對于虛擬x射線量子能量分布產(chǎn)生圖像的方法和拍攝裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生結(jié)果圖像的方法、相應(yīng)的計算機程序、數(shù)據(jù)載體以及X射線圖像拍攝裝置。方法包括：采集患者的第一圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于第一X射線量子能量分布的第一X射線衰減分布；采集患者的至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于至少一個第二X射線量子能量分布的至少一個第二X射線衰減分布；規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布；基于第一和所述至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組對于至少兩個材料確定患者的空間的密度分布；根據(jù)規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生患者的第三圖像數(shù)據(jù)組，其中第三圖像數(shù)據(jù)組表示相應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的第三X射線衰減分布；和從第三數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生虛擬的圖像。
【專利說明】
對于虛擬X射線量子能量分布產(chǎn)生圖像的方法和拍攝裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)至少兩個圖像數(shù)據(jù)組產(chǎn)生結(jié)果圖像的方法，該至少兩個 圖像數(shù)據(jù)組分別表示涉及至少兩個X射線量子能量分布和規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分 布的患者的X射線衰減分布，以及用于實施按照本發(fā)明的方法的相應(yīng)的計算機程序、相應(yīng)的 數(shù)據(jù)載體和相應(yīng)的X射線圖像拍攝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了解決醫(yī)學問題越來越頻繁地使用成像X射線裝置，例如C形臂X射線設(shè)備或計 算機斷層造影設(shè)備。成像X射線裝置是指，其具有X射線輻射源，典型地是X射線管，以及與X 射線輻射源共同作用的X射線輻射探測器。由X射線輻射源發(fā)射的X射線輻射穿過待檢查的 患者并且由于與患者的不同組織類型相互作用而被衰減。探測器相對于X射線輻射源布置 在患者之后，接收在患者之后剩余的X射線輻射并且將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)于由于患者引起的X射 線衰減的電信號。
[0003] X射線輻射源發(fā)射具有發(fā)射譜的X射線輻射，也就是從X射線輻射源發(fā)出的伽馬量 子具有包括多個量子能量值的能量分布。換言之，X射線輻射源發(fā)射多色的X射線輻射。發(fā)射 譜極大地受到利用其運行X射線輻射源的X射線管電壓或加速電壓的影響?？梢愿爬ǖ卣f， 加速電壓越高，則發(fā)射譜的平均X射線量子能量越大。
[0004] 公知的是，不同的材料或組織類型，例如水或骨骼，不同強度地與X射線輻射相互 作用。簡單地說，在所有X射線圖像拍攝中圖像對比度基于該區(qū)別。此外，在穿過材料時的X 射線衰減的能量依賴關(guān)系也是公知的。這意味著，低能量的X射線輻射比高能量的X射線輻 射更強烈地被材料所吸收。
[0005] 在X射線成像中必須注意在X射線輻射與材料的相互作用中的該區(qū)別，以便產(chǎn)生X 射線圖像拍攝，其一方面具有用于答復醫(yī)學問題的足夠的圖像質(zhì)量并且另一方面保護患者 免受不需要的劑量負荷。
[0006] 通常為該目的，目前在X射線圖像拍攝之前設(shè)置加速電壓。在選擇合適的加速電壓 的情況下要解決的醫(yī)學問題、待實現(xiàn)的圖像質(zhì)量、患者劑量的減小或在X射線圖像拍攝時待 給予的造影劑量和/或患者的個體的X射線衰減特性是決定性的。由此優(yōu)選地，在X射線圖像 拍攝的情況下在給予含碘的造影劑的條件下采用在70kV至IOOkV范圍內(nèi)的低的加速電壓， 以便優(yōu)化在低的劑量的情況下的碘對比度噪聲比（Jod-Kontrast-Rausch-Verhdltnis X反 之，否則如果在X射線圖像拍攝中估計強烈的金屬偽影，則例如采用例如大約HOkV的較高 的加速電壓。
[0007] 迄今為止，使用者，也就是醫(yī)生或醫(yī)學專業(yè)人員，手動地設(shè)置加速電壓。為該目的， 現(xiàn)代的X射線圖像拍攝裝置具有所謂的劑量自動控制裝置，借助其自動地或半自動地設(shè)置 用于X射線掃描或X射線圖像拍攝的加速電壓。在此，劑量自動控制裝置在定義掃描協(xié)議的 情況下向使用者提供對于加速電壓的選擇，例如701^、801^、1001^、1201^和1401^，從其中 使用者依據(jù)規(guī)劃的檢查、患者的解剖學情況、圖像質(zhì)量和/或X射線圖像拍攝裝置的特征來 選擇最優(yōu)的加速電壓。替換地，劑量自動控制裝置僅向使用者顯示關(guān)于最優(yōu)的加速電壓的 相應(yīng)方案來用于確認或自動地設(shè)置最優(yōu)的加速電壓。
[0008] 相應(yīng)地，成像X射線設(shè)備迄今為止必須被構(gòu)造為，使得其能夠在多個不同的加速電 壓的情況下運行。換言之，加速電壓的可設(shè)置性在發(fā)電機以及X射線輻射源方面必須被確 保、X射線管電流在恒定的功率下必須能夠與最優(yōu)的加速電壓相匹配并且必須校準不同的 加速電壓，這綜述地意味著提高的技術(shù)開銷。此外，X射線管電壓的設(shè)置在使用者側(cè)是復雜 的并且由此易于產(chǎn)生錯誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 相應(yīng)地，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在放棄麻煩地選擇或規(guī)定最優(yōu)的加速電壓 的條件下或在放棄準備好可調(diào)節(jié)到所有可能的加速電壓的X射線圖像拍攝裝置的條件下向 使用者提供X射線圖像拍攝，該X射線圖像拍攝關(guān)于圖像觀感、圖像質(zhì)量和/或說服力類似于 通過利用最優(yōu)的加速電壓進行的X射線掃描所獲得的X射線圖像拍攝。
[0010] 上述技術(shù)問題通過按照本發(fā)明的方法、通過按照本發(fā)明的計算機程序、通過按照 本發(fā)明的機器可讀的數(shù)據(jù)載體以及通過按照本發(fā)明的X射線圖像拍攝裝置來解決。
[0011] 下面描述了上述技術(shù)問題的關(guān)于要求保護的方法以及關(guān)于要求保護的裝置的按 照本發(fā)明的解決方案。在此提到的特征、優(yōu)點或替換的實施方式同樣也被轉(zhuǎn)用到其它要求 保護的對象，反之亦然。換言之，物的權(quán)利要求(其例如針對裝置)也可以以結(jié)合方法描述或 涉及的特征來擴展。方法的相應(yīng)的功能性的特征在此通過相應(yīng)的具體的模塊或單元來構(gòu) 造。
[0012] 本發(fā)明基于采集患者的第一圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于第一 X射線量子能量分布 的患者的第一 X射線衰減分布;采集患者的至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于至少一 個第二X射線量子能量分布的患者的至少一個第二X射線衰減分布;和規(guī)定虛擬的X射線量 子能量分布。發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)認識到，基于第一和至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組對于至少兩個 材料確定患者中的空間的密度分布，并且從中以及根據(jù)規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布 可以產(chǎn)生患者的第三圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的患者 的第三X射線衰減分布。最后從該第三數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生結(jié)果圖像。
[0013] 在所建議的方法中，從患者中產(chǎn)生具有彼此不同的X射線量子能量分布的至少兩 個X射線圖像數(shù)據(jù)組。圖像數(shù)據(jù)組可以利用按照本發(fā)明的X射線圖像拍攝裝置來采集，該X射 線圖像拍攝裝置下面進一步詳細描述。圖像數(shù)據(jù)組可以涉及患者的身體的部分區(qū)域，例如 患者的特定的身體區(qū)域，其應(yīng)當借助X射線圖像拍攝裝置來成像。在該情況下，圖像數(shù)據(jù)組 僅相對于待成像的部分區(qū)域(例如相對于胸部或背部)包含患者的X射線衰減分布的信息。 替換地，圖像數(shù)據(jù)組涉及患者的整個身體。在該情況下，圖像數(shù)據(jù)組相對于整個患者身體包 含患者的X射線衰減分布的信息。
[0014] X射線量子能量分布是指X射線輻射的能量譜，該X射線輻射被用于拍攝圖像數(shù)據(jù) 組中的一個。利用具有彼此不同的X射線量子能量分布的X射線輻射產(chǎn)生至少兩個圖像數(shù)據(jù) 組。X射線量子能量分布例如可以按照其平均的X射線量子能量或按照其尖峰能量來區(qū)別， 其可以部分地頻譜地重疊或完全分離，也就是不具有交集。
[0015] 可以利用雙能量或多能量X射線圖像拍攝裝置拍攝至少兩個圖像數(shù)據(jù)組。在此通 過在X射線圖像拍攝裝置的一個或多個相應(yīng)設(shè)置的X射線輻射源上的不同的加速電壓產(chǎn)生 不同的X射線量子能量分布。替換地，可以利用在X射線輻射源后面的不同的、頻譜的濾波器 產(chǎn)生不同的X射線量子能量分布和/或使用能量選擇性的探測器。在此，能量選擇性的被理 解為譜分辨的或譜分離的。能量選擇性的探測器被構(gòu)造為，將入射的X射線量子根據(jù)其量子 能量來分類。
[0016] 用于拍攝圖像數(shù)據(jù)組的X射線量子能量分布是任意的，并且特別地事先通過所使 用的X射線圖像拍攝裝置及其一個或多個加速電壓或另外的系統(tǒng)參數(shù)來規(guī)定或固定地設(shè) 置。其與由使用者實際對于X射線掃描所期望的X射線量子能量分布不同。
[0017] 規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布被理解為另外的X射線輻射譜，其與第一和第 二X射線量子能量分布不同。該X射線量子能量分布可以在如下情況中規(guī)定，即，其可以通過 按照本發(fā)明的X射線圖像拍攝裝置的計算機系統(tǒng)，如下面進一步描述的那樣，選擇、規(guī)定、確 定或通過使用者來輸入。該X射線量子能量分布是虛擬的，因為其與第一和至少一個第二X 射線量子能量分布不同不是通過測量產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)組，而是從至少兩個圖像數(shù)據(jù)組中計算 出第三圖像數(shù)據(jù)組。換言之，對于第三X射線量子能量分布，仿真圖像數(shù)據(jù)組的拍攝。規(guī)定 的、虛擬的X射線量子能量分布相應(yīng)于由使用者實際對于X射線掃描所期望的X射線量子能 量分布。
[0018] 按照一種實施方式，規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布僅通過一個能量值給出。 在該情況下，由第三圖像數(shù)據(jù)組重建的結(jié)果圖像是單色的圖像。特別地，規(guī)定的、虛擬的X射 線量子能量可以被理解為X射線輻射源的發(fā)射譜的平均能量，利用該X射線輻射源產(chǎn)生了相 應(yīng)于結(jié)果圖像的X射線圖像拍攝。按照另一種實施方式，規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布 通過窄的能量帶給出，例如5keV、10keV、15keV的能量帶等，并且結(jié)果圖像相應(yīng)于多色的圖 像。按照另一種實施方式，規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布處于第一和至少一個第二X射 線量子能量分布之間。特別地，在該情況下規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布不具有與另 外的X射線量子能量分布中的一個的重疊。
[0019]如開頭提到的那樣，X射線衰減是取決于能量的參量。由此，第一圖像數(shù)據(jù)組表示 對于第一 X射線能量譜的患者的X射線衰減分布并且至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組表示對于至 少一個第二X射線能量譜的患者的X射線衰減分布。
[0020] 本發(fā)明現(xiàn)在使用該彼此不同的、關(guān)于在至少兩個圖像數(shù)據(jù)組中的X射線衰減分布 的信息，以便產(chǎn)生對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的結(jié)果圖像。
[0021] 為此，執(zhí)行將至少兩個圖像數(shù)據(jù)組分解為至少兩個材料的本身已知的材料分解或 基本材料分解。材料分解基于如下考慮，即，借助X射線圖像拍攝裝置測量的X射線衰減值可 以被描述為所謂的基本材料關(guān)于上述X射線量子能量分布的X射線衰減值的線性組合。所測 量的X射線衰減值由對于不同的X射線量子能量分布的至少兩個圖像數(shù)據(jù)組給出。材料或基 本材料可以是任何物質(zhì)或任何組織，特別是水、造影劑如碘、軟組織、骨骼等?；静牧系娜?決于X射線輻射能量的X射線衰減基本上是公知的或可以通過在模體上的事先測量來確定 并且為了調(diào)用而以表格的形式存儲在材料分解的框架內(nèi)。材料分解的結(jié)果是在患者中的至 少兩個材料的空間的密度分布，由此對于在患者的待成像的身體區(qū)域中的每個體積元素可 以確定基本材料份額或基本材料組合?；趦煞N材料的已知的、取決于能量的X射線衰減， 通過將兩種材料關(guān)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的X射線衰減值相應(yīng)于材料份額加 權(quán)地相加來計算或仿真第三圖像數(shù)據(jù)組，該第三圖像數(shù)據(jù)組描述了有效的X射線衰減，其由 具有上述規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的X射線圖像拍攝以及隨后的重建得出。附加 地按照一種實施方式，在關(guān)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布X射線衰減分量相加的情 況下可以進行取決于能量的加權(quán)。按照一種實施方式，第三圖像數(shù)據(jù)組由關(guān)于在規(guī)定的、虛 擬的X射線量子能量分布內(nèi)的離散的X射線量子能量值的多個單圖像數(shù)據(jù)組組成。
[0022] 由第三圖像數(shù)據(jù)組然后借助已知的重建算法，例如濾波的反投影或迭代算法，重 建的結(jié)果圖像促成如下觀感，其利用規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的X射線輻射拍攝， 而不必使用者事先選擇用于X射線輻射源的相應(yīng)于X射線量子能量分布的加速電壓。
[0023] 通過按照本發(fā)明的措施取消而不必在利用X射線圖像拍攝裝置拍攝圖像數(shù)據(jù)組之 前通過相應(yīng)于期望的圖像觀感選擇X射線輻射源的加速電壓來設(shè)置X射線量子能量分布。這 能夠?qū)崿F(xiàn)X射線圖像拍攝裝置的簡化結(jié)構(gòu)并且使對于使用者的迄今的復雜且易于產(chǎn)生錯誤 的操作過程簡化。
[0024] 按照第一方面，利用譜分離的X射線輻射探測器采集第一和至少一個第二圖像數(shù) 據(jù)組。該X射線輻射探測器被構(gòu)造為，相應(yīng)于其量子能量來分類入射的X射線量子，并且分別 將其分配給圖像數(shù)據(jù)組中的一個。由此對于按照本發(fā)明的方法僅需具有規(guī)定的或固定的發(fā) 射譜的X射線輻射源。按照本發(fā)明的該方面，特別快速地且對于患者無需附加的劑量負荷地 進行圖像數(shù)據(jù)組的拍攝。
[0025] 按照本發(fā)明的另一方面，利用量子計數(shù)探測器或雙層探測器采集第一和至少一個 第二圖像數(shù)據(jù)組。
[0026] 量子計數(shù)探測器典型地被理解為直接轉(zhuǎn)換探測器，其將入射的X射線量子借助合 適的探測器材料直接轉(zhuǎn)換為電信號。量子計數(shù)探測器可以能量分辨地運行，其中能量分辨 率可以借助所謂的裝倉(Binning)來設(shè)置。換言之，可以規(guī)定任意的能量范圍，關(guān)于其可以 對入射的X射線量子進行分類。分別通過在一個或多個能量范圍內(nèi)的信號構(gòu)成第一和至少 一個第二圖像數(shù)據(jù)組。將能量范圍分配給圖像數(shù)據(jù)組可以依據(jù)第一和/或至少一個第二X射 線量子能量分布或依據(jù)規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布進行。作為用于量子計數(shù)探測器 的探測器材料特別合適的是半導體碲化鎘、碲化鋅鎘或砷化鎵，或者在平面探測器的情況 下，無定形硒(amorphes Selen)等。
[0027] 雙層探測器被構(gòu)造為，將入射的X射線管頻譜分解為低能量的和高能量的分量。為 此，雙層探測器由兩層構(gòu)成。面向X射線輻射源的探測器層測量具有低能量的入射的X射線 輻射的光子并且將所測量的信號分配給第一圖像數(shù)據(jù)組。其被高能量的X射線輻射穿透。在 其下或其后，也就是背向X射線輻射源布置的探測器層中測量具有較高量子能量的光子，并 且將其分配給第二圖像數(shù)據(jù)組。典型地，兩個探測器層包括閃爍器，因此，雙層探測器是直 接轉(zhuǎn)換探測器。作為閃爍材料使用晶體，諸如碘化銫、鎢酸鎘，或陶瓷材料，諸如硫氧化釓 等。
[0028] 本發(fā)明的該方面允許以特別簡單的方式將探測器參數(shù)，例如借助匹配裝倉，與規(guī) 定的、虛擬的X射線量子能量分布相匹配。由此，關(guān)于在圖像數(shù)據(jù)組中的患者的X射線衰減分 布的信息是特別有價值的。
[0029] 在按照本發(fā)明的方法中如果采用雙層探測器，則具有優(yōu)勢的是，以事先規(guī)定的 120kV的加速電壓來運行X射線輻射源。如果采用量子計數(shù)探測器，則具有優(yōu)勢的是，以事先 規(guī)定的HOkV的加速電壓來運行X射線輻射源。由此考慮各個探測器的物理特性，例如取決 于能量的敏感性。
[0030] 相應(yīng)于另一種實施方式，利用兩個源探測器系統(tǒng)采集至少兩個圖像數(shù)據(jù)組，該源 探測器系統(tǒng)以不同的發(fā)射譜工作。在該情況下X射線圖像拍攝裝置的X射線模塊包括兩個X 射線輻射源并且探測器模塊包括兩個X射線輻射探測器，其中每個探測器被構(gòu)造為用于記 錄從X射線輻射源中的一個發(fā)出的X射線輻射。在此也稱為雙源X射線成像裝置。相應(yīng)于另一 種實施方式，兩個X射線輻射源在采集至少兩個圖像數(shù)據(jù)組的情況下以90kV和150kV的加速 電壓運行。相應(yīng)于另一種實施方式，兩個X射線輻射源中的至少一個包括用于改善發(fā)出的X 射線輻射的譜分離的濾波器，特別是錫濾波器。
[0031] 按照本發(fā)明的另一方面，依據(jù)至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的患者信息來規(guī) 定虛擬的X射線量子能量。
[0032] 特定于患者的、有關(guān)身體的信息被理解為關(guān)于患者的任意信息，其說明了其身體 的個體的形態(tài)或解剖結(jié)構(gòu)。所述任意信息特別地被理解為患者身高，也就是沿著其身體軸 其從頭至腳的延伸；患者在側(cè)向方向上的延伸，也就是患者寬度；患者在前后方向上的延 伸，也就是患者深度;其身體表面或患者體重。關(guān)于其身體的另外的信息，例如特定的組織 分布、組織成分、特定器官或組織絕對或相對于彼此的位置和大小或個體的X射線衰減特性 同樣屬于所述任意信息。身體表面被理解為通過患者的皮膚或處于其上的衣服或覆蓋物等 形成的三維表面，其將患者與其環(huán)境進行界定。患者體重被理解為相應(yīng)于患者身體的組織 密度的質(zhì)量的分布，特別是被理解為患者的重量。
[0033] 本發(fā)明的該方面基于如下考慮，即，當在規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布的情況下 考慮患者的考慮了患者的個體的X射線衰減特性的解剖情況時，可以產(chǎn)生特別有說服力的 結(jié)果圖像。該規(guī)定相應(yīng)于依據(jù)特定于患者的、有關(guān)身體的信息來選擇用于X射線輻射源的加 速電壓。相應(yīng)地，規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布被選擇為，使得其例如相應(yīng)于發(fā)射譜的 平均能量，該發(fā)射譜在考慮患者的解剖情況的條件下適用于拍攝圖像數(shù)據(jù)組。
[0034] 至少一個或多個特定于患者的、有關(guān)身體的信息通過分析患者定位片、患者的照 相的成像或患者的例如源于過去進行的X射線檢查的一個或多個X射線圖像拍攝得出。定位 片或照相的拍攝表示在至少待成像的身體區(qū)域中的或完整的患者。替換地，X射線圖像拍攝 裝置可以被構(gòu)造為，確定至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的患者信息，例如可以將秤集成 到X射線圖像拍攝裝置的患者臥榻中以用于確定患者體重，或者X射線圖像拍攝裝置可以包 括用于建立患者的照相的成像的照相機。在另一種實施中，可以通過下面詳細描述的輸入 單元由使用者輸入特定于患者的、有關(guān)身體的信息。
[0035] 按照本發(fā)明的另一方面，基于如下的特定于患者的、有關(guān)身體的信息中的至少一 個來規(guī)定虛擬的X射線量子能量:患者身高、患者寬度、患者形狀、患者體重或患者的X射線 衰減特性。提到的參數(shù)或信息特別好地適用于，合適地選擇用于患者的規(guī)定的、虛擬的X射 線量子能量分布?；颊呱砀?、患者寬度、患者形狀、和X射線衰減特性例如可以借助已知的圖 像處理算法簡單地從患者的定位片和/或從照相的成像中導出。至少在待成像的身體區(qū)域 中，患者形狀的確定尤其可以包括對于患者的身體表面的三維表面模型的確定。
[0036] 為此按照本發(fā)明的另一方面，通過患者的光學采樣獲得至少一個特定于患者的、 有關(guān)身體的信息。
[0037] 采樣借助光學傳感器進行。光學傳感器被構(gòu)造為用于探測從患者反射和/或發(fā)出 的電磁輻射。此外，光學傳感器為此被構(gòu)造為，在與X射線輻射相比低頻的譜范圍內(nèi)，特別是 在可見光的或紅外的譜范圍內(nèi)探測電磁輻射。因此在利用光學傳感器采樣時患者不暴露于 可能有害的、附加的X射線輻射，如例如在利用X射線圖像拍攝裝置拍攝定位片以用于獲得 特定于患者的、有關(guān)身體的信息的情況下那樣的附加的X射線輻射。患者的采樣優(yōu)選直接在 X射線圖像拍攝或X射線掃描之前進行，但是該時間關(guān)系不是強制必須的。優(yōu)選地，患者在采 樣時躺在X射線圖像拍攝裝置的患者臥榻上，從而由此獲得的特定于患者的、有關(guān)身體的信 息盡可能最好地反映在X射線圖像拍攝的情況下的解剖情況。光學傳感器被構(gòu)造為，用于通 過采樣來產(chǎn)生二維的或三維的信息。
[0038] 按照本發(fā)明的另一方面，借助三維照相機進行光學采樣。
[0039] 在該情況下，以三維照相機形式的光學傳感器記錄關(guān)于在至少待成像的身體區(qū)域 中的患者的三維信息。相應(yīng)地按照本發(fā)明的該實施方式，光學傳感器被構(gòu)造為，用于無接觸 地采樣對象的表面以及特別是患者的身體表面。三維信息包含深度信息并且例如可以以三 維圖像的形式存在。換言之，三維信息對于每個對象點或?qū)τ诿總€圖像點附加地包括關(guān)于 對象與傳感器之間的距離的信息。與僅在兩個維度中以灰度值或色彩值來成像對象的二維 圖像不同，三維圖像由于其關(guān)于至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的信息的提高的信息含 量是特別有價值的。
[0040] 患者的光學采樣可以限于待掃描的身體區(qū)域。這加速了至少一個特定于患者的、 有關(guān)身體的信息的確定。優(yōu)選地，采樣整個患者，以便能夠特別詳細地導出多個特定于患者 的、有關(guān)身體的信息。通過考慮特定于患者的、有關(guān)身體的信息的任意組合可以將規(guī)定的、 虛擬的X射線量子能量分布特別好地與患者的解剖結(jié)構(gòu)相匹配。
[0041] 按照本發(fā)明的另一方面，依據(jù)檢查類型，也就是規(guī)劃的應(yīng)當根據(jù)用于患者的結(jié)果 圖像實現(xiàn)的檢查類型進行虛擬的X射線量子能量的規(guī)定。檢查類型在此被理解為每個任意 醫(yī)學的或臨床的、根據(jù)X射線圖像拍攝可以答復的問題。例如可以分別在考慮造影劑給予的 條件下借助血管造影拍攝檢查血管或檢查肝臟實質(zhì)，或在沒有造影劑的條件下檢查骨骼組 織。
[0042] 本發(fā)明的該方面基于如下考慮，即，可以如下地優(yōu)化結(jié)果圖像的圖像質(zhì)量，即，在 考慮檢查的類型的條件下規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布，因為每個檢查類型對X射線圖像 拍攝的要求不同。本發(fā)明的該方面由此基本上相應(yīng)于選擇合適的加速電壓，該加速電壓在 利用該加速電壓拍攝圖像數(shù)據(jù)組時導致期望的或?qū)τ诖饛团R床問題所需的圖像觀感。通過 選擇合適的、規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布，對于相應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能 量分布的加速電壓仿真圖像數(shù)據(jù)組的拍攝。
[0043] 按照本發(fā)明的另一方面，依據(jù)期望的圖像質(zhì)量，特別是關(guān)于改善的對比度-噪聲 比、減小的圖像噪聲或減小的偽影來規(guī)定虛擬的X射線量子能量。偽影被理解為在X射線圖 像拍攝中包含的、在對象的待成像的物理的尺寸中沒有對應(yīng)物的所有現(xiàn)象。典型的偽影例 如是金屬偽影、輻射硬化偽影、運動偽影、部分體積偽影等。
[0044] 本發(fā)明的該方面基本上還相應(yīng)于選擇合適的加速電壓，該加速電壓在利用該加速 電壓拍攝圖像數(shù)據(jù)組時導致期望的或?qū)τ诖饛团R床問題所需的圖像質(zhì)量。由此例如，當在X 射線圖像中需要特別好的碘對比度時，對于圖像拍攝選擇小的X射線管電壓，例如在檢查血 管或軟組織的情況下。相應(yīng)地，按照本發(fā)明的該方面，為了改善碘對比度可以在小的X射線 量子能量的范圍內(nèi)，例如在50keV和90keV之間選擇規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布。在 替換的情況下，當已知患者身體中包括金屬結(jié)構(gòu)，例如在骨折之后的關(guān)節(jié)植入物或螺絲，應(yīng) 當在結(jié)果圖像中減小其偽影時，可以在較高的X射線量子能量的范圍內(nèi)，例如從IOOkeV起選 擇規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布。
[0045] 按照本發(fā)明的另一方面，在利用X射線圖像拍攝裝置采集至少兩個圖像數(shù)據(jù)組之 后進行虛擬的X射線量子能量的規(guī)定。原則上，本發(fā)明允許在采信至少兩個圖像數(shù)據(jù)組之前 以及之后規(guī)定虛擬的X射線量子能量。但是在回溯觀察的情況下，可以依據(jù)信息，例如特定 于患者的、有關(guān)身體的信息，或在采集圖像數(shù)據(jù)組的時間點還未知的期望的檢查類型，進行 虛擬的X射線量子能量分布的規(guī)定。這允許本發(fā)明的寬的應(yīng)用。除此之外，回溯地選擇規(guī)定 的、虛擬的X射線量子能量分布能夠?qū)崿F(xiàn)，對于不同的虛擬的X射線量子能量分布仿真多個 結(jié)果圖像，并且事后才根據(jù)各個產(chǎn)生的圖像觀感來選擇最優(yōu)的結(jié)果圖像。換言之，按照本發(fā) 明可以產(chǎn)生至少一個第三圖像數(shù)據(jù)組并且從中重建至少一個結(jié)果圖像。
[0046] 對于虛擬的X射線量子能量分布的前瞻性規(guī)定的情況，可以附加地從虛擬的X射線 量子能量分布中導出最優(yōu)的掃描參數(shù)。例如在固定地規(guī)定的加速電壓的情況下可以調(diào)整X 射線管電流來減小總劑量，或者可以將能量閾值或譜分辨探測器的裝倉與規(guī)定的、虛擬的X 射線量子能量分布相匹配，以便產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)組，其關(guān)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分 布具有優(yōu)化的信息含量。此外，在選擇虛擬的X射線量子能量分布的情況下可以前瞻性地考 慮探測器的物理特性，例如取決于能量的響應(yīng)特征或信號分離特性。
[0047] 按照本發(fā)明的另一方面，通過使用者來規(guī)定虛擬的X射線量子能量。為此目的，X射 線圖像拍攝裝置具有合適的輸入單元，例如輸入單元識別使用者的運動、觸摸和/或語音并 且由此導出用于確定規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的命令。使用者例如可以直接輸入 期望的、虛擬的X射線量子能量分布，但是其也可以輸入期望的加速電壓，其由X射線圖像拍 攝裝置按照規(guī)范被換算或轉(zhuǎn)換為虛擬的X射線量子能量分布。替換地和/或附加地，使用者 還可以輸入檢查類型，或期望的對比度-噪聲比或期望的圖像噪聲。通過使用者的輸入還被 理解為，X射線圖像拍攝裝置通過為此設(shè)置的顯示裝置或輸出裝置向使用者顯示用于虛擬 的X射線量子能量分布或?qū)?yīng)的加速電壓的可能的值以用于選擇，當然對于檢查類型或圖 像質(zhì)量也同樣適用。由此可以向使用者展示其常用的用戶界面。在該情況下，稱為半自動地 規(guī)定虛擬的X射線量子能量。此外，可以自動地通過X射線圖像拍攝裝置進行虛擬的X射線量 子能量分布的規(guī)定，為此，X射線圖像拍攝裝置可以自動地考慮關(guān)于期望的圖像質(zhì)量或規(guī)劃 的檢查類型的說明。說明可以通過使用者借助輸入單元給出或通過其他方式由X射線圖像 拍攝裝置采集或傳輸給該X射線圖像拍攝裝置。
[0048] 按照本發(fā)明的另一方面，基本材料是碘和軟組織。在該情況下，在考慮碘造影劑給 予的條件下采集至少兩個圖像數(shù)據(jù)組。X射線圖像拍攝的該類型目前表示所有X射線圖像拍 攝的大多數(shù)部分。另外的示例是分解為材料或基本材料水和骨骼組織以用于更好地顯示骨 骼分量，膠原蛋白和軟組織以用于更好地顯示肌腱和韌帶等等。當然可以分解為多于兩個 基本材料，例如分解為骨鹽、紅和黃的骨髓。該分解按照已知方法進行并且基于多于兩個所 采集的圖像數(shù)據(jù)組，其中給每個圖像數(shù)據(jù)組分配X射線量子能量分布，其中該X射線量子能 量譜彼此不同。多于兩個圖像數(shù)據(jù)組例如利用一個或多個X射線輻射源的多于兩個不同的 加速電壓和/或通過譜分離和/或借助能量分辨探測器從一個或多個探測的X射線量子能量 譜中產(chǎn)生。
[0049] 可以通過使用者或自動地通過X射線圖像拍攝裝置選擇材料。對于選擇可以考慮 關(guān)于患者的待成像的身體區(qū)域或規(guī)劃的檢查類型的信息。
[0050] 此外，本發(fā)明涉及一種計算機程序，具有程序代碼，用于當在計算機中運行程序時 執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的所有方法步驟。由此該方法能夠可再現(xiàn)地且不易出現(xiàn)錯誤地在不 同的計算機上運行。
[0051] 本發(fā)明還涉及一種機器可讀的數(shù)據(jù)載體，在其上存儲之前描述的計算機程序。
[0052] 此外，本發(fā)明涉及一種X射線圖像拍攝裝置，用于對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能 量產(chǎn)生患者的結(jié)果圖像，其中X射線圖像拍攝裝置包括X射線模塊，其包括至少一個X射線輻 射源，用于分別以規(guī)定的X射線量子能量分布產(chǎn)生和發(fā)出X射線輻射;探測器模塊，其包括至 少一個X射線輻射探測器，用于探測從X射線輻射模塊發(fā)出的X射線輻射;和計算機系統(tǒng)，其 在運行時執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的步驟。
[0053] X射線圖像拍攝裝置是X射線設(shè)備，其被構(gòu)造為用于從不同投影角度拍攝多個X射 線投影，例如具有環(huán)形旋轉(zhuǎn)框架的計算機斷層造影設(shè)備;或者是C形臂X射線設(shè)備。拍攝可以 在拍攝單元的特別是連續(xù)地旋轉(zhuǎn)運動期間產(chǎn)生，該拍攝單元包括X射線模塊和與X射線輻射 源共同作用的探測器模塊。X射線輻射源尤其可以是具有旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管。用于計算機 斷層造影設(shè)備的X射線輻射探測器例如是具有多行的行探測器。用于C形臂X射線設(shè)備的X射 線探測器例如是平面探測器。X射線探測器可以能量分辨地以及計數(shù)地構(gòu)造。
[0054] 本發(fā)明還涉及一種X射線圖像拍攝裝置，用于對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量 分布產(chǎn)生患者的結(jié)果圖像，其中X射線圖像拍攝裝置包括X射線模塊，其包括至少一個X射線 輻射源，用于分別以規(guī)定的X射線量子能量分布產(chǎn)生和發(fā)出X射線輻射;探測器模塊，其包括 至少一個X射線輻射探測器，用于探測從X射線輻射模塊發(fā)出的X射線輻射;和計算機系統(tǒng)。 計算機系統(tǒng)包括接口單元，其被構(gòu)造為，采集患者的第一圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于第一 X 射線量子能量分布的患者的第一 X射線衰減分布;和患者的至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組，其表 示相應(yīng)于第二X射線量子能量分布的患者的第二X射線衰減分布。計算機系統(tǒng)還包括規(guī)定單 元，其被構(gòu)造為用于規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布，和計算單元，其被構(gòu)造為，基于第一和 至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組對于至少兩個基本材料確定患者中的空間的密度分布，并且根據(jù) 規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布和所確定的空間的基本材料-密度分布產(chǎn)生患者的第三 圖像數(shù)據(jù)組，其中第三圖像數(shù)據(jù)組表示相應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量的患者的第三 X射線衰減分布。此外，計算機系統(tǒng)包括重建單元，其被構(gòu)造為從第三數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生結(jié)果圖 像。
[0055] 按照本發(fā)明的另一方面，X射線圖像拍攝裝置包括光學傳感器，其被構(gòu)造為，用于 采集至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的患者信息。此外，計算機系統(tǒng)可以被構(gòu)造為，促使 光學傳感器，例如通過發(fā)送控制信號，來采集特定于患者的、有關(guān)身體的患者信息。
[0056] 按照本發(fā)明的另一方面，X射線圖像拍攝裝置包括探測器模塊，其包括譜分離的X 射線輻射探測器。通過這種方式，按照本發(fā)明的方法可以利用僅一個X射線輻射源以定義的 X射線發(fā)射譜進行并且簡化X射線圖像拍攝裝置的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0057]下面結(jié)合在附圖中所示的實施例對本發(fā)明作進一步描述和解釋。附圖中：
[0058]圖1示出了按照本發(fā)明的實施例的X射線圖像拍攝裝置，
[0059] 圖2示出了按照第一實施例的按照本發(fā)明的方法的流程圖，其中在拍攝至少兩個 圖像數(shù)據(jù)組之后規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布，
[0060] 圖3示出了按照另外的實施例的按照本發(fā)明的方法的流程圖，其中在拍攝至少兩 個圖像數(shù)據(jù)組之前規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。
【具體實施方式】
[0061] 圖1以X射線計算機斷層造影設(shè)備為例示出了 X射線圖像拍攝裝置。在此示出的計 算機斷層造影設(shè)備具有拍攝單元17,包括以X射線源形式的輻射源8以及以X射線探測器形 式的輻射探測器9。拍攝單元17在拍攝X射線投影期間圍繞系統(tǒng)軸5旋轉(zhuǎn)，并且X射線源在拍 攝期間發(fā)射以X射線形式的射線。X射線源是X射線管。X射線探測器是具有多個行的行探測 器。
[0062] 患者3在拍攝投影期間處于患者臥榻6上?；颊吲P榻6與臥榻基座4連接，使得其承 載具有患者3的患者臥榻6?；颊吲P榻6被設(shè)計為，將患者3沿著拍攝方向移動穿過拍攝單元 17的開口 10。拍攝方向通常通過系統(tǒng)軸5給出，在拍攝X射線投影時圍繞該系統(tǒng)軸旋轉(zhuǎn)拍攝 單元17。在螺旋拍攝的情況下，在拍攝單元17圍繞患者3旋轉(zhuǎn)并且拍攝X射線投影期間，將患 者臥榻6連續(xù)地移動穿過開口 10。由此，X射線在患者3的表面上描繪了螺旋。
[0063] X射線拍攝裝置在該示例中具有以照相機18形式的光學傳感器。其布置在患者臥 榻6上方并且通過保持裝置15固定地與X射線圖像拍攝裝置連接。照相機18也可以固定在可 旋轉(zhuǎn)的拍攝單元17上。替換地，照相機18在能夠順暢看到患者的情況下靜止地或移動地布 置在檢查室中，例如布置在檢查室的頂棚上，或其布置在在檢查室中可自動移動的支架上。 照相機18可以實施為二維照相機，其產(chǎn)生對象按照灰階或色值的二維顯示。在該示例中，照 相機18被構(gòu)造為三維照相機，例如以立體照相機、時間飛躍照相機的形式，或被構(gòu)造為干涉 測量系統(tǒng)等，并且包括對于各個拍攝技術(shù)所需的組件，諸如合適的光源和探測單元。
[0064]此外，X射線圖像拍攝裝置包括造影劑給予單元19?？梢酝ㄟ^注射針20在投影拍攝 期間給予患者3例如以含碘的溶液的形式的造影劑。造影劑的流速率可以取決于時間地按 照定義的注射協(xié)議通過造影劑給予單元19來控制。造影劑給予單元19可以與X射線圖像拍 攝裝置整體地構(gòu)造，或靜止或移動地布置在檢查室中。
[0065] X射線圖像拍攝裝置具有以計算機形式的計算機系統(tǒng)12,其與顯示單元11以及輸 入單元7連接，該顯示單元例如用于圖形地顯示重建的X射線圖像拍攝，例如結(jié)果圖像，或用 于顯示關(guān)于期望的虛擬的X射線量子能量分布的選擇菜單。顯示單元11例如可以是LCD、等 離子或OLED顯示屏。此外可以是觸摸敏感的顯示屏，其也被構(gòu)造為輸入單元7。這樣的觸摸 敏感的顯示屏可以被集成到成像設(shè)備中或被構(gòu)造為移動設(shè)備的部件。輸入單元7例如是鍵 盤、鼠標、所謂的"觸摸屏"或也是用于語音輸入的麥克風。輸入單元7也可以被構(gòu)造為，用于 識別使用者的運動并且轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的命令。借助輸入單元7例如可以選擇期望的虛擬的X射 線量子能量分布。
[0066]計算機系統(tǒng)12與可旋轉(zhuǎn)的拍攝單元17連接，以用于數(shù)據(jù)交換。通過接口單元21以 及連接部14 一方面將用于X射線圖像拍攝的控制信號從計算機系統(tǒng)12傳輸?shù)脚臄z單元17。 為此可以將不同的、分別與檢查類型一致的掃描協(xié)議存儲到存儲器24中并且在圖像數(shù)據(jù)拍 攝之前通過使用者來選擇。拍攝單元17的控制相應(yīng)于所選擇的掃描協(xié)議進行。另一方面，通 過接口單元21采集拍攝的、例如以第一和至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組的形式的投影數(shù)據(jù)，用 于在下面詳細描述的計算單元16中的進一步處理。連接部14以公知的方式電纜連接地或無 線地實現(xiàn)。此外，計算機系統(tǒng)12為了交換控制信號或圖像數(shù)據(jù)也與照相機18連接，特別是經(jīng) 由同一個連接部14。此外，計算機系統(tǒng)12為了交換控制信號而與造影劑給予單元19連接，特 別是用于將造影劑給予與X射線圖像拍攝同步。為此提供以相同的方式已知的無線的或電 纜連接的連接部24。
[0067]此外，計算機系統(tǒng)12包括規(guī)定單元22。該規(guī)定單元被構(gòu)造為，依據(jù)至少一個特定于 患者的有關(guān)身體的患者信息、關(guān)于規(guī)劃的檢查類型的說明和/或依據(jù)關(guān)于結(jié)果圖像的期望 的質(zhì)量的說明，規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。為此，規(guī)定單元22可以與顯示單元11以及 輸入單元7連接，以便例如為此接收在使用者側(cè)的輸入并且能夠?qū)ζ溥M行評估或向使用者 顯示可能的替換以用于選擇。規(guī)定單元22此外可以與計算機系統(tǒng)12的計算單元16數(shù)據(jù)連 接，以便能夠接收通過計算單元16確定的、關(guān)于患者解剖結(jié)構(gòu)、檢查類型或期望的圖像質(zhì)量 的信息并且將其用于規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。此外，規(guī)定單元22與計算單元16連 接，以用于將虛擬的X射線量子能量分布傳輸?shù)接嬎銌卧?6。規(guī)定單元22可以完全或部分地 包括計算單元16、顯示單元11和/或輸入單元7。
[0068] 計算機系統(tǒng)12的計算單元16被構(gòu)造為圖像或圖像數(shù)據(jù)處理單元。其被設(shè)計為，在 至少兩個圖像數(shù)據(jù)組上執(zhí)行所有與按照本發(fā)明的方法有關(guān)的計算步驟并且能夠計算第三 圖像數(shù)據(jù)組。特別地，計算單元被構(gòu)造為，根據(jù)至少兩個圖像數(shù)據(jù)組執(zhí)行材料分解。計算單 元還被構(gòu)造為，由定位片數(shù)據(jù)、X射線圖像拍攝或借助光學傳感器18采集的數(shù)據(jù)來確定至少 一個特定于患者的、有關(guān)身體的關(guān)于患者3的信息。計算單元還被構(gòu)造為，用于從關(guān)于用于 圖像數(shù)據(jù)拍攝的掃描協(xié)議的說明中導出檢查類型。
[0069] 計算單元可以與16計算機可讀的數(shù)據(jù)載體13共同作用，特別是用于通過具有程序 代碼的計算機程序來執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。此外，計算機程序能夠可調(diào)用地存儲在機器 可讀的載體上。特別地，機器可讀的載體可以是CD、DVD、藍光光盤、存儲棒或硬盤。計算單元 16可以以硬件形式或以軟件形式構(gòu)造。計算單元16例如被構(gòu)造為所謂的FPGA(英文"Field Programmable Gate Array(現(xiàn)場可編程門陣列）〃的縮寫)或包括算術(shù)的邏輯單元。
[0070] 在此處示出的示例中，在計算機系統(tǒng)12的存儲器24上存儲至少一個計算機程序， 當在計算機上運行計算機程序時，該計算機程序執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的所有方法步驟。 用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的方法步驟的計算機程序包括程序代碼。此外，計算機程序可 以被構(gòu)造為可執(zhí)行文件和/或存儲在與計算機系統(tǒng)12不同的計算系統(tǒng)上。X射線圖像拍攝裝 置例如可以被設(shè)計為，使得計算機系統(tǒng)12將用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的計算機程序經(jīng)由 內(nèi)網(wǎng)或經(jīng)由因特網(wǎng)加載到其內(nèi)部的系統(tǒng)內(nèi)存中。
[0071] 此外，計算機系統(tǒng)12的存儲器24被構(gòu)造為，用于存儲對于多個基本材料的取決于 能量的X射線衰減值。存儲例如以表格的形式進行，其中對于每個基本材料例如對于不同的 X射線量子能量存儲X射線衰減值。未被包含的X射線量子能量的X射線衰減值例如可以通過 計算單元16經(jīng)由已知的內(nèi)插法獲得。計算機系統(tǒng)12的存儲器24還被構(gòu)造為，用于存儲定位 片數(shù)據(jù)、以前的X射線檢查的X射線圖像拍攝、借助光學傳感器18采集的待檢查患者3的數(shù)據(jù) 等，并且必要時提供計算單元16用于評估。計算單元16和存儲器24相應(yīng)地連接，以用于數(shù)據(jù) 交換。替換地，計算機系統(tǒng)12與RIS網(wǎng)絡(luò)(RIS = Radiologisches Informationssystem，放射 學信息系統(tǒng)）或PACS網(wǎng)絡(luò)(PACS = Picture Archiving and Communication System，圖片存 檔及通信系統(tǒng))連接，以用于調(diào)用提到的信息或數(shù)據(jù)，其在該情況下被存儲在RIS或PACS網(wǎng) 絡(luò)中。
[0072]計算單元16與輸出單元11或輸入單元7同樣數(shù)據(jù)連接，用于例如可以向使用者顯 示關(guān)于期望的基本材料的選擇菜單以用于選擇或可以接收在使用者側(cè)的對其的說明。計算 單元16和輸出單元11或輸入單元7也可以通過規(guī)定單元22連接，以用于傳輸規(guī)定的、虛擬的 X射線量子能量分布。
[0073]此外，計算機系統(tǒng)12還包括重建單元23,其被構(gòu)造為，根據(jù)已知的重建方法從第三 圖像數(shù)據(jù)組中計算關(guān)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的結(jié)果圖像。在顯示單元11與重 建單元23之間存在數(shù)據(jù)連接，用于傳輸和顯示結(jié)果圖像。
[0074]圖2描述了按照本發(fā)明的方法的第一實施例。按照該示例，將利用相應(yīng)于期望的圖 像觀感設(shè)置的加速電壓拍攝一個或多個X射線圖像通過從利用另外的加速電壓拍攝的圖像 數(shù)據(jù)組中計算或仿真關(guān)于虛擬的X射線量子能量分布的結(jié)果圖像來替代，其中，虛擬的X射 線量子能量分布近似于關(guān)于設(shè)置的或?qū)嶋H上期望的加速電壓的發(fā)射譜的平均能量或相應(yīng) 于其。換言之，這樣產(chǎn)生結(jié)果圖像，該結(jié)果圖像促成與實際上利用與期望的圖像觀感相應(yīng)的 加速電壓拍攝的X射線圖像的觀感相似的圖像觀感。該實施例考慮虛擬的X射線量子能量分 布的回溯的規(guī)定。
[0075] 基于兩種材料分解(Zwei-Material-Zer Iegung)從相應(yīng)于彼此不同的X射線量子 能量分布的兩個圖像數(shù)據(jù)組中計算結(jié)果圖像。但是所描述的方法能夠容易地轉(zhuǎn)用到根據(jù)多 于兩個圖像數(shù)據(jù)基于多種材料分解的計算。
[0076]在第一步驟Sll中由計算機系統(tǒng)12經(jīng)由接口單元21從拍攝單元17采集患者3的第 一和第二圖像數(shù)據(jù)組并且將其傳輸?shù)接嬎銌卧?6。圖像數(shù)據(jù)組的采集也可以包括利用拍攝 單元17拍攝投影數(shù)據(jù)。利用雙源X射線圖像拍攝裝置以加速電壓SOkV和HOkV拍攝兩個圖像 數(shù)據(jù)組。然后在步驟S12中確定隨后進行的材料分解應(yīng)當分解出的基本材料。為此，計算單 元16可以評估作為圖像數(shù)據(jù)組拍攝的基礎(chǔ)的掃描協(xié)議并且依據(jù)其中規(guī)定的檢查類型確定 兩種基本材料。替換地，計算單元可以關(guān)于患者的成像身體區(qū)域來分析所采集的圖像數(shù)據(jù) 組并且從中導出兩種合適的基本材料。此外存在如下可能性，即，計算單元16通過顯示單元 11向使用者顯示可能的材料的選擇以用于選擇并且使用者例如通過在顯示單元11上點鼠 標來規(guī)定基本材料。考慮材料碘和軟組織。在步驟S13中以基本上已知的方式根據(jù)從第一和 第二圖像數(shù)據(jù)組中得出的患者3的X射線衰減分布在成像的身體區(qū)域中按照碘和軟組織進 行基本材料分解，以用于確定在成像的身體區(qū)域中的材料的密度分布或材料份額?；趥€ 體的患者解剖結(jié)構(gòu)的分析來規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。為此在步驟S14中光學傳感器 18采集患者3的三維身體表面并且在步驟S15中將其轉(zhuǎn)換為三維表面模型。表面模型例如描 述了按層地沿著患者3的身體軸通過皮膚形成的表面輪廓。在步驟S15中計算單元16還根據(jù) 表面模型確定患者3的體重。為此，針對患者表面的缺少的、未采樣的區(qū)域(在該示例中缺少 患者的背面)補充表面模型，以便獲得完整的、換言之封閉的、三維表面模型和由此的患者 體積。這通過已知的外推法或借助患者臥榻的三維模型進行，通過計算單元16使該三維模 型適應(yīng)于表面模型。在假定患者身體的密度的情況下得出患者體重。在下一步驟S16中在評 估上面提到的掃描協(xié)議的條件下計算單元確定規(guī)劃的檢查類型。在給予含碘的造影劑的條 件下應(yīng)當產(chǎn)生血管造影拍攝，對于其對比度-噪聲比是特別重要的。在步驟S17中規(guī)定虛擬 的X射線量子能量分布。在該示例中，其相應(yīng)于離散的X射線量子能量值。為此，規(guī)定單元22 評估前面確定的特定于患者的、有關(guān)身體的信息，即身體表面和患者體重，以及檢查類型， 并且導出對于虛擬的X射線量子能量分布的值，其最好地考慮針對結(jié)果圖像的要實現(xiàn)的質(zhì) 量或說服力的提到的參量。替換地，在省略步驟S14至S15的條件下通過使用者來規(guī)定虛擬 的X射線量子能量分布。為此，通過規(guī)定單元22經(jīng)由顯示單元11向使用者示出滑動調(diào)節(jié)器， 其借助輸入單元7可以調(diào)節(jié)對于可規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的在條框上表示的不 同的值。由此，條框的左端表示40keV的最小可能的X射線量子能量值，反之，條框的右端表 示IlOkeV的最大可能的X射線量子能量值。通過借助輸入單元7來滑動調(diào)節(jié)器，例如通過借 助鼠標點擊來激活調(diào)節(jié)器和通過移動鼠標沿著條框來移動調(diào)節(jié)器，使用者可以選擇從他看 來最優(yōu)的虛擬的X射線量子能量分布，其處于40keV與IlOkeV之間。在兩種替換中，虛擬的X 射線量子能量分布被確定為50keV，這相應(yīng)于對于80kV的加速電壓的發(fā)射譜的X射線量子能 量值的平均值。將該值從規(guī)定單元22傳輸?shù)接嬎銌卧?6,從而該計算單元可以在步驟S18中 對于虛擬的X射線量子能量分布根據(jù)基本材料的計算的材料份額產(chǎn)生第三圖像數(shù)據(jù)組。為 此，計算單元16訪問在存儲器24或在RIS或PACS網(wǎng)絡(luò)中存儲的對于碘和軟組織的表格，從中 得出對于虛擬的X射線量子能量的各自的X射線衰減值。該值隨后相應(yīng)于材料份額被加權(quán)地 相加。重建單元23在步驟S19中根據(jù)第三圖像數(shù)據(jù)組重建結(jié)果圖像?？梢酝ㄟ^顯示單元11直 接向使用者輸出結(jié)果圖像，以用于評估。如果使用者確認，通過使用者或計算單元對虛擬的 X射線量子能量分布的規(guī)定是不適用的或還不是最優(yōu)的，則其通過上述滑動調(diào)節(jié)器的重新 顯示輸入對于虛擬的X射線量子能量分布的另外的值，對于其按照方法步驟S17至S19可以 產(chǎn)生另外的結(jié)果圖像。通過這種方式使用者可以連續(xù)地將結(jié)果圖像的圖像觀感與使用者所 期望的圖像觀感，特別是關(guān)于最優(yōu)的對比度-噪聲比相匹配。按照該示例，按照本發(fā)明的方 法的步驟S12至S16的順序不是如上面所描述的那樣規(guī)定，而是可以任意改變。
[0077]圖3描述了按照本發(fā)明的方法的第二實施例。在該示例中，也產(chǎn)生這樣的結(jié)果圖 像，該結(jié)果圖像促成與實際上利用與期望的圖像觀感相應(yīng)的加速電壓拍攝的X射線圖像的 觀感相似的圖像觀感。該示例考慮了虛擬的X射線量子能量分布的前瞻性規(guī)定。在此，結(jié)果 圖像也由兩個圖像數(shù)據(jù)組來計算并且可以容易地由多種材料分解給出。虛擬的X射線量子 能量分布的規(guī)定基于規(guī)劃的檢查類型的分析以及結(jié)果圖像的所需的圖像質(zhì)量的分析。 [0078]在第一步驟S21中確定規(guī)劃的檢查類型。為此，使用者可以通過顯示單元11和輸入 單元7從多個檢查類型中選擇規(guī)劃的檢查類型。替換地，計算單元16評估對于圖像數(shù)據(jù)拍攝 設(shè)置的掃描協(xié)議并且通過這種方式獲得關(guān)于規(guī)劃的檢查類型的信息。在第二步驟S22中，規(guī) 定結(jié)果圖像的所需的圖像質(zhì)量。該圖像質(zhì)量主要隨著規(guī)劃的檢查類型而改變。由此例如在 檢查腹部的情況下高的對比度-噪聲比對于結(jié)果圖像的說服力是重要的，這意味著規(guī)定較 小的X射線量子能量分布。此外，圖像質(zhì)量也考慮偽影。虛擬的X射線量子能量分布例如應(yīng)當 被規(guī)定為，盡可能抑制金屬偽影，這意味著較高的X射線量子能量分布。在個別情況下必須 找到在兩者之間的折衷。在考慮提到的信息的條件下，規(guī)定單元22在步驟S23中規(guī)定最優(yōu) 的、虛擬的X射線量子能量分布。為此，規(guī)定單元22首先確定用于拍攝圖像數(shù)據(jù)組的加速電 壓的發(fā)射譜，以便滿足關(guān)于檢查類型和圖像質(zhì)量的要求。對于不同的加速電壓的發(fā)射譜可 以對于規(guī)定單元22可調(diào)用地存儲在存儲器24或RIS或PACS網(wǎng)絡(luò)中。虛擬的X射線量子能量分 布在該示例中由在所識別的發(fā)射譜內(nèi)的多個離散的X射線量子能量值組成。替換地，在步驟 S23中通過規(guī)定單元22經(jīng)由顯示單元11向使用者顯示多個加速電壓，使用者可以相應(yīng)于通 常的措施通過輸入單元7選擇該加速電壓。使用者通過這種方式獲得對于圖像數(shù)據(jù)拍攝的 通常的流程的印象。對于所選擇的加速電壓，規(guī)定單元22如描述的那樣確定發(fā)射譜并且從 發(fā)射譜內(nèi)的多個離散的X射線量子能量值中導出X射線量子能量分布。在可選的步驟S24中， 一個或多個X射線輻射源的電流相應(yīng)地與所選擇的加速電壓、所規(guī)劃的檢查類型和/或患者 的解剖結(jié)構(gòu)相匹配。由此可以減小在圖像數(shù)據(jù)拍攝時施加到患者3的劑量。步驟S25相應(yīng)于 利用不同的且與規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布不同的X射線量子能量分布來采集兩個 圖像數(shù)據(jù)組，這也可以包括圖像數(shù)據(jù)拍攝。該X射線量子能量分布例如通過與X射線輻射源 一起使用的頻譜的濾波器來規(guī)定或確定。步驟S26至S29包括選擇兩個基本材料、計算基本 材料在患者中的密度分布和材料份額、產(chǎn)生對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的第三 圖像數(shù)據(jù)組和根據(jù)第三圖像數(shù)據(jù)組重建結(jié)果圖像。在該情況下，第三圖像數(shù)據(jù)組被形成為 來自于對于離散的X射線量子能量值的計算的、有效的X射線衰減值的平均值。關(guān)于其余提 到的步驟參考一般的和圖2的實施。
[0079] 按照本發(fā)明的方法的兩個示例的各個步驟或各個方面當然，在此合理地和在本發(fā) 明的意義上，可以彼此交換。
[0080] 用于基本材料分解和用于產(chǎn)生至少一個第三圖像數(shù)據(jù)組的所描述的步驟對于專 業(yè)人員可以以顯而易見的方式在圖像空間以及在投影空間中實施。兩種措施關(guān)于按照本發(fā) 明的方法是等值的，但是計算步驟在圖像空間中可以明顯更簡單地實施，因為在此計算可 以逐圖像元素地進行。
[0081] 當然，每個按照本發(fā)明地產(chǎn)生的結(jié)果圖像在事后或在重建期間經(jīng)受用于提高圖像 質(zhì)量的已知方法。例如可以減小結(jié)果圖像的圖像噪聲，以使結(jié)果圖像的圖像質(zhì)量與經(jīng)典的 和類似的借助相應(yīng)的加速電壓拍攝的X射線圖像拍攝相稱。
【主權(quán)項】
1. 一種用于利用X射線圖像拍攝裝置對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生患者 (3)的結(jié)果圖像的方法，包括如下步驟： -采集患者的第一圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于第一 X射線量子能量分布的患者的第一 X 射線衰減分布(S11;S25)， -采集患者的至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于至少一個第二X射線量子能量分 布的患者的至少一個第二X射線衰減分布(SI 1; S25)， -規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布(S17; S23)， -基于第一和所述至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組對于至少兩個材料確定患者的空間的密度 分布(S13;S27)， -根據(jù)規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生患者的第三圖像數(shù)據(jù)組，其中所述第三 圖像數(shù)據(jù)組表示相應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布的患者的第三X射線衰減分布 (S18;S28)，和 -從所述第三數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生結(jié)果圖像(S19;S29)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用譜分離的X射線輻射探測器(9)采集第一和所 述至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，利用量子計數(shù)探測器(9)或雙層探測器(9) 采集第一和所述至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組。4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，依據(jù)至少一個特定于患者的、有關(guān)身 體的患者信息來規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的信息包 括如下信息中的至少一個:患者身高、患者寬度、患者形狀、患者體重和/或患者的X射線衰 減特性。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，借助光學傳感器（18)采集所述至少一個特定 于患者的、有關(guān)身體的患者信息。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，借助三維照相機(18)進行采集。8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，依據(jù)檢查類型進行虛擬的X射線量子 能量分布的規(guī)定。9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，依據(jù)期望的圖像質(zhì)量，特別是關(guān)于改 善的對比度-噪聲比、減小的圖像噪聲或減小的偽影來規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布。10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在利用X射線圖像拍攝裝置采集至 少兩個圖像數(shù)據(jù)組之后進行虛擬的X射線量子能量分布的規(guī)定。11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，通過使用者來規(guī)定虛擬的X射線量 子能量分布。12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，基本材料是碘和軟組織。13. -種計算機程序，具有程序代碼，用于當在計算機中運行程序時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求 1至12中任一項所述的所有方法步驟。14. 一種機器可讀的數(shù)據(jù)載體(13)，在其上存儲根據(jù)權(quán)利要求13所述的計算機程序。15. -種X射線圖像拍攝裝置，用于對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生患者 (3)的結(jié)果圖像，其中所述X射線圖像拍攝裝置包括 -x射線模塊，其包括至少一個X射線輻射源(8)，用于分別以規(guī)定的X射線量子能量分布 產(chǎn)生和發(fā)出X射線輻射，和 -探測器模塊，其包括至少一個X射線輻射探測器(9)，用于探測從X射線輻射模塊發(fā)出 的X射線輻射;和 -計算機系統(tǒng)（12)，其在運行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法步驟。16. -種X射線圖像拍攝裝置，用于對于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布產(chǎn)生患者 (3)的結(jié)果圖像，其中所述X射線圖像拍攝裝置包括 -X射線模塊，其包括至少一個X射線輻射源(8)，用于分別以規(guī)定的X射線量子能量分布 產(chǎn)生和發(fā)出X射線輻射， -探測器模塊，其包括至少一個X射線輻射探測器(9)，用于探測從X射線輻射模塊發(fā)出 的X射線輻射， -計算機系統(tǒng)（12)，包括 ?接口單元(21)，其被構(gòu)造為，用于采集患者的第一圖像數(shù)據(jù)組，其表示相應(yīng)于第一 X 射線量子能量分布的患者的第一 X射線衰減分布;和患者的至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組，其表 示相應(yīng)于至少一個第二X射線量子能量分布的患者的第二X射線衰減分布， ?規(guī)定單元(22)，其被構(gòu)造為，用于規(guī)定虛擬的X射線量子能量分布， ?計算單元（16)，其被構(gòu)造為，基于第一和所述至少一個第二圖像數(shù)據(jù)組對于至少兩 個材料確定患者中的空間的密度分布，并且根據(jù)規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量分布和所確 定的空間的材料-密度分布產(chǎn)生患者的第三圖像數(shù)據(jù)組，其中所述第三圖像數(shù)據(jù)組表示相 應(yīng)于規(guī)定的、虛擬的X射線量子能量的患者的第三X射線衰減分布，和 ?重建單元(23)，其被構(gòu)造為，從所述第三數(shù)據(jù)組中產(chǎn)生結(jié)果圖像。17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的X射線圖像拍攝裝置，其還包括光學傳感器（18)，其被 構(gòu)造為，用于采集至少一個特定于患者的、有關(guān)身體的患者信息。18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項所述X射線圖像拍攝裝置，其中，探測器模塊包括譜 分離的X射線輻射探測器(9)。
【文檔編號】G01N23/06GK105962959SQ201610136352
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】T.弗洛爾, S.卡普勒, R.勞帕克, B.施密特
【申請人】西門子公司