專利名稱：電子計算機層析攝影機的制作方法
電子計算機層折攝影對于放射學(xué)研究來說是對如今提出的許多問題較為合適的方法。除了能顯示骨結(jié)構(gòu)以外還能很好地顯示軟組織。通過造影劑的給藥使血管得到清晰顯示。各種可能的后置處理為診斷提供了輔助信息。
在胃與腸道中，如今可通過胃鏡使食管與胃得到很好的且無輻射的檢查。另一方面，結(jié)腸鏡檢查可得到結(jié)腸區(qū)域的檢查結(jié)果。如今小腸區(qū)域內(nèi)的檢查方法還不令人滿意。
本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種電子計算機層析攝影機，即對器官，特別是在小腸范圍內(nèi)提供很好的檢查可能性。
本方案是通過本發(fā)明權(quán)利要求1的特征解決的。
當(dāng)病人躺著時，用造影劑(如硫酸鋇)進行小腸范圍的檢查(如同現(xiàn)在在CT中普遍使用的)是很困難的，因為在這種狀態(tài)下很難做到無氣泡灌腸。使病人垂直定位和將掃描龍門架進行水平調(diào)準(zhǔn)可避免這種缺點。為了使患者有更好的體位也可讓垂直定位的工作臺稍稍傾斜并且也可使架子適當(dāng)傾斜。對于所建議的這種檢查方法即，無論如何使工作臺傾斜并且使架子有很大傾斜在如今(最大±30°)是必要的。
在進行真正的檢查之前要先準(zhǔn)備檢查造影劑分布用的平面位置圖。
層析攝影可采用分散步驟(謹(jǐn)慎措施)或螺旋式方法(SpiralModus)。但是優(yōu)選螺旋式方法，因為照相時間短且移動假象較小。在照相時，是病人移動通過掃描龍門架還是使掃描龍門架移動經(jīng)過病人，無原則上的區(qū)域。兩種方法都可以而且也建議將這兩種方法用于其它檢查如肺部檢查。但在采用螺旋式方法照相的同時對掃描龍門架或病人的水平移動提出較高的要求。
病人的垂直定位，在所建議的腸道檢查時，給正在檢查的醫(yī)生一種盡可能與傳統(tǒng)透視(即必要時預(yù)先進行的這種透視檢查)相同的定位。
腸道中造影劑的處理對于分析利用其后用三維表面重建方法進行的層析照相具有特殊的優(yōu)點。根據(jù)重建的層析圖象采用重建表面和二次層析的三維方法來進一步估價腸道區(qū)域。通過用造影劑灌腸使腸子成形(即，橫斷面敞開)而且可使腸壁清楚地分開。前提是盡可能使灌腸無氣泡。如不能完全做到，則即使有較小的氣泡區(qū)也能達到很好劃分腸道的目的。
下面根據(jù)圖示對本發(fā)明作進一步詳述

圖1是詳述本發(fā)明構(gòu)思的電子計算機層析攝影機的主要部分。
圖2和圖3是根據(jù)圖1的電子計算機層析攝影機的詳圖。
圖4是根據(jù)圖1至圖3的電子計算機層析攝影機的方框圖。
圖5至圖14是根據(jù)圖1至圖3的電子計算機層析攝影機中圖像重建示意圖。
根據(jù)圖1，內(nèi)裝有測量系統(tǒng)的電子計算機層析攝影機的掃描龍門架1是水平設(shè)置的，以便病人可站著檢查。在此，病人靠著靠壁2。將掃描龍門架1設(shè)置成可圍繞軸3傾斜，且可在支柱4上進行高度調(diào)節(jié)。當(dāng)病人站立時，最好對掃描龍門架1進行水平調(diào)整，以便得到橫向于軀干的層析圖象。通過在垂直方向上調(diào)整掃描龍門架1來選擇每次檢查的層析5。如果慢慢地、連續(xù)不斷地在垂直方向上調(diào)整掃描龍門架1，同時用由X光機和探測儀構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)6對病人進行掃描(測量X射線通過人體后的衰減)，則可實現(xiàn)如同掃描龍門架1垂直時對預(yù)定病人體積的螺旋式掃描。為了進一步分析將測量數(shù)據(jù)傳遞給計算機系統(tǒng)7。
在對病人進行掃描時，是移動掃描龍門架1經(jīng)過病人，還是借助一個高度可調(diào)的裝置(如帶踏板的靠壁2)使病人移過掃描龍門架，原則上是無區(qū)別的。但是，為了得到穩(wěn)定的體位和減少移動假象，采用與垂直線稍稍有點兒傾斜的體位是有利的。傾斜的體位可有各種不同的構(gòu)成形式。
圖2表示帶活動的、幾乎垂直豎立的板9的定位器8。在此，板9的傾斜可通過鉸鏈10和傾斜裝置11來調(diào)整。病人在有站立面12的板9上移過與板9垂直可調(diào)的掃描架1。由控制裝置13來控制板9和掃描架的傾斜，即，使板9與掃描架1相互垂直設(shè)置。在調(diào)整板的傾斜度時，將同時對掃描架1進行自動再調(diào)整。同樣可以調(diào)整掃描架1與病人體軸的恒定傾斜度。
圖3表示其它結(jié)構(gòu)的可能性。這里，利用支柱4使適當(dāng)傾斜的掃描架1沿垂直方向移動而利用導(dǎo)軌14使板9適當(dāng)沿水平方向移動。用控制裝置13再度控制這兩種移動，即使病人相對于掃描架1作垂直移動。另外，為了按圖2進行布置應(yīng)如此配置控制裝置13，即，使病人每次都位于掃描架1的中間。
按照圖4，用計算機系統(tǒng)7進行測量數(shù)據(jù)的分析。在測量數(shù)據(jù)存貯器15中對來自掃描架1的數(shù)據(jù)進行中間存貯，然后接著用對橫向斷層圖象重建單元16進行數(shù)據(jù)處理。然后將根據(jù)斷層排列的容積數(shù)據(jù)(音量單元Voxelelement)存貯在音量數(shù)據(jù)(roxeldaten)存貯單元17中，用作進一步處理的圖像。同時，為了對圖像單元進行控制可用監(jiān)控器18進行斷面圖像顯示。
由于腸子的排列是交叉的，所以根據(jù)橫向斷層進行腸道區(qū)域，特別是小腸區(qū)域的檢查是很難的(見圖5)。普通的多平面二次重建只是提供某種有條件的觀察，因為體層部分區(qū)域往往只是有限的。
為了改進顯示并使檢查簡單和判斷準(zhǔn)確建議采用以下音量數(shù)據(jù)(voxel-Daten)分析的方法。
想象中人們可以把腸道中造影劑當(dāng)作一種合適的物體，造影劑主干(stamm)。這種物體可以從斷層圖象的音量數(shù)據(jù)中用公知的三維重建方法顯示出來。將這種造影劑主干置入腸道中。如果用三維重建法按照長度將腸子的圖像切開并將造影劑主干從腸子的圖象中分離，則借助于用于三維重建單元19(見圖4)可看到腸子的內(nèi)側(cè)。這兩半可相繼在監(jiān)視器18上顯示出來(見圖6，它表示圖5中切口的兩半)。由于腹腔中的腸子是交叉排列的，所以僅在平面部分中可得到顯示。為了確定各個部分有必要用橫向斷層圖象21和正交的二次切面22進行交互工作(見圖7)。
各個部位的確定工作量很大而且對區(qū)域界限的檢查也很難。可以通過腸子的自動展開得到快速顯示和在分析時的其它幫助。因此，通過音量數(shù)據(jù)對腸子的分布進行分析是有必要的。對于計算機輔助分析來說可用坐標(biāo)值A(chǔ)(X、Y、Z)系列確定腸子(見圖8)在三維空間中的分布。坐標(biāo)給出了小腸部分23的各個中心。經(jīng)過中心的橫截面24的位置，由垂直于橫截面的方向R(α、β、γ)來確定。坐標(biāo)值系列及其連接線在圖8中稱為腸道的蹤跡25。有關(guān)確定蹤跡所用的計算參見圖4中相應(yīng)的計算單元20。
根據(jù)坐標(biāo)值和橫截面的方向可以以伸展的形式(直線蹤跡)使腸子內(nèi)側(cè)面總體展開(見圖9)。由此將各個橫截面相互按順序排列并通過適當(dāng)插入原始數(shù)據(jù)將其連接。如果使該程序?qū)崿F(xiàn)自動化，則可在監(jiān)視器18上為觀察者顯示出總區(qū)域。通過用控制計算單元31(圖4)進行示圖輸入(鼠標(biāo)或跟蹤球)可使正在調(diào)整的范圍得到控制。因此，可以以任意速度沿蹤跡25連續(xù)地前進與后退。
如果在檢查時，觀察到并懷疑某個關(guān)鍵位置有病變，則可在這個位置取下垂直于腸子的二次斷面(Sekundarschnitt)或表面放大斷面以便通過單元19的計算來確診。沿著蹤跡25自動向前移到二次斷面同樣也是可能的。
有關(guān)結(jié)構(gòu)及其跟蹤的鑒別方法在參考文獻中有說明。在醫(yī)療技術(shù)中特別要列舉的就是計算機輔助識別與靜脈跟蹤(VessleTracking)及神經(jīng)跟蹤(NerveTracking)方法。
由于腸壁有其環(huán)形鋸齒形隆起(絨毛)和眾多狹窄的小腸折皺的特殊結(jié)構(gòu)，在此提議采用一種對經(jīng)過腸子與造影劑主干的蹤跡25進行計算的特殊方法。為了說明本方法，在圖10至12中示出了經(jīng)過帶有小腸典型絨毛27的腸段26的縱截面示意圖。
蹤跡25的計算要經(jīng)過若干步驟在第一步驟中用兩個正交斷面(見圖7、10和11)來確定檢查路線的起點A1。通過選擇附加點A2可以確定R方向，在該方向應(yīng)開始跟蹤蹤跡。正交斷面的計算再次在單元19中進行。通過控制計算機31輸入該點。有必要在腸子端部規(guī)定蹤跡25的相應(yīng)終止區(qū)。如果腸子在圖象凹口的邊緣結(jié)束，則該邊緣自然就是終止區(qū)。
從起始點A1起在第二個步驟中，按照盡可能大的自由行程在腸內(nèi)對圍繞角R的立體角范圍γ進行檢查。同時，探測射線28僅在造影劑29中或在空氣30中移動。圖12表示沿著理想探測射線的衰減圖。人們可清楚地識別腸組織(40～60HU)、造影劑(＞500HU)以及空氣(≈-1000HU)的界限。自由探測線路的終端通過造影劑到組織或從空氣到組織的過濾來確定。各個范圍的衰減值分得很清楚。但基于組織邊緣結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，因此，應(yīng)對始終超過n.n.n音量(voxel)的部分容積在閾值判定之前取平均值(如n=3，……，9)。這里可以使用線性與非線性的三維數(shù)字濾濾器。將具有最長自由探測線路的方向選作下一段蹤跡的方向R′。
在第三個步驟中是選定部分截面的長度與下一個起始點A′的距離。同時先規(guī)定待選定的部分截面L的最大長度。如果自由探測線路S是2L，則將A′定在R′方向中與A的距離L的地方，即S′=L0如果線路S＜2L，則確定為S′=S/2。為了避免提前出現(xiàn)分析中斷，立體角γ的調(diào)整(如下所述)應(yīng)取決于最大的探測行程S的長度。這兩個步驟2與3不斷重復(fù)，直至蹤跡達到圖象的邊緣區(qū)或直至該蹤跡在前面，相當(dāng)于步驟1中規(guī)定的終點區(qū)結(jié)束。
借此達到了探測過程的最后步驟。為了檢驗以正交的二次斷面作為投影的方法可顯示出計算蹤跡。該蹤跡的三維顯示同樣是可能的。
上述對經(jīng)過腸道的蹤跡進行檢查方法能夠，需經(jīng)過圖13中所示的很大的彎道。但是由于腸道內(nèi)壁不平整，因此應(yīng)注意，該方法不會提前在死路中結(jié)束。如果，例如發(fā)現(xiàn)的最大探測距離S始終較小，則表示蹤跡測定提前結(jié)束。通過使立體角γ同時擴大可以在其后使路徑方向離開或死路進行自動轉(zhuǎn)向。由于這種迂回路線，在蹤跡中可能出現(xiàn)很窄的其它彎道，該彎道對今后的腸道伸展與檢查是有妨礙的。因此最終的線路修整和過多彎道的識別方法及其排除均與檢查過程有關(guān)。
穿過腸道區(qū)域的蹤跡重建的全部檢查過程在圖14中再次歸納在流程圖中。
由于組織結(jié)構(gòu)無規(guī)則，且經(jīng)常出現(xiàn)量子噪聲，所以在該方法中涉及到使模糊界限達到最佳化。這樣，用模糊邏輯(Fuzzy-Logic)的方法也能進行最佳探測路線的確定。在適當(dāng)確定模糊過程的必要參數(shù)時使過程得到加速。
用根據(jù)圖4描述的專用計算裝置和有相當(dāng)計算功能的適用的計算機來實現(xiàn)在設(shè)計方案中所述的腸道區(qū)域的顯示方法。然后將功能單元作為計算機上的子程序來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查體腔器官的電子計算機層析攝影機，其特征在于，包括一對病人掃描時用的定位裝置(2，8)，根據(jù)一對通過確定器官分布和顯示展開的器官所獲得的斷層數(shù)據(jù)進行分析的計算機系統(tǒng)(7)，定位器(8)可傾斜而且各種體位都能與掃描龍門架(1)對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于定位器(8)可移動病人，使其任意傾斜經(jīng)過掃描龍門架(1)的中心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于掃描龍門架(1)和定位器(8)可同時活動，將病人任意傾斜，使其通過掃描龍門架(1)的中心。
4.如權(quán)利要求1或2中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于掃描龍門架(1)和定位器(8)的傾斜由控制裝置(13)來協(xié)調(diào)，即，使掃描龍門架(1)與定位器(8)相垂直，或相互處于一固定角。
5.如權(quán)利要求1至4中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于除了掃描龍門架(1)與定位器(8)可傾斜外，還可由控制單元(13)來控制定位器(8)(水平)與掃描龍門架(1)(垂直)同時活動，使病人總是從掃描龍門架(1)的中間通過。
6.如權(quán)利要求1至5中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于計算機系統(tǒng)(7)包括用于三維圖象重建的計算裝置(19)，該裝置可如此編程，即，在給體腔器官充填造影劑時通過計算對體腔器官進行斷層，通過計算使造影劑主干分離，并且顯示出體腔器官的內(nèi)壁。
7.如權(quán)利要求1中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于體腔器官可在并排的圖像分開顯示。
8.如權(quán)利要求1中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于通過修平與插入顯示出體腔器官內(nèi)側(cè)面的伸展情況。
9.如權(quán)利要求1中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于計算機系統(tǒng)(7)包括用于確定經(jīng)過體腔器官的蹤跡(25)的計算機裝置(20)。
10.如權(quán)利要求8中所述的電子計算機層析攝影機，其特征在于用模糊邏輯的方法來獲得最大自由探測線路(28)的長度和方向。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子計算機層析攝影機，其能實現(xiàn)小腸區(qū)域的最佳檢查。進行三維圖象重建的方法是當(dāng)體腔器官充填造影劑時通過計算取出體腔器官的斷層，通過計算將造影劑主干分離，并顯示出體腔器官的內(nèi)側(cè)面。體腔器官在并排的圖象中分開顯示，也可顯示出體腔器官內(nèi)側(cè)面的伸展?fàn)顟B(tài)。
文檔編號A61B6/03GK1109733SQ9510175
公開日1995年10月11日 申請日期1995年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月21日
發(fā)明者根特爾·德埃耐爾 申請人:西門子公司