用于产生造影剂支持的x射线图示的方法和x射线系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于产生具有注入的造影剂的患者（P）的至少一个X射线图示的方法，其使用X射线探测器和具有能量谱的X射线，其中，所使用的能量谱通过至少一个在射线途径（7）中布置在患者（P）前面的过滤器（3）来修改，为了产生对于X射线图示的探测器数据，患者（P）吸收一个剂量并且X射线图示具有CNR值，该值表示了在图像中最大对比度与噪声的比。按照本发明，将能量谱和造影剂在考虑患者（P）的待透射的厚度的条件下通过附加过滤器（1）这样互相调整，使得从按照实验产生的或仿真的X射线图示中获悉的优化标准得到最大化。此外，本发明还涉及一种用于在不同的检查中在执行上述方法和应用X射线系统的条件下产生具有注入的造影剂的患者（P）的至少一个X射线图示的X射线系统（C1）。
【专利说明】用于产生造影剂支持的X射线图示的方法和X射线系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于产生具有注入的造影剂的患者的至少一个X射线图示的方法，其使用X射线探测器和在阳极上产生的、具有韧致辐射和特征辐射的能量谱的X射线，其中，所使用的能量谱通过至少一个在射线途径中布置在患者前面的过滤器来修改，为了产生对于X射线图示的探测器数据，患者吸收一个剂量并且X射线图示具有CNR值，该值表示了在图像中在软组织和造影剂之间的最大对比度与噪声的比。此外，本发明还涉及一种用于产生具有注入的造影剂的患者的至少一个X射线图示的X射线系统。
【背景技术】
[0002]在医学诊断中借助计算机断层造影非介入显示内部身体结构和器官是一种广泛使用的方法。在此可以实现在骨和软组织之间的高的对比度。但是，在不同的软组织之间的对比度由于小的吸收区别而仅有限地适用于诊断。因此，为了提高特定身体结构及体液的对比度而应用造影剂。其包含强烈吸收X射线的元素，以便由此实现与具有低吸收的周围组织的高的图像对比度。在借助X射线的放射学成像中目前使用含碘的造影剂(KM)用于显示体液、器官和病理过程。但是由于其吸收特性，在对于管电压>80kV的X射线诊断中，碘不是用于增强对比度的最佳元素。这点特别地适用于计算机断层造影，在计算机断层造影中目前使用直到140kV的管电压。在所使用的X射线辐射的能量范围中造影剂(KM)的X射线密度随着造影剂元素的原子序数增加。因此，特别地对于CT讨论更高的原子序数的造影剂的使用，作为吸收元素，除了镧系元素(Pietsch et.al “Efficacy andsafety of lanthanoids as X-ray contrast agents，，in.Eur J Radiol, Epub ahead ofprint2009;W02007/051739)之外，还建议铪、铼、钽或钨(W097/03994;W097/03993)。但是，所有的造影剂尽管具有高的安全性特征还是都会出现不期望的副作用。
[0003]尽管如此，目前为X射线诊断所使用的造影剂的最大部分基于碘作为衰减X射线的主要成分。对此目前的设备技术是最佳的。在造影剂的元素选择时一般的规则是，元素应当具有尽可能高的核电荷数，因 为X射线吸收随着核电荷数强烈增加。但是随着核电荷数增加，使用的元素的k边也移动到对于X射线的诊断的能量窗。在高于k边的能量的情况下吸收突变地增加，从而X射线设备的设计不再简单地在于，尽可能软的X射线辐射得到在水和造影剂之间的最好的对比度。
【发明内容】
[0004]因此，本发明要解决的技术问题是，一方面，在同时改进的或至少相对于现有技术来说没有恶化的图示的情况下，减小在拍摄X射线图示时施加的射线剂量Dy。此外，在待显示的区域中存在对造影剂的吸收的情况下应当将造影剂剂量、也就是身体中的造影剂浓度尽可能降低。
[0005]该技术问题通过独立权利要求的特征解决。本发明的有利扩展是从属权利要求的内容。[0006]发明人已经认识到以下:
[0007]图示的品质或者说两个不同的组织类型或含有造影剂的组织与周围的没有造影剂的组织的边界，可以定量地通过在两种组织类型或具有和没有造影剂的组织之间的对比度-噪声比(=contrast to noise ratio=CNR)来描述。这从一种组织类型的或者说含有造影剂的组织的图像信号S1和图像噪声R1以及另一种组织类型或者说没有造影剂的组织的信号S2和相应的噪声R2得到。按照以下关系确定:
[0008]
[0009]在放射学诊断中在患者中输入的射线剂量应当尽可能小，以便不会使得患者不必要地遭受离子射线。此外在身体中还应当呈现尽可能少的造影剂以便最小化潜在的不期望的副作用。造影剂支持的X射线诊断的目的是在尽可能小的射线剂量的情况下尽可能高的CNR。输入的射线剂量确定图像噪声。理论上成立在射线剂量Dy和图像噪声R1或R2之间的以下关系:
【权利要求】
1.一种用于产生具有注入的造影剂的患者(P)的至少一个X射线图示的方法，其使用X射线探测器和在阳极上产生的、具有韧致辐射和特征辐射的能量谱的X射线，其中，所使用的能量谱通过至少一个在射线途径(7)中布置在患者(P)前面的过滤器(3)来修改，为了产生对于X射线图示的探测器数据，患者(P)吸收一个剂量并且X射线图示具有CNR值，该值表示了在图像中最大对比度与噪声的比， 其特征在于， 将能量谱和造影剂在考虑患者(P)的待透射的厚度的条件下通过附加过滤器(I)这样互相调整，使得从按照实验产生的或仿真的X射线图示中获悉的优化标准得到最大化。
2.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，作为优化标准，将患者的X射线图示的对比度-噪声比的平方(CNR2)和由患者对于该X射线图示所吸收的剂量(Dy)之比(CNR2/Dy)最大化。
3.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，作为优化标准，将患者(P)的X射线图示的对比度-噪声比(CNR)与患者(P)中注入的造影剂剂量(Dk)之比(CNR/DK)最大化。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，这样选择由附加过滤器 (I)的主要吸收的材料和造影剂的主要形成对照的材料的组合，使得附加过滤器(I)的吸收的材料的k边在能量上在造影剂的主要形成对照的材料之上。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，在使用逻辑电路或逻辑编程的情况下在确定或输入不可变的拍摄参数之后，建议或自动调节至少另一个可变的拍摄参数。
6.根据上述权利要求5所述的方法，其特征在于，以下列表中的参数中的至少一个作为不变的拍摄参数:患者直径、造影剂剂量、造影剂的材料或者说元素、CNR、规定的要施加的患者剂量。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，作为可变的拍摄参数，使用以下列表的参数中的至少一个，只要其没有被作为不可变的拍摄参数选择:最大的光子能量、阳极材料、附加过滤器的材料、附加过滤器的厚度、造影剂的材料或者说元素、造影剂剂量、CNRjf定的要施加的患者剂量。
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，通过如下进行优化标准的最大化，即，实施以下方法步骤: 8.1.确定在待拍摄的区域中患者(P)的平均厚度， 8.2.引入在考虑患者(P)的平均厚度的条件下利用多个不同的能量谱的拍摄的测试结果，和确定在无造影剂的组织和积聚了造影剂的体液或组织之间或者在患者(P)的整个图示的最大的和最小的图像值之间的所属的CNR值， 8.3.选择能量谱和造影剂的具有对于优化标准的最大的值的设置， 8.4.调节所选择的设置，并且 8.5.利用所选择的设置产生患者的至少一个投影。
9.根据上述权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在考虑在拍摄区域中患者(P)的平均厚度的条件下仅测试由能量谱的最大能量、所使用的附加过滤器材料和造影剂构成的设置，其中: -附加过滤器材料的k边位于在没有附加过滤器的条件下的韧致谱的最大值和能量谱的最大能量之间，和-造影剂的k边位于在没有附加过滤器的条件下的韧致谱的最大值和附加过滤器材料的k边之间。
10.根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，为了对于测试结果改变能量谱，改变能量谱的最大能量。
11.根据上述权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，为了对于测试结果改变能量谱，改变阳极材料。
12.根据上述权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了对于测试结果改变能量谱，改变至少一个在射线途径中布置在患者前面的附加过滤器的层厚。
13.根据上述权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，为了对于测试结果改变能量谱，改变至少一个在射线途径中布置在患者(P)前面的附加过滤器(I)的材料。
14.根据上述权利要求13所述的方法，其特征在于，为了对于测试结果改变能量谱，作为附加过滤器，使用不同的过滤器，其过滤器材料主要来自于以下列表的材料中的至少一个或以下列表的多个材料的组合: 铱(核电荷数 Z=77)、钼(Z=78)、金(Z=79)、汞(Z=80)、铅(Z=82)、铋(Z=83)。
15.根据上述权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，对于测试结果，改变在造影剂中产生对比度的材料。
16.根据上述权利要求15所述的方法，其特征在于，作为造影剂中产生对比度的材料，使用以下列表中的材料或材料组合: 铼(核电荷数 Z=75 )、铪(Z=72 )、钽(Z=73 )、钨(Z=74 )。
17.根据上述权利要 求16所述的方法，其特征在于，产生对比度的材料的该列表还包含:镧系元素的组的元素(核电荷数Z=58至71)。
18.根据上述权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于，作为患者(P)的X射线图示，使用投影的X射线图像。
19.根据上述权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于，作为患者(P)的X射线图示，使用二维或三维断层造影的图像表示。
20.根据上述权利要求8至19中任一项所述的方法，其特征在于，通过至少在拍摄区域中从至少一个投影方向建立至少一个定位片来确定拍摄区域中患者(P)的平均厚度。
21.根据上述权利要求8至20中任一项所述的方法，其特征在于，通过至少在拍摄区域中的光学扫描(激光扫描或至少一个光学拍摄)来确定在拍摄区域中患者(P)的平均厚度。
22.根据上述权利要求8至21中任一项所述的方法，其特征在于，基于体重、身高和可选的性别说明，来估计在拍摄区域中患者(P)的平均厚度。
23.一种用于结合X射线系统与造影剂来进行X射线拍摄的方法，其中造影剂包含元素铼、铪、钽或鹤，其中在积聚了造影剂的组织和周围组织之间的对比度-噪声比被提高，其特征在于，将使用核电荷数77 (铱)、78 (钼)、79 (金)、80 (萊)、82 (铅)或83 (铋)的元素的附加过滤器(I)引入射线途径中在X射线管前面，其光谱地修改由X射线管发射的辐射。
24.一种用于结合X射线系统与造影剂来进行X射线拍摄的方法，其中造影剂包含至少一个元素铼、铪、钽或钨，其特征在于，使用其中存在核电荷数77 (铱)、78 (钼)、79 (金)、80(汞)、82 (铅)或83 (铋)的至少一个元素的至少一个附加过滤器(I)并且将其引入到射线途径中在X射线管之前，并且所述附加过滤器(I)光谱地修改由X射线管发射的辐射，其中，重建计算机支持的断层造影图像，并且图像对比度的提高除了增加图像质量之外还用于降低射线剂量或造影剂剂量。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，所述方法在CT血管造影、动态的造影剂增强的CT或造影剂增强的CT肿瘤诊断中使用。
26.一种用于产生具有注入的造影剂的患者(P)的至少一个X射线图示的X射线系统(Cl)，具有: 26.1至少一个阳极，用于产生具有韧致辐射和特征性辐射的能量谱的X射线辐射， 26.2至少一个X射线探测器(C3，C5)，用于逐像素地测量透射患者(P)的X射线辐射， 26.3至少一个在至少一个阳极和至少一个X射线探测器(C3，C5)之间的射线途径中在患者(P)前面的过滤器，其修改所使用的能量谱，其中患者为了产生对于X射线图示的探测器数据而吸收一个剂量并且X射线图示具有CNR值，该值示出了图像中的最大对比度与噪声之比， 26.4至少一个计算处理器(C10)，其具有至少一个存储器，在所述存储器中存储了具有用于执行的计算和控制指令的计算机程序(Prg1-Prgn),所述指令在运行中控制X射线系统(Cl)并且从所接收的探测器数据中产生X射线图示， 其特征在于， 26.5存储至少一个计 算机程序(Prg1-Prgn),其在运行中执行上述方法权利要求之一的方法步骤。
27.根据前述权利要求26所述的X射线系统，其特征在于，其是C形臂系统。
28.根据前述权利要求26所述的X射线系统，其特征在于，其是计算机断层造影系统。
29.根据前述权利要求26所述的X射线系统，其特征在于，其是用于产生仅投影的X射线图示的系统。
30.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在CT血管造影中的应用，以降低在患者(P)中沉积的射线剂量。
31.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在CT血管造影中的应用，以提高图像质量和由此主要在冠状血管造影中和在更小的和外围的血管的血管造影中的诊断说服力。
32.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在动态的造影剂支持的CT成像中的应用，诸如多阶段-肝脏诊断、大脑灌注、肿瘤灌注或心肌灌注，以降低在患者(P)中沉积的射线剂量。
33.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在动态的造影剂支持的CT成像中的应用，诸如多阶段-肝脏诊断、大脑灌注、肿瘤灌注或心肌灌注，以提高图像质量和由此从中导出的功能性参数的精度。
34.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在造影剂支持的CT肿瘤诊断中的应用，以降低在患者(P)中沉积的射线剂量。
35.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在造影剂支持的CT肿瘤诊断中的应用，以提高图像质量和由此的诊断说服力。
36.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在造影剂支持的CT成像中的应用，以降低造影剂剂量，主要对于肾功能不全的患者或具有造影剂不相容的患者。
37.按照权利要求26至29中任一项所述的X射线系统或按照前述方法权利要求中任一项所述的方法在患者的双能量CT检 查中的应用，其中，患者(P)同时或先后具有带有不同的原子序数的一种或多种造影剂。
【文档编号】A61K49/04GK103429156SQ201280005614
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年1月17日 优先权日:2011年1月18日
【发明者】M.格拉斯鲁克, G.乔斯特 申请人:西门子公司, 拜耳知识产权有限责任公司