DE102006056884A1

DE102006056884A1 - Verfahren und CT-System zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung eines Patienten

Info

Publication number: DE102006056884A1
Application number: DE102006056884A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Flohr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080144765A1; US7616730B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein CT-System (1) zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung eines Patienten, wobei der Patient (7) an einer ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren (2, 4) zunächst mit einem ersten Röntgenspektrum gescannt wird, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von insgesamt mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind, anschließend ohne Positionswechsel der Gantry (6) der Patient (7) an der ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren (2, 4) mit mindestens einem zweiten Röntgenspektrum gescannt wird, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind, worauf die nächste Relativposition zwischen Patient (7) und Gantry (6) angefahren wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein CT-System zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung eines Patienten mit mindestens zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordneten Röntgenröhren, wobei ein aktuelles EKG-Signal des Patienten abgenommen wird, Patient und Gantry relativ zueinander in Systemachsenrichtung sequentiell verschoben werden, während die mindestens zwei winkelversetzt angeordneten Röntgenröhren zum Scan auf einer Kreisbahn um den Patienten bewegt werden und Absorptionsdaten des Patienten gemessen werden und anschließend mit ausgewählten Absorptionsdaten tomographische Darstellungen des Patienten erstellt werden.
Ein ähnliches Verfahren und ein ähnliches CT-System sind allgemein bekannt.
Es ist außerdem allgemein bekannt, dass Patienten mit CT-Systemen mit winkelversetzten Röntgenröhren und unterschiedlichen Energiespektren gescannt werden, so dass eine bessere Differenzierung des gescannten Gewebes beziehungsweise der darin vorhandenen Ablagerungen ermöglicht wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein CT-System zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung zu finden, bei denen einerseits der Scan mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiespektren durchgeführt und anderseits auch der Vorteil von winkelversetzten Röntgenröhren bezüglich ihrer erhöhten Zeitauflösung genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat Folgendes erkannt:
Bei der Durchführung von CT-Untersuchungen ist es unter Verwendung von Parallelgeometrie ausreichend einen Projektionswinkelbereich von 180° – also ein Halbumlaufdatenintervall – zu verwenden, um realistische Schnittbilder zu rekonstruieren. Bei einer Datenaufnahme in Fächergeometrie ist ein Fächerdatensatz von 180° plus dem Fächerwinkel des Detektors notwendig, um 180° Paralleldaten für jeden Bildpunkt innerhalb des Messfeldes zu erhalten. Im Drehzentrum reichen 180° von Fächerdaten aus, um 180° Paralleldaten zu erhalten. Bei einem CT-System mit zwei um 90° winkelversetzt angeordneten Röntgenquellen kann dieser Halbumlaufdatensatz in Parallelgeometrie in zwei Viertelumlaufdatensätze aufgeteilt werden, die gleichzeitig von den beiden Messsystemen durch den 90°-Versatz zwischen ihnen aufgenommen werden. Diese beiden Viertelumlaufdatensätze können mit Hilfe einer glättenden Übergangsfunktion aneinander gefügt werden, wobei die Glättung dafür sorgt, dass Strichartefakte durch mögliche Inkonsistenzen zwischen den beiden Start- und Endprojektionen vermieden werden. So entsteht ein für die Bildrekonstruktion ausreichendes Halbumlaufintervall in Parallelgeometrie aus Daten, die beide Meßsysteme gleichzeitig im Zeitintervall einer viertel Gantry-Rotationszeit aufgenommen haben. Leider lassen sich mit dieser Technik keine Dual-Engery-Anwendungen realisieren, es sei denn durch Verzicht auf zeitliche Auflösung. Soll also aus den Daten einer Herzperiode gleichzeitig ein 80 kV Bild und ein 140 kV Bild berechnet werden, muss jedes Bild separat aus einem Halbumlaufdatensatz des jeweiligen Messsystems berechnet werden und weist daher eine zeitliche Auflösung von nur noch einer halben Gantry-Rotationszeit auf.
Es wird daher vom Erfinder ein neues Verfahren zur Cardio-CT-Bilderzeugung mit mehreren Energiespektren vorgeschlagen, bei dem auch unter Verwendung mehrerer Energiespektren die Zeitauflösung des CT-Systems entsprechend der Anzahl der verwendeten Strahlungsquellen verbessert wird. Hierfür kann der Patiententisch EKG-getriggert sequentiell von einer z-Position zur nächsten gefahren werden, wobei an jeder z-Position zu nächst mit dem gewünschten zeitlichen Abstand zur letzten R-Zacke des EKGs ein sequentieller Teilumlaufscan mit zum Beispiel 120 kVp oder 140 kVp Röhrenspannung für beide Meßsysteme eines Dual-Source-CT-Systems, entsprechend den Anforderungen für eine CT-angiographische Untersuchung der Koronararterien, aufgenommen werden. Die zeitliche Auflösung eines solchen Scans beträgt bei einem Dual-Source-CT jeweils eine viertel Rotationszeit. An der vom Benutzer vordefinierten z-Position wird der Tisch nach dieser ersten Datenaufnahme nicht weiterbewegt, sondern es schließt sich ein weiterer sequentieller Teilumlaufscan mit beispielsweise 80 kVp für beide Meßsysteme an. Die Zeit von einer Herzperiode zur nächsten reicht aus, um sowohl die Röhrenspannung als auch den Röhrenstrom umzuschalten, so dass – falls gewünscht – annähernde Dosisgleichheit beider Scans erzielt werden kann, was für die Dual-Energy-Auswertung besonders günstig sein kann. Erst nach der 80 kVp Aufnahme erfolgt die Weiterbewegung zur nächsten z-Position und es schließt sich eine Aufnahme mit einer 120 kVp beziehungsweise 140 kVp an der neuen z-Position an. Hiermit kann fortgefahren werden, bis die vorbestimmte Region des Patienten vollständig gescannt worden ist.
Auf diese Weise lässt sich innerhalb derselben Untersuchung und mit demselben Kontrastmittelbolus das gesamte Herz CT-angiographisch mit bestmöglicher Zeitauflösung abbilden und an einzelnen vordefinierten Stellen kann zusätzlich noch Dual-Energy-Information, zum Beispiel zur Beurteilung des Myokards oder koronarer Plaques, erhalten werden.
Entsprechend diesem zuvor beschriebenen Grundgedanken der Erfindung schlägt der Erfinder eine Verbesserung des bekannten Verfahrens zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung eines Patienten mit einem CT-System mit mindestens zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordneten Röntgenröhren, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte, vor:

– Es wird ein aktuelles EKG-Signal des Patienten abgenom men,
– Patient und Gantry werden relativ zueinander in Systemachsenrichtung sequentiell verschoben, während
– die mindestens zwei winkelversetzt angeordneten Röntgenröhren zum Scan auf einer Kreisbahn um den Patienten bewegt werden und Absorptionsdaten des Patienten gemessen werden, und
– es werden mit ausgewählten Absorptionsdaten tomographische Darstellungen des Patienten erstellt.

Erfindungsgemäß wird dieses an sich bekannte Verfahren nun dadurch ergänzt, dass die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

– An mindestens zwei sequentiell angesteuerten Relativpositionen zwischen Patient und Gantry wird der Patient mit zwei unterschiedlichen Röntgenspektren gescannt, wobei
– der Patient an einer ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren zunächst mit einem ersten gleichen Röntgenspektrum gescannt wird, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von insgesamt mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind,
– ohne Positionswechsel der Gantry wird der Patient an der ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren mit mindestens einem zweiten Röntgenspektrum gescannt, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind;
– anschließend wird die nächste Relativposition zwischen Patient und Gantry angefahren.

Es wird bei diesem Verfahren also kein Spiralscan durchgeführt, sondern es wird die Gantry relativ zum Patienten beziehungsweise zum Patiententisch sequentiell in Schritten, die durch den Herzschlag des Patienten getriggert werden, in z-Richtung beziehungsweise Systemachsenrichtung verschoben, wobei an jeder Relativposition nacheinander die unterschied lichen Energiespektren jeweils für einen Kreis-Scan über mindestens 180° geschaltet werden.
Das oben dargestellte Verfahren kann sowohl mit einem CT-System mit drei um 120° winkelversetzte Röntgenröhren als auch mit einem CT-System mit zwei um 90° winkelversetzte Röntgenröhren angewandt werden.
Die unterschiedlichen Energiespektren der Strahlung können beispielsweise durch eine Variation der Beschleunigungsspannung oder durch die Verwendung unterschiedlicher Strahlungsfilter oder auch durch eine Kombination von beiden Maßnahmen erreicht werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Röhrenstrom bei der Veränderung des Energiespektrums derart angepasst wird, dass die applizierte Dosisleistung gleich bleibt. Hierdurch kann erreicht werden, dass unabhängig von dem verwendeten Energiespektrum eine möglichst geringe Dosisbelastung des Patienten bewirkt wird.
Die Relativbewegung zwischen Patient und Gantry in Systemachsenrichtung kann entweder durch ein Verfahren einer Patientenliege, auf der sich der Patient befindet, in Systemachsenrichtung oder durch ein Verfahren der Gantry gegenüber einer feststehenden Patientenliege erfolgen.
In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens schlägt der Erfinder vor, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung zwischen Patient und Gantry getriggert durch die aufgenommenen EKG-Signale erfolgt, indem zunächst in einer ersten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden und anschließend in einer zweiten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, wobei direkt anschließend die Relativverschiebung zwischen Gantry und Patient in Systemachsenrichtung erfolgt, so dass bereits in der nächsten Herzperiode wieder ein Scan mit dem ersten Energiespektrum durchgeführt werden kann. Damit beginnt das Verfahren von neuem und es kann durchgeführt werden, bis eine vorbestimmte Herzregion oder die gesamte Herzregion gescannt ist.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass nach der Relativverschiebung in einer dritten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden und in einer vierten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, worauf wiederum die Relativverschiebung zwischen Gantry und Patient in Systemachsenrichtung erfolgt und das Verfahren von vorne beginnt.
Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens schlägt der Erfinder vor, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung zwischen Patient und Gantry getriggert durch die aufgenommenen EKG-Signale erfolgt, indem:

– in einer ersten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden,
– in einer zweiten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und
– in einer dritten darauf folgenden Herzperiode die Relativverschiebung zwischen Gantry und Patient in Systemachsenrichtung erfolgt.

Durch dieses zuletzt beschriebene Verfahren ist es möglich, auch bei einem relativen hochfrequenten Herzrhythmus das sequentielle Verfahren durchzuführen. Hierdurch bleibt eine größere Zeitspanne für die Relativverschiebung zwischen Patient und Gantry, wodurch auch eine ausreichend große Zeitspanne bleibt, in der der Körper des Patienten nach der Beschleunigungs- und Abbremsphase zur Ruhe kommt, so dass der CT-Scan nicht durch ein „Nachwackeln" des Patienten aufgrund von starker Beschleunigung des Patiententisches gestört wird.
Einerseits kann nun mit dem zuvor beschriebenen Verfahren fortgefahren werden, oder es besteht auch hierbei die Möglichkeit bezüglich des Wechsels der Energiespektren so zu verfahren, dass

– in einer vierten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden,
– in einer fünften darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen und jeweils zugeordnetem Detektor insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und
– in einer sechsten darauf folgenden Herzperiode wieder die Relativverschiebung zwischen Gantry und Patient in Systemachsenrichtung erfolgt.

Das zuletzt beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Anzahl der Wechsel zwischen den einzelnen Energiespektren etwas geringer ausfällt, da hierbei jeweils das gleiche Energiespektrum über zwei Herzperioden, in denen gescannt wird, beibehalten wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während der Relativbewegung zwischen Patient und Gantry in Systemachsenrichtung, also in der Zeit in der keine Messdaten aufgenommen werden, keine Dosisleistung auf den Patienten abgestrahlt wird. Insbesondere gilt dieser Vorteil für die Variante des Verfahrens, in der die Relativverschiebung zwischen Patient und Gantry in einer separaten Herzperiode durchgeführt wird.
Insbesondere bei der Verwendung von CT-Systemen mit drei um 120° winkelversetzt angeordneten Röntgenquellen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn für die Sammlung von Projektionsdaten über einen Projektionswinkelbereich von mindestens 180° auch komplementäre Strahlen berücksichtigt werden.
Während bei einem CT-System mit zwei um 90° winkelversetzt angeordneten Strahlungsquellen bereits eine Gantrydrehung um 90° plus Fächerwinkel ausreicht, um einen vollständigen Satz von Projektionen über 180° zu erreichen, reicht bei einem System mit drei um 120° winkelversetzt angeordneten Strahlungsquellen bereits eine Drehung der Gantry um 60° plus Fächerwinkel aus, um einen vollständigen Projektionsdatensatz zu erhalten, allerdings ist es hierbei unbedingt notwendig auch komplementäre Strahlen, also entgegengesetzt gerichtete Strahlen, bei der Auswertung zu berücksichtigen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das zuvor beschriebene Verfahren nur über einen Teilbereich des Herzens erfolgt, wobei der restliche Scan des Patienten mit einem einzigen Energiespektrum erfolgt. Außerdem ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn mindestens zwei Energiespektren verwendet werden, die sich bezüglich ihres verwendeten Energiebereiches nicht überlappen.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren schlägt der Erfinder auch ein CT-System zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Patienten mit einem schlagenden Herzen, mit mindestens zwei winkelversetzt angeordneten Strahlungsquellen, die um eine Systemachse rotieren und den Patienten durchstrahlen, wobei die Absorption der Strahlung gemessen wird, und einer Steuer- und Recheneinheit mit einem Speicher, der Programmcode enthält, welcher im Betrieb die aufgenommenen Messdaten auswertet und die tomographischen Darstellungen rekonstruiert, vor, wobei erfindungsgemäß Programmcode im Speicher vorliegt, welcher die Verfahrensschritte der zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten durchführt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Dabei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System, 2: erste Röntgenröhre, 3: Gehäuse des ersten Detektors; 4; zweite Röntgenröhre; 5: Gehäuse des zweiten Detektors; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Patiententisch; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Programmspeicher; 12: Kontrastmittelpumpe; 13: EKG-Ableitungskabel; 14: Steuer- und Datenkabel für Gantry und Patiententisch; 15: Steuerkabel für Kontrastmittelpumpe; 16: EKG-Ableitung; 17: R-Peak; 18: Verlauf der Beschleunigungsspannung der Röntgenröhren; 19: Verlauf der Relativpositionen zwischen Gantry und Patient; 20: Verlauf des Röhrenstroms; 21: Dauer einer Herzperiode; 22.1: erster Strahlungsfilter, 22.2: zweiter Strahlungsfilter; 23: Herz; D_i: i-ter Detektor; F_i: i-ter Fokus; IR: Röhrenstrom; Prg₁–Prg_n: Programmcode; R_i: Zeitposition des R-Peaks; S_1.i: Strahlenfächer; S_2.i: Strahlenfächer, t: Zeit; U: Röhrenspannung; U_i: Röhrenspannung für das i-te Energiespektrum; z: z-Achse.
Es zeigen im Einzelnen:
1 ein erfindungsgemäßes CT-System in einer perspektivischen 3D-Darstellung;
2 einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes CT-System mit zwei um 90° versetzten Röntgenröhren;
3 einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes CT-System mit drei um 120° versetzten Röntgenröhren;
4 eine erste Variante des Zeitverhaltens zwischen Spannungsumschaltung bei der Röhrenspannung und Vorschub des Patiententisches; und
5 eine zweite Variante des Zeitverhaltens der Röhrenspannung, des Röhrenstroms und des Vorschubs in Relation zum EKG des Patienten.
Die 1 zeigt eine schematische 3D-Darstellung eines erfindungsgemäßen CT-Systems 1 mit zwei um 90° winkelversetzten Röhren-Detektor-Systemen 2, 3 und 4, 5, die auf einer Gantry in einem Gantrygehäuse 6 angeordnet sind. Ein Patient 7 befindet sich auf einem verschiebbaren Patiententisch 8 und wird über eine automatische Kontrastmittelpumpe 12 zu einem vorhergesehenen Zeitpunkt, zu dem der eigentliche Cardio-Scan beginnt, mit Kontrastmittel versehen, so dass eine verbesserte Gefäßdarstellung möglich ist. Erfindungsgemäß wird über eine Steuer- und Recheneinheit 10, in dessen Speicher 11 sich Computer-Programme Prg₁ bis Prg_n befinden, die Gantry und die daran angeordneten Röntgenröhren 2 und 4 einschließlich des Vorschubes des Patiententisches 8 über die Steuer- und Datenleitung 14 so gesteuert, dass zumindest in einem vorbestimmten Bereich des Patienten ein sequentieller Scan stattfindet, wobei die beiden hier gezeigten Röntgenröhren 2 und 4 während einer ersten Herzperiode, insbesondere während der Ruhephase der ersten Herzperiode, jeweils ein identisches Röntgenspektrum ausstrahlen, welches von den gegenüber liegenden Detektoren in den Detektorgehäusen 3 und 5 aufgenommen werden, während der Patient selbst sich ohne Vorschub im Messfeld der beiden Röntgenröhren 2, 4 befindet. Am Ende der Ruhephase der ersten Herzperiode wird die Beschleunigungsspannung der beiden Röntgenröhren umgeschaltet, so dass zu Beginn der Ruhephase der darauf folgenden zweiten Herzperiode diese beiden Röntgenröhren ein zweites Röntgenspektrum ausstrahlen, mit dem das Herz des Patienten während der zweiten Ruhephase mit Hilfe der beiden Röntgenröhren 2, 4 gescannt wird. Getriggert wird dieser Vorgang über die Ableitung eines EKGs des Patienten 7 über die EKG-Leitung 13, wobei in der Regel als Triggerimpuls die R-Zacke im EKG verwendet werden kann.
Nach Beendigung der beiden aufeinander folgenden Herzperioden kann zwischen dem Ende der Ruhephase der zweiten Herzperiode und dem Beginn der Ruhephase der dritten Herzperiode ein Vorschub mit dem Patiententisch 8 vorgenommen werden, so dass der Patient 7 in einer neuen Relativposition zur Gantry positioniert wird. Es ist aber auch möglich, dass für diesen Vorschub die Zeit einer gesamten dazwischen liegenden dritten Herzperiode verwendet wird. Dieser Ablauf kann weitergeführt werden, bis entweder ein bestimmter Bereich des Herzens oder das gesamte Herz vollständig mit Hilfe zweier Energiespektren gescannt worden ist. Die eigentliche Steuerung beziehungsweise der Ablauf dieses Verfahrens wird durch die in der Steuer- und Recheneinheit 10 enthaltenen Programme Prg₁ bis Prg_n gesteuert.
Die 2 und 3 zeigen zwei schematische Querschnitte durch CT-Systeme in der Ebene der Gantry.
Die 2 zeigt ein CT-System mit zwei Röntgenröhren 2 und 4, einschließlich der darin angeordneten Fokusse F₁ und F₂. Die Röntgenröhren 2 und 4 sind auf einer Ebene und um 90° winkelversetzt angeordnet, so dass deren Strahlenfächer S_1.1 bis S_1.n und S_2.1 bis S_2.n ebenfalls um 90° winkelversetzt vom jeweiligen Fokus F₁ beziehungsweise F₂ zum gegenüber liegenden Detektor D₁ beziehungsweise D₂ reichen. Durch die hier gezeigte Anordnung genügt eine Drehung der Gantry um den im Messfeld liegenden Patienten 7, insbesondere auch das darin angeordnete Herz 23, durch eine Drehung um 90° plus Fächerwinkel derart abzutasten, dass ein vollständiger Satz an Projektionen aufgenommen werden kann.
Entsprechendes gilt für das in der 3 dargestellte CT-System. Hier werden drei um 120° versetzt angeordnete Fokusse F₁, F₂ und F₃ dargestellt, denen gegenüber die Detektoren D₁, D₂ und D₃ angeordnet sind. Bei einem solchen CT-System genügt eine Drehung um 60° plus des Fächerwinkels der verwendeten Strahlungsfächer, um einen vollständigen Satz an Projektionen zur Rekonstruktion von Schnittbildern zu erhalten. Es ist allerdings bei der gezeigten Anordnung notwendig, dass auch komplementär ausgerichtete Strahlen bei der Sammlung von Parallelprojektionen verwendet werden. Da unter Vernachlässigung des Problems unterschiedlicher Strahlaufhärtung zwei entgegengesetzt gerichtete Strahlen, die den gleichen Weg zurücklegen, identische Absorption aufweisen, kann dies in erster Näherung auch angewendet werden.
Zwei Varianten des erfindungsgemäßen Zeitverhaltens des CT-Systems bezüglich der Steuerung der Röhrenspannung sind in den 4 und 5 dargestellt.
Die 4 zeigt im ersten oberen Diagramm den schematischen Verlauf eines EKG-Signals 16 mit den typischen R-Zacken 17, durch die bevorzugt die Triggerung der Umschaltung der Röhrenspannung und des schrittweisen Vorschubs der Patientenliege durchgeführt wird. Das EKG-Signal 16 ist hier über die Zeitachse t aufgetragen und wird in willkürlichen Millivolt-Einheiten des Spannungspotentials U dargestellt. Beispielhaft ist die Dauer einer Herzperiode 21 eingetragen, wobei auf der Zeitachse zusätzlich die Zeitpositionen der R-Peaks R_i aufgezeichnet sind.
Im mittleren Diagramm der 4 ist unter Verwendung der gleichen Zeitachse der Spannungsverlauf der Röhrenspannung U in willkürlichen Einheiten in kVp aufgetragen. Gleichzeitig ist in der unteren Graphik die Relativverschiebung zwischen Gantry und Patient in cm über die gleiche Zeitachse dargestellt. Wie aus diesen Graphiken zu erkennen ist, wird zunächst im ersten Intervall zwischen R₁ und R₂ eine Spannung U₁ an die Röntgenröhren angelegt. Nach Ende des ersten Inter valls wird die Spannung der Röntgenröhren auf U₂ angehoben, während gleichzeitig keine Relativbewegung zwischen Gantry und Patient erfolgt. Nach dem Ende des zweiten Intervalls bei R₃ wird das Spannungspotential entsprechend dem Verlauf 18 auf 0 gefahren, so dass die Dosisleistung ebenfalls den Wert 0 aufweist, während entsprechend dem Verlauf der Relativpositionen 19 die Relativposition zwischen Gantry und Patient von z₁ auf z₂ verfahren wird. Die Steuerung erfolgt hierbei so, dass vorzugsweise die Endposition ausreichend vor dem Beginn der nächsten Ruhephase erreicht wird, so dass während der darauf folgenden Ruhephase in der nächsten Herzperiode zwischen R₄ und R₅ keine Erschütterungen mehr am Patienten beziehungsweise an der Gantry auftreten und der nächste Scan, der nun mit der Spannung U₁ durchgeführt wird, ausgeführt werden kann. Darauf folgt nach dem Zeitpunkt R₅ wiederum eine Anhebung der Spannung auf U₂, so dass der nächste Scan während der nächsten Herzperiode zwischen R₅ und R₆ mit der zweiten Spannung U₂ erfolgen kann. Dieses Verfahren wird fortgeführt bis die Herzregion durchgescannt ist, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen den z-Positionen z₁ und z₂ maximal der Breite des Detektors in z-Richtung entspricht, so dass die gescannte Region ohne Lücken durchgescannt wird.
Die 5 zeigt nochmals eine ähnliche Darstellung wie in 4, jedoch ist zusätzlich der Verlauf 20 des Röhrenstroms IR/mA dargestellt. Wie in der 4 beginnt der Scan auch hier bei der Röhrenspannung U₁ über den Zeitbereich der ersten Periode R₁ bis R₂. Anschließend erfolgt ohne eine Änderung der Relativposition zwischen Gantry und Patient eine Erhöhung der Röhrenspannung auf den Betrag U₂, mit dem der Scan in der zweiten Herzperiode von R₂ bis R₃ ausgeführt wird. In der dritten Herzperiode wird die Beschleunigungsspannung U₂ der Röntgenröhre beibehalten, jedoch wird der Röhrenstrom nach dem Zeitpunkt R₂ auf null abgesenkt, so dass keine Dosisleitung ausgesandt wird und während dieser Zeit erfolgt der Vorschub des Patiententisches, so dass eine Änderung der Relativposition zwischen Gantry und Patient von der Position z₁ zur Position z₂ ausgeführt wird. Anschließend wird der Röhrenstrom wieder auf den Level I₂ hochgefahren und die Periode zwischen R₄ und R₅ wird der Röhrenspannung U₂ und dem Röhrenstrom I₂ ausgeführt. Danach erfolgt ein Absenken der Röhrenspannung auf U₁, während gleichzeitig der Röhrenstrom auf den Level I₁ angehoben wird, usw. Es wird hierbei darauf hingewiesen, dass nun die Röhrenspannung und die Röhrenströme entgegen gesetzt geregelt werden, so dass insgesamt die Dosisleistung, die von der Röntgenröhre ausgestrahlt wird, bei den unterschiedlichen verwendeten Röhrenspannungen identisch ist.
Es wird noch darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn der Positionswechsel zwischen den einzelnen Relativpositionen zwischen Gantry und Patient zwischen den Ruhephasen zwei aneinander grenzender Herzperioden erfolgt. Hierdurch wird ein schneller Durchlauf des Scans gewährleistet, jedoch kann es bei relativ hohen Herzfrequenzen der untersuchten Patienten zu hohen Beschleunigungswerten in der Phase der Positionierung kommen, die sich eventuell negativ auf die Bildqualität auswirken können.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Cardio-CT-Untersuchung eines Patienten (7) mit einem CT-System (1) mit mindestens zwei winkelversetzt auf einer Gantry (6) angeordneten Röntgenröhren (2, 4), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. es wird ein aktuelles EKG-Signal des Patienten (7) abgenommen, 1.2. Patient (7) und Gantry (6) werden relativ zueinander in Systemachsenrichtung sequentiell verschoben, während 1.3. die mindestens zwei winkelversetzt angeordneten Röntgenröhren (2, 4) zum Scan auf einer Kreisbahn um den Patienten (7) bewegt werden und Absorptionsdaten des Patienten (7) gemessen werden, 1.4. es werden mit ausgewählten Absorptionsdaten tomographische Darstellungen des Patienten (7) erstellt, dadurch gekennzeichnet, dass 1.5. an mindestens zwei sequentiell angesteuerten Relativpositionen zwischen Patient (7) und Gantry (6) der Patient (7) mit zwei unterschiedlichen Röntgenspektren gescannt wird, wobei 1.6. der Patient (7) an einer ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren (2, 4) zunächst mit einem ersten gleichen Röntgenspektrum gescannt wird, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von insgesamt mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind, 1.7. ohne Positionswechsel der Gantry (6) der Patient (7) an der ersten Relativposition durch mindestens zwei Röntgenröhren (2, 4) mit mindestens einem zweiten Röntgenspektrum gescannt wird, bis die Messdaten für Parallelprojektionen über eine Spanne von mindestens 180° an Projektionswinkeln aus einer vorbestimmten Herzphase gesammelt sind, und 1.8. anschließend die nächste Relativposition zwischen Patient (7) und Gantry (6) angefahren wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein CT-System (1) mit drei um 120° winkelversetzte Röntgenröhren verwendet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein CT-System (1) mit zwei um 90° winkelversetzte Röntgenröhren (2, 4) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Energiespektren der Strahlung durch Variation der Beschleunigungsspannung erreicht werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Energiespektren der Strahlung durch unterschiedliche Strahlungsfilter (22.1, 22.2) erreicht werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Röhrenstrom (I_R) bei der Veränderung des Energiespektrums derart angepasst wird, dass die applizierte Dosisleistung gleich bleibt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Patient (7) und Gantry (6) in Systemachsenrichtung durch ein Verfahren einer Patientenliege (8), auf der sich der Patient (7) befindet, in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Patient (7) und Gantry (6) in Systemachsenrichtung durch ein Verfahren der Gantry (6) in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung zwischen Patient (7) und Gantry (6) getriggert durch die aufgenommenen EKG-Signale (17) erfolgt, indem: 9.1. in einer ersten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, 9.2. in einer zweiten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und die Relativverschiebung zwischen Gantry (6) und Patient (7) in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Relativverschiebung gemäß Merkmal 9.2 wieder mit dem Merkmal 9.1 begonnen wird, bis eine vorbestimmte Herzregion gescannt ist.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung weiterhin erfolgt, indem: 11.1. in einer dritten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, 11.2. in einer vierten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und die Relativverschiebung zwischen Gantry (6) und Patient (7) in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Relativverschiebung gemäß Merkmal 11.2 wieder mit dem Merkmal 9.1 begonnen wird, bis eine vorbestimmte Herzregion gescannt ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung zwischen Patient (7) und Gantry (6) getriggert durch die aufgenommenen EKG-Signale (17) erfolgt, indem: 13.1. in einer ersten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, 13.2. in einer zweiten darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit einem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und 13.3. in einer dritten darauf folgenden Herzperiode die Relativverschiebung zwischen Gantry (6) und Patient (7) in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Relativverschiebung gemäß Merkmal 13.3 wieder mit dem Merkmal 13.1 begonnen wird, bis eine vorbestimmte Herzregion gescannt ist.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Energiespektren und die Relativverschiebung weiterhin erfolgt, indem: 15.1. in einer vierten Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem zweiten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, 15.2. in einer fünften darauf folgenden Herzperiode während der Ruhephase durch mindestens zwei Strahlenquellen (F_i) und jeweils zugeordnetem Detektor (D_i) insgesamt Projektionen über einen Winkelbereich von mindestens 180° mit dem ersten Energiespektrum erzeugt und erfasst werden, und 15.3. in einer sechsten darauf folgenden Herzperiode wieder die Relativverschiebung zwischen Gantry (6) und Patient (7) in Systemachsenrichtung erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Relativverschiebung gemäß Merkmal 15.3 wieder mit dem Merkmal 13.1 begonnen wird, bis eine vorbestimmte Herzregion gescannt ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Relativbewegung zwischen Patient (7) und Gantry (6) in Systemachsenrichtung keine Dosisleistung auf den Patienten (7) abgestrahlt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sammlung von Projektionsdaten über einen Pro jektionswinkelbereich von mindestens 180° auch komplementäre Strahlen berücksichtigt werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur über einen Teilbereich des Herzens (23) in Verbindung mit einem Scan mit einem einzigen Energiespektrum erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energiespektren verwendet werden, die sich nicht überlappen.
CT-System (1) zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines eines Patienten (7) mit einem schlagenden Herzen (23), mit 21.1. mindestens zwei winkelversetzt angeordneten Strahlungsquellen (F_i), die um eine Systemachse (9) rotieren und den Patienten (7) durchstrahlen, wobei die Absorption der Strahlung gemessen wird, und 21.2. einer Steuer- und Recheneinheit (10) mit einem Speicher (11), der Programmcode (Prg_i) enthält, welcher im Betrieb die aufgenommenen Messdaten auswertet und die tomographischen Darstellungen rekonstruiert, dadurch gekennzeichnet, dass 21.3. Programmcode (Prg_i) im Speicher (11) vorliegt, welcher die Verfahrensschritte eines der voranstehenden Verfahrensansprüche durchführt.