DE102012202165A1

DE102012202165A1 - Verfahren zur Positionierung eines interessierenden Körperbereichs im Isozentrum eines CT-Bildgebungssystems

Info

Publication number: DE102012202165A1
Application number: DE102012202165A
Authority: DE
Inventors: Peter Aulbach; Ute Feuerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US20150003577A1; CN104203104A; WO2013120663A1; KR20140129021A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines interessierenden Körperbereichs eines Patienten (8) im Isozentrum (6) des Bildgebungssystems (1–4) eines Computertomographen oder C-Bogen-Gerätes. Bei dem Verfahren wird mit dem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät ein Topogramm des Patienten (8) aufgezeichnet, aus dem Topogramm eine Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum (6) bestimmt und eine Patientenlagerungseinrichtung (7) oder das Bildgebungssystem (1–4) um die Distanz verschoben, um das Körperteil ins Isozentrum (6) zu bringen. Das Topogramm wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren abschnittsweise aus unterschiedlichen Richtungen aufgezeichnet, die senkrecht zueinander liegen. Das Verfahren ermöglicht die isozentrische Positionierung des interessierenden Körperbereichs ohne externe Hilfsmittel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines interessierenden Körperbereichs eines Patienten im Isozentrum des Bildgebungssystems eines Computertomographen oder C-Bogen-Gerätes, bei dem mit dem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät zunächst ein Topogramm des Patienten aufgezeichnet und aus dem Topogramm eine Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum bestimmt wird.
Bei der Computertomographie (CT) rotiert ein Bildgebungssystem, in der Regel bestehend aus einer Röntgenröhre und einem gegenüber liegenden Röntgendetektor, um eine Rotationsachse, um Röntgenaufnahmen unter unterschiedlichen Projektionswinkeln zu erhalten. Der Schnittpunkt des Zentralstrahls des Röntgenstrahlbündels mit der Rotationsachse wird dabei auch als Isozentrum bezeichnet. Aus den Röntgenaufnahmen der einzelnen Projektionen wird dann das CT-Bild rekonstruiert. Vor der Bildaufzeichnung des CT-Bildes wird häufig ein sog. Topogramm aufgenommen, um die Durchführung der Bildaufzeichnung zu planen. Das Topogramm stellt eine Übersicht des Patienten und seiner Anatomie dar. Hierbei wird das Bildgebungssystem nicht rotiert, sondern fährt das Patientenvolumen nur in axialer Richtung ab, der sog. z-Richtung oder Richtung der Systemachse des Computertomographen. Dabei wird ein Überlagerungsbild ähnlich einem konventionellen Röntgenbild erhalten, das zur Planung des späteren Röntgenscans für das CT-Bild herangezogen wird. Das Topogramm wird häufig aus der Richtung a.p. (anterior nach posterior), p.a. (posterior nach anterior) oder lateral (von links nach rechts bzw. von rechts nach links) aufgenommen, abhängig von der gewünschten Bilddarstellung.
Für die Durchführung der CT-Röntgenbildgebung mit dem Computertomographen oder einem C-Bogen-Gerät ist die Positionierung des interessierenden Körperbereiches im Isozentrum des Bildgebungssystems wichtig, da im Zentrum des Messfeldes die Bildqualität und räumliche Auflösung am höchsten sind. Dies ist besonders bei Untersuchungen am Herz oder Schädel relevant.
Bisher wird die Höhe der Patientenlagerung mittels externer, am Drehrahmen des Computertomographen angebrachter Positionierungslaser eingestellt. Eine horizontale Laserprojektion auf der Oberfläche des Patienten wird dabei zu Hilfe genommen, um die Patientenmittellinie mit der Projektion zusammen zu bringen. Der Bediener befindet sich hierbei am Computertomographen und führt die Einstellung der Höhe der Lagerungseinrichtung manuell durch.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Positionierung eines interessierenden Körperbereichs eines Patienten im Isozentrum des Bildgebungssystems eines Computertomographen oder C-Bogen-Geräts anzugeben, das die Positionierung ohne weitere Hilfsmittel erlaubt.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der Patentanspruch 6 gibt einen zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten Computertomographen oder ein entsprechendes C-Bogen-Gerät an. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Computertomographen bzw. C-Bogen-Geräts sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Topogramm des Patienten für die Positionierung des interessierenden Körperbereichs im Isozentrum des Bildgebungssystems genutzt. Zunächst wird mit dem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät ein Topogramm des Patienten aufgezeichnet. Das Topogramm wird hierbei nicht in üblicher Weise aus einer Richtung, sondern abschnittsweise aus unterschiedlichen Richtungen aufgezeichnet, die senkrecht zueinander liegen. Damit wird ein Topogramm erhalten, das unterschiedliche Abschnitte des Patientenkörpers aus unterschiedlichen Richtungen zeigt. Aus dem Topogramm kann dann eine Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum bei der Aufzeichnung des Topogramms bestimmt werden. Anschließend wird entweder die Patientenlagerungseinrichtung oder das Bildgebungssystem um diese Distanz verschoben, um den interessierenden Körperbereich dadurch in das Isozentrum zu bringen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind keine externen Hilfsmittel, wie bspw. ein externer Laser, für die Positionierung des interessierenden Körperbereichs im Isozentrum des Bildgebungssystems mehr erforderlich. Vielmehr wird diese Positionierung auf Basis des aufgezeichneten Topogramms vorgenommen, das der Bediener in der Regel für die Planung des späteren Röntgenscans für das CT-Bild sowieso benötigt. Die Lage des Isozentrums ist dabei aus dem Topogramm ersichtlich. Es liegt für jede der unterschiedlichen Richtungen jeweils in der Mitte des FOV (Field of View) (senkrecht zur Patientenlängsachse).
In der bevorzugten Ausgestaltung werden die beiden Richtungen der Aufzeichnung des Topogramms so gewählt, dass wenigstens ein Abschnitt des Topogramms in lateraler Richtung von links nach rechts oder von rechts nach links und ein weiterer Abschnitt des Topogramms in vertikaler Richtung aufgezeichnet werden. Unter der vertikalen Richtung ist hier die Richtung a.p. oder p.a. bei üblicher Rückenlagerung des Patienten zu verstehen. Gerade die Aufzeichnung des Topogramms von der Seite (lateral) ermöglicht die optimale Einstellung der isozentrischen Lagerung des Patienten in der vertikalen Achse. Die Aufzeichnung in vertikaler Richtung ermöglicht demgegenüber die Positionierung in der horizontalen Achse. Die vertikale Achse wird bei Computertomographen oder C-Bogen-Geräten häufig auch als x-Achse, die horizontale Achse als y-Achse bezeichnet. Durch die abschnittsweise Aufzeichnung des Topogramms aus den unterschiedlichen Richtungen wird die Patientendosis gegenüber der Aufzeichnung von zwei herkömmlichen Topogrammen in diesen Richtungen deutlich verringert.
Die Auswertung der Lage des interessierenden Körperbereichs kann auch automatisiert erfolgen, so dass dann die Positionierung dieses Bereiches im Isozentrum ebenfalls automatisiert, d.h. ohne Eingriff des Benutzers, durch eine Steuereinheit des Computertomographen oder C-Bogen-Gerätes direkt vorgenommen werden kann. In der Regel erfolgt dies durch eine entsprechende Verschiebung der Patientenlagerungseinrichtung in y-Richtung bzw. eine Erhöhung oder Erniedrigung der Lagerungseinrichtung in x-Richtung. Alternativ kann, insbesondere im Falle eines C-Bogen-Gerätes, auch das Bildgebungssystem entsprechend motorisch verfahren werden. Die Steuereinheit steuert hierbei die Patientenlagerungseinrichtung oder das Bildgebungssystem bzw. deren Verstelleinrichtungen entsprechend an.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann bei Ganzkörper-CT-Untersuchungen durch die unterschiedlichen Aufzeichnungsrichtungen auch die Höhe der Lagerungsfläche der Patientenlagerungseinrichtung automatisch aus dem Topogramm ermittelt und für eine optimale, isozentrische Lagerung des interessierenden Körperbereichs herangezogen werden. Hierbei werden aus Gründen der Dosis-Einsparung keine zwei komplementäre Topogramme aufgezeichnet, sondern jeweils zwischen a.p./p.a.-Topogrammanteilen und lateralen Anteilen (Höheninformation) hin und her geschaltet.
Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft mit sog. Dual Source CT-Anlagen durchführen, die zwei um 90° versetzte Bildgebungseinheiten aufweisen. Bei derartigen Dual Source Anlagen können dann die jeweiligen Topogrammabschnitte aus den unterschiedlichen Richtungen jeweils alleine durch Umschaltung von der einen zur anderen Bildgebungseinheit aufgezeichnet werden, während der Patient gleichzeitig in z-Richtung verschoben wird.
Vorzugsweise setzt sich das Topogramm aus mehreren lateralen Anteilen (Bereiche mit Aufzeichnung in lateraler Richtung) und mehreren vertikalen Anteilen (Bereiche mit Aufzeichnung in vertikaler Richtung) zusammen, die einander abwechseln. Die lateralen Bereiche dienen dazu, relevante Information der optimalen vertikalen Lagerungshöhe (x-Achse) zu extrahieren, die für den Bediener besonders schwer einzuschätzen ist. Bei bestimmten Organen, wie bspw. Herz oder Gehirn, ist eine isozentrische Lagerung für eine hohe Bildqualität erforderlich. Vorteilhafterweise werden daher die Abschnitte mit lateraler Aufzeichnung so gewählt, dass diese das Herz und/oder den Kopf des Patienten beinhalten.
Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Richtungen kann entweder unabhängig von der Patientenanatomie vorab festgelegt oder durch einen geeigneten Algorithmus während der Aufzeichnung des Topogramms gesteuert werden. So kann bspw. in einer Ausgestaltung eine Umschaltung jeweils nach einer Verschiebung der Patientenlagerungseinrichtung um eine bestimmte Distanz in z-Richtung erfolgen. In einer anderen Ausgestaltung werden bekannte Algorithmen eingesetzt, welche Anatomie und Organgrenzen aus dem Topogramm noch während der Aufzeichnung des Topogramms automatisch erkennen. Die Algorithmen geben dann ihre Ergebnisse, in der Regel Segmentierungsergebnisse, fortwährend und in Echtzeit an den Steuerungsrechner des CT-Gerätes weiter. Dieser nimmt die ermittelten z-Achsenwerte für die Organgrenzen auf, und schaltet entsprechend einer Vorgabe (mit einer geringen Latenzzeit) zwischen den beiden Richtungen um. Die Vorgabe durch den Bediener legt dabei die Organe oder anatomischen Bereiche fest, bei denen eine Umschaltung erfolgen soll. Die Umschaltung kann bei Nutzung eines Dual-Energy-Gerätes in einfacher Weise durch Umschalten zwischen den beiden gegeneinander versetzten Bildgebungseinheiten erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, ein herkömmliches CT-Gerät mit nur einer Bildaufnahmeeinheit so anzusteuern, dass die Bildgebungseinheit sich jeweils um den Winkel von 90° dreht, um zwischen den unterschiedlichen Richtungen umzuschalten.
Ein entsprechend ausgestatteter Computertomograph bzw. ein entsprechend ausgestattetes C-Bogen-Gerät umfasst eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie in einem Betriebsmodus das Topogramm entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren aufzeichnet, aus dem Topogramm die Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum bestimmt, und eine Verstelleinrichtung für die Patientenlagerungseinrichtung oder für das Bildgebungssystem anschließend so ansteuert, dass Patientenlagerungseinrichtung oder Bildgebungssystem um eine Distanz verschoben werden, durch die das Körperteil in das Isozentrum gebracht wird. Der interessierende Körperbereich kann dabei entweder durch den Bediener im Topogramm markiert werden oder durch entsprechende Vorgabe von einem Algorithmus in dem Topogramm erkannt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren sowie die zugehörige Bildgebungseinrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Beispiel für den schematischen Aufbau eines Computertomographen, mit dem das vorgeschlagene Verfahren durchführbar ist,
2 ein Ablaufdiagramm für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens sowie
3 in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Topogramm gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren.
1 zeigt stark schematisiert einen Dual-Source-Computertomographen mit zwei Bildaufnahmeeinheiten, die jeweils aus einer Röntgenquelle 1, 3 und einem der Röntgenquelle gegenüber liegenden Röntgendetektor 2, 4 gebildet sind. Die Röntgenquellen 1, 3 und Röntgendetektoren 2, 4 sind an einem Drehrahmen 5 angeordnet, der um das Isozentrum 6 rotierbar ist. In dem zwischen den Röntgenquellen 1, 3 und Röntgendetektoren 2, 4 vorhandenen Untersuchungsvolumen ist ein Patientenlagerungstisch 7 angeordnet, der in Richtung der Systemachse bzw. z-Achse (im Beispiel der 1 senkrecht zur Blattebene) während der Bildaufzeichnung verschoben wird. In 1 ist ein Patient 8 auf dem Patientenlagerungstisch 7 gelagert. Der Patientenlagerungstisch 7 ist auch in der Höhe (x-Richtung) und seitlich (y-Richtung) motorisch verschiebbar, um einen interessierenden Körperbereich des Patienten in das Isozentrum 6 bringen zu können.
Der Computertomograph wird über die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 zur Durchführung von Röntgenaufnahmen angesteuert. In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 werden auch die Messdaten ausgewertet. Selbstverständlich kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung 9 auch durch mehrere getrennte Einheiten gebildet sein.
In der 1 ist ersichtlich, dass der Patientenkörper 8 momentan nicht im Isozentrum 6 des Bildgebungssystems liegt. Um diesen Patienten 8, insbesondere einen für die spätere Bildaufzeichnung interessierenden Körperbereich des Patienten, in dieses Isozentrum 6 zu bringen, wird beim vorgeschlagenen Verfahren zunächst ein Topogramm des Patientenkörpers bzw. eines Teils des Patientenkörpers aufgezeichnet. Dies erfolgt im vorliegenden Beispiel, indem zunächst mit der ruhenden ersten Bildgebungseinheit 1, 2 ein Topogramm aus der Richtung a.p. bzw. p.a. in einem ersten Bereich aufgezeichnet und während der weiteren Verschiebung des Patientenlagerungstisches 7 in z-Richtung auf eine Bildaufzeichnung durch die zweite Bildgebungseinheit 3, 4 umgeschaltet wird, um einen lateralen bzw. sagittalen Bildanteil zu erhalten. Anschließend wird wieder auf die erste Bildgebungseinheit 1, 2 und dann wieder auf die zweite Bildgebungseinheit 3, 4 umgeschaltet. Dadurch wird ein Topogramm erhalten, wie es in 3 schematisch veranschaulicht ist. Das Topogramm zeigt einen ersten a.p./p.a.-Abschnitt 10, dem sich ein erster sagittaler Abschnitt 11, ein zweiter a.p./p.a.-Abschnitt 12 sowie ein zweiter sagittaler Abschnitt 13 anschließen. Die Umschaltung zwischen den beiden Richtungen wurde in diesem Beispiel so durchgeführt, dass sowohl das Herz des Patienten als auch dessen Schädel in lateraler Richtung aufgezeichnet wurden, um diese bei Bedarf möglichst genau durch Änderung der Höhe des Patientenlagerungstisches 7 im Isozentrum 6 positionieren zu können.
Die Steuerung zur Aufzeichnung eines derartigen Kombi-Topogramms wie auch die Auswertung des Topogramms können durch geeignete Algorithmen erfolgen, die in der Steuer- und Auswerteeinheit 9 implementiert sind. Nach der Ermittlung der Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum 6 wird im vorliegenden Beispiel der Patientenlagerungstisch 7 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 9 so angesteuert, dass er um diese Distanz verschoben wird, um den interessierenden Körperbereich, beispielsweise das Herz des Patienten 8, ins Isozentrum 6 des Bildgebungssystems zu bringen.
2 zeigt die einzelnen Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens von der Aufzeichnung des Kombi-Topogramms 14, der Bestimmung der Distanz zum Isozentrum 15 bis zur Ansteuerung des Patientenlagerungstisches 16 nochmals stark schematisiert in einem Ablaufdiagramm.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Positionierung eines interessierenden Körperbereichs eines Patienten (8) im Isozentrum (6) des Bildgebungssystems (1–4) eines Computertomographen oder C-Bogen-Gerätes, bei dem – mit dem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät ein Topogramm des Patienten (8) aufgezeichnet wird, – aus dem Topogramm eine Distanz zwischen dem interessierenden Körperbereich und dem Isozentrum (6) bestimmt wird, und – eine Patientenlagerungseinrichtung (7) oder das Bildgebungssystem (1–4) um die Distanz verschoben wird, um das Körperteil in das Isozentrum (6) zu bringen, – wobei das Topogramm abschnittsweise aus unterschiedlichen Richtungen aufgezeichnet wird, die senkrecht zueinander liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt (11, 13) des Topogramms in lateraler Richtung von links nach rechts oder von rechts nach links und wenigstens ein weiterer Abschnitt (10, 12) des Topogramms in vertikaler Richtung von oben nach unten oder von unten nach oben aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computertomograph oder C-Bogen-Gerät mit jeweils zwei um einen Winkel von 90° zueinander versetzten Röntgenquellen (1, 3) und Röntgendetektoren (2, 4) als Bildgebungseinheiten eingesetzt wird, wobei zur abschnittsweisen Aufzeichnung des Topogramms aus den unterschiedlichen Richtungen einmal oder mehrmals zwischen den beiden Bildgebungseinheiten umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen den unterschiedlichen Richtungen so erfolgt, dass Herz und/oder Schädel des Patienten (8) in lateraler Richtung aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen den unterschiedlichen Richtungen auf Basis einer Vorgabe mit Hilfe eines Algorithmus erfolgt, der aus bereits aufgezeichneten Abschnitten des Topogramms eine Anatomie und/oder Organbegrenzung erkennt und entsprechende Daten während der Aufzeichnung des Topogramms an eine Steuerung übermittelt, die nach der Vorgabe auf Basis der vom Algorithmus übermittelten Daten den Wechsel steuert.
Computertomograph oder C-Bogen-Gerät mit – einem Bildgebungssystem (1–4) aus mindestens einer Röntgenquelle (1, 3) und einem der Röntgenquelle gegenüber liegenden Röntgendetektor (2, 4), die um ein Isozentrum (6) rotierbar angeordnet sind, – einer Patientenlagerungseinrichtung (7), und – einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (9), über die der Computertomograph oder das C-Bogen-Gerät zur Durchführung von Röntgenaufnahmen ansteuerbar ist, – wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass sie – den Computertomographen oder das C-Bogen-Gerät in einem Betriebsmodus zunächst zur Aufzeichnung eines Topogramms eines auf der Patientenlagerungseinrichtung (7) gelagerten Patienten (7) so ansteuert, dass das Topogramm abschnittsweise aus unterschiedlichen Richtungen aufgezeichnet wird, die senkrecht zueinander liegen, – aus dem Topogramm eine Distanz zwischen einem vorgegebenen interessierenden Körperbereich des Patienten (8) und dem Isozentrum (6) bestimmt, und – eine Verstelleinrichtung für die Patientenlagerungseinrichtung (7) oder für das Bildgebungssystem (1–4) anschließend so ansteuert, dass die Patientenlagerungseinrichtung (7) oder das Bildgebungssystem (1–4) um die Distanz verschoben wird, um den interessierenden Körperbereich in das Isozentrum (6) zu bringen.
Computertomograph oder C-Bogen-Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Abschnitt (11, 13) des Topogramms in lateraler Richtung von links nach rechts oder von rechts nach links und wenigstens einen weiteren Abschnitt (10, 12) des Topogramms in vertikaler Richtung aufzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildgebungssystem (1–4) zwei um einen Winkel von 90° zueinander versetzte Röntgenquellen (1, 3) und Röntgendetektoren (2, 4) als Bildgebungseinheiten aufweist und die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass sie zur abschnittsweisen Aufzeichnung des Topogramms aus den unterschiedlichen Richtungen einmal oder mehrmals zwischen den beiden Bildgebungseinheiten umschaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (9) so ausgebildet ist, dass sie den Wechsel zwischen den unterschiedlichen Richtungen auf Basis einer Vorgabe mit Hilfe eines Algorithmus vornimmt, der während der Aufzeichnung des Topogramms aus bereits aufgezeichneten Abschnitten des Topogramms eine Anatomie und/oder Organbegrenzung erkennt.