的测量，其中，拍摄时刻优选位于仅仅几个(例如一个至四个，优选两个)与运动周期的整个持续时间相比更短的测量时间段中。通过仅仅在拍摄时刻拍摄投影数据，也就是不必完整测量检查对象的整个运动阶段才能来进行检查对象的功能性分析，这降低了辐射负担。因此现在例如足够的是，利用剂量优化的螺旋扫描，特别是以上面提到的“Flash模式”的扫描，分别在心脏的收缩期和舒张期实现快速的“静止图像”，以便从中确定用于评价整个运动周期的足够信息。
由此，优选地在按照本发明的用于确定检查对象的、特别是心脏的结构和/或功能数据的方法中采用利用这样的方法确定的四维图像数据组，其中关于期望的结构和/或功能数据分析该四维图像数据组。属于优选在该方法的范围内分析的结构和/或功能数据的一方面有功能结论，例如在心脏的情况下射血分数的确定，另一方面还有灌注测量。哪个确切的结构和/或功能数据可以借助四维图像数据组来获得，取决于，采集了哪个心脏阶段，在哪些条件下进行了该测量，也就是例如利用或者没有利用造影剂，在给予造影剂的哪个时刻，以及可能存在哪些其他的图像数据组，例如，除了造影剂测量之外是否还存在自然的比较测量或者是否必要时进行了双能量测量。后面还要解释不同的可能性。
按照本发明的图像处理装置为了执行该方法，一方面应当具有用于接受借助计算机断层造影系统按照上述方式获取的检查对象的投影数据和用于接受包含了关于与投影数据对应的拍摄时刻的信息的时间数据的接口。在此，这样的接口也可以通过两个单独的子接口来实现，例如一个用于扫描的投影数据接口和一个与时间测量装置、时钟发生器等(例如在心脏检查情况下的EKG)相连的时间数据接口。图像处理装置还具有重建装置，用于根据投影数据重建检查对象的图像数据并且与拍摄时刻一起关联为空间/时间数据组。在此，例如可以是常规的重建单元，其附加地相应构造或者与单独的关联单元耦合，以便实现图像数据与时间数据的关联。此外，还需要用于接受预先给出的参数化的四维图像数据模型的模型接口。在此，可以是与简单的存储器的接口，在该存储器中存储了四维图像数据模型。原则上，在这样的存储器中还可以存储多个不同的四维图像数据模型并且图像处理单元附加地具有选择单元(例如在使用用户界面的条件下)，用于选择四维图像数据模型。因此为了获得个性化的四维图像数据组，对于一个特定的检查对象类型的所有检查对象，例如人的心脏，原则上唯一一个四维图像数据模型就足够了。然而可以通过如下来实现四维图像数据模型与测量的空间/时间数据组的极快并且可能在结果上更好的匹配，即，例如从多个特定于患者的四维图像数据模型选择当前的四维图像数据模型。例如可以为男性和女性患者类型设置不同的四维图像数据模型。此外，例如为儿童、少年、成人或按照年龄等级另外分类设置的四维图像数据模型也可供选择。同样可以对于不同类型的疾病图像提供不同的四维图像数据模型。合适的四维图像数据模型的选择在此可以自动地，例如基于来自于电子患者病历的数据进行或者通过用户进行。最后，按照本发明的图像处理装置需要模型个性化装置，用于为了产生个性化的四维图像数据组在通过改变模型参数与空间/时间数据组匹配的条件下个性化四维图像数据模型。这样的图像处理装置可以是计算机断层造影系统的部分，S卩，其例如可以在计算机断层造影系统的控制和分析计算机上实现。相应地，具有用于获取检查对象的投影数据组的至少一个X射线源和至少一个探测器以及具有这样的图像处理装置的X射线计算机断层造影系统也属于本发明。原则上，这样的图像处理装置还可以在独立的计算机单元或在另一个计算机单元上实现，其例如为了数据传输而通过网络与X射线系统相连并且可以按照其他方式被提供以相应的数据。
特别地，重建装置(必要时的关联单元)和模型个性化装置分别作为软件模块在具有相应的存储可能性的合适的计算机上实现。此外，接口例如可以按照纯软件形式实现，只要可以完成从其他成像单元接受数据。但是原则上，接口还可以作为组合的硬件/软件接口实现，以实现外部输入，例如借助具有特殊配置的硬件接口的软件组件。就此而言，计算机成像产品属于本发明，其可以直接加载到图像处理装置和/或计算机断层造影系统的计算机的存储器中，具有程序代码段，以便执行按照本发明的方法的所有步骤。从属权利要求和其他描述包含了本发明的特别优选的实施方式和扩展，其中特别是一类权利要求也可以类似于另一类权利要求来扩展。检查对象原则上可以是生物的身体或其身体部分。身体部分特别可以是生物的器官，例如心脏、肺、肠等，或者也可以仅仅是器官的或功能组织的一部分，例如特定的血管范围或肠段。该方法优选在任意运动的对象的情况下可以用于获得四维图像数据组。运动可以是蠕动的运动，例如吞咽过程或肠运动。但是优选地，该方法在周期性运动的检查对象的情况下被采用，即，检查对象(或多或少有规则地)周期性进行定义的运动循环。检查对象例如还可以是在获取投影数据期间进行呼吸运动的肺。如上所述，采用该方法对跳动的心脏进行数据记录是特别优选的。优选关于运动定义拍摄时刻，例如在周期性运动的情况下关于在运动循环中的确定的参考时刻。在对心脏进行数据记录的情况下，例如可以通过心脏的EKG的R尖峰确定参考时刻。优选地，在至少两个时间上互相隔开的拍摄时间段获取投影数据。即，两个时间段通过暂停互相分隔，在该暂停中计算机断层造影系统可能不获取投影数据。也就是这样选择拍摄时刻，使得至少一部分拍摄时刻关于运动的整个持续时间具有大的时间间隔。这在仅仅相对少的网格点的情况下，即，在空间/时间数据组中仅仅很少的数据量的情况下，使得四维图像数据模型与空间/时间数据组更好匹配。特别优选地，在此这样设置不同的拍摄时刻，使得这些拍摄时刻在检查对象的运动循环中至少两个互相隔开的不同的运动阶段之内包括多个时刻。在心脏的情况下这优选可以是收缩阶段和舒张阶段。因为心脏运动在舒张阶段相对小，在舒张阶段投影数据的获取导致具有小的运动伪影的照片。在不同的运动阶段中的数据获取在此可以在单独的测量中或扫描中进行。即，在心脏拍摄的情况下，例如进行第一测量，利用该第一测量获得在舒张阶段期间的图像数据组，并且进行第二测量，利用该第二测量获得在收缩阶段期间的图像数据组。在此原则上可以，首先在舒张阶段然后在收缩阶段获取投影数据，或者替换地首先在收缩阶段然后在舒张阶段获取投影数据。在中间时间优选不获取投影数据。这再次极大减少了检查对象的辐射负担。在不同的拍摄时刻上的投影数据的获取可以包括检查对象的多个运动循环。也就是说，第一拍摄时刻位于检查对象的运动循环的第一遍过程内，而第二拍摄时刻位于检查对象的运动循环的第二遍过程内。这会导致成像错误，因为在两个运动循环之间，检查对象的位置会改变。因此优选地，在不同的拍摄时刻拍摄的在一个运动阶段内采集的投影数据，也在一个运动循环内采集。也就是，例如如果心脏的投影在两个不同的运动阶段中被拍摄，则优选地尝试，至少快速地进行测量，使得心脏的完整采集可以在一个心脏周期之内的分别一个阶段中结束。由此出现干扰的运动伪影的概率相应地低。
如上所述，原则上还可以使用具有仅仅一个X射线源和一个探测器系统的计算机断层造影系统。但是优选地，特别是针对有利地快速采集投影，在本发明的范围内使用具有至少两个X射线管的计算机断层造影系统，也就是例如双源CT。这样的双源CT通常具有两个以90°角度偏移地设置在机架上并且由此围绕共同的轴可旋转的X射线辐射器。这样的计算机断层造影系统允许快速获取对于完整重建所需的投影数据，因为通过这两个X射线管以及相应对应的探测器系统，可以同时采集检查对象的不同的投影。这几乎会导致测量时间的减半。直观来看，这两个X射线管在螺旋扫描的情况下描述了两个交织在一起的螺旋线的轨迹。在此，如果仅仅涉及测量时间的加速，则利用相同的X射线电压驱动这两个X射线管。替换地，这两个X射线管可以利用不同的X射线电压来驱动，以便由此执行双能量测量。在这样的双能量测量中，产生具有不同的X射线能量或X射线能量谱的图像数据。因为通常的材料的衰减是取决于X射线能量的，所以可以从这样获得的图像数据中附加地计算地产生对比度加强的图像和自然图像并且然后用于进一步分析例如心脏。然而，与在仅一个X射线能量的情况下采用两个X射线源以建立共同的图像数据相比，这样的双能量测量需要更长的测量时间。在螺旋扫描期间将在患者卧榻上的检查对象相对于投影拍摄系统(即，X射线管和对应的探测器)移动。“相对于”在此表示在投影拍摄系统固定的情况下卧榻在空间中被移动，或者反过来投影拍摄系统相对于卧榻被移动，或者两个组件相对彼此被移动。因为在通常的系统中移动卧榻，所以以下(只要在不限于该变形的情况下没有另外指出)仅仅示例性假定，移动卧榻并且投影拍摄系统固定，或者仅围绕移动方向旋转。特别优选地,患者卧榻的移动根据待检查的患者的或受检者的或者其心脏的EKG信号来控制。通过引入EKG信号来控制患者卧榻的移动，可以确保，拍摄时刻处于特定的运动阶段中，例如在收缩或舒张阶段，其中自然还必须合适地触发投影拍摄系统，即，X射线管和探测器系统。作为参考时刻，或者触发时刻，例如可以考虑EKG的R尖峰。于是，为了能够在大约200至250ms中对心脏进行拍摄，在获取投影数据期间将患者卧榻优选至少有时以直到45cm/s或更高的进给速度移动。这几乎可以实现在心脏的舒张阶段和收缩阶段中静止图像的拍摄。患者卧榻的运动方向在拍摄这两个阶段期间可以是相同的。为此，在例如收缩阶段的测量的末尾将患者卧榻的运动方向首先反向并且患者卧榻又返回移动到其起始位置上。然后在心脏的舒张阶段进行新一遍过程。这引起，不同的运动阶段的拍摄时刻位于不同的心脏周期。此外，通过将患者卧榻返回移动到起始位置，不必要地延长了测量过程的整个持续时间，这有利于例如通过患者/受检者在各个拍摄之间的运动引起的运动伪影。因此优选地，在(特别优选在一个运动循环期间的)第一和第二运动阶段的投影数据拍摄之间，将患者卧榻的运动方向反向。这意味着，患者卧榻的运动方向在第一运动阶段中的第一拍摄之后被反向，并且随后立即在检查台与第一拍摄期间的运动方向相反的反向移动期间进行在第二运动阶段中的拍摄。由此可以极大缩短整个测量时间，因为不需要用于返回移动到患者卧榻的起始位置的时间。特别地，在心脏拍摄的范围内可以在优化检查台移动的情况下和在使用特别快速的测量方法诸如“Flash模式”的情况下非常快速地先后(例 如在仅6s的时间窗中)测量在收缩阶段和在舒张阶段中的照片。在螺旋扫描方法中对用于为了对确定的体积重建图像数据而采集投影数据组所
需的时间有影响的参数是所谓的“Pitch，节距”(Gangh6he )。节距被定义为，对于X射线
源或投影拍摄系统的每个完整的回转，所经过的进给距离(标准化到z方向上、即在进给方向上的探测器宽度)的商。一个限制变量是进给方向上的探测器宽度。为了例如刚好还能不间断地在测量边缘上采集具有50cm的视野的体积，节距最大允许为I. 5，也就是在Z方向上探测器宽度上的进给不超过探测器宽度的I. 5倍。为了在按照本发明的方法的范围内在一个心脏阶段期间采集整个心脏，优选对于节距选择至少为3的值，特别优选地，可以选择直到3. 5的节距。这样的大节距除了导致用于获取投影数据的测量时间缩短和由此辐射负担减小之外，还降低了运动伪影对图像质量的负面影响。投影数据的获取可以在患者卧榻的速度改变的情况下进行。然而，优选地，在投影数据的获取开始之前，患者卧榻在加速阶段期间被加速到测量速度。由此确保了，在投影数据的采集期间，患者卧榻(特别是在拍摄时刻)以定义的恒定测量速度，优选例如40cm/s，被移动并且图像数据的质量不受进给速度波动的负面影响。
以下借助附图结合实施例再次详细解释本发明。在此，在不同的图中相同的组件具有相同的附图标记。其中，图I示意性示出了具有图像处理装置的按照本发明的计算机断层造影系统的实施例，图2示出了 EKG的示意图，图3示出了患者卧榻的速度曲线，图4示出了用于获得投影数据的流程图，图5示出了按照本发明的方法的实施例的流程图，并且图6示出了用于个性化四维图像数据模型的示意图。
具体实施方式
图I中示出的计算机断层造影系统I是双源计算机断层造影仪I。其具有在机架外壳6中安装的机架(未示出)，在该机架上以90°角度偏移地安装了两个辐射器/探测器系统42、44，其分别通过X射线管2、4和相对的探测器3、5形成。机架与X射线管2、4和探测器3、5 —起在拍摄投影数据期间围绕系统轴9旋转。检查对象12在此是患者16的心脏12。患者16位于可沿着系统轴9移动的患者卧榻8上并且可以以这种方式在检查期间沿着系统轴移动通过由辐射器/探测器系统42、44采集的测量场。在此患者卧榻8可以沿着方向I或者逆着该方向移动。双源计算机断层造影仪I这样构造，使得患者卧榻8可以以直至3. 5的节距被移动。在按照本发明的方法的范围内利用螺旋扫描方法进行测量，即，在辐射器/探测器系统42、44运转并获取投影数据期间同时移动检查台。双源计算机断层造影仪I的控制和必要时的图像准备以及用于获得四维图像数 据组的方法，可以通过通常的控制装置7来进行。因此，该控制装置7在此附加地具有按照本发明构造的图像处理装置10。图像处理装置10、特别是后面描述的图像处理装置10的组件，在此可以至少部分地也按照软件模块的形式在一个或多个共同工作的具有相应的存储器的处理器上实现。在此，也可以一起使用否则由控制装置7对于其他任务(例如控制)所使用的存储器和处理器。图像处理装置10在此具有接口 24，用于接受心脏12的投影数据18，所述投影数据是由探测器3、5在螺旋扫描方法期间在不同的拍摄时刻采集的。此外，通过该接口 24还进行时间数据的接受，该时间数据包含了关于与投影数据18对应的拍摄时刻Vt2的信息。这些时间数据已经可以与投影数据一起以数据格式被传输。但其也可以从单独的设备、例如连接到患者16的EKG设备(未示出)中被接受。此外，图像处理装置10具有重建装置26，用于根据投影数据18重建检查对象12的三维图像数据20。在此，可以是通常的重建装置。该重建装置仅需这样构造或修改，使得其能够将重建的图像数据与拍摄时刻h、t2 —起关联为一个空间/时间数据组22并且以合适的数据格式存储。这一方面可以这样进行，即，重建单元连续地在重建期间将图像数据与各个时刻对应。替换地，重建装置还可以首先从螺旋扫描的投影数据中重建完整的三维图像数据体积，并且然后例如在分解单元中将图像数据相应于其拍摄时刻和位置分解为单个的层图像，并且然后在对应单元中将层图像与空间/时间数据组中的时间数据对应。分解单元和对应单元(二者都未示出)例如还可以以合适的软件形式(也可以作为修改的重建单元的部分)来实现。此外，图像处理装置10具有模型接口 28，用于接受预先给出的参数化的四维图像数据模型34。为此，可以在存储器(未示出)中存储大量不同的四维图像数据模型，并且通过模型接口 28的选择单元为当前的检查选择一个合适的四维图像数据模型。模型个性化装置30然后用于，将四维图像数据模型34与空间/时间数据组22通过改变模型参数来匹配。为此，可以使用通常的匹配方法或拟合方法，例如这样的优化方法，其旨在，最小化在空间/时间数据组22的和四维图像数据模型34的特定的点之间的均方差。按照这种方式，个性化四维图像数据模型34或者说由此产生独特的四维图像数据组14，其非常好地反映了在一个运动周期期间在具体的检查对象中的实际过程和几何特征，在本例中例如是心脏的确切的运动，心室的最大和最小尺寸、心脏辦I吴的运动、心壁厚的改变7等等。然后，在图像处理装置10的分析单元32中，如后面还要解释的那样，关于特定的参数(例如前面提到的心室的最大和最小尺寸、心壁厚的改变等)分析该独特的四维图像数据组14。在此，数据例如已经为诊断者准备好并且按照期望的图示、例如极坐标图输出。在此要指出，计算机断层造影系统I以及特别是带有图像处理装置10的控制装置7也可以按照其他方式构造，并且首先还可以具有不同于前面描述了的其他组件。例如，控制装置7还可以具有一个或多个存储单元，在该存储单元中例如可以存储了投影数据、从中重建的图像数据、个性化的四维图像数据组等。此外，控制装置7还可以通过合适的接口与网络(未示出)相连，通过该网络可以接受和发送数据，例如用于接受四维图像数据模型和将完成的重建的图像数据和个性化的四维图像数据组传输到大容量存储器、诊断站。现在下面结合图2、3和4解释检查对象的投影数据18的获得，其中在此举例地假定心脏12的造影剂拍摄。 为此，分析在图2中示出的心脏12的EKG信号56，该信号是利用患者16上的例如与控制装置7数据技术地连接的通常的EKG设备(未示出)记录的。所示出的EKG信号56粗略地示意性反映了心脏周期52，跳动的心脏周期性地持续地经历该心脏周期。心脏周期52包括大约以所谓的“R尖峰” 54开始的收缩阶段36和随后的舒张阶段38。在投影数据18的获取AK(参见图4)的开始之前，在较长的时间段上分析EKG信号56，以便确保，呈现均匀的心脏节律并且由此在一定的限度上尽可能好地可以预测心脏周期52。如果呈现规则的心脏节律或者心脏节律例如通过趋势分析是足以预测的，则例如通过控制装置7，对于投影数据18的获取AK，进行拍摄时刻tpt2(参见图2)的确定。为此，分析心脏节律并且与用于分配造影剂的持续时间一起确定对于患者卧榻8的加速特征，以便确保，在造影剂给予KM(参见图4)之后在时刻tk(参见图2)，心脏12在拍摄时刻t2期间位于辐射器/探测器系统42、44的测量场中。图2中仅示出在不同的心脏阶段中的两个拍摄时刻V t2。这些拍摄时刻t2的每一个代表了多个紧密相邻的拍摄时刻，在所述拍摄时刻分别为了重建在该心脏阶段中完整心脏的图像数据而拍摄足够的投影数据18。通常在获取第一投影数据18之前40s至50s在第一步骤中给予造影剂。然后投影数据18的获取AK如以下描述的在两个子步骤中按照所谓的高节距螺旋方法(其中检查台速度为45挪/8并且节距为3.4)进行。在此，这两个辐射器/探测器系统42、44的两个X射线管利用相同的X射线电压运行，以便加速拍摄时间并且获得优化的时间分辨率。因为这样可以实现直到450mm/s的扫描速度，所以对于快速运动的器官诸如心脏也可以生成“瞬时照片”。此外，利用这样的拍摄方法可以剂量非常低地显示，特别是显示冠状血管。相应的测量仅需大约ImSv的剂量。为此，例如在时刻h探测到EKG 56的R尖峰54之后，在第二步骤中在加速阶段TB (参见图4)，将患者卧榻8在沿着系统轴9的方向I上(参见图I)加速，直到其已经达到40cm/s的速度(参见图3)。在此，这样选择加速阶段TB，使得心脏12在舒张阶段38的时刻位于辐射器/探测器系统42、44的测量场中，并且在第一心脏周期52期间在“扫描舒张”步骤AD中为了采集在该阶段中的心脏体积，采集全部的投影数据。该步骤由于快速优化扫描方法而仅仅持续大约200-250ms。尽管如此，在此可以是大量的单个紧密跟随的测量时刻，这些测量时刻在图中通过测量的单个时刻h(例如开始时刻)来代表。在完整采集了在舒张阶段38中的心脏之后，在相反的加速阶段TB'中停止患者卧榻8并且在与方向I相反的运动方向上沿着系统轴9加速，直到其又已经达到了 40cm/s的测量速度。在此这样进行制动和重新的加速，使得检查台以正确的速度在合适的时刻相对于扫描仪位于一个位置上，使得心脏12在收缩阶段36期间位于辐射器/探测器系统42、44的测量场中并且可以进行整个心脏的另一个拍摄。然后在时刻t2(参见图4)进行“扫描收缩”步骤AS，其中在此整个的、由大量的单个测量时刻形成的时间段也仅通过时刻t2来表
/Jn o图3粗略地示意性示出了在这两个先后跟随的测量的整个测量过程期间患者卧榻的速度曲线。为了实现速度曲线与这两个测量之间的心脏阶段匹配，在进行检查台的返回移动之前，最简单地计算与心脏周期一致的暂停并且插入到这两个测量之间。但是，优选 地进行检查台移动路径的长度的动态调整，使得不出现运动暂停并且产生检查台的对于患者来说是舒适的往返运动。该往返运动避免了附加的运动伪影，因为避免了晃动。测量的整个过程如上所述由于EKG信号的预测而先验地进行。替换地，所描述的过程也可以实时地在考虑当前的EKG信号的条件下动态地设计或优化。例如可以利用西门子公司的Somatom Definition Flash按照前面描述的方法在大约仅6s的时间窗中进行在两个心脏阶段中的测量，这允许正常的注射方案(Injektionsprotokoll)的应用。由此，作为两个获取步骤AK的结果呈现投影数据18，所述投影数据是在不同的心脏阶段36、38的不同的拍摄时刻t2被记录的，其中，第一拍摄时刻h位于舒张阶段38，而第二拍摄时刻t2位于心脏12的收缩阶段36。显然，同样可以如下地进行该方法，使得首先在收缩阶段进行拍摄并且然后在舒张阶段进行。例如，可以在用户界面上对于每个扫描个别地确定所期望的心脏周期并且也可以确定多个可能的重复。相应地，调节检查台的各个优化的移动路径的计算或所需的暂
停的计算。现在，参考图5根据投影数据18解释四维图像数据组14的建立过程。在第一步骤中对投影数据18进行重建RE。这样的重建RE对于专业人员是常用的并且由此在这里不再解释。作为重建RE的结果，呈现体积图像数据20。这些图像数据被存储在图像处理装置10的存储单元24中(参见图I)。图像数据20近似表示在两个心脏阶段36、38中拍摄的、跳动的心脏12的三维瞬时照片。因为在两个拍摄时刻h、t2的投影数据18的获取需要一定的测量持续时间，所以图像数据20准确地说包含在测量持续时间期间在不同的测量时刻获取的、多个空间上不同的图像片段。在下一个步骤“分解”ZE中将图像数据20例如分解为单个的层图像，并且然后在对应步骤ZO中将分解后的图像数据40分别与特定的精确的拍摄时刻对应，在这些拍摄时刻获取了被用于重建所涉及的层图像的投影数据。通过分解后的图像数据40与拍摄时刻的该对应，形成一个空间/时间数据组22。在此，分别相对于在心脏周期内部的参考时刻给出所述时刻，而不管在哪个心脏周期中进行了各个图像的拍摄。在下一个步骤“模型选择”MA中，选择合适的参数化的四维图像数据模型34，其描述了在一个整个的心脏周期52期间或者在多个心脏周期上心脏12的内轮廓和外轮廓。这样的四维图像数据模型在此包括心脏12的多个三维数据组58，其在时间上先后布置并且在显示器上播放时对观察者产生跳动的心脏12的印象。在图6中示意性示出了以在时间轴t上的多个三维数据组58形式的这样的四维图像数据模型34。由此四维图像数据模型34是标准化的心脏12的一种“标准录影”，其中，提供对于不同的患者类型的不同的四维图像数据模型以供选择。在下面的匹配步骤AN中进行四维图像数据组34与空间/时间数据组22的匹配，以便产生对于当前的检查对象12的独特的四维图像数据组14，空间/时间数据组22来自于该检查对象。为此，空间/时间数据组22的数据如图6示意性所示，近似作为网格点使用，以便这样设置参数化的四维图像数据模型34的可变参数，使得三维图像数据组58'在时间上的位置上(在所述位置上呈现空间/时间数据组22的图像数据)尽可能好地与所 述图像数据匹配。于是，结果是对于待检查的心脏12的个性化的四维图像数据模型或者说独特的四维图像数据组14。然后，在使用这样产生的四维图像数据组14的条件下可以通过分析心脏运动作出对于当前检查的心脏的功能结论。例如，可以通过分析左心室和右心室的心肌的形状和体积变化来获得关于射血分数、心肌质量等的结论。同样，内心轮廓和外心轮廓关于时间是已知的。然后例如以通常的方式作为极坐标图，例如作为12片段显示，再现从中获得的数据或参数。上面的测量涉及在造影剂给予之后舒张阶段和收缩阶段的测量。两个测量可以利用大约仅ImSv的相对小的剂量的高节距螺旋扫描来进行。优选附加地对于几乎完整的心脏检查在舒张阶段没有造影剂地还进行另一个高节距螺旋扫描(自然测量)。该测量可以利用大约仅0. 3mSv的更小剂量进行。利用这三个测量就已经可以进行以下分析自然测量允许分析和诊断冠状动脉钙化、心脏瓣膜钙化和主动脉钙化。在舒张期中的造影剂测量允许分析和诊断心血管和周围器官。通过组合自然测量和舒张期造影剂测量可以分析所谓的“首过增强心肌灌注(First Pass Enhancement Myocardperfusion) ”。在此实现了可以与双能量测量类似的质量，然而具有明显更低的剂量。通过按照本发明基于舒张期和收缩期的测量建立独特的四维图像数据组14可以实现所有必须的功能性分析。也就是按照本发明的方法总体上允许利用低于3mSv的剂量获得与迄今为止利用高于IOmSv的通常的方法几乎相同的信息。可选地，还可以进行其他附加测量，这些附加测量也分别仅需大约ImSv的剂量。因此，例如在无需进一步的造影剂给予的条件下在等待时间之后进行在舒张阶段的另一个扫描，以便进行心肌(休息相(Rest)或压力相(Stress))的所谓的“后增强(Late Enhancement) ”的分析。为此，将自然测量(在合适地弹性地配准图像数据以降低运动伪影之后)用于校准来自于该附加测量的“后增强心肌灌注(Late EnhancementMyokardsperfusion) ”的心肌图像。由此实现了与具有提取的含碘图像和自然图像的双能量测量情况下类似的质量，然而利用明显更小的剂量。此外，可以在另一次造影剂给予的情况下还进行一个在压力相(Stress)条件下的舒张阶段的测量，以便允许心肌的所谓的压力相和休息相分析(Reststressanalyse)。在此，在相应配准之后还使用自然测量以校准该附加的压力相测量的心肌图像。在该测量中也实现了与具有提取的含碘图像和自然图像的双能量测量情况下类似的质量然而利用明显更小的剂量。最后还要再次指出，上面描述的方法和装置仅仅是本发明的优选实施例，并且在不脱离由权利要求规定的本发明范围的情况下本发明可以由专业人员修改。为完整性 起见，还要指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除，涉及的特征也可以多数地存在。
权利要求
1.一种用于获得检查对象(12)的四维图像数据组(14)的方法，在该方法中， 接受借助计算机断层造影系统(I)在不同的拍摄时刻U1, t2)利用螺旋扫描方法获取(AK)的投影数据(18)， 基于所述投影数据(18)重建检查对象(12)的图像数据(20)并且与拍摄时刻(ti，t2)一起关联为空间/时间数据组(22)，并且 通过改变模型参数在与所述空间/时间数据组(22)匹配( AN)的条件下来个性化预先给出的参数化的四维图像数据模型(34)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述检查对象(12)包括周期性运动的检查对象(12)，优选是心脏(12)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不同的拍摄时刻(ti，t2)包括在至少两个互相隔开的运动阶段(36，38)内部的多个时刻，优选为心脏(12)的收缩阶段(36)和舒张阶段(38)。
4.一种用于在使用计算机断层造影系统(I)的条件下获得检查对象(12)的四维图像数据组(14)的方法，在该方法中，在不同的拍摄时刻(tp t2)利用螺旋扫描方法获取(AK)投影数据(18)，然后基于所述投影数据(18)利用按照上述权利要求中任一项所述的方法重建(RE)检查对象(12)的利用拍摄时刻(tp t2)校正的图像数据(20)，并且基于该图像数据(20)个性化四维图像数据模型(34)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在检查对象(12)的一个运动循环(52)内部采集至少在检查对象(12)的一个运动阶段(36，38)内部在不同的拍摄时刻(ti，t2)所记录的投影数据(18)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，使用具有至少两个X射线管(2，4)的双源计算机断层造影仪(I)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，为了获得检查对象(12)的四维图像数据组(14)在使用计算机断层造影系统(I)的条件下进行多个测量，在这些测量中分别在不同的拍摄时刻U1, t2)借助螺旋扫描方法获取(AK)投影数据(18)，其中，在对检查对象(12)的造影剂给予(KM)之后进行这些测量中的至少一个。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，在计算机断层造影系统(I)的患者卧榻(8)上的所述检查对象(12)相对于计算机断层造影系统(I)的投影拍摄系统根据EKG信号(56)被移动。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，计算机断层造影系统(I)的患者卧榻(8)的相对运动方向在检查对象(12)的第一和第二运动阶段(36，38)中的投影数据的拍摄之间被反向。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其特征在于，在螺旋扫描方法期间以至少3的节距运行计算机断层造影系统(I)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在开始获取(AK)投影数据(18)之前，所述患者卧榻(8)在加速阶段(TB)期间相对地被加速到测量速度。
12.一种用于基于计算机断层造影测量确定检查对象、特别是心脏(12)的结构和/或功能数据的方法，其中，利用上述权利要求中任一项所述的方法产生检查对象(12)的四维图像数据组(14)并且针对结构和/或功能数据分析该四维图像数据组(14)。
13.一种图像处理装置，具有 -接口(24)，用于接受借助计算机断层造影系统(I)在不同的拍摄时刻(ti，t2)利用螺旋扫描方法获取(AK)的检查对象(12)的投影数据(18)和用于接受包含了关于与该投影数据(18)对应的拍摄时刻(ti，t2)的信息的时间数据， -重建装置(26)，用于根据投影数据(18)重建检查对象的(12)图像数据并且与拍摄时刻U1, t2) 一起关联为空间/时间数据组(22)， -模型接口(28)，用于接受预先给出的参数化的四维图像数据模型(34)， -模型个性化装置(30)，用于通过改变模型参数与所述空间/时间数据组(22)匹配(AN)来个性化该四维图像数据模型(34)。
14.一种计算机断层造影系统(I)，具有用于获取检查对象的投影数据组的至少一个X射线源和至少一个探测器，并且具有根据权利要求13所述的图像处理装置(10)。
15.一种计算机程序产品，其可以被直接加载到图像处理装置(10)和/或计算机断层造影系统(I)的存储器中，具有程序代码段，以便当所述程序在图像处理装置(10)和/或计算机断层造影系统(I)中被运行时执行按照权利要求I至12中任一项所述的方法的所有步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于在使用计算机断层造影系统(1)的测量数据的条件下获得检查对象(12)的四维图像数据组(14)的方法，在该方法中接受借助计算机断层造影系统(1)在造影剂引入(KM)至检查对象(12)后不同的拍摄时刻(t1，t2)利用螺旋扫描方法获取(AK)的投影数据(18)。然后基于投影数据(18)重建检查对象(12)的图像数据(20)并且与拍摄时刻(t1，t2)一起关联为一个空间/时间数据组(22)。然后通过改变模型参数在与空间/时间数据组(22)匹配(AN)的条件下来个性化预先给出的参数化的四维图像数据模型(34)。此外，描述了图像处理装置(10)以及具有这样的图像处理装置(10)的计算机断层造影系统(1)。
文档编号A61B6/03GK102727233SQ20121006841
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月15日 优先权日2011年3月31日
发明者C.希尔菲尔德, G.哈拉斯, J.尤布勒, S.赛森 申请人:西门子公司