EP1942805A2 - Röntgensystem zur erstellung diagnostischer röntgendarstellungen unter applikation von kontrastmitteln - Google Patents

Röntgensystem zur erstellung diagnostischer röntgendarstellungen unter applikation von kontrastmitteln

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EP1942805A2
EP1942805A2 EP06807524A EP06807524A EP1942805A2 EP 1942805 A2 EP1942805 A2 EP 1942805A2 EP 06807524 A EP06807524 A EP 06807524A EP 06807524 A EP06807524 A EP 06807524A EP 1942805 A2 EP1942805 A2 EP 1942805A2
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EP
European Patent Office
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contrast
ray
radiation
patient
ray system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807524A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hubertus Pietsch
Hanns-Joachim Weinmann
Michael Grasruck
Karl Stierstorfer
Thomas Flohr
Christoph SÜSS
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Siemens AG
Bayer Pharma AG
Original Assignee
Siemens AG
Bayer Schering Pharma AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Bayer Schering Pharma AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an X-ray system for generating diagnostic X-ray images of a patient with an X-ray tube, a detector, a Kontraststoffapplikati ⁇ onshim and a control and processing unit, wherein the X-ray system has a possibility for selecting different operating parameters at least with respect to the energy spectrum of the X-ray radiation used.
  • the invention also relates to a method for optimizing to-mographischer representations of a patient by X-rays with an energy spectrum to be selected and measurement of the attenuation of the X-ray radiation when passing through the patient in different solid angles with additional administration of contrast agent for contrast enhancement in the tomographic presentation.
  • the invention relates to the use of a lanthanide-containing complex for producing a contrast agent for diagnostic support in an X-ray examination.
  • contrast media are often applied to produce a high-contrast representation, which either attaches to specific body structures, eg carcinomas, or enriches certain bodily fluids, eg, blood.
  • Such contrast agents usually contain elements which are distinguished by high absorption coefficients and thus provide a good contrast to the surrounding tissue with a relatively low absorption coefficient.
  • iodine-containing contrast agents Because of any existing incompatibilities of the examined patient with iodine, gadolinium-containing contrast agents are also used. In this context, are generally lanthanide-containing
  • Contrast agents proposed. It is in this regard, for example ⁇ , to the headings "Arterial angiography in high kilovol- day technique with gadolinium as the contrast agent: first clinical experience", F. Fobbe et al, Eur Radiol 6, 224- 229 (1996)... , Springer-Verlag; "Evaluation of Gadobutrol in a Rabbit Model as a New Lanthanide Contrast Agent for Computer Tomography", Stephan A. Schmitz et al. , Investigative Radiolgy, Vol.
  • the inventors have recognized that it is not enough for it ⁇ submission of an optimum contrast-to-noise ratio easy to select a contrast agent is busy with the highest possible atomic number which ment with a EIe-. Rather, it has been found that, depending on the particular area of the patient examined, an optimal combination of contrast agent and the energy spectrum of the X-ray radiation used for the examination is necessary.
  • the ge coherences between absorption and energy spectrum of the radiation, taking into account an optimum contrast-to-noise ratio at the respective predetermined Letsbe ⁇ rich in patient are relatively complex and can not in simple rules or formulas reflect.
  • these parameters can also be considered in the examined tissue environment.
  • Different tissue environments Exercises such as bone, heart, liver or brain also cause differences in the selection of the optimal contrast agent / energy spectrum combination due to the different absorption behavior of the respective tissue.
  • the choice can not relate only to the difference ⁇ contrast-generating elements or different contrast agents, but it can also be differences regarding the optimal chemical structure of the contrast medium necessary.
  • a contrast medium ⁇ which only accumulate in the blood stream and is intended to degrade later
  • another molecule be used as a contrast agent in which a marker is to be attached to structures in the form carcinogenic. It is also possible for combinations of both variants to be selected for optimal recognition in an X-ray representation.
  • the concentration of the contrast medium can be gen as an indication or the compatibility of the respective contrast agent herangezo ⁇ their application concentration.
  • different contrast agents and for selecting the optimum contrast agent / radiation combination can then be used in accordance with normalized contrast mediums telkonzentrationen.
  • a spectrum-dependent radiation damage factor can also be incorporated here, since in principle it can be assumed that higher-energy X-ray radiation is less damaging than low-energy radiation.
  • the optimization ⁇ refers tion always expressed the contrast-to-noise ratio in the same dose of radiation or otherwise, it is the optimum choice of a contrast agent, which is the best contrast-to-noise ratio obtained by setting a BE ⁇ agreed contrast to noise ratio in the image mini ⁇ tion of the dose used so the radiation exposure of the examined patient reached.
  • Contrast-to-noise ratio on by increasing the concentra ⁇ a contrast agent can be achieved, on the other hand the patient for reasons of compatibility should not be burdened with too ho ⁇ hen contrast agent doses.
  • the combination of contrast agent and X-ray radiation is found, which is normalized to the radiation dose used or better normalized to its damaging effect and standardized to the concentration of the contrast agent or better its compatibility the best contrast-to-noise ratio. are, then taking place on the basis of these determined contrast mediums / radiation combination, the CT examination under a minimized dose and contrast agent concentration, so that a sufficiently high contrast for the clinical evaluation image can be reconstructed.
  • an X-ray system for generating diagnostic X-ray images of a patient, preferably an X-ray system with at least one X-ray tube for generating a beam of X-rays with an energy ⁇ spectrum for scanning the patient, a detector for measuring the attenuation of X-rays during passage through the patient, an application unit for the administration of contrast agent for contrast enhancement in the tomographic view of the patient, a control and processing unit for controlling the X-ray system andVaccinel ⁇ the X-ray images and lung of the patient with the aid of stored and executed computer programs, wherein the X-ray system has a possibility of selecting different operating parameters at least with regard to the energy spectrum of the X-ray radiation used, this X-ray system having a selecting means wel ⁇ ches by the direct or indirect indication of the parameter examination volume on the one hand and investigated Gewe- be Modell the other hand, at least one combination of contrast and energy spectrum of the X-ray radiation predetermines for the
  • the selection means itself will generally be realized by computer programs in conjunction with an input keyboard and a display unit. Basically, it is also within the scope of the invention, when specific keys are optionally associated with specially ⁇ len ads, provided at the X-ray system. It is essential for the invention that the surgeon appropriate means is provided, whereby he can pass on the necessary specifications to the system.
  • This selection means now makes it possible for the surgeon to find the optimum combination of contrast agent to be used and energy spectrum by simply specifying a body region to be examined or the tissue structure to be examined.
  • the selection means having a look-up table in which, depending on the body region to be examined or the tissue structure to be examined, optimum combinations of contrast agent and energy spectrum of the X-ray radiation to be used are stored.
  • the selecting means may be additionally connected to the control of the X-ray system, so that by the selection of Ope ⁇ rateurs if this results in a clear choice of optimum Kon medium and energy spectrum, automatically results in a corresponding adjustment of the X-ray system with respect to the tube voltage used and / or a filter to use for the radiation. If several equivalent solutions are available, these can be offered to the surgeon for further selection.
  • the detector in differing ⁇ chen modes of operation, as an integral detector to operate event-counting detector or energy-specific detector, the optimal choice may be dictated by the teldatemit-. Because even by different modes of operation of the detector, the optimal choice of contrast agent / energy spectrum combination can be influenced.
  • both integrating and event counting can be detected in these energy ranges, wherein the at least one limit value between the detected energy ranges is variable is.
  • the selection means may be connected to a controller that limit it and this limit entspre ⁇ accordingly optimal with respect to the best set ratio contrast-to-noise ratio.
  • the inventors also suggest that an indirect input possibility for the examination volume by specifying the body region is provided in the X-ray system ,
  • the indication of the examination regions of the head, thorax or abdomen already provides a largely good approximation for these values.
  • the proposed X-ray system can be both a system for producing transmission images and an X-ray system for producing tomographic representations, ie a CT or a C-arm device with means for the reconstruction of tomographic images, wherein the preferred application in the tomographic systems.
  • an X-ray system for generating tomographic representations the X-ray tube (s) and possibly the one or more detectors rotatably mounted around the patient, so that a plurality of projections from different projection directions can be recorded.
  • CT images are provided, said means usually consist of egg ⁇ ner combination of computing unit and corresponding computer programs.
  • the contrast to be able to optimize contrast agents are made available ⁇ noise ratio, comprising at least one contrast agent complex, and as a contrast material include a selection of at least two contrast-producing elements from the list below: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi; preferably Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu.
  • the inventors propose a method for optimizing tomographic representations of a patient by X-rays with an energy spectrum to be selected and measuring the attenuation of the X-ray radiation when passing through the patient at different solid angles with additional administration of contrast agent to improve the contrast in the tomographic display prior to the examination for the CT system, determining the contrast-to-noise ratio of different energy spectra of the X-ray and different contrast agents relative to tissue-like material or tissue and before examining a patient on the basis of the X-ray system an optimized selection of at least one contrast agent / X-ray spectrum combination is made available to a given examination region of the patient, which provides an optimal contrast-to-noise ratio in the examination b area allows.
  • According to the invention can be to select a look-up table USAGE ⁇ det, in the function of the predetermined sec ⁇ monitoring region of the patient at least one optimal combination nation of contrast medium is stored to the energy spectrum of the X-ray radiation to be used.
  • the Letsbe- can even after a prescan rich, optionally ren with different Energyspekt ⁇ , on the basis of the actual present absorption values in the examination zone by means of simulation with different available contrast agents and energy spectra, optionally also detectors relational as detector modes, the optimal combination of Contrast means and used for scanning energy ⁇ spectrum of the X-ray radiation can be determined.
  • the tube voltage can also be set automatically after the selection of the contrast agent initiated by the surgeon and / or the energy spectrum of the X-ray radiation used can be automatically adjusted by filtering according to previously stored or calculated information.
  • an energy-specific detection of at least two energy ranges may, however, depending on the energy integ ⁇ be detected rierend separated, wherein the at least one limit switch ⁇ value variable between the detected energy ranges adjustable and the control of this limit value entspre ⁇ accordingly the selection made by the operator and existing Defaults depending on the contrast agent used and the energy spectrum of the X-radiation takes place.
  • At least two energy ranges can separates ge ⁇ and detected event counting, said ranging min ⁇ least a limit value between the detected Energybe ⁇ is variably adjustable and the control of this Limit value corresponding to the choice made by the surgeon and existing specifications depending on the contrast agent used and the energy spectrum of the X-ray radiation.
  • a measure for the patient volume, ie for the cross section of the patient to be examined, to be penetrated by the radiation can be entered directly or indirectly for selecting the optimal combination of contrast agent and energy spectrum.
  • a look-up table can be used which, from other information, includes the actual patient volume or the cross section to be penetrated.
  • the patient volume can be determined and, preferably automatically, transferred to the X-ray system. Accordingly, the patient volume can also be optically determined.
  • the weight preferably by a weighing device in the patient table, so that there is a, usually additional parameter for estimating the cross section of the patient in the examination area.
  • a pre-scan can be used, and it is thus possible simultaneously to make approximate absorption provisions without contrast to using this information and Simulati ⁇ onsticianen with contrast even better the optimal combination of einbydem contrast medium and energy spectrum predetermine and, if appropriate, to automatically take over the X-ray system and to configure it accordingly.
  • the inventive method may be similar to the previously signed ⁇ X-ray system for both the production and presentation Position of transmission recordings are used as for the representation of tomographic images by corresponding and per se known reconstruction steps.
  • contrast agents made available to be provided according to the invention at least two contrast media with un ⁇ teretzlichen contrast-producing elements for selection, wherein the elements from the following list I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho , Er, Tm, Yb, Lu, Bi, preferably selected from the list Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
  • An example of this would be a set of contrast agents with the contrast generating elements I, Sm and Er. In principle, however, it should be noted that a higher number of different contrast agents also permits a more optimized selection.
  • the contrast media available for selection can also be mixed, so that different contrast agent mixtures with different complexes are used.
  • the list of elements used remains the same.
  • contrast agents which have different contrast-forming elements in chemical bonding.
  • a contrast agent can have a complex with one La and one Gd atom or two complexes with one La and one Gd atom each. It thereby becomes the mixing ratio fixed, so that a change in the mixing ratio can not arise due to application problems.
  • Example ⁇ example can also by 3 chemically bound contrast-forming elements fixed mixing ratios of 1: 2 at different two elements, or 1: 1: be achieved at three different elements.
  • a lanthanide com- plex for the preparation of a contrast agent for diagnostic assistance in a CT examination to use, wherein depending on the cross section and the weave structure of the examination ⁇ range, such a combination of a lanthanide for the contrast agent and an energy spectrum of the X-radiation used is selected which produces a maximum contrast-to-noise ratio in a CT representation.
  • the fol ⁇ constricting reference numerals are used: 1: CT system; 2: first X-ray tube; 3: first detector; 4: second X-ray tube; 5: second detector; 6: gantry housing; 7: patient; 8: patient couch; 9: system axis; 10: control and computing unit; 11: memory; 12: contrast agent applicator; 13: temporal contrast course; 14: aorta abdominalis; Prg x : computer programs.
  • FIG. 1 CT system with contrast agent injector
  • FIG. 3 Simulation values of contrast-to-noise
  • FIG 6 Simulation values from FIG 5 as applied to the same dose normalized with respect mass equivalents contrast-to-noise ratio of the contrast agent; 7 shows simulation values of the contrast-to-noise ratio
  • FIG 8 shows simulation values of FIG 7 as a contrast-to-noise applied to the same dose normalized with respect mass equivalents ratio of the contrast agent
  • FIG 9 shows simulation values of Figure 3 with a cylindrical phantom of 20 cm diameter
  • FIG 10 shows simulation values of Figure 3 with a cylindrical phantom of 30 cm diameter
  • 11 shows simulation values of Figure 3 with a cylindrical phantom of 40 cm diameter
  • FIG. 12 Simulation values of the contrast-to-noise ratio
  • FIG. 14 Time course of the ⁇ HU values in the aorta from FIG. 13;
  • FIG 15 To same dose normalized mass equivalents contrast-to-noise ratio of voltage against tubes ⁇ , celiac in aorta.
  • the inventive CT system can be in its basic structure, for example, a conventional CT system having a single focus / detector system to act, wherein the X-ray tube used influencing at least the possibility of Be ⁇ has the energy spectrum of X-ray radiation used. This can be done for example by controlling the acceleration voltage or the insertion of filters in the beam path.
  • Such systems are well known.
  • the selection means described in more detail later are additionally integrated as an additional component.
  • a dual or multiple focus / detector system As shown in FIG.
  • a CT system 1 has a first X-ray tube 2 with an opposite detector 3 and a second X-ray tube 4 with a further, opposite detector 5.
  • Both focus / detector systems 2, 3 and 4, 5 are in a gantry housing 6 one to a system axis 9 rotating and not shown here, gantry ordered ⁇ .
  • the patient 7 is situated at an lekssver ⁇ slidable patient table 8 which is pushed to scan the patient 7 during the rotation of the focus / detector systems kontinuier ⁇ Lich or stepwise through an opening in the gantry. 6 As a result, the patient 7 is scanned spirally or repeatedly in a circle.
  • a contrast agent is applied to the patient 7 to improve the contrast of a CT image reconstructed from the detector output data.
  • This can be done, for example, by a contrast agent injector 12, which injects the selected contrast agent into the patient 7 with a predetermined flow, possibly also with time-dependent variation.
  • the contrast agent may be designed for a cardio examination so that after the injection it remains exclusively in the bloodstream before it is degraded.
  • a very good representation of the bloodstreams and corresponding clinical reviews are possible.
  • this tumor is strongly highlighted in CT examination and thus easily diagnosed or determined in its location and extent.
  • combinations of both previously described variants possible in which case preferably different contrast-forming elements used who ⁇ can, which can be displayed separately due to their energy-specific difference ⁇ absorption behavior.
  • control and processing unit 10 has a memory 11, in which in addition to the measured detector output data and computer programs Prgi-prg n are stored, which are executed ⁇ out in operation and essentially take over the control of the system and the evaluation of the data.
  • ⁇ selection means in this preferred embodiment of a CT 's present in the form of a computer program Prg x in the control and computing unit 10th The necessary inputs to the selection means, such as patient diameter or examination area, can be made via the keyboard.
  • the outputs of the selection means to the surgeon in the form of the optimal to be selected contrast agent / radiation combination can be done on the screen. Alternatively, this combination can also be passed on to the computer and fed directly into the controller.
  • System offers various advantages over a conventional CT system. For example, different two or more detectors with different lent operating modes are used, if not detectors are available, which are switchable with the same structure in different operating modes. Detector system, a prescan or also the actual scan are carried out, each with a different energy spectrum gleichzei ⁇ tig with each focus /. Likewise, a simple simultaneous on ⁇ 's takeover of several tomograms to determine the patient's dimensions possible, which later optimum selection of the right contrast agent / facilitate radiation combination.
  • the contrast-generating elements are plotted in this figure 2 from left to right with increasing atomic number.
  • the results show that, first with increasing ordinal number ⁇ an improvement therefore increase the contrast-to-noise ratio can be observed. It will be a small plateau reaches the contrast-to-noise ratio in the contrast ⁇ form the elements Er and Tm, followed by a unsteti ⁇ gen drop of the contrast-to-noise ratio to Bi.
  • the elements provide Tb to Bi at 10OkV accelerating voltage a maximum value for the contrast-to-noise ratio, currency ⁇ rend the minimum value at Tb to Ho through 140 kV radiation in He to Lu through 80 kV radiation and Bi by 100kV Radiation is generated.
  • this simulation values of Figure 3 are still ⁇ times than the same dose normalized mass equivalents con- contrast-to-noise ratio plotted against the elements. Basically, it is a re-normalization of the curves of FIG. 3. These curves illustrate that, for example, in the range of I to Sm, the use of lower acceleration voltages and higher order contrasting elements leads to a reduction in the necessary contrast agent concentration for the same contrast-to Noise ratio leads. However, this statement is no longer transferable for further increasing atomic number.
  • FIG. 5 shows the simulation values of the contrast-to-noise ratio of various contrast agents with different elements against water, using the two acceleration voltages 8OkV and 12OkV, respectively with and without beam hardening by copper filters.
  • the influence of the filtering is greater in the 80kV radiation than in the 120kV radiation. Since the same filter thickness was used for both radiations, the effect of beam hardening was also relatively stronger with the 80 kV radiation than with the 120 kV radiation.
  • Contrast-to-noise ratio of various contrast agents applied Another effect which influences the behavior of the contrast-to-noise ratios of different contrast agents zueinan ⁇ at different radiation is the operating mode of the detector used. 7 shows the simulation values of the contrast-to-noise ratio diver ⁇ ser contrast agents with different contrast-forming elements against water with a X-ray radiation for four different detectors with different Radiomo ⁇ mode. Results are compared with a simple energy-integrating detector, an event-counting detector, an energy-specific event-counting detector with two energy ranges and an energy-specific event-counting detector with energy ranges in the 5keV range.
  • FIG. 9 the simulation values according to FIG. 3 with a cylindrical phantom with diameters of 20 cm are shown in FIGS. 9 to 11. 30cm and 40cm, where centrally in the phantom a small contrast medium-filled cylinder is arranged.
  • FIGS. 9 to 10 the simulation results for each of four different X-ray radiations with 80, 100, 120 and 140 kV acceleration voltage are shown.
  • FIG. 11 corresponds identically to FIG. 3.
  • results of Si ⁇ mulations are, but which can be equally replaced by direct measurements.
  • results shown were all determined against a water environment. If a further improved selection and coordination of the contrast agents and their combination with radiation variants and / or detector variants is to be determined, it is better to record these measured values compared to actual tissue structures, since further differentiations are also possible due to different environments for the contrast agent.
  • experimental studies have been conducted in animals to compare the contrast agent gadolinium component using the contrast agent Gadovist® and Kontraststoffponen ⁇ te iodine using the contrast agent Ultravist.
  • G2 Gadovist lmol Gd / kg KM (157 mg Gd / kg KM)
  • G3 Gadovist 2 mol Gd / kg KM (314 mg Gd / kg KM)
  • G4 Gadovist estimate how much is necessary to achieve the same ⁇ HU in the vessels, here the aorta.
  • the measurement protocol should allow angiography of the large abdominal vessels (aorta, cava, v. Portae) and a kidney ⁇ presentation to generate (human protocol: abdomen standard). Over 8 minutes, the animals are scanned closely.
  • ⁇ HU values HU values minus baseline value in the abdominal vessels and the kidneys were determined at different tube voltages. For the established protocol, an extrapolation of the administered radiation dose was made. At- closing was estimated that dose reduction may allow the on ⁇ rate of gadolinium significant picture quality.
  • a sample recording of a scan is in the figure 13 Darge ⁇ .
  • gadolinium has been shown in vivo that nen for clinically relevant tube voltages lanthanides ei ⁇ higher CT contrast reach as iodine.
  • a CT system with a selection agent for the best combination of Kon medium and energy spectrum of X-rays used to scan to optimize is the noise-to-contrast-comparison holds isses, a method for generating CT images with so by this invention Assistance of contrast agents taking into account an optimal combination of contrast medium and energy spectrum of an X-radiation used for the scan and the use of The use of a lanthanide-containing complex for producing a contrast agent for optimizing the combination of contrast agent and radiation to achieve a maximum contrast-to-noise ratio in a CT display suggested.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einem Auswahlmittel für die beste Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung zur Optimierung des Rausch-zu-Kontrast-Verhältnisses, ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgendarstellungen mit Hilfe von Kontrastmitteln unter Berücksichtigung einer optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung und die Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Optimierung der Kombination von Kontrastmittel und Strahlung zur Erreichung eines maximalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses in einer Röntgendarstellung.

Description

Beschreibung
Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen unter Applikation von Kontrastmitteln
Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen eines Patienten mit einer Röntgenröhre, einem Detektor, einer Kontrastmittelapplikati¬ onseinheit und einer Steuer- und Recheneinheit, wobei das Röntgensystem eine Möglichkeit zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Optimierung to- mographischer Darstellungen eines Patienten durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten in unterschiedlichen Raumwinkeln unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der to- mographischen Darstellung.
Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines lantha- nidhaltigen Komplexes zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Diagnoseunterstützung in einer Röntgenuntersuchung.
Mit der Röntgen-Computertomographie soll durch nichtinvasive Untersuchungen die innere Struktur eines lebenden Körpers, meist zum Zwecke der Diagnose, dargestellt werden. Da diese Strukturen sich bezüglich ihres Absorptionsverhaltens nur ge- ring unterscheiden, wird zur Erzeugung einer kontrastreichen Darstellung häufig Kontrastmittel appliziert, welches sich entweder an bestimmte Körperstrukturen, z.B. Karzinome, anlagert oder bestimmte Körperflüssigkeiten, z.B. Blut, anreichert. Solche Kontrastmittel enthalten in der Regel Elemente, die sich durch hohe Absorptionskoeffizienten auszeichnen und damit einen guten Kontrast zum umgebenden Gewebe mit relativ niedrigem Absorptionskoeffizienten liefern. Allgemein üblich ist in diesem Zusammenhang die Verwendung von iodhaltigen Kontrastmitteln. Wegen eventuell vorhandener Unverträglichkeiten des untersuchten Patienten gegenüber Iod werden auch gadoliniumhaltige Kontrastmittel verwendet. In diesem Zusammenhang werden auch allgemein lanthanidhaltige
Kontrastmittel vorgeschlagen. Es wird diesbezüglich beispiel¬ haft auf die Schriften „Arterial angiography in high-kilovol- tage technique with gadolinium as the contrast agent : first clinical experience", F. Fobbe et al . , Eur. Radiol. 6, 224- 229 (1996), Springer-Verlag; „Evaluation of Gadobutrol in a Rabbit Model as a New Lanthanide Contrast Agent for Computer Tomography", Stephan A. Schmitz et al . , Investigative Radiol- ogy, Vol.30, No.11, 644-649 (1995), Lippincott-Raven Publish- ers; „1-Molar Gadobutrol as a Contrast Agent for Computed To- mography: Results From a Comparative Procine Study", Marc Ka- linowski et al . , Investigative Radiology, Vol.38, No.4, 193- 199 (2003), Lippincott Williams & Wilkins, Inc. und "Gd-DTPA: An Alternative Medium for CT" Aidan D. Quinn et al . , Journal of Computer Assisted Tomography, 18 (4) : 634-636 (1994), Raven Press, Ltd. verwiesen.
In diesen Schriften werden auch Untersuchungen angestellt, welche die Absorption einiger bestimmter Kontrastmittel in HU-Einheiten liefern, wobei auch unterschiedliche Röntgen- spektren bei den Untersuchungen zugrunde gelegt wurden. Diese Untersuchungen liefern dem Operateur jedoch lediglich die Erkenntnis, dass Kontrastmittel mit höherer Ordnungszahl bei der verwendeten Strahlung zu besseren Bildergebnissen führen. Auch wird der bekannte Effekt des linearen Zusammenhangs zwi- sehen Konzentration des Kontrastmittels und gemessener Absorption dargestellt. Eine direkte Hilfe zur Auswahl einer optimalen Kombination von Kontrastmittel zu Röntgenspektrum für bestimmte Untersuchungsbereiche eines Patienten und zur Erreichung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses wird nicht vermittelt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Röntgensystem und ein Verfahren zur Optimierung von Röntgendarstellungen zur Verfügung zu stellen, welches es einem Operateur ermöglicht mit einfa¬ chen in der Praxis beherrschbaren Mitteln die für eine bestimmte Untersuchung optimale Kombination von Kontrastmittel und verwendetem Röntgenspektrum zur Erreichung des bestmögli- chen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses in einer Röntgendar¬ stellung auszuwählen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin- düng sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es nicht ausreicht zur Er¬ reichung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses einfach ein Kontrastmittel zu wählen, welches mit einem EIe- ment mit möglichst hoher Ordnungszahl besetzt ist. Vielmehr hat sich gezeigt, dass abhängig vom jeweils untersuchten Bereich des Patienten eine optimale Kombination zwischen Kontrastmittel und für die Untersuchung verwendetem Energiespektrum der Röntgenstrahlung notwendig ist. Die Zusammenhän- ge zwischen Absorption und Energiespektrum der Strahlung unter Berücksichtigung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses bei dem jeweils vorgegebenen Untersuchungsbe¬ reich am Patienten sind dabei relativ komplex und lassen sich nicht in einfachen Regeln oder Formeln wiedergeben. Insbeson- dere hat sich auch gezeigt, dass auch eine Veränderung in der Dicke der Untersuchungsvolumen eine Verschiebung der betrachteten Maxima optimaler Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse be¬ dingt .
Es erweist sich daher als am praktikabelsten, Versuchsreihen aufzunehmen oder zu simulieren, mit denen das Kontrast-zuRausch-Verhältnis in Abhängigkeit von dem verwendeten Strah¬ lungsspektrum, dem jeweiligen Kontrastmittel und der Weglänge des durchstrahlten Untersuchungsvolumens, nachfolgend einfach als „Untersuchungsvolumen" bezeichnet, dargestellt wird.
Des Weiteren können in diese Parameter auch noch die untersuchte Gewebeumgebung eingehen. Unterschiedliche Gewebeumge- bungen wie zum Beispiel Knochen, Herz, Leber oder Gehirn bewirken aufgrund des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens des jeweiligen Gewebes auch Unterschiede in der Auswahl der optimalen Kontrastmittel/Energiespektrum-Kombination .
So kann sich die Auswahl auch nicht nur auf die unterschied¬ lichen kontrasterzeugenden Elemente oder verschiedenen Kontrastmittel beziehen, sondern es können auch Differenzierungen bezüglich der optimalen chemischen Struktur des Kontrast- mittels notwendig sein. Zum Beispiel wird für ein Kontrast¬ mittel, welches sich lediglich im Blutkreislauf anreichern und später abbauen soll, ein anderes Molekül verwendet werden als bei einem Kontrastmittel, welches in Form eines Markers an karzinogenen Strukturen angelagert werden soll. Es ist auch möglich, dass hierbei Kombinationen von beiden Varianten zur optimalen Erkennbarkeit in einer Röntgensdarstellung gewählt werden.
Selbstverständlich geht in diese Aufstellung als Variable auch die Konzentration des Kontrastmittels ein. Um vergleichbare Verhältnisse für unterschiedliche Kontrastmittel zu er¬ halten kann deren Applikations-Konzentration als Maßstab oder die Verträglichkeit des jeweiligen Kontrastmittels herangezo¬ gen werden. Zum Vergleich unterschiedlicher Kontrastmittel und zur Auswahl der optimalen Kontrastmittel/Strahlungs- Kombination können dann entsprechend normierte Kontrastmit¬ telkonzentrationen verwendet werden. In einer verbesserten Variante kann hier auch ein spektrumsabhängiger Schädigungsfaktor der Strahlung mit einfließen, denn grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass höherenergetische Röntgenstrahlung weniger schädigend wirkt als niederenergetische Strahlung.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich durch Dosiserhöhung eine Verbesserung des Kontrast-zu-Rausch-Ver- hältnisses erreichbar ist. Eine Dosiserhöhung um den Faktor x erzeugt bekanntermaßen eine Verbesserung des Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnisses um den Faktor V* • Ziel aller Bemühungen im Bereich radiologischer Untersuchungen ist es jedoch die Strahlungsdosis, die bei einer solchen Röntgenuntersuchung verwendet wird zu minimieren. Daher bezieht sich die Optimie¬ rung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis immer auf gleiche Strahlungsdosis oder anders ausgedrückt, es wird durch die optimale Wahl eines Kontrastmittels, welches das beste Kon- trast-zu-Rausch-Verhältnisses ergibt durch Vorgabe eines be¬ stimmten Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses im Bild eine Mini¬ mierung der verwendeten Dosis also der Strahlenbelastung des untersuchten Patienten erreicht. Einerseits kann immer das
Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis durch Erhöhung der Konzentrati¬ on eines Kontrastmittels erreicht werden, andererseits sollte der Patient aus Gründen der Verträglichkeit nicht mit zu ho¬ hen Kontrastmitteldosen belastet werden. Im Idealfall ist al- so die Kombination aus Kontrastmittel und Röntgenstrahlung zu finden, die normiert auf die verwendete Strahlungsdosis oder besser normiert auf deren schädigende Wirkung und normiert auf die Konzentration des Kontrastmittels oder besser dessen Verträglichkeit das beste Kontrast-zu-Rausch-Verhältniss er- gibt, wobei dann auf Basis dieser ermittelten Kontrastmit¬ tel/Strahlungs-Kombination die CT-Untersuchung unter minimierter Dosis und Kontrastmittelkonzentration erfolgt, sodass ein für die klinische Beurteilung ausreichend kontraststarkes Bild rekonstruiert werden kann. Erschwerend kommt dabei hin- zu, dass die Optimierung auch noch von der Weglänge der
Strahlung durch den Patienten und der damit einhergehenden Aufhärtung der Strahlung abhängt.
Da diese Zusammenhänge in ihrer Komplexität von einem Opera- teur eines Röntgensystems, insbesondere im klinischen Alltag, kaum mehr überblickt werden können, erscheint es notwendig, dem Operateur für eine optimale Röntgenuntersuchung ein Auswahlmittel zur Verfügung zu stellen, welches auf der Basis einfach zu bestimmender Kriterien zumindest eine optimale Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination zur Verfügung stellt oder falls mehrere gleichwertige Kontrastmittel/Strahlungs- Kombinationen vorliegen diese dem Operateur zur endgültigen Auswahl anbietet. Bei dieser endgültigen Auswahl unter mehre- ren gleichwertigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombinationen kann der Operateur weitere Gesichtspunkte, zum Beispiel eine individuelle Verträglichkeit des Patienten, Kostengesichts¬ punkte oder Ähnliches einfließen lassen.
Entsprechend diesen Erkenntnissen schlagen die Erfinder vor, ein Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen eines Patienten zu verbessern, vorzugsweise ein Röntgensystem mit mindestens einer Röntgenröhre zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus Röntgenstrahlen mit einem Energie¬ spektrum zur Abtastung des Patienten, einem Detektor zur Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten, einer Applikationseinheit für die Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der tomo- graphischen Darstellung des Patienten, einer Steuer- und Recheneinheit zur Steuerung des Röntgensystems und zur Erstel¬ lung der Röntgendarstellungen des Patienten mit Hilfe von gespeicherten und ausgeführten Computerprogrammen, wobei das Röntgensystem eine Möglichkeit zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung aufweist, zu verbessern, indem dieses Röntgensystem ein Auswahlmittel aufweist, wel¬ ches nach der unmittelbaren oder mittelbaren Angabe der Parameter Untersuchungsvolumen einerseits und untersuchter Gewe- bestruktur andererseits zumindest eine Kombination von Kontrastmittel und Energiespektrum der Röntgenstrahlung für die Untersuchung vorgibt, mit der ein optimales Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich bei geringster Strahlungsdosis und Kontrastmittelbelastung erreicht wird.
In der konkreten Ausgestaltung wird das Auswahlmittel selbst in der Regel durch Computerprogramme in Verbindung mit einer Eingabetastatur und einer Anzeigeeinheit realisiert werden. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, wenn spezielle Tasten, gegebenenfalls verbunden mit speziel¬ len Anzeigen, am Röntgensystem zur Verfügung gestellt werden. Wesentlich für die Erfindung ist, dass dem Operateur ein ge- eignetes Mittel zur Verfügung gestellt wird, womit er die notwendigen Vorgaben an das System weitergeben kann.
Dieses Auswahlmittel ermöglicht es nun dem Operateur durch einfache Angabe einer zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur die optimale Kombination von einzusetzendem Kontrastmittel und Energiespektrum zu finden.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Auswahl- mittel eine Look-up-Tabelle aufweist, in der abhängig von der zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert sind.
Das Auswahlmittel kann zusätzlich mit der Steuerung des Rönt- gensystems verbunden sein, so dass durch die Auswahl des Ope¬ rateurs, falls diese eine eindeutige Wahl von optimalem Kon¬ trastmittel und Energiespektrum ergibt, automatisch zu einer entsprechenden Einstellung des Röntgensystems bezüglich der verwendeten Röhrenspannung und/oder eines zu verwendenden Filters für die Strahlung führen. Falls mehrere gleichwertige Lösungen zur Verfügung stehen, können diese dem Operateur zur weiteren Auswahl angeboten werden.
Vorteilhaft kann es auch sein, den Detektor in unterschiedli¬ chen Betriebsarten, nämlich als integrierender Detektor, ereigniszählender Detektor oder energiespezifischer Detektor zu betreiben, wobei die optimale Wahl auch durch das Auswahlmit- tel vorgegeben werden kann. Denn auch durch unterschiedliche Betriebsarten des Detektors kann die optimale Wahl der Kontrastmittel/Energiespektrum-Kombination beeinflusst werden.
Wird ein energieselektiver Detektor mit mindestens zwei ge- trennt zu zählenden Energiebereichen verwendet, so kann in diesen Energiebereichen sowohl integrierend als auch ereigniszählend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist. Das Auswahlmittel kann dabei mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden werden und diesen Grenzwert entspre¬ chend optimal in Bezug auf das beste Kontrast-zu-Rausch- Verhältnis einstellen.
Neben der Möglichkeit das Untersuchungsvolumen oder den Untersuchungsquerschnitt durch Eingabe eines Durchmessers bei etwa kreisförmigem Querschnitt oder zweier Achslängen bei etwa ellipsoidem Querschnitt zu definieren, schlagen die Erfin- der auch vor, dass in dem Röntgensystem eine mittelbare Eingabemöglichkeit für das Untersuchungsvolumen durch Angabe der Körperregion vorgesehen ist. Beispielsweise kann bereits durch die Angabe der Untersuchungsregionen Kopf, Thorax oder Abdomen schon eine weitgehend gute Näherung für diese Werte getroffen werden.
Weitere Möglichkeiten sind die Aufnahme eines Topogramms, ei¬ ne optische Bestimmung oder das Untersuchungsvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevor- richtung im Patiententisch, zu bestimmen. Es können allerdings auch Kombinationen dieser Maßnahmen verwendet werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, das Untersuchungsvolu- men durch einen Vorscan zu bestimmen und, vorzugsweise automatisch, in das System zu übernehmen. Durch dieses Verfahren wird ohne weitere Näherungen der tatsächliche Querschnitt des Untersuchungsvolumens bestimmt, so dass keine Näherungsfehler auftreten .
Erfindungsgemäß kann es sich bei dem vorgeschlagenen Röntgensystem sowohl um ein System zur Erstellung von Transmissionsbildern als auch um ein Röntgensystem zur Erstellung tomographischer Darstellungen, also ein CT oder eine C-Bogen- Gerät mit Mitteln zur Rekonstruktion tomographischer Bilder, handeln, wobei die bevorzugte Anwendung bei den tomographischen Systemen liegt. Selbstverständlich sind bei einem solchen Röntgensystem zur Erstellung tomographischer Darstellun- gen auch die Röntgenröhre (n) und gegebenenfalls der oder die Detektoren drehbar um den Patienten gelagert, so dass eine Vielzahl von Projektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden können. Weiterhin sind Mittel zur Datenaufbereitung, insbesondere zur Rekonstruktion von
CT-Darstellungen vorgesehen, wobei diese Mittel meist aus ei¬ ner Kombination von Recheneinheit und entsprechenden Computerprogrammen bestehen.
Ebenfalls vorteilhaft können zur Optimierung des Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnisses Kontrastmittel zu Verfügung gestellt werden, die mindestens einen Kontrastmittelkomplex aufweist und als Kontrastmaterial eine Auswahl von mindestens zwei kontrasterzeugenden Elementen aus der nachstehenden Liste enthalten: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi; vorzugsweise Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu.
Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Optimierung tomographischer Darstel- lungen eines Patienten durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten in unterschiedlichen Raumwinkeln unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der tomographischen Darstellung vor, bei dem vor der Untersuchung für das CT- System das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis unterschiedlicher Energiespektren der Röntgenstrahlung und unterschiedlicher Kontrastmittel relativ zu gewebeähnlichem Material oder zu Gewebe ermittelt wird, und vor der Untersuchung eines Patien- ten vom Röntgensystem auf der Basis eines vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten eine optimierte Auswahl an zumindest einer Kontrastmittel/Röntgenspektrum-Kombination zur Verfügung gestellt wird, welche ein optimales Kontrast- zu-Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich ermöglicht.
Erfindungsgemäß kann zur Auswahl eine Look-up-Tabelle verwen¬ det werden, in der in Abhängigkeit des vorgegebenen Untersu¬ chungsbereiches des Patienten zumindest eine optimale Kombi- nation von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
Alternativ kann auch nach einem Vorscan des Untersuchungsbe- reiches, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Energiespekt¬ ren, auf der Basis der tatsächlich vorliegenden Absorptionswerte im Untersuchungsbereich durch Simulation mit unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Kontrastmitteln und Energiespektren, gegebenenfalls auch Detektoren beziehungs- weise Detektorbetriebsarten, die optimale Kombination von Kontrastmittel und für die Abtastung verwendetem Energie¬ spektrum der Röntgenstrahlung ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens kann auch nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch die Röhrenspannung eingestellt und/oder automatisch durch Filterung das Energiespektrum der verwendeten Röntgenstrahlung entsprechend zuvor gespeicherter oder errechneter Angaben eingestellt werden.
Ebenso wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung der Absorption der Strahlung im Detektor Strahlungsereignisse gezählt werden oder die auf dem Detektor auftreffende Strahlung energiespe¬ zifisch detektiert wird.
Bei einer energiespezifischen Detektion können mindestens zwei Energiebereiche getrennt jedoch je Energiebereich integ¬ rierend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenz¬ wert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ein- stellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entspre¬ chend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
Alternativ können auch mindestens zwei Energiebereiche ge¬ trennt und ereigniszählend detektiert werden, wobei der min¬ destens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebe¬ reichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Auswahl der optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum mittelbar oder unmittelbar ein Maß für das Patientenvolumen, also für den von der Strahlung zu durchdringenden Querschnitt des zu untersuchenden Patienten eingegeben werden. Bei mittelbarer Eingabe kann beispielsweise eine Look-up-Tabelle verwendet werden, die aus anderen Angaben auf das tatsächliche Patientenvolumen beziehungsweise den zu durchdringenden Querschnitt schließt.
Beispielsweise kann durch Aufnahme eines Topogramms und der daraus entnehmbaren geometrischen Daten das Patientenvolumen bestimmt und, vorzugsweise automatisch, in das Röntgensystem übernommen werden. Entsprechend kann auch das Patientenvolu- men optisch bestimmt werden. Außerdem kann alternativ oder ergänzend zu den oben genannten indirekten Ermittlungen auch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevorrichtung im Patiententisch, durchgeführt werden, so dass ein, meist zusätzlicher Parameter zur Abschätzung des Patienten- querschnitts im Untersuchungsbereich vorliegt.
Als besonders exakte Methode zur Bestimmung des Patientenvo¬ lumens kann ein Vorscan dienen, wobei es hierdurch gleichzeitig auch möglich ist, ungefähre Absorptionsbestimmungen ohne Kontrastmittel vorzunehmen, um mit diesen Daten und Simulati¬ onsrechnungen mit Kontrastmittel noch besser die optimale Kombination von einzusetzendem Kontrastmittel und Energiespektrum vorzubestimmen und gegebenenfalls automatisch in das Röntgensystem zu übernehmen und dieses entsprechend zu konfi- gurieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann analog zum zuvor be¬ schriebenen Röntgensystem sowohl für die Erzeugung und Dar- Stellung von Transmissionsaufnahmen als für die Darstellung von tomographischen Aufnahmen durch entsprechende und an sich bekannte Rekonstruktionsschritte verwendet werden.
Bezüglich der zur Verfügung gestellten Kontrastmittel werden erfindungsgemäß auch mindestens zwei Kontrastmittel mit un¬ terschiedlichen kontrasterzeugenden Elementen zur Auswahl gestellt, wobei die Elemente aus der nachfolgenden Liste I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, vor- zugsweise aus der Liste Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, ausgewählt werden. Ein Beispiel hierfür wäre ein Satz von Kontrastmitteln mit den kontrasterzeugenden Elementen I, Sm und Er. Grundsätzlich ist allerdings zu bemerken, dass eine höhere Anzahl von unterschiedlichen Kontrastmitteln auch eine opti- miertere Auswahl zulässt.
Alternativ können auch, gegebenenfalls ergänzend, die zur Auswahl vorliegenden Kontrastmittel gemischt werden, so dass unterschiedliche Kontrastmittelgemische mit unterschiedlichen Komplexen verwendet werden. Die verwendete Liste der Elemente bleibt hierbei gleich. Allerdings besteht nun die Möglichkeit durch entsprechende Mischungsverhältnisse der Kontrastmitteln sich besser an die aktuelle Aufnahmesituation anzupassen und damit das optimale Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis durch ein „fine tuning" der Mischungsverhältnisse weniger Kontrastmit¬ tel zu erreichen. Im Ergebnis kann dadurch trotz weniger zur Verfügung stehender einzelner Kontrastmittel eine relativ i- deale Anpassung an die Aufnahmesituation erreicht werden.
Mischungen von unterschiedlichen Kontrastmitteln bergen grundsätzlich das Problem, dass im Vorfeld der Verabreichung oder im Körper eine Entmischung der Komponenten entsteht. Zur Vermeidung dieses Problems schlagen die Erfinder vor, Kontrastmittel zu verwenden, die unterschiedliche kontrastbil- dende Elemente in chemischer Bindung aufweisen. Beispielsweise kann ein Kontrastmittel einen Komplex mit einem La- und einem Gd-Atom oder zwei Komplexe mit je einem La- und einem Gd-Atom aufweisen. Es wird dadurch das Mischungsverhältnis festgeschrieben, so dass eine Änderung im Mischungsverhältnis durch Applikationsprobleme nicht entstehen kann. Beispiels¬ weise können auch durch 3 chemisch gebundene kontrastbildende Elemente feste Mischungsverhältnisse von 1:2 bei zwei unter- schiedlichen Elementen oder 1:1:1 bei drei unterschiedlichen Elementen erreicht werden. Bei vier chemisch gebundenen kontrastbildende Elemente können entsprechend Mischungsverhält¬ nisse von 1:3, 2:2, 1:1:2 oder 1:1:1:1 vorgegeben werden. Die verwendeten Komplexe können auch hier aus der nachfolgenden Liste ausgewählt werden: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
Entsprechend der oben dargestellten Ausführungen liegt es auch im Rahmen dieser Erfindung einen lanthanidhaltigen Kom- plex zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Diagnoseunterstützung in einer CT-Untersuchung zu verwenden, wobei abhängig vom Querschnitt und der Gewebestruktur des Untersuchungs¬ bereiches eine solche Kombination eines Lanthanidkomplex für das Kontrastmittel und eines Energiespektrums der verwendeten Röntgenstrahlung gewählt wird, die ein maximales Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnis in einer CT-Darstellung erzeugt. Auf die verschiedenen oben dargestellten Ausführungsformen dieser Verwendung wird hingewiesen.
Bezüglich des chemischen Aufbaues wird beispielhaft auf die internationale Patentanmeldung WO 2004/074267 Al und auf das Europäische Patent EP 0 222 886 Bl verwiesen, deren Offenba¬ rungsgehalt bezüglich der Herstellung von Kontrastmitteln vollinhaltlich übernommen wird. Es eignen sich aber auch die bereits für NMR-Untersuchungen zugelassenen MR-Mittel Multi- hance®, Porhance®, Omniscan®, Magnevist® (DE 33 02 410), Pri- movist®, Gadovist® oder Vasovist®. Darüber hinaus können auch die Metallkomplexe gemäß der Lehre der Patentschrift US-PS 5,746,995 oder Mischungen aus Metallkomplex und jodhaltigem Kontrastmittel gemäß der Patentanmeldung US 2005/0053551 Al eingesetzt werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die fol¬ genden Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: erste Rönt- genröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Speicher; 12: Kontrastmittelapplikator; 13: zeitlicher Kontrastverlauf; 14: Aorta abdominalis; Prgx: Computerprogramme.
Es zeigen im Einzelnen:
FIG 1: CT-System mit Kontrastmittelinjektor;
FIG 2: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unter¬ schiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit 120kV-Röntgenstrahlung;
FIG 3: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-
Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unter- schiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen
Wasser mit ungefilterter Röntgenstrahlung unterschiedlicher BeschleunigungsSpannung;
FIG 4: Simulationswerte aus FIG 3 als zur Dosis normier¬ te Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen;
FIG 5: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-
Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unter¬ schiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser unter Verwendung von zwei Beschleunigungs- Spannungen, jeweils mit und ohne Filteraufhärtung;
FIG 6: Simulationswerte aus FIG 5 als zur Dosis normier¬ te Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen; FIG 7: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-
Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unter¬ schiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit einer Röntgenstrahlung für vier unterschiedliche Detektoren;
FIG 8: Simulationswerte aus FIG 7 als zur Dosis normier¬ te Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen;
FIG 9: Simulationswerte gemäß FIG 3 mit einem zylindri¬ schen Phantom von 20cm Durchmesser;
FIG 10: Simulationswerte gemäß FIG 3 mit einem zylindri¬ schen Phantom von 30cm Durchmesser; FIG 11: Simulationswerte gemäß FIG 3 mit einem zylindri¬ schen Phantom von 40cm Durchmesser;
FIG 12: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-
Verhältnisses diverser Kontrastmittelmischungen mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen und gleicher Grundkomponente gegen Wasser mit
12 OkV-RöntgenStrahlung;
FIG 13: Schichtaufnahme eines Hundes unter Verwendung des Kontrastmittels Gadovist;
FIG 14: Zeitlicher Verlauf der ΔHU-Werte in der Aorta aus FIG. 13;
FIG 15: Zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses gegen Röhren¬ spannung, in Aorta abdominales.
Bei dem erfindungsgemäßen CT-System kann es sich in seinem Grundaufbau beispielsweise um ein konventionelles CT-System mit einem einzigen Fokus/Detektor-System handeln, wobei die verwendete Röntgenröhre zumindest die Möglichkeit einer Be¬ einflussung des Energiespektrums der verwendeten Röntgen- Strahlung besitzt. Dies kann beispielsweise durch Steuerung der Beschleunigungsspannung oder das Einlegen von Filtern in den Strahlengang geschehen. Solche Systeme sind allgemein bekannt. Selbstverständlich sind im erfindungsgemäßen CT-System zusätzlich die später genauer beschriebenen Auswahlmittel als zusätzlicher Bestandteil integriert.
Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass grundsätzlich jegliches bekannte CT-System, welches in über die Möglichkeit einer Beeinflussung des verwendeten Energiespektrums der Röntgen- oder Bremsstrahlung verfügt, erfindungsgemäß angepasst werden kann.
Beispielhaft kann auch ein Zwei- oder Mehrfach-Fokus/Detek- tor-System 1 verwendet werden, wie es in der Figur 1 dargestellt ist. Ein solches CT-System 1 verfügt über eine erste Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden Detektor 3 und eine zweite Röntgenröhre 4 mit einem weiteren gegenüberlie- genden Detektor 5. Beide Fokus/Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 sind in einem Gantrygehäuse 6 auf einer, um eine Systemachse 9 rotierende und hier nicht sichtbar dargestellte, Gantry an¬ geordnet. Der Patient 7 befindet sich auf einer längsver¬ schiebbaren Patientenliege 8, die zur Abtastung des Patienten 7 während der Rotation der Fokus/Detektor-Systeme kontinuier¬ lich oder schrittweise durch eine Öffnung im Gantrygehäuse 6 geschoben wird. Hierdurch wird der Patient 7 spiralförmig o- der mehrfach kreisförmig abgetastet.
Vor der Abtastung des Patienten 7 wird zur Verbesserung des Kontrastes einer aus den Detektorausgangsdaten rekonstruierten CT-Darstellung dem Patienten 7 ein Kontrastmittel appliziert. Dies kann beispielsweise durch einen Kontrastmittelinjektor 12 geschehen, der das ausgewählte Kontrastmittel mit einem vorgegebenen Fluss, gegebenenfalls auch mit zeitabhängiger Variation, in den Patienten 7 injiziert.
Das Kontrastmittel kann zum Beispiel für eine Kardio-Unter- suchung so gestaltet sein, dass es sich nach der Injektion ausschließlich in der Blutbahn aufhält, bevor es abgebaut wird. Hierdurch werden eine sehr gute Darstellung der Blutbahnen und entsprechende klinische Bewertungen möglich. Es kann jedoch auch ein Kontrastmittel verwendet werden, welches sich als Tumor-Marker speziell an ein Tumorgewebe anlegt und dieses entsprechend anreichert. Hierdurch wird dieser Tumor bei der CT-Untersuchung stark hervorgehoben und damit leicht diagnostizierbar beziehungsweise in seiner Lage und Ausdehnung bestimmbar. Auch sind zum Beispiel Kombinationen beider zuvor beschriebener Varianten möglich, wobei dann vorzugsweise unterschiedliche kontrastbildende Elemente verwendet wer¬ den können, die aufgrund ihres energiespezifisch unterschied¬ lichen Absorptionsverhaltens getrennt dargestellt werden kön- nen .
Die Steuerung des gesamten CT-Systems 1 und gegebenenfalls auch die Auswertung der Detektordaten und Rekonstruktion der CT-Darstellungen als Schnittbilder oder Volumendaten kann durch eine Steuer- und Recheneinheit 10 erfolgen. Diese Steu¬ er- und Recheneinheit 10 verfügt über einen Speicher 11, in dem neben den gemessenen Detektorausgangsdaten auch Computerprogramme Prgi-Prgn gespeichert sind, die im Betrieb ausge¬ führt werden und im Wesentlichen die Steuerung des Systems und die Auswertung der Daten übernehmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Aus¬ wahlmittel in dieser bevorzugten Ausführungsvariante eines CT' s in Form eines Computerprogramms Prgx in der Steuer- und Recheneinheit 10 vorliegt. Die notwendigen Eingaben in das Auswahlmittel wie z.B. Patientendurchmesser oder Untersuchungsgebiet können über die Tastatur erfolgen. Die Ausgaben des Auswahlmittels an den Operateur in Form der optimal zu wählenden Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination können über den Bildschirm geschehen. Alternativ kann diese Kombination auch rechnerintern weitergegeben werden und direkt in die Steuerung einfließen.
Weiterhin wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn das CT-
System mit mehreren Rechnersystemen verbunden ist und einzelne Rechenschritte dezentralisiert in anderen Recheneinheiten stattfinden .
Die Verwendung eines Zwei- oder Mehrfach-Fokus/Detektor-
Systems gemäß der Figur 1 bietet diverse Vorteile gegenüber einem konventionellen CT-System. So können beispielsweise unterschiedliche zwei oder mehrere Detektoren mit unterschied- liehen Betriebsarten verwendet werden, falls nicht Detektoren zur Verfügung stehen, die bei gleichem Aufbau in unterschiedliche Betriebsmodi umschaltbar sind. Außerdem kann gleichzei¬ tig mit jedem Fokus/Detektor-System mit jeweils einem anderen Energiespektrum ein Vorscan oder der eigentliche Scan durchgeführt werden. Ebenso ist eine einfache gleichzeitige Auf¬ nahme mehrerer Tomogramme zur Bestimmung der Patientendimensionen möglich, wodurch eine spätere optimale Auswahl der richtigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination erleichtert wird.
Das Grundprinzip der Erfindung veranschaulicht sich in den Graphen der nachfolgenden Figuren 2 bis 12.
Die Figur 2 zeigt Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses CNR2 /Dose, aufgetragen auf der Abszisse und normiert auf die Dosis für die unterschiedliche Kontrastmit¬ tel mit den kontrasterzeugenden Elementen I (=Iod) , La (=Lanthan) , Ce (=Zer) , Pr (=Praseodym) , Nd (=Neodym) , Sm (=Samarium) , Eu (=Europium) , Gd (=Gadolinium) , Tb (=Terbium) , Dy (Dysprosium) , Ho (=Holmium) , Er (=Erbium) , Tm (=Thulium) , Yb (=Ytterbium) , Lu (=Lutetium) , Bi (Wismut) gegen Wasser mit einer 120kV-Röntgenstrahlung aufgetragen auf der Ordinate. Als Detektor wurde hier ein derzeit üblicher energieintegrie- render Detektor simuliert.
Für diese Simulation wurde ein zylinderförmiges Phantom aus Wasser mit einem innen konzentrisch angeordneten, wesentlich kleineren und mit Kontrastmittel gefüllten Zylinder simu- liert. Die in den Figuren dargestellten Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisse entsprechen dem Kontrast-zu-Rausch-Verhältniss, das aus dem so rekonstruierten Bild stammt.
Die kontrasterzeugenden Elemente sind in dieser Figur 2 von links nach rechts mit aufsteigender Ordnungszahl aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass zunächst mit steigender Ordnungs¬ zahl eine Verbesserung also Erhöhung des Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisses zu verzeichnen ist. Es wird ein kleines Plateau des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses bei den kontrastbilden¬ den Elementen Er und Tm erreicht, gefolgt von einem unsteti¬ gen Abfall des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses bis zu Bi.
Trägt man dieses Kontrast-zu-Rausch-Verhältniss für spektral unterschiedliche Röntgenstrahlen, erzeugt durch unterschied¬ liche Beschleunigungsspannungen, auf, so zeigt sich, dass eine Verschiebung der Energiespektren dieser Strahlungen auch in einer Verschiebung Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse, insbe- sondere in einer Verschiebung der Kurvenmaxima, resultiert. In der Figur 3 sind die Simulationswerte des Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschied¬ lichen Elementen gegen Wasser mit ungefilterter Röntgenstrahlung unterschiedlicher Beschleunigungsspannung aufgetragen. Es wurden dabei Scanergebnisse mit Röntgenstrahlen aus Be¬ schleunigungsspannungen mit 80, 100, 120 und 140 kV simuliert und das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis CNR2 /Dose gegenüber den kontrastbildenden Elementen mit steigender Ordnungszahl aufgetragen. Es zeigt sich bei Betrachtung der Ergebnisse, dass einerseits mit wachsender Beschleunigungsspannung das Maximum des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses sich tendenziell zu hö¬ heren Ordnungszahlen verschiebt. Gleichzeitig liegt das Maxi¬ mum des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses - ohne Betrachtung des verwendeten Kontrastmittels - bei der lOOkeV-Bremsstrah- lung. Die Verschiebung des Energiespektrums zu höheren Werten führt zu einem geringeren erreichbaren Kontrast-zu-Rausch- Verhältnis. Betrachtet man allerdings die kontrastbildenden Elemente von I bis Gd, so kann eine stetige Steigerung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses mit sinkender Beschleuni- gungsspannung beobachtet werden. Diese Systematik wird jedoch bei höheren Ordnungszahlen unterbrochen. Zum Beispiel liefern die Elemente Tb bis Bi bei 10OkV Beschleunigungsspannung einen Maximalwert für das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis, wäh¬ rend der Minimalwert bei Tb bis Ho durch 140kV-Strahlung, bei Er bis Lu durch 80kV-Strahlung und bei Bi durch 100kV-Strah- lung erzeugt wird. In der Figur 4 sind diese Simulationswerte der Figur 3 noch¬ mals als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kon- trast-zu-Rausch-Verhältnisses gegen die Elemente aufgetragen. Im Grunde handelt es sich um eine Umnormierung der Kurven aus der Figur 3. Diese Kurven verdeutlichen, dass beispielsweise im Bereich von I bis Sm die Verwendung von niedrigerer Beschleunigungsspannungen und von kontrastbildenden Elementen mit höherer Ordnungszahl zu einer Reduktion der notwendigen Kontrastmittelkonzentration bei gleichem Kontrast-zu-Rausch- Verhältnis führt. Allerdings ist diese Aussage für weiter steigende Ordnungszahl nicht mehr übertragbar.
Insgesamt ergibt sich bereits aus den Erkenntnissen der Figu¬ ren 3 und 4 schon ein relativ komplexes Problem, wenn mit einfachen Regeln eine optimale Kombination von Kontrastmittel und Röntgenstrahlung gefunden werden soll.
Dieses Problem wird weiter erschwert, wenn in die Betrachtung auch Verschiebungen der Energiespektren verwendbarer Röntgen- Strahlung durch im Strahlengang eingelegte Filter berücksichtigt werden sollen. Die Figur 5 zeigt die Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen Elementen gegen Wasser unter Verwendung der zwei Beschleunigungsspannungen 8OkV und 12OkV, jeweils mit und ohne Strahlaufhärtung durch Kupferfilter. Auch hier ergibt sich eine starke Verschiebung der Maxima des erreichbaren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses, wobei der Einfluss der Filterung bei der 80kV-Strahlung größer ist als bei der 120kV-Strahlung. Da für beide Strahlungen die gleiche Filter- dicke verwendet wurde, war der Effekt der Strahlaufhärtung bei der 80kV-Strahlung auch verhältnismäßig stärker als bei der 120kV-Strahlung.
In der Figur 6 werden nochmals die Simulationswerte aus der Figur 5 als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen
Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses verschiedener Kontrastmittel aufgetragen . Ein weiterer Effekt, der das Verhalten der Kontrast-zuRausch-Verhältnisse unterschiedlicher Kontrastmittel zueinan¬ der bei unterschiedlicher Strahlung beeinflusst, ist der Betriebsmodus des verwendeten Detektors. Die Figur 7 zeigt die Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diver¬ ser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit einer Röntgenstrahlung für vier unterschiedliche Detektoren mit unterschiedlichem Betriebsmo¬ dus. Hierbei werden Ergebnisse mit einem einfachen energiein- tegrierenden Detektor, einem ereigniszählenden Detektor, einem energiespezifisch ereigniszählenden Detektor mit zwei Energiebereichen und einem energiespezifisch ereigniszählenden Detektor mit Energiebereichen im 5keV Abstand verglichen. Die hier beobachtbare Verschiebung der Maxima der detektier- baren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse fällt hier zwar sehr stark aus, jedoch zeigt sich, dass durch die Verwendung spezifischerer Detektoren das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis drastisch zu verbessern ist, wobei zwischen dem einfachen integrierenden Detektor und den spezifischeren ereigniszählen- den Detektoren sich eine klare Verschiebung des Maximums ergibt .
Wie zuvor sind auch hier in der unten stehenden Figur 8 die gleichen Simulationswerte aus der Figur 7 nochmals als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu¬ Rausch-Verhältnisses verschiedener Kontrastmittel aufgetra¬ gen .
Ein wesentlich signifikanteres Problem bei der Auswahl der richtigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination stellt die
Dimensionierung des gescannten Objektes und die Lage des untersuchten betrachteten Gebietes im Objekt dar. Aufgrund der Strahlaufhärtung beim Durchgang der Röntgenstrahlung durch einen Patienten ergeben sich signifikante Verschiebungen be- züglich der optimalen Auswahl eines Kontrastmittels je nach Dicke eines Patienten. Zur Darstellung dieser Situation sind in den Figuren 9 bis 11 die Simulationswerte gemäß der Figur 3 mit einem zylindrischen Phantom mit Durchmessern von 20cm, 30cm und 40cm, wobei zentral im Phantom ein kleiner kontrastmittelgefüllter Zylinder angeordnet ist. In diesen Figuren 9 bis 10 sind die Simulationsergebnisse für jeweils vier ver¬ schiedene Röntgenstrahlungen mit 80, 100, 120 und 140 kV Be- schleunigungsspannung dargestellt. Dabei entspricht die Figur 11 identisch der Figur 3.
Es zeigt sich, dass es zur Auswahl eines optimalen Kontrast¬ mittels bei geringen Durchmessern von 20cm und 30cm günstiger ist, einen CT-Scan mit einer Kombination von 80kV-Strahlung unter Verwendung von Sm enthaltenden Kontrastmittel durchzuführen, während unter sonst gleichen Bedingungen ein Durchmesser des Phantoms von 40cm die Verwendung von Dy, Ho oder Er mit einer 100kV-Strahlung vorzuziehen ist.
In den oben dargestellten Beispielen wurden Simulationen mit Kontrastmittel mit nur einem einzigen Metallkomplex gezeigt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit Kontrastmittelmischungen zu verwenden und damit eine weiter verbesserte Abstimmung zu erreichen. Die Figur 12 zeigt solche Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittelmi¬ schungen mit unterschiedlichen kontrasterzeugenden Elementen und Iod gegen Wasser unter Verwendung einer 120kV-Röntgen- strahlung.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die gezeigten Ergebnisse Si¬ mulationsergebnisse sind, die jedoch gleichwertig auch durch direkte Messungen ersetzt werden können. Außerdem wurden die gezeigten Ergebnisse alle gegen eine Umgebung aus Wasser er- mittelt. Wenn eine weiter verbesserte Auswahl und Abstimmung der Kontrastmittel und deren Kombination mit Strahlungsvarianten und/oder Detektorvarianten bestimmt werden soll, ist es günstiger diese Messwerte gegenüber tatsächlichen Gewebestrukturen aufzunehmen, da auch aufgrund unterschiedlicher Umgebungen für das Kontrastmittel weitere Differenzierungen möglich sind. Ergänzend wurden experimentelle Untersuchungen am Tier zum Vergleich der Kontrastmittelkomponente Gadolinium mit Hilfe des Kontrastmittels Gadovist® und der Kontrastmittelkomponen¬ te Iod mit Hilfe des Kontrastmittels Ultravist® durchgeführt.
Methoden :
CT Siemens Somaton Volume Zoom 80, 120 und 140 KV Röhrenspannung; gleicher Röhrenstrom in mAs; Bereich 150-300 mAs. Schichtdicke der Rekonstruktion: 6 mm. Protokoll Perfusion Body von der Zwerchfellkuppe bis Becken- symphyse .
Verwendete Substanzen:
ZK 35760 Ultravist® 300 (300 mg I/ml) Handelsware ZK 135079 Gadovist® (1,0 mol Gd/1) Handelsware
Dosis und Applikationsprotokoll: Gl: Ultravist 300mg I/kg KM
G2: Gadovist lmol Gd/kg KM (157mg Gd/kg KM) G3: Gadovist 2 mol Gd/kg KM (314mg Gd/kg KM)
G4 : Gadovist abschätzen, wie viel notwendig ist, um gleiches ΔHU in den Gefäßen, hier der Aorta, zu erreichen.
Für alle Ansätze Gl bis G4 jeweils bei 80, 120 und 140 kV. Tiere: Hund, n= 12; männlich; Narkose Rompun® + Ketavet® 1:2; 1ml/kg KM i .m..
Behandlungsplan/ zeitlicher Ablauf :
Das Messprotokoll soll ermöglichen, eine Angiographie der großen Bauchgefäße (Aorta, Cava, V. portae) und eine Nieren¬ darstellung zu generieren (Humanprotokoll: Abdomen Standard). Über 8 Minuten werden die Tiere engmaschig gescannt.
Angestrebte Auswertung: Es wurden die ΔHU-Werte = HU-Werte Minus Baselinewert in den Bauchgefäßen und den Nieren bei unterschiedlichen Röhrenspannungen ermittelt. Für das etablierte Protokoll wurde eine Hochrechnung der zu verabreichten Strahlendosis gemacht. An- schließend wurde abgeschätzt, welche Dosisreduktion der Ein¬ satz von Gadolinium bei gleicher Bildqualität erlauben könnte.
Ergebnisse:
Eine Beispielaufnahme eines Scans ist in der Figur 13 darge¬ stellt. Der zeitliche Verlauf 13 des ΔHU-Wertes des Kon- trastmittelbolus im eingezeichneten Detailbereich (=Aorta abdominalis) 14 ist in der Figur 14 dargestellt.
Die gemessenen Werte für Gadolinium und Iod entsprachen in- vivo parallelen Simulationsdaten und den Phantomuntersuchungen. Eine Gegenüberstellung ist in der Figur 15 gezeigt. Hier sind die zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kon- trast-zu-Rausch-Verhältnisses gegenüber drei unterschiedli¬ chen Röhrenspannungen von 80, 120 und 140 kv aus Simulations¬ ergebnissen, Phantomuntersuchungen und der in den Figuren 13 und 14 in-vivio-Untersuchungen aufgetragen. Bei einer Röhrenspannung von 140 kV ergaben 0,68 mg Gadolinium den selben CT- Kontrast wie 1 mg Iod.
Am Beispiel des Gadoliniums konnte in-vivo gezeigt werden, dass für klinische relevante Röhrenspannungen Lanthanide ei¬ nen höheren CT-Kontrast erreichen als Iod.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassend wird also durch diese Erfindung ein CT-System mit einem Auswahlmittel für die beste Kombination aus Kon¬ trastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung zur Optimierung des Rausch-zu-Kontrast-Ver- hältnisses, ein Verfahren zur Erzeugung von CT-Darstellungen mit Hilfe von Kontrastmitteln unter Berücksichtigung einer optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung und die Verwen- dung eines lanthanidhaltigen Komplexes zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Optimierung der Kombination von Kontrastmittel und Strahlung zur Erreichung eines maximalen Kontrast- zu-Rausch-Verhältnisses in einer CT-Darstellung vorgeschla- gen .

Claims

Patentansprüche
1. Röntgensystem (1) zur Erstellung diagnostischer Darstellungen eines Patienten (7) mit mindestens: 1.1. einer Röntgenröhre (2, 4) zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus Röntgenstrahlen mit einem Energiespektrum zur Abtastung des Patienten (7),
1.2. einem Detektor (3, 5) zur Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten (7),
1.3. einer Applikationseinheit (12) für die Gabe von Kon¬ trastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung des Patienten (7),
1.4. einer Steuer- und Recheneinheit (10) zur Steuerung des Röntgensystems (1) und Erstellung der Röntgendarstel¬ lungen des Patienten mit Hilfe von gespeicherten und ausgeführten Computerprogrammen (Prgx) , wobei
1.5. das Röntgensystem (1) eine Möglichkeit zur Auswahl un¬ terschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung aufweist, dadu r ch ge ke nn z e i chnet , dass
1.6. das Röntgensystem (1) ein Auswahlmittel (Prgx) aufweist, welches nach der unmittelbaren oder mittelbaren Angabe der Parameter Untersuchungsvolumen einerseits und Gewebestruktur andererseits zumindest eine Kombina¬ tion von Kontrastmittel und Energiespektrum der Röntgenstrahlung für die Untersuchung vorgibt, mit der ein optimales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Untersu- chungsbereich bei geringster Strahlungsdosis und Kontrastmittelbelastung erreicht wird.
2. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Aus- wahlmittel eine Look-up-Tabelle aufweist, in der abhän¬ gig von der zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
3. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentan- sprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Auswahlmittel mit einer Steuerung der Röhrenspannung verbunden ist und diese entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl steuert.
4. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Auswahlmittel mit einer Steuerung zumindest eines in den Strahlengang der Röntgenstrahlung einschiebbaren Filters zur Veränderung des Energiespekt- rums der Strahlung verbunden ist und dieses entspre¬ chend der durch den Operateur getroffenen Auswahl steuert .
5. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentan- sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass als Detektor ein ereigniszählender Detektor vorgesehen ist.
6. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentan- sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass als Detektor ein energieselektiver Detektor vorgesehen ist.
7. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Detek¬ tor mindestens zwei Energiebereiche getrennt detek- tiert, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist, und das Auswahlmittel mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden ist und dieser Grenzwert entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl entsprechend vorhandener Vorgaben optimiert eingestellt wird.
8. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Detek¬ tor mindestens zwei Energiebereiche getrennt ereignis¬ zählend detektiert, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist, und das Auswahlmittel mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden ist und dieser Grenzwert entspre¬ chend der durch den Operateur getroffenen Auswahl entsprechend vorhandener Vorgaben optimiert eingestellt wird.
9. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass eine mittelbare Eingabemöglichkeit für das Unter- suchungsvolumen durch Angabe der Körperregion vorgesehen ist.
10. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass es ein Durchleuchtungs-System zur Erstellung von Transmissionsaufnahmen ist.
11. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass es ein CT-System oder C-Bogen-System ist, welches Mittel zur Rekonstruktion tomographischer Schnitt- oder Volumendarstellungen aufweist.
12. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentan- sprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Untersuchungsvolumen durch einen Vorscan bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
13. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Un¬ tersuchungsvolumen durch Aufnahme eines Topogramms be¬ stimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
14. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Untersuchungsvolumen optisch bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
15. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Untersuchungsvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch Wiegevorrichtung im Pati- ententisch, bestimmt und, vorzugsweise automatisch, ü- bernommen wird.
16. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , dass die im Auswahlmittel zur Verfügung gestellten Kontrastmittel jeweils mindestens ein kontrastgebendes E- lement aus der nachstehenden Liste enthalten: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi,
17. Röntgensystem gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , dass die im Auswahlmittel zur Verfügung gestellten Kontrastmittel mindestens einen Komplex aufweist und als kontrastgebendes Element eine Auswahl von mindestens zwei Elementen aus der nachstehenden Liste enthalten sind: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
18. Röntgensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass mindes¬ tens ein Kontrastmittel ein kontrastbildendes Element aus der nachfolgenden Liste aufweist: Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
19. Verfahren zur Optimierung von Röntgendarstellungen eines Patienten durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung, dadu r ch ge ke nn z e i chnet , dass 19.1. vor der Untersuchung für das Röntgensystem das Kon- trast-zu-Rausch-Verhältnis unterschiedlicher Energie¬ spektren der Röntgenstrahlung und unterschiedlicher Kontrastmittel relativ zu gewebeähnlichem Material oder zu Gewebe ermittelt wird, und 19.2. vor der Untersuchung eines Patienten vom Röntgensystem auf der Basis eines vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten eine optimierte Auswahl an zumindest ei¬ ner Kontrastmittel/Röntgenspektrum-Kombination zur Verfügung gestellt wird, welche ein optimales Kontrast-zu- Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich ermöglicht.
20. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass zur Auswahl eine Look-up-Tabelle verwendet wird, in der in Abhän- gigkeit des vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Pa¬ tienten zumindest eine optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
21. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass nach einem Vorscan des Untersuchungsbereiches auf der Basis der tatsächlich vorliegenden Absorptionswerte im Untersuchungsbereich durch Simulation mit unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Kontrastmitteln und Energiespektren die optimale Kombination von Kontrastmittel und für die Abtastung verwendetem Energiespektrum der Röntgenstrahlung ermittelt werden.
22. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass der Vorscan mit unterschiedlichen Energiespektren durchgeführt wird.
23. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet , dass zum Vorscan Detektoren mit unterschiedlichen Be- triebsarten zur Dosisbestimmung verwendet werden.
24. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet , dass nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch die Röhrenspannung ent¬ sprechend zuvor gespeicherter Angaben eingestellt wird.
25. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet , dass nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch durch Filterung das E- nergiespektrum der verwendeten Röntgenstrahlung entsprechend zuvor gespeicherter Angaben eingestellt wird.
26. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet , dass zur Bestimmung der Absorption der Strahlung im Detektor Strahlungsereignisse gezählt werden.
27. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet , dass zur Bestimmung der Absorption die auf dem Detektor auftreffende Strahlung energiespezifisch detektiert wird.
28. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens zwei Energiebereiche getrennt jedoch jeweils integrie¬ rend detektiert, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
29. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens zwei Energiebereiche getrennt und ereigniszählend de- tektiert, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
30. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet , dass zur Auswahl der optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum auch ein Maß für das Volumen des zu untersuchenden Patienten eingegeben wird und eine Look-up-Tabelle verwendet wird, die dieses Pa¬ tientenvolumen bei der Auswahl berücksichtigt.
31. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass das Patien- tenvolumen durch einen Vorscan bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
32. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass das Patien- tenvolumen durch Aufnahme eines Topogramms bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
33. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass das Patien- tenvolumen optisch bestimmt und, vorzugsweise automa¬ tisch, übernommen wird.
34. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass das Patien¬ tenvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevorrichtung im Patiententisch, bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
35. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens zwei unterschiedliche Kontrastmittel zur Auswahl gestellt werden, welche jeweils mindestens ein kontrastbildendes Element aus der nachfolgenden Liste aufweisen: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
36. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 35, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Kontrastmittel zur Auswahl gestellt wird, welches ein kontrastbildendes Element aus der nachfolgenden Liste aufweist: Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
37. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 35 bis 36, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Kontrastmittel aus einer Mischung aus Einzelkomponenten mit zwei unterschiedlichen kon- trastbildenden Elementen zur Auswahl gestellt wird.
38. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 35 bis 36, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Kontrastmittel eine chemische Bin- düng zu mindestens zwei unterschiedlichen kontrastbil¬ denden Elementen aufweist.
39. Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Diagnoseunterstüt- zung in einer Röntgenuntersuchung, dadurch gekennzeichnet , dass abhängig vom Querschnitt und der Gewebestruktur des Untersuchungsbereiches eine sol¬ che Kombination eines Lanthanidkomplex für das Kon- trastmittel und eines Energiespektrums der verwendeten Röntgenstrahlung gewählt wird, die ein maximales Kon- trast-zu-Rausch-Verhältnis in einer Röntgendarstellung erzeugt .
40. Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , dass in dem lanthanidhaltigen Komplex eines Moleküls mindestens eines der Elemente La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu enthalten ist.
41. Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes gemäß Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet , dass in dem lanthanidhaltigen Komplex auch Iod und/oder Wismut enthalten sind.
42. Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , dass in dem lanthanidhaltigen Komplex eines Moleküls mindestens zwei der Elemente La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu gleichzeitig enthalten sind.
43. Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes gemäß Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet , dass in dem lanthanidhaltigen Komplex auch Iod und/oder Wismut zusammen enthalten sind.
44. Röntgensystem, dadurch gekennzeichnet , dass Computerprogramme oder Programm-Module gespeichert sind, die im Betrieb die Verfahrensschritte eines der voranstehenden Verfahrensansprüche 19 bis 38 durchfüh¬ ren .
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