[发明专利]时间分辨的断层合成成像

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于时间分辨的断层合成成像的方法，通过该方法可以对运动的对象进行成像。本发明还涉及一种用于时间分辨的断层合成成像的成像装置。这样的成像方法尤其可以在放射治疗的范围内采用。

背景技术

放射治疗是一种确立的方法，在该方法中采用电离辐射，以便治疗病变组织例如肿瘤组织。放射治疗的目标是，以足够治疗的剂量辐照待治疗的组织并且在此同时保护周围的健康组织。除了别的之外，治疗效果基于如下：电离辐射不同地作用于健康的和病变的组织。

为了确保在定位待治疗的组织时在规划阶段和治疗阶段之间可能由于不同的原因而出现的不可靠性不危及治疗结果，通常使用安全余裕目标体积被扩大了该安全余裕。

图像辅助的放射治疗（英文：“Image guided radiation therapy”-IGRT）实现了在辐照目标体积时降低不可靠性。IGRT允许在开始辐照之前显示目标体积、风险器官（英文：“Organs At Risk”-OAR）以及周围的健康组织，从而原则上开辟了如下可能性：精确地辐照目标体积并且使用较小的安全余裕。

建议了用于IGRT的不同的成像模态。同样，可以将考虑到例如由呼吸运动导致的运动/形变的成像方法用于IGRT。可以应用不同的四维（4D）方案。这些方案可以在规划阶段期间已经被应用，以便精确地识别目标体积和风险器官，但也可以在辐照阶段之前直接应用，以便识别目标体积和风险器官的运动边界。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于对运动对象进行成像的方法，其产生运动对象的时间分辨的图像系列，其精确地成像对象的内部结构，并且其较少地要求成像装置的机械能力。此外，本发要解决的技术问题是，提供一种成像装置，利用该成像装置可以执行这样的方法。

用于对运动对象进行时间分辨的断层合成成像的按照本发明的方法包括如下步骤：

-包括X射线源和X射线探测器的成像装置围绕运动器官运动，并且记录用于断层合成图像的时间系列的原始图像数据，

-从原始图像数据中重建时间系列的断层合成图像。

在成像装置运动期间，例如在整个成像装置围绕旋转中心旋转时（例如旋转了360°），可以将成像装置的运动速度与运动对象的运动速度相匹配。

已经认识到，即使成像装置关于X射线源和X射线探测器的运动速度受到限制，这样的方法也允许时间分辨的断层造影成像。

在没有该限制的情况下，例如可以使用四维图像拍摄方法，其中与呼吸周期相比拍摄时间是小的。例如当前使用的计算机断层造影设备可以在仅0.33s内执行完整旋转，这相对于生理学呼吸周期4至6s小得可以忽略。但具有该能力的计算机断层造影设备构建成本较高。

具有明显更长的旋转时间的成像装置可以简单并低成本地构建。在这种情况下，对象运动，例如呼吸运动对图像质量产生影响。这一点例如可以是如下的情况：计算机断层造影设备缓慢地旋转，从而完整旋转的持续时间相应于大约呼吸循环的周期。安装在放射治疗设备的线性加速器（LINAC）上的锥形束计算机断层造影设备也需要直到60s来完成完整的旋转。

例如优选的可以是，将计算机断层造影设备用于数字的断层合成，其中仅使用来自于受限制的角度范围的图像数据来进行重建。在缓慢旋转CT的情况下，其中完整旋转持续大约4至6s，却可以时间分辨地显示目标体积。例如，呼吸运动可以以断层合成成像的时间系列重放。

计算机断层造影设备的运动例如可以这样与目标体积的近似周期的运动（例如呼吸运动）同步，使得计算机断层造影设备的完整旋转与运动周期（例如呼吸运动的呼吸周期的持续时间，大约4至6s）大致一致。

如果在6s内执行360°的完整旋转，则可以在0.67s覆盖40°的角度范围或者在1s覆盖60°的角度范围。该角度范围允许记录足够数量的单独的投影图像数据，以便重建相应于0.67s至1s的呼吸阶段的数字断层合成。相应地，通过对应于6个（或更多）呼吸阶段的各个的数字断层合成成像的数据组可以时间分辨地显示整个呼吸周期。

在一种实施方式中在记录原始图像数据期间对象可以以变化的速度运动，并且成像装置的运动速度与变化的对象速度相匹配。该匹配甚至在运动周期内实施。

机架的速度可以与阶段的坡度相匹配。由此，例如吸气阶段比呼气阶段的坡度更陡，从而与呼气阶段相比在吸气阶段中以较短的时间拍摄预定的角度范围的相同数量的投影图像。作为呼吸阶段的替代物（根据其可以确定坡度），可以使用源自外部传感器的信号，例如源自记录患者表面的光学系统或者源自呼吸带。