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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterstützung der Ermittlung der Eignung eines Patienten für einen Scan des Herzens des Patienten mit einem Röntgencomputertomographen, wobei einem Arzt eine Grundlage für eine Entscheidung zur Verfügung gestellt werden soll, ob der Scan durchgeführt oder besser unterlassen wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und einen Röntgencomputertomograph zum Scannen des Herzens eines Patienten.
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Patienten mit Herzerkrankungen werden sofern medizinisch erforderlich und sinnvoll zur Untersuchung des Herzens Scans mit Röntgencomputertomographen unterzogen, wobei unter einem Scan die Aufnahme einer Vielzahl von 2D-Röntgenprojektion aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen vom Herzen zumeist unter Vorschub des Herzens bzw. des Patienten relativ zum Röntgenaufnahmesystem des Röntgencomputertomographen verstanden wird. Ziel der Untersuchung ist die Erzeugung qualitativ hochwertiger und aussagekräftiger Bilder vom Herzen, die häufig die Grundlage für eine Diagnose bilden.
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Da es sich beim Herzen um ein bewegtes Organ handelt, ist man bei der Rekonstruktion von Schichtbildern und 3D-Bildern vom Herzen, welche auf Basis der aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen erfolgt, bestrebt, nur solche 2D-Röntgenprojektionen zu verwenden, welche in der Herzphase des Herzzyklus des Patienten aufgenommen wurden, in der das Herz praktisch keine Bewegung vollzogen hat, insbesondere um Bewegungsartefakte in den rekonstruierten Schichtbildern und 3D-Bildern vom Herzen zu vermeiden. Zur Ermittlung des Herzzyklus des Herzens des Patienten ist es üblich, ein Elektrokardiogramm (EKG) vom Herzen des Patienten aufzuzeichnen.
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Für die Erzeugung von Schichtbildern und 3D-Bildern vom Herzen werden in der Regel über mehrere Herzzyklen hinweg 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen unter paralleler Aufzeichnung des Elektrokardiogramms aufgenommen und basierend auf dem Elektrokardiogramm nachher nur die für die Rekonstruktion geeigneten 2D-Röntgenprojektionen ausgewählt, weshalb man auch von einem retrospektiven Verfahren spricht.
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Bei einem alternativen Vorgehen werden ebenfalls über mehrere Herzzyklen 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen gewonnen, allerdings basierend auf einem parallel aufgezeichneten Elektrokardiogramm nur dann, wenn sich das Herz in einer Herzphase befindet, zu der es praktisch keine Bewegung vollzieht. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Patient einer geringeren Röntgenstrahlendosis ausgesetzt wird. Verschiedene Beispiele hierfür werden in der
DE 10 2005 027 944 A1 und in der
DE 10 2007 051 548 A1 beschrieben.
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Die Gewinnung von 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen über mehrere Herzzyklen hinweg war bzw. ist erforderlich, da mit den bisher zur Verfügung stehenden Röntgencomputertomographen innerhalb nur einer Ruhephase des Herzzyklus des Patienten nicht genügend 2D-Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen vom Herzen eines Patienten für die Rekonstruktion qualitativ hochwertiger Schichtbilder und 3D-Bilder vom Herzen gewonnen werden konnten. Die Ursache liegt hierbei in der begrenzten Rotationsgeschwindigkeit der das Röntgensystem aufweisenden, um den Patienten rotierenden Gantry sowie der begrenzten Beschleunigung und Verstellgeschwindigkeit der den Patienten aufnehmenden Patientenliege.
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Neuerdings stehen aber Röntgencomputertomographen, insbesondere Röntgencomputertomographen mit zwei um ca. 90° versetzten, an einer Gantry angeordneten Röntgensystemen zur Verfügung, mit denen es möglich ist, innerhalb der Ruhephase nur eines Herzzyklus des Herzens eines Patienten ausreichend viele 2D-Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufzunehmen, dass qualitativ hochwertige Schichtbilder und 3D-Bilder vom Herzen des Patienten rekonstruiert werden können. Patienten, die für eine erfolgreiche Untersuchung mit einem solchen Röntgencomputertomographen in Frage kommen, unterliegen jedoch gewissen physiologischen Beschränkungen, insbesondere im Hinblick auf die Dauer des Herzzyklus sowie die tolerierbare Varianz des Herzzyklus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass eine Grundlage für eine Entscheidung zur Verfügung gestellt wird, ob der Scan in nur einer Ruhephase des Herzens eines Patienten erfolgreich durchgeführt werden kann.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Das Verfahren beruht auf der Überlegung, dass für den beabsichtigten Scan des Herzens, bei dem in der Ruhephase nur eines Herzzyklus des Herzens des Patienten die 2D-Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Richtungen vom Herzen des Patienten zur Rekonstruktion von Schichtbildern und/oder von 3D-Bildern vom Herzen aufgenommen werden, festgestellt werden muss, ob der für den Scan vorgesehene Patient bzw. das Herz des Patienten einen geeigneten Herzzyklus und eine tolerierbare Varianz des Herzzyklus zeigt, damit der Scan erfolgreich innerhalb der Ruhephase nur eines Herzzyklus des Patienten durchgeführt werden kann. Ist die Herzrate oder die Varianz des Herzzyklus des Patienten zu hoch, ist der Patient für den erwähnten Scan nicht geeignet und es sollte ein alternatives Scanverfahren gewählt werden.
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Um die 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten in nur einer Ruhephase des Herzens aufnehmen zu können, muss der Startzeitpunkt für den Scan in der Ruhephase des Herzens des Patienten verhältnismäßig stabil vorhergesagt werden können.
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Aus diesem Grund wird zur Ermittlung der Herzrate und des Herzzyklus des Patienten in einem Verfahrensschritt a) zunächst ein Elektrokardiogramm vom Herzen des Patienten aufgezeichnet.
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Dieses Elektrokardiogramm wird derart ausgewertet, dass basierend auf wenigstens vier zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und zeitlich zuletzt gemessenen R-Zacken des Elektrokardiogramms das zeitliche Auftreten wenigstens der unmittelbar nächsten R-Zacke vorhergesagt und mit dem tatsächlichen zeitlichen und gemessenen Auftreten der nächsten R-Zacke verglichen wird. Aus dem Vergleich des Ergebnisses der Vorhersage und dem gemessenen Auftreten der nächsten R-Zacke, lässt sich eine Güte der Vorhersage bestimmen. Fällt die Vorhersage in einen vorgebbaren Toleranzbereich, ist die Vorhersage akzeptabel bzw. ist der Herzzyklus des Patienten derart, dass sich zumindest das zeitliche Auftreten der auf vier zuvor gemessenen R-Zacken bzw. auf drei zuvor gemessenen Herzzyklen bzw. Zykluslängen folgenden R-Zacke für den betreffenden Patienten mit hinreichender Genauigkeit vorhersagen lässt, wodurch auch der Startzeitpunkt des Scans an sich festgelegt werden kann. Dieser Sachverhalt bzw. die prinzipielle Eignung oder ggf. auch die Nicht-Eignung wird schließlich visualisiert, so dass beispielsweise ein Arzt unter Umständen unter Berücksichtigung weiterer den Patienten betreffender Aspekte die Entscheidung über die Durchführung des Scans treffen kann.
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Nach einer Variante der Erfindung wird der Patient während der Aufzeichnung des Elektrokardiogramms zum Anhalten des Atems aufgefordert, wobei nur der Teil des Elektrokardiogramms zur Auswertung herangezogen wird, der zwei bis fünf Herzzyklen und/oder drei bis vier Sekunden nach dem Anhalten des Atems des Patienten aufgezeichnet wird. Es hat sich gezeigt, dass das Anhalten des Atems einen positiven Einfluss auf die Herzrate und die Variabilität der Herzrate hat. So liegt die Herzrate bei angehaltenem Atem eines Patienten in der Regel um etwa drei bis zehn Herzschläge unter der Herzrate, die sich bei freier Atmung des Patienten einstellt. Außerdem nimmt bei angehaltenem Atem die Varianz der Herzrate ab, was die Stabilität der Vorhersage von R-Zacken verbessert. Da unmittelbar nach dem Anhalten des Atems in Abhängigkeit vom Patienten die Herzrate aber für etwa zwei bis fünf Herzzyklen ansteigt bzw. da es nach dem Anhalten des Atems ca. drei bis vier Sekunden dauert bis sich die Herzrate des Patienten einpendelt bzw. stabil ist, wird erst der Teil des Elektrokardiogramms ausgewertet, der nach dieser Zeit aufgezeichnet wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird im Verfahrensschritt b) basierend auf einer x(t – 3)-ten, einer x(t – 2)-ten, einer x(t – 1)-ten und einer x(t)-ten zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und gemessenen R-Zacke des Elektrokardiogramms das zeitliche Auftreten der unmittelbar folgenden x(t + 1)-ten und x(t + 2)-ten R-Zacke vorhergesagt und mit dem tatsächlichen zeitlichen und gemessenen Auftreten der unmittelbar folgenden x(t + 1)-ten und x(t + 2)-ten R-Zacke verglichen.
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Vorzugsweise wird zur Ermittlung der Güte der Vorhersage der Verfahrensschritt b) mehrfach durchgeführt. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Durchführung des Verfahrensschrittes b) mehrfach hintereinander und in Bezug auf die R-Zacken überlappend, wobei bei jeder Durchführung jeweils um eine R-Zacke vorangeschritten wird.
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Beispielsweise werden basierend auf einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und gemessenen R-Zacke des Elektrokardiogramms das zeitliche Auftreten der unmittelbar folgenden fünften und sechsten R-Zacke vorhergesagt und mit dem tatsächlichen zeitlichen Auftreten der unmittelbar folgenden fünften und sechsten R-Zacke verglichen. In Fortführung des Verfahrens werden basierend auf der zweiten, der dritten, der vierten und der fünften zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und gemessenen R-Zacke des Elektrokardiogramms das zeitliche Auftreten der unmittelbar folgenden sechsten und siebten R-Zacke vorhergesagt und mit dem tatsächlichen zeitlichen Auftreten der unmittelbar folgenden sechsten und siebten R-Zacke verglichen. Schließlich werden basierend auf der dritten, der vierten, der fünften und der sechsten zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und gemessenen R-Zacke des Elektrokardiogramms das zeitliche Auftreten der unmittelbar folgenden siebten und achten R-Zacke vorhergesagt und mit dem tatsächlichen zeitlichen Auftreten der unmittelbar folgenden siebten und achten R-Zacke verglichen.
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Auf diese Weise erhält man mehrere Vorhersagen für das zeitliche Auftreten von R-Zacken, aus deren Vergleich mit dem tatsächlichen zeitlichen Auftreten der jeweiligen R-Zacke, die Güte der Vorhersage einzeln und/oder die Güte der Vorhersage in Summe ermittelt und visualisiert werden kann.
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Nach einer Variante der Erfindung wird eine Vorhersage des zeitlichen Auftretens einer R-Zacke als adäquat oder akzeptabel eingestuft, wenn die Abweichung der zeitlichen Vorhersage von dem tatsächlichen zeitlichen und gemessenen Auftreten der entsprechenden R-Zacke kleiner 5% ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Güte der Vorhersage bzw. der Vorhersagen insgesamt grün visualisiert, wenn die getroffenen Vorhersagen überwiegend als adäquat eingestuft wurden, und insgesamt rot visualisiert, wenn die getroffenen Vorhersagen überwiegend als zu ungenau eingestuft wurden. Die Visualisierung mit der Farbe Grün bedeutet, dass der jeweilige Patient für den beabsichtigten Scan als geeignet eingestuft wird, da das zeitliche Auftreten von R-Zacken verhältnismäßig stabil vorhergesagt werden kann. Die Visualisierung mit der Farbe Rot bedeutet, dass der jeweilige Patient als für den beabsichtigten Scan als nicht geeignet eingestuft wird. Die letzte Entscheidung über die Durchführung des Scans liegt jedoch beim verantwortlichen Arzt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, welche ein EKG-Gerät und Rechenmittel aufweist, die zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren eingerichtet sind. Die Rechenmittel sind hierzu vorzugsweise mit einer entsprechenden Software oder entsprechenden Software-Modulen versehen, so dass das Verfahren automatisiert durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung kann genutzt werden in einem Verfahren zur Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen eines Patienten aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen in der Ruhephase nur eines Herzzyklus des Patienten mit einem Röntgencomputertomographen, bei dem mit einem EKG-Gerät ein Elektrokardiogramm vom Herzen des Patienten gewonnen wird, basierend auf einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten zeitlich unmittelbar nacheinander aufgetretenen und gemessenen R-Zacke des Elektrokardiogramms des Patienten das zeitliche Auftreten der unmittelbar folgenden fünften und sechsten R-Zacke vorhergesagt wird und bei dem der Start der Aufnahme der 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten in dem zwischen der vorhergesagten fünften und sechsten R-Zacke liegenden vorhergesagten Herzzyklus erfolgt. Dabei wird also basierend auf vier gemessenen R-Zacken bzw. drei gemessenen Herzzyklen bzw. Zykluslängen, das Auftreten des übernächsten Herzzyklus vorhergesagt und der Scan des Herzens in dem vorhergesagten Herzzyklus gestartet.
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Vorzugsweise erfolgt der Start des Scans bzw. der Start der Aufnahme der 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten bei ca. 50% bis 60% des vorhergesagten Herzzyklus. Nach einer Variante der Erfindung wird der Scan bzw. die Aufnahme der 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten bei ca. 90% des vorhergesagten Herzzyklus beendet. Zwischen den 50% bis 90% des vorhergesagten Herzzyklus liegt dabei die Ruhephase des Herzens.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nur basierend auf den in der einen Ruhephase des Herzens des Patienten aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen wenigstens ein 2D-Schichtbild und/oder ein 3D-Datensatz vom Herzen des Patienten rekonstruiert. In der Ruhephase des Herzens können also so viele 2D-Röntgenprojektionen aufgenommen werden, dass qualitativ hochwertige 2D-Schichtbilder und/oder ein qualitativ hochwertiger 3D-Datensatz rekonstruiert werden können.
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Für das Verfahren zur Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen kann ein Röntgencomputertomograph genutzt werden, welcher Rechenmittel zur Ausführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren aufweist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Röntgencomputertomographen zur Durchführung eines Scans des Herzens eines Patienten,
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2 einen Herzzyklus eines menschlichen Herzens,
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3 eine Veranschaulichung der Vorhersage von R-Zacken und
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4 eine Veranschaulichung der Berechnung des Scanstarts.
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In 1 ist ein Röntgencomputertomograph 1 gezeigt, welcher in einem Gehäuse 2 eine relativ zu dem Gehäuse 2 um eine Systemachse 8 drehbare Gantry 3 aufweist, an der um ca. 90° relativ zueinander versetzt zwei Röntgensysteme angeordnet sind. Das erste Röntgensystem weist einander gegenüberliegend eine Röntgenstrahlenquelle 4 und einen Röntgenstrahlendetektor 5 und das zweite Röntgensystem weist einander gegenüberliegend eine Röntgenstrahlenquelle 6 und einen Röntgenstrahlendetektor 7 auf. Der Zentralstrahl des von der ersten Röntgenstrahlenquelle 4 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels und der Zentralstrahl des von der zweiten Röntgenstrahlenquelle 6 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels schneiden sich ca. in einem 90°-Winkel auf der Systemachse 8 des Röntgencomputertomographen 1. Im Betrieb gehen von der Röntgenstrahlenquelle 4 Röntgenstrahlung in Richtung des Röntgenstrahlendetektors 5 und von der Röntgenstrahlenquelle 6 Röntgenstrahlung in Richtung des Röntgenstrahlendetektors 7 aus, welche jeweils von dem Röntgenstrahlendetektor 5 bzw. 7 erfasst wird.
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Auf der Patientenlagerungsplatte 9 einer Patientenliege 10 des Röntgencomputertomographen 1 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein Patient P gelagert, von dessem Herzen mit dem Röntgencomputertomographen 1 2D-Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen in nur einer Ruhephase des Herzzyklus des Herzens des Patienten P zur Rekonstruktion von 2D-Schichtbildern und/oder 3D-Bildern vom Herzen des Patienten P aufgenommen werden sollen. Hierzu wird die Patientenlagerungsplatte 9 in Richtung der Systemachse 8 in die Öffnung 11 der Gantry 3 derart verstellt bzw. verfahren, dass die 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten P, z. B. in einem Spiralscan, aufgenommen werden können.
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Die rechnerische Verarbeitung der 2D-Röntgenprojektionen, die mit den beiden Röntgensystemen aufgenommen werden, bzw. die Rekonstruktion von Schichtbildern und/oder 3D-Bildern basierend auf den 2D-Röntgenprojektionen erfolgt mit einem schematisch dargestellten Rechner 12 des Röntgencomputertomographen 1, welche Schichtbilder oder 3D-Bilder auf einer Anzeigevorrichtung 13 darstellbar sind.
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Bei dem Röntgencomputertomographen 1 kann es sich beispielsweise um den Computertomographen Somatom Definition Flash der Siemens AG handeln, dessen Gantry eine Rotationszeit von ca. 0,28 Sekunden und dessen Patientenlagerungsplatte eine Verstellgeschwindigkeit von bis zu 43 cm/Sekunde aufweist.
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Betrachtet man den in 2 gezeigten, mit einem EKG-Gerät aufgezeichneten Herzzyklus eines Menschen, so weist dieser mit P, Q, R und T gekennzeichnete charakteristische Zacken sowie zwischen den Zacken liegende Abschnitte auf. Vorliegend von Bedeutung sind die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden R-Zacken sowie der mit M gekennzeichnete Abschnitt zwischen der T- und der P-Zacke, welcher die Phase des Herzens darstellt, in dem dieses praktisch keine Bewegung vollzieht und in der bevorzugt 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen für die Bildgebung vom Herzen aufgenommen werden.
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Der Herzzyklus eines gesunden Menschen ist derart, dass beispielsweise mit dem Computertomographen Somatom Definition Flash der Siemens AG in nur einer Ruhephase M des Herzzyklus ein vollständiger Scan des Herzens erfolgen kann, wozu mit dem Somatom Definition Flash nur ca. 250 Millisekunden benötigt werden. Gerade bei Patienten mit Herzerkrankungen kann die Zykluszeit jedoch verkürzt sein oder der Herzzyklus kann eine starke Variabilität aufweisen, so dass es vor einem solchen Scan des Herzens eines Patienten erforderlich ist, die prinzipielle Eignung des Patienten für diese Art des Scans zu ermitteln. Hierdurch sollen insbesondere nicht erfolgreich durchführbare Scans dieser Art und somit eine unnötige Strahlenbelastung von Patienten vermieden werden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der Patient P daher mit nicht explizit gezeigten EKG-Elektroden versehen und an einem EKG-Gerät 14 angeschlossen, welches mit dem Rechner 12 des Röntgencomputertomographen 1 verbunden ist. Mit dem EKG-Gerät 14 wird ein EKG vom Herzen des Patienten P aufgenommen und zur Unterstützung der Ermittlung der Eignung des Patienten P für den Scan in nur einer Ruhephase des Herzens des Patienten P mit dem Röntgencomputertomographen 1 ausgewertet.
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Nach dem Start der Aufzeichnung des EKGs mit dem EKG-Gerät 14 wird der Patient P im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Anhalten des Atems aufgefordert, was den Vorteil hat, dass die Herzrate bei angehaltenem Atem in der Regel um etwa drei bis zehn Herzschläge unter der Herzrate liegt, die sich bei freier Atmung einstellt. Zudem nimmt bei angehaltenem Atem die Varianz der Herzrate ab. Bevor die Auswertung des EKGs beginnt, wird nach dem Kommando zum Anhalten des Atems noch etwa zwei bis fünf Herzzyklen bzw. ca. drei bis vier Sekunden gewartet, bis sich die Herzrate des Patienten P eingependelt hat bzw. stabil ist.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, das EKG bei freier Atmung des Patienten P auf die Eignung des Patienten P für den Scan hin auszuwerten, da auch ein Scan bei freier Atmung des Patienten P möglich ist. Das Anhalten des Atems ist neben den damit verbundenen positiven Aspekten, nämlich der erwähnten geringeren Herzrate und der geringeren Varianz der Herzrate, jedoch ein im klinischen Alltag etablierter Arbeitsablauf, der auch bei anderen Untersuchungen von Patienten mit Computertomographen, beispielsweise bei der Gewinnung eines Topogramms des Patienten oder bei Untersuchungen, bei denen Kontrastmittel appliziert werden, praktiziert wird, weshalb im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dieses Vorgehen beschrieben ist.
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Sind die zwei bis fünf Herzzyklen und/oder drei bis vier Sekunden nach dem Anhalten des Atems des Patienten verstrichen, erfolgt die Software gesteuerte Auswertung des EKGs des Patienten P mit dem Rechner 12, welcher mit einer entsprechenden Software versehen ist. 3 veranschaulicht im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung die Auswertung des EKGs.
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Bei der automatischen, Software gesteuerten Auswertung des EKGs wird während der Aufzeichnung des EKGs der Zeitpunkt (t – 3) des zeitlichen Auftretens einer ersten R-Zacke R1, der Zeitpunkt (t – 2) des zeitlichen Auftretens einer zweiten R-Zacke R2, der Zeitpunkt (t – 1) des zeitlichen Auftretens einer dritten R-Zacke R3 und der Zeitpunkt (t) des zeitlichen Auftretens einer vierten R-Zacke R4 registriert. Während der weiteren Aufzeichnung des EKGs werden basierend auf den vier erwähnten Zeitpunkten der vier registrierten R-Zacken R1 bis R4 bzw. der drei gemessenen Herzzyklen bzw. Zykluslängen das zeitliche Auftreten der zeitlich unmittelbar auf die vierte R-Zacke R4 folgenden fünften R-Zacke R5 und der zeitlich unmittelbar auf die fünfte R-Zacke R5 folgenden sechsten R-Zacke R6 vorhergesagt bzw. ermittelt. Die Ermittlung erfolgt dabei in dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten der vierten R-Zacke R4 und der fünften R-Zacke R5.
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Die Ermittlung der Zykluslängen bzw. der Zykluszeiten zwischen den R-Zacken R4 und R5 sowie R5 und R6 bzw. die auf der Ermittlung der Zykluslängen bzw. Zykluszeiten zwischen den R-Zacken R4 und R5 sowie R5 und R6 beruhende Ermittlung des zeitlichen Auftretens der R-Zacken R5 und R6 kann z. B. mit Hilfe eines Medianfilters ME erfolgen, dessen Eingangsgrößen die Zykluszeiten zwischen den R-Zacken R1 und R2, R2 und R3 sowie R3 und R4 sind. Addiert man die mit dem Medianfilter ME ermittelte Zykluszeit zu dem Zeitpunkt der zuletzt gemessenen R-Zacke R4 hinzu, erhält man die Vorhersage für das zeitliche Auftreten der R-Zacke R5 bzw. bei zweimaliger Addition das zeitliche Auftreten der R-Zacke R6.
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Diese Ermittlung kann noch präzisiert werden, indem parallel der lineare Trend dieser drei Herzzyklen mit Hilfe einer linearen Regression ermittelt wird. Basierend hierauf lässt sich jeweils eine Trendgerade mit einer Steigung a, einem Achsenabschnitt b und einer Standardabweichung der gemessenen Zykluszeiten von der Trendgeraden ermitteln. Unter Berücksichtigung eines auf der Standardabweichung basierenden Gewichtes w, dessen Wert zwischen Null und Eins liegt, bestimmen sich in Anwendung diese Vorgehens vorliegend die Zykluslängen bzw. Zykluszeiten zwischen den R-Zacken R4 und R5 zu C1 = w·(b) + (1 – w)·ME und zwischen den R-Zacken R5 und R6 zu C2 = w·(a + b) + (1 – w)·ME. Daraus ergeben sich der Zeitpunkt für das zeitlich Auftreten der R-Zacken R5 zu R5 = R4 + C1 und der Zeitpunkt für das zeitlich Auftreten der R-Zacken R6 zu R6 = R4 + C1 + C2.
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Wird die fünfte R-Zacke R5 registriert, wird deren Auftrittszeitpunkt mit dem vorhergesagten Zeitpunkt des Auftretens der fünften R-Zacke R5 verglichen. Beträgt die Abweichung zwischen dem vorhergesagten Zeitpunkt des Auftretens der fünften R-Zacke R5 und dem tatsächlichen Zeitpunkt des Auftretens der fünften R-Zacke R5 weniger als 5%, wird die Vorhersage als adäquat oder akzeptabel eingestuft.
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Ist die fünfte R-Zacke R5 registriert worden, werden im Rahmen der Software gesteuerten Auswertung des EKGs des Patienten basierend auf dem jeweiligen zeitlichen Auftreten der zweiten R-Zacke R2, der dritten R-Zacke R3, der vierten R-Zacke R4 und der fünften R-Zacke R5 das zeitliche Auftreten der sechsten R-Zacke R6 und der siebten R-Zacke R7 wie vorstehend erläutert entsprechend vorhergesagt.
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Wird schließlich das zeitliche Auftreten der sechsten R-Zacke R6 registriert, so stehen hierfür zwei Vergleichswerte zur Verfügung. Im Hinblick auf den ersten Durchgang D1 wird der tatsächliche Zeitpunkt des Auftretens der sechsten R-Zacke R6 mit der auf den R-Zacken R1 bis R4 basierenden zeitlichen Vorhersage des Auftretens der sechsten R-Zacke R6 verglichen und im Hinblick auf den zweiten Durchgang D2 wird der tatsächliche Zeitpunkt des Auftretens der sechsten R-Zacke R6 mit der auf den R-Zacken R2 bis R5 basierenden zeitlichen Vorhersage des Auftretens der sechsten R-Zacke R6 verglichen. Für beide Fälle wird ermittelt, ob die Abweichung der jeweiligen Vorhersage von dem tatsächlichen Zeitpunkt des Auftretens der sechsten R-Zacke R6 weniger als 5% beträgt. Zudem erhält man hieraus eine Einschätzung über die Stabilität der Herzrate des Patienten P, also ob auch eine verhältnismäßig zuverlässige Vorhersage der übernächsten R-Zacke möglich ist.
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In gleicher Weise erfolgen weitere Durchgänge D3 und D4 bzw. einander überlappende Vorhersagen, wobei je Vorhersagedurchgang jeweils um eine aufgetretene R-Zacke vorangeschritten wird. So wird basierend auf den gemessenen Auftrittszeitpunkten der R-Zacken R3 bis R6 das zeitliche Auftreten der R-Zacken R7 und R8, basierend auf den gemessenen Auftrittszeitpunkten der R-Zacken R4 bis R7 das zeitliche Auftreten der R-Zacken R8 und R9 etc. vorhergesagt und jeweils bezüglich ihrer Akzeptanz überprüft.
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Als Ergebnis des Verfahrens wird schließlich die Güte der Vorhersagen in Summe ermittelt und visualisiert. Waren die Vorhersagen überwiegend akzeptabel, wird die Güte der Vorhersage mit der Farbe Grün bzw. einem grünen Licht, beispielsweise als grünes Ampellicht, visualisiert, wodurch zum Ausdruck kommt, dass der Patient für den beabsichtigten Scan als geeignet eingestuft wird. Waren die Vorhersagen überwiegend nicht akzeptabel, wird die Güte der Vorhersage mit der Farbe Rot bzw. einem roten Licht, beispielsweise als rotes Ampellicht, visualisiert, wodurch zum Ausdruck kommt, dass der Patient für den beabsichtigten Scan als nicht geeignet eingestuft wird. Die jeweilige Anzeige der Güte kann auf dem Sichtgerät 13 erfolgen.
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Ein Arzt hat somit unter Berücksichtigung weiterer den Patienten betreffender Aspekte eine Grundlage an der Hand, um eine Entscheidung zu treffen, ob bei dem Patienten P ein Scan durchgeführt werden soll, bei dem in nur einer Ruhephase des Herzens 2D-Röntgenprojektionen vom Herzen des Patienten P aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden. Ist zuvor ein Topogramm vom Herzen des Patienten P bei angehaltenem Atem des Patienten P aufgezeichnet worden, kann im Topogramm graphisch die Region des Herzens eingezeichnet werden, die in dem Intervall zwischen zwei vorhergesagten R-Zacken gescannt werden wird.
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Ist die prinzipielle Eignung des Patienten P für den Scan festgestellt und die Entscheidung für den Scan getroffen, werden die Einstellungen des Röntgencomputertomographen 1, z. B. die Geschwindigkeit des Vorschubs der Patientenlagerungsplatte 9, die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry 3 etc. für den Scan des Patienten P individuell so vorgenommen, dass basierend auf einem aktuell aufgenommenen EKG des Patienten P und dem basierend auf dem EKG vorhergesagten zeitlichen Auftreten zweier R-Zacken der Scan des Patienten bei ca. 50%–60% des Intervalls zwischen den zwei vorhergesagten R-Zacken beginnt und bei ca. 90% des Intervalls zwischen den zwei vorhergesagten R-Zacken endet.
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Basierend auf vier Auftrittszeitpunkten von R-Zacken wird also aktuell das Auftreten der zwei folgenden R-Zacken vorhergesagt und der Scan in dem Intervall zwischen den zwei vorhergesagten R-Zacken durchgeführt. Hierzu muss die Patientenlagerungsplatte 9 rechtzeitig beschleunigt werden, damit diese zum berechneten Zeitpunkt des Scanstarts die festgelegte Scangeschwindigkeit erreicht hat.
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Sollte in einem Fall, bei dem ein Patient eine erhöhte, aber an sich stabile Herzrate zeigt, die Zeit für die Beschleunigung der Patientenlagerungsplatte 9 bis zum geplanten Scanstart bei ca. 50%–60% des Intervalls zwischen den zwei vorhergesagten R-Zacken nicht ausreichen, um die Patientenlagerungsplatte 9 auf die benötigte Geschwindigkeit für den Scan zu bringen, kann der Start des Scans Software gesteuert auch in das auf das ermittelte Intervall folgende Intervall zwischen zwei R-Zacken verschoben werden. Dies soll kurz anhand von 4 veranschaulicht werden. R0 ist der Zeitpunkt der zuletzt gemessenen R-Zacke, R1' und R2' sind die vorhergesagten Zeitpunkte der nächsten beiden R-Zacken, P ist die gewünschte Startphase des Scans bei ca. 60% des Intervalls zwischen R1' und R2'. Der Zeitpunkt des Scanstarts ergibt sich zu TS = R1' + P·(R2' – R1') und der daraus abgeleitete Zeitpunkt TP (nicht in 4 dargestellt) des Starts der Patientenlagerungslatte 9 zu TP = TS – TT, wobei TT (nicht in 4 dargestellt) die Zeit ist, die die Patientenlagerungsplatte 9 benötigt, um zum Startzeitpunkt TS des Scans ihre Endgeschwindigkeit bzw. Scangeschwindigkeit erreicht zu haben. Sollte der Zeitpunkt TP nun vor R0 liegen, wäre der Scan mit diesen Parametern nicht möglich. Um den Scan dennoch zu ermöglichen, wird der Scanstart, wie bereits erwähnt, nach R2' gelegt und der Zeitpunkt des Scanstarts zu TS = R2' + C gewählt, wobei C eine (nicht in 4 dargestellte) Verzögerungszeit ist.
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Die Verzögerungszeit C ergibt sich basierend auf der aktuellen Herzrate des Patienten aus einer Tabelle, die aus Erfahrungswerten ermittelt wurde, d. h. einer bestimmten Herzrate ist eine bestimmte, aus Erfahrungswerten ermittelte Verzögerungszeit C zugeordnet.
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Die Anwendung der Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit dem Computertomographen Somatom Definition Flash der Siemens AG beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Computertomographen angewendet werden, die dazu geeignet sind, innerhalb nur einer Ruhephase des Herzens eines Patienten einen Scan des Herzens durchzuführen, und die dabei auf die verlässliche Vorhersage von zwei Herzzyklen angewiesen sind.
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Die Vorhersage des zeitlichen Auftretens von R-Zacken kann allein auf der Verwendung eines Medianfilters oder in Kombination mit der Ermittlung eines linearen Trends erfolgen. Die Vorhersage kann aber unter Anwendung anderer mathematischer Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels einer Extrapolation.
