DE102005041626A1

DE102005041626A1 - Verfahren und System zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten unter Verwendung von Kontrastmittelinjektionen

Info

Publication number: DE102005041626A1
Application number: DE102005041626A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Haras; Andreas Dr. Mahnken; Annabella Dr. Rauscher
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US7672711B2; US20070066892A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten (7) mit einem tomographischen System (1) unter Verwendung von Kontrastmittelinjektionen, wobei dem Patienten (7) zunächst ein definierter Testbolus (13) injiziert wird, während in mindestens einer Scan-Ebene der zeitliche Konzentrationsverlauf (14) des Kontrastmittels in mindestens einem vorbestimmten Körperbereich bestimmt wird, aus dem gemessenen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration (14) in Relation zum Verlauf der Testbolusinjektion (13) die Funktionsparameter eines Vorhersagemodells bestimmt werden, das den Zusammenhang zwischen dem Verlauf einer Kontrastmittelinjektion (17) mit dem zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration (16) im vorbestimmten Körperbereich abbildet oder zumindest annähert. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden nach der Angabe eines gewünschten Kontrastes (15) im vorbestimmten Körperbereich automatisch der hierfür notwendige Verlauf einer Kontrastmittelinjektion (17) in zeitlicher Relation zum Scan berechnet, und der Start des tomographischen Scans (t¶s¶) und der Start der Kontrastmittelinjektion (t¶1¶) und deren Verlauf (17) erfolgen automatisch und zeitlich aufeinander abgestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten mit einem tomographischen System unter Verwendung von Kontrastmittelinjektionen, wobei dem Patienten zunächst ein definierter Testbolus injiziert wird, während in mindestens einer Ebene der zeitliche Konzentrationsverlauf des Kontrastmittels in mindestens einem vorbestimmten Körperbereich bestimmt wird, aus dem gemessenen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration in Relation zum Verlauf der Testbolusinjektion die Funktionsparameter eines Vorhersagemodells bestimmt werden, das den Zusammenhang zwischen dem Verlauf einer Kontrastmittelinjektion mit dem zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration im vorbestimmten Körperbereich abbildet oder zumindest annähert.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein medizinisches System zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten unter Verwendung einer Kontrastmittelinjektion, mit mindestens einem Aufnahmesystem mit Detektor, einem steuerbaren Kontrastmittelinjektor, und einer Rechen- und Steuereinheit mit gespeicherten Computerprogrammen, die im Betrieb das Aufnahmesystem und den Kontrastmittelinjektor steuern und die tomographischen Bilder berechnen.

Bei tomographischen Verfahren, insbesondere im Bereich der Computertomographie oder NMR-Tomographie, ist es zur Darstellung bestimmter Körperregionen, wegen der dort auftretenden geringen Kontraste, in der Darstellung vorteilhaft, Kontrastmittel zu applizieren und damit ein kontrastreicheres Bild dieser Körperregionen zu erhalten. Kontrastmittel haben jedoch meist den Nachteil, dass sie biologisch unverträglich sind und daher deren Dosis möglichst gering gehalten werden soll. Aufgrund der biologischen Variabilität der untersuchten Körper ist jedoch keine ausreichend genaue und allgemein gültige Aussage darüber zu treffen, wie sich der Konzentrationsverlauf einer bestimmten Kontrastmittelgabe an einem beobachteten Ort im Körper zeitlich entwickelt. Es muss also bei jedem untersuchten Körper auf der Grundlage einer Testinjektion eines Kontrastmittels oder Testbolusgabe deren Wirkung, insbesondere der darauf folgende zeitliche Verlauf der Konzentrationswerte am Ort des Interesses im zu untersuchenden Körper, beobachtet werden.

Bei der Anwendung im Zusammenhang mit einer CT-Untersuchung wird dabei über einen bestimmten Zeitraum nach der Testbolusinjektion und unter Nutzung möglichst geringer Strahlungsdosen die Konzentration mittelbar über die dort entstehenden Änderungen der HU-Werte gemessen. Da nur die bildgebende Wirkung des Kontrastmittels interessiert und ein linearer Zusammenhang zwischen bildgebender Wirkung und Konzentration des Kontrastmittels besteht, bleibt eine Aussage über die absolute Konzentration des Kontrastmittels offen und nebensächlich. Auch das Auflösungsvermögen der Bilder einer solchen Testuntersuchung bleibt gering.

Bekannt ist, auf der Basis der Kenntnis der Wirkung einer solchen Testbolusgabe und der Annahme eines linearen Ursache/Wirkung-Zusammenhangs die Wirkung einer richtigen oder vorgesehenen Kontrastmittelgabe vorauszuberechnen und damit die Dosis an Kontrastmittel zu ermitteln, die zur Erzielung eines ausreichenden Bildkontrastes bei einer tomographischen Untersuchung notwendig ist. Bei dem bekannten Verfahren beschränkt sich die Berechenbarkeit allerdings auf einen Zeitraum, der äquivalent zu der vorhergehenden Messung einer Testbolusgabe ist. Es können in dieser Zeitspanne zwar Werte interpoliert werden, jedoch ist eine Extrapolation über den Testzeitraum hinaus, und zwar in beide Zeitrichtungen, nur sehr begrenzt möglich. Musste aus irgendwelchen Gründen die Testmessung zeitlich beschränkt werden, so ist bis jetzt auch der weitgehend als gesichert anzunehmende Vorhersagezeitraum entsprechend beschränkt.

Auf die nicht vorveröffentlichten Patentanmeldungen mit Aktenzeichen DE 10 2005 006 659.3 und 10 2005 006 657.7 wird ausdrücklich verwiesen und deren Offenbarungsgehalt bezüglich der Vorausberechnung eines benötigten Kontrastmittelflusses auf der Basis einer bekannten Ursache/Wirkung-Beziehung eines zuvor verabreichten Testbolus zur Erreichung eines gewünschten Kontrastes in einer beobachteten Region eines untersuchten Patienten, insbesondere der dort dargestellten Berechnungsformeln, wird in diese Anmeldung übernommen.

Auch in den zuvor zitierten Anmeldungen wird nur offenbart wie die Berechnung einer notwendigen Kontrastmittelgabe erfolgen kann. Das Zusammenwirken des Berechnungsverfahrens mit der Planung einer tomographischen Untersuchung ist nicht angegeben. Bekannt ist bisher nur eine manuelle Berechnung und anschließende manuelle Übertragung der berechneten Parameter auf die automatische Steuerung eines Kontrastmittelinjektors. Eine solche Übertragung ist zeitaufwendig und birgt viele Fehlerquellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zu beschreiben, welches eine schnellere und fehlervermeidende Übertragung berechneter Daten zur Kontrastmittelgabe für die Durchführung einer tomographischen Untersuchung ermöglicht.

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

Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, das an sich bekannte Verfahren mit der Vorberechnung von notwendigen Kontrastmittelgaben bei tomographischen Untersuchungen auf der Basis von zuvor angegebenen notwendigen Kontrasten wesentlich schneller und sicher angewendet werden kann, wenn einerseits eine automatische Berechnung eines notwendigen Kontrastmittelflusses stattfindet und andererseits die in der Berechnung sich ergebenden Parameter für den Kontrastmittelfluss automatisch in die Durchführung der tomographischen Untersuchung mit einbezogen werden, wobei auch die zeitliche Abstimmung bezüglich des Startes des tomographischen Scans und des Startes der Kontrastmittelinjektion und deren Verlauf automatisch erfolgt.

Entsprechend dieser Erkenntnis schlagen die Erfinder eine Verbesserung des an sich bekannten Verfahrens zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten mit einem tomographischen System unter Verwendung von Kontrastmittelinjektionen vor, wobei dem Patienten zunächst ein definierter Testbolus injiziert wird, während in mindestens einer Ebene der zeitliche Konzentrationsverlauf des Kontrastmittels in mindestens einem vorbestimmten Körperbereich bestimmt wird und aus dem gemessenen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration in Relation zum Verlauf der Testbolusinjektion die Funktionsparameter eines Vorhersagemodells bestimmt werden, das den Zusammenhang zwischen dem Verlauf einer Kontrastmittelinjektion mit dem zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration im vorbestimmten Körperbereich abbildet oder zumindest annähert. Die Verbesserung des Verfahrens liegt darin, dass nach der Angabe eines gewünschten Kontrastes im vorbestimmten Körperbereich automatisch der hierfür notwendige Verlauf einer Kontrastmittelinjektion in Relation zum Scan berechnet wird und der Start des tomographischen Scans und der Start der Kontrastmittelinjektion und deren Verlauf zeitlich aufeinander abgestimmt automatisch erfolgt.

Unter Kontrast wird im Sinne dieser Anmeldung der Kontrast in der bildlichen Darstellung der tomographischen Aufnahme verstanden, der in direkter Relation zur Kontrastmittelkonzentration im Körper steht.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die Funktionsparameter, vorzugsweise in Verbindung mit dem verwendeten Vorhersagemodell, aus der Testbolusinjektion patien tenspezifisch abgespeichert, so dass die einmal gemessenen Werte auch für spätere Untersuchungen zur Verfügung stehen.

Neben der Abspeicherung der Funktionsparameter aus der Testbolusinjektion können auch der Verlauf der Testbolusinjektion und der Konzentrationsverlauf des Kontrastmittels mit Bezeichnung des Injektionsortes und des Messortes patientenspezifisch abgespeichert werden.

Zur Verbesserung einer späteren Untersuchung können die durch die Testbolusinjektion ermittelten Funktionsparameter durch die während der eigentlichen Kontrastmittelinjektion ermittelten Kontrastdaten zusätzlich korrigiert werden. Hierdurch wird für weitere Untersuchungen eine zusätzliche Sicherheit geschaffen, wobei die korrigierten Funktionsparameter, vorzugsweise in Verbindung mit dem verwendeten Vorhersagemodell, ebenfalls patientenspezifisch abgespeichert werden können.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schlagen die Erfinder vor, dass der Kontrastverlauf aufgrund einer Testbolusinjektion an mehreren Körperbereichen der gleichen Scanebene oder unterschiedlicher Scanebenen bestimmt wird und der optimale Kontrastmittelverlauf für die mehreren Körperregionen bestimmt wird. Hierdurch kann durch die Gabe einer einzigen Testbolusinjektion gleichzeitig für mehrere zu untersuchenden Körperregionen der daraus resultierende Kontrastmittelverlauf bestimmt werden, so dass mit einer einmaligen, jedoch für alle zu untersuchenden Körperregionen ausreichenden Kontrastmittelgabe die gesamte Untersuchung durchzuführen ist. Des weiteren kann es notwendig sein, je nach untersuchten Körperregionen, eine zeitliche Verlängerung der Kontrastmittelgabe vorzunehmen, um für alle untersuchten Körperregionen während der Scanzeit einen ausreichenden Bildkontrast zu erreichen. Insgesamt kann dieses Verfahren bezüglich der verwendeten Gesamtmenge an Kontrastmitteln wesentlich günstiger sein als eine abgestaffelte Untersuchung, bei der die einzelnen Regionen zeitlich hintereinander unter jeweils individuell optimaler Kontrastmittelgabe untersucht werden.

Im Falle einer CT-Untersuchung können die mehreren Scanebenen beispielsweise dadurch gleichzeitig untersucht werden, dass ein CT-System mit einem zweifachen oder dreifachen Röntgenröhren-Detektor-System verwendet wird, wobei hier das Röntgenröhren-Detektor-System für die Testbolusuntersuchung eine eigene Scanebene abtastet.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass zur Berechnung des optimalen Kontrastmittelverlaufs Mindestwerte für den zu erreichenden Kontrast definiert werden und ein Kontrastmittelverlauf bestimmt wird, der in allen betrachteten Körperregionen diese Mindestwerte erfüllt. Außerdem wird vorgeschlagen, dass zur Berechnung des optimalen Kontrastmittelverlaufs Mindestwerte für die Dauer des zu erreichenden Kontrastes definiert werden und ein Kontrastmittelverlauf bestimmt wird, der in allen betrachteten Körperregionen diese zeitlichen Mindestwerte erfüllt.

Zusätzlich kann ein Vorhersagemodel verwendet werden, welches hämodynamische Parameter, vorzugsweise das Herzzeitvolumen, enthält und diese mit der Testbolusinjektion und/oder der Kontrastmittelinjektion während des Untersuchungsscans bestimmt und dem Operateur ausgegeben werden. Auf diese Weise können zusätzliche nützliche Informationen über den Patienten ohne zusätzliche weitere Untersuchung gewonnen werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Verbindung mit einer CT-Untersuchung, einer PET-Untersuchung oder einer NMR-Untersuchung angewendet werden kann.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, zur Vermeidung späterer Doppeluntersuchungen und unnötiger Belastungen des Patienten, dass die patientenspezifischen Daten, insbesondere in Bezug auf die Testbolusinjektion und/oder Kontrastmittelinjektion, auf einer patienteneigenen Chipkarte gespeichert werden. Hierdurch ist es möglich, dass der Patient auch bei einem örtlichen Wechsel der Untersuchung die einmal gewonnenen Daten auch in anderen Untersuchungen nutzen kann. Beispielsweise ist es hierdurch möglich, auf eine weitere Testbolusinjektion bei einer weiteren Untersuchung mit Kontrastmittel zu verzichten.

Zur Sicherheit für den Patienten und in Kenntnis der toxischen Wirkung des Kontrastmittels bei zu hoher Dosis wird außerdem vorgeschlagen, dass unmittelbar oder mittelbar eine Obergrenze für den maximalen Kontrastmittelfluß und/oder die applizierte Kontrastmittelmenge vorgegeben wird, die bei der automatischen Berechnung und/oder bei der Verabreichung des Kontrastmittels nicht überschritten werden darf. Auf diese Weise wird vermieden, dass durch eventuelle Fehler im Berechnungssystem oder Verwendung eines ungünstigen mathematischen Modells und die sehr automatisierte Übertragung der verwendeten Injektionsparameter lebensbedrohliche Zustände für den Patienten auftreten können. Die Obergrenze für den maximalen Kontrastmittelfluss oder die applizierte Kontrastmittelmenge kann beispielsweise auf der Basis von vorliegenden oder notwendigerweise einzugebenden Patientendaten, vorzugsweise der Größe und/oder des Gewichtes des Patienten, ermittelt werden.

Ein weiterer Sicherheitsaspekt bei der Untersuchung kann dadurch erreicht werden, dass während des Scans oder zumindest während der Kontrastmittelgabe die Pulsfrequenz des Patienten gemessen wird und bei Erreichen einer Maximalfrequenz die Kontrastmittelzufuhr automatisch und vorrangig gestoppt wird. Auch hierdurch kann eine mögliche Unverträglichkeitsreaktion rechtzeitig und sicher vermieden oder zumindestens gemildert werden. Auch diese Maximalfrequenz kann auf der Basis von vorliegenden oder notwendigerweise einzugebenden Patientendaten, vorzugsweise dem Alter, der Größe und dem Gewicht des Patienten, ermittelt werden.

Entsprechend dem oben geschilderten erfindungsgemäßen Verfahren schlagen die Erfinder auch die Weiterentwicklung eines medizinischen System zur Erstellung tomographischer Darstel lungen eines Patienten unter Verwendung einer Kontrastmittelinjektion, mit mindestens einem Aufnahmesystem mit Detektor, einem steuerbaren Kontrastmittelinjektor und einer Rechen- und Steuereinheit mit gespeicherten Computerprogrammen, die im Betrieb das Aufnahmesystem und den Kontrastmittelinjektor steuern und die tomographischen Bilder berechnen, dahingehend vor, dass Computer-Programme gespeichert sind und im Betrieb ausgeführt werden, die die Verfahrensschritte des oben geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrens nachbilden.

Bei diesem medizinischen System kann beispielsweise der Kontrastmittelinjektor eine eigenständige programmgesteuerte Einheit darstellen, die einen Speicher zur Aufnahme von Injektionsparametern enthält und die Injektionsparameter von der Rechen- und Steuereinheit automatisch übergeben werden.

In einer anderen Variante kann das medizinische System so ausgestaltet werden, dass der Kontrastmittelinjektor eine Steuerverbindung zur Rechen- und Steuereinheit des tomographischen Systems aufweist und durch diese er direkt gesteuert wird.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das medizinische System ein Kartenlese- und/oder Kartenschreibgerät zur Übertragung und Speicherung patientenspezifischer Daten aufweist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind und folgende Bezugszeichen verwendet werden: 1: CT-System; 2: Röntgenröhre; 3: Detektor; 4: Systemachse/z-Achse; 5: Gantrygehäuse; 6: verfahrbare Patientenliege; 7: Patient; 8: Steuerleitung der Kontrastmittelinjektionsvorrichtung; 9: Steuer- und Recheneinheit; 10: Steuer- und Datenleitung der Gantry; 11: Kontrastmittelinjektionsvorrichtung; 12: Kontrastmittelzugang; 13: Flussverlauf des Testbolus; 14: Kontrastreaktion auf den Testbolus; 15: notwendiger Kontrastbereich, Vorhersage; 16: Kontrastverlauf; 17: Kontrastmittel-Flussverlauf; 101 bis 110; Verfahrensschritte; F: Flussrate des Kontrastmittels; HU: Hounsfield-Einheiten; Prg₁–Prg_n: Computer-Programme; t₀: Start der Kontrastmittelinjektion; t₁: Ende der Kontrastmittelinjektion; t_S: Start des Scans; t_E: Ende des Scans; t: Zeit.

Es zeigen im Einzelnen:
1 erfindungsgemäßes CT-System,
2 Gegenüberstellung von Testbolusinjektion und Kontrastantwort im CT-Bild,
3 berechneter Kontrastmittelfluss für die Untersuchung mit gegenüber gestelltem Kontrastverlauf im CT-Bild, und
4 beispielhaftes Flussschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes CT-System 1, mit einem Gantrygehäuse 5, in dem sich eine Röntgenröhre 2 mit gegenüberliegendem Detektor 3 auf einer rotierenden Gantry befestigt befindet. Die Röntgenröhre 2 und der Detektor 3 rotieren um eine Systemachse 4, während ein Patient 7 kontinuierlich entlang der Systemachse 4 mit Hilfe einer verschiebbaren Patientenliege 6 verschoben wird und somit ein spiralförmiger Scan des Patienten 7 durchgeführt wird. Am Patienten 7 ist ein Kontrastmittelzugang 12 gelegt, der über eine steuerbare Kontrastmittelinjektionsvorrichtung 11 mit einem vorbestimmten Kontrastmittelfluss versorgt wird. Von diesem Zugang des Patienten 7 aus, verteilt sich das Kontrastmittel im Blutkreislauf des Patienten und wird auch an die für die Untersuchung wesentlichen Region verteilt, wo im CT-Bild eine entsprechende Kontrasterhöhung hervorgerufen wird und damit die Beurteilung des CT-Bildes wesentlich verbessert wird. Die Steuerung der Kontrastmittelinjektionsvorrichtung 11 erfolgt über eine Steuerleitung 8 und die Steuerung des CT-Systems erfolgt über die Steuer- und Datenleitung 10 durch eine Steuer- und Recheneinheit 9. In dieser Steuer- und Recheneinheit 9 befindet sich unter anderem ausreichender Speicherplatz zur Aufnahme von Computer-Programmen Prg₁ bis Prg_n, welche für die Steuerung des CT-Systems und die anschließende Datenauswertung verwendet werden.
In der 2 sind auf zwei übereinander angeordneten Koordinatensystemen eine Testbolusinjektion und die darauf folgende Kontrastreaktion in einem CT-Bild beispielhaft dargestellt. In beiden Koordinatensystemen ist auf der Abszisse die Zeitachse t aufgetragen, während das obere Koordinatensystem auf der Ordinate die Flussrate F_T darstellt und im unteren Koordinatensystem die Hounsfield-Einheiten HU auf der Ordinate aufgetragen sind. Zum Zeitpunkt t₀ wird ein Testbolus 13 injiziert, welcher eine kleine Menge Kontrastmittel in den Blutkreislauf des Patienten mit einer definierten Flussrate über eine bestimmte Zeit appliziert. Im darunter liegenden Koordinatensystem zeigt sich nach einer gewissen Verzögerung ein Ansteigen des Kontrastes, wobei der Kontrastmittelverlauf 14 als Wirkung zum injizierten Testbolus 13 dargestellt ist. Aufgrund des funktionalen Zusammenhangs zwischen der Testbolusinjektion und der danach ermittelten Kontrastreaktion im tomographischen Bild, hier einem CT-Bild, kann, wie es in den beiden eingangs zitierten Patentanmeldungen ausführlich beschrieben ist, eine Vorhersage darüber gemacht werden, wie eine Kontrastmittelinjektion beschaffen sein muss, um einen gewünschten Kontrastverlauf im CT-Bild zu erreichen.
Die 3 zeigt das erfindungsgemäße Vorgehen, wonach zuerst – dargestellten im oberen Koordinatensystem – der gewünschte Kontrastbereich 15 in einem CT-Bild vom Benutzer vorgegeben wird, wobei die Vorgabe sowohl die Stärke des Kontrastes in HU-Einheiten als auch die Zeitdauer mit dem Startzeitpunkt t_s und dem Endzeitpunkt t_e angegeben wird.
Aufgrund des nun bekannten funktionalen Zusammenhangs zwischen einer Kontrastmittelinjektion und der darauf folgenden Kontrastreaktion im CT-Bild ist es nun möglich zu berechnen, wie der Kontrastmittelfluss 17 – dargestellt im unteren Koordinatensystem – aussehen muss, um an der gewünschten Region des Patienten in einem CT-Bild oder einem sonstigen tomographischen Bild einen Kontrastverlauf 16 zu erreichen, der im angegebenen Bereich 15 liegt. Dieser wird entsprechend den funktionalen Zusammenhängen berechnet und erfindungsgemäß die Kontrastmittelinjektionsvorrichtung derart gesteuert, dass ein solcher Kontrastmittelfluss 17 sowohl bezüglich seines Flussverlaufes als auch bezüglich der zeitlichen Koordination zwischen dem Start der Kontrastmittelinjektion t₀ und dem gewünschten Scanstart t_s eingestellt wird. Selbstverständlich ist auch hierin die gewünschte zeitliche Koordination zwischen dem Scanende t_e und dem Ende des Kontrastmittelflusses t₁ in dieser Vorausberechnung enthalten.
Ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Fliessschema der 4 dargestellt, wobei hier eine beispielhafte Variante gewählt ist, in der die Antwort des Testbolusinjektion an zwei verschiedenen Körperstellen untersucht wird und anschließend eine optimale Kontrastmittelinjektion automatisch gewählt wird.
Mit dem Verfahrensschritt 101 gibt der Operateur den Startbefehl zum Beginn der Prozedur der Testbolusinjektion, wobei er selbstverständlich zuvor dem System mitgeteilt haben muss, an welchen Körperregionen das Ergebnis der Testbolusinjektion beobachtet werden soll. Liegen diese unterschiedlichen Körperregionen im Bereich eines einzigen Scanschnittes, so besteht die Möglichkeit, mit einem einzigen Röhren-/Detektorsystem und einem in z-Richtung schmalen Detektor die Ergebnisse der Testbolusinjektion zu verfolgen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein CT-Sytem zu verwenden, welches über mehrere Röhren-/Detektorsysteme verfügt, die auf unterschiedlichen Schnittebenen eingestellt werden können, oder es besteht alternativ auch die Möglichkeit, ein Röhren-/Detektor system mit einem in z-Richtung sehr breiten Detektor zu verwenden, bei dem durch variable Schlitzblenden beispielsweise zwei weiter voneinander entfernte Schnittebenen beobachtet werden, so dass auch Körperregionen in unterschiedlichen Schnitten betrachtet werden können.
Nachdem diese Vorarbeiten abgeschlossen sind und der Operateur den Beginn der Testprozedur im Schritt 101 eingeleitet hat, erfolgt der automatische Start der Testbolusinjektion durch das CT-Sytem im Schritt 102, wobei parallel nebeneinander im Schritt 103 und im Schritt 105 die beiden betrachteten Regionen beobachtet werden und die Reaktion der Testbolusinjektion in diesen Körperregionen in Bezug auf die Veränderung eines Kontrastes und deren zeitlicher Verlauf registriert werden. Anschließend erfolgt in den parallelen Schritten 104 und 106 die Auswertung, wobei für jede beobachtete Körperregion ein optimaler Verlauf einer Kontrastmittelinjektion vorausberechnet wird. Im Schritt 107 erfolgt ein Vergleich dieser beiden notwendigen Kontrastmittelinjektionen zur Erreichung des erwünschten Ergebnisses, wobei es nun möglich ist, die separat berechneten Kontrastmittelinjektionen so aufeinander abzustimmen, dass mit einer einzigen Kontrastmittelinjektion, die jeweils die Mindestmengen der beiden vorausberechneten Varianten enthält.
Anschließend erfolgt der automatische Start der Kontrastmittelinjektion mit automatischem zeitversetzten Start des CT-Scans, wobei in den Schritten 108 und 109 die Auswertung der Bildergebnisse im gewünschten Untersuchungsbereich stattfindet und im Schritt 110 auch zusätzliche hämodynamische Werte ermittelt werden können. Die können beispielsweise aus den Testbolusinjektionen stammen, die gegebenenfalls auf der Basis der später folgenden Kontrastmittelinjektion nochmals korrigiert werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um das Herzzeitvolumen handeln, welches aus dem funktionalen Zusammenhang zwischen der Kontrastmittelinjektion und der Kontrastmittelreaktion in der CT-Aufnahme ermittelt werden kann.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es also möglich, den optimalen, genauer gesagt den optimal niedrigen, Kontrastmittelverbrauch herauszufinden und gleichzeitig auf sichere Weise eine gute Bildqualität zu erreichen, wobei hier die Patientenbelastung minimal ist. Diese Berechnung kann patientenspezifisch erfolgen und gegebenenfalls besteht sogar die Möglichkeit aufgrund von vorhergehenden Untersuchungen auf eine Testbolusinjektion zu verzichten. Des weiteren ist die Arbeitsbelastung für den Operateur wesentlich geringer, da die Berechnung und Planung automatisch erfolgt, wodurch insgesamt die Untersuchung wesentlich schneller erfolgen kann und es wird dafür Sorge getragen, dass eine Fehlbedienung im Zusammenhang mit der Kontrastmittelinjektion weitgehend vermieden wird.
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 Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten (7) mit einem tomographischen System (1) unter Verwendung von Kontrastmittelinjektionen, wobei 1.1. dem Patienten (7) zunächst ein definierter Testbolus (13) injiziert wird, während in mindestens einer Scan-Ebene der zeitliche Konzentrationsverlauf (14) des Kontrastmittels in mindestens einem vorbestimmten Körperbereich bestimmt wird, 1.2. aus dem gemessenen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration (14) in Relation zum Verlauf der Testbolusinjektion (13) die Funktionsparameter eines Vorhersagemodells bestimmt werden, das den Zusammenhang zwischen dem Verlauf einer Kontrastmittelinjektion ((17) mit dem zeitlichen Verlauf der Kontrastmittelkonzentration (16) im vorbestimmten Körperbereich abbildet oder zumindest annähert, dadurch gekennzeichnet, dass 1.3. nach der Angabe eines gewünschten Kontrastes (15) im vorbestimmten Körperbereich automatisch der hierfür notwendige Verlauf einer Kontrastmittelinjektion (17) in zeitlicher Relation zum Scan berechnet wird, und 1.4. der Start des tomographischen Scans (t_s) und der Start der Kontrastmittelinjektion (t₁) und deren Verlauf (17) zeitlich aufeinander abgestimmt automatisch erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsparameter, vorzugsweise in Verbindung mit dem verwendeten Vorhersagemodell, aus der Testbolusinjektion (13) patientenspezifisch gespeichert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Testbolusinjektion (13) und der Konzentrationsverlauf des Kontrastmittels (17) mit Be zeichnung des Injektionsortes und des Messortes patientenspezifisch gespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Testbolusinjektion (13) ermittelten Funktionsparameter durch die während der eigentlichen Kontrastmittelinjektion (17) ermittelten Kontrastdaten korrigiert werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierten Funktionsparameter, vorzugsweise in Verbindung mit dem verwendeten Vorhersagemodell, patientenspezifisch gespeichert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastverlauf (14) aufgrund einer Testbolusinjektion (13) an mehreren Körperbereichen einer Scanebene bestimmt wird und der optimale Verlauf der Kontrastmittelinjektion (17) für die mehreren Körperregionen bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastverlauf aufgrund einer Testbolusinjektion an mehreren Körperbereichen unterschiedlicher Scanebenen bestimmt wird und der optimale Kontrastmittelverlauf (17) für die mehreren Körperregionen bestimmt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer CT-Untersuchung die mehreren Scanebenen durch jeweils ein zum anderen winkelversetztes Röntgenröhren-Detektor-System gescannt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des optimalen Kontrastmittelverlaufs (17) Mindestwerte für den zu erreichenden Kontrast definiert werden und ein Kontrastmittelverlauf bestimmt wird, der in allen betrachteten Körperregionen diese Mindestwerte erfüllt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des optimalen Kontrastmittelverlaufs Mindestwerte für die Dauer des zu erreichenden Kontrastes (t_s–t_e) definiert werden und ein Kontrastmittelverlauf (17) bestimmt wird, der in allen betrachteten Körperregionen diese zeitlichen Mindestwerte erfüllt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhersagemodel hämodynamische Parameter, vorzugsweise das Herzzeitvolumen, enthält und diese mit der Testbolusinjektion und/oder der Kontrastmittelinjektion während des Untersuchungsscans bestimmt und dem Operateur ausgegeben werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das tomographische System (1) zumindest eine Röntgenröhre (2) und einen Röntgendetektor (3) enthält.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das tomographische System zumindest einen PET-Detektor enthält.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das tomographische System ein NMR-System enthält.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die patientenspezifischen Daten auf einer patienteneigenen Chipkarte gespeichert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar oder mittelbar eine Obergrenze für den maximalen Kontrastmittelfluß und/oder die applizierte Kontrastmittelmenge vorgegeben wird, die bei der automatischen Berechnung und/oder Verabreichung nicht überschritten wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze auf der Basis von vorliegenden oder notwendigerweise einzugegebenen Patientendaten, vorzugsweise Größe und/oder Gewicht des Patienten, ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass während des Scans oder zumindest während der Kontrastmittelgabe die Pulsfrequenz gemessen wird und bei Erreichen einer Maximalfrequenz die Kontrastmittelzufuhr automatisch und vorrangig gestoppt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalfrequenz auf der Basis von vorliegenden oder notwendigerweise einzugegebenen Patientendaten, vorzugsweise dem Alter und/oder Größe und/oder Gewicht des Patienten, ermittelt wird.
Medizinisches System (1) zur Erstellung tomographischer Darstellungen eines Patienten unter Verwendung einer Kontrastmittelinjektion, mit mindestens 20.1. einem Aufnahmesystem mit Detektor (3), 20.2. einem steuerbaren Kontrastmittelinjektor (11), und 20.3. einer Rechen- und Steuereinheit (9) mit gespeicherten Computerprogrammen (Prg₁–Prg_n), die im Betrieb das Aufnahmesystem (2, 3) und den Kontrastmittelinjektor (11) steuern und die tomographischen Bilder berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass 20.4. Computerprogramme (Prg_X) gespeichert sind und im Betrieb ausgeführt werden, die die Verfahrensschritte mindestens eines der voranstehenden Verfahrensansprüche nachbilden.
Medizinisches System gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastmittelinjektor (11) eine eigenständige programmgesteuerte Einheit ist, die einen Speicher zur Aufnahme von Injektionsparametern enthält, die von der Rechen- und Steuereinheit (9) übergeben werden.
Medizinisches System gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastmittelinjektor (11) eine Steuerverbindung zur Rechen- und Steuereinheit (9) aufweist, durch die er gesteuert wird.
Medizinisches System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kartenlese- und/oder Kartenschreibgerät zur Übertragung und Speicherung patientenspezifischer Daten angeschlossen ist.