Es
besteht Bedarf an einer Einrichtung oder einem Verfahren zum Spezifizieren
der für
die Bildrekonstruktion benötigten
Projektionsdaten durch Berücksichtigung
der EKG-Informationen
und des Röhrenstromwertes,
wenn die Projektionsdaten durch Änderung
des Röhrenstroms
entsprechend der Phase eines vorbestimmten Herzschlags gewonnen
werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine auf
Strahlung basierende tomographische Bildgebungseinrichtung und ein
auf Strahlung basierendes tomographisches Bildgebungsverfahren zu
schaffen, Die es dem Bediener ermöglichen, die EKG-Informationen
sowie den Strahlungsröhrenstromwert
ohne einen komplexen Vorgang zu bestätigen und die für die Bildrekonstruktion benötigten Projektionsdaten
zu spezifizieren.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
ersten Aspekt enthält
einen Elektrokardiographen zum Messen des Herzschlags des Herzen
eines Objektes und zum Ausgeben elektrokardiographischer Wellensignale,
eine Eingabeeinheit zum Empfangen einer im Voraus festgelegten Phase
des Herzschlags, eine variable Abgabeeinheit zum Variieren der Strahlungsabgabe
in Abhängigkeit
von dem EKG-Wellensignal und der im Voraus festgelegten Phase und
eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen des EKG-Wellensignals, der Strahlungsabgabe
und des Rekonstruktionsdatenbereichs zur Erstellung eines tomographischen
Bildes. Mit dieser Anordnung wird es dem Bediener (einem Arzt oder
einem Radiologen) ermöglicht,
den Rekonstruktionsdatenbereich zur Erstellung eines tomographischen
Bildes zu bestätigen,
wobei das EKG-Wellensignal und die Strahlungsabgabe berücksichtigt
werden.
Bei
der tomographischen Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
zweiten Aspekt zeigt die Anzeigeeinheit das EKG-Wellensignal, den Strahlungsabgabezustand
und den Rekonstruktionsdatenbereich graphisch an. Bei dieser Anordnung wird
es dem Bediener ermöglicht,
intuitiv das EKG-Wellensignal,
den Strahlungsabgabezustand und den Rekonstruktionsdatenbereich
zu bestätigen.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
dritten Aspekt enthält
weiterhin Änderungsmittel
zum Verändern
des Rekonstruktionsdatenbereichs. Mit dieser Anordnung wird es dem
Bediener ermöglicht,
den Rekonstruktionsdatenbereich zur Erstellung des tomographischen
Bildes zu ändern,
wobei das EKG-Wellensignal und die Strahlungsabgabe berücksichtigt
werden.
Bei
der tomographischen Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
vierten Aspekt beeinflusst ein Änderungsmittel
den Rekonstruktionsdatenbereich, der an der Anzeigeeinheit in der
Richtung einer Zeitachse angezeigt wird. Mit dieser Anordnung wird
es dem Bediener ermöglicht,
einen Rekonstruktionsdatenbereich; der z.B. infolge von Herzrhythmusstörungen nicht
wünschenswert
ist, durch einen anderen Rekonstruktionsdatenbereich zu ersetzen
und den Bereich durch einen anderen zu ersetzen, um einen unpassenden
Zustand der Strahlungsabgabe zu vermeiden.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
fünften
Aspekt enthält
weiterhin mehrere Bereiche von Rekonstruktionsdaten, von denen eine
geeignete Anzahl von Bereichen durch die Änderungsmittel zur gleichen
Zeit in der Richtung der Zeitachse verändert werden kann. Mit dieser
Anordnung kann ein tomographisches Bild des Herzen von der benötigten Phase
gewonnen werden.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
sechsten Aspekt enthält weiterhin
mehrere Bereiche von Rekonstruktionsdaten, in denen die Änderungsmittel
wenigstens einen Bereich Rekonstruktionsdaten löschen oder hinzufügen, um
den Rekonstruktionsdatenbereich zu ändern. Durch Löschen eines
Bereiches, der beim Rekonstruieren eines tomographischen Bildes
zu einem Hindernis wird, kann ein klares tomographisches Bild gewonnen
werden.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
siebten Aspekt enthält
weiterhin eine Eingabeeinheit zum Eingeben einer vorbestimmten Phase
in den Herzschlägen,
wobei die Strahlungsabgabe von der variablen Abgabeeinheit bei der
vorbestimmten Phase von dem EKG-Wellensignal variiert. Mit dieser
Anordnung kann die Bestrahlungsdosis für das Objekt minimiert werden, während der
Bediener Projektionsdaten mit der erforderlichen Herzphase gewinnen
kann.
Bei
der tomographischen Strahlungsbildgebungseinrichtung gemäß einem
achten Aspekt enthält
die Strahlung Röntgenstrahlung.
Wegen des sehr großen
Rauschabstandes (SNR) kann auf dem Bild eine sehr kleine Differenz
in der Durchlässigkeit gegenüber Röntgenstrahlen
erkannt werden.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
neunten Aspekt enthält
einen Schritt der Ausgabe einer elektrokardiographischen Welle zum
Messen des Herzschlags des Herzen des Objektes zur Ausgabe als ein EKG-Wellensignal, einen
Phaseneingabeschritt zum Eingeben einer vorbestimmten Phase des
Herzschlags des Herzen, einen variablen Abgabeschritt zum Variieren
der Strahlungsabgabe in Abhängigkeit von
dem EKG-Wellensignal und der vorbestimmten Phase, einen Bestimmungsschritt
zum Bestimmen, ob das auf der Grundlage der Projektionsdaten, die anhand
der variierten Strahlungsabgabe gewonnen worden sind, wiederhergestellte
tomographische Bild gut oder nicht gut ist, und einen Anzeigeschritt
zum Anzeigen des EKG-Wellensignals, der Strahlungsabgabe und des
Rekonstruktionsdatenbereichs zur Erstellung eines tomographischen
Bildes zur gleichen Zeit, wenn das Bild nicht gut ist. Mit dieser
Anordnung wird es dem Bediener ermöglicht, den Bereich der Rekonstruktionsdaten
zum Erstellen eines tomographischen Bildes zu bestätigen, wobei
das EKG-Wellensignal und die Strahlungsabgabe berücksichtigt werden.
Bei
dem tomographischen Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
zehnten Aspekt zeigt der Anzeigeschritt das EKG-Wellensignal, den
Strahlungsabgabezustand und den Bereich der Rekonstruktionsdaten
graphisch an. Bei dieser Anordnung wird es dem Bediener ermöglicht,
das EKG-Wellensignal, den Strahlungsabgabezustand und den Rekonstruktionsdatenbereich
intuitiv zu bestätigen.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
elften Aspekt enthält weiterhin
einen Änderungsschritt
zum Ändern
des Bereiches der Rekonstruktionsdaten.
Bei
dieser Anordnung wird es dem Bediener ermöglicht, den Bereich der Rekonstruktionsdaten zum
Erstellen eines tomographischen Bildes zu verändern, wobei das EKG-Wellensignal
und die Strahlungsabgabe berücksichtigt
werden.
Bei
dem tomographischen Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
zwölften
Aspekt verändert
der Änderungsschritt
den Bereich der Rekonstruktionsdaten durch Bearbeiten des Bereiches
der Rekonstruktionsdaten, der in der Richtung der Zeitachse auf
der Anzeigeeinheit angezeigt wird. Bei dieser Anordnung wird es
dem Bediener ermöglicht,
den Rekonstruktionsdatenbereich, der z.B. infolge von Herzrhythmusstörungen nicht
wünschenswert
ist, durch einen anderen Rekonstruktionsdatenbereich zu ersetzen
und den Bereich durch einen anderen zu ersetzen, um einen unpassenden
Zustand der Strahlungsabgabe zu vermeiden.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
dreizehnten Aspekt enthält
weiterhin mehrere Bereiche der Rekonstruktionsdaten, und die Änderungsmittel
können
eine willkürliche
Anzahl von Bereichen in der Richtung der Zeitachse zur gleichen
Zeit ändern.
Bei dieser Anordnung kann leicht ein tomographisches Bild bei der
erforderlichen Phase des Herzens gewonnen werden.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
vierzehnten Aspekt enthält
weiterhin mehrere Bereiche von Rekonstruktionsdaten, in denen die Änderungsmittel
wenigstens einen Bereich von Rekonstruktionsdaten löschen oder
hinzufügen,
um den Rekonstruktionsdatenbereich zu ändern. Bei dieser Anordnung
kann leicht ein tomographisches Bild bei der benötigten Phase des Herzen gewonnen
werden.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
fünfzehnten
Aspekt enthält
weiterhin einen Rekonstruktionsschritt zum Wiederherstellen eines
tomographischen Bildes unter Verwendung der Rekonstruktionsdaten
des in dem Änderungsschritt
veränderten
Bereiches unter den Projektionsdaten, die unter Veränderung
der Strahlungsabgabe gewonnen worden sind. Bei dieser Anordnung
wird es dem Bediener ermöglicht,
das tomographische Bild mit den Rekonstruktionsdaten des veränderten
Bereiches zu bestätigen.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
sechzehnten Aspekt enthält
weiterhin einen Phaseneingabeschritt zum Eingeben einer vorbestimmten
Phase des Herzschlags des Herzen, so dass sich die Strahlungsabgabe
durch den variablen Abgabeschritt in der vorbestimmten Phase von
dem EKG-Wellensignal ändert. Mit
dieser Anordnung kann z.B. die Bestrahlungsdosis der Strahlung für das Objekt
minimiert werden, während
der Bediener zur gleichen Zeit die Projektionsdaten des erforderlichen
Zustands des Herzen erhalten kann.
Das
tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
siebzehnten Aspekt kann durch ein Verschieben der Strahlungsquelle und
des beweglichen Tisches, der auf sich das Objekt trägt, in Synchronisation
in Abhängigkeit
von dem EKG-Wellensignal, nämlich
in einem helikalen Scann, ein tomographisches Bild des Herzen gewinnen.
In
dem tomographischen Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß einem
achtzehnten Aspekt enthält
die Strahlung Röntgenstrahlen.
Wegen des sehr hohen Rauschabstandes (SMR) kann auf dem Bild ein
sehr geringer Unterschied in der Durchlässigkeit gegenüber Röntgenstrahlen
erkannt werden.
Die
tomographische Strahlungsbildgebungseinrichtung oder das tomographische
Strahlungsbildgebungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
eine Steigerung der Effizienz bei der Diagnose eines Objektes wegen
der verbesserten Funktionsfähigkeit
zu der Zeit, wenn ein tomographisches Bild des Herzen durch den
Bediener bestätigt wird.
Die Einrichtung oder das Verfahren kann ein tomographisches Bild
mit minimalen Bewegungsartefakten durch Körperbewegung gewinnen. Weiterhin kann
Bestrahlungsdosis des Objektes verringert werden.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
1 zeigt
eine Übersicht über die
Röntgen-CT-Einrichtung 1 gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Inhalte der Synchronisationsscannverarbeitung
eines Elektrokardiographen gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 zeigt
ein schematisches Diagramm, das den Bereich der Projektionsdaten
darstellt, wenn ein helikaler Scann durchgeführt wird, und
4 zeigt
einen graphischen Anzeigebildschirm, der auf einem Monitor 56 dargestellt
wird.
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
Übersicht über eine
Röntgen-CT-Einrichtung Nun
unter Bezug auf 1: Es ist eine Übersicht über eine
Röntgen-CT-Einrichtung
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Wie in der Figur gezeigt enthält die Einrichtung eine Gantry 100 zum
Aussenden von Röntgenstrahlen
auf das Objekt und zum Erkennen der das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen
und eine Bedienungskonsole 50 zum Wiederherstellen eines
tomographischen Röntgenbildes
auf der Grundlage der von der Gantry 100 übertragenen
Daten und zum Ausgeben und Anzeigen des Bildes.
Die
Gantry 100 enthält
eine CT-Steuerungseinheit 140 zum Steuern der Gesamtheit
und ist mit einer vielfältigen
Ausrüstung
verbunden, wie es unten beschrieben ist.
Innerhalb
der Gantry sind eine Röntgenröhre 102,
die die Quelle der Röntgenstrahlen
ist, eine Röntgenröhrensteuerung 103,
die mit der Röntgenröhre 102 verbunden
ist, ein Kollimator 120 mit einer Öffnung zum Begrenzen des Strahlungsbereichs
der Röntgenstrahlen,
ein Öffnungssteuerungsmotor 121 zum
Einstellen der Öffnungsbreite
des Kollimators 120 und eine Öffnungssteuerungsmotor-Ansteuereinheit 122 zum
Betreiben des Öffnungssteuerungsmotors 121 vorhanden.
Die durch den Kollimator 120 hindurchtretenden Röntgenstrahlen
werden zur Bildung eines Röntgenstrahlenbündels in
der Form eines Fächers
(Fächerstrahl)
entlang der Drehrichtung der Gantry 100 geformt, wobei
der Fächerstrahl durch
die Begrenzung des Röntgenstrahlenbereiches
durch den Kollimator 120 erzeugt wird. Das auf einem Tisch 111 liegende
Objekt (Patient) wird durch einen Tischmotor 112 in der Richtung
der Körperachse
des Objektes (Patient) (oder in der Richtung einer z-Achse, die
im Wesentlichen mit der Richtung der Körperachse des Objektes zusammenfällt) angetrieben.
Der Tischmotor 112 wird durch eine Tischmotor-Ansteuereinheit 113 betrieben.
Ebenfalls
innerhalb der Gantry 100 ist eine Röntgendetektoreinheit 104 vorhanden,
die aus mehreren Reihen in der Richtung der Elemente (die mit der
Richtung der z-Achse identisch ist) von mehreren Detektoren bestehende
Detektorkanäle
aufweist, die eine Länge überspannen,
die auf dem Fächerwinkel
(von in einer üblichen
Anordnung näherungsweise
60°) basiert.
Die Röntgendetektoreinheit 104 kann
z.B. aus einer Kombination aus Szintillatoren und Fotodioden aufgebaut
sein. Die Anordnung ist nicht darauf beschränkt, sondern die Röntgendetektoreinheit 104 kann
z.B. aus Halbleiter-Röntgendetektorelementen
unter Verwendung von Kadmiumtellurid (CdTe) oder aus Röntgendetektorelementen vom
Ionisationskammertyp unter Verwendung von Xenongas (Xe) bestehen.
Die
Gantry 100 enthält
mehrere Datenakquisitionssysteme (DAS) 105, die jeweils
die Ausgabe von dem Detektorkanal als Projektionsdaten erfassen.
Das Datenakquisitionssystem 100 besteht aus einer einzigen
oder mehreren Einheiten (z.B. 4, 8, 16 oder 32 Einheiten), die jeweils
mit der Röntgendetektoreinheit 104 verbunden
sind. Eine als 4DAS bezeichnete Einheit, die vier Datenakquisitionssysteme aufweist,
kann z.B. allgemein vier Reihen von Detektorkanälen aufweisen, die in der Richtung
der Elemente angeordnet sind, und ist während der Zeit, in der die
Röntgenröhre 102 eine
Umdrehung ausführt, zum
Akquirieren von vier Schichtbildern in der Lage. Die Röntgenröhre 102 und
die Röntgen detektoreinheit 104 sind
auf einander gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung
oder des Objektes angeordnet. Eine Rotationseinheit 130 ist
zum Drehen um das Objekt herum vorhanden, wobei die einander gegenüberliegende
geometrische Beziehung der Röntgenröhre 102 und
der Röntgendetektoreinheit 104 beibehalten wird.
Die Rotationseinheit 130 ist mit einem Rotationsmotor 131 verbunden,
und eine Rotationsmotor-Ansteuereinheit 132 und
wird zum Drehen mit einer Umdrehung pro 0,3 Sekunden bis 1,0 Sekunden durch
die Rotationsmotor-Ansteuereinheit 132 gesteuert.
Es sollte hier erkannt werden, dass es auch eine Gantry 100 mit
auf dem gesamten Umfang der Gantry angeordneten Detektoreinheiten 104 gibt,
wobei sich nur eine Röntgenröhre 102 dreht.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf das System angewandt werden,
bei dem sich nur die Röntgenröhre 102 dreht.
Weiterhin
ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Elektrokardiograph 150, der die Herzschlagbewegung
in ein elektrisches Signal umwandelt, an dem Objekt angebracht,
um die Herzschlagrate des Objektes zu erfassen. Dies wird für den elektrokardiographischen
Synchronisationsscann verwendet, wie später beschrieben wird.
Die
CT-Steuerungseinheit 140 ist mit der Bedienungskonsole 50 verbunden,
so dass diese miteinander kommunizieren. Auf eine Anweisung von der
Bedienungskonsole 50 gibt die CT-Steuerungseinheit 140 Steuersignale
an die Röntgenröhrensteuerung 103,
die Tischmotor-Ansteuereinheit 113, die Öffnungssteuerungsmotor-Ansteuereinheit 122,
die Rotationsmotor-Ansteuereinheit 132 und das Datenakquisitionssystem 105 aus.
Die von dem Datenakquisitionssystem 105 erfassten Daten
werden zur Bildrekonstruktion an die Bedienungskonsole 50 übertragen.
Die
Röntgen-CT-Einrichtung 1 stellt
einen Vollscannmodus, in dem aus den Projektionsdaten von 360° ein Bild
wiederhergestellt wird, und einen Halbscannmodus zur Verfügung, in
dem aus den Projektionsdaten von 180° plus Fächerwinkel ein Bild wiederhergestellt
wird, so dass der Bediener willkürlich
auswählen
kann. In dem Vollscannmodus kann ein tomographisches Bild von hoher
Qualität
rekonstruiert werden, während
die Bildqualität
des tomographischen Bildes in dem Halbscannmodus in gewissem Maße geopfert
werden kann, aber die Scanngeschwindigkeit höher ist und daher der Halbscannmodus
den Vorteil aufweist, dass die Dosis der Röntgenbestrahlung für das Objekt
verringert wird.
Die
Bedienungskonsole 50 ist eine sog. Workstation, die ein
ROM 52 zum Speichern des Bootprogramms, ein RAM 53,
das als Hauptspeichereinrichtung arbeitet, und eine die gesamte
Einrichtung steuernde CPU 54 aufweist, wie es in der Figur gezeigt
ist.
Ein
Festplattenlaufwerk 51 speichert ein Betriebssystem, und
ein Bildverarbeitungsprogramm, das der Gantry 100 verschiedene
Anweisungen gibt, stellt auf der Grundlage der von der Gantry 100 empfangenen
Daten ein tomographisches Röntgenbild wieder
her und führt
einen Anzeigevorgang durch. Ein VRAM 55 ist ein Speicher
zum Expandieren der anzuzeigenden Bilddaten, und die darin expandierten
Bilddaten können
auf einem Monitor 56 angezeigt werden. Die Bedienung erfolgt über eine
Tastatur 57 und eine Maus 58.
In
der Röntgen-CT-Einrichtung 1,
wie sie oben beschrieben ist, kann die Akquisition der Projektionsdaten
wie folgt durchgeführt
werden.
Zuerst
verschiebt der Tischmotor 112 den Tisch, der das darauf
angeordnete Objekt trägt,
innerhalb der Öffnung
der Gantryrotationseinheit 130 in der Richtung der z-Achse
mit einer im Voraus festgelegten Geschwindigkeit. Die Rotationseinheit 130 rotiert,
während
die Röntgenröhre 102 ein
Röntgenstrahlenbündel auf
das Objekt aussendet. Die durchgedrungenen Röntgenstrahlen werden von der
Röntgendetektoreinheit 104 erkannt.
Die Erkennung der durchgedrungenen Röntgenstrahlen wird von der Röntgenröhre 102 und
der Röntgendetektoreinheit 104,
die sich in mehreren Ansichtswinkeln N (z.B. N = 1000) um das Objekt
herum drehen (d.h. durch Ändern
des Strahlungswinkels (Ansichtswinkels)), für 180° plus Fächerwinkel durchgeführt. Die
auf diese Weise erkannten, durchgedrungenen Röntgenstrahlen werden von dem
Datenakquisitionssystem 105 zur Übertragung als Projektionsdaten
an die Bedienungskonsole 50 in einen digitalen Wert umgewandelt.
Diese Sequenz bildet eine Einheit und wird als ein „Scann" bezeichnet. Wie
zu sehen ist wird die Projektionsdatenakquisition durch ein Bewegen
des Tisches 111 mit einer im Voraus festgelegten Geschwindigkeit
im Synchronismus mit der Änderung des
Strahlungswinkels zum Bewegen der Scannposition (die Röntgenröhre 102 und
die Röntgendetektoreinheit 104 drehen
sich auf einer schraubenförmigen Bahn
um das Objekt herum) als das Verfahren eines „helikalen Scann" bezeichnet. Obwohl
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der helikale Scann beschrieben worden ist, wird das Gleiche auch
auf das axiale Scannverfahren angewandt, bei dem der Tischmotor 112 in
Richtung der z-Achse sequentiell in Schritten betrieben wird und
die Gantryrotationseinheit 130 um das Objekt herum gedreht
wird, um die Projektionsdaten zu akquirieren.
Die
Bedienungskonsole 50 zeigt auf dem Monitor 56 die
Eingabeinformationen, den erforderlichen Vorgang für die Bildrekonstruktion
oder ein tomographisches Bild an, das gemäß der im Voraus festgelegten
Berechnung auf der Grundlage der Regeln von Radon für die übertragenen
Projektionsdaten rekonstruiert worden ist.
Elektrokardiogramm-Synchronisationsscann
durch die Röntgen-CT-Einrichtung 1
Nun
unter Bezug auf das in 2 gezeigte Flussdiagramm: Das
Elektrokardiogramm-Synchronisationsscannverfahren 200 des
Herzen wird genauer beschrieben.
Ein
das Flussdiagramm aus 2 implementierendes Programm
ist in dem Bildverarbeitungsprogramm enthalten, das auf dem Festplattenlaufwerk 51 der
Bedienungskonsole 50 gespeichert ist und von der CPU 54 ausgeführt wird,
wenn es in das RAM 53 geladen worden ist.
Das
gezeigte Verfahrensbeispiel beschreibt einen Scannvorgang zur Durchführung eines
helikalen Scanns an dem Herzen und um dieses herum zum Zwecke der
Diagnose des Herzen. Es ist gleichermaßen möglich, einen Scannvorgang zum
Zwecke der Diagnose eines anderen Organs zur gleichen Zeit durchzuführen, aber
zum Zwecke der Klarheit wird nur die Diagnose des Herzen beschrieben.
In
dem Schritt 201 verwendet der Bediener (ein Arzt oder ein
Radiologe) die Tastatur 57 und die Maus 58 zur
Eingabe der vorbestimmten Informationen und bestätigt die Eingabeinformationen
an dem Monitor 56 und leitet danach einen Scoutscann ein. Ein
Scoutscann ist ein Scann, bei dem die Röntgenröhre 102 stationär in einer
gegebenen Stellung gehalten wird (d.h. die Rotationseinheit 130 dreht
sich nicht, um einen konstanten Strahlungswinkel zu halten), während der
Tisch 111 mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung
der Körperachse
verschoben wird, und es werden kontinuierlich Röntgenstrahlen ausgesandt, um
die Projektionsdaten (Transmissionsdaten) zu gewinnen, um ein Transmissionsbild des
Objektes zu erhalten. Das auf diese Weise gewonnene Transmissions-
bzw. Durchstrahlungsbild des Objektes wird als ein Scoutbild bezeichnet.
Nach
dem Empfangen der Ausführungsanweisung
für einen
Scoutscann von der Bedienungskonsole 50 führt die
Gantry 100 den von der Ausführungsanweisung geforderten
Scoutscann durch. Die Bedienungskonsole 50 empfängt die
Transmissionsbilddaten, die von der Röntgendetektoreinheit 104 und
dem Datenakquisitionssystem 105 übertragen worden sind, und
speichert die Daten in dem RAM 53.
In
dem Schritt 202 wird das in dem RAM 53 gespeicherte
Scoutbild auf dem Monitor 56 angezeigt. Der Bediener bestätigt das
auf dem Monitor 56 angezeigte Scoutbild, während er
zur gleichen Zeit die Startposition und die Endposition des EKG-Synchronisationsscanns
unter Verwendung der Maus 58 als Vorbereitung des EKG-Synchronisationsscanns des
Herzen (Schritt 203) festlegt. Das Segment zwischen der
Startposition und der Endposition des EKG-Synchronisationsscanns
ist das EKG-Synchronisationsscannsegment. Danach ordnet der Bediener
unter Verwendung der Tastatur 57 und der Maus 58 die
Ausführung
eines EKG-Synchronisationsscanns an.
In
dem Schritt 204 werden aus dem Elektrokardiogramm des EKG-Geräts 150 die
EKG-Informationen R erfasst. Der Be wegungszustand des Herzen (systolische
Phase, diastolische Phase) kann aus der EKG-Informationen R erkannt
werden. Das Intervall zwischen einem vorausgegangenen Herzschlag (R-Zacke
der QRS-Welle) und einer nachfolgenden Spitze (R-Zacke der QRS-Welle)
der EKG-Informationen R wird gewöhnlich
als ein RR-Intervall bezeichnet. Der Bediener legt die Phase als
relative Position zu dem RR-Intervall (Prozentwert) fest, und die
Projektionsdaten werden um die festgelegte Phase extrahiert. Wenn
man z.B. das tomographische Bild am Ende einer diastolischen Phase
des Herzen bestätigen
möchte,
muss die Phase unter Verwendung der Tastatur 57 auf 70-80%
gesetzt werden. Wenn man das tomographische Bild am Ende der systolischen Phase
des Herzen bestätigen
möchte,
muss die Phase unter Verwendung der Tastatur 57 auf 35-45%
gesetzt werden. Der Einstellwert wird durch die CT-Steuerungseinheit 140 an
die Röntgenröhrensteuerung 103 gesendet.
Zusätzlich zu
der Einstellung der Phase der relativen Position des RR-Intervalls
legt der Bediener auch den Röhrenstrom
mA fest. Wenn die Abgabeleistung der Röntgenröhre 102 zum Beispiel 40 kW beträgt, legt
der Bediener die Röntgenleistung
bei einem MIN-Wert (z.B. näherungsweise
0 kW bis 10 kW) und einem MAX-Wert (z.B. 20 kW bis 30 kW) fest.
Dieser MIN-Wert und MAX-Wert werden ebenfalls durch die CT-Steuerungseinheit 140 an
die Röntgenröhrensteuerung 103 gesendet.
In der MIN-Einstellung ist es vorzuziehen, wenigstens einige mA
Röhrenstrom
einzustellen. Indem dies getan wird, können die Projektionsdaten für die Bildrekonstruktion
selbst im Falle von Herzrythmusstörungen akquiriert werden.
In
dem folgenden Schritt 205 wird die Röntgenröhrensteuerung 103 entsprechend
den EKG-Informationen R gesteuert. Konkreter enthält die Röntgenröhrensteuerung 103 eine
Hochfrequenzinvertereinrichtung, und der Röhrenstrom mA, der durch die Hochfrequenzinvertereinrichtung
fließt,
wird im Synchronismus mit dem Herzschlagzyklus des Objektes, der
durch den Elektrokardiographen 150 erkannt worden ist,
gesteuert, um die Strahlungsintensität der Röntgenstrahlung von der Röntgenröhre 102 zu
variieren. Wenn sich das Herz ausdehnt oder zusammenzieht können die
durch das Datenakquisitionssystem 105 gewonnenen Projektionsdaten
größere Bewegungsartefakte
aufweisen, so dass die Daten für
die Bildrekonstruktion häufig
ungeeignet sind. Wenn die Phase der relativen Position des RR-Intervalls
in dem Schritt 204 auf 75% festgesetzt worden ist, steuert
die Röntgenröhrensteuerung 103 die Röntgenröhre 102 so
an, dass die Röntgenstrahlungsabgabe
in dem Bereich der Phase von 60% bis 90% die MAX-Einstellung annimmt,
und die Röntgenröhrensteuerung 103 steuert
die Röntgenröhre 102 so
an, dass die Röntgenstrahlungsabgabe
außerhalb dieses
Bereiches die MIN-Einstellung annimmt. Es ist vorzuziehen, dass
das ansteigende Intervall von der MIN zu der MAX-Einstellung der
Röntgenstrahlungsabgabe
und das abfallende Intervall von der MAX- zu der MIN-Einstellung der Röntgenstrahlungsabgabe
so kurz wie möglich
sind.
In
dem Schritt 206 wird parallel zu dem Schritt 205 die
Rotationsgeschwindigkeit der Gantryrotationseinheit 130 so
festgesetzt, dass sie sich mit der Herzrate des Objektes, die durch
den Elektrokardiographen 150 erkannt worden ist, im Synchronismus
befindet. Der angezeigte Wert der Rotationsgeschwindigkeit. kann
durch den Bediener verändert werden.
Anstatt direkt die Ausgabe der Detektion durch den Elektrokardiographen 150 für die Berechnung
der Rotationsgeschwindigkeit der Gantryrotationseinheit 130 zu
verwenden, gibt der Bediener die Herzrate über die Tastatur 57 ein,
und die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationseinheit 130 kann
aus der Informationseingabe berechnet werden.
In
dem Schritt 207 wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches 111 durch
den Tischmotor 112 und die Tischmotor-Ansteuereinheit 113 entsprechend
der in dem Schritt 205 bestimmten Rotationsgeschwindigkeit
der Gantryrotationseinheit 130 gesteuert. Die Bewegungsgeschwindigkeit
des Tisches 111 wird zum Gewinnen des tomographischen Bildes,
das für
die Diagnose des Herzen geeignet ist, nicht nur durch die Rotationsgeschwindigkeit
der Gantryrotationseinheit 130, sondern auch durch die Anzahl
der Datenakquisitionssysteme 105 (4DAS, 8DAS etc.) und
durch den helikalen Pitch bestimmt. Der Ausdruck „helikaler
Pitch" bezieht sich
hierin auf das Ausmaß der
Verschiebung des Tisches 111, während die Gantry sich um den
Akquisitionswinkel der Projektionsdaten dreht, der für die Bildrekonstruktion
eines tomographischen Bildes erforderlich ist, das von einem Datenakquisitionssystem 105 gewonnen
wird. Die Einstellung des helikalen Pitchs wird unter Bezug auf 3 beschrieben.
In
dem Schritt 208 werden die Projektionsdaten des Herzen
durch das Datenakquisitionssystem 105 erfasst. Die Verfahrensschritte
von 205 bis 208 sind die Schritte des prospektiven
EKG-Verfahrens.
Die
oben beschriebenen Verfahrensschritte können wie folgt darstellend
beschrieben werden. Die Herzschlagwelle des Objektes wird unter
Verwendung des Elektrokardiographen 150 zum Messen der
Herzrate eingegeben. Danach wird die Ro tationsgeschwindigkeit der
Rotationseinheit 130 so festgelegt, dass sie in einem Herzzyklus
zum Ausführen
eines Scanns z.B. um 180° plus
Fächerwinkel
rotiert. Bei einem solchen Scann schreitet der anfängliche
Strahlungswinkel der Rotationseinheit 130 für jede Hälfte eines
Herzzyklus um den Fächerwinkel fort.
Die Menge der von der Röntgenröhre 102 ausgesandten
Röntgenstrahlung
wird nur während
der erforderlichen Periode intensiviert. Indem dies getan wird,
können
die zur Bildrekonstruktion eines tomographischen Bildes in einer
speziellen Phase (z.B. der systolischen Phase des Herzen) des Herzschlags
des Objektes benötigten
Projektionsdaten (die Projektionsdaten für 180° plus Fächerwinkel im Fall des Halbscannmodus,
die Projektionsdaten für 360° im Fall
des Vollscannmodus) extrahiert werden. Die Bildrekonstruktion wird
auf der Grundlage der auf diese Weise extrahierten Projektionsdaten
durchgeführt.
Mit dem oben beschriebenen Rekonstruktionsverfahren kann in der
Theorie ein klares tomographisches Bild gewonnen werden, das keine
durch den Herzschlag hervorgerufenen Artefakte aufweist.
Es
gibt Fälle,
in denen der Herzschlag des Objektes nicht stabil ist. Der Herzschlag
steigt z.B. allmählich
an, weil der Patient, der sich einer CT-Untersuchung unterzieht,
den Atem anhält,
oder der Herzschlag ist aufgrund von Herzrhythmusstörungen nicht
stabil. In dem Schritt 209 stellt der Bediener fest, ob
ein klares tomographisches Bild ohne Artefakte erfasst worden ist.
Wenn das tomographische Bild klar ist, endet das Verfahren; wenn
das tomographische Bild nicht klar ist, schreitet das Verfahren
zu dem Schritt 210 fort, um das Bild gemäß dem retrospektiven
EKG-Verfahren wiederherzustellen.
Helikaler
Pitch in dem helikalen Scann
Nun
unter Bezug auf 3: Es ist der Projektionsdatenbereich
gezeigt, wenn im Falle der Vorrichtung mit mehreren Datenakquisitionssystemen 105 ein
helikaler Scann durchgeführt
wird. In der Figur ist eine Bildrekonstruktion durch Extrahieren
des Projektionsdatenbereiches, der für eine 180°-Rekonstruktion (180° + Fächerwinkel
= etwa 240°)
erforderlich ist, dargestellt.
Die
Achse der Ordinate bezeichnet die Richtung der Körperachse zur Zeit des Scanns.
Die Achse der Abszisse bezeichnet die Aufnahmezeit beginnend bei
dem Start des Scanns als Umdrehungswinkel (π): Der helikale Pitch ist als
der als B eingezeichnete Winkel dargestellt, und der helikale Pitch
ist größer, wenn
der Winkel spitzer ist. Die Anzahl der Datenakquisitionssysteme 105 beträgt in dem
Fall von 3 vier, wobei diese mit DAS1,
DRS2, DAS3 und DAS4 bezeichnet sind. Die EKG-Informationen R sind
ebenfalls eingezeichnet. Das von einer gestrichelten Linie eingeschlossene
Parallelogramm G bezeichnet den Projektionsdatenbereich, der in
Synchronisation mit den EKG-Informationen R zu extrahieren ist,
und das Parallelogramm G enthält
vier Mengen von Projektionsdaten, die von den Datenakquisitionssystemen 105 von
DAS1 bis DAS4 akquiriert werden.
Der
rechteckige Rahmen kennzeichnet den rekonstruierbaren Bereich. Das
retrospektive EKG-Bildgebungsverfahren ist in dem Schichtbereich
von den anhand des Herzschlags extrahierten Projektionsdaten möglich. RECON1
bezeichnet den rekonstruierbaren Bereich des ersten Herzschlags, RECON2
bezeichnet den rekonstruierbaren Bereich des zweiten Herzschlags,
und RECON3 bezeichnet den rekonstruierbaren Bereich des dritten
Herzschlags. Wenn der helikale Pitch größer ist, überlappen sich RECON1 und RECON2
in der Richtung der Körperachse
nicht, sondern bilden eine Lücke
in dem Rekonstruktionsbereich, so dass die EKG-Synchronisationsrekonstruktion
in diesem Abschnitt nicht möglich
ist. Demnach ist die Einstellung des helikalen Pitchs in dem Schritt 207 aus 2 bedeutend.
Ein Rekonstruktionsbild kann in einer gegebenen Phase des Herzschlags
durch Ändern
oder Verschieben der Extraktionsposition der Projektionsdaten erzeugt werden.
Bildrekonstruktion
in dem retrospektiven EKG
Das
retrospektive EKG gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie es oben in dem Schritt 210 aus 1 beschrieben
worden ist, wird mit Bezug auf 4 genauer
beschrieben.
4 zeigt
eine graphische Bildschirmanzeige, die auf dem Monitor 56 dargestellt
wird, zum Einstellen der Konfiguration des retrospektiven EKG. In
der graphischen Anzeige ist die Abszisse die Zeitachse, wobei die
EKG-Informationen
R von dem Elektrokardiographen 150 oben auf dem Bildschirm des
Monitors 56 angezeigt werden, und der Röhrenstrom mA zum Verändern der
Strahlungsintensität der
Röntgenstrahlung
von der Röntgenröhre 102 wird
in der Nähe
davon angezeigt. Der Röhrenstrom mA ändert sich
innerhalb des Bereiches zwischen dem MIN-Wert und dem MAX-Wert,
wie es oben in dem Schritt 204 aus 2 beschrieben
worden ist. Ein Scannabschnitt SF (wobei die einzelnen Scannabschnitte
in der Zeichnung mit SF1 bis SF5 benannt sind) wird über die
EKG-Informationen R und den Röhrenstrom
mA gelegt.
Der
Scannabschnitt SF bezeichnet den Bereich der Rekonstruktionsdaten
zur Erstellung eines tomographischen Bildes des Objektes in dem
Falle, in dem die Anzahl der Datenakquisitionssysteme 105 eins
beträgt.
Wie oben in dem Verarbeitungsschritt des prospektiven EKG-Verfahrens
unter Bezug auf 2 beschrieben worden ist, kann
durch ein Kombinieren der sich mit einer vorbestimmten konstanten Drehzahl
drehenden Gantry 100 mit einer Halbscann-Rekonstruktion
für eine
Bildrekonstruktion aus den Projektionsdaten von 180° plus Fächerwinkel
z.B. eine Zeitauflösung
von 0,2 Sekunden bis 0,5 Sekunden erreicht werden. Jeder der in 4 gezeigten
Scannabschnitte SF1 bis SF5 weist z.B. eine zeitliche Breite von
etwa 0,3 Sekunden auf.
An
dem unteren Ende jedes der Scannabschnitte SF1 bis SF5 sind Markierungen
bzw. Schaltflächen
M vorhanden (in der Figur sind die Markierungen mit M1 bis M5 bezeichnet).
In der rechten unteren Ecke des Bildschirms des Monitors 56 ist
eine Rekonstruktionsschaltfläche 24 zum
Umschalten des Bildschirms von dem Konfigurationsbildschirm des retrospektiven
EKG auf den Bildschirm des tomographischen Bildes auf der Grundlage
des festgelegten Scannabschnitts SF vorhanden.
Die
Bedienung des graphischen Anzeigebildschirms für die Konfiguration des retrospektiven EKG,
der auf dem Monitor 56 dargestellt wird, wird genauer beschrieben.
Es muss hier erkannt werden, dass die folgende Beschreibung nur
eine beispielhafte Ausführungsform
ist und beliebige andere Formen dafür eingesetzt werden können.
Die
Maus 58 wird verwendet, um mit dem Zeiger 20 auf
eine beliebige der Markierungen M1 bis M5 auf dem Monitor 56 zu
zeigen. Danach wird die Maus 58 angeklickt, um die Markierung
M in einer durch den Pfeil 22 bezeichneten Querrichtung
zu bewegen (wobei der Pfeil auf dem Monitor 56 nicht dargestellt
zu sein braucht, sondern in 4 nur zur
Erläuterung
eingezeichnet ist), um die Richtung der Zeitachse (Phase innerhalb
des RR-Intervalls) eines beliebigen der Scannabschnitte SF1 bis
SF5 zu beeinflussen. Der Bediener erkennt zum Beispiel, dass der
Zeitbereich, in dem der Röhrenstrom
mA der Röntgenröhre 102 von
MIN auf MAX übergeht,
von dem Scannabschnitt SF4 überlappt
wird. In dem Scannabschnitt SF4 ändert
sich die Emissionsintensität
der Röntgenstrahlung,
weil sich der Röhrenstrom
mA ändert,
so dass das sich ergebende Bild als ein tomographisches Bild wahrscheinlich
undeutlich sein wird. Der Bediener zeigt dann mit dem Zeiger 20 auf
die Markierung M4 und klickt die Maus 58 an, um die Markierung
M4 zu der linken Seite des Bildschirms hin zu bewegen. Auf diese
Weise kann der Scannabschnitt SF4 in eine Stellung bewegt werden,
wo der Röhrenstrom
mA auf MAX gesetzt ist.
Der
Bediener kann auch eine gegebene Mehrzahl von Markierungen M aus
den Markierungen M1 bis M5 mit dem Zeiger 20 durch Anklicken
bei gleichzeitigem Gedrückthalten
der Shift-Taste auf der Tastatur 57 auswählen, um
diese Scannabschnitte SF auf einmal in der Richtung der Zeitachse
zu bewegen. In dem Schritt 204 in 2 ist diese
Vorgehensweise z.B. in dem Fall effizient, wenn das durch das prospektive
EKG-Verfahren durch Festlegen der relativen Position des RR-Intervalls
durch den Bediener auf 75% wiederhergestellte tomographische Bild nicht
die erwartete Phase des Herzens ist, und wenn ein tomographisches
Bild einer anderen Phase, spezieller 73% der relativen Position,
erwünscht
ist.
Wahlweise
kann ein bestimmter Scannabschnitt SF gelöscht werden. Es werde angenommen, dass
der Bediener erkennt, dass aufgrund einer Beobachtung der EKG-Informationen
R Anzeichen für Herzrythmusstörungen FR
vorliegen und z.B. der Scannabschnitt SF3 die QRS-Welle des arrhythmischen
Herzschlags überlappt
(d.h. die relative Position des RR-Intervalls befindet sich bei
0%). In einem solchen Fall wählt
der Bediener mit dem Zeiger 20 die Markierung M3 aus und
drückt
danach die Delete-Taste auf der Tastatur 57, um den Scannabschnitt SF3
zu löschen,
weil das tomographische Bild um die Herzrythmusstörung FR
herum nutzlos ist. In diesem Fall verschwindet der Scannabschnitt
SF3 von dem Bildschirm des Monitors 56. Andererseits erscheint die
Markierung M3 immer noch auf dem Bildschirm, so dass der Bediener
erkennen kann, dass der Scannabschnitt SF3 gelöscht worden ist. Wenn der Scannabschnitt
SF3 von dem Monitor 56 verschwunden ist, erscheint der
Scannabschnitt SF3 wieder bereit zur Verwendung als Rekonstruktionsdatenbereich auf
dem Monitor 56, wenn der Bediener einen Doppelklick auf
der Markierung M3 ausführt.
Weiterhin
kann ein bestimmter Scannabschnitt SF hinzugefügt werden. Es wird z.B. angenommen,
dass der Bediener in dem Schritt 204 die relative Position
des RR-Intervalls auf 75% festlegt. Außer dem wiederhergestellten
tomographischen Bild kann ein anderes tomographisches Bild einer
anderen Phase (z.B. mit der relativen Position bei 71%) gewonnen
werden. Wenn der Bediener mit dem Zeiger 20 einen Doppelklick
auf der Add-Schaltfläche 26 ausführt, erscheint
ein weiterer neuer Scannabschnitt SF auf dem Monitor 56.
Dem Bediener wird es dann ermöglicht,
die Markierung dieses neuen Scannabschnitts SF durch den Zeiger 20 zu
einer Pha se, z.B. mit der relativen Stellung bei 71%, zu bewegen. Diese
Einstellung wird für
die Rekonstruktion eines weiteren tomographischen Bildes als Rekonstruktionsdatenbereich
verwendet.
Nach
der Handhabung des Scannabschnitts SF auf dem Monitorbildschirm
der Einstellungskonfiguration des retrospektiven EKG wird durch
den Bediener, der mit dem Zeiger 20 auf die Schaltfläche „Rekonstruieren" 24 klickt,
nach dem Vorgang des Scannabschnitts SF ein tomographisches Bild
zur Darstellung gebracht. Wenn dieses tomographische Bild noch nicht
das erwartete ist, kann der Bildschirm durch Klicken mit dem Zeiger 20 auf
eine Schaltfläche,
die beim Anzeigen des tomographischen Bildes erscheint, zum Einstellen
des retrospektiven EKG auf den in 4 gezeigten
Bildschirm umgeschaltet werden.
In
der obigen Beschreibung ist die Markierung M als auf dem Monitor 56 angezeigt
beschrieben. Alternativ kann ein bestimmter Scannabschnitt SF auch
durch direktes Klicken auf einen Scannabschnitt SF ohne ein Anzeigen
der Markierung M gelöscht,
hinzugefügt
oder bewegt werden. Weiterhin ist ein Graph der EKG-Informationen
R als oben auf dem Bildschirm des Monitors 56 und ein Graph
des Röhrenstroms
mA als genau darunter angezeigt beschrieben. Die Anordnung oder
das Layout ist jedoch nicht darauf beschränkt. Während ein Scannabschnitt SF
mit den EKG-Informationen R und dem Röhrenstrom mA überlappend
dargestellt ist, kann der Scannabschnitt auch ohne Überlappung
entlang des Graphen der EKG-Informationen R angeordnet dargestellt
sein.
Weiterhin
ist 4 als ein Bildschirm nur für die Einstellungskonfiguration
des retrospektiven EKG beschrie ben worden. Ein Bildschirm für die Einstellungskonfiguration
des retrospektiven EKG kann jedoch auf dem Monitor 56 hinzugefügt werden,
um zur gleichen Zeit ein tomographisches Bild anzuzeigen. Obwohl
der Bildschirm für
die Einstellung des retrospektiven EKG kleiner werden kann, kann
ein tomographisches Bild nach einer Änderung der Einstellung ohne
die Notwendigkeit, jedes Mal den Bildschirm umzuschalten, wenn ein
Scannabschnitt SF neu konfiguriert worden ist, überprüft werden.
Es
werden eine strahlungsbasierte tomographische Bildgebungseinrichtung 100 und
ein strahlungsbasiertes tomographisches Bildgebungsverfahren 200 geschaffen,
die es ermöglichen,
dass die EKG-Informationen und der Stromwert einer Röntgenröhre überwacht
werden, während
für die
Bildrekonstruktion erforderliche Projektionsdaten gewonnen werden.
Das tomographische Strahlungsbildgebungsverfahren 200 zum
Erstellen eines tomographischen Bildes eines Objektes mittels der
Strahlung von der Strahlungsquelle 102 enthält einen EKG-Wellen-Ausgabeschritt 204 zum
Messen des Herzschlags des Herzen des Objektes zur Ausgabe als EKG-Wellensignal
R, einen variablen Abgabeschritt 205 zum Variieren der
Strahlungsabgabe in Abhängigkeit
von dem EKG-Wellensignal, einen Bestimmungsschritt 209 zum
Feststellen, ob das auf der Grundlage der Projektionsdaten, die
durch die Strahlungsabgabe gewonnen worden sind, die variiert worden
ist, rekonstruierte tomographische Bild gut oder nicht gut ist;
und einen Anzeigeschritt 210 zum Anzeigen des EKG-Wellensignals, der
Strahlungsabgabe und des Rekonstruktionsdatenbereiches zum Erstellen
eines tomographischen Bildes, wenn das Bild nicht gut ist.
Die
vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, kann
durch den Betrieb der Bedienungskonsole 50 der Röntgen-CT-Einrichtung 1 umgesetzt
werden, wobei es jedoch gleichermaßen möglich ist, das Verfahren auf
einem unabhängigen Terminal
(einer Workstation, einem Personal Computer etc.) auszuführen, das
von der Bedienungskonsole 50 verschieden ist. Es wird von
Fachleuten erkannt, dass in gleicher Weise vielfältige Abwandlungen und Änderungen
an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne
von dem technischen Geist und Bereich derselben abzuweichen.