-
QUERVERWEIS
UND VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der französischen
Anmeldung Nr. 02 14993, eingereicht am 28. November 2002 und die
Priorität
der französischen
Patentanmeldung Nr. 03 06676, eingereicht am 3. Juni 2003, wobei
die gesamten Inhalte beider Anmeldungen hier durch Verweisung eingeschlossen
sind.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gegenstand der Erfindung sind Verbesserungen
eines bildgebenden Röntgenverfahrens
und eines Geräts
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens. Insbesondere ist ein Gerät zur Röntgenbildgebung
und ein Verfahren zur Überwachung
einer Behandlungsprozedur in einem angiographischen Operationssaal
Gegenstand der Erfindung.
-
Zu therapeutischen Zwecken werden
zunehmend vaskulare oder angiographische Operationssäle verwendet.
Einige von diesen erfordern anatomische Information über vaskulare
Pathologien, die angetroffen werden und zu behandeln sind, und außerdem funktionelle
Information insbesondere auf dem Gebiet der Operations-Neuroradiologie.
Diese Anwendungen schließen
endovaskulare Behandlungen betreffend zerebrale vaskulare Insulte,
Angioplastien der Karotis und die Platzierung von Karotis-Stents sowie
intracranieller Stents ein. Die Kenntnis der funktionellen Information
ist für alle
diese Anwendungen sehr zweckmäßig bevor
die Operation ausgeführt
wird, um angemessene therapeutische Entscheidungen zu treffen, sowie
außerdem
während der
Operation, um in der Lage zu sein, die Auswirkungen der Behandlung
in Echtzeit einzuschätzen und
zu entscheiden ob sie, falls nötig,
zu stoppen oder fortzusetzen ist.
-
Vorliegend wird die geforderte funktionelle Information
unter Verwendung von Magnetoresonanz oder Computertomographieeinrichtungen
und nicht unter Nutzung einer Röntgenstrahlangiographie oder
einer Röntgendurchleuchtungseinrichtung
erhalten, wobei die Behandlung selbst unter Nutzung einer angiographischen
Röntgeneinrichtung
durchgeführt
wird und nicht in einem MR-System oder computertomographischen System
ausgeführt
werden kann.
-
Es kann ein Verarbeitungsmittel verwendet werden,
um ein dreidimensionales Modell des interessierenden Bereichs des
Objekts, wie beispielsweise eines Patienten, beginnend mit einer
in bekannter Weise gewonnenen Sequenz von zweidimensionalen Bildern
herzuleiten. Allgemein ist alles was ein Arzt, wie beispielsweise
ein Chirurg, während
einer Operation nutzen kann, ein einziges 3D-Modell, das einer Sequenz
von 2D-Bildern entspricht, die zu Beginn der Operation gewonnen
worden sind.
-
Deshalb ist es nicht möglich, in
dem 3D-Modell die Aktionen der Instrumente an der Anatomie des Objekts,
an dem die Operation ausgeführt
wird (oder die Effekte der therapeutischen Behandlung, die an behandelten
Geweben stattfindet) zu verfolgen. Somit kann der Arzt durch dieses
Verfahren lediglich anatomische Information erhalten. Folglich wird
das Objekt zunächst
entweder mittels Magnetoresonanz oder mittels Computertomographie
untersucht, um alle funktionelle Information zu erhalten, die erforderlich
ist, um die Untersuchung und die Diagnose auszuführen. Das Objekt wird dann
zur Durchführung
der Therapie selbst in den gefäßchirurgischen
Operationssaal verbracht. Das chirurgische Operationsschema reicht
nicht aus, um ausreichend funktionelle Information zu liefern, die
der Mediziner während
der Operation benötigen
könnte.
Gegenwärtig
wird dieses Problem nach dem Stand der Technik durch Kombination
von Röntgenstrahlsystemen
und beispielsweise Magnetoresonanzsystemen oder Computertomographiesystemen
genutzt, was zu einer Verbindung oder Kombination eines gefäßchirurgischen
Operationssaals mit einer Magnetoresonanzeinheit oder einer Computertomographieeinheit
mit einem Operationstisch führt,
den beide Systeme teilen. Bei diesen Typen kombinierter Röntgenstrahl-
und beispielsweise Magnetoresonanzsysteme ist funktionale Information
in dem Magnetoresonanzteil vorhanden, während die chirurgische Operation in
dem Röntgenstrahlteil
durchgeführt
wird. Jedoch sind diese Systeme sehr komplex, sehr teuer und erfordern
sehr viel Platz (ungefähr
ein Äquivalent
von zwei Operationssälen).
Folglich ist ihre Verwendung auf eine sehr geringe Anzahl von Plätzen beschränkt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Eine Ausführungsform der Erfindung ist
ein radiologisches, d.h. röntgendurchleuchtungstechnisches
bildgebendes Verfahren und ein Gerät, das ein Gerät mit Mitteln
nutzt, die eine Strahlenquelle, wie beispielsweise eine Röntgenstrahlquelle
sowie Mittel zur Erfassung der Strahlung aufweisen, die in der Lage
sind, ein Bild zu bilden, wobei das Gerät an einem mobilen Träger installiert
sein kann, der in Bezug auf Mittel zur Lagerung eines Objekts beweg lich sein
kann. Ein solcher beweglicher Träger
wird in einer vorgegebenen Richtung in Bezug auf das den Objekt
lagernde Mittel angetrieben. Es wird eine Bildfolge eines Bereichs
des Objekts errechnet, die durch Mittel zur Erfassung der Bewegung
des Trägers
in Bezug auf den Tisch akquiriert werden, um ein 3D-Modell des Bereichs
aufzubauen. Der mobile Träger
wird so angetrieben, dass er die Bewegung wiederholt ausführt, um
ein periodisch aufgefrischtes 3D-Modell des Objekts zu bilden und
dieses Modell wird einem Bediener oder Nutzer präsentiert.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung ist
eine bildgebende radiologische, d.h. Röntgendurchleuchtungseinrichtung
mit zur Erfassung der Strahlung sowie zur Ausbildung von Bildern
geeigneten Mitteln, die an einem mobilen Träger angeordnet sind, der in der
Lage ist, sich in Bezug auf das Objektlagerungsmittel, wie beispielsweise
einen Tisch zu bewegen. Mittel, wie beispielsweise eine Steuerungseinheit,
die in der Lage sind, den mobilen Träger in Bezug auf das Lagerungsmittel
anzutreiben. Mittel zur Verarbeitung oder geeignet zum Aufbau und
zur Wiedergabe von 3D-Modellen an abgebildeten Bereichen des Objekts
für einen
Bediener, die von einer Bildfolge ausgehen, die durch das Mittel
zur Erfassung der Strahlung während
der gegebenen Bewegung des mobilen Trägers in Bezug auf das Lagerungsmittel
von dem Bereich akquiriert worden sind. Die Steuereinheit ist dazu
programmiert, die Antriebsbewegung des mobilen Trägers so
zu steuern, dass es die Bewegung wiederholt und in der Weise ausführt, dass ein
periodisch aufgefrischtes 3D-Modell dem Bediener und Nutzer präsentiert
wird.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung liegt in einem Verfahren zum Betrieb einer radiologischen
Appa ratur, wie beispielsweise eines Röntgenapparats, um auf einfache
Weise anatomische Information sowie funktionelle Information vor und
insbesondere während
einer chirurgischen Operation zu ermitteln. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung ermittelt das Verfahren einen Satz von funktionellen
Parametern unter Nutzung einer Röntgendurchleuchtungsapparatur
der Bauart mit einer Röntgenstrahlungsquelle,
mit Aufzeichnungsmitteln, die auf die Quelle hin sehen, wobei die
Quelle und das Aufzeichnungsmittel an einem mobilen Träger montiert
sind und in der Lage sind, sich in Bezug auf den zwischen der Quelle
und dem Aufzeichnungsmittel platzierten Tisch zu bewegen, auf dem
das Objekt mit einem interessierenden Bereich, der zu röntgen ist, platziert
wird. Zu dem Verfahren gehört:
- a) das Bewegen des Trägers in Befolgung einer gegebenen
Bewegung in Bezug auf den Tisch, die während einer gegebenen Zeit
wiederholt wird,
- b) die Akquisition oder Gewinnung einer Bilderserie eines interessierenden
Bereichs während
der Bewegung des Trägers
in Bezug auf den Tisch durch das Aufzeichnungsmittel,
- c) der Aufbau einer Serie dreidimensionaler Modelle des interessierenden
Bereichs, ausgehend von einer Serie akquirierter Bilder und
- c) Bestimmung aller funktionaler Parameter die zu dem interessierenden
Bereich gehören,
ausgehend von der Serie dreidimensionaler Modelle.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung ist
eine radiologische Durchleuchtungsapparatur mit einer Röntgenstrah lungsquelle,
Aufzeichnungsmitteln die auf die Quelle weisen, wobei die Quelle
und das Aufzeichnungsmittel an einem mobilen Träger befestigt und in der Lage
sind, in Bezug auf einen zwischen der Quelle und dem Aufzeichnungsmittel
positionierten Tisch bewegt zu werden, auf dem ein Objekt mit einem
interessierenden abzubildenden Bereich zu positionieren ist, wobei
einen Steuereinheit Mittel aufweist, die in der Lage sind, den Träger einer
gegebenen Bewegung folgend zu bewegen, die ihm in Bezug auf den
Tisch zu erteilen ist, mit Verarbeitungsmitteln zum Aufbau eines
dreidimensionalen Modells des interessierenden Bereichs, ausgehend
von einer Sequenz zweidimensionaler Bilder des interessierenden
Bereichs, die durch das Aufzeichnungsmittel während der Bewegung des Trägers in
Bezug auf den Tisch gewonnen worden sind, wobei die Steuereinheit
und das Verarbeitungsmittel in der Lage sind, das oben beschriebene
Verfahren auszuführen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Andere Charakteristika und Vorzüge der Erfindung
ergeben sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform
der Erfindung und ihrer Anwandlungen. In den zugehörigen Zeichnungen
zeigen:
-
1 ein
Gerät zur
Aufnahme von Röntgenbildern,
-
2 bis 4 drei mögliche Aufnahmebewegungen für einen
Ausführungsformen
der Erfindung entsprechenden Apparat,
-
5 ein
Funktionsdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, das mit den Apparaten nach den 2 bis 4 verwendet
werden kann und
-
6 eine
Veranschaulichung der erhaltenen Kurven, aus denen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung funktionale Information zu ziehen ist.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird auf 1 verwiesen, in der eine bildgebende
Röntgeneinrichtung
Mittel 1, die eine Strahlungsquelle, wie beispielsweise
eine Röntgenstrahlungsquelle
(Röntgenröhren und
Kollimatoren) darstellen, sowie Mittel zur Erfassung der Strahlung 2, wie
beispielsweise einen Detektor (Kamera, Sensormatrix oder jedes andere äquivalente
Mittel) aufweist, um das durch die Strahlung gebildete Bild zu erfassen.
Die Quelle 1 und der Detektor 2 sind an beiden
Seiten eines Trägers 4,
wie beispielsweise eines Tischs, auf dem ein Objekt, wie beispielsweise
ein Patient mit dem interessierenden und durch Röntgenstrahlung abzubildenden
Gebiet gelagert ist, so angeordnet, dass sie aufeinander zu weisen.
Die Quelle 1 und der Detektor 2 sind an einem
mobilen Träger 3,
wie beispielsweise einem C-förmigen
Arm angeordnet, und in der Lage, um eine Hauptdrehachse zu drehen,
die im Wesentlichen der Achse des Patientenkörpers (Doppelpfeil 5 in 1) entspricht. Die Gesamtdrehbewegung
um diese Achse beträgt typischerweise
plus oder minus 120 Grad. Außerdem ist
der C-förmige
Arm generell gelenkig aufgehängt, so
dass er um eine Horizontalachse geneigt werden kann, die rechtwinklig
zu der Patientenachse (Doppelpfeil 6 in 1) orientiert ist. Die Gesamtdrehbewegung
beträgt
typischerweise plus oder minus 60 Grad.
-
Eine Steuereinheit 7 steuert
und liefert Mittel zum Antrieb des C-förmigen Arms 3, um
ihn (und somit die Quelle 1 und den Detektor 2)
um die Patientenachse drehen zu lassen und somit eine Sequenz zweidimensionaler
Bilder aufzunehmen, die unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen
entsprechen.
-
Dieser Gerätsaufbau hat den Vorzug, dass
er die Aufnahme, die Rekonstruktion und die Anzeige von 3D-Modellbildern
in Echtzeit gestattet. Er gestattet außerdem die Auffrischung von
tomographischen Schnitten eines Bereichs der Anatomie in Echtzeit. Beispielsweise
gestattet das periodische Auffrischen eines 3D-Modells dem Arzt,
wie beispielsweise einem Chirurgen, den Fortschritt eines vaskularen Werkzeugs
bei der Operation in Echtzeit zu verfolgen oder das Vordringen eines
Zements zu verfolgen, der in einem Knochen eines Patienten platziert
worden ist oder wird oder die Wirkung eines Ablösewerkzeugs, wie beispielsweise
eines HF-Ablösewerkzeugs.
-
2 beschreibt
eine erste Ausführungsform
eines Geräts,
das ein Verfahren zur Bestimmung eines Satzes funktioneller Parameter
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, das später
beschrieben ist, nutzen kann. Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform
weist der Aufnahmeapparat im Wesentlichen allgemeine Mittel, wie
sie der in 1 veranschaulichte
Apparat aufweist, auf. Anders als bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform
ist die Steuereinheit so programmiert, dass sie den C-förmigen Arm
und den Patienten und den Tisch 4, entlang einer wiederholenden
Vorwärts-/Rückwärtsbewegung
mit einer Folge von Halbdrehungen über ungefähr 180° abwechselnd in einer Richtung
und dann in einer anderen Richtung führt.
-
Jede Halbdrehungsbewegung gestattet
die Aufnahme einer kompletten Folge zweidimensionaler Bilder und
gestattet der Einheit 8 somit, periodisch neue dreidimensionale
Modelle aufzubauen. Somit baut die Einheit 8 während einer
gegebenen Zeitperiode, während
derer der C-förmige
Arm eine Serie von Halbdrehungen um den Patienten und den Tisch ausführt, eine
Serie von dreidimensionalen Modellen auf, und zwar eines für jede Halbdrehung,
aus denen zunächst
die anatomischen Parameter durch wenigstens eines der dreidimensionalen
Modelle auf dem von dem Chirurgen gesehenen Bildschirm und außerdem eine
Serie von funktionellen Parametern bestimmt werden, die erforderlich
sind, um die Diagnose (falls dies vor der Operation durchgeführt wird)
zu stellen oder den Fortschritt der Operation, die ausgeführt wird,
einzuschätzen.
-
Jedoch erfordert diese Ausführungsvariante eine
Serie von Bewegungsbeschleunigungen und Verlangsamungen und es kann
sein, dass eine relativ hohe mechanische Belastung der Bildaufnahmeeinrichtung
auftritt und es kann sein, dass alle bei einer Halbdrehung aufgenommenen
Projektionen erforderlich sind, um das Volumen zu rekonstruieren.
-
Eine andere mögliche, in
3 veranschaulichte Ausführungsform
liegt in der Programmierung der Steuereinheit
7, so dass
sie die Quelle
1 und den Detektor
2 gemäß einer
vorgezeichneten Bewegung bewegt, durch die die Achse zwischen der
Quelle
1 und dem Detektor
2 kontinuierlich und
wiederholt dreht, um einen Drehkonus zu beschreiben. Dieser Typ
der Bildaufnahmebewegung wird „konisch" (oder circulartomographisch)
genannt und kombiniert Drehungen um eine Hauptachse, die dem Doppelpfeil
5 entspricht
sowie Vorwärts-
und Rückwärtsbewegungen
um die andere Achse, um die der Arm
3 gelenkig gelagert
ist (Doppelpfeil
6). Das Verarbeitungsmittel
8 ist
so programmiert wie in der
US-PS
4 577 222 beschrieben, um ein dreidimensionales Bild, ausgehend
von einer Serie zweidimensionaler Bilder, zu rekonstruieren, die
bei einer Umdrehung der Quelle 1-Detektor 2-Achse aufgenommen worden
sind. Diese Achse wird kontinuierlich in einer ununterbrochenen
ko nischen Drehbewegung angetrieben, wobei das dreidimensionale Modell,
das von dem Prozessormittel
8 berechnet wird, regelmäßig aufgefrischt wird
(dasselbe gilt für
die zweidimensionalen Schnitte der Bilder, die den Orientierungen
entsprechen, in denen der Chirurg arbeitet).
-
Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in 4 veranschaulicht. In dieser
Ausführungsform wird
der C-förmige
Arm gemäß einer
fortwährenden wiederholten
Drehbewegung um seine Hauptachse (Pfeil 15) angetrieben.
Er führt
eine Serie kompletter Drehungen ohne Unterbrechung (immer in der
gleichen Drehrichtung) um den Tisch 4 und den Patienten
aus. Um diese Art der kontinuierlichen Drehbewegung zu ermöglichen,
ist die elektrische Leistungsversorgung des Arms 3 (an
der drehgelenkigen Verbindung des Arms 3 mit dem restlichen
Teils des Trägers) über Mittel 9 der
Bauart mit Schleifring und Bürsten
(oder rotierenden Kontakten) gebildet, wodurch Kabelelemente vermieden
werden, die den Drehbewegungsweg des Arms begrenzen würden.
-
Die Steuereinheit 7 und
das Verarbeitungsmittel 8 nutzen Mittel 10, wie
beispielsweise drehbare Kontakte (Schleifringe, Bürsten) optische
Verbindungen oder HF-Übertragungsverbindungen,
um Steuer- oder Akquisitionsdaten (insbesondere zweidimensionale
Bilder aufgenommen von dem Detektor 12) mit der Quelle 1 und
dem Detektor 2 auszutauschen. Beispielsweise ist mit Einrichtungen
dieser Bauart die komplette Auffrischung des dreidimensionalen Modells
oder Schnittbilds bei einer Frequenz in der Größenordnung von einem Hertz
möglich.
Im Hinblick auf die vorige Ausführungsform
gestattet dies dreidimensionale Modelle in einer Serie dreidimensionaler,
so gewonnener und berechneter Modelle nacheinander ohne jede Totzeit
während
einer Zeitspanne in der Größenordnung
von einer Sekunde zu bestimmen, was eine bessere Definition der
Funktionalparameter, die nachträglich
aus dieser Serie dreidimensionaler Modelle berechnet werden, ermöglicht.
-
Das Verarbeitungsmittel 8 speichert
kontinuierlich eine Sequenz zweidimensionaler Bilder auf einem gleitenden
Fenster, das eine Anzahl zweidimensionaler Bilder entspricht, die
erforderlich sind, um ein dreidimensionales Modell zu rekonstruieren.
Sie führt
fortwährend
auf diesem gleitenden Fenster eine dreidimensionale Rekonstruktionsverarbeitung durch,
die ein fortwährendes
Auffrischen des Modells mit einer Rate gestattet, die der Aufnahmerate
der individuellen Projektionen gleicht. Dies ist ein Mittel, um
eine Serie dreidimensionaler Modelle zu erhalten, um Funktionalparameter
optimal zu bestimmen, die während
der chirurgischen Operation zu bestimmen sind. Diese abgewandelte
Ausführungsform
erfordert lediglich eine einzige Drehachse.
-
Eine andere Möglichkeit in einer abgewandelten
Ausführungsform
dieser Betriebsart liegt darin, die Drehbewegung des C-Arms um seine
andere Drehachse zu nutzen, beispielsweise um die durch den Fokuspunkt
der Quelle und das Zentrum des Detektors gehende Achse in einer
Ebene zu bewegen. Die in 4 veranschaulichte
Ausführungsform
ermöglicht
eine Beschränkung
der verbrauchten elektrischen Leistung, indem sie Beschleunigungen/Abbremsungen
des C-förmigen Arms
vermeidet und insbesondere Vibrationen und Deformationen der mechanischen
Struktur minimiert, was eine optimale Qualität der Bildrekonstruktion garantiert
und deshalb die Determiniertheit der funktionellen Parameter erhöht.
-
Wir beschreiben nun zuerst das Verfahren zur
Steue rung einer Einrichtung wie der oben beschriebenen und zweitens
zur Bestimmung eines Satzes von Funktionalparametern. Mit Verweis
auf 5 bestimmt das Verfahren
zuerst eine Serie dreidimensionaler Modelle eines interessierenden
Bereichs eines Patienten, der auf dem Tisch der oben beschriebenen
Einrichtung für
eine gegebene Zeit gelagert ist. In einem zweiten Schritt berechnet
das Verfahren Funktionalparameter aus der Serie von Modellen in
Form von parametrisierten Maps, die die Funktionalparameter, wie
beispielsweise den Perfusionswert, den Blutfluss, das Blutvolumen,
die durchschnittliche Durchgangszeit oder die Zeit vor dem Maximum
und die Permeabilität
zeigen.
-
Der erste Schritt bei der Bestimmung
einer Serie dreidimensionaler Modelle während einer gegebenen Zeitspanne
wird durch Steuerung einer Einrichtung wie der oben beschriebenen
gemacht. Die dreidimensionalen Modelle werden ausgehend von einer
Serie zweidimensionaler Bilder berechnet. Diese Bestimmung dreidimensionaler
Modelle wurde ausgehend von dieser Art von Bildaufnahme zur Bestimmung
von funktioneller Information und mit einer relativ hohen Frequenz
durchgeführt,
um sicher zu stellen, dass sie optimiert ist. Typischerweise liegt das
Optimum in der Größenordnung
von einem dreidimensionalen Modell pro Sekunde. Diese Frequenz hängt von
der Drehzahl des C-förmigen
Arms 3 ab. Beispielsweise ist bei einer Einrichtung wie
der in 4 benutzten und
oben beschriebene eine 180°-Drehung
erforderlich, um die Serie zweidimensionaler Bilder aufzunehmen,
die zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Modells nötig ist.
Somit ermöglicht
eine Drehzahl des C-förmigen
Arms 3 von x° pro
Sekunde theoretisch die Bestimmung eines dreidimensionalen Modells
alle 180°/x-Sekunden.
Beispielsweise wird bei einer Drehzahl von 90° oder 60° pro Sekunde alle zwei bzw.
drei Sekunden ein dreidimensionales Bild erzeugt.
-
Außerdem liegt die Gesamtdauer
für die
Aufnahme von zweidimensionalen Bildern in der Größenordnung von 45 Sekunden,
was der Zeit entspricht, die erforderlich ist, um ein initiiertes
Quantum eines Kontrastmittels „auszuwaschen". Während dieser
45 Sekundenperiode umfasst eine Serie ermittelter 3D-Modelle typischerweise
15 bis 45 dreidimensionale Modelle. Wie in 5 veranschaulicht, wird bei dem Verfahren
in dem Moment, zu dem die Kontrastmittel in der Zeitskale injiziert
werden, die Röntgeneinrichtung
für eine
Dauer von 46 Sekunden angesteuert, wobei der C-förmige Arm mit einer Geschwindigkeit
von 90° pro
Sekunde dreht, um alle zwei Sekunden ein dreidimensionales Modell
zu bestimmen. Das erste dreidimensionale Modell wird innerhalb von
2 Sekunden nach Start der Bildaufnahme gewonnen. Ein neues dreidimensionales
Modell n wird dann alle zwei Sekunden bis zum 23. Modell gewonnen,
welches das letzte dreidimensionale Modell ist und das Ende der
Bildaufnahme markiert. Es liegt generell kein Nutzen darin, mehr
Bilder aufzunehmen, weil erstens das Quantum des injizierten Kontrastmittels
aus dem betrachteten interessierenden Bereich völlig entfernt ist und weil
zweitens kein Nutzen in der weiteren Bestrahlung des Patienten liegt.
-
Im Falle einer kontinuierlichen Aufnahme, wie
sie mit der Einrichtung gemäß 4 möglich ist,
kann bei einer Ausführungsform
des Verfahrens die Aufnahmefrequenz künstlich erhöht werden, indem an der Serie
zweidimensionaler, von dem Detektormittel 2 gelieferten
Bilder ein verschiebbares Fenster genutzt wird. Beispielsweise ermöglicht die
Drehung n des C-förmigen
Arms 3 die Bestimmung eines dreidi mensionalen Modells n
zu dem Zeitpunkt n. Ähnlich gestattet
die Drehung n + 1 die Bestimmung eines dreidimensionalen Modells
n + 1 entsprechend dem Zeitpunkt n + 1, wobei ein dazwischen liegendes
dreidimensionales Modell entsprechend dem Zeitpunkt n + 1/2 unter
Nutzung der zweiten Hälfte
der Serie zweidimensionaler Bilder der Drehung n kombiniert mit
der ersten Hälfte
der Serie zweidimensionaler Bilder der Drehung n + 1 berechnet werden
kann.
-
Zweitens können Kollimatorsysteme verwendet
werden, um die Röntgenstrahlungsdosis
zu reduzieren, der der Patient und das medizinische Team ausgesetzt
werden. Aus reiner Anwendersicht ist allgemein kein Bedarf zur Akquisition
eines kompletten kubischen Volumens und es können horizontale Kollimatorstreifen
verwendet werden, um die Akquisition auf eine relativ kleine Anzahl
axialer Schnitte oder zweidimensionaler Bilder zu beschränken.
-
In einem zweiten Schritt analysiert
das Verfahren die Serie berechneter voriger dreidimensionaler Modelle,
um eine Anzahl funktionaler Parameter zu bestimmen. Die diesem Schritt
unterliegende Theorie liegt darin, dass der Grauwert eines gegebenen Volumenelements
(Voxel) in einem dreidimensionalen Modell die Materialdichte repräsentiert,
durch die der Röntgenstrahl
in einem entsprechenden Raum und zu der entsprechenden Aufnahmezeit
läuft. Wenn
ein Quantum Kontrastmittel in die Blutgefäße oder irgendein Gewebe des
menschlichen Körpers (durch
intravenöse
oder intraarterielle Mittel) injiziert ist, zeigt die transiente
Erhöhung
der Grauwerte eine proportionale Erhöhung der Menge des Kontrastmittels
und folglich des Bluts in dem entsprechenden Bereich an.
-
In der Praxis ist die Arbeit, die
zum Start dieses zweiten Schritts des Verfahrens erforderlich ist, und
die von dem Bediener durchzuführen
ist, beispielsweise die Definition eines interessierenden Bereichs
(ROI) an einer Eingangsarterie des betrachteten interessierenden
Bereichs, in dem vorausliegend bestimmten dreidimensionalen Modell.
Das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung legt
dann eine arterielle Eingangsfunktion (AIF) fest. Für jedes
vorausgehend akquirierte Voxel und vorausgehend bestimmten Daten
wird die zeitliche Intensität
des Signals unter Nutzung der AIF aufgelöst (dekonvolutiert), wobei
das Residuum (residual function), die dann erhalten wird, als Impulsresiduum (IRF)
bezeichnet wird. Beginnend mit dem Variationsprofil der IRF über der
Zeit kann der Blutfluss als Höhe
der so erhaltenen Kurve definiert werden (die die IRF veranschaulicht),
wobei das Blutvolumen die Fläche
unter der Kurve und die durchschnittliche Verweilzeit, die Länge des
anfänglichen
flachen Teils der Kurve ist. Wenn eine Blutbarriere innerhalb eines
Gewebes durchbrochen ist, kann die Permeabilität durch Analyse der exponentiellen
Dämpfung
der IRF quantifiziert werden.
-
Viele Autoren haben Algorithmen entwickelt, um
den Wert der unterschiedlichen funktionalen Parameter auf der Basis
der vorigen Beschreibung zu bestimmen. Beispielsweise wird auf den
Artikel von Ting-yim Lee „Functional
CT: physiological models", Trends
der Biotechnologie – Vol.
20 No. 8 – Supplement
2002, zur weiteren Information über
diesen Typ von Algorithmen verwiesen.
-
6 veranschaulicht
Beispiele von IRF-Kurven für
eine Arterie (A), eine Vene (V) und eine Parenchymiale Erhöhung (P).
-
Die Verwendung eines oben beschriebenen Geräts und Verfahrens
erfordert eine viel längere Drehzahl
als bei einer Einrichtung nach der Scannerbauart, wie sie bei der
Magnetoresonanz und Computertomographie verwendet wird, jedoch hat
sie den Wesentlichen Vorzug, dass das Beobachtungsfeld viel größer ist.
Ein Scanner macht lediglich Schnitte in seiner Ebene. Klinisch können das
Verfahren und die Apparatur gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung auf zerebrale vaskuläre Insulte oder Infarkte angewendet
werden. Die Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen
der Erfindung liefert ein Mittel zur Beschleunigung der Diagnose
und der Behandlungsprozeduren solcher Typen von Insulten. Das Operationsfenster
zwischen der Zeit, zu dem der zerebrale vaskuläre Insult eintritt und dem
Zeitpunkt, zu dem die Folgen irreversibel werden, liegt in der Größenordnung
von einigen Stunden. Die in diesem Fall genutzte Therapie beruhte
auf trombolytischen Mitteln und Kathedern mit Klemmen, die in die
Region eingeführt
werden, die dem Ort des zerebralen vaskulären Insults am nächsten liegen,
wobei die Verwendung des beschriebenen Verfahrens und Apparats ein
voroperationelles Mittel liefern, das eine Markierung des Orts des
zerebralen vaskulären
Insults zur Diagnose und vor einer Operation ermöglichen, um die Behandlung
des Insults so schnell wie möglich
zu ermöglichen
und zwar in sehr einfacher Weise, ohne den Patienten zwischen einem
herkömmlichen
Röntgendurchleuchtungssystem
und einem magnetoresonanz- oder Computertomographischen Scannersystem
bewegen zu müssen.
-
Optional jedoch vorzugsweise weist
das Verfahren wenigstens eines der folgenden Merkmale auf: der Träger wird
in einer Sequenz von Halbdrehungen abwechselnd in einer Richtung
und in der anderen Richtung um den Tisch ange trieben, der Träger wird
angetrieben, um eine wiederholte konische Drehbewegung zu der Achse
auszuführen,
die durch den Fokuspunkt der Quelle und durch das Zentrum des Aufnahmemittels
geht; der Träger
wird einer fortgesetzten wiederholten Drehbewegung folgend um den
Tisch angetrieben; es wird fortwährend
eine Sequenz zweidimensionaler Bilder oder in einem Bildspeichermittel
auf einem Schiebefenster abgespeichert, das einer Zahl von Bildern
entspricht, die zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Modells
erforderlich sind und es wird eine Verarbeitung zur fortgesetzten
Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilds auf diesem Schiebefenster
angewendet. Innerhalb des Verfahrens beinhaltet das Verfahren die
folgenden Teilschritte: wählen
eines interessierenden Bereiches eines Blutgefäßes in einem dreidimensionalen
Modell; Bestimmen einer arteriellen Eingangsfunktion in einem ausgewählten interessierenden
Bereich; Dekonvolution eines Signals mit einer Intensitätsvariablen
mit der Zeit unter Nutzung der arteriellen Eingangsfunktion an jedem
Voxel, das aufeinander folgende dreidimensionale Modelle gemeinsam haben;
und Bestimmung einer residuellen Impulsfunktion zur Berechnung der
funktionalen Parameter.
-
Vorzugsweise jedoch optional weist
das Gerät
wenigstens eine der folgenden Merkmale auf: die Steuereinheit ist
so programmiert, dass sie den Träger
in einer Folge von Halbdrehungen abwechselnd in einer Richtung und
in der anderen Richtung um einen Tisch bewegt; die Steuereinheit
ist so programmiert, dass sie den Träger antreibt, um diesem eine wiederholte
konische Drehbewegung bezüglich
der Achse, die durch den Fokuspunkt der Quelle und durch das Zentrum
eines Aufnahmemittels geht, erteilt; die Steuereinheit ist so programmiert,
dass sie den Träger
in einer wiederholten fortwährenden
Drehung um den Tisch bewegt; der Träger weist eine elektrische
Stromversorgung mit Schleifringen/Bürsten auf; das Gerät weist
optische Verbindungsmittel auf, durch die die Steuereinheit und/oder
das Verarbeitungsmittel Daten mit der Quelle und/oder dem Aufnahmemittel
austauscht; der Apparat weist Mittel auf, die eine HF-Verbindung
zwischen der Steuereinheit und/oder den Verarbeitungsmitteln zum
Datenaustausch mit der Quelle und/oder den Aufzeichnungsmitteln
ermöglichen;
die Steuereinheit und/oder das Verarbeitungsmittel tauschen Daten
mit der Quelle und/oder dem Aufzeichnungsmittel über eine Bürsten-Schleifringanordnung
aus und die Verarbeitungsmittel enthalten Mittel zur kontinuierlichen Speicherung
oder Abspeicherung einer Folge zweidimensionaler Bilder auf, die
einer Anzahl von Bildern entsprechen, die zur Rekonstruktion eines
dreidimensionalen Modells auf einem Schiebefenster erforderlich
sind und sie weisen außerdem
Mittel zur kontinuierlichen Durchführung eines Verfahrens zur Rekonstruktion
eines dreidimensionalen Modells auf diesem Schiebefenster auf.
-
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines
Satzes funktioneller Parameter unter Verwendung einer Röntgendurchleuchtungsapparatur
der Bauart mit einer Röntgenstrahlungsquelle 1,
einem Strahlungsdetektor oder Strahlungsrecorder 2, der die
Quelle 1 anschaut, wobei die Quelle und der Detektor oder
Recorder an einem beweglichen Träger 3 installiert
sind, der in der Lage ist, in Bezug auf einen Tisch 4 eine
Bewegung auszuführen,
der zwischen der Quelle und dem Detektor oder Recorder angeordnet
ist und auf dem ein Patient mit einem interessierenden, zu röntgenden
Bereich platziert ist. Das Verfahren beinhaltet a) die Bewegung
des Trägers gemäß einer
vorgegebenen Bewegung in Bezug auf den Tisch, die in einer bestimmten
Zeit wiederholt wird; b) die Aufnahme einer Serie von Bildern des
interessierenden Bereichs während
der Bewegung des Trägers
in Bezug auf den Tisch durch den Detektor oder Recorder; c) die
Rekonstruktion einer Serie dreidimensionaler Modelle des interessierenden
Bereichs, ausgehend von einer Serie aufgenommener Bilder und d)
Bestimmung aller funktionaler Parameter.
-
Verschiedene Modifikationen des Aufbaus und/oder
der Funktion und/oder von Schritten oder Äquivalenten derselben hinsichtlich
der Funktion und/oder der Art und Weise und/oder des Ergebnisses
können
von dem Fachmann an den veranschaulichten Ausführungsformen und deren Äquivalenten vorgeschlagen
werden, ohne der Bereich der Erfindung zu verlassen.