DE102021214897A1

DE102021214897A1 - Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben, Verwendung der Steuerungsvorgaben und medizinisches Gesamtsystem

Info

Publication number: DE102021214897A1
Application number: DE102021214897.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Bernhardt
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22
Also published as: US20230190219A1; CN116327223A

Abstract

Für eine besonders gute Röntgenqualität bei möglichst wenig Strahlenbelastung eines Patienten ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten mit den folgenden Schritten vorgesehen: Auswahl einer Bildrate f, welche bezüglich des verwendeten Röntgengerätes mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate beträgt, Bestimmen einer Kontrastmittel-Infusionsrate R für das Hohlorgan, welche im Hohlorgan einen Füllgrad von mindestens 75% erzeugt, unter Verwendung eines Gefäßdurchmessers d des Hohlorgans und einer Flussgeschwindigkeit v der Flüssigkeit des Hohlorgans, Bestimmen einer eine Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierenden Infusionsdauer t in Abhängigkeit der ausgewählten Bildrate f, welche Infusionsdauer t einen Überlapp von höchstens 25% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate f aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt, Bereitstellung einer ersten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der ausgewählten Bildrate f für das Röntgengerät zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern, und Bereitstellung einer zweiten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der bestimmten Infusionsdauer t.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan gemäß dem Patentanspruch 1, eine Verwendung der Steuerungsvorgaben gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 sowie ein medizinisches Gesamtsystem zur Durchführung derartiger Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8.
In der medizinischen Diagnostik ist die nicht-invasive Darstellung von inneren Körperstrukturen und Organen mittels Röntgenbildgebung ein weit verbreitetes Verfahren. Dabei kann ein hoher Kontrast zwischen Knochen und Weichteilgeweben erzielt werden. Der Kontrast zwischen verschiedenen Weichteilgeweben ist jedoch aufgrund geringer Absorptionsunterschiede nur eingeschränkt zur Diagnostik geeignet. Zur Erhöhung des Kontrastes bestimmter Körperstrukturen wie z.B. Hohlorganen (Blutgefäßen) beziehungsweise Körperflüssigkeiten werden daher Kontrastmittel appliziert. Diese enthalten ein besonders stark (oder besonders schwach) Röntgenstrahlung absorbierendes Element, um dadurch einen hohen Bildkontrast zu den umgebenden Geweben mit niedriger (oder mittlerer) Absorption zu erzielen. In der radiologischen Bildgebung mittels Röntgenstrahlung werden heute häufig (positive) jodhaltige oder (negative) kohlendioxidhaltige Kontrastmittel zur Darstellung von Körperflüssigkeiten, Organen und pathologischen Prozessen verwendet. Das Kontrastmittel bewegt sich als Kontrastmittel-Bolus z.B. zusammen mit dem Blut durch die Blutgefäße. Dieser Fluss wird dann mittels einer Serie von Röntgenbildern, insbesondere Fluoroskopie-Röntgenbildern, mit einer bestimmten, zuvor eingestellten Bildrate überwacht. Hierbei ist das Ziel, eine möglichst hohe Bildqualität zu erreichen, um eine gute Diagnosestellung und Bildüberwachung zu bekommen.
Das Kontrastmittel wird entweder manuell durch einen Arzt oder mittels eines automatisch gesteuerten Injektors in das Blutgefäß des Patienten eingespritzt. In diesem Zusammenhang können zwei Parameter eingestellt werden, einerseits die Konzentration C des Kontrastmittels und andererseits die sogenannte Kontrastmittel-Boluslänge L (auch als Infusionsdauer t angebbar). Das Produkt aus der Konzentration C und der Boluslänge L definiert die Menge des injizierten Kontrastmittels C*L. Diese Menge ist ein Maß für die Wirkstoffbelastung (drug load) für die Nieren eines Patienten und das Ziel einer Untersuchung besteht immer darin, die Menge an Kontrastmittel möglichst gering zu halten.
Bezüglich der Serie von Röntgenaufnahmen können im Allgemeinen ebenfalls zwei Parameter variiert werden, nämlich einerseits die Bildrate f und andererseits die Röntgendosis D pro Bild. Auch hier definiert das Produkt D · f aus den beiden Parametern die Gesamtröntgendosis für die Szene, und auch hier ist das Ziel, die Strahlenbelastung für den Patienten und das Personal möglichst gering zu halten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgenüberwachungsverfahren zu ermöglichen, welches während eines Kontrastmittelflusses durch ein Hohlorgan eine in Abhängigkeit von der Qualität der Röntgenbilder besonders niedrige Röntgendosis benötigt; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Röntgengerät bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan gemäß dem Patentanspruch 1, eine Verwendung der Steuerungsvorgaben gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 sowie ein medizinisches Gesamtsystem zur Durchführung derartiger Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten umfasst die folgenden Schritte: Auswahl einer Bildrate f, welche bezüglich des verwendeten Röntgengerätes mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate f beträgt, Bestimmen einer Kontrastmittel-Infusionsrate R für das Hohlorgan, welche im Hohlorgan einen Füllgrad von mindestens 75% erzeugt, unter Verwendung eines Gefäßdurchmessers d des Hohlorgans und einer Flussgeschwindigkeit v der Flüssigkeit des Hohlorgans, Bestimmen einer eine Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierenden Infusionsdauer t in Abhängigkeit der ausgewählten Bildrate f, welche Infusionsdauer t einen Überlapp von höchstens 25% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate (f) aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt, Bereitstellung einer ersten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der ausgewählten Bildrate f für das Röntgengerät zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern und Bereitstellung einer zweiten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der bestimmten Infusionsdauer t.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Röntgenüberwachung während eines Kontrastmittelflusses durch ein Hohlorgan ermöglicht, welche eine in Abhängigkeit von der Qualität der Röntgenbilder besonders niedrige Röntgendosis benötigt. Auf diese Weise kann abhängig von der Präferenz der Bedienperson bzw. den Erfordernissen der Untersuchung die Röntgenqualität gesteigert oder die Gesamtröntgendosis gesenkt werden. Die Strahlenbelastung für den Patienten wird somit bei steigender Qualität der Untersuchung nicht höher oder kann bei gleichbleibender Qualität sogar gesenkt werden. Dadurch werden Untersuchungen und Eingriffe für den Patienten und/oder das Personal sicherer und weniger belastend. Die Erfindung nutzt aus, dass bei einem sogenannten „short intensive bolus“, also einem möglichst kurzen Kontrastmittelbolus hoher Konzentration, in Verbindung mit einer hohen Bildrate eine entgegen der Erwartung überraschend hohe Bildqualität bei überraschend niedriger Gesamtröntgendosis erzielt werden kann.
Eine Bildrate (frame rate) f ist ein bekannter Parameter bei der Aufnahme von Szenen aus einer Vielzahl von (z.B. medizinischen) Bildern, z.B. von (Fluoroskopie-)Röntgenbildern mit einem Röntgengerät. Die Bildrate f bezeichnet die Anzahl der Bilder pro Zeiteinheit (z.B. Sekunden). Bekannte Röntgengeräte haben jeweils eine maximal technisch mit dem Röntgengerät umsetzbare Bildrate. Dies kann bei einem typischen Röntgengerät z.B. 30 Hz oder 50 Hz oder bei besonders hochwertigen Röntgengeräten auch 100 Hz sein. Bei einem solchen bekannten Röntgengerät wird als Bildrate f ein möglichst hoher Wert, also mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate (also z.B. mindestens 90% von 30 Hz, also mindestens 27 Hz oder 90% von 50 Hz, also mindestens 45 Hz) eingestellt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Kontrastmittel-Infusionsrate R, also die Rate, mit der das jeweilige Kontrastmittel in das Hohlorgan (z.B. Blutgefäß) des Patienten eingebracht wird, mit der folgenden Formel bestimmt:
$R = x \cdot \frac{v \cdot d \cdot π}{4},$
wobei x einen Wert zwischen 0,75 und 1 annimmt. Die Infusionsrate R kann z.B. mit der Einheit ml/s angegeben werden. Ein Gefäßdurchmesser d des abzubildenden Hohlorgans kann aus vorhandenen Daten herangezogen, geschätzt (z.B. auf der Basis von Mittelwerten) oder berechnet werden. Ebenso kann eine Flussgeschwindigkeit v der in dem Hohlorgan fließenden Flüssigkeit (z.B. Blut) aus vorhandenen Daten herangezogen, geschätzt (z.B. auf der Basis von Mittelwerten) oder berechnet werden. X nimmt einen Wert von mindestens 0,75, insbesondere mindestens 0,8, und höchstens 1 an, wobei 0,75 einen Füllgrad von mindestens 75% und 0,8 einen Füllgrad von 80% und 1 einen Füllgrad von 100% (komplette Verdrängung) bedeutet. Ein derart eingespritzter Kontrastmittelbolus kann als „intensiv“ bezeichnet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die die Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierende Infusionsdauer t mit der folgenden Formel bestimmt: $t = \frac{y}{ƒ},$
wobei f die Bildrate ist und y einen Wert zwischen 0 und 0,25, insbesondere kleiner als 0,2, annimmt. Durch einen beispielhaften Wert y von 0,25 bzw. 0,2 bzw. 0,1 wird ein Überlapp von etwa 25% bzw. etwa 20 % bzw. etwa 10% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate (f) aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt. Der Überlapp sollte 25% nicht übersteigen und insbesondere maximal 20 % oder maximal 10% betragen. Auf diese Weise, also durch eine sehr kurze Kontrastmittel-Boluslänge kann die Gesamtröntgendosis abhängig von der Bildqualität geringgehalten und damit die Strahlenbelastung des Patienten minimiert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Auswahl einer Röntgendosis D pro Bild getroffen und ebenfalls als Steuerungsvorgabe für das Röntgengerät bereitgestellt. Hier kann z.B. je nach erwünschter Röntgenqualität eine relativ bis sehr geringe Röntgendosis D pro Bild eingestellt werden, um den Patienten zu schonen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Steuerungsvorgabe verwendet zur Ansteuerung eines Röntgengerätes zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit der Bildrate f während eines Kontrastmittelflusses mit der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der bestimmten Infusionsdauer t. Eine Kontrastmittelinjektion kann z.B. von einer Bedienperson (z.B. einer Ärztin oder einem Arzt) gemäß der zweiten Steuerungsvorgabe manuell (z.B. mittels eines Injektors) appliziert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zweite und die erste Steuerungsvorgabe verwendet zur Ansteuerung eines Kontrastmittel-Injektionsgerätes zur automatischen Injektion eines Kontrastmittels in ein Hohlorgan eines Patienten mit der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der bestimmten Infusionsdauer t und zur Ansteuerung eines Röntgengerätes zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit der Bildrate f während des derart angesteuerten Kontrastmittelflusses durch das Hohlorgan. Ein hierfür geeignetes Gesamtsystem ist weiter unten beschrieben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Serie von Röntgenbildern an einer Anzeigeeinheit angezeigt, um einer Bedienperson eine Untersuchung oder die Durchführung eines interventionellen Eingriffs oder einer Operation zu erleichtern.
Die Erfindung umfasst ein Gesamtsystem, ausgebildet zur Ausführung der oben beschriebenen Steuerungsvorgaben, aufweisend ein Röntgengerät mit einer Steuerungsvorrichtung, einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor, welches Röntgengerät ausgebildet ist zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit einer einstellbaren Bildfrequenz f und einer einstellbaren Röntgendosis D pro Bild, und eine Berechnungseinheit zur Bestimmung der Infusionsdauer t in Abhängigkeit der bestimmten Bildrate f des Röntgengeräts und zur Bestimmung der Kontrastmittel-Infusionsrate R. Ein solches Gesamtsystem ermöglicht die Bestimmung von optimalen Parametern für eine Serie von (Fluoroskopie-)Röntgenbildern unter Kontrastmittelgabe, um eine besonders hohe Bildqualität bei so gering wie möglicher Strahlenbelastung zu erzielen.
In vorteilhafter Weise für eine besonders exakte Dosierung des Kontrastmittels weist das Gesamtsystem ein Kontrastmittelinjektionsgerät mit einer Steuereinheit und einem Injektor auf, welches Kontrastmittelinjektionsgerät ausgebildet ist zur Injektion eines Kontrastmittels mit einer Kontrastmittel-Infusionsrate R und einer Infusionsdauer t in ein Hohlorgan eines Patienten.
Bei Verwendung eines besonders kurzen Kontrastmittelbolus mit einem hohen Füllgrad bei hoher Bildrate (Frame rate) kann bei gleichbleibender Qualität der Aufnahmen eine erhebliche Ersparnis bei der Gesamtröntgendosis erzielt werden. Alternativ kann bei gleichbleibender Gesamtröntgendosis eine deutliche Zunahme der Bildqualität der Röntgenbilder erzielt werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:

1 eine Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Abfolge von Schritten des Verfahrens im Kombination mit verwendbaren Formeln;
3 eine Ansicht eines Gesamtsystems zur Durchführung des Verfahrens;
4 eine Grafik mit einem beispielhaften Zusammenhang zwischen Gesamtröntgendosis und Kontrastmittelkonzentration bei gleicher Bildqualität einer Röntgenaufnahme;
5 eine Grafik mit einem beispielhaften Zusammenhang zwischen Gesamtröntgendosis und Kontrastmittel-Boluslänge bei gleicher Bildqualität einer Röntgenaufnahme; und
6 eine Tabelle mit einem Zusammenhang zwischen der Bildqualität, der Kontrastmittelmenge und der Gesamtröntgendosis.

In der 1 ist eine Schrittabfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten gezeigt. Während bei bekannten Aufnahmen einer Serie von Röntgenbildern während eines Kontrastmittelflusses zur Optimierung der entsprechenden Parameter häufig eine Verdünnung des Kontrastmittels durchgeführt wird, um die Belastung des Patienten durch das Kontrastmittel zu senken und/oder die Bildrate gedrosselt wird, um die Gesamtröntgendosis zu verringern, sind in Wahrheit diese Vorgehensweisen kontraproduktiv.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass bei einem sogenannten „short intensive bolus“, also einem möglichst kurzen Kontrastmittelbolus hoher Konzentration, in Verbindung mit einer hohen Bildrate eine entgegen der Erwartung überraschend hohe Bildqualität bei überraschend niedriger Gesamtröntgendosis erzielt werden kann.
In der 4 ist ein beispielhafter (berechneter bzw. simulierter) Zusammenhang zwischen einer Gesamtröntgendosis und einer Kontrastmittelkonzentration (z.B. Jodgehalt bei jodhaltigem Kontrastmittel, z.B. angebbar in mgI/ml) bei konstanter Bildqualität der jeweiligen Röntgenaufnahme gezeigt. In der 5 ist ein beispielhafter (berechneter bzw. simulierter) Zusammenhang zwischen der Gesamtröntgendosis und der Kontrastmittel-Boluslänge (z.B. angebbar in mm) bei konstanter Bildqualität der jeweiligen Röntgenaufnahme abgebildet.
Ein Vergleich der beiden Grafiken zeigt, dass die Abhängigkeit der Gesamtröntgendosis von der Konzentration deutlich höher ist als die Abhängigkeit von der Boluslänge. Aus diesem Grund ist die Bildqualitäts-Effizienz durch einen „short intensive bolus“ bezüglich Gesamtröntgendosis und/oder Kontrastmittel höher.
Dies ist auch anhand der in der 6 in der Tabelle dargestellten drei Szenarien „geringere Gesamtröntgendosis“, „weniger Kontrastmittel“ und „höhere Bildqualität“, welche im Folgenden mittels Beispielrechnungen hergeleitet werden, erkennbar. Ausgehend von einer ersten Kontrastmittelkonzentration C₀, einer ersten Kontrastmittel-Boluslänge L₀ (L = v · t, wobei v die Flussgeschwindigkeit der Flüssigkeit wie z.B. Blut ist und t die Infusionsdauer), einer ersten Röntgendosis D₀ pro Bild und einer ersten Bildrate f₀ betragen die erste technische Bildqualität C₀ ²·D₀, die erste verwendete Kontrastmittelmenge C₀·L₀ und die erste Gesamt-Röntgendosis der Szene D₀·f₀.
Nimmt man in einem ersten Szenario („geringere Gesamt-Röntgendosis“) dann eine doppelt so hohe zweite Kontrastmittelkonzentration C₁=2·C₀, eine zweite Kontrastmittel-Boluslänge L₁=0,5·L₀, eine zweite Röntgendosis D₁=0,25·D₀ pro Bild und eine zweite Bildrate f₁=2·f₀, bleiben die zweite technische Bildqualität C₀ ²·D₀ und die zweite verwendete Kontrastmittelmenge C₀·L₀ gleich der jeweils ersten Bildqualität und verwendeten Kontrastmittelmenge und die zweite Gesamt-Röntgendosis der Szene (0,5·D₀·f₀) beträgt die Hälfte der ersten Gesamt-Röntgendosis.
Wird in einem zweiten Szenario („weniger Kontrastmittel“) dann eine dritte Kontrastmittelkonzentration C₂=1,4·C₀, eine dritte Kontrastmittel-Boluslänge L₂=0,5·L₀, eine dritte Röntgendosis D₂=0,5·D₀ pro Bild und eine dritte Bildrate f₂=2·f₀ verwendet, bleibt die dritte technische Bildqualität C₀·D₀ gleich der ersten Bildqualität, sinkt die dritte verwendete Kontrastmittelmenge 0,7·C₀·L₀ um 30% gegenüber der ersten verwendeten Kontrastmittelmenge und bleibt die dritte Gesamt-Röntgendosis der Szene gleich der ersten Gesamt-Röntgendosis D₀·f₀.
Wird in einem dritten Szenario („höhere Bildqualität“) dann eine vierte Kontrastmittelkonzentration C₃=2·C₀, eine vierte Kontrastmittel-Boluslänge L₃=0,5·L₀, eine vierte Röntgendosis D₃=0,5·D₀ pro Bild und eine vierte Bildrate f₃=2·f₀ verwendet, verdoppelt sich die vierte technische Bildqualität 2·C₀ ²·D₀ gegenüber der ersten Bildqualität und bleiben die vierte verwendete Kontrastmittelmenge C₀·L₀ gleich gegenüber der ersten verwendeten Kontrastmittelmenge und bleibt die vierte Gesamt-Röntgendosis der Szene gleich gegenüber der ersten Gesamt-Röntgendosis D_{0 ·} f₀.
Bei den entsprechenden Szenarien wird der Einfachheit halber angenommen, dass Gefäßbewegungen nicht vorhanden sind bzw. softwareseitig kompensiert werden, außerdem werden Bildmittelungen auch nicht einbezogen.
In einem ersten Schritt 20 des Verfahrens zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten wird eine Bildrate f ausgewählt, welche bezüglich des verwendeten Röntgengerätes mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate beträgt. Eine Bildrate f (frame rate) ist ein bekannter Parameter im Zusammenhang mit der Aufnahme von Bildserien (Szenen) aus einer Vielzahl von (z.B. medizinischen) Bildern, z.B. bei einem Röntgengerät zur Aufnahme von (Fluoroskopie-)Röntgenbildern. Die Bildrate f bezeichnet die Anzahl der Bilder pro Zeiteinheit und wird häufig in Hz angegeben (1/s). Bekannte Röntgengeräte haben jeweils eine maximal technisch mit dem Röntgengerät umsetzbare Bildrate. Dies kann bei einem typischen Röntgengerät z.B. 30 Hz oder 50 Hz oder bei besonders hochwertigen Röntgengeräten auch 100 Hz sein. Im Rahmen des Verfahrens wird als Bildrate f ein möglichst hoher Wert, also mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate (also z.B. mindestens 90% von 30 Hz, also mindestens 27 Hz, oder mindestens 90% von 50 Hz, also mindestens 45 Hz, oder mindestens 90% von 100 Hz, also mindestens 90 Hz) eingestellt. Die Auswahl kann entweder manuell durch eine U-sereingabe oder automatisch, z.B. von einem auf einer Steuerungseinheit ausgeführten Algorithmus, durchgeführt werden.
In einem optionalen achten Schritt 27 wird eine Auswahl einer Röntgendosis D pro Bild getroffen. Hier kann z.B. je nach erwünschter Röntgenqualität eine relativ geringe bis sehr geringe Röntgendosis D pro Bild eingestellt werden, um den Patienten zu schonen. Auch diese Auswahl kann manuell oder automatisch durchgeführt werden.
In einem zweiten Schritt 21 wird eine Kontrastmittel-Infusionsrate R für das Hohlorgan bestimmt, welche im Hohlorgan einen Füllgrad von mindestens 75%, insbesondere mindestens 80%, erzeugt. Unter dem Füllgrad von z.B. 75% oder 80% ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass eine 75%ige oder 80%ige Verdrängung des Blutes stattfindet. Auf diese Weise nähert sich der Kontrast der Sättigung, z.B. wenn es sich um das Kontrastmittel Jod handelt. Zur Bestimmung der Kontrastmittel-Infusionsrate R wird z.B. der Gefäßdurchmesser d (z.B. in mm) des Hohlorgans, in welches das Kontrastmittel eingebracht werden soll, und eine Flussgeschwindigkeit v (z.B. in mm/s) der Flüssigkeit des Hohlorgans verwendet. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Kontrastmittel-Infusionsrate R, also die Rate, mit der das jeweilige Kontrastmittel in das Hohlorgan (z.B. Blutgefäß) des Patienten eingebracht wird, mit der folgenden Formel bestimmt:
$R = x \cdot \frac{v \cdot d \cdot π}{4} .$
Dies ist als sechster Schritt 25 in der 2 gezeigt. x nimmt hierbei einen Wert zwischen 0,75 und 1 an. Die Infusionsrate R kann z.B. mit der Einheit ml/s angegeben werden. Ein Gefäßdurchmesser d des abzubildenden Hohlorgans kann aus vorhandenen Daten herangezogen, geschätzt (z.B. auf der Basis von Mittelwerten) oder berechnet werden. Ebenso kann eine Flussgeschwindigkeit v der in dem Hohlorgan fließenden Flüssigkeit (z.B. des Blutes) aus vorhandenen Daten herangezogen, geschätzt (z.B. auf der Basis von Mittelwerten) oder berechnet werden. X beträgt mindestens 0,75, insbesondere mindestens 0,8, und höchstens 1, wobei 0,75 einen Füllgrad von mindestens 75% und 0,8 einen Füllgrad von 80% und 1 einen Füllgrad von 100% (komplette Füllung des Hohlorgans an dieser Stelle) bedeutet.
In einem dritten Schritt 22 wird eine eine Kontrastmittel-Boluslänge L repräsentierende Infusionsdauer t (Einheit z.B. in s) in Abhängigkeit der ausgewählten Bildrate f bestimmt, welche Infusionsdauer t einen Überlapp von höchstens 25% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate f aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt. Auf diese Weise wird die Kontrastmittelboluslänge besonders kurz ausgebildet, es wird Gesamtröntgendosis (im Verhältnis zur Bildqualität) eingespart und die Strahlenbelastung von Patient und/oder Bedienpersonal gesenkt. Insbesondere wird - wie in dem siebten Schritt 26 in 2 gezeigt - die die Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierende Infusionsdauer t gemäß des Zusammenhangs $t = \frac{y}{ƒ}$
bestimmt, wobei y einen Wert zwischen 0 und 0,25, insbesondere 0,2 oder kleiner, annimmt. In diesem Zusammenhang wird durch einen beispielhaften Wert y von 0,25 bzw. 0,2 bzw. 0,1 ein Überlapp von etwa 25% bzw. etwa 20 % bzw. etwa 10% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate f aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt. Der Überlapp sollte 25% nicht übersteigen und insbesondere maximal 20 % oder maximal 10% betragen.
Anschließend an die Schritte zur Auswahl der Bildrate und optional zur Röntgendosis pro Bild sowie zur Bestimmung von Infusionsdauer und Infusionsrate werden erste und zweite Steuerungsvorgaben zur weiteren Verarbeitung und Ausführung bereitgestellt.
So wird in eine vierten Schritt 23 für das Röntgengerät eine erste Steuerungsvorgabe hinsichtlich der ausgewählten Bildrate f zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern bereitgestellt. Zusätzlich kann auch die optional ausgewählte Röntgendosis D pro Bild ebenfalls im Rahmen der ersten Steuerungsvorgabe für das Röntgengerät bereitgestellt werden. Die erste Steuerungsvorgabe kann dann benutzt werden, um das Röntgengerät entsprechend anzusteuern.
Außerdem wird in einem fünften Schritt 24 eine zweite Steuerungsvorgabe hinsichtlich der zuvor bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der zuvor bestimmten Infusionsdauer t bereitgestellt. Diese zweite Steuerungsvorgabe kann dann entweder für eine entsprechende manuelle oder eine automatische Applikation eines Kontrastmittels verwendet werden. Eine Kontrastmittelinjektion kann z.B. von einer Bedienperson (z.B. einer Ärztin oder einem Arzt) gemäß den Vorgaben manuell mittels eines Injektors appliziert werden. Alternativ kann ein Kontrastmittel-Injektionsgerät automatisch entsprechend den Steuerungsvorgaben angesteuert werden, ein Kontrastmittel in ein Hohlorgan eines Patienten zu injizieren.
In der 3 ist ein Gesamtsystem 15 gezeigt, welches zur Ausführung zumindest eines Teils der oben beschriebenen Steuerungsvorgaben ausgebildet ist. Das Gesamtsystem 15 weist ein Röntgengerät 1 mit einer Steuerungsvorrichtung 6, einer Röntgenquelle 3 und einem Röntgendetektor 4 auf. Die Röntgenquelle 3 und der Röntgendetektor 4 sind zum Beispiel an bewegbaren C-Bogen 2 angeordnet. Die Steuerungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, das Röntgengerät 1 zur Aufnahme einer Serie von (Fluoroskopie-)Röntgenbildern mit einer einstellbaren Bildfrequenz f und einer einstellbaren Röntgendosis D pro Bild anzusteuern.
Das Gesamtsystem 15 weist außerdem eine Berechnungseinheit 10 zur Bestimmung der Infusionsdauer t in Abhängigkeit der bestimmten Bildrate f des Röntgengeräts und zur Bestimmung der Kontrastmittel-Infusionsrate R auf. Die Berechnungseinheit 10 kann z.B. in die Steuerungsvorrichtung 10 integriert sein, z.B. in Form eines PCs oder Prozessors. Zusätzlich kann eine Speichereinheit 11 vorgesehen sein. Außerdem ist eine Eingabeeinheit 17 zur Entgegennahme von Usereingaben vorhanden (z.B. Tastatur, Smart Device, Touchpad, Mikrofon usw.) und eine Anzeigeeinheit 16 zur Anzeige von Röntgenbildern, z.B. ein Monitor, Projektor oder Smart Device.
Für eine besonders exakte Dosierung des Kontrastmittels weist das Gesamtsystem 15 ein Kontrastmittelinjektionsgerät mit einer Injektorsteuereinheit 9 und einem Injektor 8 auf, welches Kontrastmittelinjektionsgerät ausgebildet ist zur Injektion eines Kontrastmittels mit einer Kontrastmittel-Infusionsrate R und einer Infusionsdauer t in ein Hohlorgan eines Patienten.
Die ausgewählten und/oder bestimmten und/oder berechneten Steuerungsvorgaben können zur Ansteuerung des Röntgengeräts und des Kontrastmittelinjektionsgeräts verwendet werden. Hierfür kann z.B. auch ein Steuerungsalgorithmus verwendet werden. Durch das hier vorgestellte Verfahren kann abhängig von der Präferenz der Bedienperson bzw. den Erfordernissen der Untersuchung die Röntgenqualität gesteigert oder die Gesamtröntgendosis gesenkt werden. Die Strahlenbelastung für den Patienten wird somit bei steigender Qualität der Untersuchung nicht höher oder kann bei gleichbleibender Qualität sogar gesenkt werden. Dadurch werden Untersuchungen und Eingriffe für den Patienten und/oder das Personal sicherer und weniger belastend.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine besonders gute Röntgenqualität bei möglichst wenig Strahlenbelastung eines Patienten ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten mit den folgenden Schritten vorgesehen: Auswahl einer Bildrate f, welche bezüglich des verwendeten Röntgengerätes mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate beträgt, Bestimmen einer Kontrastmittel-Infusionsrate R für das Hohlorgan, welche im Hohlorgan einen Füllgrad von mindestens 75% erzeugt, unter Verwendung eines Gefäßdurchmessers d des Hohlorgans und einer Flussgeschwindigkeit v der Flüssigkeit des Hohlorgans, Bestimmen einer eine Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierenden Infusionsdauer t in Abhängigkeit der ausgewählten Bildrate f, welche Infusionsdauer t einen Überlapp von höchstens 25% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate f aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt, Bereitstellung einer ersten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der ausgewählten Bildrate f für das Röntgengerät zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern, und Bereitstellung einer zweiten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate R und der bestimmten Infusionsdauer (t).

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Steuerungsvorgaben für die Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern durch ein Röntgengerät während eines Kontrastmittelflusses durch ein flüssigkeitsgefülltes Hohlorgan eines Patienten mit den folgenden Schritten: • Auswahl einer Bildrate (f), welche bezüglich des verwendeten Röntgengerätes mindestens 90% der maximal einstellbaren Bildrate beträgt, • Bestimmen einer Kontrastmittel-Infusionsrate R für das Hohlorgan, welche im Hohlorgan einen Füllgrad von mindestens 75% erzeugt, unter Verwendung eines Gefäßdurchmessers (d) des Hohlorgans und einer Flussgeschwindigkeit (v) der Flüssigkeit des Hohlorgans, • Bestimmen einer eine Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierenden Infusionsdauer (t) in Abhängigkeit der ausgewählten Bildrate (f), welche Infusionsdauer (t) einen Überlapp von höchstens 25% zwischen zwei unter Verwendung der ausgewählten Bildrate (f) aufeinander folgenden Röntgenbildern erzeugt, • Bereitstellung einer ersten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der ausgewählten Bildrate (f) für das Röntgengerät zur Aufnahme der Serie von Röntgenbildern, und • Bereitstellung einer zweiten Steuerungsvorgabe hinsichtlich der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate (R) und der bestimmten Infusionsdauer (t).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontrastmittel-Infusionsrate (R) mit der folgenden Formel bestimmt wird:
$R = x \cdot \frac{v \cdot d \cdot π}{4},$
wobei x einen Wert zwischen 0,75 und 1 annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Kontrastmittel-Boluslänge repräsentierende Infusionsdauer (t) mit der folgenden Formel bestimmt wird: $t = \frac{y}{ƒ},$
wobei y einen Wert zwischen 0 und 0,25 annimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Auswahl einer Röntgendosis (D) pro Bild getroffen und ebenfalls als erste Steuerungsvorgabe für das Röntgengerät bereitgestellt wird.
Verwendung der ersten und zweiten Steuerungsvorgaben aus zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Ansteuerung eines Röntgengerätes zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit der Bildrate (f) während eines Kontrastmittelflusses mit der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate (R) und der bestimmten Infusionsdauer (t).
Verwendung der ersten und zweiten Steuerungsvorgaben aus zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Ansteuerung eines Kontrastmittel-Injektionsgerätes zur Injektion eines Kontrastmittels in ein Hohlorgan eines Patienten mit der bestimmten Kontrastmittel-Infusionsrate (R) und der bestimmten Infusionsdauer (t) und zur Ansteuerung eines Röntgengerätes zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit der Bildrate (f) während des derart angesteuerten Kontrastmittelflusses durch das Hohlorgan.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Serie von Röntgenbildern an einer Anzeigeeinheit (16) angezeigt wird.
Gesamtsystem (15), ausgebildet zur Ausführung der Steuerungsvorgaben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend • ein Röntgengerät (1) mit einer Steuerungsvorrichtung (6), einer Röntgenquelle (3) und einem Röntgendetektor (4), welches Röntgengerät (1) ausgebildet ist zur Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern mit einer einstellbaren Bildfrequenz (f) und einer einstellbaren Röntgendosis (D) pro Bild, und • eine Berechnungseinheit (10) zur Bestimmung der Infusionsdauer (t) in Abhängigkeit der bestimmten Bildrate (f) des Röntgengeräts (1) und zur Bestimmung der Kontrastmittel-Infusionsrate (R).
Gesamtsystem (15) nach Anspruch 8, aufweisend ein Kontrastmittelinjektionsgerät mit einer Steuereinheit (9) und einem Injektor (8), welches Kontrastmittelinjektionsgerät ausgebildet ist zur Injektion eines Kontrastmittels mit einer Kontrastmittel-Infusionsrate (R) und einer Infusionsdauer (t) in ein Hohlorgan eines Patienten.