DE102010027227B4

DE102010027227B4 - Verfahren und Computertomographiegerät zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung

Info

Publication number: DE102010027227B4
Application number: DE102010027227.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Flohr Thomas; Dr. Grasruck Michael; Dr. Schmidt Bernhard; Martin Sedlmair
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: CN102335004A; US8447009B2; CN102335004B; US20120014500A1; DE102010027227A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten (1) unter Einsatz eines Computertomographiegerätes (2) mit zumindest einem auf einer Gantry (3) um eine z-Achse drehbar gelagertem Aufnahmesystem (4, 5), wobei zwischen einer ersten Betriebsart zur Erstellung eines 3D-Bilds und einer zweiten Betriebsart zur projektionsbasierten Angiographie umgeschaltet werden kann, wobei in der zweiten Betriebsart die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Erfassen (7) von Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) aus zumindest einer vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry (3) für zumindest zwei unterschiedliche Energien einer Röntgenstrahlung, b) Verrechnen (8) der zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierenden Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) zu einem jeweiligen resultierenden Projektionsbild (9), bei welchem mindestens eine selektiv darzustellende Substanz (21) im Vergleich zu den jeweils einzelnen Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit hohem Bildkontrast abgebildet ist, wobei die Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit rotierender Gantry so gewonnen werden, dass das Erfassen (7) von Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) nur dann stattfindet, wenn die Gantry (3) die zumindest eine vorgegebene Drehwinkelposition überstreicht, und c) Anzeigen des jeweiligen resultierenden Projektionsbildes (9) auf einer Anzeigeeinheit (19).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computertomographiegerät zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung.
Röntgengeräte werden in der Medizin bekannterweise dazu eingesetzt, Informationen über das Innere eines Patienten für Diagnose und/oder Therapiezwecke zu gewinnen. Dabei werden unterschiedliche Schwächungseigenschaften der verschiedenen Substanzen gegenüber einer von dem Röntgengerät erzeugten Röntgenstrahlung zur Kontrastgebung in dem Bild ausgenutzt. Knochengewebe weist im Vergleich zu Weichteilgewebe stark unterschiedliche Schwächungseigenschaften auf. Aufgrund des damit verbundenen hohen Bildkontrastes lassen sich Knochenstrukturen auf einfache Weise analysieren. Gefäße und Organe, die sich in den Schwächungseigenschaften von dem umliegenden Weichteilgewebe jedoch nicht wesentlich unterscheiden, können wegen eines zu geringen Kontrastes auf herkömmliche Weise nicht untersucht werden.
Genau solche Untersuchungen haben in der diagnostischen Medizin jedoch einen hohen Stellenwert eingenommen. Angiographische Untersuchungen werden inzwischen zur Diagnose einer Vielzahl unterschiedlicher Gefäßkrankheiten eingesetzt. So können beispielsweise mittels angiographischer Untersuchung arterielle Krankheiten, wie beispielsweise Artiosklerose und damit verbundene Gefäßverengungen, Aussackungen und drohende Gefäßverschlüsse, aber auch venöse Krankheiten, wie beispielsweise Thrombosen, diagnostiziert werden.
Für angiographische Untersuchungen werden in der Röntgentechnik bislang überwiegend C-Bogen-Systeme eingesetzt. Mit den dort vorhandenen Flachbilddetektoren sind Projektionsbilder mit hoher Ortsauflösung und hoher Abdeckung des Untersuchungsbereichs erzeugbar. Aufgrund der geringen Unterschiede in den Schwächungseigenschaften zwischen den Gefäßen und dem umliegenden Weichteilgewebe gegenüber Röntgenstrahlung werden angiographische Untersuchungen zur Erhöhung des Bildkontrastes unter Einsatz eines Kontrastmittels durchgeführt. Gefäßstrukturen und damit verbundene Organe werden in dem Projektionsbild indirekt durch das von dem Kontrastmittel eingenommene Volumen sichtbar. Je nach medizinischer Fragestellung kann es dabei wünschenswert sein, ein Projektionsbild zu erzeugen, in welchem lediglich das Kontrastmittel enthalten ist. Bildstrukturen von Knochen- und Weichteilgewebe sollen in diesem Fall also unterdrückt werden.
Eine konventionelle Technik zur Ausblendung solcher Bildstrukturen ist durch die digitale Subtraktionsangiographie gegeben. Dabei wird mittels eines C-Bogen-Systems aus einer zuvor festgelegten Projektionsrichtung zunächst ein natives Projektionsbild des Untersuchungsbereichs ohne Kontrastmittel aufgenommen. In einem zweiten Schritt werden aus derselben Projektionsrichtung nach erfolgter Kontrastmittelinjektion Serien von Projektionsbildern erfasst. Von diesen Projektionsbildern wird anschließend das zuvor erfasste native Projektionsbild subtrahiert, so dass lediglich Differenzen zwischen den Daten sichtbar werden. In dem resultierenden Projektionsbild sind daher idealer Weise lediglich die kontrastmittelgefüllten Gefäße und Organe zu sehen, während die Knochen und das Weichteilgewebe in dem Bild eliminiert sind.
Ein erheblicher Nachteil dieses Verfahrens ergibt daraus, dass die zur Subtraktion verwendeten Projektionsbilder zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst worden sind. Eine zwischen den Aufnahmezeitpunkten erfolgte Patientenbewegung, wie sie bereits durch Atmung hervorgerufen wird, muss vor der eigentlichen Subtraktion mittels einer Registrierung der beiden Projektionsbilder kompensiert werden. Hinreichend gute Ergebnisse sind dabei in der Regel nur dann erzielbar, wenn die Registrierung auf Basis rechenintensiver affiner Bildtransformationen durchgeführt wird.
Trotz einer Bildregistrierung gelingt es in vielen Situationen jedoch nicht, die Patientenbewegung mathematisch vollständig korrekt abzuschätzen, was zu einer gewissen Schattenbildung im Bereich fehlerhaft registrierter Bildstrukturen in dem resultierenden Projektionsbild führt.
Zur Gefäßuntersuchung werden heutzutage auch Computertomographiesysteme eingesetzt. Verschiedene Computertomographiesysteme werden beispielsweise in der DE 10 2007 027 460 A1 , der DE 10 2007 053 511 A1 , der DE 10 2008 012 893 A1 , der DE 199 27 953 A1 und der DE 10 2009 004 186 A1 beschrieben.
Die sogenannte CT-Angiographie, kurz auch als CTA bezeichnet, basiert auf einer 3D-Bildrekonstruktion, bei welcher Projektionen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Projektionsrichtungen während einer Rotation des Aufnahmesystems um den Patienten erfasst und zu einem Schichtbild miteinander verrechnet werden. Aus den Schichtbildern werden anschließend unter Einsatz von Bildverarbeitungsalgorithmen die darzustellenden Gefäße im Schichtbild segmentiert und in frei rotierbaren 3D-Darstellungen ausgegeben. Auch ohne Erstellung eines nativen Schichtbildes besteht bei den CTA-Untersuchungen der Nachteil, dass der Patient aufgrund der für die Bildrekonstruktion benötigten Vielzahl von Projektionen aus unterschiedlichen Winkelrichtungen im Vergleich zu einer angiographischen Untersuchungen mit einem C-Bogen-System einer erhöhten Röntgendosis ausgesetzt ist.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bzw. ein Computertomographiegerät anzugeben, mit welchem ein medizinisches Anwendungsgebiet des Computertomographiegerätes erweitert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten unter Einsatz eines Computertomographiegerätes gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Computertomographiegerät gemäß dem nebengeordneten Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen sind Gegenstände von Unteransprüchen.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich der Einsatz von Computertomographiegeräten auf Anwendungsgebiete erweitern lässt, die bislang anderen Modalitäten, insbesondere den C-Bogen-Systemen mit Flachbilddetektoren, vorbehalten waren. Eine Erweiterung des Anwendungsgebiets ist besonders für solche Computertomographiegeräte einfach realisierbar, bei denen das Aufnahmesystem mit einem mehrzeiligen Detektor und kleinen Pixelgrößen konfiguriert ist, so dass für jede Einzelprojektion eine hohe z-Abdeckung bei gleichzeitig hoher Ortsauflösung erzielt wird. So ist erkannt worden, dass mit einem Computertomographiegerät eine angiographische Untersuchung durchgeführt werden kann, die zu einer Subtraktionsangiographie mit einem C-Bogen-System ein vergleichbares Ergebnis liefert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten erfolgt unter Einsatz eines Computertomographiegerätes mit zumindest einem auf einer Gantry um eine z-Achse drehbar gelagertem Aufnahmesystem, wobei zwischen einer ersten Betriebsart zur Erstellung eines 3D-Bilds und einer zweiten Betriebsart zur projektionsbasierten Angiographie umgeschaltet werden kann. Dabei werden in der zweiten Betriebsart die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

a) Erfassen von Projektionsdaten aus zumindest einer vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry für zumindest zwei unterschiedliche Energien einer Röntgenstrahlung, und
b) Verrechnen der zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierenden Projektionsdaten zu einem resultierenden Projektionsbild, bei welchem mindestens eine selektiv darzustellende Substanz im Vergleich zu den jeweils einzelnen Projektionsdaten mit hohem Bildkontrast abgebildet ist. Dabei werden die Projektionsdaten mit rotierender Gantry so gewonnen werden, dass das Erfassen von Projektionsdaten nur dann stattfindet, wenn die Gantry die zumindest eine vorgegebene Drehwinkelposition überstreicht.
c) Anzeigen des jeweiligen resultierenden Projektionsbildes auf einer Anzeigeeinheit.

Das Erfassen der Projektionsdaten kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Projektionsdaten mit nicht-rotierender Gantry nach Einstellen der Gantry auf die vorgegebene Drehwinkelposition gewonnen. In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung werden die Projektionsdaten mit rotierender Gantry so gewonnen, dass ein Erfassen nur dann stattfindet, wenn die Gantry die zumindest eine vorgegebene Drehwinkelposition überstreicht.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass das Erfassen der Projektionsdaten durch gepulstes Erzeugen der Röntgenstrahlung an der zumindest einen vorgegebenen Drehwinkelpositionen realisiert wird. Vorzugsweise werden die Projektionsdaten darüber hinaus aus einer Mehrzahl vorgegebener Drehwinkelpositionen aufgenommen. In diesem Fall werden mehrere resultierende Projektionsbilder berechnet, wobei jedes Projektionsbild die selektiv darzustellende Substanz aus einer bestimmten, zuvor festgelegten Drehwinkelposition zeigt. Bei der vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry handelt es sich um eine feste Drehwinkelposition, welche jedoch abtastbedingt oder aufgrund von Positioniertoleranzen leicht variieren kann.
Die Verrechnung erfolgt dabei unter Berücksichtigung eines für die Substanz spezifischen funktionalen Zusammenhangs zwischen einer verwendeten Energie einer Röntgenstrahlung und einer beobachteten Schwächungseigenschaft der Röntgenstrahlung durch die Substanz.
Die Projektionsdaten liefern zu jedem Pixel des resultierenden Projektionsbildes zwei Schwächungswerte zu unterschiedlichen Energien der Röntgenstrahlung. Durch Auswertung der Wertekombination unter Berücksichtigung der für die selektierte Substanz spezifischen und energieabhängigen Schwächungseigenschaften sind diejenigen Bildregionen mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis bzw. mit einem verbessertem Bildkontrast darstellbar, in denen die Substanz enthalten ist. Die selektierte Substanz ist bei angiographischen Untersuchungen vorzugsweise das Kontrastmittel. Je nach der medizinischen Fragestellung kann es jedoch auch erforderlich sein, andere oder weitere Substanzen in das Projektionsbild einzublenden. So kann es beispielsweise zur Auswertung einer morphologischen Information notwendig sein, dass das Kontrastmittel in dem Projektionsbild mit und ohne Weichteilgewebe oder mit und ohne Knochen wechselnd dargestellt wird. In diesen Fällen werden auf die beiden Projektionsdatensätze mehrere substanzspezifische Kriterien angewendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind aber auch folgende weitere Vorteile verbunden. Durch die eingesetzte Mehrspektrentechnik wird eine aufwendig durchzuführende und fehleranfällige Registrierung verschiedener, mit größerem zeitlichen Abstand aufgenommener Projektionsdatensätze vermieden. Die Projektionsdaten werden nämlich je nach Art und Konfiguration des Detektors zeitgleich oder zumindest in sehr kurzen Zeitabständen im Bereich von einigen Mikrosekunden hintereinander erfasst, so dass keine nennenswerten Patientenbewegungen zwischen in aufeinanderfolgenden Projektionsdaten zu beobachten sind. Durch den Einsatz einer Mehrspektrentechnik entfällt zudem auch auf die Erfassung eines nativen Projektionsbildes von dem Untersuchungsbereich ohne Kontrastmittel. Hierdurch vereinfacht sich der Arbeitsablauf der durchzuführenden Untersuchung.
Im Rahmen einer Intervention kann es erforderlich sein, dass die projektionsbasierte angiographische Bilddarstellung aus einer festen Drehwinkelposition ohne Gantryrotation während des Eingriffs zur Erstellung eines 3D-Kontrollbildes unterbrochen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass durch Einsatz eines Computertomographiegerätes zwischen der Betriebsarten zur projektionsbasierten Angiographie und der Betriebsart zur Erstellung eines 3D-Bildes unter Rotation der Gantry ohne Verzögerung und Wechsel der Modalität umgeschaltet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Projektionsdaten mit unterschiedlichen Röntgenspektren erfasst. Die Röntgenspektren werden dabei vorzugsweise durch Wechsel einer Röntgenröhrenspannung oder eines Strahlenfilters erzeugt. Hierdurch ist ein schneller Wechsel der Röntgenspektren im Bereich von Mikrosekunden möglich, so dass abfolgende Projektionsdaten mit kurzen Zeitabständen und somit geringer Patientenbewegung erfassbar sind.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Erfassung der Projektionsdaten mit einem energieselektiven Röntgendetektor, insbesondere mit einem direkt konvertierenden Halbleiterdetektor oder einem optisch zählenden Detektor. In diesem Fall werden die beiden Projektionsdatensätze zeitgleich erfasst. Hierdurch braucht eine Patientenbewegung bei der Verrechnung der Projektionsdaten nicht berücksichtigt zu werden. Durch ein zeitgleiches Erfassen beider Projektionsdaten zu den unterschiedlichen Energien der Röntgenstrahlen ist zudem lediglich eine einzige Aufnahme notwendig, so dass im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Verfahren eine dem Patienten applizierte Röntgendosis reduziert ist.
Eine im Vergleich zu dem Detektor höhere Ortsauflösung im resultierenden Projektionsbild ist außerdem dann vorteilhaft erzielbar, wenn zu denselben Energien der Röntgenstrahlung Projektionsdaten an unterschiedlichen Subpixelpositionen erfasst und miteinander verrechnet werden. Dies gelingt insbesondere durch eine Auswertung des graduellen Verlaufs der Schwächungswerte aus zueinander korrespondierenden Pixeln bei zusätzlicher Berücksichtigung der für den Detektor spezifischen Abbildungsfunktion. Mit diesem Abtastverfahren können zu Flachbilddetektoren von C-Bogen-Systemen vergleichbare Ortsauflösungen im Submillimeterbereich erzielt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Projektionsdaten innerhalb eines gewissen z-Achsenabschnitts erfasst. Eine Relativverstellung zwischen Messbereich und Untersuchungsbereich kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Eine einfache Möglichkeit besteht darin eine kontinuierliche oder eine oszillierende Bewegung eines zur Lagerung des Patienten dienenden Patiententisches in Richtung der z-Achse durchzuführen. Es wäre jedoch ebenso denkbar, die Verstellung mittels Springfokus zu realisieren. Durch eine oszillierende Bewegung des Fokus einer Röntgenquelle können insbesondere sehr schnelle Verstellungen ausgeführt werden, da der Fokus ohne nennenswerte Trägheit auf unterschiedliche Positionen eingestellt werden kann. Dadurch sind Projektionsbilder mit einem im Vergleich zur Einzelprojektion erweiterten Gesichtsfeld in Patientenlängsrichtung erzeugbar. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass das resultierende Projektionsbild im Vergleich zu dem Detektor eine größere z-Abdeckung aufweist, was bei einem Einsatz von Detektoren mit geringer Zeilenzahl besonders vorteilhaft ist.
Das Erfassen von Projektionsdaten erfolgt entlang des z-Abschnitts vorzugsweise wechselseitig für die unterschiedlichen Röntgenspektren mit oder ohne Überlappung der Abtastbereiche. Projektionsdaten können vor der Verrechnung auf Basis der bekannten Verschiebungen des Patiententisches auf einfache Weise zusammengefügt werden.
Aus den Projektionsdaten wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für jedes Pixel des Projektionsbildes eine Konzentration der Substanz unter Verwendung einer Zwei- oder Drei-Materialkomponentenzerlegung ermittelt, so wie sie beispielsweise auch der DE 10 2007 024 158 A1 bekannt ist.
Das Projektionsbild kann ebenso vorteilhaft unter Einsatz geringer Rechenressourcen aus einer gewichteten Subtraktion der Projektionsdaten mit substanzspezifischen Gewichten ermittelt werden.
Eine darzustellende Gewebe- oder Gefäßstruktur weist in dem Projektionsbild besonders geringe Überlagerungen dann auf, wenn die einzustellende Drehwinkelposition in Abhängigkeit eines vorgegebenen Untersuchungsbereichs des Patienten unter Einbezug von anatomischem Vorwissen automatisch ausgewählt wird. Hierdurch kann eine im Hinblick auf die morphologische Information optimierte Bilddarstellung gewährleistet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät mit Einstellmitteln, Erfassungsmitteln und Verrechnungsmitteln, welche gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren konfiguriert sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 in teils perspektivischer, teils blockschaltartiger Darstellung ein Computertomographiesystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 in blockschaltartiger Darstellung das erfindungsgemäße Verfahren, und
3 ein Abtastschema bei kontinuierlicher Verstellung der Patientenlagerungsvorrichtung in z-Richtung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei sich wiederholenden Elementen in einer Figur ist jeweils nur ein Element aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einem Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu, wobei Maßstäbe zwischen den Figuren variieren können.
In der 1 ist ein Computertomographiegerät 2 gezeigt, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur projektionsbasierten angiographischen Untersuchung geeignet bzw. entsprechend eingerichtet ist. Es umfasst einen Patiententisch 12 zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten 1, welcher entlang einer Systemachse 16 verstellbar ist. Die Systemachse 16 wird im Folgenden auch als z-Achse bezeichnet, die mit dem Patienten 1 in das Messfeld verstellbar ist. Es umfasst ferner eine nicht dargestellte Gantry 3 mit einem um eine Systemachse 16 drehbar gelagerten Aufnahmesystem 4, 5. Das Aufnahmesystem 4, 5 weist eine Röntgenröhre 5 und einen Detektor 4 auf, die zueinander so gegenüberliegend ausgerichtet sind, dass im Betrieb eine von dem Fokus der Röntgenröhre 5 ausgehende Röntgenstrahlung auf den Detektor 4 trifft. Der Detektor 4 ist zur ortsaufgelösten Erfassung der Röntgenstrahlung in einzelne Pixel 17 strukturiert, die zu mehreren Detektorzeilen angeordnet sind. Derzeit werden bereits Detektoren 4 eingesetzt, die über insgesamt 64 oder mehr Zeilen verfügen und eine Ortsauflösung im Submillimeterbereich aufweisen. Zu jeder Projektion erzeugt der Detektor 4 einen Satz von Projektionsdaten. Die Projektionsdaten repräsentieren dabei die Schwächungswerte sämtlicher Pixel 17 einer durch den Patienten 1 geschwächten Röntgenstrahlung. Sie werden an eine Bildrekonstruktionseinheit 18 weitergeleitet und zu einem resultierenden Bild verrechnet, welches auf einer Anzeigeeinheit 19 darstellbar ist.
Ein solches Computertomographiegerät 2 wird bekanntermaßen zur 3D-Bildrekonstruktion eingesetzt. Zur Aufnahme eines Bildes von einem Untersuchungsgebiet werden bei Rotation des Aufnahmesystems 4, 5 Projektionsdaten aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst. Im Fall einer Spiralabtastung erfolgt während einer Rotation des Aufnahmesystems 4, 5 beispielsweise gleichzeitig eine kontinuierliche Verstellung des Patiententisches 12 in Richtung der Systemachse 16. Die Röntgenröhre 5 und der Detektor 4 bewegen sich bei dieser Art der Abtastung somit auf einer Helixbahn um den Patienten 1.
An dem Computertomographiegerät 2 ist weiterhin ein Kontrastmittelgerät 20 angeschlossen, mit welchem während einer Untersuchung Kontrastmittel 21 in den Blutkreislauf des Patienten 1 injiziert wird, so dass die kontrastmittelgefüllten Gefäße und die mit Kontrastmittel 21 durchsetzten Organe des Patienten 1 im Bild erkennbar sind. Das Kontrastmittel 21 wird in automatisierter Form zeitgesteuert aus einem Vorratsbehälter 22 über einen Kontrastmittelschlauch 23 in einer einstellbaren Menge und mit einer einstellbaren Flussgeschwindigkeit in eine Vene des Patienten 1 gepumpt. Die hierzu notwendigen Parameter sind in anwendungsspezifischen Kontrastmittelprotokollen gespeichert. Sie sind über eine elektrische Verbindung 24 zwischen der Recheneinheit 25 und dem Kontrastmittelgerät 20 abrufbar oder ansteuerbar.
Subtraktionsangiographien zur Untersuchung von Gefäßen unter Einsatz eines Kontrastmittels 21 wurden bislang mit C-Bogen-Systemen durchgeführt. Der Trend moderner Computertomographiegeräte geht in Richtung steigender Detektorzeilen zur Erzielung einer hohen z-Abdeckung bei gleichzeitig erhöhter Ortsauflösung. Die Erfinder haben getriggert durch diesen Trend erkannt, dass sich mit einem solchen Computertomographiegerät 2 Untersuchungen durchführen lassen, die ein zur Subtraktionsangiographie vergleichbares Ergebnis liefern und darüber hinaus weitere Vorteile aufweisen.
Die 2 zeigt einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung einer projektionsbasierten angiographischen Untersuchung mit dem Computertomographiegerät 2.
In einem ersten Schritt 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel die Gantry 3 zunächst auf eine feste Drehwinkelposition eingestellt. Die Vorgabe der Drehwinkelposition erfolgt entweder über eine Eingabeschnittstelle 26 durch den Benutzer oder in automatisierter Form unter Auswertung eines anatomischen Modells des Untersuchungsbereichs oder eines vor Untersuchungsbeginn erstellen 3D-Kontrollbildes.
In einem darauffolgenden zweiten Schritt 7 werden aus dieser Drehwinkelposition nach erfolgter Kontrastmittelinjektion Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 ohne Rotation der Gantry 3 zu unterschiedlichen Energien einer Röntgenstrahlung erfasst. Dies gelingt durch periodisches Wechseln des Röntgenspektrums für aufeinanderfolgende Projektionen L1, H1, L2, H2, beispielsweise durch periodisches Umschalten der Röntgenröhrenspannung zwischen 80 kV oder 120 kV oder einer periodischen Änderung der Vorfilterung. Bei Einsatz eines energieselektiven Detektors 4 ist die Erfassung von Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu unterschiedlichen Energien auch bei Beibehaltung des Röntgenspektrums mit einer einzigen Aufnahme möglich. Als energieselektive Detektoren 4 kommen beispielsweise optisch zählende auf Basis einer SIPM-Technik oder halbleiterbasierte direkt konvertierende auf Basis einer CdTe-Verbindung in Frage.
In einem dritten Schritt 8 erfolgt die Verrechnung der Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu einem resultierenden Projektionsbild 9, in welchem das Kontrastmittel 21 mit im Vergleich zu den einzelnen Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 hohem Kontrast abgebildet ist. Dies gelingt durch den Einsatz einer gewichteten Subtraktion der Hochenergieprojektionsdaten H1, H2 von den Niedrigenergieprojektionsdaten L1, L2. Es lässt sich aber auch eine Konzentration des Kontrastmittels 21 mittels einer bekannten Zwei- oder Drei-Komponentenmaterialzerlegung oder anderer hierzu bekannter Dual-Energy-Verfahren bestimmen.
Zur Steigerung des Kontrastes im resultierenden Bild können auch Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu mehr als nur zwei unterschiedlichen Energien erfasst und verrechnet werden. Anstelle des Kontrastmittels 21 können je nach medizinischer Fragestellung durch entsprechende Verrechnung der Projektionsdaten selbstverständlich auch andere Substanzen für sich getrennt oder in Kombination selektiv dargestellt werden.
Zur Vergrößerung des Messbereichs erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel das Erfassen der Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 entlang der z-Achse durch Relativverstellung des Patienten 1 in Bezug zum Aufnahmesystem 4, 5. Im einfachsten Fall erfolgt hierzu eine kontinuierliche Verstellung des Patiententisches 12 in Richtung der Patientenlängsachse. Ein Abtastschema für eine solche Abtastung ist in der 3 gezeigt. Die Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 werden innerhalb eines z-Achsenabschnitts 11 erfasst. Dabei werden Niedrigenergieprojektionsdaten L1, L2 und Hochenergieprojektionsdaten H1, H2 wechselseitig erfasst. Die zur gleichen Energie aufeinanderfolgenden Projektionsdaten L1, L2 bzw. H1, H2 weisen dabei einen geringen Überlapp auf. Die Verstellung des Patiententisches 12 ist mit so hoher Geschwindigkeit durchführbar, dass Patientenbewegungen trotz zeitlichen Versatzes erfasster Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 gering sind und bei der Verrechnung nicht berücksichtigt werden müssen. Das Zusammenfügen der Projektionsdaten L1 und L2 bzw. H1 und H2 zu derselben Energie gestaltet sich einfach, da aus den bekannten Geschwindigkeiten des Patiententisches 12 während der Verstellung unmittelbar der Pixelversatz der Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zueinander bestimmt werden kann. Darüber hinaus können Perfusionsmessungen zur Erfassung eines zeitlichen Verlaufs einer Kontrastmittelkonzentration durch eine periodische Hin- und Herbewegung des Patiententisches 12 realisiert werden. Die so erfassten Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 werden zu dem resultierenden Projektionsbild 9 verrechnet. In dem Projektionsbild 9 sind lediglich die selektiv darzustellenden Substanzen, in diesem Fall nur das Kontrastmittel 21, sichtbar. Knochen 27, die in den einzelnen Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu sehen sind, sind im Projektionsbild 9 eliminiert.
Anstelle der hier beschriebenen Verstellung des Patiententisches 12 oder in Kombination dazu könnte auch eine Verstellung des Fokus der Röntgenröhre 5 durchgeführt werden. In einem einfachsten Fall werden darüber hinaus nur zwei Aufnahmen bzw. zwei Projektionsdaten zu unterschiedlichen Energien der Röntgenstrahlung ohne zusätzliche Relativverstellung zwischen Messbereich und Untersuchungsbereich erfasst. Das Erfassen von Projektionsdaten kann darüber hinaus auch im Rotationsbetrieb der Gantry durch gepulstes Erzeugen der Röntgenstrahlung aus der fest definierten Drehwinkelposition erfolgen. Je nach medizinischer Fragestellung kann es darüber hinaus erforderlich sein, dass ein Projektionsbild für unterschiedliche Drehwinkelpositionen der Gantry benötigt wird. In diesem Fall wird das Erfassen von Projektionsdaten aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Drehwinkelpositionen der Gantry erfolgen, wobei zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierende Projektionsdaten jeweils zu einem resultierenden Projektionsbild verrechnet werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computertomographiegerät 2 zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten 1, wobei das eingesetzte Computertomographiegerät 2 zumindest ein auf einer Gantry 3 um eine z-Achse drehbar gelagertes Aufnahmesystem 4, 5 aufweist. Es werden Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 aus zumindest einer vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry für zumindest zwei unterschiedliche Energien einer Röntgenstrahlung erfasst. Die Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 werden anschließend unter Auswertung der zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierenden Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu einem resultierenden Projektionsbild 9 verrechnet werden, bei welchem mindestens eine selektiv darzustellende Substanz 21 im Vergleich zu den jeweils einzelnen Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 mit hohem Bildkontrast abgebildet ist. Mit diesem Vorgehen erweitert sich das Anwendungsgebiet des Computertomographiegerätes 2 auf projektionsbasierte Angiographieuntersuchungen, welche bislang C-Bogen-Systemen vorbehalten waren. 3D-Bildrekonstruktionsverfahren und Projektionsverfahren können mit hoher Flexibilität wechselseitig während einer Untersuchung ohne zusätzlich erforderliche Modalität durchgeführt werden.
Durch Einsatz einer Multispektraltechnik kann auf die Aufnahme eines nativen Projektionsdatensatzes ohne Kontrastmittel 21 verzichtet werden. Die Projektionsdaten L1, L2, H1, H2 zu den unterschiedlichen Energien werden zudem mit keinem oder geringem zeitlichen Versatz erfasst, so dass auf eine rechenintensive und fehleranfällige Registrierung der Datensätze verzichtet werden kann.

Claims

Verfahren zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten (1) unter Einsatz eines Computertomographiegerätes (2) mit zumindest einem auf einer Gantry (3) um eine z-Achse drehbar gelagertem Aufnahmesystem (4, 5), wobei zwischen einer ersten Betriebsart zur Erstellung eines 3D-Bilds und einer zweiten Betriebsart zur projektionsbasierten Angiographie umgeschaltet werden kann, wobei in der zweiten Betriebsart die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Erfassen (7) von Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) aus zumindest einer vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry (3) für zumindest zwei unterschiedliche Energien einer Röntgenstrahlung, b) Verrechnen (8) der zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierenden Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) zu einem jeweiligen resultierenden Projektionsbild (9), bei welchem mindestens eine selektiv darzustellende Substanz (21) im Vergleich zu den jeweils einzelnen Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit hohem Bildkontrast abgebildet ist, wobei die Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit rotierender Gantry so gewonnen werden, dass das Erfassen (7) von Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) nur dann stattfindet, wenn die Gantry (3) die zumindest eine vorgegebene Drehwinkelposition überstreicht, und c) Anzeigen des jeweiligen resultierenden Projektionsbildes (9) auf einer Anzeigeeinheit (19).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Rotation Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Drehwinkelpositionen aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit unterschiedlichen Röntgenspektren erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die unterschiedlichen Röntgenspektren durch Wechsel einer Röntgenröhrenspannung oder eines Strahlenfilters (10) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit einem energieselektiven Röntgendetektor, erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der energieselektive Röntgendetektor ein direkt konvertierender Halbleiterdetektor ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) für einen z-Achsenabschnitt (11) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine kontinuierliche oder eine oszillierende Bewegung eines zur Lagerung des Patienten dienenden Patiententisches (12) in Richtung der z-Achse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine oszillierende Bewegung des Fokus einer Röntgenquelle (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Schritt b) aus den Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) für jedes Bildelement des Projektionsbildes (9) eine Konzentration der Substanz (21) unter Verwendung einer Zwei- oder Drei-Materialkomponentenzerlegung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Schritt b) das Projektionsbild (9) aus einer gewichteten Subtraktion der Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit substanzspezifischen Gewichten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die einzustellende Drehwinkelposition in Abhängigkeit eines vorgegebenen Untersuchungsbereichs des Patienten (1) und unter Einbezug von anatomischem Vorwissen automatisch so ausgewählt wird, dass eine darzustellende Gewebe- oder Gefäßstruktur möglichst geringe Überlagerungen aufweist.
Computertomographiegerät (2) mit zumindest einem auf einer Gantry (3) um eine z-Achse drehbar gelagerten Aufnahmesystem (4, 5), wobei zwischen einer ersten Betriebsart zur Erstellung eines 3D-Bilds und einer zweiten Betriebsart zur projektionsbasierten Angiographie umgeschaltet werden kann, welches zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung eines Patienten (1) eingerichtet ist und Folgendes umfasst: a) Erfassungsmittel (14) zum Erfassen (7) von Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) aus zumindest einer vorgegebenen Drehwinkelposition der Gantry (3) für zumindest zwei unterschiedliche Energien einer Röntgenstrahlung, und b) Verrechnungsmittel (15) zum Verrechnen (8) der zu der jeweiligen Drehwinkelposition korrespondierenden Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) zu einem resultierenden Projektionsbild (9), bei welchem mindestens eine selektiv darzustellende Substanz (21) im Vergleich zu den jeweils einzelnen Projektionsdaten (L1, L2, H1, H2) mit hohem Bildkontrast abgebildet ist, wobei die Erfassungsmittel (14) und/oder die Verrechnungsmittel (15) zur Ausführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüchen 1 bis 12 eingerichtet sind.