DE102009034384B4 - Image recording method and tomography device for fast scanning of a patient affected by breathing movement of a patient receiving area - Google Patents
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Abstract
Bildaufnahmeverfahren zur schnellen Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten (1) beeinflussten Aufnahmebereichs (2) unter Einsatz eines Tomographiegerätes (3) mit zumindest zwei um eine gemeinsame Drehachse (4) rotierbar angeordneten Aufnahmesystemen (5, 6, 7, 8), bei dem aus einem Atemsignal (9) zumindest ein auf die Atembewegung abgestimmter Aufnahmepuls (10) erzeugt wird, mit welchem das Tomographiegerät (3) so angesteuert wird, dass während des Aufnahmepulses (10) Projektionen (11, 12) von dem Aufnahmebereich (2) erfasst werden, wobei Projektionslücken (13) des Aufnahmebereichs (2) bei erfassten Projektionen (11) entlang einer ersten Spiralbahn (14) um den Aufnahmebereich (2) mit dem ersten Aufnahmesystem (5, 6) durch Projektionen (12) entlang einer zweiten Spiralbahn (15) um den Aufnahmebereich (2) mit dem zweiten Aufnahmesystem (7, 8) aufgefüllt werden, wobei der Aufnahmepuls (10) auf Basis des Atemsignals (9) aus einer Anzahl vorausgegangener Atemzyklen (Zi) statistisch ermittelt wird, und wobei zwei folgende Atemsignal-Peaks (P–1, P–2) zur Bestimmung der Lage und der Länge einer Zyklusdauer (A–2) geschätzt werden und der Aufnahmepuls (10) relativ zu dieser Zyklusdauer (A–2) festgelegt wird.Image recording method for fast scanning of a patient by (1) affected recording area (2) using a tomography device (3) with at least two rotatable about a common axis of rotation (4) arranged receiving systems (5, 6, 7, 8), in which At least one recording pulse (10) adapted to the respiratory motion is generated with a respiratory signal (9), with which the tomography device (3) is controlled so that projections (11, 12) are detected by the recording area (2) during the recording pulse (10) wherein projection gaps (13) of the receiving area (2) in captured projections (11) along a first spiral track (14) around the receiving area (2) with the first recording system (5, 6) by projections (12) along a second spiral path (15 ) are filled to the receiving area (2) with the second recording system (7, 8), wherein the recording pulse (10) based on the breath signal (9) from a number of previous breathing cycles (Zi) stati and two consecutive respiratory signal peaks (P-1, P-2) for determining the position and the length of a cycle duration (A-2) are estimated, and the acquisition pulse (10) relative to this cycle duration (A-2 ).
Description
Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren und ein Tomographiegerät zur schnellen Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten beeinflussten Aufnahmebereichs.The invention relates to an image recording method and a tomography device for fast scanning of a patient by breathing movement of a patient-influenced recording area.
Die Lunge eines Patienten und die Körperbereiche in einer Umgebung zur Lunge unterliegen infolge der Atmung des Patienten ständig einer periodischen Bewegung. Bei der funktionalen Lungendiagnostik ist es ein häufig vorkommendes Problem, dass tomographische Bilder je nach diagnostischer Fragestellung zu einer bestimmten Atemlage oder zu mehreren Atemlagen benötigt werden.The lungs of a patient and the body areas in a lungs environment are constantly subject to periodic motion due to the patient's breathing. In functional lung diagnostics, it is a common problem that tomographic images are needed depending on the diagnostic question about a particular respiratory condition or multiple respiratory conditions.
In dem einfachsten Fall werden dem Patienten vor Beginn des Bildaufnahmeverfahrens daher Anweisungen erteilt, die Luft in einer bestimmten Atemlage für den Zeitraum der Bildaufnahme anzuhalten. Dieses Verfahren ist jedoch sehr störanfällig, da die eingenommene Atemlage über einen längeren Zeitraum eingehalten werden muss und nur schwer überprüfbar und reproduzierbar ist. Insbesondere bei Computertomographiegeräten ist die Erzeugung eines Bildes zu einer Atemlage nach diesem Vorgehen problematisch, da die zu erzeugenden 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 identische Phase der Atembewegung abbilden.In the simplest case, therefore, the patient is instructed to stop the air in a certain breath for the period of the image acquisition before starting the image recording process. However, this method is very susceptible to interference, since the ingested respiratory state must be maintained over a longer period of time and is difficult to verify and reproducible. In particular, in computer tomography devices, the generation of an image to a respiratory system is problematic according to this procedure, since the images to be generated are calculated by backprojecting a multiplicity of projections acquired from different projection angles. As a rule, backprojection only succeeds without interference if the underlying projections represent an identical phase of respiratory motion.
Aus diesem Grund wird dem Patienten zur exakten Auswahl der Atemlage ein Atemsignal abgenommen, beispielsweise mittels eines Atemsignalgebers in Form eines Atemgürtels, welches ausgewertet und bei der Erzeugung eines Bildes berücksichtigt wird.For this reason, a breathing signal is taken from the patient for the exact selection of the breathing position, for example by means of a breathing signal generator in the form of a breathing belt, which is evaluated and taken into account in the generation of an image.
Es existieren zwei unterschiedliche Verfahrung zur Atemsignal-gesteuerten Erfassung von Projektionen, die sich vom Ansatz wie folgt prinzipiell unterscheiden lassen:
Bei dem ersten Ansatz werden während der gesamten Zyklusdauer der Atembewegung Projektionen erfasst und zusammen mit dem Atemsignal abgespeichert. Die Rekonstruktion eines tomographischen Bildes erfolgt im Anschluss an die Datenerfassung retrospektiv, wobei durch Auswertung des Atemsignals Projektionen zu definierten Phasen der Atembewegung ausgewählt werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich auf diese Weise beliebige Phasen der Atembewegung darstellen lassen. Zur retrospektiven Rekonstruktion von tomographischen Bildern ist es jedoch erforderlich, dass der Patient während der gesamten Abtastung mit voller Röntgendosis bestrahlt wird. Hinzu kommt, dass bei der Lungendiagnostik der gewählte Aufnahmebereich in Richtung der Systemachse des Computertomographiegerätes in der Regel weitaus größer ist als die Abdeckung des Detektors. Die Abtastung erfolgt daher zur vollständigen Abdeckung des Aufnahmebereichs mit Projektionen mittels einer Spiralabtastung. Aufgrund der im Vergleich zum Herzzyklus langen Zyklusdauer eines Atemzyklus bzw. der geringen Anzahl von 10 bis 15 Atemzyklen pro Minute muss die Spiralabtastung zur Vermeidung von Projektionslücken des Aufnahmebereichs zu einer vorgegebenen Phase der Atembewegung mit sehr kleinen Pitchwerten im Bereich zwischen 0,05 bis 0,1 durchgeführt werden. Insgesamt muss dadurch deutlich mehr Röntgendosis als erforderlich appliziert werden.There are two different approaches to the detection of projections by means of breathing signals, which differ in principle from the approach as follows:
In the first approach, projections are recorded during the entire cycle duration of the respiratory movement and stored together with the respiratory signal. The reconstruction of a tomographic image takes place retrospectively following the data acquisition, wherein projections of defined phases of the respiratory motion are selected by evaluating the respiratory signal. An advantage of this method is that in this way any phases of the respiratory motion can be represented. For the retrospective reconstruction of tomographic images, however, it is necessary for the patient to be exposed to full x-ray dose throughout the scan. In addition, in the case of lung diagnostics, the selected receiving area in the direction of the system axis of the computed tomography device is generally much larger than the coverage of the detector. The scanning is therefore carried out to complete coverage of the recording area with projections by means of a spiral scan. Due to the cycle length of a respiratory cycle compared to the cardiac cycle or the small number of 10 to 15 respiratory cycles per minute, the spiral scan must avoid a projection gap of the acquisition area to a predetermined phase of the respiratory movement with very small pitch values in the range between 0.05 to 0, 1 are performed. Overall, significantly more X-ray dose than required must be applied.
Bei dem zweiten Ansatz zur Atemsignal-gesteuerten Erfassung von Projektionen wird ein auftretender Atemsignal-Peak zur inspiratorischen Atemphase dazu benutzt, die Abtastung mit einer wählbaren Verzögerung nach dem Peak auszulösen. In der Regel werden die Verzögerung und damit der Startzeitpunkt der Abtastung nach dem Peak im Atemsignal aus einer geschätzten Zyklusdauer der Atemzyklen ermittelt, z. B. in Prozent zur Zyklusdauer. Bei diesem Ansatz werden die Aufnahmepulse zur Erfassung von Projektionen also prospektiv aus vorangegangenen Atemzyklen ermittelt. Zur vollständigen Abdeckung des Aufnahmebereichs mit Projektionen wird das Computertomographiegerät in einem sogenannten Sequenzmode betrieben, bei dem hintereinander liegende Abtastpositionen innerhalb des Aufnahmebereichs in Richtung der Systemachse des Computertomographiegerätes sequentiell angefahren werden, wobei an jeder der Abtastpositionen ein zur Rekonstruktion eines Schichtbildes benötigter Satz an Projektionen vollständig erfasst wird. Ein Problem bei diesem Ansatz besteht jedoch darin, dass bereits durch einen einzigen Fehler in der prospektiven Schätzung des Aufnahmepulses Stufenartefakte in dem rekonstruierten Bild auftreten können. Die sequentielle Abtastung zur Erfassung von Projektionen aus dem Aufnahmebereich benötigt darüber hinaus einen so langen Zeitraum, dass im Fall einer Kontrastmitteluntersuchung Bildbereiche an hintereinander liegenden Abtastpositionen aufgrund der zeitlichen Kontrastmittelausbreitung unterschiedlich stark kontrastiert sind. Hieraus ergeben sich ebenfalls Bildartefakte im rekonstruierten Bild. Der Vorteil einer prospektiven Rekonstruktion von Bildern ist insbesondere darin zu sehen, dass mittels einer Röhrenstrommodulation nur in den kleinen Zeitintervallen der Aufnahmepulse Röntgendosis appliziert werden muss, so dass die insgesamt dem Patienten applizierte Röntgendosis im Vergleich zu dem erstgenannten Ansatz gering ist.In the second approach to breathing signal-controlled detection of projections, an inspiratory breathing phase respiratory signal peak is used to initiate the scan with a selectable delay after the peak. In general, the delay and thus the start time of the scan after the peak in the breathing signal from an estimated cycle time of the breathing cycles are determined, for. As a percentage of the cycle time. In this approach, the acquisition pulses for recording projections are thus determined prospectively from previous breathing cycles. For complete coverage of the recording area with projections, the computed tomography device is operated in a so-called sequence mode in which successive scanning positions within the recording area in the direction of the system axis of the computed tomography device are approached sequentially, wherein at each of the scanning positions required for the reconstruction of a layer image set of projections completely becomes. One problem with this approach, however, is that even a single error in the prospective estimate of the acquisition pulse can cause step artifacts in the reconstructed image. The sequential scanning for the detection of projections from the recording area also requires such a long period of time that, in the case of a contrast agent examination, image areas at successive scanning positions have different degrees of contrast due to the temporal contrast agent propagation. This also results in image artifacts in the reconstructed image. The advantage of a prospective reconstruction of images is to be seen in particular in that X-ray dose has to be applied by means of a tube current modulation only in the small time intervals of the recording pulses, so that the total X-ray dose applied to the patient is small in comparison to the first-mentioned approach.
Aus
Aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bildaufnahmeverfahren und ein Tomographiegerät zur Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten beeinflussten Aufnahmebereichs so auszugestalten, dass eine dem Patienten applizierte Röntgendosis verringert wird.The object of the present invention is to design an image recording method and a tomography apparatus for scanning a recording region influenced by respiratory movement of a patient in such a way that an X-ray dose applied to the patient is reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Bildaufnahmeverfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Tomographiegerät gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bildaufnahmeverfahrens bzw. des Tomographiegerätes gemäß Anspruch 1 bzw. 4 sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3 bzw. 5.This object is achieved by an image recording method according to the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahren zur schnellen Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten beeinflussten Aufnahmebereichs wird ein Tomographiegerät mit zumindest zwei um eine gemeinsame Drehachse rotierbar angeordneten Aufnahmesystemen, beispielsweise ein Computertomographiegerät, eingesetzt. Aus einem erfassten Atemsignal wird zumindest ein auf die Atembewegung abgestimmter Aufnahmepuls erzeugt, mit welchem das Tomographiegerät so angesteuert wird, dass während des Aufnahmepulses Projektionen von dem Aufnahmebereich erfasst werden. Die Abtastung erfolgt dabei in der Weise, dass Projektionslücken des Aufnahmebereichs bei erfassten Projektionen entlang einer ersten Spiralbahn um den Aufnahmebereich mit dem ersten Aufnahmesystem durch Projektionen entlang einer zweiten Spiralbahn um den Aufnahmebereich mit dem zweiten Aufnahmesystem aufgefüllt werden.In the image recording method according to the invention for rapid scanning of a recording area influenced by respiratory movement of a patient, a tomography device having at least two recording systems rotatably arranged about a common axis of rotation, for example a computed tomography device, is used. From a detected respiratory signal, at least one recording pulse, which is adapted to the respiratory movement, is generated, with which the tomography device is controlled such that projections of the recording area are acquired during the recording pulse. The scanning is carried out in such a way that projection gaps of the recording area in detected projections along a first spiral path around the recording area with the first recording system are filled by projections along a second spiral path around the recording area with the second recording system.
Die Erfassung von Projektionen erfolgt also mittels einer Spiralabtastung in einem so genannten helikalen Scanbetrieb des Tomographiegerätes, bei dem eine Rotation der beiden Aufnahmesysteme um die gemeinsame Drehachse und eine Verstellung des Patienten und der beiden Aufnahmesysteme in Richtung der Drehachse relativ zueinander durchführbar sind.The detection of projections thus takes place by means of a spiral scan in a so-called helical scan operation of the tomography device, in which a rotation of the two recording systems about the common axis of rotation and an adjustment of the patient and the two recording systems in the direction of the axis of rotation relative to each other are feasible.
Mit den zwei Aufnahmesystemen werden bei jeder Rotation zwei Projektionen zu jeder Projektionsrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Durch den bei der Spiralabtastung gleichzeitig vorhandenen Vorschub des Patienten in Richtung der Drehachse werden die Projektionen für dieselbe Projektionsrichtung an unterschiedlichen Positionen entlang der Drehachse aufgenommen. Die Abtastung des Aufnahmebereichs erfolgt somit auf zwei Spiralbahnen, die in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit des Patienten in Richtung der Drehachse zueinander einen Versatz und somit eine Doppelhelixstruktur-Anordnung aufweisen. Projektionslücken des Aufnahmebereichs durch erfasste Projektionen des einen Aufnahmesystems können bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten somit durch erfasste Projektionen des anderen Aufnahmesystems aufgefüllt bzw. geschlossen werden.With the two recording systems, two projections for each projection direction are recorded at different times during each rotation. As a result of the simultaneous advance of the patient in the direction of the axis of rotation during the spiral scanning, the projections for the same projection direction are recorded at different positions along the axis of rotation. The scanning of the receiving area is thus carried out on two spiral tracks, which have an offset and thus a double helix structure arrangement in dependence of the feed rate of the patient in the direction of the axis of rotation. Projection gaps of the recording area by recorded projections of a recording system can thus be filled or closed at high feed speeds by detected projections of the other recording system.
Bei der spiralförmigen Abtastung mit einem Computertomographiegerät gibt der Pitchwert das Verhältnis zwischen dem Vorschub des Patienten bzw. einer zur Lagerung des Patienten eingesetzten Tischplatte pro Rotation der Aufnahmesysteme und der Schichtdicke des Detektors an. Bei einer Systemkonfiguration mit 64 Detektorzeilen pro Detektor und einer Abdeckung von 0,6 mm je Detektorelement in Richtung der Drehachse können bei der Spiralabtastung mit zwei Aufnahmesystemen, welche mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 0,285 Sekunden gedreht werden, Vorschubgeschwindigkeiten des Patienten von bis zu 450 mm pro Sekunde erzielt werden, ohne dass Projektionslücken und somit Artefakte im rekonstruierten Bild entstehen. Dies entspricht einer Spiralabtastung mit einem Pitchwert von ungefähr 3,3. Eine Abtastung eines Aufnahmebereichs mit 300 mm Ausdehnung in Richtung der Drehachse, der typischerweise bei der Lungendiagnostik eingestellt wird, ist in diesem Fall also in weniger als 700 ms möglich und kann daher bereits vollständig innerhalb nur eines Atemzyklus durchgeführt werden.In the case of spiral scanning with a computed tomography device, the pitch value indicates the ratio between the advancement of the patient or a table top used for the storage of the patient per rotation of the recording systems and the layer thickness of the detector. In a system configuration with 64 detector lines per detector and a 0.6 mm coverage per detector element in the direction of the axis of rotation, spiral scanning with two imaging systems rotated at a 0.285 second rotation speed allows patient advancement rates of up to 450 mm per second be achieved without projection gaps and thus artefacts in the reconstructed image. This corresponds to a spiral scan with a pitch value of about 3.3. A scan of a 300 mm extension area in the direction of the axis of rotation, which is typically set in the lung diagnostics, is therefore possible in less than 700 ms in this case and can therefore already be performed completely within only one respiratory cycle.
Bei den bisher bekannten Atem-getriggerten Bildaufnahmeverfahren können im Gegensatz nur Pitchwerte zwischen 0,05 bis 0,1 erzielt werden, so dass die Abtastung des Aufnahmebereichs mit einer so großen Ausdehnung in Richtung der Systemachse nur unter Einbezug mehrerer Atemzyklen möglich ist. Bei jedem Abtastvorgang wird zur lückenfreien Abtastung im Übergangsbereich zwischen zwei Abtastvorgängen zu unterschiedlichen Atemzyklen und zur Einstellung der Sollleistung der Röntgenröhre ein Vor- und Nachlauf der Abtastung benötigt, bei der auch Röntgendosis dem Patienten appliziert wird.In the previously known breath-triggered image recording methods, on the contrary, only pitch values between 0.05 to 0.1 can be achieved, so that the scanning of the recording area with such a large extent in the direction of the System axis is possible only with the inclusion of several breathing cycles. For each scan, a sweep-free scan in the transition region between two scans to different breathing cycles and to set the target power of the X-ray tube, a pre- and post-scan of the scan is required, in which also X-ray dose is applied to the patient.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abtastung des Aufnahmebereichs idealer Weise nur einen Atemzyklus benötigt, kann die dem Patienten insgesamt applizierte Röntgendosis gegenüber den bislang bekannten atemkorrelierten Verfahren um einen Faktor bis zu 20 reduziert werden. Die Abtastung der Lunge ist also mit sehr niedrigen Dosiswerten durchführbar. Darüber hinaus werden Bildartefakte vollständig zumindest aber weitgehend vermieden, die bei einer Rekonstruktion eines Bildes auf der Grundlage von Projektionen entstehen, die zu unterschiedlichen Atemzyklen erfasst werden. Auch im Fall einer Kontrastmitteluntersuchung können aufgrund der stark reduzierten insgesamt benötigten Abtastzeit für Aufnahmebereiche der Lunge Artefakte im rekonstruierten Bild reduziert werden, da keine, zumindest aber wenige, zeitliche Lücken zwischen Projektionen aus benachbarten Bildbereichen vorhanden sind. Daher werden Bildartefakte aufgrund einer unterschiedlichen Kontrastierung eines Bildbereichs, die durch eine dynamische Ausbreitung des Kontrastmittels hervorgerufen wird, weitgehend vermieden.Due to the fact that, in the method according to the invention, the scanning of the recording area ideally requires only one respiratory cycle, the total dose of X-ray administered to the patient can be reduced by a factor of up to 20 compared with the previously known respiratory correlated methods. The scanning of the lung is therefore feasible with very low dose values. In addition, image artifacts are completely or at least largely avoided that result from reconstruction of an image based on projections acquired at different breath cycles. Also in the case of a contrast agent examination artefacts in the reconstructed image can be reduced due to the greatly reduced total sampling time required for areas of the lungs, since there are no, or at least few, temporal gaps between projections from adjacent image areas. Therefore, image artifacts due to different contrasting of an image area caused by dynamic propagation of the contrast agent are largely avoided.
Diese Vorteile könnten bei dem Einsatz eines einzigen Aufnahmesystems nur dann erzielt werden, wenn der Detektor eine entsprechend große Ausdehnung in Richtung der Drehachse aufweist und wenn das von einem Röntgenstrahler erzeugte Röntgenstrahlenbündel einen entsprechend großen Kegelwinkel besitzt.These advantages could be achieved with the use of a single recording system only if the detector has a correspondingly large extent in the direction of the axis of rotation and if the X-ray beam generated by an X-ray source has a correspondingly large cone angle.
Der Aufbau von Detektoren mit einer großen Ausdehnung in Richtung der Drehachse ist jedoch aufwendig und das Aufweiten des Röntgenstrahlenbündels führt zu einer hohen thermischen Belastung des Röntgenstrahlers, die durch eine starke Neigung des Anodentellers gegenüber dem Elektronenstrahl entsteht. Darüber hinaus erhöht sich die Komplexität der Algorithmen zur Berechnung eines rekonstruierten Bildes durch den Einsatz von Detektoren, die bei jeder Projektion eine Vielzahl von Detektorzeilen erfassen.The construction of detectors with a large extension in the direction of the axis of rotation is complicated and the expansion of the X-ray beam leads to a high thermal load of the X-ray source, which is caused by a strong inclination of the anode plate relative to the electron beam. In addition, the complexity of the algorithms for calculating a reconstructed image is increased by the use of detectors that detect a plurality of detector lines in each projection.
Die Erfindung stellt somit eine effiziente Alternative zu Bildaufnahmeverfahren dar, bei denen Tomographiegeräte mit nur einem Aufnahmesystem eingesetzt werden, die speziell für eine schnelle Abtastung konzipiert wurden.The invention thus provides an efficient alternative to image acquisition techniques employing single-imaging tomography devices designed specifically for fast scanning.
Das Auffüllen der Projektionslücken bei hohen Pitchwerten gelingt dann gut, wenn die beiden Aufnahmesysteme um einen fest eingestellten Winkel, vorzugsweise von 90 Grad, in Drehrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Durch den Versatz der beiden Aufnahmesysteme um 90 Grad ist die zeitliche Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Projektionen, die für eine Projektionsebene erfasst werden, maximal, so dass bei spiralförmiger Abtastung durch den Vorschub des Patienten in Richtung der Drehachse auch der von der Projektion des zweiten Aufnahmesystems erfasste Teilbereich maximal ist, der zum Auffüllen der Projektionslücken dienen kann.The filling of the projection gaps at high pitch values succeeds well when the two recording systems are offset by a fixed angle, preferably of 90 degrees, in the direction of rotation. Due to the offset of the two recording systems by 90 degrees, the time difference between two successive projections, which are detected for a projection plane, maximum, so that in spiral scan by the advance of the patient in the direction of the axis of rotation and the projection of the second recording system is detected maximum portion that can serve to fill the projection gaps.
Prinzipiell ist es für das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren zur schnellen Abtastung nicht erheblich, wie die beiden Aufnahmesysteme in Richtung der Drehachse zueinander angeordnet werden. Im Hinblick eines möglichst breiten Einsatzgebietes ist es jedoch von Vorteil, wenn die beiden Aufnahmesysteme in einer Messebene, also ohne einen Versatz in Richtung der Drehachse, angeordnet werden. In diesem Fall kann nicht nur eine schnelle Abtastung mittels eines Spiralscans durchgeführt werden. Es können zusätzlich auch Abtastungen mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit realisiert werden, bei denen von den beiden Aufnahmesystemen das gleiche Scanvolumen in Richtung der Drehachse erfasst werden muss.In principle, it is not significant for the image recording method according to the invention for rapid scanning how the two recording systems are arranged in the direction of the axis of rotation relative to each other. With regard to the widest possible field of use, however, it is advantageous if the two receiving systems are arranged in a measuring plane, that is to say without an offset in the direction of the axis of rotation. In this case, not only a fast scan can be performed by means of a spiral scan. In addition, it is also possible to realize scans with a high scanning speed, in which the same scanning volume in the direction of the rotation axis must be detected by the two recording systems.
Die Rekonstruktion eines Bildes wird vorteilhaft auf der Grundlage der gewonnenen Projektionen beider Aufnahmesysteme durchgeführt, wobei zur eindeutigen geometrischen Zuordnung einer jeden Projektion die Verstellposition in Richtung der Drehachse und die Winkelposition in Drehrichtung der Aufnahmesysteme erfasst und weiterverarbeitet werden. Durch den Einbezug der Projektionsdaten aus beiden Aufnahmesystemen wird eine Abtastung mit besonders hohen Pitchwerten ermöglicht.The reconstruction of an image is advantageously carried out on the basis of the obtained projections of both recording systems, wherein the adjustment position in the direction of the axis of rotation and the angular position in the direction of rotation of the recording systems are detected and further processed for the unique geometric assignment of each projection. By including the projection data from both recording systems, a scan with particularly high pitch values is made possible.
Der Aufnahmepuls wird auf Basis des Atemsignals aus einer Anzahl vorausgegangener Atemzyklen statistisch ermittelt, so dass sich Lage und Länge des Aufnahmepulses entsprechend der aktuell vorliegenden Atemfrequenz des Patienten anpassen.The recording pulse is determined statistically on the basis of the respiratory signal from a number of preceding respiratory cycles, so that the position and length of the recording pulse are adjusted in accordance with the currently present respiratory rate of the patient.
Es werden zwei folgende Atemsignal-Peaks zur Bestimmung der Lage und der Länge einer folgenden Zyklusdauer geschätzt, wobei der Aufnahmepuls relativ zu der folgenden Zyklusdauer festgelegt wird. Bei Festlegung der Lage des Aufnahmefensters in fortschreitender zeitlicher Richtung wird somit dem Umstand Rechnung getragen, dass für die Beschleunigung des Patienten bzw. des Tisches, auf dem er gelagert ist, eine gewisse Zeit benötigt wird.Two consecutive respiratory signal peaks are estimated for determining the location and length of a subsequent cycle duration, the acquisition pulse being determined relative to the following cycle duration. In determining the position of the recording window in the progressive temporal direction is thus taken into account the fact that for the acceleration of the patient or the table on which it is stored, a certain amount of time is needed.
Bezüglich der Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Danach umfasst das Tomographiegerät zur schnellen Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten beeinflussten Aufnahmebereichs zumindest zwei um eine gemeinsame Drehachse rotierbar angeordnete Aufnahmesysteme, eine Signalerfassungseinheit, welche aus einem Atemsignal zumindest einen auf die Atembewegung abgestimmten Aufnahmepuls erzeugt, und eine Steuereinheit, welche das Tomographiegerät während des erzeugten Aufnahmepulses so ansteuert, dass Projektionen von dem Aufnahmebereich erfassbar sind, wobei Projektionslücken des Aufnahmebereichs bei den erfassten Projektionen entlang einer ersten Spiralbahn um den Aufnahmebereich mit dem ersten Aufnahmesystem durch die Projektionen entlang einer zweiten Spiralbahn um den Aufnahmebereich mit dem zweiten Aufnahmesystem auffüllbar sind.With respect to the device, the above-mentioned object is achieved by the features of
Bei dem Tomographiegerät handelt es sich insbesondere um einen Röntgentomographen im weiteren Sinne, insbesondere um ein Computertomographiegerät oder ein Rotationsangiographiegerät. Die Steuereinheit ist weiterhin dazu ausgebildet, den Bilddatensatz durch numerische Rückprojektion aus einer Mehrzahl von unter verschiedenen Projektionswinkeln aufgenommenen Röntgenprojektionsbildern zu erstellen.The tomography device is, in particular, an X-ray tomograph in a broader sense, in particular a computed tomography device or a rotational angiography device. The control unit is further configured to generate the image data set by numerical backprojection from a plurality of X-ray projection images recorded at different projection angles.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sind in den folgenden schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention and further advantageous embodiments of the invention according to the subclaims are shown in the following schematic drawings. Show it:
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
In
Im Inneren des Computertomographiegerätes
Die jeweilige Röntgenröhre
Der jeweilige Detektor
Dem Computertomographiegerät
Zur Erfassung der Atembewegung und zur Detektion einer bestimmten Phase der Atembewegung weist das Computertomographiegerät
Neben dem in diesem Ausführungsbeispiel genannten Atemgürtel
Die Atemsignale
Das Bildaufnahmeverfahren erfolgt dabei in einer in
In
Die Projektionslücken
Somit besteht die Möglichkeit bei einer Kontrastmitteluntersuchung zwei verschiedene Atemlagen aufzunehmen, indem zuerst in craniocaudaler Richtung die erste Atemlage und sofort im Anschluss mit einer Verzögerung von insgesamt 3 bis 4 Sekunden in caudocranialer Richtung die zweite Atemlage aufgenommen wird.Thus, it is possible to record two different respiratory conditions in a contrast agent examination by first taking the first respiratory position in the craniocaudal direction and then immediately after the second respiratory position in the caudocranial direction with a delay of a total of 3 to 4 seconds.
Die
Zu jeder Projektionsrichtung werden bei jedem Umlauf der beiden Aufnahmesysteme
Zusammenfassend kann Folgendes gesagt werden:
Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren zur schnellen Abtastung eines durch Atembewegung eines Patienten
The invention relates to an image recording method for rapid scanning of a respiratory movement of a
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005014853A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Siemens Ag | A tomographic device for fast volume scanning of an examination area and method for fast volume scanning of the examination area with such a tomography device |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005014853A1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Siemens Ag | A tomographic device for fast volume scanning of an examination area and method for fast volume scanning of the examination area with such a tomography device |
DE102005033471A1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-01-25 | Siemens Ag | A breathing body imaging procedure records breathing signals and takes X ray projections with source intensity modulate to depend on breath signal and breath signal ratio derived threshold |
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