DE3325939C2

DE3325939C2 -

Info

Publication number: DE3325939C2
Application number: DE3325939A
Authority: DE
Inventors: Masakuni Nishinasuno Tochigi Jp Fujise
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1991-02-21
Also published as: DE3325939A1; JPS5917334A; JPH0237174B2; US4641328A

Description

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomographen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit Computer-Tomographen können Veränderungen in der Absorp tion bzw. der Durchlässigkeit von bspw. Röntgenstrahlen durch eine Querschnittsschicht eines zu untersuchenden Kör pers bestimmt werden. Anhand solcher Veränderungen können klinische Informationen gewonnen werden, ohne daß dafür chirurgische Eingriffe erforderlich sind. So können z.B. Tumore oder Gewebeschäden identifiziert und exakt lokali siert werden.

Ein gattungsgemäßer Computer-Tomograph ist durch die DE-OS 28 13 830 bekanntgeworden. Bei diesem Computer-Tomograph wird in Abhängigkeit vom Kardiogramm zu vorherbestimmten Kardiophasen die Strahlungsquelle aktiviert. Zu diesen vor bestimmten Kardiophasen werden Meßwerte aufgenommen, gespei chert und zur Rekonstruktion von Schnittbildern benutzt. Dabei lassen sich bereits mehrere Kardiophasen eines Herz zyklus zur Rekonstruktion von Schnittbildern festlegen. Nachteilig ist jedoch, daß die entsprechenden Kardiophasen stets vor der Aufnahme und Speicherung der Meßwerte fest gelegt werden müssen. Während eines Herzzyklus werden auch nur an den vorherbestimmten Kardiophasen Meßwerte aufgenom men. Werden Schnittbilder verlangt, deren dazugehörige Kardiophase zwischen den gewählten Kardiophasen liegt, müssen neue Aufnahmen angefertigt werden.

Die DE-OS 24 34 639 zeigt einen Computer-Tomographen sowie ein Verfahren zum Betreiben des Computer-Tomographen mit dem in Abhängigkeit des Kardiogramms ein Schnittbild erzeugt wird. Auch hier wird die Strahlungsquelle vom Kardiogramm, speziell von einer vorherbestimmten Kardiophase getriggert. Während mehrerer Herzzyklen werden für die ausgewählte Kar diophase Meßwerte zur Rekonstruktion von Schnittbildern gespeichert. Für jedes weitere benötigte Schnittbild müssen erneute Aufnahmen gemacht werden.

Die DE-AS 10 15 155 offenbart einen Röntgendiagnostik-Appa rat zur Erstellung von Röntgenaufnahmen des Herzens, bei dem die Aktivierung der Röntgenröhre in Abhängigkeit einer be stimmten Kardiophase des Kardiogramms erfolgt. Die Akti vierung der Röntgenröhre läßt sich durch Zeitglieder um ein stellbare Zeitintervalle verzögern. Schnittbilder können mit dieser Vorrichtung jedoch nicht erstellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computer- Tomographen zu schaffen, der Schnittbilder von Körperteilen eines Patienten mit den dazugehörigen Kardiophasen im Kar diogramm zu erstellen vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem Computer-Tomographen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß im Daten speicher neben den Meßwerten sowie den dazugehörigen Winkel positionen die dazugehörige Kardiophase und das Kardiogramm abspeicherbar sind, daß am Bildschirm zusammen mit dem Kar diogramm ein Cursor abbildbar ist, über den die jeweils gewählte Kardiophase hervorhebbar ist, daß im Computer der Datenverarbeitungseinheit für jede beliebige Kardiophase aufgrund der gespeicherten Signale entsprechende Schnittbil der rekonstruierbar und am Bildschirm abbildbar sind, daß ein Zeitmarkengenerator vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einer Eingabeeinheit zu einer jeweils bestimmeten Kar diophase des Kardiogramms Videosignale für den Cursor er stellt, und daß ein Bildgenerator vorgesehen ist, der zwi schen einen Video-Mischkreis und den Computer geschaltet ist und der aus den digitalen Schnittbild-Daten ein Videobild erzeugt.

Dadurch wird erreicht, daß herzzyklusunabhängige Meßwerte erstellt und gespeichert werden können. Die gleichzeitig gespeicherten und zu den Meßwerten gehörenden Kardiophasen sowie das Kardiogramm erlauben nach ca. zwei Umdrehungen der Meßfühleranordnung und der Speicherung aller inzwischen anfallenden Signale die Abbildung des Kardiogramms auf dem Bildschirm, das Markieren beliebiger Kardiophasen im Kardio gramm mittels des Cursors und die Rekonstruktion des für die markierte kardiophase zutreffenden Schnittbildes. Dabei werden, sollten für die gewünschte Kardiophase nicht genü gend Meßwerte vorliegen, die Meßwerte nahe benachbarter Kardiophasen herangezogen, um ein scharfes akzeptables Schnittbild zu rekonstruieren.

Der erfindungsgemäße Computer-Tomograph erlaubt also nach der Meßwertaufnahme während der üblichen Anzahl von Herzzyk len nicht nur die Rekonstruktion eines bestimmten oder wie nach der DE-OS 28 13 830 mehrerer bestimmter Schnittbilder, sondern sie erlaubt die Rekonstruktion beliebig vieler Schnittbilder zu allen Kardiophasen eines Herzzyklus.

Von Bedeutung ist, daß die Eingabeeinheit zur Auswahl jeder beliebigen Stelle des Kardiogramms vorgesehen ist und daß der Cursor von der Eingabeeinheit steuerbar und die ausge wählte Kardiophase markierbar ist. Mittels der Steuerung des Cursors über die Eingabeeinheit läßt sich jede Kardiophase eines Herzzyklus auswählen. Der Computer rekonstruiert die Schnittbilder für jede so ausgewählte Kardiophase.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Compu ter-Tomographen und

Fig. 2 ein Beispiel für die Bildschirmanzeige des erfin dungsgemäßen Computer-Tomographen.

Die Fig. 1 zeigt einen Computer-Tomographen 10, der aus einer rechnergesteuerten Abtasteinheit 12 und aus einer Datenverarbeitungseinheit 14 besteht. Zur Abtasteinheit 12 gehören eine Strahlungsquelle 16 und eine Meßfühleranordnung 18, welche auf einer drehbaren Halterung 20 montiert sind. Der Körper 22 eines Patienten ist auf einer Liege 23 derart in der drehbaren Halterung 20 positioniert, daß die jeweils ausgewählte Querschnittsscheibe seines Körpers 22 sich in der Öffnung 24 der Halterung 20 befindet. Die Halterung 20 ist derart angeordnet, daß sie sich um eine Achse 26 in Längsrichtung zum Körper 22 drehen kann. Die Halterung 20 weist eine Außenverzahnung auf, in die drei Zahnräder 28a, 28b und 28c eingreifen. Die Zahnräder 28 sind drehbar in einem Hauptrahmen 30 gelagert und tragen die drehbare Halte rung 20. Ein im Hauptrahmen 30 angeordneter Elektromotor 34 weist ein Zahnrad 32 auf, das ebenfalls in die Außenverzah nung der Halterung 20 eingreift und diese in Umdrehung ver setzt.

Als Meßfühler der Meßfühleranordnung 18 kann jede dafür geeignete Ausführung verwendet werden, bspw. Szintillations kristalle, deren Photoelektronenvervielfacher oder Photo dioden zugeordnet sind. Mit einem nicht dargestellten Kolli mator werden die aus der Strahlungsquelle 16 austretenden Röntgenstrahlen in die Form eines dünnen Strahlenfächers gebracht, dessen Grenzen mit den beiden gestrichelten und auseinanderstrebenden Linien 36 gekennzeichnet sind. Die Strahlungsquelle 16 ist von konventioneller Ausführung, der eine Belichtungssteuerung 50 zugeordnet ist, die das pulsie rende Arbeiten der Strahlungsquelle 16 in Übereinstimmung mit den Befehlssignalen aus dem Computer 40 regelt. Während der normalen Drehbewegung der Halterung 20 wird die Strah lungsquelle 16 in regelmäßigen Abständen pulsierend einge schaltet, wobei jeder Meßfühler der Meßfühleranordnung 18 ein Analogsignal erzeugt, das der Strahlungsabsorption der jeweiligen im Strahlengang befindlichen Körperelemente ent spricht. Diese Maßwerte für jeden Drehwinkel der Strahlungs quelle 16 und der Meßfühleranordnung 18 werden von der Datenerfassungseinheit 38 aufgenommen, die jeder Computer- Tomograph aufweist und die deshalb nicht näher beschrieben sind.

Die Meßwerte für eine komplette Abtastung des Körpers 22 werden in einem Analog/Digital-Wandler 42 digitalisiert und dem Computer 40 aufgeschaltet. Der Computer 40 wird von einem geeigneten Algorithmus geregelt, der gewährleistet, daß die Meßwerte in einer Weise verarbeitet werden, die für eine Wiedergabe von Schnitten des Körpers die vom Strahlen fächer abgetastet worden sind, geeignet ist. Die Meßwerte für die Rekonstruktion eines Schnittbildes von einem oder mehreren Körperschnitten, die zeitweilig im Speicher des Computers 40 gespeichert sind, können in einen Plattenspei cher 52 übertragen werden.

Auf die Welle des Zahnrades 32 ist eine kreisförmige Skalen scheibe 44 aufgesetzt, die den jeweiligen Drehzustand der Halterung 20 anzeigt. Die Skalenscheibe 44 ist wie ein transparenter Ring ausgeführt und weist radial verlaufende Gravierungslinien auf, die den Lichtdurchgang einer im Hauptrahmen 30 angebrachten Lichtschranke 46 unterbrechen können. Wenn sich das Zahnrad 32 dreht, unterbrechen die aufeinanderfolgenden Skalenlinien den Lichtdurchgang, was zur Folge hat, daß die Lichtschranke 46 Impulse abgibt, die der jeweiligen Position der drehbaren Halterung 20 entspre chen, wodurch auch die jeweilige Position der Strahlungs quelle 16 und der Meßfühleranordnung 18 zum Körper 22 fest liegt.

Das Ausgangssignal der Lichtschranke 46 wird der Abtastrege lung 48 zur Einstellung der gewünschten Intervalle aufge schaltet. Die Ausgangssignale der Abtastregelung 48 werden auf den Computer 40 geführt, der aufgrund dieser Signale mit der Auswertung der an jeder der über den Körper 22 verteil ten Stellen erfaßten Absorptionskoeffizienten beginnt. Das Ausgangssignal der Abtastregelung 48 wird auch dem Motor 34 zugeführt, von dem aus die drehbare Halterung 20 in konti nuierlicher Weise über mehr als 180° um den Körper 22 des Patienten gedreht wird.

Die Elektroden eines Elektrokardiogramm-Meßwertaufnehmers 53 werden an die Arme und in der Nähe des Herzens des Patienten angeschlossen. Weitere und zusätzliche Elektroden des Meß wertaufnehmers können an die Beine oder an andere Stellen des Körpers 22 angelegt werden. Vom Meßwertaufnehmer 53 wird ein Signal erzeugt, dessen Wellenform den elektrischen Sig nalen des Herzens entspricht. Diese Signale werden dem Ana log/Digitalwandler 56 zugeführt, digitalisiert und über den Computer 40 in den Plattenspeicher 52 übertragen. Vom Compu ter 40 werden aufgrund von Signalen einer Eingabeeinheit 54 Regelsignale für den Computer-Tomographen erzeugt. Die von den Meßfühlern 18 erfaßten Meßwerte, die Winkelpositionen, bei welchen die Meßwerte aufgenommen sind sowie die Kardio phasen-Signale, die jeweils einen Teil eines kompletten Herzzyklus darstellen, werden vom Computer 40 in den Plat tenspeicher 52 übertragen. Auf Eingabebefehl der Eingabeein heit 54 werden die gespeicherten Daten aus dem Plattenspei cher 52 herausgelesen, im Computer 40 bearbeitet und am Datensichtgerät 58 ausgegeben.

Zur Datenverarbeitungseinheit 14 gehört ein Zeitmarkengene rator 60 zum Hinzufügen eines der gewählten Kardiophase entsprechenden Vorlaufhellsteuerungs-Signales zu einem Video-Mischsignal, das auf aus dem Plattenspeicher 52 abge rufenen und in einem nicht dargestellten Anzeigedatenspei cher einer Datenschnittstelle 62 gespeicherten Signalen beruht. Die summierten digitalen Mischsignale werden dann in einem Digital/Analog-Wandler 64 in analoge Video-Mischsigna le umgewandelt. Die Ausgangssignale dieses D/A-Wandlers 64 werden auf das Sichtgerät 58 übertragen. Damit kann bspw. der Teil des Kardiogramms, welcher der gewählten Kardiophase entspricht, durch Erzeugung einer Leuchtmarke, die über dem Kardiogramm auf dem Sichtgerät liegt, hell gesteuert werden. Die im Computer 40 vorhandenen Signale, welche Zeichencode daten entsprechen, werden auf einen Zeichen-Generator 66 geführt, dessen Ausgangssignale in der Datenschnittstelle 62 derart addiert werden, daß sie ein Teil des Mischsignals für das Sichtgerät 58 werden. Im Plattenspeicher 52 werden die Meßwerte für jeden Schritt der Drehbewegung der Strahlungs quelle 16 und der Meßfühleranordnung 18 zusammen mit den dazugehörigen Winkelpositionen sowie den Kardiophasen zu den jeweiligen Winkelpositionen abgespeichert.

Vom Bedienungspersonal wird der gewünschte Vorgang über die Eingabeeinheit 54 in den Computer 40 eingegeben. Von der Eingabeeinheit 54 werden dem Computer 40 mehrere verschie denartige Signale aufgeschaltet, darunter ein erstes Signal, welches den Computer 40 informiert, daß die Belichtungssteu erung 50, die Abtastregelung 48, die Datenerfassungseinheit 38 und der Meßwertaufnehmer 53 aktiviert worden sind. Ist der Körper 22 richtig im Computer-Tomographen plaziert, so wird der Elektromotor 34 in Betrieb genommen, der dann die Drehbewegung der Halterung 20 über die Abtastregelung 48 bewirkt. Der Strahlungsquelle 16 wird Hochspannung aufge schaltet. Die Halterung 20 bewegt sich rechtsdrehend, wobei für jeden vorgegebenen Drehwinkel, bspw. ein Schritt von jeweils 0,6°, die Meßfühleranordnung 18 Meßwerte abgibt, die dem abgeschwächten Strahlenfächer entsprechen. Die Strahlen quelle 16 wird in pulsierender Weise sehr kurz ein- und ausgeschaltet, bspw. während einer vollständigen Umdrehung über einen Drehwinkel von 360° sechshundert mal. Normaler weise werden für eine vollständige Umdrehung 5 Sekunden oder weniger benötigt. Am Ende einer vollständigen Umdrehung hält die Halterung 20 zum Abkühlen der Strahlenquelle 16 an. Anschließend wird eine neue Abtastung gestartet. In einer Minute können drei oder mehr Abtastvorgänge durchgeführt werden. Die Anzahl der Abtastvorgänge ist jedoch abhängig von der Energie, die für den Strahlenfächer benötigt wird, sowie von der zuvor angeführten Abkühlungsperiode.

Von jedem Meßfühler der Meßfühleranordnung 18 wird je Impuls der Strahlungsquelle 16 eine Messung vorgenommen. Dabei entstehen bei einer Umdrehung von 360° 300 000 Gesamtmessun gen, vorausgesetzt, daß die Meßfühleranordnung 500 Meßfühler aufweist und die Strahlungsquelle 16 in 600 separaten Posi tionen aktiviert wird.

Der Plattenspeicher 52 wird über die Eingabeeinheit 54 und den Computer 40 in Betrieb genommen. Die Eingabeeinheit 54 gibt über den Computer 40 Befehle an den Plattenspeicher 52 zur Übertragung von Kardiogramm-Daten. Diese Kardiogrammda ten, die im Plattenspeicher 52 mindestens einem vollständi gen Herzzyklus entsprechen, werden daraufhin abgerufen und in den Speicher der Datenschnittstelle 62 übertragen. Diese aus dem Plattenspeicher herausgelesenen Kardiogrammdaten werden vom Digital/Analog-Wandler 64 in ein analoges Video signal umgewandelt und dem Datensichtgerät 58 zugeführt, in welchem dann das Kardiogramm 74 sichtbar gemacht wird. Gleichzeitig werden die Gesamtmessungen jedes Abtastungsvor ganges abgerufen und in den Computer 40 überführt, in dem die Meßwerte zusammengefaßt und entsprechend gespeichert werden und später derart sichtbar gemacht werden, daß über die Schnittstelle 62 und den Digital/Analog-Wandler 64 eine konventionelle Querschnittsabbildung des zu untersuchenden Körpers 22 auf dem Bildschirm 70 gebracht wird. Erzeugt das Bedienungspersonal über die Eingabeeinheit 54 ein Anforder ungssignal für eine bestimmte Kardiophase, so wird dieses Anforderungssignal über den Computer 40 an den Plattenspei cher 52 weitergeleitet. Die im Plattenspeicher 52 für diese ausgewählte Kardiophase gespeicherten Meßwerte werden aus dem Plattenspeicher 52 ausgelesen und im Speicher des Com puters 40 zusammengefaßt, so daß dadurch eine Querschnitts abbildung des Körpers, die genau der ausgewählten Kardiopha se entspricht, entsteht. Das der gewählten Kardiophase entsprechende Signal, das von der Eingabeeinheit 54 erzeugt wird, wird zusätzlich auf den Zeitmarkengenerator 60 über tragen. Der Zeitmarkengenerator 60 erzeugt ein digitales Signal, mit dem der Leuchtzeiger über die Datenschnittstelle 62 auf dem Bildschirm in eine vorgegebene Position gebracht wird. Der gewünschte Punkt in dem gewünschten Herzzyklus wird damit über die Eingabekonsole 54 gewählt. Das Signal des Zeitmarkengenerators 60 entspricht der Position der gewählten Kardiophase im Hinblick auf die R-Welle, die ihrerseits wiederum der elektrischen Aktivität des Herzmus kels bei Kontraktion der Ventrikel entspricht. Dieses Signal wird in den Zeichengenerator 66 übertragen, der seinerseits das entsprechende Ausgangssignal erzeugt, das in eine binär codierte Dezimale umgesetzt wird, die für die Anzeige ver fügbar ist.

Mit Fig. 2 ist eine typische Bildwiedergabe auf dem Bild schirm 70 des Sichtgeräts 58 dargestellt. Auf dem Bildschirm 70 ist die gewünschte Querschnittsabbildung 72 während der gewählten Kardiophase sowie das Kardiogramm 74 sichtbar. Direkt unter dem Kardiogramm 74 ist der Leuchtzeiger 76 wiedergegeben. Dieser Leuchtzeiger besteht aus mehreren vertikal ausgerichteten Videozeichen. Rechts dargestellt ist eine Digitalzeichendarstellung 78, mit welcher die Phase des Herzzyklus entsprechend der Position des Leuchtzeigers 76 im Hinblick auf die R-Welle kenntlich gemacht wird.

Für die Erstellung von voll akzeptierbaren Abbildungen im Hinblick auf Unschärfe, Dichte und Auflösung, sind die der benachbarten Kardiophase entsprechenden Meßwerte auch für die Rekonstruktion des gewünschten Schnittbildes des Körpers 22 zusammen mit den der gewählten Kardiophase entsprechenden Meßwerten im Ansprechen auf einen Befehl des Computers 40 verwendbar.

Der vorbeschriebene Computer-Tomograph läßt sich nicht nur mit einem EKG-Meßwertaufnehmer betreiben. Es ist auch denk bar, anstelle des EKG-Meßwertaufnehmers einen Phonokardio gramm-Meßwertaufnehmer einzusetzen, so daß eine Quer schnittsabbildung des Körpers 22 entsprechend einem besonde ren Punkt in der vorgegebenen Pulsationszeit erstellt werden kann.

Bezugszeichenübersicht

10 Computer-Tomograph
12 Abtasteinheit
14 Datenverarbeitungseinheit
16 Strahlungsquelle
18 Meßfühleranordnung
20 Drehbare Halterung
22 Körper
23 Liege
26 Achse
28 Zahnräder
30 Hauptrahmen
32 Zahnrad
34 Elektromotor
36 Linien
38 Datenerfassungseinheit
40 Computer
42 A/D-Wandler
44 Skalenscheibe
46 Lichtschranke
48 Abtastregelung
50 Belichtungssteuerung
52 Plattenspeicher
53 Meßwertaufnehmer
54 Eingabeeinheit
56 A/D-Wandler
58 Datensichtgerät
60 Zeitmarkengenerator
62 Datenschnittstelle
64 D/A-Wandler
66 Zeichengenerator
70 Bildschirm
72 Schnittbild
74 Kardiogramm
76 Leuchtzeiger
78 Digitalzeichendarstellung

Claims

1. Computertomograph zur Erstellung von Schnittbildern sich motorisch bewegender Körperteile eines zu untersuchenden Körpers mit einer einen Strahlenfächer erzeugenden Strah lungsquelle,
mit einer fest auf die Strahlungsquelle ausgerichteten, eine Anzahl von Meßfühlern aufweisenden Meßanordnung, mit einem Drehantrieb für die Strahlungsquelle sowie die Meßfühleranordnung,
mit einem Datenspeicher zum Speichern der von der Meßfüh leranordnung aufgenommenen Meßwerte sowie der dazugehö rigen Winkelpositionen der Meßfühleranordnung zum Körper,
mit einer Datenverarbeitungseinheit zum Rekonstruieren der Schnittbilder,
mit einer Videoeinheit, auf deren Bildschirm die Schnitt bilder abbildbar sind,
sowie mit Meßwertaufnehmern mittels derer das Kardiogramm des Körpers aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß im Datenspeicher (52) neben den Meßwerten sowie den dazugehörigen Winkelpositionen die dazugehörige Kardio phase und das Kardiogramm (74) abspeicherbar sind, daß am Bildschirm (70) zusammen mit dem Kardiogramm (74) ein Cursor (76) abbildbar ist, über den die jeweils ge wählte Kardiophase hervorhebbar ist,
daß im Computer (40) der Datenverarbeitungseinheit (14) für jede beliebige Kardiophase aufgrund der gespeicherten Signale entsprechende Schnittbilder (72) rekonstruierbar und am Bildschirm (70) abbildbar sind,
daß ein Zeitmarkengenerator (60) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einer Eingabeeinheit (54) zu einer jeweils bestimmten Kardiophase des Kardiogramms (74) Videosignale für den Cursor (76) erstellt, und daß ein Bildgenerator (66) vorgesehen ist, der zwischen einen Video-Mischkreis (62) und den Computer (40) geschaltet ist und der aus den digitalen Schnittbild-Daten ein Videobild erzeugt.

2. Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit (54) zur Auswahl jeder beliebigen Stelle des Kardiogramms (74) vorgesehen ist, und daß der Cursor (76) von der Eingabeeinheit (54) steuerbar und die ausgewählte Kardiophase markierbar ist.