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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf die
Computertomographische (CT) Bilddarstellung und insbesondere auf
Methoden und Vorrichtungen für
die Feststellung und Diagnose von Kopf- und Halsabnormitäten.
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Trotz jüngerer Forstschritte in der
Computertomographietechnik (CT) (höhere Scangeschwindigkeit, größere Überdeckung
mit Mehrfach-Detektorreihen) ist die energetische Auflösung immer
noch das fehlende Glied, nämlich
ein breites Röntgenstrahlphotonenenergiespektrum
der Röntgenstrahlquelle und
das Fehlen einer Energieauflösung
von CT-Detektionssystemen. Die Röntgenstrahlschwächung durch
ein gegebenes Objekt ist keine Konstante. Die Röntgenstrahlschwächung ist
vielmehr stark von der Röntgenstrahlphotonenenergie
abhängig.
Dieses physikalische Phänomen
kommt in dem Bild als Strahlaufhärtungsartefakte,
wie etwa Ungleichmäßigkeit,
Abschattung und Streifen zum Ausdruck. Einige Strahlaufhärtungsartefakte
können
leicht korrigiert werden, andere Strahlaufhärtungsartefakte sind aber schwieriger
zu entfernen (d.h. korrigieren). Bekannte Verfahren zur Abhilfe
solcher Schwierigkeiten beinhalten im Allgemeinen (1) eine Wasserkalibrierung,
bei der jedes CT-Gerät
sorgfältig
so kalibriert wird, dass eine Strahlaufhärtung, ausgehend von Materialien ähnlich Wasser,
beseitigt wird und (2) eine iterative Knochenkorrektur, bei der
Knochen in dem Bild des ersten Durchgangs separiert und dann eine
von Knochen ausgehende Strahlaufhärtung in dem zweiten Durchgang
korrigiert wird. Eine Strahlaufhärtung,
die von anderen Materialien wie Wasser und Knochen, etwa von Metall
und einem Kontrastmittel herrührt,
kann jedoch schwieriger zu korrigieren sein. Darüberhinaus liefert die gebräuchliche
CT selbst mit den oben beschriebenen Korrekturverfahren keine quantitativen
Bildwerte, vielmehr zeigt das gleiche Material an verschiedenen
Orten oft unterschiedliche CT-Werte.
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Ein anderer Nachteil der gebräuchlichen
CT ist das Fehlen einer Materialcharakterisierung. So kann z.B.
ein stark abschwächendes
Material niedriger Dichte zu dem gleichen CT-Wert in dem Bild führen wie
ein weniger abschwächendes
Material mit hoher Dichte. Lediglich auf dem CT-Wert basierend gibt es somit wenig oder
keine Information über
die Materialzusammensetzung. Wenigstens einige der bekannten gegenwärtig zur
Verfügung
stehenden CT-Scanner sind darauf beschränkt, eine anatomische Information
zu liefern. Beim Kopf- und Halsscannen zeigen die mit solchen Scannern
erzeugten Bilder ein beträchtliches
Maß Bild-Artefakte
und CT-Wertungenauigkeit. Diese Beschränkungen vereiteln den Einsatz
des CT-Geräts
für eine
anspruchsvollere Diagnose. Demgemäß wenden sich die hier beschriebenen
Verfahren und Vorrichtungen der Detektion und der Diagnose von Kopf-
und Halsabnormitäten
zu.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Unter einem Aspekt wird ein Verfahren
zum Ermitteln von Daten geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das
Scannen wenigstens des Kopfes eines Patienten oder des Halses des
Patienten mit einem Multi-Energy (MECT)-System (Multi-Engery-Computertomographie
(MECT-) System), um Daten zu erhalten.
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Unter einem anderen Aspekt wird ein
Multi-Energy-Computertomographie (MECT) System geschaffen. Das MECT
enthält
eine Strahlungsquelle, einen Strahlungsdetektor und einen Computer,
der mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekoppelt
ist. Der Computer ist so ausgelegt, dass er Daten bezüglich eines
ersten Energiespektrums eines Scans des Kopfes eines Patienten empfängt, dass
er Daten bezüglich
eines zweiten Energiespektrums des Scans des Kopfes empfängt und
dass er ein Bild von einem zerebralen Blutvolumen des Patienten
und/oder einem zerebralen Blutstrom des Patienten erzeugt.
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Unter einem weiteren Aspekt wird
ein Multi-Energy-Computertomographie (MECT)-System geschaffen. Das
MECT enthält
eine Strahlungsquelle, einen Strahlungsdetektor und einen mit der
Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekoppelten Computer.
Der Computer ist so ausgelegt, dass er Daten bezüglich eines ersten Energiespektrums eines
Scans des Kopfes eines Patienten und/oder des Halses des Patienten
empfängt,
dass er Daten bezüglich
eines zweiten Energiespektrums des Scans empfängt und dass er auf der Basis
der empfangenen Daten einen Ort eines markierenden Liganden erzeugt.
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Unter einem anderen Aspekt wird ein
Multi-Energy-Computertomographie
(MECT)-System geschaffen. Das MECT beinhaltet eine Strahlungsquelle,
einen Strahlungsdetektor und einen Computer, der mit der Strahlungsquelle
und dem Strahlungsdetektor gekoppelt ist. Der Computer ist so ausgelegt,
dass er Daten bezüglich
eines ersten Energiespektrums eines Scans des Kopfes eines Patienten und/oder
des Halses des Patienten empfängt,
Daten bezüglich
eines zweiten Energiespektrums des Scans empfängt und auf der Basis der empfangenen Daten
einen markierten Wirkstoff feststellt.
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Unter einem weiteren Aspekt wird
ein Multi-Energy-Computertomographie
(MECT)-System geschaffen. DAS MECT beinhaltet eine Strahlungsquelle,
einen Strahlungsdetektor und einem Computer, der mit der Strahlungsquelle
und mit dem Strahlungsdetektor gekoppelt ist. Der Computer ist so
ausgelegt, dass er Daten bezüglich
eines ersten Energiespektrums eines Scans des Kopfes eines Patienten
empfängt,
Daten bezüglich
eines zweiten Energiespektrums des Scans empfängt, auf der Basis der empfangenen
Daten einen Ort eines markierten Liganden mit einer Affinität zu einem
Neurotransmitter, der von der Rezeptoren eines speziellen markierten Wirkstoffs
freigegeben ist, erzeugt und dass er auf der Basis der empfangenen
Daten einen markierten Wirkstoff feststellt, um so gleichzeitig
die Verteilung des markierten Wirkstoffs und die Konzentration des Neurotransmitters
zu überwachen.
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1 ist
eine bildhafte Darstellung eines MECT bildgebenden Systems;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm des in 1 veranschaulichten Systems.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die hier beschriebenen Verfahren
und Geräte
betreffen die Detektion und Diagnose von Abnormitäten in den
Kopf- und Halbereichen
eines Patienten unter Benutzung neuer Ansätze, die von grundlegenden
Eigenschaften der Röntgenstrahlen-Material-Wechselwirkung
Gebrauch machen. Auf jedem Strahlenweg werden mehrere Messwerte
mit unterschiedlichen mittleren Röntgenstrahlenenergien gewonnen.
Wie im Einzelnen im Nachfolgenden erläutert, wird bei einer Basis-Material-Dekomposition (BMD)
und einer Compton- sowie einer photoelektrischen Dekomposition (Zerlegung)
dieser Messwerte eine zusätzliche
Information erhalten, die eine verbesserte Genauigkeit und Charakterisierung
ermöglicht.
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Bei einigen bekannten CT bildgebenden Systemkonfigurationen
sendet eine Röntgenstrahlquelle
einen fächerförmigen Strahl
aus, der so kollimatiert wird, dass er in einer X-Y-Ebene eines kartesischen
Koordinatensystems liegt, die allgemein als eine „Abbildungsebene" bezeichnet wird.
Der Röntgenstrahl
durchdringt ein abzubildendes Objekt, etwa einen Patienten. Der
Strahl trifft, nachdem er durch das Objekt abgeschwächt wurde,
auf eine Anordnung (array) von Strahlungsdetektoren. Die Intensität des bei
der Detektoranordnung empfangenen geschwächten Strahls hängt von
der Röntgenstrahl
Abschwächung
durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement der Anordnung erzeugt
ein gesondertes elektrisches Signal, das einen Messwert für die Strahlintensität am Detektorort
abgibt. Die Intensitätsmesswerte
aller Detektoren werden getrennt aufgenommen, um ein Durchdringungsprofil
zu erzeugen.
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Bei CT-Systemen der dritten Generation werden
die Röntgenstrahlquelle
und die Detektoranordnung mit der Gantry in der Abbildungsebene
und so um das abzubildende Objekt herum kreisen lassen, dass der
Winkel unter dem der Röntgenstrahl das
Objekt durchschneidet sich dauernd än dert. Eine Gruppe von Röntgenstrahlabschwächungsmesswerten,
d.h. Projektionsdaten von der Detektoranordnung bei einem bestimmten
Gantry-Winkel wird als eine „Ansicht" bezeichnet. Ein „Scan" des Objekts umfasst
einen Satz Ansichten, die unter verschiedenen Gantry-Winkeln oder
Betrachtungswinkeln während
eines Umlaufs der Röntgenstrahlquelle
und des Detektors gemacht werden.
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Bei einem axialen Scan werden die
Projektionsdaten so verarbeitet, dass ein Bild erzeugt wird, das
einem zweidimensionalen Schichtbild durch das Objekt entspricht.
Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz Projektionsdaten
wird auf dem Fachgebiet als gefilterte Rückprojektionstechnik bezeichnet.
Dieses Verfahren wandelt die Abschwächungsmesswerte eines Scans
in „CT-Werte" oder „Houndsfield-Einheiten" (HE) genannte ganze
Zahlen um, die dazu verwendet werden, den Helligkeitswert eines
entsprechenden Pixels auf einer Katodenstrahlbildröhre zu steuern.
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Um die gesamte Scanzeit zu verringern, kann
ein „Spiral"-(helical) Scan vorgenommen
werden. Um einen „Spiral"-Scan durchzuführen, wir der Patient bewegt,
während
die Daten für
die vorgeschriebene Zahl von Schichtaufnahmen gewonnen werden. Ein
solches System erzeugt aus einem spiralförmigen Scanvorgang mit Fächerstrahl
eine einzige Helix. Die von dem Fächerstrahl jeweils abgebildete
Helix liefert Projektionsdaten aus denen Abbildungen für jede vorgeschriebene
Schichtaufnahme rekonstruiert werden können.
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Rekonstruktionsalgorithmen für Spiral-Scannen
verwenden typischerweise Spiral-Gewichtungsalgorithmen, die die
gesammelten Daten als Funktion des Betrachtungs-(Ansichts) Winkels
und des Detektorkanalindex gewichten. Im Einzelnen werden die Daten
vor einem gefilterten Rückprojektionsver fahren
entsprechend einem Spiral-Gewichtungsfaktor gewichtet, der eine
Funktion sowohl des Gantry-Winkels als auch des Detektorwinkels
ist. Die gewichteten Daten werden dann so verarbeitet, dass CT-Werte
erzeugt werden und ein Bild aufgebaut wird, das einer zweidimensionalen
Schichtaufnahme durch das Objekt entspricht.
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Um die Gesamterfassungszeit weiter
zu verringern, wurde die Mehrschicht-CT (multi-slice CT) eingeführt. Bei
der Mehrschicht-CT werden zu jedem Zeitpunkt mehrere Reihen Projektionsdaten
gleichzeitig erfasst. Kombiniert mit dem Spiral-Scanverfahren erzeugt
das System eine einzige Helix von Kegelstrahlprojektionsdaten. Ähnlich der
Einschicht-Spiralgewichtungsvorgangsweise
kann ein Verfahren abgeleitet werden, um die Gewichtung der Projektionsdaten
vor dem gefilterten Rückprojektionsalgorithmus
zu erhöhen.
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Ein Element oder ein Schritt, das
bzw. der im Singular eingeführt
ist und dem das Wort „ein" oder „eine" vorausgeht, ist,
wie es hier verwendet wird, so zu verstehen, dass es bzw. er den
Plural dieser Elemente oder Schritte nicht ausschließt, es sei
denn, dieser Ausschluss wäre
ausdrücklich
erwähnt.
Darüberhinaus
kann die Bezugnahme auf „eine
Ausführungsform" der vorliegenden
Erfindung nicht so verstanden werden, dass sie das Vorhandensein
weiterer Ausführungsformen
ausschließt,
die ebenfalls die angeführten
Merkmale aufweisen.
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Der Ausdruck „Rekonstruktion eines Bildes" wie er hier verwendet
wird, soll außerdem
keine Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausschließen, bei denen zwar ein Bild
wiedergebende Daten, aber kein betrachtbares Bild erzeugt wird.
Viele Ausführungsformen
erzeugen aber wenigstens ein betrachtbares Bild (oder sind dazu
eingerichtet ein solches zu erzeugen).
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Es werden hier Verfahren und Vorrichtungen zum
Feststellen von Struktur-, Perfusions- und Funktionsabnormitäten im Kopf-
und Halsgewebe und -skelett unter Verwendung von einem Energiediskriminations-
(auch bekannt als Multi-Energy)-Computertomographie
System (MECT) beschrieben. Zunächst
werden das MECT-System 10 und daran anschließend Kopf-
und Halsanwendungen unter Verwendung des MECT-Systems 10 beschrieben.
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Energiediskriminations-(Multi-Energy)-CT
System 10
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Bezugnehmend auf die 1, 2 ist
dort ein Multi-Energy-Scanning
bildgebendes System bspw. ein Multi-Energy-Mehrschicht-Computertomographie bildgebendes
System 10 (MECT) dargestellt, das eine Gantry 12 aufweist,
die für
ein CT bildgebendes System „der
dritten Generation" repräsentativ
ist. Die Gantry 12 verfügt über eine
Röntgenstrahlquelle 14, die
einen Röntgenstrahl 16 auf
eine Detektoranordnung 18 (array) auf der gegenüberliegenden
Seite der Gantry 12 wirft. Die Detektoranordnung 18 besteht
aus einer Anzahl (nicht dargestellter) Detektorreihen, die jeweils
eine Anzahl Detektorelemente 20 enthalten, welche zusammen
die emittierenden Röntgenstrahlen
erfassen, welche durch ein Objekt, wie einen medizinischen Patienten 22 durchgehen. Jedes
Detektorelement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das
die Intensität
eines auftreffenden Röntgenstrahls
wiedergibt und deshalb dazu verwendet werden kann, die Schwächung des
Strahls bei dessen Durchgang durch das Objekt oder den Patienten 22 zu
bemessen. Während
eines Scans zur Aufnahme von Röntgenstrahlprojektionsdaten
werden die Gantry 12 und die in dieser angeordneten Komponenten
um einen Rotationsmittelpunkt 24 gedreht. 2 zeigt lediglich eine einzige Reihe
Detektorelemente 20 (d.h. eine Detektorreihe). Mehrschichtdetektoranordnungen 18 können jedoch
eine Anzahl paralleler Detektorreihen aus Detektor elementen 20 aufweisen,
derart, dass während
eines Scans gleichzeitig Projektionsdaten gewonnen werden können, die
eine Anzahl quasi paralleler oder paralleler Schichtaufnahmen entsprechen.
Die Umlaufbewegung der Komponenten der Gantry 12 und der
Betrieb der Röntgenstrahlquelle 15 werden
durch einen Steuermechanismus 26 des MECT-Systems 10 kontrolliert.
Der Steuermechanismus 26 weist eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 auf,
die Leistungs- und Taktsignale an die Röntgenstrahlquelle 14 und
einen Gantry-Motorregler 30 gibt, der die Umlaufgeschwindigkeit
und die jeweilige Lage der Komponenten der Gantry 12 steuert.
Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in dem Steuermechanismus 26 erfasst Analogdaten
von den Detektorelementen 20 und konvertiert diese Daten
für die
nachfolgende Verarbeitung in Digitalsignale. Eine Bildrekonstruktionsvorrichtung 34 empfängt erfasste
und digitalisierte Röntgenstrahldaten
von dem DAS 32 und führt
eine Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte
Bild wird als Eingangsgröße einem Computer 36 zugeführt, der
das Bild in einer Speichereinrichtung 38 abspeichert. Die
Bildrekonstruktionsvorrichtung 34 kann aus einer spezialisierten Hardware
oder aus Computerprogrammen bestehen, die auf dem Computer 36 ausgeführt werden.
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Der Computer 36 erhält außerdem von
einer Bedienungsperson über
eine ein Tastenfeld (Keyboard) aufweisende Konsole 40 Befehle
und Scanparameter. Eine zugeordnete Katodenstrahlbildröhre 42 erlaubt
es der Bedienungsperson das rekonstruierte Bild und andere Daten
aus dem Computer 36 zu betrachten. Die von dem Bediener
zugeführten
Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 dazu benutzt,
Steuersignale und Information an den DAS 32, die Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 und an
den Gantry-Motorregler 30 zu geben. Darüberhinaus betätigt der
Computer 36 einen Tischmotorregler 44, der einen
motorbetriebenen Tisch 46 steu ert, um den Patienten 22 lagerichtig
in der Gantry 12 zu lagern. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Teile
des Patienten 22 durch die Gantry-Öffnung 48.
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Bei einer Ausführungsform weist der Computer 36 eine
Vorrichtung 50, bspw. ein Floppydisk-Laufwerk oder ein
CD-Rom Laufwerk
auf, um von einem computerlesbaren Medium 52, wie einer Floppydisk
oder einer CD-Rom Instruktionen und/oder Daten abzulesen. Bei einer
anderen Ausführungsform
führt der
Computer 36 Instruktionen aus, die in einer (nicht dargestellten)
firmware (Festprogramm) gespeichert sind. Der Computer 36 ist
so programmiert, dass er die hier beschriebenen Funktionen ausführt, wobei
der Ausdruck Computer, wie er hier verwendet wird, nicht nur auf
solche integrierte Schaltungen beschränkt ist, die in der Fachwelt
als Computer bezeichnet werden, sondern sich in aller Breite auf
Computer, Rechner, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare
logische Regel- und Steuereinrichtungen, applikationsspezifische
integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen bezieht,
wobei diese Ausdrücke
hier untereinander austauschbar sind. Das CT-Bildwiedergabesystem 10 ist
ein Energiediskriminations-(auch als Multi-Energy) bekanntes Computertomographie-System
(MECT), weil das System 10 so ausgelegt ist, dass es auf
unterschiedliche Röntgenstrahlspektren
anspricht. Dies kann mit einem gebräuchlichen CT-System der dritten
Generation dadurch erreicht werden, dass es aufeinanderfolgend Projektionen
mit verschiedenen Röntgenstrahlröhren-Potentialen
aufnimmt. So werden z.B. zwei Scans entweder back-to back oder ineinander
verschachtelt aufgenommen, bei denen die Röhre z.B. auf einem Potential
von 80 kVp und 160 kVp arbeitet. Alternativ sind spezielle Filter
zwischen der Röntgenstrahlquelle und
dem Detektor angeordnet, derart, dass die einzelnen Detektorreihen
Projektionen unterschiedlicher Röntgenstrahlenergiespektren
aufnehmen. Alternativ können
die speziel len Filter, die das Röntgenstrahlspektrum
formen für
zwei Scans verwendet werden, die entweder back-to-back oder ineinander verschachtelt
aufgenommen werden. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, energieempfindliche Detektoren
so einzusetzen, dass jedes den jeweiligen Detektor erreichende Röntgenstrahlphoton
mit seiner Photonenenergie aufgezeichnet wird. Obwohl die oben erwähnte spezielle
Ausführungsform
auf ein CT-System der dritten Generation Bezug nimmt, gelten die
hier beschriebenen Verfahren auch in gleicher Weise für CT-Systeme
der vierten Generation (feststehender Detektor – eine Umlaufbewegung ausführende Röntgenstrahlquelle)
und der fünften
Generation (feststehender Detektor und feststehende Röntgenstrahlquelle).
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Die Energie-Diskriminations-CT (MECT) kann
die ganzen mit der gebräuchlicher
CT verbundenen Probleme (mangelnde Energiediskrimination und Materialcharakterisierung)
mildern oder ausschalten. Zufolge des Fehlens der Objektstreuung benötigt man
lediglich das System 10, um zwei Bereiche des Photonenenergiespektrums
getrennt zu erfassen: den Niederenergiebereich und den Hochenergiebereich
des auftreffenden Röntgenstrahlspektrums.
Das Verhalten bei irgendeiner anderen Energie kann auf der Grundlage
der Signale von den beiden Energiebereichen abgeleitet werden. Dieses
Phänomen
rührt von
dem grundsätzlichen
Umstand her, dass in dem Energiebereich, an dem die medizinische
CT interessiert ist, zwei physikalische Prozesse, die Röntgenstrahlabschwächung beherrschen:
(1) die Compton-Streuung und (2) der photoelektrische Effekt. Um
das Verhalten eines Objektes bei Röntgenstrahlabschwächung zu
beschreiben, brauchen also lediglich zwei unabhängige Parameter gemessen zu
werden. Auf diese Weise liefern die aus den beiden Energiebereichen
erfassten Signale genug Information, die dazu verwendet werden kann,
die Energieabhängigkeit
des gerade abgebildeten Objekts aufzulösen.
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Die bei der MECT verwendete Datenanalyse beinhaltet
eine Compton- und eine photoelektrische Dekomposition:
Anstatt
einen Gesamtabschwächungskoeffizienten wie
bei der gebräuchlichen
CT Bildwiedergabe zu verwenden, wird bei dem MECT 10 ein
Paar Bilder erhalten, die getrennt für sich jeweils die Abschwächung gemäß dem Compton-
und dem photoelektrischen Prozess wiedergeben. Außerdem kann
eine geringfügige
Abänderung
des Algorithmus zu Abbildungen führen,
die die effektive Z und die Dichte wiedergeben.
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Basismaterialdekomposition
(BMD):
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Dieses Verfahren beruht auf dem Konzept, dass
die Röntgenstrahlabschwächung (in
dem Energiebereich medizinischer CT) jedes vorgegebenen Materials
durch eine geeignete Dichtemischung zweier anderer vorgegebenen
Materialien wiedergegeben werden kann. Diese beiden Materialien
werden die Basismaterialien genannt. Mit BMD können zwei CT-Abbldungen erhalten
werden, von denen jede die äquivalente
Lichte jeweils eines der Basismaterialien wiedergibt. Da die Dichte
unabhängig von
der Röntgenstrahlphotonenenergie
ist, sind diese Bilder naturgemäß frei von
Aufhärtungsartefakten. Mittlererweilen
hat man die Wahl möglichst
das Basismaterial im Hinblick auf ein bestimmtes interessierendes
Material auszuwählen,
um auf diese Weise den Bildkontrast zu erhöhen.
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Zu bemerken ist, dass in dem Bestreben
ein Multi-Energy-CT-System
zu optimieren, die Bildqualität
um so besser ist, je größer die
Spektralseparation ist. Außerdem
müssen
die Photonenstatistiken in den beiden Energiebereichen gleich sein,
weil sonst der statistisch ärmere
Bereich das Bildrauschen beherrscht.
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Es gibt verschiedene Verfahren um
Multi-Energy-Messwerte zu erhalten: (1) mit zwei voneinander getrennten
Energiespektren scannen, (2) die Photonenenergie entsprechend der
Eindringtiefe zu bestimmen und (3) Photonenzählen. Das Photonenzählen liefert
eine klare Spektrentrennung und einen justierbaren Energieseparationspunkt
zum Abgleichen der Photonenstatistik.
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Kopf- und Halsanwendungen
der Energiediskriminierung unter Verwendung des Multi-Energy-CT-Systems 10
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Die vorliegende Erfindung wendet
das oben genannte Prinzip auf Kopf- und Halsuntersuchungen an. Im
Speziellen wird das MECT-System 10 dazu verwendet CT-Bilder
mit dem folgenden Merkmalssatz zu erzeugen:
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- (A) Erhöhte
Genauigkeit der CT-Werte durch Vornahme einer besseren Strahlaushärtungskorrektur.
Dies ermöglicht
es quantitative Untersuchungen an Kopfbildern vorzunehmen. Eine
der Hauptanwendungen dieses Merkmals ist die Perfusionsuntersuchung.
Wie an sich bekannt, messen Perfusionsuntersuchungen das zerebrale Blutvolumen,
den zerebralen Blutstrom und die mittlere Durchströmzeit um
wiederherstellbares Gewebe von infarktbetroffenem Gewebe zu unterscheiden.
Die Messung wird in der Weise durchgeführt, dass die CT-Wertänderungen
bei Gehirnuntersuchungen mit erhöhtem
Kontrast dauernd überwacht
werden. Wird die Genauigkeit des CT-Werts verbessert, so wird auch
die Genauigkeit der Perfusionsmessung besser.
- (B) Erhöhter
Grau-Weißwertkontrast
durch Ausführung
einer Compton- und photoelektrischen Dekomposition. Es ist an sich
bekannt, dass ein Güteparameter
für CT-Kopfscans
die Unterscheidung zwischen der Grau- und der Weißmaterie
in dem Gehirn ist. Die Wahrscheinlichkeit einer photoelek trischen
Wechselwirkung PPhotoelektrik ist proportional
der drittten Potenz der Atomzahl Z. Demgemäß geben Gewebe mit kleinen
Unterschieden der Atomzahlen einen größeren Unterschied in der Wahrscheinlichkeit
photoelektrischer Effekte. Dies führt seinerseits zu einer unterschiedlichen
Absorption von Röntgenstrahlphotonen
und zu einem größeren Kontrast
zwischen unterschiedlichen Geweben.
- (C) Weniger Bildartefakte durch Verbesserung der Strahlaufhärtungskorrektur
für Knochen.
Bei Kopfscans bilden Knochen eine Fehlerquelle für die genaue Auswertung der
Projektionen. Dies führt
zu Schatten- und Streifenartefakten wie auch zu CT-Wertungenauigkeiten.
Durch Verwendung von Mehrfach-Energien und BMD kann der Strahlaufhärtungseffekt
im Kopf und Hals von Patienten, abhängig von der Genauigkeit des
BMD, verringert oder ausgeschaltet werden. Dies führt zu weniger
Bildartefakten und besserer CT-Wert-Genauigkeit.
- (D) Möglichkeit
eine Gewebecharakterisierung vorzunehmen. Bei Verwendung des Prinzips
der BMD ergibt sich eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit, dass unterschiedliche krankhafte Gewebe klassifiziert
und voneinander getrennt werden können. Die Fähigkeit zwischen Hirngeweben
zu unterscheiden kann dazu verwendet werden, eine geeignete Therapie
für Gehirnkrankheiten,
wie Multible Sklerose (MS) und Alzheimersche Krankheit (AD) zu finden,
zu messen, zu diagnostizieren und zu überwachen. Die Größe und die
Zahl der Schädigungen
der weißen
Materie im Gehirn kann unter Verwendung von MECT 10 gemessen werden.
MECT 10 liefert eine gegenüber den Messwerten gebräuchlicher
Magnetresonanz-bildgebender Messungen (MRI) bessere räumliche
Auflösung
und vermeidet die bei MRI Scans vorhandenen intensitäts- und
gestaltsverändernden
(Shape Scaling) Artefakte. Mittels automatisierter oder halbautomatisierter,
quantitativer MECT Analyse kann auch die Feststellung und Darstellung
der Alzheimerschen Krankheit (AD) erfolgen. Die Verwendung von MECT
zur quantitativen Messung des Umfangs einer Gehirnathropie in Gehirngesamtstrukturen
(z.B. CSF, Grau-/Weißmaterie,
intrakranialer Hohlraum) oder in Gehirnsubstrukturen (z.B. Ventrikel,
seitliche Ventrikel, Hypocampus, amygdaler Entorhinalcortex) liefert
sehr genaue klinische Messwerkzeuge für AD. Unter Verwendung von
Volumenmessungen an Gehirnstrukturen ist es möglich zwischen normalen Menschen,
Personen mit milder kognitiver Behinderung und Personen mit AD zu
unterscheiden. Der Krankheitszustand wird entweder mit einem einzigen
Scan oder durch Verwendung mehrere Scans über eine bestimmte Zeitspanne und
durch Messung der Veränderungen
im Volumen der Gehirnstrukturen abgeschätzt.
- (E) Verbessertes Auffinden und Klassifizieren von kanzerösen Läsionen.
Durch Ausnutzung der unterschiedlichen Abschwächungscharakteristik von normalem
und abnormalem Gewebe (wie kanzeröses und nicht kanzeröses Gewebe)
bei verschiedenen Röntgenstrahlenergiespektren
im MECT 10, können
kleinere abnormale Knötchen im
Gehirn aufgespürt
werden. Darüberhinaus
wir die Klassifizierung des aufgespürten abnormalen Gewebes als
kanzeröse
oder nicht kanzeröse
Läsion
und die Darstellung des kanzerösen
Gewebes ermöglicht.
- (F) Markieren von Liganden mit Affinität und Spezifität für spezielle
Gehirnrezeptoren, wie Dopamin- oder Serotonin-Rezeptoren des Zentralnervensystems
(CNS) mit Mitteln, die Ionen von Elementen enthalten, welche mit
CT aufgespürt
werden können.
MECT verbessert die Bestimmung von kontrastverbessernden Medien,
die sich an Neurotransmitter oder andere Verbindungen mit hoher
Affinität
und Spezifität
für spezielle
Rezeptoren anhängen
und erlaubt deshalb die Diagnose von chemischen Ungleichgewichten
und/oder einer neuralen Dysfunktion. Dies kann von der Di agnose
zur Prognose und/oder Behandlung ausgedehnt werden. Ein Arzt kann
die Wirksamkeit therapeutischer Wirkstoffe dadurch verfolgen, dass er
die auf spezielle Rezeptoren zielenden Wirkstoffe mit den vorerwähnten, Liganden
enthaltenden Kontrastmittelverbindungen markiert. MECT 10 verbessert
das Aufspüren
des „markierten" Wirkstoffs und erlaubt
damit die Überwachung
der Wirksamkeit einer Behandlung. Darüberhinaus können unterschiedliche Kontrastmittelverbindungen
dazu verwendet werden, die Wirkstoffmoleküle und die Rezeptor- und/oder
Neurotransmitter-Liganden zu markieren. Bei dieser Ausführungsform
wird das MECT 10 dazu verwendet, zwischen den verschiedenen
Kontrastmitteln zu unterscheiden und damit eine gleichzeitige Überwachung
der Wirkstoffverteilung und der Einwirkung des Wirkstoffs auf die
Kinetik der Zielrezeptoren und/oder die Verteilung und Konzentration der
Neurotransmitter zu überwachen.
Eine genauere Überwachung
der Wirkstoffabgabe und -wirksamkeit kann zu kürzeren Wirkstoffentwicklungszyklen
führen.
- (G) MECT 10 beinhaltet zusammen mit der Verwendung
von Kontrastmitteln die Antikörper und/oder
andere Zielstoffe spezieller Tumore markieren, die Möglichkeit
die Unterscheidung zwischen Tumorgewebe und normalem Gewebe zu erleichtern
und damit die Diagnose zu verbessern. Diese Anwendung kann wiederum
auf die Behandlung und/oder Prognose ausgedehnt werden. An tumorspezifische
Liganden können
auch Wirkstoffabgabesysteme angebunden werden. Die mit MECT erzielte
bessere Bildqualität
und -empfindlichkeit birgt die Möglichkeit
in sich die Verteilung von Wirkstoffabgabesystemen darzustellen.
Bei einer Ausführungsform
wird ein Wirkstoffabgabesystem durch Röntgenstrahlen und/oder durch
andere Mittel so aktiviert, dass es seinen therapeutischen Wirkstoffinhalt
in einer durch MECT ermöglichten,
sehr genau lokalisierten und präzisen
Weise freisetzt.
- (H) MECT 10 ermöglicht
bei der Verwendung zum Scannen von Karotis Arterien eine bessere Plaque-Charakterisierung.
Wenngleich ein gebräuchlicher
CT-Scanner das Vorhandensein von Plaques in den Karotis Arterien
feststellen kann, ist es bei gewissen klinischen Anwendungsfällen schwierig
und/oder unmöglich
unter Verwendung eines gebräuchlichen
CT-Scanners bei den Plaques zwischen stabilen und instabilen Plaques zu
unterscheiden. Durch Verwendung von BMD können die charakteristischen
Eigenschaften der Plaques identifiziert werden, und geeignete Behandlungen
können
eingeleitet werden.
- (I) MECT 10 ermöglicht
eine bessere Darstellung von Prellungen der Trägerstrukturen im Hals, der Frakturen
von Knochen des Kopfes und Halses wie etwa bei Sportverletzungen.
Wenngleich ein gebräuchlicher
CT-Scanner durchaus in der Lage ist eine Prellung und Frakturen
im Hals und Kopf festzustellen, so ist es bei bestimmten klinischen Anwendungsfällen doch
schwierig unter Verwendung eines gebräuchlichen CT-Scanners normale Strukturveränderungen
von gewissen Verletzungen, wie Mikrofrakturen und Knorpelrissen
zu unterscheiden. Durch Verwendung der BMD und Erzeugung eines Knochenbildes,
bei dem das weiche Gewebe entfernt ist, können Kopf- und Halsverletzungen
besser identifiziert, und zweckmäßige Behandlungen
eingeleitet werden.
- (K) MECT 10 ermöglicht
eine bessere Feststellung von abnormalem Knochenwachstum, wie metastatische
Knochenveränderungen
im Nacken und Schädel.
Wenngleich ein gebräuchlicher CT-Scanner
in der Lage ist, Prellungen und Frakturen im Hals und Kopf festzustellen,
ist es bei bestimmten klinischen Anwendungsfällen häufig schwierig, unter Verwendung
eines gebräuchlichen
CT-Scanners zwischen normalen Strukturveränderungen und bestimmten Verletzungen, wie
Mikrofrakturen und Knorpelrisse zu unterscheiden. Durch Verwen dung
von BMD und Erzeugung eines Knochenbilds mit entferntem weichem
Gewebe können
abnormales Wachstum an Knochen des Halses und Kopfes besser identifiziert
und richtige Behandlungen eingeleitet werden.
-
Wenn auch die Erfindung in Form verschiedener
spezieller Ausführungsformen
beschrieben worden ist, so versteht sich für den Fachmann doch, dass die
Erfindung mit gewissen Abänderungen
innerhalb des Schutzbereiches der Patentansprüche ausgeführt werden kann.
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- 10
- MECT
bildgebendes System
- 12
- Gantry
- 14
- Strahlungsquelle
- 16
- Kegelstrahl
von Röntgenstrahlen
- 18
- Detektor
array
- 20
- Detektor
- 22
- Patient/Objekt
im Blickfeld (FOV)
- 24
- Rotationsmittelpunkt
- 26
- Steuermechanismus
- 28
- Strahlungssteuereinrichtung
- 30
- Gantry-Motorregeleinrichtung
- 32
- Datenermittlungssystem
(DAS)
- 34
- Bildrekonstruktionseinrichtung
- 36
- Computer
- 38
- Massenspeichervorrichtung
- 40
- Konsole
- 42
- Display
(Bildschirm)
- 44
- Tischmotorregeleinrichtung
- 46
- motorisch
verstellbarer Tisch
- 48
- Gantry-Öffnung
- 50
- Vorrichtung 52
- 52
- computerlesbares
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