DE60218177T2

DE60218177T2 - Computertomografie mit aufnahmerichtung, die nicht mit der körperlängenachse zusammenfällt

Info

Publication number: DE60218177T2
Application number: DE60218177T
Authority: DE
Inventors: P. Himanshu Gates Mills SHUKLA; R. James Ivyland RAUCHUT
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV; Philips Medical Systems Cleveland Inc; Philips Medical Systems Inc
Current assignee: Koninklijke Philips NV; Philips North America LLC; Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: WO2002094100A1; EP1416854A1; EP1416854B1; DE60218177D1; US6618613B1; JP2004528918A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik der diagnostischen Bildgebung. Sie findet insbesondere Anwendung bei der diagnostischen Computertomographie (CT) mit nicht mit der Körperlängsachse zusammenfallender Aufnahmerichtung in der Pädiatrie und wird unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass sie auch für nicht-pädiatrische Anwendungen und Bildgebungsszenarien eingesetzt werden kann und nicht auf die oben genannten Anwendungen beschränkt ist.
In einem Schichtmodus liefern CT-Scanner Bilddaten, indem eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Schichten eines Objekts aufgenommen und zu einer Volumendarstellung rekonstruiert wird. Normalerweise erfolgt dies, indem axiale oder nahezu axiale Schichten aufgenommen werden, d.h. Schichten, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (vom Kopf zum Fuß) eines Objekts verlaufen.
In einem Spiralmodus werden Volumenbilder aufgenommen, indem das Röntgenstrahlenbündel entlang einer spiralförmigen Trajektorie um die Längsachse bewegt wird. Im Allgemeinen dreht sich die Quelle kontinuierlich, während sich die Patientenauflage in Längsrichtung vor und zurück bewegt.
Eine Einschränkung der derzeitigen Vorrichtungen besteht darin, dass Patienten mit dem Kopf oder den Füßen zuerst eingeführt werden. Oft sind nur wenige Schichten entlang einer Hauptachse eines interessierenden Organs oder Gewebes erforderlich. Bei Organen und anatomischen Strukturen mit großem Profil in Längsrichtung, wie zum Beispiel der Wirbelsäule oder der Lunge, sind zahlreiche axiale Schichten erforderlich, um eine einzige longitudinale Schicht zu erzeugen.
Die Erzeugung von zahlreichen axialen Schichten ist zeitaufwändig und die eindringende Strahlung kann für lebende Zellen schädlich sein. Nicht nur das Gewebe in der interessierenden longitudinalen Schicht wird bestrahlt, sondern das gesamte Gewebe in den axialen Ebenen um die interessierende longitudinale Schicht wird aus vielen Richtungen bestrahlt. Insbesondere sind Zellen, die sich schnell teilen, empfindlicher für die Strahlung als sich langsamer teilende Zellen. Im Allgemeinen sind Kinder schon einfach dadurch anfälliger für Strahlenschäden als Erwachsene, weil sie sich im Wachstum befinden und ihre Zellen sich schneller teilen. Wenn eindringende Strahlung eingesetzt wird, um ein Bild von einem Kind zu erzeugen, ist es wünschenswert, die Dosis so gering wie möglich zu halten und die Bestrahlung so weit wie möglich auf die speziellen darzustellenden Schichten zu begrenzen. Darüber hinaus neigen Kinder dazu, sich unruhiger zu verhalten als Erwachsene. Dadurch stellt sich das Problem von Bewegungsartefakte, vor allem bei länger dauernden Abtastungen. Es ist ein effizienteres Verfahren zur Bildgebung von Teilen des Körpers mit großem axialen Profil wünschenswert, das die Exposition verringert und die Abtastdauer verkürzt.
Ein weiteres Problem bei der pädiatrischen Bildgebung besteht darin, dass oft ein Pfleger in der Nähe bleibt, um zu helfen, das Kind ruhig zu halten und es auch zu beruhigen. Obwohl der Pfleger nicht in die Bildgebungsregion eintritt, wird er immer noch in erheblichem Maße Streustrahlung ausgesetzt. Im Laufe von vielen Abtastvorgängen für viele verschiedene Kindern wird die vom Pfleger aufgenommene Strahlendosis problematisch.
Die vorliegende Erfindung schafft ein neues und verbessertes Verfahren und Gerät, das die oben genannten Probleme und andere behebt.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Patientenhalterung ein Mittel zum Halten eines Patienten in Sitzposition auf einer Patientenliege in der Röhre eines CT-Scanners.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur diagnostischen Bildgebung gegeben. Ein Objekt wird in Sitzposition in einer Bildgebungsregion eines CT-Scanners positioniert. Eine Quelle emittiert Strahlung in die Region, die nach dem Durchqueren der Region detektiert wird. Die detektierte Strahlung wird in entsprechende elektronische Daten umgewandelt und zu einer Bilddarstellung rekonstruiert.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht in der kürzeren Abtastdauer.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Patient eine geringere Strahlendosis erhält.
Ein weiterer Vorteil besteht in der verbesserten Bildqualität.
Noch ein weiterer Vorteil besteht in der Fähigkeit zum Erzielen nicht-axialer Bildschichten.
Noch weitere Vorteile und Nutzen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachkundigen beim Lesen und Verstehen der bevorzugten Ausführungsbeispiele offensichtlich sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung kann in verschiedenen Komponenten und Anordnungen von Komponenten und in verschiedenen Schritten und Anordnungen von Schritten Gestalt annehmen. Die Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsbeispiele und sind nicht als die Erfindung einschränkend zu deuten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines CT-Scanners mit einer Patientenhalterung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Patientenhalterung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezug nehmend auf 1 ist eine mobile Patientenliege 10 angrenzend an eine Apertur 12 eines Computertomographie-Scanners angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Apertur 12 ca. 85 cm und ist größer als die der typischen derzeitigen CT-Scanner. Optional sind kleinere Aperturen von zum Beispiel 75 cm zweckmäßig. Vorzugsweise ist der CT-Scanner ein System der dritten oder vierten Generation. Eine Röntgenquelle, die am Umfang der Apertur 12 angeordnet ist, emittiert ein fächer- oder kegelförmiges Röntgenstrahlenbündel in eine Bildgebungsregion. Bei einem System der dritten Generation ist ein Detektorarray gegenüber der Röntgenquelle angeordnet und dreht sich mit dieser, um die Strahlung zu detektieren. Das Array bewegt sich synchron mit der Quelle, so dass sich die Mitte des Arrays 180° um den Umfang von der Quelle entfernt befindet. Bei einem System der vierten Generation sind stationäre Detektoren um den Umfang herum angeordnet und die Quelle dreht sich um den Umfang.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Patientenhalte- und Positioniereinheit 14 auf der Patientenliege getragen. Die Halterung 14 passt in die Apertur 12 einer CT-Scanner-Gantry 16. Eine große Apertur 12 bietet mehrere Vorteile. Ein Vorteil besteht darin, dass sich der Patient weniger eingeengt fühlt und sich besser entspannen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie dem Patienten erlaubt, während der Abtastung aufrecht zu sitzen oder eine andere nicht liegende Position einzunehmen statt flach zu liegen.
Die Patientenhalte- und Positioniereinheit 14 bietet einem Kind oder einem kleinen Erwachsenen in Sitzposition oder einer anderen ausgewählten, nicht-axialen Bild gebungsposition auf der Patientenliege 10 Stabilität und einen sicheren stationären Halt. Größere Patienten können in teilweise zurückgelehnter Position gehalten werden. Befindet sich der Patient in dieser Position, werden koronale und sagittale Schichten des Patienten erfasst.
Bei besonderen Anwendungen werden Organe und andere Körperstrukturen abgebildet, die länglich in Längsrichtung verlaufen, aber ein relativ kleines Querprofil haben. Einige Beispiele hierfür sind die Lunge, die Wirbelsäule und die Nieren. Während man viele Schichten benötigen würde, um die gesamte Wirbelsäule mit axialen Schichten darzustellen, benötigt man bei koronaler Ausrichtung nur wenige Schichten. Indem man den Patienten in Sitzstellung mit vertikaler Wirbelsäule positioniert, kann die koronale Ebene durch die Wirbelsäule auf die Rotationsebene des Röntgenstrahlenbündels ausgerichtet werden. Die koronale Bildgebung erfasst die Wirbelsäule mit nur wenigen Schichten. Daher wird der Körper weniger nutzloser Strahlung ausgesetzt. Außerdem befinden sich die Augen und andere strahlungsempfindliche Organe während der Datenerfassung außerhalb des Röntgenstrahlenbündels.
Bezug nehmend auf 2 und weiterhin Bezug nehmend auf 1 ist das rückseitige Halteelement 14 der bevorzugten Ausführungsform von zwei seitlichen Halteplatten 18 flankiert. Die Halteplatten haben übereinstimmende Winkeleinstellnuten 20, damit der Pfleger oder Bediener das rückseitige Halteelement 14 in einem bestimmten Winkel zur vertikalen Achse einstellen kann. Auf diese Weise können unterschiedliche Eingangsausrichtungen erreicht werden, indem der Winkel des Halteelements verändert wird. Zu diesem Zweck löst der Bediener die Sicherungsknöpfe 22 auf beiden Seiten des Halteelements 14. Der Bediener greift das Halteelement 14 mit einem Griff 24 oder den Knöpfen 22 und hebt es aus den Winkeleinstellnuten 20 heraus. Schwenkstifte 26 in länglichen Schlitzen machen es möglich, das Halteelement 14 ausreichend anzuheben, um die Knöpfe 22 aus den Nuten 20 heraus zu heben. Die rückseitige Halterung wird in dem Bereich der Einstellnuten 20 geneigt. Der Bediener hebt die rückseitige Halterung 14 an, wählt eine der Nuten 20, die einer gewählten Neigung entspricht, und senkt das Halteelement 14 ab, bis die Knöpfe von der gewählten Nut aufgenommen werden. Die Knöpfe werden festgedreht, um zu verhindern, dass sich das Halteelement während des Bildgebungsvorgangs verschiebt. Darüber hinaus wird der Winkel der bestrahlten Schicht variiert, indem die Gantry 16 geneigt wird, wie in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.
Die seitlichen Halteplatten 18 dienen auch als starre Rückhalteplatten zur Verhinderung einer seitlichen Bewegung während der Bildgebung. Da Kinder leicht unruhig werden, wenn sie sich unwohl fühlen oder nervös sind, erinnern die Halteplatten 18 das Kind daran und sorgen dafür, dass es sich nicht bewegt. Zusätzliche Haltevorrichtungen wie Gurte 30 aus Velcro^TM Klettband, ein Geschirr oder dergleichen können am Halteelement vorgesehen sein. Das Halteelement 14 ist mit mehreren Gurtlöchern 32 versehen, um die Haltegurte 30 daran zu befestigen. Hiermit können Patienten unterschiedlicher Größe aufgenommen werden. Der Bediener wählt unter der Vielzahl von Gurtlöchern 32, um diejenigen auszuwählen, die am besten zu der Größe des Patienten oder der gewünschten Position in dem Gerät passen. Zusätzliche Halterungen und Rückhaltevorrichtungen wie Schaumstoffkeile oder Kissen kommen ebenfalls in Betracht.
Zusätzlich zu einer Verbesserung der Bildqualität durch die Reduzierung der Bewegungsartefakte machen es die Halterungen möglich, dass der Pfleger weniger eingreifen muss. Obwohl sich weiterhin ein Pfleger in dem Raum aufhält, wird er nicht mehr so dicht an dem CT-Scanner bleiben, um auf das Kind zu achten, wenn sich die Maschine in Betrieb befindet. Der Pfleger kann außerdem auch mehr die Beweglichkeit einschränkende Strahlenschutzkleidung tragen.
Die Basisplatte 28 stellt einen Sitz dar, auf dem der Patient während der Bildgebung sitzt. Die Basisplatte 28 kann vorübergehend an der Patientenliege angebracht werden. Die Basisplatte 28 hat eine konvexe Form, die der konkaven Form der Patientenliege 10 entspricht. Die Basisplatte 28 ist mit strahlendurchlässigen Klemmen 34, Gurten oder anderen an der Liege zu befestigenden Konfigurationen an der Patientenliege befestigt.
Wenn die Basisplatte 28 für die koronale Bildgebung positioniert und an der Liege 10 angebracht ist, wird die Zusammenstellung so ausgerichtet, dass der Patient seine Beine auf der Patientenliege ausstrecken kann. Während einer Schichtbildgebungssequenz sind die rückseitige Halterung und Gantry gewinkelt und die Liege bewegt sich in Längsrichtung, um eine interessierende Schicht auf die Ebene des Strahlenbündels auszurichten. Bei spiralförmiger Volumenbildgebung wird die Liege 10 in die Apertur 12 hinein und wieder zurück bewegt, während sich die Röntgenquelle dreht.
Alternativ kann die Basisplatte 28 so geformt werden, dass sie 90° von der oben beschriebenen Ausrichtung weggedreht passt. Diese Ausrichtung erleichtert die sagittale Bildgebung des Objekts.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen das rückseitige Halteele ment 14, die seitlichen Halteplatten 18, die Basisplatte 22 und die Haltegurte 30 aus kohlenstofffaserverstärkten Polymeren, Holz von geringer Dichte oder anderem strahlendurchlässigen Material, das nicht negativ zu dem Bildgebungsvorgang beiträgt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird für bestimmte Bildgebungsprozeduren eine entfernbare Teleskop-Kopfstützte 40 verwendet. Die Kopfstütze ist auf verschiedene Höhen einstellbar. Ein Höheneinstellstift 42 dient zum Auswählen der Höhe der Kopfstütze 40 in Abhängigkeit von der Größe des Patienten, der gewünschten Position, usw. Unterschiedliche Höhen werden gewählt, indem man den Einstellstift 42 herauszieht, den oberen Teil auf dem unteren Teil nach oben oder unten schiebt und den Stift in ein anderes Loch einsetzt. Die Kopfstütze 40 kann auch vollständig entfernt werden, wenn sie nicht benötigt wird. Der obere Teil ist so geformt, dass er die Stirn des Patienten aufnimmt, wenn der Kopf des Patienten aus der Abtastregion herausgehalten werden soll. Die Augen sind zum Beispiel besonders empfindlich für Röntgenstrahlen. Manchmal werden Prozeduren durchgeführt, bei denen während der Abtastung unbequeme oder verdrehte Positionen eingenommen werden müssen. Die Kopfstütze 40 hilft, solche Positionen erträglicher zu machen, indem sie eine weiche Auflage für den Kopf des Patienten bietet.
Weiterhin Bezug nehmend auf 1 gibt der Bediener vor dem Einführen des Patienten in das System dem System ausgewählte Parameter 50 vor. Es werden Parameter wie Schichtdicke, Anzahl der Schichten, Neigungswinkel der Gantry, Abtastmodus und dergleichen gewählt. Nachdem der Patient in der gewählten Position auf der Patientenliege 10 angeordnet ist, initiiert der Bediener die ausgewählte Prozedur. Die Quelle dreht sich um die Gantry 16 und emittiert Röntgenstrahlen, die von den gegenüber der Quelle angeordneten Detektoren detektiert werden. Die Ansichten der Röntgendetektoren werden in einem Vorrekonstruktionsdatenspeicher oder Zwischenspeicher 52 gespeichert. Die Ansichtdaten werden in einem Rekonstruktionsprozessor 54 rekonstruiert. Bei einer beispielhaften Rekonstruktion werden die Ansichten gefaltet 54a und rückprojiziert 54b, um ein Schichtbild zu bilden. Für ein Volumenbild wird dann eine Vielzahl von Schichten rekonstruiert und in einem Volumenbildspeicher 56 gestapelt. Spiral- und andere Rekonstruktionsverfahren kommen ebenfalls in Betracht. Der Bediener wählt dann die gewünschten Bereiche des Volumens zur Anzeige. Ein Bildprozessor 58 formatiert die Schichtbilder, 3D-Renderings und dergleichen zur Anzeige auf einer von Menschen lesbaren Anzeigevorrichtung 60 wie einem Videomonitor, einer Flüssigkristallanzeige, einem Aktivmatrixmonitor oder dergleichen.
Bei einer alternativen Ausführungsform steht ein Cinemodus zur Verfügung. Dieser Modus ist auf dynamische zeitliche Abtastverfahren anwendbar. Die Röntgenquelle dreht sich um eine Schicht oder eine kleine Anzahl von Schichten. Die Bilder werden kontinuierlich rekonstruiert und angezeigt, wenn neue verfügbar werden. Auf diese Weise werden Echtzeit- oder Semi-Echtzeitbilder des Objekts erfasst. Einige mögliche Anwendungen sind Bolusverfolgung, Untersuchungen des Verdauungs-/Atmungstrakts, die Bewegung von Gelenken, usw.

1

Data memory: Datenspeicher
Convolve: Falten
Backproject: Rückprojizieren
User input parameters: Benutzerseitige Eingabe von Parametern
Image processor: Bildprozessor
Volumetric image memory: Volumenbildspeicher

Claims

Patientenhalterung für CT-Scanner, wobei die Patientenhalterung Folgendes umfasst: ein Mittel zum Halten eines Patienten in Sitzposition auf einer Patientenliege in der Röhre eines CT-Scanners.
Patientenhalterung nach Anspruch 1, wobei das Patientenhaltemittel Folgendes umfasst: einen Basisteil (28) zum Tragen des Gewichts eines Objekts; eine rückseitige Halterung (14) zum Stützen des Oberkörpers des Objekts in aufrechter Stellung; wobei der Basisteil (28) und die rückseitige Halterung (14) so dimensioniert sind, dass sie in der Röhre (12) eines CT-Scanners aufgenommen werden können.
Patientenhalterung nach Anspruch 2, wobei das Patientenhaltemittel weiterhin Folgendes umfasst: ein Winkeleinstellmittel (20, 22, 26) zum Einstellen eines Winkels der rückseitigen Halterung (14) relativ zu der Basis (28).
Patientenhalterung nach Anspruch 3, wobei das Winkeleinstellmittel Folgendes umfasst: eine Schwenkverbindung (26), die die rückseitige Halterung (14) schwenkbar mit dem Basisteil (28) verbindet, um einen Neigungswinkel der rückseitigen Halterung (14) relativ zu der Basis (28) schwenkbar einzustellen; und eine Arretierung (22) zum Arretieren der rückseitigen Halterung (14) in einem gewählten Neigungswinkel.
Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Kopfstütze (40) zum Stützen des Kopfs eines Objekts außerhalb der Bildgebungsregion.
Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, die weiterhin Folgendes umfasst: seitliche Platten (18), die auf gegenüberliegenden Seiten der rückseitigen Halterung (14) mit der Basis (28) verbunden sind, um für eine seitliche Stütze des Oberkörpers des Objekts zu sorgen.
Patientenhalterung nach Anspruch 6, wobei die rückseitige Halterung (14) mit einem Schwerpunkt des Basisteils (28) und der Seitenplatten verbunden ist und weiterhin Folgendes umfasst: einen Handgriff (24), der als Oberteil der rückseitigen Halterung (14) definiert ist.
Patientenhalterung nach Anspruch 2, wobei die Patientenhalterung weiterhin Folgendes umfasst: Seitenelemente (18), die mit der Basis (28) verbunden sind und entlang den gegenüberliegenden Seiten der rückseitigen Halterung (14) angeordnet sind; Schwenkmittel (26) zum schwenkbaren Verbinden der rückseitigen Halterung (14) mit den Seitenelementen (18); eine gebogene Führung (20) mit einer Reihe von Nuten, die radial zum Schwenkmittel (26) verlaufen, um eine Vielzahl von auswählbaren Neigungswinkel zu definieren; ein Arretiermittel (22) zum Arretieren der rückseitigen Halterung (14) in einem ausgewählten Neigungswinkel.
Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Patientenhalterungsmittel Folgendes umfasst: Haltevorrichtungen (30) zum Einschränken der Bewegung des Objekts während eines Bildgebungsvorgangs.
Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Aperturen (32) zum Aufnehmen von Haltegurten (30) für Patienten unterschiedlicher Größe; Haltegurte (30), die in den Aperturen aufgenommen werden.
Computertomographie-Gerät mit: einer Gantry (16), die eine Röhre (12) zum Aufnehmen eines Patienten definiert; mindestens einer Quelle von eindringender Strahlung, die in der Gantry (16) montiert ist und sich um die Apertur (12) dreht; einem in der Gantry montierten Detektorarray zum Detektieren der eindringenden Strahlung; einer Patientenliege (10); der Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 10; einem Rekonstruktionsverarbeitungsmittel (54) zum Rekonstruieren mehrerer Ansichten des Patienten zu einer Bilddarstellung.
Computertomographie-Gerät nach Anspruch 11, wobei ein Durchmesser der Gantryröhre (12) mindestens 75 cm beträgt.
Verfahren zur diagnostischen Bildgebung, das Folgendes umfasst: Positionieren eines Objekts in einer Sitzposition in einer Patientenhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Bildgebungsregion in der Röhre eines CT-Scanners; Drehen einer Strahlungsquelle um die Bildgebungsregion; Detektieren von Strahlung von der Quelle, die die Bildgebungsregion durchquert hat, und Erzeugen entsprechender elektronischer Daten; und Rekonstruieren der elektronischen Daten zu einer Bilddarstellung.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin Folgendes umfasst: Auswählen eines Winkels des Oberkörpers des Objekts relativ zu einer vertikalen Achse; Auswählen eines Winkels einer Ebene, in der sich die Strahlungsquelle relativ zu der vertikalen Achse dreht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, das weiterhin Folgendes umfasst: Positionieren des Oberkörpers des Objekts parallel zu der Rotationsebene der Strahlungsquelle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, das weiterhin Folgendes umfasst: Positionieren des Kopfs eines Objekts außerhalb der Rotationsebene der Strahlungsquelle.