DE10135873A1 - Verfahren und Vorrichtung für submillimeter-CT-Schnitte mit vergrößertem erfassten Gebiet - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für submillimeter-CT-Schnitte mit vergrößertem erfassten Gebiet

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Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Abbildung eines Objekts (22) unter Verwendung eines Mehrfachschnitt-Computertomographie-(CT-) Abbildungssystems (10) mit einer Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungseinrichtung (18) ausgestaltet, wobei die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungsreihen (20) zur Erfassung von Projektionsdaten von einem abgetasteten Objekt zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung aufweist, wobei jede Erfassungseinrichtung senkrecht zur z-Richtung ist und eine Dicke in der z-Richtung aufweist. Das Verfahren enthält die Schritte der Kollimation eines Röntgenstrahls (16) von der Strahlungsquelle in eine Vielzahl separater Strahlabschnitte transversal zur z-Richtung, so dass die separaten Strahlabschnitte durch das Objekt fallen und auf den Erfassungsreihen auftreffen, der Abtastung des Objekts unter Verwendung der Vielzahl separater Strahlabschnitte zur Erfassung von Projektionsdaten und der Rekonstruktion eines Bildes des Objektes unter Verwendung der erfassten Projektionsdaten.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Computertomographie-(CT-) Abbildung und insbesondere Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von CT-Abbildungsdaten unter Verwendung eines Mehrfachschnitt-Abbildungssystems.
Bei zumindest einem bekannten Computertomographie-(CT-) Abbildungssystemaufbau projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert ist, dass er in einer X-Y-Ebene eines Kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als "Abbildungsebene" bezeichnet wird. Der Strahl fällt durch das abgebildete Objekt, wie einen Patienten. Nachdem der Strahl durch das Objekt gedämpft wurde, trifft er auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen. Die Intensität der am Erfassungsarray empfangen gedämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Erfassungselement des Arrays erzeugt ein separates elektrisches Signal, dass ein Maß der Strahldämpfung am Erfassungsort ist. Die Dämpfungsmaße von allen Erfassungseinrichtungen werden separat zur Erzeugung eines Übertragungsprofils erfasst.
Bei bekannten CT-Systemen der dritten Generation drehen sich die Röntgenquelle und das Erfassungsarray mit einem Fasslager in der Abbildungsebene und um das abzubildende Objekt, so dass sich der Winkel, an dem der Strahl des Objekts schneidet, konstant ändert. Eine Gruppe von Röntgendämpfungsmaßen, das heißt Projektionsdaten, vom Erfassungsarray bei einem Fasslagerwinkel wird als "Ansicht" bezeichnet. Eine "Abtastung" des Objekts umfasst einen Satz von Ansichten bei unterschiedlichen Fasslagerwinkeln, oder Ansichtwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenquelle und der Erfassungseinrichtung.
Bei einer axialen Abtastung werden die Projektionsdaten zur Ausbildung eines Bildes verarbeitet, das einem zweidimensionalen Schnitt durch das Objekt entspricht. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird in der Technik als gefiltertes Rückprojektionsverfahren bezeichnet. Bei diesem Verfahren werden die Dämpfungsmaße von einer Abtastung in ganze Zahlen, sog. "CT-Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" umgewandelt, die zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Bildelements auf einer Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung verwendet werden.
Zur Verringerung der für eine Vielzahl von Schnitten erforderlichen Gesamtabtastzeit kann eine "Wendel-Abtastung" durchgeführt werden. Zur Durchführung einer "Wendel- Abtastung" wird der Patient in der z-Achse synchron mit der Drehung des Fasslagers bewegt, während die Daten für die vorgeschriebene Anzahl an Schnitten erfasst werden. Ein derartiges System erzeugt eine einzelne Wendel aus einer Fächerstrahlwendelabtastung. Die durch den Fächerstrahl ausgebildete Wendel liefert Projektionsdaten, aus denen Bilder an jedem vorgeschriebenen Schnitt konstruiert werden können. Zusätzlich zur Verringerung der Abtastzeit liefert die Wendelabtastung weitere Vorteile, wie eine bessere Verwendung von injiziertem Kontrastmittel, eine verbesserte Bildrekonstruktion an beliebigen Orten, und bessere dreidimensionale Bilder.
Bei bekannten CT-Systemen wird der Röntgenstrahl von der Röntgenquelle durch einen Vorpatientenkollimator projiziert, der das Röntgenstrahlprofil in der Patientenachse bzw. z- Achse definiert. Der Kollimator enthält typischerweise ein Röntgenstrahl-absorbierendes Material mit einer Apertur darin zur Beschränkung des Röntgenstrahls.
Indem Faktoren wie die Kollimatoraperturgröße und Schnittdicke Beschränkungen erfahren, liefern CT- Abbildungssysteme eine Bildauflösung. Ein Kollimator definiert die Dimensionen des Röntgenstrahls (der Röntgenstrahlen), insbesondere ihre Breite. Eine Kollimatoraperturbreite steuert typischerweise die Schnittdicke, wie sie entlang der z-Achse gemessen wird. Bekannte Aperturen sind typischerweise linear oder rechteckig. Beim Definieren der Röntgenstrahlbreite bestimmt ein Kollimator die Dicke eines einzelnen Schnitts oder einer Gruppe von Schnitten. Durch Verringerung der Schnittdicke wird die Bildauflösung verbessert. Beispielsweise wird durch Schicken eines Röntgenstrahls durch einen Kollimator mit einer 1-Millimeter-Apertur die Strahlausgabe aus dem Kollimator eine Dicke von 1 Millimeter haben.
Bekannte CT-Systeme verwenden typischerweise Kollimatoren mit einer Apertur von zumindest 1 Millimeter. Während 1 Millimeter oder größere Schnitte für viele CT- Systemanwendungen effektiv sind, ist bei einigen CT- Systemanwendungen eine dünnere Schnittdicke erwünscht. Insbesondere ist es bei einigen Anwendungen erwünscht, ein Bild mit beispielsweise Submillimeter-Schnittbildern zu erzeugen. Diese kleineren Schnittbilder sind insbesondere dann erwünscht, wenn sich die Patientenanatomie in Bereichen unterscheidet, die weniger als 1 Millimeter entfernt sind.
Eine Art und Weise zum Erhalten dünner Schnitte ist das dünnere Ausbilden der Erfassungszellen. Allerdings erfordert dies eine große Menge an Hardware-Neuentwicklung, wobei bei den meisten Anwendungen der erfasste Bereich durch die Abtasteinrichtung und Geschwindigkeit eingebüßt werden. Eine minimale Schnittdicke für zumindest ein CT-System beträgt 1,25 Millimeter, wie sie primär durch die Erfassungselementganghöhengröße bestimmt wird. Zur Verbesserung der Bildauflösung ist es erwünscht, die Schnittdicke auf weniger als 1 Millimeter zu verringern. Bei einigen Anwendungen ist eine Schnittdicke so dünn wie 0,5 Millimeter erwünscht.
Die Verringerung der Schnittdicke eines Einfachschnittabbildungssystems durch Bestrahlen eines Abschnitts eines Erfassungselements und Entfalten von Abbildungsdaten zur Verringerung des Halbhöhenspitzenbreiten- (FWHM-)Intervalls eines rekonstruierten Schnittprofils ist bekannt. Es ist erwünscht, ähnliche Schnittbreitenverringerungen bei Mehrfachschnittsystemen ohne Reduzierung des erfassten Bereichs zu erreichen. Allerdings entstehen Schwierigkeiten beim Implementieren dieses Ansatzes für ein Mehrfachschnittabbildungssystem, da die Mehrfachschnittabtastung durch Verbindungsstellen zwischen angrenzenden Erfassungsreihen begrenzt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bildauflösung in einem Mehrfachschnitt-CT-System durch Ausbilden einer Schnittdicke von weniger als 0,5 Millimetern bzw. von Submillimeterschnitten durch Verwenden einer Einfachschnitt-Abbildungsdatenerfassung mit einer Vielzahl von Röntgenquellenkollimatoren, verschiedenen Abtastschemata und Entfaltungsverfahren zu verbessern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Abbildung eines Objekts unter Verwendung eines Mehrfachschnitt-Computertomographie-(CT-)Abbildungssystems mit, einer Strahlungsquelle und einer Erfassungseinrichtung ausgestaltet, wobei die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungsreihen zur Erfassung von Projektionsdaten von einem abgetasteten Objekt zwischen der Röntgenquelle und der Erfassungseinrichtung aufweist, wobei jede Erfassungsreihe senkrecht zur z-Richtung ist und eine Dicke in der z-Richtung hat. Das Verfahren enthält die Schritte der Kollimation eines Strahls von der Strahlungsquelle in eine Vielzahl separater Strahlabschnitte transversal zur z-Richtung, so dass die separaten Strahlabschnitte durch das Objekt fallen und auf den Erfassungsreihen auftreffen, der Abtastung des Objekts unter Verwendung der Vielzahl separater Strahlabschnitte zur Erfassung von Projektionsdaten und der Rekonstruktion eines Bildes des Objekts unter Verwendung der erfassten Projektionsdaten.
Dieses Ausführungsbeispiel liefert klinisch nützliche Submillimeterabtastmodi mit einer starken Vergrößerung des erfassten Bereichs verglichen mit bekannten Verfahren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines CT-Abbildungssystems,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Systems,
Fig. 3 eine Darstellung kollimierter Abschnitte eines Röntgenstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die auf ein Mehrfachschnitterfassungsarray treffen,
Fig. 4 eine Darstellung eines Abtastschemas mit überlappenden Abtastungen, um der Entfaltungsoperation die Erzeugung von 0,6 Millimeter-FWHM-Schnitten zu ermöglichen, und
Fig. 5 eine Darstellung eines Abtastschemas ohne überlappende Abtastungen zur Erzeugung von 0,8 FWHM-Schnitten mit größerem erfassten Bereich.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Computertomographie-(CT-) Abbildungssystem 10 gezeigt, das ein Fasslager 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung einer "dritten Generation" darstellt. Das Fasslager 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf, die Röntgenstrahlen 16 zu einem Erfassungsarray 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Fasslagers 12 projiziert. Das Erfassungsarray 18 ist durch Erfassungselemente 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch ein Objekt 22, beispielsweise einen medizinischen Patienten, hindurchfallen. Das Erfassungsarray 18 kann in einem Einfachschnitt- oder Mehrfachschnittaufbau hergestellt sein, wobei der letztgenannte eine Vielzahl paralleler Reihen von Erfassungselementen hat. Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls darstellt. Wenn der Röntgenstrahl durch den Patienten 22 fällt, wird der Strahl gedämpft. Während einer Abtastungserfassung von Röntgenprojektionsdaten drehen sich das Fasslager 12 und die daran angebrachten Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24. Die parallelen Reihen der Mehrfachschnitterfassungseinrichtung 18 sind jeweils senkrecht zur z-Achse und sind zur Erfassung von Röntgenstrahlen konfiguriert, die durch verschiedene "Schnitte" des Objekts 22 fallen.
Die Drehung des Fasslagers 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 28, die die Röntgenquelle 14 mit Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Fasslagermotorsteuereinrichtung 30, die die Drehgeschwindigkeit und Position des Fasslagers 12 steuert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Für Mehrfachschnitterfassungseinrichtungen 18 werden Daten von parallelen Reihen der Erfassungselemente 20 erfasst. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten vom DAS 32 und führt eine Bildrekonstruktion 32 mit hoher Geschwindigkeit durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.
Der Computer 36 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine Konsule 40, die eine Tastatur aufweist. Eine zugehörige Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht dem Bediener die Überwachung des rekonstruierten Bildes und anderer Daten vom Computer 36. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden vom Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informationen für das DAS 32, die Röntgensteuereinrichtung 28 und die Fasslagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zur Positionierung des Patienten 22 im Fasslager 12 steuert. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 durch eine Fasslageröffnung 48. In Fig. 2 ist die z-Achse des CT- Abbildungssystems 10 nicht gezeigt, da sie direkt in die Ebene der Figur am Drehmittelpunkt 24 zeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Mehrfachschnittabbildungssystem 10 verwendet wird, tritt gemäß Fig. 3 der Röntgenstrahl 16 aus einem Brennpunkt 50 der Quelle 14 aus. Der Röntgenstrahl 16 wird durch ein Vorpatientenkollimatorarray 52 kollimiert und zu dem Erfassungsarray 18 entlang einer Fächerstrahlachse 56 projiziert, die im Fächerstrahl 16 zentriert ist. Das Vorpatientenkollimatorarray 52 enthält eine Vielzahl von Kollimatoren 58, 60, 62, 64, 66, 68. Das Vorpatientenkollimatorarray 52 kollimiert den Fächerstrahl 16 in separate kollimierte Strahlabschnitte 70, 74, 78 transversal zur z-Richtung, die durch das Objekt 22 fallen und auf Reihen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 des Erfassungsarrays 18 auftreffen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind diese Reihen 1,25 Millimeter dick, und Submillimeterschnitte werden durch eine Arbeitsweise des Kollimatorarrays 52 zur Anpassung der Dicken und Orte der Strahlen 70, 74 und 78 relativ zu den Erfassungsreihen 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kollimatorarray 52 zum wahlweisen Betreiben der Kollimatoren 58, 60, 62, 64, 66, 68 entweder unabhängig oder in Übereinstimmung konfiguriert. Für den Fall, dass eine normale Schnittdicke (beispielsweise 1,25 Millimeter oder mehr) erforderlich ist, betreibt das Kollimatorarray 52 beispielsweise die Kollimatoren 58, 60, 62, 64, 66, 68 in Übereinstimmung zur Ausbildung eines einzigen Strahls 16, der durch das Objekt 22 fällt.
Die Abbildungssystemschnittdicke wird bei einem Ausführungsbeispiel durch das Erhalten von Projektionsdaten von Paaren 96, 98, 100 angrenzender Erfassungsreihen verringert, auf die lediglich teilweise kollimierte Strahlen 70, 74, 78 auftreffen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Strahlen 70, 74, 78 auf eine Dicke geringer als zwei Erfassungsreihen kollimiert, so dass jeder eine Zellenverbindung 102, 108, 114 zwischen angrenzenden Reihen der Erfassungselemente überstreicht. Somit fallen die Röntgenstrahlen lediglich teilweise auf die Dicke der getroffenen Erfassungsreihen, was ihre Dicke für Bildrekonstruktionszwecke effektiv verringert. Beispielsweise werden Projektionsdaten von zumindest sechs teilweise getroffenen Reihen 80, 82, 86, 88, 92, 94 des Erfassungsarrays 18 während einer Abtastung erfasst. Bei diesem Aufbau wird ein Paar 96 der äußersten Erfassungsreihen 80, 82 zur Verringerung von Interaktionen zwischen einem Mittenabschnitt (das heißt einem die Reihen 86 und 88 treffenden Abschnitt) und einem Außenabschnitt (das heißt einem die Reihen 80 und 82 auf einer Seite und die Reihen 92 und 94 auf der anderen Seite treffenden Abschnitt) des Röntgenstrahls 16 verwendet. Die Erfassungsreihen 84 und 90 werden vom Halbschatten des Röntgenstrahls 16 (insbesondere dem Halbschatten eines die Reihe 98 treffenden Abschnitts) getroffen. Somit erzeugen auch die Reihen 84 und 90 Bilder, allerdings mit verringerter Bildqualität. Diese qualitätsreduzierten Bilder werden bei einem Ausführungsbeispiel zur Ausbildung zusätzlicher nützlicher Informationen verwendet. (Bei Ausführungsbeispielen mit mehr als 8 Erfassungsreihen liegt zumindest eine Erfassungsreihe zwischen ausgewählten Erfassungsreihen zur Minimierung der Halbschatteninteraktion). Es wird entweder eine axiale Abtastung oder eine Wendelabtastung zur Erfassung von Projektionsdaten durchgeführt.
Das Richten des kollimierten Strahls 78 auf Außenreihen 92 und 94 und das Erhalten von Projektionsdaten wie vorstehend beschrieben verringert die Schnittdicke effektiv, was für einige klinische Anwendungen von Vorteil ist. Beträgt beispielsweise das Halbhöhenspitzenbreiten-(FWHM-)Intervall des Systems 10 1,7 Millimeter am Isozentrum, wird die Schnittdicke bei einem Ausführungsbeispiel auf ein FWHM von 0,85 Millimeter verringert. Insbesondere trifft ein vor dem Patienten kollimierter Abschnitt 78 des Strahls 16 mit einer Dicke geringer als zwei Erfassungsreihen auf die Außenreihen 92, 94 des Erfassungsarrays 18 und überstreicht Zellenverbindungen 114 zwischen den Erfassungselementen 20 dieser Reihen. Für eine maximale Auflösung hat jeder Strahlabschnitt 70, 74, 78 eine Dicke von weniger als zwei Erfassungsreihen und jeder Abschnitt überstreicht die Zellenverbindungen zwischen lediglich den zwei angrenzenden parallelen Erfassungsreihen.
Die Reihengruppen 96, 98 und 100 sind hinsichtlich des Erreichens von Submillimeterschnitten äquivalent. Daher gilt das vorstehend für den kollimierten Strahl 78 für die Reihengruppe 100 (das heißt die Reihen 92 und 94) gesagte jeweils auch für den kollimierten Strahl 74 und 70 und die Reihengruppen 98 und 96. Allerdings haben Bilder von den Erfassungsreihen 84 und 90 eine reduzierte Bildqualität, da der Halbschatten des kollimierten Röntgenstrahls 16 eine geringere Intensität hat und weniger gleichförmig ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden 0,6 Millimeter- Schnittbilder mit einer Vielzahl von Kollimatoren 58, 60, 62, 64, 66, 68 unter Verwendung überlappender Abtastungen ausgebildet. Das Objekt 22 wird unter Verwendung der Strahlabschnitte 70, 74, 78 zur Erfassung von Projektionsdaten abgetastet, aus denen ein Bild des Objekts rekonstruiert wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden teilweise überlappende Projektionsdaten von angrenzenden Erfassungsreihen 92, 94 erfasst. Die Entfaltung wird separat bei jeder Reihe angewendet. Beispielsweise wird ein einseitiger Dreipunktentfaltungskern mit folgender Beziehung angewendet:
wobei P1 und P2 ursprüngliche Projektionsdatenabtastwerte für zwei angrenzende Erfassungsreihen 1 und 2 sind,
P1' und P2' entfaltete Bilddatenabtastwerte für zwei angrenzende Reihen 1 und 2 sind,
wk Entfaltungskernpunkte sind,
k ein Index ist,
i ein Bildortindex ist, und
N die Anzahl von zur Durchführung der Entfaltung verwendeter Bilder ist plus eins (da der Index mit 0 beginnt). Somit ist für einen Dreipunktentfaltungskern N gleich 2.
Die Entfaltungsergebnisse werden verbessert, wenn alle bei einer Entfaltung verwendeten Datenabtastwerte von der gleichen Reihe stammen, wie es in den Gleichungen (1) und (2) beschrieben ist.
Wird eine einseitige Entfaltung wie vorstehend beschrieben verwendet, verschieben sich die Schwerpunkte der entfalteten Bilddaten verglichen zu den ursprünglichen Projektionsdaten. Danach werden die entfalteten und verschobenen Abbildungsdaten von den Reihen 92 und 94 zum Erhalten einer Submillimeter-Schnittdicke kombiniert.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein in Fig. 4 dargestelltes Abtastmuster zum Erhalten von Submillimeterschnitten mit begrenztem erfassten Bereich verwendet. In Fig. 4 stellt die x-Achse einen Erfassungsort für jede der Abtastpositionen in einer z-Richtung dar (das heißt der Patientenrichtung). Die y-Achse stellt die unterschiedlichen Abtastpositionen dar. Beispielsweise sind die Erfassungseinrichtungen in Zeile 1 in der Startposition. In Zeile 2 haben sich die Erfassungszellen an eine Entfernung in der z-Richtung zur Abtastposition 2 bewegt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Erfassungszellen der Erfassungseinrichtung 18 (bzw. äquivalent der Tisch 46) nach neun Abtastungen 8 Millimeter auf eine neue Position gesprungen. In Fig. 4 sind die linken Erfassungszellen 116 von den rechten Erfassungszellen 180 für den Entfaltungsalgorithmus unterschieden. Eine Abtastung von dem gleichen Satz der Zellen 116 oder 118 wird zur Durchführung einer Faltung zum Erhalten einer gewünschten Schnittdicke verwendet. Die Linien 120, 122 zeigen den Abtastmittelpunkt der Erfassungszelle. (Fig. 4 stellt den Fall der überlappenden Abtastung dar.) Im allgemeinen inkrementiert die Erfassungseinrichtung 18 (oder äquivalent der Tisch 46) an der Hälfte einer Erfassungseinrichtungsabtastbreite, die bei diesem Ausführungsbeispiel ungefähr 0,84 Millimeter beträgt.
Insbesondere werden bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überlappende Abtastungen durchgeführt, wobei der Tisch 46 weniger als eine Reihendicke zwischen Abtastungen fortschreitet. Beispielsweise schreitet der Tisch 46 0,42 Millimeter zwischen den Abtastungen zur Erzeugung von 0,84 Millimeter-FWHM-Schnitten vor. Die überlappenden Abtastungen werden unter Verwendung des Entfaltungsalgorithmus wie vorstehend beschrieben entfaltet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden nach der Entfaltung Bilddaten von angrenzenden Paaren von Reihen des Erfassungsarrays 18 zur Verringerung von Rauschen unter Beibehaltung des gleichen dünnen Schnittprofils kombiniert. Beispielsweise werden Bilddaten von den Reihen 80 und 82, 86 und 88 und 92 und 94 zur Erzeugung von Daten kombiniert, die drei separate Schnitte darstellen. Bei einem Ausführungsbeispiel inkrementiert der motorisierte Tisch 46 nach neun Abtastungen 8 Millimeter gefolgt von einem normalen 0,42 Millimeter-Inkrement zur Erhöhung des erfassten Bereichs und Vermeidung einer unnötigen Überabtastung.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl ein großer erfasster Bereich als auch Submillimeterschnitte erforderlich sind, wird eine ungerade z-Richtungsabtastung wie in Fig. 5 dargestellt verwendet. Nicht überlappende Abtastungen werden durchgeführt, und das z-Achseninkrement des motorisierten Tisches 46 wird in einem alternierenden Muster variiert. Nach der ersten Abtastung wird der Tisch 46 2 Millimeter inkrementiert. Bei der nächsten Abtastung wird der Tisch 46 9,5 Millimeter inkrementiert. Ein 2 Millimeter- Inkrement folgt für die nächste Abtastung. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht es einer bekannten 8-Schnitt- Abtasteinrichtung 210 Millimeter in 30 Sekunden mit einer Drehgeschwindigkeit von 0,8 Sekunden abzudecken, was eine Schnittdicke von 0,8 Millimeter-FWHM liefert.
Der Fachmann erkennt, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung Submillimeterabtastmodi mit stark vergrößertem erfassten Bereich verglichen mit bekannten CT-Abtastverfahren und -vorrichtungen liefern. Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung hier ausführlich beschrieben und veranschaulicht sind, ist selbstverständlich, dass dies lediglich der Veranschaulichung dient und nicht als Einschränkung verstanden werden kann. Außerdem ist das hier beschriebene CT-System ein System der dritten Generation, bei dem sich sowohl die Röntgenquelle als auch die Erfassungseinrichtung mit dem Fasslager drehen. Es können allerdings auch viele andere CT-Systeme, einschließlich Systeme der vierten Generation verwendet werden, bei denen die Erfassungseinrichtung eine stationäre Vollringerfassungseinrichtung ist und sich lediglich die Röntgenquelle mit dem Fasslager dreht, wenn einzelne Erfassungselemente zur Ausbildung im wesentlichen gleichförmiger Antworten auf einen gegebenen Röntgenstrahl korrigiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Abbildung eines Objekts unter Verwendung eines Mehrfachschnitt-Computertomographie-(CT-)Abbildungssystems mit einer Strahlungsquelle und einer Erfassungseinrichtung ausgestaltet, wobei die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungsreihen zur Erfassung von Projektionsdaten von einem abgetasteten Objekt zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung aufweist, wobei jede Erfassungseinrichtung senkrecht zur z-Richtung ist und eine Dicke in der z-Richtung aufweist. Das Verfahren enthält die Schritte der Kollimation eines Röntgenstrahls von der Strahlungsquelle in eine Vielzahl separater Strahlabschnitte transversal zur z-Richtung, so dass die separaten Strahlabschnitte durch das Objekt fallen und auf den Erfassungsreihen auftreffen, der Abtastung des Objekts unter Verwendung der Vielzahl separater Strahlabschnitte zur Erfassung von Projektionsdaten und der Rekonstruktion eines Bildes des Objekts unter Verwendung der erfassten Projektionsdaten.
Bezugszeichenliste
10
Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem
12
Fasslager
14
Röntgenquelle
16
Röntgenstrahlen
18
Erfassungsarray
20
Erfassungselemente
22
Objekt/Patient
24
z-Achse
26
Steuereinrichtung
28
Röntgensteuereinrichtung
30
Fasslagermotorsteuereinrichtung
32
Datenerfassungssystem (DAS)
34
Bildrekonstruktionseinrichtung
36
Computer
38
Massenspeichereinrichtung
40
Konsole
42
Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung
44
Tischmotorsteuereinrichtung
46
Motorisierter Tisch
48
Fasslageröffnung
50
Brennpunkt
52
Vorpatientenkollimatorarray
56
Fächerstrahlachse
58
Kollimator
60
Kollimator
62
Kollimator
64
Kollimator
66
Kollimator
68
Kollimator
70
Separater kollimierter Strahlabschnitt
74
Separater kollimierter Strahlabschnitt
78
Separater kollimierter Strahlabschnitt
80
Erfassungsreihe
82
Erfassungsreihe
84
Erfassungsreihe
86
Erfassungsreihe
88
Erfassungsreihe
90
Erfassungsreihe
92
Erfassungsreihe
94
Erfassungsreihe
96
Paar angrenzender Erfassungsreihen
98
Paar angrenzender Erfassungsreihen
100
Paar angrenzender Erfassungsreihen
102
Zellenverbindung
108
Zellenverbindung
114
Zellenverbindung
116
Linke Erfassungszellen
118
Rechte Erfassungszellen
120
Linie
122
Linie

Claims (36)

1. Verfahren zur Abbildung eines Objekts (22) unter Verwendung eines Mehrfachschnitt-Computertomographie-(CT-) Abbildungssystems (10) mit einer Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungseinrichtung (18), wobei die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungsreihen (20) zur Erfassung von Projektionsdaten von einem abgetasteten Objekt zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung aufweist, und jede Erfassungsreihe senkrecht zu einer z-Richtung ist und eine Dicke in der z- Richtung hat, mit den Schritten
Kollimieren eines Strahls von der Strahlungsquelle in eine Vielzahl separater Strahlabschnitte (70, 74, 78) transversal zur z-Richtung, so dass die Vielzahl separater Strahlabschnitte durch den Patienten fällt und auf die Erfassungsreihen (80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94) auftrifft,
Abtasten des Objekts unter Verwendung der Vielzahl separater Strahlabschnitte zur Erfassung von Projektionsdaten und
Rekonstruieren eines Bildes des Objekts unter Verwendung der erfassten Projektionsdaten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kollimieren des Strahls (16) die Verwendung eines Kollimationsarrays (52) mit einer Vielzahl von Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) zum Kollimieren des Strahls umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kollimieren des Strahls (16) das unabhängige Betreiben einer Vielzahl von Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kollimieren des Strahls (16) das Betreiben einer Vielzahl von Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) in Übereinstimmung umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kollimieren des Strahls (16) den Schritt des Kollimierens des Strahls zum Auftreffen auf Außenreihen (80, 82, 92, 94) der Erfassungseinrichtung (18) umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kollimieren des Strahls (16) zum Auftreffen auf den Außenreihen (80, 82, 92, 94) der Erfassungseinrichtung (18) die Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts (70) mit einer Dicke geringer als zwei Erfassungsreihen umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste kollimierte Strahlabschnitt (70) Zellenverbindungen (102, 108, 114) zwischen einem Paar angrenzender Erfassungsreihen (96) überstreicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste kollimierte Strahlabschnitt (70) Zellenverbindungen (102, 108, 114) zwischen lediglich zwei angrenzenden Reihen von Erfassungseinrichtungen (92, 94) überstreicht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung des Objekts (22) den Schritt der Durchführung einer axialen Abtastung umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung des Objekts (22) den Schritt der Durchführung einer Wendelabtastung umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung eines Objekts (22) den Schritt der Erfassung von Projektionsdaten von zumindest sechst teilweise getroffenen Reihen (80, 82, 86, 88, 92, 94) der Erfassungseinrichtung (18) umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung eines Objekts (22) den Schritt der Erfassung von Projektionsdaten von einer Vielzahl von Paaren teilweise getroffener angrenzender Erfassungszellenreihen (96, 98, 100) umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung eines Objekts (22) den Schritt der Erfassung von Projektionsdaten durch die Durchführung einer ungeraden Abtastung in der z- Richtung umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abtastung eines Objekts (22) den Schritt der Durchführung überlappender Abtastungen des Objekts umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das CT-Abbildungssystem (10) einen bewegbaren Tisch (46) zum Tragen des Objekts (22) zwischen der Strahlungsquelle (14) und der Erfassungseinrichtung (18) umfasst, und wobei die Durchführung überlappender Abtastungen des Objekts den Schritt des schrittweisen Bewegens des Tisches um eine Entfernung geringer als eine Reihendicke zwischen den überlappenden Abtastungen umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rekonstruktion eines Bildes den Schritt der Entfaltung einer Vielzahl teilweise überlappender Projektionsdaten von angrenzenden Erfassungsreihen (92, 94) zur Erzeugung einer Vielzahl von Bildschnitten umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Erzeugung einer Vielzahl von Bildschnitten den Schritt der separaten Entfaltung der teilweise überlappenden Projektionsdaten für jedes Paar angrenzender Erfassungsreihen (92, 94) umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das CT-Abbildungssystem (10) ferner einen bewegbaren Tisch (46) zum Tragen des Objekts (22) zwischen der Strahlungsquelle (14) und der Erfassungseinrichtung (18) umfasst, und die Erfassungseinrichtung eine Mehrfachschnitt- Erfassungseinrichtung mit einer Vielzahl von Reihen von Erfassungselementen (20) ist, wobei die Abtastung des Objekts zur Erfassung von Projektionsdaten den Schritt der Variierung eines z-Achsentischinkrements mit einem alternierenden Muster zum Erhalten nicht-überlappender Projektionsdaten entlang der z-Achse von der Vielzahl der Reihen von Erfassungselementen umfasst.
19. Mehrfachschnitt-Computertomographie-(CT-) Abbildungssystem (10) mit einer Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungseinrichtung (18), wobei die Erfassungseinrichtung eine Vielzahl von Erfassungsreihen (20) zur Erfassung von Projektionsdaten von einem abgetasteten Objekt (22) zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung aufweist, wobei jede Erfassungsreihe senkrecht zur z-Richtung ist und eine Dicke in der z-Richtung hat, wobei das System dazu eingerichtet ist,
einen Strahl (16) von der Strahlungsquelle in eine Vielzahl separater Strahlabschnitte (70, 74, 78) transversal zur z-Richtung zu kollimieren, so dass die Vielzahl separater Strahlabschnitte durch ein abzutastendes Objekt fällt und auf die Erfassungsreihen (80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94) trifft,
das Objekt unter der Verwendung der Vielzahl separater Strahlabschnitte zur Erfassung von Projektionsdaten abzutasten, und
ein Bild des Objekts unter Verwendung der erfassten Projektionsdaten zu rekonstruieren.
20. System (10) nach Anspruch 19, ferner mit einer Vielzahl von Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) zum Kollimieren des Strahls (16).
21. System (10) nach Anspruch 20, wobei die Vielzahl der Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) zum unabhängigen Arbeiten eingerichtet ist.
22. System (10) nach Anspruch 19, wobei die Vielzahl der Kollimatoren (58, 60, 62, 64, 66, 68) zum übereinstimmenden Arbeiten eingerichtet ist.
23. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zum Kollimieren des Strahls (16) zum Kollimieren des Strahls zum Treffen auf Außenreihen (80, 82, 92, 94) der Erfassungseinrichtung (18) eingerichtet ist.
24. System (10) nach Anspruch 23, das ferner zur Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts (70) mit einer Dicke von weniger als zwei Erfassungsreihen eingerichtet ist.
25. System (10) nach Anspruch 24, wobei Zellen von angrenzenden Erfassungsreihen an Zellverbindungen (102, 108, 114) verbunden sind, und das System zur Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts (70) zur Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts eingerichtet ist, der Zellenverbindungen zwischen einem Paar angrenzender Erfassungsreihen überstreicht.
26. System (10) nach Anspruch 25, wobei das System zur Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts (70) zur Erzeugung eines ersten kollimierten Strahlabschnitts eingerichtet ist, der Zellenverbindungen (102, 108, 114) zwischen lediglich zwei angrenzenden Reihen von Erfassungseinrichtungen überstreicht.
27. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Durchführung einer axialen Abtastung eingerichtet ist.
28. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Durchführung einer Wendelabtastung eingerichtet ist.
29. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Erfassung von Projektionsdaten von zumindest sechs teilweise getroffenen Reihen (80, 82, 86, 88, 92, 94) der Erfassungseinrichtung (18) eingerichtet ist.
30. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Erfassung von Projektionsdaten von einer Vielzahl von Paaren teilweise getroffener angrenzender Erfassungszellenreihen (94, 96, 98) eingerichtet ist.
31. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Erfassung von Projektionsdaten durch die Durchführung einer ungeraden Abtastung in der z-Richtung eingerichtet ist.
32. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Abtastung eines Objekts (22) zur Durchführung überlappender Abtastungen des Objekts eingerichtet ist.
33. System (10) nach Anspruch 32, ferner mit einem bewegbaren Tisch (46) zum Tragen des abzutastenden Objekts (22) zwischen der Strahlungsquelle (14) und der Erfassungseinrichtung (18), wobei das System zur Durchführung überlappender Abtastungen des Objekts zum schrittweisen Bewegen des Tisches um eine Entfernung von weniger als einer Reihendicke zwischen den überlappenden Abtastungen eingerichtet ist.
34. System (10) nach Anspruch 19, wobei das System zur Rekonstruktion eines Bildes zum Entfalten einer Vielzahl teilweise überlappender Projektionsdaten von angrenzenden Erfassungsreihen (92, 94) zur Erzeugung einer Vielzahl von Bildschnitten eingerichtet ist.
35. System (10) nach Anspruch 34, wobei das System zur Erzeugung einer Vielzahl von Bildschnitten zum separaten Entfalten der teilweise überlappenden Projektionsdaten für jedes Paar angrenzender Erfassungsreihen (96, 98, 100) eingerichtet ist.
36. System (10) nach Anspruch 19, ferner mit einem bewegbaren Tisch (46) zum Tragen des Objekts (22) zwischen der Strahlungsquelle (14) und der Erfassungseinrichtung (18), wobei die Erfassungseinrichtung eine Mehrfachschnitt- Erfassungseinrichtung mit einer Vielzahl von Reihen von Erfassungselementen (20) ist, und das System zur Abtastung des Objekts zur Erfassung von Projektionsdaten zum Variieren eines z-Achsentischinkrements mit einem alternierenden Muster zum Erhalten nicht-überlappender Projektionsdaten entlang der z-Achse von der Vielzahl der Reihen von Erfassungselementen eingerichtet ist.
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