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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Einrichtungen
für eine
CT Bildgebung vom Herzen und insbesondere auf Verfahren und Einrichtungen,
die beim Sammeln von Kalkablagerungsdaten aus Koronarabbildungen
einen Einfluß der
Herzbewegung minimieren.
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Bei
mindestens einer bekannten Konfiguration für ein Computertomografie- (CT)
Bildgebungssystem projiziert eine Röntgenquelle ein fächerförmiges Strahlenbündel, das
so gerichtet (collimated) ist, daß es in einer im allgemeinen
als die "Bildebene" bezeichneten X-Y
Ebene eines Cartesischen Koordinatensystems liegt. Das Röntgenbündel verläuft durch
das abzubildende Objekt, zum Beispiel einen Patienten. Nachdem es
durch das Objekt geschwächt
bzw. gedämpft
worden ist, trifft das Bündel auf
ein Feld bzw. Array von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der an
dem Detektorfeld empfangenen abgeschwächten Bündelstrahlung ist abhängig von der
Abschwächung
des Röntgenbündels durch
das Objekt. Jedes Detektorelement von dem Feld erzeugt ein separates
elektrisches Signal, das ein Maß für die Abschwächung bzw.
Dämpfung
des Bündels an
der (jeweiligen) Detektorstelle darstellt. Die Dämpfungsmessungen von all den
Detektoren werden getrennt gewonnen, um ein Übertragungsprofil zu erzeugen.
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Bei
bekannten CT Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle
und das Detektorfeld mit einem Gestell innerhalb der Bildebene sowie
um das abzubildende Objekt herum so gedreht, daß sich der Winkel, unter dem
das Röntgenbündel das
Objekt schneidet, in konstanter Weise ändert. Eine Gruppe von Dämpfungsmessungen
der Röntgenstrahlen,
d.h. die Projektionsdaten von dem Detektorfeld bei einem Gestellwinkel,
wird als eine "Ansicht" bezeichnet. Eine "Abtastung" bzw. ein "Scan" des Objekts umfaßt einen
Satz von Ansichten, die während
eines Umlaufs der Röntgenquelle
und des Detektors unter verschiedenen Gestellwinkeln oder Betrachtungswinkeln
gemacht wurden. Im Zuge einer axialen Abtastung bzw. eines axialen
Scans werden die Projektionsdaten weiter verarbeitet, um ein Bild
zu erzeugen, das einem zweidimensionalen Schnitt (slice) durch das
Objekt entspricht. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes
aus einem Satz von Projektionsdaten wird auf dem Fachgebiet bezeichnet
als die gefilterte Rückprojektionstechnik. Dieses Verfahren
setzt die Dämpfungsmessungen von
einem Scan in "CT
Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" genannte ganze Zahlen
um, die zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Pixels
auf einer Kathodenstrahlröhre
als Display bzw. Darstellung benutzt werden.
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Eine
hauptsächliche
Aufgabe von auf das Herz bezogenen CT Anwendungen besteht darin, eine
Bewertung von Kalkablagerungen durchzuführen, wobei es sich um eine
Untersuchung handelt, bei der eine in einem Herzen von einem Patienten
vorhandene Menge an Kalkablagerung abgeschätzt wird. Zumindest ein bekanntes
CT Bildgebungssystem erfordert etwa 0,5s, um die Datengewinnung
für eine
Abbildung abzuschließen.
Obwohl diese Geschwindigkeit für
allgemeine Abbildungszwecke befriedigend ist, ist sie nicht schnell
genug, um durch Bewegung veranlaßte Bildfehler bzw. Bildartefakte bei
einer Herzdarstellung mittels CT zu vermeiden, bei der ein typischer
Herzzyklus etwa 1,0s lang ist. Diese Artefakte stellen größere Probleme
für die
Bewertung von Kalkablagerungen am Herzen dar.
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Zumindest
ein weiteres bekanntes CT Bildgebungssystem reduziert durch Bewegung
verursachte Bildartefakte, indem es die Daten schnell genug gewinnt,
um die Herzbewegung wirksam quasi einzufrieren. Dieses Bildgebungssystem
verwendet ein abtastendes (Raster-) Elektronenbündel, um eine sich bewegende
Quelle von Röntgenstrahlen
zu erzeugen, und zwar anstatt einer Röntgenquelle und eines Detektors
auf einem sich drehenden Gestell. CT Bildgebungssysteme, die abtastende
Elektronenbündel
verwenden, sind jedoch ziemlich teuer und nicht in vielen Hospitälern verfügbar.
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Es
würde deshalb
wünschenswert
sein, Verfahren und Einrichtungen vorzusehen, welche durch Bewegung
verursachte Artefakte überwinden,
wie sie in Abbildungen erzeugt werden, die von CT Bildgebungssystemen
mit relativ langsamen Abtast- und Detektionssystemen gewonnen werden,
zum Beispiel solchen mit sich drehenden Gestellen. Es wäre weiterhin
wünschenswert,
Bewertungsverfahren und Einrichtungen für Kalkablagerungen am Herzen
unter Verwendung solcher CT Bildgebungssysteme zu schaffen. Weiterhin
wäre es
wünschenswert,
Verfahren und Einrichtungen bereitzustellen, die in einfacher Weise
Kalkablagerungen erkennen und bewerten können, und zwar aus den kleinen
inkrementellen Röntgenstrahlabschwächungen,
wie sie von kleinen Mengen von Kalkablagerungen erzeugt werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen von CT
Bildern vom Herzen eines Patienten vorgesehen, die zur Bewertung
von Kalkablagerungen geeignet sind, wobei das Herz einen Herzzyklus
aufweist; Das Verfahren enthält
die Schritte: Gewinnen von Daten, die ein erstes Prüf-abgetastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Patientenkörpers einschließlich wenigstens
eines Teils des Patientenherzens an Phasen φ1(L)
des Herzzyklus darstellen; Gewinnen von Daten, die ein zweites Prüf-abgetastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Patientenkörpers einschließlich wenigstens
eines Teils der Patientenherzens an Phasen φ2(L)
des Herzzyklus, die von φ1(L) unterschiedlich sind, darstellen; und
Ermitteln eines Differenzbildes aus den gewonnenen Daten, die das
erste Prüfabgetastete
CT Bild darstellen, und aus den gewonnenen Daten, die das zweite
Prüf-abgetastete
CT Bild darstellen.
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Der
Patient bzw. die Patientin kann dabei seinen oder ihren Atem während beider
Bildgewinnungsschritte anhalten.
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Das
Verfahren kann den Schritt der Identifizierung von Kalkablagerungen
auf Abschnitten des Differenzbildes vorsehen, die sich bewegenden
Körperstrukturen
des Patienten entsprechen.
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Der
Schritt des Identifizierens von Kalkablagerungen kann unter Verwendung
einer Computer-Bildbearbeitung ausgeführt werden.
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Die
Identifizierung von Kalkablagerungen auf Abschnitten des Differenzbildes,
die sich bewegenden Körperstrukturen
des Patienten entsprechen, kann enthalten, daß Intensitäten von benachbarten Pixelgruppen
des Differenzbildes verglichen werden, um Differenzen in der Intensität oberhalb
eines Schwellenwertes zu identifizieren, welcher auf Kalkablagerung
hinweist.
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Die
Identifizierung von Kalkablagerungen kann ferner die Bewertung eines
Anteils von Kalkablagerungen gemäß den Unterschieden
in den Bildintensitäten
enthalten.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt der Verarbeitung des Differenzbildes
enthalten, um die Erscheinungsform der Kalkablagerungen zu verstärken.
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Das
Verfahren kann ferner enthalten den Schritt des Überwachens eines EKG Signals
von dem Herzen des Patienten, um Triggerzeitpunkte zu ermitteln
für die
Gewinnung der das erste Bild darstellenden Daten sowie der das zweite
Bild darstellenden Daten bei verschiedenen Phasen des Herzzyklus.
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Beide
Schritte der Datengewinnung können zur
selben Zeit durchgeführt
werden unter Verwendung von verschiedenen Detektorreihen eines CT Bildgebungssystems
mit mehrfachen Schnitten bzw. Slices.
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Das
CT Bildgebungssystem kann einen Tisch enthalten, der so konfiguriert
ist, daß er
den Patienten während
einer Prüfabtastung
bewegt, und es kann ferner den Schritt des Einstellens einer Geschwindigkeit
enthalten, mit der sich der Tisch während der Datengewinnungsschritte
in Entsprechung zu einer Herzfrequenz des Patienten bewegt.
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Das
in Mehrfachschnittechnik ausgeführte CT
Bildgebungssystem kann mindestens drei Detektorreihen aufweisen,
und das Verfahren kann ferner die Schritte zur Gewinnung von Informationen
hinsichtlich der Rauschabschätzung
enthalten unter Einschluß von
Daten, die ein drittes Prüf-abgetastetes
Bild darstellen, sowie zur Gewinnung von Informationen zur Abschätzung des
Hintergrundrauschens in dem Differenzbild unter Verwendung der Informationen
zur Rauschabschätzung.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist ein CT Bildgebungssystem zum Erhalten
von Bildern vom Herzen eines Patienten vorgesehen, die für eine Bewertung
der Kalkablagerung geeignet sind, wobei das Herz einen Herzzyklus
aufweist. Das System ist konfiguriert zum: Gewinnen von Daten, die
ein erstes Prüfabgetastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Patientenkörpers einschließlich wenigstens
eines Teils des Patientenherzens an Phasen φ1(L)
des Herzzyklus darstellen; Gewinnen von Daten, die ein zweites Prüf-abgetastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Patientenkörpers einschließlich wenigstens
eines Teils des Patientenherzens an Phasen φ2(L)
des Herzzyklus, die von φ1(L) unterschiedlich sind, darstellen; und
Ermitteln eines Differenzbildes aus den gewonnenen Daten, die das erste
Prüf-abgetastete
CT Bild darstellen, und aus den gewonnenen Daten, die das zweite
Prüf-abgetastete
CT Bild darstellen.
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Das
System kann ferner konfiguriert werden zum Identifizieren von Kalkablagerungen
auf Abschnitten des Differenzbildes, die sich bewegenden Körperstrukturen
des Patienten entsprechen.
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Das
System kann konfiguriert werden zum Identifizieren von Kalkablagerungen
unter Verwendung einer Computer-Bildbearbeitung.
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Das
System kann konfiguriert werden zum Identifizieren von Kalkablagerungen
auf Abschnitten des Differenzbildes, die sich bewegenden Körperstrukturen
des Patienten entsprechen, und kann konfiguriert werden zum Vergleichen
von Intensitäten von
benachbarten Pixelgruppen des Differenzbildes, um Differenzen in
der Intensität
oberhalb eines Schwellenwertes zu identifizieren, der Kalkablagerung
anzeigt.
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Das
System kann konfiguriert werden zum Identifizieren von Kalkablagerungen,
und es kann weiterhin konfiguriert werden, um eine Menge an Kalkablagerungen
anhand von Differenzen in den Bildintensitäten zu bewerten.
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Das
System kann ferner konfiguriert werden, um das Differenzbild im
Sinne einer Verstärkung
der Erscheinungsform der Kalkablagerungen zu verarbeiten.
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Das
System kann ferner konfiguriert werden, um ein EKG Signal des Herzens
von dem Patienten zu überwachen,
um Triggerzeitpunkte für
die Gewinnung von Daten zu bestimmen, die das erste Bild darstellen,
sowie von Daten, die das zweite Bild darstellen, und zwar zu verschiedenen
Phasen des Herzzyklus.
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Das
System kann einen Detektor mit mehrfachen Scheibchen bzw. Slices
aufweisen und kann konfiguriert werden, um sowohl die das erste
Bild darstellenden Daten als auch die das zweite Bild darstellenden
Daten zur selben Zeit zu gewinnen, und zwar unter Verwendung verschiedener
Detektorreihen des mit mehrfachen Slices aufgebauten Detektors.
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Das
System kann ferner einen Tisch enthalten, der so konfiguriert ist,
daß er
den Patienten während
einer Prüf-Abtastung
bewegt, und es kann ferner so konfiguriert werden, daß es eine
Geschwindigkeit einstellt, mit der sich der Tisch in Entsprechung zu
einer Herzfrequenz des Patienten während der Datengewinnung mittels
Prüf-Abtastung
bewegt.
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Der
Detektor mit mehrfachen Slices kann mindestens drei Detektorreihen
enthalten, und das System kann ferner so konfiguriert werden, daß es Informationen
bezüglich
der Rauschabschätzung
gewinnt unter Einschluß von
Daten, die ein drittes Prüfabgetastetes
Bild darstellen, sowie um ein Hintergrundrauschen in dem Differenzbild
abzuschätzen, und
zwar unter Verwendung der Information zur Rauschabschätzung.
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In
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren vorgesehen zum
Erzeugen von CT Bildern vom Herzen eines Patienten, die zur Bewertung
von Kalkablagerungen geeignet sind, wobei das Herz einen Herzzyklus
aufweist. Das Verfahren enthält
die Schritte: des Gewinnens von Daten, die ein erstes Prüfabgetastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Patientenkörpers einschließlich wenigstens
eines Teils des Patientenherzens an Phasen φ1(L)
des Herzzyklus darstellen; des Gewinnens von Daten an physikalischen
Orten L von Interesse, die ein zweites Prüf-abgetastetes CT Bild von physikalischen
Orten des Patientenkörpers
einschließlich
wenigstens eines Teils des Patientenherzens an Phasen φ2(L) des Herzzyklus, die von φ1(L) unterschiedlich sind, darstellen; und
des Ermittelns eines Differenzbildes aus den gewonnenen Daten, die
das erste Prüf-abgetastete
CT Bild darstellen, sowie aus den gewonnenen Daten, die das zweite Prüf-abgetastete
CT Bild darstellen.
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Die
oben beschriebene Ausführung
wir der durch Bewegung verursachten Bildfehler bzw. Bildartefakte
Herr, indem sie die Kalkablagerungssignale in einfacherer Weise
beobachtbar macht als einen Wechsel zwischen Bildern. Darüber hinaus
sind selbst kleinere Mengen von Kalkablagerungen einfach identifizierbar
und quantifizierbar, weil sich größere Variationen in den Röntgenabschwächungen, die
sonst die Kalkablagerungen verbergen würden, (gegenseitig) aufheben.
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Die
Erfindung wird nun in größerem Detail anhand
eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
bildliche Ansicht eines CT Bildgebungssystems;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild des in 1 gezeigten
Systems;
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3 eine
Darstellung eines Teils des in 1 dargestellten
Systems, das einen mittels des in 1 gezeigten
Tisches bewegten Patienten zeigt, während die Röntgenquelle sowie der Detektor
während
einer Prüf-Abtastung
stationär
bleiben;
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4 eine
Darstellung eines Prüfbildes,
das die zeitlichen Beziehungen zwischen Datenstreifen zeigt, die
das Prüfbild
ausmachen;
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5 eine
vereinfachte grafische Darstellung eines Elektrokardiogramms, das
durch Streifen dargestellte Zeiten in dem Prüfbild von 4 sowie eine
Beziehung zwischen einem ersten Prüfbild und einem zweiten Prüfbild in
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
vereinfachte grafische Darstellung der Intensität in Abhängigkeit von der Detektorposition
in einer Spalte einer ersten Prüf-Abtastung;
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7 eine
vereinfachte grafische Darstellung der Intensität in Abhängigkeit von der Detektorposition
in eine Spalte einer zweiten Prüf-Abtastung entsprechend
dem in 6 gezeigten Streifen;
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8 eine
Darstellung von einer Differenz zwischen den Intensitäten als
Funktion der Detektorposition zwischen Daten, wie sie zum Beispiel
in 6 und 7 dargestellt sind, wobei ein
auf Kalk hinweisendes Signal in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
isoliert wird. Die 6, 7 und 8 sollten
nicht notwendigerweise als im selben Maßstab gezeichnet angesehen
werden.
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9 eine
Darstellung von Pixeln eines Bildes, das unter Verwendung der Bildverarbeitungstechniken
nach einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung analysiert wurde.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein
Computertomografie (CT)-Bildgebungssystem 10 gezeigt,
das ein Gestell 12 enthält,
welches System repräsentativ
ist für
einen CT Scanner der "dritten
Generation". Das
Gestell 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf,
die ein Bündel
von Röntgenstrahlen 16 in
Richtung auf ein Detektorfeld 18 auf der gegenüberliegenden
Seite des Gestells 12 projiziert. Das Detektorfeld 18 wird
gebildet von Detektorelementen 20, die zusammen die projizierten
Röntgenstrahlen abfühlen, die
durch ein Objekt 22, zum Beispiel einen medizinischen Patienten,
hindurchgehen. Das Detektorfeld 18 kann in Form einer Einzelschnitt-
oder einer Mehrfachschnitt (slice) -Konfiguration hergestellt werden.
Jedes Detektorelement 20 erzeugt ein elektrisches Signal,
das die Intensität
eines auftreffenden Röntgenbündels repräsentiert
und damit die Abschwächung
bzw. Dämpfung
des Bündels,
wie es durch den Patienten 22 hindurchgeht. Um während eines
Scans bzw. Abtastvorgangs Röntgenprojektionsdaten
zu gewinnen, rotieren das Gestell 12 sowie die darauf angebrachten
Komponenten um ein Rotationszentrum 24.
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Die
Drehung des Gestells 12 sowie der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden
von einem Steuermechanismus 26 des CT Systems 10 gesteuert. Der
Steuermechanismus 26 enthält eine Röntgensteuerung 28,
welche die Spannungsversorgung sowie Zeitsteuersignale für die Röntgenquelle 14 bereitstellt,
und eine Gestellmotorsteuerung 30, welche die Drehgeschwindigkeit
und Position des Gestells 12 steuert. Ein Datengewinnungssystem
(DAS) 32 im Steuermechanismus 26 tastet die analogen
Daten von den Detektorelementen 20 ab und wandelt die Daten
in digitale Signale für
die nachfolgende Verarbeitung um. Ein sog. Bildrekonstruktor 34 empfängt die
abgetasteten und digitalisierten Röntgenstrahlendaten vom DAS 32 und
leistet die Bildrekonstruktion bzw. -erzeugung mit hoher Geschwindigkeit.
Das rekonstruierte Bild wird als ein Eingang an einen Rechner 36 angelegt,
der das Bild in einem Massenspeichergerät 38 speichert.
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Der
Rechner 36 erhält
weiterhin Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über die
Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Eine zugehörige Kathodenstrahlröhrenanzeige 42 erlaubt
es dem Bediener, die rekonstruierten Bilddaten sowie andere Daten
vom Rechner 36 zu beobachten. Die vom Bediener eingegebenen
Befehle und Parameter werden vom Rechner 36 dazu benutzt,
Steuersignale sowie Informationen zu liefern für das DAS 32, für die Röntgensteuerung 28 sowie
für die
Gestellmotorsteuerung 30. Zusätzlich betreibt der Rechner 36 eine Tischmotorsteuerung 44,
die einen mit einem Motor ausgestatteten Tisch 46 zur Positionierung
eines Patienten 22 im Gestell 12 steuert. Im Einzelnen
bewegt der Tisch 46 Abschnitte von dem Patienten 22 durch eine
Gestellöffnung 48 längs einer
z-Achse. In einigen von den unten beschriebenen Ausführungen werden
Herzzyklen unter Verwendung einer EKG Einrichtung gemessen.
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Eine
in dem Herzsystem des Patienten 22 vorhandene Menge an
Kalkablagerungen wird zuverlässig
abgeschätzt
aus Prüf-
bzw. Erkundungsbildern, die in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
mittels des CT Bildgebungssystems 10 gemacht werden. Der
Patient 22 wird dahingehend instruiert, seinen oder ihren
Atem anzuhalten, während Bilder
von dem Herzen des Patienten 22 in einem Prüf- bzw.
Erkundungsbetrieb für
die Abbildung mittels des CT Bildgebungssystems abgetastet werden. Da
der Patient 22 seinen Atem anhält, ist das einzige sich bewegende
Objekt in dem Betrachtungsfeld bei der Abtastung das Herz von dem
Patienten 22. Es werden Daten für zwei Prüf-Abtastungen erhalten, und
eine Differenz zwischen den Daten für die beiden Bilder wird benutzt,
um eine sich nicht bewegende Körperstruktur
zu entfernen und um eine Kalkablagerung hervorzuheben, wie das nachfolgend
erläutert wird.
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In
einer Ausführung
der Erfindung und unter Bezugnahme auf 3 werden
Prüfabgetastete
Daten von dem Patienten 22 gewonnen. Die Prüf-abgetasteten
Daten werden gewonnen, indem man den Tisch 46 in einer
z-Richtung durch die Gestellöffnung 48 bewegt,
während
das Gestell 12 stationär
gehalten wird. Somit sind die Röntgenquelle 14 sowie
das Detektorfeld 18 stationär, während Daten, wie sie zum Beispiel
in 4 dargestellt sind, gewonnen werden. Die gewonnenen
Daten stellen ein CT Bild von einem Körperbereich des Patienten 22 dar.
Jede Spalte bzw. jeder Streifen des Prüfbildes 52 repräsentiert
die Röntgenschwächungsdaten,
wie sie zu einem bestimmten Zeitpunkt erhalten werden. In einer
Ausführung
wird jeder Datenstreifen, zum Beispiel der Streifen 54 und
der Streifen 56, in ungefähr einer Millisekunde gewonnen.
Somit wird jeder aufeinanderfolgende Streifen von gewonnenen Daten
zu einer ein wenig versetzten Zeit abgetastet. In 4 wird
zum Beispiel der Streifen 54 zu einem Zeitpunkt t gewonnen
und zwar bei einer Verschiebung p von einer Startposition der Prüf-Abtastung
in einer z-Achsenrichtung. Der Streifen 56, der unmittelbar
benachbart zum Streifen 54 ist, wird zum Zeitpunkt t+Δt gewonnen,
wobei Δt
etwa 1 Millisekunde beträgt.
Der Streifen 56 ist bei einer Verschiebung p+Δp von dem Startpunkt
der Prüf-Abtastung
lokalisiert. Ein vollständiges
Prüf-Abtastbild 52,
das für
die vorliegende Ausführung
ausreichend ist, wird in ungefähr
zwei oder drei Sekunden genommen. Es werden Daten, die physikalische
Orte von einem Teil des Körpers des
Patienten 22 einschließlich
wenigstens eines Teils vom Herzen 58 darstellen, gewonnen
und für die
Bewertung einer Kalkablagerung am Herzen benutzt.
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Es
werden ebenfalls Daten gewonnen, die ein (nicht gezeigtes) zweites
Prüfbild
darstellen. Das zweite Prüf-Abtastbild
wird in einer Weise gewonnen, die sicherstellt, daß entsprechende
Streifen der zweiten Prüf-Abtastung
zu Zeitpunkten genommen werden, während denen sich das Herz 58 in
einer unterschiedlichen Phase gegenüber dem ersten Prüfbild 52 befindet.
Auf diese Weise werden Daten erhalten, die ein erstes und ein zweites
Prüf-abgtastetes
CT Bild von physikalischen Orten des Körpers von dem Patienten 22 darstellen.
Die Daten für
jeden physikalischen Ort werden zu unterschiedlichen Phasen des Herzzyklus
in den beiden Bildern erhalten.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird zum Beispiel der Streifen 54 von
dem ersten Prüfbild 52 zu
einer Zeit entsprechend der Phase 60 gerade vor der Systole 62 des
EKG Signals 64 gewonnen. (Das EKG Signal 64 wird
erhalten aus einer Überwachung des
Herzens 58 des Patienten 22 unter Einsatz eines EKG
Geräts 50.)
Der Streifen 56 des Prüfbilds 52 wird
zu einem Zeitpunkt entsprechend der Phase 66 gewonnen.
Das zweite Prüfbild
wird einige Sekunden nach dem ersten Prüfbild 52 gemacht.
Durch eine entsprechende Auswahl eines Startzeitpunkts für seine
Gewinnung werden entsprechende Spalten des zweiten Prüfbilds in
den Phasen 68 und 70 unmittelbar nach der Systole 72 gewonnen.
Beide Prüfbilder werden
mit derselben Geschwindigkeit gewonnen, ausgehend von derselben
Position des Patienten 22, und der Tisch 46 bewegt
sich für
jede Prüfbildgewinnung
in dieser Ausführung
mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung. Somit ist
ein Starten von jeder Abtastung bei einer unterschiedlichen Phase
des EKG Signals 64 ausreichend um sicherzustellen, daß entsprechende
Streifen in den beiden Abtastungen unterschiedliche Phasen des Herzens 58 darstellen,
und zwar unter der Annahme, daß das Herz 58 mit
einer konstanten Frequenz schlägt.
Diese Annahme ist anwendbar, weil der gesamte Vorgang in nur wenigen
Sekunden abgeschlossen wird.
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In
einer Ausführung
werden die Prüf-Abtastungen
manuell gestartet. Zum Beispiel werden die Phasen des EKG Signals 64 von
dem EKG Gerät 50 manuell überwacht,
um die Triggerzeitpunkte für
den Beginn jeder Prüf-abgetasteten
Datengewinnung zu bestimmen. In einer anderen Ausführung werden
die Abtastungen automatisch gestartet. Zum Beispiel ist der Rechner 36 des
CT Bildgebungssystems 10 so konfiguriert, daß er das
EKG Signal 64 oder ein Äquivalent
davon für
die Bestimmung der Triggerzeiten empfängt und überwacht.
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Während der
Abtastung hält
der Patient 22 seinen oder ihren Atem an und verhält sich
so ruhig wie möglich,
um Abweichungen zwischen dem ersten und dem zweiten Prüfbild mit
Ausnahme solcher mit der Herzbewegung zusammenhängender Abweichungen möglichst
gering zu halten. Wegen der Kürze
des Vorgangs ist es vernünftig,
von den Patienten zu erwarten, daß sie ihren Atem während des
Abtastens anhalten, und für
die Patienten ist es zumutbar, dieser Anforderung nachzukommen.
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Es
wird dabei beobachtet werden, daß die Daten für jedes
Prüfbild,
zum Beispiel für
das Bild 52, zusammengesetzt sind und verschiedene Phasen des
Herzens 58 darstellen. Jeder von den Daten des ersten Prüfbilds dargestellte
physikalische Ort L wird bei einer Phase φ1(L)
des Herzzyklus gewonnen. Für das
zweite Prüfbild
werden die Daten für
den Ort L bei einer Phase φ2(L) gewonnen, wobei φ1(L)≠φ2(L) ist.
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Wegen
der Zeit, die der Tisch 46 braucht, um sich von einem Ende
bei einer jeden Prüfabtastung zu
dem anderen Ende zu bewegen, sind weder φ1 noch φ2 über
jedes Prüfbild
hinweg konstant. Ihre Differenz ist jedoch an jedem Ort L konstant
oder nahezu konstant. Die vorliegende Erfindung nutzt in vorteilhafter
Weise diese Differenz, um eine Kalkablagerung am Herzen in der Darstellung
hervorzuheben.
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Spalten
bzw. Streifen von Intensitäts-
(oder in äquivalenter
Weise von Schwächungs-)
Daten werden vom Detektorfeld 18 erhalten, während sich der
Tisch 46 bewegt, um eine Prüf-Abtastung zu erhalten. Jeder
Streifen, zum Beispiel der in 4 gezeigte
Streifen 54, stellt Daten dar, die gleichzeitig von verschiedenen
Detektorelementen 20 des Detektorfelds 18 erhalten
werden. 6 stellt eine Aufzeichnung von
Intensitätsdaten
dar, die für
einen Streifen in einer ersten Prüf-Abtastung als Funktion der Position
der Detektorelemente in den Streifen empfangen wurden. (Der Pfeil
A ist in den 6, 7 und 8 gezeigt,
um einen Richtungsbezug im Hinblick auf 4 vorzusehen.
Es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, daß die 6, 7 und 8 notwendigerweise
das in 4 gezeigte Bild darstellen, noch sollte angenommen
werden, daß die 6, 7 und 8 im
selben Maßstab
gezeichnet sind.) Obwohl in 6 Daten
für eine
herzmäßige Kalkablagerung
vorliegen, ist ein solches Kalkablagerungssignal nicht unmittelbar
offensichtlich. 7 zeigt eine ähnliche
Aufzeichnung von einem Streifen in einer zweiten Prüf-Abtastung des Patienten 22,
die Daten enthält,
welche dieselben physikalischen Orte des Patienten darstellen, aber
zu einer unterschiedlichen Phase im Herzzyklus vom Herzen 58.
Ein Beispiel für
die Abweichungen zwischen den beiden Streifensignalen, zum Beispiel den
von 6 und von 7, ist in 8 aufgezeichnet.
Da der Körper
des Patienten 22 mit Ausnahme des Herzschlags 58 im
wesentlichen bewegungslos ist (wenn man die Bewegung des Tischs 46 außer acht
läßt), werden übereinander
liegende, sich nicht bewegende Körperstrukturen
des Patienten 22 bei einer Berechnung der Unterschiede
zwischen den beiden Prüfbildern
entfernt. Als Folge davon stellen die in 8 gezeigten
Signale im wesentlichen lediglich das sich bewegende Herz 58 dar.
Da Kalkablagerungssignale stärker
sind als solche von weichem Gewebe, und da Kalkablagerungen sich
mit dem Herzen 58 zusammen bewegen, fallen Signale von
Kalkablagerungen, wie zum Beispiel die Spitze 74, sehr
deutlich auf. Wenn somit ein Differenzbild ermittelt wird aus den
beiden Bildern, welche die in den 6 und 7 dargestellten
Streifen enthalten, sind Spitzen, wie zum Beispiel die Spitze 74,
einfach zu sehen. Die Spitze 74 wird somit in einfacher
Weise als eine Kalkablagerung auf einem Abschnitt des Bildes identifiziert,
was einer sich bewegenden Körperstruktur
des Patienten 22 entspricht. In einer Ausführung errechnet
der Rechner 36 Differenzbilder und bringt die errechneten
Differenzbilder auf einer CRT Anzeigevorrichtung 42 zur
Darstellung. Eine Beurteilung der Kalkablagerung wird in einfacher
Weise ermöglicht
unter Benutzung dieser errechneten Differenzbilder, und zwar entweder
manuell unter Verwendung einer Abbildung auf der CRT Anzeigevorrichtung 42 oder
in automatischer Weise unter Einsatz von Bildverarbeitungstechniken.
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In
einer Ausführung
werden Bildverarbeitungstechniken vom Rechner 36 angewendet,
um Kalkablagerungsspitzen, zum Beispiel die Spitze 74, weiter
zu isolieren, zu identifizieren und zu bewerten. Es werden zum Beispiel
die Intensitäten
von kleinen Pixelgruppen 76 eines Differenzbildes 78,
teilweise gezeigt in 9, verglichen mit den Intensitäten von benachbarten
kleinen Pixelgruppen 80, wobei sich der Ausdruck "kleine Pixelgruppe" entweder auf ein Pixel
oder auf einige wenige Pixel in einem Haufen bzw. Cluster bezieht.
Wenn eine Differenz ermittelt wird als größer als ein vorbestimmter Schwellenwert, der
auf eine Kalkablagerung hinweist, werden von den Pixeln 76 dargestellte
Stellen als Kalkablagerungsstellen für eine weitere Untersuchung
identifiziert. In einer Ausführung
werden die Ergebnisse aus dem Intensitätsvergleich direkt für die Bewertung
einer Menge an Kalkablagerung gemäß den Abweichungen in den Bildintensitäten benutzt.
Die Bewertungsergebnisse werden als eine Richtschnur für eine weitere
Untersuchung verwendet.
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In
einer Ausführung
wird ein Differenzbild mittels einer Bildverarbeitung verbessert,
um die Augenscheinlichkeit der Kalkablagerung 74 zu verbessern,
und zwar indem man zum Beispiel Algorithmen zur Kontrastverstärkung anwendet.
Differenzverfahren oder andere Bildverarbeitungsverfahren, die für die Kontrastverstärkung benötigt werden,
werden zum Beispiel implementiert in Form von Hardware, Software
oder Firmware im Bildrekonstruktor 34 oder im Rechner 36 oder
in beiden. In einer Ausführung
ist der Rechner 36 so programmiert, daß er sowohl ein Differenzbild
auf einer CRT 42 darstellt als auch automatisch mittels
einer Analyse des Differenzbildes die Kalkablagerung 74 erkennt
und bewertet.
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In
einer Ausführung
werden die Abtastungen für
die beiden Prüfbilder
getriggert von dem EKG Signal 64 aus dem EKG Gerät 50.
Das EKG Signal wird an den Rechner 36 geliefert, der die
Abtastung und Gewinnung der Bilddaten in dem CT Bildgebungssystem 10 steuert.
Der Rechner 36 stellt sicher, daß es sich bei den beiden genommenen
Prüfbildern
um Abbildungen von demselben Körperbereich
des Patienten 22 handelt, und zwar indem er die Bewegung des
Tisches 46 entsprechend steuert. Der Rechner 36 stellt
weiterhin sicher, daß sich
das Herz in einer unterschiedlichen Herzphase befindet, indem er
die Abtastungen an verschiedenen Punkten in einem Herzzyklus startet.
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Bei
einer Ausführung,
bei der es sich bei dem CT Bildgebungssystem um ein Mehrfachschnitt-Bildgebungssystem
mit mehr als einer Reihe von Detektorelementen 20 handelt,
werden ähnliche
Prozeduren für
die Bewegung des Tisches 46 vorgenommen. Es werden jedoch
mehrere Differenzbilder erhalten, und zwar je eines für jede Reihe
von Detektoren 18.
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In
einer anderen Ausführung
werden mehrfache Detektorreihen eines Detektors 16 in einem
CT Mehrfachschnitt-Bildgebungssystem 10 in einem einzelnen
Durchlauf benutzt, um ein Differenzbild zu erzeugen. Der Rechner 36 stellt
während
der Datengewinnung die Geschwindigkeit für die Bewegung des Tisches 46 derart
ein, daß ein
kleiner Zeitverzug zwischen der Gewinnung von Bilddaten von denselben Körperabschnitten
des Patienten 22 über
verschiedene Reihen des Detektorfeldes 18 auftritt. Der Rechner 36 wählt einen
Wert der Zeitverzögerung entsprechend
einer Herzschlagrate des Patienten 22 aus, die zum Beispiel
von dem EKG Signal 64 bestimmt wird. Die Größe für den Zeitverzug
wird so gewählt,
um sicher zustellen, daß die
Bilddaten von verschiedenen Reihen des Detektors 18 während verschiedener
Abschnitte eines Herzzyklus gewonnen werden. Auf diese Weise werden
von zwei unterschiedlichen Reihen eines Mehrfachschnittdetektors 18 gewonnene
Bilddaten, die während
eines einzelnen Durchlaufs einer Prüfabtastung erhalten werden, benutzt,
um zwei geeignete Prüfbilder
zu erhalten. Es wird ein Differenzbild für die Auswertung errechnet aus
diesen Abschnitten der beiden Prüfbilder,
die wenigstens einen Teil des Herzens 58 enthalten und
die dieselben physikalischen Orte des Körpers von dem Patienten 22 darstellen.
Nicht überlappende
Abschnitte von jedem Bild, das von den beiden Reihen von Detektoren 18 gewonnen
wurde, werden einfach ignoriert.
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In
einer weiteren Ausführung,
die ein CT Mehrfachschnitt-Bildgebungssystem 10 mit mehr
als zwei Detektorreihen verwendet, werden zusätzliche Informationen zur Abschätzung des
Hintergrundrauschens erhalten. Zum Beispiel erhalten drei oder mehr
Reihen von Detektoren drei oder mehr Prüfbilder, und zwar einschließlich von
zwei Bildern zum Errechnen eines Differenzbildes, sowie von Informationen
zur Abschätzung
des Rauschens einschließlich wenigstens
eines dritten Prüfbildes.
Das Hintergrundrauschen in dem Differenzbild wird abgeschätzt und
reduziert unter Verwendung der Informationen für die Rauschabschätzung sowie
mittels standardmäßiger Signalverarbeitungstechniken.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung ist ersicht, daß das Problem der durch Bewegung
verursachten Artefakte in CT Bildgebungssystemen überwunden
wird, und zwar speziell für
die Zwecke einer Bewertung von Kalkablagerungen. Darüber hinaus
wird durch eine Reduzierung oder Eliminierung von sich nicht bewegenden
Körperteilen in
einem Differenzbild in einfacher Weise eine Bewertung von Kalkablagerungen
erzielt, selbst wenn lediglich kleine inkrementelle Röntgenschwächungen durch
die Kalkablagerung erzeugt werden.