DE10355383A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Perfusionsdaten - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren (60) zum Erlangen von Perfusionsdaten beinhaltet das Bereitstellen (62) eines interessierenden Objektes, Abschätzen (64) einer ersten Kontrastmittelmenge, die von einem Mono-Energie-Computertomographie (CT) bildgebenden System (10) zur Abbildung des interessierenden Objektes verwendet wird, Einführen einer ersten Kontrastmittelmenge in das interessierende Objekt, Einführen (66) einer zweiten Kontrastmittelmenge in das interessierende Objekt, wobei die zweite Kontrastmittelmenge kleiner ist als die erste Kontrastmittelmenge, und Scannen (68) des interessierenden Objektes unter Verwendung eines Multi-Energie-Computertomographie(MECT)-Systems, um die Daten zu akquirieren.
Description
- Die Erfindung betrifft allgemein medizinische bildgebende System und mehr im Einzelnen eine Vorrichtung und ein Verfahren, um bei Verwendung eines medizinischen bildgebenden Systems mehrere Kontrastmittel voneinander zu unterscheiden.
- Trotz jüngerer Fortschritte in der Computertomographietechnik (CT), wie höhere Scangeschwindigkeiten, größere Überdeckung mit mehrfachen Detektorreihen und dünnere Schichten, ist die energetische Auflösung immer noch das fehlende Glied. Ein breites Röntgenphotonenenergiespektrum der Röntgenstrahlquelle und das Fehlen an Energieauflösung bei CT-Detektionssystemen schließen nämlich eine Energiediskriminations-CT aus.
- 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 korrigieren. Im Allgemeinen beinhalten bekannte Verfahren zum Korrigieren von Strahlaufhärtungsartefakten eine Wasserkalibrierung, bei der jedes CT-Gerät so kalibriert wird, dass eine Strahlaufhärtung von Materialien ähnlich Wasser beseitigt wird und bei der Knochen in dem Bild des ersten Durchgangs separiert werden und dann aus den Knochen des zweiten Durchgangs eine Korrektur der Strahlaufhärtung vorgenommen wird. Eine Strahlaufhärtung, die von anderen Materialien wie Wasser und Knochen, wie etwa von Metallen und Kontrastmitteln herrührt, kann jedoch schwierig zu korrigieren sein. Darüberhinaus liefert die gebräuchliche CT selbst mit den oben beschriebenen Korrekturverfahren keine quantitativen Bildwerte. Vielmehr zeigen die gleichen Materialien an verschiedenen Orten oft unterschiedliche CT-Werte.
- Ein anderer Nachteil der gebräuchlichen CT ist das Fehlen einer Materialcharakterisierung, d.h. – Materialbestimmung. So kann z.B. ein stark abschwächendes Material niedriger Dichte zu dem gleichen CT-Wert in dem Bild führen wie ein weniger abschwächendes Material hoher Dichte. Lediglich auf dem CT-Wert basierend gibt es somit wenig oder keine Information über die Materialzusammensetzung eines gescannten Objekts.
- Darüberhinaus ist die Beurteilung des Gefäßsystems häufig schwierig, weil die von solchen Scannern erzeugten Bilder ein hohes Maß an Bildartefakten und CT-Wertungenauigkeiten beinhalten. Um die Beurteilung des Gefäßsystems, von Geweben und von Organen zu verbessern, wird dem Patienten eine verhältnismäßig große Dosis Kontrastmittel ver abreicht, um die Bildqualität zu erhöhen. Es wäre deshalb wünschenswert, die Dosis des dem Patienten verabreichten Kontrastmittels zu verringern und/oder das erzeugte Bild entsprechend zu verbessern.
- Kurze Beschreibung der Erfindung
- Unter einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen von Perfusionsdaten geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines interessierenden Objekts, das Abschätzen einer ersten Menge eines Kontrastmittels, das von einem Monoenergie-Computertomographie (CT) bildgebenden System zur Abbildung des interessierenden Objekts verwendet wird, Einführen einer zweiten Kontrastmittelmenge in das interessierende Objekt, wobei die zweite Kontrastmittelmenge kleiner ist als die erste Kontrastmittelmenge und Scannen des interessierenden Objekts unter Verwendung eines Multi-Energie-Computertomographie-Systems (MECT), um die Daten zu erfassen.
- Unter einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen von Perfusionsdaten geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Erfassen eines ersten Bildes eines Kontrastmittels auf einem ersten Energieniveau während eines ersten Scans, Erfassen eines zweiten Bildes eines Hintergrundgewebes auf einem zweiten Energieniveau während des ersten Scans und Subtrahieren des zweiten Bildes von dem ersten Bild, um ein verbessertes Bild zu erzeugen.
- Unter einem weiteren Aspekt wird ein Multi-Energie-Computertomographie-System (MECT) geschaffen. Das MECT enthält wenigstens eine Strahlungsquelle, wenigstens einen Strahlendetektor und einen mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekuppelten Computer. Der Computer ist so ausgelegt, dass er ein erstes Bild eines Kontrastmittels auf einem ersten Energieniveau während eines ersten Scans erfasst, dass er ein zweites bild eines Hintergrundgewebes auf einem zweiten Energieniveau während des ersten Scans erfasst und dass er das zweite Bild von dem ersten Bild subtrahiert, um ein verbessertes Bild zu erzeugen.
- Unter einem anderen Aspekt wird ein computerlesbares Medium, das mit einem Programm kodiert ist, geschaffen. Das Programm ist so aufgebaut, dass es einen Computer anweist, ein erstes Bild eines Kontrastmittels auf einem ersten Energieniveau während eines ersten Scans zu erfassen, ein zweites Bild eines Hintergrundgewebes auf einem zweiten Energieniveau während des ersten Scans zu erfassen und das zweite Bild von dem ersten Bild subtrahieren, um ein verbessertes Bild zu erzeugen.
- Unter einem noch anderen Aspekt wird ein Computer geschaffen. Der Computer ist so aufgebaut, dass er ein erstes Bild eines Kontrastmittels auf einem ersten Energieniveau während eines ersten Scans eines Multi-Energie-Computertomographie-Systems (MECT) erfasst, dass er ein zweites Bild eines Hintergrundgewebes auf einem zweiten Energieniveau während des ersten Scans des MECT erfasst und dass er das zweite Bild von dem ersten Bild subtrahiert, um ein verbessertes Bild zu erzeugen.
- Kurze Beschreibung der Erfindung
-
1 ist eine bildliche Veranschaulichung eines bildgebenden MECT-Systems; -
2 ist ein schematisches Blockdiagramm des in1 dargestellten Systems; -
3 veranschaulicht ein Verfahren zum Erhalten von Perfusionsdaten; -
4 veranschaulicht ein Verbesserungssignal, das unter Verwendung eines Monoenergie CT bildgebenden Systems nach der Einführung einer ersten Kontrastmittelmenge in einen Patienten erfasst wurde; -
5 veranschaulicht ein Enhancementsignal, das unter Verwendung des in1 dargestellten MECT-Systems nach dem Einführen der ersten Kontrastmittelmenge in dem Patienten erfasst wurde; -
6 veranschaulicht ein Enhancementsignal, das unter Verwendung des in1 dargestellten MECT-Systems bei Verwendung einer zweiten Kontrastmittelmenge erfasst wurde, die kleiner ist als die erste Kontrastmittelmenge. - Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen beziehen sich auf das Erfassen von Perfusionsdaten unter Verwendung eines Energie diskriminierenden (auch bekannt als Multi-Energie)Computertomographie-Systems (MECT). Um mit wenigstens einem bekannten System Perfusionsdaten zu erhalten, schätzt ein Bediener eine bestimmte Kontrastmittelmenge ab, die zur Erzeugung eines optimalen Bildes zu verwenden ist. Bei Verwendung des MECT-Systems kann der gleiche Bediener weniger Kontrastmittel in den Patienten einführen und/oder ein besseres Bild erzeugen.
- Darüberhinaus beinhalten die hier beschriebenen Verfahren neue Vorgangsweisen, die grundsätzlichen Eigenschaften der Röntgenstrahlen/Materialwechselwirkungen Gebrauch machen. So werden z.B. auf jedem Strahlenweg mehrere Messwerte mit verschiedenen mittleren Röntgenstrahlenenergien erzielt. wenn diese Messwerte einer Compton und photoelektrischen Dekomposition und/oder BMD unterworfen werden, ergibt sich eine zusätzliche Information, die eine verbesserte Genauigkeit und Charakterisierung ermöglicht.
- Bei einigen bekannten CT-bildgebenden Systemaufbauten sendet eine Röntgenstrahlwelle einen fächerförmigen Strahl aus, der so kollimatiert wird, dass er in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als „bildgebende Ebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl durchdringt das abzubildende Objekt, etwa einen Patienten. Nachdem der Strahl durch das Objekt geschwächt wurde, trifft er auf eine Anordnung (Array) von Strahlungsdetektoren auf. Die Intensität des an der Detektoranordnung empfangenen, geschwächten Strahls hängt von der Röntgenstrahlschwächung durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement der Anordnung erzeugt ein getrenntes elektrisches Signal, das einen Messwert der Strahlintensität am Ort des Detektors bildet. Die Intensität der Messwerte aller Detektoren werden getrennt erfasst, um ein Transmissionsprofil zu erzeugen.
- Bei CT-Systemen der dritten Generation laufen die Röntgenstrahlquelle und die Detektoranordnung mit einer Gantry in der bildgebenden Ebene und rings um das abzubildende Objekt derart um, dass der Winkel, unter dem der Röntgenstrahl das Subjekt durchdringt, sich dauernd ändert. Eine Gruppe Röntgenstrahlschwächungsmessungen, d.h. Projektionsdaten von der Detektoranordnung bei einem bestimmten Gantrywinkel wird als „Ansicht" bezeichnet. Ein „Scan" des Objektes beinhaltet einen Satz Ansichten, die unter verschiedenen Gantrywinkeln oder Blickwinkeln während eines Umlaufs der Röntgenstrahlquelle und des Detektors gemacht wurden.
- Bei einem axialen Scan werden Projektionsdaten zur Erzeugung eines Bildes verarbeitet, das einer durch den Gegenstand gelegten zweidimensionalen Schicht entspricht. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz Projektionsdaten wird in der Fachwelt als gefilterte Rückprojektionstechnik bezeichnet. Dieses Verfahren konvertiert die Schwächungsmesswerte eine Scans in ganze Zahlen, die „CT-Werte" oder „Houndsfield-Einheiten (HE)" genannt werden, welche zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Pixels auf einer Katodenstrahlbildröhre verwendet werden. Um die gesamte Scanzeit zu reduzieren, kann ein „Spiralscan" durchgeführt werden. Um einen „Spiralscan" durchzuführen, wird der Patient bewegt, während die Daten einer vorbestimmten Zahl von Schichten akquiriert werden. Ein solches System erzeugt aus einem Spiralscan mit Fächerstrahl eine einzige Helix. Die von dem Fächerstrahl dargestellte Helix liefert die Projektionsdaten, aus denen die jeweiligen Bilder in jeder vorgeschriebenen Schicht rekonstruiert werden können.
- Rekonstruktionsalgorithmen für das Spiralscanning verwenden typischerweise Spiral-Gewichtungsalgorithmen, die die gesammelten Daten in Abhängigkeit von dem Blickwinkel und einem Detektorkanalindex gewichten. Im Einzelnen werden die Daten vor einem gefilterten Rückprojektionsverfahren entsprechend einem Spiral-Gewichtungsfaktor gewichtet, der eine Funktion sowohl des Gantry-Winkels als auch des Detekorwinkels ist. Die gewichteten Daten werden sodann verarbeitet, um CT-Werte zu erzeugen und ein Bild aufzubauen, das einer durch das Objekt hindurch geführten zweidimensionalen Schicht entspricht.
- Um die gesamte Erfassungs- oder Akquisitionszeit zu verringern, wurde das Mehrschicht-(Multi-Slice)-CT eingeführt. Beim Mehrschicht-CT werden in jedem Augenblick gleichzeitig mehrere Reihen Projektionsdaten akquiriert. Kombiniert mit einem Spiralscanmodus erzeugt das Signal eine einzige Helix von Konusstrahlprojektionsdaten. In ähnlicher Weise wie bei dem Gewichtungsschema eines Einschicht-Spiral-Scans kann ein Verfahren abgeleitet werden, um die Gewichtung bei den Projektionsdaten vor dem gefilterten Rückprojektionsalgorithmus zu vervielfältigen.
- Ein Element oder Schritt, der hier im Singular aufgeführt ist und vor dem das Wort „ein" oder „eine(s)" steht, ist so zu verstehen, dass damit nicht der Plural dieser Elemente oder Schritte ausgeschlossen ist, es sei denn, dass dieser Ausschluss ausführlich angegeben ist. Darüberhinaus soll eine Bezugnahme auf „eine Ausführungsform" der Erfindung nicht so verstanden werden, dass sie das Vorhandensein weiterer Ausführungsformen, die auch die aufgeführten Merkmale beinhalten, ausschließt.
- Der Ausdruck „Rekonstruktion eines Bildes", wie er hier verwendet wird, soll keine Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausschließen, bei denen zwar bilddarstellende Daten, nicht jedoch ein betrachtbares Bild erzeugt werden. Viele Ausführungsformen erzeugen aber wenigstens ein betrachtbares Bild (oder sie sind dazu eingerichtet ein solches zu erzeugen). Darüberhinaus beschreibt ein Scan, wie er hier verstanden wird, die Ausführung mehrerer Gantry-Umläufe während einer Zeitspanne. So können z.B. bei der Perfusion etwa 100 Scans während eines einzigen Zeitintervalls, wie etwa aber nicht beschränkt auf etwa 40 sek. durchgeführt werden.
- Bezugnehmend auf die
1 ,2 ist dort ein bildgebendes Multi-Energie-Scanning System bspw. ein bildgebendes Mehrschicht-Multi-Energie-Computertomographie (MECT) System10 dargestellt, das eine für ein CT bildgebendes System der „dritten Generation" repräsentative Gantry12 aufweist. So wie es hier verwendet ist, kann ein Multi-Energie-Computertomographie-System auch als ein Energiediskriminations-CT (EDCT) -System bezeichnet werden. Die Gantry12 weist eine Röntgenstrahlquelle14 auf, die einen Röntgenstrahl16 auf eine Detektoranordnung (Array)18 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry12 wirft. Die Detektor-Array besteht aus einer Anzahl (nicht dargestellter) Detektorreihen, einschließlich einer Anzahl von Detektorelementen20 , die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen Gegenstand, wie einen medizinischen Patienten22 verlaufen. Jedes Detektorelement20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität des auftreffenden Röntgenstrahls wiedergibt und deshalb dazu verwendet werden kann, die Schwächung des Strahls bei seinem Durchgang durch das Objekt oder den Patienten22 zu beurteilen. Bei einem Scan zum Akquirieren von Röntgenstrahlprojektionsdaten laufen die Gantry12 und die darin angeordneten Komponenten um ein Rotationszentrum24 um.2 zeigt lediglich eine einzige Reihe von Detektorelementen20 (d.h. eine Detektorreihe). Die Mehrschicht-Detektor-Array18 enthält aber eine Anzahl paralleler Detektorreihen aus Detektorelementen20 , derart, dass Projektionsdaten einer Anzahl quasi-paralleler oder paralleler Schichten gleichzeitig während eines Scans akquiriert werden können. - Die Umlaufbewegung der Komponenten auf der Gantry
12 und die Funktion der Röntgenstrahlquelle14 werden von einem Steuermechanismus26 des MECT-Systems10 gesteuert. Der Steuermechanismus26 enthält eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung (Controller)28 , die Leistungs- und Taktsignale an die Röntgenstrahlquelle14 und einen Gantry-Motorregler30 liefert, der die Drehgeschwindigkeit und die jeweilige Lage der Komponenten auf der Gantry12 steuert. Ein Datenerfassungs- oder Akquisitionssystem (DAS) (32 ) in dem Steuermechanismus26 nimmt analoge Daten von den Detektorelementen20 auf und konvertiert diese Daten für die nachfolgende Verarbeitung in digitale Signale. Eine Bildrekon struktionseinrichtung34 empfängt die abgetasteten und digitalisierten Röntgenstrahldaten von dem DAS32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Input einem Computer36 zugeführt, der das Bild in einer Speichervorrichtung38 speichert. Die Bildrekonstruktionseinrichtung34 kann spezielle Hardware oder auf dem Computer36 ablaufende Computerprogramme beinhalten. Der Computer36 erhält außerdem von einem Bediener über eine ein Tastenfeld aufweisende Konsole40 Befehle und Scanparameter. Eine zugeordnete Katodenstrahlbildröhre42 erlaubt es dem Bediener das rekonstruierte Bild und andere Daten aus dem Computer36 zu betrachten. Die von dem Bediener eingegebenen Befehle und Parameter werden von dem Computer36 dazu verwendet, Steuersignale und Information für das DAS32 , die Röntgenstrahlsteuereinrichtung28 und einen Gantry-Motorregler30 zu liefern. Darüberhinaus betätigt der Computer36 einen Tischmotorregler44 , der einen motorbetriebenen Tisch zur Positionierung des Patienten22 in der Gantry12 steuert. Der Tisch46 bewegt insbesondere Teile des Patienten22 durch die Gantry-Öffnung48 . - Bei einer Ausführungsform enthält der Computer
36 eine Vorrichtung50 , bspw. ein Floppy-Disc Laufwerk, ein CD-Rom Laufwerk, ein DVD-Laufwerk, eine Magnetical Optical Disc (MOD-Vorrichtung) oder irgendeine andere digitale Vorrichtung, einschließlich einer Netzwerkanschlusseinrichtung, wie einer Ethernet-Einrichtung, zum Auslesen von Instruktionen und/oder Daten aus einem computerlesbaren Medium52 , etwa einem Floppy-Disc, einer CD-Rom, einer DVD, einer MOD oder einer anderen digitalen Quelle, wie einem Netzwerk oder dem Internet oder aber aus noch zu entwickelnden digitalen Mitteln. - Der Computer
36 ist so programmiert, dass er die hier beschriebenen Funktionen ausführt, und so wie er hier ver wendet wird, ist der Ausdruck Computer nicht auf integrierte Schaltungen beschränkt, die auf dem Fachgebiet gemeinhin als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich ganz breit auf Computer, Rechner, Mikrocontroller, programmierbare logische Controller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen, wobei diese Ausdrücke hier gegeneinander austauschbar verwendet werden. Das CT bildgebende System10 ist ein Energie diskriminierendes (auch als Multi-Energy- Computertomographie-(MECT-System) bekanntes) System, weil das System dazu eingerichtet ist auf verschiedene Röntgenstrahlspektren anzusprechen. Dies kann mit einem gebräuchlichen CT-System der dritten Generation zur sequentiellen Akquisition von Projektionsdaten bei verschiedenen Röntgenstrahlröhrenpotentialen ausgeführt werden. So werden z.B. zwei Scans entweder back to back (gegensinnig) oder interleaved (ineinander verschachtelt) durchgeführt, bei denen die Röhre bspw. mit einem Potential von 80 kVp bzw. 160 kVp arbeitet. Alternativ werden spezielle Filter zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Detektor angeordnet, derart, dass verschiedene Detektorreihen Projektionsdaten bei verschiedenen Röntgenstrahlenergiespektren aufnehmen. Alternativ können spezielle Filter, die das Röntgenstrahlspektrum formen, für zwei Scans verwendet werden, die entweder back to back oder interleaved durchgeführt werden. Eine andere Ausführungsform besteht darin, energieempfindliche Detektoren zu verwenden, derart, dass jedes den jeweiligen Detektor erreichende Röntgenstrahlphoton mit seiner Photonenenergie aufgezeichnet wird. Obwohl die oben erwähnte spezielle Ausführungsform sich auf ein CT-System der dritten Generation bezieht, gelten die hier beschriebenen Verfahren auch für CT-Systeme der vierten Generation (feststehender Detektor – umlaufende Röntgenstrahlquelle) und CT-Systeme der fünften Generation (feststehender Detektor und Röntgenstrahlquelle). - Es gibt verschiedene Verfahren zum Erlangen von Multi-Energie-Messwerten: (1) Scannen mit zwei voneinander verschiedenen Energiespektren, (2) Erfassen der Photonenenergie entsprechend der Energieeinbringung in den Detektor und (3) Photonenzählen. Photonenzählen liefert eine klare Spektrentrennung und einen justierbaren Energietrennungspunkt zum Abgleichen der Photonenstatistiken.
- MECT erleichtert die Verkleinerung oder Verhütung einer Anzahl Probleme, die bei der gebräuchlichen CT auftreten, wie etwa aber nicht beschränkt auf fehlende Energiediskrimination und Materialcharakterisierung. Ohne Objektstreuung kann das System
10 dazu verwendet werden, voneinander getrennt zwei Gebiete des Photonenenergiespektrums zu erfassen: den niederenergetischen und den hochenergetischen Teil des einfallenden Röntgenstrahlspektrums. Das Verhalten bei einer anderen Energie kann auf der Basis des aus den beiden Energiegebieten erhaltenen Signals abgeleitet werden. Dies Phänomen wird durch die grundsätzliche Tatsache unterstützt, dass in dem Energiegebiet an dem die medizinische CT interessiert ist, zwei physiksalische Vorgänge die Röntgenstrahlungschwächung beherrscht. (1) Die Comptenstreuung und (2) der photoelektrische Effekt. Auf diese Weise liefern aus zwei Energiegebieten erfasste Signale eine ausreichende Information, um die Energieabhängigkeit des abzubildenden Materials aufzulösen. Darüberhinaus geben aus zwei Energiegebieten erfasste Signale eine ausreichende Information, um die jeweilige Zusammensetzung eines aus zwei Materialien zusammengesetzten Objekts zu bestimmen. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet das MECT einen Dekompositionsalgorithmus, wie etwa, aber nicht beschränkt auf einen CT-Wert-Differenzalgorithmus, einen Compton- und photoelektrischen Dekompositionsalgorithmus, einen Basismaterial-Dekompositions(BMD)-Algorithmus und einen logarithmischen Substraktionsdekompositions(LSD)-Algorithmus.
- Der CT-Wert-Differenzalgorithmus beinhaltet, dass bei einem CT- oder Houndsfield Wert ein Differenzwert zwischen zwei mit verschiedenen Röhrenpotentialen erhaltenen Bildern berechnet wird. Bei einer Ausführungsform werden die Differenzwerte auf einer pixelweisen Basis (pixel-by-pixel) berechnet. Bei einer anderen Ausführungsform werden über einen interessierenden Bereich mittlere CT-Wertdifferenzen berechnet. Der Compton- und photoelektrische Dekompositionsalgorithmus beinhaltet die Akquisition eines Bildpaars, unter Verwendung des MECT
10 und die getrennte Wiedergabe der jeweiligen Schwächung aus dem Compton- und dem photoelektrischen Prozess. Der BMD Algorithmus beinhaltet die Akquisition von zwei CT-Bildern, wobei jedes Bild die äquivalente Dichte eines der Basismaterialien wiedergibt. Da die Materialiendichte unabhängig von der Röntgenstrahlenphotonenenergie ist, sind diese Bilder näherungsweise frei von Strahlaufhärtungsartefakten. Außerdem kann ein Bediener das Basismaterial so wählen, dass er ein bestimmtes interessierendes Material ins Auge fasst, wodurch der Bildkontrast verbessert wird. Bei der Anwendung basiert der BMD-Algorithmus auf der Überlegung, dass die Röntgenstrahlschwächung (in dem Energiegebiet für medizinische CT) irgendeines vorgegebenen Materials durch eine richtige Dichtemischung von zwei anderen vorgegebenen Materialien dargestellt werden kann, wobei diese Materialien demgemäß als die Basismaterialien bezeichnet werden. Bei einer Ausführungsform, die den LSD-Algorithmus verwendet, werden die Bilder mit quasi-monoenergetischen Röntgenstrahlspektren akquiriert und das abgebildete Objekt kann durch einen tatsächlichen Schwächungskoeffizienten für jedes der beiden Materialien charakterisiert werden, weshalb der LSD-Algorithmus keine Strahlaufhärtungskorrekturen beinhaltet. Darüberhinaus ist der LSD- Algorithmus nicht kalibriert, sondern er benutzt die Bestimmung von Gewebeunterdrückungsparametern, die jeweils das Verhältnis des wirksamen Schwächungskoeffizienten eines gegebenen Materials bei der mittleren Energie jeder Belichtung darstellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Gewebeunterdrückungsparameter vorherrschend abhängig von den zur Akquisition der Bilder verwendeten Spektren und von irgendwelchen zusätzlichen Faktoren, die die gemessene Signalintensität gegenüber der verändern, die bei einem Paar idealer monoenergetischer Belichtungen zu erwarten wäre. - Zu bemerken ist, dass beim Optimieren eines Multi-Energie-CT-Systems gilt, dass je breiter die Spektrentrennung, desto besser die Bildqualität ist. Auch sollte die Photonenstatistik in diesen beiden Energiegebieten gleich sein, weil sonst das statistisch ärmere Gebiet das Bildrauschen dominiert.
-
3 veranschaulicht ein Verfahren60 zum Erhalten von Perfusionsdaten unter Verwendung des medizinischen bildgebenden Systems, das in1 dargestellt ist. Das Verfahren60 beinhaltet das Bereitstellen62 eines interessierenden Objektes wie des Patienten22 , das Abschätzen64 einer ersten Menge eines Kontrastmittels, das von einem Mono-Energie-Computertomographie (CT) bildgebenden System dazu verwendet wird, das interessierende Objekt abzubilden, das Einführen66 einer zweiten Kontrastmittelmenge in das interessierende Objekt, wobei die zweite Kontrastmittelmenge kleiner ist als die erste Kontrastmittelmenge und das Scannen68 des interessierenden Objekts unter Verwendung eines Mulit-Energie-Computertomographie (MECT)-Systems, um die Daten zu akquirieren. Bei der hier verwendeten Wortwahl bezieht sich Mono-Energie-Computertomographie auf Systeme, die zu einem einzigen Röntgenstrahlspektrum gehörende Daten während einer einzigen Datenerfassung (Akquisition) akqui rieren, während MECT sich auf Systeme bezieht, die zu zwei oder mehr Röntgenstrahlspektren gehörende Daten während eine einzigen Datenerfassung (Akquisition) akquirieren. - Bei der Anwendung wird ein Katheter oder eine andere zweckmäßige medizinische Vorrichtung in ein arterielles Gefäß stromaufwärts von dem Gewebe oder Organ, das für die Bildgebung ausgewählt wurde eingeführt. Sodann wird unter Verwendung des Katheters ein Kontrastmittel in die Arterie eingeleitet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Menge des verwendeten Kontrastmittels von dem Bediener auf der Grundlage Mono-Energie-CT bildgebender Verfahren bestimmt. Bei Verwendung des MECT ist die in den Patienten injizierte Kontrastmittelmenge geringer. Bei einer Ausführungsform ist die bei einem MECT-Verfahren verwendete Kontrastmittelmenge um wenigstens 25% gegenüber der Menge verringert, die bei der Bildgebung unter Verwendung wenigstens eines bekannten CT bildgebenden Systems verwendet wird. Bei anderen Ausführungsformen wird das Kontrastmittel um zwischen etwa 10% und etwa 60% verringert. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Kontrastmittel um zwischen etwa 25% und etwa 75% verringert. Bei einer Ausführungsform enthält das Kontrastmittel, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Gadolinchelat wie Gd-DTPA, ein nicht ionisches Chelat wie Gadodiamid (Gadolin-diethylentriaminpentacetisches Säurebimethylamid (C16H2 8GdN5O9xH2O) oder ein ionisches oder nicht ionisches Mittel auf Jodbasis, wie die Iopamidol.
- Das Scannen
68 des interessierenden Objektes unter Verwendung eines Multi-Energie-Computertomographie (MECT)-Systems zur Datenakquisition beinhaltet außerdem das Erzeugen einer ersten Abbildung eines Kontrastmittels auf einem ersten Energieniveau während eines ersten Scans und des Erzeugen einer zweiten Abbildung eines Hintergrundgewebes bei einer zweiten Bildgebung während des ersten Scans. Die zweite Abbildung wird dann von der ersten Abbildung subtrahiert, um ein endgültiges Bild des Kontrastmittels auf einem höheren Signalpegel zu erzeugen. -
- Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist BF zum Beispiel ein zerebraler Blutstrom (CBF). Wie in Gleichung 1 und Gleichung 2 dargelegt, sind Ca(t) und Q(T) jeweils eine Kontrastmittelschwächung über eine Serie von Bildern. Q(T) erstreckt sich bspw. über einen Gewebebereich. Ca(t) wird in einer zuleitenden Arterie gemessen und gibt eine hier beschriebene „arterielle Konzentrationskurve" wieder. Bei der Anwendung erlauben es die hier beschriebenen Verfahren Ca(t) so zu modellieren, dass es eine Deltafunktion annähert, d.h. deren integral 1 ist, so dass der Nenner der Gleichung 2 etwa gleich 1 ist. Dadurch dass Ca(t) so gestaltet wird, dass eine Deltafunktion angenähert wird, ergibt sich eine verbesserte Annäherung der Kontrastmittelschwächung durch das Gewebe über die Zeitfolge der Abbildungen.
-
4 ist ein Enhancement-Signal, das unter Verwendung eines Mono-Energie-CT bildgebenden Systems akquiriert wurde, nachdem eine erste Kontrastmittelmenge in den Patienten22 eingeführt worden war.2 ist ein Enhancementsignal, das unter Verwendung des MECT-Systems10 akquiriert wurde, nachdem die erste Kontrastmittelmenge in den Patienten22 eingeführt worden war. Wie in5 dargestellt, sind die aktuellen Signalpegel höher als die in4 veranschaulichten Signalpegel. - Wie in
5 veranschaulicht, erleichtert die Verwendung des MECT-Systems10 die Unterscheidung des Kontrastmittels von dem Hintergrundgewebe und liefert ein verbessertes Kontrastsignal. Als Ergebnis folgt die arterielle Konzentrationskurve enger einer Impulsfunktion, wodurch die Genauigkeit der sich ergebenden Stromfunktion, CBF im Fall einer Gehirnperfusion, CBF oder von anderen Stromsignalen bei unabhängigen Perfusionsanwendungen erhöht wird. -
6 veranschaulicht ein Enhancementsignal, das unter Verwendung des MECT-Systems10 bei Benutzung einer zweiten Kontrastmittelmenge akquiriert wurde, die kleiner ist als die erste Kontrastmittelmenge. In der Anwendung verbessern die beschriebenen Verfahren das Signal-/Rauschen-Verhältnis in den Perfusionsbildern, was zu einer genaueren Quantifikation der Funktionsparameter führt. Es kann deshalb bei einer vorgegebenen Perfusionsuntersuchung dem Patienten22 eine verringerte Kontrastmittelmenge verabreicht werden. Außerdem kann in Verbindung mit der verringerten Kontrastmitteldose auch eine Mehrstellenbildaufnahme durchgeführt werden, was eine größere anatomische Überdeckung ermöglicht. Schließlich erlaubt die Verbesserung der kontrastmittelbedingten Strahlaufhärtungsartefakterscheinung umfangreichere neue Anwendungen bei der Myocardperfusion, die gegenwärtig wegen des von übermäßigen Kontrasterschei nungen in den Ventrikeln des Herzens herrührender Strahlaufhärtung beschränkt ist. - Wenngleich die Erfindung im Zusammenhang mit verschiedenen speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, so versteht es sich doch für den Fachmann, dass die Erfindung im Schutzbereich der Patentansprüche mit einer Vielzahl von Abwandlungen ausgeführt werden kann.
Claims (8)
- Multi-Energie-Computertomographie (MECT) – System, dass aufweist: – wenigstens eine Strahlungsquelle (
12 ); – wenigstens einen Strahlungsdetektor und – einen Computer (36 ), der mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekoppelt ist, wobei der Computer dazu eingerichtet ist: – ein erstes Bild eines Kontrastmittels mit einer ersten Energie während eines ersten Scans zu akquirieren; – ein zweites Bild eines Hintergrundgewebes mit einer zweiten Energie während des ersten Scans zu akquirieren; und – das zweite Bild von dem ersten Bild zu subtrahieren, um ein verbessertes Bild zu erzeugen. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild zu dekomposieren. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild zu dekomposieren und zwar unter Verwendung wenigstens einer der folgenden Maßnahmen: eines CT-Wert-Differenzalgorithmus, eines Compton und photoelektrischen Dekompositionsalgorithmus, eines Basismaterialdekompositions BMD-Algorithmus und eines logarith mischen Substraktions-Dekompositions (LSD)-Algorithmus. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild unter Verwendung eines Compton und photoelektrischen Dekompositionsalgorithmus zu dekomposieren. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild unter Verwendung eines CT-Wert-Differenzalgorithmus zu dekomposieren. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild unter Verwendung eines Basismaterialdekompositions(BMD)-Algorithmus zu dekomposieren. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 1, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Bild unter Verwendung eines logarithmischen Substraktions-Dekompositions(LSD)-Algorithmus zu dekomposieren. - MECT-System (
10 ) nach Anspruch 3, bei dem der Computer (36 ) außerdem dazu eingerichtet ist, einen Kontrast in ein erstes Gefäß einzuführen.
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