專利名稱：對心臟運動進行計算機斷層造影顯示的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用螺旋CT對心臟的運動進行計算機斷層造影顯示的一種方法和一種系統(tǒng)，其中借助螺旋掃描產(chǎn)生心臟周期的3D圖像系列。
背景技術(shù)：
類似的方法是一般公知的。典型地，為了產(chǎn)生心臟周期中心臟運動的圖像系列，對心臟區(qū)域進行螺旋掃描，其中，在所有周期階段中對心臟進行完全掃描，并由至少一個心臟周期在立體顯示中再現(xiàn)周期的時間過程。為了同步所拍攝的圖像數(shù)據(jù)通常采用EKG(心電圖)，但也可以僅由計算機斷層造影的檢測器輸出數(shù)據(jù)來確定心臟的運動，并由此將所記錄的檢測器數(shù)據(jù)與各心臟周期階段相對應(yīng)，由此綜合成在典型心臟周期上對心臟的完整記錄。在此可以對來自多個心臟周期以及必要時還對來自多個X射線管的數(shù)據(jù)進行綜合。
為了對心臟血管更好地拍攝和富有對比地顯示，在此大多注射造影劑，造影劑在掃描期間在血液循環(huán)中循環(huán)并保證足夠?qū)Ρ鹊仫@示。
這種心臟掃描的問題在于，一方面要避免對患者施加的但可避免的任何射線劑量，因為即便是很小的殘留射線劑量也可能產(chǎn)生對細胞DNA的破壞，這有時會導(dǎo)致升高的癌霉素危險；另一方面所采用的造影劑同樣具有傷害作用，從而在此還要努力使造影劑的給入盡可能地小。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，找到用于計算機斷層造影顯示心臟運動的一種方法和系統(tǒng)，其一方面使射線負擔(dān)最小，而同時還極大地降低所需的造影劑注入量。
當(dāng)為準備心臟CT掃描而對患者注入了造影劑時，造影劑的注入會造成心臟頻率的升高，該升高能夠以估計的方式引入對可能的最大前移的計算。但是，不存在可根據(jù)注入的造影劑濃度確定患者心臟頻率的唯一的可預(yù)見的關(guān)系。由于每個患者的反應(yīng)不同，因此在實踐中需要算入一定的安全余量，使得整個CT掃描不至于因為掃描覆蓋得不夠而導(dǎo)致不充分的錯誤。相應(yīng)地，目前在實際心臟掃描中總是采用有些過小的前移速度。
發(fā)明人了解到，如果對在螺旋掃描期間實際上使用的前移速度的計算緊靠螺旋掃描要開始之前和在已注射造影劑之后進行的話，可以明顯改善根據(jù)實際特性確定的前移速度。在這種情況下，身體已對存在的造影劑進行了反應(yīng)并且脈搏頻率已相應(yīng)地提高，從而此時測量的脈搏頻率就明顯更加準確地相當(dāng)于所執(zhí)行的心臟螺旋掃描期間的實際脈搏頻率。以這種方式可以在極大程度上放棄安全附加措施，從而使掃描期間實際注入的劑量也僅相當(dāng)于實際必須的劑量，并且不會發(fā)生多余的掃描。
此外還可以非常準確地預(yù)先計算實際的掃描持續(xù)時間，從而使造影劑隨之注入患者血液循環(huán)的造影劑流在對心臟的實際螺旋掃描之前就結(jié)束。即考慮造影劑在注入位置和拍攝的心臟動脈之間的實際慣性(Nachlauf)，從而又須降低施用的造影劑量。
相應(yīng)于該基本思考，本發(fā)明人提出了改進的利用螺旋CT對心臟周期中的心臟運動進行計算機斷層造影顯示的方法，具有下述方法步驟-利用用于施用造影劑的電子控制裝置對患者注入造影劑；-對心臟動脈、優(yōu)選為大動脈進行靜態(tài)預(yù)掃描，以確定動脈充有足夠的自動施用的造影劑；-當(dāng)識別到充有足夠的造影劑時，測量受檢心臟的當(dāng)前心臟頻率，并基于該當(dāng)前心臟頻率確定螺旋掃描的最大可能前移速度以及螺旋掃描的持續(xù)時間；-然后以該最大可能前移速度對心臟區(qū)域進行螺旋掃描。
通過該新方法可以實現(xiàn)，實際的掃描時間比公知的情況減少約10％，這相當(dāng)于顯著降低了射線劑量。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一種改進，本發(fā)明人還提出在螺旋掃描結(jié)束之前就已中止造影劑注入，其中，由此考慮造影劑注入在患者血液循環(huán)中的慣性。由此不僅可以得到直接導(dǎo)致更小的造影劑注入量的已降低的輻射時間，還降低了否則會被不必要注入的造影劑，由此還大大降低了造影劑作用具有傷害性的一面。
按照本發(fā)明，作為最大可能前移速度采用在螺旋掃描期間對于每個心臟周期階段至少一個X射線管總共繞行半周采集心臟的每個位置的速度。也就是說，這樣與圓周速度和在系統(tǒng)軸方向檢測器寬度相關(guān)地確定前移速度，使得在螺旋掃描期間在每個心臟階段中對每個心臟位置進行完全的掃描，但不進行冗余掃描。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選變形中，可以通過計算機輔助圖像識別方法來檢測在預(yù)掃描期間對為此選出的心臟動脈的造影劑的足夠填充。例如可以通過圖像識別方法自動確定存在的對比度跳躍，在此，在超過一特定最小對比度后自動引導(dǎo)實際的螺旋掃描。此外，還可以基于該確定的對比度對造影劑注入器的造影劑泵進行控制并在必要時防止在患者體內(nèi)造影劑濃度的進一步上升。
患者的心臟頻率例如可以通過EKG或通過在患者脈搏上的壓力傳感器來確定。但須強調(diào)指出的是，盡管可以使用由檢測器獲得的測量結(jié)果來與檢測器輸出數(shù)據(jù)相對應(yīng)，但并不必須如此。還可以將檢測器輸出數(shù)據(jù)與關(guān)于該檢測器輸出數(shù)據(jù)本身的相應(yīng)心臟周期階段相對應(yīng)。
相應(yīng)于上述方法本發(fā)明人還提出了一種用于計算機斷層造影顯示心臟運動的系統(tǒng)，其包括下述系統(tǒng)組件-具有數(shù)據(jù)和程序存儲器的計算和控制單元；-具有至少一個X射線管、用于產(chǎn)生跳動的心臟的三維圖像序列的螺旋計算機斷層造影系統(tǒng)；-用于確定心臟頻率的裝置；-用于利用造影劑泵注入造影劑的電子控制裝置；-第一運行模式，其中在沒有前移的情況下對心臟動脈、優(yōu)選為大動脈進行靜態(tài)預(yù)掃描，以確定動脈充有足夠的自動施用的造影劑，其中在達到充有足夠造影劑時測量受檢心臟的當(dāng)前心臟頻率；-基于該當(dāng)前心臟頻率確定螺旋掃描的最大可能前移速度以及心臟螺旋掃描的結(jié)束時刻的程序；-第二運行模式，其中以該最大可能前移速度來實施對心臟區(qū)域的螺旋掃描。
如已所述，在此也可以設(shè)置這樣的程序或程序模式，其使得造影劑流在螺旋掃描結(jié)束之前就已停止，從而除了減少射線照射外還可使對患者注入的超過已降低的射線負擔(dān)的造影劑量最小。
此外還建議，該系統(tǒng)具有用于計算最大可能前移速度的程序，其中計算在螺旋掃描期間對于每個心臟周期階段至少一個X射線管總共繞行半周采集心臟的每個位置的前移速度。在此要指出的是，在使用多個、例如兩個X射線管來掃描心臟時，可以對通過在旋轉(zhuǎn)方向上設(shè)置的各個X射線管所獲得的檢測器數(shù)據(jù)進行綜合，從而使得例如兩個X射線管的四分之一旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于一個X射線管的半周旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中也可設(shè)置用于通過計算機輔助圖像識別方法、尤其是通過檢測對比度跳躍來識別在預(yù)掃描期間造影劑的足夠填充，并隨后自動引導(dǎo)實際螺旋掃描的程序。
相應(yīng)于上述方法，在該系統(tǒng)中為確定心臟頻率設(shè)置了EKG或患者脈搏上的壓力傳感器，通過它們可以在螺旋掃描之前和注入造影劑之后來檢測當(dāng)前心臟頻率。由該頻率測量雖然不是必須的但可以為心臟成像進行心臟周期階段確定。為此例如還可以作為替換使用記波圖。


下面借助附圖利用優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行詳細描述，其中僅示出了理解本發(fā)明所需的特征并采用以下附圖標記1用于計算機斷層造影顯示心臟運動的系統(tǒng)；2X射線管；3檢測器；4系統(tǒng)軸；5EKG導(dǎo)線；6可移動患者臥榻；7患者；8用于注射器的控制導(dǎo)線；9控制和計算單元；10至CT的控制和數(shù)據(jù)導(dǎo)線；11注射器；12造影劑導(dǎo)線；21開始注射造影劑；22預(yù)掃描；23判斷心臟中的足夠造影劑濃度；24測量心臟頻率并計算預(yù)掃描的最佳前移速度和持續(xù)時間；25開始螺旋掃描；26提前關(guān)斷造影劑流；27結(jié)束螺旋掃描；28再現(xiàn)并輸出CT圖像序列；31造影劑流的變化；32心臟中造影劑濃度的變化；33造影劑優(yōu)化的閾值；I第一運行模式；II第二運行模式；C造影劑濃度；E結(jié)束螺旋掃描；S開始螺旋掃描；t時間；Φ造影劑流；Δl預(yù)運行時間。具體圖中圖1示出按照本發(fā)明的用于實施心臟螺旋掃描的系統(tǒng)；圖2示意性示出按照本發(fā)明方法的流程；圖3示出在注入位置的造影劑流；圖4示出心臟動脈中造影劑濃度的變化。
具體實施例方式
圖1示出按照本發(fā)明的系統(tǒng)1，其包括控制和計算單元9，在數(shù)據(jù)存儲器中存儲了程序Prg1-Prgn并按照本發(fā)明執(zhí)行整個系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理。當(dāng)然還可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)將各個方法步驟和控制任務(wù)分布在不同的計算機上。在此所示的控制和計算單元9通過控制和數(shù)據(jù)導(dǎo)線10與實際的CT設(shè)備連接，該CT設(shè)備具有安裝在支架上的、為對患者進行掃描而在環(huán)形軌道上運動的X射線管2和與其相對設(shè)置的檢測器。在掃描過程中，使位于可在系統(tǒng)軸4方向上移動的患者臥榻6上的患者7在系統(tǒng)軸4方向上前移，從而最終進行相對于患者坐標系的螺旋形掃描。按照本發(fā)明的系統(tǒng)1還具有集成在計算單元9中的EKG，其通過EKG導(dǎo)線5采集患者的心臟頻率。此外，控制和計算單元9通過控制導(dǎo)線8操縱具有集成的造影劑泵的注射器11，注射器11通過所示出的導(dǎo)管12將造影劑以預(yù)定的流速注入患者7的血液循環(huán)。按照本發(fā)明，通過存儲在控制和計算單元9中的程序Prg1-Prgn首先將患者7移入CT設(shè)備的射線路徑，使得可以進行對心臟動脈的預(yù)掃描。在該預(yù)掃描中不將患者7前移，而是僅利用很小的劑量率在平面內(nèi)產(chǎn)生心臟的截面圖像，以確定對檢查重要的動脈的造影劑填充。如果患者7位于正確的預(yù)掃描位置，則通過注射器11以預(yù)定的流速注入造影劑，并通過操作借助再現(xiàn)的和在顯示器上給出的截面圖像確定，何時在所觀察的心臟動脈充有足夠的造影劑，或者通過相應(yīng)的程序通過自動圖像處理來確定在再現(xiàn)的圖像中是否有很好顯示動脈的足夠的對比度。該過程相應(yīng)于按照本發(fā)明系統(tǒng)1的第一運行模式。當(dāng)系統(tǒng)或操作員確定了充有足夠的造影劑時，就測量患者7的當(dāng)前心臟頻率，并根據(jù)該心臟頻率確定最佳前移速度，其中，與支架的旋轉(zhuǎn)頻率和射線路徑的扇形寬度相關(guān)地相應(yīng)于所期望的產(chǎn)生的圖像的時間分辨率對心臟在所有心臟位置上以及所有的心臟階段進行充分但不多余的掃描。
在計算該最佳前移速度期間，就可將患者已移至相應(yīng)于系統(tǒng)1的第二運行模式的隨后的螺旋掃描的開始位置，這樣在識別出正確的前移速度之后就可沒有延遲地開始實際的螺旋掃描。由于還同時已知對心臟區(qū)域掃描的結(jié)束時間，現(xiàn)在可以相應(yīng)于已知的注入造影劑和造影劑到達心臟之間的過程來在實際的螺旋掃描結(jié)束之前就停止造影劑流，因為由于慣性對于剩下的螺旋掃描在患者體內(nèi)尚有足夠的造影劑。
通過該優(yōu)化的過程一方面可使患者相對于常規(guī)方法減少約10％的射線照射，同時還相應(yīng)于縮短的掃描時間大大減少被注入的造影劑量。
圖2再次用第一運行模式I和第二運行模式II示意性示出按照本發(fā)明方法的方法流程。在第一運行模式I中在21開始注射造影劑。隨后在22進行不進行前移的對患者的靜態(tài)預(yù)掃描，以確定在心臟動脈中的足夠造影劑填充。然后在23進行判斷，在造影劑填充不充分時繼續(xù)進行預(yù)掃描22，而在造影劑填充足夠時停止第一運行模式I，并在24在現(xiàn)有造影劑的影響下測量患者的當(dāng)前心臟頻率，同時計算最佳和盡可能快的前移速度。
現(xiàn)在系統(tǒng)轉(zhuǎn)向第二運行模式II，其中在25開始對心臟區(qū)域的螺旋掃描。相應(yīng)于預(yù)先計算的和已知的螺旋掃描的結(jié)束，可以在26提前停止造影劑流，并在27達到螺旋掃描的結(jié)束。由此系統(tǒng)的第二運行模式II結(jié)束。在28以任意公知的再現(xiàn)方法對計算機斷層造影圖像進行再現(xiàn)并在顯示器上給出相應(yīng)的序列。
圖3和4再次示出提前停止造影劑流的背景。圖3示出造影劑流Φ關(guān)于時間t的變化曲線31。由圖可見，在注射的開始以相對高的速度開始。當(dāng)在循環(huán)中達到一定的水平時，可以減小造影劑流，該造影劑流在時間軸上用S標記的開始和用E標記的結(jié)束的實際螺旋掃描的時間內(nèi)基本上保持為常數(shù)。
在下面的圖4中示出心臟中造影劑濃度C的造影劑變化曲線32的時間同步。在開始注射造影劑和在心臟中濃度上升直至達到一個水平之間可以看到一個延遲。在超過虛線表示的造影劑濃度的、在成像中帶來足夠?qū)Ρ榷鹊淖顑?yōu)值33時，從開始S至結(jié)束E執(zhí)行螺旋掃描。根據(jù)對螺旋掃描結(jié)束的準確了解，可以如圖3所示相應(yīng)于已知的超前時間Δt提前結(jié)束造影劑的注射，從而使得在螺旋掃描結(jié)束后造影劑濃度立即開始下降。
還要指出的是，在圖4所示的情況下對造影劑濃度的下降是有些夸張地示出的，實際情況中其是較平坦變化的。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的上述特征不僅可以用于給出的組合中，也可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下用于其它組合中或單獨使用。
權(quán)利要求
1.一種利用螺旋計算機斷層造影設(shè)備(1)對心臟周期中的心臟運動進行計算機斷層造影顯示的方法，具有下述方法步驟1.1.利用用于施用造影劑的電子控制裝置(11)對患者(7)注入造影劑；1.2.對心臟動脈、優(yōu)選為大動脈進行靜態(tài)預(yù)掃描，以確定動脈充有足夠的自動施用的造影劑；1.3.當(dāng)識別到充有足夠的造影劑時，測量受檢心臟的當(dāng)前心臟頻率，并基于該當(dāng)前心臟頻率確定螺旋掃描的最大可能前移速度以及螺旋掃描的持續(xù)時間；1.4.然后以該最大可能前移速度對心臟區(qū)域進行螺旋掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在螺旋掃描結(jié)束之前就已中止造影劑注入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為所述最大可能前移速度采用在螺旋掃描期間對于每個心臟周期階段至少一個X射線管總共繞行半周采集心臟的每個位置的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，通過計算機輔助圖像識別方法來檢測在預(yù)掃描期間造影劑的足夠填充。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在螺旋掃描開始時的當(dāng)前心臟頻率在已注入造影劑的情況下通過心電圖來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在已注入造影劑的情況下通過在患者脈搏上的壓力傳感器來確定在螺旋掃描開始時的當(dāng)前心臟頻率。
7.一種用于計算機斷層造影顯示心臟運動的系統(tǒng)，包括7.1.具有數(shù)據(jù)和程序存儲器的計算和控制單元(9)；7.2.具有至少一個X射線管(2)、用于產(chǎn)生跳動的心臟的三維圖像序列的螺旋計算機斷層造影系統(tǒng)(1)；7.3.用于確定心臟頻率的裝置(9)；7.4.用于利用造影劑泵注入造影劑的電子控制裝置(11)；7.5.第一運行模式，其中在沒有前移的情況下對心臟動脈、優(yōu)選為大動脈進行靜態(tài)預(yù)掃描，以確定動脈充有足夠的自動施用的造影劑，其中在達到充有足夠造影劑時測量受檢心臟的當(dāng)前心臟頻率；7.6.基于該當(dāng)前心臟頻率確定螺旋掃描的最大可能前移速度以及心臟螺旋掃描的結(jié)束時刻的程序(Prg1-Prgn)；7.7.第二運行模式，其中以該最大可能前移速度來實施對心臟區(qū)域的螺旋掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述第二運行模式中的造影劑流在螺旋掃描結(jié)束之前就已停止。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于計算最大可能前移速度的程序，計算在螺旋掃描期間對于每個心臟周期階段至少一個X射線管總共繞行半周采集心臟的每個位置的前移速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置了通過計算機輔助圖像識別方法來識別在預(yù)掃描期間造影劑的足夠填充的程序(Prg1-Prgn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，為確定心臟頻率設(shè)置了心電圖儀。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，為確定心臟頻率設(shè)置了在患者脈搏上的壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用螺旋CT(1)對心臟周期中的心臟運動進行計算機斷層造影顯示的一種方法和一種系統(tǒng)，其中利用用于施用造影劑的電子控制裝置(11)對患者(7)注入造影劑；對心臟動脈、優(yōu)選為大動脈進行靜態(tài)預(yù)掃描，以確定動脈充有足夠的自動施用的造影劑；當(dāng)識別到充有足夠的造影劑時，測量受檢心臟的當(dāng)前心臟頻率，并基于該當(dāng)前心臟頻率確定螺旋掃描的最大可能前移速度以及螺旋掃描的持續(xù)時間；然后以該最大可能前移速度對心臟區(qū)域進行螺旋掃描。
文檔編號A61B6/03GK1853565SQ20061007434
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者迪特爾·波音, 阿克塞爾·庫特納, 約翰·尤伯勒 申請人:西門子公司