專利名稱：產(chǎn)生多重能量圖像的斷層造影設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生多重能量圖像的斷層造影設(shè)備以及一種利用這種斷層造影設(shè)備來產(chǎn)生多重能量圖像的方法。
背景技術(shù)：
多重能量圖像應(yīng)理解為在不同能量的X射線輻射下產(chǎn)生的X射線圖像。例如可以通過基于低能量圖像和高能量圖像的加權(quán)相減，計算出其中基本上只能看見具有特定吸收特性的物質(zhì)的圖像。這種情況尤其是在診斷醫(yī)療中用于與軟組織分離的骨骼組織的可視化以及與骨骼組織分離的軟組織的可視化。多重能量圖像可以通過不同方式產(chǎn)生。
在FuJiFilm公司的Technical review no.12“Upright image reader that supportsenergy subtraction processing software”中公開了一種X射線設(shè)備，其借助能量選擇探測器可以在固定設(shè)置的X射線輻射能量的條件下同時產(chǎn)生低能量圖像和高能量圖像。該能量選擇探測器包括前后依次設(shè)置的兩個探測器陣列，在該兩個陣列之間為了減小X射線輻射的能量而設(shè)置了一個按照銅濾波器形式的吸收濾波器。這種探測器在制造時由于采用兩個相互分離的探測器陣列而非常昂貴。此外在這種探測器中，用于產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像的X射線輻射的可達(dá)到的能量差非常小，由此在相應(yīng)計算出的圖像中無法總是完全將骨骼組織和軟組織分離開來。
US2004/0101087A1還公開了一種斷層造影設(shè)備，可通過兩次在不同的X射線輻射能量下的分開拍攝而產(chǎn)生低能量圖像和高能量圖像。在該公知情況下，通過不同電壓設(shè)置X射線輻射的不同能量。在該公知情況中在電壓值設(shè)置為80kV時采集低能量圖像，在電壓值設(shè)置為160kV時采集高能量圖像。
在電流值相同的情況下，X射線輻射根據(jù)所設(shè)置的電壓值分別具有不同的X射線劑量或者說光子流。由于X射線劑量和光子流的意思相同，在下面的實(shí)施例中對這兩個概念都只用X射線劑量的概念來表示。表1示出電壓和相對X射線劑量之間的關(guān)系。關(guān)于140kV的電壓值來標(biāo)準(zhǔn)化X射線劑量

表1電壓與相對X射線劑量因此，在電壓值為140kV(例如為了產(chǎn)生高能量圖像而采用的)時的X射線劑量大約為在電壓值為80kV(例如為了產(chǎn)生低能量圖像而采用的)時的X射線劑量的5倍。因此，在產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像時患者被施以不同的輻射負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種斷層造影設(shè)備和用于該設(shè)備的方法，可以通過簡單方式用X射線輻射的基本上相同的X射線劑量來產(chǎn)生多重能量圖像。
根據(jù)本發(fā)明，在該斷層造影設(shè)備和該方法中，具有用于采集高能量投影的第一電壓值和與其不同的、用于采集低能量投影的第二電壓值的第一調(diào)節(jié)，以及在第一調(diào)節(jié)值和與其不同的第二調(diào)節(jié)值之間的另一個調(diào)節(jié)參數(shù)的第二調(diào)節(jié)。設(shè)置第一調(diào)節(jié)值要根據(jù)所述第一電壓值來進(jìn)行，設(shè)置第二調(diào)節(jié)值要根據(jù)所述第二電壓值來進(jìn)行，使得分別產(chǎn)生的X射線輻射具有基本上相同的X射線劑量或者說光子流。
兩個調(diào)節(jié)參數(shù)、即所述電壓和另一個調(diào)節(jié)參數(shù)在第一電壓值和第二電壓值之間以及在該另一個調(diào)節(jié)參數(shù)的第一調(diào)節(jié)值和該另一個調(diào)節(jié)參數(shù)的第二調(diào)節(jié)值之間的交替調(diào)節(jié)能以很小的代價實(shí)施，從而無需很多的修改就能采集高能量投影和低能量投影。
根據(jù)本發(fā)明，投影的產(chǎn)生在基本上相同的X射線劑量下進(jìn)行，從而能以基本上相同的圖像質(zhì)量拍攝高能量投影和低能量投影，同時對象或患者的輻射負(fù)擔(dān)也很小。
電壓的調(diào)節(jié)總是在第一電壓值和第二電壓值之間進(jìn)行。用于產(chǎn)生相同X射線劑量的另一個調(diào)節(jié)參數(shù)的相應(yīng)調(diào)節(jié)值必須只在開始運(yùn)行斷層造影設(shè)備或該方法時一次性獲得和確定?？梢苑艞墝射線輻射或X射線管電流的費(fèi)事的動態(tài)調(diào)制，如在US6507639B1和US5822393中公開的。
作為另一個調(diào)節(jié)參數(shù)，優(yōu)選是可快速和通過簡單方式交替調(diào)節(jié)的曝光時間。曝光時間的調(diào)節(jié)在電流至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
除了曝光時間作為另一個調(diào)節(jié)參數(shù)之外，優(yōu)選還可以是借助簡單調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)的電流。電流的調(diào)節(jié)在曝光時間至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，高能量投影和低能量投影的采集通過對電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)來進(jìn)行，同時將對象區(qū)域和拍攝系統(tǒng)相對移動，使得可以按照內(nèi)存儲信息圖示(Topogramm)的形式產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像。電壓的交替調(diào)節(jié)例如可以這樣進(jìn)行，使得采集高能量圖像和低能量圖像的圖像行。由此，可以只通過一次掃描過程來產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在對象區(qū)域和拍攝系統(tǒng)相對移動時以及另外在拍攝系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時交替調(diào)節(jié)電壓和電流，從而螺旋形地掃描對象區(qū)域。
交替調(diào)節(jié)電壓和電流優(yōu)選這樣進(jìn)行，可以交替地在旋轉(zhuǎn)拍攝系統(tǒng)的不同角度區(qū)域中，在所設(shè)置的第一電壓值和第一電流值下采集多個相繼的高能量投影，而在所設(shè)置的第二電壓值和第二電流值下采集多個相繼的低能量投影。在這種設(shè)置中，電壓和電流分別針對整個角度區(qū)域(例如120度)具有不改變的調(diào)節(jié)值，從而為了產(chǎn)生高能量投影和產(chǎn)生低能量投影也可以采用X射線管形式的傳統(tǒng)X射線輻射器，該X射線管在第一和第二電流值之間具有緩慢的轉(zhuǎn)換特性。
為了也能在只采集低能量投影的角度區(qū)域中計算高能量投影，優(yōu)選這樣調(diào)節(jié)電壓和電流，即對于每兩次相繼的旋轉(zhuǎn)來說，在第二次旋轉(zhuǎn)時在事先于第一次旋轉(zhuǎn)時采集了低能量投影的角度區(qū)域內(nèi)采集高能量投影。
對于采集的每個低能量投影，優(yōu)選基于在不同旋轉(zhuǎn)中、并在相同角度區(qū)域內(nèi)采集的高能量投影而內(nèi)插出一個高能量投影。特別簡單的內(nèi)插例如通過對分別在相鄰掃描位置上采集的投影進(jìn)行相應(yīng)的平均來實(shí)現(xiàn)，這些投影是在基本上相同的角度區(qū)域中采集的。來自兩次相鄰旋轉(zhuǎn)的投影的重疊越大，或者所采集的對象區(qū)域的圖像信息的幾何位移越小，則在相應(yīng)內(nèi)插的投影中出現(xiàn)的干擾偽影越少。
反過來，如果電壓和電流這樣調(diào)節(jié)，使得對于每兩次相繼的旋轉(zhuǎn)來說，在第二次旋轉(zhuǎn)時在事先于第一次旋轉(zhuǎn)時采集了低能量投影的角度區(qū)域內(nèi)采集高能量投影，則可以特別簡單地計算出在只采集高能量投影的角度區(qū)域內(nèi)的低能量投影。
相應(yīng)地，對于每個高能量投影，優(yōu)選基于在不同旋轉(zhuǎn)中的、并在基本上相同角度區(qū)域內(nèi)采集的低能量投影而計算出一個低能量投影。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，在螺旋形掃描時、也就是在對象區(qū)域和拍攝系統(tǒng)相對移動以及拍攝系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時交替調(diào)節(jié)電壓和曝光時間。
優(yōu)選交替地在所設(shè)置的第一電壓值和第一曝光時間下采集一個高能量投影，和在所設(shè)置的第二電壓值和第二曝光時間下采集一個低能量投影。分別在每個投影之后以及不是在繞整個角度區(qū)域旋轉(zhuǎn)之后來調(diào)整調(diào)節(jié)參數(shù)同樣也能用傳統(tǒng)的X射線管實(shí)施，其中可以與電壓一樣快地調(diào)節(jié)曝光時間。
優(yōu)選地，將從所設(shè)置的高能量投影的第一電壓值和第一曝光時間出發(fā)的電壓直接轉(zhuǎn)換為隨后的低能量投影的第二電壓值和第二曝光時間。反過來同樣有利的是，從所設(shè)置的低能量投影的第二電壓值和第二曝光時間出發(fā)直接轉(zhuǎn)換為隨后的高能量投影的第一電壓值和第一曝光時間。在這種調(diào)節(jié)中，電壓至少在投影交替時必須只變化第一電壓和第二電壓之間的差那么大，從而尤其是保證簡單運(yùn)行高壓產(chǎn)生器。
此外，優(yōu)選可以這樣進(jìn)行電壓和曝光時間的調(diào)節(jié)，關(guān)于一次投影的時間間隔來對所設(shè)置的第一電壓值下的第一曝光時間以及所設(shè)置的第二電壓值下的第二曝光時間進(jìn)行平均。通過關(guān)于相應(yīng)投影的時間間隔的均衡，保證按照相等的角度間隔采集所有投影。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，對于每個高能量投影，基于在相同旋轉(zhuǎn)中的、并在相鄰掃描位置上采集的低能量投影而內(nèi)插出一個低能量投影。在最簡單的情況下，所述內(nèi)插包括對相應(yīng)低能量投影的簡單平均。
相應(yīng)地，對于每個低能量投影，基于在相同旋轉(zhuǎn)中的、并在相鄰掃描位置上采集的高能量投影而內(nèi)插出一個高能量投影。在最簡單情況下，所述內(nèi)插同樣包括對相應(yīng)高能量投影的簡單平均。
基于所采集的和內(nèi)插的低能量投影和高能量投影，優(yōu)選根據(jù)本身公知的再現(xiàn)方法計算出低能量圖像和高能量圖像。
可以由該高能量圖像和低能量圖像計算出其它圖像。
基本上只包含軟組織和不包含骨骼組織的軟組織圖像可以根據(jù)以下步驟計算W＝a*H-L其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，a表示高能量圖像的第一加權(quán)系數(shù)，W表示軟組織圖像。加權(quán)因子a例如可以具有1.5的值。
基本上只包含骨骼組織和不包含軟組織的骨骼組織圖像則根據(jù)以下步驟計算K＝L-b*H其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，b表示高能量圖像的第二加權(quán)系數(shù)，K表示骨骼組織圖像。加權(quán)因子b例如可以具有1.25的值。
優(yōu)選地，還可以計算相加圖像，其通過相加高能量圖像和低能量圖像而計算出來。


在以下示意性附圖中示出本發(fā)明的實(shí)施例和本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方式。
其中圖1以部分投影、部分方框圖的形式示出本發(fā)明的用于產(chǎn)生多重能量圖像的斷層造影設(shè)備，圖2以用于產(chǎn)生內(nèi)存儲信息圖示(Topogramm)形式的多重能量圖像的第一信號曲線的形式示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，圖3示出在圖2的電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)中投影和多重能量圖像的圖像行之間的對應(yīng)關(guān)系，圖4以用于產(chǎn)生斷層圖像或立體圖像形式的多重能量斷層圖像的第二信號曲線的形式示出電壓和電流的交替調(diào)節(jié)，圖5以針對圖4中的電壓和電流的交替調(diào)節(jié)的表格形式示出對于不同旋轉(zhuǎn)的低能量投影和高能量投影的序列，圖6示出對于圖4的電壓和電流的交替調(diào)節(jié)在第二角區(qū)域中的第n+1次旋轉(zhuǎn)的內(nèi)插低能量投影，圖7示出對于圖4的電壓和電流的交替調(diào)節(jié)在第三角區(qū)域中的第n+1次旋轉(zhuǎn)的內(nèi)插高能量投影，圖8以第三信號曲線的形式示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中將第一電壓值直接轉(zhuǎn)換為第二電壓值，
圖9以第四信號曲線的形式示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中將第二電壓值直接轉(zhuǎn)換為第一電壓值，圖10以用于圖8或圖9的電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)的方框圖的形式示出高能量投影和低能量投影的內(nèi)插，圖11以第五信號曲線的形式示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中關(guān)于各投影的時間間隔來對曝光時間的時間間隔進(jìn)行均衡，圖12以流程圖的形式示出軟組織和骨骼組織的計算以及相加圖像的計算。
具體實(shí)施例方式
圖1中以部分透視圖部分方框圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的斷層造影設(shè)備，在此為計算機(jī)斷層造影設(shè)備的形式。斷層造影設(shè)備主要包括按照X射線管1形式的X射線輻射器，探測器2，其具有在探測器陣列中設(shè)置為行和列的探測器元件3，調(diào)節(jié)裝置8，其包括用于交替調(diào)節(jié)電壓的第一調(diào)節(jié)單元8.1和用于交替調(diào)節(jié)另一個調(diào)節(jié)參數(shù)的第二調(diào)節(jié)單元8.2，計算裝置4，用于處理所采集的投影和計算不同的結(jié)果圖像，例如斷層圖像或內(nèi)存儲信息圖示形式的低能量圖像和高能量圖像，圖像存儲器5和顯示單元6。
X射線管1和探測器2是拍攝系統(tǒng)1、2的部件，并在未示出的旋轉(zhuǎn)框架上這樣相對設(shè)置，使得從一個焦點(diǎn)F發(fā)出并由邊緣射線12限定的X射線束落在探測器2上。
斷層造影設(shè)備具有用于放置對象或?qū)ο髤^(qū)域P的測量臺13。測量臺13可以在圖1示出的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸方向上相對于拍攝系統(tǒng)1、2移動。通過這種方式，在連續(xù)移動時在拍攝系統(tǒng)1、2與對象區(qū)域P之間的旋轉(zhuǎn)角位置被固定設(shè)置的情況下，分別按照內(nèi)存儲信息圖示的形式在相應(yīng)的運(yùn)行中產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像。
除了在z軸方向上相對于拍攝系統(tǒng)移動對象區(qū)域P之外，拍攝系統(tǒng)1、2還可以借助未示出的驅(qū)動裝置圍繞系統(tǒng)軸D旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)軸D平行于z軸。拍攝系統(tǒng)1、2在測量臺13平移的同時進(jìn)行旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致對對象區(qū)域P的螺旋形掃描，從而在相應(yīng)運(yùn)行中產(chǎn)生斷層圖像或立體圖像形式的高能量圖像和低能量圖像。
借助發(fā)生器11根據(jù)可預(yù)先給定的電壓、可預(yù)先給定的電流和可預(yù)先給定的曝光時間來產(chǎn)生由X射線管1發(fā)出的X射線束。調(diào)節(jié)裝置8與發(fā)生器11連接，并借助第一調(diào)節(jié)單元8.1實(shí)現(xiàn)電壓的交替調(diào)節(jié)，借助第二調(diào)節(jié)單元8.2實(shí)現(xiàn)其它調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)。電壓的調(diào)節(jié)在例如140KV的用于產(chǎn)生高能量投影的第一高電壓值和例如80KV的用于產(chǎn)生低能量投影的第二低電壓值之間交替進(jìn)行。對其它調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)分別根據(jù)在第一調(diào)節(jié)值和第二調(diào)節(jié)值之間的電壓進(jìn)行，使得與不同電壓值對應(yīng)的X射線束基本上具有相同的X射線劑量。其它由第二調(diào)節(jié)單元8.2調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)參數(shù)可以選擇為電流或曝光時間。
探測器2在不同電壓值或不同的X射線能量下產(chǎn)生的高能量投影和低能量投影被采集模塊7采集，并輸入計算裝置4。計算裝置4將高能量投影和低能量投影處理為結(jié)果圖像，例如處理為高能量圖像和低能量圖像，它們在計算結(jié)束之后存儲在圖像存儲器5中，并通過顯示單元6被可視化。調(diào)節(jié)裝置8可以按照不同的運(yùn)行方式運(yùn)行，這些運(yùn)行方式可以由操作人員借助鍵盤9或鼠標(biāo)10來選擇。
第一運(yùn)行方式用于采集按照內(nèi)存儲信息圖示形式的多重能量圖像。電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)在X射線管的電流至少基本上恒定以及拍攝系統(tǒng)1、2的旋轉(zhuǎn)角位置被固定設(shè)置、同時對象區(qū)域P在系統(tǒng)軸D的方向上移動的條件下進(jìn)行。分別交替地在所設(shè)置的第一電壓值和第一曝光時間下采集高能量投影，而在所設(shè)置的第二電壓值和第二曝光時間下采集低能量投影。在此每個投影對應(yīng)于相應(yīng)能量圖像中的一個圖像行。通過這種方式，可以與對象區(qū)域P在系統(tǒng)軸D方向上的連續(xù)移動同時地產(chǎn)生高能量圖像和低能量圖像。
圖2以用于產(chǎn)生內(nèi)存儲信息圖示形式的多重能量圖像的第一信號曲線UP1的形式示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)。為了簡化顯示，分別只示出一個高能量投影h和一次低能量投影l(fā)，并用一個附圖標(biāo)記表示。在該例中，在用于產(chǎn)生高能量投影h的140KV的第一電壓值U1和2ms的第一曝光時間B1以及用于產(chǎn)生低能量投影l(fā)的80KV的第二電壓值U2和8ms的第二曝光時間B2之間交替地調(diào)節(jié)電壓U和曝光時間B。
這樣選擇電壓U和曝光時間B的調(diào)節(jié)值U1，U2，B1，B2，使得X射線束對于低能量投影l(fā)和高能量投影h都具有基本上相同的X射線劑量。這樣選擇在系統(tǒng)軸方向上調(diào)節(jié)對象區(qū)域的速度，使得在10ms的時間間隔內(nèi)通過相應(yīng)的高能量投影h和低能量投影l(fā)對待檢查的對象區(qū)域的基本上相同的片段進(jìn)行掃描。
圖3舉例示出在同時移動對象區(qū)域P的條件下，在圖2的交替調(diào)節(jié)電壓和曝光時間的情況下高能量圖像H中的高能量投影h和圖像行之間的對應(yīng)關(guān)系，以及低能量圖像L中低能量投影l(fā)和圖像行之間的對應(yīng)關(guān)系。通過這種方式，可以與對象區(qū)域P的連續(xù)移動同時地產(chǎn)生高能量圖像H和低能量圖像L。
第二運(yùn)行方式用于采集斷層圖像或立體圖像形式的多重能量圖像。在第一實(shí)施例中其它調(diào)節(jié)參數(shù)是電流。電壓和電流的調(diào)節(jié)在曝光時間至少基本上恒定、對象區(qū)域同時移動以及圖1所示的計算機(jī)斷層造影設(shè)備的拍攝系統(tǒng)同時旋轉(zhuǎn)的條件下進(jìn)行，從而螺旋形地掃描對象區(qū)域。在此這樣運(yùn)行調(diào)節(jié)裝置，使得在旋轉(zhuǎn)拍攝系統(tǒng)的不同角度區(qū)域內(nèi)，交替地在所設(shè)置的第一電壓值和第一電流值下采集多個相繼的高能量投影、在所設(shè)置的第二電壓值和第二電流值下采集多個相繼的低能量投影。在此這樣選擇電壓值和電流值，使得X射線束對于高能量投影和低能量投影來說都具有基本上相同的X射線劑量。
圖4以用于產(chǎn)生斷層圖像或立體圖像形式的多重能量斷層圖像的電壓UP2的第二信號曲線和電流IP的信號曲線的形式示出電壓U和電流I的交替調(diào)節(jié)。電壓U和電流I對于例如120度的整個角區(qū)域b1、b2、b3分別具有不改變的調(diào)節(jié)值U1、I1和U2、I2。斷層造影設(shè)備的這種運(yùn)行方式特別是對于X射線管非常有利，X射線管在第一電流值I1和第二電流值I2之間具有緩慢的轉(zhuǎn)換特性。在該例中，在所設(shè)置的140kV的第一電壓值U1和所設(shè)置的100mA的第一電流值I1下產(chǎn)生高能量投影h。在所設(shè)置的80kV的第二電壓值U2和500mA的第二電流值I2下產(chǎn)生低能量投影l(fā)。在兩個投影h、l中，X射線束都具有大致相同的X射線劑量或者說光子流。
為了也可以在只采集低能量投影l(fā)的角度區(qū)域中計算高能量投影h，這樣調(diào)節(jié)電壓U和電流I，使得對于每兩次相繼的旋轉(zhuǎn)Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2來說，在第二次旋轉(zhuǎn)Rn+1或Rn+2時在事先已于第一次旋轉(zhuǎn)Rn或Rn+1中采集了低能量投影l(fā)的角度區(qū)域中采集高能量投影h。
圖5以針對圖4的電壓U和電流I的交替調(diào)節(jié)的表格形式示出對于不同旋轉(zhuǎn)Rn，Rn+1，Rn+2的低能量投影l(fā)和高能量投影h的序列。相同的角區(qū)域b1、b2、b3在相繼的旋轉(zhuǎn)Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2中具有不同的投影。在第一角區(qū)域b1在第n次旋轉(zhuǎn)Rn時例如采集高能量投影h，而對于該相同的第一角區(qū)域b1在隨后的第n+1次旋轉(zhuǎn)Rn+1時采集低能量投影l(fā)。
對每個高能量投影都能基于在相同角度區(qū)域中采集的來自不同旋轉(zhuǎn)的低能量投影而內(nèi)插出一個低能量投影。圖6示例性示出采用來自相鄰旋轉(zhuǎn)的哪些投影來為第二角度區(qū)域b2中的第n+1次旋轉(zhuǎn)Rn+1內(nèi)插出低能量投影l(fā)i。一方面是來自相同第二角度區(qū)域b2的第n次旋轉(zhuǎn)Rn的低能量投影l(fā)，另一方面同樣是來自相同第二角度區(qū)域b2的第n+2次旋轉(zhuǎn)Rn+2的低能量投影l(fā)。內(nèi)插例如可以通過對兩個低能量投影的簡單求平均值來形成。由于在用于內(nèi)插的投影中所采集的圖像信息發(fā)生幾何位移而在內(nèi)插出的低能量投影l(fā)i中出現(xiàn)的偽影可以這樣在最大程度上避免，即在相鄰旋轉(zhuǎn)的投影之間進(jìn)行具有較大圖像重疊的掃描。
通過相同方式，可以對每個低能量投影都基于在相同角度區(qū)域中采集的來自不同旋轉(zhuǎn)的高能量投影而內(nèi)插出一個高能量投影。圖7舉例示出相應(yīng)的采用來自相鄰旋轉(zhuǎn)的哪些投影來為第三角度區(qū)域b3中的第n+1次旋轉(zhuǎn)Rn+1內(nèi)插出高能量投影hi。所采集和內(nèi)插出的低能量投影l(fā)、li和高能量投影h、hi使得可以按照公知的再現(xiàn)方法分別簡單計算出斷層圖像或立體圖像形式的低能量圖像和高能量圖像。
第三種運(yùn)行方式同樣用于采集斷層圖像或立體圖像形式的多重能量圖像。在該運(yùn)行方式中，其它調(diào)節(jié)參數(shù)不是電流而是曝光時間。電壓和曝光時間的調(diào)節(jié)在X射線管的電流至少基本上恒定以及螺旋形掃描對象區(qū)域的條件下進(jìn)行。這樣來運(yùn)行調(diào)節(jié)裝置，使得交替地在所設(shè)置的第一電壓值和第一曝光時間下采集高能量投影，而在所設(shè)置的第二電壓值和第二曝光時間下采集低能量投影。這樣選擇電壓值和曝光時間，使得X射線輻射對于高能量投影和低能量投影來說都具有基本上相同的X射線劑量或者說光子流。
圖8以第三信號曲線UP3的形式舉例示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中從所設(shè)置的高能量投影h的第一電壓值U1和第一曝光時間B1出發(fā)直接轉(zhuǎn)換為隨后的低能量投影l(fā)中的第二電壓值U2和第二曝光時間B2。
高能量投影h的產(chǎn)生例如在所設(shè)置的140kV的第一電壓值U1和60μsec的第一曝光時間B1下進(jìn)行；相反，低能量投影l(fā)的產(chǎn)生例如在所設(shè)置的80kV的第二電壓值U2和300μsec的第二曝光時間B2下進(jìn)行，從而使得X射線輻射對兩個投影來說具有基本上相同的X射線劑量或者說光子流。
與圖8相反，圖9以第四信號曲線UP4的形式舉例示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中從所設(shè)置的低能量投影l(fā)的第二電壓值U2和第二曝光時間B2出發(fā)直接轉(zhuǎn)換為隨后高能量投影h中的第一電壓值U1和第一曝光時間B1。
在這種調(diào)節(jié)中，電壓U必須在調(diào)節(jié)值之間兩次交替的至少一次中只變化第一電壓U1與第二電壓U2之差Ud那么大，從而尤其是保證了對高壓產(chǎn)生器的簡單運(yùn)行。
在第三種運(yùn)行方式中，對每個高能量投影都基于在相鄰掃描位置上采集的相同旋轉(zhuǎn)的低能量投影而內(nèi)插出一個低能量投影。相應(yīng)地，對每個低能量投影可以內(nèi)插出一個高能量投影。
圖10以方塊圖的形式示出基于在第六掃描位置t6和第八掃描位置t8上采集的第n次旋轉(zhuǎn)Rn的低能量投影l(fā)內(nèi)插出在相同旋轉(zhuǎn)的第七掃描位置t7上的低能量投影l(fā)i。在圖10中還示例性示出在第四掃瞄位置t4上內(nèi)插出高能量投影l(fā)i，該高能量投影是基于在第三掃瞄位置t3和第五掃描位置t5上采集的同一次旋轉(zhuǎn)的高能量投影h來形成的。所采集的和內(nèi)插出的低能量投影l(fā)、li和高能量投影h、hi使得可以根據(jù)公知的再現(xiàn)方法簡單計算出分別按照斷層圖像或立體圖像形式的低能量圖像和高能量圖像。
圖11以第五信號曲線UP3的形式舉例示出電壓和曝光時間的交替調(diào)節(jié)，其中這種調(diào)節(jié)尤其是對于受光柵控制的X射線管來說是很有利的，這種X射線管可以對X射線輻射的能量和與該X射線輻射有關(guān)的X射線劑量進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。在這種調(diào)節(jié)方式中，關(guān)于掃描的時間間隔來對所設(shè)置的第一電壓值U1下的第一曝光時間B1和所設(shè)置的第二電壓值U2下的第二曝光時間B2取平均。通過關(guān)于相應(yīng)投影的時間間隔來對曝光時間的時間間隔取平均，保證了以等間距采集所有的低能量投影l(fā)和高能量投影h。
除了受光柵控制的X射線管之外，還可以將具有場發(fā)射電子源或光電陰極電子源的X射線管用于調(diào)節(jié)電壓U和曝光時間B。此外還可以采用產(chǎn)生激光的等離子X射線發(fā)射器。
在每種運(yùn)行方式中，除了高能量圖像和低能量圖像之外還可以計算出為醫(yī)生在診斷時提供支持的其它結(jié)果圖像。圖12示出基于所采集的高能量投影h和低能量投影l(fā)計算出軟組織圖像W、骨骼組織圖像K和相加圖像A的流程圖。在第一處理步驟中，將在掃描對象區(qū)域期間獲得的高能量投影h進(jìn)一步處理為高能量圖像H，將獲得的低能量投影l(fā)進(jìn)一步處理為低能量圖像L。此外，還通過將相應(yīng)的高能量投影h和相應(yīng)的低能量投影l(fā)相加來計算出相加圖像A。通過將利用第一加權(quán)系數(shù)a加權(quán)的高能量圖像H減去低能量圖像L而形成軟組織圖像W。相反，通過將低能量圖像L減去用第二加權(quán)系數(shù)b加權(quán)的高能量圖像H而形成骨骼組織圖像K。
用于計算軟組織圖像W的第一加權(quán)系數(shù)a例如可以是1.5，用于計算骨骼組織圖像K的第二加權(quán)系數(shù)b例如可以是1.25。為了調(diào)整可達(dá)到的圖像質(zhì)量，還可以由操作人員預(yù)先給定或修改相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)a、b。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生多重能量圖像(H，L)的斷層造影設(shè)備，具有-用于采集對象區(qū)域(P)的投影(h，l)的拍攝系統(tǒng)(1，2)，其中該拍攝系統(tǒng)(1，2)包括用于產(chǎn)生X射線輻射的X射線發(fā)射器(1)，該X射線輻射具有可以通過該X射線發(fā)射器的電壓(U)、電流(I)和曝光時間(B)預(yù)先給定的X射線劑量或可預(yù)先給定的光子流，-第一調(diào)節(jié)單元(8.1)，用于交替地在用于采集高能量投影(h)的第一電壓值(U1)和與該第一電壓值不同的、用于采集低能量投影(l)的第二電壓值(U2)之間調(diào)節(jié)電壓(U)，-第二調(diào)節(jié)單元(8.2)，用于交替地在對應(yīng)于第一電壓值(U1)的第一調(diào)節(jié)值(I1，B1)和與該第一調(diào)節(jié)值不同的、并對應(yīng)于第二電壓值(U2)的第二調(diào)節(jié)值(I2，B2)之間調(diào)節(jié)另一個調(diào)節(jié)參數(shù)(I，B)，-調(diào)節(jié)裝置(8)，用于根據(jù)所述第一電壓值(U1)來設(shè)置第一調(diào)節(jié)值(I1，B1)，以及根據(jù)所述第二電壓值(U2)來設(shè)置所述第二調(diào)節(jié)值(I2，B2)，使得分別產(chǎn)生的X射線束具有基本上相同的X射線劑量或光子流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷層造影設(shè)備，其中，-所述對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)在斷層造影設(shè)備的系統(tǒng)軸(D)方向上相對移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷層造影設(shè)備，其中，-所述拍攝系統(tǒng)(1，2)可以圍繞系統(tǒng)軸(D)旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-所述另一個調(diào)節(jié)參數(shù)是曝光時間(B)，并且曝光時間(B)的調(diào)節(jié)在電流(I)至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-所述另一個調(diào)節(jié)參數(shù)是電流(I)，并且電流(I)的調(diào)節(jié)在曝光時間(B)至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的斷層造影設(shè)備，其中，-為了采集高能量投影(h)和低能量投影(l)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動的條件下交替地調(diào)節(jié)電壓(U)和曝光時間(B)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的斷層造影設(shè)備，其中，-為了采集高能量投影(h)和低能量投影(l)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動以及同時使拍攝系統(tǒng)(1，2)旋轉(zhuǎn)的條件下交替調(diào)節(jié)電壓(U)和電流(I)，-在不同的角度區(qū)域中，交替地在所設(shè)置的第一電壓值(U1)和第一電流值(I1)下采集多個相繼的高能量投影(h)，而在所設(shè)置的第二電壓值(U2)和第二電流值(I2)下采集多個相繼的低能量投影(l)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的斷層造影設(shè)備，其中，-在兩次相繼的旋轉(zhuǎn)(Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2)中，在第一次旋轉(zhuǎn)期間采集高能量投影(h)，而在第二次旋轉(zhuǎn)期間在至少基本上相同的角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集低能量投影(l)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5，7或8所述的斷層造影設(shè)備，其中，-在兩次相繼的旋轉(zhuǎn)(Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2)中，在第一次旋轉(zhuǎn)期間采集低能量投影(l)，而在第二次旋轉(zhuǎn)時在至少基本上相同的角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集高能量投影(h)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、7至9中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-對于每個高能量投影(h)，基于在不同旋轉(zhuǎn)中、并在相同角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集的低能量投影(l)而內(nèi)插出一個低能量投影(li)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5、7至10中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-對于每個低能量投影(l)，基于在不同旋轉(zhuǎn)中、并在相同角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集的高能量投影(h)而內(nèi)插出一個高能量投影(hi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的斷層造影設(shè)備，其中，-為了采集低能量投影(l)和高能量投影(h)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動以及同時使拍攝系統(tǒng)(1，2)旋轉(zhuǎn)的條件下交替調(diào)節(jié)電壓(U)和曝光時間(B)，-交替地在所設(shè)置的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)下采集一個高能量投影(h)，和在所設(shè)置的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)下采集一個低能量投影(l)。
13.根據(jù)權(quán)利要求3，4或12所述的斷層造影設(shè)備，其中，-從所設(shè)置的高能量投影(h)的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)出發(fā)，直接轉(zhuǎn)換為隨后的低能量投影中的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3，4或12所述的斷層造影設(shè)備，其中，-從所設(shè)置的低能量投影(l)的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)出發(fā)，直接轉(zhuǎn)換為隨后的高能量投影(h)中的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)。
15.根據(jù)權(quán)利要求3，4或12所述的斷層造影設(shè)備，其中，-關(guān)于一次投影的時間間隔來對所設(shè)置的第一電壓值(U1)下的第一曝光時間(B1)以及所設(shè)置的第二電壓值(U2)下的第二曝光時間(B2)進(jìn)行平均。
16.根據(jù)權(quán)利要求4、12至15中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-對于每個高能量投影(h)，基于來自相同旋轉(zhuǎn)(Rn)的相鄰低能量投影(l)而內(nèi)插出一個低能量投影(li)。
17.根據(jù)權(quán)利要求4、12至16中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-對于每個低能量投影(l)，基于來自相同旋轉(zhuǎn)(Rn)的相鄰高能量投影(h)而內(nèi)插出一個高能量投影(hi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的斷層造影設(shè)備，其中，-基于所采集的和內(nèi)插出的低能量投影(l，li)計算出低能量圖像(L)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-基于所采集的和內(nèi)插出的高能量投影(h)計算出高能量圖像(H)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的斷層造影設(shè)備，其中，-可以根據(jù)以下相減步驟W＝a*H-L計算軟組織圖像(W)，其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，a表示高能量圖像的第一加權(quán)系數(shù)，W表示軟組織圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的斷層造影設(shè)備，其中，-可以根據(jù)以下相減步驟K＝L-b*H計算骨骼組織圖像(K)，其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，b表示高能量圖像的第二加權(quán)系數(shù)，K表示骨骼組織圖像。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-通過相加高能量圖像(H)和低能量圖像(L)而計算出相加圖像(A)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的斷層造影設(shè)備，其中，-可以根據(jù)低能量投影(l)和高能量投影(h)而計算出標(biāo)準(zhǔn)CT圖像。
24.一種用于為斷層造影設(shè)備產(chǎn)生多重能量圖像(H，L)的方法，該斷層造影設(shè)備具有用于采集對象區(qū)域(P)的投影(h，l)的拍攝系統(tǒng)(1，2)，其中該拍攝系統(tǒng)(1，2)包括用于產(chǎn)生X射線輻射的X射線發(fā)射器(1)，該X射線輻射具有可以通過該X射線發(fā)射器的電壓(U)、電流(I)和曝光時間(B)預(yù)先給定的X射線劑量或可預(yù)先給定的光子流，其中，-交替地在用于采集高能量投影(h)的第一電壓值(U1)和與該第一電壓值不同的、用于采集低能量投影(l)的第二電壓值(U2)之間調(diào)節(jié)電壓(U)，-交替地在對應(yīng)于第一電壓值(U1)的第一調(diào)節(jié)值(I1，B1)和與該第一調(diào)節(jié)值不同的、并對應(yīng)于第二電壓值(U2)的第二調(diào)節(jié)值(I2，B2)之間調(diào)節(jié)另一個調(diào)節(jié)參數(shù)(I，B)，-根據(jù)所述第一電壓值(U1)來設(shè)置第一調(diào)節(jié)值(I1，B1)，以及根據(jù)所述第二電壓值(U2)來設(shè)置所述第二調(diào)節(jié)值(I2，B2)，使得分別產(chǎn)生的X射線束具有基本上相同的X射線劑量或光子流。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，-所述對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)在斷層造影設(shè)備的系統(tǒng)軸(D)方向上相對移動。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其中，-所述拍攝系統(tǒng)(1，2)可以圍繞系統(tǒng)軸(D)旋轉(zhuǎn)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任一項所述的方法，其中，-所述另一個調(diào)節(jié)參數(shù)是曝光時間(B)，并且曝光時間(B)的調(diào)節(jié)在電流(I)至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任一項所述的方法，其中，-所述另一個調(diào)節(jié)參數(shù)是電流(I)，并且電流(I)的調(diào)節(jié)在曝光時間(B)至少基本上恒定的條件下進(jìn)行。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，-為了采集高能量投影(h)和低能量投影(l)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動的條件下交替地調(diào)節(jié)電壓(U)和曝光時間(B)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，-為了采集高能量投影(h)和低能量投影(l)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動以及同時使拍攝系統(tǒng)(1，2)旋轉(zhuǎn)的條件下交替調(diào)節(jié)電壓(U)和電流(I)，-交替地在不同的角度區(qū)域中，在所設(shè)置的第一電壓值(1)和第一電流值(I1)下采集多個相繼的高能量投影(h)，而在所設(shè)置的第二電壓值(2)和第二電流值(I2)下采集多個相繼的低能量投影(l)。
31.根據(jù)權(quán)利要求28或30所述的方法，其中，-在兩次相繼的旋轉(zhuǎn)(Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2)中，在第一次旋轉(zhuǎn)期間采集高能量投影(h)，而在第二次旋轉(zhuǎn)期間在至少基本上相同的角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集低能量投影(l)。
32.根據(jù)權(quán)利要求28、30或31所述的方法，其中，-在兩次相繼的旋轉(zhuǎn)(Rn，Rn+1或Rn+1，Rn+2)中，在第一次旋轉(zhuǎn)期間采集低能量投影(l)，而在第二次旋轉(zhuǎn)期間在至少基本上相同的角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集高能量投影(h)。
33.根據(jù)權(quán)利要求28、30至32中任一項所述的方法，其中，-對于每個高能量投影(h)，基于在不同旋轉(zhuǎn)中、并在相同角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集的低能量投影(l)而內(nèi)插出一個低能量投影(li)。
34.根據(jù)權(quán)利要求28、30至33中任一項所述的方法，其中，-對于每個低能量投影(l)，基于在不同旋轉(zhuǎn)中、并在相同角度區(qū)域(b1，b2，b3)內(nèi)采集的高能量投影(h)而內(nèi)插出一個高能量投影(hi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，-為了采集低能量投影(l)和高能量投影(h)，在同時使對象區(qū)域(P)和拍攝系統(tǒng)(1，2)沿著系統(tǒng)軸(D)方向相對移動以及同時使拍攝系統(tǒng)(1，2)旋轉(zhuǎn)的條件下交替調(diào)節(jié)電壓(U)和曝光時間(B)，-交替地在所設(shè)置的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)下采集一個高能量投影(h)，和在所設(shè)置的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)下采集一個低能量投影(l)。
36.根據(jù)權(quán)利要求27或35所述的方法，其中，-從所設(shè)置的高能量投影(h)的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)出發(fā)，直接轉(zhuǎn)換為隨后的低能量投影的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)。
37.根據(jù)權(quán)利要求27或35所述的方法，其中，-從所設(shè)置的低能量投影(l)的第二電壓值(U2)和第二曝光時間(B2)出發(fā)，直接轉(zhuǎn)換為隨后的高能量投影(h)的第一電壓值(U1)和第一曝光時間(B1)。
38.根據(jù)權(quán)利要求27或35所述的方法，其中，-關(guān)于一次投影的時間間隔來對所設(shè)置的第一電壓值(U1)下的第一曝光時間(B1)以及所設(shè)置的第二電壓值(U2)下的第二曝光時間(B2)進(jìn)行平均。
39.根據(jù)權(quán)利要求27、35至38中任一項所述的方法，其中，-對于每個高能量投影(h)，基于來自相同旋轉(zhuǎn)(Rn)的相鄰低能量投影(l)而內(nèi)插出一個低能量投影(li)。
40.根據(jù)權(quán)利要求27、35至39中任一項所述的方法，其中，-對于每個低能量投影(l)，基于來自相同旋轉(zhuǎn)(Rn)的相鄰高能量投影(h)而內(nèi)插出一個高能量投影(hi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的方法，其中，-基于所采集的和內(nèi)插出的低能量投影(l，li)計算出低能量圖像(L)。
42.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的方法，其中，-基于所采集的和內(nèi)插出的高能量投影(h，hi)計算出高能量圖像(H)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的方法，其中，-可以根據(jù)以下相減步驟W＝a*H-L計算軟組織圖像(W)，其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，a表示高能量圖像的第一加權(quán)系數(shù)，W表示軟組織圖像。
44.根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的方法，其中，-可以根據(jù)以下相減步驟K＝L-b*H計算骨骼組織圖像(K)，其中H表示高能量圖像，L表示低能量圖像，b表示高能量圖像的第二加權(quán)系數(shù)，K表示骨骼組織圖像。
45.根據(jù)權(quán)利要求42至44中任一項所述的方法，其中，-通過相加高能量圖像(H)和低能量圖像(L)而計算出相加圖像(A)。
46.根據(jù)權(quán)利要求24至45中任一項所述的方法，其中，-可以根據(jù)低能量投影(l)和高能量投影(h)而計算出標(biāo)準(zhǔn)CT圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生多重能量圖像(H，L)的斷層造影設(shè)備以及用于該斷層造影設(shè)備的方法，其中通過交替地調(diào)節(jié)電壓(U)和另一個調(diào)節(jié)參數(shù)，也就是電流(I)或曝光時間(B)，來采集高能量投影(h)和低能量投影(1)，使得在所設(shè)置的第一電壓值(U1)和另一個調(diào)節(jié)參數(shù)(I，B)的第一調(diào)節(jié)值(I1，B1)下，以及在所設(shè)置的第二電壓值(U2)和另一個調(diào)節(jié)參數(shù)(I，B)的第二調(diào)節(jié)值(I2，B2)下，由X射線發(fā)射器(1)產(chǎn)生的X射線輻射具有基本上相同的X射線劑量或光子流。
文檔編號H05G1/30GK1765327SQ20051011840
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者斯蒂芬·波普斯庫 申請人:西門子公司