DE19957082A1 - Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs - Google Patents
Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden KörperbereichsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mittels eines ein mehrzeiliges Detektorsystem aufweisenden CT-Geräts im Spiralbetrieb, wobei die Röntgenstrahlenquelle wenigstens im wesentlichen synchron mit der Bewegung derart zur Abgabe von Röntgenstrahlung aktiviert und deaktiviert wird, daß die Röntgenstrahlenquelle während einer mit dem CT-Gerät abzubildenden Phase der periodischen Bewegung aktiviert ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines
eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines
Untersuchungsobjektes mittels eines ein Computertomogra
phie(CT)-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Systemachse
rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersu
chungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht,
und einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquel
le ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und
eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei während der Rotati
on der Röntgenstrahlenquelle das Untersuchungsobjekt einer
seits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem
andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander
verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Re
cheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung
entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsystems ein Schnitt
bild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Kör
perbereichs ermittelt.
Die Technik der prospektiv EKG-getriggerten Aufnahme von Ein
zelschichten mit Einzeilen CT-Geräten der 3. Generation
(Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem rotieren gemeinsam
um eine Systemachse) ist seit den frühen 80er Jahren bekannt.
Dabei wird ein charakteristisches Merkmal des EKG-Signals,
z. B. die R-Zacke, dazu benutzt, eine axiale Aufnahme für eine
festen Position (z-Position) des Untersuchungsobjekts relativ
zu Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem in Richtung der
Systemachse (z-Richtung) in einer definierten Herzphase
durchzuführen. Nach einer wählbaren zeitlichen Verzögerung
(in % des mittleren RR-Intervalls des EKG-Signals oder abso
lut in msec) zur jeweils vorangehenden R-Zacke wird ein Voll
umlauf- oder Teilumlaufscan ausgelöst. Dabei können die für
die Bildrekonstruktion an dieser z-Position benötigten Daten
in mehreren aufeinanderfolgenden Umläufen aufgesammelt wer
den, um die zeitliche Auflösung zu verbessern.
Bei Einzeilen-CT-Geräten, d. h. CT-Geräten deren Detektorsy
stem eine einzige Zeile von Einzeldetektoren aufweist, be
steht auch die Möglichkeit der Spiralaufnahme mit parallel
aufgezeichnetem EKG-Signal Stand der Technik (sog. retrospek
tives Gating). Hier werden nachträglich bei der Bildrekon
struktion Schnittbilder nur aus Daten in erlaubten Datenbe
reichen (in der jeweils gewünschten Herzphase, z. B. in der
Diastole) berechnet. Bei Einzeilen CT-Geräten leidet diese
Methode unter der nicht lückenlosen Abdeckung des Volumens in
z-Richtung mit Schnittbildern. Bei einer Spiralaufnahme er
folgt gleichzeitig mit einer kontinuierlichen Rotation von
Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem um die Systemachse
eine Relativverschiebung von Röntgenstrahlenquelle und Detek
torsystem einerseits und Untersuchungsobjekt andererseits in
z-Richtung.
Mit der Einführung neuer CT-Geräte der 3. Generation mit Sub
sekundenrotation, d. h. Röntgenstrahlenquelle und Detektorsy
stem benötigen für einen vollständigen Umlauf um die Syste
machse weniger als eine Sekunde, und Mehrschichttechnologie,
d. h. Detektorsystem mit mehr als einer Zeile von Einzeldetek
toren, erlebt die Herzdiagnostik mit CT-Geräten einen neuen
Aufschwung. Sowohl EKG-getriggerte axiale Aufnahmen als auch
Spiralaufnahmen mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal (re
trospektives EKG-Gating) wurden auf Mehrschicht-CT-Geräte,
d. h. CT-Geräte mit Mehrschichttechnologie erweitert. Durch
die Mehrzeiligkeit ergeben sich bei der retrospektiv gegate
ten Spiraluntersuchung mit geeigneten Rekonstruktionstechni
ken auch neue Möglichkeiten, wie die z. B. die in z-Richtung
lückenlose Darstellbarkeit des Herzvolumens in jeder beliebi
gen Phase des Herzzyklus.
Beide bisher bekannten Methoden, die EKG-Triggerung von ein
zelnen axialen Aufnahmen und die Spiralaufnahme mit parallel
aufgezeichnetem EKG-Signal (retrospektives Gating), haben
aber eine Reihe von Nachteilen.
Bei EKG-getriggerten axialen Aufnahmen wird Strahlung nur in
nerhalb der Zeitspanne ausgelöst, während der tatsächlich für
die Bildrekonstruktion benötigte Daten aufgenommen werden.
Die Methode ist also dosisbewußt, sie appliziert nur die für
die Bildberechnung wirklich notwendige Röntgenstrahlung. Al
lerdings werden pro Aufnahme (Scan) jeweils ein Schnittbild
einer Schicht(bei Einzeilen CT-Geräten) oder mehrere (bei
Mehrzeilen-CT-Geräten) Schnittbilder von Schichten an festen
Tischpositionen aufgenommen. Zwischen zwei Scans müssen das
Untersuchungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle
und das Detektorsystem andererseits, die bei während eines
Scans eine feste z-Position relativ zueinander einnehmen, in
die neue gewünschte z-Position gebracht werden. Dies kostet
Zeit und ist die Ursache dafür, daß in der Regel nicht in je
dem Herzzyklus (Herzperiode) Schnittbilder aufgenommen werden
können, sondern nur in jeder zweiten oder jeder dritten. Da
durch verlängert sich die Untersuchungszeit erheblich, und es
ist oft nicht möglich, von dem gesamte Herzvolumen in einer
Atemanhaltephase Schnittbilder von den gewünschten dünnen
Schichten zu gewinnen. Außerdem entstehen bei Mehrschicht-CT-
Geräten die Schnittbilder automatisch im Abstand einer Detek
torzeile in z-Richtung. Für qualitativ hochwertige 3D Anwen
dungen, z. B. Volume Renderings zur Darstellung der Koro
nararterien, benötigt man die Schnittbilder aber in z-
Richtung in einem kleineren Abstand. Eine Rekonstruktion von
entsprechenden Schnittbildern ist bei konventionellen Einzel
schichtaufnahmen nicht möglich.
Bei Spiralaufnahmen mit Mehrzeilen-CT-Geräten mit parallel
aufgezeichnetem EKG-Signal werden während der gesamten Dauer
der Spiralaufnahme Daten aufgenommen. Folglich wird der Pati
ent auch während der gesamten Dauer der Spiralaufnahme mit
Röntgenstrahlung bestrahlt. Aus dem während der Spiralaufnah
me aufgezeichneten EKG-Signal werden später (retrospektiv)
die in den gewünschten Phasen des Herzzyklus aufgenommenen
Daten identifiziert und zur Rekonstruktion herangezogen. Die
se Methode hat bei Mehrschicht-CT-Geräten den Vorteil, daß
Schnittbilder in jeder gewünschten Herzphase in z-Richtung in
beliebig kleinen Abständen überlappend rekonstruiert werden
können. Durch die kontinuierliche Relativbewegung zwischen
Untersuchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und
Detektorsystem andererseits ist bei Mehrschicht-CT-Geräten
außerdem die Abdeckung des gesamten Herzvolumens in einer
Atemanhaltephase mit dünnen Schichten möglich. Beide Punkte
sind Voraussetzungen für qualitativ hochwertige 3D-
Darstellungen des Herzens.
Interessiert man sich allerdings nur für Schnittbilder des
Herzens in einer Phase, üblicherweise der Ruhephase (Diasto
le), sind Spiralaufnahmen mit Mehrzeilen-CT-Geräten mit re
trospektivem EKG-Gating nicht dosisbewußt, denn obwohl wäh
rend der gesamten Spiralaufnahme der Patient mit Röntgen
strahlung bestrahlt wird, wird ein unter Umständen nur klei
ner Teil der aufgenommenen Daten tatsächlich zur Bildrekon
struktion verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein eine periodi
sche Bewegung ausführender Körperbereich eines Untersuchungs
objektes mit verringerter Dosis aufgenommen werden kann.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver
fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Im Falle der Erfindung werden also für Untersuchungen bei
spielsweise des Herzens in einer vorher festgelegten Herzpha
se die Vorteile einer prospektiven Triggerung (nur die wirk
lich notwendige Dosis wird appliziert) mit den Vorteilen der
Spiralaufnahme mittels eines Mehrzeilen-CT-Geräts (lückenlo
se Volumenabdeckung, Möglichkeit der überlappenden Rekon
struktion von Schnittbildern) verbunden. Dazu werden während
den einzelnen Herzzyklen prospektiv getriggert mit einer
wählbaren zeitlichen Verzögerung (in % oder als Bruchteil ei
ner mittleren Dauer des RR-Intervalls des EKG-Signals oder
absolut in msec) zur jeweils vorangehenden R-Zacke des EKG-
Signals Vollumlauf- oder Teilumlaufscans ausgelöst, wobei
Röntgenstrahlung nur während der Zeit für die Aufnahme der
Daten während des Vollumlauf- bzw. Teilumlaufscans mittels
des mehrere Detektorzeilen aufweisenden Detektorsystems
(Mehrzeilen-Vollumlauf- bzw. Teilumlaufdatensätze) appliziert
wird, d. h. nicht nur die Datenaufnahme, sondern auch die
Röntgenstrahlung wird prospektiv getriggert, indem die Rönt
genstrahlenquelle entsprechend aktiviert und deaktiviert
wird. Die Relativverschiebung in z-Richtung zwischen Untersu
chungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detek
torsystem andererseits wird nicht im "Stop and Go"-Betrieb
für den jeweiligen Scan angehalten und nur zwischen zwei
Scans von einer z-Position zur nächsten vorgenommen, sondern
erfolgt wie bei Spiralaufnahmen kontinuierlich sowohl während
der Scans als auch in der Zeit dazwischen. Man erhält so
Mehrzeilen-Teilumlauf- bzw. Vollumlaufdaten, bei denen jede
Projektion einer anderen z-Position entspricht. Durch geeig
nete Rekonstruktions- und Gewichtungsverfahren (z. B. projek
tionsabhängige Gewichtung zwischen den Daten der einzelnen
Detektorzeilen) lassen sich daraus innerhalb eines von der
Vorschubgeschwindigkeit und damit von dem sogenannten pitch
abhängigen Bereichs in z-Richtung lückenlos Schnittbilder re
konstruieren. Die Vorschubgeschwindigkeit wird in Abhängig
keit von der Periodendauer der Herzzyklen, d. h. der Herzfre
quenz, unter Berücksichtigung der Detektorbreite so gewählt,
daß in jedem Herzzyklus ein Teilumlauf- bzw. Vollumlaufdaten
satz aufgenommen werden kann und daß die von aufeinanderfol
genden Datensätzen abgedeckten Bereiche sich in z-Richtung
überdecken oder - im Grenzfall - lückenlos aneinanderstoßen.
Dann ist das ganze-Herzvolumen in z-Richtung lückenlos mit
Schnittbildern abdeckbar. Durch die kontinuierliche Relativ
verschiebung in z-Richtung zwischen Untersuchungsobjekt ei
nerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem ande
rerseits und den Wegfall der bei diskontinuierlicher Relativ
verschiebung erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremspha
sen läßt sich so auch das ganze Herzvolumen in einer Ateman
haltephase scannen.
Die Methode der Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an die
Herzfrequenz ist nicht nur für das erfindungsgemäße Verfah
ren, sondern auch für konventionelle EKG-gegatete Mehrzeilen-
CT-Spiralaufnahmen relevant.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist die Zeitdauer, während
welcher die Röntgenstrahlenquelle während eines Herzzyklus
aktiviert wird, größer ist als die Dauer eines Zeitinter
valls, während dessen Meßdaten gewonnen werden, d. h. größer
ist als die Dauer eines Rekonstruktionsintervalls bzw. Daten
intervalls. Es ist dann so auch im Falle von Schwankungen der
Dauer der Herzzyklen (Arrhythmie) sichergestellt, daß tat
sächlich die abzubildenden Phase des Herzzyklus aufgenommen
wird.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß der zeit
liche Verlauf des EKG-Signals und die Meßdaten gespeichert
werden und die zur Ermittlung eines Schnittbildes herangezo
genen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart aus
gewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase ge
wonnen wurden. Auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann also auch ein retrospektives EKG-Gating durchgeführt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich
nungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens dienenden CT-Geräts,
Fig. 2 eine Ansicht der Detektoreinheit des CT-Geräts gemäß
Fig. 1,
Fig. 3 und 4 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfah
rens verdeutlichende Diagramme.
In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein CT-Gerät zur Durch
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Das CT-Gerät weist eine Meßeinheit aus einer Röntgenstrahlen
quelle 1, die ein Röntgenstrahlenbündel 18 aussendet, und ei
ner Detektoreinheit 2 auf, welche aus mehreren in Richtung
einer Rotationsachse 6 aufeinanderfolgenden Zeilen von Ein
zeldetektoren, z. B. jeweils 512 Einzeldetektoren, zusammenge
setzt ist. Der Fokus der Röntgenstrahlenquelle 1, von dem das
Röntgenstrahlenbündel 18 ausgeht, ist mit 24 bezeichnet. Das
Untersuchungsobjekt, im Falle des dargestellten Ausführungs
beispiels ein menschlicher Patient 8, liegt auf einem Lage
rungstisch 20, der sich durch die Meßöffnung 21 eines ring
förmigen Trägers 7, der sogenannten Gantry, erstreckt.
Die Detektoreinheit 2 weist gemäß Fig. 2 eine erste Detektor
zeile 3 und eine letzte Detektorzeile 4 auf. Zwischen der er
sten und der letzten Detektorzeile 3, 4 können eine oder wie
dargestellt auch mehrere weitere Detektorzeilen 5 angeordnet
sein.
Die Detektorzeilen 3 bis 5 verlaufen rechtwinklig zu der Ro
tationsachse 6, die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist.
Parallel zur Rotationsachse 6 sind die erste Detektorzeile 3
und die letzte Detektorzeile 4 um eine Detektorbreite D von
einander beabstandet. Die Detektorbreite D wird dabei von
Zeilenmitte zu Zeilenmitte gemessen.
An dem Träger 7 sind die Röntgenstrahlenquelle 1 und die De
tektoreinheit 2 derart einander gegenüberliegend angebracht,
daß das von der Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehende Röntgen
strahlenbündel 18 auf die Detektoreinheit 2 trifft. Der Trä
ger 7 ist um die Rotationsachse 6 des CT-Geräts, die die Sy
stemachse darstellt, drehbar gelagert und rotiert zur Abta
stung des Patienten 8 mit einer Drehzahl n um die Rotati
onsachse 6. Dabei erfaßt das von der mittels einer Genera
toreinrichtung 22 betriebenen Röntgenstrahlenquelle 1 ausge
hende Röntgenstrahlenbündel 18 ein Meßfeld 23 kreisförmigen
Querschnitts. Der Fokus 24 der Röntgenstrahlenquelle 1 bewegt
sich auf einer um ein auf der Rotationsachse 6 liegendes
Drehzentrum kreisförmig gekrümmten Fokusbahn 25.
Das Röntgenstrahlenbündel 18 durchstrahlt den Patienten 8 und
die an der Detektoreinheit 2 ankommenden Röntgenstrahlen wer
den während der Rotation an einer Vielzahl von Projektions
winkeln α detektiert und die Ausgangsdaten der Einzeldetek
toren für jede der Detektorzeilen 3 bis 5 zu je einer zu dem
jeweiligen Projektionswinkel α gehörigen Projektion zusam
mengefaßt. Zu jedem Projektionswinkel α gehört also eine der
Anzahl von Detektorzeilen 3 bis 5 entsprechende Anzahl von
Projektionen.
Unter Heranziehung der während eines Rekonstruktionsinter
valls, das mehrere Datenintervalle umfassen kann, aufgenomme
nen Projektionen, die von der Detektoreinheit 2 zu einer
elektronischen Recheneinrichtung 31 gelangen, rekonstruiert
letztere auf Basis an sich bekannter Algorithmen ein Schnitt
bild eines zu untersuchenden Objektes. Um sinnvoll Schnitt
bilder des untersuchten Objektes rekonstruieren zu können,
ist die Aufnahme von Projektionen zu aufeinanderfolgenden
Projektionswinkeln α erforderlich, welche sich über einen
Rekonstruktionsintervall erstrecken, das wenigstens gleich
180°+β sein muß, wobei β der in Fig. 1 veranschaulichte, auch
als Fächerwinkel bezeichnete Öffnungswinkel des Röntgenstrah
lenbündels 18 ist.
Der dem Träger 7 zugeordnete Antrieb 26 ist wie erwähnt ge
eignet, den Träger 7 kontinuierlich rotieren zu lassen. Au
ßerdem ist ein weiterer in den Figuren nicht gezeigter Antrieb
vorgesehen, der eine Relativverschiebung des Lagerungstisches
20 und damit des Patienten 8 einerseits und des Trägers 7 mit
der Meßeinheit 1, 2 andererseits in Richtung der Rotati
onsachse 6 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v ermöglicht.
Es besteht also die Möglichkeit, dreidimensionale Bereiche
des Patienten 8 in Form einer Spiralaufnahme abzutasten, in
dem der Träger 7 mit der Meßeinheit 1, 2 kontinuierlich ro
tiert und gleichzeitig eine Relativverschiebung von Lage
rungstisch 20 und Träger 7 in Richtung der Rotationsachse 6
mit einer Vorschubgeschwindigkeit v erfolgt.
Zur Durchführung von Untersuchungen des Herzens oder herzna
her, im Rhythmus der Herzaktion bewegter Bereiche des Körpers
des Patienten 8 weist das CT-Gerät gemäß Fig. 1 außerdem ei
nen an sich bekannten Elektrokardiographen 27 auf, der über
Elektroden, von denen eine in Fig. 1 dargestellt und mit 28
bezeichnet ist, mit dem Patienten 8 verbunden werden kann und
zur Erfassung des EKG-Signals des Patienten 8 parallel zu der
Untersuchung mittels des CT-Geräts dient. Dem EKG-Signal ent
sprechende vorzugsweise digitale Daten sind der elektroni
schen Recheneinrichtung 31 zugeführt.
Die Elektroden des Elektrokardiographen 27 sind nach Möglich
keit derart am Körper des Patienten 8 angebracht, daß sie die
Untersuchung des Patienten 8 nicht beeinträchtigen.
An die elektronische Recheneinrichtung 31 sind eine Tastatur
29 und eine Mouse 30 angeschlossen, die die Bedienung des CT-
Geräts ermöglichen.
Soweit Körperpartien des Patienten 8 aufgenommen werden sol
len, die sich ruhigstellen lassen, stellen sich für die Auf
nahme der Projektionen keine nennenswerten Probleme. Kritisch
hingegen ist die Aufnahme von Projektionen eines sich peri
odisch bewegenden Objektes. Ein Beispiel eines derartigen Ob
jektes ist das menschliche Herz 9, welches in Fig. 1 schema
tisch dargestellt ist.
Bekanntlich führt das menschliche Herz 9 im wesentlichen eine
periodische Bewegung aus. Die periodische Bewegung besteht
dabei aus einer abwechselnden Folge einer Ruhe- bzw. Er
schlaffungsphase und einer Bewegungs- bzw. Schlagphase. Die
Ruhephase hat eine Dauer zwischen üblicherweise 500 bis 800 ms,
die Schlagphase eine Dauer von 200 bis 250 ms.
Die Drehzahl n des Trägers 7 liegt üblicherweise bei 45 bis
120 Umdrehungen/Minute. Durch Vergleich der Drehzahl n mit
der Dauer der Ruhephase des Herzens 9 läßt sich somit leicht
feststellen, daß der Träger 7 in der Ruhephase des Herzens 9
um einen Drehwinkel γ rotiert, der zwischen 135° (500 ms bei
45 Umdrehungen/Minute) und 576° (800 ms bei 120 Umdrehun
gen/Minute) liegt.
Wenn die Drehzahl n hoch genug gewählt wird, rotiert der Trä
ger 7 während der jeweils aufzunehmenden Phase eines Herzzy
klus, z. B. während einer Ruhephase, um einen Winkel, der grö
ßer ist als das erforderliche Rekonstruktionsintervall. Somit
ist es möglich, während der jeweils aufzunehmenden Phase ei
nes Herzzyklus die zur Rekonstruktion eines Schnittbildes des
aufgenommenen Bereichs Herzens 9 erforderlichen Projektionen
aufzunehmen.
Ist die Herzfrequenz so hoch, daß es nicht möglich ist die zu
einem vollständigen Rekonstruktionsintervall gehörigen Pro
jektionen während eines einzigen Herzzyklus aufzunehmen, kann
dies während der jeweils aufzunehmenden Phase mehrerer auf
einanderfolgender Herzzyklen erfolgen. Das Rekonstruktionsin
tervall setzt sich dann aus mehreren zu unterschiedlichen
Herzzyklen gehörigen Datenintervallen zusammen.
Wie bereits erwähnt, wird das Elektrokardiogramm 10 des
menschlichen Herzens 9 mit aufgenommen, um aus ihm die Ruhe
phasen 13 des menschlichen Herzens 9 bestimmen zu können.
Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das EKG-Signal
genutzt, um die Röntgenstrahlenquelle 1, z. B. eine Röntgen
röhre, so zu aktivieren und zu deaktivieren, daß sie nur wäh
rend der jeweils aufzunehmenden Phase eines Herzzyklus, z. B.
der Ruhephasen des Herzens 9, Röntgenstrahlung emittiert.
Dies bewirkt die mit der Generatoreinrichtung 22 verbundene
elektronische Recheneinrichtung 31.
Auf diese Weise wird die Strahlenbelastung des Patienten 8
verringert, da sich die Applikation von Röntgenstrahlung auf
diejenigen Zeitintervalle, nämlich die Rekonstruktions- bzw.
Datenintervalle, beschränkt, in denen zur Bildrekonstruktion
brauchbare Projektionen aufgenommen werden.
Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich, in der Pegel L des mit EKG
bezeichneten EKG-Signal eines Patienten und die Intensität I
der von der Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehenden Röntgenstrah
lung übereinander jeweils über der Zeit t aufgetragen sind.
Das EKG-Signal veranschaulicht die periodische Bewegung des
Herzens des Patienten, wobei der Beginn eines Herzzyklus je
weils durch eine R-Zacke R und die Dauer des jeweiligen Herz
zyklus durch das RR-Intervall TRR, d. h. den Abstand der den
jeweiligen Herzzyklus einleitenden R-Zacke von der den fol
genden Herzzyklus einleitenden R-Zacke, bestimmt ist. Die im
Falle des dargestellten Beispiels aufzunehmende Ruhephase des
Herzens ist jeweils schraffiert angedeutet.
Wie aus dem Verlauf der Intensität I der Röntgenstrahlung,
die zwischen Null und einem Aktivierungswert Ia wechselt,
wird die Röntgenstrahlenquelle 1 derart aktiviert und deakti
viert, daß sie nur während der aufzunehmenden Herzphase, d. h.
der Ruhephase, aktiviert ist.
Dies geschieht, indem die Röntgenstrahlenquelle 1 sozusagen
prospektiv jeweils um eine Verzögerungszeit DP nach dem Auf
treten für eine Zeitdauer Ta aktiviert wird.
Bei der Zeitdauer Ta, während derer Projektionen für einen
Vollumlauf- oder Teilumlauf-Scan aufgenommen werden, kann es
sich um ein vollständiges Rekonstruktionsintervall RI oder
nur um ein Datenintervall DI handeln.
Die Verzögerungszeit DP und die Zeitdauer Ta ermittelt die
elektronische Recheneinrichtung 31 indem sie den Mittelwert
der Dauer der RR-Intervalle TRR aus einer vorwählbaren Anzahl
vorangegangener RR-Intervalle ermittelt und hieraus die Ver
zögerungszeit DP und die Zeitdauer Ta als vorwählbare Pro
zentsätze oder Bruchteile dieses Mittelwertes bestimmt. Al
ternativ können die Verzögerungszeit DP und die Zeitdauer Ta
auch als Zeitdauern, beispielsweise in Millisekunden, vorge
wählt werden.
Die Vorschubgeschwindigkeit v stellt die elektronische Re
cheneinrichtung 31 unter Berücksichtigung des Mittelwerts der
Dauer der RR-Intervalle TRR aus einer vorwählbaren Anzahl
vorangegangener RR-Intervalle so ein, daß die während eines
Rekonstruktionsintervalles RI bzw. Datenintervalles DI auf
tretende Verschiebung des Lagerungstisches 20 in Richtung der
Systemachse 6, d. h. die Verlagerung der Meßeinheit 1, 2 und
des Patienten 8 relativ zueinander in Richtung der Systemach
se 6, eine Detektorbreite D (siehe Fig. 2) nicht übersteigt.
Die von aufeinanderfolgenden Rekonstruktionsintervallen RI
bzw. Datenintervallen DI abgedeckten Bereiche des Patienten 8
überdecken sich somit in Richtung der Systemachse 6 oder sto
ßen im Grenzfall lückenlos aneinander an. Somit ist das ge
samte in Richtung der Systemachse abgetastete Volumen des Pa
tienten 8 lückenlos mit Schnittbildern abdeckbar.
Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die zu einem Rekon
struktionsintervall gehörigen Projektionen retrospektiv zu
aus den aufgenommenen Projektionen zu extrahieren, wenn die
Projektionen und das EKG-Signal gespeichert werden. Dies ist
in Fig. 3 durch Angabe eines Zeitintervalls DR veranschau
licht, das von der elektronischen Recheneinrichtung 31 analog
zu der Verzögerungszeit DP ermittelt wird.
Zusammenfassend ist bezüglich des erfindungsgemäßen Verfah
rens festzustellen, daß
- - es sich um eine Aufnahmetechnik für Volumen-Herz- und Lun genuntersuchungen mit Mehrzeilen-CT-Geräten handelt, bei der sich die Patientenliege kontinuierlich wie bei Spiral aufnahmen bewegt, aber im Unterschied zu Spiralaufnahmen nicht kontinuierlich gestrahlt wird und nicht kontinuier lich Meßdaten aufgenommen werden, sondern statt dessen prospektiv getriggert mit einer frei wählbaren zeitlichen Verschiebung zur jeweils vorangegangenen R-Zacke des EKG- Signals z. B. - Vollumlauf- oder Teilumlauf-Mehrzeilen-CT- Scans ausgelöst werden, wobei nur während der Dauer des Vollumlauf- bzw. Teilumlaufscans Strahlung appliziert wird und Daten aufgenommen werden,
- - eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Liege an die Herzfrequenz erfolgt, so daß die von zeitlich aufein anderfolgenden, prospektiv getriggerten Vollumlauf- bzw. Teilumlauf-Mehrzeilen-CT-Daten abgedeckten z-Intervalle (in Richtung der Patientenlängsachse) sich überlappen bzw. lückenlos aneinander anschließen, so daß das gesamte Un tersuchungsvolumen lückenlos abgedeckt ist,
- - es eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Liege an die Herzfrequenz auch für retrospektiv EKG-gegatete Spi ralaufnahmen ermöglicht.
Anstelle des EKG-Signals können auch andere physiologische
Parameter bzw. Signale verwendet werden, die Informationen
über die jeweils vorliegende Phase des Herzzyklus geben, z. B.
Herzwand-Bewegung oder stethoskopische Herzschlag-Analyse.
Die Erfindung wird vorstehend am Beispiel von Untersuchungen
des Herzens erläutert. Es können aber auch andere periodisch
bewegte Körperbereiche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
untersucht werden.
Im Zusammenhang mit den vorstehend Beschreibung der Erfindung
findet ein CT-Gerät der dritten Generation Verwendung, d. h.
die Röntgenstrahlenquelle und die Detektoreinheit werden wäh
rend der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse verla
gert. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit CT-
Geräten der vierten Generation, bei denen nur die Röntgen
strahlenquelle um die Systemachse verlagert wird und mit ei
nem feststehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung fin
den, sofern der Detektorring mehrere Detektorzeilen aufweist.
Auch kann die Erfindung außer in der Computertomographie bei
anderen mit einer durchdringenden Strahlung arbeitenden bild
gebenden Verfahren zum Einsatz kommen.
Claims (10)
1. Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung
ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mit
tels eines ein CT-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Sy
stemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das
Untersuchungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel
ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgen
strahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens
eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei wäh
rend der Rotation der Röntgenstrahlenquelle das Untersu
chungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das
Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse rela
tiv zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer
elektronischen Recheneinrichtung aus den der detektierten
Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsy
stems ein Schnittbild zumindest des die periodische Bewegung
ausführenden Körperbereichs ermittelt, aufweisend den Verfah
rensschritt, daß die Röntgenstrahlenquelle wenigstens im we
sentlichen synchron mit der Bewegung derart zur Abgabe von
Röntgenstrahlung aktiviert und deaktiviert wird, daß die
Röntgenstrahlenquelle während einer mit dem CT-Gerät abzubil
denden Phase der periodischen Bewegung aktiviert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeitdauer, während
welcher die Röntgenstrahlenquelle während einer Periode akti
viert wird, größer ist als die Dauer eines Zeitintervalls,
während dessen Meßdaten gewonnen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste und
die letzte Detektorzeile in Richtung der Systemachse um eine
Detektorbreite voneinander entfernt sind, und bei dem Unter
suchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und De
tektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ
zueinander mit einer solchen Vorschubgeschwindigkeit verla
gert werden, daß die während eines Zeitintervalls, während
dessen innerhalb einer Periode Meßdaten gewonnen werden, auf
tretende Verlagerung eine Detektorbreite nicht übersteigt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die
Aktivierung und Deaktivierung in Abhängigkeit von einem der
periodischen Bewegung entsprechenden Signal erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Aktivierung der
Röntgenstrahlenquelle jeweils um eine erste Verzögerungszeit
nach dem Beginn einer Periode des Signals und die Deaktivie
rung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um eine zweite Verzö
gerungszeit nach dem Beginn einer Periode des Signals statt
findet, wobei die erste Verzögerungszeit kürzer als die zwei
te Verzögerungszeit ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die mittlere Dauer der
Periode des Signals ermittelt wird die Aktivierung der Rönt
genstrahlenquelle jeweils um einen ersten Bruchteil der Peri
ode des Signals nach dem Beginn einer Periode des Signals und
die Deaktivierung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um einen
ersten Bruchteil der Periode des Signals nach dem Beginn ei
ner Periode des Signals stattfindet, wobei der erste Bruch
teil kleiner als der zweite Bruchteil ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6 bei dem der
zeitliche Verlauf des Signals und die Meßdaten gespeichert
werden und die zur Ermittlung eines Schnittbildes herangezo
genen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart aus
gewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase ge
wonnen wurden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der
eine periodische Bewegung ausführende Körperbereich die Lunge
des Untersuchungsobjekts enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der
eine periodische Bewegung ausführende Körperbereich das Herz
des Untersuchungsobjekts enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das der periodischen
Bewegung entsprechende Signal das EKG-Signal des Untersu
chungsobjekts ist.
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