CN103654832A - 造影剂与***摄影ct***的组合和产生***ct拍摄的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种造影剂与***摄影-CT***（1）的组合，该造影剂包含提供对比度的元素，该元素具有在第一能量范围中的吸收峰（K边缘），该***摄影-CT***（1）利用第一辐射器-探测器***（3，4）断层成像地成像女性患者的***（6），该第一辐射器-探测器***在对在阳极（A）上产生的X射线辐射进行滤波之后以预定的管电压发射X射线谱，该X射线谱包括第二能量范围，其中，辐射器-探测器***采集多个围绕***（6）的投影，其中按照本发明第一能量范围是第二能量范围的一部分，并且第二能量范围具有小于70keV的上边界和大于20keV的下边界。本发明还涉及一种通过该组合来产生断层成像的***摄影CT拍摄的相应的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种造影剂与***摄影-CT***的组合，该造影剂包含提供对比度的元素，该元素具有在第一能量范围中的吸收峰，该***摄影-CT***利用第一辐射器-探测器***断层成像地成像女性患者的***，该第一辐射器-探测器***在对在阳极上形成的X射线辐射进行滤波之后以预定的管电压发射X射线谱，该X射线谱包括第二能量范围，其中，辐射器-探测器***采集多个围绕***的投影。
此外，本发明还涉及一种通过具有待设置的用于扫描的X射线能量范围的***摄影-CT***与待选择的造影剂的组合产生断层成像的***摄影-CT拍摄的方法，其中，造影剂主要在第一能量范围中吸收X射线辐射，提供对比度的元素的吸收峰处于该第一能量范围中，并且通过设置加速电压和滤波由此产生的X射线辐射来确定至少一个用于CT扫描女性***的第二能量范围。
背景技术
在传统的***摄影中对在头尾或横向方向上挤压的***建立投影拍摄。该拍摄反映***的“阴影图像（Schattenbild）”。大多采用具有在直至35kV，少量直至49kV的范围内的高压的钨（W）阳极或钼（Mo）阳极以及铑（Rh）阳极。此外，出射的X射线的低能部分可以利用Mo、Rh或Cu滤波器有关应用地分离，该低能部分主要为施加的X射线剂量提供份额但较少为成像作出贡献。
射线导引装置和散射光滤波器负责于高的空间分辨率。较旧的X射线胶片大多通过数字探测器代替。对于在投影***摄影中的应用，由U.Speck &I.von Brenndorff在出版物EP0994729B1中描述了造影剂。在使用传统的造影剂的情况下，该造影剂包含具有原子序数Z=53的碘（I）作为提供对比度的元素，但仅能不充分地利用造影剂的潜能，因为发射的X射线谱仅不充分地与碘在33keV处的K边缘叠置。如果使用较高序数的元素，例如具有原子序数Z=64并且K边缘为50keV的钆（Gd），则还可以不利地察觉X射线能量与Gd吸收峰的小的叠置。造影剂的施加出于该原因而已经不能在传统的投影***摄影的范围内得以实现。
上面描述的传统的投影***摄影已经在过去十年间在各个层面上获得一系列改进。在激励方面，单色X射线已经被试验，其中，在对比度-噪声比（CNR）相同的情况下与多色辐射的应用相比可以减小X射线剂量。在使用具有两个阳极的X射线管的情况下可以使用如下的造影剂：其具有吸收的元素的恰好位于两个阳极的两个发射线之间的K边缘，从而在阳极之间的切换“接通或断开”造影剂的可见性。原则上由此产生几乎没有运动伪影的减影图像。
在探测器方面也进行了发展，由此目前能量分辨的探测器对于一串方案可用。也逐步地通过摆动管和探测器将生理学匹配地夹紧的***转为断层合成表示。该发展的当前进度在单独为***成像而开发的CT设备中表明。如传统的CT成像和MR成像那样在此在一个可能的实施方式中女性俯卧，不是整个身体而是仅***在无需机械夹紧的条件下被扫描。通常形成3D图像，如这从CT和MRI中所熟知那样。但可以通过对***的专业化来开发具有高的空间和时间分辨率的、便宜并且由此广泛使用的设备，并且在辐射剂量最小的条件下使用并销售该设备。这样的设备由此克服了传统或经典的投影***摄影的主要缺陷，即：
·从一个到另一个***的转换；
·从头尾向到横向的转换；
·***的机械挤压；
·如果在一系列两个拍摄中改变或松动挤压，则会出现运动伪影；
·不能3D拍摄；和
·在动态流程中对于造影剂的使用具有不完善的时间分辨率。
在经典的投影***摄影的范围内，造影剂的施加是大的例外，因为由于挤压***不能确保完整地流入肿瘤。为了以随后的再挤压来施加造影剂而在自然拍摄之后解除挤压自动地导致极大的运动伪影。在使用所描述的CT***摄影***时恰好绕开该问题，因为现在在女性的躺卧状态中在***未挤压的情况下进行***摄影拍摄，由此也可以无问题地在患者躺卧时进行造影剂施加。此外，X射线源的成型、射线导引和带有能量分辨的X射线探测引起迄今为止未知的造影剂匹配和辐射减小的可能性。
但主要问题在于，在迄今为止的利用造影剂的成像中，所应用X射线辐射的所使用的X射线能量范围和所使用的造影剂的主要吸收范围彼此并不协调。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种由造影剂和***摄影-CT***的改进的组合，在该组合中所使用的X射线能量和造影剂的主要吸收范围更好地彼此协调。本发明还要解决的技术问题是，找到一种相应改进的方法，用来通过这样的由造影剂和***摄影-CT***组成的组合产生断层成像的***摄影拍摄。
发明人已经认识到，借助选择和设置优化地组合造影剂与***摄影-CT***能够最好地剂量最小地扫描女性***，其中，一方面可以从尽可能存在的相对于待预计的层厚的标准比率出发，并且另一方面也可以附加地必要时通过自动化的机构进行X射线辐射的所设置的能量范围的边界的特定匹配，或者可以作为特性内部地发送给***。为此例如可以在实际CT扫描之前进行***的光学扫描和轮廓确定。在此特别有利的是，待检查的***由于患者的相应安置而已经以未挤压的状态布置在***摄影-CT***的测量空间内。
关于实际相反的、涉及最优的造影剂吸收特征（用于组织结构的最佳对比）和在造影剂增强的组织中的尽可能小的能量淀积的兴趣，特别有利的是，这样选择所设置X射线能量范围的边界，使得通过选择不太小的下边界尽可能少地入射对于成像不可用的X射线辐射，同时为了通过所选择的造影剂形成最优的对比而使得造影剂的吸收峰尽可能完全地位于所设置的X射线能量范围中，但所设置的X射线能量范围尽可能少地延伸到高的能量淀积的范围内。其中要注意的是，在组织中存在的造影剂由于其吸收增强而相对于没有造影剂的组织产生剂量提高。由于不仅光子的吸收而且其流动和能量确定淀积的能量，沿着能量增加方向在K边缘后得出淀积的能量的另一个极大值。由此值得期望的是，所设置的能量范围的上边界高于K边缘，但低于DER（dose enhancement ratio，剂量增强率）的随后的极大值。由此DER被理解为以造影剂增强的组织的质能吸收系数μen(组织+造影剂)/ρ与质能吸收系数μen(组织)/ρ的比率。也就是DER描述了由于添加造影剂产生的剂量提高的系数。成立：
DER=a·μen(组织)/ρ+b·μen(造影剂)/ρμen(组织)/ρ，
其中a描述了组织-造影剂混合物的相对的组织分量并且b描述了组织-造影剂混合物的相对的造影剂分量。具有作为组织参考的水和作为造影剂的碘的示例计算得出在X射线能量为大约50keV时DER的极大值。
按照本发明的另一方面，发明人还认识到，在使用***摄影-CT检查的条件下，特别是在此处特别示出的造影剂与***摄影-CT扫描的能量范围的优化的组合的边界条件下，当确定对于造影剂流入和流出组织的时间常数时能够区分肿瘤与健康的组织。作为特别表征的时间常数在此尤其可以采用造影剂在组织中的停留时间τ。
相应于该认识，发明人建议一种造影剂与***摄影-CT***的组合，该造影剂包含提供对比度的元素，该元素具有在第一能量范围中的吸收峰（K边缘），该***摄影-CT***利用第一辐射器-探测器***断层成像地成像女性患者的***，该第一辐射器-探测器***在对在阳极上形成的X射线辐射进行滤波之后以预定的管电压发射X射线谱，该X射线谱包括第二能量范围，其中，辐射器-探测器***采集多个围绕***的投影，其中，按照本发明第一能量范围是第二能量范围的一部分，并且第二能量范围具有小于70keV的上边界和大于20keV的下边界。
在优选的实施中，第一能量范围应当以吸收峰上升开始并且直到吸收下降到不高于在吸收峰中质能吸收系数的最大吸收值的60%，优选不高于80%。关于质量吸收系数的值应当这样选择上边界，使得吸收不会更强地下降直至在吸收峰中最大质量吸收系数的50%，优选不大于直至60%。
此外，构造***摄影-CT***有利的是，第一能量范围设置在第二能量范围的上一半中，优选上三分之一中，优选上四分之一中。
原则上，在此描述的吸收峰可以是提供对比度的元素的任意的吸收边缘（K边缘或L边缘），但在实践中由于能量关系尤其可以将提供对比度的元素的K边缘看作吸收峰。
按照本发明的组合的特定的实施，第二能量范围可以具有在40keV和45keV之间的上边界，优选地具有在30keV和33keV之间的下边界。在此，建议将碘作为提供对比度的元素。
在另一种替换中，第二能量范围具有在50keV和60keV之间的上边界，优选地结合在40keV和50keV之间的下边界，其中，为此建议钆作为提供对比度的元素。
为了设置第二能量范围的下边界可以使用金属滤波器，其中特别有利的是布置铜和/或锡滤波器，其在X射线管的区域内布置在辐射路径中，由此相应地预滤波穿透检查对象的辐射并且不承担带有总是在组织中完全吸收的X射线能量的辐射负荷。
按照本发明一般地，第二能量范围关于其上边界应当这样设置，使得在待穿透的最厚的组织层之后，在考虑滤波的条件下，吸收在最大X射线能量（=Energie an der Obergrenze，在上边界处的能量）的情况下的光子流的60-90%。此外。第二能量范围关于其下边界应当这样设置，使得在待穿透的最厚的组织层之后吸收在最小X射线能量（=Energie an der Untergrenze，在下边界处的能量）的情况下的光子流的90-60%。
为了使足够剂量到达探测器，还要注意的是，这样选择第二能量范围，使得在待穿透的最厚的组织层之后到达探测器的光子流减小到不少于106光子/（s*mm2）。在该考察中，当然也计入可由X射线管产生的剂量产出，因为该剂量产出确定初始的光子流。
如上面已经提到的那样，用于选择由***摄影-CT***辐射的X射线能量范围的最优的上边界的另一种标准也应考虑造影剂特定的DER变化。为此建议，第二能量范围具有如下选择的上边界，使得其布置在造影剂的K边缘处的能量特定的吸收系数的峰值与DER（DER=dose enhancement ratio）的在能量上次高的极大值之间。由此实现，在如下区域内将尽可能少的X射线能量入射到组织中，该区域由于造影剂的剂量提高效果在组织中淀积特别多的能量。
原则上，按照本发明的组合可以基于关于待透射的***组织层的密度和厚度的标准值设置，但特别有利的是，设置用于光学扫描***轮廓的装置。为此例如可以使用激光扫描器，其安装在辐射器-探测器***的区域内。在此也可以使用使辐射器-探测器***围绕扫描区域旋转的运动机械。
也可以设置用于自动确定待由X射线辐射透射的最厚的组织层的装置。由此可以基于光学扫描的轮廓或利用CT通过第一粗略概览扫描产生的轮廓，自动地确定最大待透射的组织层以及在此也自动确定其厚度，在那里现在基于这些数据和其它在此提到的标准进行施加的X射线能量范围的设置，必要时也自动选择最优的造影剂，或者至少在选择菜单中提供最优替选方案。
为了实现进一步改善断层成像地显示的***的图像，按照本发明的组合也可以利用如下探测器构造，该探测器被构造为直接转换的能量分辨的探测器。
此外还可以布置与第一辐射器-探测器***角度错开地布置的第二辐射器-探测器***，由此可以从两个投影方向同时进行扫描。由此，既可以改善时间分辨率，然而尤其也可以在不使用能量分辨的探测器的条件下以不同的能量范围同时扫描。
第二辐射器-探测器***优选也可以具有第一辐射器-探测器***的上述特征。
发明人还建议，***摄影-CT***包括用于放置患者的装置，该装置允许在CT扫描期间将***未挤压地定位在至少一个辐射器-探测器***的测量场中。在此优选地，患者处于躺卧位置，从而***可以以自然的形状在没有造成负担的挤压和变形的条件下进行扫描，其中，由此也可以更简单得多地将图像位置与实际***局部对应。
按照本发明的组合也可以这样构成，即***摄影-CT***具有带有用于程序代码的存储器的计算机，并且在该存储器中存储了在运行时执行按照本发明的方法的程序代码。此外，还可以设置用于调节第二能量范围的装置，特别是开关、分压计或在参数化菜单中的菜单选项。
除了上面描述的按照本发明的由彼此最优匹配的造影剂和***摄影-CT***组成的组合，发明人还建议一种用于通过具有待设置的用于扫描的X射线能量范围的***摄影-CT***与待选择的造影剂组成的组合产生断层成像的***摄影拍摄的方法，其中：
-造影剂吸收主要在第一能量范围中的X射线辐射，提供对比度的元素的吸收峰位于该第一能量范围中，和
-通过设置加速电压和滤波由此产生的X射线辐射来确定至少一个用于CT扫描女性***的第二能量范围。
按照本发明，应当这样选择第一能量范围和至少一个第二能量范围，使得第一能量范围位于第二能量范围内并且第二能量范围具有小于等于70keV的上边界和大于等于20keV的下边界。
优选地，可以这样设置第一能量范围，使得其位于第二能量范围的上三分之二中，优选位于第二能量范围的上半部中或第二能量范围的上三分之一中。
在有利的实施方案中，可以将第二能量范围的上边界设置为在40keV和45keV之间的值并且将下边界设置为在30keV和33keV之间的值，其中，优选地可以采用碘作为提供对比度的元素。在此，铜特别适合用于滤除低的能量范围。该设置变型方案由于位于相对低的能量范围尤其适用于在其中仅需穿透相对薄的组织层的检查。
在另一种有利的变型方案中，可以将第二能量范围的上边界设置为在50keV和60keV之间的值，将第二能量范围的下边界设置为在40keV和50keV之间的值，其中，可以使用钆作为提供对比度的元素。在此优选可以使用铜或锡或两者的组合来滤波。由于位于能量较高的能量范围，这样的设置特别适用于扫描相对更厚的组织层。
对于匹配于透射的组织层厚基本上有利地，有好处的是，对于第二能量范围这样选择上边界，使得在待穿透的最厚的组织层之后，在考虑预滤波的条件下，吸收在最大X射线能量的情况下的光子流的60%至90%，而应当这样选择下边界，使得待穿透的最厚的组织层吸收在最小X射线能量的情况下的光子流的90%至60%。
为了获得好的测量结果，还应当这样选择第二能量范围，使得在待穿透的最厚的组织层之后到达探测器的光子流下降到不少于106光子/（s*mm2）。
为了避免由于测量在检查的***中输入过大的能量，还有利的是，这样选择第二能量范围的上边界，使得该上边界布置在造影剂的K边缘处的能量特定的吸收系数的峰值与DER的在能量上次高的极大值之间。由此一方面最优地使用造影剂的提供对比度的效果，而另一方面避免了不需要地高的剂量负荷。
在该方法中可以在实际的CT扫描之前光学地扫描***轮廓，必要时自动地通过***摄影-CT***实施。例如可以借助至少一个激光扫描器实施光学扫描，其中，该激光扫描器应当优选地布置在辐射器-探测器***的区域中，优选地布置在支承至少一个辐射器-探测器***的旋转装置上。在最简单的情况中，例如可以使用多个上下布置的激光测距仪，其以旋转的机架绕着位于检查场中的***行驶并且通过确定在***表面及其在多个平面中的旋转路径之间的距离来确定轮廓。由此可以以极其简单的方式在实际的CT扫描之前确定待透射的最厚的组织层。
替换地也可以借助优选粗略的预扫描通过X射线辐射来确定***的轮廓以及在此也确定现有的组织厚度，从而优选地在考虑待扫描的***的当前吸收情况的条件下可以自动地进行所使用的能量范围的设置（和由此必要时也选择造影剂）。
在执行CT扫描时还具有优势的是，能量范围特定地确定X射线辐射的衰减。对此适用不同的措施。由此可以利用唯一的辐射器-探测器***分别以不同设置的第二能量范围实施两次或多次CT扫描。由此呈现多个吸收谱。
在另一种方案中，可以使用双源***，其中利用两个角度错开地布置的辐射器-探测器***分别以不同的第二能量范围同时执行两次扫描。
替换地，可以利用具有至少一个能量范围分辨的探测器的辐射器-探测器***执行至少一次扫描，其中，所测量的衰减被划分为至少两个不同的能量范围。优选地，在此使用至少一个直接转换的探测器。
当使用两个不同的光谱来检查时，所使用的光谱的分布应当这样彼此协调，使得各光谱的总光子流相差不多于50%，优选不多于30%，优选不多于20%，优选不多于10%。
当通过上面描述的检查提供能量范围特定的衰减数据时，可以借助该能量范围特定的衰减数据将断层成像的***摄影拍摄材料分解为至少两种材料。优选地，材料分解可以将断层成像的拍摄分解为软组织、钙和造影剂中的至少两个部分，其然后可以用作鉴别诊断的基础。
相应于本发明的第二方面，发明人还建议，借助未挤压的***的***摄影的CT检查在造影剂流入和流出的条件下，优选以相同的拍摄参数产生由多个（优选至少三个）时间上彼此跟随的断层成像的***摄影-CT拍摄组成的时间系列。
由此得出如下可能性：在时间系列中确定至少一个描述了流入的时间特性的第一时间常数，或确定至少一个描述了造影剂的流出的时间特性的第二时间常数。例如可以确定造影剂在组织中的停留时间作为表征的时间常数。在此假定在组织中的浓度K(t)的指数时间特性，该指数时间特性可以近似地通过等式K(t)=Kmaxexp(-t/τ)来描述。在此，τ相应于衰减时间，需要其以达到最大浓度Kmax的1/e。但还要指出的是，按照本发明的方法不受该指数型部分特性的限制并且具有其它函数的其它的近似考察也包含在本发明中。
基于良性的和恶性的组织的典型的组织区别得出对于流入和流出造影剂的不同的时间常数，从而可以体积特定地确定这种时间常数以用于辅助诊断。因此也建议，关于***体积来体积特定地确定时间常数并且在断层成像图像中输出至少一个体积特定地确定的时间常数的值。
优选地，可以重叠地显示断层成像的***摄影-CT图像与至少一个时间常数的断层成像图像，其中有利的是，在重叠地显示至少一个断层成像的***摄影-CT图像与至少一个时间常数的断层成像图像时以黑白显示***摄影-CT图像的CT值并且以彩色显示时间常数。
除了在此描述的由最优彼此匹配的造影剂和***摄影-CT***组成的组合以及在此描述的通过具有最优设置的用于扫描的X射线能量范围的***摄影-CT***与所选择的造影剂的这种组合产生断层成像的***摄影-CT拍摄的方法，本发明还包括这种组合和/或造影剂的制造或提供，其具有用于按照上面描述的标准设置的***摄影-CT***来应用在此处描述的方法中的指示。
附图说明
下面对照附图对本发明作进一步的说明，其中仅示出为理解本发明所需的特征。采用如下附图标记：1:***摄影-CT***;2:旋转装置;3:X射线管;4:探测器;5:预滤波器;6:***;7:患者;8:造影剂施加装置;9:放置装置;10:计算机;11:激光测距仪;A:阳极;D:探测器;EPh:光子能量;F:滤波器;P:对象;Prg1-Prgn:计算机程序;T:肿瘤;W:窗;τ:造影剂在组织/肿瘤中的停留时间。
其中详细地：
图1示出了在最小剂量输入的同时关于最佳对比，将待设置的X射线谱与待选择的造影剂的组合进行优化的示意图，
图2示出了质量衰减系数和质能衰减系数，具有在33keV处的K边缘范围（左纵坐标）以及对于碘的肌肉组织的DER（右纵坐标），
图3示出了在25keV和45keV之间的能量范围内在使用钨阳极的情况下对于具有10cm直径的对象的最佳的韧致辐射谱，并且附加地示出了在利用碘预滤波之后的第二光谱，
图4示出了在45keV和65keV之间的能量范围内在使用钨阳极的情况下对于具有10cm直径的对象的最佳的韧致辐射谱，并且附加地示出了在通过钆预滤波之后的第二光谱，
图5在患者具有70kg的体重的情况下在给予0.1mmol Gd kg-1之后对于四个不同的以秒为单位的τ表示的在***肿瘤中的停留时间示出了肿瘤中的浓度-时间曲线的结果，
图6示出了在施加持续时间为50s并且总造影剂剂量为37000mg碘的情况下的检查结果，和
图7示出了***摄影-CT***。
具体实施方式
对于造影剂在X射线-CT***摄影中的应用，必须合理地组合物理的、病理生理学的和药理学的前提条件，然后造影剂应用才能超越天然形态的诊断。
通过提供对比度的元素（例如碘（I）或钆（Gd））引起的造影剂的吸收特征与X射线谱的最佳组合属于物理前提条件。在传统CT设备中，参数的选择是受限制的，因为在大多数情况中仅提供80至140kV的高压范围。除了该最终通过一种朗伯贝尔定律（Lambert-Beer Gesetz）描述的纯吸收特征，还必须要注意的是，关于造影剂的剂量输入保持在可接受的界限中或可以忽略。也就是通过选择阳极、高压和滤波这样协调X射线谱，使得在可接受的剂量输入的情况下X射线吸收是最优的。最后在该优化考虑中也考虑***的大小。迄今为止完全不考虑由于造影剂引起的剂量提高。
图1示出了在最小剂量输入的同时关于最佳对比，将待设置的X射线谱结合待选择的造影剂的组合进行优化的示意图。上图在截面图中可以识别示意性示出的***摄影-CT***，其中在X射线管上以阳极A产生X射线辐射，该X射线辐射在从窗W出射之后通过滤波器F滤波并且在探测器D上测量。在此产生的X射线谱在左下方示出的线图中示出了具有90kVp和140kVp加速电压的钨阳极的示例。描绘了标准化强度I/I0关于光子能量Eph的曲线。
此外，在辐射路径中示意性示出了具有在部分区域T（=肿瘤）中通过造影剂增强的组织的对象P。对应的吸收特性在下图中对于肌肉组织、具有1%碘的水和具有1%钆的水通过质量吸收系数μ在对数标尺上关于光子能量EPh的相应曲线示出。
除了增强与正常组织的形态对比度的纯的“固定图像（Standbild）”之外，药理学允许附加的诊断结论。如果将造影剂支持的MR***摄影的知识转用到有针对性的CT***摄影，从而可以对于良性的和恶性的肿瘤以不同的药理学来计算。良性的肿瘤通常示出在施加之后直至700s的连续流入，而恶性的肿瘤以极快的上升响应并且然后“淘汰（wash-out）”。此外，还存在一些明确的情况。基于强调血液半衰期的新的造影剂-全身-药理学，也可以对肿瘤建模，方法是在此也引入肿瘤-血液半衰期。在此令人惊讶地，用于肿瘤的血液或血浆半衰期的参数τ足以将良性和恶性肿瘤彼此界定。基于不可避免的剂量负荷，在人的应用中就连续拍摄而言是受到限制的。但是除了自然图像（Nativbild）之外仅分别应用二至三个造影剂拍摄就足够了。在选择时间点时，动力学模型可以令人吃惊地确定患者相关的精确的时间点。对于***摄影-CT检查必须施加大约100ml较粘的造影剂溶液。施加团注（Applikationsbolus）可以关于造影剂溶液的施加速度和浓度在宽的范围内变化。
图2示出了质量衰减系数μ/ρ和质能衰减系数μen/ρ，具有在33keV处的K边缘跳变（左纵坐标）以及对于碘的“剂量增强率（Dose EnhancementRatio）”（DER，对于肌肉组织）（右纵坐标）。DER表示通过造影剂施加的辐射剂量的增强以及与外部施加的辐射剂量相加的情况。在横坐标上绘出光子能量Eph。
为了对于在***摄影-CT图像中的对比而优化吸收，应当在能量E>33keV时开始X射线谱并且为了减小通过碘造影剂引起的剂量增加而避免DER曲线的极大值，即对于碘E<40-45keV或30-33keV<E<40-45keV。
图3以实线示例性地在设定具有10cm直径的对象并且使用钨阳极的条件下，对于应用具有关于光子能量Eph在33keV时的K边缘的碘造影剂的情况，在纵坐标上示出了具有强度值I的为此相应地优化的光谱。为了优化光谱使用具有0.3g/cm3铜的滤波器来预滤波辐射，并且将具有45kVp的加速电压与所使用的造影剂碘匹配。
图4同样以实线示出了在设定具有10cm直径的对象并且使用钨阳极的条件下，与应用具有在50keV时的K边缘的钆造影剂相结合的对于该对象优化的光谱。为了优化光谱使用具有2.0g/cm3铜和0.4g/cm3锡的滤波器来预滤波辐射，并且将具有65kVp的加速电压与所使用的造影剂匹配。
因为对于作为阳极使用的材料钨，其K边缘在69.5keV并且其L边缘在10keV至12keV之间，在所示出的韧致辐射谱中不存在强度峰值。
但对于具有K边缘成像的双能技术的情况，在图3和图4两图中附加地以点划线示出了在此优选的第二优化光谱，其重点低于各个使用的造影剂的K边缘。通过利用相同的用作造影剂的材料预滤波辐射来实现该光谱曲线。在此，在图3中使用碘作为预滤波器材料并且在图4中使用钆作为预滤波器材料。可以例如如下地实现这样的滤波，使得造影剂、在此为碘或钆优选细致分布地包含在塑料物质（Kunststoffmasse）内并且将由塑料和造影剂组成的混合物引入到辐射路径中。
在使用能量分辨的探测器的情况下可以取消该附加的预滤波，因为通过相应地选择探测器的能量阈值来实现分离高于和低于K边缘的能量。
在图5中概括了在患者体重为70kg的情况下在肿瘤中给予0.1mmol Gdkg-1之后对于在***肿瘤中以按秒的τ表示的四个不同的停留时间的浓度-时间曲线的结果。在横坐标上绘制了在施加之后按秒的时间t。在此，区分三种曲线。在良性肿瘤中通常观察到在肿瘤中浓度CT连续上升，如其在成像中对于τ值为300s和400s可见的那样。恶性肿瘤的特征通常在于随后的浓度减小的快速提高，如其对于τ=100s可见的那样。具有τ=200s的曲线粗略来看表征了在良性和恶性肿瘤之间的范围。这是单参数（Ein-Parameter）图示，在此τ描述了在肿瘤中基于血流的停留时间并且成立：τ=VT/kT，其中肿瘤体积为VT并且肿瘤血流为kT。
已经示出了，利用CT确定的结果可以良好地通过动力学模型描述，但还必须注意，在X射线检查和应用CT值或豪恩斯弗尔德单元（HU）的情况下其线性地取决于造影剂的浓度。
图5还可以得出，造影剂的浓度由于较高的流速率，即在小的τ值的情况下对于恶性肿瘤在相同的肿瘤体积中分别达到较高的值。
相应地，如源于图6那样，也对于团注施加进行观察。其示出了在施加持续时间tappl为50s且总造影剂剂量为37000mg碘的情况下的检查结果。在纵坐标上给出肿瘤中的造影剂浓度CT并且在横坐标上按照mg I/ml给出碘溶液的浓度CI。在恶性肿瘤中的值以菱形描绘并且对于良性肿瘤以方形描绘。在碘溶液的浓度为370mg I ml-1时可以以施加速度2ml s-1施加剂量直至对于92.5mg I ml-1的碘浓度以施加速度8ml s-1施加剂量。115mg I ml-1是大约血液等渗的。可以看出，在恶性肿瘤中有利的是，以小的碘浓度但高的施加速度来工作，在良性肿瘤中忽略该效果。当然也可以改变施加持续时间，但应当不任意延长施加周期并且保持低于100s，以便不使患者过度负荷。
为了产生尽可能小的辐射负荷，将在此描述的***摄影-CT检查集中在几个时间测量点上。其中从这几个测量点产生停留时间τ的像素式的或体素式的断层成像图像。通过在造影剂和具有设置的X射线能量范围的***摄影-CT***之间同时优化的组合，可以实现特别小的辐射剂量负荷。
由此该申请的内容满足了在使用最优地彼此协调的设备参数和造影剂参数的情况下剂量优化的X射线-CT成像的现代要求，其优选也个性化地适应于待检查的患者。
所提供的组合和所提供的方法通过如下避免常规***摄影的缺陷：
·针对安排的任务优化所使用的X射线辐射的能量谱，
·最小化X射线剂量，
·通过生理学地放置在躺卧位置中来阻止***的挤压，
·按照3D断层成像成像，
·最优地将X射线谱和造影剂吸收叠置，
·避免由于造影剂而最大剂量提高的能量范围，
·无运动伪影的高的空间分辨率，
·高的时间分辨率，
·在躺卧位置中施加造影剂，
·个性化地匹配施加特性，和
·使用能量分辨的探测器或另外的双能技术以用于分离并量化组织和造影剂对比度。
在图7中示出了按照本发明构造的***摄影-CT***1的示意图。其示出了旋转装置2，在该旋转装置上安装了辐射器-探测器***，该***由具有预滤波器5的X射线管3和相对布置的探测器4组成。此外布置用于患者7的放置装置9，从而患者7的***6可以没有挤压地定位在可旋转的辐射器-探测器***的测量场内。此外，***摄影-CT***1还包括自动的造影剂施加装置8，用于自动控制地施加前面相应于上述规定所选择的造影剂。***摄影-CT***1和造影剂施加装置8的控制通计算机10进行，该计算机在其存储器中包含在运行时执行的程序Prg1-Prgn。
为了扫描***轮廓在旋转装置2的臂上安装彼此上下布置的一串激光测距仪11，借助其可以在X射线扫描之前确定已经处于辐射器-探测器***的测量场中的未挤压的***的轮廓。替换地也存在如下可能性：仅利用辐射器-探测器***借助预扫描预先确定***的轮廓和密度分布。
按照本发明，***摄影-CT***1（在此通过相应的菜单选项实现，其可以通过键盘或其它常用的输入装置来选择）具有程序技术控制的输入装置，其优选依据前面确定的***轮廓和由此确定的待透射的层厚建议所设置的X射线能量范围与自动地要施加的造影剂的至少一个优化的组合。通过选择所建议的组合然后可以在最优的条件下进行实际的***摄影-CT扫描。
如果借助提供的***1在造影剂流入和流出的条件下产生一系列CT拍摄，则在使用相应描述的计算机程序的条件下也可以利用该***实施按照本发明的方法，以用于确定在组织中造影剂的体积特定的停留时间τ。
虽然本发明在细节上通过优选的实施例详细描述和说明，但本发明不受所公开的示例限制并且可以由专业人员导出其它方案，而不脱离本发明的保护范围。
Claims (61)
1.一种造影剂与***摄影-CT***的组合，所述造影剂包含提供对比度的元素，所述提供对比度的元素具有在第一能量范围中的吸收峰（K边缘），所述***摄影-CT***利用第一辐射器-探测器***来断层成像地成像女性患者的***，所述第一辐射器-探测器***在对在阳极上形成的X射线辐射进行滤波之后以预定的管电压发射X射线谱，所述X射线谱包括第二能量范围，其中，所述辐射器-探测器***采集多个围绕***的环绕投影，其特征在于，所述第一能量范围是所述第二能量范围的一部分，并且所述第二能量范围具有小于70keV的上边界和大于20keV的下边界。
2.根据权利要求1所述的组合，其特征在于，所述第一能量范围以所述吸收峰的上升开始并且直至吸收下降到不高于在所述吸收峰中质能吸收系数的最大吸收值的60%。
3.根据权利要求1或2所述的组合，其特征在于，所述第一能量范围设置在所述第二能量范围的上三分之一中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合，其特征在于，所述第一能量范围设置在所述第二能量范围的上四分之一中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合，其特征在于，所述吸收峰表示所述提供对比度的元素的K边缘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有在40keV和45keV之间的上边界。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有在30keV和33keV之间的下边界。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合，其特征在于，所述提供对比度的元素是碘。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有在50keV和60keV之间的上边界。
10.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有在40keV和50keV之间的下边界。
11.根据权利要求1至5和9至10中任一项所述的组合，其特征在于，所述提供对比度的元素是钆。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合，其特征在于，为了对所述X射线辐射进行滤波，在辐射路径中布置有具有铜或锡的滤波器（F）。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有上边界，这样选择该上边界，使得在待穿透的最厚的组织层之后，在考虑滤波的条件下，在最大X射线能量的情况下光子流的60%至90%被吸收。
14.根据权利要求1至5和13中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有下边界，这样选择该下边界，使得在待穿透的最厚的组织层之后，在最小X射线能量的情况下光子流的90%至60%被吸收。
15.根据权利要求1至5和13至14中任一项所述的组合，其特征在于，这样选择所述第二能量范围，使得在待穿透的最厚的组织层之后到达所述探测器的光子流减小到不少于106光子/（s*mm2）。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的组合，其特征在于，所述第二能量范围具有上边界，这样选择该上边界，使得其设置在在所述造影剂的K边缘处的能量特定的吸收系数的峰值与在组织和造影剂增强的组织之间的剂量增强率的、在能量上为次高的极大值之间。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的组合，其特征在于，设置有用于光学扫描***轮廓的装置。
18.根据权利要求17所述的组合，其特征在于，在所述辐射器-探测器***的区域内设置有激光扫描器。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的组合，其特征在于，设置有用于自动确定待由X射线辐射透射的最厚的组织层的装置。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的组合，其特征在于，所述探测器是直接转换的能量分辨的探测器。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的组合，其特征在于，设置有与所述第一辐射器-探测器***角度错开地布置的第二辐射器-探测器***。
22.根据权利要求21所述的组合，其特征在于，所述第二辐射器-探测器***具有按照权利要求2至13中任一项所述的特征。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的组合，其特征在于，在辐射器-探测器***（3，4）的辐射路径中布置预滤波器（5），该预滤波器具有所述造影剂的提供对比度的元素。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的组合，其特征在于，所述***摄影-CT***（1）包括用于放置（9）患者（7）的装置，该装置允许在CT扫描期间将***未挤压地定位在至少一个辐射器-探测器***的测量场中。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的组合，其特征在于，所述***摄影-CT***（1）具有计算机（10），该计算机具有用于程序代码的存储器，并且在该存储器中存储了在运行时执行按照下述方法权利要求之一所述的方法的程序代码（Prg1-Prgn）。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的组合，其特征在于，所述***摄影-CT***（1）具有用于调节所述第二能量范围的装置，特别是开关、分压计或在参数化菜单中的菜单选项。
27.一种通过具有待设置的用于扫描的X射线能量范围的***摄影-CT***（1）与待选择的造影剂组成的组合来产生断层成像的***摄影拍摄的方法，其中：
27.1.所述造影剂主要吸收在第一能量范围中的X射线辐射，提供对比度的元素的吸收峰位于该第一能量范围中，
27.2.通过设置加速电压和滤波由此产生的X射线辐射来确定用于CT扫描女性***的至少一个第二能量范围，
其特征在于，
27.3.这样选择所述第一能量范围和所述至少一个第二能量范围，使得所述第一能量范围位于所述第二能量范围内并且所述第二能量范围具有小于等于70keV的上边界和大于等于20keV的下边界。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，这样设置所述第一能量范围，使得其位于所述第二能量范围的上三分之二中。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其特征在于，这样设置所述第一能量范围，使得其位于所述第二能量范围的上半部。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其特征在于，这样设置所述第一能量范围，使得其位于所述第二能量范围的上三分之一中。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第二能量范围的上边界设置为在40keV和45keV之间的值。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第二能量范围的下边界设置为在30keV和33keV之间的值。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的方法，其特征在于，使用碘作为提供对比度的元素。
34.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第二能量范围的上边界设置为在50keV和60keV之间的值。
35.根据权利要求27至30和34中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第二能量范围的下边界设置为在40keV和50keV之间的值。
36.根据权利要求27至30和34至35中任一项所述的方法，其特征在于，使用钆作为所述提供对比度的元素。
37.根据权利要求27至36中任一项所述的方法，其特征在于，使用铜或锡来滤波X射线辐射。
38.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述第二能量范围这样选择上边界，使得在待穿透的最厚的组织层之后并且在考虑之前的滤波的条件下吸收最大X射线能量的60%至90%。
39.根据权利要求27至30和38中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二能量范围具有下边界，这样选择该下边界，使得在待穿透的最厚的组织层之后并且在考虑之前的滤波的条件下吸收在最小X射线能量的情况下的光子流的90%至60%。
40.根据权利要求27至30和38至39中任一项所述的方法，其特征在于，这样选择所述第二能量范围，使得在待穿透的最厚的组织层之后到达所述探测器的光子流下降到不少于106光子/（s*mm2）。
41.根据权利要求27至40中任一项所述的方法，其特征在于，这样选择所述第二能量范围的上边界，使得该上边界布置在所述造影剂的K边缘处的能量特定的吸收系数的峰值与在组织和造影剂增强的组织之间的剂量增强率的、在能量上为次高的极大值之间。
42.根据权利要求27至41中任一项所述的方法，其特征在于，光学地扫描***轮廓。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，借助至少一个激光扫描器实施光学扫描，该激光扫描器优选地布置在所述辐射器-探测器***（3，4）的区域中，优选地布置在支承至少一个辐射器-探测器***（3，4）的旋转装置（2）上。
44.根据权利要求27至43中任一项所述的方法，其特征在于，自动地确定待由X射线辐射透射的最厚的组织层。
45.根据权利要求27至44中任一项所述的方法，其特征在于，在CT扫描时能量范围特定地确定X射线辐射的衰减。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，利用辐射器-探测器***（3，4）分别以不同地设置的第二能量范围实施两次CT扫描。
47.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，利用两个角度错开地布置的辐射器-探测器***分别以不同的第二能量范围同时执行两次CT扫描。
48.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，利用具有能量范围分辨的探测器的辐射器-探测器***（3，4）执行CT扫描，其中所测量的衰减被划分为至少两个不同的能量范围。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，使用至少一个直接转换的探测器。
50.根据权利要求27至49中任一项所述的方法，其特征在于，将至少两个角度错开地布置的辐射器-探测器***用于CT扫描。
51.根据权利要求27至50中任一项所述的方法，其特征在于，在辐射器-探测器***（3，4）中至少也以在所述造影剂中作为提供对比度的元素而使用的元素来预滤波所使用的X射线辐射。
52.根据权利要求45至51中任一项所述的方法，其特征在于，借助能量范围特定的衰减数据对断层成像的***摄影拍摄进行材料分解为至少两种材料。
53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述材料分解将断层成像的拍摄分解为如下部分中的至少两个，这些部分即软组织、钙和造影剂。
54.根据权利要求27的前序部分所述的或权利要求27至53中任一项所述的方法，其特征在于，优选以相同的拍摄参数产生由多个、优选至少三个时间上彼此跟随的断层成像的***摄影-CT拍摄组成的时间系列。
55.根据权利要求54所述的方法，其特征在于，在所述时间系列中确定描述造影剂流入的时间特性的至少一个第一时间常数。
56.根据权利要求54或55所述的方法，其特征在于，在所述时间系列中确定描述造影剂流出的时间特性的至少一个第二时间常数。
57.根据权利要求55或56所述的方法，其特征在于，确定造影剂在组织中的停留时间作为时间常数（τ）。
58.根据权利要求55至57中任一项所述的方法，其特征在于，体积特定地关于***（6）的体积来确定时间常数（τ）。
59.根据权利要求58所述的方法，其特征在于，在断层成像表示中输出体积特定地确定的至少一个时间常数（τ）的值。
60.根据权利要求59所述的方法，其特征在于，重叠地显示断层成像的***摄影-CT表示与所述至少一个时间常数（τ）的断层成像表示。
61.根据权利要求60所述的方法，其特征在于，在重叠地显示至少一个断层成像的***摄影-CT表示与所述至少一个时间常数（τ）的断层成像表示时以黑白显示***摄影-CT表示的CT值并且以彩色显示时间常数（τ）。
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