DE10046091C1 - Computertomographiegerät und Verfahren für ein Computertomographiegerät - Google Patents
Computertomographiegerät und Verfahren für ein ComputertomographiegerätInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät mit einem Strahlungsdetektor (4) und einer Röntgenstrahlenquelle (1), welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes (3) ein pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel (2) aussendet, welches das Untersuchungsobjekt (3) durchdringt, wobei das Computertomographiegerät eine optische Aufnahmeeinrichtung (15) aufweist, welche während der Abtastung optischer Bilder einer der Röntgenstrahlenquelle (1) zugewandten und von dem pyramidenförmigen Röntgenstrahlenbündel (2) druchdrungenen Teiloberfläche (16) des Untersuchungsobjektes (3) aufnimmt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für solch ein Computertomographiegerät zur Konstruktion eines Bildes einer Oberfläche des Untersuchungsobjektes (3) aus optischen Bildern und dessen Zuordnung zu einem mittels der Abtastung gewonnenen Schnittbild oder Übersichtsaufnahme.
Description
Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät mit einem
Strahlungsdetektor und einer Röntgenstrahlenquelle. Des wei
teren betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein solches
Computertomographiegerät.
Ein Computertomographiegerät der eingangs genannten Art weist
eine Röntgenstrahlenquelle auf, die ein pyramidenförmiges
Röntgenstrahlenbündel durch ein Untersuchungsobjekt, z. B. ei
nen Patienten, auf einen Strahlungsdetektor richtet. Die
Röntgenstrahlenquelle und je nach Bauart des Computertomogra
phiegerätes auch der Strahlungsdetektor sind auf einer soge
nannten Gantry angeordnet, die um den Patienten rotieren
kann. Der Patient kann auf einem Tisch liegen, der entlang
einer Systemachse relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt
werden kann. Somit kann u. a. eine Körperregion des Patienten
spiralförmig abgetastet werden, wobei während der Abtastung
ein Körpervolumen des Patienten abgetastet wird; aus den da
bei gewonnenen Messwerten werden Schnittbilder von ebenen
Körperschichten des Patienten rekonstruiert. Wenn während ei
ner Abtastung die Gantry nicht rotiert, sondern sich nur der
Tisch längs der Systemachse bewegt, kann eine Über
sichtsaufnahme (Topogramm) des Patienten erstellt werden.
Um zu mittels der Abtastung gewonnenen Schnittbildern oder
Übersichtsaufnahme eine Körperregion des Patienten zuzuord
nen, kann sich ein behandelnder Arzt beispielsweise an soge
nannten anatomischen Landmarken, die sowohl in den Schnitt
bildern oder den Übersichtsaufnahmen als auch am Patienten
sichtbar sind, orientieren. Außerdem ist eine Orientierung
mittels eines vor der Gantry angeordneten Laservisiers, wenn
Vorhanden, möglich. Solch ein Laservisier ist beispielsweise
in der US 6,041,249 beschrieben.
Nachteilig an diesen Methoden ist jedoch die ungenaue und
schwierige Zuordnung insbesondere eines Schnittbildes zu der
entsprechenden Körperregion des Patienten.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Computertomographie
gerät der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ei
ne Zuordnung eines Schnittbildes oder einer Übersichtsaufnah
me zu den entsprechenden Körperregionen eines Patienten er
leichtert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es,
ein Verfahren für ein solches Computertomographiegerät an
zugeben, welches diese Zuordnung erleichtert.
Nach der Erfindung wird die erste Aufgabe gelöst durch ein
Computertomographiegerät mit einem Strahlungsdetektor und ei
ner Röntgenstrahlenquelle, welche zur Abtastung eines Unter
suchungsobjektes ein pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel
aussendet, welches das Untersuchungsobjekt durchdringt, wobei
das Computertomographiegerät eine optische Aufnahmeeinrich
tung aufweist, welche während der Abtastung optische Bilder
einer der Röntgenstrahlenquelle zugewandten und von dem pyra
midenförmigen Röntgenstrahlenbündel durchdrungenen Teilober
fläche des Untersuchungsobjektes aufnimmt. Somit können bei
spielsweise nach einer Abtastung eines Patienten die opti
schen Bilder mit mittels der Abtastung gewonnenen Schichtbil
dern oder Übersichtsaufnahmen verglichen werden, was in vor
teilhafter Weise für eine Zuordnung von insbesondere Schnitt
bildern zu den Körperregionen des Patienten ausgenutzt werden
kann.
Wenn nach einer Ausführungsform der Erfindung die optische
Aufnahmeeinrichtung an einem rotierenden Teil einer Gantry
des Computertomographiegerätes angeordnet ist, ist bei einer
geeigneten Anordnung der optischen Aufnahmeeinrichtung an der
Gantry die Vorraussetzung gegeben, die optische Aufnahmeein
richtung während einer Computertomographieaufnahme stets de
finiert relativ zu der Röntgenstrahlenquelle und insbesondere
auf die von dem Röntgenstrahlenbündel durchdrungene Teilober
fläche des Patienten auszurichten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die optische
Aufnahmeeinrichtung wenigstens eine sogenannte Charge Coupled
Device (CCD)-Zeile auf.
Wenn nach einer weiteren Variante der Ausführungsform die op
tische Aufnahmeeinrichtung eine automatische Fokussierungs
einrichtung aufweist, sind Vorraussetzung für scharfe opti
sche Bilder gegeben.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die optischen Bil
der mittels eines Signalverarbeitungsgerätes weiterverarbei
tet. Somit besteht die Möglichkeit, auf elektronische Weise
die mittels der Abtastung gewonnenen Schnittbilder oder Über
sichtsaufnahmen den Regionen des Untersuchungsobjekts zuzu
ordnen.
Die andere Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Ver
fahren für ein Computertomographiegerät mit einem Strahlungs
detektor und einer Röntgenstrahlenquelle, welche zur Abtas
tung des Untersuchungsobjektes ein pyramidenförmiges Röntgen
strahlenbündel aussendet, welches das Untersuchungsobjekt
durchdringt, wobei das Computertomographiegerät eine optische
Aufnahmeeinrichtung aufweist, welche während der Abtastung
optische Bilder einer der Röntgenstrahlenquelle zugewandten
und von dem pyramidenförmigen Röntgenstrahlenbündel durch
drungenen Teiloberfläche des Untersuchungsobjektes aufnimmt,
aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- a) Aufnahme eines optischen Bildes zu jedem Abtastschritt,
- b) Konstruktion eines Bildes einer Oberfläche des Untersu chungsobjekts aus optischen Bildern der von dem pyramiden förmigen Röntgenstrahlenbündel durchdrungenen Teiloberflä chen während der Abtastung, und
- c) Zuordnung des Bildes zu einem mittels der Abtastung gewon nen Schnittbildes oder Übersichtsaufnahme (Topogramms).
Somit ist die Vorraussetzung gegeben, nach einer Abtastung
das Bild der Oberfläche mit den Schnittbildern oder Über
sichtsaufnahmen zu vergleichen und insbesondere Schnittbil
dern Körperregionen eines untersuchten Patienten zuzuordnen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert ein Sig
nalverarbeitungsgerät für das Verfahren das Bild der Oberflä
che des Untersuchungsobjektes. Somit können auf elektronische
Weise die Schnittbilder oder die Übersichtsaufnahme den Regi
onen des Untersuchungsobjektes zugeordnet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigelegten
schematischen Zeichnung dargestellt.
Die Figur zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Computerto
mographiegerät mit einer Röntgenstrahlenquelle 1, von dem ein
pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel 2, dessen Randstrah
len in der Figur strichpunktiert dargestellt sind, ausgeht,
das ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise einen Patienten
3, durchsetzt und auf einen Strahlungsdetektor 4 trifft. Die
Röntgenstrahlenquelle 1 und der Strahlungsdetektor 4 sind im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles an einer ring
förmigen Gantry 5 einander gegenüberliegend angeordnet. Die
Gantry 5 ist bezüglich einer Systemachse 6, welche durch den
Mittelpunkt der ringförmigen Gantry 5 verläuft, an einer in
der Figur nicht dargestellten Halterungsvorrichtung drehbar
gelagert (vgl. Pfeil a).
Der Patient 3 liegt im Falle des vorliegenden Ausführungsbei
spieles auf einem für Röntgenstrahlung transparenten Tisch 7,
welcher mittels einer in der Figur ebenfalls nicht darge
stellten Tragevorrichtung längs der Systemachse 6 verschieb
bar gelagert ist (vgl. Pfeil b).
Die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Strahlungsdetektor 4 bil
den somit ein Messsystem, das bezüglich der Systemachse 6
drehbar und entlang der Systemachse 6 relativ zum Patienten 3
verschiebbar ist, so dass der Patient 3 unter verschiedenen
Projektionswinkeln und verschiedenen Positionen bezüglich der
Systemachse 6 durchstrahlt werden kann. Aus den dabei auftre
tenden Ausgangssignalen des Strahlungsdetektors 4 bildet ein
Datenerfassungssystem 9 Messwerte, die einem Signalverarbei
tungsgerät 11 zugeführt werden, das ein Bild des Patienten 3
berechnet, das wiederum auf einem Monitor 12 wiedergegeben
werden kann. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist das Datenerfassungssystem 9 ist mit einer elektrischen
Leitung 8, die in nicht dargestellter Weise beispielsweise
ein Schleifringsystem oder eine drahtlose Übertragungsstrecke
enthält, mit dem Strahlungsdetektor 4, der Monitor 12 mit ei
ner elektrischen Leitung 13 mit dem Signalverarbeitungsgerät
11 und das Signalverarbeitungsgerät 11 mittels einer elektri
schen Leitung 14 mit dem Datenerfassungsgerät 9 verbunden.
Das in der Figur gezeigte Computertomographiegerät kann so
wohl zur Sequenzabtastung als auch zur Spiralabtastung einge
setzt werden.
Bei der Sequenzabtastung erfolgt eine schichtweise Abtastung
des Patienten 3. Dabei wird die Röntgenstrahlenquelle 1 und
der Strahlungsdetektor 4 bezüglich der Systemachse 6 um den
Patienten 3 gedreht und das die Röntgenstrahlenquelle 1 und
den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsystem nimmt eine
Vielzahl von Projektionen auf, um eine zweidimensionale
Schicht des Patienten 3 abzutasten. Aus den dabei gewonnen
Messwerten wird ein die abgetastete Schicht darstellendes
Schnittbild rekonstruiert. Zwischen der Abtastung aufeinander
folgender Schichten wird der Patient 3 jeweils entlang der
Systemachse 6 bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lan
ge, bis alle interessierenden Schichten erfasst sind.
Während der Spiralabtastung dreht sich das die Röntgenstrah
lenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsys
tem bezüglich der Systemachse 6 und der Tisch 7 bewegt sich
kontinuierlich in Richtung des Pfeils b, d. h. das die Rönt
genstrahlenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende
Messsystem bewegt sich relativ zum Patienten 3 kontinuierlich
auf einer Spiralbahn c, so lange, bis der interessierende Be
reich des Patienten 3 vollständig erfasst ist. Dabei wird ein
Volumendatensatz generiert. Das Signalverarbeitungsgerät 11
berechnet daraus mit einem Interpolationsverfahren planare
Daten, aus denen wie bei der Sequenzabtastung Schnittbilder
rekonstruiert werden.
Des weiteren kann das in der Figur dargestellte Computertomo
graphiegerät auch für die Erstellung einer Übersichtsaufnahme
(Topogramm oder Röntgenschattenbild) verwendet werden.
Für eine Übersichtsaufnahme wird das die Röntgenstrahlenquel
le 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsystem in
eine für die Übersichtsaufnahme gewünschte Winkelposition ge
bracht. Anschließend bewegt sich der Tisch 7 relativ zu dem
die Röntgenstrahlenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 um
fassenden Messsystem bezüglich des Pfeils b so lange, bis der
Bereich des Patienten vollständig erfasst ist, für den die
Übersichtsaufnahme erstellt werden soll.
An der Gantry 5 ist eine optisches Aufnahmeeinrichtung 15 an
geordnet, welche im Falle des vorliegenden Ausführungsbei
spieles wenigstens eine sogenannte Charge Coupled Device
(CCD)-Zeile umfasst. Andere optische Aufnahmeeinrichtungen 15
sind auch möglich.
Die optische Aufnahmeeinrichtung 15 ist an der Ganty 5 derart
angeordnet, dass sie während einer Abtastung des Patienten 3
insbesondere für eine Übersichtsaufnahme, eine Sequenzabtas
tung oder eine Spiralabtastung optische Bilder von der Rönt
genstrahlenquelle 1 zugewandten und von dem Röntgenstrahlenbündel
2 durchdrungenen Teiloberflächen 16 des Patienten 3
aufnehmen kann. Um scharfe optische Bilder zu erhalten, weist
die optische Aufnahmeeinrichtung 15 eine automatische Fokus
sierungseinrichtung 18 auf, um verschieden dicke Patienten 3
gerecht zu werden. Die optische Aufnahmeeinrichtung 15 kann
aber auch eine feste Fokussierung mit einer ausreichenden
Tiefenschärfe aufweisen. Die Dicke der Teiloberfläche 16 in
Richtung der Systemachse 6 entspricht dabei der Schichtdicke
einer mit dem in der Figur gezeigten Computertomographiegerä
tes aufgenommenen Schicht. Es können aber auch optische Bil
der von anderen Teiloberflächen erstellt werden, die die
Teiloberfläche 16 enthalten.
Die optische Aufnahmeeinrichtung 15 ist mittels einer elekt
rischen Leitung 17, die in nicht dargestellter Weise bei
spielsweise ein Schleifringsystem oder eine drahtlose Über
tragungsstrecke enthält, mit dem Signalverarbeitungsgerät 11
verbunden, das elektrische Signale der optischen Aufnahmeein
richtung 15, die den optischen Bildern zugeordnet sind, wei
terverarbeiten und beispielsweise mittels des Monitors 12 vi
sualisiert.
Die mit der optischen Aufnahmeeinrichtung 15 hergestellten
optischen Bilder können insbesondere für eine Zuordnung der
Schnittbilder oder einer Übersichtsaufnahme zu den entspre
chenden Körperregionen des Patienten 3 nach folgendem Verfah
ren verwendet werden:
Während der Abtastung wird ein optisches Bild zu jedem Ab tastschritt aufgenommen. Somit werden genügend viele optische Bilder hergestellt, um die gesamte Oberfläche des Patienten 3, die während der Abtastung von dem Röntgenstrahlenbündel 2 durchdrungen wird, abzudecken.
Während der Abtastung wird ein optisches Bild zu jedem Ab tastschritt aufgenommen. Somit werden genügend viele optische Bilder hergestellt, um die gesamte Oberfläche des Patienten 3, die während der Abtastung von dem Röntgenstrahlenbündel 2 durchdrungen wird, abzudecken.
In einer ersten Betriebsart stellt das Signalverarbeitungsge
rät 11 dann insbesondere ein Bild aus den einzelnen optischen
Bildern her, welches die Gesamtoberfläche oder Teiloberflächen
der während der Abtastung von dem Röntgenstrahlenbündel
2 durchdrungenen Oberfläche darstellt.
In einer zweiten Betriebsart konstruiert das Signalverarbei
tungsgerät 11 Bilder einer Oberfläche des Patienten 3, welche
den Patienten 3 oder Teile des Patienten 3 aus verschiedenen
Perspektiven zeigt.
Außerdem kann das Computertomographiegerät so betrieben wer
den, dass das Bild der Oberfläche gemeinsam mit einem ge
wünschten Schnittbild auf dem Monitor 12 dargestellt wird,
wobei das Signalverarbeitungsgerät 11 den Monitor 12 derart
ansteuert, dass die Körperregion, für die das Schnittbild
hergestellt wurde, am Bild der Oberfläche gekennzeichnet ist.
Somit wird das Schnittbild in vorteilhafter Weise der ent
sprechenden Körperregion des Patienten 3 zugeordnet.
In einer weitern Betriebsart wird eine Übersichtsaufnahme dem
Bild der Oberfläche überlagert oder die Übersichtsaufnahme
neben dem Bild der Oberfläche dargestellt, womit eine Vor
raussetzung für eine einfache Zuordnung der Übersichtsaufnah
me zu Körperregionen des Patienten 3 ermöglicht wird.
Die optische Aufnahmeeinrichtung 15 muss nicht notwendiger
weise an der Gantry 5 angeordnet sein. Diese Anordnung hat
jedoch den Vorteil, dass die Röntgenstrahlenquelle 1 und die
optische Aufnahmeeinrichtung 15 definiert relativ zueinander
ausgerichtet sind und somit die optische Aufnahmeeinrichtung
15 während einer Abtastung in einfacher Weise auf die Teil
oberflächen 16, die während einer Abtastung von dem Röntgen
strahlenbündel 2 durchdrungen werden, ausgerichtet werden
kann.
Das Computertomographiegerät kann auch in nicht dargestellter
Weise eine Beleuchtung aufweisen, welche insbesondere die
Teiloberflächen 16 während einer Abtastung für bessere opti
sche Bilder beleuchtet.
Die Bilder der Oberfläche können auch 3D-Rekonstruktionen,
sogenannten Maximum Intensity Projections oder sogenannten
Multi Planar Reconstructions des 3D-Datensatzes zugeordnet
werden.
Das Untersuchungsobjekt muss nicht notwendigerweise ein
menschliches, wie es die Figur suggeriert, sein.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist im Übri
gen nur exemplarisch zu verstehen.
Claims (7)
1. Computertomographiegerät mit einem Strahlungsdetektor (4)
und einer Röntgenstrahlenquelle (1), welche zur Abtastung ei
nes Untersuchungsobjektes (3) ein pyramidenförmiges Röntgen
strahlenbündel (2) aussendet, welches das Untersuchungsobjekt
(3) durchdringt, wobei das Computertomographiegerät eine op
tische Aufnahmeeinrichtung (15) aufweist, welche während der
Abtastung optische Bilder einer der Röntgenstrahlenquelle (1)
zugewandten und von dem pyramidenförmigen Röntgenstrahlenbün
del (2) durchdrungenen Teiloberfläche (16) des Untersuchungs
objektes (3) aufnimmt.
2. Computertomographiegerät nach Anspruch 1, bei welchem die
optische Aufnahmeeinrichtung (15) an einem rotierenden Teil
einer Gantry (5) des Computertomographiegerätes angeordnet
ist.
3. Computertomographiegerät nach Anspruch 1 oder 2, bei wel
chem die optische Aufnahmeeinrichtung (15) wenigstens eine
sogenannte Charge Coupled Device (CCD)-Zeile umfasst.
4. Computertomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei welchem die optische Aufnahmeeinrichtung (15) eine auto
matische Fokussierungseinrichtung (18) aufweist.
5. Computertomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei welchem die optischen Bilder mittels eines Signalverar
beitungsgerätes (11) weiterverarbeitet werden.
6. Verfahren für ein Computertomographiegerät mit einem
Strahlungsdetektor (4) und einer Röntgenstrahlenquelle (1),
welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes (3) ein py
ramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel (2) aussendet, welches
das Untersuchungsobjekt (3) durchdringt, wobei das Computer
tomographiegerät eine optische Aufnahmeeinrichtung (15) auf
weist, welche während der Abtastung optische Bilder einer der
Röntgenstrahlenquelle (1) zugewandten und von dem pyramiden
förmigen Röntgenstrahlenbündel (2) durchdrungenen Teilober
fläche (16) des Untersuchungsobjektes (3) aufnimmt, aufwei
send folgende Verfahrensschritte:
- a) Aufnahme eines optischen Bildes zu jedem Abtastschritt,
- b) Konstruktion eines Bildes einer Oberfläche des Untersu chungsobjekts (3) aus optischen Bildern der von dem pyra midenförmigen Röntgenstrahlenbündel (2) durchdrungenen Teiloberflächen (16) während der Abtastung, und
- c) Zuordnung des Bildes der Oberfläche zu einem mittels der Abtastung gewonnenen Schnittbildes oder Übersichtsaufnahme (Topogramms).
7. Verfahren für ein Computertomographiegerät nach Anspruch
6, bei welchem ein Signalverarbeitungsgerät (11) das Bild
der Oberfläche des Untersuchungsobjekts (3) konstruiert.
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