DE102007050889B4

DE102007050889B4 - Method and tomography apparatus for generating tomographic images at different movement phases of a periodically moving organ of a patient

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Publication number: DE102007050889B4
Application number: DE102007050889A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Raupach; Herbert Dr. Bruder; Bernhard Dr. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: DE102007050889A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen (24, 25) eines sich periodisch bewegenden Organs eines Patienten (20), bei dem zu jeder der abzubildenden Bewegungsphasen (24, 25) unter Auswertung eines die Bewegung des Organs darstellenden Bewegungssignals (26) Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst und zu einem Bild verrechnet werden, bei dem ein Tomographiegerät (1) eingesetzt wird, welches eine mit einem Röhrenstrom (I) beaufschlagbare Röntgenröhre (2) und einen Detektor (5) aufweist,
1.1 wobei getriggert durch das Bewegungssignal (26) zu einer ersten Bewegungsphase (24) des Organs Projektionen in einem ersten Zeitfenster (28) und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase (25) des Organs Projektionen in einem zweiten Zeitfenster (29) erfasst werden,
1.2 wobei eine Modulation des Röhrenstroms (I) derart erfolgt, dass in dem ersten und dem zweiten Zeitfenster (28, 29) zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal- zu Rauschverhältnisses in den erzeugten Bildern unterschiedliche Werte des Röhrenstroms (I2, I1) eingestellt werden...A method for generating tomographic images at different movement phases (24, 25) of a periodically moving organ of a patient (20) in which to each of the motion phases to be imaged (24, 25) evaluating a motion signal (26) representing the movement of the organ projections recorded in a plurality of different projection directions and are charged to an image, in which a tomography device (1) is used, which has a with a tube current (I) acted upon X-ray tube (2) and a detector (5),
1.1 wherein triggered by the movement signal (26) to a first movement phase (24) of the organ projections in a first time window (28) and at least a second movement phase (25) of the organ projections in a second time window (29) are detected
1.2 wherein a modulation of the tube current (I) is such that in the first and the second time window (28, 29) to achieve a predetermined different signal to noise ratio in the images generated different values of the tube current (I2, I1) are set. ..

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Tomographiegerät zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen eines sich periodisch bewegenden Organs eines Patienten, bei dem zu jeder der abzubildenden Bewegungsphasen unter Auswertung eines die Bewegung des Organs darstellenden Bewegungssignals Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst und zu einem Bild verrechnet werden.The The invention relates to a method and a tomography device for generating Tomographic images at different stages of a movement periodically moving organ of a patient in which to each of the motion phases to be imaged under evaluation of the movement of the organ representing motion signal projections from a Variety of different projection directions captured and to be charged to a picture.

Bei medizinischen Bildaufnahmen zur Abbildung des Herzens und insbesondere der herznahen Blutgefäße besteht generell das Problem, dass der aufzunehmende Untersuchungsbereich infolge des Herzschlags einer ständigen periodischen Bewegung unterliegt, aufgrund derer tomographische Bilder nur dann miteinander vergleichbar sind, wenn sie zu gleichen Phasen eines Herzzyklus aufgenommen wurden. Dieser Umstand ist insbesondere bei Computertomographieuntersuchungen problematisch, bei denen die zu erzeugenden tomographischen Bilder durch Rückprojektion einer Vielzahl von aus unterschiedlichen Projektionswinkeln erfassten Projektionen berechnet werden. Die Rückprojektion gelingt in der Regel nur dann störungsfrei, wenn die zugrunde gelegten Projektionen eine im Wesentlichen identische Phase des Herzzyklus abbilden. Eine durch Arrhythmien des Herzschlages verursachte Verschiebung der Abtastung in Bezug auf die Phase äußert sich in Bewegungsartefakten im resultierenden tomographischen Bild.at medical images for imaging the heart and in particular the blood vessels close to the heart exists Generally the problem that the included study area as a result of the heartbeat of a permanent is subject to periodic movement, due to which tomographic Pictures are comparable only if they are the same Phases of a cardiac cycle were recorded. This circumstance is particular problematic in computed tomography examinations in which the to be generated tomographic images by rear projection of a variety of projections acquired from different projection angles be calculated. The back projection usually succeeds only then trouble-free, if the underlying projections are essentially identical Depict the phase of the cardiac cycle. One by arrhythmias of the heartbeat caused shift of the scan in relation to the phase manifests itself in motion artifacts in the resulting tomographic image.

Aus der DE 199 57 083 A1 ist ein Verfahren zur Untersuchung des Herzens bekannt, bei dem unter Auswertung eines vom Patienten abgeleiteten EKG-Signals Projektionen zu ein und derselben Phase aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen gewonnen werden, so dass eine Rekonstruktion eines das Herz darstellenden tomographischen Bildes mit geringen Bewegungsartefakten möglich ist. Es existieren zwei Verfahrung zur EKG-gesteuerten Erfassung von Projektionen, die sich vom Ansatz prinzipiell unterscheiden lassen.From the DE 199 57 083 A1 A method for examining the heart is known in which, by evaluating a patient-derived ECG signal, projections are obtained for one and the same phase from a multiplicity of different projection directions, so that a reconstruction of a tomographic image representing the heart with low movement artifacts is possible , There are two ways of ECG-controlled recording of projections that differ in principle from the approach.

Bei dem ersten Ansatz werden während der gesamten Zyklusdauer der Herzbewegung Projektionen erfasst und zusammen mit dem EKG-Signal abgespeichert. Die Rekonstruktion eines tomographischen Bildes erfolgt im Anschluss an die Datenerfassung, wobei mit Hilfe des EKG-Signals retrospektiv Projektionen zu definierten Phasen ausgewählt werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich beliebige Bewegungsphasen des Herzens durch entsprechende Wahl der Datenintervalle darstellen lassen. Voraussetzung zur retrospektiven Rekonstruktion von tomographischen Bildern ist jedoch, dass der Patient während der gesamten Abtastung mit voller Röntgendosis bestrahlt wird, so dass deutlich mehr Röntgendosis als erforderlich appliziert wird.at the first approach will be during the total cycle time of the heart movement projections recorded and stored together with the ECG signal. The reconstruction of a tomographic image takes place after the data acquisition, using the ECG signal to retrospectively define projections Phases selected become. An advantage of this method is that any Movement phases of the heart by appropriate choice of data intervals let represent. Prerequisite for retrospective reconstruction from tomographic images, however, is that the patient during the entire scan with full x-ray dose is irradiated, so that significantly more X-ray dose than required is applied.

Bei dem zweiten Ansatz zur EKG-gesteuerten Erfassung von Projektionen wird die R-Zacke des EKG-Signals dazu benutzt, die Abtastung mit einer wählbaren Verzögerung nach einer registrierten R-Zacke auszulösen. In der Regel werden die Verzögerung und damit der Startzeitpunkt der Abtastung nach der R-Zacke aus der aktuellen RR-Intervalldauer ermittelt, z. B. in Prozent zur Intervalldauer. Da diese prospektiv aus der Dauer der vorangegangenen Herzzyklen abgeschätzt werden muss, besteht die Gefahr, dass sich durch Arrhythmien des Herzschlages die Phasenlage der Bewegung gegenüber den vergangenen Herzzyklen geändert hat. Ein Vorteil der prospektiven Rekonstruktion von tomographischen Bildern ist, dass der Röhrenstrom so moduliert wird, dass nur in einem kleinen Zeitintervall Röntgendosis appliziert wird.at the second approach to ECG-controlled acquisition of projections the R-wave of the ECG signal is used to sample with a selectable one delay trigger after a registered R-wave. In general, the delay and hence the start time of the scan after the R wave from the current one RR interval duration determined, eg B. in percent to the interval duration. As these prospectively from the duration of previous cardiac cycles estimated there is a risk that arrhythmias of the Heartbeat the phase of the movement compared to the past heart cycles changed Has. An advantage of the prospective reconstruction of tomographic Pictures is that the tube current is modulated so that only in a small time interval x-ray dose is applied.

Aus der US 7 236 559 B2 ist beispielsweise ein solches Verfahren zur Untersuchung des Herzens bekannt, bei dem unter Auswertung eines vom Patienten abgeleiteten EKG-Signals zu zwei denselben Bewegungszustand des Herzens darstellenden Be wegungsphasen Projektionen erfasst werden. Zum Zwecke einer Materialauswertung werden die Projektionen zu den beiden Bewegungsphasen durch Modulation der Röhrenspannungen bei zwei unterschiedlichen Röntgenspektren erfasst.From the US Pat. No. 7,236,559 B2 For example, such a method for examining the heart is known in which, evaluating a patient-derived ECG signal to two the same state of motion of the heart representing Be wegungsphasen projections are detected. For the purpose of a material evaluation, the projections for the two phases of motion are recorded by modulation of the tube voltages in two different X-ray spectra.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Tomographiegerät zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen eines sich periodisch bewegenden Organs eines Patienten so auszugestalten, dass sich eine dem Patienten applizierte Röntgendosis darüber hinaus reduzieren lässt.task The present invention is a method and a tomography apparatus for generating Tomographic images of different phases of movement of a to shape the periodically moving organ of a patient in such a way Beyond that, an X-ray dose applied to the patient can be reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen eines sich periodisch bewegenden Organs gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Die Aufgabe wird außerdem von einem Tomographiegerät gemäß dem Anspruch 9 gelöst.These The object is achieved by a method for generating tomographic images at different phases of movement of a periodically moving Organ according to the independent claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method are the subject of under claims 2 through 8. The task will also work from a tomography device according to the claim 9 solved.

Die Erfinder haben erkannt, dass sich die applizierte Röntgendosis zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen dann weiter reduzieren lässt, wenn die Abtastung entsprechend einer zur Beantwortung der medizinischen Fragestellung notwendigen Mindestbildqualität der darzustellenden Bewegungsphase durchgeführt wird. Bei der Bilderzeugung wird der Röhrenstrom zu dem jeweiligen Zeitfenster, in welchem Projektionen für die Rekonstruktion einer bestimmten Bewegungsphase des Organs gesammelt werden, so eingestellt, dass ein vorgebbares Mindestsignal- zu Rauschverhältnis in dem erzeugten Bild erzielbar ist, wobei zwischen den beiden Zeitfenstern der Röhrenstrom auf einen niedrigen Wert runtergeregelt wird. Mit diesen während der Abtastung eingestellten mindestens drei unterschiedlichen Werten des Röhrenstroms wird erreicht, dass die dem Patienten applizierte Röntgendosis signifikant reduziert wird.The inventors have recognized that the applied X-ray dose for generating tomographic images at different movement phases can be further reduced if the scanning is carried out in accordance with a minimum image quality of the movement phase to be represented in order to answer the medical question. In imaging, the tube current is collected at the respective time window in which projections for the reconstruction of a certain phase of movement of the organ are collected, adjusted so that a predetermined minimum signal to noise ratio in the generated image can be achieved, between the two time windows, the tube current is down-regulated to a low value. With these at least three different values of the tube current set during the scan, it is achieved that the X-ray dose applied to the patient is significantly reduced.

Bei diesem Vorgehen wird also berücksichtigt, dass nicht jede Bewegungsphase des Herzens in gleich guter Bildqualität dargestellt werden muss. So ist es beispielsweise zur Bestimmung der Ejektionsfraktion des Herzens ausreichend, wenn die Phase der maximalen Kontraktion (Endsystole) mit vergleichsweise niedriger Bildqualität dargestellt wird. Andererseits ist es in vielen Fällen gleichzeitig erforderlich, dass die Enddiastole mit einer hohen Bildqualität, d. h. mit einem sehr hohen Signal- zu Rauschverhältnis, abgebildet wird.at this approach is taken into account that not every phase of the heart's movement is presented in equally good image quality must become. For example, it is for determining the ejection fraction of the heart sufficiently when the phase of maximum contraction (Final systole) with comparatively low image quality becomes. On the other hand, in many cases it is necessary at the same time that the end diastole with a high image quality, d. H. with a very high Signal to noise ratio, is shown.

Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder vor, dass getriggert durch das Bewegungssignal zu einer ersten Bewegungsphase des Organs Projektionen in einem ersten Zeitfenster und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase des Organs Projektionen in einem zweiten Zeitfenster erfasst werden, wobei eine Modulation des Röhrenstroms derart erfolgt, dass in dem ersten und in dem zweiten Zeitfenster zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal- zu Rauschverhältnisses in den erzeugten Bildern unterschiedliche Werte des Röhrenstroms eingestellt werden, und wobei zwischen den Zeitfenstern der Röhrenstrom auf einen Wert abgesenkt wird, der unterhalb der Werte der Röhrenströme in den beiden Zeitfenstern liegt. Zur Darstellung von zwei unterschiedlichen Bewegungsphasen wird die Röhrenstrommodulation also mit insgesamt drei verschiedenen Niveaus durchgeführt.Corresponding In this basic idea, the inventors propose that triggered by the movement signal to a first movement phase of the organ Projections in a first time window and at least one second movement phase of the organ projections in a second Time windows are detected, wherein a modulation of the tube current such that in the first and in the second time window to achieve a predeterminable different signal-to-noise ratio in the generated images different values of the tube current be set, and wherein between the time windows of the tube current is lowered to a value which is below the values of the tube currents in the both time windows lies. To represent two different ones Movement phases become the tube current modulation So with a total of three different levels performed.

Vorzugsweise wird zwischen den beiden Zeitfenstern der Röhrenstrom auf den Wert Null abgesenkt. Zwischen den Zeitfenstern wird somit keinerlei Röntgendosis dem Patienten appliziert, wodurch sich die Strahlenbelastung durch die Untersuchung für den Patienten weiter reduziert.Preferably is between the two time slots of the tube current to the value zero lowered. Between the time windows, therefore, no X-ray dose applied to the patient, thereby reducing the radiation exposure the investigation for further reduced the patient.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Tomographiegerät eignet sich insbesondere für Cardio-CT-Untersuchungen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist daher das zu untersuchende Organ das Herz des Patienten. Weiterhin werden vorteilhaft als erste Bewegungsphase die Endsystole und als zweite Bewegungsphase die Enddiastole zur Erzeugung tomographischer Bilder ausgewählt. Für diese beiden Bewegungsphasen können die tomographischen Bilder für Diagnosezwecke in einer sehr unterschiedlichen Qualität dargestellt werden, so dass die Ersparnis der applizierten Röntgendosis für diese Situation besonders groß ist.The inventive method or the tomography device according to the invention is suitable especially for Cardio-CT examinations. In an advantageous embodiment of Invention is therefore the organ to be examined the heart of the patient. Furthermore, as the first movement phase, the end-systole becomes advantageous and as a second movement phase the end diastole for generating tomographic Pictures selected. For this both movement phases can the tomographic images for Diagnostic purposes presented in a very different quality so that the saving of the applied x-ray dose for this Situation is particularly great.

Prinzipiell können mit dem Verfahren und dem Tomographiegerät auch andere Organe des Patienten untersucht werden, beispielsweise die Lungen des Patienten.in principle can with the method and the tomography device, other organs of the patient be examined, for example, the lungs of the patient.

Bei Herzuntersuchungen wird zur Erfassung des Bewegungssignals vorzugsweise ein EKG-Signal vom Patienten abgeleitet, da dieses Signal eine besonders hohe Korrelation zum Bewegungszustand des Herzens aufweist.at Cardiac examinations are preferred for detecting the motion signal an ECG signal derived from the patient as this signal is a particular has high correlation to the state of motion of the heart.

Da die Lage der Zeitfenster in Bezug auf die R-Zacke des Herzzyklus prospektiv zuverlässig geschätzt werden muss, werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Anfangszeitpunkt und ein Endzeitpunkt zu jedem der Zeitfenster unter Berücksichtigung mindestens eines Schwankungsparameters bestimmt, wobei der Schwankungsparameter eine Unregelmäßigkeit der periodischen Bewegung des Organs charakterisiert. Dadurch passt sich die Abtastung dynamisch an auftretende Änderungen der Herzfrequenz an. Änderungen der Herzfrequenz können beispielsweise durch ergometrische Belastung und durch den Einsatz von Kontrastmittel, beispielsweise durch den Einsatz von Adenosin, entstehen. Als Schwankungsparameter wird beispielsweise vorteilhaft der Trend der Periodendauer der analysierten Perioden verwendet, wie z. B. aus DE 10 2005 036 963 B3 bekannt.Since the position of the time windows with respect to the R-wave of the cardiac cycle must be prospectively reliably estimated, in an advantageous embodiment of the invention, an initial time and an end time are determined for each of the time windows taking into account at least one fluctuation parameter, wherein the fluctuation parameter is an irregularity of the periodic Characterized movement of the organ. As a result, the sample adapts dynamically to changes in the heart rate. Changes in the heart rate can be caused, for example, by ergometric stress and by the use of contrast agents, for example by the use of adenosine. As a fluctuation parameter, for example, advantageously the trend of the period of the analyzed periods is used, such. B. off DE 10 2005 036 963 B3 known.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sind in den folgenden schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:embodiments The invention and further advantageous embodiments of the invention according to the subclaims shown in the following schematic drawings. Show it:

1 ein erfindungsgemäßes Computertomographiegerät in einer perspektivischen 3D-Darstellung und 1 a computed tomography device according to the invention in a perspective 3D representation and

2 ein Zeitverhalten der Strommodulation des Röhrenstroms in Relation zum EKG-Signal des Patienten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 a time behavior of the current modulation of the tube current in relation to the ECG signal of the patient according to an embodiment of the invention.

In 1 ist ein Mehrschicht-Computertomographiegerät 1 der dritten Generation schematisch dargestellt. Dessen Messanordnung weist eine Röntgenröhre 2 mit einer dieser vorgelagerten quellennahen Einblendvorrichtung 3 und einen als mehrzeiliges oder flächenhaftes Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen 4 ausgebildeten Röntgendetektor 5 auf. In der Darstellung der 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur vier Zeilen von Detektorelementen 4 dargestellt. Der Röntgendetektor kann jedoch weitere Zeilen von Detektorelementen 4 auch mit unterschiedlicher Breite b aufweisen. Die Röntgenröhre 2 mit der Einblendvorrichtung 3 einerseits und der Röntgendetektor 5 mit seiner nicht dargestellten Strahlenblende andererseits sind an einem Drehrahmen einander gegenüberliegend angebracht. Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 geht von einem Fokus 8 der Röntgenröhre 2 ein pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel aus, welches durch die einstellbare Einblendvorrichtung 3 eingeblendet wird und dessen Randstrahlen in der 1 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet sind.In 1 is a multi-slice computed tomography device 1 the third generation shown schematically. Its measuring arrangement has an X-ray tube 2 with one of these upstream near-source fade-in device 3 and a multi-line or areal array of multiple rows and columns of detector elements 4 trained x-ray detector 5 on. In the presentation of the 1 For the sake of clarity, only four lines of detector elements are used 4 shown. The X-ray detector, however, may have additional rows of detector elements 4 also have different width b. The x-ray tube 2 with the insertion device 3 egg nerseits and the X-ray detector 5 with its beam aperture, not shown, on the other hand are mounted opposite each other on a rotating frame. In operation of the computed tomography device 1 goes from a focus 8th the X-ray tube 2 a pyramidal X-ray beam, which through the adjustable insertion device 3 is faded in and its marginal rays in the 1 with the reference number 6 are designated.

Der Drehrahmen kann mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung um eine Systemachse 7 in Rotation versetzt werden. Die Systemachse 7 verläuft parallel zu der z-Achse eines in 1 dargestellten räumlichen rechtwinkligen Koordinatensystems. Die Spalten des Röntgendetektors 5 verlaufen ebenfalls in Richtung der z-Achse, während die Zeilen, deren Breite b in Richtung der z-Achse gemessen wird und beispielsweise 1 mm beträgt, quer zu der Systemachse 7 bzw. der z-Achse verlaufen.The rotating frame can by means of a drive device, not shown, about a system axis 7 be set in rotation. The system axis 7 runs parallel to the z-axis of an in 1 shown spatial rectangular coordinate system. The columns of the X-ray detector 5 also extend in the direction of the z-axis, while the rows whose width b is measured in the direction of the z-axis and, for example, 1 mm, transverse to the system axis 7 or the z-axis.

Um den Patienten 20 in den Strahlengang des Röntgenstrahlbündels bringen zu können, ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vor gesehen, die parallel zu der Systemachse 7 verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebung erfolgt derart, dass eine Synchronisation zwischen der Rotationsbewegung des Drehrahmens und der Translationsbewegung der Lagerungsvorrichtung 9 vorliegt, wobei das Verhältnis von Translations- zu Rotationsgeschwindigkeit durch Vorgabe eines gewünschten Wertes für den Vorschub h der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umdrehung des Drehrahmens einstellbar ist (Pitchwert). Die Abtastung verläuft auf diese Weise spiralförmig um den Untersuchungsbereich.To the patient 20 into the beam path of the X-ray beam, is a storage device 9 seen in front, which is parallel to the system axis 7 slidably arranged. The displacement is such that a synchronization between the rotational movement of the rotary frame and the translational movement of the storage device 9 is present, wherein the ratio of translational to rotational speed by specifying a desired value for the feed h of the storage device 9 is adjustable per revolution of the rotating frame (pitch value). The scan thus spirals around the examination area.

Die Röntgenröhre 2 wird von einer Generatoreinheit 13 mit den notwendigen Spannungen und Strömen beaufschlagt. Um diese auf die jeweils notwendigen Werte einstellen zu können, ist der Generatoreinheit 13 eine Steuereinheit 14 mit Tastatur 15 zugeordnet, welche die notwendigen Einstellungen gestattet. Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des Computertomographiegerätes 1 erfolgt mittels der Steuereinheit 14 und der Tastatur 15. Unter anderem kann die Anzahl der aktiven Zeilen von Detektorelementen 4 und damit die Position der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen Strahlenblende eingestellt werden, wozu die Steuereinheit 14 mit der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen Strahlenblende zugeordneten Verstelleinheiten 16, 17 verbunden ist. Weiterhin kann auch die Rotationszeit eingestellt werden, mit der der Drehrahmen um den Untersuchungsbereich rotiert.The x-ray tube 2 is from a generator unit 13 subjected to the necessary voltages and currents. In order to be able to set these to the respectively necessary values, the generator unit is 13 a control unit 14 with keyboard 15 assigned, which allows the necessary settings. Also the other operation and control of the computed tomography device 1 takes place by means of the control unit 14 and the keyboard 15 , Among other things, the number of active rows of detector elements 4 and thus the position of the insertion device 3 and the optional detector-near beam stop are adjusted, to which the control unit 14 with the insertion device 3 and the optional detector-near beam aperture associated adjustment units 16 . 17 connected is. Furthermore, it is also possible to set the rotation time with which the revolving frame rotates around the examination area.

Durch den Betrieb des Computertomographiegerätes 1 kann auf diese Weise ein Untersuchungsvolumen abgetastet werden, indem sich ein periodisch bewegendes Organ des Patienten 20, beispielsweise ein Herz des Patienten, befindet. Bei der spiralförmigen Abtastung werden unter Rotation des Drehrahmens gleichzeitig Translationsbewegungen der Lagerungsvorrichtung 9 ausgeführt, so dass Projektionen entlang der Spiralbahn 18 aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden. Die Projektionen werden über eine Datenaufbereitungseinheit 10 an eine Bildrechnereinheit 11 übermittelt, wo sie zu einem Schichtbild verrechnet werden. Das so berechnete Schichtbild ist anschließend auf einer Anzeigeeinheit 12 darstellbar. Ein entsprechendes Programm zum Betrieb des Computertomographiegerätes 1 ist in einem Speicher 19 abgespeichert und kann von einem Benutzer bedarfsweise aktiviert werden.Through the operation of the computed tomography device 1 In this way, an examination volume can be scanned by a periodically moving organ of the patient 20 , for example, a patient's heart. In the spiral scan, with rotation of the rotary frame, translational movements of the storage device simultaneously occur 9 executed, so that projections along the spiral path 18 be taken from different projection directions. The projections are made via a data processing unit 10 to a image processing unit 11 transmitted, where they are charged to a slice image. The thus calculated slice image is then on a display unit 12 represented. A corresponding program for operating the computed tomography device 1 is in a store 19 stored and can be activated by a user as needed.

Zur Durchführung von Untersuchungen des Herzens oder herznaher Bereiche im Körper des Patienten 20 weist das Computertomographiegerät 1 gemäß 1 außerdem einen an sich bekannten Elektrokardiographen 22 auf, der über Elektroden 23 mit dem Patienten 20 verbunden ist. Dieses Gerät dient zur Erfassung des EKG-Signals des Patienten parallel zur Untersuchung. Dem EKG-Signal entsprechende, vorzugsweise digitale Daten sind der Bildrechnereinheit 11 zugeführt. Die Erfassung von Projektionen erfolgt unter Auswertung des registrierten EKG-Signals. Die Lage der Zeitfenster zur Erfassung von Projektionen zu einer bestimmten Bewegungsphase in Bezug zur R-Zacke wird dabei prospektiv durch Auswertung einer Anzahl von vergangenen Perioden bestimmt. Bei der Abschätzung des zeitlichen Abstands eines Zeitfensters zur letzten R-Zacke werden insbesondere Schwankungsparameter berücksichtigt, die eine Änderung der periodischen Bewegung des Herzens charakterisieren. Beispielsweise wird dabei der Trend der beobachteten RR-Intervalllänge ausgewertet. Auf diese Weise findet eine dynamische Anpassung der Lage der Zeitfenster in Bezug auf den Herzzyklus statt.To perform examinations of the heart or areas near the heart in the patient's body 20 has the computed tomography device 1 according to 1 also a known electrocardiograph 22 on top of the electrodes 23 with the patient 20 connected is. This device is used to acquire the patient's ECG signal in parallel with the examination. The ECG signal corresponding, preferably digital data are the image processing unit 11 fed. The acquisition of projections takes place under evaluation of the registered ECG signal. The position of the time windows for detecting projections for a specific movement phase in relation to the R wave is determined prospectively by evaluating a number of past periods. In estimating the time interval of a time window to the last R wave, particular consideration is given to fluctuation parameters which characterize a change in the periodic movement of the heart. For example, the trend of the observed RR interval length is evaluated. In this way, a dynamic adaptation of the position of the time window with respect to the cardiac cycle takes place.

In 2 ist ein Zeitverhalten der Strommodulation des Röhrenstroms I in Relation zum EKG-Signal 26 des Patienten 20 über die Zeit t gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem von der Endsystole 24 und der Enddiastole 25 des Herzens tomographische Bilder mit unterschiedlicher Bildqualität durch entsprechende Modulation des Röhrenstroms I erzeugt werden. Das in den beiden Bildern geforderte Signal- zu Rauschverhältnis wurde beispielsweise mittels einer Tastatur von einem Benutzer zu Beginn der Untersuchung eingegeben. Es wäre ebenso denkbar, dass die in den einzelnen Bewegungsphasen geforderten Mindestsignal- zu Rauschverhältnisse in einer Datenbank der Steuereinheit hinterlegt sind und zu Beginn der Untersuchung aus der Datenbank ausgelesen werden.In 2 is a time behavior of the current modulation of the tube current I in relation to the ECG signal 26 of the patient 20 shown over time t according to an embodiment of the invention, in which of the end-of-systole 24 and the final diastole 25 of the heart tomographic images with different image quality by appropriate modulation of the tube current I are generated. The signal-to-noise ratio required in the two pictures was input, for example by means of a keyboard, by a user at the beginning of the examination. It would also be conceivable for the minimum signal to noise ratios required in the individual movement phases to be stored in a database of the control unit and to be read out of the database at the beginning of the examination.

In dem gezeigten Beispiel schlägt das Herz mit einer Frequenz von 60 bpm (Schläge pro Minute). Zur Rekonstruktion eines eine Bewegungsphase 24, 25 abbildenden tomographischen Bildes müssen so viele Projektionen erfasst werden, dass Messdaten für Parallelprojektionen über ein Winkelintervall von mindestens 180 Grad vorliegen. Dies ist bei der Abtastgeometrie eines in 1 gezeigten Computertomographiegerätes in der Regel dann der Fall, wenn von dem Aufnahmesystem ein Winkelbereich von 180 Grad plus Fächerwinkel überstrichen wird. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Drehrahmens hoch genug gewählt wird, rotiert das Aufnahmesystem im Bereich der jeweils aufzunehmenden Bewegungsphase um einen Winkelbereich, der größer ist als das erforderliche Rekonstruktionsintervall. In diesem Fall können in nur einem Herzzyklus die zur Rekonstruktion eines Schnittbildes erforderlichen Projektionen zu der Bewegungsphase gesammelt werden.In the example shown, the heart beats at a rate of 60 bpm (beats per minute). For the reconstruction of a movement phase 24 . 25 The imaging tomographic image must capture as many projections that measurement data for parallel projections over an angular interval of at least 180 degrees. This is the sampling geometry of an in 1 As a rule, the computer tomography device shown is then the case when an angle range of 180 degrees plus fan angle is swept by the recording system. If the rotation speed of the rotating frame is selected to be high enough, the recording system rotates in the region of the respective movement phase to be recorded by an angle range that is greater than the required reconstruction interval. In this case, the projections for the movement phase required for the reconstruction of a sectional image can be collected in just one cardiac cycle.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Drehrahmens ist so gewählt, dass in einem Zeitfenster von höchstens 250 ms die zur Rekonstruktion eines Schichtbildes benötigten Projektionen erfasst werden. Bei Computertomographiegeräten mit zwei Aufnahmesystemen halbiert sich das benötigte Zeitintervall, so dass auch bei hohen Herzfrequenzen alle erforderlichen Projektionen in einem Herzzyklus erfasst werden können.The Rotation speed of the rotating frame is chosen so that in a time window of at most 250 ms the projections needed to reconstruct a slice image be recorded. In computed tomography devices with two recording systems halves the needed Time interval, so that even at high heart rates all required Projections in a cardiac cycle can be detected.

Ist die Herzfrequenz so hoch, so dass es nicht möglich ist, die zu einem vollständigen Rekonstruktionsintervall gehörigen Projektionen während eines einzigen Herzzyklus aufzunehmen, kann dies während der jeweils aufzunehmenden Phase mehrerer aufeinanderfolgender Herzzyklen erfolgen. Das Rekonstruktionsintervall setzt sich dann aus mehreren zu unterschiedlichen Herzzyklen gehörigen Datenintervallen zusammen.is The heart rate is so high that it is not possible at a full reconstruction interval related Projections during of a single cardiac cycle, this may occur during the each recording phase of several consecutive cardiac cycles respectively. The reconstruction interval then consists of several data intervals belonging to different cardiac cycles.

Zur Erfassung tomographischer Bilder zu den beiden Bewegungsphasen der Endsystole 24 und der Enddiastole 25 werden in zwei unterschiedlichen Zeitfenstern 28, 29 Projektionen zu der jeweiligen Bewegungsphase erfasst. Die Lage der Zeitfenster 28, 29, insbesondere der Anfangs- (t1, t3) und der Endzeitpunkte (t2, t4) des Zeitfensters, in Bezug auf die R-Zacke 27 des EKG-Signals 26, wird dabei prospektiv auf der Grundlage einer Auswertung zumindest der vergangenen Periodendauer des Herzzyklus geschätzt. Um einen Trend in der zeitlichen Änderung der Periodendauer registrieren zu können, findet die Schätzung jedoch vorzugsweise durch Auswertung einer Mehrzahl von in der Vergangenheit registrierten Periodendauern statt. Bei der Schätzung werden auch Schwankungsparameter, wie beispielsweise der Trend oder die Streuung der Periodendauer, berücksichtigt, mit denen sich Änderungen der Periodendauern mathematisch beschreiben lassen. Die Optimierung der Phasenlage der Enddiastole 25 liegt zwischen 60% und 70% des RR-Zyklus 21, während die der Endsystole 24 im Bereich zwischen 30% und 40% des RR-Zyklus 21 zu finden ist.To capture tomographic images of the two phases of movement of the final systole 24 and the final diastole 25 will be in two different time windows 28 . 29 Recorded projections to the respective movement phase. The location of the time windows 28 . 29 , in particular the beginning (t1, t3) and the end times (t2, t4) of the time window, with respect to the R wave 27 the ECG signal 26 is estimated prospectively on the basis of an evaluation of at least the past period of the cardiac cycle. However, in order to register a trend in the temporal change of the period, the estimation preferably takes place by evaluating a plurality of period periods registered in the past. The estimation also takes into account fluctuation parameters, such as the trend or the spread of the period, with which it is possible to mathematically describe changes in the period durations. The optimization of the phase position of the end diastole 25 is between 60% and 70% of the RR cycle 21 while the final systole 24 ranging between 30% and 40% of the RR cycle 21 can be found.

In den Bildern werden für Diagnosezwecke in der Regel unterschiedliche Bildmerkmale betrachtet, wobei sich die Bildmerkmale mit einer unterschiedlichen Mindestbildqualität extrahieren lassen. Zur Einsparung einer dem Patienten 20 applizierten Dosis wird die Abtastung der Bewegungsphasen daher vorteilhaft so durchgeführt, dass für die erzeugten tomographischen Bilder lediglich die Mindestbildqualität erreicht wird. Zu Beginn der Untersuchung kann der Benutzer daher die Mindestbildqualität beispielsweise durch die Vorgabe des Signal- zu Rauschverhältnisses mittels Eingabe über eine Tastatur eingeben. Es wäre auch denkbar, dass in Abhängigkeit der ausgewählten darzustellenden Phasen das für die Diagnose notwendige Signal- zu Rauschverhältnis automatisch aus einer Datenbank ausgelesen wird, in der die experimentell oder durch eine Simulation ermittelten optimalen Werte abgespeichert sind.In the images, different image features are generally considered for diagnostic purposes, whereby the image features can be extracted with a different minimum image quality. To save a patient 20 applied dose, the sampling of the movement phases is therefore advantageously carried out so that only the minimum image quality is achieved for the generated tomographic images. At the beginning of the examination, the user can therefore enter the minimum picture quality by, for example, setting the signal-to-noise ratio by means of input via a keyboard. It would also be conceivable that, depending on the selected phases to be displayed, the signal-to-noise ratio necessary for the diagnosis is automatically read from a database in which the optimal values determined experimentally or by a simulation are stored.

Entsprechend den vorgegebenen Werten findet während der Abtastung eine Modulation des Röhrenstroms I derart statt, dass in den beiden Zeitfenstern 28, 29 unterschiedliche Röhrenströme eingestellt werden, wobei zwischen den Zeitfenstern eine weitere Absenkung des Röhrenstroms, beispielsweise auf 5% des Röhrenstroms I1, im Idealfall jedoch auf den Wert Null, vorgenommen wird. Die Modulation erfolgt in diesem Beispiel also mit drei unterschiedlichen Niveaus der Röhrenstromwerte. In dem konkreten Ausführungsbeispiel wird in dem ersten Zeitfenster der Röhrenstrom I2, in dem zweiten Zeitfenster der Röhrenstrom I1 und zwischen den beiden Zeitfenstern der Röhrenstrom I3 eingestellt. Da der Röhrenstrom I2 kleiner ist als der Röhrenstrom I1, ist auch die Qualität des rekonstruierten Bildes zur Endsystole 24 niedriger als die Qualität des Bildes zur Enddiastole 25. Die Bildqualität ist jedoch dabei jeweils an die auszuwertenden Bildmerkmale angepasst. Auf diese Weise kann eine Abtastung realisiert werden, mit der die dem Patienten 20 applizierte Dosis auf ein notwendiges Minimum reduziert wird, wobei eine Reduktion der Röntgendosis bis zu 30% erzielt wird.In accordance with the predetermined values, a modulation of the tube current I takes place during the sampling such that in the two time windows 28 . 29 different tube currents are set, wherein between the time slots, a further reduction of the tube current, for example, to 5% of the tube current I1, but ideally to the value zero, is made. The modulation is done in this example so with three different levels of tube current values. In the specific embodiment, the tube current I2 is set in the first time window, the tube current I1 in the second time window, and the tube current I3 between the two time windows. Since the tube current I2 is smaller than the tube current I1, the quality of the reconstructed image is also the final systole 24 lower than the quality of the image to the final diastole 25 , However, the image quality is in each case adapted to the image features to be evaluated. In this way, a scan can be realized with which the patient 20 applied dose is reduced to a necessary minimum, with a reduction of the X-ray dose is achieved up to 30%.

Auch kann das Signal- zu Rauschverhältnis in der Endsystole 24 höher eingestellt werden als in der Enddiastole 25, z. B. im Fall von hohen Herzraten, bei denen sich die Endsystole besser für die Bewertung der Koronargefäße eignet als die Enddiastole.Also, the signal to noise ratio in the final systole 24 be set higher than in the final diastole 25 , z. In the case of high heart rates, where the end-systole is better suited for the evaluation of the coronary vessels than the end-diastole.

Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Verfahren sich zur Erzeugung tomographischer Bilder von mehr als zwei Bewegungsphasen eignet. Die Modulation des Röhrenstroms erfolgt entsprechend so, dass in jedem Zeitfenster ein bestimmter Röhrenstromwert erreicht wird.It It should be noted that this process is for the production tomographic images of more than two phases of motion. The modulation of the tube current is done in such a way that in each time window, a specific Tube current value is reached.

Zusammenfassend kann gesagt werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Tomographiegerät 1 zur Erzeugung tomographischer Bilder zu unterschiedlichen Bewegungsphasen 24, 25 eines sich periodisch bewegenden Organs eines Patienten 20. Bei der Bilderzeugung wird der Röhrenstrom I zu dem jeweiligen Zeitfenster 28, 29, in welchem Projektionen für die Rekonstruktion einer bestimmten Bewegungsphase 24, 25 des Organs gesammelt werden, so eingestellt, dass ein vorgebbares Mindestsignal- zu Rauschverhältnis in dem er zeugten Bild erzielbar ist, wobei zwischen den beiden Zeitfenstern 28, 29 der Röhrenstrom I auf einen niedrigen Wert runtergeregelt wird. Mit diesen während der Abtastung eingestellten, mindestens drei unterschiedlichen Werten des Röhrenstroms I1, I2, I3 wird erreicht, dass die dem Patienten applizierte Röntgendosis signifikant reduziert wird.In summary it can be said:
The invention relates to a method and a tomography device 1 for generating tomographic images at different movement phases 24 . 25 a periodically moving organ of a patient 20 , In the image formation, the tube current I becomes the respective time window 28 . 29 in which projections for the reconstruction of a certain phase of movement 24 . 25 of the organ are adjusted so that a prescribable minimum signal to noise ratio in the generated image is achievable, wherein between the two time windows 28 . 29 the tube current I is down-regulated to a low value. With these at least three different values of the tube current I1, I2, I3 set during the scan, it is achieved that the X-ray dose applied to the patient is significantly reduced.

Claims

Method for generating tomographic images at different movement phases ( 24 . 25 ) of a periodically moving organ of a patient ( 20 ), in which for each of the movement phases to be imaged ( 24 . 25 ) with evaluation of a movement signal representing the movement of the organ ( 26 ) Projections are acquired from a plurality of different projection directions and computed into an image, in which a tomography device ( 1 ) is used, which is an acted upon by a tube current (I) X-ray tube ( 2 ) and a detector ( 5 1.1 triggered by the motion signal (1) 26 ) to a first movement phase ( 24 ) of the organ projections in a first time window ( 28 ) and at least a second phase of movement ( 25 ) of the organ projections in a second time window ( 29 1.2 wherein a modulation of the tube current (I) takes place in such a way that in the first and the second time window ( 28 . 29 ) in order to achieve a predefinable different signal-to-noise ratio in the generated images, different values of the tube current (I2, I1) are set, and 1.3 wherein between the two time windows ( 28 . 29 ) the tube current (I) is lowered to a value (I3) which is below the values of the tube currents (I2, I1) in the two time windows ( 28 . 29 ) lies.

Method according to claim 1, wherein between the two time windows ( 28 . 29 ) the tube current (I) is lowered to the value zero.

The method of claim 1 or 2, wherein the organ is the heart of the patient ( 20 ).

The method of claim 3, wherein the first movement phase is the end-of-systole ( 24 ) and the second movement phase the end diastole ( 25 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein the movement signal is an ECG signal ( 26 ) of the patient ( 20 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein an initial time (t1, t3) and an end time (t2, t4) for each of the time slots ( 28 . 29 ) are determined prospectively taking into account at least one fluctuation parameter, wherein the fluctuation parameter characterizes an irregularity of the periodic movement of the organ.

A method according to claim 6 when referenced on claim 5, wherein the fluctuation parameter by an analysis a predetermined number of previous periods of the movement of the organ.

The method of claim 7, wherein as a fluctuation parameter a trend of the period of the analyzed periods used becomes.

Tomography device ( 1 ) with a control unit ( 14 ) and a image processing unit ( 11 ), which has a memory ( 19 ) having a program code, the program code for generating tomographic images at different movement phases ( 24 . 25 ) of a periodically moving organ of a patient ( 20 ) is configured according to the method steps of one of the preceding method claims.