DE102005049603B4

DE102005049603B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Abbildung eines Organs

Info

Publication number: DE102005049603B4
Application number: DE102005049603A
Authority: DE
Inventors: Frank Grasser; Rudolf Heimberger; Herbert Kemeth; Winfried Lurz; Manfred Schönborn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP5041779B2; US20070100227A1; DE102005049603A1; US8489175B2; JP2007111530A

Abstract

Verfahren zur Abbildung eines Organs (H) eines menschlichen oder tierischen Körpers (K), welches zyklisch eine erste, zur Abbildung geeignete Bewegungsphase (T₁) und eine zweite, zur Abbildung nicht geeignete Bewegungsphase (T₂) aufweist, wobei von einer mit einer Winkelgeschwindigkeit (ω) um den Körper (K) drehbar gelagerten Vorrichtung (1) Bilder des Organs (H) aus verschiedenen Winkelpositionen (α_n ¹) aufgenommen werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit (ω) mit einem die Bewegungsphase des Organs repräsentierenden Referenzsignal moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Bewegungsphase (T₁) die Aufnahmevorrichtung (1), wobei Bilder des Organs aus Winkelpositionen (6) eines ersten Winkelbereichs (α_n) mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) gedreht wird aufgenommen werden, und dass während einer auf die erste Bewegungsphase (T₁ ⁿ) unmittelbar folgende zweiten Bewegungsphase (T₂ ⁿ) die Aufnahmevorrichtung (1) derart verzögert, zurückgedreht und wieder beschleunigt wird, dass die Aufnahmevorrichtung (1) spätestens zu Beginn einer auf die zweite Bewegungsphase (T₂ ⁿ) unmittelbar folgenden ersten Bewegungsphase (T₁ ⁿ⁺¹), am Ende des ersten Winkelbereichs (α_n) die Nenn-Winkelgeschwindigkeit...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung eines Organs gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dem Patentanspruch 12.
In der modernen Medizin sind vielfältige minimal-invasive Verfahren, wie z. B. Röntgenverfahren, zur Abbildung eines Organs bekannt. Ziel dieser Verfahren ist es, im Wesentlichen ohne Körperöffnung eine umfassende Kenntnis von dem jeweiligen Organ und dessen Zustand zu erhalten. In einer bekannten Anwendung wird beispielsweise ein C-Arm eines Röntgengeräts mit einer Röntgenröhre und einem Röntgendetektor mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit ω über einen Winkel von z. B. 300 Grad um einen Patienten, in der Regel um die Körperlängsachse herum, gedreht. Statt einer nur punktuellen Ansicht durch einen Katheter mit Kamera etc. können mit solchen bildgebenden Verfahren und einer dementsprechenden Vorrichtung eine Anzahl von Einzelaufnahmen des betreffenden Organs aus verschiedenen Raumrichtungen aufgenommen werden, auf deren Basis schließlich dreidimensionale Bilder oder sonstige Darstellungen wie insbesondere beliebige Querschnitte angefertigt werden. Mit diesen Verfahren können beispielsweise der Herzmuskel und die Herzkranzgefäße ohne Katheter untersucht werden.
Für eine 3D-Rekonstruktion können jedoch nur diejenigen Bilder genutzt werden, die das Organ in jeweils gleichbleibendem Zustand darstellen. In einem bevorzugten und wichtigsten Anwendungsfall, der Aufnahme des Herzens, wird die Füllungsphase oder Diastole als eine relative Ruhephase des Herzens als Darstellungszustand gewählt. Diese Ruhephase dauert bei einem lebenden Menschen auch in einer Ruhelage bei Entspannung weniger als 200 Millisekunden an. Während der Aufnahme können in einem Zeitfenster in der o. g. Ruhephase des Herzens von der sich bewegenden Aufnahmevorrichtung jedoch nur wenige Projektionen für die 3-D-Rekonstruktion und Modellierung gesammelt werden. Die jeweils außerhalb des Aufnahme-Zeitfensters bzw. außerhalb der untersuchungsrelevanten Herzruhephase gesammelten Daten können wegen der Herzbewegung nicht zur Bildgebung genutzt werden. Diese Datenausfälle führen zu großen Lücken im Raum der Projektionswinkel und damit zu einer unvollständigen Darstellungsgrundlage des gesamten Organs. Innerhalb dieser Darstellungslücken können allenfalls Interpolationen mit relativ unsicheren Annahmen vorgenommen werden. Eine ähnliche Problematik tritt auch bei anderen Organen auf, deren Form und/oder Lage sich zeitlich verändert. Die Aufnahmevorrichtung darf jedoch aus Gründen einer gering zu haltenden Gesamt-Strahlenbelastung bei ständig im Betrieb befindlicher Röntgenröhre keine beliebig langsam umlaufende Drehgeschwindigkeit aufweisen, um möglichst viele Aufnahmen aus unterschiedlichen Raumrichtungen zu günstigen Aufnahmemomenten zu erhalten. Auch kann aus den gleichen Gründen eine Messung nicht beliebig häufig wiederholt werden.
Aus diesem Grunde wird in der US 6,324,254 B1 für die Aufnahme eines rhythmisch bewegten Gefäßes vorgeschlagen, den C-Arm zwar mit möglichst langsamer Drehgeschwindigkeit, vorzugsweise weniger als 2 Grad pro Sekunde, zu bewegen, dabei aber getriggert durch die Gefäßbewegung oder eine für die Bewegung des Gefäßes ursächlichen Organbewegung Einzelbildaufnahmen durchzuführen. D. h. es wird jeweils nur zu bestimmten Zeiten von der Röntgenröhre Strahlung emittiert und eine Aufnahme gemacht, während sich der C-Arm mit möglichst langsamer, konstanter Geschwindigkeit um den Patienten bewegt. Die konstante Drehgeschwindigkeit wird hierbei vor der Messung bevorzugt in Abhängigkeit von der Frequenz der rhythmischen Gefäß- bzw. Organbewegung festgelegt, um sicherzustellen, dass während einer Messung eine Mindestanzahl von Aufnahmen erzeugt werden kann. Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil, dass die Messung relativ lange dauert. In dieser Zeit ist dafür zu sorgen, dass der Patient absolut ruhig liegt. Schon minimale La geänderungen können zu einer Beeinträchtigung der Messung führen.
Ein ähnliches Verfahren wird in der US 6,370,217 B1 für eine Messung eines sich periodisch bewegenden Objekts mit einem Computertomographen vorgeschlagen. Bei einer Messung mit einem solchen Computertomographie-System rotiert die Röntgenröhre mit sehr hoher Geschwindigkeit, z. B. mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von ca. 1 Sekunde pro Umdrehung, mehrfach um den Patienten. Um dabei das sich zyklisch verändernde Objekt immer im gleichen Zustand aufzunehmen, wird auch hier getriggert durch den Bewegungszyklus gesteuert, wann die Röntgenröhre kurzzeitig Röntgenstrahlung emittiert, um so einzelne Aufnahmen zu machen. Hierbei wird ebenfalls bevorzugt vor der Messung eine konstante Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz der rhythmischen Gefäß- bzw. Organbewegung festgelegt. Die Drehgeschwindigkeit wird dabei so eingestellt, dass während einer Messung möglichst Aufnahmen aus allen Raumrichtungen erzeugt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für eine Messung mit einem C-Arm oder ähnlichen Aufnahmeeinrichtungen nutzbar, da anders als bei einem erheblich aufwendiger gebauten Computertomographie-Gerät bei einem solchen relativ einfachen Aufnahmegerät die Röntgenröhre und der Detektor nicht beliebig schnell und oft um den Patienten verfahren werden können. Üblicherweise steht nur ein Drehwinkel von maximal 300 Grad zur Verfügung.
In der Offenlegungsschrift DE 103 36 278 A1 wird ein Verfahren zur Abbildung eines Organs des menschlichen oder tierischen Körpers mittels einer über einen Winkel rotierenden Aufnahmevorrichtung offenbart, bei dem die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Aufnahmevorrichtung in Abhängigkeit von einem Referenzsignal, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, moduliert wird. Zusätzlich oder alternativ kann jeweils das Messintervall, indem die Aufnahme des Organs während der Rotation erfolgt, mittels des Referenzsignals an eine Zyklusdauer der Bewegung des abzubildenden Organs angepasst werden. Darüber hinaus wird eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens beschrieben. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass entweder Winkelbereiche überfahren werden, für die keine Aufnahmen erfolgen, oder dass eine Beschleunigungsphase der Aufnahmevorrichtung zu Beginn und am Ende eines jeden Zyklus auftritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Abbildung eines Organs sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, das mit geringem Zeitaufwand ein möglichst vollständiger Datensatz aufgenommen wird.
Die das Verfahren betreffende Teilaufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abbildungsverfahren dadurch gelöst, dass während einer ersten Bewegungsphase die Aufnahmevorrichtung mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, wobei Bilder des Organs aus Winkelpositionen eines ersten Winkelbereichs aufgenommen werden, und dass während einer auf die erste Bewegungsphase unmittelbar folgende zweiten Bewegungsphase die Aufnahmevorrichtung derart verzögert, zurückgedreht und wieder beschleunigt wird, dass die Aufnahmevorrichtung spätestens zu Beginn einer auf die zweite Bewegungsphase unmittelbar folgenden ersten Bewegungsphase, am Ende des ersten Winkelbereichs die Nenn-Winkelgeschwindigkeit erreicht. Der Gesamtwinkelbereich von z. B. 300 Grad, welcher während der Untersuchung abgefahren wird, setzt sich aus mehreren Winkelbereichen, z. B. jeweils 10 Grad, zusammen, die während jeweils ersten Bewegungsphasen des Organs abgefahren werden. Jede Position eines Winkelbereichs, bei der ein Bild aufgenommen wird, wird als Winkelposition bezeichnet. Während die beispielsweise 10 Grad eines Winkelbereichs überfahren werden und dabei Bilder aufgenommen werden, dreht sich die Aufnahmevorrichtung mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit, die hier als Nenn-Winkelgeschwindigkeit bezeichnet wird. Die Nenn-Winkelgeschwindigkeit besitzt Betrag und Richtung und ist somit eine vorzeichenbehaftete Größe. Aus Zeitgründen ist es vorteilhaft, die Aufnahme für eine Winkelposition nicht doppelt auszuführen, was insbesondere beim Übergang von zwei Winkelbereichen von Bedeutung ist. Alternativ kann jedoch eine Überschneidung von Winkelpositionen vorgesehen werden, da die Unsicherheit gegen Ende der ersten Bewegungsphase zunimmt, für eine Abbildung ungeeignete Bilder aufzunehmen, da die Dauer der ersten Bewegungsphase des Organs Schwankungen unterliegen kann. Das Verfahren ermöglicht somit eine quasilückenlose Erfassung des Gesamtwinkelbereichs mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit der Aufnahmevorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich jeweils unmittelbar benachbarte Winkelpositionen um einen konstanten Differenz-Winkel. Dies schließt nicht aus, dass zu einer Winkelposition mehrere Aufnahmen erfolgen. Die Konstanz der Differenzwinkel ermöglicht eine vereinfachte Auswertung der erhaltenen Bilder und gegebenenfalls deren Umsetzung in eine räumliche Darstellung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird der Differenz-Winkel über eine Bildaufnahmerate der Vorrichtung eingestellt. Durch Erhöhung oder Erniedrigung der Bildaufnahmerate, d. h. der aufgenommenen Bilder pro Zeitintervall, lässt sich bei konstanter Nenn-Winkelgeschwindigkeit der Differenz-Winkel für die Winkelpositionen verändern. Damit kann die Genauigkeit des Resultats sowie die Strahlendosis für den Patienten gesteuert werden.
In einer alternativen Ausbildung der Erfindung wird der Differenz-Winkel über die Nenn-Winkelgeschwindigkeit eingestellt. Durch eine vorgebbare Nennwinkel-Geschwindigkeit bei beispielsweise konstanter Bildaufnahmerate kann die Zeit für die Untersuchung verringert werden, da ein größerer Winkelbereich mit der Aufnahmevorrichtung in einer ersten Bewegungsphase überstrichen werden kann. Andererseits lässt sich hiermit ebenfalls der Differenz-Winkel zwischen benachbarten Winkelpositionen bestimmen. Idealerweise wird stets eine möglichst hohe Nenn-Winkelgeschwindigkeit gewählt und der Differenz-Winkel über die Bildaufnahmerate bestimmt. Damit ist ei ne möglichst geringe Untersuchungszeit gewährleistet, und die Genauigkeit der Abbildung kann über die Bildaufnahmerate gesteuert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit der drehbaren Aufnahmevorrichtung eine Abbildung eines schlagenden Herzens aufgenommen und die Modulation der Winkelgeschwindigkeit erfolgt auf Grundlage eines den Herzschlag repräsentierenden Referenzsignals. Die periodische Bewegung eines Herzens kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut erfasst werden, da die Ruhephasen des Herzens, welche die ersten, zur Abbildung geeigneten Bewegungsphasen darstellen, mit dem Verfahren gut erfasst werden können. Die Modulation der Winkelgeschwindigkeit erfolgt vorteilhafterweise so, dass die Aufnahmen stets in der Ruhephase des Herzens aufgenommen werden. Während des Herzschlags wird die Aufnahmevorrichtung erfindungsgemäß verzögert, zurückgedreht und wieder beschleunigt, so dass in der nächsten Ruhephase des Herzens wieder Bilder aufgenommen werden können.
Vorteilhaft erweist sich bei der Untersuchung des Herzens, dass zur Ermittelung eines Referenzsignals ein EKG-(Elektrokardiogramm-)Signal gemessen wird. Je nachdem für welches Organ eine Untersuchung durchzuführen, ist können verschiedenste Signale herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich können hierbei auch der Puls des Patienten und/oder Ultraschall-Signale etc. genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung wird eine Zeitdauer der ersten Bewegungsphase an eine Zyklusdauer der Bewegung des abzubildenden Organs angepasst, deren Länge über eine Anzahl von Bewegungszyklen gemittelt wird. Es erfolgt also auf Grundlage eines Referenzsignals oder bereits durchgeführter Bildaufnahmen eine Anpassung der Dauer der ersten Bewegungsphase, in anderen Worten der Messdauer, an den Bewegungszyklus des abzubildenden Organs. Die Zyklusdauer kann beispielsweise, vorzugsweise auch vorab, über eine ge wisse Anzahl von Bewegungszyklen gleitend gemittelt werden. Die Messdauer kann dabei zum Beispiel in Prozentanteilen der Zyklusdauer angegeben werden. Wird anhand des Referenzsignals festgestellt, dass sich die Zyklusdauer während der Aufnahme ändert, kann eine synchrone Anpassung der Messdauer erfolgen. Alternativ können auf Grundlage des Referenzsignals in Echtzeit Informationen über die Bewegungsphase des Organs an eine Steuerung weitergegeben werden, welche auf Grundlage dieser Informationen die Aufnahmevorrichtung steuert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Aufnahmevorrichtung ein mit einer Winkelgeschwindigkeit um den Körper drehbarer C-bogenförmiger Arm mit einer Röntgenquelle und mit einem der Röntgenquelle gegenüberliegend angeordneten Röntgendetektor verwendet. Da C-Bogen-Röntgengeräte heute vielfach für Untersuchungen an Patienten, insbesondere bei medizinischen Interventionen, eingesetzt werden, ist eine Verbesserung auch für die Abbildung sich bewegender Organe erwünscht. Grundsätzlich ist das Verfahren aber auch bei anderen ähnlichen Aufnahmegeräten einsetzbar.
Vorteilhafterweise erfolgt während der zweiten Bewegungsphase eine Abschaltung einer zur Aufnahme von Bildern verwendeten Röntgenstrahlung oder zumindest eine Reduktion der Intensität der Röntgenstrahlung. Durch dieses Vorgehen kann die Strahlenbelastung für den Patienten so gering wie möglich gehalten werden. Alternativ zur Abschaltung der Röntgenstrahlung kann ein Absorber zur Absorption der Röntgenstrahlung vorgesehen werden, der während der zweiten Bewegungsphase derart angeordnet werden kann, dass die Strahlenbelastung für den Patienten vernachlässigbar gering ist. Damit wird sowohl die Röntgenquelle als auch der Patient geschont. Vorzugsweise wird die Röntgenstrahlung mit der letzten Aufnahme durch Abschaltung und/oder Absorber reduziert und ist zur Aufnahme des ersten Bildes nach der Wiederbeschleunigung der Aufnahmevorrichtung auf Nenn-Winkelgeschwindigkeit wieder einsatzbereit. Hierdurch wird eine effektive Reduktion der Gesamtstrahlenbelastung für den Patienten auch bei nur einem Durch lauf der Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht.
Vorzugsweise erfolgt bei Erfassung von Arrhythmien oder zeitlichen Schwankungen in der Ausführung von Bewegungsphasen oder Bewegungszyklen des Organs eine Anpassung eines Startzeitpunkts und/oder einer Dauer der ersten Bewegungsphase. Damit kann eine Phasenverschiebung zwischen Messzeitpunkt und/oder -dauer und der ersten Bewegungsphase des Organs frühzeitig erkannt und behoben werden. Damit wird die Anzahl an Aufnahmen verringert, die aufgrund einer Phasenverschiebung in der zweiten anstatt in der ersten Bewegungsphase des Organs aufgenommen werden. Die in der zweiten Bewegungsphase des Organs aufgenommenen Bilder sind für die Abbildung des Organs nicht nutzbar und können am Ende der Untersuchung in einem Nachbearbeitungsschritt selektiert werden, um das Ergebnis nicht zu verfälschen oder durch Interpolation nutzbar zu machen. Diese Maßnahme ist insofern sinnvoll, da in der Regel ohnehin alle während der Messung in einem Durchlauf ermittelten Bilddaten zwischengespeichert werden, so dass sie für eine Nachbereitung in jedem Fall zur Verfügung stehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird dem Körper wenigstens einmal Kontrastmittel zugeführt. Um entsprechende Topologien sichtbar zu machen, z. B. im oder am Herzen, kann es erforderlich sein, Kontrastmittel zuzuführen. Vorzugsweise wird dem Patienten nur so viel Kontrastmittel zugeführt, wie zur Erfassung der Untersuchungsstruktur erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die einmalige Zuführung von Kontrastmittel vor der ersten Bildaufnahme. Das zugeführte Kontrastmittel ist ausreichend für die Durchführung der Untersuchung, da sie zusammenhängend erfolgt.
Die die Vorrichtung betreffende Teilaufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Abbildungsvorrichtung dadurch gelöst, dass eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Referenzsignals, welches einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, vorhanden ist, und eine Steuereinrich tung, die die Antriebseinrichtung derart ansteuert, dass während einer ersten Bewegungsphase die Aufnahmevorrichtung mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit drehbar ist, wobei Bilder des Organs aus Winkelpositionen eines ersten Winkelbereichs aufnehmbar sind, und dass während einer auf die erste Bewegungsphase unmittelbar folgende zweiten Bewegungsphase die Aufnahmevorrichtung derart verzögerbar, zurückdrehbar und wieder beschleunigbar ist, dass die Aufnahmevorrichtung spätestens zu Beginn einer auf die zweite Bewegungsphase unmittelbar folgende ersten Bewegungsphase, am Ende des ersten Winkelbereichs die Nenn-Winkelgeschwindigkeit erreicht.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung bzw. deren Komponenten können vorzugsweise überwiegend in Form von Software in einem Prozessor einer herkömmlichen rechnergestützten Steuerung der Aufnahmevorrichtung realisiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, das vorstehend beschriebene Verfahren auch in Form eines Computerprogrammproduktes, insbesondere eines Updates, in bestehenden Vorrichtungen nachzurüsten.
Im Folgenden sind das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Insbesondere sind in
1 eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung,
2 in einem Diagramm ausschnittsweise der Verlauf des Winkels der Aufnahmevorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 in einem Diagramm ausschnittsweise der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit der Aufnahmevorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung umfasst eine Aufnahmevorrichtung 1 in Form eines C-Bogens, an dessen gegenüberliegenden Enden eine Röntgenquelle 2 und ein Röntgendetektor 3, z. B. ein Flachdetektor, angebracht sind. Ein abzubildendes Organ, hier das Herz H, eines tierischen oder menschlichen Körpers K, welcher auf einem nicht dargestellten Untersuchungstisch angeordnet ist und sich mittig zwischen Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3 befindet. Die Abbildungsvorrichtung weist einen Antrieb 4 auf, mit dem die Aufnahmevorrichtung 1 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um den Körper K gedreht werden kann. Während der Bildaufnahme überstreicht dabei die Aufnahmevorrichtung 1 Winkelbereiche α_n, wobei n = 1, 2, 3, .... In 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei verschiedene Winkelbereiche dargestellt, nämlich ein Winkelbereich α_n, ein nächster sich daran anschließender Winkelbereich α_n+1 sowie ein übernächster Winkelbereich α_n+2. Die Summe der Winkelbereiche α_n ergibt den Gesamtwinkelbereich von 300 Grad der Aufnahmevorrichtung 1. In jedem Winkelbereich α_n nimmt die Aufnahmevorrichtung 1 Bilder aus verschiedenen Winkelpositionen α_n ⁱ, wobei i = 1, 2, ..., k auf, wovon in 1 für den Winkelbereich α_n die beiden ersten Winkelposition α_n ¹ und α_n ² sowie die letzte Winkelposition α_n ^k eingezeichnet sind. Zwischen α_n ² und α_n ^k existieren weitere Winkelpositionen. Die Anzahl k der Winkelpositionen α_n ¹ ist vorgegeben durch die Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N und die Bildaufnahmerate der Aufnahmevorrichtung 1. Analog gelten diese Aussagen für weitere Winkelbereiche, z. B. α_n+1, α_n+2, für die die jeweils ersten Winkelpositionen α_n+1 ¹ bzw. α_n+2 ¹ angegebenen sind.
Der Differenz-Winkel Δα bezeichnet winkelbereichsübergreifend den Winkelabstand zwischen unmittelbar benachbarten Winkelpositionen, z. B. α_n ² – α_n ¹. Der Differenz-Winkel Δα kann bei einer gegebenen Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N der Aufnahmeeinrichtung 1, welche möglichst hoch gewählt wird, z. B. 40 Grad pro Sekunde, durch die Bildaufnahmerate vorgegeben werden. Die Anzahl der Winkelpositionen k in einem Winkelbereich α_n bei einem konstanten Differenzwinkel Δα zwischen benachbarten Winkelpositionen beeinflusst wesentlich die Qualität der räumlichen Darstellung des Organs H.
Mit einer Messeinrichtung 5, hier ein EKG-(Elektrokardiogramm-)Gerät, wird der Bewegungszyklus des Herzens H erfasst, und daraus eine Dauer für eine erste, zur Abbildung geeignete Bewegungsphase T₁ und für eine zweite, zur Abbildung ungeeignete Bewegungsphase T₂ ermittelt. Die sich wiederholenden ersten und zweiten Bewegungsphasen T₁ bzw. T₂ sind im Folgenden für die n-te Bewegungswiederholung mit T₁ ⁿ bzw. T₂ ⁿ bzw. für die n + 1te Bewegungswiederholung T₁ ⁿ⁺¹ bzw. T₂ ⁿ⁺¹, usw. bezeichnet. Die Ermittlung der Dauer der jeweiligen Bewegungsphase T₁ bzw. T₂ kann vorab geschehen, wobei über eine Vielzahl von Bewegungszyklen gemittelt wird. Die Dauer der ersten Bewegungsphasen T₁ bestimmt wesentlich die Größe des Winkelbereichs mit einer vorgegebenen Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N überstreichbaren, über den die Aufnahmevorrichtung 1 mit Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N gedreht werden kann. Vorteilhafterweise werden aber die Informationen über die Bewegung des Herzens H durch das EKG-Gerät in Echtzeit von einer Steuerung 6 in Verbindung mit einem Datenverarbeitungssystem 7 ausgewertet, welche auf Grundlage dieser Informationen die Aufnahmevorrichtung 1 und den Antrieb 4 steuert. Die aufgenommenen Bilder werden dem Datenverarbeitungssystem 7 zugeführt, wo diese gespeichert und weiterverarbeitet werden. Zum Beispiel können durch Abgleich von EKG-Daten und Aufnahmezeitpunkten von Bildern, in der zweiten Bewegungsphase aufgenommene Bilder selektiert und/oder korrigiert werden. Im Weiteren führt das Datenverarbeitungssystem 7 die Rekonstruktion zur räumlichen Darstellung des Herzens H aus und leitet die ermittelten Bilddaten auf einen Monitor 8 zur Ansicht durch das medizinische Personal weiter.
Das in 2 dargestellte Diagramm zeigt während der Dauer der jeweils ersten Bewegungsphasen T₁ einen konstanten Anstieg des Winkels α der Aufnahmevorrichtung mit der Zeit t. Die Steigung stellt die Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N dar, die im Hinblick auf die durch das Organ (H) vorgegebene Dauer der jeweils ersten Bewegungsphasen T₁ möglichst hoch zu wählen ist. Während dieser Zeitdauer T₁ werden Bilder des Organs (H) mit einer vorgegebenen Bildaufnahmerate aufgenommen, welche die Winkelpositionen α_n ¹ festlegt. Umgekehrt kann ebenfalls über die gewünschten Winkelpositionen α_n ¹ die Bildaufnahmerate festgelegt werden. Am Ende der jeweils ersten Bewegungsphase T₁ wird durch die Steuerung 6 die Bildaufnahme gestoppt und die Aufnahmevorrichtung 1 durch Ansteuern des Antriebs 4 abgebremst. Aufgrund der Trägheit der Aufnahmevorrichtung 1 ist ein abruptes Stoppen nicht möglich. Dies ist zu Beginn der Intervalle der jeweils zweiten Bewegungsphasen T₂ im Diagramm sichtbar. Die Steigung nimmt ab, bis diese den Wert Null erreicht. Dies stellt den Umkehrpunkt der abgebremsten Aufnahmevorrichtung 1 dar. Anschließend wird die Aufnahmevorrichtung 1 durch den Antrieb 4 in die Gegenrichtung der ursprünglichen Drehrichtung gedreht. Dies ist verdeutlicht im Diagramm durch die Abnahme des Winkels α mit der Zeit t. Die Anlage wird innerhalb der jeweils zweiten Bewegungsphasen T₂ durch die Steuerung 6 gesteuert soweit zurückgedreht, dass der Antrieb 4 die Aufnahmevorrichtung 1 auf dem zurückgedrehten Winkelteilbereich wieder auf Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N beschleunigen kann. Diese Position ist am zweiten Umkehrpunkt der Aufnahmevorrichtung 1 erreicht, welches sich im Diagramm als lokales Minimum des Winkels α innerhalb des Intervalls der jeweils zweiten Bewegungsphase T₂ darstellt. Durch die Referenzsignale des EKG-Geräts 5 kann der Antrieb 4 durch die Steuerung 6 derart gesteuert werden, dass bei Eintritt des Organs (H) in die darauf folgende erste Bewegungsphase T₁ die Aufnahmevorrichtung 1 die Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N am Ende des vorher aufgenommenen Winkelbereichs α aufweist und somit mit Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N in den nächsten Winkelbereich α_n+1 eintritt. Zeitgleich werden mit Eintritt des Herzens H in die jeweils nächsten ersten Bewegungsphasen T₁ die Bildaufnahmen wieder gestartet, was zuvor durch die Steuerung 6 eingeleitet wurde. Da beim Herzen H die Dauer der ersten Bewegungsphasen T₁ die Dauer der zweiten Bewegungsphasen T₂ deutlich unterschreitet, ergeben sich verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für das Zurückdrehen der Aufnahmevorrichtung 1. Das Zurückdrehen kann abschnittsweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω erfolgen oder als permanent beschleunigte bzw. verzögerte Bewegung. Die Höhe der Beschleunigung bzw. der negativen konstanten Winkelgeschwindigkeit ω der Aufnahmevorrichtung 1 kann derart gewählt werden, dass die Verweildauer der Aufnahmevorrichtung 1 an den Umkehrpunkten unterschiedlich ist. Die Aufnahmevorrichtung 1 könnte entweder eine Wartestellung mit einer Verweildauer vorzugsweise beim zweiten Umkehrpunkt verweilen, wie in 3 angedeutet, oder aber derart verlangsamt bewegt werden, dass keine Drehpause der Aufnahmevorrichtung 1 erforderlich ist, um jeweils erste Bewegungsphasen T₁ wieder mit Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N vermessen zu können.
Zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufs ist in 3 die Winkelgeschwindigkeit ω der Aufnahmevorrichtung 1 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. In den jeweils ersten Bewegungsphasen T₁ besitzt die Aufnahmevorrichtung 1 eine konstante Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N und überstreicht mit dieser Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N einen Winkelbereich an. Tritt das Herz H in eine jeweils darauf folgende zweite Bewegungsphase T₂ ein, wird die Aufnahmevorrichtung verzögert, d. h. die Winkelgeschwindigkeit ω verringert sich bis zu einem Wert Null, und wird negativ, d. h. die Richtung der Winkelgeschwindigkeit ω weist nun in entgegensetzte Richtung zur ursprünglichen Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N. Die Aufnahmevorrichtung 1 wird somit in Gegenrichtung der ursprünglichen Richtung zurückgedreht. Die Aufnahmevorrichtung 1 erreicht in Gegenrichtung einen Umkehrpunkt. Damit verbunden ist die Abnahme des Betrags der negativen Winkelgeschwindigkeit ω auf Null. Der Winkel α des Umkehrpunkts liegt in der Regel weiter zurück als die letzte Winkelposition α_n ^k des vorher aufgenommenen Winkelbereichs α_n. Von diesem Umkehrpunkt aus wird die Aufnahmevorrichtung 1 derart beschleunigt, dass die im vorhergehenden Winkelbereich α_n erreichte Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N spätestens wieder mit dem Eintritt der Aufnahmevorrichtung 1 in den sich anschließenden Winkel bereich α_n+1 zu Beginn der darauf folgenden ersten Bewegungsphase T₁ ⁿ⁺¹ des Herzens H erreicht wird. Alternativ kann eine Redundanz von Daten erzeugt dadurch erzeugt werden, dass die Bildaufnahme mit Nenn-Winkelgeschwindigkeit ω_N bereits vor Eintritt in den nächsten Winkelbereich α_n+1 erfolgt und somit Aufnahmen aus Winkelpositionen α_n ⁱ des Winkelbereichs α_n während den jeweiligen ersten Bewegungsphasen T₁ mit aufgenommen werden, mit deren Hilfe z. B. fehlerhafte Bilder bei der Nachbearbeitung ersetzt werden können.
Ausnutzung des Gesamtwinkelbereichs von 300 Grad der Aufnahmevorrichtung 1 kann entweder nur durch die Hinfahrt, oder auch durch Hin- und Rückfahrt genutzt werden. Vorteilhaft bei letzterer Methode ist, dass nicht abgewartet werden muss, bis die Aufnahmevorrichtung 1 wieder in eine Nullposition fährt, sondern sofort nach der Untersuchung wieder uneingeschränkter Zugang zum Patienten besteht. Eine solche Methode kann ohne weitere zeitliche Verluste bei der Untersuchung realisiert werden, indem auf der Hinfahrt z. B. jede zweite erste Bewegungsphase des Organs zur Aufnahme genutzt wird, und auf der Rückfahrt genau für diejenigen Winkelbereiche Aufnahmen erfolgen, die bei der Hinfahrt ohne Aufnahmen überfahren wurden. So könnte man auch bei Methoden gemäß Stand der Technik die Vollständigkeit eines Datensatzes um den Faktor 2 verbessert werden.
Während der Untersuchung werden die aufgenommenen Bilder vom Detektor 3 einem Datenverarbeitungssystem 7 zugeführt und dort gesichert. Es kann eine Nachbearbeitung stattfinden, z. B. im Falle von Arrhythmien des Herzens (H). Dazu kann das zeitlich erfasste EKG-Signal des EKG-Geräts 5 und die Zeitpunkte der Bildaufnahmen aufeinander abgeglichen werden, um Bildaufnahmezeitpunkte ausfindig zu machen, die keiner ersten Bewegungsphase T₁ zuordenbar sind. Diese werden selektiert und nicht zur Rekonstruktion der räumlichen Darstellung des Herzens (H) herangezogen, da diese einen verfälschenden Einfluss auf das Ergebnis der Rekonstruktion nehmen. Nach Ab schluss der Rekonstruktion wird die ermittelte räumliche Darstellung auf einem Monitor 8 ausgegeben.

Claims

Verfahren zur Abbildung eines Organs (H) eines menschlichen oder tierischen Körpers (K), welches zyklisch eine erste, zur Abbildung geeignete Bewegungsphase (T₁) und eine zweite, zur Abbildung nicht geeignete Bewegungsphase (T₂) aufweist, wobei von einer mit einer Winkelgeschwindigkeit (ω) um den Körper (K) drehbar gelagerten Vorrichtung (1) Bilder des Organs (H) aus verschiedenen Winkelpositionen (α_n ¹) aufgenommen werden, wobei die Winkelgeschwindigkeit (ω) mit einem die Bewegungsphase des Organs repräsentierenden Referenzsignal moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Bewegungsphase (T₁) die Aufnahmevorrichtung (1), wobei Bilder des Organs aus Winkelpositionen (6) eines ersten Winkelbereichs (α_n) mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) gedreht wird aufgenommen werden, und dass während einer auf die erste Bewegungsphase (T₁ ⁿ) unmittelbar folgende zweiten Bewegungsphase (T₂ ⁿ) die Aufnahmevorrichtung (1) derart verzögert, zurückgedreht und wieder beschleunigt wird, dass die Aufnahmevorrichtung (1) spätestens zu Beginn einer auf die zweite Bewegungsphase (T₂ ⁿ) unmittelbar folgenden ersten Bewegungsphase (T₁ ⁿ⁺¹), am Ende des ersten Winkelbereichs (α_n) die Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils unmittelbar benachbarte Winkelpositionen (α_n ¹) um einen konstanten Differenz-Winkel (Δα) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenz-Winkel (Δα) über eine Bildaufnahmerate der Aufnahmevorrichtung (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwinkel (Δα) über die Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass mit der drehbaren Aufnahmevorrichtung (1) eine Abbildung eines schlagenden Herzens (H) aufgenommen wird und die Modulation der Winkelgeschwindigkeit (ω) auf Basis eines den Herzschlag repräsentierenden Referenzsignals erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Referenzsignals ein EKG-Signal gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer der ersten Bewegungsphase (T₁) an eine Zyklusdauer der Bewegung des abzubildenden Organs (H) angepasst wird, deren Länge über eine Anzahl von Bewegungszyklen gemittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufnahmevorrichtung (1) ein mit einer Winkelgeschwindigkeit (ω) um den Körper drehbarer C-bogenförmiger Arm mit einer Röntgenquelle (2) und mit einem der Röntgenquelle (2) gegenüberliegend angeordneten Röntgendetektor (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Bewegungsphase (T₂) eine Abschaltung einer zur Aufnahme von Bildern verwendeten Röntgenstrahlung oder zumindest eine Reduktion der Intensität erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung von Arrhythmien oder zeitlichen Schwankungen in der Ausführung von Bewegungsphasen (T₁, T₂) und oder Bewegungszyklen des Organs (H) eine Anpassung eines Startzeitpunkts und/oder gegebenenfalls einer Dauer der ersten Bewegungsphase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Körper (K) wenigstens einmal Kontrastmittel zugeführt wird.
Vorrichtung zur Abbildung eines Organs (H) eines menschlichen oder tierischen Körpers (K), welches zyklisch eine erste, zur Abbildung geeignete Bewegungsphase (T₁) und eine zweite, zur Abbildung nicht geeignete Bewegungsphase (T₂) durchläuft, mit einer Vorrichtung zur Aufnahme (1) von Bildern, die mit einer Winkelgeschwindigkeit (ω) um den Körper (K) drehbar gelagert ist und mittels der Bilder des Organs (H) aus verschiedenen Winkelpositionen (α_n ¹) aufnehmbar sind, mit einer Antriebseinrichtung (4), um die Aufnahmevorrichtung (1) während der ersten Bewegungsphase (T₁) mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit zu drehen, aufweisend eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Referenzsignals (5), welches einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs (H) repräsentiert, und durch eine Steuereinrichtung (6), die die Antriebseinrichtung (4) derart ansteuert, dass während einer ersten Bewegungsphase (T₁) die Aufnahme-vorrichtung (1), wobei Bilder des Organs (H) aus Winkelpositionen (α_n ⁱ) eines ersten Winkelbereichs (α_n) mit einer Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) drehbar ist aufnehmbar sind, und dass während einer auf die erste Bewegungsphase (T₁ ⁿ) unmittelbar folgende zweiten Bewegungsphase (T₂ ⁿ) die Aufnahmevorrichtung (1) derart verzögerbar, zurückdrehbar und wieder beschleunigbar ist, dass die Aufnahmevorrichtung (1) spätestens zu Beginn einer auf die zweite Bewegungsphase (T₂ ⁿ) unmittelbar folgende ersten Bewegungsphase (T₁ ⁿ⁺¹), am Ende des ersten Winkelbereichs (α_n) die Nenn-Winkelgeschwindigkeit (ω_N) erreicht.