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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein CT-Gerät und ein Verfahren
zur Spiral-Abtastung eines sich zumindest in einem Teilbereich periodisch
bewegenden Untersuchungsobjektes. Das CT-Gerät sowie das
Verfahren ermöglichen zudem eine schnelle Volumenabtastung
des Untersuchungsobjektes mit hoher zeitlicher Auflösung.
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Bei
CT-Geräten wird bekanntermaßen ein Untersuchungsobjekt
mit Röntgenstrahlen durchstrahlt und die Schwächung
der Röntgenstrahlen entlang ihres Weges von der Strahlungsquelle
(Röntgenquelle) zum Detektorsystem (Röntgendetektor) erfasst.
Die Schwächung wird von den durchstrahlten Materialien
entlang des Strahlenganges verursacht, so dass die Schwächung
auch als Linienintegral über die Schwächungskoeffizienten
aller Volumenelemente (Voxel) entlang des Strahlweges verstanden
werden kann. Die erfassten Projektionsdaten sind nicht direkt interpretierbar,
d. h. sie ergeben kein Abbild der durchstrahlen Schicht des Untersuchungsobjektes. Erst über
Rekonstruktionsverfahren ist es möglich, von den projizierten
Schwächungsdaten auf die Schwächungskoeffizienten μ der
einzelnen Voxel zurückzurechnen und somit ein Bild der
Verteilung der Schwächungskoeffizienten zu erzeugen. Dies
ermöglicht eine erheblich sensitivere Untersuchung des
Untersuchungsobjektes als bei reiner Betrachtung von Projektionsbildern.
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Zur
Darstellung der Schwächungsverteilung wird statt des Schwächungskoeffizienten μ in
der Regel ein auf den Schwächungskoeffizienten von Wasser
normierter Wert, die so genannte CT-Zahl, verwendet. Diese berechnet
sich aus einem aktuell durch Messung ermittelten Schwächungskoeffizienten μ nach
folgender Gleichung:
mit der CT-Zahl C in der
Einheit Hounsfield [HU]. Für Wasser ergibt sich ein Wert
C
H₂O = 0 HU und für Luft ein
Wert C
L = –1000 HU. Da beide Darstellungen
ineinander transformierbar bzw. äquivalent sind, bezeichnet
der allgemein gewählte Begriff Schwächungswert
oder Schwächungskoeffizient sowohl den Schwächungskoeffizienten μ als
auch den CT-Wert.
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Für
die Aufnahme, Auswertung und Darstellung der dreidimensionalen Schwächungsverteilung werden
moderne Röntgen-Computertomographiegeräte (CT-Geräte)
eingesetzt. Typischerweise umfasst ein CT-Gerät eine Strahlenquelle,
die ein kollimiertes, pyramiden- oder fächerförmiges
Strahlenbündel von einem Fokus durch das Untersuchungsobjekt,
bspw. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen aufgebautes
Detektorsystem richtet. Je nach Bauart des CT-Gerätes sind
die Strahlungsquelle und das Detektorsystem bspw. auf einer Gantry
oder einem C-Arm angebracht, die um eine Systemachse (z-Achse) mit
einem Winkel α rotierbar sind. Weiterhin ist eine Lagerungseinrichtung
für das Untersuchungsobjekt vorgesehen, die entlang der
Systemachse (z-Achse) bewegt werden kann bzw. verfahrbar ist. Während
der Aufnahme produziert jedes von der Strahlung getroffene Detektorelement
des Detektorsystems ein Signal, das ein Maß der Gesamttransparenz
des Untersuchungsobjektes für die von der Strahlungsquelle
ausgehende Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem bzw. der entsprechenden Strahlungsschwächung
darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektorelemente des
Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlungsquelle
gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Die Position, ausgehend
von welcher das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt
durchdringt, wird infolge der Rotation der Gantry/des C-Arms ständig
verändert. Eine so genannter Scan umfasst dabei eine Vielzahl
von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry/des
C-Arms und/oder der verschiedenen Positionen der Lagerungseinrichtung
gewonnen wurden. Man unterscheidet dabei sequentielle Scan-Verfahren
(Axialscanbetrieb) und Spiral-Scan-Verfahren.
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Auf
Basis des bei einem Scan erzeugten Datensatzes wird, wie vorstehend
angegeben, ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjektes
rekonstruiert. Die Quantität und Qualität der
während eines Scans erfassten Messdaten hängen
von dem verwendeten Detektorsystem ab. Mit einem Detektorsystem,
das ein Array aus mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen umfasst,
können mehrere Schichten gleichzeitig aufgenommen werden.
Heute sind Detektorsysteme mit 256 oder mehr Zeilen bekannt.
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Probleme
bei der Rekonstruktion der Projektionsdaten ergeben sich dann, wenn
sich das Untersuchungsobjekt während der oben beschriebenen Abtastung,
d. h. der Erfassung der Projektionsdaten, bewegt. Diese Problematik
betrifft insbesondere die Abtastung eines schlagenden Herzens. Als
Folge von Bewegungen des Untersuchungsobjektes oder einem seiner
Teilbereiche während der Abtastung treten bei der anschließenden
Rekonstruktion der gewonnenen Projektionsdaten störende
Bewegungsartefakte auf.
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Um
solche Bewegungsartefakte zu minimieren sind beispielsweise aus
der
US 4,991,190 und der
DE 29 51 222 A1 CT-Geräte
mit zwei Abtastsystemen bekannt, wobei ein Abtastsystem jeweils
eine Strahlungsquelle bzw. einen Fokus sowie ein Detektorsystem
umfasst. Der in den Druckschriften offenbarte Vorteil solcher CT-Geräte
gegenüber einem CT-Gerät mit nur einem Abtastsystem
besteht in der Möglichkeit, ein Untersuchungsobjekt mit
einer erhöhten Abtastgeschwindigkeit oder mit einer erhöhten
Abtastauflösung zu untersuchen.
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Hohe
Abtastgeschwindigkeiten sind insbesondere dann von Vorteil, wenn
Bewegungsartefakte im rekonstruierten Bild minimiert werden sollen.
Eine hohe Abtastgeschwindigkeit gewährleistet, dass alle zur
Rekonstruktion eines Bildes verwende ten Projektionen aus verschiedenen
Drehwinkelpositionen α weitestgehend denselben Bewegungszustand
eines Objektes, beispielsweise dieselbe Herzphase von Herzschlägen,
erfassen. Bei den bekannten CT-Geräten sind die beiden
Abtastsysteme um eine gemeinsame Drehachse angeordnet und in Drehrichtung
um einen Winkel von 90 Grad zueinander versetzt angeordnet, so dass
sich die Abtastgeschwindigkeit beim Einsatz geeigneter Rekonstruktionsmethoden
verdoppeln lässt.
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CT-Geräte
mit mehreren Abtastsystemen können aber auch zur Erzeugung
von Bildern mit einer höheren Auflösung eingesetzt
werden. Die Abtastsysteme sind zu diesem Zweck um die gemeinsame
Drehachse so angeordnet, dass die Projektionen der beiden Abtastsysteme
für dieselbe Projektionsrichtung einen Versatz zueinander
aufweisen, der kleiner ist als ein Detektorelement. Durch Auswertung
der von den bei den Abtastsystemen zeitlich nacheinander aus den
jeweiligen Projektionsrichtungen erfassten Projektionen, ist ein
höher aufgelöstes Bild berechenbar. Eine höhere
Auflösung ist beispielsweise bei der Untersuchung von Blutgefäßen vorteilhaft,
bei der kleine Untersuchungsvolumen abgetastet werden müssen.
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Sowohl
in der Betriebsart zur Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit
als auch in der Betriebsart zur Erhöhung der Abtastauflösung
werden die von den beiden Abtastsystemen erzeugten Projektionen
zur Rekonstruktion eines Bildes miteinander verrechnet. Die Verrechnung
der Daten erfolgt dabei unter Kenntnis der Systemwinkel, unter denen
die Abtastsysteme in azimutaler Richtung um eine gemeinsame Drehachse
angeordnet sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein CT-Gerät sowie ein Verfahren
zur Spiral-Abtastung eines sich zumindest in einem Teilbereich periodisch
bewegenden Untersuchungsobjektes anzugeben, und dabei die Funktionalität
bisheriger CT-Geräte und Verfahren zu erweitern. Das CT-Gerät
sowie das Verfahren sollen sich insbesondere zur Spiral-Abtastung
eines schlagenden Herzens eignen.
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Die
Aufgabe wird mit dem CT-Gerät gemäß Patentanspruch
1 und dem Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche
oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung entnehmen.
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Das
erfindungsgemäße CT-Gerät zur Spiral-Abtastung
eines sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden
Untersuchungsobjektes umfasst zumindest eine längs einer
Systemachse (z-Achse) des CT-Gerätes angeordnete Lagerungsvorrichtung
zur Lagerung des Untersuchungsobjektes, zwei koaxial angeordnete,
um die Systemachse (z-Achse) rotierbare Abtastsysteme, mit jeweils
einem Fokus, von dem ein Strahlenbündel aussendbar ist,
und einem gegenüberliegend angeordneten flächig
ausgebildeten Detektorarray mit einer Vielzahl von verteilten Detektorelementen,
mit dem Strahlen des Stahlenbündels detektierbar sind,
wobei durch die Abtastsysteme Projektionsdaten erzeugbar sind, welche
die Schwächung der Strahlen beim Durchgang durch das Untersuchungsobjekt
repräsentieren, und wobei die Lagerungsvorrichtung und/oder die
Abtastsysteme entlang der Systemachse (z-Achse) verfahrbar sind.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße CT-Gerät
ein erstes Mittel mit dem Ruhe- und Bewegungsphasen des sich zumindest
in einem Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes
in Form von Messdaten erfass- und speicherbar sind und ein zweites
Mittel, mit dem vor und/oder während der Spiral-Abtastung
des Untersuchungsobjektes ein Verfahren der Abtastsysteme und/oder
der Lagerungsvorrichtung entlang der Systemachse (z-Achse) basierend
auf den Messdaten und/oder aus ihnen abgeleiteten Daten trigger- und/oder
steuerbar ist.
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Das
erfindungsgemäße CT-Gerät wird vorliegend
ausschließlich im Spiral-Scanmodus betrieben und eignet
sich insbesondere zur Spiralabtastung eines schlagenden Herzens
eines lebenden Menschen oder Tieres. Dabei sind die Abtastsysteme
vorzugsweise koplanar und/oder in Rotationsrichtung um 90 Grad versetzt
zueinander angeordnet.
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Das
erste Mittel kann zur Erfassung der Ruhe- und Bewegungsphasen des
sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes
dem Fachmann bekannte mechanische, optische, elektrische, elektromagnetische,
magnetische oder chemische Sensoren umfassen. Vorzugsweise ist das
erste Mittel jedoch zur Erfassung von Messdaten eines Elektrokardiogramms
(EKG) ausgebildet, so dass damit die Ruhe- und Bewegungsphasen eines
schlagenden Herzens als Herzspannungskurve erfassbar sind. Hierzu
werden am Patienten entsprechende Sensoren angebracht, die mit dem
ersten Mittel verbindbar sind. Das erste Mittel kann als mit einer
Steuereinheit des CT-Gerätes verbindbares Einzelgerät
ausgeführt sein, oder bspw. in eine Steuereinheit des CT-Gerätes
integriert sein, wobei mit der Steuereinheit der Betrieb des CT-Gerätes
inklusive der Lagerungsvorrichtung steuerbar ist. Darüber
hinaus sind verschiedenste Anordnungen oder Ausführungen
des ersten Mittels denkbar, die auf einen gewünschten Untersuchungszweck
hin optimierte Ausgestaltungen betreffen, die aber im Rahmen des
fachmännischen Könnens liegen.
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Das
zweite Mittel ist vorzugsweise in der Steuereinheit des CT-Gerätes
untergebracht. Es kann vorzugsweise als Software-Modul ausgestaltet und
im Steuergerät implementiert sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des CT-Gerätes
sind mit dem zweiten Mittel extrapolierte Daten über in
der Zukunft liegende Ruhe- und Bewegungsphasen des Untersuchungsobjektes
ermittelbar. Der Extrapolation liegen die erfassten Messdaten, bspw.
das Patienten-EKG zugrunde, wobei die Extrapolation der Messdaten
mittels an sich bekannter mathematischer Verfahren erfolgt. Weiterhin
ist das Verfahren der Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung
entlang der Systemachse (z-Achse) auf Basis der ermittelten extrapolierten
Daten durch das zweite Mittel trigger- und/oder steuerbar. „Triggern"
bedeutet in diesem Zusammenhang, das Starten der Verfahrbewegung der
Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung entlang der Systemachse
(z-Achse), bspw. in dem Moment, in dem vorgebbare Bedingungen erfüllt sind
(ein Zeit punkt erreicht ist, oder ein bestimmter Phasenwinkel vorliegt,
etc.). Der Begriff „Steuern" bezieht sich auf die Steuerung
der Verfahrbewegung nach deren Start. Insofern kann „Steuern"
das Einstellen bestimmter Geschwindigkeitsprofile, oder Geschwindigkeitsänderungen
der Verfahrgeschwindigkeit abhängig von vorgebbaren Bedingungen
einschließen. Typischerweise wird die Spiral-Abtastung jedoch
bei einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit durchgeführt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des
CT-Gerätes ist mit dem zweiten Mittel das Verfahren der
Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung derart trigger-
und/oder steuerbar, dass die Spiral-Abtastung des sich zumindest
in einem Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes
in einer vorgebbaren Ruhe- oder Bewegungsphase desselben erfolgt.
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Um
bspw. ein schlagendes Herz eines Patienten während einer
vorgegebenen Herzphase mit dem erfindungsgemäßen
CT-Gerät vollständig abzutasten, werden nach einer
Erfassung eines Patienten-EKG zunächst in der Zukunft liegende
Herzschläge prospektiv aus dem Patienten-EKG geschätzt,
d. h. aus den erfassten Patienten-EKG-Daten extrapoliert. Weiterhin
wird das Verfahren der Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung
entlang der Systemachse (z-Achse) auf Basis der extrapolierten EKG-Daten
derart getriggert bzw. gesteuert, dass eine Spiral-Abtastung des
gesamten Herzens im vorgegebenen Herzphasenbereich möglich
ist, ohne dass es zu signifikanten Bewegungen des Herzens während
der Spiral-Abtastung kommt. Bei einer hinreichenden Detektorapertur,
vorzugsweise mit einer Apertur von 64 × 0.6 mm oder größer,
kann das Verfahren der Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung
entlang der Systemachse (z-Achse) so schnell erfolgen, dass eine
Rekonstruktion der während einer vorgegebenen Ruhe- oder
Bewegungsphase des Herzens erfassten Projektionsdaten ohne nennenswerte
Bewegungsartefakte möglich ist. Insbesondere sind hierzu
die Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung entlang der
Systemachse (z-Achse) mit einer derartigen Ge schwindigkeit verfahrbar,
dass eine Bildgebung in einem vorgebbaren Phasenbereich, bspw. dem
enddiastolischen Phasenbereich, eines Herzschlages realisierbar
ist. Abhängig von der Bauart des CT-Gerätes werden
typischerweise beim dem Spiral-Abtasten entweder die Abtastsysteme
oder die Lagervorrichtung entlang der Systemachse (z-Achse) verfahren.
Grundsätzlich ist aber auch ein entsprechend aufeinander
abgestimmtes gleichzeitiges Verfahren von Abtastsystemen und Lagerungsvorrichtung
entlang der Systemachse (z-Achse) denkbar. Anders als bei der bekannten
gegateten Kardio-Rekonstruktion ist vorliegend die Herzphase eine
Funktion der Bildposition.
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Vorzugsweise
sind die Abtastsysteme oder die Lagerungsvorrichtung nach einer
entsprechenden Beschleunigungsphase entlang der Systemachse (z-Achse)
mit einem Pitchwert von p ≥ 3 oder mit einer konstanten
Geschwindigkeit v ≥ 50 cm/s verfahrbar. Bei der Spiral-Abtastung
gibt der Pitchwert das Verhältnis zwischen Vorschub der
Lagerungsvorrichtung bzw. der Untersuchungsbereichs pro Gantryrotation
und der Schichtdicke des Detektors an. So kann bei der Spiral-Abtastung
eines Untersuchungsbereichs von bspw. 250 mm Durchmesser mit nur
einem Abtastsystem, wobei der Kegelwinkel (Fokuswinkel) der Röntgenstrahlen
auf ungefähr 20 Grad zur Ausleuchtung eines 32-zeiligen
Detektors mit Detektorelementlängen von jeweils 0.6 mm
eingestellt ist, ein maximaler Pitchwert von 1,7 erreicht werden, ohne
dass Projektionslücken innerhalb des Untersuchungsbereiches
auftreten. Werden wie vorliegend CT-Geräte mit zwei oder
mehr Abtastsystemen verwendet, so kann die Spiral-Abtastung mit
einem deutlich höheren Pitchwert bspw. ≥ 3 durchgeführt
werden. Somit ist bei einem CT-Gerät mit zwei Abtastsystemen
die Spiralabtastung mit einem deutlich höherem Vorschub
als in der konventionellen Spiral-CT mit nur einem Abtastsystem
möglich. Die Verfahrgeschwindigkeit wird allerdings nach
oben hin durch diejenige Geschwindigkeit begrenzt, bei der Projektionslücken
während der Spiral-Abtastung entstehen.
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Der
Zeitraum für eine mechanische Beschleunigung oder eine
Verzögerung der Abtastsysteme oder der Lagerungsvorrichtung
beim Verfahren entlang der Systemachse (z-Achse) auf die vorstehend
angegebenen Geschwindigkeitswerte entspricht typischerweise einem
Spiral-Vorlauf bzw. einem Spiral-Nachlauf von 1/8 einer Rotation
der Abtastsysteme. Durch diesen Vor- bzw. Nachlauf kann sich bspw.
bei einer Herzaufnahme die Patientendosis um ca. 25% erhöhen.
Vorteilhafterweise ist bei dem CT-Gerät ein fahrbare Blende
vorgesehen, die im Vorlauf bzw. im Nachlauf die in der Rekonstruktion nicht
benötigten Detektorzeilen abschattet, und so diese Zusatzdosis
deutlich verringert.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist bei dem CT-Gerät
ein drittes Mittel vorgesehen, mit dem die erzeugten Projektionsdaten
mittels Bildrekonstruktion zu Tomographie-Schnittbildern und/oder
einem 3D-Bilddatensatz verarbeitbar sind. Vorzugsweise sind dabei
mit dem dritten Mittel für die Bildrekonstruktion Teilbilder
aus parallel akquirierten Viertelumlaufdatensätzen kombinierbar.
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Das
erfindungsgemäße CT-Gerät ermöglicht beispielsweise
eine bewegungsfreie Darstellung der Koronargefäße
in nur einem Herzschlag und erweitert damit die Funktionsweise bisheriger
CT-Geräte in herausragender Weise.
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Der
Verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch das
Verfahren gemäß Anspruch 15 erfüllt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen
und der weiteren Beschreibung zu entnehmen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Spiral-Abtasten
eines sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden
Untersuchungsobjektes mit einem CT-Gerät umfasst folgende
Verfahrensschritte.
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Erstens
Bereitstellen eines CT-Gerätes mit zumindest einer längs
einer Systemachse (z-Achse) des CT-Gerätes angeordneten
Lagerungsvorrichtung zur Lagerung des Untersuchungsobjektes, zwei
koaxial angeordneten, um die Systemachse (z-Achse) rotierbaren Abtastsystemen,
mit jeweils einem Fokus, von dem ein Strahlenbündel aussendbar
ist, und einem gegenüberliegend angeordneten flächig
ausgebildeten Detektorarray mit einer Vielzahl von verteilten Detektorelementen,
mit dem Strahlen des Stahlenbündels detektierbar sind,
wobei durch die Abtastsysteme Projektionsdaten erzeugbar sind, welche
die Schwächung der Strahlen beim Durchgang durch das Untersuchungsobjekt
repräsentieren, und wobei die Lagerungsvorrichtung und/oder die
Abtastsysteme entlang der Systemachse (z-Achse) verfahrbar sind.
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Zweitens
Erfassen von Ruhe- und Bewegungsphasen des sich zumindest in einem
Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes als Messdaten,
vorzugsweise in Form von Messdaten eines Elektrokardiogramms (EKG),
sowie das Speichern der erfassten Messdaten.
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Drittens
Spiral-Abtasten des Untersuchungsobjektes, wobei ein Verfahren der
Lagerungsvorrichtung und/oder der Abtastsysteme entlang der Systemachse
(z-Achse) basierend auf den erfassten und/oder aus ihnen abgeleiteten
Daten getriggert und/oder gesteuert wird.
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In
besonders vorteilhafter Weise werden in einer Weiterbildung des
Verfahrens basierend auf den erfassten Messdaten, extrapolierte
Daten über in der Zukunft liegende Ruhe- und Bewegungsphasen des
sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes
ermittelt, und das Verfahren der Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung
entlang der Systemachse (z-Achse) auf Basis der ermittelten extrapolierten
Daten getriggert und/oder gesteuert.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Verfahrensvariante wird eine
Ruhe- oder Bewegungsphase des sich zumindest in ei nem Teilbereich periodisch
bewegenden Untersuchungsobjektes vorgegeben, in der das Spiral-Abtasten
des Untersuchungsobjektes erfolgen soll. Weiterhin wird in dieser Verfahrensvariante
das Verfahren der Abtastsysteme und/oder der Lagerungsvorrichtung
derart getriggert und/oder gesteuert, dass die vollständige
Spiral-Abtastung des sich zumindest in einem Teilbereich periodisch
bewegenden Untersuchungsobjektes in der vorgebbaren Ruhe- oder Bewegungsphase
erfolgt.
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Das
Verfahren der Abtastsysteme und/oder die Lagerungsvorrichtung entlang
der Systemachse (z-Achse) umfasst typischerweise eine Beschleunigungsphase,
eine Phase mit konstanter Verfahrgeschwindigkeit bei der die Abtastung
des Untersuchungsobjektes erfolgt und eine Verzögerungsphase.
In der Beschleunigungsphase werden die Abtastsysteme bzw. die Lagerungsvorrichtung
mechanisch auf die Soll-Verfahrgeschwindigkeit beschleunigt. Umgekehrt
werden diese in der Verzögerungsphase entsprechend mechanisch
abgebremst. Grundsätzlich kann die Verfahrbewegung während
des Abtastens jedoch jedes beliebige Geschwindigkeitsprofil einnehmen,
so dass mehrere Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen
vorliegen können.
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Wie
vorstehend bereits erläutert wurde, werden die Abtastsysteme
oder die Lagerungsvorrichtung entlang der Systemachse (z-Achse)
nach einer Beschleunigungsphase vorzugsweise bei einer konstanten
Verfahrgeschwindigkeit mit einem Pitchwert von p ≥ 3 oder
einer konstanten Geschwindigkeit v ≥ 50 cm/s verfahren.
Bei der Spiral-Abtastung eines schlagenden Herzens während
einer vorgebbaren Ruhe- oder Bewegungsphase des Herzens können die
Abtastsysteme und/oder die Lagerungsvorrichtung entlang der Systemachse
(z-Achse) mit einer derartigen Geschwindigkeit verfahren werden,
dass eine Bildgebung im gewünschten Phasenbereich eines
Herzschlages, bspw. im enddiastolischen Phasenbereich, realisierbar
ist.
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Schließlich
kann das erfindungsgemäße CT-Geräte gemäß einem
der Ansprüche 1–14 zur bewegungsfreien Darstellung
von Koro nargefäßen eines schlagenden Herzens in
nur einem Herzschlag verwendet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den
Unteransprüchen sind in den folgenden schematischen Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes CT-Gerät,
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2 einen
erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes CT-Gerät in perspektivischer
Ansicht gezeigt. Das CT-Gerät 100 umfasst eine
rotierbare Gantry mit zwei Abtastsystemen 1, 2,
eine Lagerungsvorrichtung 200 auf der ein Patient liegt,
ein erstes Mittel 300, mit dem Ruhe- und Bewegungsphasen
des sich periodisch bewegenden Patientenherzens 3 in Form
von EKG-Messdaten erfassbar sind, ein Steuergerät 6, das
ein zweites Mittel 400 umfasst, mit dem vor und/oder während
der Spiral-Abtastung des Patientenherzens 3 ein Verfahren
der Lagerungsvorrichtung entlang der Systemachse (z-Achse) basierend auf
den Messdaten und/oder aus ihnen abgeleiteten Daten trigger- und/oder
steuerbar ist. Das Steuergerät 6 ist dabei sowohl
mit dem ersten Mittel 300, mit der Gantry und den Abtastsystemen 1, 2 sowie
mit der Lagerungsvorrichtung 200 verbunden.
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Die
auf der Gantry drehbar angeordneten Abtastsysteme 1, 2 ermöglichen
die Erfassung von Spiral-Scan-Projektionen des Patientenherzens 3 aus
einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen. Die
Abtastsysteme 1, 2 umfassen jeweils einen Fokus 1a, 2a,
von dem ein Strahlenbündel aussendbar ist, und einen gegenüberliegend
angeordneten flächig ausgebildetes Detektorarray 1b, 2b mit
einer Vielzahl von verteilten Detektorelementen, mit dem Strahlen
des Stahlenbündels detektierbar sind. Das zweite Abtastsystem 2 weist
gegenüber dem ersten Abtastsystem 1 in gezeigter
Drehrichtung 4 einen Winkelversatz von 90 Grad auf. Beide
Abtastsysteme 1, 2 befinden sich im Wesentlichen
in einer gleichen Messebene 5.
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Die
Lagerungsvorrichtung 200 ist mit einer beweglichen Tischplatte 201 ausgeführt,
auf der der Patient gelagert ist und die in Richtung einer Systemachse
(z-Achse) 7 verfahrbar ist. Dadurch kann der Patient mit
dem interessierenden Untersuchungsbereich, vorliegend seinem Herzen,
durch eine Öffnung im Gehäuse des CT-Gerätes 100 in
die Messbereichsebene 5 der beiden Abtastsysteme 1, 2 bewegt
werden. Der Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjektes und die
beiden Abtastsysteme 1, 2 sind auf diese Weise
in entlang der Systemachse (z-Achse) relativ zueinander verfahrbar.
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Zur
Erfassung von Projektionen weisen die beiden Abtastsysteme 1, 2 jeweils
einen Strahler in Form einer Röntgenröhre bzw.
entsprechende Fokus 1a, 2a und einen diesem gegenüberliegend
angeordneten Detektor 1b, 2b auf, wobei jeder
Detektor 1b, 2b mehrere zu Spalten und zu Zeilen
aufgereihte Detektorelemente umfasst. Jeder Fokus erzeugt einen Strahlenfächer,
welcher den jeweiligen Messbereich des Abtastsystems 1, 2 durchdringt.
Die Röntgenstrahlung trifft anschließend auf die
Detektorelemente des jeweiligen Detektors 1b, 2b.
Die Detektorelemente erzeugen einen von der Schwächung
der durch den jeweiligen Messbereich des Abtastsystems 1, 2 tretenden
Röntgenstrahlung abhängigen Schwächungswert.
Die Umwandlung der Röntgenstrahlung in einen Schwächungswert
erfolgt beispielsweise jeweils mittels einer mit einem Szintillator optisch
gekoppelten Photodiode oder mittels eines direkt konvertierenden
Halbleiters. Jeder Detektor 1b, 2b erzeugt auf
diese Weise einen Satz von Schwächungswerten, welche für
eine spezielle Projektionsrichtung des Abtastsystems 1, 2 aufgenommen
werden.
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Wie
vorstehend ausgeführt, kann mit dem vorliegenden zwei Abtastsysteme 1, 2 aufweisenden CT-Gerät
eine deutlich höhere Verfahrgeschwindigkeit der beweglichen
Tischplatte 201 erreicht werden, als bei CT-Geräten
mit einem Abtastsystem, oh ne dass dabei Projektionslücken
entstehen. Dies wird vorliegend genutzt, um das Herz 3 des
Patienten mit einem Pitch von 3,5 abzutasten. Die Detektoren 1b, 2b weisen
hierbei eine Detektorapertur von 64 × 0.6 mm auf, d. h.
mit jeweils 64 Zeilen und einer Detektorelementlänge entlang
der Systemachse (z-Achse) von jeweils 0.6 mm.
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Zunächst
werden mit dem ersten Modul 300, vorliegend einem EKG-Gerät,
die Ruhe- und Bewegungsphasen des Herzens 3 anhand der
Messung von Herzströmen erfasst und gespeichert. Die entsprechenden
Sensoren zur Erfassung der Herzströme sind am Patienten
angebracht und über elektrische Leitungen mit dem ersten
Modul 300 verbunden. Das vom ersten Modul 300 erfasste
Patienten-EKG wird anschließend von dem zweiten Modul 400 ausgewertet.
Das erste Modul 300 ist daher mit dem zweiten Modul 400 elektrisch
verbunden. Auf Basis des erfassten Patienten-EGK, bzw. der dem Patienten-EGK
zugrunde liegenden Messwerten, extrapoliert das Modul 400 in
der Zukunft liegende Herzschläge des Patienten.
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Um
nun eine Spiral-Abtastung des Herzens während eines vorgebbaren
Bereiches eines Herzschlages zu ermöglichen, wird das Verfahren
der beweglichen Tischplatte 201 auf Basis der extrapolierten
Daten zu in der Zukunft liegende Herzschläge und dem vorgegebenen
Bereich des Herzschlages getriggert, d. h. gestartet. Dabei wird
die Tischplatte auf eine konstante Verfahrgeschwindigkeit von 50 cm/s
beschleunigt.
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Durch
die Rotation der Gantry bei dem konstanten Vorschub der Tischplatte
entlang der Systemachse 7 werden Projektionen des zu untersuchenden
Herzens 3 aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen
an verschiedenen Positionen entlang der Systemachse 7 erfasst.
Die Verfahrgeschwindigkeit von 50 cm/s ist dabei ausreichend groß um
bspw. eine Abtastung des gesamten Herzens im enddiastolischen Phasenbereich
zu ermöglichen, ohne dass Projektionslücken entstehen. Die
auf diese Weise gewonnenen Projektionen der beiden Ab tastsysteme 1, 2 werden
an eine Steuer- und Recheneinheit 6 übermittelt
und zu einem Bild verrechnet.
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In 2 ist
schematisch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Spiral-Abtasten eines sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden
Untersuchungsobjektes mit einem CT-Gerät 100 wiedergegeben.
Das Verfahren umfasst drei Verfahrensschritte.
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In
Schritt 501 erfolgt ein Bereitstellen eines CT-Gerätes 100 mit
zumindest einer längs einer Systemachse (z-Achse) 7 des
CT-Gerätes angeordneten Lagerungsvorrichtung 200 zur
Lagerung des Untersuchungsobjektes, zwei koaxial angeordneten, um die
Systemachse (z-Achse) 7 rotierbaren Abtastsystemen 1, 2,
mit jeweils einem Fokus 1a, 2a, von dem ein Strahlenbündel
aussendbar ist, und einem gegenüberliegend angeordneten
flächig ausgebildeten Detektorarray 1b, 2b mit
einer Vielzahl von verteilten Detektorelementen, mit dem Strahlen
des Stahlenbündels detektierbar sind, wobei durch die Abtastsysteme 1, 2 Projektionsdaten
erzeugbar sind, welche die Schwächung der Strahlen beim
Durchgang durch das Untersuchungsobjekt repräsentieren,
und wobei die Lagerungsvorrichtung 200 bzw. ein verfahrbarer
Tisch 201 und/oder die Abtastsysteme 1, 2 entlang
der Systemachse (z-Achse) 7 verfahrbar sind.
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In
Schritt 502 erfolgt ein Erfassen von Ruhe- und Bewegungsphasen
des sich zumindest in einem Teilbereich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes
als Messdaten, vorzugsweise in Form von Messdaten eines Elektrokardiogramms
(EKG), und Speichern der erfassten Messdaten.
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Schließlich
erfolgt in Schritt 503 ein Spiral-Abtasten des Untersuchungsobjektes
mit dem CT-Gerät 100, wobei ein Verfahren der
Lagerungsvorrichtung 200 bzw. eines verfahrbaren Tisches 201 und/oder
der Abtastsysteme 1, 2 entlang der Systemachse
(z-Achse) 7 basierend auf den erfassten und/oder aus ihnen
abgeleiteten Daten getriggert und/oder gesteuert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4991190 [0007]
- - DE 2951222 A1 [0007]
