DE10001357A1

DE10001357A1 - Verfahren zum Betrieb eines CT-Geräts sowie Ct-Gerät

Info

Publication number: DE10001357A1
Application number: DE10001357A
Authority: DE
Inventors: Lutz Guendel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-01-15
Also published as: DE10001357B4; US20010019599A1; CN1192746C; JP2001212129A; US6501820B2; CN1309949A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts (5) mittels eines CT-Geräts geht von einer Strahlenquelle (1), welche um eine Systemachse (10) verlagerbar ist und einen Fokus (2) aufweist, ein Strahlenbündel (4) aus und trifft auf ein Detektorsystem (6). Befindet sich während der Abtastung ein Körperteil (21) eines Untersuchers in einem von dem Strahlenbündel (4) erfaßten Untersuchungsraum (20), so wird dies automatisch erkannt und für einen Volumenbereich, der das Körperteil (21) des Untersuchers einschließt, gegenüber einem vergleichbaren zweiten Volumenbereich, in dem sich kein Körperteil des Untersuchers befindet, das Maß der zugeführten Strahlung reduziert. Dies bewirkt eine Verringerung der dem Untersucher zugeführten Strahlendosis. Die Steuerung hierzu erfolgt beispielsweise durch Variation des Röhrenstroms, durch Verstellen der Strahlenblende (3) oder mittels eines in den Strahlengang eingebrachten Absorbers (24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung eines Un tersuchungsobjekts mittels eines CT-Geräts mit einer Strah lenquelle, welche um eine Systemachse verlagerbar ist und ei nen Fokus aufweist, von dem ein Strahlenbündel ausgeht, das auf ein Detektorsystem trifft, welches Abtastdaten liefert, wobei das Maß der einem ersten Volumenbereich, in dem sich ein Körperteil eines Untersuchers befindet, während der Ab tastung zugeführten Strahlung gegenüber einem vergleichbaren zweiten Volumenbereich mit gleicher Größe und gleicher Ent fernung zur Systemachse, in dem sich kein Körperteil des Un tersuchers befindet, reduziert wird.

Als Stand der Technik sind CT-Geräte bekannt, die eine Strah lenquelle aufweisen, z. B. eine Röntgenröhre, die ein kolli miertes, pyramidenförmiges Strahlenbündel durch das Untersu chungsobjekt, z. B. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen aufgebautes Detektorsystem richten. Die Strahlenquelle und je nach Bauart des CT-Geräts auch das De tektorsystem sind auf einer Gantry angebracht, die um das Untersuchungsobjekt rotiert. Eine Lagerungseinrichtung für das Untersuchungsobjekt kann entlang der Systemachse relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt werden. Die Position, aus gehend von welcher das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt durchdringt, und der Winkel, unter welchem das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry ständig verändert. Jedes von der Strah lung getroffene Detektorelement des Detektorsystems produ ziert ein Signal, das ein Maß der Gesamttransparenz des Un tersuchungsobjekts für die von der Strahlenquelle ausgehende Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektorelemente des Detek torsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlen quelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Eine Abtastung (Scan) umfaßt einen Satz von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder verschiedenen Positionen der Lagerungseinrichtung gewonnen wurden. Das CT- Gerät nimmt während eines Scans eine Vielzahl von Projek tionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts aufbauen zu können. Mit einem aus einem Array von mehreren Zeilen und Spalten von De tektorelementen aufgebauten Detektorsystem können mehrere Schichten gleichzeitig aufgenommen werden.

Größere Volumina des Untersuchungsobjekts werden üblicher weise mittels Sequenzabtastung oder Spiralabtastung (Spiral scan) aufgenommen. Bei der Sequenzabtastung werden die Daten während der Drehbewegung der Gantry aufgenommen, während sich das Untersuchungsobjekt in einer festen Position befindet, und damit ebene Schichten abgetastet. Zwischen der Abtastung aufeinanderfolgender Schichten wird das Untersuchungsobjekt jeweils in eine neue Position bewegt, in der die nächste Schicht abgetastet werden kann. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis alle vor der Untersuchung festgelegten Schichten abgetastet sind. Bei der Spiralabtastung rotiert die Gantry mit der Strahlenquelle kontinuierlich um das Un tersuchungsobjekt, während der Lagerungstisch und die Gantry kontinuierlich relativ zueinander entlang einer Systemachse verschoben werden. Die Strahlenquelle beschreibt so, bezogen auf das Untersuchungsobjekt, eine Spiralbahn, bis das vor der Untersuchung festgelegte Volumen abgetastet wurde. Aus den so gewonnenen Spiraldaten werden dann Bilder einzelner Schichten errechnet.

Weiterhin sind CT-Geräte bekannt, bei denen zur Abtastung ei nes Untersuchungsobjekts mit nicht kreisförmigem Querschnitt die Röntgenleistung während der Rotation der Strahlenquelle um das Untersuchungsobjekt moduliert werden kann. Wird bei spielsweise ein auf dem Rücken liegender Patient abgetastet, so ist in der Regel der Weg der Röntgenstrahlung durch den Körper des Patienten in horizontaler Richtung länger als in vertikaler Richtung. Ist eine Modulation der Röntgenleistung nicht möglich, so muß diese so eingestellt werden, daß auch für die Projektionen mit dem längsten Weg der Strahlung durch den Körper die von dem Detektorsystem gelieferte Signalquali tät noch ausreichend ist zur Berechnung ordnungsgemäßer Bil der. Für alle anderen Projektionen ist damit die Röntgenleis tung unnötig hoch. Um das Untersuchungsobjekt nicht unnötig mit Strahlendosis zu belasten, versucht man, die Röntgenleis tung nach dem von der Winkelstellung der Strahlungsquelle ab hängigen Schwächungsprofil einzustellen. Ein derartiges Ver fahren wird beispielsweise in der DE 198 06 063 A1 beschrie ben.

CT-Geräte werden vor allem im medizinischen Bereich einge setzt. Neben Untersuchungen zu rein diagnostischen Zwecken werden zunehmend Interventionen (z. B. Biopsien, Punktionen) mit CT-Überwachung durchgeführt. Während der Intervention kann so die Position zur Durchführung der Intervention benö tigter medizinischer Instrumente, beispielsweise einer Nadel, kontinuierlich überprüft werden. Bei eingeschalteter Strah lenquelle und manueller Führung eines derartigen medizini schen Instruments durch einen Untersucher können Körperteile des Untersuchers, beispielsweise eine Hand, die sich in dem von dem Strahlenbündel durchsetzten Bereich zwischen Fokus und Detektorsystem befinden, von ungeschwächter Strahlung ge troffen werden.

Aus der US 5,873,826 ist ein Röntgen-CT-Gerät bekannt, bei dem zur Reduzierung der einem Untersucher zugeführten Strah lendosis die Strahlungsleistung des Röntgenstrahlers während der Abtastung zeitweise reduzierbar ist. Der Volumenbereich, für den diese Reduzierung wirksam ist, wird dabei vor der Ab tastung festgelegt und während der Abtastung mittels einer Lichtquelle markiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines CT-Geräts anzugeben, so daß die einem Untersucher zugeführte Strahlendosis reduziert und gleichzeitig eine gute Qualität der errechneten Bilder erreicht werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein CT-Gerät zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe für das Gerät wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die dem Untersu cher zugeführte Strahlendosis reduziert wird, ohne daß dieser hierfür bereits vor Beginn der Abtastung einen Volumenbereich innerhalb des Untersuchungsraumes definieren muß, in den er während der Untersuchung ein oder mehrere Körperteile bringen wird. Die Erfindung vereinfacht so vorteilhaft die Bedienung des CT-Geräts, fehlerhafte Eingaben werden verhindert. Einen weiteren Vorteil bildet die Erfindung darin, daß die Größe des Volumenbereiches, für den die zugeführte Strahlung redu ziert ist, auf ein Minimum beschränkt werden kann, da der Un tersucher nicht bereits vor der Untersuchung zu seiner eige nen Sicherheit einen relativ großen Bereich festlegen muß, den er möglichst nicht überschreitet. Auch die ständige und störende Kontrolle während der Untersuchung, ob dieser Be reich auch tatsächlich nicht verlassen wird, entfällt durch das Verfahren nach der Erfindung.

Ohne den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken, wird der besseren Verständlichkeit halber in der weiteren Beschreibung davon ausgegangen, daß es sich bei dem Körperteil des Unter suchers, das sich im Untersuchungsraum des CT-Gerätes befin det, um dessen Hand handelt.

Um den Bereich, in dem sich die Hand des Untersuchers befin det und für den die Strahlungsintensität reduziert werden soll, automatisch einzugrenzen, gibt es verschiedene Möglich keiten: eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Position der Hand längs der Systemachse erfaßt und bei der Gene rierung von Parametern berücksichtigt wird. Eine andere Vari ante der Erfindung sieht vor, daß der Winkelbereich des Seg ments, in dem sich die Hand des Untersuchers befindet, auto matisch erfaßt und bei der Generierung von Parametern berück sichtigt wird. Dabei können auch der Abstand der Hand von der Strahlenquelle sowie die Lage von Fokus, Untersuchungsobjekt und Hand zueinander mit berücksichtigt werden. So können bei spielsweise Aufnahmen in dem Winkelbereich, in dem das Unter suchungsobjekt zwischen dem Fokus und der Hand liegt, mit un verminderter Strahlungsintensität durchgeführt werden. Nur für den Winkelbereich, in dem sich die Hand zwischen dem Fo kus und dem Untersuchungsobjekt befindet, wird die Strah lungsintensität reduziert. Dies hat den Vorteil, daß ein Teil der Projektionen während eines Umlaufs der Strahlenquelle um 360° um das Untersuchungsobjekt ohne Qualitätsverlust aufge nommen werden kann. Für den Untersucher ist damit nur eine relativ geringe Strahlenbelastung verbunden, denn einerseits ist bei Projektionen, bei denen das Untersuchungsobjekt zwi schen dem Fokus und dem Untersucher liegt, die Strahlungsin tensität durch das Untersuchungsobjekt bereits abgeschwächt, andererseits ist bei diesen Projektionen auch der Abstand zwischen dem Fokus und dem Untersucher verhältnismäßig groß. Da die Strahlendosis mit dem Quadrat der Entfernung zum Fokus abfällt, ergibt sich in Summe für diese Projektionen nur eine geringfügige Strahlenbelastung für den Untersucher und dies trotz guter Qualität der aufgenommenen Projektionen. Auch bei dieser Variante läßt sich der Bereich, für den die Strah lungsintensität reduziert werden soll, durch Ermittlung eini ger weniger Parameter einfach und schnell festlegen. Natür lich kommt bei der automatischen Generierung von Parametern auch eine Kombination oben genannter Varianten in Betracht. So können die z-Position, der Winkelbereich und der Abstand der Hand von der Systemachse gemeinsam zur Erzeugung entspre chender Parameter erfaßt werden.

Zum automatischen Erfassen der Position der Hand des Untersu chers im Untersuchungsraum des CT-Geräts verfügt dieses vor teilhaft über ein geeignetes Erkennungs- und Auswertsystem. Derartige Navigationssysteme zur Positions- und Bewegungsbe stimmung von Objekten sind hinlänglich bekannt. Ihre Wir kungsweise kann auf unterschiedlichen Verfahren, wie opti schen, magnetischen oder elektromagnetischen Verfahren, beru hen. Selbstverständlich können hierzu auch die von dem CT-Ge rät selbst während der Abtastung erzeugten Daten ausgewertet werden.

Die automatische Dimensionierung des von dem Strahlenbündel durchdrungenen Bereiches, in dem sich die Hand des Untersu chers befinden, mit Hilfe eines Erkennungs- und Auswertsys tems hat den Vorteil, daß dieses den Bereich sehr viel ge nauer bestimmen und während der Abtastung dynamisch anpassen kann, als dies manuell durch den Untersucher möglich wäre. Auf Bewegungen der Hand im Untersuchungsraum reagiert das System sofort und es erfolgt eine entsprechende Anpassung des Bereiches mit reduzierter Strahlung. Somit läßt sich die Aus dehnung dieses Bereiches stets relativ klein halten. Zur Ver arbeitung der von dem Erkennungs- und Auswertsystem erzeugten Daten und der darauf basierenden Steuerung, beispielsweise der Strahlungsintensität, ist zwischen den Rechner des CT-Ge räts und den ausführenden Mitteln (Strahlenquelle, Strahlen blende etc.) eine Steuereinheit geschaltet.

Die dem Untersucher verabreichte Strahlendosis läßt sich auf verschiedene Weisen reduzieren: gemäß einer ersten Ausfüh rungsform wird hierfür die Strahlungsleistung der Strahlen quelle während der Rotation um das Untersuchungsobjekt zeit weise reduziert. Üblicherweise handelt es sich bei der Strah lenquelle um eine Röntgenröhre. Bei dieser läßt sich die Strahlungsleistung durch Beeinflussung des Röhrenstromes va riieren. Der gesamte Dynamikbereich der Röntgenröhre von Null bis zu einer maximalen Strahlungsintensität steht hierbei für die Regelung zur Verfügung. Auch sich sprunghaft ändernde oder kontinuierliche, z. B. sinusförmige, auch periodische Signalverläufe sind möglich. So kann für jede z- und jede Winkel-Position im Untersuchungsraum jede beliebige Strah lungsintensität zwischen Null und einem Maximalwert einge stellt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Strahlungsinten sität bildet die Erfindung durch zeitweiliges Eingrenzen des Strahlenbündels. Diese Eingrenzung des Strahlenbündels redu ziert den Winkelbereich und damit den Zeitraum, in dem der Untersucher der Strahlung ausgesetzt ist. Auch dies bewirkt eine Verringerung der applizierten Strahlendosis. Die Ein grenzung des Strahlenbündels kann durch Verstellen der röh renseitigen Strahlenblende erfolgen. Sie kann für einen be stimmten z-Bereich gleich bleiben, aber, auch während eines Umlaufs der Strahlenquelle um das Untersuchungsobjekt dyna misch verstellbar sein. Das Strahlenbündel kann dabei in ei nem bestimmten Winkel- und/oder z-Bereich ganz oder teilweise ausgeblendet sein, wobei auch asymmetrische Blendeneinstel lungen einnehmbar sind.

Nach einer anderen Variante der Erfindung wird die Strah lungsintensität in dem relevanten Bereich durch das Einbrin gen eines Absorbers zwischen dem Fokus und der Hand redu ziert. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, daß der Absorber nach der Positionierung im wesentlichen ortsfest bleiben kann. Ist der Absorber richtig positioniert, so sind in der Regel während der Abtastung nurmehr kleine Korrekturen not wendig. Dies wirkt sich positiv auf die Qualität der erzeug ten Bilder aus, da die Beschleunigung größerer Massen während der Abtastung, wie sie beispielsweise zur dynamischen Ver stellung von Blenden für das zeitweise Eingrenzen des Strah lenbündels notwendig ist, unterbleiben kann. Das Maß der Ver ringerung der Strahlungsintensität durch den Absorber kann durch das Absorbermaterial und die Dicke des Absorbers fest gelegt werden. Dieses Maß umfaßt auch hierbei die Spanne von einer geringfügigen Reduzierung bis hin zur vollständigen Ausblendung der Strahlung. Neben einem nach der Positionie rung ortsfesten Absorber ist auch ein mit der Strahlenquelle mit rotierender Absorber möglich.

Auch eine Kombination oben genannter Möglichkeiten zum Redu zieren der dem Untersucher verabreichten Strahlendosis kommt in Betracht. So können während der Abtastung für einen be stimmten Bereich sowohl das Strahlenbündel eingeschränkt als auch die Strahlungsleistung der Röntgenröhre herabgesetzt sein.

Die Verringerung der zur Durchführung einer ordnungsgemäßen Abtastung erforderlichen Strahlungsintensität führt in der Regel zu einem Qualitätsverlust der erzeugten Bilder. Zweck mäßigerweise soll dieser Qualitätsverlust möglichst gering gehalten werden. Eine Möglichkeit, um dies zu erreichen, bie tet die Erfindung, indem fehlende Daten von Projektionen mit reduzierter Strahlung durch Interpolation aus Daten von Pro jektionen mit normaler Strahlung gewonnen werden. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn der betroffene Bereich des Untersuchungsobjekts klein ist. Eine andere Variante sieht vor, fehlende Daten von Projektionen mit reduzierter Strahlung zumindest teilweise durch Daten von Projektionen, die vor der Reduzierung erfaßt wurden, zu ersetzen. Voraus setzung dabei ist jedoch, daß sich das Untersuchungsobjekt bezüglich der Lagerungseinrichtung nicht bewegt. Diese Me thode beruht darauf, daß zur Intervention eingesetzte Instru mente sehr gut und mit einem hohen Kontrast auf den errechne ten Bildern sichtbar sind und sich daher deren Bewegung auch bei verminderter Strahlungsintensität leicht verfolgen läßt, wo hingegen das Untersuchungsobjekt seine Lage nicht verän dert und die das Untersuchungsobjekt betreffenden Daten aus getauscht werden können.

Schließlich sind bei einer weiteren Variante des erfindungs gemäßen Verfahrens fehlende Daten von Projektionen mit redu zierter Strahlung aus Daten komplementärer Projektionen errechenbar. Als zu einer gegebenen Projektion komplementäre Pro jektion ist dabei jene Projektion zu verstehen, bei der die Strahlenquelle um 180° in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist. Bei nur für einen bestimmten Winkelbereich reduzierter Strahlungsintensität sind die daraus errechneten Daten in der Regel qualitativ hochwertig und daher zum Erzeugen von Bil dern gut geeignet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes CT-Gerät in teilweise block schaltbildartiger Darstellung,

Fig. 2, 5 und 6 das Meßsystem eines CT-Geräts gemäß Fig. 1, in dessen Untersuchungsraum sich die Hand eines Untersuchers befindet,

Fig. 3 geometrische Zusammenhänge und

Fig. 4 zwei Diagramme.

In Fig. 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes CT-Gerät dargestellt, das eine Strahlenquelle 1, z. B. eine Röntgen röhre, mit einem Fokus 2 aufweist, von dem ein durch eine röhrenseitige Strahlenblende 3 eingeblendetes, pyramiden förmiges Strahlenbündel 4 ausgeht, das ein Untersuchungsob jekt 5, beispielsweise einen Patienten, durchsetzt und auf ein Detektorsystem 6 trifft. Dieses weist ein Array aus meh reren zueinander parallelen Zeilen 7 und mehreren zueinander parallelen, nicht notwendigerweise gleich breiten Spalten 8 von Detektorelementen 9 auf. Die Strahlenquelle 1 und das Detektorsystem 6 bilden ein Meßsystem, das um eine System achse 10 verlagerbar ist. Das Meßsystem 1, 6 und das Untersu chungsobjekt 5 sind entlang der Systemachse relativ zueinan der verschiebbar, so daß das Untersuchungsobjekt 5 unter verschiedenen Projektionswinkeln und verschiedenen z-Positi onen längs der Systemachse 10 durchstrahlt werden kann. Aus den dabei auftretenden Ausgangssignalen der Detektorelemente 9 des Detektorsystems 6 bildet ein Datenerfassungssystem 11 Meßwerte, die einem Rechner 12 zugeführt werden, der ein Bild des Untersuchungsobjekts 5 berechnet, das auf einem Monitor 13 wiedergegeben wird.

Das Röntgen-CT-Gerät nach Fig. 1 kann sowohl zur Sequenzabta stung als auch zur Spiralabtastung eingesetzt werden. Bei der Sequenzabtastung erfolgt eine schichtweise Abtastung des Un tersuchungsobjekt 5. Dabei wird die Strahlenquelle 1 bezüg lich der Systemachse 10 um das Untersuchungsobjekt 5 verla gert, und das Meßsystem 1, 6 nimmt eine Vielzahl von Projek tionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts 5 aufbauen zu können. Zwi schen der Abtastung aufeinanderfolgender Schichten wird das Untersuchungsobjekt 5 jeweils in eine neue z-Position bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Schichten, die den zu rekonstruierenden Bereich einschließen, erfaßt sind.

Während der Spiralabtastung bewegt sich das Meßsystem 1, 6 relativ zum Untersuchungsobjekt 5 kontinuierlich auf einer Spiralbahn 14, so lange, bis der zu rekonstruierende Bereich vollständig erfaßt ist. Dabei wird ein Volumendatensatz gene riert. Der Rechner 12 berechnet daraus mit einem Interpolati onsverfahren einen planaren Datensatz, aus dem sich dann wie bei der Sequenzabtastung die gewünschten Bilder rekonstruie ren lassen.

Ein Erkennungs- und Auswertsystem 15 erfaßt Größe, Position und Bewegung von Objekten, die sich außer dem Untersuchungs objekt 5 in dem von der Röntgenstrahlung durchsetzten Unter suchungsraum befinden. Beispielsweise ist dies die Hand eines Untersuchers. Gemäß der Erfindung wird die Strahlung in dem Volumenbereich des Untersuchungsraumes, in dem sich die Hand befindet, automatisch reduziert. Dies geschieht im Beispiel mittels einer Steuereinheit 16, die sowohl auf die Strahlen quelle 1 wirkt und die Strahlungsleistung zeitweise herab setzt als auch die Stellung der Strahlenblende 3 beeinflußt.

Fig. 2 zeigt das Meßsystem 1, 6 des CT-Geräts für unter schiedliche Fokuspositionen 17, 18 und 19, wobei das Detek torsystem 6 zur besseren Übersichtlichkeit nur für die Fokus position 17 dargestellt ist. Innerhalb des Untersuchungsrau mes 20 und damit in dem von dem Strahlenbündel 4 erfaßbaren Bereich befindet sich eine Hand 21 eines Untersuchers, die ein medizinisches Instrument 22, beispielsweise eine Nadel, hält. Das Erkennungs- und Auswertsystem umfaßt zwei Sensoren 15' und 15", im Ausführungsbeispiel als Kameras ausgebildet, zum Erfassen der Größe und Position der Hand 21 im Untersu chungsraum 20. Die gewonnenen Daten werden an die Steuerein heit 16 übermittelt, die die Strahlungsleistung der Strahlen quelle 1 sowie die Einstellung der Strahlenblende 3 steuert. Hierzu weist das CT-Gerät Stellmittel 1a zur Einstellung des Röhrenstromes, beispielsweise eine gesteuerte Stromquelle, sowie Stellmittel 3a zur Einstellung der Strahlenblende, bei spielsweise elektrische Antriebe, auf. Ohne dadurch Einbußen in der Qualität der erzeugten Bilder hinnehmen zu müssen, ist der Querschnitt des Strahlenbündels 4 bereits so an das Un tersuchungsobjekt 5 angepaßt, daß das Untersuchungsobjekt während der Abtastung gerade noch vollständig innerhalb eines von dem Strahlenbündel 4 durchdrungenen Meßfeldes 23 liegt. Fokuspositionen, bei denen sich das Untersuchungsobjekt 5 zwischen der Hand 21 und dem Fokus 2 befindet, sind für den Untersucher weniger gefährlich, da hier ein Großteil der Strahlung bereits von dem Untersuchungsobjekt absorbiert wird und somit die Hand nicht mehr belastet. Außerdem ist für diese Fokuspositionen der Abstand der Strahlenquelle 1 von der Hand 21 verhältnismäßig groß, was die zugeführte Strah lendosis, die zum Quadrat des Abstandes proportional ist, ebenfalls verringert. Somit konzentrieren sich die vorzuse henden Schutzmaßnahmen insbesondere auf die Fokuspositionen, in denen sich die Hand 21 relativ nahe an der Strahlenquelle 1 befindet und von der unverminderten Strahlung getroffen werden kann. Mit 17 ist die Fokusposition bezeichnet, bei der die Hand 21 bei der Rotation der Strahlenquelle 1 in ϕ-Rich tung um das Untersuchungsobjekt 5 gerade in den von dem Strahlenbündel 4 erfaßten Bereich eintritt. Aufgrund einfa cher geometrischer Zusammenhänge (vgl. Fig. 3) in Verbindung mit der von den Sensoren 15' und 15" ermittelten Größe und Position der Hand 21 lassen sich diese Fokusposition 17 sowie die Fokusposition 19, bei der die Hand gerade wieder voll ständig außerhalb des Strahlenbündels 4 liegt, exakt berech nen. Die Steuereinheit 16 steuert dann beispielsweise den Röhrenstrom automatisch derart, daß von der Röntgenröhre zwi schen den Fokuspositionen 17 und 19 keine Röntgenstrahlung ausgeht. Dies ist im Ausführungsbeispiel für die Fokusposi tion 18 angedeutet.

Die Steuerung des Röhrenstromes ist dabei nur eine Möglich keit, die der Hand 21 zugeführte Strahlendosis automatisch zu reduzieren. Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, während der Abtastung die Strahlenblende 3 mittels der Steuereinheit 16 und Stellmitteln 3a dynamisch so einzu stellen, daß die Hand 21 nicht von der Strahlung getroffen wird.

In Fig. 3 sind beispielhaft geometrische Größen veranschau licht, die in einen Algorithmus zur Steuerung der Strahlen blende 3 bzw. des Röhrenstromes eingehen können. Ein kartesi sches Koordinatensystem mit dem Koordinatenursprung auf der Systemachse wird so gelegt, daß der Teil der Hand 21, bei spielsweise eine Fingerspitze, der bei der Abtastung zuerst von dem Strahlenbündel 4 erfaßt wird, auf der y-Achse liegt. R_Fc steht für den Abstand des Fokus 2 von der Systemachse 10 (vgl. Fig. 1) und R_Me für den Meßfeldradius. Der Winkelbe reich, den der Fokus 2 während der Rotation, ausgehend von der Position, bei der das Strahlenbündel die Fingerspitze ge rade berührt, bis zu der Position, bei der der Fokus auf der y-Achse liegt, überstreicht, wird als Abschaltwinkel α be zeichnet. Der Abstand der Fingerspitze von der Systemachse wird von dem Erkennungs- und Auswertesystem 15 ermittelt (vgl. Fig. 2) und ist mit y1 bezeichnet. Dann gilt für den halben Fächerwinkel β gemäß Fig. 3:

Daraus ergibt sich folgender Meßfeldradius R_Me:

R_Me = R_Fcsinβ

In Fig. 4, linkes Diagramm, ist der Winkel β in Abhängigkeit des Abschaltwinkels α und des normierten Abstandes der Fin gerspitze von der Systemachse aufgetragen. Beträgt beispiels weise der normierte Abstand der Fingerspitze von der System achse y1/R_Fc = 0,5, so ergibt sich bei vorgegebenem Abschalt winkel α = 30° der Winkel β zu β = 23,8°. Der normierte Meß feldradius errechnet sich damit zu R_Me/R_Fc = 0,4. Wird die Hand von y1/R_Fc = 0,5 zu y1/R_Fc = 0,3 geführt und der Ab schaltwinkel α = 30° beibehalten, so muß der Winkel β von β = 23,8° auf β = 15,1° reduziert werden. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 4, linkes Diagramm, Pfeil a, in Verbindung mit dem rechten Diagramm grafisch veranschaulicht.

Der Abschaltwinkel α ist nur ein möglicher Parameter, der für eine automatische Steuerung voreingestellt werden kann. Eine andere Variante sieht beispielsweise die Vorgabe des ma ximalen Winkelbereiches vor, für den die Strahlung ausge schaltet ist. In Fig. 2 entspricht dies dem Winkel, den die Geraden durch je eine Fokusposition 17 bzw. 19 sowie die Systemachse 10 einschließen. Es kann auch beispielsweise ein Mindestmaß des Meßfeldradius R_Me vorgegeben sein, woraus das CT-Gerät, je nach Größe und augenblicklicher Position der Hand 21, den zugehörigen Abschaltwinkel errechnet. Auch die ser Zusammenhang ist in Fig. 4 grafisch veranschaulicht. Ist beispielsweise R_Me/R_Fc = 0,26 vorgegeben (rechtes Diagramm), so führt die Bewegung der Hand von y1/R_Fc = 0,5 nach y1/R_Fc = 0,3, wie aus dem linken Diagramm, Pfeil b, hervorgeht, zu ei ner Vergrößerung des Abschaltwinkels α von α = 16,3° auf α = 45°.

Werden mehrere Parameter gleichzeitig voreingestellt, so steuert das CT-Gerät automatisch die Ausdehnung des Volumen bereiches, in dem sich die Hand des Untersuchers befindet und für den die Strahlendosis reduziert wird, unter Einbeziehung aller vorgegebenen Parameter. Eine derartige Vorgabe lautet beispielsweise:

α < 30°

R_Me/R_Fc < 0,2.

Gegenüber Fig. 2 ist in der in Fig. 5 veranschaulichten Si tuation die Hand 21 des Untersuchers näher an das Untersu chungsobjekt 5 herangeführt. Dies wird von den beiden Senso ren 15' und 15" erkannt, und die Steuereinheit 16 wirkt auf die Strahlenblende 3 zur Verringerung des Querschnitts des Strahlenbündels 4. Die Einstellung der Strahlenblende 3 wird dann so lange beibehalten, solange die Hand 21 im wesentli chen ihre Lage nicht verändert. Das Meßfeld 23' ist damit auf die in der Fig. 5 dargestellte Größe reduziert. Der Schutz der Hand 21 vor ungeschwächter Strahlung erfolgt im Beispiel, wie in der Ausführung zu Fig. 2 beschrieben, durch Steuerung des Röhrenstromes. Aufgrund der Verkleinerung des Meßfeldes 23' kann der erfaßte Ausschnitt des Untersuchungsobjekts 5 nun entsprechend vergrößert wiedergegeben werden, was die Detail-Wiedergabe und die Navigationsmöglichkeit des medizinischen Instruments verbessert.

In Fig. 6 ist eine Aufnahmesituation veranschaulicht, bei der zum Schutz der Hand 21 in den Strahlengang zwischen den Fokus 2 und der Hand ein Absorber 24 eingebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform rotiert dieser nicht mit der Strahlenquelle 1 um das Untersuchungsobjekt 5 und ist mittels der Steuereinheit 16 sowie der Stellmittel 24a einstellbar.

Zur Begrenzung der der Hand zugeführten Strahlendosis ist selbstverständlich auch eine Kombination der genannten Metho den möglich. So können durch Einstellen der Strahlenblende 3 das Meßfeld verkleinert, durch Variation des Röhrenstromes die Strahlungsleistung zeitweilig herabgesetzt und darüber hinaus für einen bestimmten z- und Winkelbereich ein Absorber wirksam sein.

Im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele handelt es sich um CT-Geräte der dritten Generation, d. h. die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor rotieren während der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse. Die Erfindung kann aber auch bei CT-Geräten der vierten Generation, bei de nen nur die Röntgenstrahlenquelle rotiert und mit einem fest stehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung finden.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die medizinische Anwendung von erfindungsgemäßen CT-Geräten. Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Medizin, bei spielsweise bei der Gepäckprüfung oder bei der Materialunter suchung, Anwendung finden.

Claims

1. Verfahren zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts (5) mittels eines CT-Geräts mit einer Strahlenquelle (1), welche um eine Systemachse (10) verlagerbar ist und einen Fokus (2) aufweist, von dem ein Strahlenbündel (4) ausgeht, das auf ein Detektorsystem (6) trifft, welches Abtastdaten liefert, wobei das Maß der einem ersten Volumenbereich, in dem sich ein Kör perteil (21) eines Untersuchers befindet, während der Abtas tung zugeführten Strahlung gegenüber einem vergleichbaren zweiten Volumenbereich mit gleicher Größe und gleicher Ent fernung zur Systemachse (10), in dem sich kein Körperteil des Untersuchers befindet, reduziert wird, wobei charakteristi sche Merkmale des Körperteils (21) des Untersuchers, wie Größe, Position oder Bewegungsrichtung, erfaßt werden und diesbezüglich Parameter generiert werden, und wobei der erste Volumenbereich unter Einbeziehung dieser Parameter automa tisch dimensioniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Position des Kör perteils (21) längs der Systemachse (10) erfaßt und bei der Generierung der Parameter berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Winkelbe reich des Segments, in dem sich das Körperteil (21) befindet, erfaßt und bei der Generierung der Parameter berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Abstand des Körperteils (21) von der Systemachse (10) erfaßt und bei der Generierung der Parameter berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Bewe gungen des Körperteils (21) während der Abtastung erfaßt und bei der Generierung der Parameter berücksichtigt werden und eine periodische oder kontinuierliche Anpassung der Dimensio nierung des ersten Volumenbereiches erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung durch Verringern des Querschnittes des Strahlenbündels (4) redu ziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung durch zeitweiliges Herabsetzen der Strahlungsleistung reduziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung durch Absorption eines Teils der Strahlung reduziert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Daten von Projektionen mit reduzierter Strahlung mittels Daten von Projektionen mit normaler Strahlung interpoliert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Daten von Projektionen mit reduzierter Strahlung durch vor der Re duzierung gewonnener Daten ersetzt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Daten von Projektionen mit reduzierter Strahlung durch Daten kom plementärer Projektionen ersetzt werden.

12. CT-Gerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welches ein Erkennungs- und Auswertsystem (15, 15', 15") für Größe und Position des Körperteils (21) des Untersuchers, das entsprechende Parameter generiert, und eine Steuereinheit (16) aufweist, die den ersten Volumenbe reich unter Einbeziehung der Parameter automatisch dimensio niert.

13. CT-Gerät nach Anspruch 12, bei dem das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung durch Verringern des Querschnittes des Strahlenbündels (4) reduzierbar ist.

14. CT-Gerät nach Anspruch 12 oder 13, bei dem Mittel (1a) zum zeitweiliges Herabsetzen der Strahlungsleistung vorgese hen sind, mittels derer das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung reduzierbar ist.

15. CT-Gerät nach Anspruch 14, welches Mittel (24a) zum Ein stellen eines in den Strahlengang einbringbaren Absorbers (24) aufweist, mittels derer das Maß der dem ersten Volumen bereich zugeführten Strahlung reduzierbar ist.

16. CT-Gerät nach Anspruch 14 oder 15, welches Stellmittel (3a) für die Eingrenzung des von der Strahlenquelle (1) er zeugten Strahlenbündels (4) aufweist, mittels derer das Maß der dem ersten Volumenbereich zugeführten Strahlung reduzier bar ist.