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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines Untersuchungsobjektes
unter Verwendung von Schnittbildern. Mit dem Verfahrensschritt, daß eine Anzahl
von Schnittbildern erzeugt wird, deren Schnittbilder sich in ihrer
Lage hinsichtlich einer Dimension unterscheiden, indem z.B. jedes
Schnittbild einem anderen Zeitschwerpunkt oder jedes Schnittbild
einer anderen Position auf einer Ortsachse zugeordnet ist.
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Derartige
Verfahren sind beispielsweise aus der Computertomographie bekannt
und dienen dazu, Veränderungen
innerhalb des Untersuchungsobjektes als Funktion der Zeit und/oder
des Ortes zu veranschaulichen. Dabei ist nachteilig, daß eine Vielzahl von
Schnittbildern betrachtet werden muß, um die Information bezüglich der
zeitlichen oder örtlichen
Veränderung
gewinnen zu können.
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Es
besteht zwar die Möglichkeit,
durch die Erzeugung von dreidimensionalen Bildern oder durch dynamische,
kinofilmartige Darstellung von Schnittbildern die genannten Veränderungen
zu veranschaulichen, jedoch ist die Beurteilung derartiger Darstellungen
nicht immer einfach, da insbesondere die Benutzer von CT(Computertomographie)-Geräten daran
gewöhnt
sind, statische, zweidimensionale Schnittbilder auszuwerten.
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Aus
der
US 5 216 602 ist
es bekannt, unter Verwendung eines Röntgen-Kontrastmittels den Blutfluß in einem
Untersuchungsobjekt in CT-Bildern dadurch zu veranschaulichen, daß die einzelnen
Pixel eines diagnostisch relevanten Bildes mit den Pixeln eines
Referenzbildes verglichen werden und diejenigen Pixel des diagnostisch
relevanten Bildes, die hinsichtlich ihrer CT-Zahl von den entsprechenden
Pixeln des Referenzbildes abweichen, farbig dargestellt werden,
wobei die Farbe der Stärke
der jeweiligen Abweichung entspricht.
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Das
nachträgliche
Einfärben
von aufgenommenen Bereichen in einem CT-Bild, die zuvor von einem
Kontrastmittel durchströmt
wurden, wird auch in der
US
5 391 877 A bei einem medizinischen Diagnosegerät angewandt,
welches aus einer Kombination eines Computertomographen (CT) mit
einem single photon emmision computed tomographic (SPELT) scanner
besteht.
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Um
Teilbereiche an CT-Bildern optisch hervorzuheben, werden in der
DE 35 87 295 T2 und
der
US 4 926 454 uneingefärbte Schnittbilder überlagert und
danach die gewünschten
Teilbereiche im erhaltenen Differenzbild eingefärbt.
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Das
Einfärben
von Teilbereichen zur besseren Kenntlichmachung wird auch in der
DE 198 38 140 C1 ,
bei einer auf Ultraschallwellen basierenden Bildgenerierungsvorrichtung
und in der
DE 199
49 877 A1 in einem Renderingverfahren für Grauwertbilder angewandt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten
Art anzugeben, die es gestatten, in einem statischen Schnittbild
Informationen bezüglich
einer dritten Dimension darzustellen.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, durch ein Verfahren zur
Darstellung eines Untersuchungsobjektes unter Verwendung von Schnittbildern,
aufweisend die Verfahrensschritte:
- – Erzeugen
einer Anzahl von Schnittbildern, die sich in ihrer Lage bezüglich einer
Dimension voneinander unterscheiden,
- – Einfärben mehrerer
Schnittbildern der Anzahl von Schnittbildern, wobei dem jeweiligen
Schnittbild eine Farbe zugeordnet wird, deren Lage auf einer Farbskala
der Lage des jeweiligen Schnittbildes bezüglich der Dimension entspricht,
und
- – Überlagern
mehrerer eingefärbter
Schnittbilder zu einem resultierenden Bild.
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Stellt
man sich eine Anzahl von drei Schnittbildern vor, die in den Farben
rot, grün
und blau eingefärbt
werden, so würde
für den
Fall, daß bezüglich der
Dimension keinerlei Unterschiede zwischen den Schnittbildern bestehen,
durch Überlagern
der eingefärbten
Schnittbilder ein Schwarz-Weiß-Bild
entstehen. Sind dagegen in den drei Schnittbildern bezüglich der
Dimension Unterschiede vorhanden, so entsteht als resultierendes
Bild ein Bild, das in denjenigen Bereichen, in denen bezüglich der
Dimension Unterschiede vorliegen, farbig ist, in denjenigen Bereichen,
in denen bezüglich
der Dimen sion keine Unterschiede vorliegen, jedoch ein Schwarz-Weiß-Bild ist.
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Es
wird also deutlich, daß im
Falle der Erfindung in einem statischen Schnittbild Informationen bezüglich einer
zusätzlichen
Dimension dargestellt und erkannt werden können.
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Dabei
ist der Vorgang des Einfärbens
eines Schnittbildes so zu verstehen, daß dieser Vorgang das Schnittbild
in seiner Gesamtheit betrifft, beispielsweise, indem sämtliche
Grauwerte eines Schwarz/Weiß-Bildes
in entsprechende Rotwerte umgesetzt werden. Im Falle eines Schnittbildes,
das in aus der Computertomographie an sich bekannter Weise aus matrixförmig angeordneten
Pixeln besteht, bedeutet dies, daß alle Pixel des Schnittbildes von
dem Vorgang des Einfärbens
betroffen sind, indem beispielsweise der ursprünglich vorhandene Grauwert
des jeweiligen Pixels durch einen analogen Rotwert ersetzt wird.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung weisen die Schnittbilder jeweils wenigstens
im wesentlichen die gleiche Schnittebene auf, wobei die Dimension,
hinsichtlich derer sich die Schnittbilder unterscheiden, die Lage
des Zeitschwerpunktes auf einer Zeitachse ist und jedes Schnittbild
einem anderen Zeitschwerpunkt zugeordnet ist, und wobei dem jeweils
einzufärbenden
Schnittbild eine Farbe zugeordnet wird, deren Lage auf einer Farbskala
der Lage des Zeitschwerpunktes des jeweiligen Schnittbildes auf
der Zeitachse entspricht. In diesem Falle werden also zeitliche Änderungen
durch Farbänderungen veranschaulicht.
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Unter
Zeitschwerpunkt soll hier derjenige Zeitpunkt innerhalb des Zeitintervalls,
aus dem die dem Schnittbild zugrundeliegenden Daten stammen, verstanden
werden, zu dem die Hälfte
der dem Schnittbild zugrundeliegenden Daten gewonnen sind.
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Es
kann vorgesehen sein, kontinuierlich, zeitlich aufeinanderfolgende
Schnittbilder zu erzeugen, wobei zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
das jeweils zuletzt erzeugte Schnittbild der Anzahl von Schnittbildern
hinzugefügt
und eingefügt
wird und das am frühesten
erzeugte Schnittbild der Anzahl von Schnittbildern aus der Anzahl
entfernt wird, und wobei zu jedem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte mehrere
eingefärbte
Schnittbilder der Anzahl zu einem resultierenden Bild überlagert
werden. In diesem Falle veranschaulicht das resultierende Bild jeweils
ein Zeitfenster definierter Länge,
das kontinuierlich aktualisiert wird. In diesem Zusammenhang ist es
im Interesse einer guten Interpretierbarkeit des resultierenden
Bildes zweckmäßig derart
vorzugehen, daß zu
jedem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte ein Schnittbild in die Überlagerung
zu einem resultierenden Bild einbezogen wird, das zu einem Zeitpunkt erzeugt
ist, der nach demjenigen Zeitpunkt liegt, zu dem das am spätesten erzeugte
Schnittbild der zu dem jeweils vorausgehenden Zeitpunkt zu einem
resultierenden Bild überlagerten
Schnittbilder erzeugt wurde.
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Die
resultierenden Bilder sind dann besonders aussagekräftig, wenn
die Zeitschwerpunkte aufeinanderfolgender, zu einem resultierenden
Bild überlagerter
Schnittbilder auf der Zeitachse jeweils die gleichen Abstände voneinander
aufweisen.
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Die
Interpretation eines resultierenden Bildes gestaltet sich außerdem einfacher,
wenn Schnittbilder erzeugt werden, denen wenigstens im wesentlichen
parallele Schnittebenen entsprechen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weisen die Schnittbilder unterschiedliche Schnittebenen
auf, wobei die Dimension, hinsichtlich derer sich die Schnittbilder
unterscheiden, die Lage der Schnittebene auf einer Ortsachse ist,
und wobei dem jeweils einzufärbenden
Schnittbild eine Farbe zugeordnet wird, deren Lage auf einer Farbskala
der Lage der Schnittebene des jeweiligen Schnittbildes auf der Ortsachse entspricht.
In diesem Falle wird als zusätzliche
Dimension die Lage der Schnittebenen auf der Ortsachse dargestellt.
Dies bedeutet, daß in dem
resultierenden Bild diejenigen Bereiche farbig dargestellt werden,
die in den überlagerten
Schnittbildern nicht übereinstimmen.
Dagegen werden diejenigen Bereiche nach Art eine Schwarz-Weiß-Bildes dargestellt,
die in den überlagerten
Schnittbildern übereinstimmen.
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Unter
Schnittebene soll hier diejenige Ebene verstanden werden, die die
Mittelebene der bei der Gewinnung der dem Schnittbild zugrundeliegenden Daten
abgetasteten Schicht des Untersuchungsobjekt darstellt.
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Auch
hier kann vorgesehen sein, kontinuierlich Schnittbilder zu erzeugen,
und zwar für
längs der Ortsachse
aufeinanderfolgende Positionen, wobei zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
das jeweils zuletzt erzeugte Schnittbild der Anzahl von Schnittbildern hinzugefügt und eingefügt wird
und das am frühesten erzeugte
Schnittbild der Anzahl von Schnittbildern aus der Anzahl entfernt
wird, und wobei zu jedem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte mehrere
eingefärbte
Schnittbilder der Anzahl zu einem resultierenden Bild überlagert
werden. In diesem Falle veranschaulicht das resultierende Bild jeweils
einen Abschnitt auf der Ortsachse von definierter Länge, das
kontinuierlich aktualisiert wird. In diesem Zusammenhang ist es im
Interesse einer guten Interpretierbarkeit des resultierenden Bildes
zweckmäßig derart
vorzugehen, daß zu
jedem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte ein Schnittbild in die Überlagerung
zu einem resultierenden Bild einbezogen wird, das für eine Position längs der
Ortsachse erzeugt ist, die nach der Position liegt, für die das
am spätesten
erzeugte Schnittbild der zu dem jeweils vorausgehenden Zeitpunkt
zu einem resultierenden Bild überlagerten
Schnittbilder erzeugt wurde.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht für
den Fall, daß es
sich bei derjenigen Dimension, hinsichtlich derer sich die Schnittbilder
unterscheiden, um die Lage der Schnittebenen auf einer Ortsachse
handelt, vor, daß kontinuierlich
aufeinanderfolgend für
mehrere unterschiedliche Schnittebenen Sätze von Schnittbildern erzeugt
werden, die jeweils wenigstens im wesentlichen den gleichen Zeitschwerpunkt
aufweisen, und jeweils Schnittbilder eines Satzes eingefärbt und
zu einem resultierenden Bild überlagert
werden, wobei jeweils ein neues resultierendes Bild erzeugt wird,
sobald ein neuer Satz von Schnittbildern vorliegt. Dieses Verfahren
eignet sich insbesondere zur Durchführung auf einem CT-Gerät mit sogenanntem
mehrzeiligen Detektor, bei dem simultan jede Zeile des Detektors
ein Schnittbild erzeugen kann. In dem resultierenden Bild kann dann
anhand der Farbe beispielsweise erkannt werden, in welcher oder
welchen Schichten sich bei der Durchführung eines Eingriffs unter CT-Kontrolle ein medizinisches
Instrument, beispielsweise eine Punktionsnadel, befindet.
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Um
die in Form von Schnittbildern zur Verfügung stehende Information optimal
nutzen zu können,
werden gemäß Varianten
der Erfindung alle Schnittbilder der Anzahl von Schnittbildern eingefärbt und
alle eingefärbten
Schnittbilder überlagert.
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Die
Schnittbilder müssen
nicht direkt erzeugt werden, sondern können gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung auch erzeugt werden, indem ein Volumen des Untersuchungsobjektes
abgetastet wird und die Schnittbilder aus bei der Abtastung gewonnenen
Meßdaten
mit den an sich bekannten Methoden der multiplanaren Rekonstruktion
(MPR) ermittelt werden. Dies bietet den Vorteil, daß im Rahmen
des abgetasteten Volumens beliebige Schnittbilder zur Überlagerung
herangezogen werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die Schnittbilder mittels eines CT-Gerätes, beispielsweise
eines aus der
DE 198
00 946 A1 bekannten Spiral-CT-Geräts, gewonnen, wobei für den Fall,
daß es
sich bei der zusätzlichen
Dimension um die Lage der Schnittebenen bezüglich einer Ortsachse handelt,
die Ortsachse der Systemachse des CT-Gerätes entspricht.
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Für den Fall,
daß das
CT-Gerät
in aus der
US 5,377,250 bekannter
Weise ein Detektorsystem mit mehreren Zeilen von Detektorelementen
aufweist, ist gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, daß die
Schnittbilder mittels unterschiedlicher Zeilen von Detektorelementen gewonnen
werden und die Lagen der den Schnittbildern jeweils entsprechenden
Schnittebenen auf der Ortsachse der Lage der jeweiligen Zeile von
Detektorelementen bezüglich
der Systemachse des CT-Gerätes
entspricht. In diesem Falle können
die zu überlagernden
Schnittbilder simultan, d.h. mit dem gleichen Zeitschwerpunkt, erzeugt
werden, obwohl sie bezüglich
der Systemachse des CT-Gerätes
unterschiedlich positionierte Schnittebenen aufweisen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 in
teils perspektivischer, teils blockschaltbildartiger Darstellung
ein zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignetes CT-Gerät,
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2 einen
Längsschnitt
durch das Gerät gemäß 1,
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3 bis 5 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu verarbeitende Schnittbilder, und
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6 ein
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch Einfärben
und Überlagern
der Schnittbilder gemäß den 3 bis 5 erzeugtes resultierendes
Bild.
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In
den 1 und 2 ist ein zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignetes CT-Gerät
der 3. Generation dargestellt. Dessen insgesamt mit 1 bezeichnete
Meßanordnung
weist eine insgesamt mit 2 bezeichnete Röntgenstrahlenquelle mit
einer dieser vorgelagerten quellennahen Strahlenblende 3 (2)
und ein als flächenhaftes
Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen – eines
von diesen ist in 1 mit 4 bezeichnet – ausgebildetes
Detektorsystem 5 mit einer diesem vorgelagerten detektornahen
Strahlenblende 6 (2) auf.
Die Röntgenstrahlenquelle 2 mit
der Strahlenblende 3 einerseits und das Detektorsystem 5 mit
der Strahlenblende 6 andererseits sind in aus der 2 ersichtlicher
Weise an einem Drehrahmen 7 einander derart gegenüberliegend
angebracht, daß ein
im Betrieb des CT-Gerätes
von der Röntgenstrahlenquelle 2 ausgehendes,
durch die einstellbare Strahlenblende 3 eingeblendetes,
pyramidenförmiges
Röntgenstrahlenbündel, dessen
Randstrahlen mit 8 bezeichnet sind, auf das Detektorsystem 5 auftrifft.
Dabei ist die Strahlenblende 6 dem mittels der Strahlenblende 3 eingestellten
Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels entsprechend
so eingestellt, daß nur
derjenige Bereich des Detektorsystems 5 freigegeben ist,
der von dem Röntgenstrahlenbündel unmittelbar
getroffen werden kann. Dies sind in dem in den 1 und 2 veranschaulichten
Betriebszustand vier Zeilen von Detektorelementen. Daß weitere,
von der Strahlenblende 6 abgedeckte Zeilen von Detektorelementen
vorhanden sind, ist in 2 punktiert angedeutet.
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Der
Drehrahmen 7 kann mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung
um eine mit Z bezeichnete Systemachse in Rotation versetzt werden. Die
Systemachse Z verläuft
parallel zu der z-Achse eines in 1 dargestellten
räumlichen
rechtwinkligen Koordinatensystems.
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Die
Spalten des Detektorsystems 5 verlaufen ebenfalls in Richtung
der z-Achse, während
die Zeilen, deren Breite b in Richtung der z-Achse gemessen wird
und beispielsweise 1 mm beträgt,
quer zu der Systemachse Z bzw. der z-Achse verlaufen.
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Um
ein Untersuchungsobjekt, z.B. einen Patienten, in den Strahlengang
des Röntgenstrahlenbündel bringen
zu können,
ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel
zu der Systemachse Z, also in Richtung der z-Achse verschiebbar
ist.
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Zur
Durchführung
einer Untersuchung eines auf der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen
Untersuchungsobjekts, z.B. eines Patienten, erfolgt eine Abtastung
des Untersuchungsobjektes, indem unter Bewegung der Meßeinheit 1 um
die Systemachse Z eine Vielzahl von Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen
aufgenommen wird. Die von dem Detektorsystem 5 gelieferten
Meßdaten
enthalten also eine Vielzahl von Projektionen.
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Die
während
der Untersuchung eines Untersuchungsobjektes aus den Detektorelementen
jeder Zeile des Detektorsystems 5 parallel ausgelesenen, entsprechenden
Meßdaten
werden in einem Sequenzer 10 serialisiert und an einen
Bildrechner 11 übertragen.
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Nach
einer Vorverarbeitung der Meßdaten
in einer Vorverarbeitungseinheit 12 des Bildrechners 11 gelangt
der resultierende Datenstrom zu einer Schnittbildrekonstruktionseinheit 13,
die aus den Meßdaten
Schnittbilder von gewünschten
Schichten des Untersuchungsobjekts nach dem Fachmann an sich bekannten
Verfahren rekonstruiert.
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Die
von der Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 rekonstruierten
Schnittbilder werden in einem Speicher 14 gespeichert und
gelangen über
eine Nachverarbeitungseinheit 15 zu einer an den Bildrechner 11 angeschlossenen
Anzeigeeinheit 16, z. B. einem Videomonitor, die Schnittbilder
darstellt.
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Die
Röntgenstrahlenquelle 2,
beispielsweise eine Röntgenröhre, wird
von einer Generatoreinheit 17 mit den notwendigen Spannungen
und Strömen versorgt.
Um diese auf die jeweils notwendigen Werte einstellen zu können, ist
der Generatoreinheit 17 eine Steuereinheit 18 mit
Tastatur 19 zugeordnet, die die notwendigen Einstellungen
gestattet.
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Auch
die sonstige Bedienung und Steuerung des CT-Gerätes erfolgt mittels der Steuereinheit 18 und
der Tastatur 19, was dadurch veranschaulicht ist, daß die Steuereinheit 18 mit
dem Bildrechner 11 verbunden ist.
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Zur
Durchführung
einer Untersuchung eines auf der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen
Untersuchungsobjekts, z.B. eines Patienten, erfolgt eine Abtastung
des Untersuchungsobjektes, indem unter Bewegung der Meßeinheit 1 um
die Systemachse Z eine Vielzahl von Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen
aufgenommen wird. Die von dem Detektorsystem 5 gelieferten
Meßdaten
enthalten also eine Vielzahl von Projektionen.
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Das
CT-Gerät
erlaubt hinsichtlich der Abtastung des Untersuchungsobjektes unterschiedliche Betriebsarten,
und zwar:
- a) Die Meßeinheit 1 rotiert
bei stationärer
Lagerungsvorrichtung 9 während einer einstellbaren Zeitdauer
kontinuierlich um die Systemachse Z. Aus den dabei von einer einzigen
Zeile des Detektorsystem 5 gelieferten Meßdaten rekonstruiert die
Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 eine Anzahl von Schnittbildern,
die in dem Speicher 14 gespeichert werden und sich hinsichtlich
der Lage ihrer Schnittebenen auf einer Ortsachse, nämlich der
Systemachse Z, nicht unterscheiden, wohl aber hinsichtlich einer
anderen Dimension voneinander, nämlich
der Lage des Zeitschwerpunktes der einzelnen Schnittbilder auf einer
Zeitachse.
- b) Wie a), mit dem Unterschied, daß die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 aus
den Meßdaten mehrerer
Zeilen des Detektorsystems 5 Schnittbilder errechnet, die
in dem Speicher 14 gespeichert werden, wobei die von unterschiedlichen
Zeilen des Detektorsystems 5 stammenden Schnittbilder sich
hinsichtlich einer Dimension, nämlich
der Lage ihrer Schnittebenen auf der Systemachse Z voneinander unterscheiden,
und zwar entsprechend den in z-Richtung
gemessenen Abständen der
Zeilen des Detektorsystems voneinander, da die Lagen der Schnittebenen
der Schnittbildern auf der Systemachse Z den Lagen der jeweiligen Zeilen
des Detektorsystems 5 bezüglich der Systemachse Z des
CT-Gerätes
entsprechen. Die von jeweils der gleichen Zeile des Detektorsystems 5 stammenden
Schnittbilder haben jeweils die gleiche Lage auf der Systemachse
Z. Die für die
einzelnen Detektorzeilen ermittelten Schnittbilder unterscheiden
sich aber hinsichtlich einer anderen Dimension voneinander, nämlich hinsichtlich
der Lage ihrer Zeitschwerpunkte auf einer Zeitachse.
- c) Die Meßeinheit 1 wird
bei stationärer
Lagerungsvorrichtung 9 um einen Winkel um die Systemachse
Z geschwenkt, der für
die vollständige Abtastung
des von der Meßeinheit 1 erfaßten Bereichs
des Untersuchungsobjektes ausreicht, anschließend wird bei stationärer Meßeinheit 1 die Lagerungsvorrichtung 9 in
Richtung der Systemachse Z um ein Maß verschoben, das der Breite der
bei der Untersuchung aktiven Zeile des Detektorsystems 5 in
z-Richtung bzw. der Breite mehrerer bei der Untersuchung aktiven
Zeilen des Detektorsystems 5 in z-Richtung entspricht,
hierauf wird die Meßeinheit 1 bei
stationärer
Lagerungsvorrichtung 9 erneut um den genannten Winkel geschwenkt.
Dies wird so lange wiederholt, bis ein gewünschter Volumenbereich des
Untersuchungsobjektes abgetastet ist. Aus den dabei von dem Detektorsystems 5 gelieferten
Meßdaten
errechnet die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 eine
Anzahl von Schnittbildern, die sich im Hinblick darauf, daß die entsprechenden
Meßdaten bei
verschiedenen Positionen der Lagerungseinrichtung 9 relativ
zu der Meßeinheit 1 gewonnen wurden
und gegebenenfalls von unterschiedlichen Zeilen des Detektorsystems 5 stammen,
hinsichtlich einer Dimension, nämlich
der Lage ihrer Schnittebene auf der Systemachse Z, voneinander unterscheiden.
Die Schnittbilder unterscheiden sich außerdem, soweit die entsprechenden Meßdaten bei
unterschiedlichen Positionen der Lagerungsvorrichtung 9 relativ
zu der Meßeinheit 1 gewonnen
wurden, hinsichtlich einer weiteren Dimension, nämlich der Lage ihres Zeitschwerpunktes
auf einer Zeitachse, voneinander.
- d) Die Meßeinheit 1 rotiert
während
einer einstellbaren Zeitdauer kontinuierlich um die Systemachse
Z; gleichzeitig wird die Lagerungseinrichtung 9 in Richtung
um die Systemachse Z relativ zu der Meßeinheit 1 kontinuierlich
verschoben, wobei eine Synchronisation zwischen der Rotationsbewegung
des Drehrahmens 7 und der Translationsbewegung der Lagerungsvorrichtung 9 in
dem Sinne vorliegt, daß das
Verhältnis
von Translations- zu Rotationsgeschwindigkeit konstant ist und dieses
konstante Verhältnis
einstellbar ist, indem ein gewünschter
Wert für
den Vorschub h der Lagerungsvorrichtung pro Umdrehung Drehrahmens
gewählt
wird. Der Fokus F der Röntgenstrahlenquelle 2 bewegt
sich also von dem Untersuchungsobjekt aus gesehen auf einer in 1 mit
S bezeichneten Spiralbahn um die Systemachse Z. Aus den dabei von
dem Detektorsystem 5 gelieferten Meßdaten gewinnt die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 mit
Hilfe an sich bekannter Interpolationsverfahren planare Datensätze, auf
Grundlage derer sie Schnittbilder errechnet und in dem Speicher 14 speichert,
die sich sowohl hinsichtlich einer ersten Dimension, nämlich der Lage
ihrer Schnittebenen auf der Systemachse Z als auch einer zweiten
Dimension, nämlich
der Lage ihrer Zeitschwerpunkte auf einer Zeitachse voneinander
unterscheiden.
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Die
Vorgehensweisen gemäß c) und
d), die meist als Sequenz- bzw.
Spiralabtastung bezeichnet werden, eignen sich in Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise für
Untersuchungsobjekte bzw. Bereiche von Untersuchungsobjekten, die
gänzlich
bewegungslos sind oder zumindest in dem untersuchten Bereich bewegungslos sind,
da unter dieser Voraussetzung die unterschiedliche Lage der Schnittbilder
auf der Zeitachse vernachlässigt
werden kann und sich die Schnittbilder nur hinsichtlich einer Dimension,
nämlich
der Lage ihrer Schnittebenen auf der Systemachse Z voneinander unterscheiden.
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Während im
Falle der Vorgehensweise gemäß a) Schnittbilder
nur bezüglich
einer einzigen, durch den Abtastvorgang definierten Schicht ermittelt werden
können,
da lediglich planare Datensätze
gewonnen werden, gilt dies für
die Vorgehensweisen gemäß b) bis
d) nicht. Hier werden nämlich
im Falle der Vorgehensweisen gemäß b) und
c) auf direktem Wege und im Falle der Vorgehensweise gemäß d) auf
dem Wege der Interpolation oder sich hinsichtlich ihrer Lage bezüglich der
Systemachse Z unterscheidende planare Datensätze gewonnen, die der Bildrechner 11 zu
einem Volumendatensatz zusammenfaßt. Es besteht im Falle der
Vorgehensweise gemäß b) bis
d) somit die Möglichkeit,
wahlweise aus planaren Datensätzen
Schnittbilder der entsprechenden Schichten zu rekonstruieren oder
mit den an sich bekannten Methoden der multiplanaren Rekonstruktion
(MPR) aus dem Volumendatensatz Schnittbilder mit beliebiger räumlicher
Lage ihrer Schnittebenen zu rekonstruieren.
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Unabhängig davon,
ob die Abtastung im einzelnen gemäß b), c) oder d) erfolgte,
und wie die Schnittbilder ermittelt wurden, wird in einem ersten Betriebsmodus
des CT-Gerätes,
der einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entspricht, in dem Speicher 14 eine Anzahl von Schnittbildern
gespeichert, die sich hinsichtlich einer Dimension, nämlich der
Lage der entsprechenden Schnittebenen bezüglich der Systemachse Z voneinander
unterscheiden. Diese Bilder färbt
die Nachverarbeitungseinheit 15 ein, indem sie dem jeweiligen Schnittbild
eine Farbe zuordnet, deren Lage auf einer in dem Bildrechner 11 gespeicherten
Farbskala der Lage der Schnittebene des jeweiligen Schnittbildes auf
der Systemachse Z entspricht. Die so eingefärbten Bilder überlagert
die Nachverarbeitungseinheit 15 zu einem resultierenden
Bild und zeigt dieses auf der Anzeigeeinheit 16 an.
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Wären alle
eingefärbten
und überlagerten Schnittbilder
identisch, so würde
sich in Abhängigkeit von
der Farbskala ein resultierendes Bild ergeben, dessen Pixel eine
einheitliche Farbe hätten,
wobei die Bildinformation in der jeweiligen Helligkeit der Pixel
enthalten wäre.
Vorzugsweise erfolgt das Einfärben
der Schnittbilder derart, daß sich
für den
theoretischen Fall des Vorliegens von identischen Schnittbildern
als resultierendes Bild, ein Schwarz-Weiß-Bild, d.h. ein Grauwert-Bild,
ergäbe.
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Da
zumindest im Falle eines biologischen, insbesondere lebenden Untersuchungsobjekts
die Schnittbilder in der Praxis im allgemeinen nicht identisch sind,
ergibt sich durch die Überlagerung
ein resultierendes Bild, das in denjenigen Bereichen, in denen die
Schnittbilder identisch sind, ein Schwarz-Weiß-Bild
ist und in denjenigen Bereichen, in denen wenigstens ein Schnittbild
von den anderen abweicht, farbig ist, so daß das resultierende Bild über die
normalerweise in einem Schnittbild enthaltene Information hinaus,
Information bezüglich
einer weiteren Dimension, nämlich
der z-Richtung, enthält.
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Es
versteht sich, daß eine
eindeutige Interpretation des resultierenden Bildes nur dann möglich ist,
wenn sich das Untersuchungsobjekt in dem von der Anzahl von Schnittbildern
erfaßten
Bereich nicht bewegt, und zwar weder äußerlich noch innerlich.
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Die 3 bis 5 zeigen
beispielhaft drei Schnittbilder einer Anzahl von Schnittbildern,
deren Schnittebenen unterschiedliche Positionen längs der Systemachse
Z aufweisen, wobei die 3 das erste, 4 ein
mittleres und 5 das letzte Schnittbild der
entsprechend ihrer jeweiligen Position längs der Systemachse Z sortierten
Schnittbilder darstellt. Die noch nicht eingefärbten Schnittbilder zeigen
den Lendenwirbel 20 eines menschlichen Untersuchungsobjektes
im Transversalschnitt vor dem Einfärben.
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Die 6 zeigt
das resultierende Bild, wobei diejenigen Bereiche des resultierenden
Bildes, die bei Farbdarstellung stark farbig erscheinen würden, infolge
der Schwarz-Weiß-Darstellung
der 6 aber nicht erkennbar wären, durch eine Kreuzschraffur
bzw. eine Diagonalschraffur gekennzeichnet sind. Dabei entspricht
die Kreuzschraffur gelben bis roten Farbtönen und die Diagonalschraffur
blauen bis violetten Farbtönen.
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Die
Farbskala ist derart gewählt,
daß rote
bis gelbe Farbtöne
Strukturen entsprechen, die sich schwerpunktmäßig in Bereichen des Untersuchungsobjektes
befinden, die am Anfang der Anzahl von Schnittbildern befindlichen
Schnittbildern erfaßt
sind und blaue bis violette Farbtöne Strukturen entsprechen,
die in Bereichen des Untersuchungsobjektes liegen, die in Schnittbildern
am Ende der Anzahl von Schnittbildern erscheinen, während grünliche Farbtöne Strukturen
entsprechen, die nur in demjenigen Bereich des Untersuchungsobjektes
vorhanden sind, der in mittleren Schnittbildern der Anzahl von Schnittbildern
dargestellt ist.
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Anhand
des resultierenden Bildes wird also deutlich, daß zwei in dem resultierenden
Bild sichtbare Rippen 21 einen geneigten Verlauf zu den
Schnittebenen der Schnittbilder aufweisen müssen, und zwar derart, daß die Rippen 21 in
den früheren Schnittbildern
der Anzahl von Schnittbildern weiter innen als in den späteren Schnittbildern
der Anzahl von Schnittbildern erscheinen. Außerdem wird deutlich, daß eine links
oben an den Wirbelkörper 22 angrenzende
unspezifische Struktur 23 vorhanden ist, die in den früheren Schnittbildern
der Anzahl von Schnittbildern stärker
vorhanden ist als in den späteren
Schnittbildern.
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Was
die blau bis violetten Bereiche des resultierenden Bildes angeht,
so wird zum einen deutlich, daß der
Wirbelfortsatz 24 in den späteren Schnittbildern der Anzahl
von Schnittbildern aufgrund seines zu den Schnittebenen der Schnittbilder
geneigten Verlaufs deutlicher abgebildet ist als in den früheren Schnittbildern
der Anzahl von Schnittbildern. Des weiteren sind in dem resultierenden
Bild die beiden Öffnungen 25 im
Wirbelkörper 22 sichtbar, die
den Durchtritt von von dem im Wirbelkanal befindlichen Rückenmark 26 abzweigenden
Nervenbündeln
gestatten. Dabei wird infolge der blauen Färbung deutlich, daß diese Öffnungen 25 in
den frühen Schnittbildern
der Anzahl von Schnittbildern erfaßt sind, während die späten Schnittbilder
der Anzahl von Schnittbildern schon den Randbereich der Öffnungen 25 zeigen.
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Anhand
des resultierenden Bildes wird also deutlich, daß es, wie schon erläutert, nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich
ist, in einem Schnittbild eine weitere Dimension, hier die Position von
Strukturen entlang der Systemachse Z, zu veranschaulichen.
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In
einem einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entsprechenden Betriebsmodus werden bei einer Abtastung des Untersuchungsobjektes
gemäß der Vorgehensweise
a) oder b) Schnittbilder, die sich hinsichtlich der Lage ihres Zeitschwerpunktes
auf einer Zeitachse voneinander unterscheiden, hinsichtlich der
Lage ihrer Schnittebenen auf der Systemachse Z aber übereinstimmen,
mittels der Nachverarbeitungseinheit 15 zu einem resultierenden
Bild überlagert
und auf der Anzeigeeinheit 16 angezeigt. Vor der Überlagerung
färbt die
Nachverarbeitungseinheit 15 die Schnittbilder ein, und
zwar in einer Farbe, deren Lage auf einer ebenfalls in dem Bildrechner 11 gespeicherten
Farbskala der Lage des Zeitschwerpunktes des jeweiligen Schnittbildes
auf der Zeitachse entspricht.
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Aus
den vorstehenden Erläuterungen
wird deutlich, daß dann
in dem resultierenden Bild solche Strukturen, die sich bewegen und
somit in wenigstens einem Schnittbild der Anzahl von Schnittbildern an
einer unterschiedlichen Positionen abgebildet sind, durch ihre Farbigkeit
erkennbar sind, wobei beispielsweise die Farbskala derart gewählt ist,
daß eine rot
bis gelbe Färbung
die Position der jeweiligen Struktur zu Beginn des durch die Anzahl
von Schnittbildern erfaßten
Zeitraumes, eine blau bis violette Färbung die Lage der Struktur
am Ende des durch die Anzahl von Schnittbildern erfaßten Zeitraumes und
eine grünliche
Färbung
die Position der jeweiligen Struktur in dem mittleren Bereich des
durch die Anzahl von Schnittbildern erfaßten Zeitraumes veranschaulicht.
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Unabhängig davon,
nach welcher der beiden genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
das CT-Gerät
arbeitet, ist im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels für den Fall,
daß während einer
eingestellten Zeitdauer kontinuierlich zeitlich aufeinanderfolgende
oder in ihrer Lage längs
der Systemachse Z aufeinanderfolgende Schnittbilder erzeugt werden,
aber nicht alle während der
Zeitdauer erzeugte Schnittbilder zu einem einzigen resultierenden
Bild überlagert
werden, vorgesehen, daß in
dem Speicher 14 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten das
jeweils zuletzt erzeugte Schnittbild der in dem Speicher 14 gespeicherten
Anzahl von Schnittbildern hinzugefügt und das am frühesten erzeugte
Schnittbild der in dem Speicher 14 gespeicherten Anzahl
von Schnittbildern gelöscht
wird. Die Nachverarbeitungseinheit 15 zieht dann also eine Anzahl
von Schnittbildern zur Bildung eines resultierenden Bildes heran,
die jeweils immer das zuletzt erzeugte Schnittbild umfaßt, so daß das auf
der Anzei geeinheit 14 angezeigte resultierende Bild die
aktuellste verfügbare
Information darstellt.
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Dabei
wird beispielsweise für
den Fall der Anwendung der multiplanaren Rekonstruktion von dem
Bildrechner 11 sichergestellt, daß zu jedem der aufeinanderfolgenden
Zeitpunkte ein Schnittbild in die Überlagerung zu einem resultierenden
Bild neu einbezogen wird, dessen Zeitschwerpunkt nach dem Zeitschwerpunkt
desjenigen Schnittbildes liegt, das zu dem jeweils vorausgehenden
Zeitpunkt in die Überlagerung
zu einem resultierenden Bild neu einbezogen wurde.
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Ebenfalls
unabhängig
von der in dem momentanen Betriebszustand des CT-Gerätes jeweils zur
Anwendung kommenden Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels die Schnittbilder
derart kontinuierlich erzeugt, daß sie auf der Zeitachse und/oder
auf der Ortsachse jeweils die gleichen Abstände voneinander aufweisen.
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In
einem dritten Betriebsmodus des CT-Gerätes, der einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entspricht, erfolgt die Abtastung des Untersuchungsobjektes gemäß b) derart,
daß kontinuierlich
aufeinanderfolgend für
mehrere unterschiedliche Schnittebenen Sätze von Schnittbildern erzeugt
werden, deren Schnittbilder jeweils wenigstens im wesentlichen den
gleichen Zeitschwerpunkt aufweisen, d.h. die den Schnittbildern eines
Satzes zugrundeliegenden Meßdaten
stammen von unterschiedlichen Zeilen des Detektorsystems 5.
Die Schnittbilder eines Satzes werden in dem Speicher 14 gespeichert
und von der Nachverarbeitungseinheit 15 eingefärbt, wobei
die Nachverarbeitungseinheit 15 dem jeweiligen Schnittbild
eine Farbe zuordnet, deren Lage auf einer weiteren in dem Bildrechner 11 gespeicherten
Farbskala der Lage der Schnittebene des jeweiligen Schnittbildes
auf der Systemachse Z entspricht. Die so eingefärbten Bilder eines Satzes überlagert
die Nachverarbeitungseinheit 15 zu einem resultieren den
Bild, in dem Bereiche, hinsichtlich derer sich die Schnittbilder
voneinander unterscheiden, farbig erscheinen.
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Es
kann dann in dem resultierenden Bild beispielsweise die Position
einer Punktionsnadel in dem abgetasteten Volumen des Untersuchungsobjektes erkannt
werden. Für
den Fall, daß die
Punktionsnadel in einer einheitlichen Farbe dargestellt ist, so
bedeutet dies, daß die
Punktionsnadel nur in einem einzigen der Schnittbilder erscheint,
wobei die Farbe der Nadel die Position der Nadel längs der
Systemachse Z angibt bzw. dasjenige Schnittbild angibt, in dem die Punktionsnadel
erscheint. Ist die Punktionsnadel in dem resultierenden Bild mehrfarbig
dargestellt, so läßt sich
aus der Farbfolge, in der die Punktionsnadel dargestellt ist, erkennen,
in welchen der Schnittbilder die Punktionsnadel erscheint und welchen
Winkel die Punktionsnadel relativ zu der Ortsachse annähernd einnimmt
.
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Um
das resultierende Bild zu aktualisieren, beispielsweise um die Position
einer Punktionsnadel kontinuierlich überwachen zu können, werden,
sobald ein neuer Satz von Schnittbildern erzeugt ist, die Schnittbilder
dieses Satzes in dem Speicher 14 gespeichert, und von der
Nachverarbeitungseinheit 15 eingefärbt sowie zu einem neuen aktualisierten
resultierenden Bild überlagert,
das anstelle des vorhergehenden resultierenden Bildes auf der Anzeigeeinheit 16 angezeigt
wird.
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Im
Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels
ist ebenfalls unabhängig
von der jeweils zur Anwendung kommenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, daß die Schnittbilder
wenigstens im wesentlichen parallele Schnittebenen aufweisen; dies
ist durch den Aufbau des CT-Gerätes
gemäß den 1 und 2 gewährleistet
und erleichtert die Interpretierbarkeit der resultierenden Bilder.
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Wird
bei der Erzeugung der Schnittbilder nicht von der Methode der multiplanaren
Rekonstruktion Gebrauch gemacht, ist im Falle des beschriebenen
Ausführungsbeispiels
durch den Aufbau des CT-Gerätes
gemäß den 1 und 2 ebenfalls vorgegeben,
daß die
Schnittebenen der Schnittbilder wenigstens im wesentlichen rechtwinklig
zu der Ortsachse, nämlich
der Systemachse Z, stehen.
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Im
Falle der Anwendung der Methode der multiplanaren Rekonstruktion
ist im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels vorgesehen,
daß die
Schnittbilder in einer solchen Weise erzeugt werden, daß ihre Schnittebenen
wenigstens im wesentlichen rechtwinklig zu einer Ortsachse stehen,
die dann aber nicht notwendigerweise mit der Systemachse Z identisch
sein muß,
sondern beispielsweise geneigt zu dieser verlaufen kann.
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Unabhängig davon,
nach welcher der Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens das
CT-Gerät
arbeitet, kann eine Betriebsweise gewählt werden, in der
- – in
dem Bildrechner 11 alle erzeugten Schnittbilder zumindest
zeitweilig in dem Speicher 14 als ein Schnittbild der Anzahl
von Schnittbildern gespeichert sind,
- – alle
jeweils in dem Speicher 14 befindlichen Schnittbilder von
der Nachverarbeitungseinheit 15 eingefärbt werden, und
- – alle
jeweils von der Nachverarbeitungseinheit 15 eingefärbten Schnittbilder
von dieser zu einem resultierenden Bild überlagert werden.
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Abweichend
davon sind jedoch auch Betriebsweisen möglich, in denen
- – bestimmte
Schnittbilder nicht zur Speicherung in dem Speicher 14 herangezogen
werden und/oder
- – bestimmte
in dem Speicher gespeicherte Schnittbilder nicht durch die Nachverarbeitungseinheit 15 eingefärbt werden
und/oder
- – bestimmte
eingefärbte
Bilder von der Nachverarbeitungseinheit 15 bei der Überlagerung
zu einem resultierenden Bild nicht berücksichtigt werden.
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Der
Aufbau des Bildrechners 11 ist im Falle des vorstehenden
Ausführungsbeispiels
in einer Weise beschrieben, als seien die Vorverarbeitungseinheit 12,
die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 der Speicher 14 und
die Nachverarbeitungseinheit 15 Hardwarekomponenten. Dies
kann in der Tat so sein, in der Regel sind aber die genannten Komponenten durch
Softwaremodule realisiert, die auf einem mit den erforderlichen
Schnittstellen versehenen Universalrechner laufen, der abweichend
von der 1 auch die Funktion der dann überflüssigen Steuereinheit 18 übernehmen
kann.
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Das
CT-Gerät
im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels
weist ein Detektorsystem 5 mit Zeilen auf, deren in z-Richtung
gemessene Breite gleich groß ist
und z.B. 1 mm beträgt.
Es kann davon abweichend im Rahmen der Erfindung auch ein Detektorsystem
vorgesehen sein, dessen Zeilen von unterschiedlicher Breite sind.
So können
beispielsweise zwei innere Zeilen von je 1 mm Breite und beiderseits
von diesen je eine Zeile mit 2 mm Breite vorgesehen sein.
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Im
Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele
wird die Relativbewegung zwischen der Meßeinheit 1 und Lagerungsvorrichtung 9 jeweils
dadurch erzeugt, daß die
Lagerungsvorrichtung 9 verschoben wird. Es besteht im Rahmen
der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit,
die Lagerungsvorrichtung 9 ortsfest zu lassen und statt
dessen die Meßeinheit 1 zu
verschieben. Außerdem
besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die notwendige Relativbewegung
durch Verschiebung so wohl der Meßeinheit 1 als auch
der Lagerungsvorrichtung 9 zu erzeugen.
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Im
Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
finden CT-Geräte
der dritten Generation Verwendung, d.h. die Röntgenstrahlenquelle und das
Detektorsystem werden während
der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse verlagert. Die Erfindung
kann aber auch im Zusammenhang mit CT-Geräten der vierten Generation,
bei denen nur die Röntgenstrahlenquelle
um die Systemachse verlagert wird und mit einem feststehenden Detektorring
zusammenwirkt, Verwendung finden, sofern es sich bei dem Detektorsystem
um ein flächenhaftes
Array von Detektorelementen handelt.
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Auch
bei CT-Geräten
der fünften
Generation, d.h. CT-Geräten,
bei denen die Röntgenstrahlung nicht
nur von einem Fokus, sondern von mehreren Foken einer oder mehrerer
um die Systemachse verlagerter Röntgenstrahlenquellen
ausgeht, kann das erfindungsgemäße Verfahren
Verwendung finden, sofern das Detektorsystem ein flächenhaftes
Array von Detektorelementen aufweist.
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Die
im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
verwendeten CT-Geräte
weisen ein Detektorsystem mit nach Art einer orthogonalen Matrix
angeordneten Detektorelementen auf. Die Erfindung kann aber auch
im Zusammenhang mit CT-Geräten
Verwendung finden, deren Detektorsystem in einer anderen Weise fächenhaftes Array
angeordnete Detektorelemente aufweist.
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Die
Anwendung der Erfindung ist nicht auf die Computertomographie beschränkt. Die
Erfindung ist vielmehr auch für
die Verwendung in Verbindung mit anderen Schnittbildverfahren, z.B.
Magnetresonanztomographie, Ultraschalltomographie usw., vorgesehen.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
betreffen die medizinische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Medizin, beispielsweise bei
der Gepäckprüfung oder
bei der Materialuntersuchung, Anwendung finden.