DE19957082B4 - Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs - Google Patents

Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mittels eines ein CT-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Systemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersuchungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei während der Rotation der Röntgenstrahlenquelle das Untersuchungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Recheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsystems ein Schnittbild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs ermittelt, aufweisend den Verfahrensschritt, daß 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 Computertomographie(CT)-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Systemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersuchungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei während der Rotation der Röntgenstrahlenquelle das Untersuchungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Recheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsystems ein Schnittbild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs ermittelt.
  • Die Technik der prospektiv EKG-getriggerten Aufnahme von Einzelschichten 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 absolut in msec) zur jeweils vorangehenden R-Zacke wird ein Vollumlauf- oder Teilumlaufscan ausgelöst. Dabei können die für die Bildrekonstruktion an dieser z-Position benötigten Daten in mehreren aufeinanderfolgenden Umläufen aufgesammelt werden, um die zeitliche Auflösung zu verbessern.
  • Bei Einzeilen-CT-Geräten, d.h. CT-Geräten deren Detektorsystem eine einzige Zeile von Einzeldetektoren aufweist, besteht auch die Möglichkeit der Spiralaufnahme mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal Stand der Technik (sog. retrospektives Gating). Hier werden nachträglich bei der Bildrekonstruktion Schnittbilder nur aus Daten in erlaubten Datenbereichen (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 erfolgt gleichzeitig mit einer kontinuierlichen Rotation von Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem um die Systemachse eine Relativverschiebung von Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem einerseits und Untersuchungsobjekt andererseits in z-Richtung.
  • Mit der Einführung neuer CT-Geräte der 3. Generation mit Subsekundenrotation, d.h. Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem benötigen für einen vollständigen Umlauf um die Systemachse weniger als eine Sekunde, und Mehrschichttechnologie, d.h. Detektorsystem mit mehr als einer Zeile von Einzeldetektoren, erlebt die Herzdiagnostik mit CT-Geräten einen neuen Aufschwung. Sowohl EKG-getriggerte axiale Aufnahmen als auch Spiralaufnahmen mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal (retrospektives EKG-Gating) wurden auf Mehrschicht-CT-Geräte, d.h. CT-Geräte mit Mehrschichttechnologie erweitert. Durch die Mehrzeiligkeit ergeben sich bei der retrospektiv gegateten Spiraluntersuchung mit geeigneten Rekonstruktionstechniken auch neue Möglichkeiten, wie die z.B. die in z-Richtung lückenlose Darstellbarkeit des Herzvolumens in jeder beliebigen Phase des Herzzyklus.
  • Beide bisher bekannten Methoden, die EKG-Triggerung von einzelnen 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 innerhalb 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. Allerdings 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 jedem Herzzyklus (Herzperiode) Schnittbilder aufgenommen werden können, sondern nur in jeder zweiten oder jeder dritten. Dadurch 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 Detektorzeile in z-Richtung. Für qualitativ hochwertige 3D Anwendungen, z. B. Volume Renderings zur Darstellung der Koronararterien, benötigt man die Schnittbilder aber in z-Richtung in einem kleineren Abstand. Eine Rekonstruktion von entsprechenden Schnittbildern ist bei konventionellen Einzelschichtaufnahmen 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 Patient auch während der gesamten Dauer der Spiralaufnahme mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Aus dem während der Spiralaufnahme aufgezeichneten EKG-Signal werden später (retrospektiv) die in den gewünschten Phasen des Herzzyklus aufgenommenen Daten identifiziert und zur Rekonstruktion herangezogen. Diese 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 (Diastole), sind Spiralaufnahmen mit Mehrzeilen-CT-Geräten mit retrospektivem EKG-Gating nicht dosisbewußt, denn obwohl während der gesamten Spiralaufnahme der Patient mit Röntgenstrahlung bestrahlt wird, wird ein unter Umständen nur kleiner Teil der aufgenommenen Daten tatsächlich zur Bildrekonstruktion verwendet.
  • Im Zusammenhang mit einer Reduzierung der einem Patienten zugeführten Dosis ist es aus der US 5 625 662 bekannt, bei einem CT-Gerät den Röhrenstrom einer als Röntgenstrahlenquelle vorgesehenen Röntgenröhre in Abhängigkeit sowohl von dem Rotationswinkel der Röntgenröhre als auch von auf die bei dem jeweiligen Rotationswinkel gewonnenen Daten anzuwendende Gewichtungsfaktoren zu modulieren.
  • Im gleichen Zusammenhang ist in der US 5 485 494 ein CT-Gerät beschrieben, bei dem der Röhrenstrom einer als Röntgenstrahlenquelle vorgesehenen Röntgenröhre in Abhängigkeit von dem Rotationswinkel der Röntgenröhre gemäß einer gespeicherten Funktion moduliert wird, die vorzugsweise auf Basis eines Testscans des Patienten gewonnenen wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein eine periodische Bewegung ausführender Körperbereich eines Untersuchungsobjektes mit verringerter Dosis aufgenommen werden kann.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Im Falle der Erfindung werden also für Untersuchungen beispielsweise des Herzens in einer vorher festgelegten Herzphase die Vorteile einer prospektiven Triggerung (nur die wirklich notwendige Dosis wird appliziert) mit den Vorteilen der Spiralaufnahme mittels eines Mehrzeilen- CT-Geräts (lückenlose Volumenabdeckung, Möglichkeit der überlappenden Rekonstruktion von Schnittbildern) verbunden. Dazu werden während den einzelnen Herzzyklen prospektiv getriggert mit einer wählbaren zeitlichen Verzögerung (in o oder als Bruchteil einer 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 Röntgenstrahlenquelle entsprechend aktiviert und deaktiviert wird. Die Relativverschiebung in z-Richtung zwischen Untersuchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem 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 geeignete Rekonstruktions- und Gewichtungsverfahren (z.B. projektionsabhängige 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 rekonstruieren. Die Vorschubgeschwindigkeit wird in Abhängigkeit von der Periodendauer der Herzzyklen, d.h. der Herzfrequenz, unter Berücksichtigung der Detektorbreite so gewählt, daß in jedem Herzzyklus ein Teilumlauf- bzw. Vollumlaufdatensatz aufgenommen werden kann und daß die von aufeinanderfolgenden 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 Relativverschiebung in z-Richtung zwischen Untersuchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem ande rerseits und den Wegfall der bei diskontinuierlicher Relativverschiebung erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremsphasen läßt sich so auch das ganze Herzvolumen in einer Atemanhaltephase scannen.
  • Die Methode der Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an die Herzfrequenz ist nicht nur für das erfindungsgemäße Verfahren, 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 Zeitintervalls, während dessen Meßdaten gewonnen werden, d.h. größer ist als die Dauer eines Rekonstruktionsintervalls bzw. Datenintervalls. Es ist dann so auch im Falle von Schwankungen der Dauer der Herzzyklen (Arrhythmie) sichergestellt, daß tatsächlich die abzubildenden Phase des Herzzyklus aufgenommen wird.
  • Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß der zeitliche Verlauf des EKG-Signals und die Meßdaten gespeichert werden und die zur Ermittlung eines Schnittbildes herangezogenen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart ausgewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase gewonnen wurden. Auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also auch ein retrospektives EKG-Gating durchgeführt werden.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Ansicht eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden CT-Geräts,
  • 2 eine Ansicht der Detektoreinheit des CT-Geräts gemäß 1,
  • 3 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichende Diagramme.
  • In den 1 und 2 ist schematisch ein CT-Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • Das CT-Gerät weist eine Meßeinheit aus einer Röntgenstrahlenquelle 1, die ein Röntgenstrahlenbündel 18 aussendet, und einer Detektoreinheit 2 auf, welche aus mehreren in Richtung einer Rotationsachse 6 aufeinanderfolgenden Zeilen von Einzeldetektoren, z.B. jeweils 512 Einzeldetektoren, zusammengesetzt ist. Der Fokus der Röntgenstrahlenquelle 1, von dem das Röntgenstrahlenbündel 18 ausgeht, ist mit 24 bezeichnet. Das Untersuchungsobjekt, im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels ein menschlicher Patient 8, liegt auf einem Lagerungstisch 20, der sich durch die Meßöffnung 21 eines ringförmigen Trägers 7, der sogenannten Gantry, erstreckt.
  • Die Detektoreinheit 2 weist gemäß 2 eine erste Detektorzeile 3 und eine letzte Detektorzeile 4 auf. Zwischen der ersten 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 Rotationsachse 6, die in 2 strichpunktiert angedeutet ist. Parallel zur Rotationsachse 6 sind die erste Detektorzeile 3 und die letzte Detektorzeile 4 um eine Detektorbreite D voneinander beabstandet. Die Detektorbreite D wird dabei von Zeilenmitte zu Zeilenmitte gemessen.
  • An dem Träger 7 sind die Röntgenstrahlenquelle 1 und die Detektoreinheit 2 derart einander gegenüberliegend angebracht, daß das von der Röntgenstrahlenquellel ausgehende Röntgenstrahlenbündel 18 auf die Detektoreinheit 2 trifft. Der Träger 7 ist um die Rotationsachse 6 des CT-Geräts, die die Sy stemachse darstellt, drehbar gelagert und rotiert zur Abtastung des Patienten 8 mit einer Drehzahl n um die Rotationsachse 6. Dabei erfaßt das von der mittels einer Generatoreinrichtung 22 betriebenen Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehende 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 werden während der Rotation an einer Vielzahl von Projektionswinkeln α detektiert und die Ausgangsdaten der Einzeldetektoren für jede der Detektorzeilen 3 bis 5 zu je einer zu dem jeweiligen Projektionswinkel α gehörigen Projektion zusammengefaßt. Zu jedem Projektionswinkel α gehört also eine der Anzahl von Detektorzeilen 3 bis 5 entsprechende Anzahl von Projektionen.
  • Unter Heranziehung der während eines Rekonstruktionsintervalls, das mehrere Datenintervalle umfassen kann, aufgenommenen Projektionen, die von der Detektoreinheit 2 zu einer elektronischen Recheneinrichtung 31 gelangen, rekonstruiert letztere auf Basis an sich bekannter Algorithmen ein Schnittbild eines zu untersuchenden Objektes. Um sinnvoll Schnittbilder 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 1 veranschaulichte, auch als Fächerwinkel bezeichnete Öffnungswinkel des Röntgenstrahlenbündels 18 ist.
  • Der dem Träger 7 zugeordnete Antrieb 26 ist wie erwähnt geeignet, den Träger 7 kontinuierlich rotieren zu lassen. Außerdem ist ein weiterer in den Fig. 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 Rotationsachse 6 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v ermöglicht.
  • Es besteht also die Möglichkeit, dreidimensionale Bereiche des Patienten 8 in Form einer Spiralaufnahme abzutasten, indem der Träger 7 mit der Meßeinheit 1, 2 kontinuierlich rotiert und gleichzeitig eine Relativverschiebung von Lagerungstisch 20 und Träger 7 in Richtung der Rotationsachse 6 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v erfolgt.
  • Zur Durchführung von Untersuchungen des Herzens oder herznaher, im Rhythmus der Herzaktion bewegter Bereiche des Körpers des Patienten 8 weist das CT-Gerät gemäß 1 außerdem einen an sich bekannten Elektrokardiographen 27 auf, der über Elektroden, von denen eine in 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 entsprechende vorzugsweise digitale Daten sind der elektronischen Recheneinrichtung 31 zugeführt.
  • Die Elektroden des Elektrokardiographen 27 sind nach Möglichkeit 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 sollen, die sich ruhigstellen lassen, stellen sich für die Aufnahme der Projektionen keine nennenswerten Probleme. Kritisch hingegen ist die Aufnahme von Projektionen eines sich periodisch bewegenden Objektes. Ein Beispiel eines derartigen Objektes ist das menschliche Herz 9, welches in 1 schematisch 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. Erschlaffungsphase 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 Umdrehungen/Minute) liegt.
  • Wenn die Drehzahl n hoch genug gewählt wird, rotiert der Träger 7 während der jeweils aufzunehmenden Phase eines Herzzyklus, z.B. während einer Ruhephase, um einen Winkel, der größer ist als das erforderliche Rekonstruktionsintervall. Somit ist es möglich, während der jeweils aufzunehmenden Phase eines 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 Projektionen während eines einzigen Herzzyklus aufzunehmen, kann dies während der jeweils aufzunehmenden Phase mehrerer aufeinanderfolgender Herzzyklen erfolgen. Das Rekonstruktionsintervall 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 Ruhephasen 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 Röntgenröhre, so zu aktivieren und zu deaktivieren, daß sie nur während 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 3 ersichtlich, in der Pegel L des mit EKG bezeichneten EKG-Signal eines Patienten und die Intensität I der von der Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehenden Röntgenstrahlung übereinander jeweils über der Zeit t aufgetragen sind. Das EKG-Signal veranschaulicht die periodische Bewegung des Herzens des Patienten, wobei der Beginn eines Herzzyklus jeweils durch eine R-Zacke R und die Dauer des jeweiligen Herzzyklus durch das RR-Intervall TRR, d.h: den Abstand der den jeweiligen Herzzyklus einleitenden R-Zacke von der den folgenden 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 deaktiviert, 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 Auftreten 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 Verzögerungszeit DP und die Zeitdauer Ta als vorwählbare Prozentsätze oder Bruchteile dieses Mittelwertes bestimmt. Alternativ können die Verzögerungszeit DP und die Zeitdauer Ta auch als Zeitdauern, beispielsweise in Millisekunden, vorgewählt werden.
  • Die Vorschubgeschwindigkeit v stellt die elektronische Recheneinrichtung 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 auftretende 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 Systemachse 6, eine Detektorbreite D (siehe 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 stoßen im Grenzfall lückenlos aneinander an. Somit ist das gesamte in Richtung der Systemachse abgetastete Volumen des Patienten 8 lückenlos mit Schnittbildern abdeckbar.
  • Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die zu einem Rekonstruktionsintervall gehörigen Projektionen retrospektiv zu aus den aufgenommenen Projektionen zu extrahieren, wenn die Projektionen und das EKG-Signal gespeichert werden. Dies ist in 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 Verfahrens festzustellen, daß
    • – es sich um eine Aufnahmetechnik für Volumen-Herz- und Lungenuntersuchungen mit Mehrzeilen-CT-Geräten handelt, bei der sich die Patientenliege kontinuierlich wie bei Spiralaufnahmen bewegt, aber im Unterschied zu Spiralaufnahmen nicht kontinuierlich gestrahlt wird und nicht kontinuierlich 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 aufeinanderfolgenden, 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 Untersuchungsvolumen lückenlos abgedeckt ist,
    • – es eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Liege an die Herzfrequenz auch für retrospektiv EKG-gegatete Spiralaufnahmen 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 stetoskopische 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 während der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse verlagert. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit CT-Geräten der vierten Generation, bei denen nur die Röntgenstrahlenquelle um die Systemachse verlagert wird und mit einem feststehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung finden, sofern der Detektorring mehrere Detektorzeilen aufweist
  • Auch kann die Erfindung außer in der Computertomographie bei anderen mit einer durchdringenden Strahlung arbeitenden bildgebenden Verfahren zum Einsatz kommen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mittels eines ein CT-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Systemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersuchungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei während der Rotation der Röntgenstrahlenquelle das Untersuchungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Recheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsystems ein Schnittbild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs ermittelt, aufweisend den Verfahrensschritt, daß 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeitdauer, während welcher die Röntgenstrahlenquelle während einer Periode aktiviert 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 Untersuchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander mit einer solchen Vorschubgeschwindigkeit verlagert werden, daß die während eines Zeitintervalls, während dessen innerhalb einer Periode Meßdaten gewonnen werden, auftretende 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 Deaktivierung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um eine zweite Verzögerungszeit nach dem Beginn einer Periode des Signals stattfindet, wobei die erste Verzögerungszeit kürzer als die zweite Verzögerungszeit ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die mittlere Dauer der Periode des Signals ermittelt wird die Aktivierung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um einen ersten Bruchteil der Periode 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 einer Periode des Signals stattfindet, wobei der erste Bruchteil 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 herangezogenen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart ausgewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase gewonnen 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 Untersuchungsobjekts ist.
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