DE102007038381A1

DE102007038381A1 - Verfahren zur Markierung und Visualisierung eines Implantats durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung und ein Implantat

Info

Publication number: DE102007038381A1
Application number: DE102007038381A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Hoheisel; Eckhard Dr. Hempel; Stefan Prof. Dr. Popescu; Rainer Dr. Raupach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2009-02-26
Also published as: US20090052614A1; US8233967B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung und Visualisierung eines Implantats durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung und ein Implantat (20, 21, 22), wobei vorgeschlagen wird, Implantate (20, 21, 22) mit möglichst eindeutigen spezifischen Eigenschaften bezüglich der durch sie erzeugten Phasenverschiebung (DeltaphiV1, DeltaphiV2) bei einer Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung zu verwenden, wobei diese spezifischen Eigenschaften durch die typische selbst erzeugte spezifische Phasenverschiebung (DeltaphiV1, DeltaphiV2), durch typische Unterschiede der spezifischen Phasenverschiebungswerte $I1 oder durch typische räumliche Strukturen aus Materialien mit wohl definierten Phasenverschiebungswerten (DeltaphiV1, DeltaphiV2) bestehen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung und Visualisierung eines Implantats in einem Patienten durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung (= Röntgen-Phasenkontrast-CT, wobei zumindest ein Teilbereich des Patienten durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten ein erstes Röntgenabsorptionsgitter durchläuft, abgetastet wird, und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters in Strahlungsrichtung nach dem Patienten detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert zugeordnet wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Implantat, das für dieses oben genannte Verfahren ausgestaltet ist.
Es ist allgemein bekannt, in der Angiographie Stents (= Gefäßprothesen) zu verwenden, die unter Röntgen-Durchleuchtungskontrolle (Fluoroskopie) platziert werden. Dafür ist es notwendig, die Stents sehr gut sehen zu können, damit sie genau an der gewünschten Stelle entfaltet werden. Da aber besonders bei länger andauernden Prozeduren möglichst niedrige Röntgendosen verwendet werden müssen, bleiben Stents oft nur schlecht sichtbar. Die gleiche Situation tritt bei der Verwendung von Führungsdrähten auf, die sehr dünn sein müssen und die somit ebenfalls unter Durchleuchtung oft nur ungenügend sichtbar sind. Auch bei der Anwendung von Kathetern, beziehungsweise allgemein bei der Anwendung von Implantaten, entstehen ähnliche Probleme.
Bislang wurde bei fluoroskopisch kontrollierten Untersuchungen und Behandlungen das Röntgenspektrum dahingehend opti miert, dass die aus unterschiedlichen Metall-Legierungen bestehenden Stents und Führungsdrähte einen möglichst hohen Kontrast zum umgebenden Gewebe aufweisen. Aber auch hier bleiben der Kontrast und damit die Erkennbarkeit insbesondere bei niedriger Röntgendosis oft unbefriedigend.
Um die Sichtbarkeit von Stents dennoch zu gewährleisten, werden Markierungen aus einem Schwermetall, z. B. aus Gold, an den Enden der Stents angebracht. Diese sind unter Fluoroskopie-Bedingungen besser sichtbar. Allerdings werden hier nur einzelne Punkte herausgestellt. Den genauen Verlauf von Stents, Kathetern oder Führungsdrähten über die gesamte Länge sieht man dadurch nicht besser. Auch kann man durch Markierungen nicht kontrollieren, ob ein Stent sich korrekt entfaltet hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Markierung und Visualisierung zu finden, welches es erlaubt unter Verwendung geringer Dosis Implantate sicher im Körper eines Patienten zu erkennen. Ebenso soll ein entsprechend ausgestaltetes Implantat gefunden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist reversibel oder irreversibel eingesetzte Implantate, insbesondere Stents (= Gefäßprotesen), Führungsdrähte oder Katheter durch ein auf Phasenkontrast basierendes Röntgenverfahren abzubilden und eindeutig zu identifizieren. Bei der bislang eingesetzten, auf Röntgenabsorption basierenden Fluoroskopie wurde eine möglichst hohe Absorption angestrebt. Dazu mussten vorzugsweise Materialien verwendet werden, die Elemente mit einer hohen Ordnungszahl Z enthalten. Solche Materialien sind entweder sehr teuer oder für den menschlichen Körper schlecht verträglich. Zur Erzeugung eines – möglichst eindeutigen – Kontrastes in der Phasenkontrast-Röntgen-CT ist eine hohe Ab sorption unerheblich, hier kommt es allein auf den Brechungsindex des durchstrahlten Materials an.
Erfindungsgemäß können nun also auch Materialien verwendet werden, die eine möglichst niedrige Dichte aufweisen. Es ist vorteilhaft, Katheter und Stents aus Kunststoffen herzustellen, die günstige elastische Eigenschaften aufweisen und die biokompatibel sind. Diese Materialien weisen bei Absorptionsröntgenuntersuchungen keinen oder fast keinen Kontrast zum umgebenden Gewebe auf. Bisher kamen solche Materialien mit geringer Absorptionswirkung nicht in Frage. Kunststoffe mit niedriger Dichte sind jedoch leicht verfügbar, denn viele Kunststoffe weisen eine Dichte auf, die unterhalb derjenigen von Weichteilgewebe liegt. Derartige Materialien zeigen einen niedrigeren Brechungsindex für Röntgenstrahlung im diagnostischen Energiebereich. Dadurch zeigen sie bei der Anwendung von Phasenkontrast-Verfahren einen gut darstellbaren Kontrast.
In einer anderen Ausführung der Erfindung können Implantate, insbesondere Stents, Katheter oder auch Führungsdrähte, herkömmlicher Bauweise verwendet werden, wobei diese aber mit einem Kunststoff niedrigerer Dichte beschichtet werden, der wiederum in der Phasenkontrast-Bildgebung gut sichtbar ist.
Alternativ zu den oben beschriebenen Kunststoffen niedriger Dichte kann auch ein Kunststoff verwendet werden, der inhomogen strukturiert ist. Zum Beispiel können mikroskopisch kleine Gasbläschen eingebracht worden sein, die einen typischen Phasenkontrast erzeugen.
Statt der Verwendung von Kunststoffen niedrigerer Dichte können auch solche höherer Dichte genutzt werden, wobei entscheidend ist, dass sich die Dichte des Kunststoffes von der Dichte des jeweils umgebenden Weichteilgewebes unterscheidet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können als Kunststoffe, insbesondere für die Beschichtung der Implantate (= Stents, Katheter und Führungsdrähte) an sich bekannte im Körper biologisch abbaubare Materialien verwendet werden. Der Vorteil des Einsatzes derartiger Materialien liegt darin, dass sie für die zum Zeitpunkt der Intervention und die anschließende Kontrolluntersuchung gewünschte Phasenkontrast-Bildgebung optimiert werden können, aber nicht langfristig im Körper des Patienten verbleiben müssen.
Weiterhin wird vorgeschlagen in diesen Implantaten speziell kodierte Strukturen einzusetzen. Diese Strukturen sollen unverwechselbare Phasenmuster erzeugen. So wird z. B. ein Stent oder Katheter derart hergestellt, dass er eine räumlich periodische Struktur enthält, die bei der verwendeten Röntgen-Energie definierte, konstante Phasen-Oszillationen hervorruft.
Insbesondere schlagen die Erfinder entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung ein Verfahren zur Markierung und Visualisierung eines Implantats in einem Patienten durch eine Röntgen-Phasenkontrast-CT vor, wobei zumindest ein Teilbereich eines Patienten durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten ein erstes Röntgenabsorptionsgitter durchläuft, abgetastet wird, und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters in Strahlungsrichtung nach dem Patienten detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert zugeordnet wird. Das im Patienten befindliche Implantat soll nun ein Material aufweisen, welches in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugt, der sich signifikant von den mittleren spezifischen Phasenverschiebungswerten des menschlichen Gewebes unterscheidet.
Unter Raumeinheit werden im Sinne der Erfindung je nach Rekonstruktionsmethode zweidimensionale Bereiche eines Schnittbildes, also ein oder mehrere Pixel, oder dreidimensionale Bereiche eines Volumendatensatzes, also ein oder mehrere zusammenhängende Voxel verstanden. Damit ist es nun möglich nach Gebieten mit einem bestimmten mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert zu suchen, der nur durch ein bestimmtes Material des Implantats verursacht wird.
Vorzugsweise kann für das Implantat ein Material gewählt werden, dessen mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswerte im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise bei 90°, liegt.
Gemäß einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Gedankens wird auch ein Verfahren zur Visualisierung eines Implantats in einem Patienten durch eine Röntgen-Phasenkontrast-CT vorgeschlagen, wobei zumindest ein Teilbereich des Patienten durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten ein erstes Röntgenabsorptionsgitter durchläuft, abgetastet wird, und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters in Strahlungsrichtung nach dem Patienten detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und zu Volumendatensätzen, also 3D-Darstellungen oder Schnittbilddarstellungen, rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert zugeordnet wird. Erfindungsgemäß weist dabei das im Patienten befindliche Implantat mindestens zwei benachbart angeordnete Materialien auf, welche jeweils in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugen, deren Unterschied zueinander definiert und bekannt ist, wobei weiterhin in den erzeugten Volumendatensätzen nach benachbarten Phasenverschiebungswertunterschieden gesucht wird und beim Auftreten dieser vordefinierten Phasenverschiebungswertunterschiede ein Implantat als erkannt angesehen.
In diesem Fall wird also nicht nach einem einzigen Phasenverschiebungswert gesucht, sondern nach mindestens einer Wertedifferenz benachbarter Raumeinheiten.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Phasenverschiebungswertunterschied zwischen den mindestens zwei Materialien des Implantats signifikant größer ist als der maximale Phasenverschiebungswertunterschied zweier beliebiger menschlicher Gewebearten. Hierdurch wird absolut sicher gestellt, dass keine Verwechslungen mit anatomischen oder sonstigen anderen Strukturen auftreten können.
In einer weiteren Abwandlung des Erfindungsgedankens schlagen die Erfinder auch ein Verfahren zur Visualisierung eines Implantats in einem Patienten durch eine Röntgen-Phasenkontrast-CT vor, wobei zumindest ein Teilbereich des Patienten durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten ein erstes Röntgenabsorptionsgitter durchläuft, abgetastet wird, und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters in Strahlungsrichtung nach dem Patienten detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und zu Volumendatensätzen rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert zugeordnet wird. Erfindungsgemäß besteht das im Patienten befindliche Implantat zumindest teilweise aus einem ersten Material und einem zweiten Material, wobei das zweite Material als Partikel im ersten Material verteilt ist, und die beiden Materialien in einer Raumeinheit jeweils einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugen, deren Unterschied zueinander bekannt ist. Es wird nun in den erzeugten Volumendatensätzen nach benachbarten Phasenverschiebungswertunterschieden gesucht und beim Auftreten dieser vordefinierten Phasenverschiebungswertunterschiede ein Implantat als erkannt angesehen.
Bezüglich der oben genannten Verfahrensvarianten wird vorgeschlagen, dass als Raumeinheit ein Cluster von n³ Voxeln oder n² Pixeln betrachtet wird, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 darstellt. Hierdurch kann mit größer werdender Zahl n eine nicht zu unterdrückende statistische Schwankung weitgehend ausgeglichen werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn zumindest ein Material des Implantats, vorzugsweise eine Ummantelung, so ausgebildet ist, dass es im Körper eines Patienten auf Dauer resorbiert wird.
Weiterhin kann das Implantat eine spezifische Materialstruktur aufweisen, welche eine eindeutige Typisierung oder auch eine eindeutig Identifizierung zulässt. Vorzugsweise kann die Materialstruktur des Implantats in Form eines Barcodes ausgebildet werden.
Als Implantat kann beispielsweise ein Stent, ein Führungsdraht oder ein Katheter verwendet werden.
Entsprechen dem zuvor geschilderten Verfahren schlagen die Erfinder weiterhin ein Implantat zur Verwendung in einem Patienten vor, wobei das Implantat zumindest ein Material aufweist, welches bei einer Phasenkontrast-CT in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugt, der sich signifikant von den mittleren spezifischen Phasenverschiebungswerten des menschlichen Gewebes unterscheidet.
Vorzugsweise kann das mindestens eine Material derart ausgewählt werden, dass dessen mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise bei 90°, liegt.
Alternativ wird ein Implantat zur Verwendung in einem Patienten vorgeschlagen, in dem mindestens zwei benachbart angeordnete Materialien vorgesehen sind, die jeweils in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugen, deren Differenzwert bekannt ist.
Dieser Phasenverschiebungswertunterschied zwischen den mindestens zwei Materialien des Implantats sollte signifikant größer sein, als der maximale Phasenverschiebungswertunterschied zweier beliebiger menschlicher Gewebearten.
Weiterhin wird ein Implantat zur Verwendung in einem Patienten vorgeschlagen, welches zumindest teilweise aus einem erstem Material und einem zweiten Material besteht, wobei das zweite Material als Partikel im ersten Material verteilt ist, und die beiden Materialien in einer Raumeinheit jeweils einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert erzeugen, deren Unterschied zueinander bekannt ist.
Bei dieser Definition der Implantate kann als Raumeinheit vorzugsweise ein Cluster von n³ Voxeln oder n² Pixeln betrachtet werden, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 darstellt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Material des Implantats im Körper eines Patienten bioresorbierbar ausgeführt ist.
Außerdem kann eine spezifische Materialstruktur vorgesehen werden, welche eine eindeutige Typisierung und/oder eine Identifizierung zulässt. Vorzugsweise kann die Materialstruktur in Form eines Barcodes ausgebildet sein.
Das Implantat kann beispielsweise ein Stent, ein Führungsdraht oder ein Katheter sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: Röntgen-Phasenkontrast-CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 2.1: 1. Gitter des ersten Röhren-Detektor-Systems; 3: erster Detektor; 3.1: 2. Gitter des ersten Röhren-Detektor-Systems; 4: zweite Röntgenröhre; 4.1: 1. Gitter des zweiten Röhren-Detektor-Systems; 5: zweiter Detektor; 5.1: 2. Gitter des zweiten Röhren-Detektor-Systems; 6 Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Speicher der Steuer- und Re cheneinheit; 20: Implantat; 21: Katheter; 21.1: Spitze des Katheters; 21.2: Spiraldraht im Katheter; 21.3: Hülle des Katheters; 22: Stent; M1, M2, M3: Materialien; Δφ_V1, Δφ_V2, Δφ_V3: spezifische Phasenverschiebungswerte; |Δφ_V1 – Δφ_V2|: Phasenverschiebungswertunterschied; Prg₁–Prg_x: Computerprogramme.
Es zeigen im Einzelnen:
1 Röntgen-Phasenkontrast-CT-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Struktur eines Implantats mit unterschiedlichen Materialien,
3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Struktur eines Implantats mit drei unterschiedlichen Materialien,
4 eine Seitenansicht eines Katheters mit erfindungsgemäßer Spitze, und
5 Seoneeitenansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Stents.
In der 1 ist ein Röntgen-Phasenkontrast-CT-System 1 mit einem Gantrygehäuse 6 gezeigt, in dem sich eine drehbare Gantry befindet, auf der zumindest ein erstes Strahler-Detektor-System und optional weitere Strahler-Detektor-Systeme angeordnet sein können. In der vorliegenden Darstellung sind zwei Strahler-Detektor-Systeme gezeigt. Das erste Strahler-Detektor-System besteht hier aus einer ersten Röntgenröhre 2 mit einem vor dem Patienten angeordneten Röntgenabsorptionsgitter 2.1 zur Erzeugung einer quasikohärenten Röntgenstrahlung. Weiterhin weist das erste Strahler-Detektor-System gegenüberliegend zur Röntgenröhre 2 einen Detektor 3 mit einem vorgelagerten Röntgengitter 3.1 zur Interferenzerzeugung und damit „Sichtbarmachung" der Phasenverschiebung der Röntgenstrahlung auf, die je nach betrachtetem Strahl beim Durchtritt durch den Patienten 7 unterschiedlich ausgeprägt ist. Das hier gezeigte zweite Strahler-Detektor-System verfügt ebenfalls über eine Röntgenröhre 4 mit Absorptionsgitter 4.1 und einen Detektor 5 mit einem vorgelagerten Phasengitter 5.1, welches auf der Gantry um die Systemachse 9 mit dem ersten Strahler-Detektor-System mitrotiert und eine um 90° zum ersten Strahler-Detektor-System versetzte Messung ermöglicht.
Zum Scan wird der Patient 7 auf einer Patientenliege 8 entlang der Systemachse 9 durch das Messfeld geschoben, während die Strahler-Detektor-Systeme auf der Gantry um die Systemachse 9 rotieren. Auf diese Weise erfolgt eine Spiralabtastung. Alternativ kann auch ein sequentielles Scanverfahren durchgeführt werden, bei dem der Patient 7 schrittweise durch das Messfeld geschoben wird, wobei nach jedem Vorschub ein kreisförmiger Scan durchgeführt wird.
Die grundsätzliche Arbeitsweise und spezielle Ausgestaltung solcher Phasenkontrast-CT-Systeme ist in diversen vorhergehenden Anmeldungen der Anmelderin zum Thema Phasenkontrast-CT und anderen Veröffentlichungen im Stand der Technik bereits mehrfach explizit beschrieben worden.
Der Betrieb des CT-Systems 1 wird durch eine Steuer- und Recheneinheit 10 durchgeführt, wobei diese Steuer- und Recheneinheit 10 die Arbeitsprogramme mit ihrem Programmcode in einem Arbeitsspeicher 11 für den Betrieb bereithält. Unter anderem sind in diesem Arbeitsspeicher auch Programme Prg₁ bis Prg_n enthalten, welche das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren nachbilden und im Betrieb ausführen können.
Wird mit einem solchen oder einem ähnlichen Phasenkontrast-CT-System ein Patient 7 gescannt, bei dem sich ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Implantat im Körper befindet, so lässt sich dieses Implantat aufgrund der spezifischen Eigenschaften bezüglich seines spezifischen Phasenverschiebungswertes Δφ_V leicht auffinden und falls gewünscht gesondert in Darstellungen hervorgehoben zeigen. Als spezifische Eigenschaft bezüglich der Erzeugung und Detektion von Phasenverschiebungen können hierbei unterschiedliche Eigenarten verwendet werden.
Zum Beispiel kann das Implantat einen definierten und ansonsten im Körper nicht vorkommenden spezifischen Phasenverschiebungswertes Δφ_V zum Beispiel in °/mm aufweisen. Im System kann nun gezielt nach dem Scann nach dem Vorkommen dieser spezifischen Phasenverschiebungswerte gesucht werden und alle Ansammlungen von Pixeln oder Voxeln mit diesem oder auch nahe daran liegendem Phasenverschiebungswert gesucht und in einer Darstellung, gegebenenfalls optisch hervorgehoben, angezeigt werden.
Eine andere Variante einer spezifischen Eigenschaft eines im Phasenkontrast-CT zu findenden Implantats kann darin bestehen, dass das Implantat eine bestimmte Kombination aus zwei oder mehr unterschiedlichen spezifischen Phasenverschiebungswerten Δφ_V aufweist. In den durch einen Scan ermittelten Phasenkontrast-CT-Bilddaten ist somit nach dem Vorkommen benachbarter oder in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneter Raumeinheiten zu suchen, die einen vorbestimmten Unterschied an Phasenverschiebungswerten aufweisen.
In der 2 ist ein Beispiel für ein Implantat 20 mit zwei wohl definierten Materialien M1 und M2 im Querschnitt dargestellt. Die beiden Materialien besitzen jeweils einen spezifischen Phasenverschiebungswert Δφ_V1 und Δφ_V2, der allerdings auch im Bereich von im Körper vorkommenden Materialien liegen kann. Wesentlich ist hierbei, dass der Betragsunterschied dieser spezifischen Phasenverschiebungswerte Δφ_V1 und Δφ_V2, also der Phasenverschiebungswertunterschied |Δφ_V1 – Δφ_V2|, oder zumindest die so detektierbare räumliche Struktur mit diesem Phasenverschiebungswertunterschied für die einzelnen Materialien nicht vorkommt. Damit lassen sich eine solche Struktur und damit das Implantat selbst auf einfache und vor allem auch durch automatisierte Algorithmen einer Bildbearbeitung oder Bildfilterung detektieren.
Beispielsweise kann dabei jede Raumeinheit mit einem bestimmten Phasenverschiebungswert Δφ_V1, bestehend aus einem oder mehreren Pixeln oder Voxeln, darauf untersucht werden, ob in einem bestimmten Abstand eine andere Raumeinheit vorliegt, welche einen anderen bestimmten Phasenverschiebungswert Δφ_V2 aufweist. Es kann auch direkt nach dem Vorliegen bestimmter Phasenverschiebungswertunterschiede |Δφ_V1 – Δφ_V2| zwischen benachbarten Raumeinheiten, gegebenenfalls mit einem bestimmten Abstand, gesucht werden. Werden die Strukturen zusätzlich noch in klar definierten sich wiederholenden Abständen angeordnet, so ist die Detektion auch mit einfachen Frequenzfiltern durchführbar.
In der 3 ist eine Variante eines Implantats 20 mit drei unterschiedlichen Materialien M1 bis M3 – unterschiedlich schraffiert – und entsprechenden unterschiedlichen spezifischen Phasenverschiebungswerten Δφ_V1, Δφ_V2 und Δφ_V3 gezeigt. Das Material M3 ist hierbei im Material M2 und dieses wiederum im Material M1 eingebettet. Außerdem weist das Material M3 eine strukturelle Verteilung auf, die zu einer typischen räumlichen Oszillation der Phasenverschiebungswerte führt, die auf einfache Weise durch einen Frequenzfilter in einer Phasenkontrast-CT-Darstellung detektierbar ist. Verläuft eine derartige Detektion positiv, so kann das umgebende Material M1 als äußere Struktur des Implantats optisch hervorgehoben dargestellt werden. Zusätzlich ist es möglich durch Anzahl und/oder räumliche Anordnung der Materialien das Implantat eindeutig zu typisieren oder individuell zu identifizieren.
Die 4 zeigt einen Katheter 21, bei dem die Katheter-Spitze 21.1 in einem Material M1 mit einem definierten spezifischen Phasenverschiebungswert ausgeführt ist. Weiterhin ist ein spiralförmiger Einsatz 21.2 mit einem Material M2 um den Katheter herum oder innerhalb der Katheter-Ummantelung 21.3 derart angeordnet, dass ein definierter Phasen-Gradient entsteht, der dann in einem Übersichtsbild besser erkannt werden kann. Die Materialien und Abmessungen der Umhüllung 21.3 und des spiralförmigen Einsatzes 21.2 können dabei derart gewählt werden, dass im Phasenkontrast-CT bei der verwendeten Röntgen-Energie der gewünschte Phasen-Gradient entsteht. Alterna tiv kann beispielsweise auch die Spitze 21.1 des Katheters 21 aus einem Material bestehen, welches mikroskopische Partikel eines anderen Materials enthält, die wiederum eine definierte Phasenverschiebung erzeugen.
Schließlich zeigt die 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stents 22, mit dessen Hilfe die Sichtbarkeit und Erkennbarkeit im Phasenkontrast-CT verbessert werden kann. In diesem Fall liefern die gezeigten Strukturen der Materialien M1 und M2, aus denen der Stent erfindungsgemäß aufgebaut ist, einen vordefinierten und bekannten Phasenverschiebungswertunterschied und eine vordefinierte Struktur, nach der in einer Phasenkontrastdarstellung gezielt gesucht werden kann. Erfindungsgemäß kann bei dieser Ausführung beispielsweise das äußere Material M1 aus einem körperresorbierbaren Material bestehen, welches nach dem Einsetzen des Stents 22, gegebenenfalls mit medikamentöser Wirkung in der unmittelbaren Umgebung, abgebaut wird. Es verbleibt dann ein Gerüst mit dem Material M2, welches die mechanische Wirkung des Stents 22 erzeugt.
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.
Es wird des weiteren darauf hingewiesen, dass unter einem Phasenkontrast-CT-System sowohl CT-Systeme mit konventioneller Gantry, ähnlich der 1, als auch C-Bogen-Systeme zu verstehen sind. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass das Computertomographie-System in der Lage ist, Phasenverschiebungen von Röntgenstrahlen beim Durchtritt durch einen Patienten zu bestimmen und spezifische Phasenverschiebungswerte in Schnitten oder Volumendatensätzen aufzulösen. Der Vollständigkeit wegen sei auch erwähnt, dass das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren sowohl mit differentiellen Methoden der Phasenkontrastbestimmung, bei der nur Phasenverschiebungen im Bereich von 0 bis π erkennbar sind, als auch mit integrierenden Methoden, bei denen die tatsächliche gesamte Phasenverschiebung beim Durchtritt durch ein Objekt bestimmt wird, durchführbar ist.
Insgesamt wird mit der Erfindung also vorgeschlagen Implantate mit möglichst eindeutigen spezifischen Eigenschaften bezüglich der durch sie erzeugten Phasenverschiebung bei einer Phasenkontrast-CT zu verwenden, wobei diese spezifischen Eigenschaften durch die typische selbst erzeugte spezifische Phasenverschiebung, durch typische Unterschiede der spezifischen Phasenverschiebungswerte oder durch typische räumliche Strukturen aus Materialien mit wohl definierten Phasenverschiebungswerten bestehen kann.

Claims

Verfahren zur Markierung und Visualisierung eines Implantats (20) in einem Patienten (7) durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung, wobei 1.1. zumindest ein Teilbereich eines Patienten (7) durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten (7) ein erstes Röntgenabsorptionsgitter (2.1, 4.1) durchläuft, abgetastet wird, 1.2. und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters (3.1, 5.1) in Strahlungsrichtung nach dem Patienten (7) detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit (= Voxel oder Pixel) ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert (Δφ_V[°/mm]) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1.3. das im Patienten befindliche Implantat (20) ein Material (M1) aufweist, welches in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V[°/mm]) erzeugt, der sich signifikant von den mittleren spezifischen Phasenverschiebungswerten (Δφ_V[°/mm]) des menschlichen Gewebes unterscheidet.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Implantat (20) ein Material (M1) gewählt wird, dessen mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswerte (Δφ_V[°/mm]) im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise bei 90°, liegt.
Verfahren zur Visualisierung eines Implantats in einem Patienten (7) durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung, wobei 3.1. zumindest ein Teilbereich eines Patienten (7) durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten (7) ein erstes Röntgenabsorptionsgitter (2.1, 4.1) durchläuft, abgetastet wird, 3.2. und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters (3.1, 5.1) in Strahlungsrichtung nach dem Patienten (7) detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und zu Volumendatensätzen (= 3D-Darstellungen oder Schnittbilddarstellungen) rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit (= Voxel oder Pixel) ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert (Δφ_V[°/mm)) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass 3.3. das im Patienten befindliche Implantat (20) mindestens zwei benachbart angeordnete Materialien (M1, M2) aufweist, welche jeweils in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V1, Δφ_V2) erzeugen, deren Unterschied zueinander definiert und bekannt ist, 3.4. in den erzeugten Volumendatensätzen nach benachbarten Phasenverschiebungswertunterschieden (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) gesucht, 3.5. und beim Auftreten dieser vordefinierten Phasenverschiebungswertunterschiede (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) ein Implantat (20) als erkannt angesehen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenverschiebungswertunterschied (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) zwischen den mindestens zwei Materialien (M1, M2) des Implantats (20) signifikant größer ist als der maximale Phasenverschiebungswertunterschied (|Δφ_Vx – Δφ_Vy|) zweier beliebiger menschlicher Gewebearten.
Verfahren zur Visualisierung eines Implantats in einem Patienten (7) durch eine Röntgen-Phasenkontrast-Tomographieuntersuchung, wobei 5.1. zumindest ein Teilbereich eines Patienten (7) durch Röntgenstrahlung, die vor Erreichen des Patienten (7) ein erstes Röntgenabsorptionsgitter (2.1, 4.1) durchläuft, abgetastet wird, 5.2. und zumindest auch die örtlich hervorgerufenen Phasenverschiebungen der Röntgenstrahlung in diesem Teilbereich unter Verwendung eines zweiten Phasengitters (3.1, 5.1) in Strahlungsrichtung nach dem Patienten (7) detektierbar gemacht und deren räumliche Verteilung gemessen und zu Volumendatensätzen (= 3D-Darstellungen oder Schnittbilddarstellungen) rekonstruiert wird, wobei jeder Raumeinheit (= Voxel oder Pixel) ein mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert (Δφ_V) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass 5.3. das im Patienten befindliche Implantat (20) zumindest teilweise aus einem erstem Material (M1) und einem zweiten Material (M2) besteht, wobei das zweite Material (M2) als Partikel im ersten Material verteilt ist, und die beiden Materialien (M1, M2) in einer Raumeinheit jeweils einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V1, Δφ_V2) erzeugen, deren Unterschied zueinander bekannt ist, 5.4. in den erzeugten Volumendatensätzen nach benachbarten Phasenverschiebungswertunterschieden (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) gesucht, 5.5. und beim Auftreten dieser vordefinierten Phasenverschiebungswertunterschiede (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) ein Implantat (20) als erkannt angesehen wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Raumeinheit ein Cluster von n³ Voxeln oder n² Pixeln betrachtet wird, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 darstellt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Material des Implantats (20) im Körper eines Patienten bioresorbierbar ausgeführt ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) eine spezifische Materialstruktur aufweist, welche eindeutig eine Typisierung zulässt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) eine spezifische Materialstruktur aufweist, welche eindeutig eine Identifizierung zulässt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstruktur des Implantats (20) in Form eines Barcodes ausgebildet ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Implantat (20) ein Stent (22) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Implantat (20) ein Führungsdraht verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Implantat (20) ein Katheter (21) verwendet wird.
Implantat zur Verwendung in einem Patienten (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) zumindest ein Material (M1) aufweist, welches bei einer Phasenkontrast-CT in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V) erzeugt, der sich signifikant von den mittleren spezi fischen Phasenverschiebungswerten (Δφ_V) des menschlichen Gewebes unterscheidet.
Implantat gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Material (M1) derart gewählt wird, dass dessen mittlerer spezifischer Phasenverschiebungswert (Δφ_V) im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise bei 90°, liegt.
Implantat zur Verwendung in einem Patienten (7), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei benachbart angeordnete Materialien (M1, M2) verwendet werden, welche jeweils in einer Raumeinheit einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V1, Δφ_V2) erzeugen, deren Unterschied zueinander bekannt ist.
Implantat gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenverschiebungswertunterschied (|Δφ_V1 – Δφ_V2|) zwischen den mindestens zwei Materialien (M1, M2) des Implantats (20) signifikant größer ist als der maximale Phasenverschiebungswertunterschied zweier beliebiger menschlicher Gewebearten.
Implantat zur Verwendung in einem Patienten (7), dadurch gekennzeichnet, dass 18.1. das im Patienten befindliche Implantat (20) zumindest teilweise aus einem erstem Material (M1) und einem zweiten Material (M2) besteht, wobei das zweite Material (M2) als Partikel im ersten Material verteilt ist, und die beiden Materialien (M1, M2) in einer Raumeinheit jeweils einen mittleren spezifischen Phasenverschiebungswert (Δφ_V1, Δφ_V2) erzeugen, deren Unterschied zueinander bekannt ist.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Raumeinheit ein Cluster von n³ Voxeln oder n² Pixeln betrachtet wird, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 darstellt.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Material des Implantats (20) im Körper eines Patienten bioresorbierbar ausgeführt ist.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezifische Materialstruktur vorgesehen ist, welche eindeutig eine Typisierung zulässt.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezifische Materialstruktur vorgesehen ist, welche eindeutig eine Identifizierung zulässt.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstruktur in Form eines Barcodes ausgebildet ist.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) ein Stent (22) ist.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) ein Führungsdraht ist.
Implantat gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat (20) ein Katheter (21) ist.