DE19853964C1

DE19853964C1 - Verfahren zur Aufnahme von Röntgenbildern eines sich im wesentlichen rythmisch bewegenden Gefäßes oder Organs sowie Röntgenanlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19853964C1
Application number: DE19853964A
Authority: DE
Inventors: Michael Pflaum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: JP4618834B2; US6324254B1; JP2000157528A

Abstract

Verfahren zur Aufnahme von Röntgenbildern im Rahmen einer Gefäß- oder Organuntersuchung eines sich im wesentlichen rhythmisch bewegenden Gefäßes oder Organs, insbesondere einem Koronargefäß, wobei DOLLAR A - während der längs einer Kreisbahn erfolgenden langsamen Bewegung eines Röntgenbildaufnahmesystems einer Röntgenanlage mehrere digitale Röntgenbilder aufgenommen werden, DOLLAR A - die Bildaufnahme von der während der Systembewegung erfaßten Gefäß- oder Organbewegung oder einer für die Gefäßbewegung ursächlichen Organbewegung getriggert wird, und DOLLAR A - nach erfolgter Bildaufnahme ein 3-D-Bild basierend auf den Einzelbildern rekonstruiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Rönt genbildern im Rahmen einer Gefäß- oder Organuntersuchung ei nes sich im wesentlichen rhythmisch bewegenden Gefäßes oder Organs, insbesondere zur Ermittlung von Ablagerungen in einem Gefäß, insbesondere einem Koronargefäß.

Zur Untersuchung derartiger Gefäße oder Organe kommt in der Regel ein invasives Verfahren zum Einsatz. Beispielsweise wird zur Darstellung von Koronarkalk bzw. der durch Koronar kalk erzeugten Stenosen im Rahmen einer angiographischen Un tersuchung ein Kontrastmittel in die Koronarien injiziert, wobei gleichzeitig dieser Körperabschnitt röntgentechnisch untersucht und Röntgenbilder mit hoher Bildfrequenz (typisch 30 Bilder pro Sekunde) aufgenommen werden. Der Kontrastmit telbolus kann in den Gefäßen für ca. 4 bis 5 Sekunden gehal ten werden, weshalb mit einer derart hohen Bildfrequenz gear beitet wird, um eine hinreichende Bildanzahl zu erhalten. Wenngleich diese Methode sehr sensibel und spezifisch ist, liegt ihr Nachteil jedoch in der Invasivität, also der Injek tion eines Kontrastmittels. Diese Methode ist nicht für eine schnelle und einfache Routineuntersuchung (Screening) geeig net, die eine Person, die hierfür anfällig ist beispielsweise einmal jährlich durchführen läßt.

Ferner ist die Verwendung eines Computertomographen zur Koro narkalkdarstellung bekannt, jedoch handelt es sich bei einem Computertomographen um eine höchst komplexe und teuere Anla ge, die in der Regel innerhalb einer kardiologischen Abtei lung eines Krankenhauses od. dgl. nicht vorhanden ist bzw. sich im Hinblick auf die dort erfolgenden Untersuchungen nur sehr schwer integrieren läßt. Der Einsatz eines Computertomo graphen zur radiologen Untersuchung verschiedener Herzphasen ist beispielsweise in DE 196 22 075 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine einfache Gefäß- oder Organuntersu chung ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der ein gangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß

- während der längs einer Kreisbahn erfolgenden langsamen Be wegung eines Röntgenbildaufnahmesystems einer Röntgenanlage mit einer Winkelgeschwindigkeit kleiner als 2° pro Sekunde mehrere digitale Röntgenbilder aufgenommen werden,
- daß die Bildaufnahme von der während der Systembewegung er faßten Gefäß- oder Organbewegung oder einer für die Gefäßbe wegung ursächlichen Organbewegung getriggert wird, und
- daß nach erfolgter Bildaufnahme ein 3D-Bild basierend auf den Einzelbildern rekonstruiert wird.

Das Verfahren, bei dem als Röntgenanlage vorteilhaft eine Ro tationsangiographieanlage mit angiographischem C-Bogen, an dem das Röntgenbildaufnahmesystem angeordnet ist, verwendet wird, welche in der Regel in kardiologischen Abteilungen oh nehin vorhanden ist, läßt eine einfache Untersuchung zu. Im Gegensatz zur bisherigen Betriebsweise einer Rotationsangio graphieanlage im Rahmen der eingangs beschriebenen invasiven Untersuchung, bei der das Röntgensystem möglichst schnell (mit einer Winkelgeschwindigkeit < 45° pro Sekunde) um einen Winkel vom ca. 200° rotiert, bewegt sich hier das Röntgen bildaufnahmesystem möglichst langsam, damit viel Zeit für die Bildaufnahme verbleibt, zumal man beim erfindungsgemäßen Ver fahren nicht von der Zeit, innerhalb welcher sich ein Kon trastmittel im Gefäß halten läßt, abhängig ist. Um nun si cherzustellen, daß die aufgenommenen Einzelbilder auch je weils zu einem Zeitpunkt aufgenommen werden, in dem das sich rhythmisch bewegende Gefäß oder Organ in der selben Lage ist wie beim vorherigen Bild, wird erfindungsgemäß die Gefäß- oder Organbewegung erfaßt, wobei diese Organbewegung zum Triggern der Bildaufnahme verwendet wird. Zur Triggerung kann beispielsweise die Herzfrequenz erfaßt werden, da das Herz, das das Blut durch die umliegenden Gefäße pumpt, ursächlich für die rhythmische Gefäßbewegung ist. Nach erfolgter Bild aufnahme wird erfindungsgemäß ein dreidimensionales Bild re konstruiert, auf welchem etwaige Kalkablagerungen im Gefäß erkennbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt also vorteilhaft das in der Kardiologie bekannte und verwendete Röntgen- und Bildaufnahmesystem, um mit einer nicht invasiven Untersuchung sich rhythmisch bewegende Gefäße oder Organe un tersuchen und dreidimensional darstellen zu können.

Die Bewegungen des Röntgenbildaufnahmesystems werden erfin dungsgemäß von einer Winkelgeschwindigkeit < 2° pro Sekunde, vorzugsweise mit 0,5° pro Sekunde erfolgen, wobei die Bewe gungsgeschwindigkeit des Röntgenbildaufnahmesystems in Abhän gigkeit der Bewegungsfrequenz der erfaßten Gefäß- oder Organ bewegung gewählt wird, d. h., je höher die Herzfrequenz ist, desto größer kann mitunter die Winkelgeschwindigkeit gewählt werden, mit welcher das Bildaufnahmesystem sich bewegt. Dabei sollte die Bewegungsgeschwindigkeit derart gewählt werden, daß wenigstens 300 Bilder, insbesondere wenigstens 400 Bilder während eines Bewegungszyklus des Röntgenbildaufnahmesystems erfaßt werden, um eine hinreichende Anzahl an quasi "stro boskopischen" Standbilddarstellungen des Herzens, die auf grund der Bewegungstriggerung erhalten werden, zur 3D- Rekonstruktion zu erhalten. Das Röntgenbildaufnahmesystem selbst kann erfindungsgemäß um einen Winkel von wenigstens 150°, insbesondere von wenigstens 200° rotieren.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Rönt genanlage zur Aufnahme von Röntgenbildern im Rahmen einer Ge fäß- oder Organuntersuchung eines sich im wesentlichen rhyth misch bewegenden Gefäßes oder Organ, insbesondere zur Ermitt lung von Ablagerungen in einem Gefäß, insbesondere einem Ko ronargefäß. Diese Röntgenanlage umfaßt erfindungsgemäß:

- ein Röntgenbildaufnahmesystem, welches eine Röntgenstrah lungsquelle und eine Röntgenstrahlungsempfangseinrichtung zur Aufnahme digitaler 2D-Projektionsbilder aus unterschiedlichen Projektionswinkeln eines zu untersuchenden Objekts aufweist und hierzu längs einer Kreisbahn mit einer Winkelgeschwindig keit von weniger als 2° pro Sekunde verfahrbar ist,
- eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Rekonstruktion eines 3D-Bildes basierend auf den 2D-Projektionsbildern,
- eine den Bildaufnahmebetrieb steuernde Steuerungseinrich tung, sowie
- Mittel zum Erfassen einer Gefäß- oder Organbewegung oder einer für die Gefäßbewegung ursächlichen Organbewegung, die zur Erzeugung und Ausgabe bewegungsabhängiger Signale ausge bildet sind,

wobei die Mittel mit der Steuerungseinrichtung, die vorzugs weise auch die Bewegung des Röntgenbildaufnahmesystems steu ert, in Kommunikationsverbindung stehen und bewegungsabhängi ge Triggersignale liefern, in Abhängigkeit derer der Bildauf nahmebetrieb steuerbar ist. Diese Mittel können erfindungsge mäß eine EKG-Vorrichtung umfassen, wobei zur Erzeugung der Triggersignale die Herzfrequenz erfaßt wird. D. h., es wird also die Herzbewegung erfaßt, die im Rahmen der Untersuchung der Koronarien als für die Koronargefäßbewegung ursächliche Organbewegung relevant ist. Daneben ist es natürlich auch möglich, das Herz bwz. den Herzmuskel selbst und die Ventri kel bzw. die Ventrikelfunktion zu untersuchen, wobei auch in diesem Fall zweckmäßigerweise die Herzfrequenz erfaßt wird. Sofern hinsichtlich der Rekonstruktionsbilderzeugung die Weichteilauflösung hinreichend ist, können mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäß Vorrichtung auch nicht invasive Untersuchungen des Herzens selbst vorge nommen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Röntgenanlage sind den abhängigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Schließlich betrifft die Erfindung ferner eine Verwendung ei ner Röntgenanlage der beschriebenen Art zur nicht invasiven Untersuchung sich bewegender herznaher Gefäße, insbesondere der Herzkranzgefäße sowie des Herzens und der Herzkammern selbst.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei spiel sowie anhand der Zeichnung, die eine Prinzipskizze ei ner erfindungsgemäß Röntgenanlage zeigt.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäß Röntgenanlage 1 in Form einer Rotationsangiographieanlage 2 mit einem C-Bogen-System 3. An einer Säule 4, die um eine Längsachse A drehbar ist (Doppelpfeil α) ist ein Halteteil 5 angeordnet, an dem wie derum ein Lagerteil 6 zur Lagerung eines ein Isozentrum I aufweisenden C-Bogens 7 angeordnet ist. Der C-Bogen 7 weist ein Röntgenbildaufnahmesystem auf bestehend aus einer Rönt genstrahlungsquelle 8 und einer Röntgenstrahlungsempfangsein richtung 9, die im Bereich der Bogenenden vorgesehen sind. Bei der Röntgenstrahlungsempfangseinrichtung 9 kann es sich beispielsweise um ein Bildverstärker-Kamera-System oder aber einen Festkörperdetektor handeln. Die Röntgenstrahlungsquelle 8 und die Röntgenstrahlungsempfangseinrichtung 9 sind derart relativ zueinander angeordnet, daß ein von der Röntgenstrah lungsquelle 8 ausgehender Zentralstrahl eines Röntgenstrah lenbündels annähernd mittig auf die Röntgenstrahlungsemp fangseinrichtung 9 auftrifft. Der C-Bogen 7 ist in an sich bekannter Weise in Richtung des Doppelpfeils a längs seines Umfangs in nicht näher dargestellter Weise motorisch ver stellbar an dem Lagerteil 6 gelagert. Das Lagerteil 6 wieder um ist in ebenfalls bekannter Weise um eine gemeinsame Achse B des Halteteils 5 und des Lagerteils 6 drehbar (vgl. Doppel pfeil β, Angulation) und in Richtung der Achse B verschiebbar (vgl. Doppelpfeil b) an dem Halteteil 6 gelagert. Mit Hilfe einer Hubeinrichtung 10, die an der Säule 4 angreift, ist der C-Bogen 7 vertikal verstellbar.

Die Röntgenanlage 1 ist zur Erzeugung von 3D-Bildern eines Körperbereichs eines in der Figur nur schematisch dargestell ten, auf einer Lagerungsvorrichtung 11 liegenden Patienten P vorgesehen. Die 3D-Bilder werden aus 2D-Projektionen des Kör perbereichs aus unterschiedlichen Projektionswinkeln, welche mit Hilfe des die Röntgenstrahlungsquelle 8 und die Röntgen strahlungsempfangseinrichtung 9 aufweisenden Systems gewonnen werden, rekonstruiert und sind mittels eines Monitors 12 dar stellbar. Zur Aufnahme der 2D-Projektionsbilder aus unter schiedlichen Projektionswinkeln wird der C-Bogen 7 und damit das Röntgenbildaufnahmesystem längs des Doppelpfeils a um ei nen Winkelbereich von ca. 200° um den zu untersuchenden Kör perbereich des Patienten P motorisch verstellt, wobei während der Verstellbewegung die Projektionsbilder aufgenommen wer den. Die Verstellbewegung erfolgt hier sehr langsam, bei spielsweise mit einer Winkelgeschwindigkeit von ca. 0,5° pro Sekunde. Während dieser beachtlich langen Bewegungszeit, die bei einer Verstellung um 200° insgesamt 400 Sekunden beträgt, werden die Projektionsbilder aufgenommen.

Da mit der erfindungsgemäßen Anlage sich rhythmisch bewegende Gefäße oder Organe wie beispielsweise die Herzkranzgefäße, die sich aufgrund des rhythmisch gepumpten Blutes bewegen, untersucht werden sollen, ist es erforderlich, zu exakten 3D- Rekonstruktion Projektionsbilder zu erhalten, die das Gefäß in jeweils der gleichen Stellung zeigen. Zu diesem Zweck sind Mittel 13 vorgesehen, mittels welcher die Gefäßbewegung oder die Bewegung eines Organs, welches für die Bewegung des zu untersuchenden Gefäßes ursächlich ist, erfaßt werden kann. Im gezeigten Beispiel wird eine EKG-Vorrichtung 14 verwendet, umfassend eine oder mehrere Körpersonden 15, die außenliegend im Bereich des Herzens am Patienten P befestigt werden und über eine entsprechende Signalleitung 16 bewegungsabhängige Signale anliefern, wie in der Figur gezeigt. Basierend auf der hierdurch erfaßten Bewegung werden seitens der Vorrich tung 14 Triggersignale generiert, die über eine weitere Da tenleitung 17 an eine in der Figur lediglich schematisch dar gestellte Steuerungseinheit 18 gegeben werden. Diese Steue rungseinheit 18 steuert im gezeigten Ausführungsbeispiel zum einen die Bewegung des C-Bogens, zum anderen aber auch den Bildaufnahmebetrieb. In Abhängigkeit der gelieferten Trigger signale wird nun die Bildaufnahme vorgenommen, d. h., es wird hierdurch sichergestellt, daß das Bild stets im gleichen Mo ment hinsichtlich der Gefäßbewegung aufgenommen wird. Als Triggersignal können z. B. die einzelnen Peaks oder die Null durchgänge der exemplarisch gezeigten Herzrhythmuskurve die nen. Geht man, wie oben beschrieben, von einer Bewegungszeit des Röntgenbildaufnahmesystems von 400 Sekunden aus, so er hält man bei einer durchschnittlichen Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute rund 400 2D-Projektionsbilder, wobei die Anzahl natürlich in Abhängigkeit der Herzfrequenz des Patien ten auch etwas höher oder niedriger sein kann. Auf jeden Fall werden hinreichend viele Bilder erhalten, um eine gute 3D- Rekonstruktionsdarstellung mit geringen Kontrastunterschieden und ausreichender Auflösung zu erstellen. Auf diese Weise können die sich sehr schnell bewegenden Koronargefäße inner halb einer 3D-Darstellung anatomisch korrekt rekonstruiert werden. Zur Rekonstruktion ist eine Bildverarbeitungseinrich tung 19 vorgesehen, an welche die mittels der Röntgenstrah lungsempfangseinrichtung 9 gelieferten Bildsignale gegeben werden, und welche diese nach Beendigung der Bildaufnahmepro zedur zum 3D-Bild, welches dann am Monitor 12 ausgegeben wird, verarbeitet.

Die Steuerungseinrichtung ist ferner zur Steuerung der Bewe gungsgeschwindigkeit des Röntgenaufnahmesystems in Abhängig keit der Herzfrequenz, also der erfaßten Organbewegung ausge bildet, so daß hierdurch sichergestellt ist, daß durch Anpas sung der Geschwindigkeit stets eine zur Rekonstruktion erfor derliche Mindestanzahl an 2D-Projektionsbildern erhalten wer den. Ist z. B. die Herzfrequenz hoch, kann auch die Winkelge schwindigkeit erhöht werden, und umgekehrt.

Claims

1. Verfahren zur Aufnahme von Röntgenbildern im Rahmen ei ner Gefäß- oder Organuntersuchung eines sich im wesentlichen rhythmisch bewegenden Gefäßes oder Organs, insbesondere zur Ermittlung von Ablagerungen in einem Gefäß, insbesondere ei nem Koronargefäß, dadurch gekennzeich net, daß

1. während der längs einer Kreisbahn erfolgenden langsamen Be wegung eines Röntgenbildaufnahmesystems einer Röntgenanlage mit einer Winkelgeschwindigkeit kleiner als 2° pro Sekunde mehrere digitale Röntgenbilder aufgenommen werden,
2. daß die Bildaufnahme von der während der Systembewegung er faßten Gefäß- oder Organbewegung oder einer für die Gefäßbe wegung ursächlichen Organbewegung getriggert wird, und
3. daß nach erfolgter Bildaufnahme ein 3D-Bild basierend auf den Einzelbildern rekonstruiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bewegung des Röntgenbild aufnahmesystems mit einer Winkelgeschwindigkeit von 0,5° pro Sekunde erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindig keit des Röntgenbildaufnahmesystems in Abhängigkeit der Bewe gungsfrequenz der Gefäß- oder Organbewegung gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit derart gewählt wird, daß wenigstens 300 Bilder, insbesondere wenigstens 400 Bilder während eines Bewegungszyklus des Rönt genaufnahmesystems erfaßt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rönt genbildaufnahmesystem um einen Winkel von wenigstens 150°, insbesondere von 200° rotiert.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trig gerung die Herzfrequenz erfaßt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Rönt genanlage eine Rotationsangiographieanlage mit angiographi schem C-Bogen, an dem das Röntgenbildaufnahmesystem angeord net ist, verwendet wird.

8. Röntgenanlage zur Aufnahme von Röntgenbildern im Rahmen einer Gefäß- oder Organuntersuchung eines sich im wesentli chen rhythmisch bewegenden Gefäßes oder Organs, insbesondere zur Ermittlung von Ablagerungen in einem Gefäß, insbesondere einem Koronargefäß, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, umfassend

1. ein Röntgenbildaufnahmesystem, welches eine Röntgenstrah lungsquelle (8) und eine Röntgenstrahlungsempfangseinrichtung (9) zur Aufnahme von 2D-Projektionsbildern aus unterschiedli chen Projektionswinkel eines zu untersuchenden Objekts (P) aufweist und hierzu längs einer Kreisbahn (a) mit einer Win kelgeschwindigkeit von weniger als 2° pro Sekunde verfahrbar ist,
2. eine Bildverarbeitungseinrichtung (19) zur Rekonstruktion eines 3D-Bildes basierend auf den 2D-Projektionsbildern,
3. eine den Bildaufnahmebetrieb steuernden Steuerungseinrich tung (18), sowie
4. Mittel (13) zum Erfassen einer Gefäß- oder Organbewegung oder einer für die Gefäßbewegung ursächlichen Organbewegung, die zur Erzeugung und Ausgabe bewegungsabhängiger Signale ausgebildet sind,

wobei die Mittel (13) mit der Steuerungseinrichtung (18) in Kommunikationsverbindung stehen und bewegungsabhängige Trig gersignale liefern, in Abhängigkeit derer der Bildaufnahmebe trieb steuerbar ist.

9. Röntgenanlage nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Röntgenbildaufnahmesystem mit einer Winkelgeschwindigkeit von 0,5° pro Sekunde bewegbar ist.

10. Röntgenanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (18) die Bewegung des Röntgenbildaufnahmesystems steuert und zur Einstellung der Bewegungsgeschwindigkeit des Röntgenbild aufnahmesystems in Abhängigkeit der Bewegungsfrequenz der Ge fäß- oder Organbewegung ausgebildet ist.

11. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die Bewe gungsgeschwindigkeit derart einstellbar ist, daß während ei nes Bewegungszyklus des Röntgenaufnahmesystems wenigstens 300 Bilder, insbesondere wenigstens 400 Bilder aufnehmbar sind.

12. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß das Röntgen bildaufnahmesystem während eines Aufnahmezyklus um einen Win kel von wenigstens 150°, insbesondere von 200° drehbar ist.

13. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Mittel (13) eine EKG-Vorrichtung (14) umfassen, wobei zur Erzeugung der Triggersignale die Herzfrequenz erfaßt wird.

14. Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß es eine Rota tionsangiographieanlage (2) mit angiographischem, das Rönt genbildaufnahmesystem aufweisenden C-Bogen (7) ist.

15. Verwendung einer Röntgenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur nichtinvasiven Untersuchung sich bewegender herznaher Gefäße, insbesondere der Herzkranzgefäße, sowie des Herzes und der Herzkammern.