DE19957082A1 - Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mittels eines ein mehrzeiliges Detektorsystem aufweisenden CT-Geräts im Spiralbetrieb, wobei die Röntgenstrahlenquelle wenigstens im wesentlichen synchron mit der Bewegung derart zur Abgabe von Röntgenstrahlung aktiviert und deaktiviert wird, daß die Röntgenstrahlenquelle während einer mit dem CT-Gerät abzubildenden Phase der periodischen Bewegung aktiviert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mittels eines ein Computertomogra­ phie(CT)-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Systemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersu­ chungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquel­ le ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei während der Rotati­ on der Röntgenstrahlenquelle das Untersuchungsobjekt einer­ seits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Re­ cheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsystems ein Schnitt­ bild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Kör­ perbereichs ermittelt.

Die Technik der prospektiv EKG-getriggerten Aufnahme von Ein­ zelschichten mit Einzeilen CT-Geräten der 3. Generation (Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem rotieren gemeinsam um eine Systemachse) ist seit den frühen 80er Jahren bekannt. Dabei wird ein charakteristisches Merkmal des EKG-Signals, z. B. die R-Zacke, dazu benutzt, eine axiale Aufnahme für eine festen Position (z-Position) des Untersuchungsobjekts relativ zu Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem in Richtung der Systemachse (z-Richtung) in einer definierten Herzphase durchzuführen. Nach einer wählbaren zeitlichen Verzögerung (in % des mittleren RR-Intervalls des EKG-Signals oder abso­ lut in msec) zur jeweils vorangehenden R-Zacke wird ein Voll­ umlauf- oder Teilumlaufscan ausgelöst. Dabei können die für die Bildrekonstruktion an dieser z-Position benötigten Daten in mehreren aufeinanderfolgenden Umläufen aufgesammelt wer­ den, um die zeitliche Auflösung zu verbessern.

Bei Einzeilen-CT-Geräten, d. h. CT-Geräten deren Detektorsy­ stem eine einzige Zeile von Einzeldetektoren aufweist, be­ steht auch die Möglichkeit der Spiralaufnahme mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal Stand der Technik (sog. retrospek­ tives Gating). Hier werden nachträglich bei der Bildrekon­ struktion Schnittbilder nur aus Daten in erlaubten Datenbe­ reichen (in der jeweils gewünschten Herzphase, z. B. in der Diastole) berechnet. Bei Einzeilen CT-Geräten leidet diese Methode unter der nicht lückenlosen Abdeckung des Volumens in z-Richtung mit Schnittbildern. Bei einer Spiralaufnahme er­ folgt gleichzeitig mit einer kontinuierlichen Rotation von Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem um die Systemachse eine Relativverschiebung von Röntgenstrahlenquelle und Detek­ torsystem einerseits und Untersuchungsobjekt andererseits in z-Richtung.

Mit der Einführung neuer CT-Geräte der 3. Generation mit Sub­ sekundenrotation, d. h. Röntgenstrahlenquelle und Detektorsy­ stem benötigen für einen vollständigen Umlauf um die Syste­ machse weniger als eine Sekunde, und Mehrschichttechnologie, d. h. Detektorsystem mit mehr als einer Zeile von Einzeldetek­ toren, erlebt die Herzdiagnostik mit CT-Geräten einen neuen Aufschwung. Sowohl EKG-getriggerte axiale Aufnahmen als auch Spiralaufnahmen mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal (re­ trospektives EKG-Gating) wurden auf Mehrschicht-CT-Geräte, d. h. CT-Geräte mit Mehrschichttechnologie erweitert. Durch die Mehrzeiligkeit ergeben sich bei der retrospektiv gegate­ ten Spiraluntersuchung mit geeigneten Rekonstruktionstechni­ ken auch neue Möglichkeiten, wie die z. B. die in z-Richtung lückenlose Darstellbarkeit des Herzvolumens in jeder beliebi­ gen Phase des Herzzyklus.

Beide bisher bekannten Methoden, die EKG-Triggerung von ein­ zelnen axialen Aufnahmen und die Spiralaufnahme mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal (retrospektives Gating), haben aber eine Reihe von Nachteilen.

Bei EKG-getriggerten axialen Aufnahmen wird Strahlung nur in­ nerhalb der Zeitspanne ausgelöst, während der tatsächlich für die Bildrekonstruktion benötigte Daten aufgenommen werden. Die Methode ist also dosisbewußt, sie appliziert nur die für die Bildberechnung wirklich notwendige Röntgenstrahlung. Al­ lerdings werden pro Aufnahme (Scan) jeweils ein Schnittbild einer Schicht(bei Einzeilen CT-Geräten) oder mehrere (bei Mehrzeilen-CT-Geräten) Schnittbilder von Schichten an festen Tischpositionen aufgenommen. Zwischen zwei Scans müssen das Untersuchungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits, die bei während eines Scans eine feste z-Position relativ zueinander einnehmen, in die neue gewünschte z-Position gebracht werden. Dies kostet Zeit und ist die Ursache dafür, daß in der Regel nicht in je­ dem Herzzyklus (Herzperiode) Schnittbilder aufgenommen werden können, sondern nur in jeder zweiten oder jeder dritten. Da­ durch verlängert sich die Untersuchungszeit erheblich, und es ist oft nicht möglich, von dem gesamte Herzvolumen in einer Atemanhaltephase Schnittbilder von den gewünschten dünnen Schichten zu gewinnen. Außerdem entstehen bei Mehrschicht-CT- Geräten die Schnittbilder automatisch im Abstand einer Detek­ torzeile in z-Richtung. Für qualitativ hochwertige 3D Anwen­ dungen, z. B. Volume Renderings zur Darstellung der Koro­ nararterien, benötigt man die Schnittbilder aber in z- Richtung in einem kleineren Abstand. Eine Rekonstruktion von entsprechenden Schnittbildern ist bei konventionellen Einzel­ schichtaufnahmen nicht möglich.

Bei Spiralaufnahmen mit Mehrzeilen-CT-Geräten mit parallel aufgezeichnetem EKG-Signal werden während der gesamten Dauer der Spiralaufnahme Daten aufgenommen. Folglich wird der Pati­ ent auch während der gesamten Dauer der Spiralaufnahme mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Aus dem während der Spiralaufnah­ me aufgezeichneten EKG-Signal werden später (retrospektiv) die in den gewünschten Phasen des Herzzyklus aufgenommenen Daten identifiziert und zur Rekonstruktion herangezogen. Die­ se Methode hat bei Mehrschicht-CT-Geräten den Vorteil, daß Schnittbilder in jeder gewünschten Herzphase in z-Richtung in beliebig kleinen Abständen überlappend rekonstruiert werden können. Durch die kontinuierliche Relativbewegung zwischen Untersuchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem andererseits ist bei Mehrschicht-CT-Geräten außerdem die Abdeckung des gesamten Herzvolumens in einer Atemanhaltephase mit dünnen Schichten möglich. Beide Punkte sind Voraussetzungen für qualitativ hochwertige 3D- Darstellungen des Herzens.

Interessiert man sich allerdings nur für Schnittbilder des Herzens in einer Phase, üblicherweise der Ruhephase (Diasto­ le), sind Spiralaufnahmen mit Mehrzeilen-CT-Geräten mit re­ trospektivem EKG-Gating nicht dosisbewußt, denn obwohl wäh­ rend der gesamten Spiralaufnahme der Patient mit Röntgen­ strahlung bestrahlt wird, wird ein unter Umständen nur klei­ ner Teil der aufgenommenen Daten tatsächlich zur Bildrekon­ struktion verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein eine periodi­ sche Bewegung ausführender Körperbereich eines Untersuchungs­ objektes mit verringerter Dosis aufgenommen werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver­ fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Im Falle der Erfindung werden also für Untersuchungen bei­ spielsweise des Herzens in einer vorher festgelegten Herzpha­ se die Vorteile einer prospektiven Triggerung (nur die wirk­ lich notwendige Dosis wird appliziert) mit den Vorteilen der Spiralaufnahme mittels eines Mehrzeilen-CT-Geräts (lückenlo­ se Volumenabdeckung, Möglichkeit der überlappenden Rekon­ struktion von Schnittbildern) verbunden. Dazu werden während den einzelnen Herzzyklen prospektiv getriggert mit einer wählbaren zeitlichen Verzögerung (in % oder als Bruchteil ei­ ner mittleren Dauer des RR-Intervalls des EKG-Signals oder absolut in msec) zur jeweils vorangehenden R-Zacke des EKG- Signals Vollumlauf- oder Teilumlaufscans ausgelöst, wobei Röntgenstrahlung nur während der Zeit für die Aufnahme der Daten während des Vollumlauf- bzw. Teilumlaufscans mittels des mehrere Detektorzeilen aufweisenden Detektorsystems (Mehrzeilen-Vollumlauf- bzw. Teilumlaufdatensätze) appliziert wird, d. h. nicht nur die Datenaufnahme, sondern auch die Röntgenstrahlung wird prospektiv getriggert, indem die Rönt­ genstrahlenquelle entsprechend aktiviert und deaktiviert wird. Die Relativverschiebung in z-Richtung zwischen Untersu­ chungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detek­ torsystem andererseits wird nicht im "Stop and Go"-Betrieb für den jeweiligen Scan angehalten und nur zwischen zwei Scans von einer z-Position zur nächsten vorgenommen, sondern erfolgt wie bei Spiralaufnahmen kontinuierlich sowohl während der Scans als auch in der Zeit dazwischen. Man erhält so Mehrzeilen-Teilumlauf- bzw. Vollumlaufdaten, bei denen jede Projektion einer anderen z-Position entspricht. Durch geeig­ nete Rekonstruktions- und Gewichtungsverfahren (z. B. projek­ tionsabhängige Gewichtung zwischen den Daten der einzelnen Detektorzeilen) lassen sich daraus innerhalb eines von der Vorschubgeschwindigkeit und damit von dem sogenannten pitch abhängigen Bereichs in z-Richtung lückenlos Schnittbilder re­ konstruieren. Die Vorschubgeschwindigkeit wird in Abhängig­ keit von der Periodendauer der Herzzyklen, d. h. der Herzfre­ quenz, unter Berücksichtigung der Detektorbreite so gewählt, daß in jedem Herzzyklus ein Teilumlauf- bzw. Vollumlaufdaten­ satz aufgenommen werden kann und daß die von aufeinanderfol­ genden Datensätzen abgedeckten Bereiche sich in z-Richtung überdecken oder - im Grenzfall - lückenlos aneinanderstoßen. Dann ist das ganze-Herzvolumen in z-Richtung lückenlos mit Schnittbildern abdeckbar. Durch die kontinuierliche Relativ­ verschiebung in z-Richtung zwischen Untersuchungsobjekt ei­ nerseits und Röntgenstrahlenquelle und Detektorsystem ande­ rerseits und den Wegfall der bei diskontinuierlicher Relativ­ verschiebung erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremspha­ sen läßt sich so auch das ganze Herzvolumen in einer Ateman­ haltephase scannen.

Die Methode der Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an die Herzfrequenz ist nicht nur für das erfindungsgemäße Verfah­ ren, sondern auch für konventionelle EKG-gegatete Mehrzeilen- CT-Spiralaufnahmen relevant.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist die Zeitdauer, während welcher die Röntgenstrahlenquelle während eines Herzzyklus aktiviert wird, größer ist als die Dauer eines Zeitinter­ valls, während dessen Meßdaten gewonnen werden, d. h. größer ist als die Dauer eines Rekonstruktionsintervalls bzw. Daten­ intervalls. Es ist dann so auch im Falle von Schwankungen der Dauer der Herzzyklen (Arrhythmie) sichergestellt, daß tat­ sächlich die abzubildenden Phase des Herzzyklus aufgenommen wird.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß der zeit­ liche Verlauf des EKG-Signals und die Meßdaten gespeichert werden und die zur Ermittlung eines Schnittbildes herangezo­ genen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart aus­ gewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase ge­ wonnen wurden. Auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also auch ein retrospektives EKG-Gating durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens dienenden CT-Geräts,

Fig. 2 eine Ansicht der Detektoreinheit des CT-Geräts gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfah­ rens verdeutlichende Diagramme.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein CT-Gerät zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Das CT-Gerät weist eine Meßeinheit aus einer Röntgenstrahlen­ quelle 1, die ein Röntgenstrahlenbündel 18 aussendet, und ei­ ner Detektoreinheit 2 auf, welche aus mehreren in Richtung einer Rotationsachse 6 aufeinanderfolgenden Zeilen von Ein­ zeldetektoren, z. B. jeweils 512 Einzeldetektoren, zusammenge­ setzt ist. Der Fokus der Röntgenstrahlenquelle 1, von dem das Röntgenstrahlenbündel 18 ausgeht, ist mit 24 bezeichnet. Das Untersuchungsobjekt, im Falle des dargestellten Ausführungs­ beispiels ein menschlicher Patient 8, liegt auf einem Lage­ rungstisch 20, der sich durch die Meßöffnung 21 eines ring­ förmigen Trägers 7, der sogenannten Gantry, erstreckt.

Die Detektoreinheit 2 weist gemäß Fig. 2 eine erste Detektor­ zeile 3 und eine letzte Detektorzeile 4 auf. Zwischen der er­ sten und der letzten Detektorzeile 3, 4 können eine oder wie dargestellt auch mehrere weitere Detektorzeilen 5 angeordnet sein.

Die Detektorzeilen 3 bis 5 verlaufen rechtwinklig zu der Ro­ tationsachse 6, die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist. Parallel zur Rotationsachse 6 sind die erste Detektorzeile 3 und die letzte Detektorzeile 4 um eine Detektorbreite D von­ einander beabstandet. Die Detektorbreite D wird dabei von Zeilenmitte zu Zeilenmitte gemessen.

An dem Träger 7 sind die Röntgenstrahlenquelle 1 und die De­ tektoreinheit 2 derart einander gegenüberliegend angebracht, daß das von der Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehende Röntgen­ strahlenbündel 18 auf die Detektoreinheit 2 trifft. Der Trä­ ger 7 ist um die Rotationsachse 6 des CT-Geräts, die die Sy­ stemachse darstellt, drehbar gelagert und rotiert zur Abta­ stung des Patienten 8 mit einer Drehzahl n um die Rotati­ onsachse 6. Dabei erfaßt das von der mittels einer Genera­ toreinrichtung 22 betriebenen Röntgenstrahlenquelle 1 ausge­ hende Röntgenstrahlenbündel 18 ein Meßfeld 23 kreisförmigen Querschnitts. Der Fokus 24 der Röntgenstrahlenquelle 1 bewegt sich auf einer um ein auf der Rotationsachse 6 liegendes Drehzentrum kreisförmig gekrümmten Fokusbahn 25.

Das Röntgenstrahlenbündel 18 durchstrahlt den Patienten 8 und die an der Detektoreinheit 2 ankommenden Röntgenstrahlen wer­ den während der Rotation an einer Vielzahl von Projektions­ winkeln α detektiert und die Ausgangsdaten der Einzeldetek­ toren für jede der Detektorzeilen 3 bis 5 zu je einer zu dem jeweiligen Projektionswinkel α gehörigen Projektion zusam­ mengefaßt. Zu jedem Projektionswinkel α gehört also eine der Anzahl von Detektorzeilen 3 bis 5 entsprechende Anzahl von Projektionen.

Unter Heranziehung der während eines Rekonstruktionsinter­ valls, das mehrere Datenintervalle umfassen kann, aufgenomme­ nen Projektionen, die von der Detektoreinheit 2 zu einer elektronischen Recheneinrichtung 31 gelangen, rekonstruiert letztere auf Basis an sich bekannter Algorithmen ein Schnitt­ bild eines zu untersuchenden Objektes. Um sinnvoll Schnitt­ bilder des untersuchten Objektes rekonstruieren zu können, ist die Aufnahme von Projektionen zu aufeinanderfolgenden Projektionswinkeln α erforderlich, welche sich über einen Rekonstruktionsintervall erstrecken, das wenigstens gleich 180°+β sein muß, wobei β der in Fig. 1 veranschaulichte, auch als Fächerwinkel bezeichnete Öffnungswinkel des Röntgenstrah­ lenbündels 18 ist.

Der dem Träger 7 zugeordnete Antrieb 26 ist wie erwähnt ge­ eignet, den Träger 7 kontinuierlich rotieren zu lassen. Au­ ßerdem ist ein weiterer in den Figuren nicht gezeigter Antrieb vorgesehen, der eine Relativverschiebung des Lagerungstisches 20 und damit des Patienten 8 einerseits und des Trägers 7 mit der Meßeinheit 1, 2 andererseits in Richtung der Rotati­ onsachse 6 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v ermöglicht.

Es besteht also die Möglichkeit, dreidimensionale Bereiche des Patienten 8 in Form einer Spiralaufnahme abzutasten, in­ dem der Träger 7 mit der Meßeinheit 1, 2 kontinuierlich ro­ tiert und gleichzeitig eine Relativverschiebung von Lage­ rungstisch 20 und Träger 7 in Richtung der Rotationsachse 6 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v erfolgt.

Zur Durchführung von Untersuchungen des Herzens oder herzna­ her, im Rhythmus der Herzaktion bewegter Bereiche des Körpers des Patienten 8 weist das CT-Gerät gemäß Fig. 1 außerdem ei­ nen an sich bekannten Elektrokardiographen 27 auf, der über Elektroden, von denen eine in Fig. 1 dargestellt und mit 28 bezeichnet ist, mit dem Patienten 8 verbunden werden kann und zur Erfassung des EKG-Signals des Patienten 8 parallel zu der Untersuchung mittels des CT-Geräts dient. Dem EKG-Signal ent­ sprechende vorzugsweise digitale Daten sind der elektroni­ schen Recheneinrichtung 31 zugeführt.

Die Elektroden des Elektrokardiographen 27 sind nach Möglich­ keit derart am Körper des Patienten 8 angebracht, daß sie die Untersuchung des Patienten 8 nicht beeinträchtigen.

An die elektronische Recheneinrichtung 31 sind eine Tastatur 29 und eine Mouse 30 angeschlossen, die die Bedienung des CT- Geräts ermöglichen.

Soweit Körperpartien des Patienten 8 aufgenommen werden sol­ len, die sich ruhigstellen lassen, stellen sich für die Auf­ nahme der Projektionen keine nennenswerten Probleme. Kritisch hingegen ist die Aufnahme von Projektionen eines sich peri­ odisch bewegenden Objektes. Ein Beispiel eines derartigen Ob­ jektes ist das menschliche Herz 9, welches in Fig. 1 schema­ tisch dargestellt ist.

Bekanntlich führt das menschliche Herz 9 im wesentlichen eine periodische Bewegung aus. Die periodische Bewegung besteht dabei aus einer abwechselnden Folge einer Ruhe- bzw. Er­ schlaffungsphase und einer Bewegungs- bzw. Schlagphase. Die Ruhephase hat eine Dauer zwischen üblicherweise 500 bis 800 ms, die Schlagphase eine Dauer von 200 bis 250 ms.

Die Drehzahl n des Trägers 7 liegt üblicherweise bei 45 bis 120 Umdrehungen/Minute. Durch Vergleich der Drehzahl n mit der Dauer der Ruhephase des Herzens 9 läßt sich somit leicht feststellen, daß der Träger 7 in der Ruhephase des Herzens 9 um einen Drehwinkel γ rotiert, der zwischen 135° (500 ms bei 45 Umdrehungen/Minute) und 576° (800 ms bei 120 Umdrehun­ gen/Minute) liegt.

Wenn die Drehzahl n hoch genug gewählt wird, rotiert der Trä­ ger 7 während der jeweils aufzunehmenden Phase eines Herzzy­ klus, z. B. während einer Ruhephase, um einen Winkel, der grö­ ßer ist als das erforderliche Rekonstruktionsintervall. Somit ist es möglich, während der jeweils aufzunehmenden Phase ei­ nes Herzzyklus die zur Rekonstruktion eines Schnittbildes des aufgenommenen Bereichs Herzens 9 erforderlichen Projektionen aufzunehmen.

Ist die Herzfrequenz so hoch, daß es nicht möglich ist die zu einem vollständigen Rekonstruktionsintervall gehörigen Pro­ jektionen während eines einzigen Herzzyklus aufzunehmen, kann dies während der jeweils aufzunehmenden Phase mehrerer auf­ einanderfolgender Herzzyklen erfolgen. Das Rekonstruktionsin­ tervall setzt sich dann aus mehreren zu unterschiedlichen Herzzyklen gehörigen Datenintervallen zusammen.

Wie bereits erwähnt, wird das Elektrokardiogramm 10 des menschlichen Herzens 9 mit aufgenommen, um aus ihm die Ruhe­ phasen 13 des menschlichen Herzens 9 bestimmen zu können.

Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das EKG-Signal genutzt, um die Röntgenstrahlenquelle 1, z. B. eine Röntgen­ röhre, so zu aktivieren und zu deaktivieren, daß sie nur wäh­ rend der jeweils aufzunehmenden Phase eines Herzzyklus, z. B. der Ruhephasen des Herzens 9, Röntgenstrahlung emittiert. Dies bewirkt die mit der Generatoreinrichtung 22 verbundene elektronische Recheneinrichtung 31.

Auf diese Weise wird die Strahlenbelastung des Patienten 8 verringert, da sich die Applikation von Röntgenstrahlung auf diejenigen Zeitintervalle, nämlich die Rekonstruktions- bzw. Datenintervalle, beschränkt, in denen zur Bildrekonstruktion brauchbare Projektionen aufgenommen werden.

Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich, in der Pegel L des mit EKG bezeichneten EKG-Signal eines Patienten und die Intensität I der von der Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehenden Röntgenstrah­ lung übereinander jeweils über der Zeit t aufgetragen sind. Das EKG-Signal veranschaulicht die periodische Bewegung des Herzens des Patienten, wobei der Beginn eines Herzzyklus je­ weils durch eine R-Zacke R und die Dauer des jeweiligen Herz­ zyklus durch das RR-Intervall T_RR, d. h. den Abstand der den jeweiligen Herzzyklus einleitenden R-Zacke von der den fol­ genden Herzzyklus einleitenden R-Zacke, bestimmt ist. Die im Falle des dargestellten Beispiels aufzunehmende Ruhephase des Herzens ist jeweils schraffiert angedeutet.

Wie aus dem Verlauf der Intensität I der Röntgenstrahlung, die zwischen Null und einem Aktivierungswert I_a wechselt, wird die Röntgenstrahlenquelle 1 derart aktiviert und deakti­ viert, daß sie nur während der aufzunehmenden Herzphase, d. h. der Ruhephase, aktiviert ist.

Dies geschieht, indem die Röntgenstrahlenquelle 1 sozusagen prospektiv jeweils um eine Verzögerungszeit D_P nach dem Auf­ treten für eine Zeitdauer T_a aktiviert wird.

Bei der Zeitdauer T_a, während derer Projektionen für einen Vollumlauf- oder Teilumlauf-Scan aufgenommen werden, kann es sich um ein vollständiges Rekonstruktionsintervall RI oder nur um ein Datenintervall DI handeln.

Die Verzögerungszeit D_P und die Zeitdauer T_a ermittelt die elektronische Recheneinrichtung 31 indem sie den Mittelwert der Dauer der RR-Intervalle T_RR aus einer vorwählbaren Anzahl vorangegangener RR-Intervalle ermittelt und hieraus die Ver­ zögerungszeit D_P und die Zeitdauer T_a als vorwählbare Pro­ zentsätze oder Bruchteile dieses Mittelwertes bestimmt. Al­ ternativ können die Verzögerungszeit D_P und die Zeitdauer T_a auch als Zeitdauern, beispielsweise in Millisekunden, vorge­ wählt werden.

Die Vorschubgeschwindigkeit v stellt die elektronische Re­ cheneinrichtung 31 unter Berücksichtigung des Mittelwerts der Dauer der RR-Intervalle T_RR aus einer vorwählbaren Anzahl vorangegangener RR-Intervalle so ein, daß die während eines Rekonstruktionsintervalles RI bzw. Datenintervalles DI auf­ tretende Verschiebung des Lagerungstisches 20 in Richtung der Systemachse 6, d. h. die Verlagerung der Meßeinheit 1, 2 und des Patienten 8 relativ zueinander in Richtung der Systemach­ se 6, eine Detektorbreite D (siehe Fig. 2) nicht übersteigt. Die von aufeinanderfolgenden Rekonstruktionsintervallen RI bzw. Datenintervallen DI abgedeckten Bereiche des Patienten 8 überdecken sich somit in Richtung der Systemachse 6 oder sto­ ßen im Grenzfall lückenlos aneinander an. Somit ist das ge­ samte in Richtung der Systemachse abgetastete Volumen des Pa­ tienten 8 lückenlos mit Schnittbildern abdeckbar.

Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die zu einem Rekon­ struktionsintervall gehörigen Projektionen retrospektiv zu aus den aufgenommenen Projektionen zu extrahieren, wenn die Projektionen und das EKG-Signal gespeichert werden. Dies ist in Fig. 3 durch Angabe eines Zeitintervalls D_R veranschau­ licht, das von der elektronischen Recheneinrichtung 31 analog zu der Verzögerungszeit D_P ermittelt wird.

Zusammenfassend ist bezüglich des erfindungsgemäßen Verfah­ rens festzustellen, daß

• - es sich um eine Aufnahmetechnik für Volumen-Herz- und Lun­ genuntersuchungen mit Mehrzeilen-CT-Geräten handelt, bei der sich die Patientenliege kontinuierlich wie bei Spiral­ aufnahmen bewegt, aber im Unterschied zu Spiralaufnahmen nicht kontinuierlich gestrahlt wird und nicht kontinuier­ lich Meßdaten aufgenommen werden, sondern statt dessen prospektiv getriggert mit einer frei wählbaren zeitlichen Verschiebung zur jeweils vorangegangenen R-Zacke des EKG- Signals z. B. - Vollumlauf- oder Teilumlauf-Mehrzeilen-CT- Scans ausgelöst werden, wobei nur während der Dauer des Vollumlauf- bzw. Teilumlaufscans Strahlung appliziert wird und Daten aufgenommen werden,
• - eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Liege an die Herzfrequenz erfolgt, so daß die von zeitlich aufein­ anderfolgenden, prospektiv getriggerten Vollumlauf- bzw. Teilumlauf-Mehrzeilen-CT-Daten abgedeckten z-Intervalle (in Richtung der Patientenlängsachse) sich überlappen bzw. lückenlos aneinander anschließen, so daß das gesamte Un­ tersuchungsvolumen lückenlos abgedeckt ist,
• - es eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der Liege an die Herzfrequenz auch für retrospektiv EKG-gegatete Spi­ ralaufnahmen ermöglicht.

Anstelle des EKG-Signals können auch andere physiologische Parameter bzw. Signale verwendet werden, die Informationen über die jeweils vorliegende Phase des Herzzyklus geben, z. B. Herzwand-Bewegung oder stethoskopische Herzschlag-Analyse.

Die Erfindung wird vorstehend am Beispiel von Untersuchungen des Herzens erläutert. Es können aber auch andere periodisch bewegte Körperbereiche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden.

Im Zusammenhang mit den vorstehend Beschreibung der Erfindung findet ein CT-Gerät der dritten Generation Verwendung, d. h. die Röntgenstrahlenquelle und die Detektoreinheit werden wäh­ rend der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse verla­ gert. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit CT- Geräten der vierten Generation, bei denen nur die Röntgen­ strahlenquelle um die Systemachse verlagert wird und mit ei­ nem feststehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung fin­ den, sofern der Detektorring mehrere Detektorzeilen aufweist.

Auch kann die Erfindung außer in der Computertomographie bei anderen mit einer durchdringenden Strahlung arbeitenden bild­ gebenden Verfahren zum Einsatz kommen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Untersuchung eines eine periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs eines Untersuchungsobjektes mit­ tels eines ein CT-Geräts mit einer kontinuierlich um eine Sy­ stemachse rotierenden Röntgenstrahlenquelle, von der ein das Untersuchungsobjekt durchdringendes Röntgenstrahlenbündel ausgeht, und einem Detektorsystem für die von der Röntgen­ strahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, das wenigstens eine erste und eine letzte Detektorzeile aufweist, wobei wäh­ rend der Rotation der Röntgenstrahlenquelle das Untersu­ chungsobjekt einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse rela­ tiv zueinander verlagert werden, und wobei mittels einer elektronischen Recheneinrichtung aus den der detektierten Röntgenstrahlung entsprechenden Ausgangsdaten des Detektorsy­ stems ein Schnittbild zumindest des die periodische Bewegung ausführenden Körperbereichs ermittelt, aufweisend den Verfah­ rensschritt, daß die Röntgenstrahlenquelle wenigstens im we­ sentlichen synchron mit der Bewegung derart zur Abgabe von Röntgenstrahlung aktiviert und deaktiviert wird, daß die Röntgenstrahlenquelle während einer mit dem CT-Gerät abzubil­ denden Phase der periodischen Bewegung aktiviert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeitdauer, während welcher die Röntgenstrahlenquelle während einer Periode akti­ viert wird, größer ist als die Dauer eines Zeitintervalls, während dessen Meßdaten gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste und die letzte Detektorzeile in Richtung der Systemachse um eine Detektorbreite voneinander entfernt sind, und bei dem Unter­ suchungsobjekt einerseits und Röntgenstrahlenquelle und De­ tektorsystem andererseits in Richtung der Systemachse relativ zueinander mit einer solchen Vorschubgeschwindigkeit verla­ gert werden, daß die während eines Zeitintervalls, während dessen innerhalb einer Periode Meßdaten gewonnen werden, auf­ tretende Verlagerung eine Detektorbreite nicht übersteigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Aktivierung und Deaktivierung in Abhängigkeit von einem der periodischen Bewegung entsprechenden Signal erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Aktivierung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um eine erste Verzögerungszeit nach dem Beginn einer Periode des Signals und die Deaktivie­ rung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um eine zweite Verzö­ gerungszeit nach dem Beginn einer Periode des Signals statt­ findet, wobei die erste Verzögerungszeit kürzer als die zwei­ te Verzögerungszeit ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die mittlere Dauer der Periode des Signals ermittelt wird die Aktivierung der Rönt­ genstrahlenquelle jeweils um einen ersten Bruchteil der Peri­ ode des Signals nach dem Beginn einer Periode des Signals und die Deaktivierung der Röntgenstrahlenquelle jeweils um einen ersten Bruchteil der Periode des Signals nach dem Beginn ei­ ner Periode des Signals stattfindet, wobei der erste Bruch­ teil kleiner als der zweite Bruchteil ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6 bei dem der zeitliche Verlauf des Signals und die Meßdaten gespeichert werden und die zur Ermittlung eines Schnittbildes herangezo­ genen Meßdaten unter Berücksichtigung des Signals derart aus­ gewählt werden, daß sie während der abzubildenden Phase ge­ wonnen wurden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der eine periodische Bewegung ausführende Körperbereich die Lunge des Untersuchungsobjekts enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der eine periodische Bewegung ausführende Körperbereich das Herz des Untersuchungsobjekts enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das der periodischen Bewegung entsprechende Signal das EKG-Signal des Untersu­ chungsobjekts ist.