DE10141345B4 - Process for imaging sub-mm slices with a computer tomograph - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten eines Objektes (1) mit einem Computertomographen, bei dem ein Computertomograph mit zumindest 2 aneinander grenzenden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) und einer Röntgenstrahlquelle (4) mit zumindest einer in Schichtdickenrichtung (5) wirksamen Blende (6) zur Erzeugung eines gleichzeitig auf die beiden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) auftreffenden Röntgenstrahlbündels (7) eingesetzt wird, mit folgenden Schritten:
– Einstellen der Blende (6) und des Fokusdurchmessers der Röntgenstrahlquelle (4) in Schichtdickenrichtung (5) derart, dass durch jede Zeile (2) von Detektorelementen (3) eine Schicht mit einer Schichtdicke im sub-mm-Bereich erfasst wird;
– Messung der auf die Detektorelemente auftreffenden Röntgenstrahldosis als Messdaten in mehreren Projektionen, wobei bei einer Vielzahl von Projektionen für jede Zeile ein Referenzwert von auf zumindest eines der Detektorelemente (3) auftreffender und nicht durch das Objekt (1) geschwächter Röntgenstrahlung erfasst wird; und
– Normierung der Messdaten für jede Zeile und jede Projektion, für die Referenzwerte erfasst...Method for imaging sub-mm layers of an object (1) with a computer tomograph, in which a computer tomograph with at least 2 adjacent lines (2) of detector elements (3) and an x-ray source (4) with at least one in the layer thickness direction (5) effective aperture (6) is used to generate an X-ray beam (7) which strikes the two rows (2) of detector elements (3) at the same time, with the following steps:
- Setting the aperture (6) and the focus diameter of the X-ray source (4) in the layer thickness direction (5) such that a layer with a layer thickness in the sub-mm range is detected by each row (2) of detector elements (3);
- Measuring the x-ray dose impinging on the detector elements as measurement data in a plurality of projections, a reference value of x-ray radiation impinging on at least one of the detector elements (3) and not weakened by the object (1) being recorded for each line in a plurality of projections; and
- Standardization of the measurement data for each line and each projection for which reference values are recorded ...

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Description

Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten mit einem Computertomographen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten eines Objektes mit einem Computertomographen sowie ein für die Durchführung des Verfahrens ausgebildetes Computertomographie-Gerät.Process for imaging sub-mm layers with a computer tomograph The present invention relates a method for imaging sub-mm layers of an object with a computer tomograph and one for performing the Process-trained computed tomography device.

Ein Computertomograph umfasst unter anderem eine Röntgenröhre, zeilenförmig angeordnete Röntgendetektoren und einen Patientenlagerungstisch. Die Röntgenröhre und die Röntgendetektoren sind an einer Gantry angeordnet, welche um den Patientenlagerungstisch bzw. eine parallel zu diesem verlaufende Untersuchungsachse rotiert. Alternativ hierzu können die Röntgendetektoren auch auf einem feststehenden Detektorring um den Patientenlagerungstisch angeordnet sein, wobei sich nur die Röntgenröhre mit der Gantry bewegt.A computed tomography includes: another an x-ray tube, x-ray detectors arranged in a line and a patient table. The x-ray tube and the x-ray detectors are arranged on a gantry, which around the patient table or an examination axis running parallel to this rotates. Alternatively, you can the X-ray detectors also on a fixed detector ring around the patient table be arranged, with only the x-ray tube moving with the gantry.

Der Patientenlagerungstisch ist in der Regel relativ zu der Gantry entlang der Untersuchungsachse verschiebbar. Die Röntgenröhre erzeugt ein in einer Schichtebene senkrecht zur Untersuchungsachse fächerförmig aufgeweitetes Strahlenbündel. Die Begrenzung dieses Strahlenbündels in Richtung der Schichtdicke wird durch die Größe bzw. den Durchmesser des Fokus auf dem Targetmaterial der Röntgenröhre und eine oder mehrere im Strahlengang des Röntgenstrahlbündels angeordnete Blenden eingestellt. Das Röntgenstrahlbündel durchdringt bei Untersuchungen in der Schichtebene eine Schicht eines Objektes, beispielsweise eine Körperschicht eines Patienten, welcher auf dem Patientenlagerungstisch gelagert ist, und trifft auf die der Röntgenröhre gegenüberliegenden Röntgendetektoren auf. Der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlbündel die Körperschicht des Patienten durchdringt und gegebenenfalls die Position des Patientenlagerungstisches relativ zu der Gantry verändern sich während der Bildaufnahme mit dem Computertomographen kontinuierlich.The patient table is in generally displaceable along the examination axis relative to the gantry. The x-ray tube creates one widened in a fan shape in a layer plane perpendicular to the examination axis Beam. The limitation of this beam in the direction of the layer thickness is determined by the size or diameter of the Focus on the target material of the x-ray tube and one or more im Beam path of the X-ray beam arranged Apertures set. The X-ray beam penetrates in examinations in the layer plane, a layer of an object, for example a body layer of a patient lying on the patient table and hits the one opposite the X-ray tube X-ray detectors on. The angle at which the x-ray beam forms the body layer of the patient and possibly the position of the patient positioning table relative to change the gantry yourself during the image acquisition with the computer tomograph continuously.

Die Intensität der Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels, welche nach der Durchdringung des Patienten auf die Röntgendetektoren treffen, ist abhängig von der Schwächung der Röntgenstrahlen durch den Patienten. Dabei erzeugt jeder der Röntgendetektoren in Abhängigkeit von der Intensität der empfangenen Röntgenstrahlung ein Spannungssignal, welches einer Messung der globalen Transparenz des Körpers für Röntgenstrahlen von der Röntgenröhre zu dem entsprechenden Röntgendetektor entspricht. Ein Satz von Spannungssignalen der Röntgendetektoren, welche Schwächungsdaten entsprechen und für eine spezielle Position der Röntgenstrahlquelle relativ zu dem Patienten aufgenommen wurden, wird als Projektion bezeichnet. Ein Satz von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry während der Umdrehung der Gantry um den Patienten aufgenommen wurden, wird als Scan bezeichnet. Für jede Projektion misst dabei ein so genannter Monitordetektor die Intensität von ungeschwächten Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlbündels, die zur Normalisierung der Spannungswerte der Spannungssignale der Röntgendetektoren und zur Bestimmung der globalen Schwächung der Intensität der Röntgenstrahlung benutzt wird. Der Computertomograph nimmt viele Projektionen an verschiedenen Positionen der Röntgenstrahlquelle relativ zum Körper des Patienten auf, um ein Bild zu rekonstruieren, welches einem zweidimensionalen Schnittbild des Körpers des Patienten oder einem dreidimensionalen Bild entspricht. Das gängige Verfahren zur Rekonstruktion eines Schnittbildes aus aufgenommenen Schwächungsdaten ist als Verfahren der gefilterten Rückprojektion bekannt.The intensity of the x-rays of the x-ray beam, which hitting the x-ray detectors after penetration of the patient depends on the weakening of the x-rays through the patient. Each of the X-ray detectors generates depending on the intensity the received x-rays a voltage signal, which is a measure of global transparency of the body for x-rays from the x-ray tube to the corresponds to the corresponding X-ray detector. A set of voltage signals from the X-ray detectors, which attenuation data correspond and for a special position of the X-ray source Relative to the patient is called the projection designated. A set of projections in different positions of the Gantry during the rotation of the gantry around the patient is recorded referred to as a scan. For a so-called monitor detector measures each projection intensity of undiminished X-rays of the x-ray beam, the for normalizing the voltage values of the voltage signals of the X-ray detectors and to determine the global attenuation of the X-ray intensity is used. The computer tomograph accepts many projections different positions of the x-ray source relative to the body of the patient to reconstruct an image that two-dimensional sectional view of the patient's body or a corresponds to three-dimensional image. The common procedure for reconstruction a sectional image from recorded attenuation data is a method the filtered rear projection known.

Typische Schichtdicken, die mit dem Computertomographen bei einer Projektion oder während eines Scans erfasst werden, liegen im Bereich zwischen 1 und 10 mm. Röntgenstrahlbündel mit einem geringeren Durchmesser in Schichtdickenrichtung lassen sich derzeit aufgrund des nicht beliebig verkleinerba ren Fokusdurchmessers auf dem Targetmaterial der Röntgenröhre nicht mit ausreichender Röntgenstrahlintensität erzeugen. Werden Bildaufnahmen mit einer höheren Auflösung in Schichtdickenrichtung, im Folgenden auch als z-Richtung bezeichnet, benötigt, so werden bisher ein oder mehrere in z-Richtung wirksame Blenden vor der Detektorzeile angeordnet. Durch diese Maßnahme können Schichtdicken im sub-mm-Bereich vermessen werden.Typical layer thicknesses with the Computer tomographs are acquired during a projection or during a scan, are in the range between 1 and 10 mm. X-ray beam with a smaller diameter in the layer thickness direction can be currently due to the focus diameter, which cannot be reduced arbitrarily not on the target material of the X-ray tube with sufficient X-ray intensity. Will take pictures with a higher resolution in the layer thickness direction, hereinafter also referred to as the z direction, needed So far, one or more diaphragms are effective in the z direction arranged in front of the detector line. This measure enables layer thicknesses in the sub-mm range be measured.

Diese Maßnahme ermöglicht zwar eine höhere Messauflösung in z-Richtung, führt jedoch zu einem Verlust von bis zu 50% der bildwirksamen Röntgenquanten, die den Körper des Patienten durchdringen, von der detektorseitigen Blende jedoch abgeblockt werden. Diese so genannte Überstrahlung führt zu einer unerwünschten erhöhten Strahlenbelastung des Patienten.This measure allows a higher measurement resolution in z direction however, a loss of up to 50% of the image-effective X-ray quanta, the body penetrate the patient, but from the detector-side aperture be blocked. This so-called overexposure leads to a undesirable increased Radiation exposure to the patient.

Aus der prioritätsälteren nicht vorveröffentlichten DE 101 35 873 A1 ist ein Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten eines Objektes mittels eines Computertomographen bekannt. Dabei wird ein schmaler Strahlenfächer derart ausgeblendet und gemessen, das jede von zwei benachbarten Zeilen eines Detektorarrays eine Schicht mit einer Dicke im sub-mm-Bereich erfasst. Über eine Normierung von Daten ist nichts ausgesagt.From the older priority not pre-published DE 101 35 873 A1 a method for image recording of sub-mm layers of an object by means of a computer tomograph is known. A narrow beam fan is blanked out and measured in such a way that each of two adjacent rows of a detector array detects a layer with a thickness in the sub-mm range. Nothing is said about standardizing data.

Auch die US 5 864 598 betrifft die tomographische Messung von sub-mm-Schichten, jedoch ohne auf Detektoren und Normierung von Daten einzugehen.Also the US 5,864,598 relates to the tomographic measurement of sub-mm slices, but without going into detectors and standardizing data.

Eine Normierung der Messwerte der einzelnen Reihen eines Detektorarrays auf das gemessene Strahlprofil ist der US 5 583 903 zu entnehmen.The measurement values of the individual rows of a detector array are normalized to the measured beam profile US 5,583,903 refer to.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten eines Objektes mit einem Computer tomographen anzugeben, das keine Überstrahlung des Patienten erfordert.Based on this state of the art The object of the present invention is to provide a method for imaging sub-mm layers of an object with a computer tomograph, which does not require the patient to be irradiated.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Weiterhin wird mit Patentanspruch 6 ein Computertomograph angegeben, der für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens ausgebildet ist.The task is with the procedure according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method are the subject of Dependent claims. Furthermore, a computer tomograph is specified with claim 6, the for the implementation of the present method.

Die Aufgabe wird durch Einsatz eines Computertomographen mit zumindest zwei aneinander grenzenden Zeilen von Detektorelementen gelöst, der in einer bestimmten Art und Weise betrieben wird. Derartige Computertomographen mit zwei oder mehr aneinander grenzenden Zeilen von Detektorelementen werden zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer nebeneinander liegender Schichten eingesetzt. Im vorliegenden Verfahren wird das Röntgenstrahlbündel in etwa auf die Mitte zwischen zwei aneinander grenzende Detektorzeilen justiert. Die Breite des Strahlenbündels in Schichtdicken- bzw. z-Richtung wird über die Ausdehnung des Fokus in der Röntgenröhre und die ein oder mehreren röhrenseitigen Blenden derart begrenzt, dass von der auf jede Detektorzeile nur ein Anteil im sub-mm-Bereich auftrifft. Da sich bei gängigen in Computertomographen eingesetzten Röntgenröhren eine Breite des Strahlenbündels in z-Richtung von minimal etwa 0,8 bis 1 mm einstellen lässt, werden durch die Aufteilung dieses Strahlenbündels auf zwei aneinander grenzende Detektorzeilen zwei benachbarte Schichten mit einer Schichtdicke von etwa 0,4 bis 0,5 mm erfasst. Selbstverständlich lässt sich diese Schichtdicke bei Verbreiterung des Strahlenbündels auch erhöhen oder bei Verringerung der Dicke des Strahlenbündels – soweit technisch möglich – noch weiter verringern. In jedem Falle kann mit dem vorliegeraden Verfahren bei gegebener minimaler Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels in z-Richtung eine Schichtdicke mit der halben Dicke dieses Röntgenstrahlbündels vermessen werden. Hierbei ist keine detektorseitige Blende erforderlich, die zu einem Verlust an Röntgenquanten führen würde. Es werden somit bei der Bildaufnahme annähernd alle bildwirksamen Röntgenquanten verwertet.The task is accomplished by using a Computer tomographs with at least two adjacent lines solved by detector elements, the is operated in a certain way. Such computed tomographs with two or more adjacent rows of detector elements become for the simultaneous recording of several side by side Layers used. In the present method, the x-ray beam is in approximately in the middle between two adjacent detector lines adjusted. The width of the beam in layer thickness or z direction is over the extent of the focus in the x-ray tube and the one or more tube side Apertures so limited that only on each detector line a portion in the sub-mm range hits. Since common in Computer tomographs used a width of the beam in X-ray tubes z direction from minimal about 0.8 to 1 mm, by dividing this beam into two adjacent ones Detector lines two adjacent layers with a layer thickness from about 0.4 to 0.5 mm. Of course, this layer thickness can when the beam is broadened also increase or if the thickness of the beam is reduced - if technically possible - even further reduce. In any case, you can use the straightforward procedure given the minimal expansion of the x-ray beam in Measure a layer thickness with half the thickness of this X-ray beam in the z direction become. No diaphragm on the detector side is required here would lead to a loss of X-ray quanta. It are almost all image-effective X-ray quanta during image acquisition recycled.

Für eine Vielzahl der erfassten Projektionen wird zusätzlich in jeder Zeile mit einem Detektorelement ein Referenzwert erfasst, der die Intensität eines auf das Detektorelement auftreffenden, nicht vom Objekt geschwächten Anteils des Röntgenstrahlbündels misst. Auf diesen Referenzwert werden die erfassten Messdaten jeder Projektion, für die Referenzwerte existieren, für jede Zeile getrennt, normiert. Diese Maßnahme ist erforderlich, um eine Verschiebung des Röntgenstrahlbündels gegenüber den Detektorzeilen während eines Scans zu kompensieren, die gerade bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens zu nennenswerten Artefakten führen könnte. Vorzugsweise wird diese Normierung für jede Projektion durchgeführt. Unter Umständen kann die Ausdehnung des Untersuchungsobjektes jedoch die Erfassung der Referenzwerte für einzelne Projektionen, bei denen das Untersuchungsobjekt alle Detektorelemente abschattet, verhindern.For a large number of the projections recorded are also shown in each line with a detector element records a reference value, the the intensity a portion that strikes the detector element and is not weakened by the object of the X-ray beam. The measured data of each projection, for the reference values exist for each line separately, standardized. This measure is required to a shift of the X-ray beam compared to the Detector lines during to compensate for a scan that is currently being performed when the present method could lead to significant artifacts. Preferably will this standardization for every projection done. Under certain circumstances the extent of the object under examination, however, the detection of the Reference values for individual projections, in which the examination object contains all detector elements shadows, prevent.

Die im Folgenden auch als Nachnormierung bezeichnete Normierung der Messdaten jeder Projektion und jeder Zeile auf einen Referenzwert, der mit Detektoren der Detektorzeilen erfasst wird, entspricht nicht der so genannten Monitornormierung, bei der eine Intensitätsschwankung der von der Röntgenröhre emittierten Röntgenstrahlung erfasst und zur Normierung der Messdaten herangezogen wird. Der für die Monitornormierung eingesetzte Monitordetektor muss derart angeordnet und ausgebildet sein, dass er unabhängig von geometrischen Bedingungen der Messanordnung ist. Im vorliegenden Fall kann dieser Monitor daher nicht durch ein einzelnes Detektorelement einer Detektorzeile gebildet werden, wie dies bei einzeiligen Computertomographen aufgrund der Größe der Detektorelemente und der zentralen Justierung des Röntgenstrahlbündels auf diese Detektorelemente der Fall ist.The one also referred to below as post-standardization Standardization of the measurement data of each projection and each line to one Reference value, which is recorded with detectors of the detector rows, does not correspond to the so-called monitor standardization, in which one intensity fluctuation the one emitted by the x-ray tube X-rays is recorded and used to standardize the measurement data. The for the Monitor normalization used monitor detector must be arranged in this way and be trained to be independent of geometric conditions the measuring arrangement is. In the present case, this monitor can therefore not by a single detector element of a detector line be formed, as is the case with single-line computer tomographs the size of the detector elements and the central adjustment of the X-ray beam to this Detector elements is the case.

In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird ein derartiger Monitordetektor ebenfalls eingesetzt. Dies kann durch Anordnung eines zusätzlichen Detektorelementes in der Nähe der Röntgenröhre erfolgen.In a preferred embodiment The present method uses such a monitor detector also used. This can be done by ordering an additional Detector element nearby the X-ray tube.

Mit dem vorliegenden Verfahren sind die Patienten aufgrund der optimalen Quantennutzung keiner erhöhten Strahlenbelastung durch Überstrahlung ausgesetzt. Weiterhin ist keine zusätzliche Mechanik zur Einstellung der sub-mm-Schichten erforderlich, so dass gegenüber bekannten Lösungen mit zusätzlicher detektorseitiger Blende Kostenvorteile zu erwarten sind. Erfindungsgemäß wurde hierbei erkannt, dass diese Vorteile durch geeigneten Einsatz eines zumindest zweizeiligen Detektors in Verbindung mit der beschriebenen Nachnormierung der Messdaten erreicht werden können.With the present procedure the patients did not experience increased radiation exposure due to the optimal quantum use exposed by overexposure. Furthermore, there is no additional Mechanism required to adjust the sub-mm layers so that across from known solutions with additional detector-side aperture cost advantages are expected. According to the invention recognized here that these advantages through the appropriate use of a at least two-line detector in connection with the described Standardization of the measurement data can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden die Detektoren für die Bildung der Referenzwerte jeweils nach Durchführung einer Projektion, d.h. einer Messdatenaufnahme während einer Winkelstellung der Röntgenröhre, bestimmt. Hierzu wird das Minimum der Messdaten jeder Zeile herangezogen, das. aufgrund des Messprinzips der Detektoren dem Minimum der gemessenen Schwächung des Röntgenstrahlbündels entspricht. Dieses Minimum wird als Referenzwert genommen, falls es unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt. Der Grenzwert wird eingesetzt, um eine Fehlnormierung bei Projektionen zu vermeiden, bei denen das gesamte Röntgenstrahlbündel durch das Objekt geschwächt wird. Liegt der Referenzwert unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes, so kann davon ausgegangen werden, dass dieser Wert einer ungeschwächten Röntgenstrahlintensität entspricht. Da die Messdaten in der Regel bereits in logarithmierter Form vorliegen, kann die Normierung durch einfache Subtraktion des Referenzwertes von allen Messdaten einer Detektorzeile durchgeführt werden.In a preferred embodiment of the present method, the detectors for the formation of the reference values are determined in each case after carrying out a projection, ie a measurement data recording during an angular position of the X-ray tube. For this purpose, the minimum of the measurement data of each line is used, which, due to the measuring principle of the detectors, corresponds to the minimum of the measured attenuation of the X-ray beam. This minimum is taken as the reference value if it is below a predefinable limit. The limit value is used to avoid incorrect normalization in projections in which the entire x-ray beam is weakened by the object. If the reference value is below the specified limit value, it can be assumed that this value corresponds to an unattenuated X-ray intensity. Since the measurement data is usually already in in logarithmic form, the normalization can be carried out by simply subtracting the reference value from all measurement data of a detector line.

In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden für die Ermittlung des Minimums bzw. des Detektorelementes oder Messkanals, der den Referenzwert misst, nur die äußeren Detektorelemente jeder Detektorzeile herangezogen, um Rechenzeit zu sparen.In one embodiment of the present method be for the determination of the minimum or the detector element or measuring channel, which measures the reference value, only the outer detector elements of each Detector line used to save computing time.

Der Computertomograph zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens umfasst neben den üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen eine zumindest zweizeilige Detektoranordnung, eine Röntgenstrahlquelle mit in z-Richtung einstellbarem Fokusdurchmesser und zumindest eine auf der Seite der Röntgenquelle angeordnete Blende mit in z-Richtung verstellbarer Blendenöffnung. Der Computertomograph umfasst in bekannter Weise den Hochfrequenzgenerator für die Röntgenquelle sowie eine Steuerung für die Drehung der Gantry und die Ansteuerung der Röntgendetektoren zur Messdatenaufnahme. Weiterhin ist ein Bildrechner vorgesehen, dem die erfassten Messdaten zur Erzeugung der Schichtbilder zugeführt werden. Im vorliegenden Fall umfasst der Computertomograph zusätzlich eine Auswerteeinheit, die sowohl in der Steuerung, im Bildrechner oder auch getrennt von beiden vorgesehen sein kann, und die Ermittlung der Referenzwerte sowie die Normierung der Messdaten auf die Referenzwerte vornimmt.The computer tomograph for performing the In addition to the usual method from the state of the art Features known in the art are an at least two-line detector arrangement, an x-ray source with adjustable focus diameter in the z-direction and at least one on the side of the x-ray source arranged aperture with adjustable aperture in the z-direction. The computer tomograph comprises the high-frequency generator in a known manner for the X-ray source as well a controller for the rotation of the gantry and the control of the X-ray detectors for measuring data acquisition. Furthermore, an image computer is provided, to which the measured data acquired be supplied to generate the layer images. In the present case the computer tomograph additionally includes an evaluation unit, which are both in the control, in the image computer or separately from both can be provided, and the determination of the reference values as well normalizes the measurement data to the reference values.

Das vorliegende Verfahren sowie der dazugehörige Computertomograph werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The present procedure and the associated Computer tomographs are described below using an exemplary embodiment briefly explained again in connection with the drawings. in this connection demonstrate:

1 eine schematische Ansicht eines Teils eines Computertomographen zur Gewinnung von Schnittbildern einer Körperschicht eines Patienten; 1 a schematic view of part of a computer tomograph for obtaining sectional images of a body layer of a patient;

2 ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten eines Computertomographen zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens; 2 is a schematic block diagram of components of a computer tomograph for performing the present method;

3 eine vereinfachte Darstellung von zwei Zeilen aneinander grenzender Detektorelemente, wie sie im vorliegenden Computertomographen eingesetzt werden; und 3 a simplified representation of two lines of adjacent detector elements, as used in the present computer tomograph; and

4 zur Veranschaulichung schematisch das Auftreffen des Röntgenstrahlbündels auf die beiden Detektorzeilen der 3 in einer Ansicht senkrecht zur z-Richtung. 4 to illustrate schematically the impact of the X-ray beam on the two detector lines of the 3 in a view perpendicular to the z direction.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Teil eines Computertomographen zur Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse bei der Messdatenaufnahme. Der Computertomograph weist eine Röntgenquelle in Form einer Röntgenröhre 4 auf, die ein fächerförmiges Röntgenstrahlbündel 7 in Richtung auf eine Detektorbank mit – aus dieser Figur nicht ersichtlichen – zwei Zeilen 2 von Detektorelementen 3 emittiert. Sowohl die Röntgenröhre 4 als auch die Detektorelemente 3 sind an einer Gantry 9 angeordnet, welche kontinuierlich um einen Patienten 1 rotieren kann. Der Patient 1 liegt auf einem in 1 nicht dargestellten Patientenlagerungstisch, der sich in die Gantry 9 erstreckt. Die Gantry 9 rotiert in einer x-y-Ebene eines in 1 angedeuteten kartesischen Koordinatensystems x-y-z. Der Patientenlagerungstisch ist entlang der z-Achse, die der Schichtdickenrichtung 5 der jeweils darzustellenden Schichten des Patienten 1 entspricht, beweglich. In der Figur ist weiterhin die vom Röntgenstrahlbündel 7 durchstrahlte Schicht 10 zu erkennen, von der ein Schichtbild erzeugt werden soll. 1 shows a schematic view of a part of a computer tomograph to illustrate the geometric relationships in the measurement data recording. The computer tomograph has an x-ray source in the form of an x-ray tube 4 on which is a fan-shaped X-ray beam 7 towards a detector bank with two lines, which cannot be seen in this figure 2 of detector elements 3 emitted. Both the x-ray tube 4 as well as the detector elements 3 are on a gantry 9 arranged which continuously around a patient 1 can rotate. The patient 1 lies on an in 1 Patient table, not shown, which is in the gantry 9 extends. The gantry 9 rotates one in an xy-plane 1 indicated Cartesian coordinate system xyz. The patient positioning table is along the z-axis, that of the layer thickness direction 5 the patient's slices to be displayed 1 corresponds, movable. The figure also shows that of the X-ray beam 7 irradiated layer 10 to recognize from which a slice image is to be generated.

Die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels 7 in z-Richtung wird durch die Ausdehnung des Fokus des Elektronenstrahls der Röntgenröhre auf dem Targetmaterial (in z-Richtung) in Verbindung mit der Apertur der Blende 6 vor der Röntgenröhre 4 vorgegeben. Diese Ausdehnung, die Idealerweise zu einem parallelen Röntgenstrahlbündel 7 führt, ist aus der Figur nicht ersichtlich.The expansion of the x-ray beam 7 in the z-direction is due to the expansion of the focus of the electron beam of the X-ray tube on the target material (in the z-direction) in connection with the aperture of the diaphragm 6 in front of the x-ray tube 4 specified. This expansion, ideally to a parallel X-ray beam 7 leads, is not apparent from the figure.

2 zeigt eine andere Ansicht des Computertomographen von 1. 2 repräsentiert ein schematisches Blockdiagramm, das wesentliche Systemkomponenten des vorliegenden Computertomographen zeigt. In der Figur ist die Gantry 9 mit der Röntgenröhre 4 und der gegenüberliegenden Detektorbank mit den zwei Zeilen 2 von Röntgendetektoren 3 zu erkennen. Die Röntgenröhre 4 wird über einen Hochspannungsgenerator 12 mit einer Hochspannung von beispielsweise 120 kV versorgt. Eine Steuerung 13 dient der Ansteuerung der einzelnen Komponenten des Computertomographen, insbesondere des Hochspannungsgenerators 12, der Gantry 9, der Detektoren 3 sowie der nicht dargestellten Patientenliege, zur Durchführung der Messdatenaufnahme. Die Messdaten werden an einen Bildrechner 14 weitergeleitet, in dem die Bildrekonstruktion aus den Messdaten durchgeführt wird. 2 shows another view of the computer tomograph of 1 , 2 represents a schematic block diagram which shows essential system components of the present computer tomograph. In the figure is the gantry 9 with the x-ray tube 4 and the opposite detector bank with the two lines 2 of X-ray detectors 3 to recognize. The X-ray tube 4 is via a high voltage generator 12 supplied with a high voltage of, for example, 120 kV. One control 13 is used to control the individual components of the computer tomograph, in particular the high-voltage generator 12 , the gantry 9 , the detectors 3 and the patient couch, not shown, for performing the measurement data recording. The measurement data are sent to an image computer 14 forwarded in which the image reconstruction is carried out from the measurement data.

In der Figur ist weiterhin das in der Schichtebene fächerförmig aufgeweitete Röntgenstrahlbündel 7 zu erkennen, das – gegebenenfalls nach Schwächung durch den Patientenkörper 1 – auf die Detektoren 3 auftrifft. Die Ausdehnung dieses Röntgenstrahlbündels 7 in z-Richtung, in der vorliegenden Darstellung die Richtung senkrecht zur Zeichenebene, wird einerseits durch die Ausdehnung des Fokus 11 auf der Drehanode der Röntgenröhre 4 und andererseits durch die röhrenseitig angeordnete Blende 6 vorgegeben, deren Blendenöffnung in z-Richtung verstellbar ist. Die Größe des Fokus 11 kann in bekannter Weise über geeignete Ablenkung bzw. Fokussierung des auf das Targetmaterial, d.h. die Drehanode, auftreffenden Elektronenstrahls innerhalb bestimmter Bereiche gesteuert werden. Durch geeignete Abstimmung der Blendenöffnung der Blende 6 auf den Durchmesser des Fokus 11 lässt sich ein Strahlenbündel 7 mit minimaler Ausdehnung in z-Richtung von etwa 1 mm erzeugen.The figure also shows the X-ray beam widened in a fan shape in the layer plane 7 to recognize that - if necessary after weakening by the patient's body 1 - on the detectors 3 incident. The expansion of this x-ray beam 7 in the z-direction, in the present illustration the direction perpendicular to the plane of the drawing, is on the one hand due to the expansion of the focus 11 on the rotating anode of the x-ray tube 4 and on the other hand through the aperture arranged on the tube side 6 specified, the aperture opening is adjustable in the z direction. The size of the focus 11 can be controlled in a known manner by suitable deflection or focusing of the electron beam impinging on the target material, ie the rotating anode, within certain ranges. By suitable adjustment of the aperture of the aperture 6 on the diameter of the focus 11 a beam of rays 7 with minimal expansion in Generate z-direction of about 1 mm.

Dies ist anhand der 3 und 4 nochmals ersichtlich, wobei 3 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Draufsicht auf die beiden nebeneinander liegenden Zeilen 2 von Detektorelementen 3 zeigt. In 4 ist der durch die Ausdehnung des Fokus 11 der Röntgenröhre 4 in z-Richtung 5 und die Öffnung der Blende 6, ebenfalls in z-Richtung, vorgegebene Strahldurchmesser des stark vereinfacht dargestellten Röntgenstrahlbündels 7 in Schichtdickenrichtung zu erkennen. Das in dieser Ansicht annähernd parallel dargestellte Röntgenstrahlbündel 7 trifft vorzugsweise mittig auf die Grenzlinie zwischen den beiden Detektorzeilen 2 auf. Bei vorgegebenem oder minimal möglichem Strahldurchmesser des Röntgenstrahlbündels 7 in z-Richtung wird somit von den Detektorelementen 3 jeder Detektorzeile 2 eine Schichtdicke erfasst, die dem halben Strahldurchmesser des Röntgenstrahlbündels 7 entspricht. Hierdurch können bei einer Breite des Röntgenstrahlbündels von beispielsweise 1 mm ohne das Erfordernis detektorseitiger Blenden mit einem Scan zwei sub-mm-Schichten von jeweils 0,5 mm erfasst werden, ohne einen signifikanten Verlust von bildwirksamen Quanten in Kauf nehmen zu müssen. Selbstverständlich trifft hierbei aufgrund der Ausdehnung des Fokus 11 und der Blendenöffnung der Blende 6 auch seitlich der Auftrefffläche des dargestellten zentralen Strahlbündels 7 ein geringer Anteil an Röntgenstrahlung als Halbschatten auf die Detektorfläche auf, wie dies durch den gestrichelten Verlauf angedeutet ist.This is based on the 3 and 4 again visible, whereby 3 in a simplified schematic representation, a top view of the two adjacent rows 2 of detector elements 3 shows. In 4 is by expanding the focus 11 the x-ray tube 4 in the z direction 5 and opening the bezel 6 , likewise in the z-direction, predetermined beam diameter of the x-ray beam shown in a highly simplified manner 7 recognizable in the layer thickness direction. The X-ray beam shown approximately parallel in this view 7 preferably meets the center line between the two detector lines 2 on. With a given or minimum possible beam diameter of the X-ray beam 7 in the z direction is thus from the detector elements 3 every detector line 2 recorded a layer thickness that is half the beam diameter of the X-ray beam 7 equivalent. As a result, with a width of the x-ray beam of, for example, 1 mm, two sub-mm layers of 0.5 mm each can be detected with a scan without the need for diaphragms on the detector side, without having to accept a significant loss of image-effective quanta. Of course, due to the expansion of the focus 11 and the aperture of the aperture 6 also to the side of the impact surface of the central beam shown 7 a small proportion of X-rays as penumbra on the detector surface, as is indicated by the dashed course.

Die Justierung des Röntgenstrahlbündels 7 auf die Grenzlinie zwischen den beiden Detektorzeilen 2 kann durch eine einfache Luftmessung erfolgen, bei der auf gleiche Signalhöhe der Signale beider Zeilen justiert wird.The adjustment of the x-ray beam 7 on the borderline between the two detector lines 2 can be done by a simple air measurement in which the signals of both lines are adjusted to the same signal level.

Da sich bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens leichte geometrische Abweichungen des Röntgenstrahlbündels von der Grenzlinie zwischen den Detektorzeilen 2 auf die jeweiligen Signalhöhen auswirken, wird eine Nachnormierung der Messdaten durchgeführt. Die geometrischen Abweichungen können einerseits durch die Drehanodenfrequenz der Röntgenröhre und andererseits durch die hohen Gravitationskräfte bei der Umdrehung der Röntgenstrahlquelle um den Patiententisch hervorgerufen werden. Erfindungsgemäß wurde hierbei erkannt, dass die erforderliche Nachnormierung durch einen einzigen Korrekturwert für jede Projektion möglich ist. Für diese Normierung wird das Messsignal eines Detektorelementes jeder Detektorzeile herangezogen, das eine nicht durch den Patientenkörper geschwächte Röntgenstrahldosis erfasst. Dieses Detektorelement kann von Projektion zu Projektion variieren. Die Messdaten jeder Detektorzeile werden bei jeder Projektion auf diesen gemessenen Referenzwert normiert. Abweichungen des Röntgenstrahlbündels von der Grenzlinie zwischen den beiden Detektorzeilen wirken sich auch auf das Messsignal des jeweiligen Detektorelementes für den Referenzwert aus, so dass die Normierung auf diesen Wert sowohl die gravitationsbedingten Abweichungen als auch die Abweichungen aufgrund der Drehanodenfrequenz erfasst. Durch die Nachnormierung werden Schichtbilder im sub-mm-Bereich erhalten, die keine geometrisch bedingten Artefakte aufweisen.As there are slight geometric deviations of the X-ray beam from the boundary line between the detector lines when the present method is carried out 2 the measurement data are then normalized. The geometric deviations can be caused on the one hand by the rotating anode frequency of the X-ray tube and on the other hand by the high gravitational forces when the X-ray source rotates around the patient table. According to the invention, it was recognized here that the required post-normalization is possible for each projection by means of a single correction value. For this normalization, the measurement signal of a detector element of each detector line is used, which detects an X-ray dose not weakened by the patient's body. This detector element can vary from projection to projection. The measurement data of each detector line are normalized to this measured reference value with each projection. Deviations of the x-ray beam from the boundary line between the two detector lines also have an effect on the measurement signal of the respective detector element for the reference value, so that the normalization to this value captures both the deviations caused by gravity and the deviations due to the rotating anode frequency. The post-normalization results in slice images in the sub-mm range that have no geometrically determined artifacts.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Nachnormierung derart durchgeführt, dass zunächst das Minimum einer Projektion bzw. eines Readings für jede Detektorzeile erfasst wird. Ist dieses Minimum kleiner als ein Grenzwert (vorzugsweise ein Maximalwert ohne Objekt, z.B. 400 GU), so wird dieses Minimum von allen Messwerten der Projektion subtrahiert, ansonsten nicht. Die Minimumsuche kann dabei auf äußere Detektorelemente bzw. Kanäle jeder Zeile beschränkt werden.In the present embodiment the post-normalization is carried out in such a way that the Minimum of a projection or reading for each detector line recorded becomes. If this minimum is less than a limit (preferably a maximum value without an object, e.g. 400 GU), this will be the minimum subtracted from all measured values of the projection, otherwise not. The minimum search can be on outer detector elements or channels each line limited become.

Die Auswerteeinheit 8 zur Durchführung der Nachnormierung ist beispielhaft in 2 zwischen der Steuerung 13 und dem Bildrechner 14 dargestellt.The evaluation unit 8th to carry out the post-standardization is exemplified in 2 between the controller 13 and the image calculator 14 shown.

Zusätzlich wird beim vorliegenden Verfahren die übliche Monitornormierung durchgeführt, wobei in diesem Falle jedoch kein einzelnes Detektorelement 3 einer Detektorzeile 2 als Monitor eingesetzt werden kann. Hierfür kann ein zusätzlicher Detektor im Strahlengang des Röntgenstrahlbündels, vorzugsweise auf Seite der Röntgenröhre, angeordnet werden.In addition, the usual monitor normalization is carried out in the present method, but in this case no individual detector element 3 a detector line 2 can be used as a monitor. For this purpose, an additional detector can be arranged in the beam path of the x-ray beam, preferably on the x-ray tube side.

Claims (6)

Verfahren zur Bildaufnahme von sub-mm-Schichten eines Objektes (1) mit einem Computertomographen, bei dem ein Computertomograph mit zumindest 2 aneinander grenzenden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) und einer Röntgenstrahlquelle (4) mit zumindest einer in Schichtdickenrichtung (5) wirksamen Blende (6) zur Erzeugung eines gleichzeitig auf die beiden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) auftreffenden Röntgenstrahlbündels (7) eingesetzt wird, mit folgenden Schritten: – Einstellen der Blende (6) und des Fokusdurchmessers der Röntgenstrahlquelle (4) in Schichtdickenrichtung (5) derart, dass durch jede Zeile (2) von Detektorelementen (3) eine Schicht mit einer Schichtdicke im sub-mm-Bereich erfasst wird; – Messung der auf die Detektorelemente auftreffenden Röntgenstrahldosis als Messdaten in mehreren Projektionen, wobei bei einer Vielzahl von Projektionen für jede Zeile ein Referenzwert von auf zumindest eines der Detektorelemente (3) auftreffender und nicht durch das Objekt (1) geschwächter Röntgenstrahlung erfasst wird; und – Normierung der Messdaten für jede Zeile und jede Projektion, für die Referenzwerte erfasst wurden, auf den jeweiligen Referenzwert.Process for image acquisition of sub-mm layers of an object ( 1 ) with a computer tomograph, in which a computer tomograph with at least 2 adjacent lines ( 2 ) of detector elements ( 3 ) and an X-ray source ( 4 ) with at least one in the layer thickness direction ( 5 ) effective aperture ( 6 ) to generate a simultaneous on the two lines ( 2 ) of detector elements ( 3 ) incident X-ray beam ( 7 ) is used, with the following steps: - Setting the aperture ( 6 ) and the focus diameter of the X-ray source ( 4 ) in the direction of layer thickness ( 5 ) such that through each line ( 2 ) of detector elements ( 3 ) a layer with a layer thickness in the sub-mm range is detected; - Measurement of the x-ray dose impinging on the detector elements as measurement data in a plurality of projections, a reference value of at least one of the detector elements for each line in the case of a plurality of projections 3 ) striking and not due to the object ( 1 ) weakened X-rays are detected; and - normalization of the measurement data for each line and each projection for which reference values have been recorded to the respective reference value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert für jede Projektion aus dem Minimum der aus den Messdaten der Detektorelemente (3) jeder Zeile erhaltenen Schwächungswerte ermittelt wird, das unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt.A method according to claim 1, characterized in that the reference value for each projection from the minimum that from the measurement data of the De tector elements ( 3 ) each line of attenuation values obtained is determined which is below a predefinable limit value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur äußere Detektorelemente (3) jeder Zeile (2) bei der Ermittlung des Referenzwertes einbezogen werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that only outer detector elements ( 3 ) each line ( 2 ) are included in the determination of the reference value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Normierung durch Subtraktion der logarithmierten Referenzwerte von den logarithmierten Messdaten erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that normalization by subtracting the logarithmic reference values from the logarithmic measurement data. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Monitornormierung auf über einen getrennt von den Detektorelementen angeordneten Monitordetektor erhaltene Monitor-Referenzwerte erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that continue a monitor normalization on over a separate from the Monitor reference values obtained detector elements arranged monitor detector he follows. Computertomograph zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest zwei aneinander grenzenden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) und einer Röntgenstrahlquelle (4) mit zumindest einer in Schichtdickenrichtung (5) wirksamen Blende (6) zur Erzeugung eines gleichzeitig auf die beiden Zeilen (2) von Detektorelementen (3) auftreffenden Röntgenstrahlbündels (7), wobei die Öffnung der Blende (6) und der Fokusdurchmesser der Röntgenstrahlquelle (4) in Schichtdickenrichtung (5) einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (8) zur Ermittlung der Referenzwerte und zur Normierung der Messdaten auf die Referenzwerte vorgesehen ist.Computer tomograph for performing the method according to one of the preceding claims, with at least two adjacent lines ( 2 ) of detector elements ( 3 ) and an X-ray source ( 4 ) with at least one in the layer thickness direction ( 5 ) effective aperture ( 6 ) to generate a simultaneous on the two lines ( 2 ) of detector elements ( 3 ) incident X-ray beam ( 7 ), the opening of the aperture ( 6 ) and the focus diameter of the X-ray source ( 4 ) in the direction of layer thickness ( 5 ) are adjustable, characterized in that an evaluation unit ( 8th ) is provided to determine the reference values and to standardize the measurement data to the reference values.
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