Röntgenanordnung zur Bilddarstellung eines Untersuchungsobjektes und Verwendung der RöntgenanordnungX-ray arrangement for image presentation of an examination subject and use of the X-ray arrangement
Beschreibung:Description:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenanordnung zur Bilddarstellung eines mindestens ein röntgenkontrastgebendes chemisches Element enthaltenden Untersuchungsobjektes mittels Röntgenstrahlung, eine Verwendung der Röntgenanordnung sowie ein bildgebendes Röntgenkontrastverfahren an einem Untersuchungsobjekt, beispielsweise einem Säugetier, insbesondere einem Menschen.The present invention relates to an X-ray arrangement for image display of an examination object containing at least one X-ray contrasting chemical element by means of X-radiation, a use of the X-ray arrangement and an X-ray contrast imaging method on an examination subject, for example a mammal, in particular a human.
Die medizinische Diagnostik mit Hilfe von Röntgenstrahlung ist ein technisch hoch entwickeltes Feld zur Diagnose von Erkrankungen, beispielsweise zur Früherkennung, zum röntgenographischen Nachweis, zur Charakterisierung und zur Lokalisation von Tumoren, Gefäßerkrankungen und anderen pathologischen Veränderungen des menschlichen Körpers. Die Technik ist sehr leistungsfähig und weist eine hohe Verfügbarkeit auf.X-ray medical diagnostics is a technically advanced field for the diagnosis of diseases, for example for the early detection, radiographic detection, characterization and localization of tumors, vascular diseases and other pathological changes of the human body. The technology is very powerful and has a high availability.
Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung stehen Röntgenröhren beispielsweise mit W-, Mo- bzw. Rh-Drehanoden und AI-, Cu-, Ti-, Mo- und Rh-Filtern zur Verfügung. Mit geeigneter Filterung wird ein Teil der Bremsstrahlung herausgefiltert, so dass in günstigen Fällen im Wesentlichen die charakteristische Strahlung aus der Röntgenröhre austritt.To generate the X-radiation, X-ray tubes are available, for example, with W, Mo or Rh rotary anodes and Al, Cu, Ti, Mo and Rh filters. With suitable filtering, a portion of the bremsstrahlung is filtered out so that in favorable cases substantially the characteristic radiation exits the x-ray tube.
Als Detektoren werden entweder konventionelle Röntgenfilme, Speicherfolien oder digitale Flachbettdetektoren eingesetzt. In Computertomographen werden eine Detektorzeile oder mehrere Detektorzeilen benutzt. Auch können mehrere Detektoren parallel geschaltet werden. Zur unmittelbaren Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Signale werden Halbleiterdetektoren verwendet, die aus Cadmium-Tellurid (CT), Cadmium-Zink-Tellurid (CZT), amorphem Selen oder amorphem oder kristallinem Silizium bestehen (MJ. Yaffe, J.A. Rowlands, „X-Ray Detectors for Digital Radiography", Med. Biol., 42(1) (1997) 1-39).
Ein Beispiel für den Aufbau derartiger Detektoren ist in US 5,434,417 A angegeben. Um auch eine Energiesensitivität des Detektors zu ermöglichen, wird dieser aus mehreren Schichten gebildet. Röntgenstrahlung mit unterschiedlicher Energie dringt in unterschiedliche Tiefen in diesen Detektor vor und erzeugt in der jeweiligen Schicht durch photoelektrischen Effekt ein elektrisches Signal, das nach der Schicht und damit nach der Energie der Röntgenphotonen identifizierbar unmittelbar als Stromimpuls ausgelesen werden kann.The detectors used are either conventional X-ray films, imaging plates or digital flatbed detectors. Computer tomographs use one or more lines of detector. Also several detectors can be connected in parallel. Semiconductor detectors consisting of cadmium telluride (CT), cadmium zinc telluride (CZT), amorphous selenium, or amorphous or crystalline silicon (MJ Yaffe, JA Rowlands, "X-Ray Detectors for Digital Radiography ", Med. Biol., 42 (1) (1997) 1-39). An example of the construction of such detectors is given in US Pat. No. 5,434,417. In order to also enable an energy sensitivity of the detector, this is formed of several layers. X-ray radiation with different energy penetrates into this detector at different depths and generates in the respective layer by photoelectric effect an electrical signal which can be identifiably read out as a current pulse after the layer and thus according to the energy of the X-ray photons.
Die Computertomographie (CT) wird schon lange als Routineverfahren im klinischen Alltag angewendet. Mit der CT werden Schnittbilder durch den Körper erhalten, mit denen eine bessere räumliche Auflösung erreicht wird als mit der herkömmlichen Projektionsradiographie. Obwohl auch die Dichteauflösung der CT deutlich höher ist als die Dichteauflösung der konventionellen Röntgentechnik, werden zur sicheren Erkennung vieler krankhafter Veränderungen dennoch Kontrastmittel benötigt. Diese verbessern die Qualität der morphologischen Information. Dabei werden durch das Kontrastmittel einerseits funktionelle Abläufe im Körper dargestellt (Ausscheidung, Perfusion, Permeabilität) und andererseits die Morphologie durch die Schaffung von Kontrasten (unterschiedliche Kontrastmittelkonzentration in verschiedenen Geweben) hervorgehoben.Computed tomography (CT) has long been used as a routine procedure in everyday clinical practice. With the CT, sectional images are obtained by the body, with which a better spatial resolution is achieved than with the conventional projection radiography. Although the density resolution of CT is significantly higher than the density resolution of conventional X-ray technology, contrast agents are still needed to reliably detect many pathological changes. These improve the quality of the morphological information. The contrast agent on the one hand shows functional processes in the body (excretion, perfusion, permeability) and on the other emphasizes the morphology by creating contrasts (different contrast agent concentrations in different tissues).
In vielen Fällen konnte die herkömmliche Röntgentechnik nicht eingesetzt werden, da der Kontrast des zu untersuchenden Gewebes nicht ausreichend war. Zu diesem Zweck wurden Röntgenkontrastmittel entwickelt, die eine hohe röntgenographische Dichte in dem Gewebe erzeugen, in dem sie sich anreichern. Typischerweise werden lod, Brom, Elemente der Ordnungszahlen 34, 42, 44 - 52, 54 - 60, 62 - 79, 82 und 83 als kontrastgebende Elemente sowie die Chelatverbindungen der Elemente mit den Ordnungszahlen 56 - 60, 62 - 79, 82 und 83 vorgeschlagen. Als lodverbindungen können beispielsweise Meglumin-Na- oder Lysin-diatrizoat, lothalamat, loxithalamat, lopromid, lohexol,
lomeprol, lopamidol, loversoi, iobitridoi, iopentoi, iotrolan, lodixanol und loxilan (INN) eingesetzt werden (EP 0 885 616 A1).In many cases, the conventional X-ray technique could not be used because the contrast of the tissue to be examined was not sufficient. For this purpose, X-ray contrast agents have been developed which produce a high X-ray density in the tissue in which they accumulate. Typically, iodine, bromine, elements of atomic numbers 34, 42, 44-52, 54-60, 62-79, 82 and 83 are used as contrasting elements and the chelate compounds of elements with atomic numbers 56-60, 62-79, 82 and 83 proposed. As iodine compounds, for example, meglumine-Na or lysine diatrizoate, lothalamate, loxithalamate, lopromide, lohexol, lomeprol, lopamidol, ioversoi, iobitridoi, iopentoi, iotrolan, iodixanol and loxilane (INN) are used (EP 0 885 616 A1).
In etlichen Fällen konnte trotz der Verabreichung von Röntgenkontrastmitteln kein ausreichender Gewebekontrast erzielt werden. Um eine weitere Erhöhung des Kontrastes zu erreichen, wurde die digitale Subtraktionsangiographie (DSA) eingeführt, bei der Prä- und Post-Kontrastaufnahmen (logarithmisch) voneinander subtrahiert werden. Eine Subtraktionsmethode zur Anwendung in der Mammographie ist in EP 0 885 616 A1 offenbart: Für die Projektionsmammographie wird dort vorgeschlagen, zunächst ein Prä-In some cases, despite the administration of X-ray contrast agents, sufficient tissue contrast could not be achieved. To further enhance contrast, digital subtraction angiography (DSA) was introduced, subtracting pre- and post-contrast (logarithmic) images from each other. A subtraction method for use in mammography is disclosed in EP 0 885 616 A1: For projection mammography, there is proposed, first of all, an
Kontrastmammogramm aufzunehmen, dann der Patientin ein gebräuchliches urographisches Röntgenkontrastmittel rasch i.v. zu injizieren und etwa 30 sec bis 1 min nach dem Ende der Injektion ein Post-Kontrastmammogramm aufzunehmen. Die erhaltenen Daten der beiden Bilder werden dann miteinander korreliert, vorzugsweise voneinander subtrahiert.Contrast mammogram, then the patient a conventional urographic X-ray contrast agent rapidly i.v. inject and record a post-contrast mammogram for about 30 seconds to 1 minute after the end of the injection. The obtained data of the two images are then correlated with each other, preferably subtracted from each other.
Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der CT betreffen auf der Anregungsseite beispielsweise die Anwendung von Synchrotronstrahlung in der CT (F.A. Dilmanian, „Computed Tomography with Monochromatic X-Rays", Am. J. Physiol. Imaging, 314 (1992) 175-193). Gute Röntgenbilder werden zum Beispiel mittels der „K-edgeNew developments in the field of CT concern, for example, the application of synchrotron radiation in CT on the excitation side (FA Dilmanian, "Computed Tomography with Monochromatic X-Rays", Am. J. Physiol. Imaging, 314 (1992) 175-193). Good X-ray images are, for example, using the "K-edge
Subtraction CT" erhalten (F.A. Dilmanian, a.a.O., Seite 179), wobei der starke Anstieg des Absorptionskoeffizienten bei der Bindungsenergie der K-Elektronen eines Atoms ausgenutzt wird. Das Element lod hat eine K-Kante bei einer Energie von 33,17 keV. Leider funktioniert dieses Verfahren nur mit Hilfe der an großen Speicherringen, wie beispielsweise bei DESY, verfügbaren Synchrotronstrahlung, denn nur diese Strahlung hat die für das Verfahren günstige Monochromasie und Intensität. Herkömmliche Röntgenröhren liefern keine monochromatische Strahlung sondern ein kontinuierliches Spektrum. Sie sind daher für derartige Differenzmessungen nicht gut geeignet.Subtraction CT "(FA Dilmanian, supra, page 179), exploiting the strong increase in the absorption coefficient at the binding energy of the K electrons of an atom The element iodine has a K edge at an energy of 33.17 keV Unfortunately This method works only with the help of the synchrotron radiation available at large storage rings, such as DESY, because only this radiation has the monochromatic and intensity favorable for the process Conventional X-ray tubes do not provide monochromatic radiation but a continuous spectrum not well suited.
Eine Alternativmöglichkeit ist in DE 101 18 792 A1 beschrieben: Hier wird zur Aufnahme von Projektionsmammogrammen ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem Röntgenstrahlungsqueüen mit zwei Röntgenanoden aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden. Zur Aufnahme der Mammogramme wird der Patientin zunächst ein Röntgenkontrastmittel verabreicht. Dann wird ein erstes Projektionsbild unter Verwendung der ersten der beiden Röntgenanoden aufgenommen und danach unter Verwendung einer zweiten Röntgenanode ein zweites Projektionsbild. Durch die Überlagerung jedes einzelnen Bildpunktes aus dem ersten Bild mit jedem einzelnen entsprechenden Bildpunkt aus dem zweiten Bild wird dann ein Korrelationsbild erstellt. Die charakteristische Strahlung der beiden Röntgenanoden ist auf das Absorptionsspektrum des Röntgenkontrastmittels abgestimmt: Die Emissionsenergie der ersten Röntgenanode liegt wenig unterhalb der Absorptionsenergie des kontrastgebenden Elements im Röntgenkontrastmittel und die Emissionsenergie der zweiten Röntgenanode wenig oberhalb der Absorptionsenergie des kontrastgebenden Elements. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass herkömmliche Röntgenröhren mit nur einer Röntgenanode gegen Bi- Anodenröhren ersetzt werden müssen.An alternative possibility is described in DE 101 18 792 A1: Here, a method is proposed for recording projection mammograms X-ray tube with two X-ray anodes of different materials are used. To record the mammograms, the patient is first given an X-ray contrast agent. Then, a first projection image is picked up using the first of the two X-ray anodes, and then a second projection image using a second X-ray anode. By overlaying each individual pixel from the first image with each individual corresponding pixel from the second image, a correlation image is then created. The characteristic radiation of the two X-ray anodes is matched to the absorption spectrum of the X-ray contrast agent: the emission energy of the first X-ray anode is slightly below the absorption energy of the contrasting element in the X-ray contrast medium and the emission energy of the second X-ray anode is slightly above the absorption energy of the contrasting element. A disadvantage of this method is that conventional x-ray tubes with only one x-ray anode must be replaced with bi-anode tubes.
Zusätzlich zur Transmissionsradiographie wird auch eine Emissionsradiographie beschrieben:In addition to transmission radiography, an emission radiography is also described:
So wird in WO 2004/041060 A2 eine Vorrichtung zur nicht-invasiven in vivo- Bestimmung eines chemischen Elements in der Prostata eines Menschen beschrieben, die eine Sonde, ein Bestrahlungssystem, mit dem das chemische Element zur Emission von Strahlung angeregt werden kann, einen Strahlungsdetektor innerhalb der Sonde, mit dem die emittierte Strahlung abgebildet werden kann, sowie ein Signalaufzeichnungs-, Verarbeitungs- und Anzeigesystem aufweist, mit dem die Menge des chemischen Elements in der Prostata an verschiedenen Stellen entsprechend der Abbildung der emittierten Strahlung wiedergegeben werden kann. Die emittierte Strahlung besteht im Wesentlichen aus Fluoreszenzstrahlung. Im Falle der Untersuchung der Prostata wird vorzugsweise die Verteilung von Zn im Gewebe ermittelt.Thus, WO 2004/041060 A2 describes a device for the non-invasive in vivo determination of a chemical element in the prostate of a human, comprising a probe, an irradiation system with which the chemical element can be excited to emit radiation, a radiation detector within the probe with which the emitted radiation can be imaged and a signal recording, processing and display system with which the amount of the chemical element in the prostate can be reproduced at different locations corresponding to the image of the emitted radiation. The emitted radiation essentially consists of fluorescence radiation. In the case of examination of the prostate, the distribution of Zn in the tissue is preferably determined.
Weiterhin ist in DE 36 08 965 A1 ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils verschiedener chemischer Elemente in einer Schicht eines
Llntersuchungsbereiches mittels Gamma- oder Röntgenstrahlung beschrieben. Dabei werden die Compton- und die Rayleigh-Streustrahlung getrennt erfasst. Der Verlauf der aus den Messwerten ermittelten differenziellen Streukoeffizienten wird durch die in den einzelnen Bildelementen enthaltenen Anteile der verschiedenen chemischen Elemente beeinflusst. Aus ihm kann daher der Anteil dieser chemischen Elemente bestimmt werden. Hierzu wird der Untersuchungsbereich aus einer Vielzahl von Richtungen von einem Primärstrahl durchsetzt und die aus dem Untersuchungsbereich unter verschiedenen Winkeln austretende Strahlung durch eine Detektoranordnung in verschiedenen Positionen außerhalb des Untersuchungsbereiches erfasst, wonach der differenzielleFurthermore, in DE 36 08 965 A1 a method for determining the proportion of various chemical elements in a layer of Research area described by gamma or X-rays. The Compton and Rayleigh scattered radiation are recorded separately. The course of the differential scattering coefficients determined from the measured values is influenced by the proportions of the various chemical elements contained in the individual picture elements. From this, therefore, the proportion of these chemical elements can be determined. For this purpose, the examination area is penetrated by a primary beam from a multiplicity of directions, and the radiation emerging from the examination area at different angles is detected by a detector arrangement in various positions outside the examination area, after which the differential
Streukoeffizient für verschiedene Impulsüberträge aus den dabei gewonnenen Messwerten für jedes Bildelement der Schicht bestimmt wird.Scattering coefficient for different momentum transfers from the measured values obtained for each pixel of the layer is determined.
Ferner ist von Quanwen Yu et al., „Preliminary Experiment of Fluorescent X-Ray Computed Tomography to Detect Dual Agents for Biological Study" in: J. Synchrotron Rad. (2001), 8 1030-1034, vorgeschlagen worden, die Röntgenfluoreszenzmethode zur Bestimmung sehr geringer Konzentrationen von nicht-radioaktiven Stoffen bei biomedizinischen Untersuchungen einzusetzen. Mittels dieser Methode können Bilder erhalten werden, mit denen unter Verwendung der Fluoreszenz-Kα-Linie in einer einzigen Untersuchung Multiagenzien gleichzeitig detektiert werden können, um beispielsweise den Blutfluss im Gehirn und die Dichte der Hirnzellen quantitativ zu erfassen. In der vorgestellten Untersuchung wurden mittels dieser Methode erstellte Bilder mit mittels Röntgentransmissionstomographie erhaltenen Bildern verglichen.Further, Quanwen Yu et al., "Preliminary Experiment of Fluorescent X-Ray Computed Tomography to Detective Dual Agents for Biological Study": J. Synchrotron Rad. (2001), 8 1030-1034, has proposed the X-ray fluorescence method for determination This method can be used to obtain images that can simultaneously detect multiagents using the fluorescence Kα line in a single study, such as brain blood flow and density In the presented study, images obtained by this method were compared with images obtained by X-ray transmission tomography.
Die in den vorstehend angegebenen Druckschriften beschriebene Röntgenfluoreszenz- bzw. Röntgenstreulichtmethode hat allerdings den Nachteil, dass eine Darstellung kleiner Details in einem Untersuchungsobjekt wegen Schwierigkeiten bei der Abbildung nicht ohne weiteres möglich ist. Vielmehr werden nur grob aufgelöste Darstellungen erhalten, so dass kleinere Einzelheiten kaum bildlich dargestellt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere Anordnungen und Verfahren zu finden, mit denen mit unterschiedlichen röntgenkontrastgebenden chemischen Elementen Aufnahmen erzeugt werden können. Ferner sollen die Röntgenbilder auch in einfacher, bequemer Weise aufnehmbar sein, ohne dass hohe Kosten entstehen. Die Technik soll auf breiter Basis verfügbar sein. Auch kleinere Läsionen im Untersuchungsobjekt sollen mit hoher Ortsauflösung bei möglichst geringer Strahlendosis sichtbar gemacht werden können. Bewegungsartefakte sollen vermieden werden.The X-ray fluorescence method or X-ray diffraction method described in the publications mentioned above, however, has the disadvantage that a representation of small details in an examination subject is not readily possible because of difficulties in imaging. Rather, only roughly resolved representations are obtained, so that smaller details can hardly be depicted. The present invention is therefore based on the problem to avoid the aforementioned disadvantages and in particular to find arrangements and methods with which recordings can be made with different X-ray contrasting chemical elements. Furthermore, the X-ray images should also be receivable in a simple, convenient manner, without incurring high costs. The technology should be available on a broad basis. Even smaller lesions in the examination subject should be able to be visualized with high spatial resolution with the lowest possible radiation dose. Motion artifacts should be avoided.
Gelöst wird dieses Problem durch die Röntgenanordnung zur Bilddarstellung eines mindestens ein röntgenkontrastgebendes chemisches Element enthaltenden Untersuchungsobjektes mittels Röntgenstrahlung nach Anspruch 1 , die Verwendung dieser Röntgenanordnung nach Anspruch 11 und das bildgebende Röntgenkontrastverfahren nach Anspruch 25. BevorzugteThis problem is solved by the X-ray arrangement for imaging an X-ray examination object containing at least one X-ray-contrasting chemical element according to claim 1, the use of this X-ray arrangement according to claim 11 and the X-ray contrast imaging method according to claim 25. Preferred
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Soweit nachfolgend in der Erfindungsbeschreibung und in den Ansprüchen die Begriffe „Emission" und „emittieren" verwendet werden, so sollen darunter zum einen Röntgenfluoreszenz, d.h. die Emission von Strahlung nach einerInsofar as the terms "emission" and "emit" are used below in the description of the invention and in the claims, they are intended to include, for example, X-ray fluorescence, i. the emission of radiation after a
Anregung der bestrahlten Materie mittels elektromagnetischer Strahlung, und zum anderen vorzugsweise Rayleigh-Streuung verstanden werden. Im letzteren Falle wird die Strahlung ohne Impulsübertrag von der bestrahlten Materie wieder emittiert, wobei durch die Bestrahlung allerdings keine Anregung von Hüllelektronen in Atomen dieser Materie in angeregte Zustände wie bei der Fluoreszenz stattfindet.Excitation of the irradiated matter by means of electromagnetic radiation, and on the other preferably Rayleigh scattering understood. In the latter case, the radiation is emitted again without momentum transfer from the irradiated matter, although the irradiation does not cause any excitation of sheath electrons in atoms of this material in excited states, as in fluorescence.
Mit der Röntgenanordnung wird zur Bilddarstellung durch das Untersuchungsobjekt transmittierte und von diesem emittierte Röntgenstrahlung verwendet. Hierzu weist die Röntgenanordnung erfindungsgemäß auf:With the X-ray arrangement, X-ray radiation transmitted through and emitted by the examination subject is used for imaging. For this purpose, the X-ray arrangement according to the invention comprises:
a. mindestens eine im Wesentlichen polychromatische Röntgenstrahlung aussendende Röntgenstrahlungsquelle,
b. einen ersten Detektor oder eine erste Detektoreinheit (aus mehreren parallel geschalteten und/oder angeordneten Detektoren bestehende Einheit), mit dem bzw. mit der Werte einer ersten Intensität der durch das Untersuchungsobjekt transmittierten Röntgenstrahlung ermittelbar sind, c. einen zweiten Detektor oder eine zweite Detektoreinheit, mit dem bzw. mit der Werte einer zweiten Intensität der von dem Untersuchungsobjekt emittierten Röntgenstrahlung ermittelbar sind, d. mindestens eine Korrelationseinheit, mit der die ersten Intensitätswerte der transmittierten Röntgenstrahlung mit den zweiten Intensitätswerten der emittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt miteinander korrelierbar sind, sowie e. mindestens eine Ausgabeeinheit zur Darstellung des Untersuchungsobjektes aus Bildpunktsignalen, die durch Korrelation der ersten Intensitätswerte mit den zweiten Intensitätswerten erhältlich sind.a. at least one substantially polychromatic X-ray emitting X-ray source, b. a first detector or a first detector unit (consisting of a plurality of detectors connected in parallel and / or arranged) with which the values of a first intensity of the X-ray radiation transmitted through the examination object can be determined, c. a second detector or a second detector unit, with which or with the values of a second intensity of the X-radiation emitted by the examination object can be determined, d. at least one correlation unit, with which the first intensity values of the transmitted X-ray radiation can be correlated with the second intensity values of the emitted X-ray radiation pixel by pixel, and e. at least one output unit for displaying the examination subject from pixel signals obtainable by correlation of the first intensity values with the second intensity values.
Die transmittierte Röntgenstrahlung und die emittierte Röntgenstrahlung kann entweder gleichzeitig oder nacheinander detektiert werden.The transmitted X-radiation and the emitted X-radiation can be detected either simultaneously or sequentially.
Diese Röntgenanordnung kann vorteilhaft zur Bilddarstellung eines vorzugsweise mindestens ein röntgenkontrastgebendes chemisches Element enthaltenden Untersuchungsobjektes mittels Röntgenstrahlung eingesetzt werden. Das röntgenkontrastgebende chemische Element wird vorzugsweise durch ein Röntgenkontrastmittel in das Untersuchungsobjekt eingeführt, und beispielsweise hierzu dem Untersuchungsobjekt, etwa einem Menschen oder einem Tier, verabreicht.This X-ray arrangement can advantageously be used for imaging an X-ray examination object containing preferably at least one X-ray-contrasting chemical element. The X-ray contrasting chemical element is preferably introduced into the examination subject by means of an X-ray contrast agent and, for example, for this purpose administered to the examination subject, for example a human or an animal.
Die natürlich in einem Untersuchungsobjekt vorkommenden kontrastgebenden chemischen Elemente mit niedriger Ordnungszahl weisen nur eine geringeThe low-atom-count contrasting chemical elements naturally occurring in an object under examination have only a small one
Ausbeute an Röntgenfluoreszenz auf, so dass die Bildgebung unter Ausnutzung dieser Elemente nicht praktikabel erscheint. Außerdem ist die Energie der Röntgenfluoreszenzphotonen in diesem Falle gering, so dass auch deren
Reichweite im Körpergewebe gering ist. Insbesondere ab dem Element lod (Z=53) mit den Emissionslinien 28,6 und 32,3 keV stehen Fluoreszenzlinien zur Verfügung, die in hinreichendem Maße das Untersuchungsobjekt verlassen und so von einem außerhalb des Objektes angeordneten Detektor registriert werden können. In Fällen geringerer Ordnungszahl des chemischen Elements ist eine Anordnung des zweiten Detektors zu wählen, bei der dieser möglichst nahe zum zu untersuchenden Bereich (ROI: Region of Interest) angeordnet wird.Yield of X-ray fluorescence, so that the imaging using these elements does not seem practicable. In addition, the energy of the X-ray fluorescence photons in this case is low, so that their Range in body tissue is low. In particular from the element iodine (Z = 53) with the emission lines 28.6 and 32.3 keV, fluorescence lines are available which leave the examination subject to a sufficient extent and can thus be registered by a detector arranged outside the object. In cases of lower atomic number of the chemical element, an arrangement of the second detector is to be selected in which this is arranged as close as possible to the region to be examined (ROI: region of interest).
Die Röntgenanordnung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Röntgenkontrastverfahrens eingesetzt. Das Verfahren weist folgende Verfahrenssch ritte auf:The X-ray arrangement is used for carrying out the X-ray contrast method according to the invention. The method has the following procedural steps:
a. Vorzugsweise Verabreichen mindestens eines einen Röntgenkontrast gebenden chemischen Elements, b. Durchstrahlen des Untersuchungsobjektes mit im Wesentlichen polychromatischer Röntgenstrahlung, c. Ermitteln von Werten einer ersten Intensität der durch das Untersuchungsobjekt transmittierten Röntgenstrahlung, d. Ermitteln von Werten einer zweiten Intensität der von dem Untersuchungsobjekt emittierten Röntgenstrahlung, e. Korrelieren der ersten Intensitätswerte der transmittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt mit den zweiten Intensitätswerten der emittierten Röntgenstrahlung, f. Darstellen des Untersuchungsobjektes aus durch Korrelation der ersten Intensitätswerte mit den zweiten Intensitätswerten erhaltenena. Preferably administering at least one chemical element giving an X-ray contrast, b. Radiating the examination object with substantially polychromatic X-ray radiation, c. Determining values of a first intensity of the X-radiation transmitted by the examination subject, d. Determining values of a second intensity of the X-radiation emitted by the examination subject, e. Correlating the first intensity values of the transmitted X-ray radiation pixel by pixel with the second intensity values of the emitted X-radiation, f. Representation of the examination object from obtained by correlation of the first intensity values with the second intensity values
Bildpunktsignalen.Pixel signals.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen entweder nur die Röntgentransmissionstomographie (TXCT) durchgeführt oder nur die Röntgenfluoreszenz (FXCT) detektiert wird, werden hier Transmission und die Emission gleichzeitig oder nacheinander gemessen und diese beiden Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander kombiniert, wobei die dabei jeweils erhaltenen Bilder durch ein geeignetes Korrelationsverfahren
überlagert werden. Mit dieser Verfahrensweise werden die jeweiligen Vorteile beider Techniken genutzt:In contrast to the known methods in which either only X-ray transmission tomography (TXCT) is performed or only X-ray fluorescence (FXCT) is detected, transmission and emission are measured simultaneously or sequentially, and these two techniques are combined in accordance with the present invention each image obtained by a suitable correlation method be superimposed. This procedure uses the respective advantages of both techniques:
Die Röntgentransmissionstomographie bietet zwar den Vorteil einer hohen erreichbaren zeitlichen und örtlichen Auflösung, so dass grundsätzlich auch kleinste Läsionen oder andere Details in einem untersuchten menschlichen Körper aufgelöst werden können. Jedoch ist der erhaltene Kontrast häufig nicht ausreichend, um diese Details auch sichtbar zu machen. Dies gilt insbesondere für Untersuchungen von Läsionen im Weichteilgewebe. Außerdem werden Untersuchungen bestimmter Körperregionen mit dem TXCT-Verfahren auch durch das Knochengerüst beeinträchtigt.Although the X-ray transmission tomography offers the advantage of a high achievable temporal and spatial resolution, so that in principle even the smallest lesions or other details can be resolved in an examined human body. However, the contrast obtained is often not sufficient to visualize these details as well. This applies in particular to examinations of lesions in the soft tissue. In addition, examinations of certain body regions with the TXCT method are also affected by the skeleton.
Andererseits bietet die Röntgenfluoreszenztomographie den Vorteil einer außerordentlich kontrastreichen Darstellung, da ausschließlich bestimmte chemische Elemente bei geeigneter Anregung dieser Elemente elektromagnetische Strahlung emittieren, so dass sich diese im Untersuchungsbereich (ROI) befindenden Elemente als äußerst empfindliche Messsonden eignen. Die FXCT-Methode leidet jedoch unter dem Nachteil einer geringen räumlichen Auflösung, so dass kleinere Läsionen nicht mehr dargestellt werden können.On the other hand, the X-ray fluorescence tomography offers the advantage of an extraordinarily high-contrast representation, since only certain chemical elements emit electromagnetic radiation with suitable excitation of these elements, so that these elements located in the examination region (ROI) are suitable as extremely sensitive measuring probes. However, the FXCT method suffers from the disadvantage of a low spatial resolution, so that smaller lesions can no longer be displayed.
Erst durch die Korrelation der Intensitätswerte der transmittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt mit den Intensitätswerten der emittierten Röntgenstrahlung und Darstellen des Untersuchungsobjektes aus Bildpunktsignalen, die durch diese Korrelation erhalten worden sind, kann ein kontrastreiches und detailliertes Bild des Untersuchungsbereiches (ROI) erzeugt werden. Der den Kontrast ergebende Bildteil weist zwar eine geringe Auflösung auf. Durch die Korrelation der jeweiligen Werte miteinander wird dieser Mangel aber weitgehend behoben, da die erforderliche detaillierte Information aus den Intensitätswerten der mittels TXCT gemessenen Strahlung stammt.Only by correlating the intensity values of the transmitted X-ray radiation pixel by pixel with the intensity values of the emitted X-radiation and displaying the examination subject from pixel signals which have been obtained by this correlation can a high-contrast and detailed image of the examination region (ROI) be generated. Although the image part resulting in the contrast has a low resolution. By correlating the respective values with each other, however, this deficiency is largely eliminated, since the required detailed information comes from the intensity values of the radiation measured by TXCT.
Die Erfindung ist insbesondere zur Untersuchung am Menschen einsetzbar. Die Erfindung ist zur Erzeugung von Radiographien zur Darstellung von
Raumforderungen, Gefäßen und Perfusionen geeignet, beispielsweise zur Darstellung der Ösophagus-Magen-Darm-Passage, zur Bronchographie, Cholegraphie, Angio- und Kardangiographie, zur zerebralen Angiographie und zu Perfusionsmessungen, zur Mammographie sowie zur Lymphographie. Der Schwerpunkt der Anwendungstechnik der Erfindung liegt in derThe invention can be used in particular for human examination. The invention is for the production of radiographs for the representation of Masses, vessels and perfusions suitable, for example, the representation of the esophageal gastrointestinal passage, bronchography, cholegraphy, angiography and cardiograography, cerebral angiography and perfusion measurements, mammography and lymphography. The focus of the application technology of the invention lies in the
Computertomographie (MS-CT; μCT) und deren Fusionsmodalitäten (PET-CT (Positronen-Emissions-Tomographie), SPECT (Single-Photon-Emissions- Computer-Tomographie), Sonographie und mit anderen Methoden der optischen Bildgebung). Grundsätzlich kann die Erfindung auch zur Untersuchung von nicht lebenden Materialien eingesetzt werden, beispielsweise auf dem Gebiet der Materialprüfung.Computed tomography (MS-CT; μCT) and its fusion modalities (PET-CT (positron emission tomography), SPECT (Single Photon Emission Computer Tomography), sonography and other methods of optical imaging). In principle, the invention can also be used for the investigation of non-living materials, for example in the field of material testing.
Zur Durchführung einer Untersuchung wird die transmittierte Strahlung mittels des ersten Detektors aufgenommen, der sich in dem durch das Untersuchungsobjekt abgeschwächten Strahlengang der Röntgenröhre befindet. Die emittierte Strahlung wird mittels des zweiten Detektors gemessen, der außerhalb dieses Strahlenganges angeordnet ist, vorzugsweise in einem Winkel von etwa 90° zu dem Strahlengang. Dieser zweite Detektor kann grundsätzlich aber auch in einer beliebigen anderen Winkelstellung zum Röntgenstrahl angeordnet werden, beispielsweise 45° oder 135° zum von der Röntgenstrahlungsquelle ausgehenden Strahl, ohne dass er jedoch vom durch das Untersuchungsobjekt hindurchgehenden Strahl erfasst wird. Befindet sich die Röntgenröhre in der 12-Uhr-Position, so sind gewöhnliche Computertomographen mit einer Reihe von Detektoren auf der gegenüber liegenden 6-Uhr- Position ausgerüstet. Bevorzugt kann der zweite Detektor in der 3-Uhr-Position und/oder der 9-Uhr-Position angeordnet sein. Mittels dieses zweiten Detektors kann sowohl Röntgenfluoreszenz als auch Röntgenstreuung (Rayleigh- Streuung, Compton-Streuung) aufgenommen werden.To carry out an investigation, the transmitted radiation is recorded by means of the first detector, which is located in the beam path of the x-ray tube which is attenuated by the examination subject. The emitted radiation is measured by means of the second detector, which is arranged outside this beam path, preferably at an angle of approximately 90 ° to the beam path. In principle, however, this second detector can also be arranged in any other angular position relative to the X-ray beam, for example 45 ° or 135 ° to the beam emanating from the X-ray radiation source, without however being detected by the beam passing through the examination subject. When the x-ray tube is in the 12 o'clock position, ordinary CT scanners are equipped with a series of detectors at the opposite 6 o'clock position. Preferably, the second detector can be arranged in the 3 o'clock position and / or the 9 o'clock position. Both X-ray fluorescence and X-ray scattering (Rayleigh scattering, Compton scattering) can be recorded by means of this second detector.
Zur selektiven Bilderfassung mit dem zweiten Detektor unter Ausnutzung der emittierten Röntgenstrahlung kann die emittierte Röntgenstrahlung hinsichtlich deren Energie aufgelöst gemessen werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, beim Vorliegen eines vorgegebenen emittierenden chemischen Elements im
Untersuchungsobjekt die von dem zweiten Detektor aufgenommene Röntgenstrahlung, die von diesem kontrastgebenden Element stammt, von anderer emittierter Röntgenstrahlung, beispielsweise von Streustrahlung (Compton-, Rayleigh-Strahlung) und von anderen chemischen Elementen stammender Fluoreszenzstrahlung, zu diskriminieren. Damit wird ermöglicht, bestimmte Bereiche (ROI) unter Ausnutzung etwa der Anreicherung von kontrastgebenden chemischen Elementen in bestimmten Organen eines menschlichen Körpers sehr selektiv sichtbar zu machen, so dass ein besonders großer Kontrast des sichtbar gemachten Gewebes gegenüber umliegendem Gewebe entsteht. Auch die vom Knochengerüst hervorgerufene Struktur in einer Bilddarstellung tritt in einem derartigen Fall gegenüber der Darstellung des Gewebes zurück, so dass das Gerüst die Bilddarstellung praktisch nicht stört.For selective image acquisition with the second detector by utilizing the emitted X-radiation, the emitted X-radiation can be measured in terms of its energy resolved. It is particularly advantageous, in the presence of a given emitting chemical element in Object to be examined to discriminate the X-ray received from the second detector, which originates from this contrasting element of other emitted X-rays, for example, scattered radiation (Compton, Rayleigh radiation) and derived from other chemical elements fluorescent radiation. This makes it possible to make certain areas (ROI) very selectively visible by utilizing, for example, the accumulation of contrasting chemical elements in certain organs of a human body, so that a particularly large contrast of the visualized tissue to surrounding tissue arises. The structure caused by the skeleton in an image representation also occurs in such a case compared to the representation of the tissue, so that the framework practically does not disturb the image representation.
Zur Detektion und Charakterisierung der Emissionstrahlung wird vorzugsweise ein energiedispersiver Detektor eingesetzt. Es ist aber auch möglich, dazu einfachere Detektoren zu verwenden und die Charakterisierung der Emission durch röntgenoptische Module (Filterkombination, Monochromatoren) zu garantieren.For the detection and characterization of the emission radiation, an energy-dispersive detector is preferably used. However, it is also possible to use simpler detectors and to guarantee the characterization of the emission by X-ray optical modules (filter combination, monochromators).
Dieses Prinzip kann außerdem in gleicher Weise auf die Messung derThis principle can also be applied in the same way to the measurement of
Intensitätswerte der transmittierten Röntgenstrahlung mit dem ersten Detektor angewendet werden. Auch in diesem Falle wird eine selektive Darstellung der Bereiche im Untersuchungsobjekt (ROI) erreicht, in denen sich die kontrastgebenden chemischen Elemente anreichern.Intensity values of the transmitted X-radiation can be applied with the first detector. Also in this case, a selective representation of the areas in the examination subject (ROI) is achieved, in which accumulate the contrasting chemical elements.
Daher können mit der Erfindung auch Weichteilgewebe beispielsweise im Menschen kontrastreich dargestellt werden. Durch Abstimmung der Energie oder des Energieintervalls der von den Detektoren aufgenommenen transmittierten und emittierten Röntgenstrahlung auf die Art des kontrastgebenden chemischen Elements kann eine effizienteTherefore, with the invention, soft tissue can be represented in high contrast, for example in humans. By matching the energy or energy interval of the transmitted and emitted X-radiation received by the detectors to the nature of the contrasting chemical element, an efficient
Kontraststeigerung gegenüber herkömmlichen Verfahren erreicht werden.
Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung kann eine normale, im Handel erhältliche Röntgenröhre mit einem kontinuierlichen Spektrum eingesetzt werden, beispielsweise eine Röhre mit einer Mo-, W- oder Rh-Anode. Je nach der Art des im Untersuchungsobjekt enthaltenen kontrastgebenden chemischen Elements wird eine Spannung angelegt, die eine Emission der kontinuierlichen Strahlung im Bereich bis beispielsweise über 100 keV ermöglicht.Contrast increase over conventional methods can be achieved. To generate the X-radiation, it is possible to use a normal, commercially available X-ray tube with a continuous spectrum, for example a tube with a Mo, W or Rh anode. Depending on the nature of the contrasting chemical element contained in the examination subject, a voltage is applied which enables an emission of the continuous radiation in the range up to, for example, more than 100 keV.
Grundsätzlich kann die Röntgenstrahlungsquelle ohne Filterung der emittierten Strahlung betrieben werden, so dass polychromatische Strahlung im gesamten Spektralbereich auf das Untersuchungsobjekt auftrifft. Zur Verringerung der Strahlenbelastung des Untersuchungsobjektes ist es aber auch möglich, solche Röntgenstrahlung aus dem Spektrum der polychromatischen Röntgenstrahlungsquelle auszufiltern, deren Energie für die Detektion nicht erforderlich oder nicht vorteilhaft ist. Hierzu wird beispielsweise ein AI- oder ein Cu-Filter verwendet, der Energie im Bereich < 20 keV (weiche Strahlung) ausfiltert. Als kontinuierliches Spektrum ist somit eine Röntgenemission in einem Bereich von ≥ 0 keV, vorzugsweise ≥ 15 keV, insbesondere bevorzugt ≥ 17 keV und ganz besonders bevorzugt ≥ 20 keV, bis beispielsweise 100 keV, zu verstehen, wobei kein Spektralbereich innerhalb dieser Grenzen gegenüber anderen hervorgehoben oder ausgeschlossen wird. Die obere Grenze desIn principle, the X-ray radiation source can be operated without filtering the emitted radiation, so that polychromatic radiation impinges on the examination subject in the entire spectral range. In order to reduce the radiation exposure of the examination object, it is also possible to filter out such X-ray radiation from the spectrum of the polychromatic X-ray radiation source whose energy is not required or advantageous for the detection. For this example, an AI or a Cu filter is used, the energy in the range <20 keV (soft radiation) filters out. The continuous spectrum is thus to be understood as meaning an X-ray emission in a range of ≥ 0 keV, preferably ≥ 15 keV, particularly preferably ≥ 17 keV and most preferably ≥ 20 keV, up to, for example, 100 keV, with no spectral range within these limits being highlighted over others or excluded. The upper limit of the
Emissionsspektrums wird durch die an die Röntgenanode angelegte Spannung bestimmt. Der niederenergetische Bereich der Strahlung wird vorzugsweise ausgefiltert, um für den menschlichen Körper dosisrelevante Strahlung zu eliminieren.Emission spectrum is determined by the voltage applied to the x-ray anode. The low-energy region of the radiation is preferably filtered out in order to eliminate dose-relevant radiation for the human body.
Normalerweise wird das Untersuchungsobjekt mit polychromatischer Röntgenstrahlung mit einem geeigneten Detektor untersucht. Optional kann auch ein energiedispersiver Detektor verwendet werden, um die Energie der auftreffenden Photonen zu ermitteln.Normally, the examination object is examined with polychromatic X-ray radiation with a suitable detector. Optionally, an energy dispersive detector can be used to determine the energy of the incident photons.
Als energiedispersive Detektoren und Detektoreinheiten stehen grundsätzlich zwei Ausführungen zur Verfügung:
a. Energiedispersive Detektoren nach Art der Cd(Zn)Te-Detektoren, wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben. Mit einer solchen Reihe von Detektoren können Röntgenspektren der emittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt gemessen werden. b. Es werden einfache Röntgendetektoren verwendet. Vor dem Detektor wird ein Diskriminator angeordnet, der im einfachsten Fall aus einer geeigneten Filterkombination besteht. Zur Energieselektion können aber auch Monochromatoren eingesetzt werden, die beispielsweise auf die Röntgenfluoreszenz des verabreichten Kontrastmittels eingestellt sind. c. Es ist technisch aber auch durchaus möglich, den Detektor unmittelbar an das Kontrastmittel anzupassen. So können Gd(Zn)Te- oder Dy(Zn)Te- Detektoren eingesetzt werden.As energy-dispersive detectors and detector units there are basically two versions available: a. Energy-dispersive detectors of the type of Cd (Zn) Te detectors, as described in the introduction to the description. With such a series of detectors, X-ray spectra of the emitted X-ray radiation can be measured pixel by pixel. b. Simple X-ray detectors are used. In front of the detector, a discriminator is arranged, which consists in the simplest case of a suitable filter combination. For energy selection but also monochromators can be used, which are set for example on the X-ray fluorescence of the administered contrast agent. c. It is technically quite possible to adapt the detector directly to the contrast agent. Thus, Gd (Zn) Te or Dy (Zn) Te detectors can be used.
In allen Fällen wird der Detektor möglichst so positioniert, dass ein Minimum der Comptonstreuung gemessen wird.In all cases, the detector is positioned as much as possible so that a minimum of Compton scattering is measured.
Zur Ermittlung der Werte der Intensität sowie der Energie der vom Untersuchungsobjekt emittierten Röntgenstrahlung werden die detektierten Photonen in wenigstens zwei verschiedene Energiebereiche eingeteilt, die beispielsweise die K0- und die Kß-Emissionslinien enthalten. Zur Erhöhung der Elementspezifität kann gegebenenfalls eine Compton-Korrektur durchgeführt werden. Wie die weiter unten angegebenen Beispiele zeigen, ist dies aber nicht immer erforderlich.In order to determine the values of the intensity as well as the energy of the X-ray radiation emitted by the examination subject, the detected photons are divided into at least two different energy ranges, which contain, for example, the K 0 and the Kβ emission lines. If necessary, a Compton correction can be carried out to increase the element specificity. As the examples given below show, this is not always necessary.
Sieht man von einem nativen Röntgenkontrast ab, so kann demApart from a native X-ray contrast, so can the
Untersuchungsobjekt, beispielsweise einem Menschen, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Röntgenkontrastmittel verabreicht werden. Das Röntgenkontrastmittel kann beispielsweise enteral oder parenteral verabreicht werden, insbesondere durch i.V., im. oder subkutane Injektion oder Infusion. Anschließend wird die Röntgenaufnahme erstellt. Geeignet sind solche Kontrastmittel, welche im angewählten Spektralbereich perse hohe Schwächungskoeffizienten aufweisen. Kontrastmittel, deren absorbierendes Element die K-Kante des Absorptionsspektrums im angewählten
Spektralbereich hat, sind ebenfaiis besonders geeignet. Derartige Röntgenkontrastmittel enthalten kontrastgebende chemische Elemente mit einer Ordnungszahl von 35 oder größer als 35 - es handelt sich hierbei beispielsweise um Brom enthaltende Kontrastmittel -, mit einer Ordnungszahl von 47 oder größer als 47 - es handelt sich hierbei um lod enthaltendeObject to be examined, for example a human, to carry out the method according to the invention, an X-ray contrast agent can be administered. The X-ray contrast agent can be administered, for example, enterally or parenterally, in particular by IV, im. or subcutaneous injection or infusion. Subsequently, the X-ray image is created. Suitable contrast agents which have high attenuation coefficients in the selected spectral range are suitable. Contrast agent whose absorbing element is the K edge of the absorption spectrum in the selected Spectral range is just as well suited. Such X-ray contrast agents contain contrasting chemical elements with an atomic number of 35 or greater than 35 - this is, for example, bromine-containing contrast agents -, with an atomic number of 47 or greater than 47 - this is iodine-containing
Kontrastmittel -, mit einer Ordnungszahl von 57 oder größer als 57 - es handelt sich hierbei um Lanthanide enthaltende Kontrastmittel, insbesondere Gadolinium enthaltende Kontrastmittel - oder mit einer Ordnungszahl von 83 - hierbei handelt es sich um Wismut enthaltende Kontrastmittel -. Daher sind Röntgenkontrastmittel geeignet, die kontrastgebende chemische Elemente mit einer Ordnungszahl von 35 (Brom) bis 83 (Wismut) enthalten. Besonders geeignet sind Kontrastmittel mit kontrastgebenden chemischen Elementen mit einer Ordnungszahl von 53 (lod) - 83 (Wismut). Ebenfalls geeignet sind Röntgenkontrastmittel mit kontrastgebenden chemischen Elementen mit einer Ordnungszahl von 57 oder größer als 57 (Lanthanide) - 83 (Wismut) und besonders bevorzugt Mittel mit kontrastgebenden chemischen Elementen mit einer Ordnungszahl von 57 - 70 (Lanthanide: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu1 Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb).Contrast agents - having an atomic number of 57 or greater than 57 - these are lanthanide-containing contrast agents, in particular gadolinium-containing contrast agents - or having an atomic number of 83 - these are bismuth-containing contrast agents -. Therefore, X-ray contrast agents containing contrasting chemical elements having an atomic number of 35 (bromine) to 83 (bismuth) are suitable. Particularly suitable are contrast agents with contrasting chemical elements with an atomic number of 53 (iodine) - 83 (bismuth). Also suitable are X-ray contrast agents with contrasting chemical elements with an atomic number of 57 or greater than 57 (lanthanides) - 83 (bismuth) and more preferably means with contrasting chemical elements with an atomic number of 57-70 (lanthanides: La, Ce, Pr, Nd , Pm, Sm, Eu 1 Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb).
Geeignete lod enthaltende Röntgenkontrastmittel sind beispielsweiseSuitable iodine-containing X-ray contrast agents are, for example
Verbindungen, die Triiod-Aromaten enthalten, wie beispielsweise Amidotrizoat, lohexol, lopamidol, lopansäure, lopodinsäure, lopromid, lopronsäure, lopydon, lotalaminsäure, lopentol, loversol, loxaglat, lotrolan, lodixanol, lotroxinsäure, loxaglinsäure und loxitalaminsäure und losimenol (INN). Markennamen für lod enthaltende Röntgenkontrastmittel sind Urografin® (Schering), Gastrografin® (Schering), Biliscopin® (Schering), Ultravist® (Schering) und Isovist® (Schering).Compounds containing triiodo-aromatics, such as amidotrizoate, lohexol, lopamidol, lopansäure, lopodinsäure, lopromid, lopronsäure, lopydon, lotalaminsäure, lopentol, iversol, loxaglat, lotrolan, iodixanol, lotroxinsäure, loxaglinsäure and loxitalaminic acid and losimenol (INN). Brand name for iodine-containing x-ray contrast agents are Urografin ® (Schering), Gastrografin ® (Schering), Biliscopin ® (Schering), Ultravist ® (Schering) and Isovist ® (Schering).
Ebenso als Röntgenkontrastmittel geeignet sind Metallkomplexe, beispielsweise Gd-DTPA (Magnevist® (Schering)), Gd-DOTA (Gadoterate, Dotarem), Gd-HP- DO3A (Gadoteridol, Prohance® (Bracco)), Gd-EOB-DTPA (Gadoxetat, Primavist), Gd-BOPTA (Gadobenat, MultiHance), Gd-DTPA-BMA (Gadodiamide, Omniscan®
(Amersham Health)), Dy-DTPA-BMA, Gd-DTPA-Poiyiysin, Gd-DTPA-Kaskaden- polymere u.a., wobei DTPA = Diethylentriaminpentaessigsäure, DOTA = 1 ,4,7,10-Tetraazacyclododecan, HP-DO3A = 10-(Hydroxypropyl)-1 ,4,7,10- tetraazacyclododecan-1 ,4,7-triessigsäure), EOB-DTPA = 3,6,9-Triaza-3,6,9- tris(carboxymethyl)-4-(4-ethoxybenzyl)undecandicarbonsäure, BOPTA = (4- Carboxy-5,8, 11 -tris(carboxymethyl)-1 -phenyl-2-oxa-5,8, 11 -triazatridecan-13-oic, benic acid), DTPA-BMA = Diethylentriaminpentaacetat-bis(methylamid), DTPA- Polylysin = Diethylentriaminpentaacetat-polylysin, DTPA-Kaskadenpolymere.Are also suitable as X-ray contrast agent metal complexes, for example Gd-DTPA (Magnevist ® (Schering)), Gd-DOTA (Gadoterate, Dotarem), Gd-HP-DO3A (Gadoteridol, Prohance ® (Bracco)), Gd-EOB-DTPA (Gadoxetat , Primavist), Gd-BOPTA (Gadobenate, MultiHance), Gd-DTPA-BMA (gadodiamide, Omniscan ® (Amersham Health)), Dy-DTPA-BMA, Gd-DTPA-polyiyine, Gd-DTPA cascade polymers, among others, where DTPA = diethylenetriaminepentaacetic acid, DOTA = 1, 4,7,10-tetraazacyclododecane, HP-DO3A = 10 (Hydroxypropyl) -1, 4,7,10-tetraazacyclododecane-1, 4,7-triacetic acid), EOB-DTPA = 3,6,9-triaza-3,6,9-tris (carboxymethyl) -4- (4 -ethoxybenzyl) undecanedicarboxylic acid, BOPTA = (4-carboxy-5,8,11-tris (carboxymethyl) -1-phenyl-2-oxa-5,8,11-triazatridecan-13-oic, benic acid), DTPA-BMA = Diethylenetriaminepentaacetate-bis (methylamide), DTPA-polylysine = diethylenetriamine pentaacetate polylysine, DTPA cascade polymers.
Die Röntgenkontrastmittel können enteral und parenteral appliziert werden. Bevorzugt wird bei der parenteralen Applikation die intra venöse (i.v.) Applikation gewählt. Bevorzugte Dosierungen sind bei den lod enthaltenden nicht-ionischen Kontrastmitteln Dosen bis zu 0,75 g I / kg Körpergewicht. Dies entspricht etwa 6 mmol I / kg Körpergewicht. Die Dosis kann weiterhin bevorzugt auf 1 ,5 g I / kg Körpergewicht (entsprechend etwa 12 mmol I / kgThe X-ray contrast agents can be administered enterally and parenterally. In parenteral administration, the intravenous (i.v.) application is preferably selected. Preferred dosages in the iodine-containing nonionic contrast media are doses up to 0.75 g I / kg body weight. This corresponds to about 6 mmol I / kg body weight. The dose may further be preferred at 1.5 g I / kg body weight (corresponding to about 12 mmol I / kg
Körpergewicht) und in Ausnahmefällen bis auf 2 (entsprechend etwa 16 I) oder 5 g I / kg Körpergewicht (entsprechend etwa 39 mmol I / kg Körpergewicht) gesteigert werden. Bei den Lanthanidkomplexen liegt die bevorzugte Dosis bei 0,1 mmol / kg Körpergewicht. Geeignet und weiterhin bevorzugt sind auch Dosen bis 0,3 mmol / kg Körpergewicht oder bis zu 1 mmol / kg Körpergewicht.Body weight) and in exceptional cases up to 2 (corresponding to about 16 I) or 5 g I / kg body weight (corresponding to about 39 mmol I / kg body weight) can be increased. For the lanthanide complexes, the preferred dose is 0.1 mmol / kg body weight. Also suitable and furthermore preferred are doses of up to 0.3 mmol / kg body weight or up to 1 mmol / kg body weight.
Die Emissionslinien von Gadolinium liegen bei 43,0 und 48,7 keV, d.h. weit oberhalb der Emissionslinien von lod, die bei 28,6 und 32,3 keV liegen. Die Metallkomplexe können anstelle der Gadoliniumatome beispielsweise auch alle anderen Lanthanide, wie Lanthan, Dysprosium oder Ytterbium enthalten.The emission lines of gadolinium are at 43.0 and 48.7 keV, i. far above the emission lines of iodine, which are at 28.6 and 32.3 keV. The metal complexes may, for example, also contain all other lanthanides, such as lanthanum, dysprosium or ytterbium, instead of the gadolinium atoms.
Digitale Detektoren werden schon seit einiger Zeit von verschiedenen Herstellern angeboten (beispielsweise: The BBI Newsletter, Februar 1999, Seite 34; H.G. Chotas, JT. Dobbins, CE. Ravin, „Principles of Digital Radiography with Large- Area, Electron ical Iy Readable Detectors: A Review of the Basics", Radiol., 210 (1999) 595-599). Sie bestehen häufig aus amorphem Silizium oder anderen Halbleitermaterialien. In der erfindungsgemäßen Röntgenanordnung sind u.a.
folgende Detektoren geeignet: Detektoren mit Phosphorplatten (beispielsweise von Fuji ChemicalDigital detectors have been offered by several manufacturers for some time (for example: The BBI Newsletter, February 1999, page 34; HG Chotas, JT Dobbins, CE, Ravin, "Principles of Digital Radiography with Large-Area, Electronical Iy Readable Detectors : A Review of the Basics ", Radiol., 210 (1999) 595-599) .They often consist of amorphous silicon or other semiconductor materials The following detectors are suitable: detectors with phosphor plates (for example from Fuji Chemical
Industries, Konica), mit amorphem Silizium (beispielsweise von GE Medical, Philips Medical, Siemens Medical), mit Selen (beispielsweise von Philips Medical, Toshiba), mit Gadoliniumhyposulfit (beispielsweise von Kodak), mit Cadmiumtellurid (CT) oder Cadmium-Zink-Tellurid-(CZT)-Halbleitern, mit Yttriumoxyorthosilikat, mit Lutetiumoxyorthosilikat, mit Natriumiodid oder Wismutgermanat. Besonders gute Resultate werden mit den sogenannten C(Z)T-Detektoren erzielt, d.h. Detektoren, die aus einem Cadmium-(Zink)- Tellurid-(C(Z)T)-Halbleiter bestehen.Industries, Konica), with amorphous silicon (for example from GE Medical, Philips Medical, Siemens Medical), with selenium (for example from Philips Medical, Toshiba), with gadolinium hyposulfite (from Kodak, for example), with cadmium telluride (CT) or cadmium-zinc. Telluride (CZT) semiconductors, with yttrium oxyorthosilicate, with lutetium oxyorthosilicate, with sodium iodide or bismuth germanate. Particularly good results are achieved with the so-called C (Z) T detectors, i. Detectors consisting of a cadmium (zinc) telluride (C (Z) T) semiconductor.
Der Aufbau eines energiedispersiven Detektors, der aus einem Halbleiter gebildet wird, ist im Einzelnen in US 5,434,417 A beschrieben. In diesem Falle sind segmentierte Halbleiterstreifen vorgesehen, die von der Stirnseite aus mit der Röntgenstrahlung bestrahlt werden. Die Strahlung dringt in dasThe construction of an energy dispersive detector formed from a semiconductor is described in detail in US Pat. No. 5,434,417. In this case, segmented semiconductor strips are provided, which are irradiated from the front side with the X-rays. The radiation penetrates into it
Halbleitermaterial ein, bis sie mit dem Halbleitermaterial in Wechselwirkung tritt. Die Eindringtiefe hängt von der Energie der Röntgenphotonen ab. Bei größerer Energie der Röntgenphotonen dringt die Strahlung tiefer ein, bis sie mit dem Detektormaterial in Wechselwirkung tritt und durch einen photoelektrischen Effekt einen Stromimpuls erzeugt, als bei geringerer Energie derSemiconductor material until it interacts with the semiconductor material. The penetration depth depends on the energy of the X-ray photons. With larger energy of the X-ray photons, the radiation penetrates deeper until it interacts with the detector material and generates a current pulse by a photoelectric effect, as at lower energy
Röntgenphotonen. Die Stromimpulse können in den einzelnen Segmenten des Detektors mittels angebrachter elektrischer Kontaktierungen abgeleitet werden. Die Stromimpulse werden mit einem Vorverstärker verarbeitet.X-ray photons. The current pulses can be derived in the individual segments of the detector by means of attached electrical contacts. The current pulses are processed with a preamplifier.
Zum einen kann der Detektor in Form eines Flachbettdetektors ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform werden alle Bildpunkte gleichzeitig erfasst und zur Auswertung an die Korrelationseinheit weitergeleitet. Der Detektor besteht in diesem Falle aus einer flächigen Anordnung von einzelnen Detektorsensoren, vorzugsweise in einer Zeilen und Spalten von derartigen Sensoren aufweisenden Matrix.On the one hand, the detector can be designed in the form of a flatbed detector. In this embodiment, all pixels are detected simultaneously and forwarded to the correlation unit for evaluation. The detector in this case consists of a planar arrangement of individual detector sensors, preferably in a row and columns of such sensors having matrix.
Weiterhin kann auch eine Detektoreinheit vorgesehen sein, die zur Ermittlung der emittierten Röntgenstrahlung dient und gegebenenfalls zur Aufnahme eines
Emissionsbildes und hierzu mit einem röntgenoptischen Modul zur Energieselektion ausgebildet ist.Furthermore, it is also possible to provide a detector unit which serves to determine the emitted X-ray radiation and, if appropriate, to receive a Emission image and this is designed with an X-ray optical module for energy selection.
Anstelle des Flachbettdetektors können auch Zeilendetektoren oder eine Matrix mehrerer zur Aufnahme eines einzelnen Bildpunktes geeigneter Detektoren verwendet werden. Bei letzteren Detektoren wird die Röntgenstrahlung vom Untersuchungsobjekt gleichzeitig über Röntgenlichtleiter zugeleitet. Eine Vielzahl derartiger Lichtleiter wird zu einem Flächendetektor kombiniert.Instead of the flatbed detector, it is also possible to use line detectors or a matrix of a plurality of detectors suitable for recording a single pixel. In the case of the latter detectors, the X-ray radiation from the examination object is simultaneously conducted via X-ray light guides. A plurality of such optical fibers is combined to form an area detector.
Weiterhin kann der Detektor zur Aufnahme eines einzelnen Bildpunktes ausgebildet und zur Aufnahme aller Bildpunkte verfahrbar sein. In dieser Ausführungsform kann der Detektor während der Messung nur energieabhängige Intensitäten in einem einzelnen Bildpunkt erfassen. Die Intensitäten der einzelnen Bildpunkte werden nacheinander erfasst, beispielsweise zeilenweise, und zur weiteren Verarbeitung an die Korrelationseinheit weitergeleitet.Furthermore, the detector can be designed to receive a single pixel and be movable to accommodate all pixels. In this embodiment, the detector can only detect energy-dependent intensities in a single pixel during the measurement. The intensities of the individual pixels are detected in succession, for example line by line, and forwarded to the correlation unit for further processing.
Außerdem kann der Detektor auch ein Array von zur Aufnahme jeweils eines Bildpunktes ausgebildeten Detektorsensoren aufweisen und zur Aufnahme aller Bildpunkte verfahrbar sein. Als Array von Detektorsensoren wird gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl eine Zeile von Detektorsensoren als auch eine andere Anordnung, beispielsweise matrixartige Anordnung, von Detektorsensoren verstanden. In dieser Ausführungsform erfasst der Detektor die Intensitätswerte in den einzelnen Bildpunkten zeilenweise oder gegebenenfalls auch blockweise. Zur Aufnahme aller Intensitätswerte wird der Detektor während der Messung vorzugsweise senkrecht zu einer Hauptachse des Arrays verfahren. Die während der Messung ermittelten Intensitätswerte werden an die Korrelationseinheit übermittelt.In addition, the detector can also have an array of detector sensors designed to receive one pixel each and can be moved to accommodate all the pixels. As an array of detector sensors according to the present invention, both a row of detector sensors and another arrangement, for example, a matrix-like arrangement, of detector sensors understood. In this embodiment, the detector detects the intensity values in the individual pixels line by line or optionally also in blocks. To record all intensity values, the detector is preferably moved perpendicular to a main axis of the array during the measurement. The intensity values determined during the measurement are transmitted to the correlation unit.
Zur Bilddarstellung beispielsweise der Verteilung von kontrastgebenden chemischen Elementen in dem Untersuchungsobjekt ist es vorteilhaft, die von den jeweiligen Raumelementen emittierten Strahlungsintensitäten mit jeweils gleicher Wichtung zu erfassen. Weiterhin ist es zu diesem Zwecke auch
vorteilhaft, die jeweiligen Raumeiemente mit jeweiis gleicher Strahlungsintensität aus der Röntgenstrahlungsquelle zu beaufschlagen. In der Praxis erweisen sich diese Prämissen jedoch nur als näherungsweise gegeben, da zum einen die eingestrahlte Röntgenstrahlung je nach dem von der Strahlung im Untersuchungsobjekt zurückgelegten Weg in unterschiedlichem Maße durch Absorption abgeschwächt wird und zum anderen die von den Raumelementen im Untersuchungsobjekt emittierte Strahlung je nach dem noch im Untersuchungsobjekt zurückzulegenden Weg zum Detektor in unterschiedlichem Maße durch die Eigenabsorption abgeschwächt wird.To image, for example, the distribution of contrasting chemical elements in the examination subject, it is advantageous to detect the radiation intensities emitted by the respective spatial elements, each with the same weighting. Furthermore, it is for this purpose too advantageous to apply the respective Raumeiemente with jeweiis same radiation intensity from the X-ray source. In practice, however, these premises only prove to be approximate since, on the one hand, the irradiated X-radiation is attenuated to varying degrees by absorption depending on the path traveled by the radiation in the examination subject and, on the other hand, the radiation emitted by the spatial elements in the examination subject is still weakened in the object under investigation path to the detector to varying degrees attenuated by the self-absorption.
Dieses Problem tritt bei allen emissionsspektroskopischen Methoden auf. Um das Problem zu lösen, werden die zweiten Intensitätswerte zunächst unter Berücksichtigung der Absorption von eingestrahlter Röntgenstrahlung und/oder der Eigenabsorption der emittierten Röntgenstrahlung im Untersuchungsobjekt korrigiert und die ersten und zweiten Intensitätswerte erst nach dieser Korrektur Bildpunkt für Bildpunkt miteinander korreliert. Eine derartige Korrektur kann mittels numerischer Verfahren durchgeführt werden, indem die Geometrie des Untersuchungsobjektes und eine zumindest angenäherte ortsabhängige Röntgendichte berücksichtigt werden. Zur Bestimmung der ortsabhängigen Röntgendichte können die aus den ersten Intensitätswerten erzeugten Bilder herangezogen werden. Zur Ermittlung der ortsabhängigen Absorption und Eigenabsorption kann in erster Näherung die aus dieser Messung erhaltene ortsabhängige Röntgendichte zugrunde gelegt werden, weil die Absorptionskoeffizienten für die eingestrahlte Röntgenstrahlung zu denen der emittierten Strahlung ähnlich ist.This problem occurs in all emission spectroscopic methods. In order to solve the problem, the second intensity values are first corrected taking into account the absorption of incident X-radiation and / or the inherent absorption of the emitted X-radiation in the examination subject, and the first and second intensity values are correlated with each other only after this correction, pixel by pixel. Such a correction can be carried out by means of numerical methods, taking into account the geometry of the examination subject and an at least approximate location-dependent radiopacity. To determine the location-dependent radiopacity, the images generated from the first intensity values can be used. To determine the location-dependent absorption and self-absorption, the location-dependent radiopacity obtained from this measurement can be used as a first approximation because the absorption coefficients for the irradiated X-radiation are similar to those of the emitted radiation.
Wegen der Eigenabsorption der emittierten Strahlung kann es ferner vorteilhaft sein, die Position und Winkelstellung des zweiten Detektors relativ zum Untersuchungsbereich (ROI) während der Messung zu bewegen, etwa auf einer Kreissegmentbahn, um strukturelle Inhomogenitäten im Untersuchungsobjekt, die je nach Betrachtungswinkel und -ort unterschiedlich absorbierend wirken, auszugleichen. Die Bilddarstellungen würden in diesem Falle nach Korrektur der Eigenabsorption durch Mittelung erhalten werden.
Das vom Vorverstärker stammende Signal wird dann in die mindestens eine Korrelationseinheit geleitet, mit der die Intensität der transmittierten Röntgenstrahlung von einem Bildpunkt vom Untersuchungsobjekt mit dem Bild der emittierten Röntgenstrahlung (Röntgenstreuung und Röntgenfluoreszenz) von demselben Bildpunkt korreliert wird. Die Korrelationseinheit kann eine entsprechend programmierte Datenverarbeitungsanlage sein.Because of the inherent absorption of the emitted radiation, it may also be advantageous to move the position and angular position of the second detector relative to the examination area (ROI) during the measurement, such as on a circular segment path, to structural inhomogeneities in the examination subject, which vary depending on the viewing angle and location have an absorbent effect, compensate. The images would be obtained in this case after correction of the self-absorption by averaging. The signal originating from the preamplifier is then passed into the at least one correlation unit with which the intensity of the transmitted X-ray radiation from a pixel of the examination object is correlated with the image of the emitted X-radiation (X-ray scattering and X-ray fluorescence) from the same pixel. The correlation unit may be a correspondingly programmed data processing system.
Zur Korrelation der Intensitätswerte der Photonen der beiden Modalitäten (Transmissionsbild und Emissionsbild) werden diese bildpunktweise miteinander korreliert, vorzugsweise voneinander subtrahiert oder durcheinander dividiert.In order to correlate the intensity values of the photons of the two modalities (transmission image and emission image), these are pixel-wise correlated, preferably subtracted from one another or divided by one another.
Hierzu kann im einen Fall ein Komparator und im anderen Fall ein Divisionsglied zur Bildpunkt für Bildpunkt durchgeführten Korrelation eingesetzt werden.For this purpose, in one case a comparator and in the other case a divisional element can be used for pixel-by-pixel correlation.
Selbstverständlich können auch andere mathematische Operationen zur Korrelation der Intensitätswerte der transmittierten und emittiertenOf course, other mathematical operations for correlating the intensity values of the transmitted and emitted
Röntgenstrahlung von einem Bildpunkt durchgeführt werden.X-rays are performed by a pixel.
Zur Verarbeitung der gemessenen Intensitätswerte eines Bildpunktes sind vorzugsweise folgende Einrichtungen vorgesehen, die in einer Datenverarbeitungsanlage realisiert sein können, nämlich:For processing the measured intensity values of a pixel, the following devices are preferably provided which can be realized in a data processing system, namely:
d1. eine erste Speichereinheit, mit der die ersten Intensitätswerte der transmittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt speicherbar sind, d2. eine zweite Speichereinheit, mit der die zweiten Intensitätswerte der emittierten Röntgenstrahlung Bildpunkt für Bildpunkt speicherbar sindd1. a first memory unit, with which the first intensity values of the transmitted X-ray radiation can be stored pixel by pixel, d2. a second memory unit, with which the second intensity values of the emitted X-ray radiation can be stored pixel by pixel
(z.B. mit den Elementen I1 Gd, Yb), d3. eine Recheneinheit, die für eine geeignete Korrelation der beiden generierten Bilddatensätze sorgt und damit aus den Informationen des Transmissionsdatensatzes und den Daten aus der Röntgenemission, vorzugsweise Röntgenfluoreszenz, einen Bilddatensatz generiert bzw. errechnet.
Dadurch ist es möglich, die intensitätswerte aiier Biidpunkte in Transmission und Emission miteinander zu korrelieren, wobei das Emissionsbild über die charakteristischen Emissionslinien auf das verwendete Kontrastmittel abgestimmt wird. Wird ein Gemisch aus Röntgenkontrastmitteln (z.B. Ultravist® und Gadovist®) oder werden sowohl lod als auch ein Lanthanid (wie Gd oder Dy) enthaltende Substanzen verwendet, so können die jeweils charakteristischen Emissionslinien zur Emissionsbildgebung herangezogen werden, wobei die gemessenen Datensätze anschließend bildpunktweise miteinander korreliert und zur Bilddarstellung genutzt werden oder wobei alternativ die jeweiligen Intensitätswerte Bildpunkt für Bildpunkt miteinander korreliert und die erhaltenen Daten anschließend zur Bilddarstellung eingesetzt werden. Hierzu werden die erhaltenen Daten bildpunktweise an eine Ausgabeeinheit übergeben, die beispielsweise einen Monitor (CRT- oder LCD- Anzeige) oder einen Plotter enthält.(eg with the elements I 1 Gd, Yb), d3. an arithmetic unit which provides for a suitable correlation of the two generated image data sets and thus generates or calculates an image data set from the information of the transmission data set and the data from the X-ray emission, preferably X-ray fluorescence. As a result, it is possible to correlate the intensity values of the two biid points in transmission and emission, with the emission image being matched to the contrast agent used via the characteristic emission lines. A mixture of x-ray contrast agents (eg Ultravist ® and Gadovist ®) or both iodine and a lanthanide (such as Gd or Dy) containing substances is used, each characteristic emission lines may be used for the emission imaging, wherein the measured data sets then correlated imagewise together and, alternatively, the respective intensity values are correlated pixel by pixel, and the obtained data are subsequently used for image presentation. For this purpose, the data obtained are transmitted pixel by pixel to an output unit which contains, for example, a monitor (CRT or LCD display) or a plotter.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Figuren und Beispiele. Um einen direkten Eindruck von der Wirkungsweise der Erfindung zu liefern, wurde in allen Fällen davon Abstand genommen, die gemessenen Röntgenspektren gemäß der Absorption des Excitationsstrahles und der Eigenabsorption zu korrigieren. Es zeigen im Einzelnen:For a more detailed explanation of the invention serve the following figures and examples. In order to provide a direct impression of the operation of the invention, it was refrained in all cases from correcting the measured X-ray spectra according to the absorption of the excitation beam and the self-absorption. They show in detail:
Fig. 1 : eine Abbildung einer Versuchsanordnung in einem Computertomographen;1 shows an illustration of a test arrangement in a computer tomograph;
Fig. 2: eine schematische Darstellung der Anordnung zur Bildgewinnung bzw. des Versuchsaufbaus;2 shows a schematic representation of the arrangement for image acquisition or the experimental setup;
Fig. 3: eine schematische Darstellung der Versuchsanordnung zurFig. 3: a schematic representation of the experimental arrangement for
Generierung der ersten Phantommessungen; Fig. 4: Emissionsspektren des Phantoms von Fig. 3, gefüllt mit Wasser (Fig.Generation of the first phantom measurements; Fig. 4: emission spectra of the phantom of Fig. 3, filled with water (Fig.
4a), Ultravist® (Fig. 4b), Gadovist® (Fig. 4c); Fig. 5: Emissionsspektren des Phantoms von Fig. 3, gefüllt mit Wasser (Fig.4a), Ultravist ® (Figure 4b), Gadovist ® (Figure 4c)..; FIG. 5: emission spectra of the phantom of FIG. 3 filled with water (FIG.
5a), Ultravist® (Fig. 5b), Gadovist® (Fig. 5c), wobei jeweils eine 5 cm dicke PMMA-Scheibe zwischen Detektor und Phantom angeordnet war;
Fig. 6: Intensität der Emission in Abhängigkeit von der Position/Verschiebung des Phantoms aus Fig. 3 in ausgewählten Energiebändern (entsprechend den K0- und Kß-Linien (lod: Fig. 6a, Gadolinium: Fig. 6b, Mischung aus lod und Gadolinium: Fig. 6c); Fig. 7: CT-Schnittbilder (Transmissionsbilder) des Phantoms gefüllt mit Gd, einer Iod/Gd Mischung, lod, Luft und Wasser... 5a), Ultravist ® (Figure 5b), Gadovist ® (Figure 5c), wherein each a 5 cm thick PMMA disk was placed between the detector and phantom; FIG. 6: Intensity of the emission as a function of the position / displacement of the phantom from FIG. 3 in selected energy bands (corresponding to the K 0 and K 2 lines (iodine: FIG. 6 a, gadolinium: FIG. 6 b) Gadolinium: Fig. 6c) Fig. 7: CT sectional images (transmission images) of the phantom filled with Gd, an iodine / Gd mixture, iodine, air and water.
In Fig. 1 ist eine photographische Darstellung einer Versuchsanordnung in einem Computertomographen mit einem Gummiball 1 gezeigt, der an einem Stativ 2 befestigt ist. Der Gummiball ist im Zentrum des Computertomographen angeordnet. In verschiedenen Versuchen wurde der Gummiball mit Luft, Wasser sowie unterschiedlichen Kontrastmittellösungen gefüllt. Der Ball befand sich zwischen der CT-Röhre (oberhalb des Gummiballes; nicht dargestellt) und einem Zeilendetektor (unterhalb des unter dem Gummiball sichtbaren Tisches; nicht sichtbar).FIG. 1 shows a photographic representation of a test arrangement in a computer tomograph with a rubber ball 1 which is fastened to a stand 2. The rubber ball is located in the center of the computer tomograph. In various experiments, the rubber ball was filled with air, water and different contrast agent solutions. The ball was between the CT tube (above the rubber ball, not shown) and a line detector (below the table visible under the rubber ball, not visible).
In einem Winkel von 90° zur Verbindungslinie zwischen der CT-Röhre, dem Gummiball und dem Detektor wurde eine Messkammer 3 zur Detektion der Röntgenfluoreszenz positioniert. Mit diesem Versuchsaufbau wurde ein mit Kontrastmittel gefülltes Gewebe, Tumor oder Ähnliches alsAt a 90 ° angle to the connecting line between the CT tube, the rubber ball and the detector, a measuring chamber 3 for detecting the X-ray fluorescence was positioned. With this experimental setup, a contrast-filled tissue, tumor or the like was used as
Untersuchungsobjekt simuliert, das im Computertomograph untersucht wird. Hierzu wurden das Objekt schichtweise abgescannt und dabei die Streuspektren gemessen.Object of examination simulated, which is examined in the computer tomograph. For this purpose, the object was scanned in layers and thereby measured the scattering spectra.
Der zu diesem Versuch verwendete Versuchsaufbau ist im Einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Die dort dargestellte Schemazeichnung zeigt den Ball 1 , der sich als Phantom im Isozentrum der Gantry 4 befand. Die CT-Röhre 5 war in der 12- Uhr-Position angeordnet und stand dort fest. Die Messkammer 3, bestehend aus einem Detektor 6 und einem Bleirohr 7, war in einem Winkel von 90° zum Röntgen-Kegelstrahl, der aus der CT-Röhre austrat, an das Phantom (Ball) gerichtet (in z-Richtung; siehe Pfeil).
Zur Detektion der Röntgenstrahlung wurde ein CZT-Detektor 6 mit einem 3 mm x 3 mm x 2 mm großen Cadmium-Zink-Tellurid-Kristall und 100/400 μm Lochblenden eingesetzt (Amptek Inc., USA). Die vom Fluoreszenzdetektor aufgenommenen Daten wurden von dem Detektor über einen Verstärker 8 an einen Vielkanalanalysator 9 weitergeleitet und anschließend einerThe experimental setup used for this experiment is shown in detail in FIG. The diagram shown there shows the ball 1, which was located as a phantom in the isocenter of the gantry 4. The CT tube 5 was located at the 12 o'clock position and stood there. The measuring chamber 3, consisting of a detector 6 and a lead tube 7, was directed at the phantom (ball) at an angle of 90 ° to the X-ray cone beam emerging from the CT tube (in the z-direction, see arrow). , For the detection of the X-ray radiation, a CZT detector 6 with a 3 mm × 3 mm × 2 mm cadmium-zinc-telluride crystal and 100/400 μm pinhole diaphragms was used (Amptek Inc., USA). The data recorded by the fluorescence detector were forwarded by the detector via an amplifier 8 to a multi-channel analyzer 9 and then a
Excel®(Microsoft)-Graphiktabelle zugeführt, die auf einem PC 10 gespeichert wurden. Die Signalintensitäten SI = SI(E) standen damit in digitaler Form als Funktion der Energie E zur Verfügung.Excel ® (Microsoft) -Graphiktabelle supplied stored on a PC 10th The signal intensities SI = SI (E) were thus available in digital form as a function of the energy E.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Versuchsanordnung zurIn Fig. 3 is a schematic representation of the experimental arrangement for
Generierung der ersten Phantommessungen gezeigt. Ein Teil der Messkammer zur Messung der Fluoreszenz 3 ist links in der Darstellung erkennbar, während der Ball 1 in der Mitte der Darstellung gezeigt ist. Die einzelnen in Fig. 3 senkrecht verlaufenden Schnittebenen, aus denen die Fluoreszenz zur Messkammer gelangt, wurden durch einen von oben einfallendenGeneration of the first phantom measurements shown. Part of the measuring chamber for measuring the fluorescence 3 can be seen on the left in the illustration, while the ball 1 is shown in the middle of the illustration. The individual sectional planes running vertically in FIG. 3, from which the fluorescence arrives at the measuring chamber, have been cut through from above
Röntgenfächerstrahl erzeugt. Die gestrichelten Linien markieren die jeweiligen Positionen der CT-Röhre oberhalb des Bildausschnittes. Die horizontale Skala gibt die Verschiebung des Fächerstrahles an und zeigt somit die jeweils angesprochene Schnittebene (angeregte Schicht) im Ball an.X-ray fan beam generated. The dashed lines mark the respective positions of the CT tube above the image section. The horizontal scale indicates the shift of the fan beam and thus indicates the respectively addressed cutting plane (excited layer) in the ball.
Eine „Nullmessung" wurde bei +45 mm und damit außerhalb des Anregungsstrahls durchgeführt.A "zero measurement" was performed at +45 mm and thus outside the excitation beam.
Nach jeder Aufnahme eines Spektrums wurde der gesamte Messaufbau 10 mm weiter in die Gantry (in z-Richtung) gefahren und das neue Spektrum aufgenommen. So entstanden schichtweise verschiedene Spektren in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Balles im Strahl bzw. entsprechend der Ballgeometrie.After each acquisition of a spectrum, the entire measurement setup was moved 10 mm further into the gantry (in the z direction) and the new spectrum was recorded. Layer by layer, different spectra were generated depending on the position of the ball in the beam or the ball geometry.
Mit diesem Messaufbau konnte somit die Röntgenfluoreszenz in Abhängigkeit von der Topographie des Phantoms gemessen werden, wobei bei z = - 60 mm die zum Detektor nächste Schicht und bei z = 0 die vom Detektor entfernteste Schicht durchstrahlt wurde (bei z = - 60 ist damit die Eigenabsorption der
Emission minimal und bei z = 0 maximal; wegen der sphärischen Geometrie macht sich auch ein Absorptionseffekt in der Durchstrahlung bei höheren Kontrastmittelkonzentrationen bemerkbar).With this measurement setup, it was thus possible to measure the X-ray fluorescence as a function of the topography of the phantom, whereby at z = -60 mm the layer closest to the detector was irradiated and at z = 0 the layer farthest from the detector was irradiated (at z = -60, then Self absorption of Emission minimal and at z = 0 maximum; because of the spherical geometry, an absorption effect in the radiation at higher contrast agent concentrations is noticeable).
Beispiel 1 :Example 1 :
In einer ersten Messung wurde der Ball mit Wasser gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position des Balles im Strahl entsprechend Fig. 3 gemessen (Parameter: Detektor: XR-100.CZT (Lochblende 0,1 mm), Abstand Ball - Detektor: 18,0 cm, Abstand Ball - CT-Röhre: 32,0 cm).In a first measurement, the ball was filled with water and measured at 80 kV, 50 mA for every 80 s per position of the ball in the beam according to FIG. 3 (parameter: detector: XR-100.CZT (pinhole 0.1 mm), Distance ball - detector: 18.0 cm, distance ball - CT tube: 32.0 cm).
In Fig. 4a sind die Streuspektren des Wassers im Phantom für die verschiedenen Positionen dargestellt.FIG. 4a shows the scattered spectra of the water in the phantom for the different positions.
In einer zweiten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l lod in Wasser (Ultravist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen (Parameter: Detektor: XR-100.CZT (Lochblende 0,1 mm)In a second measurement of the bale parameter was filled with a solution of 50 mmol / l of iodine in water (Ultravist ®) and at 80 kV, 50 mA for each measured 80 seconds per position (: Detector: XR-100.CZT (pinhole 0 ,1 mm)
Die erhaltenen Emissionsspektren bei den verschiedenen Positionen sind in Fig. 4b wiedergegeben. Die K0- und Kß-Linien von lod (28,6 und 32,3 keV) sind deutlich zu erkennen. Aus der Graphik wird eine Abhängigkeit der gemessenen Intensität der Röntgenfluoreszenz von der Geometrie des Phantoms deutlich. Je größer die durchstrahlte Schicht des Phantoms war, desto höher war die gemessene Intensität.The obtained emission spectra at the various positions are shown in Fig. 4b. The K 0 and Kβ lines of iodine (28.6 and 32.3 keV) are clearly visible. The graph shows a dependence of the measured intensity of the X-ray fluorescence on the geometry of the phantom. The larger the irradiated layer of the phantom, the higher the measured intensity.
In einer dritten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l Gadolinium in Wasser (Gadovist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen (Parameter: Detektor: XR-100.CZT (Lochblende 0,1 mm)).In a third measurement the ball parameter was filled with a solution of 50 mmol / l gadolinium in water (Gadovist ®) and at 80 kV, 50 mA for each measured 80 seconds per position (: Detector: XR-100.CZT (pinhole 0 ,1 mm)).
Die erhaltenen Emissionsspektren bei den verschiedenen Positionen sind in Fig. 4c wiedergegeben. Die K0- und Kß-Linien von Gadolinium (43,0 und 48,7 keV) sind deutlich zu erkennen. Es zeigte sich, dass die Intensität der
gemessenen Emissionsstrahiung insbesondere im Bereich der K-Linien von der Geometrie des Balles im Strahlenfeld abhängig ist.The obtained emission spectra at the various positions are shown in Fig. 4c. The K 0 and Kβ lines of gadolinium (43.0 and 48.7 keV) are clearly visible. It showed that the intensity of measured emission radiation, in particular in the field of K-lines on the geometry of the ball in the radiation field is dependent.
Beispiel 2:Example 2:
Bei den einzelnen Messungen dieses Versuchs wurde jeweils eine 5 cm dicke PMMA-Scheibe als Filter zwischen Detektor und Phantom positioniert, um die Eigenabsorption der Röntgenfluoreszenzstrahlung durch umliegendes Gewebe zu simulieren.In the individual measurements of this experiment, a 5 cm thick PMMA disc was positioned as a filter between the detector and the phantom to simulate the intrinsic absorption of the X-ray fluorescence by surrounding tissue.
In Fig. 5a sind die Streuspektren des Wassers im Phantom für die verschiedenen Positionen dargestellt.FIG. 5a shows the scattered spectra of the water in the phantom for the different positions.
In einer zweiten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l lod in Wasser (Ultravist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen (Parameter: Detektor: XR-100.CZT (Lochblende 0,1 mm)).In a second measurement of the bale parameter was filled with a solution of 50 mmol / l of iodine in water (Ultravist ®) and at 80 kV, 50 mA for each measured 80 seconds per position (: Detector: XR-100.CZT (pinhole 0 ,1 mm)).
Die erhaltenen Emissionsspektren bei den verschiedenen Positionen sind in Fig. 5b wiedergegeben. Durch die eingeschobene PMMA-Scheibe nahm die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ab. Es wurde verifiziert, dass die Intensität umso geringer wurde je dicker die Scheibe war. Jedoch blieben selbst bei der größten Schicht des Balles (in der Mitte) noch die K-Linien messbar.The obtained emission spectra at the various positions are shown in Fig. 5b. The intensity of the fluorescence radiation decreased due to the inserted PMMA disk. It was verified that the intensity became the lower the thicker the disk was. However, even at the largest layer of the ball (in the middle), the K-lines remained measurable.
In einer dritten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l Gadolinium in Wasser (Gadovist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen (Parameter: Detektor: XR-100.CZT (Lochblende 0,1 mm)).In a third measurement the ball parameter was filled with a solution of 50 mmol / l gadolinium in water (Gadovist ®) and at 80 kV, 50 mA for each measured 80 seconds per position (: Detector: XR-100.CZT (pinhole 0 ,1 mm)).
Die erhaltenen Emissionsspektren bei den verschiedenen Positionen sind in Fig. 5c wiedergegeben. Auch hier nahm die Fluoreszenzstrahlung durch die eingeschobene PMMA-Scheibe ab. Da die K0- und Kß-Linien von Gadolinium bei 43,0 bzw. 48,7 keV liegen, war beim Vorhandensein der 5 cm dicken PMMA-Scheibe eine deutlich intensivere Fluroreszenzstrahlung detektierbar als
im Faiie der iodemission wie zuvor. Daher blieben auch in diesem Falle selbst bei der größten Schicht des Balles (in der Mitte) noch die K-Linien messbar.
The obtained emission spectra at the various positions are shown in Fig. 5c. Again, the fluorescence radiation decreased by the inserted PMMA disc. Since the K 0 and Kβ lines of gadolinium are at 43.0 and 48.7 keV, respectively, a significantly more intensive fluorescence radiation was detectable in the presence of the 5 cm thick PMMA disc in the faiie of iodemission as before. Therefore, even in this case, even with the largest layer of the ball (in the middle), the K-lines remained measurable.
Beispie! 3:Step Example! 3:
In einem weiteren Versuch wurden die Intensitätswerte der Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Positionierung des Balles gegenüber dem Röntgenstrahl ermittelt und aufgezeichnet.In a further experiment, the intensity values of the fluorescence were determined and recorded as a function of the positioning of the ball in relation to the X-ray beam.
In einer ersten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l lod in Wasser (Ultravist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen.In a first measurement the ball is filled with a solution of 50 mmol / l of iodine in water (Ultravist ®) and at 80 kV, 50 mA, each for 80 seconds per position measured.
In Fig. 6a ist die Intensität der Fluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der Position/Verschiebung des Phantoms in ausgewählten Energiebändern entsprechend der Kα-Linie von lod bei 28,6 keV und der Kß-Linie von lod bei 32,3 keV aufgetragen. Das durch die Form des Balles hervorgerufene Profil der Emissionsintensität ist aus dieser Figur erkennbar.In Figure 6a, the intensity of the fluorescence radiation is plotted against the position / displacement of the phantom in selected energy bands corresponding to the Kα line of iodine at 28.6 keV and the Kβ line of iodine at 32.3 keV. The profile of the emission intensity caused by the shape of the ball can be seen from this figure.
In einer zweiten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 50 mmol/l Gadolinium in Wasser (Gadovist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen.In a second measurement the ball is filled with a solution of 50 mmol / l gadolinium in water (Gadovist ®) and at 80 kV, 50 mA, each for 80 seconds per position measured.
In Fig. 6b ist die Intensität der Fluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der Position/Verschiebung des Phantoms in ausgewählten Energiebändern entsprechend der Kα-Linie von Gadolinium bei 43,0 keV und der Kß-Linie von Gadolinium bei 48,7 keV aufgetragen. Das durch die Form des Balles hervorgerufene Profil der Emissionsintensität ist aus dieser Figur ebenfalls erkennbar.In Fig. 6b, the intensity of the fluorescence radiation is plotted against the position / displacement of the phantom in selected energy bands corresponding to the K α line of gadolinium at 43.0 keV and the Kβ line of gadolinium at 48.7 keV. The profile of the emission intensity caused by the shape of the ball can also be seen from this figure.
In einer dritten Messung wurde der Ball mit einer Lösung von 25 mmol/l lod (Ultravist®) und 25 mmol/l Gadolinium in Wasser (Gadovist®) gefüllt und bei 80 kV, 50 mA für je 80 s pro Position gemessen.In a third measurement the ball is filled with a solution of 25 mmol / l iodine (Ultravist ®) and 25 mmol / l gadolinium in water (Gadovist ®) and at 80 kV, 50 mA for each measured 80 seconds per position.
In Fig. 6c ist die Intensität der Fluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der Position/Verschiebung des Phantoms in ausgewählten Energiebändern
entsprechend der Kα-Linie von iod bei 28,7 keV, der Kp-Linie von lod bei 32,3 keV, der Kα-Linie von Gadolinium bei 43,0 keV und der Kß-Linie von Gadolinium bei 48,7 keV aufgetragen. Wie Fig. 6c entnommen werden kann, wird das Ballprofil bei der direkten Auftragung der Signalintensität als Funktion der Position nur unzureichend wiedergegeben. Dies ist auf die Absorption auf der Anregungsseite und die Eigenabsorption auf der Emissionsseite zurückzuführen, die das Bild verfälschen. GeringereIn Fig. 6c, the intensity of the fluorescence radiation is dependent on the position / displacement of the phantom in selected energy bands corresponding to the Kα line of iodine at 28.7 keV, the Kp line of iodine at 32.3 keV, the Kα line of gadolinium at 43.0 keV and the Kβ line of gadolinium at 48.7 keV. As can be seen from Fig. 6c, the ball profile is reproduced insufficiently in the direct application of the signal intensity as a function of position. This is due to the absorption on the excitation side and the self-absorption on the emission side, which falsify the image. lower
Kontrastmittelkonzentrationen und Korrekturen der Absorption des Primärstrahls und Eigenabsorption der Röntgenfluoreszenz führten zu einer bildlichen Darstellung des Balles in einer Dimension.Contrast agent concentrations and corrections of the absorption of the primary beam and intrinsic absorption of the X-ray fluorescence led to a visual representation of the ball in one dimension.
Beispiel 4:Example 4:
Fig. 7 zeigt die zu den vorangegangenen Beispielen der Röntgenfluoreszenz aufgenommen CT-Schnittbilder. Von links oben nach rechts unten ist der mit Gadolinium, mit der Mischung aus Gadolinium und lod, der mit lod, der mit reinem Wasser und der mit Luft gefüllte Ball zu sehen. Der mit Luft gefüllte Ball weist die deutlich geringste Röntgenschwächung auf, gefolgt von dem mit Wasser gefüllten Ball. Bei Verwendung des Balles mit 50 mmol/l kontrastgebendem Element ist die Röntgenschwächung ausgeprägter als bei Wasser, eine quantitative Auswertung ist über die Bestimmung der Hounsfield- Einheiten (HU) möglich, aber erst die Hinzunahme der Röntgenfluoreszenzbilder erlaubt eine Aussage über die elementspezifische Füllung des Balles.
Fig. 7 shows the CT sectional images taken on the foregoing examples of X-ray fluorescence. From top left to bottom right is the gadolinium, the mixture of gadolinium and iodine, the iodine, the pure water and the air-filled ball. The air-filled ball has the least noticeable X-ray attenuation, followed by the ball filled with water. Using the ball with 50 mmol / l contrast element, the X-ray attenuation is more pronounced than with water, a quantitative evaluation is by determining the Hounsfield units (HU) possible, but only the addition of X-ray fluorescence images allows a statement about the element-specific filling of the ball.