DE102005052368B4

DE102005052368B4 - Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen unter Applikation von Kontrastmitteln

Info

Publication number: DE102005052368B4
Application number: DE102005052368.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Flohr Thomas; Dr. Grasruck Michael; Dr. Pietsch Hubertus; Dr. Stierstorfer Karl; Dr. Süss Christoph; Dr. Weinmann Hanns-Joachim
Original assignee: Siemens AG; Bayer Pharma AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De; Bayer Intellectual Property GmbH
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: WO2007051739A3; US7695193B2; US20080310582A1; WO2007051739A2; EP1942805A2; DE102005052368A1

Abstract

Verfahren zur Optimierung von Röntgendarstellungen eines Patienten (7) durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten (7) unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung, dadurch gekennzeichnet, dass 1.1. vor der Untersuchung für das Röntgensystem (1) das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis unterschiedlicher Energiespektren der Röntgenstrahlung und unterschiedlicher Kontrastmittel relativ zu gewebeähnlichem Material oder zu Gewebe ermittelt wird, und 1.2. vor der Untersuchung eines Patienten vom Röntgensystem (1) auf der Basis eines vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten (7) eine optimierte Auswahl an zumindest einer Kontrastmittel/Röntgenspektrum-Kombination zur Verfügung gestellt wird, welche ein optimales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen eines Patienten, vorzugsweise mit einer Röntgenröhre, einem Detektor, einer Kontrastmittelapplikationseinheit und einer Steuer- und Recheneinheit, wobei das Röntgensystem eine Möglichkeit zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Optimierung tomographischer Darstellungen eines Patienten durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten in unterschiedlichen Raumwinkeln unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der tomographischen Darstellung.
Mit der Röntgen-Computertomographie soll durch nichtinvasive Untersuchungen die innere Struktur eines lebenden Körpers, meist zum Zwecke der Diagnose, dargestellt werden. Da diese Strukturen sich bezüglich ihres Absorptionsverhaltens nur gering unterscheiden, wird zur Erzeugung einer kontrastreichen Darstellung häufig Kontrastmittel appliziert, welches sich entweder an bestimmte Körperstrukturen, z. B. Karzinome, anlagert oder bestimmte Körperflüssigkeiten, z. B. Blut, anreichert. Solche Kontrastmittel enthalten in der Regel Elemente, die sich durch hohe Absorptionskoeffizienten auszeichnen und damit einen guten Kontrast zum umgebenden Gewebe mit relativ niedrigem Absorptionskoeffizienten liefern.
Allgemein üblich ist in diesem Zusammenhang die Verwendung von iodhaltigen Kontrastmitteln. Wegen eventuell vorhandener Unverträglichkeiten des untersuchten Patienten gegenüber Iod werden auch gadoliniumhaltige Kontrastmittel verwendet. In diesem Zusammenhang werden auch allgemein lanthanidhaltige Kontrastmittel vorgeschlagen. Es wird diesbezüglich beispielhaft auf die Schriften „Arterial angiography in highkilovoltage technique with gadolinium as the contrast agent: first clinical experience”, F. Fobbe et al., Eur. Radiol. 6, 224–229 (1996), Springer-Verlag; „Evaluation of Gadobutrol in a Rabbit Model as a New Lanthanide Contrast Agent for Computer Tomography”, Stephan A. Schmitz et al., Investigative Radiology, Vol. 30, No. 11, 644–649 (1995), Lippincott-Raven Publishers; „1-Molar Gadobutrol as a Contrast Agent for Computed Tomography: Results From a Comparative Procine Study”, Marc Kalinowski et al., Investigative Radiology, Vol. 38, No. 4, 193–199 (2003), Lippincott Williams & Wilkins, Inc. und ”Gd-DTPA: An Alternative Medium for CT” Aidan D. Quinn et al., Journal of Computer Assisted Tomography, 18(4): 634–636 (1994), Raven Press, Ltd. verwiesen.
In diesen Schriften werden auch Untersuchungen angestellt, welche die Absorption einiger bestimmter Kontrastmittel in HU-Einheiten liefern, wobei auch unterschiedliche Röntgenspektren bei den Untersuchungen zugrunde gelegt wurden. Diese Untersuchungen liefern dem Operateur jedoch lediglich die Erkenntnis, dass Kontrastmittel mit höherer Ordnungszahl bei der verwendeten Strahlung zu besseren Bildergebnissen führen. Auch wird der bekannte Effekt des linearen Zusammenhangs zwischen Konzentration des Kontrastmittels und gemessener Absorption dargestellt. Eine direkte Hilfe zur Auswahl einer optimalen Kombination von Kontrastmittel zu Röntgenspektrum für bestimmte Untersuchungsbereiche eines Patienten und zur Erreichung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses wird nicht vermittelt.
Es wird außerdem auf die Druckschrift DE 28 27 146 A1 verwießen, welche eine Röntgenapparatur zeigt mit einer Vielzahl von Druckknöpfen am Bedienpaneel zur Auswahl unterschiedlicher aufzunehmender Körperregionen, teilweise unter Verwendung von Kontrastmitteln, einschließlich passender Patientengrößen. Hierbei wird entsprechend einer vom Bedienpersonal ausgewählten Körperregion oder einer vom Bedienpersonal ausgewählten Kombination von verwendetem Kontrastmittel mit der jeweiligen Körperregion, wie der Untersuchung des Magendarmtraktes mit Bariumsulfat-Kontrastmittel oder des Abdomens zur Untersuchung unter Verwendung eines Kontrastmittels auf Jodbasis, automatisch ein günstiges Energiespektrum und eine günstige Dosiseinstellung gewählt. Entsprechend der Lehre dieser Schrift besteht somit keine Wahlmöglichkeit unterschiedlicher Kontrastmittel bei gleichem Untersuchungsgebiet, da das Kontrastmittel nicht durch das System bestimmt wird, sondern als vorgegebene Bedingung feststeht. Somit lässt diese Schrift auch die Frage unbeantwortet, welches Kontrastmittel in Kombination mit welchem Energiespektrum im jeweils betrachteten Umfeld die günstigsten Aufnahmeverhältnisse in Bezug auf das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis liefert, wobei insbesondere nicht die für den Patienten verträglichsten Kontrastmittelbelastung in Betracht gezogen wird.
Es wird weiterhin auch auf die Druckschrift DE 103 47 961 A1 hingewiesen, in der neben Jod und Barium auch die Verwendung verschiedener Lanthanide als Kontrastmittel in Verbindung mit Röntgenuntersuchungen von Patienten gezeigt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Röntgensystem und ein Verfahren zur Optimierung von Röntgendarstellungen zur Verfügung zu stellen, welches es einem Operateur ermöglicht mit einfachen in der Praxis beherrschbaren Mitteln die für eine bestimmte Untersuchung optimale Kombination von Kontrastmittel und verwendetem Röntgenspektrum zur Erreichung des bestmöglichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses in einer Röntgendarstellung auszuwählen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es nicht ausreicht zur Erreichung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses einfach ein Kontrastmittel zu wählen, welches mit einem Element mit möglichst hoher Ordnungszahl besetzt ist. Vielmehr hat sich gezeigt, dass abhängig vom jeweils untersuchten Bereich des Patienten eine optimale Kombination zwischen Kontrastmittel und für die Untersuchung verwendetem Energiespektrum der Röntgenstrahlung notwendig ist. Die Zusammenhänge zwischen Absorption und Energiespektrum der Strahlung unter Berücksichtigung eines optimalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses bei dem jeweils vorgegebenen Untersuchungsbereich am Patienten sind dabei relativ komplex und lassen sich nicht in einfachen Regeln oder Formeln wiedergeben. Insbesondere hat sich auch gezeigt, dass auch eine Veränderung in der Dicke der Untersuchungsvolumen eine Verschiebung der betrachteten Maxima optimaler Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse bedingt.
Es erweist sich daher als am praktikabelsten, Versuchsreihen aufzunehmen oder zu simulieren, mit denen das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis in Abhängigkeit von dem verwendeten Strahlungsspektrum, dem jeweiligen Kontrastmittel und der Weglänge des durchstrahlten Untersuchungsvolumens, nachfolgend einfach als „Untersuchungsvolumen” bezeichnet, dargestellt wird.
Des Weiteren kann in diese Parameter auch noch die untersuchte Gewebeumgebung eingehen. Unterschiedliche Gewebeumgebungen wie zum Beispiel Knochen, Herz, Leber oder Gehirn bewirken aufgrund des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens des jeweiligen Gewebes auch Unterschiede in der Auswahl der optimalen Kontrastmittel/Energiespektrum-Kombination.
So kann sich die Auswahl auch nicht nur auf die unterschiedlichen kontrasterzeugenden Elemente oder verschiedenen Kontrastmittel beziehen, sondern es können auch Differenzierungen bezüglich der optimalen chemischen Struktur des Kontrastmittels notwendig sein. Zum Beispiel wird für ein Kontrastmittel, welches sich lediglich im Blutkreislauf anreichern und später abbauen soll, ein anderes Molekül verwendet werden als bei einem Kontrastmittel, welches in Form eines Markers an karzinogenen Strukturen angelagert werden soll. Es ist auch möglich, dass hierbei Kombinationen von beiden Varianten zur optimalen Erkennbarkeit in einer Röntgendarstellung gewählt werden.
Selbstverständlich geht in diese Aufstellung als Variable auch die Konzentration des Kontrastmittels ein. Um vergleichbare Verhältnisse für unterschiedliche Kontrastmittel zu erhalten kann deren Applikations-Konzentration als Maßstab oder die Verträglichkeit des jeweiligen Kontrastmittels herangezogen werden. Zum Vergleich unterschiedlicher Kontrastmittel und zur Auswahl der optimalen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination können dann entsprechend normierte Kontrastmittelkonzentrationen verwendet werden. In einer verbesserten Variante kann hier auch ein spektrumsabhängiger Schädigungsfaktor der Strahlung mit einfließen, denn grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass höherenergetische Röntgenstrahlung weniger schädigend wirkt als niederenergetische Strahlung.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich durch Dosiserhöhung eine Verbesserung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses erreichbar ist. Eine Dosiserhöhung um den Faktor x erzeugt bekanntermaßen eine Verbesserung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses um den Faktor √x. Ziel aller Bemühungen im Bereich radiologischer Untersuchungen ist es jedoch die Strahlungsdosis, die bei einer solchen Röntgenuntersuchung verwendet wird zu minimieren. Daher bezieht sich die Optimierung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis immer auf gleiche Strahlungsdosis oder anders ausgedrückt; es wird durch die optimale Wahl eines Kontrastmittels, welches das beste Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis ergibt, durch Vorgabe eines bestimmten Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses im Bild eine Minimierung der verwendeten Dosis also der Strahlenbelastung des untersuchten Patienten erreicht. Einerseits kann immer das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis durch Erhöhung der Konzentration eines Kontrastmittels erreicht werden, andererseits sollte der Patient aus Gründen der Verträglichkeit nicht mit zu hohen Kontrastmitteldosen belastet werden. Im Idealfall ist also die Kombination aus Kontrastmittel und Röntgenstrahlung zu finden, die normiert auf die verwendete Strahlungsdosis oder besser normiert auf deren schädigende Wirkung und normiert auf die Konzentration des Kontrastmittels oder besser dessen Verträglichkeit das beste Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis ergibt, wobei dann auf Basis dieser ermittelten Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination die CT-Untersuchung unter minimierter Dosis und Kontrastmittelkonzentration erfolgt, sodass ein für die klinische Beurteilung ausreichend kontraststarkes Bild rekonstruiert werden kann. Erschwerend kommt dabei hinzu, dass die Optimierung auch noch von der Weglänge der Strahlung durch den Patienten und der damit einhergehenden Aufhärtung der Strahlung abhängt.
Da diese Zusammenhänge in ihrer Komplexität von einem Operateur eines Röntgensystems, insbesondere im klinischen Alltag, kaum mehr überblickt werden können, erscheint es notwendig, dem Operateur für eine optimale Röntgenuntersuchung ein Auswahlmittel zur Verfügung zu stellen, welches auf der Basis einfach zu bestimmender Kriterien zumindest eine optimale Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination zur Verfügung stellt oder falls mehrere gleichwertige Kontrastmittel/Strahlungs-Kombinationen vorliegen diese dem Operateur zur endgültigen Auswahl anbietet. Bei dieser endgültigen Auswahl unter mehreren gleichwertigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombinationen kann der Operateur weitere Gesichtspunkte, zum Beispiel eine individuelle Verträglichkeit des Patienten, Kostengesichtspunkte oder Ähnliches einfließen lassen.
Entsprechend diesen Erkenntnissen schlagen die Erfinder vor, ein Röntgensystem zur Erstellung diagnostischer Röntgendarstellungen eines Patienten zu verbessern, vorzugsweise ein Röntgensystem 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 tomographischen Darstellung des Patienten, einer Steuer- und Recheneinheit zur Steuerung des Röntgensystems und zur 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, zu verbessern, indem dieses Röntgensystem ein Auswahlmittel aufweist, welches nach der unmittelbaren oder mittelbaren Angabe der Parameter Untersuchungsvolumen einerseits und untersuchter Gewebestruktur andererseits zumindest eine optimierte 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.
In der konkreten Ausgestaltung wird das Auswahlmittel selbst in der Regel durch Computerprogramme in Verbindung mit einer Eingabetastatur und einer Anzeigeeinheit realisiert werden. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, wenn spezielle Tasten, gegebenenfalls verbunden mit speziellen Anzeigen, am Röntgensystem zur Verfügung gestellt werden. Wesentlich für die Erfindung ist, dass dem Operateur ein geeignetes Mittel zur Verfügung gestellt wird, womit er die notwendigen Vorgaben an das System weitergeben kann.
Dieses Auswahlmittel ermöglicht es nun dem Operateur durch einfache Angabe einer zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur die optimale Kombination von einzusetzendem Kontrastmittel und Energiespektrum zu finden.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Auswahlmittel eine Look-up-Tabelle aufweist, in der abhängig von der zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert sind.
Das Auswahlmittel kann zusätzlich mit der Steuerung des Röntgensystems verbunden sein, so dass durch die Auswahl des Operateurs, falls diese eine eindeutige Wahl von optimalem Kontrastmittel und Energiespektrum ergibt, automatisch zu einer entsprechenden Einstellung des Röntgensystems bezüglich der verwendeten Röhrenspannung und/oder eines zu verwendenden Filters für die Strahlung führen. Falls mehrere gleichwertige Lösungen zur Verfügung stehen, können diese dem Operateur zur weiteren Auswahl angeboten werden.
Vorteilhaft kann es auch sein, den Detektor in unterschiedlichen Betriebsarten, nämlich als integrierender Detektor, ereigniszählender Detektor oder energiespezifischer Detektor zu betreiben, wobei die optimale Wahl auch durch das Auswahlmittel vorgegeben werden kann. Denn auch durch unterschiedliche Betriebsarten des Detektors kann die optimale Wahl der Kontrastmittel/Energiespektrum-Kombination beeinflusst werden.
Wird ein energieselektiver Detektor mit mindestens zwei getrennt zu zählenden Energiebereichen verwendet, so kann in diesen Energiebereichen sowohl integrierend als auch ereigniszählend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist. Das Auswahlmittel kann dabei mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden werden und diesen Grenzwert entsprechend optimal in Bezug auf das beste Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis einstellen.
Neben der Möglichkeit das Untersuchungsvolumen oder den Untersuchungsquerschnitt durch Eingabe eines Durchmessers bei etwa kreisförmigem Querschnitt oder zweier Achslängen bei etwa ellipsoidem Querschnitt zu definieren, schlagen die Erfinder auch vor, dass in dem Röntgensystem eine mittelbare Eingabemöglichkeit für das Untersuchungsvolumen durch Angabe der Körperregion vorgesehen ist. Beispielsweise kann bereits durch die Angabe der Untersuchungsregionen Kopf, Thorax oder Abdomen schon eine weitgehend gute Näherung für diese Werte getroffen werden.
Weitere Möglichkeiten sind die Aufnahme eines Topogramms, eine optische Bestimmung oder das Untersuchungsvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevorrichtung im Patiententisch, zu bestimmen. Es können allerdings auch Kombinationen dieser Maßnahmen verwendet werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, das Untersuchungsvolumen durch einen Vorscan zu bestimmen und, vorzugsweise automatisch, in das System zu übernehmen. Durch dieses Verfahren wird ohne weitere Näherungen der tatsächliche Querschnitt des Untersuchungsvolumens bestimmt, so dass keine Näherungsfehler auftreten.
Erfindungsgemäß kann es sich bei dem vorgeschlagenen Röntgensystem sowohl um ein System zur Erstellung von Transmissionsbildern als auch um ein Röntgensystem zur Erstellung tomographischer Darstellungen, also ein CT oder eine C-Bogen-Gerät mit Mitteln zur Rekonstruktion tomographischer Bilder, handeln, wobei die bevorzugte Anwendung bei den tomographischen Systemen liegt. Selbstverständlich sind bei einem solchen Röntgensystem zur Erstellung tomographischer Darstellungen auch die Röntgenröhre(n) und gegebenenfalls der oder die Detektoren drehbar um den Patienten gelagert, so dass eine Vielzahl von Projektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden können. Weiterhin sind Mittel zur Datenaufbereitung, insbesondere zur Rekonstruktion von CT-Darstellungen vorgesehen, wobei diese Mittel meist aus einer Kombination von Recheneinheit und entsprechenden Computerprogrammen bestehen.
Ebenfalls vorteilhaft können zur Optimierung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses Kontrastmittel zur Verfügung gestellt werden, die mindestens einen Kontrastmittelkomplex aufweist und als Kontrastmaterial eine Auswahl von mindestens zwei kontrasterzeugenden Elementen aus der nachstehenden Liste enthalten: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi; vorzugsweise Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu.
Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Optimierung tomographischer Darstellungen eines Patienten durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten in unterschiedlichen Raumwinkeln unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der tomographischen Darstellung vor, bei dem vor der Untersuchung für das Röntgen-System das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis unterschiedlicher Energiespektren der Röntgenstrahlung und unterschiedlicher Kontrastmittel relativ zu gewebeähnlichem Material oder zu Gewebe ermittelt wird, und vor der Untersuchung eines Patienten vom Röntgensystem auf der Basis eines vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten eine optimierte Auswahl an zumindest einer Kontrastmittel/Röntgenspektrum-Kombination zur Verfügung gestellt wird, welche ein optimales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich ermöglicht.
Erfindungsgemäß kann zur Auswahl eine Look-up-Tabelle verwendet werden, in der in Abhängigkeit des vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten zumindest eine optimale Kombination von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
Alternativ kann auch nach einem Vorscan des Untersuchungsbereiches, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Energiespektren, auf der Basis der tatsächlich vorliegenden Absorptionswerte im Untersuchungsbereich durch Simulation mit unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Kontrastmitteln und Energiespektren, gegebenenfalls auch Detektoren beziehungsweise Detektorbetriebsarten, die optimale Kombination von Kontrastmittel und für die Abtastung verwendetem Energiespektrum der Röntgenstrahlung ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch die Röhrenspannung eingestellt und/oder automatisch durch Filterung das Energiespektrum der verwendeten Röntgenstrahlung entsprechend zuvor gespeicherter oder errechneter Angaben eingestellt werden.
Ebenso wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung der Absorption der Strahlung im Detektor Strahlungsereignisse gezählt werden oder die auf dem Detektor auftreffende Strahlung energiespezifisch detektiert wird.
Bei einer energiespezifischen Detektion können mindestens zwei Energiebereiche getrennt jedoch je Energiebereich integrierend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
Alternativ können auch mindestens zwei Energiebereiche getrennt und ereigniszählend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Auswahl der optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum mittelbar oder unmittelbar ein Maß für das Patientenvolumen, also für den von der Strahlung zu durchdringenden Querschnitt des zu untersuchenden Patienten eingegeben werden. Bei mittelbarer Eingabe kann beispielsweise eine Lookup-Tabelle verwendet werden, die aus anderen Angaben auf das tatsächliche Patientenvolumen beziehungsweise den zu durchdringenden Querschnitt schließt.
Beispielsweise kann durch Aufnahme eines Topogramms und der daraus entnehmbaren geometrischen Daten das Patientenvolumen bestimmt und, vorzugsweise automatisch, in das Röntgensystem übernommen werden. Entsprechend kann auch das Patientenvolumen optisch bestimmt werden. Außerdem kann alternativ oder ergänzend zu den oben genannten indirekten Ermittlungen auch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevorrichtung im Patiententisch, durchgeführt werden, so dass ein, meist zusätzlicher Parameter zur Abschätzung des Patientenquerschnitts im Untersuchungsbereich vorliegt.
Als besonders exakte Methode zur Bestimmung des Patientenvolumens kann ein Vorscan dienen, wobei es hierdurch gleichzeitig auch möglich ist, ungefähre Absorptionsbestimmungen ohne Kontrastmittel vorzunehmen, um mit diesen Daten und Simulationsrechnungen mit Kontrastmittel noch besser die optimale Kombination von einzusetzendem Kontrastmittel und Energiespektrum vorzubestimmen und gegebenenfalls automatisch in das Röntgensystem zu übernehmen und dieses entsprechend zu konfigurieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann analog zum zuvor beschriebenen Röntgensystem sowohl für die Erzeugung und Darstellung von Transmissionsaufnahmen als auch für die Darstellung von tomographischen Aufnahmen durch entsprechende und an sich bekannte Rekonstruktionsschritte verwendet werden.
Bezüglich der zur Verfügung gestellten Kontrastmittel werden erfindungsgemäß auch mindestens zwei Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrasterzeugenden Elementen zur Auswahl gestellt, wobei die Elemente aus der nachfolgenden Liste I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, vorzugsweise aus der Liste Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, ausgewählt werden. Ein Beispiel hierfür wäre ein Satz von Kontrastmitteln mit den kontrasterzeugenden Elementen I, Sm und Er. Grundsätzlich ist allerdings zu bemerken, dass eine höhere Anzahl von unterschiedlichen Kontrastmitteln auch eine optimiertere Auswahl zulässt.
Alternativ können auch, gegebenenfalls ergänzend, die zur Auswahl vorliegenden Kontrastmittel gemischt werden, so dass unterschiedliche Kontrastmittelgemische mit unterschiedlichen Komplexen verwendet werden. Die verwendete Liste der Elemente bleibt hierbei gleich. Allerdings besteht nun die Möglichkeit durch entsprechende Mischungsverhältnisse der Kontrastmitteln sich besser an die aktuelle Aufnahmesituation anzupassen und damit das optimale Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis durch ein „fine tuning” der Mischungsverhältnisse weniger Kontrastmittel zu erreichen. Im Ergebnis kann dadurch trotz weniger zur Verfügung stehender einzelner Kontrastmittel eine relativ ideale Anpassung an die Aufnahmesituation erreicht werden.
Mischungen von unterschiedlichen Kontrastmitteln bergen grundsätzlich das Problem, dass im Vorfeld der Verabreichung oder im Körper eine Entmischung der Komponenten entsteht. Zur Vermeidung dieses Problems schlagen die Erfinder vor, Kontrastmittel zu verwenden, die unterschiedliche kontrastbildende Elemente in chemischer Bindung aufweisen. Beispielsweise kann ein Kontrastmittel einen Komplex mit einem La- und einem Gd-Atom oder zwei Komplexe mit je einem La- und einem Gd-Atom aufweisen. Es wird dadurch das Mischungsverhältnis festgeschrieben, so dass eine Änderung im Mischungsverhältnis durch Applikationsprobleme nicht entstehen kann. Beispielsweise können auch durch 3 chemisch gebundene kontrastbildende Elemente feste Mischungsverhältnisse von 1:2 bei zwei unterschiedlichen Elementen oder 1:1:1 bei drei unterschiedlichen Elementen erreicht werden. Bei vier chemisch gebundenen kontrastbildende Elemente können entsprechend Mischungsverhältnisse von 1:3, 2:2, 1:1:2 oder 1:1:1:1 vorgegeben werden. Die verwendeten Komplexe können auch hier aus der nachfolgenden Liste ausgewählt werden: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
Entsprechend der oben dargestellten Ausführungen liegt es auch im Rahmen dieser Erfindung einen lanthanidhaltigen Komplex zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Diagnoseunterstützung in einer CT-Untersuchung zu verwenden, wobei abhängig vom Querschnitt und der Gewebestruktur des Untersuchungsbereiches eine solche Kombination eines Lanthanidkomplexes für das Kontrastmittel und eines Energiespektrums der verwendeten Röntgenstrahlung gewählt wird, die ein maximales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis in einer CT-Darstellung erzeugt. Auf die verschiedenen oben dargestellten Ausführungsformen dieser Verwendung wird hingewiesen.
Bezüglich des chemischen Aufbaues wird beispielhaft auf die internationale Patentanmeldung WO 2004/074267 A1 und auf das Europäische Patent EP 0 222 886 B1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt bezüglich der Herstellung von Kontrastmitteln vollinhaltlich übernommen wird. Es eignen sich aber auch die bereits für NMR-Untersuchungen zugelassenen MR-Mittel Multihance^®, Porhance^®, Omniscan^®, Magnevist^® ( DE 33 02 410 ), Primovist^®, Gadovist^® oder Vasovist^®. Darüber hinaus können auch die Metallkomplexe gemäß der Lehre der Patentschrift US-PS 5,746,995 oder Mischungen aus Metallkomplex und jodhaltigem Kontrastmittel gemäß der Patentanmeldung US 2005/0053551 A1 eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1 CT-System; 2 erste Röntgenröhre; 3 erster Detektor; 4 zweite Röntgenröhre; 5 zweiter Detektor; 6 Gantrygehäuse; 7 Patient; 8 Patientenliege; 9 Systemachse; 10 Steuer- und Recheneinheit; 11 Speicher; 12 Kontrastmittelapplikator; Prg_x Computerprogramme.
Es zeigen im Einzelnen:
1: CT-System mit Kontrastmittelinjektor;
2: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit 120 kV-Röntgenstrahlung;
3: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit ungefilterter Röntgenstrahlung unterschiedlicher Beschleunigungsspannung;
4: Simulationswerte aus 3 als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen;
5: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser unter Verwendung von zwei Beschleunigungsspannungen, jeweils mit und ohne Filteraufhärtung;
6: Simulationswerte aus 5 als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen;
7: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit einer Röntgenstrahlung für vier unterschiedliche Detektoren;
8: Simulationswerte aus 7 als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses des Kontrastmittels aufgetragen;
9: Simulationswerte gemäß 3 mit einem zylindrischen Phantom von 20 cm Durchmesser;
10: Simulationswerte gemäß 3 mit einem zylindrischen Phantom von 30 cm Durchmesser;
11: Simulationswerte gemäß 3 mit einem zylindrischen Phantom von 40 cm Durchmesser;
12: Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittelmischungen mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen und gleicher Grundkomponente gegen Wasser mit 120 kV-Röntgenstrahlung.
Bei dem erfindungsgemäßen CT-System kann es sich in seinem Grundaufbau beispielsweise um ein konventionelles CT-System mit einem einzigen Fokus/Detektor-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. Selbstverständlich sind im erfindungsgemäßen CT-System zusätzlich die später genauer beschriebenen Auswahlmittel als zusätzlicher Bestandteil integriert.
Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass grundsätzlich jegliches bekannte CT-System, welches in über die Möglichkeit einer Beeinflussung des verwendeten Energiespektrums der Röntgen- oder Bremsstrahlung verfügt, erfindungsgemäß angepasst werden kann.
Beispielhaft kann auch ein Zwei- oder Mehrfach-Fokus/Detektor-System 1 verwendet werden, wie es in der 1 dargestellt ist. Ein solches 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 Fokus/Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 sind in einem Gantrygehäuse 6 auf einer, um eine Systemachse 9 rotierende und hier nicht sichtbar dargestellte, Gantry angeordnet. Der Patient 7 befindet sich auf einer längsverschiebbaren Patientenliege 8, die zur Abtastung des Patienten 7 während der Rotation der Fokus/Detektor-Systeme kontinuierlich oder schrittweise durch eine Öffnung im Gantrygehäuse 6 geschoben wird. Hierdurch wird der Patient 7 spiralförmig oder mehrfach kreisförmig abgetastet.
Vor 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, in den Patienten 7 injiziert.
Das Kontrastmittel kann zum Beispiel für eine Kardio-Untersuchung so gestaltet sein, dass es sich nach der Injektion 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. 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.
Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Auswahlmittel in dieser bevorzugten Ausführungsvariante eines CT's in Form eines Computerprogramms Prg_x in der Steuer- und Recheneinheit 10 vorliegt. Die notwendigen Eingaben in das Auswahlmittel wie z. B. Patientendurchmesser oder Untersuchungsgebiet können über die Tastatur erfolgen. Die Ausgaben des Auswahlmittels an den Operateur in Form der optimal zu wählenden Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination können über den Bildschirm geschehen. Alternativ kann diese Kombination auch rechnerintern weitergegeben werden und direkt in die Steuerung einfließen.
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-Fokus/Detektor-Systems gemäß der 1 bietet diverse Vorteile gegenüber einem konventionellen CT-System. So können beispielsweise unterschiedliche zwei oder mehrere 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 Fokus/Detektor-System mit jeweils einem anderen Energiespektrum ein Vorscan oder der eigentliche Scan durchgeführt werden. Ebenso ist eine einfache gleichzeitige Aufnahme mehrerer Tomogramme zur Bestimmung der Patientendimensionen möglich, wodurch eine spätere optimale Auswahl der richtigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination erleichtert wird.
Das Grundprinzip der Erfindung veranschaulicht sich in den Graphen der nachfolgenden 2 bis 12.
Die 2 zeigt Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses CNR²/Dose, aufgetragen auf der Abszisse und normiert auf die Dosis für die unterschiedliche Kontrastmittel mit den kontrasterzeugenden Elementen I (= Iod), La (= Lanthan), Ce (= Zer), Pr (= Praseodym), Nd (= Neodym), Sm (= Samarium), Eu (= Europium), Gd (= Gadolinium), Tb (= Terbium), Dy (Dysprosium), Ho (= Holmium), Er (= Erbium), Tm (= Thulium), Yb (= Ytterbium), Lu (= Lutetium), Bi (Wismut) gegen Wasser mit einer 120 kV-Röntgenstrahlung aufgetragen auf der Ordinate. Als Detektor wurde hier ein derzeit üblicher energieintegrierender Detektor simuliert.
Für diese Simulation wurde ein zylinderförmiges Phantom aus Wasser mit einem innen konzentrisch angeordneten, wesentlich kleineren und mit Kontrastmittel gefüllten Zylinder simuliert. Die in den Figuren dargestellten Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse entsprechen dem Kontrast-zu-Rausch-Verhältniss, das aus dem so rekonstruierten Bild stammt.
Die kontrasterzeugenden Elemente sind in dieser 2 von links nach rechts mit aufsteigender Ordnungszahl aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass zunächst mit steigender Ordnungszahl eine Verbesserung also Erhöhung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses zu verzeichnen ist. Es wird ein kleines Plateau des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses bei den kontrastbildenden Elementen Er und Tm erreicht, gefolgt von einem unstetigen Abfall des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses bis zu Bi.
Trägt man dieses Kontrast-zu-Rausch-Verhältniss für spektral unterschiedliche Röntgenstrahlen, erzeugt durch unterschiedliche Beschleunigungsspannungen, auf, so zeigt sich, dass eine Verschiebung der Energiespektren dieser Strahlungen auch in einer Verschiebung Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse, insbesondere in einer Verschiebung der Kurvenmaxima, resultiert. In der 3 sind die Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen Elementen gegen Wasser mit ungefilterter Röntgenstrahlung unterschiedlicher Beschleunigungsspannung aufgetragen. Es wurden dabei Scanergebnisse mit Röntgenstrahlen aus Beschleunigungsspannungen mit 80, 100, 120 und 140 kV simuliert und das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis CNR²/Dose gegenüber den kontrastbildenden Elementen mit steigender Ordnungszahl aufgetragen. Es zeigt sich bei Betrachtung der Ergebnisse, dass einerseits mit wachsender Beschleunigungsspannung das Maximum des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses sich tendenziell zu höheren Ordnungszahlen verschiebt. Gleichzeitig liegt das Maximum des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses – ohne Betrachtung des verwendeten Kontrastmittels – bei der 100 keV-Bremsstrahlung. Die Verschiebung des Energiespektrums zu höheren Werten führt zu einem geringeren erreichbaren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis. Betrachtet man allerdings die kontrastbildenden Elemente von I bis Gd, so kann eine stetige Steigerung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses mit sinkender Beschleunigungsspannung beobachtet werden. Diese Systematik wird jedoch bei höheren Ordnungszahlen unterbrochen. Zum Beispiel liefern die Elemente Tb bis Bi bei 100 kV Beschleunigungsspannung einen Maximalwert für das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis, während der Minimalwert bei Tb bis Ho durch 140 kV-Strahlung, bei Er bis Lu durch 80 kV-Strahlung und bei Bi durch 100 kV-Strahlung erzeugt wird.
In der 4 sind diese Simulationswerte der 3 nochmals als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses normiert über die Dosis gegen die Elemente aufgetragen. Im Grunde handelt es sich um eine Umnormierung der Kurven aus der 3. Diese Kurven verdeutlichen, dass beispielsweise im Bereich con I bis Sm die Verwendung von niedrigerer Beschleunigungsspannungen und von kontrastbildenden Elementen mit höherer Ordnungszahl zu einer Reduktion der notwendigen Kontrastmittelkonzentration bei gleichem Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis führt. Allerdings ist diese Aussage für weiter steigende Ordnungszahl nicht mehr übertragbar.
Insgesamt ergibt sich bereits aus den Erkenntnissen der 3 und 4 schon ein relativ komplexes Problem, wenn mit einfachen Regeln eine optimale Kombination von Kontrastmittel und Röntgenstrahlung gefunden werden soll.
Dieses Problem wird weiter erschwert, wenn in die Betrachtung auch Verschiebungen der Energiespektren verwendbarer Röntgenstrahlung durch im Strahlengang eingelegte Filter berücksichtigt werden sollen. Die 5 zeigt die Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen Elemente gegen Wasser unter Verwendung der zwei Beschleunigungsspannungen 80 kV und 120 kV, jeweils mit und ohne Strahlaufhärtung durch Kupferfilter. Auch hier ergibt sich eine starke Verschiebung der Maxima des erreichbaren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses, wobei der Einfluss der Filterung bei der 80 kV-Strahlung größer ist als bei der 120 kV-Strahlung. Da für beide Strahlungen die gleiche Filterdicke verwendet wurde, war der Effekt der Strahlaufhärtung bei der 80 kV-Strahlung auch verhältnismäßig stärker als bei der 120 kV-Strahlung.
In der 6 werden nochmals die Simulationswerte aus der 5 als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses verschiedener Kontrastmittel aufgetragen.
Ein weiterer Effekt, der das Verhalten der Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse unterschiedlicher Kontrastmittel zueinander bei unterschiedlicher Strahlung beeinflusst, ist der Betriebsmodus des verwendeten Detektors. Die 7 zeigt die Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittel mit unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen gegen Wasser mit einer Röntgenstrahlung für vier unterschiedliche Detektoren mit unterschiedlichem Betriebsmodus. Hierbei werden Ergebnisse mit einem einfachen energieintegrierenden Detektor, einem ereigniszählenden Detektor, einem energiespezifisch ereigniszählenden Detektor mit zwei Energiebereichen und einem energiespezifisch ereigniszählenden Detektor mit Energiebereichen im 5 keV Abstand verglichen. Die hier beobachtbare Verschiebung der Maxima der detektierbaren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisse fällt hier zwar sehr stark aus, jedoch zeigt sich, dass durch die Verwendung spezifischerer Detektoren das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis drastisch zu verbessern ist, wobei zwischen dem einfachen integrierenden Detektor und den spezifischeren ereigniszählenden Detektoren sich eine klare Verschiebung des Maximums ergibt.
Wie zuvor sind auch hier in der unten stehenden 8 die gleichen Simulationswerte aus der 7 nochmals als zur Dosis normierte Massenäquivalente gleichen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses verschiedener Kontrastmittel aufgetragen.
Ein wesentlich signifikanteres Problem bei der Auswahl der richtigen Kontrastmittel/Strahlungs-Kombination stellt die Dimensionierung des gescannten Objektes und die Lage des untersuchten betrachteten Gebietes im Objekt dar. Aufgrund der Strahlaufhärtung beim Durchgang der Röntgenstrahlung durch einen Patienten ergeben sich signifikante Verschiebungen bezüglich der optimalen Auswahl eines Kontrastmittels je nach Dicke eines Patienten. Zur Darstellung dieser Situation sind in den 9 bis 11 die Simulationswerte gemäß der 3 mit einem zylindrischen Phantom mit Durchmessern von 20 cm, 30 cm und 40 cm, wobei zentral im Phantom ein kleiner kontrastmittelgefüllter Zylinder angeordnet ist. In diesen 9 bis 10 sind die Simulationsergebnisse für jeweils vier verschiedene Röntgenstrahlungen mit 80, 100, 120 und 140 kV Beschleunigungsspannung dargestellt. Dabei entspricht die 11 identisch der 3.
Es zeigt sich, dass es zur Auswahl eines optimalen Kontrastmittels bei geringen Durchmessern von 20 cm und 30 cm günstiger ist, einen CT-Scan mit einer Kombination von 80 kV-Strahlung unter Verwendung von Sm enthaltenden Kontrastmittel durchzuführen, während unter sonst gleichen Bedingungen ein Durchmesser des Phantoms von 40 cm die Verwendung von Dy, Ho oder Er mit einer 100 kV-Strahlung vorzuziehen ist.
In den oben dargestellten Beispielen wurden Simulationen mit Kontrastmittel mit nur einem einzigen Metallkomplex gezeigt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit Kontrastmittelmischungen zu verwenden und damit eine weiter verbesserte Abstimmung zu erreichen. Die 12 zeigt solche Simulationswerte des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses diverser Kontrastmittelmischungen mit unterschiedlichen kontrasterzeugenden Elementen und Iod gegen Wasser unter Verwendung einer 120 kV-Röntgenstrahlung.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die gezeigten Ergebnisse Simulationsergebnisse sind, die jedoch gleichwertig auch durch direkte Messungen ersetzt werden können. Außerdem wurden die gezeigten Ergebnisse alle gegen eine Umgebung aus Wasser ermittelt. Wenn eine weiter verbesserte Auswahl und Abstimmung der Kontrastmittel und deren Kombination mit Strahlungsvarianten und/oder Detektorvarianten bestimmt werden soll, ist es günstiger diese Messwerte gegenüber tatsächlichen Gewebestrukturen aufzunehmen, da auch aufgrund unterschiedlicher Umgebungen für das Kontrastmittel weitere Differenzierungen möglich sind.
Zusammenfassend wird also durch diese Erfindung ein CT-System mit einem Auswahlmittel für die beste Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung zur Optimierung des Rausch-zu-Kontrast-Verhältnisses, ein Verfahren zur Erzeugung von CT-Darstellungen mit Hilfe von Kontrastmitteln unter Berücksichtigung einer optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum einer zum Scan verwendeten Röntgenstrahlung und die Verwendung eines lanthanidhaltigen Komplexes zur Herstellung eines Kontrastmittels zur Optimierung der Kombination von Kontrastmittel und Strahlung zur Erreichung eines maximalen Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses in einer CT-Darstellung vorgeschlagen.

Claims

Verfahren zur Optimierung von Röntgendarstellungen eines Patienten (7) durch Röntgenstrahlen mit einem zu wählenden Energiespektrum und Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten (7) unter zusätzlicher Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung, dadurch gekennzeichnet, dass 1.1. vor der Untersuchung für das Röntgensystem (1) das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis unterschiedlicher Energiespektren der Röntgenstrahlung und unterschiedlicher Kontrastmittel relativ zu gewebeähnlichem Material oder zu Gewebe ermittelt wird, und 1.2. vor der Untersuchung eines Patienten vom Röntgensystem (1) auf der Basis eines vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten (7) eine optimierte Auswahl an zumindest einer Kontrastmittel/Röntgenspektrum-Kombination zur Verfügung gestellt wird, welche ein optimales Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Untersuchungsbereich ermöglicht.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswahl eine Look-up-Tabelle verwendet wird, in der in Abhängigkeit des vorgegebenen Untersuchungsbereiches des Patienten (7) zumindest eine optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Vorscan des Untersuchungsbereiches auf der Basis der tatsächlich vorliegenden Absorptionswerte im Untersuchungsbereich durch Simulation mit unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Kontrastmitteln und Energiespektren die optimale Kombination von Kontrastmittel und für die Abtastung verwendetem Energiespektrum der Röntgenstrahlung ermittelt werden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorscan mit unterschiedlichen Energiespektren durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorscan Detektoren (3; 5) mit unterschiedlichen Betriebsarten zur Dosisbestimmung verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch die Röhrenspannung entsprechend zuvor gespeicherter Angaben eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der durch den Operateur initiierten Auswahl des Kontrastmittels automatisch durch Filterung das Energiespektrum der verwendeten Röntgenstrahlung entsprechend zuvor gespeicherter Angaben eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Absorption der Strahlung im Detektor Strahlungsereignisse gezählt werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Absorption die auf dem Detektor (3, 5) auftreffende Strahlung energiespezifisch detektiert wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energiebereiche getrennt jedoch jeweils integrierend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energiebereiche getrennt und ereigniszählend detektiert werden, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel einstellbar ist und die Steuerung dieses Grenzwertes entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl und vorhandener Vorgaben in Abhängigkeit von dem verwendeten Kontrastmittel und dem Energiespektrum der Röntgenstrahlung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswahl der optimalen Kombination aus Kontrastmittel und Energiespektrum auch ein Maß für das Volumen des zu untersuchenden Patienten eingegeben wird und eine Lookup-Tabelle verwendet wird, die dieses Patientenvolumen bei der Auswahl berücksichtigt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Patientenvolumen durch einen Vorscan bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Patientenvolumen durch Aufnahme eines Topogramms bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Patientenvolumen optisch bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Patientenvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch eine Wiegevorrichtung im Patiententisch (8), bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Kontrastmittel zur Auswahl gestellt werden, welche kontrastbildende Elemente aus der nachfolgenden Liste aufweisen: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontrastmittel zur Auswahl gestellt wird, welches ein kontrastbildendes Element aus der nachfolgenden Liste aufweist: Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontrastmittel aus einer Mischung aus Einzelkomponenten mit zwei unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen zur Auswahl gestellt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontrastmittel eine chemische Bindung zu mindestens zwei unterschiedlichen kontrastbildenden Elementen aufweist.
Röntgensystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass Computerprogramme (Prg_x) oder Programm-Module gespeichert sind, die im Betrieb die Verfahrensschritte eines der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 20 durchführen.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 21, aufweisend: 22.1. eine Röntgenröhre (2, 4) zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus Röntgenstrahlen mit einem Energiespektrum zur Abtastung des Patienten (7), 22.2. einen Detektor (3, 5) zur Messung der Schwächung der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Patienten (7), 22.3. eine Applikationseinheit (12) für die Gabe von Kontrastmittel zur Kontrastverbesserung in der Röntgendarstellung des Patienten (7), 22.4. eine Steuer- und Recheneinheit (10) zur Steuerung des Röntgensystems (1) und zur Erstellung diagnostischer Darstellungen eines Patienten (7) mit Hilfe von gespeicherten und ausgeführten Computerprogrammen (Prg_x), 22.5. eine Möglichkeit zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsparameter zumindest bezüglich des verwendeten Energiespektrums der Röntgenstrahlung, 22.6. ein Auswahlmittel, 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.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlmittel eine Look-up-Tabelle aufweist, in der abhängig von der zu untersuchenden Körperregion oder der zu untersuchenden Gewebestruktur optimale Kombinationen von Kontrastmittel zum Energiespektrum der zu verwendenden Röntgenstrahlung gespeichert ist.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlmittel mit einer Steuerung der Röhrenspannung verbunden ist und diese entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl steuert.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlmittel mit einer Steuerung zumindest eines in den Strahlengang der Röntgenstrahlung einschiebbaren Filters zur Veränderung des Energiespektrums der Strahlung verbunden ist und dieses entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl steuert.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor (3, 5) ein ereigniszählender Detektor vorgesehen ist.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektor (3, 5) ein energieselektiver Detektor vorgesehen ist.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3, 5) ausgebildet ist, mindestens zwei Energiebereiche getrennt zu detektieren, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist, und das Auswahlmittel mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden ist und dieser Grenzwert entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl entsprechend vorhandener Vorgaben optimiert eingestellt wird.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (3, 5) ausgebildet ist, mindestens zwei Energiebereiche getrennt ereigniszählend zu detektieren, wobei der mindestens eine Grenzwert zwischen den detektierten Energiebereichen variabel ist, und das Auswahlmittel mit einer Steuerung dieses Grenzwertes verbunden ist und dieser Grenzwert entsprechend der durch den Operateur getroffenen Auswahl entsprechend vorhandener Vorgaben optimiert eingestellt wird.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittelbare Eingabemöglichkeit für das Untersuchungsvolumen durch Angabe der Körperregion vorliegt.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem ein Durchleuchtungs-System zur Erstellung von Transmissionsaufnahmen ist.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem ein CT-System (1) oder C-Bogen-System ist, welches Mittel zur Rekonstruktion tomographischer Schnitt- oder Volumendarstellungen aufweist.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsvolumen durch einen Vorscan bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsvolumen durch Aufnahme eines Topogramms bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsvolumen optisch bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsvolumen durch eine Gewichtsbestimmung, vorzugsweise durch Wiegevorrichtung im Patiententisch (8), bestimmt und, vorzugsweise automatisch, übernommen wird.
Röntgensystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 22 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die im Auswahlmittel zur Verfügung gestellten Kontrastmittel mindestens einen Komplex aufweisen und als kontrastgebendes Element eine Auswahl von mindestens zwei Elementen aus der nachstehenden Liste enthalten sind: I, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi.
Röntgensystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontrastmittel ein kontrastbildendes Element aus der nachfolgenden Liste aufweist: Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.