DE102005005916A1

DE102005005916A1 - Verfahren und Tomographiegerät zur Erzeugung von tomographischen Aufnahmen eines schlagenden Herzens

Info

Publication number: DE102005005916A1
Application number: DE102005005916A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Bruder
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2006-08-17
Also published as: US20060188058A1; US7369639B2; CN1817307A; JP2006218300A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Tomographiegerät zur Erzeugung tomographischer Aufnahmen von einem schlagenden Herzen eines Patienten, insbesondere Röntgen-CT-Aufnahmen, wobei zur Erzeugung einer Aufnahme nur Detektordaten oder Bilddaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen verwendet werden, und zur Ermittlung der Herzphase zumindest ein, durch den mechanischen Herzpuls erzeugtes, sich zeitlich mit dem Herzzyklus veränderndes Drucksignal genutzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Tomographiegerät zur Erzeugung von tomographischen Aufnahmen, insbesondere Röntgen-CT-Bildern, von einem schlagenden Herzen eines Patienten, wobei zur Erzeugung einer Aufnahme nur Detektordaten oder Bilddaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen verwendet werden.

Ähnliche Verfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise bei der Erzeugung von computertomographischen Bildern werden, während der Abtastung des schlagenden Herzens, EKG-Signale aufgenommen und aufgrund der EKG-Signale, insbesondere der R-Zacke im EKG-Signal, eine Ruhephase des Herzens ausgewählt und ausschließlich Detektordaten beziehungsweise Bilddaten aus dieser Zyklusphase verwendet und über mehrere Herzschläge hinweg zusammengesetzt, so dass sich hieraus Bilder mit guter Qualität rekonstruieren beziehungsweise zusammensetzen lassen.

Probleme bei der Benutzung von EKG-Signalen zur Bestimmung einer Ruhephase des Herzens können beispielsweise auftreten, wenn aufgrund von Reizleitungsstörungen oder überstandenen Infarkten das geschriebene EKG keine typische Form aufweist, so dass eine automatische oder manuelle Auswahl des richtigen Phasenabschnittes problematisch sein kann.

Es wurden zwar inzwischen auch Verfahren vorgeschlagen, bei denen aus den Detektorinformationen auf den aktuellen Bewegungszustand eines Herzen geschlossen werden kann, jedoch erfordert dies, dass während des gesamten Herzzyklus eine Abtastung des Patienten stattfindet, wodurch zumindest bei computertomographischen Untersuchungen eine relativ hohe Strahlbelastung für den Patienten entsteht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives, getriggertes Cardio-Tomographieverfahren zu finden, welches einerseits auf EKG-Signale verzichtet und idealer Weise auch eine optimale Dosisnutzung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Der Erfinder hat erkannt, dass es auch bei tomographischen Untersuchungsmethoden des schlagenden Herzens möglich ist, die mechanischen Pulsinformationen des Blutkreislaufes, wie sie ähnlich bei Trimmgeräten zur Bestimmung der Herzfrequenz genutzt werden, zu verwenden. Die Verwendung solcher mechanischer Pulsinformationen hat zusätzlich den Vorteil, dass mögliche Phasenverschiebungen, die sich aus der Reizleitung und einer anschließenden mechanischen Reaktion des Herzens ergeben, unterdrückt werden. Werden die hierfür gemessenen Druckimpulse möglichst nahe am Herzen abgenommen, beispielsweise in Form der Abtastung eines Karotispulses, so wird auch der phasenverschiebende Einfluss der mechanischen Übertragung des Pulses vom Herzen zum jeweiligen Ort der Messung in der Nähe einer Arterie minimiert.

Außerdem besteht die Möglichkeit, diese Pulsinformation zusätzlich zu verwenden, um eine Triggerung des Röhrenstroms bei der Verwendung eines Computer-Tomographiesystems zu initiieren. Des weiteren kann, falls aufgrund einer zu großen Entfernung zwischen Messstelle und Herz, eine Phasenverschiebung zwischen dem Messort und dem betrachteten Ort befürchtet wird, zusätzlich während einer Testbolusinjektion von Kontrastmittel, die jeweils tatsächlich auftretende Phasenverschiebung zwischen dem Druckimpuls an der Messstelle und der zur Messung optimal gelegenen Ruhephase empirisch bestimmt werden.

Entsprechend diesem Grundgedanken der Erfindung schlägt der Erfinder vor, das an sich bekannte Verfahren zur Erzeugung tomographische Aufnahmen von einem schlagenden Herzen eines Patienten, insbesondere von Röntgen-CT-Aufnahmen, bei dem zur Erzeugung einer Aufnahme nur Detektordaten oder Bilddaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen verwendet werden, dahingehend zu verbessern, dass zur Ermittlung der Herzphase zumindest ein, durch den mechanischen Herzpuls erzeugtes, sich zeitlich mit dem Herzzyklus veränderndes Drucksignal verwendet wird.

Vorzugsweise kann das Drucksignal durch einen Drucksensor an oberflächennahen Arterien erfasst werden. Grundsätzlich ist es zwar auch möglich, die Druckmessung „blutig" zu messen, jedoch ist dies eine invasive Methode, die den Patienten unangenehm belastet, so dass eine „unblutige" Messung, durch einfaches Auflegen eines Drucksensors auf die Hautoberfläche, grundsätzlich günstiger erscheint.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Laufzeit des Druckimpulses vom Herzen zum Ort der Druckmessung bei der Bestimmung der Herzphase zu berücksichtigten, wobei es jedoch am günstigsten erscheint, die Pulsmessung möglichst nahe am Herzen, beispielsweise durch die Verwendung des Karotispulses im Halsbereich, vorzunehmen.

Eine andere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, den Puls am Ohrläppchen abzunehmen, wie es beispielsweise bei den Pulsnehmern vieler Trimmgeräte üblich ist.

Als Drucksensor kann beispielsweise ein, auf die Haut des Patienten aufgelegtes, Piezoelement verwendet wird, das die, durch die pulsierende Arterie erzeugte, Druckänderung in elektrische Signale verwandelt und an ein entsprechendes Aufnahmesystem weiterleitet.

Wie bereits erwähnt, kann die Pulsmessung auch zur herzphasenabhängigen Modulation des Röhrenstroms einer Röntgenröhre eines untersuchenden CT-Systems genutzt werden.

Besonders günstig bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, wenn vor dem eigentlichen Cardio-Scan ein Testscan zur Ermittlung der optimal zu benutzenden Teilphase in Relation zum gemessenen Druckpulssignal durchgeführt wird. Hierbei kann der Testscan über einige wenige Herzphasen, vorzugsweise über einen Teilbereich des Herzens, jedoch unter Messung des gesamten Herzzyklus, vorzugsweise mit einer geringen und kurzzeitigen Kontrastmittelgabe, durchgeführt werden, wobei an Hand der Qualitätsunterschiede mehrerer Aufnahmen aus unterschiedlichen Herzzyklusphasenbereichen der günstigste Herzzyklusphasenbereich relativ zum aktuell gemessenen mechanischen Puls ermittelt wird.

Als Qualitätsmerkmal der Aufnahmen kann beispielsweise die Bildschärfe verwendet werden, da Aufnahmen während der Ruhephase des Herzens eine nur sehr geringe Bewegungsunschärfe aufweisen, während Aufnahmen während der Bewegungsphase des Herzens eine starke Bewegungsunschärfe vermitteln. Möglich ist es dabei jedoch auch, die Bewegungssituation direkt aus den Detektordaten zu ermitteln, wie es beispielsweise bei manchen Cardio-CT-Untersuchungen bereits vorgeschlagen wurde. Wird dieses Verfahren angewendet, so ist hier der Vorteil, dass die Bestrahlung während des gesamten Herzzyklus ausschließlich in der Testphase stattfindet und während des darauffolgenden eigentlichen Herzscans nur noch in den Ruhephasen eine hohe Strahlungsdosisleistung verwendet wird. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des günstigsten Teilzyklus besteht in einer Untersuchung der Korrelationskoeffizienten zeitlich benachbarter Aufnahmen über den Herzzyklus und Auswahl eines Zeitpunktes im Herzzyklus, der die größte Korrelation mit zeitlich benachbarten Aufnahmen aufweist.

Grundsätzlich kann das geschilderte Verfahren sowohl bei Kernspintomographie-Verfahren als auch mit Computertomographie-Verfahren verwendet werden, wobei für die Computertomographie-Verfahren sowie eine Spiralabtastung als auch eine sequentiellen Abtastung einsetzbar ist.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl dort verwendet werden, wo unvollständige Detektordaten aus mehreren Herzzyklen zu vollständigen Detektordaten zusammengefasst werden und anschließend Bilddaten rekonstruiert werden, als auch bei Verfahren, die unvollständige Detektordaten aus mehreren Herzzyklen zu unvollständigen Bilddaten rekonstruieren und anschließend zur vollständigen Bilddaten zusammenfassen. Beide Verfahren sind in der Literatur ausreichend beschrieben worden.

Entsprechend den oben geschilderten Verfahren schlägt der Erfinder auch ein Tomographiegerät zur Erzeugung dreidimensionaler Aufnahmen von einem schlagenden Herzen eines Patienten, insbesondere von Röntgen-CT-Aufnahmen, mit Mitteln zum Scannen eines Patienten, vorzugsweise mindestens einem Röntgenröhren/Detektor-System, und Mitteln, vorzugsweise einer Recheneinheit mit Programmen und Programm-Modulen, zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Aufnahmen aus Detektordaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen, vor, bei dem zur Verbesserung eine Vorrichtung zur Druckpulserfassung mit dem Mittel zur Rekonstruktion dreidimensionaler Aufnahmen des schlagenden Herzen verbunden sind, wobei aus dem mechanischen Druckpuls die Herzphase berechnet wird.

Ist das Tomographiegerät ein Computertomographie-Gerät, so wird zusätzlich vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur Druckpulserfassung mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Röhrenstroms der Röntgenröhre verbunden ist und Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel, vorgesehen sind, welche die Größe des Röhrenstroms durch den Druckpuls triggern.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Tomographiegerät eine Rechen- und Steuereinheit aufweist, die Programme beinhaltet, welche im Betrieb die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer einzigen Figur näher beschrieben, wobei die folgenden Bezugszeichen verwendet werden: 1: Computertomographie-System; 2: Röntgenröhre; 3: Detektor; 4: Systemachse; 5: Gehäuse; 6: Verschiebbare Patientenliege; 7: Patient; 8: Pulsmessleitung; 9: Steuer- und Recheneinheit; 10: Steuer- und Datenleitung; 11: Drucksensor; Prg_x: Computer-Programme.

1: Darstellung eines beispielhaften Computertomographen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die 1 zeigt einen Computertomographen 1 mit einem Gehäuse 5, in dem sich eine Gantry mit einer kreisförmig umlaufenden Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Vielzeilendetektor 3 befindet. Weiterhin ist ein Patient 7 dargestellt, der auf einer Patientenliege 6 liegt und zum Abtastvorgang in die Öffnung des CT's 1 eingefahren wird. Während des Abtastvorganges, bei dem sich die Röntgenröhre kreisförmig um den Patienten bewegt, kann eine Relativbewegung des Patienten in Richtung der Systemachse 4 stattfinden, so dass relativ zum Patienten eine Spiralabtastung stattfindet, oder es kann der Patient auch durch sequentielles Vorwärtsschieben während einer Abtastpause in vielen rein kreisförmigen Bewegungen der Röhre relativ zum Patienten abgetastet werden. Die Steuerung des Computertomographen 1 geschieht durch die Steuer- und Recheneinheit 9 über die Steuer- und Datenleitung 10. Über die Steuer- und Datenleitung 10 werden auch die durch den Detektor 3 gesammelten Daten zum Rechner übertragen. Die Steuer- und Recheneinheit 9 verfügt über interne Speicher und Rechenprozessoren, über die die Programme Prg₁ bis Prg_n zur Steuerung des Computertomographen und zur Auswertung der gesammelten Daten erfolgt. Außerdem sind an die Recheneinheit eine Tastatur zur Dateneingabe und ein Monitor zur Datendarstellung angeschlossen.
Integriert in der Steuer- und Recheneinheit 9 ist des weiteren eine Vorrichtung zur Aufnahme der elektrischen Signale des Drucksensors 11, durch den der mechanische Puls des Patienten, hier beispielhaft aus dem Karotispuls im Halsbereich, aufgenommen wird und damit eine Triggerung des Scans und gegebenenfalls auch des Röhrenstroms in der zuvor beschriebenen Weise durchgeführt wird.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der Erfindung unter tomographischen Aufnahmen alle bekannten Varianten zur dreidimensionalen Darstellung zu verstehen sind, insbesondere die Rekonstruktion von Schnittbildern als auch die Rekonstruktion von Volumendatensätzen oder die voxelweise Rekonstruktion.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung tomographischer Aufnahmen von einem schlagenden Herzen eines Patienten, insbesondere Röntgen-CT-Aufnahmen, wobei zur Erzeugung einer Aufnahme nur Detektordaten oder Bilddaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Herzphase zumindest ein, durch den mechanischen Herzpuls erzeugtes, sich zeitlich mit dem Herzzyklus veränderndes Drucksignal verwendet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksignal durch einen Drucksensor (11) an oberflächennahen Arterien erfasst wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeit des Druckimpulses vom Herzen zum Ort der Druckmessung bei der Bestimmung der Herzphase berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Pulsmessung der Karotispuls im Halsbereich verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Puls am Ohrläppchen gemessen wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Drucksensor (11) ein, auf die Haut des Patienten aufgelegtes, Piezoelement verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmessung aus zur herzphasenabhängigen Modulation des Röhrenstroms einer Röntgenröhre (2) eines untersuchenden CT-Systems genutzt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem eigentlichen Cardio-Scan ein Testscan zur Ermittlung der optimal zu benutzenden Teilphase in Relation zum gemessenen Druckpulsignal durchgeführt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Testscan über einige wenige Herzphasen, vorzugsweise über einen Teilbereich des Herzens, jedoch unter Messung des gesamten Herzzyklus, vorzugsweise mit einer geringen und kurzzeitigen Kontrastmittelgabe, durchgeführt wird, und an Hand der Qualitätsunterschiede mehrerer Aufnahmen aus unterschiedlichen Herzzyklusphasenbereichen der günstigste Herzzyklusphasenbereich relativ zum aktuell gemessenen mechanischen Puls ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einem Kernspintomographie-Verfahren eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einem Röntgen-Computertomographie-Verfahren eingesetzt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer Spiralabtastung eingesetzt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in Verbindung mit einer sequentiellen Abtastung eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unvollständige Detektordaten aus mehreren Herzzyklen zu vollständigen Detektordaten zusammengefasst werden und anschließend Bilddaten rekonstruiert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unvollständige Detektordaten aus mehreren Herzzyklen zu unvollständigen Bilddaten rekonstruiert und anschließend zu vollständigen Bilddaten zusammengefasst werden.
Tomographiegerät (1) zur Erzeugung tomographischer Aufnahmen von einem schlagenden Herz eines Patienten, insbesondere Röntgen-CT-Aufnahmen, mit Mitteln zum Scannen eines Patienten, vorzugsweise mindestens einem Röntgenröhren/Detektor-System (2, 3), und Mitteln, vorzugsweise einer Recheneinheit (9) mit Programmen oder Programm-Modulen (Prg₁–Prg_n), zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Aufnahmen aus Detektordaten eines Teils der Herzphase aus einem oder mehreren Herzschlägen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Druckpulserfassung (11) mit dem Mittel zur Rekonstruktion dreidimensionaler Aufnahmen des schlagenden Herzen verbunden ist, wobei aus dem Druckpuls die Herzphase berechnet wird.
Röntgen-Computertomographiegerät gemäß dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Druckpulserfassung (11) mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Röhrenstroms der Röntgenröhre verbunden ist und Mittel, vorzugsweise Programm-Mittels vorgesehen sind, welche die Größe des Röhrenstroms (Prg_x) durch den Druckpuls triggern.
Tomographiegerät gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Rechen- und Steuereinheit (9) vorgesehen ist, die Programme (Prg_x) aufweist und im Betrieb abarbeitet, welche die Schritte mindestens einer der voranstehenden Verfahrensansprüche ausführt.