DE10235849A1

DE10235849A1 - Medical examination apparatus for imaging periodically-moving object, has two-dimensional radiation receiver associated with x-ray source mounted on carrier whose movement is controlled by derived synchronization signal

Info

Publication number: DE10235849A1
Application number: DE10235849A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Bruder; Klaus Dr. Klingenbeck-Regn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04
Also published as: JP2004065982A; CN1480099A

Abstract

The apparatus includes a data processor for processing and storing measured data sets from a detector which is associated with an x-ray source. An acquisition device detects the periodic motion of the object under examination and derives a synchronization signal which is fed to a controller which controls the rotation of a carrier. The detector is a two-dimensional radiation receiver. An Independent claim is included for a method of recording three-dimensional data for a periodically moving object.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine bildgebende medizinische Untersuchungseinrichtung zur Aufnahme eines Bildes eines sich mit einer Zykluszeit periodisch bewegenden Untersuchungsobjekts, mit einem um eine Rotationsachse mit einer Umlaufdauer rotierbaren Träger, auf dem eine Röntgenstrahlenquelle und ein dieser zugeordneter Detektor angeordnet sind, mit einem Steuermittel zur Steuerung des Trägers, mit einem Datenverarbeitungsmittel zur Verarbeitung und zur Speicherung von Messdatensätzen des Detektors, die während mehrerer Messintervalle bei jeweils an deren Rotationswinkeln aufgenommen wurden, und zur Rekonstruktion des Bildes aus den verschiedenen gespeicherten Messdatensätzen, und mit einem Erfassungsmittel zur Erfassung der periodischen Bewegung des Untersuchungsobjekts und zur daraus abgeleiteten Bestimmung eines Synchronisationssignals, das dem Steuermittel zugeführt ist.The invention relates to a imaging medical examination device for recording a Image of an examination object moving periodically with a cycle time, with a rotatable around an axis of rotation with an orbital period Carrier, on which an x-ray source and a detector assigned to it are arranged with a Control means for controlling the carrier, with a data processing means for processing and storing measurement data records from the Detector during several measurement intervals recorded at their respective rotation angles and to reconstruct the image from the different saved measurement data records, and with a detection means for detecting the periodic movement of the object under investigation and the determination derived from it a synchronization signal which is fed to the control means.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Aufnahme von 3D-Messdaten für ein sich mit einer Zykluszeit periodisch bewegendes Untersuchungsobjekt, wobei das Untersuchungsobjekt von Röntgenstrahlen, die von einer auf einem Träger angeordneten Röntgenstrahlenquelle ausgehen, durchdrungen wird, wobei während mehrerer Messintervalle von einem auf dem Träger angeordneten und die durchdringende Strahlung empfangenden Detektor jeweils ein Messdatensatz erzeugt wird, während der Träger um eine Rotationsachse rotiert, wobei die Messdatensätze zu einem Rohdatensatz zusammengefasst werden und wobei ein von der periodischen Bewegung des Untersuchungsobjekts abgeleitetes Synchronisationssignal verwendet wird, um mit den Messintervallen jeweils das gleiche Phasenintervall der periodischen Bewegung abzutasten.The invention also relates to a method for recording 3D measurement data for one with a cycle time periodically moving examination object, the examination object of x-rays, that of one on a carrier arranged x-ray source go out, is penetrated, during several measurement intervals from one on the carrier arranged and the penetrating radiation receiving detector one measurement data record each is generated while the carrier is about an axis of rotation rotates, with the measurement data records can be combined into a raw data set and one of the periodic movement of the examination object derived synchronization signal is used to match the same phase interval with the measurement intervals to feel the periodic movement.

Röntgendiagnostiksysteme, die aus mehreren, bei unterschiedlichen Durchstrahlungswinkeln aufgenommenen und zu einem Rohdatensatz zusammengefassten Durchstrahlungsdaten eine Bildrekonstruktion durchführen, sind sowohl als Computertomographie-Geräte als auch in Form von C-Bogengeräten bekannt.X-ray diagnostic systems, those taken from several, with different radiation angles and transmission data combined into a raw data set perform an image reconstruction, are known both as computed tomography devices and in the form of C-arm devices.

Bei einem Computertomographie-Gerät rotiert ein Röntgenstrahler, und zumeist zusammen mit diesem auch der zugeordnete Röntgendetektor, in vollen Umläufen um die Patientenachse. Das gewünschte anatomische Volumen wird abgetastet durch schrittweisen Vorschub (Sequenz-Mode) des Patientenlagerungstisches relativ zum Röntgenstrahler und Röntgendetektor oder alternativ durch einen kontinuierlichen Tischvorschub (Spiralabtastung).Rotates on a computed tomography device an X-ray tube, and usually together with this also the assigned X-ray detector, in full circulation around the patient axis. The wished anatomical volume is sensed by gradual feed (Sequence mode) of the patient table relative to the X-ray source and x-ray detector or alternatively through a continuous table feed (spiral scanning).

Aus EP 0 917 855 A1 , DE 198 58 306 A1 und DE 199 36 679 A1 sind C-Bogen- oder C-Arm-Geräte bekannt, deren zugeordneter Rechner aus den bei unterschiedlichen Durchstrahlungswinkeln erzeugten Ausgangssignalen des Röntgendetektors Bilder des Untersuchungsobjektes rekonstruiert. Die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor sind hierbei einander gegenüberliegend an einem bogenförmigen Träger angebracht. Da anders als bei einem Computertomographen die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor nicht an einem geschlossenen Ring angebracht sind, eignen sich solche C-Bogengeräte insbesondere für die intraoperative Anwendung, denn infolge des bogenförmigen Trägers ist ein auf der Lagerungsvorrichtung befindlicher Patient gut zugänglich.Out EP 0 917 855 A1 . DE 198 58 306 A1 and DE 199 36 679 A1 C-arm or C-arm devices are known, the associated computer of which reconstructs images of the examination object from the output signals of the X-ray detector generated at different radiation angles. The X-ray source and the detector are mounted opposite one another on an arcuate support. Since, unlike a computer tomograph, the X-ray source and the detector are not attached to a closed ring, such C-arm devices are particularly suitable for intraoperative use, because a patient on the positioning device is easily accessible due to the arched support.

Bei C-Bogen-Geräten kommen als Röntgendetektoren zweidimensionale, das heißt flächenhafte, Detektoren zum Einsatz, beispielsweise Röntgenbildverstärkersysteme oder Festkörper-Matrixdetektorsysteme.With C-arm devices come as X-ray detectors two-dimensional, that is dimensional, Detectors for use, for example X-ray image intensifier systems or solid-state matrix detector systems.

Aufgrund der Ausgestaltung des Trägers von Röntgendetektor und Röntgenquelle als offener C-Bogen ist bei einem C-Bogen-Gerät kein voller Umlauf über 360° um die Patientenachse mög lich. Die Schwenkbarkeit des C-Bogens sollte aber zumindest 180° plus Öffnungswinkel des Röntgenstrahlenbündels betragen.Due to the design of the carrier of X-ray detector and x-ray source as an open C-arm with a C-arm device no full circulation over 360 ° around the patient axis is possible. The pivotability of the C-arm should be at least 180 ° plus opening angle of the X-ray beam.

Zur Untersuchung sich periodisch bewegender Objekte oder Objektteile ist es im Zusammenhang mit Computertomographie-Geräten bekannt, die Aufnahme der Bestrahlungsdaten mit der Bewegung des Untersuchungsobjekts zu synchronisieren. Zur bildgebenden Untersuchung des menschlichen lebenden Herzens sind aus der DE 196 22 075 C2 , DE 197 40 214 A1 , DE 198 42 240 A1 und aus DE 198 42 238 A1 Systeme bekannt, welche ein Elektrokardiogramm des Herzens aufzeichnen und hieraus ein Synchronisationssignal ableiten (z.B. EKG-Triggerung). Aus DE 199 57 083 A1 und DE 199 57 082 A1 ist es außerdem bekannt, mit dem Ziel einer Dosisminimierung die EKG-Synchronisierung zur Dosismodulation zu verwenden.For the examination of periodically moving objects or parts of objects, it is known in connection with computer tomography devices to synchronize the recording of the radiation data with the movement of the examination object. For the imaging examination of the human living heart are from the DE 196 22 075 C2 . DE 197 40 214 A1 . DE 198 42 240 A1 and from DE 198 42 238 A1 Systems known which record an electrocardiogram of the heart and derive a synchronization signal from this (eg EKG triggering). Out DE 199 57 083 A1 and DE 199 57 082 A1 it is also known to use EKG synchronization for dose modulation with the aim of minimizing dose.

Die bekannten CT-Geräte mit EKG-Synchronisierung verwenden eindimensionale Röntgendetektoren mit einer oder mit einigen wenigen, zum Beispiel vier, Detektorzeilen. Volumendaten in Richtung der Patientenachse (z-Achse) werden gewonnen, indem die Röntgenquelle und der Detektor im Sequenz- oder Spiral-Mode entlang der Patientenachse bewegt werden.The well-known CT devices with ECG synchronization use one-dimensional X-ray detectors one or a few, for example four, detector lines. Volume data in the direction of the patient axis (z axis) are obtained, by the x-ray source and the detector moves in sequence or spiral mode along the patient axis become.

Bei dieser kardialen Multischicht-CT-Diagnostik findet die Datenakquisition unter Synchronisation mit der Herzbewegung durch prospektive EKG-Triggerung im Sequenz-Mode bzw. durch retrospektives EKG-Gating im Spiral-Mode statt. Um die heute geforderten kurzen Scan-Zeiten realisieren zu können, sind bei CT-Geräten Gantrys mit schnell rotierenden Trägern nötig. Üblich sind heute Umlaufzahlen zwischen 30 U/min und 120 U/min. Eine Umlaufzahl von 60 U/min entspricht einer Umlaufdauer von 1 sec, so dass die Umlauffrequenz in der Größenordnung der Herzfrequenz liegt. Entsprechend wird beispielsweise gemäß DE 196 22 075 C2 die Umlaufzeit des um den Patienten umlaufenden Röntgenstrahlenbündels derart eingestellt, dass die Umlaufzeit um ein vorgebbares Messintervall größer oder kleiner ist als die Zykluszeit des Herzrhythmus des Patienten.In this cardiac multi-slice CT diagnosis, data acquisition takes place in synchronization with the heart movement by prospective ECG triggering in sequence mode or by retrospective ECG gating in spiral mode. In order to be able to achieve the short scan times required today, gantries with fast rotating carriers are necessary for CT devices. Circulation numbers between 30 rpm and 120 rpm are common today. A revolution number of 60 rpm corresponds to a revolution duration of 1 sec, so that the revolution frequency is in the order of the heart rate. According to, for example DE 196 22 075 C2 the orbital period of the x-ray beam revolving around the patient is set such that the orbital period is greater or less than the cycle time of the heart rhythm by a predeterminable measuring interval of the patient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der Bildrekonstruktion im Zusammenhang mit der Untersuchung bewegter Objekte mittels CT- oder C-Arm-Geräten zu vergrößern. Hierzu soll eine Untersuchungseinrichtung sowie ein Verfahren angegeben werden.The invention is based on the object the scope of the image reconstruction in connection with enlarge the examination of moving objects using CT or C-arm devices. For this an examination facility and a method are to be specified become.

Die einrichtungsbezogene Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte bildgebende medizinische Untersuchungseinrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Detektor ein zweidimensionaler Strahlungsempfänger ist.The facility-related task is related to the medical imaging Examination device according to the invention solved by that the detector is a two-dimensional radiation receiver.

Die Untersuchungseinrichtung ist vorzugsweise entweder ein Computertomographie-Gerät oder ein C-Bogen-Gerät, so dass der Träger entweder ein C-Bogen ist, an dessen einander gegenüberliegenden Enden die Röntgenstrahlenquelle bzw. der Detektor angebracht sind, bzw. im erstgenannten Fall eine endlos umlauffähige Gantry.The examination facility is preferably either a computed tomography device or a C-arm device so that the carrier is either a C-arm, on its opposite side Ends the x-ray source or the detector are attached, or in the former case one endlessly viable Gantry.

Die Erfindung geht von der Idee aus, dass die Röntgenbildrekonstruktion bei bewegten Objekten vorteilhaft mit 2D-Detektoren möglich ist. Mit einem solchen 2D-Detektor können dann periodisch bewegte Objekte auch bei langsamer Rotation des Röntgenstrahlenbündels erfasst werden.The invention is based on the idea that the x-ray reconstruction for moving objects is advantageously possible with 2D detectors. With one 2D detector can then periodically moving objects even with slow rotation of the X-ray beam captured become.

Ausgehend von den eingangs genannten bekannten C-Bogen-Geräten ohne EKG-Synchronisation ergibt sich nach der Erfindung somit der Vorteil, dass auch diese für die zeitaufgelöste Untersuchung periodisch bewegter Objekte ausgebildet werden können. Da bei den C-Bogen-Geräten ein vollständiger 360°-Umlauf nicht möglich ist, können hiermit nämlich nur – im Vergleich zu CT-Geräten – geringere Rotationsgeschwindigkeiten realisiert werden.Based on the above known C-arm devices without ECG synchronization thus has the advantage according to the invention that that this too for the time resolved Examination of periodically moving objects can be formed. There with the C-arm devices a complete one 360 ° rotation not possible is, can hereby namely only in Compared to CT devices - less Rotation speeds can be realized.

Bezogen auf die bekannten CT-Geräte mit z.B. EKG-Triggerung ergibt sich der Vorteil, dass diese – ausgestattet mit einem zweidimensionalen Strahlungsempfänger – nur für eine langsamere Rotation ausgebildet sein müssen, wodurch der mechanische Aufwand sinkt, und/oder dass diese auch bei langsamer Rotation betrieben werden können, wodurch die Bildqualität wegen Verminderung von Artefakten steigt.Based on the known CT devices with e.g. ECG triggering has the advantage that it is equipped with a two-dimensional radiation receiver - only for a slower rotation must be trained which reduces the mechanical effort and / or that this too can be operated at slow rotation, which affects the image quality Decrease in artifacts increases.

Bezogen auf CT-Geräte geht die Erfindung im Speziellen auch noch von der Idee aus, dass auch bei Rotationsdauern (Umlaufdauern), die um ein Vielfaches größer als die Zyklusdauer (Periodenzeit) des Herzschlags sind, also bei langsamer Rotation, dennoch eine hohe Zeitauflösung bei der Bildgebung des sich bewegenden Untersuchungsobjekts realisiert werden kann. In Anbetracht des gegenwärtigen Trends zu immer schneller rotierenden CT-Scannern stellt diese Überlegung quasi eine Trendumkehr dar.Related to CT machines the invention in particular also from the idea that too with rotation times (rotation times) that are many times larger than are the cycle duration (period time) of the heartbeat, i.e. with a slower one Rotation, nevertheless a high time resolution in the imaging of the moving examination object can be realized. In Given the current This consideration represents trends towards ever faster rotating CT scanners sort of a trend reversal.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Detektor in Richtung parallel zur Rotationsachse eine Breite auf, welche ausreichend ist, um ohne Bewegung des Detektors in Richtung parallel zur Rotationsachse und relativ zu dem interessierenden Bereich des Untersuchungsobjekts ein Durchstrahlungsbild von dem interessierenden Bereich aufzunehmen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass für eine ausreichende Akquisition von Volumendaten nicht notwendigerweise ein Vorschub in z-Richtung (d.h. in Richtung der Patientenachse oder der Rotationsachse) nötig ist. Die bildgebende medizinische Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung ist aber auch mit einem z-Vorschub des Röntgenstrahlenbündels relativ zum interessierenden Bereich betreibbar, obgleich bei einigen Applikationen dann bei gleichbleibender Scanzeit ein schnelleres Antwortverhalten des Strahlungsempfängers zu fordern wäre.According to a particularly preferred embodiment the detector points in a direction parallel to the axis of rotation Width, which is sufficient to move without moving the detector in the direction parallel to the axis of rotation and relative to the one of interest Area of the examination object a radiograph of the area of interest. This gives the advantage that for a sufficient acquisition of volume data is not necessarily a feed in the z direction (i.e. in the direction of the patient axis or the axis of rotation) is. The imaging medical examination facility after but the invention is also relative with a z-feed of the X-ray beam operable to the area of interest, although with some applications then a faster response behavior with the same scanning time of the radiation receiver would be required.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Detektor entweder ein Röntgenbildverstärkersystem auf, oder ein Festkörper-Matrixdetektorsystem, insbesondere einen Flach bilddetektor und/oder insbesondere eine – vorzugsweise unstrukturierte – Szintillatorschicht sowie eine zugeordnete Photoempfängermatrix. Diese Detektoren haben den Vorteil, dass sie mit geringem Fertigungsaufwand flächenhaft herstellbar sind.According to another preferred embodiment the detector has either an x-ray image intensifier system on, or a solid-state matrix detector system, in particular a flat image detector and / or in particular a - preferably unstructured - scintillator layer and an assigned photo receiver matrix. These detectors have the advantage that they are easy to manufacture areal are producible.

Das Erfassungsmittel, das insbesondere ein Elektrokardiographie-Gerät umfasst, gibt vorzugsweise ein Störungssignal ab, wenn eine über einer vorgebbaren Schwelle liegende Störung der Periodizität der Bewegung des Untersuchungsobjekts auftritt, wobei das Störungssignal insbesondere die Bestrahlung des Untersuchungsobjekts und/oder die Erfassung von Messdatensätzen unterbricht. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass ein Steuercomputer der Untersuchungseinrichtung Arhythmien der Herzrate erkennt und durch entsprechende Ansteuerungen eines auf die Röntgenstrahlenquelle wirkenden Röntgengenerators die Röntgenstrahlung bis zur Normalisierung der Herzrate unterbricht. Auf diese Weise kann sowohl die Akquisition unbrauchbarer Messdaten vermieden als auch die Strahlendosis vermindert werden.The means of detection, in particular an electrocardiography device preferably emits an interference signal when one over a Predeterminable threshold lying fault the periodicity the movement of the examination subject occurs, the interference signal in particular the irradiation of the examination object and / or the Acquisition of measurement data records interrupts. In this way it is possible, for example, that a control computer of the examination device arhythmias of the heart rate recognizes and by appropriate controls one on the X-ray source acting X-ray generator X-rays pauses until the heart rate normalizes. In this way can both avoid the acquisition of unusable measurement data and the radiation dose can also be reduced.

Anstelle des EKG-Geräts oder zusätzlich hierzu kann zur Untersuchung der Lunge z.B. ein Mittel zur Synchronisation der Atmung vorhanden sein.Instead of the EKG machine or additionally this can be done by examining the lungs e.g. a means of synchronization of breathing.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Erfassungsmittel zur Bestimmung der Zykluszeit (Periodendauer) der periodischen Bewegung ausgebildet.According to a particularly preferred one Design is the detection means for determining the cycle time (Period) of the periodic movement.

Für eine besonders zuverlässige Bestimmung der Zykluszeit ist es zweckmäßig, dass das Erfassungsmittel die Zykluszeit der periodischen Bewegung als Mittelwert von Zykluszeiten mehrerer vorausgegangener Bewegungsperioden bestimmt.For a particularly reliable Determining the cycle time it is appropriate that the detection means the cycle time of the periodic movement as the average of cycle times determined several previous periods of movement.

Mit ganz besonderem Vorteil ist die Untersuchungseinrichtung derart weitergebildet, dass ein Eingabemittel zur Festlegung einer Länge der Messintervalle vorhanden ist, und dass von dem Steuermittel die Umlaufdauer mehrerer, jeweils einen gleichen Winkelbereich überdeckender Rotationsbewegungen des Trägers, insbesondere mehrerer 360°-Umläufe, in Abhängigkeit von der festgelegten Länge der Messintervalle und von der bestimmten Zykluszeit der periodischen Bewegung des Untersuchungsobjekts – vorzugsweise selbsttätig – derart einstellbar ist, dass die Umlaufdauer um die Länge der Messintervalle kleiner ist als ein Vielfaches der Zykluszeit.With very particular advantage, the examination device is developed in such a way that an input means is available for specifying a length of the measuring intervals and that the control means covers the period of rotation of a plurality of rotational movements of the carrier, each covering the same angular range, In particular, several 360 ° rotations, depending on the specified length of the measurement intervals and on the determined cycle time of the periodic movement of the examination object - preferably automatically - can be set such that the circulation time is smaller than a multiple of the cycle time by the length of the measurement intervals.

Mit dieser Synchronisationsvorschrift ist gewährleistbar, dass die Mess- oder Datenintervalle aus aufeinanderfolgenden Rotationsbewegungen hinsichtlich der zu erzeugenden Projektionswinkel lückenlos aneinander anschließen. Dabei ergibt sich das besagte "Vielfache" als die Anzahl der Zyklen, insbesondere Herzzyklen, pro Rotationsbewegung.With this synchronization rule can be guaranteed that the measurement or data intervals from successive rotational movements with regard to the projection angle to be generated without gaps connect to each other. The "multiple" is the number of cycles, especially cardiac cycles, per rotational movement.

Die Merkmale der vorgenannten besonders vorteilhaften Weiterbildung sind in Bezug auf die eingangs genannte bildgebende medizinische Untersuchungseinrichtung auch dann von besonderem Vorteil, falls der Detektor nicht als zweidimensionaler Strahlenempfänger, sondern als im Wesentlichen eindimensionaler Detektor ausgebildet ist. Mit dieser Synchronisationsbedingung ist es grundsätzlich möglich, dass sich bewegende Objekt, zum Beispiel das menschliche Herz, mit hoher Zeitauflösung scharf abzubilden, obgleich das Röntgenstrahlenbündel nur langsam rotiert, das heißt, obgleich die Rotationsfrequenz um ein Vielfaches kleiner als die Herzrate ist. Im Falle eines im Wesentlichen eindimensionalen Strahlendetektors müsste dann für eine vollständige Volumenabtastung des interessierenden Bereichs ein z-Vorschub des Untersuchungsobjekts erfolgen, und es könnten dann beispielsweise am Patientenlagerungstisch der Untersuchungseinrichtung entsprechende Mittel vorhanden sein.The characteristics of the above in particular advantageous training are in relation to the above imaging medical examination device also from special advantage if the detector is not as two-dimensional Ray receiver, but rather designed as an essentially one-dimensional detector is. With this synchronization condition it is basically possible that moving object, for example the human heart, with high time resolution sharp, although the X-ray beam only rotates slowly, that is, although the rotation frequency is many times smaller than that Heart rate is. In the case of an essentially one-dimensional radiation detector should then for a complete Volume scanning of the area of interest az feed of the Object to be examined, and it could then, for example, on Patient table corresponding to the examination facility Means available.

Die Synchronisation nach der vorgenannten Vorschrift kann beispielsweise derart erfolgen, dass das EKG-Signal des Patienten in einem Steuercomputer der Untersuchungseinrichtung erfasst wird und die Synchronisation dann automatisch eingestellt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft möglich, dass durch Beobachtung des EKGs Patienten vor der Untersuchung die Synchronisation prospektiv, das heißt vorausschauend, eingestellt werden kann.The synchronization according to the above For example, the regulation can be such that the EKG signal of the patient is recorded in a control computer of the examination device and the synchronization is then set automatically. It is particularly advantageous that observation prospectively synchronizing the patient's ECG before the examination, this means foresighted, can be adjusted.

Im Hinblick auf eine einfache Bedienbarkeit der Untersuchungseinrichtung ist es vorteilhaft, dass mittels des Eingabemittels eine Gesamtzahl zur Bilderzeugung auszuführender Rotationsbewegungen eingebbar ist.In terms of ease of use the examination device, it is advantageous that by means of the Input means a total number of images to be executed Rotational movements can be entered.

Beispielsweise legt das Eingabemittel oder das Steuermittel, die beide als Bestandteil eines (insbesondere gemeinsamen) Steuercomputers ausgeführt sein können, unter Verwendung der eingegebenen Gesamtzahl und der vom Erfassungsmittel bestimmten Zykluszeit die Länge der Messintervalle fest. Die Länge der Messintervalle wird beispielsweise als Produkt der eingegebenen Gesamtzahl und der bestimmten Zykluszeit ermittelt. Es ist auch möglich, das Eingabemittel derart auszuführen, dass direkt die Länge der Messintervalle eingegeben werden kann. Für die Einstellung der Synchronisationsbedingung einerseits und für die Bedienbarkeit des Systems andererseits ist es jedoch einfacher, falls nur die Gesamtzahl der zur Bilderzeugung auszuführenden Rotationsbewegungen eingegeben werden muss.For example, the input means or the control means, both of which are part of a (in particular common) control computer can be run using the total number entered and the number determined by the detection means Cycle time the length of the measuring intervals. The length of the Measuring intervals are, for example, the product of the entered Total number and the determined cycle time determined. It is also possible, to execute the input means in such a way that directly the length the measuring intervals can be entered. For setting the synchronization condition on the one hand and for the operability of the system, on the other hand, it is easier if only the total number of images to be executed Rotational movements must be entered.

Aus dem gleichen Grund ist es zweckmäßig, dass mittels des Eingabemittels eine Anzahl von Zykluszeiten pro Umlaufdauer eingebbar ist.For the same reason, it is appropriate that by means of the input means a number of cycle times per cycle period can be entered.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung aktualisiert das Erfassungsmittel die Zykluszeit der periodischen Bewegung kontinuierlich anhand jeweils mindestens einer vorausgegangenen Bewegungsperiode, und das Steuermittel berücksichtigt die aktualisierte Zykluszeit fortlaufend bei der Einstellung der Umlaufdauer. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einer veränderlichen Herzrate während der Untersuchung die Synchro nisation ständig automatisch vom Steuercomputer der Untersuchungseinrichtung angepasst werden.According to another preferred embodiment the detection means updates the cycle time of the periodic Movement continuously based on at least one previous one Movement period, and the control means takes into account the updated Cycle time continuously when setting the round trip duration. On This can be the case, for example, with a changing heart rate during the Examination of the synchronization continuously automatically from the control computer be adapted to the examination facility.

Die verfahrensbezogene Aufgabe wird bezogen auf das eingangs genannte Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass mehrere, jeweils einen gleichen Winkelbereich überdeckende Rotationsbewegungen, insbesondere mehrere 360°-Umläufe, des Trägers mit einer Umlaufdauer derart ausgeführt werden, dass innerhalb jeder der Rotationsbewegungen mehrere von den Messintervallen abzutastende Phasenintervalle der periodischen Bewegung stattfinden.The procedural task is based on the above-mentioned method according to the invention in that several rotational movements, each covering the same angular range, in particular several 360 ° rotations, the carrier be carried out with an orbital period such that within each of the rotational movements several to be sampled from the measuring intervals Phase intervals of the periodic movement take place.

Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere zur Ausführung mit der Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung geeignet. Bevorzugte Ausgestaltungen und Vorteile, die im Zusammenhang mit der Untersuchungseinrichtung genannt wurden, gelten für das Verfahren analog.The method according to the invention is especially for execution suitable with the examination device according to the invention. preferred Refinements and advantages in connection with the examination device mentioned apply to the procedure is analogous.

Der Merkmalskombination des Verfahrens nach der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass auch bei einer langsamen Rotationsbewegung das bewegte Untersuchungsobjekt trotzdem scharf, das heißt mit entsprechend hoher Zeitauflösung, ausgebildet werden kann. Dem Verfahren liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass eine derartige scharfe Abbildung auch dann noch möglich ist, falls die Rotationsdauer oder Umlaufdauer nicht mehr im Bereich der Zykluszeit (Periodendauer) liegt.The combination of features of the process According to the invention, the idea is that even with a slow rotational movement the moving examination object anyway spicy, that is with a correspondingly high time resolution, can be trained. Among other things, the process is based on the knowledge that that such a sharp image is still possible if the rotation period or orbital period is no longer in the range the cycle time (period).

Das Untersuchungsobjekt ist vorzugsweise das menschliche Herz.The examination subject is preferred the human heart.

Zur Erzeugung des Synchronisationssignals wird insbesondere ein Elektrokardiogramm des Herzens aufgenommen.To generate the synchronization signal in particular, an electrocardiogram of the heart is recorded.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Umlaufdauer derart eingestellt, dass die Umlaufdauer um die Länge der Messintervalle kleiner ist als ein Vielfa ches der Zykluszeit der periodischen Bewegung des Untersuchungsobjektes.According to a particularly preferred The circulation period is set in such a way that that the orbital period by the length the measuring interval is smaller than a multiple of the cycle time the periodic movement of the examination object.

Bei dem Verfahren wird als Detektor insbesondere ein zweidimensionaler oder flächenhafter Strahlungsempfänger verwendet. Es kann sich dabei insbesondere um ein Röntgenbildverstärkersystem oder um das bereits genannte Festkörper-Matrixdetektorsystem handeln.The method is used as a detector in particular a two-dimensional or flat radiation receiver is used. It can in particular be an X-ray image intensifier system or the solid-state matrix detector system already mentioned.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein die Röntgenstrahlenquelle ansteuernder Röntgengenerator derart angesteuert, dass die Röntgenstrahlenquelle in einer Zeitspanne außerhalb der Messintervalle keine Strahlung abgibt. Im Vergleich zu einer im Zusammenhang mit der Erfindung ebenfalls möglichen kontinuierlichen Bestrahlung kann hierbei also die Röntgenstrahlung gepulst werden, wobei Strahlung beispielsweise nur während der Messintervalle (Datenakquisitionsintervalle) appliziert wird.After a preferred training the procedure becomes an X-ray source controlling x-ray generator controlled such that the x-ray source in a period outside the measurement intervals emit no radiation. Compared to one continuous irradiation also possible in connection with the invention can X-rays be pulsed, radiation for example only during the Measuring intervals (data acquisition intervals) is applied.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 6 näher erläutert. Die Figuren dienen auch der beispielhaften Darstellung des Verfahrens nach der Erfindung. Es zeigen:Two exemplary embodiments of an examination device according to the invention are described below with reference to FIG 1 to 6 explained in more detail. The figures also serve to illustrate the method according to the invention by way of example. Show it:

1 eine als Computertomographie-Gerät ausgebildete Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung in einer schematischen Gesamtdarstellung, 1 an overall examination device designed as a computer tomography device according to the invention,

2 die zeitliche Abfolge von Messintervallen bei der Untersuchung des menschlichen Herzens gemäß einer bislang üblichen Vorgehensweise, 2 the chronological sequence of measurement intervals when examining the human heart according to a previously customary procedure,

3 das Zustandekommen unterschiedlicher Projektionswinkel bei dem Verfahren gemäß 2, 3 the formation of different projection angles in the method according to 2 .

4 die zeitliche Abfolge von Messintervallen bei einer Herzbildaufnahme mit der Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung unter Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung, 4 the chronological sequence of measurement intervals during a cardiac image recording with the examination device according to the invention using the method according to the invention,

5 das Zustandekommen unterschiedlicher Projektionswinkel bei dem Verfahren nach der Erfindung aus 4, und 5 the emergence of different projection angles in the method according to the invention 4 , and

6 eine als C-Bogen-Gerät ausgebildete Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung. 6 an examination device designed as a C-arm device according to the invention.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer bildgebenden medizinischen Untersuchungseinrichtung zur radiologischen Untersuchung einzelner Herzphasen, beispielsweise in der Diastole, eines Patienten P, welche als Computertomograph 1 ausgebildet ist. Der Computertomograph 1 weist Erfassungsmittel 2 zur Erfassung des Herzschlags auf, die ein Elektrokardiographie-Gerät 2A umfassen. Der Computertomograph 1 weist außerdem ein Messsystem aus einer Röntgenstrahlenquelle 3, die ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 4 mit Fokus 11 aussendet, und aus einem Detektor 5 auf. Der zu untersuchende Patient P mit seinem Herz H liegt auf einer senkrecht zur Zeichenebene verschiebbaren Patientenliege 6. 1 shows a first embodiment of an imaging medical examination device for radiological examination of individual cardiac phases, for example in the diastole, of a patient P, which is used as a computer tomograph 1 is trained. The computer tomograph 1 has detection means 2 for detecting the heartbeat, which comprise an electrocardiography device 2A. The computer tomograph 1 also has a measurement system from an x-ray source 3 which is a fan-shaped X-ray beam 4 with focus 11 emits, and from a detector 5 on. The patient P to be examined with his heart H lies on a patient couch that can be moved perpendicular to the plane of the drawing 6 ,

Der Detektor 5 ist als Flächendetektor ausgebildet, der so groß ist, dass das Herz H in einer Rotation des Messsystems abgetastet werden kann. Der Detektor 5 ist beispielsweise als Röntgenbildverstärkersystem, z.B. mit Leuchtschirm, verstärkender Elektronenoptik, optionaler Lichtoptik und Fernseh- oder CCD-Kamera, ausgebildet. Ein solches System ist beispielsweise beschrieben in dem Fachartikel von R. F. Schulz, "Digitale Detektorsysteme für die Projektionsradiographie", Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden Verfahren (Röfo), Band 173, 2001, Seite 1137 bis 1146. Der Detektor 5 kann auch als Flachbilddetektor ausgebildet sein, z.B. als Festkörperdetektor mit einer Szintillatorschicht und zugeordneten Photodioden, beispielsweise auf a-Si-Basis. Ein solcher a-Si-Detektor ist ebenfalls in dem genannten Fachartikel von R. F. Schulz beschrieben. Ein Flachbilddetektor weist eine Vielzahl von matrixartig, in beispielsweise orthogonalen Detektorspalten und -teilen in einer Detektorebene angeordneten, hier nicht explizit dargestellten Detektorelemente auf.The detector 5 is designed as an area detector that is so large that the heart H can be scanned in a rotation of the measuring system. The detector 5 is designed, for example, as an X-ray image intensifier system, for example with a fluorescent screen, amplifying electron optics, optional light optics and a television or CCD camera. Such a system is described, for example, in the specialist article by RF Schulz, "Digital Detector Systems for Projection Radiography", Advances in the Field of X-Rays and Imaging Methods (Röfo), Volume 173, 2001, pages 1137 to 1146. The detector 5 can also be designed as a flat panel detector, for example as a solid-state detector with a scintillator layer and associated photodiodes, for example based on a-Si. Such an a-Si detector is also described in the above-mentioned article by RF Schulz. A flat-panel detector has a multiplicity of matrix-like detector elements, which are arranged in orthogonal detector columns and parts, for example, in a detector plane and are not explicitly shown here.

Zur Durchführung einer radiologischen Untersuchung des Patienten P wird ein die Röntgenstrahlenquelle 3 und den Detektor 5 tragender Träger 7 um ein Messfeld 9, in dem der Patient P liegt, um 360° gedreht. Ein Motor 8 treibt hierzu den Träger 7 (Gantry, Drehtisch) an. Die Rotationsachse, welche rechtwinklig zu dem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 4 steht, ist mit A bezeichnet. Dabei wird die Röntgenstrahlenquelle 3, die von einem Röntgengenerator 10 gespeist ist, gepulst oder mit Dauerstrahlung betrieben. Bei vorbestimmten Winkelpositionen der Gantry 7 werden Projektionen von Schichten des Patienten P aufgenommen. Die unterschiedlichen Projektionen werden also bei unterschiedlichen Rotationswinkeln α erzielt. Die zugehörigen Datensätze der Messdaten vom Detektor 5 sind einem Datenverarbeitungsmittel 12 oder Bildrechner zugeführt, welcher aus den erzeugten Datensätzen die Schwächungskoeffizienten vorbestimmter Bildpunkte berechnet und auf einem Monitor 13 als Bild B wiedergibt. Auf dem Monitor 13 erscheint demgemäß ein rekonstruiertes Bild B einer durchstrahlten Schicht des Patienten P.The X-ray source is used to carry out a radiological examination of the patient P. 3 and the detector 5 load-bearing carrier 7 around a measuring field 9 , in which the patient P lies, rotated through 360 °. An engine 8th drives the carrier for this 7 (Gantry, turntable). The axis of rotation, which is perpendicular to the fan-shaped X-ray beam 4 stands with the letter A. The X-ray source 3 by an x-ray generator 10 is fed, pulsed or operated with continuous radiation. At predetermined angular positions of the gantry 7 projections of patient P slices are recorded. The different projections are thus achieved at different angles of rotation α. The associated data records of the measurement data from the detector 5 are a data processing medium 12 or image computer supplied, which calculates the attenuation coefficients of predetermined pixels from the generated data sets and on a monitor 13 reproduced as image B. On the monitor 13 accordingly, a reconstructed image B of a irradiated slice of patient P appears.

Zur Durchführung einer radiologischen Untersuchung einer bestimmten Herzphase des Patienten P ist dieser zusätzlich im Bereich seines Herzens H mit Elektroden 17 versehen, welche mit dem Elektrokardiographie-Gerät 2A zur Erfassung und Aufzeichnung der Zykluszeit T_RR des Herzrhythmus des Patienten P verbunden sind. Die Aufzeichnung des Herzrhythmus des Patienten P erfolgt im übrigen gleichzeitig zur radiologischen Untersuchung des Patienten, wobei die Elektroden 17 nach Möglichkeit so am Körper des Patienten angebracht sind, dass sie die radiologische Untersuchung nicht stören, indem sie außer halb des Strahlengangs des Röntgenstrahlenbündels 4 der Röntgenstrahlungsquelle 3 angeordnet sind.To carry out a radiological examination of a specific heart phase of the patient P, the patient P is additionally in the area of his heart H with electrodes 17 provided which with the electrocardiography device 2A for recording and recording the cycle time T _{RR of} the heart rhythm of the patient P are connected. The cardiac rhythm of patient P is recorded simultaneously with the radiological examination of the patient, using the electrodes 17 if possible attached to the patient's body in such a way that they do not interfere with the radiological examination by placing them outside the beam path of the X-ray beam 4 the X-ray source 3 are arranged.

Im Kontakt mit dem Bildrechner 12 steht als Steuermittel ein Steuerrechner 20, welcher den Betrieb des Computertomographen 1 insgesamt steuert. Dem Steuerrechner 20 sind als Eingabemittel eine Tastatur 22 sowie ein Bildschirm 23 zugeordnet, wobei letztgenannter auch als Ausgabemittel dient. Der Steuerrechner 20 wirkt über entsprechende Leitungen oder Datenverbindungen insbesondere auf den Motor 8 und den Röntgengenerator 10.In contact with the image calculator 12 there is a control computer as control means 20 , which the operation of the computer tomograph 1 controls overall. The tax calculator 20 are a keyboard as input means 22 as well as a screen 23 assigned, the latter also serving as output means. The tax calculator 20 acts on the motor in particular via corresponding lines or data connections 8th and the x-ray generator 10 ,

In 2 ist auf einer Zeitskala (t) eine Messkurve 30 für den Herzzyklus des Patienten P in stark vereinfachter Form dargestellt, in der unter Vernachlässigung aller anderen charakteristischen Merkmale einer EKG-Wellenform nur die sogenannte R-Welle, welche in der Regel die höchste Amplitude aus dem gesamten EKG aufweist, dargestellt ist. Ein Herzzyklus eines Patienten beginnt dabei laut Definition im allgemeinen mit der R-Welle und hält bis zum Auftreten der nächsten R-Welle an. Aufgrund der hohen Amplitude der R-Welle des EKGs des Patienten P, welche messtechnisch gut erfassbar ist, wird zu jeder R-Welle des EKGs ein Triggerimpuls erzeugt, so dass man ein Synchronisationssignal erhält, welches auf den Herzrhythmus des Patienten P synchronisiert ist. Das aus einer Folge von Triggerimpulsen gebildete Synchronisationssignal wird dem Steuerrechner 20 des Computertomographen 1 von dem Elektrokardiographie-Gerät 2A bereits in digitaler Form zugeführt. Mit parallelen senkrechten Strichen ist innerhalb jedes Herzzyklus dasjenige Phasenintervall der periodischen Bewegung angezeigt, welches radiologisch vermessen werden soll, welches also mit den zur Verfügung stehenden Messintervallen koinzidieren soll. Die Länge der Messintervalle ist mit T bezeichnet, die Zykluszeit mit T_RR und die Umlaufdauer der Gantry 7 mit T_rot. Die Länge T der Messintervalle definiert die gewünschte Zeitauflösung.In 2 is a measurement curve on a time scale (t) 30 for the cardiac cycle of the patient P is shown in a highly simplified form, in which, neglecting all other characteristic features of an EKG waveform, only the so-called R wave, which generally has the highest amplitude of the entire ECG, is shown. A patient's cardiac cycle generally begins with the R wave by definition and continues until the next R wave occurs. Due to the high amplitude of the R-wave of the patient P's ECG, which can be easily measured, a trigger pulse is generated for each R-wave of the EKG, so that a synchronization signal is obtained which is synchronized with the patient's P heart rhythm. The synchronization signal formed from a sequence of trigger pulses is sent to the control computer 20 of the computed tomograph 1 from the electrocardiography device 2A already supplied in digital form. The parallel vertical lines indicate within each cardiac cycle that phase interval of the periodic movement which is to be measured radiologically, and which should therefore coincide with the measurement intervals available. The length of the measuring intervals is designated T, the cycle time T _RR and the gantry cycle time 7 with T _red . The length T of the measuring intervals defines the desired time resolution.

Gemäß einer bekannten in 2 dargestellten Messart werden Projektionen für einen Bereich des Azimuthal- oder Rotationswinkels α von mindestens 180° während aufeinander folgender Rotationsbewegungen R1, R2, R3, ... der Gantry 7 in aufeinander folgenden Herzzyklen aufgenommen.According to a known in 2 The type of measurement shown is projections for a range of the azimuthal or rotation angle α of at least 180 ° during successive rotational movements R1, R2, R3, ... of the gantry 7 recorded in successive cardiac cycles.

In 3 ist dargestellt, wie sich bei der bekannten Vorgehensweise die Messintervalle in aufeinander folgenden Rotationsbewegungen R1, R2, R3, ... – jeweils mit Zeitauflösung T – im Winkelbereich zu Daten für mindestens 180° ergänzen. Im gezeichneten Beispiel können die minimal nötigen Rohdaten (180°) erst nach der fünften Rotationsbewegung R5 erreicht werden. Diese Vorgehensweise ist nötig, da eine denkbare alternative Abtastmethode, bei der die Projektionen im minimalen Winkelbereich von 180° während nur einer einzigen Rotation (z.B. R1) in einem einzigen Herzzyklus aufgenommen würden, nur von einem extrem schnell rotierenden Messsystem mit immens hohen und derzeit unpraktikablen Datenraten erfüllt werden könnte.In 3 it is shown how, in the known procedure, the measuring intervals in successive rotational movements R1, R2, R3, ... - each with time resolution T - complement each other in the angular range to data for at least 180 °. In the example shown, the minimally required raw data (180 °) can only be reached after the fifth rotational movement R5. This procedure is necessary because a conceivable alternative scanning method, in which the projections in the minimum angular range of 180 ° would be recorded during only a single rotation (for example R1) in a single cardiac cycle, only by an extremely fast rotating measuring system with immensely high and currently impractical Data rates could be met.

Damit die bei verschiedenen Rotationsbewegungen R1, R2, R3, ... angewandten Messintervalle – jeweils mit Länge T – möglichst lückenlos zueinander passen, sollte folgende Synchronisationsbedingung erfüllt sein: Trot – TRR – T [G1. 1] The following synchronization condition should be fulfilled so that the measuring intervals used for different rotational movements R1, R2, R3, ... - each with a length T - fit together as seamlessly as possible: T red - T RR - T [G1. 1]

Soll in M Rotationen mindestens der Winkelbereich von 180° abgedeckt werden, dann muss gelten: M·T = T_rot/2. Durch Kombination mit Gl. 1 erhält man: T_rot = (2M/2M + 1)⋅T_RR.If at least the angular range of 180 ° is to be covered in M rotations, then the following must apply: M · T = T _rot / 2. By combining with Eq. 1 one gets: T _red = (2M / 2M + 1) ⋅T _RR .

Bei Steigerung der Zeitauflösung, d.h. Verkleinerung der Messintervalllänge T, kann sich die Rotations- und Umlaufdauer T_rot maximal der durch die Herzrate gegebenen Zeit T_RR zwischen zwei R-Wellen annähern. Für eine typische Zykluszeit T_RR = 750 msec (80 bpm) ist damit eine schnelle Rotation der Gantry 7 von mehr als 80 U/min. unabdingbar.When increasing the time resolution, ie reducing the measurement interval length T, the rotation and orbital period T _rot can at most approach the time T _RR between two R waves given by the heart rate. For a typical cycle time T _RR = 750 msec (80 bpm), the gantry rotates quickly 7 of more than 80 rpm. essential.

In den 4 und 5 ist die Abtastung der entsprechenden Herzphase mit dem Verfahren nach der Erfindung und unter Verwendung des Computertomographen 1 bei langsamer Rotation veranschaulicht. Hinsichtlich der Messkurve 30 sowie deren Erfassung und Zuführung zum Steuerrechner 20 sei auf die 2 und 3 verwiesen. Wie beim Verfahren gemäß 2 wird mit Messintervallen gleicher Länge T jeweils das gleiche Phasenintervall der periodischen Bewegung, hier des Herzschlags, abgetastet. Die Messintervalle sind mit D_nm bezeichnet, wobei n und m Zählindizes darstellen. Innerhalb der insgesamt M (≥ 1) Rotationsbewegungen Rm, m = 1 ... M, die in diesem Bespiel jeweils einem vollständigen 360°-Umlauf der Gantry 7 mit einer Umlaufdauer T_rot entsprechen, finden mehrere jeweils auf das gleiche Phasenintervall des Herzens gerichtete Messintervalle D_nm statt.In the 4 and 5 is the scanning of the corresponding cardiac phase with the method according to the invention and using the computer tomograph 1 illustrated with slow rotation. Regarding the measurement curve 30 as well as their recording and feeding to the control computer 20 be on the 2 and 3 directed. As with the procedure according to 2 the same phase interval of the periodic movement, here of the heartbeat, is scanned with measuring intervals of the same length T. The measurement intervals are denoted by D _nm , where n and m represent counting indices. Within the total M (≥ 1) rotational movements Rm, m = 1 ... M, which in this example are each a complete 360 ° rotation of the gantry 7 with a round trip time T _red , several measurement intervals D _nm , each directed to the same phase interval of the heart, take place.

In 5 ist dargestellt, wie im Beispiel mit einer Gesamtzahl von M = 4 Rotationen ein Winkelbereich α_max von 360° für den Rotationswinkel α und somit auch für den Projektionswinkel des Röntgenstrahlenbündels 4 abgedeckt wird. Bei jeder der vier Rotationen (m = 1, 2, 3, 4) werden mehrere Projektionswinkel-Intervalle, jeweils mit einem Winkelintervall Δα

aufgenommen. Damit die Winkelintervalle Δα aus aufeinander folgenden Rotationen R1, R2, R3 ... möglichst lückenlos aneinander anschließen, sollte folgende, die spätere Rekonstruktion von Bilddaten erheblich vereinfachende und die Bildqualität verbessernde Synchronisationsbedingung gelten: Trot = N·TRR – T [Gl. 3] In 5 is shown, as in the example with a total number of M = 4 rotations, an angular range α _max of 360 ° for the rotation angle α and thus also for the projection angle of the X-ray beam 4 is covered. For each of the four rotations (m = 1, 2, 3, 4) there are several projection angle intervals, each with an angle interval Δα

added. So that the angular intervals Δα from successive rotations R1, R2, R3 ... connect to one another as seamlessly as possible, the following synchronization condition should greatly simplify the later reconstruction of image data and improve the image quality: T red = N · T RR - T [Eq. 3]

Dabei steht N für die Anzahl der Herzzyklen pro Rotationsbewegung. Gemäß der Erfindung ist N ≥ 2. Allgemein gilt für die Anfangswinkel α_nm der Daten- oder Messintervalle D_nm im n-ten Herzzyklus bei der m-ten Rotation:

mit n = 1,... N und m = 1,... M. Hierbei bedeutet M die Anzahl der Rotationsbewegungen oder Rotationen.N stands for the number of cardiac cycles per rotational movement. According to the invention, N ≥ 2. In general, the following applies to the starting angles α _{nm of} the data or measurement intervals D _nm in the nth cardiac cycle with the mth rotation:

with n = 1, ... N and m = 1, ... M. Here M means the number of rotational movements or rotations.

Die Anzahl M der notwendigen Rotationsbewegungen R1, R2,... zur lückenlosen Datenerfassung im Bereich von 360° oder 180° ist gegeben durch das Verhältnis der „Winkellücke" α_n+1,n – α_a,1 und des Winkelintervalls Δα. Mit Gleichungen 2 und 4 folgt daraus:

The number M of the necessary rotational movements R1, R2, ... for complete data acquisition in the range of 360 ° or 180 ° is given by the ratio of the "angular gap" α _{n + 1, n} - α _{a, 1} and the angular interval Δα equations 2 and 4 follows from this:

Ein ganzzahliges M erhält man durch Aufrunden. Bei einer Herzrate von 60 bpm, die einer Zykluszeit T_RR = 1 sec entspricht, und bei einer gewünschten zeitlichen Auflösung von 250 msec sind gemäß Gleichung 5 M = 4 Rotationsbewegungen erforderlich. Sollen, wie in 4 dargestellt, N = 4 Herzzyklen (mit je einem Datenintervall) pro Rotation zur Datenakquisition beitragen, dann folgt aus Gleichung 3 eine notwendige Rotationszeit von T_rot = 3,75 sec. Für Δα ergibt sich ein Wert von 24°.An integer M is obtained by rounding up. At a heart rate of 60 bpm, which corresponds to a cycle time T _RR = 1 sec, and with a desired temporal resolution of 250 msec, 5 M = 4 rotational movements are required according to the equation. Should, as in 4 shown, N = 4 cardiac cycles (with one data interval each) contribute to the data acquisition per rotation, then a necessary rotation time of T _rot = 3.75 sec follows from equation 3. A value of 24 ° results for Δα.

Die Anfangswinkel α_n,m sind in folgender Tabelle für die genannten Zahlenwerte wiedergegeben:

Beliebige andere Kombinationen von N und M sind aus den Gleichungen 2 bis 5 ableitbar.The starting angles α _{n, m} are shown in the following table for the numerical values mentioned:

Any other combinations of N and M are from the equations 2 to 5 derivable.

6 zeigt eine medizinische bildgebende Untersuchungseinrichtung nach der Erfindung, die als C-Bogen-Gerät ausgebildet ist. Das insgesamt mit 51 bezeichnete Röntgendiagnostik-Gerät weist ein Basisteil 52 auf, an dem mittels einer in 6 nur schematisch angedeuteten Hubvorrichtung 53 eine eine Vertikalachse E aufweisende Säule 54 in Richtung des Doppelpfeils e höhenverstellbar angebracht ist. Die Säule 54 ist in Richtung des Dopppelpfeils e um ihre Längsachse E drehbar gelagert. 6 shows a medical imaging examination device according to the invention, which is designed as a C-arm device. The whole with 51 designated X-ray diagnostic device has a base part 52 on which by means of an in 6 only schematically indicated lifting device 53 a column having a vertical axis E. 54 height-adjustable in the direction of the double arrow e. The pillar 54 is rotatably supported in the direction of the double arrow e about its longitudinal axis E.

An der Säule 54 ist ein Halteteil 55 angeordnet, an dem wiederum ein Lagerteil 56 zur Lagerung eines in noch zu beschreibender Weise um ein Isozentrum I verstellbaren C-förmig gekrümmten und somit offenen Trägers, der im folgenden als C-Bogen 57 bezeichnet ist, angebracht ist.On the pillar 54 is a holding part 55 arranged, on which in turn a bearing part 56 for mounting a C-shaped and thus open support, which is adjustable about an isocenter I and will be described below, and which is hereinafter referred to as a C-arm 57 is designated, is appropriate.

An dem C-Bogen 57 sind einander gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 3 und ein Detektor 5 angebracht, und zwar derart, dass der durch das Isozentrum I verlaufende Zentralstrahl Z eines von einem Fokus 11 der Röntgenstrahlenquelle 3 ausgehenden, durch seine strichliert eingetragenen Randstrahlen RS angedeuteten Röntgenstrahlenbündels 4 annähernd mittig auf den Detektor 5 trifft.On the C-arm 57 are an X-ray source facing each other 3 and a detector 5 attached, in such a way that the central beam Z passing through the isocenter I is one of a focus 11 the X-ray source 3 outgoing X-ray beam, indicated by its dashed edge rays RS 4 almost in the middle of the detector 5 meets.

Der Detektor 5 ist derart relativ zu der Röntgenstrahlenquelle 3 an dem C-Bogen 57 angeordnet, dass der Zentralstrahl Z rechtwinklig zu der Detektorebene steht und die Detektorspalten parallel zu einer durch das Isozentrum I verlaufenden System- oder Rotationsachse A verlaufen.The detector 5 is such relative to the x-ray source 3 on the C-arm 57 arranged that the central beam Z is perpendicular to the detector plane and the detector columns run parallel to a system or rotation axis A running through the isocenter I.

Der C-Bogen 57 ist in an sich bekannter Weise in Richtung des Doppelpfeils α längs seines Umfangs mittels eines nur schematisch dargestellten Motors 8 um das Isozentrum I und damit um die Rotationsachse A verstellbar an dem Lagerteil 56 gelagert. Die Rotationsachse A steht senkrecht zur Zeichenebene der 6 und damit senkrecht zu derjenigen Ebene, in der sich der Fokus 11 der Röntgenstrahlenquelle 3 bei Verstellung des C-Bogens 57 in α-Richtung bewegt.The C-arm 57 is in a known manner in the direction of the double arrow α along its circumference by means of a motor shown only schematically 8th adjustable about the isocenter I and thus about the axis of rotation A on the bearing part 56 stored. The axis of rotation A is perpendicular to the plane of the drawing 6 and thus perpendicular to the plane in which the focus is 11 the X-ray source 3 when adjusting the C-arm 57 moved in the α direction.

Der C-Bogen 57 ist mit dem Lagerteil 56 in an sich bekannter Weise um eine gemeinsame, durch das Isozentrum I verlaufende und rechtwinklig zu der Rotationsachse A verlaufende Achse D des Halteteils 55 und des Lagerteils 56 in Richtung des gekrümmten Doppelpfeils β drehbar und in Richtung zur Achse D gemäß Doppelpfeil b quer zur Rotationsachse A verschieblich an dem Halteteil 55 gelagert.The C-arm 57 is with the bearing part 56 in a manner known per se around a common axis D of the holding part which runs through the isocenter I and runs at right angles to the axis of rotation A 55 and of the bearing part 56 in the direction of the curved double arrow β rotatable and in the direction of the axis D according to the double arrow b transverse to the axis of rotation A on the holding part 55 stored.

Für ein mittels des Röntgendiagnostik-Geräts 51 zu untersuchendes Untersuchungsobjekt, beispielsweise den Patienten P, ist eine Lagerungsvorrichtung 61 vorgesehen, die eine Lagerungsplatte 62 für den Patienten P aufweist, die an einem Sockel 63 mittels einer Antriebseinrichtung 64 in Richtung ihrer Längsachse verstellbar angebracht ist.For one using the X-ray diagnostic device 51 The examination object to be examined, for example the patient P, is a positioning device 61 provided a storage plate 62 for the patient P, which on a base 63 by means of a drive device 64 is adjustably attached in the direction of its longitudinal axis.

Das Röntgendiagnostikgerät 51 ermöglicht es, das Herz H des Patienten P durch Aufnahme von zweidimensionalen Projektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln α abzutasten, wobei ein Rechnersystem 66 aus den aufgenommenen Projektionen entsprechenden Messdaten, d.h. den für jede Projektion einen Messwert pro Detektorelement umfassenden Ausgangssignalen des Detektors 5, dreidimensionale Bildinformation bezüglich des abgetasteten Volumens, hier des Herzens H, des Patienten P rekonstruiert, die in Form von Schnittbildern auf einem mittels eines Halters 67 angebrachten, mit dem Rechnersystem 66 verbundenen Anzeigeeinrichtung 68 dargestellt werden können. An dem Halter 67 ist außerdem eine Tastatur 22 angebracht, die mit dem Rechnersystem 66 verbunden ist und der Bedienung des Röntgendiagnostik-Geräts 1 dient, weshalb das Rechnersystem 66 auch auf den Röntgengenerator 10 einwirkt, um die Röntgenstrahlenquelle 3 steuern zu können.The X-ray diagnostic device 51 makes it possible to scan the heart H of the patient P by recording two-dimensional projections α from different projection angles, using a computer system 66 from the recorded projections corresponding measurement data, ie the output signals of the detector comprising one measurement value per detector element for each projection 5 , three-dimensional image information relating to the scanned volume, here the heart H, the patient P is reconstructed in the form of sectional images on a by means of a holder 67 attached, with the computer system 66 connected display device 68 can be displayed. On the holder 67 is also a keyboard 22 attached that with the computer system 66 is connected and the operation of the X-ray diagnostic device 1 serves, which is why the computer system 66 also on the x-ray generator 10 acts on the x-ray source 3 to be able to control.

Aus den flächenhaften, zweidimensionalen Projektionen kann mit bekannten Algorithmen, z.B. mit dem Feldkamp-Algorithmus, der dreidimensionale Volumendatensatz rekonstruiert werden. Der Feldkamp-Algorithmus ist beispielsweise beschrieben in dem Fachartikel von L.A. Feldkamp, L.C. Davis, J.W. Kress, „Practical Cone Beam Algorithm", J. Opt. Soc. An., Vol. A6, p. 612–619, 1984. Ähnliche Rekonstruktionsverfahren finden sich auch in DE 198 58 306 A1 sowie für den Fall einer oszillierenden Schwenkung des C-Bogens 7 in DE 199 36 679 A1 .The three-dimensional volume data set can be reconstructed from the two-dimensional projections using known algorithms, for example the Feldkamp algorithm. The Feldkamp algorithm is described, for example, in the technical article by LA Feldkamp, LC Davis, JW Kress, "Practical Cone Beam Algorithm", J. Opt. Soc. An., Vol. A6, p. 612-619, 1984. Similar reconstruction methods can also be found in DE 198 58 306 A1 as well as in the case of an oscillating pivoting of the C-arm 7 in DE 199 36 679 A1 ,

Wie bei dem in 1 dargestellten Untersuchungsgerät weist auch das C-Bogen-Röntgendiagnostik-Gerät 1 der 6 ein Elektrokardiographie-Gerät 2A auf, das mittels entsprechender Elektroden 17 das Herz H des Patienten P abtastet. Das von dem Elektrokardiographie-Gerät 2A erzeugte Synchronisationssignal wird dem Steuermittel 20 zugeführt, das hier als funktionelle Gruppe innerhalb des Rechnersystems 66 verstanden werden kann. Mit Hilfe des Elektrokardiographie-Geräts 2A werden folgende Auswertungen bzw. Steuerungen vorgenommen:

a) Es wird ein Synchronisationssignal gewonnen, das in seiner Phase derart veränderlich ist, dass die gewünschte Herzphase, z.B. die Diastole oder die Systole, selektiv untersucht werden kann.
b) Es wird die Zykluszeit T_RR des Herzschlags ermittelt; dieser Zahlenwert wird dem Rechnersystem 66 übermittelt, damit dieses über den Motor 8 automatisch die zur Erfüllung der Synchronisationsbedingung gemäß Gleichung 3 notwendige Umlaufdauer T_rot einstellt, und zwar in Abhängigkeit von dem über die Tastatur 22 eingegebenen Zahlenwerten für die Gesamtzahl M zur Bilderzeugung auszuführender Rotationsbewegungen Rm, m = 1,2 ... M und für die Anzahl N von Zykluszeiten T_RR pro Umlaufdauer T_rot.

Like the one in 1 Examination device shown also has the C-arm X-ray diagnostic device 1 the 6 an electrocardiography device 2A on that by means of appropriate electrodes 17 scans the heart H of the patient P. That from the electrocardiography device 2A generated synchronization signal is the control means 20 fed that here as a functional group within the computer system 66 can be understood. With the help of the electrocardiography device 2A the following evaluations and controls are carried out:

a) A synchronization signal is obtained, the phase of which can be varied in such a way that the desired cardiac phase, for example diastole or systole, can be examined selectively.
b) The cycle time T _{RR of} the heartbeat is determined; this numerical value becomes the computer system 66 transmitted so that this via the engine 8th automatically sets the round trip time T _red required to fulfill the synchronization condition according to equation 3, depending on that via the keyboard 22 Entered numerical values for the total number M of rotary movements Rm to be carried out for imaging, m = 1.2... M and for the number N of cycle times T _RR per round trip time T _red .

Die Rotationsbewegungen Rm sind bei dem Röntgendiagnostik-Gerät 61 gemäß 6 keine Vollumläufe, sondern Schwenkbewegungen um einen Winkel von 180° zuzüglich einem Öffnungswinkel des Röntgenstrahlenbündels 4.The rotational movements Rm are in the X-ray diagnostic device 61 according to 6 no full rotations, but swivel movements by an angle of 180 ° plus an opening angle of the X-ray beam 4 ,

Nach Ausführung der Rotationsbewegungen, also der Vollumläufe bzw. der Schwenkbewegungen, werden die Messdatensätze aus den verschiedenen Messintervallen D_nm zu einem Rohdatensatz zusammengefasst, der der Bildrekonstruktion zugrundegelegt wird.After the rotation movements, i.e. the full rotations or the swivel movements, have been carried out, the measurement data sets from the various measurement intervals D _{nm are combined} to form a raw data set which is used as the basis for the image reconstruction.

Die Erfindung erlaubt die Aufnahme bewegter Objekte in einer bestimmten Phase der Bewegung. Als typisches Beispiel wurde hier – ohne hiermit eine Einschränkung vorzunehmen – die Abbildung der Herzanatomie in der Diastole beschrieben, um dreidimensionale bewegungsfreie Darstellungen des Herzens und der Koronarien zu ermöglichen.The invention allows inclusion moving objects in a certain phase of movement. As typical Example was here - without hereby a limitation to make - the Illustration of the heart anatomy in the diastole described to three-dimensional enable movement-free representations of the heart and the coronaries.

Claims

Imaging medical examination device for recording an image (B) of an examination object that moves periodically with a cycle time (T _RR ), - with a carrier that can be rotated about an axis of rotation (A) with an orbital period (T _rot ) ( 7 ) on which an X-ray source ( 3 ) and a detector assigned to it ( 5 ) are arranged, - with a control means ( 20 ) to control the rotation of the carrier ( 7 ), - with a data processing device ( 12 ) for processing and storing measurement data records of the detector ( 5 ), which were recorded during several measurement intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) at different rotation angles (α _nm ), and for the reconstruction of the image (B) from the various stored measurement data sets, and - with a means of registration ( 2 ) for detecting the periodic movement of the examination object and for determining a synchronization signal derived therefrom, which is sent to the control means ( 20 ) is fed, characterized in that the detector ( 5 ) is a two-dimensional radiation receiver.

Examination device according to claim 1, characterized in that the detector ( 5 ) in the direction parallel to the axis of rotation (A) has a width which is sufficient to move without movement of the detector ( 5 ) in the direction parallel to the axis of rotation (A) and relative to the area of interest of the examination object of the area of interest to take a radiograph.

Examination device according to claim 1 or 2, characterized in that the detector ( 5 ) has an X-ray image intensifier system.

Examination device according to claim 1 or 2, characterized in that the detector ( 5 ) has a solid-state matrix detector system, in particular a flat-panel detector and / or in particular a — preferably unstructured — scintillator layer and an associated photo-receiver matrix.

Examination device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier ( 7 ) a C-arm ( 57 ), at the opposite ends of which the X-ray source ( 3 ) or the detector ( 5 ) are attached.

Examination device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier ( 7 ) is an endlessly capable gantry.

Examination device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the detection means ( 2 ) an electrocardiography device ( 2A ) includes.

Examination device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the detection means ( 2 ) emits a fault signal if a disturbance in the periodicity of the movement of the examination object that lies above a predeterminable threshold occurs, the fault signal interrupting in particular the irradiation of the examination object and / or the acquisition of measurement data records.

Examination device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the detection means ( 2 ) is designed to determine the cycle time (T _RR ) of the periodic movement.

Examination device according to claim 9, characterized in that the detection means ( 2 ) determines the cycle time (T _RR ) of the periodic movement as the mean value of cycle times of several previous movement periods.

Examination device according to claim 9 or 10, characterized in that - that an input means ( 21 ) for determining a length (T) of the measuring intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) is present, and - that of the control means ( 20 ) the orbital period (T _rot ) of several rotational movements (Rm, m = 1,2, ... M) covering the same angular range (α _max ), in particular several 360 ° rotations, of the carrier ( 7 ) as a function of the defined length (T) of the measurement intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) and of the determined cycle time (T _RR ) of the periodic movement of the examination object - preferably self-supporting is that the rotation period (T _red) to the length (T) of the measuring intervals (n D _nm = 1..N, m = 1..M) is smaller than a multiple (N) of the cycle time (T _RR).

Examination device according to claim 11, characterized in that by means of the input means ( 21 ) a total number (M) of image movements to be carried out (Rm, m = 1.2..M) can be entered.

Examination device according to claim 12, characterized in that the input means ( 21 ) or the control means ( 20 ) using the entered total number (M) and the determined cycle time (T _RR ) determines the length of the measurement intervals (T).

Examination device according to one of claims 11 to 13, characterized in that by means of the input means ( 21 ) a number (N) of cycle times (T _RR ) per cycle time (T _red ) can be entered.

Examination device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the detection means ( 2 ) continuously updates the cycle time (T _RR ) of the periodic movement based on at least one previous movement period, and that the control means ( 20 ) the updated Zy cycle time (T _RR ) is continuously taken into account when setting the round trip time (T _red ).

Method for recording 3D measurement data for an examination object that moves periodically with a cycle time (T _RR ), in particular for execution with the examination device according to one of claims 1 to 15, wherein the examination object is exposed to X-rays ( 4 ) by one on a support ( 7 ) arranged X-ray source ( 2 ), is penetrated, whereby during several measuring intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) one on the carrier ( 7 ) arranged and receiving the penetrating radiation ( 5 ) a measurement data set is generated in each case while the carrier rotates about an axis of rotation (A), the measurement data sets being combined to form a raw data set, and a synchronization signal derived from the periodic movement of the examination object being used to compare with the measurement intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) to scan the same phase interval of the periodic movement, characterized in that several rotational movements (Rm, m = 1,2, .. M) covering the same angular range (α _max ) , in particular several 360 ° rotations of the wearer ( 7 ) with a rotation period (T _rot ) in such a way that within each of the rotational movements (Rm, m = 1,2, .. M) several of the measuring intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1 ..M) phase intervals of the periodic movement to be sampled.

A method according to claim 16, characterized in that the The object of examination is the human heart (H).

A method according to claim 17, characterized in that for Generation of the synchronization signal an electrocardiogram of the Heart (H) is recorded.

Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that the orbital period (T _rot ) is set such that the orbital period (T _rot ) by the length (T) of the measurement intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M) is smaller than a multiple (N) of the cycle time (T _RR ) of the periodic movement of the examination object.

Method according to one of claims 16 to 19, characterized in that as a detector ( 5 ) a two-dimensional radiation receiver is used.

Method according to one of claims 16 to 20, characterized in that an X-ray source ( 3 ) controlling x-ray generator ( 10 ) is controlled in such a way that the X-ray source does not emit any radiation in a time period outside the measurement intervals (D _nm , n = 1..N, m = 1..M).