用于表示检查对象的辐射暴露的方法和相应的成像装置

摘要

本发明描述了一种用于表示（40）检查对象（31）的检查区域（30）的通过放射成像引起的或可引起的辐射暴露的方法（1），包括以下方法步骤：S1）获取检查对象（31）的检查区域（30）的3D图像（49）；S2)确定检查区域（30）的吸收系数；S3）确定检查区域（30）的通过放射成像引起的或可引起的辐射暴露；S4)在检查对象（31）的检查区域（30）的3D图像（49）中表示检查区域（30）的辐射暴露；S5）查询中断标准并且如果不满足中断标准则跳到方法步骤S3。此外，本发明还描述了一种适合于执行这样的方法的放射成像装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于表示（Darstellung）检查对象的检查区域的通过放射成 像引起的或可引起的辐射暴露的方法。此外，本发明还涉及一种用于执行相应 方法的放射成像装置。

背景技术

目前，在神经学、血管造影和心脏学中的医学诊断和介入系统利用多种X 射线设备或X射线装置作为成像的基础。X射线设备通常被构造为具有所谓的C 形臂（C-Bogen，也称为C-Arm）。C形臂通常包括X射线源（也称为X射线辐射 器）以及通过C形构造的连接支座位于相对的位置上的X射线探测器。C形臂可 以安装在所谓的支架或天花板上并且通过铰链连接可以被带入不同的位置。在X 射线情况下利用X射线透射检查对象，例如患者。如果X射线入射身体，则其根 据横穿的物质（例如骨、不同的组织类型或液体）被不同强度地衰减或吸收， 从而在击中X射线探测器时，产生不同的与透射的物质相应的强度模式或强度图 像。

辐射在透射物质时向周围的原子或分子输出能量。在此还可以从原子壳击 出电子并且打破化学键。形成原子团（Radikale），原子团本身又会引起损害。 困难的检查或介入（诸如神经外科手术中的动脉瘤的拆除）通常需要经过较长 的时间段照射所涉及的身体区域。这意味着，患者被置于大的辐射暴露或辐射 负担。此外困难的是，治疗医生不愿意改变关于成像来说有利的X射线设备位置， 从而在较长的时间段上总是照射身体的相同区域。这一点会导致透射的身体区 域的体积中的辐射损伤并且导致被照射区域或表面变热直到皮肤灼伤。人们还 提到通过扇形X射线形成的热点（hot-spot）。

在实践中，医生在一定数量的X射线拍摄之后将拍摄方向（也称为X射线设 备的投影设定）例如通过旋转C形臂来改变，以便这样将辐射负担分布到较大体 积或较大面积上。但是这一点的前提条件是医生方面的经验和训练。

现代的X射线设备以CARE（其代表了Combined Applications to Reduce  Exposures，联合应用以减少暴露）的名义提供了如下可能性：积累多个X射线 拍摄的辐射剂量并且在超过边界值时输出报警。该系统的缺陷是，在投影设置 的很小改变时，例如在围绕一度或两度旋转C形臂时，所施加的辐射的剂量之和 退回到零，尽管在稍微改变C形臂的位置时还可以继续照射某个位置。

发明内容

由此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于表示在放射成像中检查 对象的检查区域的辐射暴露的方法。此外的技术问题是，提供一种放射成像装 置，其可以表示在放射成像中检查对象的检查区域的辐射暴露。

本发明通过一种用于表示检查对象的检查区域的通过放射成像引起的辐射 暴露的方法和一种放射成像装置解决上述技术问题。

本发明的基本思路是用于表示检查对象的检查区域的通过放射成像引起的 辐射暴露的方法，该方法包括以下方法步骤：

S1）获取检查对象的检查区域的3D图像；

S2)确定检查区域的吸收系数；

S3）确定检查区域的通过放射成像引起的或可引起的辐射暴露；

S4)在检查对象的检查区域的3D图像中表示检查区域的辐射暴露；

S5）查询中断标准并且如果不满足中断标准则跳到方法步骤S3。

按照本发明的第一方法步骤涉及获取检查对象的检查区域的3D图像。检查 对象例如可以是要被检查的或要进行医学介入的病人。检查区域被理解为检查 对象的如下空间子集，即，要通过放射成像装置检查该空间子集或在该空间子 集内部要进行医学介入。例如，在神经学介入中检查区域可以包括患者的头部。 在支架成形术中检查区域包括如下的体积，该体积包围了在其中要安装支架的 血管。可以通过现有技术的成像方法，诸如计算机断层造影CT，或磁共振断层 造影MR，来获得空间检查区域的3D图像。现代的血管造影成像系统能够通过围 绕患者旋转C形臂和重建旋转顺序，来拍摄检查区域的三维图像，从而该系统有 利地既可以用于获得检查区域的3D图像又可以用于然后的放射检查或放射介 入。

在按照本发明的第二方法步骤中确定空间检查区域的吸收系数。可以直接 从3D图像中得到或者可以从3D图像的信息中计算该吸收系数。吸收系数、密度 值、衰减系数、灰度值和HU值（也就是以豪恩斯弗尔德为单位的吸收值），可 以借助现有技术中公知的公式换算，从而也可以从按照提到的单位呈现的值中 获得。吸收系数的确定结果优选是三维矩阵，其元素代表了空间检查区域的体 积元素的吸收系数。在此，吸收系数矩阵的维数例如等于检查区域的3D图像的 维数。单个体积元素也被称为体素。

按照本发明的方法的第三方法步骤包括确定空间检查区域的通过放射成像 引起或可引起的辐射暴露。这意味着，通过X射线设备或通过X射线装置可引起 的辐射暴露对于空间检查区域，即，特别是对于空间检查区域的每个体素被确 定。为此可能需要，将可通过放射成像透射的体积配准到空间检查区域中特别 是到检查区域的3D图像中。

在第四方法步骤中，在检查对象的检查区域的3D图像中表示检查区域的辐 射暴露。在此，可以例如以颜色代码形式进行辐射暴露的程度的表示，其中使 用公知的颜色方案（Farbschemata），诸如对于没有辐射暴露是透明，对于小的 辐射暴露是绿色、对于大的辐射暴露是从黄到红。辐射暴露值和颜色的对应可 以由用户预先给出，其中例如特定于诊所或国家的边界值或来自于辐射防护规 定中的边界值与代表了最大辐射暴露或危险的那个颜色（例如红色）对应。按 照本发明的最后的方法步骤包括查询中断标准，并且如果不满足中断标准则跳 到第三方法步骤。中断步骤例如可以理解为开关（例如接通/断开开关）的开关 状态、按键的操纵或可选的时间段的流逝。

本发明的一种优选构造建议，在确定通过放射成像可引起的检查区域的辐 射暴露时考虑放射成像装置的至少一个可选的参数，特别是，可选的投影几何 和/或可选的辐射剂量和/或可输送到放射成像装置的X射线源的电压。例如，投 影几何的参数是探测器和X射线源关于检查区域的空间位置。空间位置又通过X 射线设备的C形臂的偏转或取向以及探测器和X射线源与检查区域的距离来确 定。辐射剂量例如受到X射线照射的持续时间的影响。用于驱动X射线源、特别 是X射线管的通常以千伏（kV）给出的电压对吸收的辐射具有大的影响。常见 的值对于组织的表示（例如在乳腺X射线断层造影中）是25kV至35kV，对于骨 的表示是直到120kV。在较小的电压值时更大的辐射部分被组织吸收。对辐射暴 露的其他影响例如可以是对焦装置或射线滤波器，例如准直器的参数。在辐射 暴露的确定中，优选考虑在确定辐射暴露的时刻选择的放射成像参数。另一种 可能性是，仅对于辐射暴露的确定选择一个或多个参数并且传输到用于辐射暴 露的计算算法，而不对成像装置应用该参数。因为在本发明的该构造中不进行 实际的放射成像，所以检查区域的辐射暴露被视为仿真的辐射暴露，该辐射暴 露当利用选择的参数进行放射成像时出现。该方法如下地帮助医生，即，其在X 射线拍摄之前就可以评估关于检查区域的辐射暴露的可能结果。

本发明的另一个有利构造建议，在放射成像之后进行检查区域的辐射暴露 的确定，其中在确定检查区域的辐射暴露时考虑至少一个在成像时选择的放射 成像装置的参数，特别是投影几何和/或射线剂量和/或输送到放射成像装置的X 射线源的电压。

在本发明的该构造中，为了确定空间检查区域的辐射暴露，特别地使用放 射成像装置的在X射线拍摄的时刻所设定的那些参数。

按照本发明的另一个优选构造，检查区域的辐射暴露的确定包括辐射暴露 的积累。如果对检查区域进行多个X射线拍摄，例如在数字减影血管造影（DSA） 期间或者在透视期间，则检查区域随着每次的X射线拍摄置于X射线中。通过对 各个辐射暴露求和来考虑该事实。合适地，在放射检查或介入开始时将检查区 域的辐射暴露的值置为零。然后每个放射成像将属于每个体素的辐射暴露相加。

按照本发明的有利扩展，检查区域的辐射暴露的表示包括最大函数和/或特 别是颜色编码的2D投影。如通过对于3D图像的每个体素确定辐射暴露可以进行 的对辐射暴露的空间表示具有如下缺陷：由于丰富的信息而可能难以解释该空 间表示或重要的区域（例如那些与大的辐射负担，）通过不太重要的（例如具有 小的辐射负担的区域）覆盖。在2D投影中仅表示辐射负担的最大值的函数有利 地将信息限制到主要的说明，例如，具有大的辐射负担的区域的表示。换言之 对于每个体素确定辐射暴露并且在2D投影中显示所有体素的最大值，所述最大 值位于与投影方向或视线方向垂直的射线上。此外还可以将表示作为体积的颜 色编码的最大强度投影或英语的MIP（最大强度投影）来解释。

本发明的另一个有利构造建议，在确定检查区域的辐射暴露之后确定检查 区域的温度，其中，在确定温度时考虑来自于确定的辐射暴露的值，并且在检 查对象的检查区域的3D图像中表示温度。除了确定检查区域的辐射暴露，即， 按照前面描述的方法之一对于检查区域的每个体素确定吸收的辐射量，对于每 个体素的温度的确定和表示，照射的区域或照射的表面的变热，在放射成像中 对于医生来说是最关心的，因为致电离辐射的吸收导致吸收的组织变热并且同 样会导致损害。在辐射暴露和检查区域的温度或变热之间的关系例如可以通过 测试系列来确定或者从例如以辐射暴露温度模型的形式的科学文献中获得。质 量上高强度X射线由于更高的入射深度而导致比更柔和的辐射（诸如典型地在透 视期间采用的）更小的温度上升。如果综合（例如沿着一个直线的）多个体素 的温度，可以确定温度分布，该温度分布向医学给出关于可能关键的温度范围 的其他信息。

优选地，对检查区域的温度的确定包括温度随着时间的降低。人的器官具 有如下能力：在一定程度上调节其温度并且降低通过利用X射线照射引起的提高 的温度。如果将来自于检查区域的温度作为温度提高的随时间的降低的模型的 基础，该模型例如通过测试系列确定或从科学文献中获得，则可以更切合实际 地确定温度。例如，在第一时刻已经达到关键温度的检查区域通过例如十分钟 的等待又这样冷却，使得另一个X射线图像的拍摄关于温度来说是不关键的。

本发明的优选构造建议，来自于检查区域的温度的表示包括最大函数和/或 特别是颜色编码的2D投影。类似于用于表示辐射负担的解释，在2D投影中仅表 示温度的最大值的函数有利地将信息限制到主要的说明，例如对具有高的温度 的区域的表示。由此对于每个体素确定温度并且在2D投影中显示所有体素的最 大值，所述最大值位于与投影方向或视线方向垂直的射线上。

在一种优选的方法中，当来自于检查区域的确定的辐射暴露或来自于检查 区域的温度的至少一个值超过可预先给出的边界值时输出光学和/或声学报警信 号。通过该实施方式，只要检查区域的确定的辐射暴露或检查区域的温度的至 少一个值超过对于辐射负担或温度的边界值，警告操作放射成像装置的人。在 此，例如可以是特定于诊所或国家的边界值或是来自于辐射防护规定的边界值。 光学的报警信号例如可以理解为超过了边界值的区域的闪烁的颜色面，或者报 警标志或报警文本的插入。声学报警信号例如可以是报警音。

本发明的另一个基本思路涉及放射成像装置，包括C形臂、X射线源、X射 线探测器和控制和显示装置，其中，控制和显示装置被构造用于，处理检查对 象的检查区域的获取的3D图像，确定检查区域的吸收系数，确定检查区域的通 过放射成像引起的或可引起的辐射暴露，在检查对象的检查区域的3D图像中表 示检查区域的辐射暴露并查询中断标准。

放射成像装置的控制和显示装置优选地被构造用于执行前面描述的方法之

以下详细解释的实施例表示了本发明的优选实施方式。

附图说明

其他优选扩展从以下附图连同描述中得到。附图中，

图1示出了用于表示检查对象的检查区域的辐射暴露的按照本发明的方法 的流程图，

图2示出了用于表示检查区域的通过检查对象的检查区域的辐射暴露引起 的温度的按照本发明的方法的另一个流程图，

图3示出了检查区域的辐射暴露的表示的实施例，

图4示出了表示在放射成像之后检查区域的辐射暴露的实施例，

图5示出了在放射检查期间检查对象的检查区域的辐射暴露和温度的表示，

图6示出了按照本发明的放射成像装置的示意图。

具体实施方式

图1示出用于表示检查对象31的检查区域30的辐射暴露的按照本发明的 方法1的流程图。该方法1包括方法步骤S1至S5：

S1）获取检查对象31的检查区域30的3D图像49；

S2)确定检查区域30的吸收系数；

S3）确定检查区域30的通过放射成像引起的或可引起的辐射暴露；

S4)表示检查对象31的检查区域30的3D图像49中检查区域30的辐射暴露；

S5）查询中断标准并且如果不满足中断标准则跳到方法步骤S3。

图2示出用于表示检查区域的通过检查对象31的检查区域30的辐射暴露引 起的温度的按照本发明的方法2的另一个流程图。方法2包括方法步骤S1至S3和 S5至S7：

S1）获取检查对象31的检查区域30的3D图像49；

S2)确定检查区域30的吸收系数；

S3）确定检查区域30的通过放射成像引起的或可引起的辐射暴露；

S6)温度检查区域30的温度，其中在温度的确定中考虑来自于确定的辐射 暴露的值；

S7）在检查对象31的检查区域30的3D图像49中表示检查区域30的温度；

S5）查询中断标准并且如果不满足中断标准则跳到方法步骤S3。

图3示出了检查区域30的辐射暴露的表示40的实施例。检查区域30是患者31 的头部。通过现有技术的成像方法，诸如计算机断层造影，磁共振断层造影或 现代的血管造影系统，获得了空间检查区域30的空间图像，即3D图像49。该3D 图像例如以三维矩阵的形式呈现，其中矩阵的元素相应于图像的灰度值。为了 进一步成像，例如在医学介入的范围内，使用C形臂X射线设备。在第二方法步 骤中确定空间检查区域30的吸收系数。这可以从3D图像49的灰度值中导出。吸 收系数、密度值、衰减系数、灰度值和HU值可以互相换算，从而吸收系数也可 以从按照所提到的单位呈现的值来获得。作为结果，例如获得三维矩阵，其元 素代表了空间检查区域30的体积元素的吸收系数。优选地，吸收系数矩阵的维 度等于检查区域30的3D图像49的维度。单个体积元素也称为体素。在第三方法 步骤中，确定空间检查区域30的通过放射成像可引起的辐射暴露。这意味着， 对于空间检查区域30，即，特别是对于空间检查区域30的每个体素，确定可以 通过X射线设备拍摄而引起的辐射暴露。在此需要的是，例如当利用不同于X射 线设备的其他成像装置获得了3D图像49时，将通过放射成像可透射的体积配准 到空间检查区域，也就是到检查区域30的3D图像49。配准或图像配准在数字图 像处理中理解为如下的过程：使得同一个图像主题或至少类似的图像主题的两 个或多个图像尽可能最好地互相一致。在辐射暴露的确定中优选地考虑X射线设 备的参数，特别是投影几何、辐射剂量或用以驱动X射线设备的X射线源的电压。 辐射暴露还可以在进行X射线拍摄之前被确定。在此，将X射线设备的当前选择 的参数或可预先给出的但是不传输给X射线设备的参数作为输入参数来考虑。由 此是有助于医生在实际的拍摄之前就估计X射线拍摄的结果的仿真的辐射暴露。 在第四方法步骤中，在检查对象31的检查区域30的3D图像49中表示检查区域30 的辐射暴露。在此，辐射暴露的程度的表示例如以颜色编码的形式进行，其中， 优选的是以下已知的颜色方案：诸如对于没有辐射暴露是透明，对于小的辐射 暴露是绿色、对于大的辐射暴露是从黄到红。辐射暴露值和颜色的对应可以由 用户预先给出，其中例如特定于诊所或国家的边界值或来自于辐射防护规定中 的边界值与代表了最大辐射暴露或危险的那个颜色（例如红色）对应。在图3中 示意性示出了四个区域41至44，它们示出了检查区域30的辐射暴露。在此，对 初始确定的空间辐射暴露，即，检查区域的每个体素的辐射暴露，取最大值函 数，并且然后在3D图像49中作为2D投影表示。区域41代表了比例如具有最高的 负担的区域44更小的辐射负担。区域42和43位于其间。优选地，在改变X射线设 备的至少一个参数时，例如C形臂的偏转或X射线源与检查区域30的距离，重新 执行并表示对可能的辐射暴露的确定。优选地，3D图像49与X射线设备的投影 几何同步，即，例如在C形臂的取向改变时相应地旋转3D图像49。该方法优选 地一直进行，直到满足中断标准，例如操纵了按键。

图4反映了在放射成像之后检查区域30的辐射暴露的表示50的实施例。检查 对象31的检查区域30的3D图像49的获取以及检查区域30的吸收系数的确定，可 以按照与在对图3的描述中所描述的相同方式来进行。在此，在拍摄了X射线图 像之后进行通过放射成像引起的检查区域30的辐射暴露的确定。在所述确定中 考虑在拍摄的情况下设定的X射线装置的参数，诸如投影几何、辐射剂量、曝光 时间、输送到X射线设备的X射线源的电压、对焦装置或射线滤波器例如准直器 的设定。对于检查区域30的每个体素确定辐射暴露。在到3D图像49的2D投影中 例如显示所有体素的最大值，所述最大值位于与到3D图像49的视线方向垂直的 射线上。所确定的辐射暴露的结果在检查区域30的3D图像49中表示。示意性示 出了不同的辐射负担的四个区域51至54。区域54具有大于例如在辐射防护规范 中的辐射负担边界值的辐射负担，并且由此通过光学报警提示，例如以特别引 人注目的颜色的形式，使得可识别。在该实施例中存储辐射暴露的值，并且即 使在X射线设备的C形臂移动并同时跟踪3D图像49的情况下也保持对辐射暴露 的表示。十字形55示出了X射线设备的当前投影设定的中点。由此对于治疗医生 来说可以找到X射线设备的关于成像的有利位置，以及检查区域的至此较少遭受 辐射负担的区域。

图5示出了在放射检查期间检查对象31的检查区域30的辐射暴露65和温度 61至64的表示60的实施例。辐射暴露65的表示可以按照如对图3的描述中描述的 方法来进行。在对于检查区域的每个体素确定吸收的辐射量之后可以确定照射 的区域的变热，因为致电离辐射的吸收伴随吸收的组织的变热。参考标记61至 64示出了温度的示意图。区域61在此比区域64更少变热。区域62和63具有在区 域61和64的温度之间的温度。在该实施例中，在确定温度时考虑通过进一步X 射线拍摄引起的变热的时间走向和通过人的例如通过血液循环或出汗来克服变 热的自然能力引起的冷却。例如经验的或物理的模型用于此目的，所述模型确 定通过体素代表的物质的温度与时间、吸收系数和X射线设备的参数的依赖关 系。在投影设定改变的情况下还考虑辐射暴露和温度的值。例如在图5中面积64 的肾形形状和X射线设备的当前投影设置的中点55上可以看出，例如利用稍微改 变的投影设置拍摄了两个X射线图像。优选地，该方法的使用者可以选择，辐射 暴露和温度的确定和表示是否要在X射线拍摄之后才进行或在X射线拍摄之前 就进行，例如利用当前设定的投影设定和X射线参数。后一种情况的优点是，医 生可以估计X射线拍摄的结果并且必要时当存在太高的辐射暴露或太高的温度 的危险时可以调整投影设置。

图6最后示出了按照本发明的放射成像装置10、即所谓的C形臂X射线设备 的实施方式的示意图。其包括C形臂12、在该C形臂上按照相对的布置安装了X 射线源13和X射线探测器14。C形臂12与支架23铰链连接。检查对象31（此处是 患者）躺在卧榻装置21（在此是检查台）上。患者的头部形成要借助X射线设备 拍摄的检查区域30。通过第一执行机构17（例如电机）C形臂12可以在z方向上、 即在垂直方向22上移动。通过第二执行机构19（例如具有齿轮传动的电机），可 以将C形臂12围绕与y轴平行的轴、即围绕水平轴旋转，这通过参考标记24表示。 通过C形臂12的移动，X射线源13和X射线探测器14相对于检查区域30的位置改 变。在C形臂12上安装了第一传感器16和第二传感器18。控制和显示装置11（例 如电子计算机）通过连接装置15（例如导电线）控制执行机构17和19，并且接 收传感器16和18的信号，从而对于控制和显示装置11来说投影设定是已知的。 此外，控制和显示装置11被构造用于，将X射线设备10的参数（诸如辐射剂量、 可输送到X射线源13的电压或曝光时间）传输到X射线设备，初始化X射线图像 的拍摄，以及接收X射线设备10的X射线图像。此外，控制和显示装置11能够接 收也可以通过其他成像装置获得的检查区域30的3D图像，并且执行现有技术所 公知的数字的特别是医学图像处理算法。例如被构造为开关或按键的操作装置 20，可以实现对用于结束控制和显示装置11中的计算的中断标准的查询。按照 本发明控制和显示装置11被构造用于，处理检查对象31的检查区域30的所获取 的3D图像，确定检查区域30的吸收系数，确定通过放射成像引起的或可引起的 辐射暴露，在检查区域30的3D图像中表示检查区域30的辐射暴露，并且查询中 断标准。