EP4081124A1 - Computertomographie-system - Google Patents

Computertomographie-system

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Publication number
EP4081124A1
EP4081124A1 EP20839257.1A EP20839257A EP4081124A1 EP 4081124 A1 EP4081124 A1 EP 4081124A1 EP 20839257 A EP20839257 A EP 20839257A EP 4081124 A1 EP4081124 A1 EP 4081124A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ray
collimator
patient
drive mechanism
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20839257.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Rose
Thomas Hoffmann
Mathias Leopold
Oliver Grosser
Maciej Pech
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Original Assignee
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg filed Critical Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Publication of EP4081124A1 publication Critical patent/EP4081124A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A61B6/035—Mechanical aspects of CT
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/04—Positioning of patients; Tiltable beds or the like
    • A61B6/0407—Supports, e.g. tables or beds, for the body or parts of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/06—Diaphragms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Devices for detecting or locating foreign bodies

Definitions

  • the invention relates to a computed tomography system, hereinafter also referred to as a CT system, for computed tomographic examinations and treatments on patients.
  • a CT system is known, for example, from DE 1020132019676 A1.
  • the X-rays emitted by an X-ray tube of the CT system can be collimated, for example by means of diaphragms.
  • the invention is based on the object of further improving such a CT system in terms of functionality.
  • a CT system with the following features: a) at least one X-ray source, b) at least one patient table for positioning a patient, c) at least one collimator in the beam path of the X-rays from the X-ray source through the patient, from the total X-rays from the X-ray source, a directed X-ray beam is emitted to the patient by the collimator, d) at least one X-ray detector which is permanently or at least temporarily arranged in the beam path of the directed X-ray beam from the collimator through the patient, e) at least one automatically actuated drive mechanism through which the The collimator is adjustable in terms of the emission direction of the directional X-ray beam passed by the collimator relative to the patient and / or to the X-ray detector, f) at least one electronic control device which is set up for automatic actuation of the drive mechanism i st.
  • the CT system according to the invention can be improved in this way by an active collimator.
  • an active collimator allows the support of examinations and treatments by means of the CT system through automatic support functions, for example the automatic alignment of the directed X-ray beam by adjusting the collimator to a desired position. It also enables other supporting functions, such as automatic tracking of instruments during interventions on the patient to reduce dose or volume-of-interest imaging, in which a certain area of the body to be captured by automatically aligning the directed X-ray beam by adjusting the collimator of the patient, e.g. a certain organ, during and after the rotation of the gantry is x-rayed in a targeted manner.
  • the collimator is a device with which a directed X-ray beam (also referred to as useful beam) is faded in with a certain solid angle and allowed to pass through to the patient from the entire X-ray radiation emitted by the X-ray source.
  • the collimator can for example be designed as an adjustable diaphragm, for example in the form of mutually displaceable plates with openings.
  • the X-ray detector can be designed as a multi-line detector, for example.
  • a multi-line detector combines the advantages of imaging with high dynamics (contrast resolution) as well as very precise determination of the Flounsfield values and very short integration times.
  • the X-ray detector can also be designed as a flat detector, which has the advantage of a very high spatial resolution and a large imaging area.
  • Several such X-ray detectors can also belong to the CT system, with one or the other X-ray detector being used as required.
  • An important field of application of the invention is the X-ray-guided image-guided intervention on the patient, such as needle placement for biopsy, in- instrument placement for tumor treatment, surgical interventions, and catheter-based interventions for treating blood vessels.
  • the insertion of the transmitted, directed X-ray beam from the X-ray source can be combined with active, automated tracking of slices and image sections.
  • the electronic control device can, for example, have a computer that executes certain control and / or regulation steps, for example by means of a computer program.
  • the computer can be designed as a commercially available computer, e.g. as a PC, laptop, notebook, tablet or smartphone, or as a microprocessor, microcontroller or FPGA, or as a combination of such elements.
  • the automatically actuatable drive mechanism is set up to adjust the collimator in at least two spatial directions with respect to the direction of emission of the directional X-ray beam transmitted by the collimator relative to the patient and / or to the X-ray detector.
  • the drive mechanism can e.g. be designed for two-dimensional adjustment of the collimator in the X and Z directions, e.g. with a mechanism similar to an industrial two-axis positioning system.
  • the control device is set up to determine the position of an object in the area of the patient table and, depending on the determined position, to adjust the collimator by means of the drive mechanism in such a way that the detected object is in the area of the Collimator is transmitted directional X-ray, especially in the center of the directional X-ray.
  • the object can, for example, be part of a medical instrument, for example for tumor treatment, catheter-based intervention or a biopsy needle. In particular, it can be the distal end of such an instrument. To this The automatic function by means of the control device ensures that the object or the instrument is always in the area of the imaging of the CT system.
  • the control device is set up to automatically track the detected object when the position of the object changes, and to track the collimator to the changing position by means of the drive mechanism with respect to the emission direction of the directed x-ray beam.
  • This allows the directional X-ray beam to be automatically tracked with the object, for example the medical instrument. In this way, the user is relieved of manual activities even more.
  • the automatic function of the control device ensures that the object or the instrument is still in the detection area of the CT imaging even if the position changes.
  • control device is set up to determine the position of the object by means of image processing based on the projections and reconstructed 3D data records obtained by means of the X-ray detector.
  • This has the advantage that no additional sensory elements are required for detecting the position and possibly tracking the object.
  • the projections and reconstructed 3D data sets captured by means of the CT image acquisition can be used directly.
  • a 3D approach or a 2D approach, for example can be followed here, as will be explained below with the aid of examples.
  • a multi-line detector allows a 3D approach when recognizing and tracking an object in the CT images, that is, three-dimensional coordinates of the object can be automatically determined from the CT images.
  • algorithms can be used which recognize the position and orientation from the projection or reconstruction images of the instruments.
  • control device is set up to determine the position of the object on the basis of data from an external measuring device that detects the position of the object.
  • the position detection of the object can thus be carried out either only by the external measuring device or, in addition to the CT imaging, additionally by the external measuring device.
  • the control device has access to a data set which specifies a desired directional course of the directed x-ray beam, the control device being designed to use the data set to adjust the collimator by means of the drive mechanism in such a way that the directional X-ray beam has a directional course which corresponds to the directional course of the data set.
  • a directional course is understood to mean a beam direction of the directed x-ray beam that changes over time.
  • the direction of the straightened X-ray can be given, but depending on the embodiment also the speed of the adjustment and generally the time behavior of the change in the direction of the straightened X-ray.
  • the directed X-ray beam remains in certain directions for a period of time before it is adjusted in another direction.
  • the CT system has a further drive mechanism by which the position of the patient relative to the gantry of the CT system can be automatically adjusted, the electronic control device is set up for automatic actuation of the further drive mechanism. Due to the maximum projection area on the detector, the adjustment range of the collimator is usually limited by means of the automatically actuated drive mechanism. Depending on the type of examination or intervention on the patient, it may be necessary for CT imaging to take place over a larger area than the adjustability of the collimator allows. For this purpose, it is advantageous if the position of the patient can be adjusted automatically via the further drive mechanism, so that a desired position of the patient can be placed in the image acquisition area of the CT system. For example, the further drive mechanism can be set up to adjust the patient table or at least a lying area of the patient table relative to the gantry.
  • the drive mechanism and / or the further drive mechanism is designed as an electromechanical, hydraulic or pneumatic drive mechanism or as a combination of such drive mechanisms.
  • the drive mechanism can, for example, have an electric motor for moving the collimator, or a hydraulically or pneumatically entered actuating cylinder or a combination of several such elements. The same applies to the further drive mechanism.
  • the control device is set up in addition to controlling the x-ray source and evaluating the signals from the x-ray detector. In this way, all the necessary data are available in the control device, both with regard to the signals from the X-ray detector and with regard to the current position of the directed X-ray beam from the collimator. This allows additional information to be combined with one another, which leads to a simplification of the CT imaging and an increase in the quality of the imaging.
  • the CT system has at least one display unit for displaying CT images obtained from the signals of the X-ray detector. The CT images generated by the image reconstruction of the computer tomography can thus be displayed on the display unit, for example a screen.
  • Fig. 1, 2 - a part of the CT system in side view with a multi-line detector approach
  • Fig. 3, 4 - a part of the CT system in side view with a projection approach
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of the entire CT system.
  • the CT system shown in the figures has an X-ray source 1, for example an X-ray tube, a collimator 3, an X-ray detector 7, an automatically operated drive mechanism 11 for adjusting the collimator 3, another automatically operated drive mechanism 12, an electronic control device 8 , 9, which may have a computer, and a display unit 10.
  • X-ray source 1 for example an X-ray tube
  • collimator 3 for example an X-ray tube
  • X-ray detector 7 for a collimator 3
  • an automatically operated drive mechanism 11 for adjusting the collimator 3
  • another automatically operated drive mechanism 12 for adjusting the collimator 3
  • an electronic control device 8 9, which may have a computer, and a display unit 10.
  • a patient 16 is on a patient table of the CT system that is not reproduced.
  • the X-ray source 1 emits X-rays in a beam path 2 to the collimator 3. Part of the X-ray radiation is shielded by the collimator 3 in such a way that only one directed X-ray beam 4 is transmitted from the collimator 3 to the patient 16.
  • the collimator 3 can be adjusted in such a way that the emission direction of the directed X-ray beam 4 is changed relative to the patient 16 or relative to the X-ray detector 7.
  • FIG. 1 shows a first area 14 of the X-ray detector 7, which in this case lies relatively far to the left and irradiated by the directed X-ray beam 4.
  • the remaining areas 15 of the X-ray detector 7 are not irradiated by the directed X-ray beam 4. If the collimator 3 is now adjusted, as shown in FIG. 2, the direction of the directed x-ray beam 4 changes, for example, in such a way that the irradiated area 14 of the x-ray detector 7 is now further to the right.
  • the irradiated area 14 can be actively tracked.
  • FIGS. 3 and 4 show a representation comparable to that of FIGS. 1 and 2 and the same process of tracking the object 5 from a starting point to the target point 13.
  • a different X-ray is used here.
  • gene detector 7 used, for example a flat panel detector.
  • FIGS. 3 and 4 in which a multi-line detector approach can be implemented, in FIGS. 3 and 4 a 2D approach to instrument guidance can be implemented.
  • Multi-line detector approach The aim is to have the instrument required for treatment or the organ to be viewed continuously localized in the image section as part of a (minimally invasive) image-guided intervention.
  • the practitioner guides the instrument free-hand or, for example, by means of a robot.
  • the patient was centered using a manually controlled advance of the patient table.
  • the invention addresses, for example, the problem of needle imaging in the fluoroscopic 3D image via active slice tracking of the tube-side collimator 3.
  • This approach offers the advantage that the intervention can be carried out without interruption and no manual adjustment of the patient table is necessary.
  • automatic volume-of-interest imaging is possible, in which a certain area of the patient's body to be recorded, e.g. a certain organ, is illuminated in a targeted manner during and after the rotation of the gantry by automatically aligning the directed X-ray beam by adjusting the collimator.
  • the detector lines can be controlled individually.
  • the bundle can be shifted over the entire depth of the collimator by changing the coordinates of the tube collimator. In current systems this can be up to 512 detector lines, which is approx. 256 mm with an exemplary pixel size of 0.5 mm.
  • the needle can be captured up to 256 mm without having to move the patient table.
  • it is advantageous to know the needle path in advance or to detect it during the imaging.
  • a complete projection data set required for image reconstruction can be recorded completely with one rotation with a constant collimator slice.
  • This enables an update depending on the gantry speed, which is 0.5 Hz to 5 Hz with commercially available CT systems.
  • the tracking of the collimator can take place on coordinates from image processing methods or external tracking methods (eg optical, electromagnetic).
  • step-by-step automated tracking of the patient table or positioning of the gantry system is advantageous.
  • the slice tracking can thus be designed as an interplay of active collimator and positioning of the gantry and / or the patient table.
  • the 2D approach In contrast to the 3D approach, the 2D approach does not show individual patient layers, but rather radiographic projections of large volumes. This type of imaging is used, among other things, in vascular interventions and tumor treatments.
  • the advantage over the 3D approach is the large-area viewing and overview.
  • the disadvantage is that the depth information is not available.
  • the active collimator system should be used to reduce the irradiated area in which an instrument (e.g. catheter) is located and thus to save the dose to the patient.
  • FIG. 5 shows schematically the entire CT system.
  • the X-ray source 1 with the beam path 2 of the X-rays, which is delimited by the collimator 3 to form the directed X-ray 4, can again be seen.
  • the directed x-ray beam 4 passes through the patient 16 to the x-ray detector 7.
  • the slices 6 are recorded as projection images and, if necessary, then reconstructed to form a 3D data set.
  • the X-ray detector 7 transmits the detected signals to a host computer 8, which is set up, for example, to record the data, reconstruct and process images.
  • the processing Computer 8 forms part of the electronic control device.
  • the processing computer 8 is connected to a controller 9 which is set up to control the automatically actuatable drive mechanism 11.
  • the controller 9 receives control signals from the host computer 8.
  • the controller 9 controls the drive mechanism 11 in accordance with these control signals, so that the collimator 3 is adjusted in the desired manner.
  • the control 9 can actuate a further automatically actuatable drive mechanism 12, for example to adjust the position of the patient relative to the CT gantry.
  • the patient table can be adjusted by the drive mechanism 12.
  • the host computer 8 is also coupled to the display unit 10.
  • the CT images determined by means of the processing computer 8 can be shown on the display unit 10 in this way.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computertomographie (CT)-System mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens eine Röntgenstrahlquelle, b) wenigstens einen Patiententisch zur Lagerung eines Patienten, c) wenigstens einen Kollimator im Strahlengang der Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle durch den Patienten, wobei von der gesamten Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlquelle durch den Kollimator ein gerichteter Röntgenstrahl zum Patienten abgestrahlt wird, d) wenigstens einen Röntgendetektor, der permanent oder zumindest zeitweise im Strahlengang des gerichteten Röntgenstrahls vom Kollimator durch den Patienten angeordnet ist, e) wenigstens einen automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus, durch den der Kollimator hinsichtlich der Abstrahlungsrichtung des vom Kollimator durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls relativ zum Patienten und/oder zum Röntgendetektor verstellbar ist, f) wenigstens eine elektronische Steuereinrichtung, die zur automatischen Betätigung des Antriebsmechanismus eingerichtet ist.

Description

Computertomographie-System
Die Erfindung betrifft ein Computertomographie-System, nachfolgend auch CT-Sys- tem genannt, für computertomographische Untersuchungen und Behandlungen an Patienten.
Ein CT-System ist zum Beispiel aus der DE 1020132019676 A1 bekannt. Für be stimmte CT-Aufnahmen können die von einer Röntgenröhre des CT-Systems abge gebenen Röntgenstrahlen beispielsweise durch Blenden kollimiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches CT-System hinsichtlich der Funktionalität weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein CT-System mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens eine Röntgenstrahlquelle, b) wenigstens einen Patiententisch zur Lagerung eines Patienten, c) wenigstens einen Kollimator im Strahlengang der Röntgenstrahlen von der Rönt genstrahlquelle durch den Patienten, wobei von der gesamten Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlquelle durch den Kollimator ein gerichteter Röntgenstrahl zum Patienten abgestrahlt wird, d) wenigstens einen Röntgendetektor, der permanent oder zumindest zeitweise im Strahlengang des gerichteten Röntgenstrahls vom Kollimator durch den Patien ten angeordnet ist, e) wenigstens einen automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus, durch den der Kollimator hinsichtlich der Abstrahlungsrichtung des vom Kollimator durchge lassenen gerichteten Röntgenstrahls relativ zum Patienten und/oder zum Rönt gendetektor verstellbar ist, f) wenigstens eine elektronische Steuereinrichtung, die zur automatischen Betäti gung des Antriebsmechanismus eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße CT-System kann auf diese Weise durch einen aktiven Kolli mator verbessert werden. Ein solcher aktiver Kollimator erlaubt die Unterstützung von Untersuchungen und Behandlungen mittels des CT-Systems durch automatische Unterstützungsfunktionen, z.B. die automatische Ausrichtung des gerichteten Rönt genstrahls mittels Verstellung des Kollimators an eine gewünschte Position. Es wer den zudem weitere unterstützende Funktionen ermöglicht, wie zum Beispiel eine au tomatische Nachverfolgung von Instrumenten bei Interventionen am Patienten zur Dosisreduktion oder ein Volume-of-interest Imaging, bei dem durch automatische Ausrichtung des gerichteten Röntgenstrahls mittels Verstellung des Kollimators ein bestimmter zu erfassender Körperbereich des Patienten, z.B. ein bestimmtes Organ, während und nach der Rotation der Gantry gezielt durchleuchtet wird.
Der Kollimator ist, wie sich aus den vorhergehenden Erläuterungen ergibt, eine Vor richtung, mit der aus der gesamten von der Röntgenstrahlquelle abgegebenen Rönt genstrahlung ein gerichteter Röntgenstrahl (auch als Nutzstrahl bezeichnet) mit ei nem bestimmten Raumwinkel eingeblendet und zum Patienten durchgelassen wird. Der Kollimator kann zum Beispiel als eine verstellbare Blende ausgebildet sein, bei spielsweise in Form von gegeneinander verschiebbaren Platten mit Öffnungen.
Der Röntgendetektor kann beispielsweise als Mehrzeilendetektor ausgebildet sein. Ein Mehrzeilendetektor vereint die Vorteile einer Bildgebung mit einer hohen Dyna mik (Kontrastauflösung) sowie einer sehr genauen Bestimmung der Flounsfield- Werte und sehr kurze Integrationszeiten. Zusätzlich oder alternativ kann der Rönt gendetektor auch als Flachdetektor ausgebildet sein, was den Vorteil einer sehr ho hen räumlichen Auflösung und eines großen Abbildungsbereichs aufweist. Es kön nen auch mehrere solcher Röntgendetektoren zum CT-System gehören, wobei je nach Bedarf der eine oder der andere Röntgendetektor genutzt werden kann.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Röntgengestützte bildgeführte Intervention am Patienten, wie beispielsweise die Nadelplatzierung zur Biopsie, In- strumentenplatzierung zur Tumorbehandlung, chirurgische Eingriffe und katheterba sierte Interventionen zur Behandlung von Blutgefäßen. Dabei kann mittels des erfin dungsgemäßen CT-Systems die Einblendung des durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls der Röntgenstrahlquelle mit einer aktiven automatisierten Schicht- und Bildausschnittnachführung kombiniert sein.
Die elektronische Steuereinrichtung kann z.B. einen Rechner aufweisen, der be stimmte Steuerungs- und/oder Regelungsschritte ausführt, z.B. mittels eines Compu terprogramms. Der Rechner kann als handelsüblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombination aus solchen Elementen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der au tomatisch betätigbare Antriebsmechanismus dazu eingerichtet ist, den Kollimator hin sichtlich der Abstrahlungsrichtung des vom Kollimator durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls relativ zum Patienten und/oder zum Röntgendetektor in wenigstens zwei Raumrichtungen zu verstellen. Der Antriebsmechanismus kann z.B. zum zweidi mensionalen Verstellen des Kollimators in X- und Z-Richtung ausgebildet sein, z.B. mit einem Mechanismus ähnlich einem industriellen Zweiachs-Positioniersystem.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Position eines Objekts im Bereich des Patiententischs zu bestimmen und in Abhängigkeit von der ermittelten Position den Kollimator mittels des Antriebsmechanismus derart zu verstellen, dass das erkannte Objekt im Bereich des vom Kollimator durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls ist, insbesondere im Zentrum des gerichteten Röntgenstrahls. Das Objekt kann zum Beispiel ein Teil eines medizinischen Instruments sein, beispielsweise für die Tumor behandlung, die katheterbasierte Intervention oder eine Biopsienadel. Insbesondere kann es sich um das distale Ende eines solchen Instruments handeln. Auf diese Weise wird durch die automatische Funktion mittels der Steuereinrichtung sicherge stellt, dass das Objekt beziehungsweise das Instrument immer im Bereich der Bildge- bung des CT-Systems ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zum automatischen Nachverfolgen des erkannten Objekts einge richtet ist, wenn sich die Position des Objekts verändert, und den Kollimator mittels des Antriebsmechanismus bezüglich der Abstrahlrichtung des gerichteten Röntgen strahls der sich verändernden Position nachzuführen. Dies erlaubt ein automatisches Nachführen des gerichteten Röntgenstrahls mit dem Objekt, zum Beispiel dem medi zinischen Instrument. Auf diese Weise wird der Anwender noch stärker von manuel len Tätigkeiten entlastet. Es wird durch die automatische Funktion der Steuereinrich tung sichergestellt, dass das Objekt beziehungsweise das Instrument sich auch bei einer Positionsveränderung noch im Erfassungsbereich der CT-Bildgebung befindet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand der mittels des Röntgendetektors ge wonnenen Projektionen und rekonstruierten 3D-Datensätzen die Position des Ob jekts mittels Bildverarbeitung zu bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzli chen sensorischen Elemente für die Positionserfassung und ggf. das Nachverfolgen des Objekts erforderlich sind. Es können direkt die mittels der CT-Bilderfassung er fassten Projektionen und rekonstruierten 3D-Datensätze genutzt werden. Je nach Art des verwendeten Röntgendetektors kann zum Beispiel ein 3D-Ansatz oder ein 2D- Ansatz hierbei verfolgt werden, wie nachfolgend noch anhand von Beispielen erläu tert wird. Insbesondere erlaubt ein Mehrzeilendetektor einen 3D-Ansatz beim Erken nen und Nachverfolgen eines Objekts in den CT-Bildern, das heißt, es können dreidi mensionale Koordinaten des Objekts aus den CT-Bildern automatisch bestimmt wer den. Es kann für die Bestimmung der Position des Objekts mittels Bildverarbeitung eine Algorithmik eingesetzt werden, welche aus den Projektions- oder Rekonstruktionsbil dern der Instrumente die Position und Orientierung erkennt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steu ereinrichtung dazu eingerichtet ist, anhand von Daten eines externen Messgeräts, das die Position des Objekts erfasst, die Position des Objekts zu bestimmen. Die Positi onserfassung des Objekts kann somit entweder nur durch das externe Messgerät oder in Ergänzung zur CT -Bildgebung zusätzlich durch das externe Messgerät durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung Zugriff auf einen Datensatz hat, der einen gewünschten Richtungs verlauf des gerichteten Röntgenstrahls angibt, wobei die Steuereinrichtung dazu ein gerichtet ist, mittels des Datensatzes den Kollimator mittels des Antriebsmechanis mus derart zu verstellen, dass der gerichtete Röntgenstrahl einen Richtungsverlauf aufweist, der dem Richtungsverlauf des Datensatzes entspricht. Als Richtungsverlauf wird dabei eine sich über die Zeit ändernde Strahlrichtung des gerichteten Röntgen strahls verstanden. Auf diese Weise kann mittels automatischer Steuerung ein be stimmter, vorgegebener Pfad, auf dem der gerichtete Röntgenstrahl entlang bewegt werden soll, vorgegeben werden. Hierbei kann nicht nur der Richtungsverlauf vorge geben werden, sondern je nach Ausführungsform auch die Geschwindigkeit der Ver stellung und allgemein das Zeitverhalten der Veränderung der Richtung des gerichte ten Röntgenstrahls. Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass der gerichtete Rönt genstrahl in bestimmten Richtungen eine Zeit lang verharrt, bevor es in eine andere Richtung verstellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das CT- System einen weiteren Antriebsmechanismus aufweist, durch den die Position des Patienten relativ zur Gantry des CT-Systems automatisch verstellbar ist, wobei die elektronische Steuereinrichtung zur automatischen Betätigung des weiteren Antriebs mechanismus eingerichtet ist. Durch die maximale Projektionsfläche auf dem Detek tor ist der Verstellbereich des Kollimators mittels des automatisch betätigbaren An triebsmechanismus in der Regel begrenzt. Je nach Art der Untersuchung oder Inter vention am Patienten kann es erforderlich sein, dass über einen größeren Bereich, als es die Verstellbarkeit des Kollimators erlaubt, eine CT-Bildgebung erfolgen soll. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn über den weiteren Antriebsmechanismus automatisch die Position des Patienten verstellt werden kann, sodass eine gewünschte Position des Patienten im Bilderfassungsbereich der CT-Systems platziert werden kann. Bei spielsweise kann der weitere Antriebsmechanismus zur Verstellung des Patienten- tischs oder zumindest eines Liegebereichs des Patiententischs relativ zur Gantry ein gerichtet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der An triebsmechanismus und/oder der weitere Antriebsmechanismus als elektromechani scher, hydraulischer oder pneumatischer Antriebsmechanismus oder als Kombina tion solcher Antriebsmechanismen ausgebildet ist. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Realisierung eines zuverlässigen Antriebsmechanismus. Der An triebsmechanismus kann zum Beispiel einen Elektromotor zum Bewegen des Kolli mators aufweisen, oder einen hydraulisch oder pneumatisch eingetreten Stellzylinder oder eine Kombination aus mehreren solcher Elemente. Das gleiche gilt für den wei teren Antriebsmechanismus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zusätzlich zu Steuerung der Röntgenstrahlquelle sowie zur Aus wertung der Signale des Röntgendetektors eingerichtet ist. Auf diese Weise sind in der Steuereinrichtung alle notwendigen Daten verfügbar, sowohl hinsichtlich der Sig nale des Röntgendetektors als auch hinsichtlich der aktuellen Position des gerichte ten Röntgenstrahls vom Kollimator. Hierdurch lassen sich zusätzliche Informationen miteinander kombinieren, was zu einer Vereinfachung der CT-Bildgebung und zu ei ner Erhöhung der Qualität der Bildgebung führt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das CT- System wenigstens eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von aus den Signalen des Röntgendetektors gewonnenen CT-Bildern aufweist. Auf der Anzeigeeinheit, zum Beispiel einem Bildschirm, können somit die durch die Bildrekonstruktion der Compu tertomographie erzeugten CT-Bilder dargestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwen dung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 , 2 - einen Teil des CT-Systems in Seitenansicht bei einem Mehrzeilende tektor-Ansatz und
Fig. 3, 4 - einen Teil des CT-Systems in Seitenansicht bei einem Projektions-An satz und
Fig. 5 - eine schematische Block-Darstellung des gesamten CT-Systems.
Das in den Figuren dargestellte CT-System weist eine Röntgenstrahlquelle 1 , zum Beispiel eine Röntgenröhre, einen Kollimator 3, einen Röntgendetektor 7, einen auto matisch betätigbaren Antriebsmechanismus 11 zur Verstellung des Kollimators 3, ei nen weiteren automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus 12, eine elektronische Steuereinrichtung 8, 9, die einen Rechner aufweisen kann, und eine Anzeigeeinheit 10 auf.
Wie man in Figur 1 erkennen kann, befindet sich ein Patient 16 auf einem nicht wie dergegebenen Patiententisch des CT-Systems. Die Röntgenstrahlquelle 1 gibt Rönt genstrahlen in einem Strahlengang 2 zu dem Kollimator 3 ab. Durch den Kollimator 3 wird ein Teil der Röntgenstrahlung abgeschirmt, derart, dass nur ein gerichteter Röntgenstrahl 4 vom Kollimator 3 zum Patienten 16 durchgelassen wird. Auf der der Röntgenstrahlquelle 1 beziehungsweise dem Kollimator 3 abgewandten Seite des Patienten 3 befindet sich der Röntgendetektor 7, zum Beispiel der in den Figuren 1 und 2 dargestellte übliche Mehrzeilendetektor. Durch den in der Figur 1 nicht darge stellten automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus 9 kann der Kollimator 3 der art verstellt werden, dass die Abstrahlrichtung des gerichteten Röntgenstrahls 4 rela tiv zum Patienten 16 beziehungsweise relativ zum Röntgendetektor 7 verändert wird.
Die Figur 1 zeigt einen ersten, in diesem Fall relativ weit links liegenden, vom gerich teten Röntgenstrahl 4 bestrahlten Bereich 14 des Röntgendetektors 7. Die übrigen Bereiche 15 des Röntgendetektors 7 sind von dem gerichteten Röntgenstrahl 4 nicht bestrahlt. Wird der Kollimator 3 nun verstellt, wie in der Figur 2 dargestellt ist, ändert sich die Richtung des gerichteten Röntgenstrahls 4 zum Beispiel derart, dass der be strahlte Bereich 14 des Röntgendetektors 7 nun weiter rechts liegt. Der der be strahlte Bereich 14 kann aktiv nachgeführt werden.
In den Beispielen der Figuren 1 und 2 wird jeweils angenommen, dass durch auto matische Unterstützung des CT-Systems ein Objekt 5, zum Beispiel ein medizini sches Instrument, von irgendeinem Startpunkt, an dem sich das Objekt 5 in der Figur 1 befindet, zu einem Zielpunkt 13 bildgeführt bewegt werden soll. Das bedeutet, dass durch die automatische Steuerung des Kollimators 3 mittels des automatisch betätig baren Antriebsmechanismus 9 und der elektronischen Steuereinrichtung 8, 9 der ge richtete Röntgenstrahl 4 so verstellt werden soll, dass er immer der Position des Ob jekts 5, beispielsweise dem distalen Ende des Objekts 5, folgt. Durch diese automati sche Tracking-Funktion wird das Objekt 5 durch permanente Bildgebung des distalen Endes des Objekts 5 gezielt zum Zielpunkt 13 verfolgt, der in der Figur 2 erreicht ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine vergleichbare Darstellung wie die Figuren 1 und 2 sowie den gleichen Vorgang des Verfolgens des Objekts 5 von einem Startpunkt zum Zielpunkt 13. Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 wird hier ein anderer Rönt- gendetektor 7 genutzt, zum Beispiel ein Flachdetektor. Im Unterschied zu den Figu ren 1 und 2, bei denen ein Mehrzeilendetektor-Ansatz realisiert werden kann, kann bei den Figuren 3 und 4 ein 2D-Ansatz der Instrumentenführung realisiert werden.
Mehrzeilendetektor-Ansatz: Ziel ist es, im Rahmen einer (minimal-invasiven) bildge führten Intervention das zur Behandlung notwendige Instrument oder das zu betrach tende Organ stetig im Bildausschnitt lokalisiert zu haben. Das Instrument wird dabei vom Behandler freihand oder bspw. mittels Roboter geführt. Bisher erfolgt die Zent rierung des Patienten über einen manuell gesteuerten Vorschub des Patiententi sches. Die Erfindung adressiert z.B. das Problem der Nadelabbildung im fluoroskopi- schen 3D Bild über eine aktive Schichtnachführung des röhrenseitigen Kollimators 3. Dieser Ansatz bietet den Vorteil, dass die Intervention unterbrechungsfrei durchge führt werden kann und keine manuelle Justage des Patiententischs notwendig ist. In besondere ist ein automatisches Volume-of-interest Imaging möglich, bei dem durch automatische Ausrichtung des gerichteten Röntgenstrahls mittels Verstellung des Kollimators ein bestimmter zu erfassender Körperbereich des Patienten, z.B. ein be stimmtes Organ, während und nach der Rotation der Gantry gezielt durchleuchtet wird.
Für eine fluoroskopische 3D Bildgebung werden nur wenige Schichten des Detektors genutzt, da eine gleichzeitige Darstellung als Schichtbild sonst nicht möglich wäre.
Es spielt dabei jedoch keine Rolle, welche Detektorzeilen zur interventioneilen fluoro- skopischen Bildgebung beitragen. Die Detektorzeilen können einzeln angesteuert werden. Über eine Kollimation des nur wenige Schichten breiten Nutzstrahlbündels kann das Bündel mittels Änderung der Koordinaten des Röhrenkollimators über die komplette Tiefe des Kollimators verschoben werden. Bei aktuellen Systemen können dies bis zu 512 Detektorzeilen sein, was bei einer beispielhaften Pixelgröße von 0.5 mm ca. 256 mm beträgt. Dies bedeutet, dass bei einer zur kollimierten Schicht per pendikulären Nadelführung die Nadel bis zu 256 mm erfasst werden kann, ohne den Patiententisch verschieben zu müssen. Zum Ermöglichen der Bildrekonstruktion ist es vorteilhaft, den Nadelpfad vorab zu kennen oder während der Bildgebung zu erfassen. Alternativ ist es möglich, dass ein vollständiger zur Bildrekonstruktion notwendiger Projektionsdatensatz komplett mit einer Rotation bei konstanter Kollimatorschicht aufgenommen wird. Dies ermöglicht eine Aktualisierung abhängig von der Gantry-Drehzahl, was bei marktüblichen CT- Systemen bei 0.5 Hz bis 5 Hz liegt. Die Nachführung des Kollimators kann dabei auf Koordinaten aus Bildverarbeitungsmethoden oder externen Trackingmethoden (z.B. optisch, elektromagnetisch) stattfinden. Bei nachzuführenden Schichten, die die ma ximale Tiefe des Detektors überschreiten, ist ein schrittweises automatisiertes Nach führen des Patiententisches oder Positionieren des Gantry-Systems vorteilhaft. Somit kann die Schichtnachführung als ein Zusammenspiel aus aktiven Kollimator und Po sitionierung der Gantry und/oder des Patiententisches ausgebildet sein.
2D-Ansatz: Gegensätzlich zum 3D-Ansatz erfolgt beim 2D Ansatz nicht die Darstel lung einzelner Patientenschichten, sondern radiographischer Projektionen großflächi gerer Volumen. Anwendung findet diese Art der Bildgebung u.a. bei vaskulären Inter ventionen und Tumorbehandlungen. Vorteil gegenüber dem 3D-Ansatz ist die groß flächige Betrachtung und Übersicht. Nachteilig ist, dass die Tiefeninformation nicht gegeben ist. Im Kontext der 2D-Projektion soll das aktive Kollimatorsystem genutzt werden, um das durchstrahlte Areal, in dem ein Instrument (z.B. Katheter) lokalisiert ist, zu verringern und somit Dosis am Patienten zu sparen.
Die Figur 5 zeigt schematisch das gesamte CT-System. Erkennbar ist wiederum die Röntgenstrahlquelle 1 mit dem Strahlengang 2 der Röntgenstrahlen, der durch den Kollimator 3 zu dem gerichteten Röntgenstrahl 4 eingegrenzt wird. Der gerichtete Röntgenstrahl 4 gelangt durch den Patienten 16 zu dem Röntgendetektor 7. Hierbei werden die Schichten 6 als Projektionsbilder aufgenommen und ggf. anschließend zu einem 3D-Datensatz rekonstruiert. Der Röntgendetektor 7 überträgt die erfassten Signale an einen Verarbeitungsrechner 8, der zum Beispiel für die Aufnahme der Da ten, die Rekonstruktion und die Bildverarbeitung eingerichtet ist. Der Verarbeitungs- rechner 8 bildet einen Teil der elektronischen Steuereinrichtung. Der Verarbeitungs rechner 8 ist mit einer Steuerung 9 verbunden, die zur Ansteuerung des automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus 11 eingerichtet ist. Die Steuerung 9 erhält Steuersignale vom Verarbeitungsrechner 8. Entsprechend diesen Steuersignalen steuert die Steuerung 9 den Antriebsmechanismus 11 , sodass der Kollimator 3 in der gewünschten Weise verstellt wird. Zusätzlich kann die Steue rung 9 einen weiteren automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus 12 betätigen, beispielsweise um die Position des Patienten relativ zur CT-Gantry zu verstellen. Bei- spielsweise kann der Patiententisch durch den Antriebsmechanismus 12 verstellt werden.
Der Verarbeitungsrechner 8 ist zudem mit der Anzeigeeinheit 10 gekoppelt. Die mit tels des Verarbeitungsrechners 8 ermittelten CT-Bilder können auf diese Weise auf der Anzeigeeinheit 10 dargestellt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Computertomographie (CT)-System mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens eine Röntgenstrahlquelle (1), b) wenigstens einen Patiententisch zur Lagerung eines Patienten (16), c) wenigstens einen Kollimator (3) im Strahlengang (2) der Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle (1) durch den Patienten (16), wobei von der gesamten Röntgenstrahlung der Röntgenstrahlquelle (1) durch den Kolli mator (3) ein gerichteter Röntgenstrahl (4) zum Patienten (16) abgestrahlt wird, d) wenigstens einen Röntgendetektor (7), der permanent oder zumindest zeitweise im Strahlengang (2) des gerichteten Röntgenstrahls (4) vom Kol limator (3) durch den Patienten (16) angeordnet ist, e) wenigstens einen automatisch betätigbaren Antriebsmechanismus (11 ), durch den der Kollimator (3) hinsichtlich der Abstrahlungsrichtung des vom Kollimator (3) durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls (4) relativ zum Patienten (16) und/oder zum Röntgendetektor (7) verstellbar ist, f) wenigstens eine elektronische Steuereinrichtung (8, 9), die zur automati schen Betätigung des Antriebsmechanismus (11) eingerichtet ist.
2. CT-System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der automatisch betätigbare Antriebsmechanismus (11) dazu eingerichtet ist, den Kollimator (3) hinsichtlich der Abstrahlungsrichtung des vom Kollimator (3) durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls (4) relativ zum Patienten (16) und/oder zum Rönt gendetektor (7) in wenigstens zwei Raumrichtungen zu verstellen.
3. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinrichtung (8, 9) dazu eingerichtet ist, die Position eines Objekts (5) im Bereich des Patiententischs zu bestimmen und in Abhängigkeit von der ermittelten Position den Kollimator (3) mittels des Antriebsmechanis mus (11) derart zu verstellen, dass das erkannte Objekt (5) im Bereich des vom Kollimator (3) durchgelassenen gerichteten Röntgenstrahls (4) ist, insbesondere im Zentrum des gerichteten Röntgenstrahls (4).
4. CT-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrich tung (8, 9) zum automatischen Nachverfolgen des erkannten Objekts (5) einge richtet ist, wenn sich die Position des Objekts (5) verändert, und den Kollimator (3) mittels des Antriebsmechanismus (11) bezüglich der Abstrahlrichtung des gerichteten Röntgenstrahls (4) der sich verändernden Position nachzuführen.
5. CT-System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer einrichtung (8, 9) dazu eingerichtet ist, anhand der mittels des Röntgendetek tors (7) gewonnenen Projektionen und rekonstruierten 3D-Datensätzen die Po sition des Objekts (5) mittels Bildverarbeitung zu bestimmen.
6. CT-System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8, 9) dazu eingerichtet ist, anhand von Daten eines ex ternen Messgeräts, das die Position des Objekts (5) erfasst, die Position des Objekts (5) zu bestimmen.
7. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinrichtung (8, 9) Zugriff auf einen Datensatz hat, der einen gewünschten Richtungsverlauf des gerichteten Röntgenstrahls (4) angibt, wobei die Steuereinrichtung (8, 9) dazu eingerichtet ist, mittels des Datensatzes den Kollimator (3) mittels des Antriebsmechanismus (11) derart zu verstellen, dass der gerichtete Röntgenstrahl (4) einen Richtungsverlauf aufweist, der dem Rich tungsverlauf des Datensatzes entspricht.
8. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das CT-System einen weiteren Antriebsmechanismus (11) aufweist, durch den die Position des Patienten (16) relativ zur Gantry des CT-Systems automatisch verstellbar ist, wobei die elektronische Steuereinrichtung (8, 9) zur automatischen Betätigung des weiteren Antriebsmechanismus (11) eingerichtet ist.
9. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Antriebsmechanismus (11) und/oder der weitere Antriebsmecha nismus (11) als elektromechanischer, hydraulischer oder pneumatischer An triebsmechanismus (11) oder als Kombination solcher Antriebsmechanismen ausgebildet ist.
10. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinrichtung (8, 9) zusätzlich zur Steuerung der Röntgen strahlquelle (1) sowie zur Auswertung der Signale des Röntgendetektors (7) eingerichtet ist.
11. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das CT-System wenigstens eine Anzeigeeinheit (10) zum Anzeigen von aus den Signalen des Röntgendetektors (7) gewonnenen CT-Bildern auf weist.
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