根據(jù)患者的對(duì)比劑量?jī)?yōu)化的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于特別是在計(jì)算機(jī)斷層成像中根據(jù)患者優(yōu)化和降低對(duì)比劑量的一種方法和一種設(shè)備，一種控制和計(jì)算單元以及一種X射線成像裝置，特別是計(jì)算機(jī)斷層成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療診斷中通過計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)或另外的X射線成像方法的對(duì)于內(nèi)部身體結(jié)構(gòu)和器官的非侵入性圖示是廣泛采用的方法。在此，可在骨骼和軟組織之間實(shí)現(xiàn)高的對(duì)比。但由于低吸收差異，不同的軟組織之間的對(duì)比僅有限地適用于診斷。為提高一定的身體結(jié)構(gòu)或體液的對(duì)照，因此施加對(duì)比劑。對(duì)比劑包含明顯地吸收X射線輻射的元素，以因此實(shí)現(xiàn)與低吸收率的周圍組織的高的圖像對(duì)比。在通過X射線輻射的放射成像中，目前使用含碘的對(duì)比劑(KM)以圖示體液、器官和病理過程。但由于其吸收特性，碘在大于SOkV的管電壓的X射線診斷中不是用于對(duì)照提升的最優(yōu)的元素。這特別地對(duì)于CT成立，其中目前使用直至140kV的管電壓。在所使用的X射線輻射的能量區(qū)域內(nèi)，KM的X射線密度隨著對(duì)照的元素的原子序數(shù)增加而增加。使用更高原子序數(shù)的對(duì)比劑因此特別地適合于CT，其中作為吸收元素除鑭系元素外使用鉿，錸，鉭或鎢。但在使用這些KM的每個(gè)時(shí)，雖然高的安全性行為也可能出現(xiàn)不希望的副作用。
[0003]盡管如此，目前用于X射線診斷的大量對(duì)比劑基于碘作為衰減X射線的主成分。為此，目前的設(shè)備技術(shù)被優(yōu)化。在對(duì)比劑的元素選擇時(shí)，元素應(yīng)具有盡可能高的核電荷數(shù)，因?yàn)閄射線吸收隨核電荷數(shù)明顯升高。但X射線裝置的構(gòu)造不僅簡(jiǎn)單地在于使得盡可能軟的X射線輻射給出水和對(duì)比劑之間的最優(yōu)的對(duì)比。
[0004]兩個(gè)不同的組織類型或含有對(duì)比劑的組織與周圍的無對(duì)比劑的組織的圖示或界定的質(zhì)量可定量地通過兩個(gè)組織類型或帶有和不帶有對(duì)比劑的組織之間的對(duì)比度噪聲比(CNR)來描述。這關(guān)于在此區(qū)域內(nèi)在圖像噪聲從含有對(duì)比劑的組織的CT值(也稱為衰減值或HU值；HU = Hounsfield Unit亨氏單位)以及相鄰的無對(duì)比劑的組織的CT值中得到。
[0005]使用在放射診斷中的X射線輻射是多色的，即從X射線管產(chǎn)生的光子的波長(zhǎng)且因此能量是不相同的。從陽極發(fā)出的X射線輻射的能量譜或光子譜通過陽極材料和所使用的管電壓預(yù)先給定。在CT中，目前幾乎僅使用鎢陽極。在被透射的物體內(nèi)，所發(fā)射的光子譜持續(xù)地改變，因?yàn)閄射線輻射的吸收與能量相關(guān)且出現(xiàn)與散射的光子的重疊。此關(guān)系是復(fù)雜的且不能通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系描述。因此，光子譜例如取決于被透射的體積、侵入深度和組織組成而變化。KM的X射線密度且因此圖像信號(hào)通過對(duì)照元素的衰減系數(shù)、其局部濃度并且結(jié)合在物理相互作用的位置處的光子譜來確定。因此，也應(yīng)相應(yīng)地考慮患者的身體的實(shí)際的當(dāng)前被透射厚度。
[0006]由于在低能光子和組織之間的高的相互作用可能性，在光子譜內(nèi)的低能成分(在小于50keV的范圍內(nèi))雖然導(dǎo)致劑量貢獻(xiàn)，但僅對(duì)于圖像生成的較小的部分起到貢獻(xiàn)。因此，使用小于50keV的光子能量在相同的射線劑量下導(dǎo)致圖像噪聲的升高。仿真顯示，在最小劑量的條件下為實(shí)現(xiàn)CT中的高的軟組織對(duì)照，必須使用在70至140keV之間的范圍內(nèi)的光子能量。與此相比的是對(duì)比劑支持的CT，其在35至70keV之間的光子能量下提供了最高的CNR與劑量的比值。天然和對(duì)比劑支持的CT拍攝之間的此對(duì)比是源于碘的譜吸收特征。碘的在33至大約70keV之間的范圍內(nèi)的高的吸收在此克服了低能光子的不利的劑量效果。在帶有更高的原子序數(shù)的元素的對(duì)比劑的情況中，例如鑭系元素、Hf、Ta或Re的情況，對(duì)比劑支持的CT的最優(yōu)能量范圍向60至140keV之間的范圍內(nèi)的更高的能量移動(dòng)，且因此幾乎與用于軟組織對(duì)照的最優(yōu)能量范圍相同。
[0007]向患者給藥的對(duì)比劑量取決于計(jì)劃的檢查和患者的解剖/生理情況。例如，在檢查薄壁腹部器官時(shí)，通常的劑量為0.5g碘每千克體重。目的是在相關(guān)的器官內(nèi)達(dá)到使用者希望的對(duì)比提高，以因此在CT圖像中產(chǎn)生對(duì)比度和圖像噪聲的確定的比值(對(duì)比度噪聲比CNR)。因?yàn)閷?duì)比劑可能具有不希望的副作用，所以在許多CT檢查中目的是盡可能最小化為實(shí)現(xiàn)檢查目的的對(duì)于患者的對(duì)比劑量，特別是對(duì)于老年患者和腎功能衰弱的患者。
[0008]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，向患者給藥的對(duì)比劑量在對(duì)比劑協(xié)議中取決于檢查協(xié)議(即意圖中的檢查的類型或任務(wù)提出，例如CT血管造影，或薄壁器官的檢查)且取決于患者的解剖/生理情況(身高、體重、BM1、年齡等)。關(guān)鍵的參數(shù)，即對(duì)比劑的濃度、量和流速根據(jù)計(jì)劃的檢查且取決于患者特征，例如身高、體重等，通常由醫(yī)師通過經(jīng)驗(yàn)確定(例如，在檢查薄壁器官時(shí)0.5g碘每千克體重)。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)也存在半自動(dòng)或全自動(dòng)的程序，所述程序由例如體重、身高、心輸出量、心臟放電率等單獨(dú)地將患者的生理和循環(huán)情況進(jìn)行建模，且由此導(dǎo)出用于對(duì)比劑協(xié)議的推薦值。
[0009]在相同的申請(qǐng)人的公開文件DE 102005052368 Al中公開了用于生成患者的診斷圖示的X射線系統(tǒng)，所述X射線系統(tǒng)至少帶有:
[0010]-用于由帶有用于掃描患者的能譜的X射線產(chǎn)生X射線束的X射線管，
[0011]-用于測(cè)量X射線輻射在通過患者時(shí)的衰減的檢測(cè)器，
[0012]-用于給予用來在患者的X射線圖示中改進(jìn)對(duì)比度的對(duì)比劑的施加單元，
[0013]-用于借助于存儲(chǔ)的且執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序來控制X射線系統(tǒng)且生成患者的X射線圖示的控制和計(jì)算單元，其中
[0014]-X射線系統(tǒng)具有選擇至少關(guān)于所使用的X射線輻射的能譜的不同運(yùn)行參數(shù)的可能性，其中
[0015]-X射線系統(tǒng)具有選擇裝置，所述選擇裝置在直接或間接說明參數(shù)，即一方面檢查體積和另一方面組織結(jié)構(gòu)之后，規(guī)定了至少一個(gè)對(duì)比劑和X射線輻射的能譜的組合以用于檢查，以此在檢查區(qū)域內(nèi)在最低的輻射劑量和對(duì)比劑負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的對(duì)比度噪聲比。
[0016]在此，對(duì)比度噪聲比(CNR)限定為優(yōu)化目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)如此優(yōu)化的對(duì)比劑和X射線輻射的能譜的組合。但以此不能最小化對(duì)比劑負(fù)荷，因?yàn)橛糜诨颊呱眢w或樣本的射線劑量隨之被算入，其因此不能達(dá)到最小值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]因此，本發(fā)明的任務(wù)是在待圖示的區(qū)域內(nèi)輸入對(duì)比劑而拍攝X射線圖示時(shí)作為第一部分目的優(yōu)化、優(yōu)選地最小化對(duì)比劑劑量，即在患者身體內(nèi)或樣本內(nèi)的對(duì)比劑濃度，其中應(yīng)保證含有對(duì)比劑的組織內(nèi)的足夠高的CT值和/或CNR值。
[0018]此任務(wù)通過根據(jù)本發(fā)明的方法、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、根據(jù)本發(fā)明的控制和計(jì)算單元以及根據(jù)本發(fā)明的X射線成像裝置特別是CT裝置解決。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，方法包括如下步驟:
[0020]步驟a):提供患者特定的數(shù)據(jù)，其至少包括與在成像測(cè)量中重要的、待透射的患者橫截面相關(guān)的信息。
[0021]步驟b):在X射線源設(shè)備和/或用于從多能量測(cè)量重建單能量圖像數(shù)據(jù)的圖像重建裝置的不同的候選設(shè)置的情況下，根據(jù)患者特定的數(shù)據(jù)確定對(duì)于患者的至少一個(gè)關(guān)注區(qū)域(ROI = Reg1n of Interest關(guān)注區(qū)域)的預(yù)先給定數(shù)量的對(duì)比劑的期待的CT值或CNR值，所述確定相對(duì)于在X射線源設(shè)備和/或圖像重建裝置的參考設(shè)置時(shí)對(duì)于此關(guān)注區(qū)域ROI的CT值或CNR值來進(jìn)行。
[0022]步驟c):確定對(duì)于X射線源設(shè)備和/或圖像重建裝置的不同的候選設(shè)置的各相對(duì)候選對(duì)比劑量，例如以百分比體現(xiàn)，這將導(dǎo)致對(duì)于關(guān)注區(qū)域(ROI)的、與在X射線源設(shè)備和/或圖像重建裝置的參考設(shè)置時(shí)的對(duì)比劑的CT值或CNR值對(duì)應(yīng)的對(duì)比劑的CT值或CNR值。
[0023]步驟d):顯示最優(yōu)的例如最小的相對(duì)候選對(duì)比劑量和所屬的X射線源設(shè)備和/或圖像重建裝置的候選設(shè)置。
[0024]因?yàn)橐陨纤龅腃NR值總是基于CT值，所以在下文中僅提及CT值作為兩個(gè)可能性的示例。但這不應(yīng)將本發(fā)明限制于CT值的計(jì)算。
[0025]對(duì)于步驟a):此患者特定的數(shù)據(jù)可由已在預(yù)檢查中完成的模擬和/或數(shù)字X射線圖像獲得，或由簡(jiǎn)單的照片或視頻數(shù)據(jù)獲得，或由患者的簡(jiǎn)單的解剖確定及其計(jì)算獲得，例如頭圍、胸圍、腰圍、腹圍、臀圍、四肢圍度、總身高和體重以及由此導(dǎo)出的患者的BMI等獲得。
[0026]對(duì)于步驟b):期待的CT值特別地是關(guān)于例如ROI (即待檢查的患者的區(qū)域)的限定的區(qū)域的平均值。當(dāng)然，此CT值可不僅是平均值，而且是加權(quán)CT值。
[0027]特別優(yōu)選的是根據(jù)本發(fā)明的方法不僅用于例如碘的唯一的KM，而且用于多個(gè)選出的KM0因此，不僅可使用最優(yōu)的/最小的量或濃度，而且可使用與之相匹配的KM，例如溴化合物。
[0028]概念“候選設(shè)置”在此可一方面意味著X射線源設(shè)備的參數(shù)的設(shè)置，即優(yōu)選地意味