DE102005061005A1

DE102005061005A1 - Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Untersuchungseinrichtung und zugehörige Untersuchungseinrichtung

Info

Publication number: DE102005061005A1
Application number: DE102005061005A
Authority: DE
Inventors: Herbert Kemeth; Manfred Schönborn
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-28
Also published as: US7646844B2; US20070154188A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Untersuchungseinrichtung, mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die zur Erstellung von Bildaufnahmen eines periodisch bewegten Organs in einer Rotationsbewegung über einen festgelegten Winkelbereich um den Patienten bewegt wird, wobei von der Bildaufnahmevorrichtung mehrere Läufe zur Erstellung der Bildaufnahmen durchgeführt werden und der Start der einzelnen Läufe in Abhängigkeit eines Referenzsignals, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, derart ausgelöst wird, dass bei jedem Lauf Bildaufnahmen unter einem anderen Einstrahlwinkel erstellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Untersuchungseinrichtung, mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die zur Erstellung von Bildaufnahmen eines periodisch bewegten Organs in einer Rotationsbewegung über einen festgelegten Winkelbereich um einen Patienten bewegt wird.

In letzter Zeit geht man in der Medizintechnik immer mehr dazu über, von Organen des Körpers eines menschlichen oder tierischen Patienten 3D-Rekonstruktionen anzufertigen, da die räumliche Darstellung die Diagnosemöglichkeiten wesentlich verbessert. Voraussetzung für eine entsprechende dreidimensionale Darstellung mit hoher Qualität ist jedoch, dass die Organe sich bei der Bildaufnahme nicht bewegen. Damit von einem periodisch bewegten Objekt eine 3D-Rekonstruktion erstellt werden kann, muss die Bildaufnahme mit der Bewegung des Objekts synchronisiert werden.

In der US 2005/0058248 A1 wird ein Verfahren zur Abbildung eines Organs mittels einer über einen Winkel rotierenden Aufnahmevorrichtung beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Röntgenaufnahmesystem, z.B. ein angiographischer Röntgen-C-Bogen in einer Rotationsbewegung von weniger als 360° einmal um den Patienten gefahren. Die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Aufnahmevorrichtung wird dabei in Abhängigkeit von einem Referenzsignal, das z.B. ein EKG-Signal sein kann, moduliert. Dementsprechend wird die Aufnahmevorrichtung nicht mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, sondern synchron zum Herzschlag beschleunigt und abgebremst, so dass das Aufnahmesystem in den interessanten Phasen des Herzzyklus möglichst schnell, in den restlichen Phasen des Herzzyklus jedoch möglichst langsam bewegt wird. Dieses Verfahren stellt sehr hohe Anforderungen an die Mechanik und die Regelungstechnik der Untersuchungseinrichtung.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das mit geringerem Aufwand realisiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass von der Bildaufnahmevorrichtung mehrere Läufe zur Erstellung der Bildaufnahmen durchgeführt werden und der Start der einzelnen Läufe in Abhängigkeit eines Referenzsignals, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, derart ausgelöst wird, dass bei jedem Lauf Bildaufnahmen unter einem anderen Einstrahlwinkel erstellt werden.

Anders als im Stand der Technik ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der überstrichene Winkelbereich, in dem Bildaufnahmen erstellt werden, nicht durch einen einzigen Lauf, sondern durch mehrere Läufe abgedeckt wird. Die einzelnen Läufe der Bildaufnahmevorrichtung werden dabei so mittels des Referenzsignals synchronisiert, dass der interessierende Bereich bei jedem Lauf in andere Einstrahlwinkel fällt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit vergleichsweise geringem Aufwand bei herkömmlichen medizinischen Untersuchungseinrichtungen implementiert werden, da lediglich die Steuerung angepasst werden muss und der Start der einzelnen Läufe für die Bildaufnahmen optimal berechnet und aufgelöst wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit besonders großem Vorteil einsetzen, wenn eine Bildaufnahme eines schlagenden Herzens erstellt wird. Anschließend kann eine 3D-Darstellung des untersuchten Herzens aus den Bilddaten erstellt werden.

Eine besonders genaue Auslösung der einzelnen Läufe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich erzielen, wenn ein EKG-Signal als Referenzsignal erfasst wird. Damit können die einzelnen Läufe exakt in Abhängigkeit des Herzschlags gesteuert werden, so dass die Bildaufnahmen exakt zum gewünschten Zeitpunkt erstellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders effizient durchgeführt werden, wenn die Bildaufnahmevorrichtung bei einem Lauf einen Winkelbereich von weniger als 360° überstreicht und Bildaufnahmen während wenigstens eines Hinlaufs und während wenigstens eines Rücklaufs erstellt werden. Auf diese Weise wird sowohl der Hinlauf als auch der Rücklauf genutzt, um Bildaufnahmen herzustellen, so dass die Gesamtdauer der Untersuchung gering ist. Der Beginn des Hinlaufs als auch der Beginn des Rücklaufs wird dabei jeweils präzise in Abhängigkeit des Referenzsignals ausgelöst.

Damit der Patient während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichst geringen Strahlenbelastungen ausgesetzt ist, kann es vorgesehen sein, dass eine Bildaufnahme nur innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs durchgeführt wird und gegebenenfalls außerhalb des Winkelbereichs die Strahlung reduziert oder abgeschaltet wird. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn es sich bei der medizinischen Untersuchungseinrichtung um eine Röntgenanlage handelt.

Daneben betrifft die Erfindung eine medizinische Untersuchungseinrichtung, mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die zur Herstellung von Bildaufnahmen eines periodisch bewegten Organs in einer Rotationsbewegung über einen festgelegten Winkelbereich um einen Patienten bewegbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen medizinischen Untersuchungseinrichtung ist die Bildaufnahmevorrichtung zur Erstellung der Bildaufnahmen zur automatischen Durchführung mehrerer Läufe ausgebildet, wobei der Start der einzelnen Läufe in Abhängigkeit eines Referenzsignals, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, auslösbar ist, um bei jedem Lauf Bildaufnahmen unter einem anderen Einstrahlwinkel zu erstellen.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine erfindungsgemäße medizinische Untersuchungseinrichtung;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel des zeitlichen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des zeitlichen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße medizinische Untersuchungseinrichtung 1 mit einer Bildaufnahmevorrichtung, umfassend eine Röntgenquelle 2, die an einem C-Arm 3 angebracht ist, wobei die Röntgenstrahlen von einem Röntgendetektor 4 erfasst werden, nachdem sie durch den Körper 5 eines Patienten abgeschwächt worden sind. Der Patient befindet sich während der Untersuchung auf einer Patientenliege 6.
Der C-Arm 3 ist während der Untersuchung und Bildaufnahme um den Körper 5 des Patienten herum drehbar, um Bildaufnahmen unter unterschiedlichen Winkeln erstellen zu können. Die Bewegung des C-Arms 3 erfolgt über eine schematisch dargestellte Antriebseinheit 7, die von einer Steuereinrichtung 8 gesteuert wird.
Die Steuerung der einzelnen Läufe des rotierbaren C-Arms 3 erfolgt in Abhängigkeit des Referenzsignals 9, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Referenzsignal 9 ein EKG-Signal, das von einer Messeinrichtung 10 erfasst und über eine Datenleitung 11 an die Steuereinheit 8 übermittelt wird.
Mit den 2 und 3 wird verdeutlicht, wie der Startpunkt für den Rücklauf jeweils berechnet wird.
Die 2 zeigt den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Berechnung des Startpunkts für den Rücklauf.
In dem Diagramm von 2 ist dargestellt, wie der Startpunkt des Rücklaufs berechnet wird, wenn die Bildaufnahme in der Mitte des Herzzyklus erfolgt. Auf der oberen waagerechten Skala von 2 stellen die senkrechten Striche jeweils Trigger 12 dar, die das Auftreten der R-Zacke im EKG-Signal anzeigen. Zwischen zwei durch die senkrechten Striche symbolisierten Triggern 12 ist jeweils eine waagerechte Markierung 13 eingezeichnet, die den für die Bildaufnahme interessanten Bereich angibt. Wie in 2 zu sehen ist, befindet sich der interessante Bereich (Markierung 13) in der Mitte des Herzzyklus, der durch die senkrechten Striche bzw. die Trigger 12 begrenzt wird.
Die mittlere Herzzeit, die der Zeit zwischen dem Auftreten zweier aufeinander folgender R-Zacken entspricht, wird mit T_h bezeichnet.
N ist die Anzahl der Läufe, das heißt die Summe der Vorläufe und Rückläufe. Der zeitliche Versatz pro Durchlauf errechnet sich aus: TVersatz = Th/N.
Bei der Berechnung der Startzeit für die Rückläufe muss die Position der beiden letzten Trigger festgehalten werden. Die Triggerpositionen, die von der Steuereinheit 8 für den Motor der Antriebseinheit 7 erhalten werden, dienen zur Berechnung des Abstands zur aktuellen Stoppposition. Anhand dieses Wertes wird entschieden, welche der beiden Triggerpositionen die richtige ist. Diese Triggerposition, als Winkel ausgedrückt, lautet:
φ_LT.
Der Winkel und die Zeit für die Rampe werden wie folgt berechnet: φRamp = ω2/2a, TRamp = ω/a.
Beim ersten Vorwärtslauf wird die Zeit vom letzten Trigger bis zum Stopp berechnet: φStopp = |φLT – φact|.

φ_act: bezeichnet dabei den aktuellen Winkel.

Wenn φ_Stopp ≤ φ_Ramp, dann:
Sonst: TStopp = TRamp + (φStopp – φRamp)/ω,diese Zeit wird für alle Rückläufe benutzt.
Die Wartezeit für den Vorlauf errechnet sich wie folgt: Twait = TVersatz·(N-1).
Die Wartezeit für den Rücklauf errechnet sich wie folgt: Twait = Th – TStopp – TVersatz·(N-1),wenn T_wait > T_h, dann Twait = Twait – Th, wenn T_wait < 0, dann Twait = Twait + Th.
In 2 ist T_Stopp 14 eingezeichnet, dieser Wert gibt die Zeit vom letzten Trigger bis zum Stopp des C-Arms 3 an. Bezugszeichen 15 bezeichnet die Differenz T_h – T_Stopp, dieser Zeitraum 15 muss nach dem nächsten Trigger 12 gewartet werden, bevor der Rücklauf gestartet wird, um beim Rücklauf in derselben Herzphase und bei demselben Phasenwinkel der Aufnahmevorrichtung zu messen.
In 2 sind insgesamt vier Hinläufe I – IV eingezeichnet, auf der waagerechten Achse ist die Zeit angegeben, auf der senkrechten Achse die Winkelgeschwindigkeit des C-Arms. Es sind jeweils die Stopp-Rampen eingezeichnet, wenn alle vier Läufe in Vorwärtsrichtung gemacht werden. Die einzelnen Läufe wären dann jeweils um ein Viertel der Herzzeit verschoben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Läufe II und IV als Rückläufe ausgeführt werden. Dazu werden die Stopp-Rampen der Vorwärtsläufe gespiegelt und in den nächsten Herzzyklus geschoben. Daraus ergibt sich, dass die Rückläufe um die Zeit T_Versatz·(N-1) früher beginnen müssen, was durch die rechten, mit II und IV gekennzeichneten Kurven ersichtlich wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Überdeckung des gesamten Winkelbereichs, der mittig zum Herzzyklus liegt.
Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Bildaufnahme außerhalb der Mitte des Herzzyklus erfolgt.
In Übereinstimmung mit 2 sind im oberen Teil von 3 senkrechte Striche als Trigger 12 dargestellt, die waagerechten Markierungen 13 geben jeweils den für die Bildaufnahme interessanten Bereich des Herzzyklus an. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Markierungen 13 jedoch nicht in der Mitte des Herzzyklus, sondern demgegenüber verschoben.
Im unteren Teil von 3 ist die Winkelgeschwindigkeit ω des C-Arms über der Zeitachse t aufgetragen.
Um die Verschiebung des interessierenden Bereichs, der durch die Markierungen 13 dargestellt wird, zu berücksichtigen, müssen die Rückläufe um die Zeit T_Offset verschoben werden. T_Offset ist ein Konfigurationswert für den Versatz der Rückläufe in Prozent der Herzzeit und gibt an, wie stark der Abtastbereich aus der Mitte des Herzzyklus verschoben ist. Um den Bereich zeitlich nach hinten bezüglich der Herzphase zu verschieben, wird die Wartezeit für den Start der Rückläufe um diese Zeit verlängert und wie folgt berechnet: Twait = Th – TStopp – TVersatz·(N-1) + TOffset.
T_MV ist die Verschiebung des interessierenden Bereichs aus der Mitte des Herzzyklus, T_Offset ergibt sich dann aus: TOffset = 2·TMV.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Untersuchungseinrichtung, mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die zur Erstellung von Bildaufnahmen eines periodisch bewegten Organs in einer Rotationsbewegung über einen festgelegten Winkelbereich um einen Patienten bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bildaufnahmevorrichtung mehrere Läufe zur Erstellung der Bildaufnahmen durchgeführt werden und der Start der einzelnen Läufe in Abhängigkeit eines Referenzsignals, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, derart ausgelöst wird, dass bei jedem Lauf Bildaufnahmen unter einem anderen Einstrahlwinkel erstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahme eines schlagenden Herzens erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein EKG-Signal als Referenzsignal gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung bei einem Lauf einen Winkelbereich von weniger als 360° überstreicht und Bildaufnahmen während wenigstens eines Hinlaufs und während wenigstens eines Rücklaufs erstellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahme nur innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs durchgeführt wird und gegebenenfalls außerhalb des Winkelbereichs Strahlung reduziert oder abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bildaufnahme, die in der Mitte des Herzzyklus erfolgt, die Wartezeit T_wait für den Rücklauf durch Twait = Th – TStopp – TVersatz·(N-1)berechnet wird, wobei T_h die mittlere Herzzeit ist, die zwischen dem Auftreten zweier aufeinander folgender R-Zacken vergeht; T_Stopp ist die Zeit vom letzten Trigger bis zum Stopp, T_Versatz ist T_h/N, wobei N der Summe der Vor- und Rückläufe entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bildaufnahme, die gegenüber der Mitte des Herzzyklus verschoben ist, die Wartezeit T_wait für den Rücklauf durch Twait = Th – TStopp – TVersatz·(N-1) + TOffset berechnet wird, wobei T_h die mittlere Herzzeit ist, die zwischen dem Auftreten zweier aufeinander folgender R-Zacken vergeht; T_Stopp ist die Zeit vom letzten Trigger bis zum Stopp, T_Versatz ist T_h/N, N entspricht der Summe der Vor- und Rückläufe, und T_Offset ist ein Parameter für die Verschiebung des interessierenden Bereichs gegenüber der Mitte des Herzzyklus.
Medizinische Untersuchungseinrichtung, mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die zur Erstellung von Bildaufnahmen eines periodisch bewegten Organs in einer Rotationsbewegung über einen festgelegten Winkelbereich um den Patienten bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung zur Erstellung der Bildaufnahmen zur automatischen Durchführung mehrerer Läufe ausgebildet ist und der Start der einzelnen Läufe in Abhängigkeit eines Referenzsignals, das einen aktuellen Bewegungszustand des abzubildenden Organs repräsentiert, auslösbar ist, um bei jedem Lauf Bildaufnahmen unter einem anderen Einstrahlwinkel zu erstellen.
Medizinische Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (9) ein EKG-Signal ist.