DE102008034564A1

DE102008034564A1 - Verfahren und Tomographiegerät zur Erzeugung tomographischer Bilder

Info

Publication number: DE102008034564A1
Application number: DE102008034564A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Bruder; Thomas Dr. Flohr; Rainer Dr. Raupach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04
Also published as: US7970097B2; US20100027736A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Bildern (B) zu unterschiedlichen Bewegungsphasen (P1, P2) eines sich periodisch bewegenden Objekts (H) unter Einsatz eines Tomographiegerätes (1), dass ein um eine z-Achse (A) des Tomographiegerätes (1) rotierbar angeordnetes Aufnahmesystem (5, 6) mit einer mit einem Röhrenstrom (I) beaufschlagbaren Röntgenröhre (15, 16) und einem Detektor (17, 18) zur Erfassung von Projektionen umfasst. Dabei wir das Aufnahmesystem (5, 6) relativ zum Objekt (H) zunächst an einer ersten z-Position (z1) positioniert und es werden Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen an dieser z-Position (z1) erfasst, wobei getriggert durch ein die Bewegung des Objekts (H) repräsentierendes Bewegungssignal (BS) zu einer ersten Bewegungsphase (P1) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten ersten Zeitfenster (F1) und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase (F2) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten zweiten Zeitfenster (F2) erfasst werden, und dabei eine Modulation des Röhrenstroms (I) so erfolgt, dass in dem ersten und dem zweiten Zeitfenster (F1, F2) zur Erzielung ch-Verhältnisses in den erzeugten Bildern (B) unterschiedliche Röhrenstromwerte (I1, I2) eingestellt werden. Das Aufnahmesystem (5, 6) wird dann sequentiell an weiteren z-Positionen (z2, z3) positioniert und dort ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Bildern zu unterschiedlichen Bewegungsphasen eines sich periodisch bewegenden Objekts, insbesondere eines sich zyklisch bewegenden Organs eines Patienten oder Probanden, unter Einsatz eines Tomographiegeräts, welches zumindest ein um eine z-Achse des Tomographiegeräts rotierbar angeordnetes Aufnahmesystem mit einer mit einem Röhrenstrom beaufschlagbaren Röntgenröhre und einem Detektor zur Erfassung von Projektionen umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für ein solches Tomographiegerät, ein Tomographiegerät mit einer derartigen Steuereinrichtung und ein Computerprogramm-Produkt für eine programmierbare Steuereinrichtung eines Tomographiegeräts.
Insbesondere bei medizinischen Bildaufnahmen zur Abbildung des Herzens und 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 Bewegungsartefakte im resultierenden tomographischen Bild.
Um eine Rekonstruktion eines das Herz darstellenden tomographischen Bildes mit geringen Bewegungsartefakten zu ermöglichen, können unter Auswertung eines vom Patienten abgeleiteten EKG-Signals Projektionen zu ein und derselben Phase aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen gewonnen werden. Es existieren zwei Verfahren zur EKG-gesteuerten Erfassung von Projektionen, die sich vom Ansatz prinzipiell unterscheiden lassen.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass während der gesamten Zyklusdauer der Herzbewegung Projektionen erfasst und zusammen mit dem EKG-Signal abgespeichert werden. 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 geeignete Wahl der Datenintervalle darstellen lassen. Voraussetzung für ein solches retrospektives Gating bei der 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.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zur Minimierung der Strahlungsdosis bei der Herzcomputertomographie prospektiv durch das EKG getriggerte sequentielle Scans durchzuführen. Bei einem solchen sequentiellen Scan wird das Aufnahmesystem relativ zum untersuchten Objekt an verschiedene z-Positionen entlang der z-Achse verfahren und es werden jeweils an der betreffenden z-Position Projektionen angefertigt, wobei das Zeitfenster, in dem die Projektionen erzeugt werden, in Abhängigkeit vom EKG-Signal festgelegt wird. Beispielsweise kann ein bestimmtes Zeitfenster durch einen Startpunkt und einen Endpunkt definiert werden, die relativ zu einer zuvor gemessenen letzten R-Zacke im EKG bestimmt werden. Meist erfolgt die Datenaufnahme dabei in einem genau festgelegten Zeitfenster im Bereich der Enddiastole, um die Koronargefäße bewegungsfrei darzustellen.
Für eine funktionelle Herzbildgebung, insbesondere zur Bestimmung der Ejektionsfraktion, d. h. des Anteils des bei der Kontraktion des Herzens ausgeworfenen Blutvolumens zum Gesamtvolumen der Herzkammer, muss zusätzlich auch ein Bild in der Phase der maximalen Kontraktion, d. h. zum Zeitpunkt der Endsystole, angefertigt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung für ein Tomographiegerät sowie ein entsprechendes Tomographiegerät der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass mit einer geringen Röntgendosis ausreichend gute Tomographiebilder in unterschiedlichen Bewegungsphasen für eine funktionelle Bildgebung erfasst werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Steuereinrichtung nach Patentanspruch 12 sowie ein Tomographiegerät nach Patentanspruch 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei durch folgende Verfahrensschritte charakterisiert:

a) Zunächst wird das Aufnahmesystem relativ zum Objekt in einer ersten z-Position entlang der z-Achse positioniert.
b) Es werden dann Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen an dieser ersten z-Position erfasst. Vorzugsweise werden hierbei jeweils so viele Projektionen erfasst, dass Messdaten für Parallelprojektionen über ein Winkelintervall von insgesamt mindestens 180° plus dem systembedingten Fächerwinkel (sowie ggf. noch einem Winkelzuschlag von 30° zur Überblendung zwischen Start- und Endprojektionen) vorliegen. Dabei werden getriggert durch ein die Bewegung des Objekts repräsentierendes Bewegungssignal, beispielsweise ein EKG, zu einer ersten Bewegungsphase des Objekts Projektionen in einem prospektiv festgelegten ersten Zeitfenster und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase des Objekts Projektionen in einem prospektiv festgelegten zweiten Zeitfenster erfasst, wobei erfindungsgemäß eine Modulation des Röhrenstroms derart erfolgt, dass in dem ersten und dem zweiten Zeitfenster zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in den erzeugten Bildern unterschiedliche Werte des Röhrenstroms eingestellt werden.
c) Anschließend wird das Aufnahmesystem jeweils analog zum Verfahrensschritt a) sequentiell an weiteren z-Positionen entlang der z-Achse relativ zum Objekt positioniert und es werden jeweils an den z-Positionen entsprechende Projektionen für zumindest die beiden Bewegungsphasen gemäß Verfahrensschritt b) erfasst. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis ein vorgegebener Untersuchungsbereich, der zumindest einen vorgegebenen Teil des zu untersuchenden Objekts, ggf. sogar das ganze Objekt erfasst, an den gewünschten z-Positionen abgetastet ist.
d) Außerdem erfolgt eine Rekonstruktion der tomographischen Bilder für zumindest die beiden Bewegungsphasen auf Grundlage der gewonnenen Projektionen. Eine solche Rekonstruktion kann schritthaltend, d. h. jeweils während der Durchführung der Schritte a) bis c), oder auch nachgeschaltet erfolgen, wenn sämtliche Projektionen aufgenommen wurden.

Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass unter einer Bewegungsphase ein beliebiger festgelegter Zeitabschnitt innerhalb eines Bewegungszyklus zu verstehen ist. Eine solche Bewegungsphase kann beispielsweise in Form von Zahlenwerten, z. B. prozentual oder in Zeiteinheiten, relativ zu einem charakteristischen Wert im Bewegungssignal definiert werden. Ein typisches Beispiel wäre die Festlegung eines Zeitraums in Millisekunden nach Auftreten der letzten R-Zacke oder vor dem geschätzten Auftreten der nächsten R-Zacke in einem EKG. Ebenso ist es aber auch möglich, eine Bewegungsphase durch eine bestimmte charakteristische Aktion innerhalb des Bewe gungssignals zu charakterisieren, beispielsweise bei einer Herzbewegung den Bereich der Systole, der Endsystole, der Diastole oder der Enddiastole.
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 jeweiligen Untersuchung zugrunde liegenden Fragestellung notwendigen Mindestbildqualität der darzustellenden Bewegungsphase durchgeführt wird. Es wird also berücksichtigt, dass in den Bildern, z. B. für spätere Diagnosezwecke, meist unterschiedliche Bildmerkmale betrachtet werden, wobei sich die Bildmerkmale mit einer unterschiedlichen Mindestbildqualität extrahieren lassen. So ist es z. B. bei einer funktionellen Herzbildgebung nicht nötig, dass sowohl in der Enddiastole als auch in der Endsystole hochqualitative tomographische Bilder erzeugt werden. Beispielsweise reicht es aus, in nur einer der Phasen, in der Regel der Enddiastole, ein Bild mit einem sehr geringen Rauschen anzufertigen, um nicht nur die Herzkammer, sondern auch die Koronargefäße bewegungsfrei darzustellen. Da das zusätzliche Bild der Endsystole dann nur noch benötigt wird, um beispielsweise die Ejektionsfraktion zu bestimmen, reicht hierfür ein Bild mit einem höheren Bildrauschen aus, weil im Gegensatz zu den Koronargefäßen die Herzkammer auch bei rauschstärkeren Bildern gut erkennbar ist. Daher ist es sinnvoll, die Aufnahmen für diese Bewegungsphase mit einer geringeren Dosis zu messen.
Die erfindungsgemäße Durchführung der Messung als sequentielle Messung trägt ebenfalls zur Dosisreduzierung bei. So könnte zwar eine Funktionsauswertung im Prinzip auch mit Hilfe eines Spiralscans durchgeführt werden, wobei zur Reduzierung der Röntgendosis der Röhrenstrom in Abhängigkeit vom EKG in analoger Weise moduliert werden könnte. Ein solcher Spiralscan ist zwar insgesamt schneller, hat aber den Nachteil, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Tisches, der sog. Pitch, auch prospektiv eingestellt werden muss. Dabei muss der Pitch so gewählt werden, dass der Vorschub beim längsten RR-Zyklus des EKGs weniger als eine Detektorbreite beträgt, da sonst Lücken im abgetasteten Volumen entstehen könnten. Daher muss bei einem solchen Vorgehen – insbesondere, falls die Herzrate während des Scans stark schwankt – der Pitch kleiner als optimal gewählt werden. Dies würde zu einer deutlich überlappenden Abtastung des Volumens führen, die nur redundante Daten liefert und die Dosis der Untersuchung erhöht. Bei dem erfindungsgemäßen Sequenzscan kann vorzugsweise einfach darauf geachtet werden, dass die erfassten Projektionen für benachbarte z-Positionen aneinander angrenzen oder sich allenfalls sehr gering überlappen, um dennoch den gewünschten Untersuchungsbereich lückenlos abzutasten.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für ein Tomographiegerät benötigt, welches zumindest ein um eine z-Achse rotierbar angeordnetes Aufnahmesystem mit einer mit einem Röntgenstrom beaufschlagten Röntgenröhre und einen Detektor zur Erfassung von Projektionen sowie eine Positionierungseinrichtung aufweist, um das Aufnahmesystem relativ zu einem zu untersuchenden Objekt an vorgegebenen z-Positionen entlang der z-Achse zu positionieren. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung benötigt eine Schnittstelle zur Erfassung eines die Bewegung des Objekts repräsentierenden Bewegungssignals, eine Schnittstelle zur Ansteuerung des Aufnahmesystems und eine Schnittstelle zur Ansteuerung der Positionierungseinrichtung. Zudem muss die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, dass sie zur Erzeugung von tomographischen Bildern zu unterschiedlichen Bewegungsphasen eines sich periodisch bewegenden Objekts das Aufnahmesystem und die Positionierungseinrichtung gemäß den über die Bewegungssignal-Schnittstelle erfassten Bewegungssignalen entsprechend den vorbeschriebenen Verfahrenschritten ansteuert.
Ein erfindungsgemäßes Tomographiegerät benötigt neben dem üblichen um die z-Achse rotierbaren Aufnahmesystem und der besagten Positionierungseinrichtung, um das Aufnahmesystem re lativ zu einem zu untersuchenden Objekt an vorgegebenen z-Positionen entlang der z-Achse zu positionieren, eine solche erfindungsgemäße Steuereinrichtung. Darüber hinaus sollte das Tomographiegerät auch eine Bildrechnereinheit aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie auf Grundlage der gewonnenen Projektionen schritthaltend oder nachgeschaltet tomographische Bilder rekonstruiert.
Ein Großteil der Komponenten zur Realisierung der Erfindung in einer Steuereinrichtung können ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor realisiert werden. Insbesondere können z. B. die Schnittstellen als reine Hardwarekomponenten ausgebildet, aber auch als Softwaremodule realisiert sein, beispielsweise, wenn die Daten von bereits auf dem gleichen Gerät realisierten anderen Komponenten übernommen werden können oder an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben werden müssen. Insbesondere können die Schnittstellen auch aus Hardware- und Softwarekomponenten bestehen, wie z. B. eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für den konkreten Einsatz speziell konfiguriert wird.
Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines Tomographiegeräts ladbar ist, welches Programmcodeabschnitte aufweist, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung des Tomographiegeräts ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung ist insoweit vorteilhaft, da hierdurch auch bereits vorhandene geeignete Tomographiegeräte leichter nachgerüstet werden können, um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu arbeiten.
Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Kategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Wie erläutert, wird zur Einsparung einer applizierten Dosis die Abtastung der Bewegungsphasen vorteilhaft so durchgeführt, dass für die erzeugten tomographischen Bilder gerade das jeweils benötigte Signal-zu-Rausch-Verhältnis, d. h. die Mindestbildqualität, erreicht wird. Das in den jeweiligen Bildern benötigte bzw. geforderte Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann beispielsweise mittels einer Tastatur von einem Benutzer zu Beginn der Untersuchung eingegeben werden. Alternativ können auch in Abhängigkeit der ausgewählten darzustellenden Phasen die für die spätere Diagnose notwendigen Signal-zu-Rausch-Verhältnisse automatisch aus einer Datenbank ausgelesen werden, in der z. B. experimentell oder durch eine Simulation ermittelte optimale Werte abgespeichert sind. Insbesondere ist eine Hinterlegung dieser Werte in Scan-Protokollen möglich, welche jeweils die für die automatische Ansteuerung des Tomographiegeräts für eine bestimmte Untersuchung bzw. Studie benötigten Parameterwerte enthalten.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden ein Anfangszeitpunkt und ein Endzeitpunkt zu jedem der Zeitfenster prospektiv unter Berücksichtigung mindestens eines Schwankungsparameters bestimmt, wobei der Schwankungsparameter eine Unregelmäßigkeit der periodischen Bewegung des Objekts charakterisiert. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem EKG-Signal die Lage der Zeitfenster in Bezug auf die R-Zacke des Herzzyklus prospektiv zuverlässiger geschätzt werden, da eine Anpassung der Abschätzung dynamisch an auftretende Änderungen der Herzfrequenz erfolgen kann. Änderungen der Herzfrequenz könnten beispielsweise durch ergometrische Belastung und durch den Einsatz von Kontrastmittel, beispielsweise durch den Einsatz von Adenosin, entstehen.
Vorzugsweise wird der Schwankungsparameter durch eine Analyse einer vorgegebenen Anzahl vorausgegangener Perioden der Bewegung des Objekts bestimmt, wobei sich als Schwankungsparameter ganz besonders bevorzugt ein Trend der Periodendauer der analysierten Perioden anbietet. Eine entsprechende Möglich keit zur Bestimmung der Anfangszeitpunkte und der Endzeitpunkte unter Nutzung des Trends der Periodendauer der vorhergehenden Perioden innerhalb eines EKGs ist beispielsweise aus der DE 10 2005 036 963 B3 bekannt, auf die insoweit hier inhaltlich verwiesen wird.
Besonders bevorzugt wird auch in Abhängigkeit von einer Periodendauer der Bewegung des Objekts prospektiv festgelegt, in welchem der beiden Zeitfenster ein niedrigerer Wert des Röhrenstroms eingestellt wird und in welchem der beiden Zeitfenster ein relativ dazu höherer Wert des Röhrenstroms eingestellt wird. So kann es beispielsweise von der Periodendauer abhängen, ob es günstiger ist, in einem ersten Zeitfenster ein qualitativ höherwertiges Bild zu machen und dafür in einem zweiten Zeitfenster ein qualitativ schlechteres Bild oder umgekehrt. Z. B. eignet sich bei einer Herzuntersuchung der Bereich der Enddiastole in der Regel besser, um ein hochqualitatives Bild zu erzeugen, in dem die Koronargefäße bewegungsfrei dargestellt werden. Mit steigender Herzrate, d. h. mit einer Verringerung der Periode des EKGs, wird jedoch der zeitliche Bereich der Enddiastole im Verhältnis zum Bereich der Endsystole immer kleiner. Der Grund liegt darin, dass die Dauer der Kontraktion des Herzens relativ unabhängig von der Herzrate ist. Erhöht sich also die Herzrate, ändert sich in erster Linie die Lage der Diastole, die mit steigender Herzrate somit kürzer wird.
Daher kann es sinnvoll sein, für niedrige Herzraten die qualitativ höherwertige Aufnahme zur Erkennung der Koronargefäße wie üblich zum Zeitpunkt der Enddiastole, d. h. im zweiten Zeitfenster, durchzuführen und hier einen höheren Röhrenstrom einzustellen. Für höhere Herzraten müsste dagegen im ersten Zeitfenster, welches zumindest einen Teil der Endsystole erfasst, das qualitativ höherwertige Bild angefertigt werden, wogegen dann bei der Aufnahme der Enddiastole ein niedrigerer Röhrenstrom eingestellt wird. Diese Festlegung, welcher Röhrenstrom in welchem Fenster verwendet wird, kann automatisch erfolgen. Als niedrige Herzraten, in denen die qualitative höherwertige Aufnahme im Bereich der Enddiastole durchgeführt wird, können beispielsweise Herzraten unterhalb von 75 bpm (Schläge pro Minute) angesehen werden.
Sinnvollerweise erfolgt vor und nach dem Erfassen der Projektionen in den gewünschten Zeitfenstern an der betreffenden z-Position, d. h. während eines Umpositionierens des Aufnahmesystems in eine neue z-Position, keine Aussendung von Röntgenstrahlung Vorzugsweise wird aber auch zwischen den Zeitfenstern der Röhrenstrom auf einen Wert abgesenkt, der unterhalb der Werte des Röhrenstroms in den beiden Zeitfenstern liegt. Dabei erfolgt vorteilhafterweise eine ganz erhebliche Absenkung. So beträgt vorzugsweise der Wert in einem der beiden Zeitfenster gleich oder weniger als ca. 1/5 des Wertes in dem anderen Zeitfenster und zwischen den Zeitfenstern wird der Röhrenstrom vorzugsweise nur noch auf gleich oder weniger als ca. 1/20 des bei der höher qualitativen Aufnahme benötigten maximalen Stroms abgesenkt. Besonders bevorzugt wird zur Dosisminimierung zwischen den beiden Zeitfenstern der Röhrenstrom sogar auf den Wert 0 abgesenkt.
Da die beiden Zeitfenster jeweils separat voneinander prospektiv bestimmt werden können, kann es prinzipiell zu einem Überlapp der beiden Zeitfenster kommen. In diesem Fall sollte dafür gesorgt werden, dass in dem Überlappungsbereich der beiden Zeitfenster automatisch der jeweils höhere Wert des Röhrenstroms eingestellt wird.
Um Rechenzeit zu sparen, könnte das Verfahren prinzipiell auch so durchgeführt werden, dass ein vorhergehendes Zeitfenster und ein nachfolgendes Zeitfenster innerhalb eines Zyklus unmittelbar aneinandergrenzen. D. h. es wird dann ein erster Startzeitpunkt für das erste Fenster bestimmt, dann ein weiterer Zeitpunkt, welcher gleichzeitig den Endzeitpunkt für das erste Fenster und den Startzeitpunkt für das zweite Fenster bildet und schließlich ein Endzeitpunkt für das Ende des zweiten Fensters.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Computertomographiegerät in einer perspektivischen Darstellung,
2 eine erste Variante eines Zeitverhaltens einer Strommodulation des Röhrenstroms in Relation zu einem EKG-Signal,
3 eine zweite Variante eines Zeitverhaltens einer Strommodulation des Röhrenstroms in Relation zu einem EKG-Signal,
4 eine dritte Variante eines Zeitverhaltens einer Strommodulation des Röhrenstroms in Relation zu einem EKG-Signal und,
5 eine vierte Variante eines Zeitverhaltens einer Strommodulation des Röhrenstroms in Relation zu einem EKG-Signal.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Tomographiegeräts. Das Tomographiegerät weist in einem Gantrygehäuse 11 eine um eine im Allgemeinen als z-Achse A bezeichnete Systemachse drehbare Gantry 10 mit zumindest einem Aufnahmesystem 5, bestehend aus einem Röntgenstrahler 15 und einem radial gegenüberliegenden Röntgendetektor 17, auf. Optional kann das Tomographiegerät auch noch weitere Aufnahmesysteme aufweisen. In 1 ist ein um 90° zum ersten Aufnahmesystem 5 versetztes zweites Aufnahmesystem 6 mit einer weiteren Röntgenröhre 16 und einem zweiten Detektor 18 dargestellt. Der Einsatz mehrerer gegeneinander winkelversetzter Aufnahmesysteme hat den Vorteil, dass Aufnahmen in erheblich kürzerer Zeit gefertigt werden können, da gleichzeitig ein größerer Winkelbereich abgedeckt wird und somit gleichzeitig verschiedene Projektionen erfasst werden können. Dies ist insbesondere bei einer Aufnahme von sich schnell bewegenden Organen vorteilhaft.
In z-Richtung vor dem Gantrygehäuse 11 befindet sich ein Patiententisch 2, der auf einem Sockel 4 mit Hilfe einer Positioniereinrichtung 3 zumindest in Richtung der z-Achse verfahren werden kann. Auf diesem Wege kann ein auf dem Patiententisch 2 liegender Patient P in den Messbereich innerhalb der Gantry 10 des Gantrygehäuses 11 gefahren und dabei der Bereich des zu untersuchenden Objekts, hier beispielsweise das Herz H des Patienten P, an der passenden Position im Isozentrum des Tomographen positioniert werden. Die Positioniereinrichtung 3 kann beispielsweise in üblicher Weise durch eine in geeigneter Weise von Elektromotoren und/oder durch elektrisch ansteuerbare, pneumatische und/oder hydraulische Aggregate angesteuerte Mechanik realisiert werden.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Patiententisch 2 in ein feststehendes Gantrygehäuse 11 eingefahren und somit der Patient bzw. das zu untersuchende Objekt H passend zum Gantrygehäuse 11 positioniert. Grundsätzlich sind aber auch Ausführungsbeispiele möglich, bei denen das Gantrygehäuse verschoben wird und der Patient selber beispielsweise auf einem an einer fixen Position befindlichen Untersuchungstisch liegt. Wesentlich ist lediglich die relative Positionierung des Untersuchungsobjekts H zum Aufnahmesystem 5, 6.
Es wird an dieser Stelle auch darauf hingewiesen, dass anstelle des dargestellten Ausführungsbeispiels das Tomographiegerät auch in völlig anderer Form aufgebaut sein kann. Beispielsweise ist in den meisten Fällen die Gantry zusätzlich quer zur z-Achse verschwenkbar ausgebildet, um nicht nur senkrecht zur z-Achse liegende, sondern auch schräg liegende Schnittbilder zu erzeugen. Ebenso können die Aufnahmesysteme anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein nicht mit der Röntgenquelle rotierender, sondern ringförmig um die ganze Gantry verlaufender Detektor eingesetzt werden. Der genaue Aufbau des Aufnahmesystems ist für die vorliegende Erfindung weitgehend unerheblich.
Die Steuerung des Tomographiegeräts erfolgt mit einer Steuereinrichtung 20, die über geeignete Steuer- und Datenleitungen mit dem Gantrygehäuse 11 verbunden ist. In 1 ist eine Steuerleitung dargestellt, über die Ansteuersignale AS für das Aufnahmesystem sowie Positionssteuersignale PS für die Positionssteuerung 3 des Patiententischs übergeben werden, welche wiederum über Kabel mit dem Gantrygehäuse 11 verbunden ist. Hierzu weist die Steuereinrichtung 20 geeignete Schnittstellen 22 zur Ansteuerung der Aufnahmesysteme 5, 6 und eine Schnittstelle 23 zur Ansteuerung der Positioniereinrichtung 3 auf, welche hier als eine gemeinsame Schnittstelle 22, 23 dargestellt ist.
Über eine weitere Leitung werden Rohdaten RD, die von den Detektoren 17, 18 der Aufnahmesystem erfasst werden, an eine Rohdaten-Schnittstelle 24 der Steuereinrichtung 20 weitergeleitet. Es ist klar, dass anstelle einer Rohdatenleitung und einer Ansteuerleitung auch eine Vielzahl von weiteren Steuer- und Datenleitungen zwischen Steuereinrichtung 20 und Gantrygehäuse 11 bzw. auch dem Patiententisch 2 vorhanden sein können. Ebenso können auch sämtliche Leitungen in eine Leitung zusammengefasst werden. Dementsprechend müssen die Schnittstellen angepasst sein.
Die über die Rohdaten-Schnittstelle 24 erfassten Rohdaten werden einer Bildrechnereinheit 25 zugeführt, die hier Teil der Steuereinrichtung 20 ist und die aus den mit den Detektoren 17, 18 erfassten Projektionen die gewünschten Schnittbilder B rekonstruiert. Diese können auf einem Display der Steuereinrichtung 20 dem Benutzer gleich dargestellt und/oder in einem Speicher 27 hinterlegt werden. Sie können auch über eine nicht dargestellte Schnittstelle an weitere Komponenten, beispielsweise Befundungsstationen, die mit der Steuereinrichtung über ein Netzwerk verbunden sind, übermittelt oder auf an dieses Netzwerk angeschlossenen Massenspeichern hin terlegt werden oder auf Filmingstationen oder dergleichen ausgedruckt werden.
Die Steuereinrichtung 20 weist zur eigentlichen Ansteuerung des Aufnahmesystems 5, 6 und der Positioniereinrichtung 3 eine Messsteuereinheit 26 auf, welche z. B. basierend auf im Speicher 27 hinterlegten oder über einen Netzwerkanschluss erhaltenen Scanprotokollen, welche die für die automatische Steuerung notwendigen Parameter enthalten, Steuersignale generiert, die über die Schnittstellen 22, 23 an die betreffenden Komponenten des Tomographiegeräts übermittelt werden.
Über eine Benutzerschnittstelle, die beispielsweise wie hier dargestellt eine Tastatur, ein Display und ggf. auch weitere Eingabemittel wie eine Maus oder dergleichen aufweist, kann ein Benutzer die geeigneten Scanprotokolle auch auswählen und ggf. verändern, um so letztlich die Messung vorzugeben.
Wie in 1 zu sehen ist, ist der Patient P mittels Elektroden (von denen hier schematisch nur zwei dargestellt sind) in üblicher Weise an ein Elektrokardiogramm-Gerät 12 angeschlossen. Ein damit während der Aufnahme der Tomographiebilder B simultan erfasstes EKG-Signal BS wird als Bewegungssignal BS an eine Bewegungssignal-Schnittstelle 21 der Steuereinrichtung 20 übermittelt. Es kann dort genutzt werden, um das Tomographiegerät 1 in der nachfolgend beschriebenen Weise getriggert durch das EKG-Signal BS anzusteuern und so in erfindungsgemäßer Weise Aufnahmen des sich zyklisch bewegenden Herzens H des Patienten P in ganz bestimmten Bewegungsphasen zu erzeugen. Das Bewegungssignal BS wird vom Elektrokardiogramm-Gerät 12 vorzugsweise in digitaler Form übergeben. Alternativ kann auch die Bewegungssignal-Schnittstelle 21 einen Digital/Analog-Wandler aufweisen, um ein analoges Bewegungssignal in digitale Daten umzuwandeln und diese dann in der Messsteuereinheit 26 zu nutzen.
Sowohl die Messsteuereinheit 26 als auch die Bildrechnereinheit 25 sowie ggf. eine Vielzahl von weiteren nicht darge stellten Komponenten in der Steuereinrichtung 20 sind vorzugsweise in Form von Softwaremodulen auf einem oder ggf. mehreren untereinander vernetzten Prozessoren in der Steuereinrichtung 20 realisiert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein typischer Fall dargestellt, bei dem die Breite der Detektoren 17, 18 in z-Richtung nicht ausreicht, um Projektionen des kompletten Herzens H entlang der z-Richtung auf einmal zu erfassen. Daher müssen nacheinander an verschiedenen z-Positionen, von denen hier beispielhaft nur drei z-Positionen z₁, z₂, z₃ eingezeichnet sind, Projektionen angefertigt werden, um ein Abbild des kompletten Herzens zu bekommen.
Wie eingangs dargelegt, besteht das Problem darin, dass zur Darstellung einer bestimmten Bewegungsphase sämtliche Projektionen aus dieser Bewegungsphase stammen müssen. Dies wäre möglich, indem einfach Projektionen vom kompletten Bewegungszyklus des Herzens in allen z-Positionen angefertigt werden und mit Hilfe des parallel aufgezeichneten EKG-Signals retrospektiv für die Erzeugung der gewünschten Bilder nur die Projektionen verwendet werden, die in den passenden Phasen aufgezeichnet werden. Dies bedeutet aber für den Patienten eine relativ hohe Röntgenstrahlenbelastung, die vermieden werden sollte. Daher arbeitet das System in der erfindungsgemäßen Weise zur Erfassung von Computertomographiebildern in mehreren Bewegungsphasen in der erfindungsgemäßen Weise durch Festlegung geeigneter Fenster für die einzelnen interessierenden Bewegungsphasen und Festlegung einer genau für die jeweilige Bewegungsphase zur Erzeugung eines nutzbaren Bildes erforderlichen Röntgendosis bzw. des hierfür vorzugebenden Röhrenstroms.
In 2 ist eine Variante für ein bevorzugt einstellbares Zeitverhalten der Strommodulation des Röhrenstroms I in Relation zum EKG-Signal BS des Patienten P über die Zeit t gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei werden in einem ersten Zeitfenster F₁ in einer ersten Bewegungsphase P₁ (d. h., dass das Zeitfenster F₁ zumindest einen Teil der ersten Bewegungsphase P₁ überdeckt) und in einem zweiten Zeitfenster F₂ in einer zweiten Bewegungsphase P₂ (d. h., dass das Zeitfenster F2 zumindest einen Teil der zweiten Bewegungsphase P₂ überdeckt) des Herzens H tomographische Bilder mit unterschiedlicher Bildqualität durch entsprechende Modulation des Röhrenstroms I erzeugt. Im unteren Teil der Figur ist dabei ein typisches EKG-Signal BS dargestellt, in dem die Bewegungsphasen P₁, P₂ festgelegt sind. Ein solches EKG-Signal BS zeigt als besonders charakteristisches Merkmal bei jedem Herzschlag eine sogenannte R-Zacke R. Diese eignet sich besonders gut, um eine Steuerung des Tomographiegeräts zu triggern. Bei der ersten Bewegungsphase P₁ handelt es sich hier um die sog. Endsystole, in welcher das Herz zusammengezogen ist. Die zweite Bewegungsphase P₂ ist hier die Enddiastole, in der das Herz erweitert ist, d. h. mit Blut gefüllt ist. In dem darüber eingezeichneten Diagramm ist der Röntgenröhrenstrom I über der Zeit t aufgetragen. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Modulation hier als sehr scharfe Rechteckmodulation dargestellt ist. In der Realität sind solche Rechtecke in der Regel nicht erreichbar, sondern es ist mit größeren Anstiegs- und Abstiegszeiten zu rechnen.
Für eine einfache Aufnahme zur bewegungsfreien Wiedergabe der Koronargefäße des Herzens würde eines der Zeitfenster F₂ ausreichen. In der Regel wird hierfür die Enddiastole P₂ verwendet, da diese im Allgemeinen länger dauert und daher ein etwas größeres Zeitfenster gewählt werden kann, um bewegungsfrei die gewünschten Projektionen zu erfassen.
Für eine funktionelle Herzbildgebung wird jedoch auch eine Aufnahme in der Phase der maximalen Kontraktion benötigt. In den daraus erzeugten Schnittbildern muss lediglich die Größe der Herzkammer bestimmt werden, um diese dann mit der aus den zum Zeitpunkt der Enddiastole erzeugten Schnittbildaufnahmen gewonnenen Herzkammergröße zu vergleichen. Daraus kann die Ejektionsfraktion bestimmt werden. Im Gegensatz zu einer Aufnahme, welche Auskunft über den Zustand der Koronargefäße ge ben soll, ist für die Ermittlung der Herzkammergröße eine besonders gute Aufnahmequalität nicht nötig, da auch noch in Bildern mit einem relativ hohen Bildrauschen die Kammerwand gut detektierbar ist. Um also die gesamte Röntgendosis so niedrig wie möglich zu halten, werden bei dem Verfahren gemäß 2 zunächst für die Endsystole P₁ und die Enddiastole P₂ die Fenster F₁, F₂ festgelegt, wozu jeweils die Anfangszeitpunkte t₁, t₃ und die Endzeitpunkte t₂, t₄ der Zeitfenster F₁, F₂ prospektiv bestimmt werden.
Die Festlegung dieser Zeitpunkte t₁, t₂, t₃, t₄ erfolgt hier in Bezug auf die vorgehende R-Zacke R im EKG-Signal BS prospektiv auf der Grundlage einer Auswertung zumindest der vergangenen Periodendauer des Herzzyklus, d. h. durch eine Abschätzung. Bevorzugt wird jedoch zur Verbesserung der Schätzung ein Trend in der zeitlichen Änderung der Periodendauer durch eine Auswertung einer Mehrzahl von in der Vergangenheit registrierten Periodendauern bestimmt und dieser Trend dann berücksichtigt. Bei der Schätzung können zudem neben dem Trend auch weitere Schwankungsparameter wie die Streuung der Periodendauer berücksichtigt werden. Vorzugsweise werden alle leicht verfügbaren Parameter verwendet, mit denen sich Änderungen der Periodendauern mathematisch beschreiben lassen. Die Optimierung der Phasenlage der Endsystole P₁ liegt typisch zwischen 30% und 40% des RR-Zyklus des EKG-Signals, wogegen die Enddiastole P₂ oft zwischen 60% und 70% des RR-Zyklus zu finden ist. Verschiedenste Methoden, wie solche Parameter berücksichtigt werden können, sind in der DE 10 2005 036 963 B3 beschrieben.
Es werden dann für jedes der Fenster F₁, F₂ die für die zu erreichende Bildqualität der Bilder in den zugehörigen Bewegungsphasen P₁, P₂ gerade benötigten Röhrenstromwerte I₁, I₂ festgelegt. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Messung der Projektionen der Enddiastole ein relativ niedriger Strom I₁ von ca. 100 mA vorgegeben. Für die Messung der Projektionen im Zeitfenster F₂ für die Enddiastole P₂ wird dagegen ein erheblich höherer Strom I₂ von ca. 500 mA vorgegeben, da hier ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht werden soll.
Innerhalb des Aufnahmeverfahrens wird dann die Positioniereinrichtung 3 so angesteuert, dass zunächst eine Positionierung des Herzens relativ zum Aufnahmesystem 5, 6 in einer ersten z-Position z₁ erfolgt. D. h. die Positionierung des Patienten P erfolgt so, dass die in 1 relativ zum Herzen H eingezeichnete, als z-Position z₁ gekennzeichnete Schnittlinie im Isozentrum der Gantry 10 liegt, um dort die gewünschte Schnittbildaufnahme zu erzeugen. Nachdem die korrekte Positionierung der Aufnahmesysteme 5, 6 am Ort z₁ erfolgt ist, werden passend zum EKG-Signal an den in 2 dargestellten Zeitfenstern F₁, F₂ mit den vorgegebenen Röhrenströmen I₁ bzw. I₂ die Projektionen erfasst.
In dem gezeigten Beispiel schlägt das Herz mit einer Frequenz von 60 bpm. Zur Rekonstruktion eines eine Bewegungsphase P₁, P₂ 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 180 Grad plus Fächerwinkel überstrichen werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry ist in der Regel so gewählt, dass in einem Zeitfenster von typischerweise weniger als 250 ms die zur Rekonstruktion eines Schichtbildes benötigten Projektionen mit einem Aufnahmesystem erfasst werden könnten. Bei dem dargestellten Computertomographiegerät mit zwei Aufnahmesystemen halbiert sich das benötigte Zeitintervall, so dass auch bei hohen Herzfrequenzen alle erforderlichen Projektionen in einem Herzzyklus erfasst werden können.
Sollte die Herzfrequenz so hoch werden, 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 aufeinander folgender Herzzyklen erfolgen, wobei das Aufnahmesystem solange an der jeweiligen z-Position stehen bleibt. Das Rekonstruktionsintervall setzt sich dann aus mehreren, zu unterschiedlichen Herzzyklen gehörigen Datenintervallen zusammen. Dieses Vorgehen ist als Mehrsegment-Rekonstruktion bekannt.
Sind alle gewünschten Projektionen an einer z-Position z₁ aufgenommen worden, so kann die Positionseinrichtung 3 so angesteuert werden, dass die nächste z-Position z₂ angefahren wird, welche vorzugsweise so liegt, dass vom Aufnahmesystem 5, 6 erfasste Bereiche in z-Richtung nahtlos in den an der Position z₁ erfassten Bereich angrenzen oder sich allenfalls geringfügig überdecken, so dass eine lückenlose Aufnahme des Herzens erfasst werden kann. Dort werden dann die erforderlichen Projektionen erzeugt.
Anschließend werden sequentiell die weiteren Positionen angefahren und auch dort entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren die Projektionen in den beiden Zeitfenstern F₁, F₂ gefertigt. In 1 sind der Einfachheit halber nur drei z-Positionen z₁, z₂, z₃ eingezeichnet. Es ist klar, dass in der Realität meist eine Vielzahl weiterer z-Positionen angefahren wird. Dies hängt letztlich von der Breite der Detektoren und der Ausdehnung des betreffenden zu untersuchenden Objekts in z-Richtung ab.
In 2 ist dargestellt, dass der Röhrenstrom zwischen den beiden Zeitfenstern F₁, F₂ innerhalb des RR-Zyklus auf 0 abgesenkt wird, um eine minimale Röntgendosis abzustrahlen. Während einer Umpositionierung innerhalb des sequentiellen Messvorgangs, d. h. vor dem Messen im ersten Zeitfenster F₁ und nach dem Messen im letzten Zeitfenster F₂ an einer bestimmten z-Position sollte die Röntgenröhre ohnehin so eingestellt werden, dass keine Röntgendosis abgegeben wird.
3 zeigt eine Variante, bei der jedoch die Absenkung zwischen den Zeitfenstern (und ggf. auch vor dem ersten Zeit fenster F₁ und nach dem letzten Zeitfenster F₂, wobei sich das Objekt allerdings schon in der jeweiligen passenden z-Position befinden sollte) mit einem sehr geringen Röhrenstrom I₃ weiter gemessen wird. Dieser Röhrenstrom kann beispielsweise 5% des höheren Röhrenstroms I₂ sein. Diese Variante würde dann eingesetzt, wenn in einem speziellen Fall noch Bildinformationen außerhalb der einzelnen festgelegten Fenster für weitere Analysen gewünscht werden, was jedoch mit einer höheren Dosis erkauft wird.
In den 1 und 2 ist dargestellt, dass die Röntgenröhre im zweiten Zeitfenster F₂ im Bereich der Enddiastole P₂ mit einem höheren Strom I₂ betrieben wird, um das qualitativ bessere Bild zu erzeugen. Dies muss nicht notwendig so sein. In der Regel wird die Enddiastole zwar zur Erzeugung der qualitativ besseren Bilder zur Beobachtung der Koronargefäße verwendet. Bei höheren Herzraten kann es jedoch auch sinnvoll sein, das qualitativ höherwertige Bild in der Bewegungsphase P₁ der Enddiastole anzufertigen, da mit steigender Herzrate die Bewegungsphase P₂ der Enddiastole relativ zur Bewegungsphase P₁ der Endsystole immer kürzer wird. Die Messsteuereinheit kann hierzu gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung so arbeiten, dass automatisch oberhalb einer beispielsweise einstellbaren Herzfrequenz das Röhrenstromniveau für das erste Zeitfenster F₁ im Bereich der Endsystole P₁ auf einen höheren Wert und im Gegenzug das Röhrenstromniveau im zweiten Zeitfenster F₂ im Bereich der Enddiastole P₂ auf den niedrigeren Wert I₁ eingestellt wird.
Da sich die Herzfrequenz bzw. die Form des Bewegungssignals bzw. insbesondere die Länge der einzelnen Phasen drastisch ändern kann und die jeweiligen Startzeitpunkte t₁, t₃ der Zeitfenster F₁, F₂ sowie die Endzeitpunkte t₂, t₄ separat unter Berücksichtigung der genannten Schwankungsparameter prospektiv bestimmt werden können, kann es vorkommen, dass der Endzeitpunkt t₂ des ersten Fensters F₁ hinter dem prospektiv ermittelten Startzeitpunkt t₃ des zweiten Fensters F₂ liegt. In diesem Fall überlappen sich die Fenster F₁, F₂, wie dies in 4 dargestellt ist. Um auf jeden Fall sicherzustellen, dass für die Phase, für die ein qualitativ höherwertiges Bild benötigt wird, das zugehörige Zeitfenster, in dem der benötigte hohe Röhrenstrom anliegen sollte, breit genug ist, wird bevorzugt bei einer Überlappung der Fenster dafür gesorgt, dass das höhere Stromniveau I₂ im Überlappungsbereich Vorrang hat, so wie dies in 4 gezeigt ist.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem der Rechenaufwand für die Bestimmung der Zeitfenster F₁, F₂ etwas vereinfacht wurde. Hier wurde der Endzeitpunkt t₂ für das erste Zeitfenster mit dem Startzeitpunkt t₃ für das zweite Zeitfenster F₂ zu einem gemeinsamen Grenzzeitpunkt t', welcher zugleich der Endzeitpunkt des ersten Zeitfensters und Startzeitpunkt des zweiten Zeitfensters ist, zusammengefasst. Damit grenzen also die Fenster F₁ und F₂ immer direkt aneinander. Der Vorteil besteht darin, dass nicht mehr vier, sondern nur noch drei Zeitpunkte prospektiv bestimmt werden müssen. Allerdings ist auch diese Variante mit einer gegenüber der Variante der 1 erhöhten Dosis verbunden, so dass diese Variante dann sinnvoll ist, wenn z. B. die Herzrate so hoch ist, dass die beiden separat bestimmten Fenster F₁, F₂ ohnehin sehr eng aneinander liegen oder sich sogar überlappen würden.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wäre sinnvollerweise analog zu dem Ausführungsbeispiel in 4 dafür zu sorgen, dass der gemeinsame Grenzzeitpunkt t' immer so bestimmt wird, dass der Stufenverlauf durch das Zeitfenster dominiert wird, in dem der höhere Stromwert eingestellt werden soll, d. h. in dem die qualitativ besseren Bilder zu erzeugen sind. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem im Zeitfenster F₂ der höhere Strom eingestellt wird, wäre also der Grenzzeitpunkt t' entsprechend dem Startzeitpunkt t₃ des zweiten Zeitfensters F₂ zu wählen. In einem umgekehrten Fall, in dem im Fenster F₁ der höhere Strom eingestellt werden soll, wäre der gemeinsame Grenzzeitpunkt entsprechend dem Endzeitpunkt des ersten Fensters zu wählen.
Es wird an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Aufbauten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip der Entkoppelung auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zur Erzeugung tomographischer Bilder von mehr als zwei Bewegungsphasen. Die Modulation des Röhrenstroms erfolgt dann entsprechend so, dass in jedem Zeitfenster ein bestimmter Röhrenstromwert erreicht wird. Die Erfindung ist insbesondere auch nicht auf die Anwendungen bei der Erzeugung von Bildern des Herzens beschränkt, sondern kann grundsätzlich für alle sich zyklisch bewegenden Objekte, d. h. andere Organe oder auch unbelebte technische Objekte im Bereich der Materialprüfung eingesetzt werden.
Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005036963 B3 [0020, 0048]

Claims

Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Bildern (B) zu unterschiedlichen Bewegungsphasen (P₁, P₂) eines sich periodisch bewegenden Objekts (H) unter Einsatz eines Tomographiegerätes (1), welches zumindest ein um eine z-Achse (A) des Tomographiegerätes (1) rotierbar angeordnetes Aufnahmesystem (5, 6) mit einer mit einem Röhrenstrom (I) beaufschlagbaren Röntgenröhre (15, 16) und einem Detektor (17, 18) zur Erfassung von Projektionen umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Positionieren des Aufnahmesystems (5, 6) relativ zum Objekt (H) an einer ersten z-Position (z₁) entlang der z-Achse (A), b) Erfassen von Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen an dieser ersten z-Position (z₁), wobei getriggert durch ein die Bewegung des Objekts (H) repräsentierendes Bewegungssignal (BS) zu einer ersten Bewegungsphase (P₁) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten ersten Zeitfenster (F₁) und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase (F₂) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten zweiten Zeitfenster (F₂) erfasst werden, und wobei eine Modulation des Röhrenstroms (I) derart erfolgt, dass in dem ersten und dem zweiten Zeitfenster (F₁, F₂) zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in den erzeugten Bildern (B) unterschiedliche Werte (I₁, I₂) des Röhrenstroms (I) eingestellt werden, c) sequentielles Positionieren des Aufnahmesystems (5, 6) und jeweils Erfassen von Projektionen für zumindest die beiden Bewegungsphasen (P₁, P₂) gemäß den Verfahrensschritten a) und b) an weiteren z-Positionen (z₂, z₃) entlang der z-Achse (A), so lange, bis ein vorgegebener Untersuchungsbereich an den gewünschten z-Positionen (z₁, z₂, z₃) abgetastet ist, und d) schritthaltende oder nachgeschaltete Rekonstruktion von tomographischen Bildern (B) auf Grundlage der gewonnenen Projektionen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Anfangszeitpunkt (t₁, t₃) und ein Endzeitpunkt (t₂, t₄) zu jedem der Zeitfenster (F₁, F₂) prospektiv unter Berücksichtigung mindestens eines Schwankungsparameters bestimmt werden, wobei der Schwankungsparameter eine Unregelmäßigkeit der periodischen Bewegung des Objekts (H) charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schwankungsparameter durch eine Analyse einer vorgegebenen Anzahl vorausgegangener Perioden der Bewegung des Objekts (H) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Schwankungsparameter ein Trend der Periodendauer der analysierten Perioden verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einer erwarteten Periodendauer der Bewegung des Objekts (H) festgelegt wird, in welchem der beiden Zeitfenster (F₁, F₂) ein niedrigerer Wert (I₁) des Röhrenstroms (I) eingestellt wird und in welchem der beiden Zeitfenster (F₁, F₂) ein relativ dazu höherer Wert (I₂) des Röhrenstroms (I) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Zeitfenstern (F₁, F₂) der Röhrenstrom (I) auf einen Wert (I₃) abgesenkt wird, der unterhalb der Werte (I₁, I₂) des Röhrenstroms (I) in den beiden Zeitfenstern (F₁, F₂) liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zwischen den beiden Zeitfenstern (F₁, F₂) der Röhrenstrom (I) auf den Wert Null abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, wenn sich die prospektiv bestimmten Zeitfenster (F₁, F₂) überlappen, in einem Überlappungsbereich der beiden Zeitfenster (F₁, F₂) der jeweils höhere Wert (I₂) des Röhrenstroms (I) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (H) das Herz (H) des Patienten (P) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Bewegungsphase (P₁) die Enddiastole und die zweite Bewegungsphase (P₂) die Endsystole betrifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bewegungssignal (BS) ein EKG-Signal des Patienten (P) ist.
Steuereinrichtung (20) für ein Tomographiegerät (1), welches Tomographiegerät (1) zumindest ein um eine z-Achse (A) des Tomographiegeräts (1) rotierbar angeordnetes Aufnahmesystem (5, 6) mit einer mit einem Röhrenstrom (I) beaufschlagbaren Röntgenröhre (15, 16) und einen Detektor (17, 18) zur Erfassung von Projektionen sowie eine Positionierungseinrichtung (3) aufweist, um das Aufnahmesystem (5, 6) relativ zu einem zu untersuchenden Objekt (H) an vorgegebenen z-Positionen (z₁, z₂, z₃) entlang der z-Achse (A) zu positionieren, wobei die Steuereinrichtung (20) eine Bewegungssignal-Schnittstelle (21) zur Erfassung eines die Bewegung des Objekts (H) repräsentierenden Bewegungssignals (ES), eine Schnittstelle (22) zur Ansteuerung des Aufnahmesystems (5, 6) und eine Schnittstelle (23) zur Ansteuerung der Positionierungseinrichtung (3) aufweist und so ausgebildet ist, dass zur Erzeugung von tomographischen Bildern (B) zu unterschiedlichen Bewegungsphasen (F₁, F₂) eines sich periodisch bewegenden Objekts (H) a) das Aufnahmesystem (5, 6) relativ zum Objekt (H) an einer ersten z-Position (z₁) entlang der z-Achse (A) positioniert wird, b) Projektionen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen an dieser ersten z-Position (z₁) erfasst werden, wobei getriggert durch das Bewegungssignal (BS) zu einer ersten Bewegungsphase (P₁) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten ersten Zeitfenster (F₁) und zu einer zumindest zweiten Bewegungsphase (P₂) des Objekts (H) Projektionen in einem prospektiv festgelegten zweiten Zeitfenster (F₂) erfasst werden, und wobei eine Modulation des Röhrenstroms (I) derart erfolgt, dass in dem ersten und dem zweiten Zeitfenster (F₁, F₂) zur Erzielung eines vorgebbaren unterschiedlichen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in den erzeugten Bildern (B) unterschiedliche Werte (I1, I2) des Röhrenstroms (I) eingestellt werden, c) gemäß den Schritten a) und b) das Aufnahmesystem (5, 6) sequentiell an weiteren z-Positionen (z₂, z₃) entlang der z-Achse (A) positioniert wird und an diesen z-Positionen (z₂, z₃) jeweils Projektionen für zumindest die beiden Bewegungsphasen (P₁, P₂) erfasst werden, so lange, bis ein vorgegebener Untersuchungsbereich an den gewünschten z-Positionen (z₁, z₂, z₃) abgetastet ist.
Tomographiegerät (1) mit zumindest – einem um eine z-Achse (A) des Tomographiegerätes (1) rotierbar angeordneten Aufnahmesystem (5, 6) mit einer mit einem Röhrenstrom (I) beaufschlagbaren Röntgenröhre (15, 16) und einem Detektor (17, 18) zur Erfassung von Projektionen, – einer Positionierungseinrichtung 3, um das Aufnahmesystem (5, 6) relativ zu einem zu untersuchenden Objekt (H) an vorgegeben z-Positionen (z₁, z₂, z₃) entlang der z-Achse (A) zu positionieren, – einer Steuereinrichtung (20) nach Anspruch 12, – einer Bildrechnereinheit (24), die ausgebildet ist, um auf Grundlage der gewonnenen Projektionen schritthaltend oder nachgeschaltet tomographische Bilder (B) zu rekonstruieren.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher (25) einer programmierbaren Steuereinrichtung (20) eines Tomographiegeräts (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (20) des Tomographiegeräts (1) ausgeführt wird.