DE10140740C1 - Verfahren zum Abtasten eines Untersuchungsobjekts mittels eines Computer-Tomographiegeräts sowie Computer-Tomographiegerät - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Abtasten eines Untersuchungsobjekts mittels eines CT-Geräts mit einer Strahlenquelle, welche um eine Systemachse verlagerbar ist und die ein Strahlenbündel aussendet, das auf ein Detektorsystem trifft, welches Abtastdaten liefert, anhand welcher in einer Bildrecheneinrichtung zweidimensionale Abtast-Bilder des Untersuchungsobjekts ermittelt werden, wobei durch eine Analyse aufgenommener Abtast-Bilder die Position eines sich im Strahlengang befindlichen Körperteils eines Untersuchers beschreibende Parameter bestimmt werden und in Abhängigkeit des Analyseergebnisses die Strahlungsquelle derart gesteuert wird, dass die Strahlung dann, wenn sich der Körperteil im Strahlengang befindet, reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten eines Un­ tersuchungsobjekts mittels eines CT-Geräts mit einer Strah­ lenquelle, welche um eine Systemachse verlagerbar ist und die ein Strahlenbündel aussendet, das auf ein Detektorsystem trifft, welches Abtastdaten liefert, anhand welcher in einer Bildrecheneinrichtung zweidimensionale Abtast-Bilder des Untersuchungsobjekts ermittelt werden.

Als Stand der Technik sind CT-Geräte bekannt, die eine Strah­ lenquelle aufweisen, z. B. eine Röntgenröhre, die ein kolli­ miertes, pyramidenförmiges Strahlenbündel durch das Untersu­ chungsobjekt, z. B. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen aufgebautes Detektorsystem richtet. Die Strahlenquelle und je nach Bauart des CT-Geräts auch das De­ tektorsystem sind auf einer Gantry angebracht, die um das Untersuchungsgerät rotiert. Eine Lagerungseinrichtung für das Untersuchungsobjekt kann entlang der Systemachse relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt werden. Die Position, ausgehend von welcher das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt durch­ dringt, und der Winkel, unter welchem das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry ständig verändert. Jedes von der Strahlung getrof­ fene Detektorelement des Detektorsystems produziert ein Sig­ nal, das ein Maß der Gesamttransparenz des Untersuchungsob­ jekts für die von der Strahlenquelle ausgehende Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem darstellt. Der Satz von Aus­ gangssignalen der Detektorelemente des Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlenquelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Eine Abtastung (Scan) umfasst einen Satz von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder verschiedenen Positionen der Lagerungs­ einrichtung gewonnen wurden. Das CT-Gerät nimmt während eines Scans eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimensi­ onales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts aufbauen zu können. Mit einem aus einem Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen aufgebauten Detek­ torsystem können mehrere Schichten gleichzeitig aufgenommen werden.

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

Weiterhin sind CT-Geräte bekannt, bei denen zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts mit nicht kreisförmigem Quer­ schnitt die Röntgenleistung während der Rotation der Strah­ lenquelle um das Untersuchungsobjekt moduliert werden kann. Wird beispielsweise ein auf dem Rücken liegender Patient ab­ getastet, so ist in der Regel der Weg der Röntgenstrahlung durch den Körper des Patienten in horizontaler Richtung län­ ger als in vertikaler Richtung. Ist eine Modulation der Rönt­ genleistung nicht möglich, so muss diese so eingestellt wer­ den, dass auch für die Projektion mit dem längsten Weg der Strahlung durch den Körper die von dem Detektorsystem gelie­ ferte Signalqualität noch ausreichend ist zur Berechnung ord­ nungsgemäßer Bilder. Für alle anderen Projektionen ist damit die Röntgenleistung nach dem von der Winkelstellung der Strahlungsquelle abhängigen Schwächungsprofil einzustellen. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der DE 198 06 063 A1 beschrieben.

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

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

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine Reduzierung der einem Untersucher zuge­ führten Strahlung bezogen auf die jeweils tatsächliche Posi­ tion eines etwaigen im Strahlengang befindlichen Körperteils des Untersuchers zulässt.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem durch eine Analyse aufge­ nommener Abtast-Bilder die Position eines sich im Strahlen­ gang befindlichen Körperteils eines Untersuchers beschreiben­ de Parameter bestimmt werden und in Abhängigkeit des Analyse­ ergebnisses die Strahlungsquelle derart gesteuert wird, dass die Strahlung dann, wenn sich der Körperteil im Strahlengang befindet reduziert wird.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die dem Unter­ sucher zugeführte Strahlendosis reduziert wird, ohne dass dieser hierfür bereits vor Beginn der Abtastung einen Volu­ menbereich innerhalb des Untersuchungsraums definieren muss, in den er während der Untersuchung einen Körperteil, in der Regel eine Hand bringen wird, und innerhalb dem er sich aus­ schließlich bewegen kann, wenn er vermeiden möchte, dass ihm eine erhöhte Strahlendosis zugeführt wird. Die Erfindung schlägt vor, quasi kontinuierlich zu erfassen, ob sich ein Körperteil des Untersuchers im Strahlengang befindet, um falls dem so ist Parameter zu ermitteln, die die Position des Körperteils im Strahlengang beschreiben. Dies erfolgt erfin­ dungsgemäß durch eine Analyse der aufgenommenen Abtast-Bil­ der, also der zweidimensionalen CT-Bilder, in denen gegebe­ nenfalls das Körperteil, also beispielsweise die Hand sicht­ bar ist. In Abhängigkeit dieser Bildanalyse und der daraus gewonnenen, die Position beschreibenden Parameter wird dann die Strahlungsquelle so gesteuert, dass die Strahlung genau dann reduziert wird, wenn sich der Körperteil im Strahlengang befindet. Dabei wird selbstverständlich die Strahlung bereits dann reduziert, wenn der Körperteil in den Strahlengang ein­ tritt und nicht erst dann, wenn er vollständig im Strahlen­ gang ist. Die Reduzierung wird aufgehoben und mit der vorein­ gestellten Strahlendosis die Untersuchung fortgesetzt, sobald der Körperteil den Strahlengang wieder verlassen hat bzw. die Strahlenquelle soweit weitergedreht wurde, dass der Körper­ teil nicht mehr im Strahlengang ist.

Durch diese quasi als In-situ-Erfassung beschreibbare erfin­ dungsgemäße Abtastweise wird vorteilhaft eine Reduzierung nur dann vorgenommen, wenn sie auch tatsächlich erforderlich ist, so dass etwaige Qualitätsverluste hinsichtlich der aufgenom­ menen Bilder aufgrund einer Strahlungsreduktion nur bei den Bildern auftreten können, wo die Strahlenreduktion auch abso­ lut nötig ist. Darüber hinaus kann aufgrund der ständigen Analyse und damit Positionserfassung auch jede Bewegung des Körperteils erfasst werden, und so der Bereich, innerhalb welchem die Strahlenreduzierung stattfinden muss, kontinuier­ lich angepasst und quasi nachgeführt werden. Das erfindungs­ gemäße Verfahren bietet damit ein hohes Maß an Sicherheit für den Untersucher bei gleichzeitiger Minimierung etwaiger qua­ litativer Nachteile für die Bildaufnahme.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn anhand der Parameter als Analy­ seergebnis ein Volumenbereich, in dem sich der Körperteil befindet, ermittelt wird, in dem die Strahlung reduziert wird. Nach dieser Erfindungsausgestaltung werden also anhand der aufgenommenen Parameter, die innerhalb der Bildanalyse, die mit bekannten Analyseverfahren und -algorithmen durchge­ führt wird, z. B. als Raumkoordinaten erfasst werden, ein Volumenbereich bezogen auf das aufgrund der rotierenden Strahlungsquelle abgetastete Abtastvolumen ermittelt, in dem dann die Strahlenreduzierung erfolgt.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass mittels eines Erfassungssystems umfassend wenigs­ tens eine Kamera Videobilder des von der Strahlung bestriche­ nen Abtastbereichs aufgenommen werden, die zur Ermittlung von die Position des Körperteils beschreibenden Parametern analy­ siert und das Analyseergebnis, gegebenenfalls nach vorheriger Ermittlung eines Volumenbereichs, mit dem Analyseergebnis der Abtast-Bilder verglichen wird, wobei die Reduzierung der Strahlung in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgt. Gemäß die­ ser Erfindungsausgestaltung erfolgt also die Reduzierung nicht nur in Abhängigkeit der Abtast-Bild-Analyse, sondern zusätzlich in Abhängigkeit der mittels eines Video-Erfas­ sungssystems aufgenommenen Videobilder, die zwar einen ähnli­ chen Bildbereich zeigen wie die Abtast-Bilder, jedoch in qua­ litativ anderer Form. Auch diese Videobilder werden erfin­ dungsgemäß mittels eines entsprechenden Analyseverfahrens bzw. Algorithmus bezüglich der Positionsparameter des in den Videobildern gezeigten Körperteils analysiert und ein mit dem Analyseergebnis der Abtast-Bilder vergleichbares Analyseer­ gebnis erstellt. Da in beiden Bildarten das gleiche Körper­ teil - sofern vorhanden - gezeigt ist können vergleichbare Analyseergebnisse erstellt werden. Da beide Bilder jedoch aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen bzw. das Körperteil in unterschiedlichen Ansichten zeigen besteht so die Möglich­ keit zur Parameterkorrelation, das heißt es kann auf diese Weise überprüft werden, ob die Gesamtanalyse richtig ist. Dies erfolgt im Rahmen des Vergleichs.

Im Rahmen des Vergleichs können nun beide Parameter oder Pa­ rameterscharen übereinstimmen bzw. miteinander korrelieren, so dass das Analyseergebnis des Videobilds das Analyseergeb­ nis des Abtast-Bilds bestätigt bzw. anders herum. Daneben besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass die Analyseer­ gebnisse differieren und mithin der Vergleich einen Unter­ schied ergibt. In diesem Fall sind unterschiedliche Verfah­ rensvarianten denkbar.

Zum einen kann erfindungsgemäß bei unterschiedlichen Analyse­ ergebnissen das Analyseergebnis der Abtast-Bilder hinsicht­ lich der weiteren Steuerung der Strahlenquelle Priorität ge­ nießen, das heißt die weitere Steuerung erfolgt primär in Abhängigkeit des Abtast-Bild-Analyseergebnisses. Die Informa­ tion, dass die Analyseergebnisse differieren ist jedoch wich­ tig um im Nachhinein zu überprüfen, inwieweit die Analysever­ fahren die jeweilige Aufgabenstellung korrekt bearbeiten, also insoweit das jeweilige Bild richtig analysieren. Da in der Regel das Abtast-Bild den Körperteil wesentlich näher zeigt und zumeist auch schärfere Kontraste oder Konturen in diesem Bild erkennbar sind ist es zweckmäßig, das Abtast- Bild-Analyseergebnis als Priorität oder Referenz zu werten. Dabei ist es natürlich auch denkbar, das Abtastverfahren bzw. den entsprechenden Abtastalgorithmus der der Videobildabtas­ tung zugrunde liegt entsprechend der Differenz entweder wäh­ rend der Analyse nachzuführen bzw. weiterzuentwickeln oder anzupassen, um die Analyseunterschiede zu kompensieren. Dies kann natürlich auch nachträglich geschehen.

Eine weitere Verfahrensalternative sieht vor, dass bei unter­ schiedlichen Analyseergebnissen im Rahmen des Vergleichs bei­ de Analyseergebnisse miteinander zur Bildung des Vergleichs­ ergebnisses miteinander rechnerisch verknüpft werden, soweit die Parameter eine rechnerische Verknüpfung zulassen und mit­ einander mathematisch korrelierbar sind. Beispielsweise kön­ nen Mittelwerte gebildet werden etc. Das hierdurch rechne­ risch gebildete Vergleichsergebnis wird dann der Strahlen­ quellensteuerung zugrunde gelegt.

Eine dritte denkbare Alternative sieht vor, dass bei unter­ schiedlichen Analyseergebnissen abhängig von der Art und/oder der Größe des Unterschieds ein der Steuerung der Strahlen­ quelle zugrunde zu legendes Analyseergebnis gewählt und die­ sem ein parameterspezifischer Toleranzbereich, gegebenenfalls ein volumenbereichspezifischer Toleranzbereich zugeordnet wird, der bei der Steuerung der Strahlungsquelle berücksich­ tigt wird. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird also kein bevorzugt zu verwendendes Analyseergebnis vorbestimmt, viel­ mehr ist dieses wählbar. Ihm wird ein entsprechender Tole­ ranzbereich zugeordnet, der abhängig vom Unterschied bestimmt werden kann.

Wie beschrieben ist es in jedem Fall zweckmäßig, wenn bei unterschiedlichen Analyseergebnisses das der Analyse der Vi­ deobilder zugrunde liegende Analyseverfahren adaptiv ange­ passt wird, um die Unterschiede zu beseitigen. Z. B. wird ihm Rahmen dieser adaptiven Anpassung der Algorithmus etwas ver­ ändert etc. Die Anpassung hängt natürlich davon ab, welches Analyseverfahren verwendet wird. Analyseverfahren zur Analyse von Bildern, die insbesondere in digitaler Form vorliegen sind hinreichend bekannt.

Als Parameter können erfindungsgemäß die x- und y-Koordinaten eines oder mehrerer charakteristischer Punkte des Körperteils in der jeweiligen Bildebene ermittelt werden. Zweckmäßiger­ weise ist es dabei, mehrere Punkte in ihren Koordinaten zu bestimmen, z. B. die linken und rechten und oberen und unte­ ren Ränder des Körperteils, also beispielsweise der Hand, um auf diese Weise exakt den Körperteilumriss zu erfassen und so beispielsweise den Volumenbereich exakt bestimmen zu können. Ferner kann als Parameter die Position eines oder mehrerer charakteristischer Punkte des Körperteils längs der System­ achse als z-Koordinate ermittelt werden. Dies ist auch bei den Videobildern möglich, nämlich dann wenn mit einer gegebe­ nenfalls zweiten Videokamera gearbeitet wird, die ein Video­ bild mit einer in der Systemachse liegenden Bildebene er­ zeugt. Als Parameter kann auch ferner der Winkelbereich des Segments der von der sich bewegenden Strahlungsquelle be­ strahlten Strahlungsebene ermittelt werden. Die Bestimmung des Winkelbereichs beruht auf einer Analyse der charakteris­ tischen Punkte, die die Position des Eintritts und des Aus­ tritts des Körperteils in bzw. aus dem Strahlenbündel defi­ nieren, wobei der Winkelbereich der Winkel zwischen diesen beiden Punkten ist, um den der Fokus der Strahlenquelle dreht.

Wie bereits beschrieben ist es zweckmäßig wenn die Abtast- Bilder und gegebenenfalls die Videobilder kontinuierlich ana­ lysiert und gegebenenfalls verglichen werden. Auf diese Weise können Bewegungen erfasst werden. Denkbar ist natürlich auch periodisch zu analysieren und zu vergleichen. Auch in diesem Fall können Bewegungen erfasst werden, wobei der Zeitversatz bis eine eingeleitete Bewegung erfasst wird davon abhängt, wie groß die Periode zwischen zwei Analysen ist.

Zur Reduktion der Strahlung kann nach einer ersten Erfin­ dungsausgestaltung die Strahlungsleistung zeitweise herabge­ setzt werden, was entweder durch Variieren des Stroms der Strahlungsquelle oder mittels eines eingebrachten lokalen und der teilweisen Absorption der Strahlung dienenden Filters erfolgen kann. Alternativ kann die Reduktion der Strahlung auch durch Verringern des Querschnitts des Strahlenbündels mit Hilfe einer geeigneten Blendeneinrichtung, die Teil der Strahlungsquelle ist bzw. dieser zugeordnet ist, erfolgen und hierüber die entsprechende Steuerung realisiert werden.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass kontinuierlich oder periodisch anhand durch die Analyse zeitlich hintereinander aufgenommener Abtast- und/oder Videobilder gewonnener, die Position beschreibender Parameter eine Wahrscheinlichkeits­ rechnung zur Ermittlung etwaiger eine Bewegung des Körper­ teils beschreibender Parameter erfolgt, wobei das Ermitt­ lungsergebnis zusammen mit dem nachfolgend neu ermittelten Analyseergebnis verarbeitet wird. Nach dieser Erfindungsaus­ gestaltung werden also bereits früher aufgenommene Analyseer­ gebnisse einer Wahrscheinlichkeitsberechnung unterworfen, um eine sich abzeichnende oder bereits eingeleitete Bewegung vorauszuberechnen und natürlich auch ihre Richtung. Ein sol­ ches Ergebnis kann dann bei der weiteren Analyse neu aufge­ nommener Bilder mit berücksichtigt werden.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Computer-Tomographiegerät geeignet zur Durchfüh­ rung des Verfahrens, umfassend

• - eine Strahlenquelle, welche um eine Systemachse verlager­ bar ist und ein Strahlenbündel aussendet, das auf ein De­ tektorsystem trifft, welches Abtastdaten liefert, anhand welcher in eine Bildrecheneinrichtung zweidimensionale Ab­ tast-Bilder des Untersuchungsobjekts ermittelt werden, wo­ bei sich dieses Computer-Tomographiegerät ferner auszeich­ net durch
• - eine Analyseeinrichtung zum Analysieren der zweidimensio­ nalen Abtast-Bilder zur Ermittlung von die Position eines sich im Strahlengang befindlichen Körperteils eines Unter­ suchers beschreibenden Parametern,
• - sowie eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Strahlen­ quelle in Abhängigkeit des Analyseergebnisses derart, dass die Strahlung dann reduziert wird, wenn sich der Körper­ teil im Strahlengang befindet.

Ferner kann eine Erkennungseinrichtung umfassend wenigstens eine Kamera zur Erzeugung von Videobildern des von der Strah­ lung bestrichenen Abtastbereichs vorgesehen sein, wobei die Videobilder in der Analyseeinrichtung zur Ermittlung von die Position des Körperteils beschreibenden Parametern analysiert werden und wobei die Analyseeinrichtung zum Vergleichen des Analyseergebnisses, gegebenenfalls nach vorheriger Ermittlung entsprechender Volumenbereiche zu den jeweiligen Analyseer­ gebnissen, mit dem Analyseergebnis der Abtast-Bilder ausge­ bildet ist. Die Reduzierung der Strahlung erfolgt dann in Abhängigkeit des Vergleichs.

Die Analyseeinrichtung, deren Analyse unterschiedliche, auf die jeweiligen Bilder spezifizierte Analyseverfahren oder Analysealgorithmen zugrunde liegen, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens zum Ermitteln der x- und y-Koordinaten eines oder mehrerer charakteristischer Punkte des Körperteils in der jeweiligen Bildebene und/oder zum Ermitteln der Posi­ tion eines oder mehrerer charakteristischer Punkte des Kör­ perteils längs der Systemachse als z-Koordinate und/oder zum Ermitteln des Winkelbereichs der Sequenz der von der bewegen­ den Strahlenquelle bestrahlten Strahlungsebene als Parameter ausgebildet sein, wobei die Erkennungseinrichtung je nachdem welche Parameter ermittelt werden auch mehrere Videokameras an unterschiedlichen Positionen umfassen kann.

Die Analyseeinrichtung selbst kann zum kontinuierlichen oder periodischen Analysieren der Abtast-Bilder und gegebenenfalls die Videobilder und gegebenenfalls Vergleichen ausgebildet sein. Im Rahmen des Vergleichs kann seitens der Analyseein­ richtung eine rechnerische Verknüpfung zweier unterschiedli­ cher Ergebnisse zur Bildung des Vergleichsergebnisses erfol­ gen. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Analyseeinrich­ tung bei unterschiedlichen Analyseergebnissen zum Auswählen eines der Steuerung zugrunde zu legenden Analyseergebnisses und zum Zuordnen eines parameter- oder volumenbereichsspezi­ fischen Toleranzbereichs, der bei der Steuerung der Strahlen­ quelle zu berücksichtigen ist, ausgebildet ist, wobei die jeweilige Auswahl und Zuordnung abhängig von der Art und/oder Größe des Unterschieds erfolgen kann.

Schließlich kann die Analyseeinrichtung bei unterschiedlichen Analyseergebnissen zum automatischen Anpassen des der Analyse der Videobilder zugrunde liegenden Analyseverfahrens ausge­ bildet sein. Unter Umständen ist es jedoch auch denkbar, dass die Videobildanalyse als Referenz gegenüber der Abtast-Bild­ analyse dient und Priorität genießt, so dass auch das Abtast- Bildanalyseverfahren bzw. der entsprechende Algorithmus adap­ tiv angepasst werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungs­ beispiel sowie anhand der Zeichnung.

In dieser ist in Form einer Prinzipskizze ein erfindungsgemä­ ßes Computer-Tomographiegerät 1 gezeigt, wobei im linken obe­ ren Bildteil eine frontseitige Ansicht des CT-Geräts gezeigt ist und im rechten Bildteil zur Veranschaulichung der ver­ schiedenen Kamerapositionen eine teilweise geschnittene Auf­ sicht auf das CT-Gerät 1 dargestellt ist.

Das CT-Gerät weist eine Strahlenquelle 2, z. B. eine Röntgen­ röhre auf, die ein kollimiertes, pyramidenförmiges Strahlen­ bündel 3 durch das Untersuchungsobjekt 4, z. B. einem Patien­ ten, auf einen Strahlendetektor 5 richtet. Die Strahlenquelle 2 und in der Regel auch der Strahlendetektor 5 sind auf einer nicht näher gezeigten Gantry angebracht, die um das Untersu­ chungsobjekt rotiert. Das Untersuchungsobjekt selbst liegt auf einer Lagerungseinrichtung, z. B. einem Patientenlage­ rungstisch 6, der entlang der Systemachse, die in der Front­ ansicht gemäß der linken Bilddarstellung des CT-Geräts 1 in der Zeichenebene verläuft, relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt werden kann. Die Position, ausgehend von welcher das Strahlenbündel 3 das Untersuchungsobjekt 4 durchdringt, und der Winkel, unter welchem das Strahlenbündel das Untersu­ chungsobjekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry ständig verändert. Das Strahlenbündel 3 ist relativ schmal bemessen, so dass eine schmale, begrenzte Bildebene 7 abgetastet werden kann. Der gesamte während einer Rotation der Strahlenquelle 2 bestrahlte bzw. abgetastete Raum wird als Abtastvolumen benannt.

Der Strahlendetektor 5 liefert nun bei Bestrahlung Bildsigna­ le, die ein Maß für die Gesamttransparenz des Untersuchungs­ objekts 4 für die von der Strahlenquelle 2 ausgesandte Strah­ lung auf ihrem Weg zum Strahlendetektor darstellt. Der Strah­ lendetektor 5 besteht aus einer Vielzahl einzelner Detektor­ elemente (Pixel), von denen jeder ein Ausgangssignal liefert. Der Satz von Ausgangssignalen aller Detektorelemente, der für eine bestimmte Position der Strahlenquelle 2 gewonnen wird, wird als zweidimensionale Projektion bezeichnet. Eine Abtas­ tung (Scan) umfasst einen vollständigen Satz an Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder der Lage­ rungseinrichtung gewonnen wurden. Das CT-Gerät 1 nimmt wäh­ rend eines Scans eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersu­ chungsobjekts in der Bildebene 7 aufbauen zu können.

Die vom Strahlendetektor 5 gelieferten Signale werden an eine Steuerungseinrichtung 8 gegeben, die eine nicht näher gezeig­ te Bildrecheneinrichtung enthält, in der die zweidimensiona­ len einzelnen Projektionen berechnet werden und daraus ein zweidimensionales Abtast-Bild der Bildebene ermittelt wird.

Da es mitunter vorkommt, dass im Rahmen der Untersuchung eine Intervention, z. B. eine Biopsie oder eine Punktion unter CT- Überwachung erfolgt, kommt es mitunter vor, dass der Untersu­ cher 10 mit einem Körperteil 11, z. B. einer Hand oder dem Arm in der Bildebene 7 arbeitet und mithin bei einer Rotation der Strahlenquelle 2 einer Strahlung ausgesetzt ist. Der Kör­ perteil 11 ist im zweidimensionalen Abtast-Bild sichtbar, da er sich wie gesagt in der Bildebene befindet. In der Analyse­ einrichtung 9 wird das Abtast-Bild nun dahingehend analy­ siert, ob ein Körperteil im Bild dargestellt ist, und wenn ja werden entsprechende Parameter, die die Position des Körper­ teils 11 beschreiben, analysiert und ermittelt. Hierüber er­ hält man also letztlich eine Angabe darüber, wo bezogen auf den Rotationsweg der Röntgenröhre sich der Körperteil 11 be­ findet. Es kann dann genau ermittelt werden, wann der Körper­ teil 11 in den Strahlengang bzw. das Strahlenbündel 3 ein- und aus diesem austritt. Da die exakte Position bekannt ist kann nun über die Steuerungseinrichtung 8, der diese Parame­ ter in der Analyseeinrichtung 9 gegeben werden, die Strahlen­ quelle 2 derart steuern, dass dann, wenn der Körperteil 11 in den Strahlengang eintritt die Strahlung reduziert wird bis zum Austritt des Körperteils, wonach die Strahlung wieder auf die vorgegebene Stärke bzw. Leistung erhöht wird. Es erfolgt also eine positionsabhängige Modulation der Strahlenquelle bzw. der Strahlung, um gezielt die Strahlung dann zu reduzie­ ren, wenn der Körperteil des Untersuchers bestrahlt wird.

Wie der Figur ferner zu entnehmen ist, ist weiterhin ein Er­ kennungssystem 12 vorgesehen umfassend im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel vier separate Videokameras 13, die an unter­ schiedlichen Positionen angeordnet sind. Jede Videokamera 13 liefert eigene Videobilder, die ebenfalls an die Analyseein­ richtung 9 gegeben werden. In der Analyseeinrichtung 9 findet eines separate Analyse dieser Videobilder statt, um zu ermit­ teln, ob in den Videobildern bezogen auf die Lage der abge­ tasteten Bildebene 7 der Körperteil 11 gezeigt ist. Falls dem so ist werden auch hier die videobildspezifischen Parameter, die die Körperteilposition beschreiben, ermittelt. Die Analy­ seergebnisse werden nun mit dem Analyseergebnis der Abtast- Bildanalyse verglichen. Für den Fall, dass beide Analyseer­ gebnisse übereinstimmen wird das Vergleichsergebnis auch hier an die Steuerungseinrichtung 8 gegeben, die dann die Strah­ lenquelle 2 entsprechend steuert. Stimmen die Analyseergeb­ nisse jedoch nicht überein so kann beispielsweise in der Ana­ lyseeinrichtung 9 eine rechnerische Verknüpfung erfolgen, z. B. zur Mittelwertbildung der entsprechenden Parameter, die z. B. als x-, y- und z-Koordinaten aufgenommen werden und Ähnli­ ches. Das hieraus ermittelte Vergleichsergebnis dient dann als Grundlage z. B. für die Berechnung eines Volumenbereichs, in dem sich die Hand befindet und in dem die Strahlung zu reduzieren ist, sowie zur Steuerung der Strahlenquelle 2.

Im Falle etwaiger Unterschiede kann dann seitens der Analyse­ einrichtung 9 eine adaptive Anpassung des Analyseverfahrens bzw. des zugrunde liegenden Analysealgorithmus für die Video­ bildanalyse erfolgen, so dass eine adaptive Positionserken­ nung auch im Videobild möglich ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfassung der relevanten Positions­ daten eines im Abtast-Bild befindlichen Körperteils besteht darin, dass dieser Körperteil im auszugebenden Abtast-Bild, das am Monitor während der Intervention ausgegeben wird, aus­ zublenden, damit dieses die Ansicht des eigentlichen Untersu­ chungsbereichs nicht stört.

Claims (23)

1. Verfahren zum Abtasten eines Untersuchungsobjekts mit­ tels eines CT-Geräts mit einer Strahlenquelle, welche an eine Systemachse verlagerbar ist und die ein Strahlenbündel aus­ sendet, das auf ein Detektorsystem trifft, welches Abtastda­ ten liefert, anhand welcher in einer Bildrecheneinrichtung zweidimensionale Abtast-Bilder des Untersuchungsobjekts er­ mittelt werden, wobei durch eine Analyse aufgenommener Ab­ tast-Bilder die Position eines sich im Strahlengang befindli­ chen Körperteils eines Untersuchers beschreibende Parameter bestimmt werden und in Abhängigkeit des Analyseergebnisses die Strahlungsquelle derart gesteuert wird, dass die Strah­ lung dann, wenn sich der Körperteil im Strahlengang befindet reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass anhand der Parameter als Analyseergebnis ein Volumenbereich, in dem sich der Körper­ teil befindet, ermittelt wird, in dem die Strahlung reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Erfas­ sungssystems umfassend wenigstens eine Kamera Videobilder des von der Strahlung bestrichenen Abtastbereichs aufgenommen werden, die zur Ermittlung von, die Position des Körperteils beschreibenden, Parametern analysiert und das Analyseergebnis, gegebenenfalls nach vorheriger Ermittlung eines Volumenbe­ reichs, mit dem Analyseergebnis der Abtast-Bilder verglichen wird, wobei die Reduzierung der Strahlung in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Analy­ seergebnissen das Analyseergebnis der Abtastbilder hinsicht­ lich der weiteren Steuerung der Strahlenquelle Priorität hat.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Analy­ seergebnissen im Rahmen des Vergleichs beide Analyseergebnis­ se miteinander zur Bildung des Vergleichsergebnisses rechnerisch verknüpft werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Analy­ seergebnissen abhängig von der Art und/oder Größe des Unter­ schieds ein der Steuerung der Strahlenquelle zu Grunde zu legendes Analyseergebnis gewählt und diesem ein parameterspe­ zifischer Toleranzbereich, gegebenenfalls ein volumenbe­ reichsspezifischer Toleranzbereich zugeordnet wird, der bei der Steuerung der Strahlungsquelle berücksichtigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, dass bei un­ terschiedlichen Analyseergebnissen das der Analyse der Video­ bilder zu Grunde liegende Analyseverfahren adaptiv angepasst wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die x- und y-Koordinaten eines oder mehrerer cha­ rakteristischer Punkte des Körperteils in der jeweiligen Bildebene ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die Position eines oder mehrere charakteristischer Punkte des Körperteils längs der Systemachse als z-Koordinate ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter der Winkelbereich des Segments der von der sich bewegenden Strahlenquelle bestrahlten Strahlungsebene ermit­ telt wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Bilder und gegebenenfalls die Videobilder kontinuier­ lich oder periodisch analysiert und gegebenenfalls verglichen werden.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion der Strahlung die Strahlungsleistung zeitweise her­ abgesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Strahlungsleistung durch Variieren des Stroms der Strahlungsquelle oder mittels eines eingebrachten lokalen und der teilweisen Absorption der Strahlung dienenden Filters erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der Strahlung durch Verringern des Querschnitts des Strahlenbündels erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kon­ tinuierlich oder periodisch anhand durch die Analyse zeitlich hintereinander aufgenommener Abtast- und/oder Videobilder gewonnener, die Position beschreibenden Parameter eine Wahr­ scheinlichkeitsrechnung zur Ermittlung etwaiger eine Bewegung des Körperteils beschreibender Parameter erfolgt, wobei das Ermittlungsergebnis zusammen mit dem nachfolgend neu ermit­ telten Analyseergebnis verarbeitet wird.

16. Computer-Tomographiegerät zur Durchführung des Verfah­ rens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
eine Strahlenquelle (2), welche um eine Systemachse verla­ gerbar ist und ein Strahlenbündel (3) aussendet, das auf ein Detektorsystem (5) trifft, welches Abtastdaten lie­ fert, anhand welcher in einer Bildrecheneinrichtung zwei­ dimensionale Abtast-Bilder des Untersuchungsobjekts (4) ermittelt werden,
eine Analyseeinrichtung (9) zum Analysieren der zweidimen­ sionalen Abtast-Bilder zur Ermittlung von die Position ei­ nes sich im Strahlengang befindlichen Körperteils (11) ei­ nes Untersuchers (10) beschreibenden Parametern,
sowie eine Steuerungseinrichtung (8) zum Steuern der Strahlenquelle (2) in Abhängigkeit des Analyseergebnisses derart, dass die Strahlung dann reduziert wird, wenn sich der Körperteil (11) im Strahlengang befindet.

17. Computer-Tomographiegerät nach Anspruch 16, da­ durch gekennzeichnet, dass die Ana­ lyseeinrichtung (9) zum Ermitteln eines Volumenbereichs, in dem sich der Körperteil befindet, innerhalb des von der Strahlenquelle (2) bestrichenen Abtastvolumens ausgebildet ist.

18. Computer-Tomographiegerät nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennungseinrichtung (12) umfassend wenigstens eine Kamera (13) zur Erzeugung von Videobildern des von der Strahlung bestrichenen Abtastbereichs vorgesehen ist, wobei die Video­ bilder in der Analyseeinrichtung (9) zur Ermittlung von die Position des Körperteils (11) beschreibenden Parameter analy­ siert werden, und wobei die Analyseeinrichtung (9) zum Ver­ gleichen des Analyseergebnisses, gegebenenfalls nach vorheri­ ger Ermittlung eines Volumenbereichs, mit dem Analyseergebnis der Abtast-Bilder ausgebildet ist, und die Reduzierung der Strahlung in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgt.

19. Computer-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (9) zum Ermitteln der x- und y- Koordinaten eines oder mehrerer charakteristischer Punkte des Körperteils (11) in der jeweiligen Bildebene und/oder zum Ermitteln der Position eines oder mehrere charakteristischer Punkte des Körperteils (11) längs der Systemachse als z-Ko­ ordinate und/oder zum Ermitteln des Winkelbereichs des Seg­ ments der von der sich bewegenden Strahlenquelle (2) be­ strahlten Strahlungsebene (7) als Parameter ausgebildet ist.

20. Computer-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (9) zum kontinuierlichen oder periodischen Analysieren der Abtast-Bilder und gegebenenfalls die Videobilder und gegebenenfalls Vergleichen ausgebildet ist.

21. Computer-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (9) zur rechnerischen Verknüpfung zweier unterschiedlicher Analyseergebnissen im Rahmen des Vergleichs zur Bildung des Vergleichsergebnisses ausgebildet ist.

22. Computer-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (9) bei unterschiedlichen Analy­ seergebnissen zum Auswählen eines der Steuerung zu Grunde zu legenden Analyseergebnisses und zum Zuordnen eines parameter­ spezifischen Toleranzbereichs, gegebenenfalls eines volumen­ bereichsspezifischen Toleranzbereichs, der bei der Steuerung der Strahlenquelle zu berücksichtigen ist, abhängig von der Art und/oder Größe des Unterschieds ausgebildet ist.

23. Computer-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (9) bei unterschiedlichen Analy­ seergebnissen zum automatischen Anpassen des der Analyse der Videobilder zugrunde liegende Analyseverfahren ausgebildet ist.