用于確定患者輪廓的方法和ct系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過輻射規(guī)劃范圍內(nèi)的X射線CT掃描確定患者（P）的輪廓（KP）的方法以及一種CT系統(tǒng)（1），其中，借助由預(yù)先給定的材料制成的安置輔助設(shè)施（L）支撐所述患者（P）。本發(fā)明的特征在于，在區(qū)分所獲得的至少兩個(gè)相互不同的X射線能量區(qū)域的衰減數(shù)據(jù)的條件下進(jìn)行對患者（P）的掃描；重建每個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)；借助至少兩個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)確定圖像區(qū)域，該圖像區(qū)域具有安置輔助設(shè)施（L）的材料；并且在確定患者（P）的輪廓（KP）之前，去除包含安置輔助設(shè)施（L）的材料的圖像區(qū)域。
【專利說明】用于確定患者輪廓的方法和CT系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過輻射規(guī)劃范圍內(nèi)的X射線CT掃描確定患者的輪廓的方法以及一種CT系統(tǒng)，其中，在使用至少一種額外的由預(yù)先給定的材料制成的機(jī)械安置輔助設(shè)施的條件下將患者安置在CT系統(tǒng)的患者臥榻上；借助CT系統(tǒng)在至少一個(gè)橫截面內(nèi)對患者進(jìn)行掃描；重建所述至少一個(gè)橫截面的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)；并且為隨后的輻射規(guī)劃由該圖像數(shù)據(jù)確定患者的輪廓。
【背景技術(shù)】
[0002]普遍公知，為實(shí)施輻射規(guī)劃需要執(zhí)行患者的CT掃描，其中通過重建的以豪斯菲爾德單位(Hounsf ield-Einheiten, HU)給出的衰減值來確定組織的電子密度,并由此最終計(jì)算出待使用的輻射，借助該輻射確定在患者待輻射的體積內(nèi)的預(yù)先給定的劑量。另外在該工作鏈中，作為最初的步驟是在CT圖像中畫出患者體積的輪廓。這在當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)CT方法中通過基于閾值的方法實(shí)現(xiàn)。在此，將全部高于最小的HU值和/或全部低于最大的HU值的像素或體素視為患者體積。所有其它的像素或體素被考慮為“空氣”，并由此不被考慮為患者體積的部分。
[0003]通過使用安置輔助設(shè)施，例如使用所謂的“機(jī)翼板(Wingboards)”或者也使用用于減少呼吸并由此減少運(yùn)動(dòng)的腹部按壓，在幾乎每種情況下都出現(xiàn)以下的問題，即該由塑料或碳纖維組成的安置輔助設(shè)施具有HU值，通過基于閾值的方法，該HU值被計(jì)算在患者體積內(nèi)。如果此時(shí)這樣選擇HU閾值，使得安置輔助設(shè)施不被計(jì)算在內(nèi)，則在絕大多數(shù)情況下通過所述算法將真正的患者體積的一部分錯(cuò)誤地排除。在兩種情況下都需要手動(dòng)修正圖像數(shù)據(jù)(通常是單獨(dú)對每個(gè)重建層進(jìn)行)，直到建立正確的患者的輪廓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在同時(shí)造影安置輔助設(shè)施的情況下，找出一種用于確定患者輪廓的方法和CT系統(tǒng)，其省去上述的手動(dòng)修正。
[0005]本發(fā)明的
【發(fā)明者】意識到，應(yīng)用雙重或多重能量CT (通過雙源或者單一源CT系統(tǒng))能夠在人體組織和通常的安置輔助設(shè)施材料之間進(jìn)行材料區(qū)分，從而能夠免去額外的手動(dòng)修正。這例如是按以下方式實(shí)現(xiàn):通過借助至少兩個(gè)不同的管電壓并由此借助至少兩個(gè)不同的X射線能量譜掃描待掃描的空間，并且由于人體組織和安置輔助設(shè)施材料的不同的吸收特性能夠區(qū)分所述兩種材料類型。有關(guān)這類區(qū)分方法的具體實(shí)施可參考關(guān)于借助雙重或多重能量CT檢查的兩個(gè)或多個(gè)組件的色散方法的普遍公知的文獻(xiàn)。
[0006]在此建議的方法的特別有益的在于，根據(jù)情況將所述安置輔助設(shè)施始終位置固定地配置在測量區(qū)域。這樣在沒有關(guān)于圖像配準(zhǔn)的特別措施的情況下，能夠借助單一源設(shè)備實(shí)施多個(gè)時(shí)間錯(cuò)開的、順序的CT掃描，所述CT掃描對于不同的X射線能量區(qū)域分別提供掃描數(shù)據(jù)。
[0007]如果通過這樣的多重能量掃描，借助隨后的材料區(qū)分自動(dòng)地從圖像數(shù)據(jù)中計(jì)算出所述安置輔助設(shè)施，則在患者的輪廓識別時(shí)，由此產(chǎn)生的結(jié)果圖像不再需要手動(dòng)修正，從而每次檢查將節(jié)省5至10分鐘，并且相應(yīng)的規(guī)劃工作流程得到相應(yīng)優(yōu)化。
[0008]根據(jù)這個(gè)認(rèn)知，本發(fā)明的
【發(fā)明者】建議通過在輻射規(guī)劃范圍內(nèi)的X射線CT掃描改良用于確定患者輪廓的方法，其具有以下的方法步驟:
[0009]-在使用至少一個(gè)額外的、由預(yù)先給定的材料制成的機(jī)械安置輔助設(shè)施的條件下將患者安直在CT系統(tǒng)的患者臥榻上；
[0010]-借助CT系統(tǒng)在至少一個(gè)橫截面上對患者進(jìn)行掃描；
[0011]-重建所述至少一個(gè)橫截面的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)；
[0012]-確定患者的輪廓以便用于隨后的輻射規(guī)劃。
[0013]為了按照本發(fā)明的方法的改良，建議:
[0014]-在區(qū)分所獲得的至少兩個(gè)相互不同的X射線能量區(qū)域的衰減數(shù)據(jù)的條件下進(jìn)行對患者的掃描；
[0015]-重建每個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)；
[0016]-借助至少兩個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)確定具有安置輔助設(shè)施的材料的圖像區(qū)域；并且
[0017]-在確定患者的輪廓之前，去除包含安置輔助設(shè)施的材料的圖像區(qū)域。
[0018]由此，此時(shí)借助安置輔助設(shè)施材料的與能量有關(guān)的、不同的衰減特性，與人體組織成比例地進(jìn)行材料區(qū)分，這可以進(jìn)行比以簡單的單一能量檢測兩種材料類型的衰減值更顯著精確的區(qū)分。在此，當(dāng)正好使用兩個(gè)X射線能量區(qū)域用于掃描時(shí)，原則上是已經(jīng)足夠的。
[0019]經(jīng)常使用碳纖維材料作為安置輔助設(shè)施的材料。在此，由使用兩個(gè)加速電壓IOOkVp和140kVp所產(chǎn)生的X射線能量區(qū)域特別適合于所述區(qū)分。
[0020]原則上，為了識別安置輔助設(shè)施的圖像區(qū)域可以實(shí)施一種已經(jīng)公知的材料色散方法，該方法以在不同的X射線能量情況下的不同的衰減數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。
[0021]然而為了識別安置輔助設(shè)施的圖像區(qū)域也可以以一種特別簡單的方法，建立具有使用不同X射線能量的衰減值的HU值圖表。在此，例如將全部圖像像素或體素的衰減值對(=HU值)在圖表中記錄，在一個(gè)軸上描述關(guān)于第一 X射線能量譜的衰減值，而在另一個(gè)軸上描述關(guān)于第二 X射線能量譜的衰減值。因?yàn)橐阎仓幂o助設(shè)施的材料的衰減特性，也可以在HU圖表中明確確定安置輔助設(shè)施的像素或體素所處的區(qū)域。相應(yīng)地，可以將這些像素或體素作為屬于安置輔助設(shè)施來識別，并且從用于確定患者的輪廓所使用的圖像數(shù)據(jù)中去除。
[0022]在一種實(shí)施變換方案中，可以同時(shí)借助兩個(gè)具有不同管電壓的輻射源實(shí)施對患者的掃描。
[0023]可選擇地，也可以借助唯--個(gè)輻射源實(shí)施對患者的掃描，其中使用了時(shí)間上錯(cuò)
開的、不同的管電壓。
[0024]另一種用于確定在不同X射線能量下被掃描的材料的不同吸收特性的可能性在于，借助一個(gè)輻射源和唯一一個(gè)輻射譜實(shí)施對患者的掃描，然而其中使用了探測器，該探測器分辨至少兩個(gè)不同的能量區(qū)域。為此，例如可以使用具有直接轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體材料的探測器，對于該探測器，通過脈沖高度鑒別器至少在兩個(gè)能量區(qū)域內(nèi)區(qū)分入射的光子的能級。
[0025]本發(fā)明的保護(hù)范圍除了上述的按照本發(fā)明的方法外，還包括一種具有用于控制和圖像處理的計(jì)算機(jī)的CT系統(tǒng)，其中在計(jì)算機(jī)中存儲了計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序在運(yùn)行中實(shí)施按照本發(fā)明的方法的方法步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]以下借助附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中僅示出了為理解本發(fā)明所必要的特征。使用了以下的附圖標(biāo)記:
[0027]ICT 系統(tǒng) [0028]2第一 X射線管
[0029]3第一探測器
[0030]4第二 X射線管
[0031]5第二探測器
[0032]6機(jī)架殼體
[0033]8患者臥榻
[0034]9系統(tǒng)軸
[0035]10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
[0036]11截面圖像
[0037]Bl安置輔助設(shè)施的HU值對區(qū)域
[0038]Bp患者的HU值對區(qū)域
[0039]Kl安置輔助設(shè)施的輪廓
[0040]Kp患者的輪廓
[0041]L安置輔助設(shè)施
[0042]P患者
[0043]Prg1 - Prgn 計(jì)算機(jī)程序
[0044]在各個(gè)附圖中示出了:
[0045]圖1示出了用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的雙重能量和雙源CT系統(tǒng)；
[0046]圖2示出了穿過位于安置輔助設(shè)施上的患者的斷層造影的截面圖的黑白反色顯示；
[0047]圖3示出了按照基于閾值的方法所保留的患者的輪廓；
[0048]圖4示出了具有由雙重能量CT掃描記錄的CT圖像數(shù)據(jù)的HU值圖表；
[0049]圖5示出了按照本發(fā)明的方法所保留的患者的輪廓。
【具體實(shí)施方式】
[0050]按照本發(fā)明的方法例如可以借助具有雙重能量和雙源CT系統(tǒng)的CT掃描來實(shí)施，如圖1中所不。該CT系統(tǒng)I基本上由機(jī)架殼體6構(gòu)成,在該機(jī)架殼體內(nèi)具有未詳細(xì)不出的、可旋轉(zhuǎn)的機(jī)架，在該機(jī)架上固定了兩個(gè)輻射器-探測器系統(tǒng)。每個(gè)輻射器-探測器系統(tǒng)具有X射線管2或4以及布置在對面的探測器系統(tǒng)3或5。兩個(gè)輻射器-探測器系統(tǒng)以90度角度錯(cuò)開地布置在機(jī)架上，并且可以借助不同的X射線譜運(yùn)行。這可以通過設(shè)置不同的加速電壓和/或通過采用不同的過濾實(shí)現(xiàn)。
[0051 ] 為了 CT檢查，這里是為待實(shí)施的輻射規(guī)劃提供CT數(shù)據(jù)，將位于可移動(dòng)的患者臥榻8上的患者P沿著系統(tǒng)軸9 (具有輻射器-探測器系統(tǒng)的機(jī)架繞該軸旋轉(zhuǎn))，為了圓周掃描順序地或者為了螺旋掃描連續(xù)地穿過作為測量場的開口，移入機(jī)架殼體6，并且借助兩個(gè)不同的X射線譜從多個(gè)投射角進(jìn)行掃描。為了更準(zhǔn)確和經(jīng)過長時(shí)期的舒適的患者固定，借助安置輔助設(shè)施L對其進(jìn)行支持。
[0052]通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲器中包含了這里程式化(stil i siert)示出的計(jì)算機(jī)程序Prg1至Prgn,在系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)施該計(jì)算機(jī)程序，另外也實(shí)施或控制按照本發(fā)明的方法的方法步驟。
[0053]為此，在至少一個(gè)截面中，借助分別不同的X射線能量譜記錄至少兩個(gè)斷層造影的圖像數(shù)據(jù)組。在圖2中示例性地示出了這類具有安置輔助設(shè)施L的患者P的斷層造影的截面圖11，該截面圖是借助一個(gè)X射線能量譜拍攝的。在此可以看出，安置輔助設(shè)施L的衰減值(僅單獨(dú)考慮由X射線能量譜組成的CT圖示)幾乎不能與在患者P內(nèi)顯現(xiàn)的衰減值區(qū)分。
[0054]如果僅僅通過閾值成像在這樣的CT圖示中確定患者的輪廓，則形成如圖3中虛線所示的輪廓。該虛線的輪廓由一方面患者的輪廓Kp和另一方面安置輔助設(shè)施的輪廓&疊加組成，并且在沒有額外的手動(dòng)修正的情況下導(dǎo)致在輻射規(guī)劃時(shí)的錯(cuò)誤。
[0055]為了避免在患者的輪廓確定時(shí)在斷層造影圖示中選擇像素或體素，按照本發(fā)明利用了在安置輔助設(shè)施材料和人體組織之間不同的、與能量有關(guān)的吸收特性。為此可以例如使用如圖4中所示的HU值圖表。該處在圖表的兩個(gè)軸上記錄了源于CT圖示的同一個(gè)像素或體素的不同的HU值，該CT圖示來自具有不同X射線能量譜的吸收測量。在所示圖示中，在橫坐標(biāo)上是以80kVp譜所記錄的CT圖示的HU值,而在縱坐標(biāo)上是以140kVp譜所記錄的相同的CT圖示的HU值。
[0056]在此，能夠例如一方面僅由沒有安置輔助設(shè)施的患者的先前的掃描以及另一方面僅由使用了安置輔助設(shè)施的先前的掃描，確定僅顯現(xiàn)患者的像素或體素的HU值對的區(qū)域，和/或確定僅僅能找到安置輔助設(shè)施材料的HU值對的區(qū)域。
`[0057]在所示圖表中(該圖表示出了根據(jù)圖2分別具有80kVp或140kVp的X射線譜的兩個(gè)CT圖示的HU值對)，標(biāo)記了區(qū)域BL，由碳纖維材料制成的安置輔助設(shè)施的HU值對位于該區(qū)域內(nèi)。相應(yīng)地，可以將在該區(qū)域BL內(nèi)重復(fù)的像素從CT圖示去除，以便之后例如借助基于閾值的方法確定患者的輪廓，而安置輔助設(shè)施的輪廓不會引起以上描述的錯(cuò)誤。當(dāng)然相應(yīng)地也可以為了去除安置輔助設(shè)施的像素/體素，也僅使用位于HU值對的期待和預(yù)先確定的區(qū)域Bp內(nèi)的像素/體素來確定輪廓，按照經(jīng)驗(yàn)僅僅源自患者映像的像素/體素位于該區(qū)域Bp內(nèi)。
[0058]如果使用所述方法，則在這樣獲得的圖示的基礎(chǔ)上，能夠在去除安置輔助設(shè)施的像素/體素和沒有手動(dòng)修正的條件下，通過已經(jīng)公知的基于閾值的輪廓確定方法確定正確的患者輪廓KP，如示例性地在圖5中所示。該輪廓Kp因此可以被用于輻射規(guī)劃。
[0059]雖然本發(fā)明在細(xì)節(jié)上通過優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了更詳細(xì)的圖解和描述，但是本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，并且可以由技術(shù)人員推導(dǎo)出其它的變換方案，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種通過輻射規(guī)劃范圍內(nèi)的X射線CT掃描確定患者(P)輪廓的方法，具有以下的步驟: ， 1.1.在使用至少一種額外的由預(yù)先給定的材料制成的機(jī)械安置輔助設(shè)施(L)的條件下將患者(P)安直在CT系統(tǒng)(I)的患者臥榻(8)上； ，1.2.借助CT系統(tǒng)(I)在至少一個(gè)橫截面內(nèi)對患者(P)進(jìn)行掃描； ， 1.3.重建所述至少一個(gè)橫截面的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)； ，1.4.為隨后的輻射規(guī)劃確定患者(P)的輪廓(KP)， 其特征在于: ，1.5.在區(qū)分所獲得的至少兩個(gè)相互不同的X射線能量區(qū)域的衰減數(shù)據(jù)的條件下進(jìn)行對患者(P)的掃描； ，1.6.重建每個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)； ，1.7.借助至少兩個(gè)X射線能量區(qū)域的斷層造影的圖像數(shù)據(jù)確定具有安置輔助設(shè)施(L)的材料的圖像區(qū)域；并且，1.8.在確定患者(P)的輪 廓(Kp)之前，去除包含安置輔助設(shè)施(L)的材料的圖像區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，剛好使用兩個(gè)X射線能量區(qū)域用于掃描。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用碳纖維材料作為安置輔助設(shè)施(L)的材料。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了識別安置輔助設(shè)施(L)的圖像區(qū)域，實(shí)施了以在不同的X射線能量情況下的不同的衰減數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的材料色散方法。
5.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了識別安置輔助設(shè)施(L)的圖像區(qū)域，建立了具有不同X射線能量的衰減值的HU值圖表。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將具有預(yù)先給定的HU值圖表的區(qū)域(BJ內(nèi)的數(shù)值對的圖像像素或圖像體素視為屬于所述安置輔助設(shè)施(U。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，同時(shí)借助兩個(gè)具有不同管電壓的輻射源(2、4)實(shí)施對患者(P)的掃描。
8.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助一個(gè)輻射源(2)實(shí)施對患者(P)的掃描，其中使用了時(shí)間上錯(cuò)開的、不同的管電壓。
9.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助一個(gè)輻射源(2)和唯一一個(gè)輻射譜實(shí)施對患者(P)的掃描，其中使用了探測器(3)，該探測器分辨至少兩個(gè)不同的能量區(qū)域。
10.一種具有用于控制和圖像處理的計(jì)算機(jī)(10)的CT系統(tǒng)(1)，其特征在于，在所述計(jì)算機(jī)(10)中存儲了計(jì)算機(jī)程序(Prg1-Prgn),該計(jì)算機(jī)程序在運(yùn)行中實(shí)施按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法步驟。
【文檔編號】A61B6/03GK103565454SQ201310296663
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】M.瓦格納 申請人:西門子公司