用于确定患者轮廓的方法和CT系统

摘要

本发明涉及一种通过辐射规划范围内的X射线CT扫描确定患者（P）的轮廓（KP）的方法以及一种CT系统（1），其中，借助由预先给定的材料制成的安置辅助设施（L）支撑所述患者（P）。本发明的特征在于，在区分所获得的至少两个相互不同的X射线能量区域的衰减数据的条件下进行对患者（P）的扫描；重建每个X射线能量区域的断层造影的图像数据；借助至少两个X射线能量区域的断层造影的图像数据确定图像区域，该图像区域具有安置辅助设施（L）的材料；并且在确定患者（P）的轮廓（KP）之前，去除包含安置辅助设施（L）的材料的图像区域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过辐射规划范围内的X射线CT扫描确定患者的轮廓 的方法以及一种CT系统，其中，在使用至少一种额外的由预先给定的材料 制成的机械安置辅助设施的条件下将患者安置在CT系统的患者卧榻上；借 助CT系统在至少一个横截面内对患者进行扫描；重建所述至少一个横截面 的断层造影的图像数据；并且为随后的辐射规划由该图像数据确定患者的轮 廓。

背景技术

普遍公知，为实施辐射规划需要执行患者的CT扫描，其中通过重建的 以豪斯菲尔德单位（Hounsfield-Einheiten，HU）给出的衰减值来确定组织的 电子密度，并由此最终计算出待使用的辐射，借助该辐射确定在患者待辐射 的体积内的预先给定的剂量。另外在该工作链中，作为最初的步骤是在CT 图像中画出患者体积的轮廓。这在当前的标准CT方法中通过基于阈值的方 法实现。在此，将全部高于最小的HU值和/或全部低于最大的HU值的像素 或体素视为患者体积。所有其它的像素或体素被考虑为“空气”，并由此不 被考虑为患者体积的部分。

通过使用安置辅助设施，例如使用所谓的“机翼板（Wingboards）”或 者也使用用于减少呼吸并由此减少运动的腹部按压，在几乎每种情况下都出 现以下的问题，即该由塑料或碳纤维组成的安置辅助设施具有HU值，通过 基于阈值的方法，该HU值被计算在患者体积内。如果此时这样选择HU阈 值，使得安置辅助设施不被计算在内，则在绝大多数情况下通过所述算法将 真正的患者体积的一部分错误地排除。在两种情况下都需要手动修正图像数 据（通常是单独对每个重建层进行），直到建立正确的患者的轮廓。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，在同时造影安置辅助设施的情况下， 找出一种用于确定患者轮廓的方法和CT系统，其省去上述的手动修正。

本发明的发明者意识到，应用双重或多重能量CT（通过双源或者单一 源CT系统）能够在人体组织和通常的安置辅助设施材料之间进行材料区分， 从而能够免去额外的手动修正。这例如是按以下方式实现：通过借助至少两 个不同的管电压并由此借助至少两个不同的X射线能量谱扫描待扫描的空 间，并且由于人体组织和安置辅助设施材料的不同的吸收特性能够区分所述 两种材料类型。有关这类区分方法的具体实施可参考关于借助双重或多重能 量CT检查的两个或多个组件的色散方法的普遍公知的文献。

在此建议的方法的特别有益的在于，根据情况将所述安置辅助设施始终 位置固定地配置在测量区域。这样在没有关于图像配准的特别措施的情况 下，能够借助单一源设备实施多个时间错开的、顺序的CT扫描，所述CT 扫描对于不同的X射线能量区域分别提供扫描数据。

如果通过这样的多重能量扫描，借助随后的材料区分自动地从图像数据 中计算出所述安置辅助设施，则在患者的轮廓识别时，由此产生的结果图像 不再需要手动修正，从而每次检查将节省5至10分钟，并且相应的规划工 作流程得到相应优化。

根据这个认知，本发明的发明者建议通过在辐射规划范围内的X射线 CT扫描改良用于确定患者轮廓的方法，其具有以下的方法步骤：

-在使用至少一个额外的、由预先给定的材料制成的机械安置辅助设施 的条件下将患者安置在CT系统的患者卧榻上；

-借助CT系统在至少一个横截面上对患者进行扫描；

-重建所述至少一个横截面的断层造影的图像数据；

-确定患者的轮廓以便用于随后的辐射规划。

为了按照本发明的方法的改良，建议：

-在区分所获得的至少两个相互不同的X射线能量区域的衰减数据的 条件下进行对患者的扫描；

-重建每个X射线能量区域的断层造影的图像数据；

-借助至少两个X射线能量区域的断层造影的图像数据确定具有安置 辅助设施的材料的图像区域；并且

-在确定患者的轮廓之前，去除包含安置辅助设施的材料的图像区域。

由此，此时借助安置辅助设施材料的与能量有关的、不同的衰减特性， 与人体组织成比例地进行材料区分，这可以进行比以简单的单一能量检测两 种材料类型的衰减值更显著精确的区分。在此，当正好使用两个X射线能 量区域用于扫描时，原则上是已经足够的。

经常使用碳纤维材料作为安置辅助设施的材料。在此，由使用两个加速 电压100kVp和140kVp所产生的X射线能量区域特别适合于所述区分。

原则上，为了识别安置辅助设施的图像区域可以实施一种已经公知的材 料色散方法，该方法以在不同的X射线能量情况下的不同的衰减数据为基 础。

然而为了识别安置辅助设施的图像区域也可以以一种特别简单的方法， 建立具有使用不同X射线能量的衰减值的HU值图表。在此，例如将全部图 像像素或体素的衰减值对（=HU值）在图表中记录，在一个轴上描述关于 第一X射线能量谱的衰减值，而在另一个轴上描述关于第二X射线能量谱 的衰减值。因为已知安置辅助设施的材料的衰减特性，也可以在HU图表中 明确确定安置辅助设施的像素或体素所处的区域。相应地，可以将这些像素 或体素作为属于安置辅助设施来识别，并且从用于确定患者的轮廓所使用的 图像数据中去除。

在一种实施变换方案中，可以同时借助两个具有不同管电压的辐射源实 施对患者的扫描。

可选择地，也可以借助唯一一个辐射源实施对患者的扫描，其中使用了 时间上错开的、不同的管电压。

另一种用于确定在不同X射线能量下被扫描的材料的不同吸收特性的 可能性在于，借助一个辐射源和唯一一个辐射谱实施对患者的扫描，然而其 中使用了探测器，该探测器分辨至少两个不同的能量区域。为此，例如可以 使用具有直接转换的半导体材料的探测器，对于该探测器，通过脉冲高度鉴 别器至少在两个能量区域内区分入射的光子的能级。

本发明的保护范围除了上述的按照本发明的方法外，还包括一种具有用 于控制和图像处理的计算机的CT系统，其中在计算机中存储了计算机程序， 该计算机程序在运行中实施按照本发明的方法的方法步骤。

附图说明

以下借助附图更详细地描述本发明，其中仅示出了为理解本发明所 必要的特征。使用了以下的附图标记：

1              CT系统

2              第一X射线管

3              第一探测器

4              第二X射线管

5              第二探测器

6              机架壳体

8              患者卧榻

9              系统轴

10             计算机系统

11             截面图像

B_L             安置辅助设施的HU值对区域

B_P             患者的HU值对区域

K_L             安置辅助设施的轮廓

K_P             患者的轮廓

L              安置辅助设施

P              患者

Prg₁–Prg_n     计算机程序

在各个附图中示出了：

图1示出了用于执行按照本发明的方法的双重能量和双源CT系统；

图2示出了穿过位于安置辅助设施上的患者的断层造影的截面图的 黑白反色显示；

图3示出了按照基于阈值的方法所保留的患者的轮廓；

图4示出了具有由双重能量CT扫描记录的CT图像数据的HU值图 表；

图5示出了按照本发明的方法所保留的患者的轮廓。

具体实施方式

按照本发明的方法例如可以借助具有双重能量和双源CT系统的CT扫 描来实施，如图1中所示。该CT系统1基本上由机架壳体6构成，在该机 架壳体内具有未详细示出的、可旋转的机架，在该机架上固定了两个辐射器 -探测器系统。每个辐射器-探测器系统具有X射线管2或4以及布置在对面 的探测器系统3或5。两个辐射器-探测器系统以90度角度错开地布置在机 架上，并且可以借助不同的X射线谱运行。这可以通过设置不同的加速电 压和/或通过采用不同的过滤实现。

为了CT检查，这里是为待实施的辐射规划提供CT数据，将位于可移 动的患者卧榻8上的患者P沿着系统轴9（具有辐射器-探测器系统的机架绕 该轴旋转），为了圆周扫描顺序地或者为了螺旋扫描连续地穿过作为测量场 的开口，移入机架壳体6，并且借助两个不同的X射线谱从多个投射角进行 扫描。为了更准确和经过长时期的舒适的患者固定，借助安置辅助设施L对 其进行支持。

通过计算机系统10实现系统的控制和数据采集，在该计算机系统的存 储器中包含了这里程式化（stilisiert）示出的计算机程序Prg₁至Prg_n，在系 统运行中实施该计算机程序，另外也实施或控制按照本发明的方法的方法步 骤。

为此，在至少一个截面中，借助分别不同的X射线能量谱记录至少两 个断层造影的图像数据组。在图2中示例性地示出了这类具有安置辅助设施 L的患者P的断层造影的截面图11，该截面图是借助一个X射线能量谱拍 摄的。在此可以看出，安置辅助设施L的衰减值（仅单独考虑由X射线能 量谱组成的CT图示）几乎不能与在患者P内显现的衰减值区分。

如果仅仅通过阈值成像在这样的CT图示中确定患者的轮廓，则形成如 图3中虚线所示的轮廓。该虚线的轮廓由一方面患者的轮廓K_P和另一方面 安置辅助设施的轮廓K_L叠加组成，并且在没有额外的手动修正的情况下导 致在辐射规划时的错误。

为了避免在患者的轮廓确定时在断层造影图示中选择像素或体素，按照 本发明利用了在安置辅助设施材料和人体组织之间不同的、与能量有关的吸 收特性。为此可以例如使用如图4中所示的HU值图表。该处在图表的两个 轴上记录了源于CT图示的同一个像素或体素的不同的HU值，该CT图示 来自具有不同X射线能量谱的吸收测量。在所示图示中，在横坐标上是以 80kVp谱所记录的CT图示的HU值，而在纵坐标上是以140kVp谱所记录 的相同的CT图示的HU值。

在此，能够例如一方面仅由没有安置辅助设施的患者的先前的扫描以及 另一方面仅由使用了安置辅助设施的先前的扫描，确定仅显现患者的像素或 体素的HU值对的区域，和/或确定仅仅能找到安置辅助设施材料的HU值对 的区域。

在所示图表中（该图表示出了根据图2分别具有80kVp或140kVp的X 射线谱的两个CT图示的HU值对），标记了区域BL，由碳纤维材料制成的 安置辅助设施的HU值对位于该区域内。相应地，可以将在该区域BL内重 复的像素从CT图示去除，以便之后例如借助基于阈值的方法确定患者的轮 廓，而安置辅助设施的轮廓不会引起以上描述的错误。当然相应地也可以为 了去除安置辅助设施的像素/体素，也仅使用位于HU值对的期待和预先确定 的区域B_P内的像素/体素来确定轮廓，按照经验仅仅源自患者映像的像素/ 体素位于该区域B_P内。

如果使用所述方法，则在这样获得的图示的基础上，能够在去除安置辅 助设施的像素/体素和没有手动修正的条件下，通过已经公知的基于阈值的 轮廓确定方法确定正确的患者轮廓K_P，如示例性地在图5中所示。该轮廓 K_P因此可以被用于辐射规划。

虽然本发明在细节上通过优选的实施例进行了更详细的图解和描述，但 是本发明并不限于所公开的实施例，并且可以由技术人员推导出其它的变换 方案，而不脱离本发明的保护范围。