DE102014203463B3

DE102014203463B3 - Patientenabhängige Optimierung der Kontrastmittelmenge

Info

Publication number: DE102014203463B3
Application number: DE102014203463.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Flohr; Bernhard Schmidt
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN104856717A; CN104856717B; US20150238160A1; US9907529B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge vor einer bildgebenden röntgenbasierten Messung, vorzugsweise Computertomographiemessung, zur Erzeugung von Bilddaten eines Patienten (7), beinhaltend folgende Schritte: a) Bereitstellen von patientenspezifischen Daten, welche zumindest Informationen über ein bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten, b) Ermitteln von zu erwartenden CT-Werten und/oder CNR-Werten eines vorgegebenen Kontrastmittels für zumindest eine interessierende Region (ROI) des Patienten (7) bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen einer Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder einer Bildrekonstruktionseinrichtung (17) zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus Multienergie-Messungen relativ zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert für diese interessierende Region (ROI) bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung (17) in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten, c) Bestimmung jeweils einer relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen, welche zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder Bildrekonstruktionseinrichtung (17) entspricht, d) Anzeige einer optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge, eine Steuer- und Recheneinheit sowie ein Röntgenbildgebungsgerät.
In der medizinischen Diagnostik ist die nicht-invasive Darstellung von inneren Körperstrukturen und Organen mittels Computertomographie (CT) oder anderen Röntgenbildgebungsverfahren ein weit verbreitetes Verfahren. Dabei kann ein hoher Kontrast zwischen Knochen und Weichteilgeweben erzielt werden. Der Kontrast zwischen verschiedenen Weichteilgeweben ist jedoch aufgrund geringer Absorptionsunterschiede nur eingeschränkt zur Diagnostik geeignet. Zur Erhöhung des Kontrastes bestimmter Körperstrukturen beziehungsweise Körperflüssigkeiten werden daher Kontrastmittel appliziert. Diese enthalten Röntgenstrahlung stark absorbierende Elemente, um dadurch einen hohen Bildkontrast zu den umgebenden Geweben mit niedriger Absorption zu erzielen. In der radiologischen Bildgebung mittels Röntgenstrahlung werden heute jodhaltige Kontrastmittel (KM) zur Darstellung von Körperflüssigkeiten, Organen und pathologischen Prozessen verwendet. Aufgrund seiner Absorptionseigenschaften ist Jod aber nicht das optimale Element zur Kontrastanhebung in der Röntgendiagnostik für Röhrenspannungen größer 80 kV. Das trifft besonders für die CT zu, bei der heute Röhrenspannungen bis 140 kV verwendet werden. Im Energiebereich der verwendeten Röntgenstrahlung steigt die Röntgendichte von KM mit der Ordnungszahl des kontrastierenden Elementes an. Die Verwendung von Kontrastmitteln höherer Ordnungszahl ist daher besonders für die CT geeignet, wobei als absorbierende Elemente neben den Lanthaniden, Hafnium, Rhenium, Tantal oder Wolfram eingesetzt werden. Bei der Anwendung jedes dieser KM können jedoch trotz des hohen Sicherheitsprofils unerwünschte Nebenwirkungen auftreten.
Trotzdem basiert der größte Anteil der heute zur Röntgendiagnostik verwendeten Kontrastmittel auf Jod als der röntgenschwächenden Hauptkomponente. Dafür ist die heutige Gerätetechnik optimiert. Bei der Elementauswahl für Kontrastmittel sollte das Element eine möglichst hohe Kernladungszahl aufweisen, da die Röntgenabsorption stark mit der Kernladungszahl ansteigt. Die Auslegung von Röntgengeräten liegt aber nicht einfach darin, dass möglichst weiche Röntgenstrahlung den besten Kontrast zwischen Wasser und dem Kontrastmittel ergibt.
Die Güte der Darstellung beziehungsweise Abgrenzung zweier unterschiedlicher Gewebetypen oder kontrastmittelhaltiger Gewebe von umgebenden kontrastmittelfreiem Gewebe lässt sich quantitativ durch das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) zwischen beiden Gewebetypen beziehungsweise Geweben mit und ohne Kontrastmittel beschreiben. Dieses ergibt sich aus dem CT-Wert (auch als Abschwächungswert oder HU-Wert bezeichnet; HU = Hounsfield Unit) des Kontrastmittel enthaltendes Gewebes sowie dem CT-Wert des benachbarten kontrastmittelfreien Gewebes in Bezug zu dem Bildrauschen in diesem Bereich.
Die in der radiologischen Diagnostik verwendete Röntgenstrahlung ist polychromatisch, d. h. die Wellenlängen und damit die Energien der von einer Röntgenröhre produzierten Photonen sind nicht identisch. Das Energiespektrum oder Photonenspektrum der von einer Anode ausgesandten Röntgenstrahlung wird durch das Anodenmaterial und die verwendete Röhrenspannung vorgegeben. In der CT werden heute fast ausschließlich Wolfram-Anoden verwendet. Innerhalb des durchstrahlten Objektes ändert sich das emittierte Photonenspektrum ständig, da die Absorption von Röntgenstrahlung energieabhängig ist und eine Überlagerung mit gestreuten Photonen auftritt. Diese Zusammenhänge sind komplex und können nicht durch einfache mathematische Zusammenhänge beschrieben werden. So verändert sich das Photonenspektrum beispielsweise in Abhängigkeit vom durchstrahlten Volumen, der Eindringtiefe und der Gewebezusammensetzung. Die Röntgendichte eines KM und damit das Bildsignal wird durch den Schwächungskoeffizienten des kontrastierenden Elementes, dessen lokaler Konzentration, in Kombination mit dem Photonenspektrum am Ort der physikalischen Wechselwirkung bestimmt. Somit ist auch die tatsächlich vorliegende durchstrahlte Dicke des Körpers eines Patienten entsprechend zu berücksichtigen.
Aufgrund der hohen Wechselwirkungswahrscheinlichkeit zwischen niederenergetischen Photonen und Gewebe führen die niederenergetischen Anteile im Photonenspektrum (im Bereich kleiner 50 keV) zwar zu einem Dosiseintrag, tragen aber nur zu einem geringeren Teil zur Bildgenerierung bei. Somit führt die Verwendung von Photonenenergien kleiner 50 keV bei gleicher Strahlendosis zu einer Erhöhung des Bildrauschens. Simulationen zeigen, dass zur Erzielung eines hohen Weichteilkontrastes in der CT unter der Bedingung einer minimalen Dosis Photonenenergien im Bereich zwischen 70 und 140 keV verwendet werden müssen. Im Gegensatz dazu steht die kontrastmittelgestützte CT, bei der Photonenenergien zwischen 35 und 70 keV das höchste CNR-zu-Dosis-Verhältnis liefern. Dieser Gegensatz zwischen nativen und kontrastmittelgestützten CT-Aufnahmen ist auf die spektrale Absorptionscharakteristik von Jod zurückzuführen. Die hohe Absorption von Jod im Bereich von 33 keV bis etwa 70 keV überwiegt dabei den ungünstigen Dosiseffekt niederenergetischer Photonen. Bei Kontrastmitteln mit Elementen höherer Ordnungszahl, wie die Lanthanoide, Hf, Ta oder Re, verschiebt sich der optimale Energiebereich der kontrastmittelgestützten CT zu höheren Energien in den Bereich zwischen 60 und 140 keV und ist damit nahezu identisch zum optimalen Energiebereich für Weichteilkontraste.
Die dem Patienten verabreichte Kontrastmittelmenge hängt von der geplanten Untersuchung und der Anatomie/Physiologie des Patienten ab. Beispielsweise ist eine übliche Dosierung 0,5 g Jod pro kg Körpergewicht bei Untersuchungen der parenchymatösen Bauchorgane. Ziel ist es, eine vom Benutzer gewünschte Kontrasterhöhung in den relevanten Organen zu erreichen, um damit ein bestimmtes Verhältnis aus Kontrast und Bildrauschen (Kontrast-Rauschverhältnis CNR) in den CT-Bildern zu erzeugen. Weil Kontrastmittel unerwünschte Nebenwirkungen haben können, ist Ziel bei vielen CT-Untersuchungen, insbesondere älterer und nierengeschwächter Patienten, die Kontrastmittelmenge für den Patienten zur Erreichung des Untersuchungsziels möglichst zu minimieren.
Nach dem Stand der Technik wird die dem Patienten verabreichte Kontrastmittelmenge im Rahmen eines Kontrastmittelprotokolls abhängig gemacht vom Untersuchungsprotokoll (d. h. der Art bzw. Aufgabenstellung der beabsichtigten Untersuchung z. B. CT-Angiographie, oder Untersuchung parenchymatöser Organe) und von der Anatomie/Physiologie des Patienten (Größe, Gewicht, BMI, Alter etc.). Die wesentlichen Parameter Konzentration, Menge und Flussrate des Kontrastmittels werden – je nach geplanter Untersuchung und abhängig von Patienteneigenschaften wie Größe, Gewicht etc., meistens vom Arzt empirisch festgelegt (z. B. 0,5 g Jod pro kg Körpergewicht bei Untersuchungen der parenchymatösen Organe). Inzwischen gibt es nach dem Stand der Technik auch halb- oder vollautomatische Programme, die die Physiologie und den Kreislauf des Patienten individuell aus Parametern wie Gewicht, Größe, Herzleistung, Auswurfrate des Herzens etc. modellieren, um daraus Empfehlungen für ein Kontrastmittelprotokoll abzuleiten.
In US 2012/0 236 995 A1 wird ein System zum automatischen Ermitteln von Kontrastmittelparametern beschrieben. Die genannten Parameter werden von dem System zur Reduzierung von Kontrastmittelmengen verwendet.
In US 2011/0 313 287 A1 wird eine Kontrastmittelinjektionseinheit beschrieben, in welcher auf Basis eines maximalen CT-Werts, einer Röhrenspannung einer CT-Apparatur und eines beabsichtigten CT-Werts eine Kontrastmittelmenge ermittelt wird.
In US 8 537 969 B2 wird eine Recheneinheit zur Berechnung einer Kontrastmittelmenge auf Basis von Konfigurationsparametern einer bildgebenden Einrichtung beschrieben.
In DE 10 2006 032 991 A1 wird eine Rechnereinheit zur Einstellung einer Spritzenpumpe für ein Kontrastmittel für eine Bildaufnahme beschrieben. Bei der Einstellung der Spritzenpumpe werden patientenspezifische und gerätespezifische Eingangsparameter eingegeben und aus diesen Eingangsparametern rechnerimplementiert mittels eines hinterlegten funktionalen Zusammenhangs ein Kontrastmittelprotokoll erstellt.
Die auf den gleichen Anmelder zurückgehende Offenlegungsschrift DE 10 2005 052 368 A1 offenbart ein Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Darstellungen eines Patienten mit mindestens:

– einer Röntgenröhre zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus Röntgenstrahlen mit einem Energiespektrum zur Abtastung des Patienten,
– einem Detektor zur Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten,
– einer Applikationseinheit für die Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung des Patienten,
– einer Steuer- und Recheneinheit zur Steuerung des Röntgensystems und Erstellung der Röntgendarstellungen des Patienten mit Hilfe von gespeicherten und ausgeführten Computerprogrammen, wobei
– das Röntgensystem eine Möglichkeit zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung aufweist, wobei
– das Röntgensystem ein Auswahlmittel aufweist, welches nach der unmittelbaren oder mittelbaren Angabe der Parameter Untersuchungsvolumen einerseits und Gewebestruktur andererseits zumindest eine Kombination von Kontrastmittel und Energiespektrum der Röntgenstrahlung für die Untersuchung vorgibt, mit der ein optimales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich bei geringster Strahlungsdosis und Kontrastmittelbelastung erreicht wird.

Hier ist das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) als Optimierungsziel definiert damit eine derart optimierte Kombination von Kontrastmittel und Energiespektrum der Röntgenstrahlung erzielt wird. Damit ist aber keine Minimierung einer Kontrastmittelbelastung möglich, da immer auch die Strahlendosis für den Körper des Patienten oder Probanden mit in die Berechnung mit einfließt, die somit ebenfalls kein Minimum erreichen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Aufnahme einer Röntgendarstellung mit Inkorporation von Kontrastmittel im darzustellenden Bereich, als erstes Teilziel die Kontrastmitteldosis, also die Kontrastmittelkonzentration im Körper des Patienten oder Probanden, zu optimieren, vorzugsweise auf einen möglichst niedrigen Wert zu minimieren, wobei ein ausreichend hoher CT-Wert und/oder CNR-Wert des Kontrastmittel enthaltendes Gewebes gewährleistet sein sollte.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9, durch eine Steuer- und Recheneinheit gemäß Patentanspruch 12, sowie durch ein Röntgen-Bildgebungsgerät, beispielsweise ein CT-Gerät, gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Erfindungsgemäß beinhaltet das Verfahren folgende Schritte:
Schritt a): Bereitstellen von patientenspezifischen Daten, welche zumindest Informationen über einen bei einer bildgebenden Messung relevanten zu durchstrahlenden Patientenquerschnitt enthalten.
Schritt b): Ermitteln von zu erwartenden CT-Werten oder CNR-Werten einer vorgegebenen Anzahl Kontrastmittel für zumindest eine interessierende Region (ROI = Region Of Interest) des Patienten, bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen einer Röntgenquellenanordnung und/oder einer Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus Multienergie-Messungen, relativ zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert für diese interessierende Region ROI bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten.
Schritt c): Bestimmung jeweils einer relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge, z. B. in Prozent, für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen der Röntgenquellenanordnung und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung, welche zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels für die interessierende Region (ROI) führen würde, der dem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder Bildrekonstruktionseinrichtung entspricht.
Schritt d): Anzeige einer optimalen z. B. der minimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung.
Da wie oben beschrieben der CNR-Wert ohnehin auf dem CT-Wert beruht, wird im Folgenden nur noch der CT-Wert als Beispiel für beide Möglichkeiten erwähnt. Dies soll die Erfindung aber nicht auf die Berechnung von CT-Werten beschränken.
Zu Schritt a): Diese patientenspezifischen Daten können aus bereits in Voruntersuchungen angefertigten analogen und/oder digitalen Röntgenbildern gewonnen werden, oder aber aus einfachen Foto- oder Videodaten, oder aus einfachen anatomischen Bestimmungen und deren Berechnungen des Patienten, wie z. B. Umfang des Kopfes, Brustkorbes, der Taille, des Bauches, der Hüfte, der Extremitäten, der Gesamtgröße und des Gewichtes und des daraus resultierenden BMI des Patienten, etc.
Zu Schritt b): Die zu erwartenden CT-Werte sind insbesondere mittlere Werte über eine definierte Region beispielsweise einer ROI, also einer zu untersuchenden Region des Patienten. Natürlich können diese CT-Werte nicht nur gemittelte, sondern auch gewichtete CT-Werte sein.
Besonders bevorzugt wird, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für ein einziges KM, z. B. Jod, sondern für eine Mehrzahl ausgesuchter KM eingesetzt wird. Somit kann dann nicht nur die optimale/minimale Menge bzw. Konzentration, sondern auch das hierzu passende KM, z. B. Bromverbindungen, verwendet werden.
Der Begriff „Kandidaten-Einstellungen” kann hier zum einen die Einstellung der Parameter der Röntgenquellenanordnung bedeuten, nämlich vorzugsweise der Röntgenspannung, die mit der Röntgen-Photonenenergie korreliert ist, und/oder des Röntgenstroms, der mit der Röntgendosis linear korreliert ist. Dabei kann die Ermittlung oder Berechnung der CT-Werte für einzelne diskrete Einstellungswerte durchgeführt werden oder es werden die CT-Werte des Kontrastmittels für (nahezu) alle möglichen einstellbaren Werte eines Parameters (z. B. Spannung oder Strom) berechnet, d. h. dass eine (quasi-)kontinuierliche Funktion des relativen CT-Werts in Abhängigkeit vom betreffenden Parameter ermittelt wird.
Zum anderen bedeutet hier der Begriff „Kandidaten-Einstellungen”, dass aus Bilddaten, welche mit unterschiedlichen Röntgenspektren bzw. mittleren Röntgenenergien erstellt wurden, mittels einer Bildrekonstruktionseinrichtung monoenergetische Bilddaten mit bestimmten (Kandidaten-)Parameterwerten erstellt werden. Sofern eine Multienergie-Messung (multi-energy-Messung, insbesondere dual-energy-Messung) durchgeführt wird, können nämlich alternativ oder zusätzlich für die Einstellungen zumindest einer der Röntgenquellen selbst auch die CT-Werte für verschiedene Kandidaten-Einstellungen der Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus den Multienergie-Messungen ermittelt werden. Solche monoenergetischen Bilddaten sind Mischbilder aus Bilddatensätzen, die bei zwei oder mehreren unterschiedlichen Röntgenspannungen bzw. mittlerer Röntgenenergien aufgenommen wurden und die den Bilddaten entsprechen, wie sie bei einer Messung mit einer (virtuellen) Röntgenenergie erzeugt worden wären. Verfahren zur Erzeugung von solchen Mischbildern bzw. monoenergetischen Bildern aus Datensätzen verschiedener Röntgenenergien sind aus den, auf den gleichen Anmelder zurückgehenden, Offenlegungsschriften DE 10 2008 045 633 A1 und DE 10 2011 083 727 A1 bekannt und sind bezüglich der Erzeugung derartiger Mischbilder durch die vorliegende Erfindung vollumfänglich mit inbegriffen, so dass auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.
Als „Referenz-Einstellung” kann prinzipiell ein beliebiger Wert dienen. Vorzugsweise wird als „Referenz-Einstellung” hier aber eine Standard-Einstellung der Röntgenquellen) z. B. auf eine Standard-Röntgenenergie mit einer Standard-Röntgenspannung von z. B. 120 kV verwendet, die dann einen Standard-Referenz-CT-Wert in der ROI von z. B. 200 HU (einer von 4096 Hounsfield-Graustufen-Werten zwischen minus 1024 HU und plus 3071 HU) erzeugt, in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten.
Diese Standard-Röntgenenergie mit einer Standard-Röntgenspannung ist dann bei einer Multienergie-Messung keine reell einstellbare Spannung, sondern eine virtuell erzeugte, insbesondere errechnete, Spannung der Bildrekonstruktionseinrichtung, in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten.
Die Kandidaten-Einstellungen können wie gesagt die Röntgenspannung der Röntgenquelle (bzw. der Röntgenröhre) betreffen, die der Röntgenenergie entspricht. Die Kandidaten-Einstellungen können aber auch alternativ oder zusätzlich den Röntgenstrom betreffen, welcher der Röntgendosis entspricht. Da es sich bei der Röntgenquelle auch um eine Röntgenquelle mit mehreren Röntgenspektren wie z. B. bei einem Dual-/Multi-Energy-Computertomographiegerät oder um mehrere Röntgenquellen, wie z. B. bei einem sog. Dual-Source-Computertomographiegerät, handeln kann, wird hier allgemein der Begriff „Röntgenquellenanordnung” benutzt, so dass damit mindestens eine oder eben mehrere Röntgenquellen gemeint sind, die mit einem oder mehreren Röntgenspektren bzw. einer oder mehreren mittleren Röntgenenergien arbeiten.
Zu Schritt c): Die relative Kandidaten-Kontrastmittelmenge ist dabei diejenige Kandidaten-Kontrastmittelmenge um wieviel % oder welchen Faktor die Kontrastmittelmenge geändert werden könnte, welche zu einem CT-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung entspricht.
Zu Schritt d): Wird die minimale relative Kandidaten-Kontrastmittelmenge angezeigt, dann kann zuvor geprüft werden, ob die zugeordnete Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellenanordnung zulässig ist oder nicht. Falls nicht, dann kann eine zur minimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge nächst liegende relative Kandidaten-Kontrastmittelmenge als optimale relative Kandidaten-Kontrastmittelmenge gewählt werden.
Bei gängigen CT-Kontrastmitteln, wie z. B. Jod, hängt die Röntgenabsorption stark von der Energie der Röntgenstrahlung ab. Mit abnehmender Energie der Röntgenstrahlung nimmt z. B. die Röntgenabsorption von Jod stark zu – damit erhöht sich der CT-Wert (der gemessene Wert der absorbierten Röntgenstrahlung und damit der Grauwert) von blutdurchflossenen Organen im CT-Bild und der Kontrast zu ihrer Umgebung wird größer. Die Energie der Röntgenstrahlung, bei der die Absorption des Kontrastmittels in einer CT-Untersuchung gemessen wird, und die letztendlich bei gegebenem Kontrastmittelprotokoll den CT-Wert des Kontrastmittels und damit den Bildkontrast von blutdurchströmten Organen im CT-Bild bestimmt, lässt sich erfindungsgemäß auf folgende Weisen modifizieren:
Eine erste bevorzugte Lösung lautet: Durch Änderung der bei der CT-Untersuchung verwendeten Röhrenspannung, die in der Regel zwischen 70 und 140 kV liegt und vom Benutzer eingestellt werden kann (z. B. 80 kV, 100 kV, 120 kV, oder 140 kV). Für jede Röhrenspannung ergibt sich eine andere mittlere Energie des Röntgenspektrums.
Eine zweite bevorzugte Lösung lautet: Durch dual-energy CT-Untersuchungen (zwei Röntgenstrahler und zwei Röntgen-Sensor-Arrays) oder spektrale CT-Untersuchungen mit gängigen Techniken wie z. B. Dual Source CT, kV-Switching, Einsatz eines Dual Layer Detektors oder Einsatz eines photonenzählenden Detektors, und Berechnung von monoenergetischen Bildern mit gängigen Techniken, z. B. Zweimaterial-Zerlegung in die Komponenten Kontrastmittel (z. B. Jod) und Weichteilgewebe. Je nach Energie der berechneten monoenergetischen CT-Bilder ändert sich der CT-Wert des Kontrastmittels in diesen Bildern, bei Jod z. B. nimmt der CT-Wert mit abnehmender Energie der monoenergetischen Bilder stark zu.
Zur ersten bevorzugten Lösung wird vorgeschlagen, zur patientenabhängigen Optimierung/Reduzierung der Kontrastmittelmenge bei einem Standard single-energy CT-Scan für alle oder ausgewählte verfügbare Röhrenspannungen patientenindividuell zu berechnen, wie sich der CT-Wert eines vorgegebenen Kontrastmittels (z. B. Jod) relativ zum CT-Wert dieses Kontrastmittels bei der Referenz-Röhrenspannung des gewählten Referenz-Scanprotokolles ändern würde (ein solches Referenz-Scanprotokoll kann z. B. ein Standard-Abdomenprotokoll bei 120 kV sein). Die Änderung des CT-Wertes beim Übergang von der Referenzspannung zu anderen Röhrenspannungen hängt vom durchstrahlten Patientenquerschnitt ab, der z. B. aus einer der CT-Untersuchung vorangehenden Übersichtsaufnahme (Topogramm) ermittelt werden kann. Ausgehend von dieser z. B. prozentualen Änderung des CT-Wertes des Kontrastmittels beim Übergang von einer Referenz-Röhrenspannung zu anderen Röhrenspannungen wird berechnet, wie die verabreichte Kontrastmittelmenge beim Übergang zu anderen Röhrenspannungen geändert werden kann, um den gleichen Bildkontrast von kontrastmittelgefüllten Organen wie bei einer Untersuchung mit der Referenzspannung zu erhalten. Dies kann wie nachfolgend noch erläutert wird analytisch oder mithilfe empirischer Umrechnungsfaktoren geschehen. Ein Vorschlag für eine Änderung der Kontrastmittelmenge beim Übergang von einer Referenzröhrenspannung zu anderen Röhrenspannungen wird dem Benutzer z. B. auf der Bedienoberfläche des CT-Scanners mitgeteilt.
Zur zweiten bevorzugten Lösung wird vorgeschlagen, zur patientenabhängigen Optimierung/Reduzierung der Kontrastmittelmenge bei einem dual-energy CT-Scan für alle oder ausgewählte verfügbare Energien eines aus den dual-energy Daten berechneten monoenergetischen Bildes patientenindividuell zu berechnen, wie sich der CT-Wert eines vorgegebenen Kontrastmittels (z. B. Jod) relativ zum CT-Wert dieses Kontrastmittels bei der Referenz-Röhrenspannung des gewählten Referenz-Scanprotokolles ändern würde (ein solches Referenz-Scanprotokoll kann z. B. ein Standard-Abdomenprotokoll bei 120 kV sein), oder relativ zu einer wählbaren Referenzenergie (z. B. 70 keV). Ausgehend von dieser z. B. prozentualen Änderung des CT-Wertes des Kontrastmittels beim Übergang zu den einzelnen Energien monoenergetischer Bilder wird berechnet, wie die verabreichte Kontrastmittelmenge geändert werden kann, um den gleichen Bildkontrast von kontrastmittelgefüllten Organen wie bei einer Untersuchung mit der Referenzspannung (oder der Referenzenergie) zu erhalten. Dies kann analytisch oder mithilfe empirischer Umrechnungsfaktoren geschehen. Ein Vorschlag für eine Änderung der Kontrastmittelmenge beim Übergang zu anderen Energien der monoenergetischen Bilder wird dem Benutzer z. B. auf der Bedienoberfläche des CT-Scanners mitgeteilt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens auf:

a) eine Schnittstelle zum Bereitstellen von patientenspezifischen Daten, welche zumindest Informationen über einen bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten,
b) eine CT-Wert-Ermittlungseinheit zur Ermittlung von zu erwartenden CT-Werten eines vorgegebenen Kontrastmittels für zumindest eine interessierende Region des Patienten bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen einer Röntgenquellenanordnung und/oder einer Bildrekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus Multienergie-Messungen relativ zu einem CT-Wert für diese interessierende Region bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten,
c) eine Kontrastmittelmengen-Bestimmungseinheit zur Bestimmung jeweils einer relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen, welche zu einem CT-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder Bildrekonstruktionseinrichtung entspricht,
d) eine Anzeigeeinheit zur Anzeige einer optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung.

Weiterhin schützt die vorliegende Erfindung auch eine Steuer- und Recheneinheit für ein Röntgen-Bildgebungsgerät, beispielsweise ein Computertomographiegerät, arbeitend nach dem oben genannten Verfahren und/oder beinhaltend die oben genannte Vorrichtung.
Weiterhin schützt die vorliegende Erfindung auch ein Röntgen-Bildgebungsgerät, beispielsweise ein Computertomographiegerät, arbeitend nach dem oben genannten Verfahren und/oder beinhaltend die oben genannte Vorrichtung und/oder die oben genannte Steuer- und Recheneinheit.
Insbesondere können wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, z. B. die Schnittstelle, die CT-Wert-Ermittlungseinheit und die Kontrastmittelmengen-Bestimmungseinheit auch in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Die Erfindung umfasst somit auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuer- und Recheneinheit eines Röntgen-Bildgebungsgerät, beispielsweise eines Computertomographiegeräts ladbar ist, mit Programmcode, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuer- und Recheneinheit ausgeführt wird. Die Steuer- und Recheneinheit kann dabei insbesondere auch als System aus mehreren untereinander vernetzten Rechnern bzw. Prozessoren aufgebaut sein. Eine softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon existierende, mit geeigneten programmierbaren Prozessoren und Speichern realisierte Röntgen-Bildgebungsgeräte bzw. Computertomographiegeräte durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfindungsgemäßen Weise zu arbeiten.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können. Ebenso können einzelne Merkmale oder Merkmalsgruppen verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden die patientenspezifischen Daten, welche Informationen über ein bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten, anhand von vorherigen röntgenbasierten (bildgebenden) Messungen, vorzugsweise aus einem Topogramm, des Patienten ermittelt.
Alternativ können eine analoge oder digitale Fotografie oder andere Bilder bzw. Videodaten zur Ermittlung patientenspezifischen Daten herangezogen werden.
Alternativ können auch zuvor gemessene und/oder berechnete patientenspezifische insbesondere anatomische Daten herangezogen werden, wie z. B. Gewicht, Alter, Geschlecht, BMI-Wert, Umfang von Kopf, Brust, Taille, Hüfte, Bauch, Arme, Beine, etc.
Natürlich können auch beliebige Kombinationen der zuvor beschriebenen patientenspezifischen Daten als anatomische Daten herangezogen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellenanordnung und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung eine an einer Röntgenstrahlungsquelle einzustellende Röntgenstrahlungsenergie, d. h. die Röntgenspannung in kV und/oder einen Röntgenstrahlungsenergiewert in keV für die monoenergetischen Bilddaten und/oder die Röntgenstrahlungsdosis, d. h. den Röntgenstrom in A.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ermitteln der zu erwartenden CT-Werte des vorgegebenen Kontrastmittels bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen relativ zu einem CT-Wert bei der Referenz-Einstellung auf Basis von empirisch ermittelten Umrechnungsfaktoren (die dann z. B. in einer Look-Up-Table hinterlegt wurden) und/oder Umrechnungsfunktionen und/oder analytisch. Die zu erwartenden CT-Werte können daher auch aus einer Datenbank als diskrete Werte oder als mathematische Funktion entnommen werden.
Die empirisch ermittelten Umrechnungsfaktoren und/oder Umrechnungsfunktionen basieren insbesondere auf Phantom-Messungen. Derartige Phantom-Messungen können unter Nutzung von KM enthaltenden Normkörpern, z. B. Zylinder oder Würfel durchgeführt werden, oder aber KM enthaltendem Gewebeersatz, wie z. B. Gelatine- oder Silikonmaterial.
Vorzugsweise können dabei eine Vielzahl von Messungen mit unterschiedlichen Phantomen durchgeführt werden, welche jeweils unterschiedliche Modelle für verschiedene Patiententypen (beispielsweise charakterisierte nach Altersgruppe (Erwachsener/Kind), Geschlecht, verschiedene Physiognomien (normal, dick, dünn, muskulös etc.) und/oder verschiedene Untersuchungsprotokolle bzw. Messaufgaben (wie Lungenuntersuchung, Oberschenkeluntersuchung etc.) darstellen. Auf diese Weise kann eine Datenbank mit empirischen Umrechnungsfaktoren aufgebaut werden, oder durch verschiedene mathematische Verfahren (wie Fit-Verfahren und dergleichen) auch Umrechnungsfunktionen ermittelt werden. Fehlende Werte können dabei auch gegebenenfalls interpoliert oder extrapoliert werden. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein automatisches Einstellen der in der erfindungsgemäßen Weise zu der optimalen Kontrastmittelmenge gehörenden bestimmten Röntgenenergien E/keV bzw. Röntgenspannungen U/kV und optional Röntgenströme I/A auf.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein automatisches Abfüllen der Menge des/der bestimmten Kontrastmittels oder der Kontrastmittel-Mischung mit der zuvor bestimmten optimalen Konzentration in einen Applikator auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines röntgenbasierten bildgebenden Geräts bzw. eines Computertomographiegeräts weist neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens folgende Komponenten auf:

– eine Röntgenröhre zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus Röntgenstrahlen mit einem Energiespektrum zur Abtastung des Patienten,
– einen Detektor zur Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten,
– eine Steuer- und Recheneinheit zur Steuerung der Vorrichtung und Erstellung der Röntgendarstellungen des Patienten mit Hilfe von gespeicherten und ausgeführten Computerprogrammen, wobei
– eine Einstelleinrichtung unterschiedliche Betriebsparameter zumindest bezüglich der verwendeten Röntgenenergien E/keV bzw. Röntgenspannungen U/kV (und optional Röntgenströme I/A) aufweist,
– eine Anzeigeeinrichtung, welche nach der unmittelbaren oder mittelbaren Eingabe von Parametern des Patienten (z. B. Untersuchungsvolumen und Gewebestruktur) zumindest eine Kombination von Art des Kontrastmittels oder der Kontrastmittel-Mischung, dessen/deren minimale Konzentration und patientenabhängige benötigte absolute Menge, sowie die zugeordnete Röntgenenergie E/keV bzw. Röntgenspannungen U/kV (und optional Röntgenströme I/A) für die (nachfolgende) Untersuchung anzeigt.

Falls insbesondere ein single-energy-CT-scan mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung vollzogen wird, werden folgende vorteilhafte Weiterbildungen vorgeschlagen:
In einer weiteren Ausbaustufe wird zusätzlich zur geänderten Kontrastmittelmenge bei jeder Röhrenspannung auch ein entsprechend geänderter Röhrenstrom, z. B. zur Beibehaltung gleichen Bildrauschens, berechnet und dem Benutzer mitgeteilt.
In einer weiteren Ausführung wird vom System berechnet, ob unter Berücksichtigung der Leistungsgrenzen bestimmter Scannerkomponenten (z. B. Röntgenröhre oder Spannungsgenerator für die Röntgenspannung) der CT-Scan bei der geänderten Röhrenspannung durchgeführt werden kann.
In einer weiteren Ausführung wird dem Benutzer unter Berücksichtigung der Leistungsgrenzen bestimmter Scannerkomponenten eine Röhrenspannung vorgeschlagen, mit der er die geringstmögliche Kontrastmittelmenge für die geplante Untersuchung und den speziellen Patienten erzielen kann.
Falls insbesondere ein dual-energy-CT-scan mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung vollzogen wird, werden folgende vorteilhafte Weiterbildungen vorgeschlagen:
In einer weiteren Ausführung wird dem Benutzer eine Energie der monoenergetischen Bilder vorgeschlagen, mit der er die geringstmögliche Kontrastmittelmenge für die geplante Untersuchung und den speziellen Patienten erzielen kann.
In einer weiteren Ausführung wird vorgeschlagen, dass zur Minimierung/Optimierung der totalen Kontrastmittelmenge für den Patienten verschiedene Kontrastmittel berücksichtigt werden, und deren zu verabreichende Menge zu Erreichung eines vorgegebenen entsprechenden Kontrastes relativ zu einer Referenz (z. B. Jod CT-Wert bei der Referenz-Röhrenspannung & Referenz-Scanprotokoll) abhängig von der Indikation und der Patientengeometrie (insb. Schwächung) bestimmt wird. Ein entsprechender Vorschlag zum optimalen Kontrastmittel soll dem Benutzer vor dem Scan auf der Bedienoberfläche des CT-Scanners mitgeteilt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügte Figur anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert.
Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Computertomographiegerät (im Folgenden auch CT-System genannt) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, arbeitend mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge.
Bei dem erfindungsgemäßen CT-System kann es sich in seinem Grundaufbau beispielsweise um ein konventionelles CT-System mit einem einzigen Röntgenquellen/Detektor-System (Single-Source-System) handeln, wobei die verwendete Röntgenröhre zumindest die Möglichkeit einer Beeinflussung des Energiespektrums der verwendeten Röntgenstrahlung besitzt. Dies kann beispielsweise durch Steuerung der Beschleunigungsspannung oder das Einlegen von Filtern in den Strahlengang geschehen. Solche Systeme sind allgemein bekannt.
Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass grundsätzlich jegliche bekannte CT-Systeme, welche über die Möglichkeit einer Beeinflussung des verwendeten Energiespektrums der Röntgen- oder Bremsstrahlung verfügen, erfindungsgemäß angepasst werden kann.
Beispielhaft kann auch ein Dual-Source-System verwendet werden, wie es in der Figur dargestellt ist, oder sogar ein System mit mehr als zwei Röntgenquellen. Ein solches Dual-Source-CT-System 1 verfügt über eine erste Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden Detektor 3 und eine zweite Röntgenröhre 4 mit einem weiteren gegenüberliegenden Detektor 5. Beide Röntgenquellen/Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 sind in einem Gantrygehäuse 6 auf einer, um eine Systemachse 9 rotierenden und hier nicht sichtbar dargestellten net. Der Patient 7 befindet sich auf einer längsverschiebbaren Patientenliege 8, die zur Abtastung des Patienten 7 während der Rotation der Röntgenquellen/Detektor-Systeme kontinuierlich oder schrittweise durch eine Öffnung im Gantrygehäuse 6 geschoben wird. Hierdurch wird der Patient 7 spiralförmig oder mehrfach kreisförmig abgetastet.
Vor oder während der Abtastung des Patienten 7 wird zur Verbesserung des Kontrastes einer aus den Detektorausgangsdaten rekonstruierten CT-Darstellung dem Patienten 7 ein Kontrastmittel appliziert. Dies kann beispielsweise durch einen Kontrastmittelinjektor 12 geschehen, der das ausgewählte Kontrastmittel mit einem vorgegebenen Fluss, gegebenenfalls auch mit zeitabhängiger Variation, über eine Injektionsleitung 13 in den Patienten 7 injiziert.
Das Kontrastmittel kann zum Beispiel für eine Kardio-Untersuchung so gestaltet sein, dass es sich nach der Injektion (nahezu) ausschließlich in der Blutbahn aufhält, bevor es abgebaut wird. Hierdurch werden eine sehr gute Darstellung der Blutbahnen und entsprechende klinische Bewertungen möglich. Es kann jedoch auch ein Kontrastmittel verwendet werden, welches sich als Tumor-Marker speziell an ein Tumorgewebe anlegt und dieses entsprechend anreichert. Hierdurch wird dieser Tumor bei der CT-Untersuchung stark hervorgehoben und damit leicht diagnostizierbar beziehungsweise in seiner Lage und Ausdehnung bestimmbar. Auch sind zum Beispiel Kombinationen beider zuvor beschriebener Varianten möglich, wobei dann vorzugsweise unterschiedliche kontrastbildende Elemente verwendet werden können, die aufgrund ihres energiespezifisch unterschiedlichen Absorptionsverhaltens getrennt dargestellt werden können.
Die Steuerung des gesamten CT-Systems 1 und gegebenenfalls auch die Auswertung der Detektordaten und Rekonstruktion der CT-Darstellungen als Schnittbilder oder Volumendaten kann durch eine Steuer- und Recheneinheit 10 erfolgen. Zur Rekonstruktion der Bilddaten aus den gemessenen Rohdaten (d. h. aus den mit den Röntgenquellen/Detektor-Systemen 2, 3 und 4, 5 akquirierten Projektionsdaten) besitzt die Steuer- und Recheneinheit 10 insbesondere auch eine Rekonstruktionseinheit 17. Unter anderem kann diese Rekonstruktionseinheit auch so ausgebildet sein, beispielsweise eine spezielle (nicht dargestellte) Bildkombinationseinheit umfassen, um auf Basis von Rohdaten, die mit unterschiedlichen Röntgenenergien akquiriert wurden, und/oder auf Basis von darauf jeweils basierenden Bilddaten für unterschiedliche Röntgenenergien Mischbilder zu erzeugen, welche monoenergetischen Bildern bei einer vorgegebenen (virtuellen) Röntgenenergie entsprechen. Diese Steuer- und Recheneinheit 10 verfügt über einen Speicher 11, in dem neben den gemessenen Detektorausgangsdaten auch Computerprogramme Prg₁–Prg_n gespeichert sind, die im Betrieb ausgeführt werden und im Wesentlichen die Steuerung des Systems und die Auswertung der Daten übernehmen.
Weiterhin wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn das CT-System mit mehreren Rechnersystemen verbunden ist und einzelne Rechenschritte dezentralisiert in anderen Recheneinheiten stattfinden.
Die Verwendung eines Zwei- oder Mehrfach-Röntgenquellen/Detektor-Systems gemäß der Figur bietet diverse Vorteile gegenüber einem konventionellen CT-System. So können beispielsweise unterschiedliche Detektoren mit unterschiedlichen Betriebsarten verwendet werden, falls nicht Detektoren zur Verfügung stehen, die bei gleichem Aufbau in unterschiedliche Betriebsmodi umschaltbar sind. Außerdem kann gleichzeitig mit jedem Röntgenquellen/Detektor-System mit jeweils einem anderen Energiespektrum ein Vorscan oder der eigentliche Scan durchgeführt werden. Ebenso ist eine einfache gleichzeitige Aufnahme mehrerer Topogramme zur Bestimmung der Patientendimensionen möglich, wodurch eine spätere optimale Auswahl der richtigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination erleichtert wird.
Die Steuer- und Recheneinheit 10 beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung 14 zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge, insbesondere arbeitend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Vorrichtung 14 beinhaltet eine Schnittstelle 15 zum Bereitstellen von Patientendaten, z. B. über einen zu durchstrahlenden Patientenquerschnitt, der die zu untersuchende ROI enthält. Diese Schnittstelle 15 kann eine einfache Schnittstelle zur Übernahme der fertigen Daten sein aber auch beispielsweise ein Softwaremodul, welches ein zuvor erstelltes Topogramm des aktuellen Patienten übernimmt und auswertet und dabei den in der nachfolgenden Untersuchung zu durchstrahlenden Patientenquerschnitt ermittelt.
Diese Patientendaten bzw. der Patientenquerschnitt werden dann an eine CT-Wert-Ermittlungseinheit 16 der Vorrichtung 14 weitergegeben, zur Ermittlung von zu erwartenden CT-Werten eines Kontrastmittels bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen der Röntgenquellen, relativ zu einem CT-Wert bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellen, z. B. 120 kV, in Abhängigkeit der Patientendaten.
Alternativ oder zusätzlich kann die CT-Wert-Ermittlungseinheit 16 so ausgebildet sein, dass sie in Abhängigkeit von den Patientendaten bzw. dem Patientenquerschnitt die zu erwartenden CT-Werte ermittelt, wenn die Bildrekonstruktionseinrichtung 17 für verschiedene Kandidaten-Einstellungen, d. h. für verschiedene virtuelle Energien, monoenergetische Bilddaten aus vorhergehenden Multienergie-Messungen rekonstruiert, relativ zu einem CT-Wert für diese ROI bei einer Referenz-Einstellung, z. B. 70 kV und 140 kV.
Diese Informationen über die relative Veränderung der CT-Werte für verschiedene Kandidaten-Einstellungen, insbesondere hier „echte” oder „virtuelle” Kandidaten-Röntgenenergiewerte, werden dann an eine Kontrastmittelmengen-Bestimmungseinheit 18 der Vorrichtung 14 übergeben, welche jeweils eine relative Kandidaten-Kontrastmittelmenge für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen bestimmt, die zu einem CT-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellen entspricht.
Beispielsweise wird hier ermittelt, dass bei einer Verwendung einer „echten” oder „virtuellen” Röntgenenergie von 40 keV, entsprechend einer Röhrenspannung von 70 kV, anstatt der in den meisten Fällen verwendeten Energie von 70 keV, entsprechend einer Röhrenspannung von 120 kV (welche in diesem Fall auch den Referenzwert darstellt) die Kontrastmittelmenge um 30% herabgesetzt werden kann.
Sofern für eine bestimmte Untersuchung mit der betreffenden Referenzenergie in einem Untersuchungs- bzw. Steuerprotokoll ohnehin bereits eine absolute Kontrastmittelmenge vorgegeben ist, kann alternativ natürlich auch der Absolutwert der benötigten Kontrastmittelmenge bei einer Messung mit den veränderten Einstellungen ermittelt werden.
Die Vorrichtung 14 beinhaltet weiterhin eine Anzeigeeinheit 19 zur Anzeige einer so ermittelten optimalen relativen oder absoluten Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellen, z. B. Röntgenspannung und ggfs. Röntgenstrom. Bei dieser Anzeigeeinheit 19 kann es sich beispielsweise um eine geeignete Softwareeinheit handeln, welche ein Display der Steuer- und Recheneinheit 10 in geeigneter Weise ansteuert.
Insbesondere kann damit auch eine Abfrage beim Bediener erfolgen, ob er mit den vorgeschlagenen Einstellwerten einverstanden ist. D. h. es werden beispielsweise die vorgeschlagenen Einstellwerte ausgegeben und es wird dann auf ein Bestätigungssignal oder ein Änderungssignal einer Benutzerschnittstelle gewartet.
Die Vorrichtung 14 beinhaltet hier weiterhin eine Einstelleinrichtung 20, mittels welcher (beispielsweise nach einer Bestätigung durch den Bediener) dann basierend auf den ermittelten optimalen Einstellungswerten eine automatische Einstellung der bestimmten zugeordneten Röntgenenergien bzw. Röntgenspannungen und optional Röntgenströme der Röntgenquellen 2, 4 erfolgt. Auch diese Einstelleinrichtung 20 kann in Form eines Softwaremoduls ausgebildet sein. Beispielsweise können hierdurch die entsprechenden Werte in den Steuerprotokolle für die nachfolgende Messung modifiziert werden.
Ebenso kann die Vorrichtung 14 schließlich eine Abfülleinrichtung 21 beinhalten, mittels welcher ein automatisches Abfüllen der ermittelten optimalen Menge des bestimmten Kontrastmittels in den Applikator 12 erfolgt.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriff „Einheit” und „Modul” nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge vor einer bildgebenden röntgenbasierten Messung zur Erzeugung von Bilddaten eines Patienten (7), beinhaltend folgende Schritte: a) Bereitstellen von patientenspezifischen Daten, welche zumindest Informationen über einen bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten, b) Ermitteln von zu erwartenden CT-Werten und/oder CNR-Werten eines vorgegebenen Kontrastmittels für zumindest eine interessierende Region (ROI) des Patienten (7) bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen einer Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder einer Bildrekonstruktionseinrichtung (17) zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus Multienergie-Messungen relativ zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert für diese interessierende Region (ROI) bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung (17) in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten, c) Bestimmung jeweils einer relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen, welche zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder Bildrekonstruktionseinrichtung (17) entspricht, d) Anzeige einer optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die patientenspezifischen Daten, welche Informationen über einen bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten, anhand von vorherigen röntgenbasierten Messungen, vorzugsweise aus einem Topogramm, des Patienten (7) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung (17) eine an einer Röntgenstrahlungsquelle (2, 4) einzustellende Röntgenstrahlungsenergie und/oder einen Röntgenstrahlungsenergiewert für die monoenergetischen Bilddaten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kandidaten-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) eine an einer Röntgenstrahlungsquelle (2, 4) einzustellende Röntgenstrahlungsdosis umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln der zu erwartenden CT-Werte und/oder CNR-Werte des vorgegebenen Kontrastmittels bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen relativ zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert bei der Referenz-Einstellung auf Basis von empirisch ermittelten Umrechnungsfaktoren und/oder Umrechnungsfunktionen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die empirisch ermittelten Umrechnungsfaktoren und/oder Umrechnungsfunktionen auf Phantom-Messungen basieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein automatisches Einstellen einer bestimmten Röntgenenergie und/oder eines Röntgenstroms für eine nachfolgende bildgebende Messung auf Basis der zu der optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge zugehörigen Kandidaten-Einstellung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein automatisches Abfüllen einer Menge eines bestimmten Kontrastmittels unter Berücksichtigung der zuvor bestimmten optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge in einen Applikator (12) erfolgt.
Vorrichtung (14) zur patientenabhängigen Optimierung und Reduktion der Kontrastmittelmenge vor einer bildgebenden röntgenbasierten Messung zur Erzeugung von Bilddaten eines Patienten (7), mit: a) einer Schnittstelle (15) zum Bereitstellen von patientenspezifischen Daten, welche zumindest Informationen über einen bei der bildgebenden Messung relevanten Patientenquerschnitt enthalten, b) einer CT-Wert-Ermittlungseinheit (16) zur Ermittlung von zu erwartenden CT-Werten und/oder CNR-Werten eines vorgegebenen Kontrastmittels für zumindest eine interessierende Region (ROI) des Patienten (7) bei verschiedenen Kandidaten-Einstellungen einer Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder einer Bildrekonstruktionseinrichtung (17) zur Rekonstruktion von monoenergetischen Bilddaten aus Multienergie-Messungen relativ zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert für diese interessierende Region (ROI) bei einer Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder der Bildrekonstruktionseinrichtung (17) in Abhängigkeit von den patientenspezifischen Daten, c) einer Kontrastmittelmengen-Bestimmungseinheit (18) zur Bestimmung jeweils einer relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge für die verschiedenen Kandidaten-Einstellungen, welche zu einem CT-Wert bzw. CNR-Wert des Kontrastmittels führen würde, der dem CT-Wert bzw. CNR-Werten des Kontrastmittels bei der Referenz-Einstellung der Röntgenquellenanordnung (2–5) und/oder Bildrekonstruktionseinrichtung (17) entspricht, d) einer Anzeigeeinheit (19) zur Anzeige einer optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge und der zugehörigen Kandidaten-Einstellung.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Einstelleinrichtung (20) vorhanden ist, mittels welcher im Betrieb für eine bildgebende Messung eine automatische Einstellung einer bestimmten Röntgenenergie und/oder eines Röntgenstroms auf Basis einer zu einer optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge zugehörigen Kandidaten-Einstellung erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Abfülleinrichtung (21) vorhanden ist, mittels welcher im Betrieb ein automatisches Abfüllen einer Menge eines bestimmten Kontrastmittels unter Berücksichtigung der zuvor bestimmten optimalen relativen Kandidaten-Kontrastmittelmenge in einen Applikator (12) erfolgt.
Steuer- und Recheneinheit (10) für ein Röntgen-Bildgebungsgerät arbeitend nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder beinhaltend die Vorrichtung (14) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11.
Röntgen-Bildgebungsgerät mit einer Steuer- und Recheneinheit (10) gemäß Anspruch 12.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuer- und Recheneinheit (10) eines Röntgen-Bildgebungsgeräts ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuer- und Recheneinheit (10) ausgeführt wird.