用于计算机断层扫描仪的方法和计算机断层扫描仪
阅读：720发布：2020-05-12
专利汇可以提供用于计算机断层扫描仪的方法和计算机断层扫描仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于拍摄患者(P) 指定 组织的 X射线 投影的方法以及一种计算机 断层 扫描仪 ，其中，具有至少一个X射线源(6)和至少一个X射线探测器(7)以及等中心(IZ)的X射线系统和患者(P)在拍摄X射线投影时沿 计算机断层扫描 仪(1)延伸经过等中心(IZ)的系统轴线(S)的方向进行相对移动调节，其中，指定的组织具有沿其进行扫描的中心线(M)或组织轴线(G)，但中心线(M)或组织轴线(G)不平行于系统轴线(S)，其中，X射线系统和患者(P)受调节彼此相对进行组合移动，使得中心线(M)或组织轴线(G)移动经过X射线系统的等中心(IZ)。，下面是用于计算机断层扫描仪的方法和计算机断层扫描仪专利的具体信息内容。
1.一种用于在使用计算机断层扫描仪(1)进行的螺旋扫描中拍摄患者(P)指定组织的X射线投影的方法，其中，具有至少一个X射线源(6)和至少一个X射线探测器(7)以及等中心(IZ)的X射线系统和所述患者(P)在拍摄X射线投影时受调节沿所述计算机断层扫描仪(1)延伸经过所述等中心(IZ)的系统轴线(S)的方向彼此相对移动，其中，所述指定的组织具有沿其进行扫描的中心线(M)或组织轴线(G)，但所述中心线(M)或所述组织轴线(G)不平行于所述计算机断层扫描仪(1)延伸经过所述X射线系统的等中心(IZ)的系统轴线(S)，其中，所述X射线系统和所述患者(P)受调节彼此相对进行组合移动，使得所述中心线(M)或所述组织轴线(G)移动经过所述X射线系统的等中心(IZ)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述患者(P)平躺在检查台(9)上，其中，所述检查台(9)或所述检查台(9)的至少一个部件(10，11)在拍摄所述X射线投影时受调节在高度上和/或横向于所述系统轴线(S)移动，使得所述中心线(M)或所述组织轴线(G)移动经过所述X射线系统的等中心(IZ)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述X射线系统在拍摄所述X射线投影时受调节在高度上和/或横向于所述患者(P)移动，使得所述中心线(M)或所述组织轴线(G)移动经过所述X射线系统的等中心(IZ)。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述X射线系统在拍摄所述X射线投影时附加地围绕至少一条垂直于所述系统轴线(S)延伸的轴线(K)倾斜。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，在使用所述计算机断层扫描仪(1)进行螺旋扫描之前拍摄所述患者(P)的至少一个定位片(21)，在所述定位片(21)中标记所述指定组织的中心线(M)或组织轴线(G)的走向。
6.如权利要求5所述的方法，其中，根据在所述至少一个定位片(21)中标记的、所述指定组织的中心线(M)或组织轴线(G)的走向进行所述组合移动式调节。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中，在所述至少一个标记出所述中心线(M)或所述组织轴线(G)走向的定位片(21)中相对所述中心线(M)或所述组织轴线(G)附加地标记一个或多个位置，在该一个或多个位置，所述X射线系统应相对于所述患者(P)倾斜。
8.如权利要求7所述的方法，其中，分别为每个标记出的位置规定倾斜角。
9.一种计算程序(15)，该计算程序(15)实施如权利要求1至8之一所述的方法。
10.一种数据载体(16、17)，该数据载体(16、17)具有如权利要求9所述的计算程序(15)。
11.一种计算机断层扫描仪(1)，该计算机断层扫描仪(1)包括一个具有如权利要求9所述的计算程序(15)的计算单元(14)。
用于计算机断层扫描仪的方法和计算机断层扫描仪
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于在使用计算机断层扫描仪进行的螺旋扫描中拍摄患者指定组织的X射线投影的方法。本发明还涉及一种实施该方法的计算程序、具有该计算程序的数据载体以及一种带有计算单元的计算机断层扫描仪，在该计算单元中装有所述计算程序以便执行。
背景技术
[0002] 在计算机断层成像技术中，以顺序扫描或螺旋扫描方式对患者进行扫描。在例如通过第三代计算机断层扫描仪进行的螺旋扫描中，一般在检测台高度和机架的翻转角相对患者不变时进行扫描。在螺旋扫描之前，带有患者的患者支承板首先一般相对于计算机断层扫描仪延伸经过X射线系统的等中心的系统轴线定向，使得系统轴线延伸经过患者待扫描的、受关注的组织。在螺旋扫描时，带有患者的患者支承板沿系统轴线的方向移动经过由X射线系统定义的测量范围，受关注的组织因此位于X射线系统的等中心，由此可以生成受关注组织质量不变的断层图像。
[0003] 但也存在这样的患者组织，尤其是在一定长度上延伸的组织，例如大腿骨或脊柱，它们无法以上述方式完全扫描到，因为大腿骨或脊柱的走向在患者平躺于患者支承板上时不与患者支承板的表面或机架的系统轴线平行。因此，在患者支承板调节运动时，大腿骨或脊柱的区段不在X射线系统的等中心上，因此大腿骨或脊柱产生的断层图像视大腿骨或脊柱相对等中心的位置而定地具有相互不同的图像质量。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法、一种计算程序、一种数据载体以及一种开头所述类型的计算机断层扫描仪，从而可以改善在螺旋扫描期间生成的组织断层图像的图像质量，尤其是改善中心线或组织轴线在患者平躺于患者支承板上时不平行于计算机断层扫描仪的系统轴线延伸的组织的断层图像的图像质量。
[0005] 按本发明该技术问题通过一种用于在使用计算机断层扫描仪进行的螺旋扫描中拍摄患者指定组织的X射线投影的方法解决，其中，具有至少一个X射线源和至少一个X射线探测器以及等中心的X射线系统和患者在拍摄X射线投影时受调节沿计算机断层扫描仪延伸经过等中心的系统轴线的方向彼此相对移动，其中，指定的组织具有沿其进行扫描的中心线或组织轴线，但中心线或组织轴线在患者平躺在检查台上时不平行于计算机断层扫描仪延伸经过X射线系统的等中心的系统轴线，其中，X射线系统和患者受调节彼此相对进行组合移动或合成移动，使得中心线或组织轴线移动经过X射线系统的等中心。
[0006] 因此本发明的发明人建议，根据有待在断层图像或立体数据组中成像的、指定关注的组织的中心线或组织轴线的走向对X射线系统和患者进行相互调节。因为中心线或组织轴线在患者平躺于检查台上时不平行于计算机断层扫描仪的系统轴线或例如不平行于检查台的患者支承板表面，所以X射线系统和患者的相对移动式调节不是单纯呈直线地沿系统轴线方向进行，而是还具有至少一个横向于系统轴线的运动分量。以这种方式可以实现，有待在断层图像中成像的、指定关注的组织在拍摄X射线投影时总是至少部分地位于X射线系统的等中心或X射线系统的摄影平面的等中心，由此可以生成或重建指定关注的组织质量不变的断层图像。
[0007] 此外，扫描，尤其是螺旋扫描理解为从不同的投影方向拍摄患者组织的X射线投影，尤其是二维的X射线投影，其中，X射线系统和患者持续地相对移动。
[0009] 按本发明的一种变型方案，患者平躺在检查台上，其中检查台或检查台的至少一个部件在拍摄X射线投影时受调节在高度上和/或横向于系统轴线地移动，使得中心线或组织轴线移动经过X射线系统的等中心。在第三代计算机断层扫描仪中，机架一般不平移，而是位置固定的。而且例如检查床或患者支承台承接患者的患者支承板在起初相对机架进行高度调节后沿系统轴线的方向直线地调节。在本发明的该变型方案中，检查台或检查台的至少一个部件在拍摄X射线投影时附加地在高度上和/或横向于系统轴线这样进行调节，使得中心线或组织轴线移动经过X射线系统的等中心。但也存在具有“滑动机架”的第三代计算机断层扫描仪，其中，机架相对于在高度上进行了调节的检查台在拍摄X射线投影时直线地进行调节。因此在本发明的这种实施形式中，检查台的患者支承板不进行沿系统轴线方向的直线调节运动，而是检查台或检查台的至少一个部件仅在高度上和/或横向于系统轴线地进行调节。两个变型方案之间的混合形式在此也包含在本发明中。
[0010] 按本发明的另一种变型方案，X射线系统在拍摄X射线投影时在高度上和/或横向于患者地进行移动调节，使得中心线或组织轴线移动经过X射线系统的等中心。在本发明的该实施形式中，例如通过调节患者支承板进行沿系统轴线的直线运动，而通过X射线系统或具有X射线系统的机架相应在高度上和/或横向于患者地进行移动调节，以便与中心线或组织轴线的走向匹配。在此也可以附加地在高度上和/或横向地调节移动例如患者支承板。此外，调节运动可以仅由X射线系统按照“滑动机架”的样本进行，以便除了X射线系统或机架的直线运动还进行高度和/或横向的调节。在这种情况下，变型方案之间的混合形式也包括在本发明中。
[0011] 按本发明的一种实施形式，X射线系统在拍摄X射线投影时附加地围绕至少一条垂直于系统轴线延伸的轴线倾斜或倾翻。该倾翻轴线一般相对于系统轴线水平延伸(在水平平面内延伸)。通过X射线系统或具有X射线系统的机架的倾斜或倾翻可以产生指定关注的组织垂直于中心线或组织轴线定向的断层图像或横截面图像。
[0012] 按本发明的一种设计方案，在使用计算机断层扫描仪进行螺旋扫描之前拍摄患者的至少一个定位片(Topogramm)，在该定位片中标记指定组织的中心线或组织轴线的走向。在拍摄至少一个定位片时，X射线系统和患者仅直线地相对移动。大多从前向后地或从侧面拍摄定位片。但也可以沿两个方向分别拍摄一幅定位片。若例如需要扫描患者的脊柱，则将患者定位在例如患者支承板上，并且在X射线系统从其垂直的原始位置旋转90度时，也就是从侧面地拍摄患者脊柱的定位片，其中，仅直线地沿系统轴线方向相对X射线系统调节患者支承板。在这种情况下，可以在该定位片中将脊柱的中心线或者描绘出脊柱双S形的脊柱纵轴线画成或标记为用于脊柱的组织轴线。脊柱的中心线不平行于可同样记入定位片中的系统轴线并且组织轴线一般也相对系统轴线倾斜。
[0013] 按本发明的另一种设计方案，根据在至少一个定位片中标记的、指定组织的中心线或组织轴线的走向进行X射线系统和患者的组合移动式调节。在此，优选自动地由中心线或组织轴线标记的走向计算出中心线或组织轴线走向相对系统轴线的偏差，并且将其转换成例如用于患者支承板和/或X射线系统的高度调节的控制数据。
[0014] 本发明的一种变型方案规定，在所述至少一个标记出中心线或组织轴线走向的定位片中相对中心线或组织轴线附加地标出一些位置或位置点，在这些位置或位置点，X射线系统应相对于患者倾斜或倾翻，以便可以尽可能垂直于中心线或组织轴线地拍摄指定关注的组织的X射线投影，并因此可以以简单的方式产生或重建垂直于中心线或组织轴线定向的组织断层图像。
[0015] 优选还为每个标记出的位置规定或自动规定或算出倾斜角或倾翻角，调整该倾斜角，使得可以尽可能垂直于中心线或组织轴线地拍摄指定关注的组织的X射线投影。
[0017] 在示意性的附图中描述本发明的一个实施例。附图中：
[0018] 图1是计算机断层扫描仪以及
[0019] 图2是图1中患者的定位片。
具体实施方式
[0020] 在附图中，相同或功能相同的元件完全配设有相同的附图标记。这些附图所示只是示意性的，并没强制性地按比例。下面对于计算机断层扫描仪1在不限制一般性的情况下仅描述到为理解本发明所需的程度。
[0021] 图1中示出的计算机断层扫描仪1包括机架2，该机架具有固定部分3和围绕系统轴线S可旋转的部分4。可旋转的部分4在本发明的实施例中具有包括X射线源6和X射线探测器7的X射线系统，该X射线源6和X射线探测器7相对置地布置在可旋转的部分4上。此外，机架2或可旋转的部分4还具有等中心IZ，该等中心IZ位于系统轴线S上并且表示X射线系统转动所围绕的点或中点。在计算机断层扫描仪1运行时，X射线束8从X射线源6中朝X射线探测器7的方向射出，穿透测量物体并且以测量数据或测量信号的形式由X射线探测器7检测到。
[0022] 机架2还包括其上布置有机架2的固定部分3和可旋转部分4的基座5。机架2的固定部分3和可旋转部分4可共同相对基座5围绕倾翻轴线K沿双向箭头a的方向倾斜或翻转。机架2的倾翻轴线K垂直于系统轴线S地布置并且基本上水平地延伸。为使机架2的固定部分3和可旋转部分4可以相对基座5围绕倾翻轴线K倾斜或倾翻，在基座5的至少一侧设有一个在图1中示意性表示的支承和驱动单元20。
[0023] 计算机断层扫描仪1还具有用于安置待检查的患者P的检查台9。检查台9包括一个台座10，其上设有一块设计用于真正承接患者P的患者支承板11。在本发明的这个实施例中，患者支承板11这样设置在台座10上，使得该患者支承板11可相对台座10沿系统轴线S的方向进行调节。因此，患者支承板11可以与患者P共同导入用于在例如螺旋扫描中拍摄患者P的二维X射线投影的、机架2的门洞或通道12中。此外，在本发明的这个实施例中，台座10在高度上可调节。
[0024] 借助示意性表示的、计算机断层扫描仪1的成像计算机13计算处理通过X射线系统拍摄的二维X射线投影或根据二维X射线投影的测量数据或测量信号重建断层图像、三维图像或三维数据组。
[0025] 计算机断层扫描仪1还具有一个与成像计算机13连接的计算单元14，通过该计算单元14可执行并且执行用于操作和控制计算机断层扫描仪1的计算程序。计算单元14在此不必设计成单独的计算单元14，而是可以另外也作为所述成像计算机13集成到计算机断层扫描仪1中。
[0026] 在本发明的这个实施例中，将一个计算程序15装入计算单元14中，该计算程序15实施一种按本发明的用于改善组织断层图像质量的方法，该组织的中轴线或组织轴线在患者平躺于患者支承板上时不平行于患者支承板表面或X射线系统的系统轴线。计算程序15在此表示一种用于计算机断层扫描仪1的特殊运行模式并且可以从可移动的数据载体，例如CD16或记忆棒或经由网络18从服务器17装入计算单元14中，该网络18可以是公共网络也可以是诊所或医院的内部网络。
[0027] 在本发明的该实施例中，需要检查患者P的脊柱，即，应沿系统轴线S的方向生成患者P的脊柱前后相续的断层图像，这些断层图像应当具有尽可能高且不变的质量。
[0028] 为此，在该方法中，首先以本身已知的方式获得一幅患者P具有脊柱的身体区域的定位片。在患者P平躺于患者支承板11上之后，该患者支承板11通过台座10在高度上调节成，使得X射线系统的系统轴线S至少近似地延伸经过患者P的脊柱。患者支承板11的表面和X射线系统的系统轴线S在此相互平行地延伸。如图1所示，使X射线系统从其垂直的原始位置旋转90度到侧面的位置。在本发明的这个实施例中，在X射线系统的所述侧面位置中拍摄定位片，其中，呈直线地沿系统轴线的方向调节带有患者P的患者支承板11。
[0029] 在图2中示意性地示出拍摄的定位片21，如它在计算单元14的显示设备22上示出的那样。在此，当前在可见地示出脊柱W的定位片21中绘出系统轴线S的走向。此外，在定位片21中记录或标记脊柱W的中心线M以及脊柱W的组织纵轴线G，其中，脊柱W的组织纵轴线G记录了脊柱W的双S形。脊柱W的中轴线M以及组织纵轴线G的标记或记录可以手动地借助配属于计算单元14的输入器件，例如计算机鼠标或自动地例如借助图形识别算法实现。
[0030] 如从图2清楚可见，脊柱W的中心线M不平行于系统轴线S延伸，并且组织纵轴线G也相对系统轴线S倾斜。若如迄今普遍地在进行螺旋扫描时仅直线地沿表明等中心IZ位置的系统轴线S的方向调节患者支承板11，则中心线M和组织纵轴线G大多不会在等中心IZ上。
[0031] 出于此原因，根据在定位片21中标记的、中心线M的走向和系统轴线S的已知走向，沿系统轴线S计算中心线M和系统轴线S之间的距离并且由计算单元14转换成用以调节患者支承板11和台座10的控制信号。在本发明的该实施例中，系统轴线S沿图1中画出的直角坐标系的z轴线的方向延伸并且中心线M相对系统轴线S仅具有沿x轴线方向的偏差。因此，算出的控制信号是与台座10的高度调节有关的信号。
[0032] 以相同的方式根据在定位片21中标记的、组织纵轴线G的走向和系统轴线S的已知走向，沿系统轴线S计算组织纵轴线G与系统轴线S之间的距离并且由计算单元14转换成用以调节患者支承板11或台座10的控制信号。在本发明的该实施例中，在所述情况下组织纵轴线G相对系统轴线S也仅具有沿x轴线方向的偏差。因此，为组织纵轴线G算出的控制信号同样也只是与台座10的高度调节有关的信号。
[0033] 此外，对于定位片21中的中心线M，可以沿中心线M规定这样一些部位或位置点，在这些位置点处机架2应围绕倾翻轴线K尤其这样倾斜或翻转，使得在螺旋扫描时通过X射线系统垂直于中心线M地拍摄X射线投影。用户可以逐个地通过手动给定倾斜角或通过基于中心线M和系统轴线S自动确定相应的倾斜角在定位片21中标记或标出这些重要的部位或位置点。由这些给定的信息通过计算单元14生成用于机架2倾斜的相应倾斜控制信号。但也可以表示或在这种情况下选择整条中心线M，从而在螺旋扫描时实际地根据中心线M和系统轴线S的走向使机架2进行连续地匹配或倾斜。为此，通过计算单元14为中心线M的整个走向产生用以围绕倾翻轴线K连续地倾翻或倾斜运动的相应倾斜控制信号。
[0034] 以相同的方式，可以根据组织纵轴线G和系统轴线S为组织纵轴线G这样确定倾斜角，使得垂直于组织纵轴线G拍摄X射线投影。可以由定位片通过计算单元14生成相应的倾斜控制信号。
[0035] 为实施螺旋扫描，用户可以选择沿中心线M扫描还是沿组织纵轴线G扫描，其中，对于这两种变型方案均具有有关台座10高度调节的控制信号和有关机架2或X射线系统倾斜的控制信号。
[0036] 若用户选择沿中心线M进行螺旋扫描，则在本发明实施例的情况下，在X射线系统围绕等中心IZ或系统轴线S旋转时，沿系统轴线S或z轴的方向连续地调节患者支承板11。该调节运动与台座10根据之前算出的控制信号的高度调节叠加，通过这种高度调节实现，在沿系统轴线S或z轴线的方向调节患者支承板11时脊柱的中心线M移动经过等中心IZ。
同时根据之前算出的倾斜控制信号，机架2或X射线系统围绕倾翻轴线K进行相应的倾斜，由于中心线M的波浪形状，这种相应的倾斜是一种沿双向箭头a方向的连续倾斜运动。
同时根据之前算出的倾斜控制信号，机架2或X射线系统围绕倾翻轴线K进行相应的倾斜，由于中心线M的波浪形状，这种相应的倾斜是一种沿双向箭头a方向的连续倾斜运动。
[0037] 作为备选，用户可以选择沿组织纵轴线G进行螺旋扫描。在这种情况下，在X射线系统围绕等中心IZ或系统轴线S旋转时还沿系统轴线S或z轴线的方向连续地调节患者支承板11。这种调节运动与台座10根据之前算出的控制信号的高度调节叠加，通过这种高度调节又实现，在患者支承板11沿系统轴线S或z轴线方向调节时脊柱的组织纵轴线G移动经过等中心IZ。对于沿组织纵轴线G的螺旋扫描来说，机架仅按算出的控制信号倾斜一次并且在扫描期间保持在该位置。
[0038] 在螺旋扫描的上述两种情况下，可由成像计算机13重建患者P脊柱的高质量的断层图像，因为在拍摄X射线投影时中轴线M或组织纵轴线G移动经过X射线系统的等中心IZ。
[0039] 为控制所述方法，例如在计算单元14上优选提供一个图型的用户界面。通过图型的按钮例如还可以使计算单元14参照系统轴线S根据中心线M或组织纵轴线G计算用以在此情况下调节台座10高度的控制信号，以及根据中心线M或组织纵轴线G计算倾斜控制信号。此外，能够按本身已知的方式进行其它可选扫描参数的调节并最终启动螺旋扫描。
[0040] 与本发明的上述实施例不同，为螺旋扫描可以仅使用脊柱的中心线或者仅使用描绘脊柱的组织纵轴线，因此也仅为分别选择的变型方案产生相应的控制信号。
[0041] 除了侧面的定位片，至少还可以产生优选沿从前向后方向的另一幅定位片，以便例如可以进行由于脊柱的中心线或组织纵轴线相应的走向而可能需要的、沿X射线系统和患者的y方向彼此相对的横向调节移动。也就是说如果中心线或组织纵轴线具有相应的y分量，则除了高度的调节还可以进行沿y轴线方向的侧向调节。若致使中心线或组织纵轴线移动经过等中心的调节运动包含x分量和y分量，则一般称为相对系统轴线S的横向调节。
[0042] 所述方法的应用并不局限在脊柱的螺旋扫描上。而也可以按照该方法扫描其它的组织，例如大腿骨。在此不必总是进行机架或X射线系统的倾斜。该机架也可以在螺旋扫描时保持其在图1中所示的垂直设置。
[0043] 还存在这种可能性，即，机架或X射线系统也可围绕另一条垂直延伸的、垂直于系统轴线和倾翻轴线竖立的轴线倾斜，只要中心线具有相应的走向。
[0044] 在本发明的该实施例中，由检查床实施沿直角坐标系各轴线方向的调节运动。但调节运动也可以完全或仅部分地由机架实现，该机架为此必须是可相应调节的。
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