用於分開地三維顯示身體部位中動脈和靜脈的方法和裝置的製作方法

2023-12-02 23:33:01

專利名稱：用於分開地三維顯示身體部位中動脈和靜脈的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於藉助旋轉計算機斷層造影分開地三維顯示脊椎動物的一個身體部位中的血管系統的動脈和/或靜脈的方法，以及一種裝置，尤其是用於實施所述方法的裝置。優選地，將本發明用於C型臂血管造影。
背景技術：
為了血管疾患範圍內的診斷目的以及其治療目的，越來越多地需要對身體部位中的血管、尤其是動脈和靜脈的外觀和走向的儘可能精確的三維顯示。對腦動脈瘤的檢查構成了一個重要的應用領域，所述檢查腦動脈瘤還包含分析和優化的顯示，以便在相鄰血管的拓撲關係方面確定所述動脈瘤頸。血管造影還在其它的身體部位上進行，以確定動脈粥樣硬化病變或者畸變。隨著引入計算機支持的旋轉血管造影，從投影原始數據重建具有均勻的解析度的三維顯示，在診斷學中達到一種技術突破。在此，現有技術是所謂的C型臂血管造影，其中，在一個約包含200°角的臂中的一個X射線源和一個與之對置安排的傳感器繞患者的待檢查的身體部位旋轉，並且在此拍攝並且數字地存儲50至500幅X射線圖像。然後，可以從不同的投影角度下拍攝的投影X射線圖像中計算X射線照射的身體部位的三維模型。然而，由於拍攝時間以及造影劑給藥的動態關係，用常規的3D血管造影不可能充分地按動脈和靜脈的血管系統進行清楚的分開。
在公知的三維血管顯示中拍攝一種所謂的掩模行程(Maskenlauf)和一種填充行程(Füllungslauf)。在所述掩模行程中進行C型臂繞患者的身體部位或者患者全身的旋轉並且在預先給定的角度區域上拍攝X射線圖像。然後在所關注的血管中注射造影劑並且在重新的C型臂旋轉的情況下拍攝第二組X射線圖像，所述第二組X射線圖像反映所謂的填充行程。這兩個圖像序列的模型於是被如此地相互相減，使得在結果上只能夠看到對比的(就是說含有造影劑的)的血管。這時用一種3D重建方法把對比的血管重建成一種三維數據組。作為替代方案還可以分開地重建掩模和填充行程數據並且將所得出的三維數據組相互相減。
根據現有技術的3D血管造影方法通常提供一種既顯示動脈血管系統的部位也顯示靜脈血管系統的部位的三維數據組。當前血管造影系統的這種缺陷的原因在於，斷層造影的旋轉時間約5秒，這顯著長於僅持續2至3秒的血管對比的所謂動脈的階段(Phase)。然後，造影劑通過通常的毛細路徑轉移到靜脈的血管系統中，從而在動脈階段完畢以後顯示血管對比的一個靜脈的階段，所述靜脈階段記錄在斷層造影旋轉的較晚的部位中，從而出現動脈和靜脈的三維混合結構。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是，找出一種用於產生要麼只顯示動脈要麼只顯示靜脈(視要求而異)的血管的三維數據組的基本途徑。
本發明的基本思想是，進行多於一個的填充行程，並且相對造影劑注射在時間上如此地按級排列所述多於一個的填充行程使得在血管對比的動脈階段中至少一次地把所採集的身體部位的整個部位反映得能夠進行三維重建。
在第一方面中，本發明針對一種利用旋轉計算機斷層造影分開地三維顯示脊椎動物的身體部位中的血管系統的動脈和/或靜脈的方法，其中，所述方法具有以下的步驟(a)不用造影劑地圍繞待檢查的身體部位進行斷層造影的一個掩模行程；(b)在使用一種造影劑的條件下圍繞該身體部位進行斷層造影的第一填充行程，其中在血管對比的動脈階段中進行所述填充行程的第一部分，並且在血管對比的靜脈階段中進行其第二部分；(c)相對於注射進一步的注射造影劑在這樣一個時間點圍繞所述身體部位進行所述斷層造影的至少一個第二填充行程使得第二填充行程的在血管對比的靜脈階段中的第一填充行程中進行的部分，在至少一個第二填充行程的血管對比的動脈階段中進行，並且反之亦然；(d)把從所述第一填充行程和至少一個第二填充行程中得出的數據組合為第一數據組和/或第二數據組，所述第一數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的動脈階段產生的組合數據，所述第二數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的靜脈階段產生的組合數據；以及(e)從所述組合得到的第一和/或第二數據組中減去在掩模行程中得到的數據組，以得到至少一個最終數據組，所述最終數據組包含三維顯示動脈血管系統或者靜脈血管系統的數據。
在此，旋轉計算機斷層造影被理解為任何帶有受檢查的對像的三維模型計算的、以透視技術為基礎的成像方法。
在本發明的意義上掩模行程是在不使用造影劑條件下的旋轉計算機斷層造影行程。
如領域內普通技術人員所公知，造影劑是一種對於在相應的成像方法中例如不能夠讓X射線穿透的物質，並且通過明顯的X射線陰影反映用之填充的極性結構(Polstruktur)。
根據本發明，填充行程被理解為一種斷層造影行程，其中用一種造影劑把待檢查的中空腔室填充得在成像方法中出現足夠的對比度，在此情況下所述中空腔室是血管。
注射造影劑理解為，例如藉助於一個注射器，在待檢查的中空腔室或者說待檢查的血管中進行造影劑給藥。
將填充行程中產生的數據組合為數據組被理解為，藉助於一個預先給定的算法並且必要時還在人為分析值的參與作用下，按照預先給定的規則將單個填充行程的數據的相應分量組合成一個新的數據組。根據本發明，如此地選擇數據使得所述數據互補地補充並且在所採用的斷層造影的整個掃描弧上，也就是從在其上拍攝投影圖像的所有位置上，出現要麼屬於血管對比的動脈階段、要麼屬於靜脈階段的數據。
根據在斷層造影方法的情況下所屬領域技術人員熟知的這種表述的應用，數據組的相減被理解為這樣一種計算過程，其中從所關注的測量數據如此地去除一個背景的測量數據使得基本上只保留所述數據組中所關注的測量數據。
為了從所述行程的單個拍攝的投影圖像數據中產生一種三維的模型，採用一種在血管造影領域上稱為重建的方法。這樣一種從數據組向三維數據組的重建可以在如本發明所述的方法的不同位置進行，從而在組合數據前、在數據組相減以前以及在組合之後或者對最終數據組相減以後進行，在此，對換算的複雜性和實施本發明所採用的計算機斷層造影的現有機制方面進行各種衡量考慮。
在一種優選的實施方式中所述受檢查的身體部位是人的頭顱。在此，一個重要的應用領域是查找腦血管中的動脈瘤。然而應當理解，按照本發明的方法原則上也適用於人和其它動物的具有血管系統的其它身體部位。根據本發明所述的方法限於脊椎動物，因為脊椎動物具有分開的動脈和靜脈血液循環，然而應當理解所述方法還可以用於其它種類的動物，只要這類動物具備有動脈和靜脈的可對比的血管系統。
在本發明的一個優選的實施方式中只進行兩個填充行程，只要這兩個填充行程足以正確地採集全部視角從而採集受檢查的身體部位的整個區域並且能夠分開地顯示動脈和靜脈血管。在另一種替換的實施方式中，進行如此多個填充行程，使得直到從所述填充行程的所有部分既能夠得到從血管對比的靜脈階段產生的數據也能夠得到從血管對比的動脈階段產生的數據。這在例如可以在對一個行程比血管對比的動脈階段有顯著更長的運行時間的斷層造影的情況下要求，使得必須進行三個或者更多的填充行程，直到覆蓋所有的透視。
存在有實現旋轉計算機斷層造影的各種基礎技術。從而在一種優選的實施方式中，所述旋轉計算機斷層造影是一種旋轉X射線計算機斷層造影，譬如一種C型臂血管造影。在另一種優選的實施方式中所述旋轉計算機掃描是一種超聲波斷層造影，而在另一種優選的實施方式中所述旋轉計算機斷層造影是一種核自旋斷層造影。應當理解，相應採用的造影劑取決於所採用的技術，因為所採用的激勵和波分別不同地對材料起作用。
取決於所採用的計算機斷層造影和其運動模式，在本發明的一種優選的實施方式中，第一和至少一個第二填充行程沿同一個掃描方向進行，其中，第一填充行程在為待檢查的血管進行造影劑注射的時間點開始(換言之直接在開始填充行程前或者在開始填充行程時進行造影劑給藥)，而第二填充行程的開始要使得在另一個造影劑注射的時間點上已經進行了第二填充行程的一部分(或者說，造影劑注射在所述填行程中間的某處進行，並且優選地剛好在該填充行程的中間，在兩個其它的第二填充行程的三分之二，或者說在三分之一和/或三分之二處進行)。
在可以改變掃描方向的計算機斷層造影的情況下，還可以如此地設計如本發明所述的方法沿不同的掃描方向進行第一填充行程和至少一個第二填充行程，其中，第一填充行程在待檢查的血管中注射造影劑的時間點開始，而所述至少一個第二填充行程在另一次注射造影劑的時間點開始。在該實施方式中原則上需要一個第一填充行程和一個第二填充行程，然而應當理解，在此可以進行多於兩個的填充行程，這些填充行程具有對應地在時間上重新按級排列的造影劑注射。
在另一個方面，本發明針對一種裝置，其中所有關於方法的陳述對所述裝置也成立，或者反之亦然，從而可以交互參照。用於分開地三維顯示脊椎動物的一個身體部位中的血管系統的動脈和/或靜脈的按照本發明的裝置，包含一個旋轉計算機斷層造影設備，該設備具有(a)第一數據存儲器，用於存儲在所述旋轉計算機斷層造影的一個掩模行程中和在至少一個第一和一個第二填充行程中得到的數據；(b)第一計算模型，用於把從所述第一和至少一個第二填充行程中得出的數據組合為第一數據組和/或第二數據組，所述第一數據組包含第一和第二填充行程的血管對比的動脈階段產生的組合數據，所述第二數據組包含第一和第二填充行程的血管對比的靜脈階段產生的組合數據；(c)另一個數據存儲器，用於存儲所述第一和/或第二數據組；(d)第二計算模型，用於從由所述組合得到的第一和/或第二數據組中減去在掩模行程中得到的數據組，以得到至少一個最終數據組，所述最終數據組包含三維顯示動脈血管系統或者靜脈血管系統的數據。
在此，計算模型可以被理解為專門為了從事要執行的計算而設計的裝置，例如有對應的控制的模擬計算機或者數據信號處理器，或者，計算模型也可以被理解為在通用計算設備上實現所述功能的軟體程序產品。數據存儲器被理解為各種能夠存儲數字數據的裝置，不論是易失的還是永久的主存儲器、硬碟、光數據載體等等，其中可以由所述計算模型在所述數據存儲器上進行存取。
在一種特別優選的實施方式中，所述裝置適用於執行如本發明所述的方法。
作為按照本發明的裝置的組成部分的計算機斷層造影設備可以是旋轉X射線計算機斷層造影設備，譬如C型臂血管造影設備、超聲波斷層造影設備或者還可以是核自旋斷層造影設備。


下面參照附圖藉助於具體實施例詳細地說明本發明，下列附圖中圖1示出本發明的第一實施方式中的對患者身體掃描的原理，圖2示出本發明的第二實施方式中的對患者身體掃描的原理，圖3示出從通過掃描得到的原始數據中確定最終數據組的方法。
具體實施例方式
在圖1中說明採用一種只能夠沿一個方向進行掃描行程的C型臂的情況下如本發明所述的方法。
圖1的左分圖用橫截面圖示出一個定位了的、待檢查的身體，譬如患者1。通過箭頭2示出所採用的C型臂血管造影的掃描方向，並且通過扇面3示出掩模行程的採集的投影角。在此，採集整個身體部位並且對應地示出所採用的血管造影的可能性。在圖1的中間分圖中示出第一填充行程，其中，在沿同一方向2開始所述第二掃描行程時在待檢查的血管中或者附近注射造影劑。圖2示出造影劑注射4的時間點。劃影線的區域5是其中進行血管對比的動脈階段的填充行程的區域。在該階段5結束後，這時造影劑已經抵達血管系統的靜脈區域了，C型臂血管造影只能夠還對比度強烈地拍攝由劃影線的區域6表示的血管對比的靜脈階段。在該圖的右分圖中示出第二填充行程，其中還是沿同一掃描方向2，並且直接地接在所述第一填充行程之後，對於行程的在第一填充行程中形成動脈階段的區域，此時採集血管對比的靜脈階段7，因為，如箭頭8該所示，所述對比的靜脈階段一直進展到第二填充行程中。大致在第二填充行程的中間重新進行一次造影劑注射9，從而在其短時間後又開始血管對比的動脈階段10，所述動脈階段覆蓋填充行程的在第一行程中屬於血管造影的靜脈階段的區域。從而在該例中可以通過整個C型臂的兩個填充行程既動脈對比顯示也靜脈對比顯示。
分別應當注意，直接在第一填充行程的旋轉之後中進行C型臂的回程和所述第二填充行程。因為靜脈階段通常明顯地長於動脈階段，在該時間點還充分地對比靜脈。
對於可以沿雙旋轉方向拍攝的系統，推薦一種不同的規程，如圖2中所示。在圖2中相同的標號對應於相同或者相似的對象。在此，如在圖1中所示的實施方式那樣進行所述掩模行程。直接接著其後現在沿相反的旋轉方向或者說掃描方向2a並且在注射進造影劑4的條件下開始第一填充行程。造影劑注射如此地相對於旋轉開始觸發使得旋轉的前半部分5動脈對比而後半部分6靜脈對比。完全類似於第一填充行程，第二填充行程在圖2的右分圖中進行，然而卻是沿再次相反的旋轉方向2。因為在拍攝第一填充行程的靜脈階段以後直接地進行第二填充行程的動脈階段10，為了避免動脈/靜脈雙重對比，必須把所述行程之間的一定停頓維持到從靜脈中衝洗出造影劑為止。
圖3示出對在不同的行程中得到的數據進行組合和相減時的一般做法。在此，相同的參考標記還是指代相同的過程或者說對象。在此，把所述第一填充行程的動脈階段5的數據和靜脈階段6的數據以及所述第二填充行程的動脈階段10的數據和靜脈階段7的數據如此地相互組合使得形成兩個新的數據組，這兩個新的數據組一個由第一填充行程的靜脈階段6以及第二填充行程的靜脈階段7組成，而第二個由第一填充行程的動脈階段5以及第二填充行程的動脈階段10組成。通過隨後在11和12中減去掩模階段並且重建三維數據組，得到兩個三維數據組，這兩個三維數據組的一個包含動脈血管系統的顯示13，而另一個包含靜脈血管系統的顯示14。通過重建掩模行程可以附加地得到周圍組織的顯示15(低對比度顯示)。藉助於按照本發明的方法，能夠從三次旋轉拍攝中三維地顯示動脈血管系統、靜脈血管系統和周圍組織，如圖3中所示。因為在這兩個填充行程的每個中只須拍攝動脈階段的圖像的一半，在動脈階段上也只須消耗拍攝時間的一半。在一個動脈階段是2至3秒並且當前的每旋轉5秒的最低拍攝時間的情況下可以滿足該條件，由此可以實現動脈和靜脈的分開的、無重疊的顯示。
權利要求
1.一種用於利用旋轉計算機斷層造影分開地三維顯示脊椎動物的身體部位中的血管系統的動脈和/或靜脈的方法，其特徵在於以下的步驟(a)不用造影劑地圍繞待檢查的身體部位(1)進行斷層造影的一個掩模行程；(b)在使用(4)造影劑的條件下圍繞待檢查的身體部位進行斷層造影的第一填充行程，其中在血管對比的動脈階段(5)中進行所述填充行程的第一部分，並且在血管對比的靜脈階段(6)中進行其第二部分；(c)相對於注射(9)進一步的造影劑在這樣一個時間點圍繞所述身體部位(1)進行所述斷層造影的至少一個第二填充行程使得該第二填充行程的在血管對比的靜脈階段(7)中的第一填充行程中進行的部分，在至少一個第二填充行程的血管對比的動脈階段(10)中進行，並且反之亦然；(d)把從所述第一填充行程和至少一個第二填充行程中得出的數據組合為第一數據組和/或第二數據組，所述第一數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的動脈階段(5，10)產生的組合數據，所述第二數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的靜脈階段(6，7)產生的組合數據；以及(e)從所述組合得到的第一和/或第二數據組中減去(11，12)在掩模行程中得到的數據組，以得到至少一個最終數據組，所述最終數據組包含三維顯示動脈血管系統(13)或者靜脈血管系統(14)的數據。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還具有下列步驟把數據組重建成三維數據組，其中，可以在組合數據前、在相減數據組前或者在最終數據上進行所述重建。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述身體部位(1)是人的頭顱。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，進行如此多個填充行程，使得直到從所述填充行程的所有部分既能夠得到從血管對比的靜脈階段(6，7)產生的數據也能夠得到從血管對比的動脈階段(5，10)產生的數據。
5.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影是旋轉X射線計算機斷層造影。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影是C型臂血管造影。
7.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影是超聲波斷層造影，
8.如權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影是核自旋斷層造影。
9.如權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第一和至少一個第二填充行程沿同一個掃描方向(2)進行，其中，第一填充行程在待檢查的血管中進行造影劑注射(4)的時間點開始，而第二填充行程的開始要使得在另一個造影劑注射(9)的時間點就已經進行了第二填充行程的一部分。
10.如權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第一填充行程和至少一個第二填充行程沿不同的掃描方向(2、2A)進行，其中，第一填充行程在待檢查的血管中進行造影劑注射(4)的時間點開始，而所述至少一個第二填充行程在另一次造影劑注射(9)的時間點開始。
11.一種用於分開地三維顯示脊椎動物的身體部位(1)中的血管系統的動脈和/或靜脈的裝置，其包含一個旋轉計算機斷層造影設備，其特徵在於，(a)第一數據存儲器，用於存儲在所述旋轉計算機斷層造影的一個掩模行程中和在第一和至少一個第二填充行程中得到的數據；(b)計算模型，用於把從所述第一和至少一個第二填充行程中得出的數據組合為第一數據組和/或第二數據組，所述第一數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的動脈階段(5，10)產生的組合數據，所述第二數據組包含從第一和第二填充行程的血管對比的靜脈階段(6，7)產生的組合數據；(c)另一個數據存儲器，用於存儲所述第一和/或第二數據組；(d)第二計算模型，用於從所述組合得到的第一和/或第二數據組中減去(11、12)在掩模行程中得到的數據組，以得到至少一個最終數據組，所述最終數據組包含三維地顯示動脈血管系統或者靜脈血管系統的數據。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置適合於執行如權利要求1至10之一所述的方法。
13.如權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影設備是旋轉X射線計算機斷層造影設備。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影設備是C型臂血管造影設備。
15.如權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影設備是超聲波斷層造影設備。
16.如權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉計算機斷層造影設備是核自旋斷層造影設備。
全文摘要
本發明涉及一種分開地三維顯示血管系統的動脈和/或靜脈的方法，其中，不用造影劑地進行斷層造影的一個掩模行程，然後使用造影劑進行兩個填充行程，其中相對於注射(9)造影劑在這樣一個時間點進行第二填充行程使得第二填充行程的在血管對比的靜脈階段(6)中的第一填充行程中進行的部分在第二填充行程的血管對比的動脈階段(10)中進行且反之亦然；把從第一填和第二填充行程中得出的數據組合為包含從血管對比的動脈階段(5，10)或靜脈階段(6，7)產生的組合數據的數據組，並且從中減去在掩模行程中得到的數據組，以得到包含三維顯示動脈或靜脈血管系統的數據的最終數據組。本發明同樣地還包含一個適用於執行所述方法的裝置。
文檔編號A61B5/055GK101049244SQ20071010970
公開日2007年10月10日 申請日期2007年3月16日 優先權日2006年3月16日
發明者戈茨·本多爾夫, 克勞斯·克林根貝克-雷格恩, 麥可·澤勒霍夫 申請人:西門子公司