DE102012205245B4 - Angiographic examination procedure of a patient for 3-D rotational angiography - Google Patents
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Abstract
Angiographisches Untersuchungsverfahren für ein Untersuchungsobjekt eines Patienten (6) zur 3-D-Rotationsangiographie mittels eines Angiographiesystems, das einen Röntgenstrahler (3) mit Kollimator (11), einen Röntgenbilddetektor (4), die an den Enden eines C-Bogens (2) angebracht sind, einen Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte (5) zur Lagerung des Patienten (6), eine Systemsteuerungseinheit (7), ein Bildsystem (8) und einen Monitor (9) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:S1 Datenakquisition durch das Angiographiesystem mittels 3-D-Rotationsangiographie des zu rekonstruierenden Untersuchungsobjekts, bei der das Röntgensystem auf einer Scan-Trajektorie (13) bewegt wird und in bestimmten Zeitabständen unter bestimmten Winkeln 2-D-Röntgenbilder erzeugt werden,S2 Veränderung durch wechselndes Öffnen und Schließen der Öffnung des Kollimators (11) mittels einer Steuervorrichtung (10) während der Datenakquisition zur Erfassung eines großen Volumens des Untersuchungsobjekts bei großer Öffnung des Kollimators (11) und eines kleinen Volumens des Untersuchungsobjekts bei kleiner Öffnung des Kollimators (11),S3 Veränderung der Auflösung derart, dass bei großem Volumen die Datenerfassung in niedriger Auflösung und bei kleinem Volumen in hoher Auflösung erfolgt,S4 Rekonstruktion eines 3-D-Volumens des Untersuchungsobjekts aus den erfassten Daten undS5 Wiedergabe des rekonstruierten 3-D-Volumens.Angiographic examination method for an examination subject of a patient (6) for 3-D rotational angiography using an angiography system, which has an X-ray emitter (3) with a collimator (11), an X-ray image detector (4) attached to the ends of a C-arm (2) have a patient table with a table top (5) for positioning the patient (6), a system control unit (7), an image system (8) and a monitor (9), characterized by the following steps: S1 data acquisition by the angiography system using 3- D-rotation angiography of the examination object to be reconstructed, in which the x-ray system is moved on a scan trajectory (13) and 2-D x-ray images are generated at certain time intervals at certain angles, S2 change due to alternating opening and closing of the opening of the collimator (11 ) by means of a control device (10) during the data acquisition to record a large volume of the examination object kts with a large opening of the collimator (11) and a small volume of the examination object with a small opening of the collimator (11), S3 change in the resolution such that with a large volume the data acquisition takes place in a low resolution and with a small volume in a high resolution, S4 reconstruction a 3-D volume of the examination object from the acquired data and S5 reproduction of the reconstructed 3-D volume.
Description
Die Erfindung betrifft ein angiographisches Untersuchungsverfahren für ein Untersuchungsobjekt eines Patienten zur 3-D-Rotationsangiographie mittels eines Angiographiesystems, das einen Röntgenstrahler mit Kollimator, einen Röntgenbilddetektor, die an den Enden eines C-Bogens angebracht sind, einen Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte zur Lagerung des Patienten, eine Systemsteuerungseinheit, ein Bildsystem und einen Monitor aufweist.The invention relates to an angiographic examination method for an examination subject of a patient for 3-D rotary angiography by means of an angiography system, which comprises an X-ray emitter with a collimator, an X-ray image detector which is attached to the ends of a C-arm, a patient table with a table top for positioning the patient , a system control unit, an image system and a monitor.
Eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung eines derartigen angiographischen Untersuchungsverfahrens ist beispielsweise aus der
Die
Mittels des beispielsweise aus der
Der bekannte Knickarmroboter weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen
Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.The implementation of the X-ray diagnostic device is not dependent on the industrial robot. Conventional C-arm devices can also be used.
Der Röntgenbilddetektor
Im Strahlengang des Röntgenstrahlers
Anstelle des in
Anstelle des beispielsweise dargestellten C-Bogens
Aus der
Bei Untersuchungen mit CT- und C-Bogen-CT-Geräten wird Röntgenstrahlung appliziert. Dabei wird also der Patient ionisierender Strahlung ausgesetzt, die je nach Stärke belastend sein kann. Eine Reduktion der Strahlung ist immer positiv für den Patienten und den Untersucher.X-rays are applied for examinations with CT and C-arm CT devices. The patient is thus exposed to ionizing radiation, which can be stressful depending on the strength. A reduction in radiation is always positive for the patient and the examiner.
Zur Reduzierung der Patientendosis gibt es bisher verschiedene Verfahren, die entweder auf
- - zusätzliche Abschirmung des Patienten oder des Untersuchers durch absorbierende Schutzvorrichtungen,
- - alternative Akquisitionsprogramme, die mit adaptiver Belichtung und Software-Nachbearbeitung die Strahlung reduzieren, oder
- - Einschränkung der gescannten Fläche oder des gescannten Volumens nach gegebenenfalls vorherigem notwendigen Scan zur Auswahl des eingeschränkten Volumens
- - additional shielding of the patient or the examiner by means of absorbing protective devices,
- - alternative acquisition programs that reduce radiation with adaptive exposure and software post-processing, or
- - Restriction of the scanned area or the scanned volume after a possibly necessary scan to select the restricted volume
In der
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein angiographisches Untersuchungsverfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die applizierte Röntgenstrahlung, der der Patient ausgesetzt ist, weiter reduziert werden kann.The invention is based on the object of designing an angiographic examination method of the type mentioned at the outset in such a way that the applied X-ray radiation to which the patient is exposed can be further reduced.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein angiographisches Untersuchungsverfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved for an angiographic examination method of the type mentioned by the features specified in claim 1. Advantageous designs are specified in the dependent claims.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- S1 Datenakquisition durch das Angiographiesystem mittels 3-D-Rotationsangiographie des zu rekonstruierenden Untersuchungsobjekts, bei der das Röntgensystem auf einer Scan-Trajektorie (
13 ) bewegt wird und in bestimmten Zeitabständen unter bestimmten Winkeln 2-D-Röntgenbilder erzeugt werden, - S2 Veränderung durch wechselndes Öffnen und Schließen der Öffnung des Kollimators (
11 ) mittels einer Steuervorrichtung (10 ) während der Datenakquisition zur Erfassung eines großen Volumens des Untersuchungsobjekts bei großer Öffnung des Kollimators (11 ) und eines kleinen Volumens des Untersuchungsobjekts bei kleiner Öffnung des Kollimators (11 ), - S3 Veränderung der Auflösung derart, dass bei großem Volumen die Datenerfassung in niedriger Auflösung und bei kleinem Volumen in hoher Auflösung erfolgt,
- S4 Rekonstruktion eines 3-D-Volumens des Untersuchungsobjekts aus den erfassten Daten und
- S5 Wiedergabe des rekonstruierten 3-D-Volumens.
- S1 data acquisition by the angiography system by means of 3-D rotational angiography of the examination object to be reconstructed, in which the x-ray system is based on a scan trajectory (
13 ) is moved and 2D X-ray images are generated at certain time intervals at certain angles, - S2 change by alternately opening and closing the opening of the collimator (
11 ) by means of a control device (10th ) during the data acquisition to record a large volume of the examination object with a large opening of the collimator (11 ) and a small volume of the examination object with a small opening of the collimator (11 ), - S3 change the resolution in such a way that data is recorded in low resolution for large volumes and in high resolution for small volumes,
- S4 reconstruction of a 3-D volume of the examination object from the acquired data and
- S5 playback of the reconstructed 3-D volume.
Durch die veränderliche Kollimation zur Akquisition eines 3-D-Scans und der Möglichkeit, gleichzeitig ein großes Volumen in niedriger Ortsauflösung und ein kleines Volumen in hoher Ortsauflösung zu scannen, ergeben sich völlig andere Akquisitionsparadigmen. Entsprechende Veränderungen während des Scans haben Auswirkungen auf die Art des rekonstruierten Bildes. Je nach Anforderung an die Rekonstruktion können durch verschiedene Akquisitionsszenarien andere Bilder generiert werden.Due to the variable collimation for the acquisition of a 3-D scan and the possibility to simultaneously scan a large volume in low spatial resolution and a small volume in high spatial resolution, completely different acquisition paradigms result. Corresponding changes during the scan affect the type of the reconstructed image. Depending on the requirements of the reconstruction, different images can be generated using different acquisition scenarios.
Beispielsweise können durch wechselndes Öffnen und Schließen der Blende ein Bereich mit hoher Auflösung und ein Bereich mit kontinuierlich reduzierter Ortsauflösung erreicht werden. Bewegt sich die Kollimatorblende schnell, so kann durch von Bild zu Bild alternierendes Umschalten eine Rekonstruktion erreicht werden, die zwei unterschiedliche Auflösungen hat.For example, an area with high resolution and an area with continuously reduced spatial resolution can be achieved by alternately opening and closing the diaphragm. If the collimator diaphragm moves quickly, a reconstruction can be achieved by switching from image to image, which has two different resolutions.
Erfindungsgemäß kann die Veränderung der Öffnung des Kollimators gemäß Schritt
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Veränderung der Öffnung des Kollimators gemäß Schritt
Erfindungsgemäß kann die Kollimation gemäß Schritt
Eine die Datenakquisition evtl. störende Abbremsung des Röntgensystems ist nicht erforderlich, wenn dessen Bewegung auf der Scan-Trajektorie gemäß Schritt
In vorteilhafter Weise kann die Rekonstruktion gemäß Schritt
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein bekanntes C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung, -
2 eine Aufnahmegeometrie des Röntgensystems gemäß1 , -
3 eine schematische Darstellung einer dynamischen Kollimation, -
4 bis9 verschiedene Akquisitionsprotokolle zur dynamischen Kollimation gemäß3 und -
10 eine schematische Darstellung einer asymmetrischen dynamischen Kollimation.
-
1 a known C-arm angiography system with an industrial robot as a carrying device, -
2nd a recording geometry of the x-ray system according to1 , -
3rd a schematic representation of a dynamic collimation, -
4th to9 various acquisition protocols for dynamic collimation according to3rd and -
10th a schematic representation of an asymmetrical dynamic collimation.
In der
In der
Durch den Kollimator
Zu Beginn der Akquisition kann beispielsweise ein erstes Röntgenbild
Nun kann die Öffnung des Kollimators
Es ist für den Fachmann klar, dass zwischen den beschriebenen Röntgenbildern
Für das rekonstruierte Bild ergibt sich damit Folgendes: Ist der Belichtungsbereich
Da die unbelichteten Außenbereiche
Beispielsweise anhand von klinischen Studien muss abgewogen werden, in welchem Umfang diese Reduktion der Bildqualität im Verhältnis zur Reduktion der Strahlung steht. Dies gilt beispielsweise bei gleichzeitigem Scan detaillierter Anatomie oder Implantaten, wie z.B. einem Stent, der hochkontrastig und klein ist, und bei gleichzeitigem Ausschluss von Blutungen an der Schädeldecke, die großflächig und niederkontrastig sind.For example, on the basis of clinical studies, the extent to which this reduction in image quality is related to the reduction in radiation must be weighed. This applies, for example, to a simultaneous scan of detailed anatomy or implants, e.g. a stent that is high-contrast and small, and at the same time excludes bleeding from the top of the skull that is large and low-contrast.
In den nachfolgenden
Bei dem in der
In der
Das in der
Bei dem Akquisitionsprotokoll gemäß
Das Akquisitionsprotokoll gemäß
Bei einem im Akquisitionsprotokoll gemäß
Bei der Akquisition der Daten gilt für die Akquisitionsprotokolle Folgendes:
- Je nach Geschwindigkeit der Veränderung der Öffnung des Kollimators
11 wird der Belichtungsbereich dazwischen mit einer abgestuften Ortsauflösung zwischen der maximalen und der minimalen Auflösung aufgenommen. Bei niedriger Frequenz gemäß4 ist der Unterschied in der Ortsauflösung zwischen dem kleinen Belichtungsbereich15 und dem großen Gesamtbereich17 höher.
- Depending on the speed of change of the opening of the collimator
11 the exposure area in between is recorded with a graduated spatial resolution between the maximum and the minimum resolution. At low frequency according to4th is the difference in spatial resolution between thesmall exposure area 15 and the large total area17th higher.
Dies kann noch weiter verändert werden, indem man einem der beiden Belichtungsbereiche eine Präferenz gibt und diese Einstellung länger einnimmt, wie dies aufgrund der
Wechselt die Öffnung des Kollimators
In der
Wie schon beim Beispiel gemäß
Gleichzeitig ein großes Volumen in niedriger Auflösung und ein kleines Volumen in hoher Auflösung zu scannen wird erreicht, wenn ein CT oder C-Bogen-CT-Scan mit einer dynamischen Kollimation durchgeführt wird. Die
In der
- In
dem kleinen Belichtungsbereich 15 und somit dem dazugehörigen kleinen Volumen werden gesteuertvon der Steuervorrichtung 10 mit maximaler Auflösung Daten aufgenommen. Indem großen Gesamtbereich 17 werden je nach Frequenz der Umschaltung zwischen groß und klein aufgrund der Steuervorrichtung10 mit geringerer Auflösung Daten akquiriert. Je mehr Röntgenbilder in der großen Kollimatorstellung aufgenommen werden, desto höher ist die Auflösung indem großen Gesamtbereich 17 .Die Bilder 18 bis 24 gemäß 3 stellen jeweils die volle Detektorfläche als großen Bereich dar; diese kann jedoch auch nur ein Teil des gesamten Röntgenbilddetektors4 sein. D.h., dass dieSteuervorrichtung 10 den Kollimator11 nicht zwischen voller und kleiner Öffnung umschaltet, sondern die volle Öffnung kann kleiner als die maximale Öffnung sein.
- In the
small exposure area 15 and thus the associated small volume are controlled by the control device10th Data recorded with maximum resolution. In the large area17th are depending on the frequency of switching between large and small due to the control device10th Data acquired with lower resolution. The more X-ray images are recorded in the large collimator position, the higher the resolution in the large overall area17th . The pictures18th to24th according to3rd each represent the full detector area as a large area; however, this can only be a part of the entire X-ray image detector4th be. Ie that the control device10th the collimator11 does not switch between full and small opening, but the full opening can be smaller than the maximum opening.
Die
Der kleine Belichtungsbereich
Eine derartige Kollimation wird bisher nur statisch in der Akquisition eingesetzt. Weder die Echtzeitansteuerung des Kollimators
Bei den erfindungsgemäßen Akquisitionsprotokollen werden mit dem korrekten, angepassten Rekonstruktionsalgorithmus die 2-D-Projektionen in ein korrektes 3-D-Volumen überführt. Dabei können verschiedene Rekonstruktionsverfahren eingesetzt werden:
- - Iterative Rekonstruktion:
- Prinzipiell können alle Daten mit einem iterativen Verfahren rekonstruiert werden, da diese besonders robust auf wechselnde Eingangsdaten sind. Besonders sogenannte „Compressed Sensing“ Verfahren, also regularisierte Rekonstruktionsverfahren, sind hier geeignet.
- - Analytische Rekonstruktion:
- Weiterhin ist es möglich, die Daten mit einem analytischen Verfahren zu rekonstruieren. Allerdings müssen hier gängige Verfahren, die auf einer gefilterten Rückprojektion basieren, verändert werden, da die Redundanzgewichtung nicht mehr stimmt. Die entsprechende Gewichtungsfunktion muss dem Akquisitionsprotokoll angepasst werden. Dies kann sowohl im Projektionsraum als auch im Objektraum geschehen.
- Dies lässt sich numerisch bestimmen; aber auch eine analytische Herleitung ist möglich. Dieses Rekonstruktionsverfahren kann aber zu Streifenartefakten führen, die in einem weiteren Schritt dann beispielsweise durch nicht lineare Filterung oder Regularisierung reduziert werden sollten.
- - Gemischte Verfahren:
- Das Rekonstruktionsproblem wird in mehrere unterabgetastete Probleme zerlegt:
- Diese graduieren sich zwischen einem Problem mit wenigen Projektionen mit vollem (großen) Messfeld und einem Problem mit vielen Projektionen mit stark trunkiertem Messfeld, die initial unabhängig gelöst werden können.
- Das Rekonstruktionsproblem wird in mehrere unterabgetastete Probleme zerlegt:
- - Iterative reconstruction:
- In principle, all data can be reconstructed using an iterative process, since they are particularly robust to changing input data. So-called “Compressed Sensing” methods, ie regularized reconstruction methods, are particularly suitable here.
- - Analytical reconstruction:
- It is also possible to reconstruct the data using an analytical method. However, current methods based on a filtered back projection have to be changed here because the redundancy weighting is no longer correct. The corresponding weighting function must be adapted to the acquisition protocol. This can be done both in the projection space and in the object space.
- This can be determined numerically; but an analytical derivation is also possible. However, this reconstruction method can lead to streak artifacts, which should then be reduced in a further step, for example by non-linear filtering or regularization.
- - Mixed procedures:
- The reconstruction problem is broken down into several subsampled problems:
- These graduate between a problem with a few projections with a full (large) measuring field and a problem with many projections with a heavily truncated measuring field, which can initially be solved independently.
- The reconstruction problem is broken down into several subsampled problems:
Danach können jeweils verschränkte Probleme gebildet werden, die aus dem jeweils anderen Problem Informationen zur Artefaktreduktion nutzen. So kann man beispielsweise anhand der unterabgetasteten Rekonstruktion mit vollem Messfeld das Trunkierungsproblem in den Projektionen mit reduziertem Messfeld lösen.Thereafter, entangled problems can be formed, which use information from the other problem to reduce artifacts. For example, you can use the subsampled reconstruction with a full measurement field to solve the truncation problem in the projections with a reduced measurement field.
Schließlich können die verschiedenen Rekonstruktionen in eine einzelne Rekonstruktion zusammengeführt werden. Bei dieser Zusammenführung muss man wegen der unterschiedlichen Auflösungen darauf achten, dass keine Artefakte entstehen. Dies kann durch entsprechende Regularisierung mit gängigen Kriterien, wie beispielsweise Glattheit oder minimale TV-Norm, erreicht werden.Finally, the different reconstructions can be merged into a single reconstruction. When merging, you have to make sure that there are no artifacts because of the different resolutions. This can be achieved by appropriate regularization with common criteria, such as smoothness or minimal TV norm.
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