DE10164233A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Computertomographie-Herz- oder Organabbildung - Google Patents

Abstract

Eine Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abbildung eines Organs eines Patienten (22), das die Schritte umfasst: Abtasten eines Volumens eines Patientenkörpers, das ein Organ des Patienten enthält, mit einem Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) mit einer Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungseinrichtung (82), die mit einem rotierenden Fasslager (12) verbunden sind, wobei das Erfassungsarray eine Z-Richtung parallel zu einer Rotationsachse des Fasslagers und einer X-Richtung transversal zur Z-Richtung aufweist, Erfassen von Dämpfungsdaten von einer Vielzahl versetzt angeordneter halber Erfassungssegmente (82) des Erfassungsarrays und Rekonstruieren eines Bildes, das das Patientenorgan enthält, unter Verwendung der erfassten Dämpfungsdaten.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren und eine Vor­ richtung für Computertomographie-Herzabbildungssysteme, und insbesondere Verfahren und eine Vorrichtung, die für eine Herzabbildung mit wesentlicher Komponentenwiederverwendung spezialisiert sind.

Bei zumindest einem bekannten Computertomografie-(CT-) Ab­ bildungssystemaufbau projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert ist, damit er in ei­ ner X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als "Abbildungsebene" bezeichnet wird. Der Strahl fällt durch das abgebildete Objekt, wie einen Pati­ enten. Nachdem der Strahl durch das Objekt gedämpft wurde, trifft er auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtun­ gen. Die Intensität der am Erfassungsarray empfangenen ge­ dämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgen­ strahls durch das Objekt ab. Jedes Erfassungselement des Arrays erzeugt ein separates elektrisches Signal, das ein Maß der Strahldämpfung am Erfassungsort ist. Die Dämpfungs­ maße 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 Röntgenstrahl das Objekt schneidet, konstant ändert. Eine Gruppe von Röntgendämpfungsmaßen, d. h. Projektionsdaten, vom Erfas­ sungsarray bei einem Fasslagerwinkel wird als "Ansicht" be­ zeichnet. Eine "Abtastung" des Objekts umfasst einen Satz von Ansichten bei verschiedenen Fasslagerwinkeln oder An­ sichtwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenquelle und der Erfassungseinrichtung. Bei einer axialen Abtastung wer­ den die Projektionsdaten zur Ausbildung eines Bildes verar­ beitet, das einem zweidimensionalen Schnitt durch das Ob­ jekt entspricht. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird im Stand der Technik als gefiltertes Rückprojektionsverfahren be­ zeichnet. Bei diesem Vorgang werden die Dämpfungsmaße von einer Abtastung in ganze Zahlen, sogenannte "CT-Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" umgewandelt, die zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Bildelements auf einer Katodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung verwendet werden.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Computertomographie-(CT- )Abbildungssystem gezeigt, das ein Fasslager 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung der "dritten Generation" dar­ stellt. Das Fasslager 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf, die Röntgenstrahlen 16 in Richtung eines Erfassungsarrays 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Fasslagers 12 pro­ jiziert. Das Erfassungsarray 18 ist durch Erfassungselemen­ te 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrah­ len erfassen, die durch ein Objekt 22 fallen, beispielswei­ se einen medizinischen Patienten. Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität ei­ nes auftreffenden Röntgenstrahls und somit die Dämpfung des Strahls darstellt, wenn er durch den Patienten 22 fällt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojekti­ onsdaten drehen sich das Fasslager 12 und die daran ange­ brachten Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24. Das Er­ fassungsarray 18 kann in einem Ein-Schnitt- oder Mehrfach­ schnittaufbau hergestellt sein. Im Mehrfachschnittaufbau weist das Erfassungsarray 18 eine Vielzahl von Reihen der Erfassungselemente 20 auf, von denen lediglich eine in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Drehung des Fasslagers 12 und der Betrieb der Röntgen­ quelle 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 Fasslagermo­ torsteuereinrichtung 30, die die Drehgeschwindigkeit und Position des Fasslagers 12 steuert. Ein Datenerfassungssys­ tem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Da­ ten von den Erfassungselementen 20 ab, und wandelt die Da­ ten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten von dem DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Das re­ konstruierte 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 Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Eine zugehörige Katodenstrahlröhrenanzeigeein­ richtung 42 ermöglicht dem Bediener die Beobachtung des re­ konstruierten Bildes und anderer Daten vom Computer 36. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden vom Computer 36 zur Bereitstellung von Steuersignalen und Informationen für das DAS 32, die Röntgensteuereinrichtung 28 und die Fasslagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient der Computer 36 eine Tischmotorsteuerein­ richtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zur Positio­ nierung des Patienten 22 im Fasslager 12 steuert. Insbeson­ dere bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 durch eine Fasslageröffnung 48.

In dem Mehrfachschnitt-Abbildungssystem 10 umfasst das Er­ fassungsarray 18 eine Vielzahl paralleler Erfassungsreihen, wobei jede Reihe eine Vielzahl einzelner Erfassungselemente 20 umfasst. Das Abbildungssystem 10 mit der Mehrfach­ schnitt-Erfassungseinrichtung 18 kann eine Vielzahl von Bildern bereitstellen, die ein Volumen des Objekts 22 dar­ stellen. Jedes Bild der Vielzahl der Bilder entspricht ei­ nem separaten "Schnitt" des Volumens. Die "Dicke" oder Apertur des Schnitts hängt von der Dicke der Erfassungsrei­ hen ab.

Beispielsweise enthält gemäß den Fig. 7 und 8 das Mehr­ fachschnitt-Erfassungsarray 18 eine Vielzahl von Erfas­ sungsmodulen 50. Jedes Erfassungsmodul 50 weist eine Viel­ zahl von Erfassungselementen 20 auf. Insbesondere enthält jedes Röntgenerfassungsmodul 50 eine Vielzahl von Fotodio­ den 52, eine Halbleitereinrichtung 54 und zumindest ein flexibles elektrisches Kabel 56. Bekannte Scintillatoren 58 sind über den und angrenzend an die Fotodioden 52 positio­ niert. Die Fotodioden 52 können einzelne Fotodioden oder ein mehrdimensionales Fotodiodenarray sein. Die Fotodioden 52 sind mit den Scintillatoren 58 optisch gekoppelt und er­ zeugen elektrische Ausgaben auf Leitungen 60, die das durch die Scintillatoren 58 erzeugte Licht darstellen. Jede Foto­ diode 52 erzeugt eine separate elektrische Ausgabe 60, die ein Maß der Strahldämpfung für ein bestimmtes Erfassungs­ element 20 darstellt. Gemäß einem bekannten Ausführungsbei­ spiel sind Fotodiodenausgabeleitungen 60 von jedem Erfas­ sungsmodul 50 auf der Oberseite und der Unterseite des Fo­ todiodenarrays angeordnet.

Die Halbleitereinrichtung 54 enthält gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel zwei Halbleiterschalter 62 und 64. Die Schal­ ter 62 und 64 enthalten jeweils eine Vielzahl von Feldef­ fekttransistoren (FET) (nicht gezeigt), die in einem mehr­ dimensionalen Array angeordnet sind. Jeder FET enthält eine Eingangsleitung, die mit einem Fotodiodenausgang 60 elekt­ risch verbunden ist, eine Ausgangsleitung und eine Steuer­ leitung (nicht gezeigt). Die FET-Ausgangs- und Steuerlei­ tungen sind elektrisch durch das flexible Kabel 56 verbun­ den. Insbesondere ist eine Hälfte der Fotodiodenausgangs­ leitungen 60 elektrisch mit jeder FET-Eingangsleitung des Schalters 62 verbunden, wobei die verbleibende Hälfte der Fotodiodenausgangsleitungen 60 elektrisch mit den FET- Eingangsleitungen des Schalters 64 verbunden ist.

Das flexible elektrische Kabel 56 enthält ein erstes Ende (nicht gezeigt), ein zweites Ende (nicht gezeigt) und eine Vielzahl elektrischer Verdrahtungen 66, die dazwischen lau­ fen. Das Kabel 56 kann beispielsweise ein einzelnes Kabel mit vielen ersten Enden 68 und 70 sein oder bei einem ande­ ren bekannten Ausführungsbeispiel viele Kabel enthalten (nicht gezeigt), die jeweils ein erstes Ende (nicht ge­ zeigt) aufweisen. Die FET-Ausgangs- und -steuerleitungen sind mit dem Kabel 56 durch Drahtbonden elektrisch verbun­ den. Die ersten Kabelenden 68 und 70 sind am Erfassungsmo­ dul 50 unter Verwendung von Befestigungsklammern 72 und 74 befestigt. Die Erfassungsmodule 50 sind am Erfassungsarray 18 unter Verwendung von Schienen 76 und 78 befestigt.

Ein bekanntes Erfassungsarray 18 ist bogenförmig. Aller­ dings sind gemäß Fig. 9 Erfassungsarrays in vereinfachten Zeichnungen durch eine flache zweidimensionale Darstellung der der Strahlung 16 ausgesetzten Fläche dargestellt. In solchen Darstellungen definiert die Rotationsachse des Fasslagers 12 eine Z-Richtung des Erfassungsarrays 18. Eine transversale Richtung, d. h., die Richtung, in die sich jede Reihe der Erfassungselemente 20 erstreckt, definiert eine X-Richtung. In Fig. 9 erstrecken sich die Reihen (die nicht separat gezeigt sind) der Erfassungselemente 20 line­ ar in die Ebene des Blatts, aber in Wirklichkeit folgt jede Reihe dem Arkus des Erfassungsarrays 18. Eine Mittellinie 80 in Fig. 9 stellt eine imaginäre Gerade eines Strahls 16 dar, der durch eine Rotationsachse des Fasslagers 12 fällt. Das Erfassungsarray 18 ist zumindest näherungsweise symmet­ risch um die Mittellinie 80, d. h., es ist für den Betrieb unerheblich, ob es eine geringe Asymmetrie in der Anzahl der Erfassungszellen 20 auf jeder Seite der Mittellinie 80 gibt.

Fig. 9 ist nicht maßstabsgetreu. Außerdem sind lediglich wenige Erfassungsmodule 50 in Fig. 9 gezeigt. In einem be­ kannten Abbildungssystem sind im Erfassungsarray 18 sieben- undfünfzig Erfassungsmodule 50 zusammengefügt, die jeweils 16 Reihen mit 16 Elementen aufweisen.

Ein mit bekannten Abbildungssystemen 10 verbundenes Problem besteht darin, dass sie keine Erfassungsarrays haben, die eine ausreichende Anzahl von Reihen von Erfassungselementen 20 bereitstellen, um ein Herz oder anderes Organ des Pati­ enten 22 bei einer einzelnen Umdrehung der Strahlungsquelle 14 und des Erfassungsarrays 18 abzubilden. Somit erfordern bekannte Herz-CT-Abbildungsverfahren mehrfache Umdrehungen und einen wesentlichen Zeitaufwand (relativ zum Herzzyk­ lus).

Es wäre prinzipiell möglich, das gesamte Herz während einer einzelnen Umdrehung unter Verwendung eines größeren Erfas­ sungsarrays 18 abzubilden, das eine ausreichende Anzahl an Erfassungsreihen aufweist, um Dämpfungsdaten von allen Tei­ len des Herzens aufzunehmen. Ein CT-Abbildungssystem 10 mit einem solchen Erfassungsarray 18 würde den Vorteil liefern, dass die Gesamtstrahlungsdosis für den Patienten während einer Herzabtastung verringert werden würde. Allerdings müsste das Erfassungsarray 18 für eine annehmbare Auflösung für Diagnosezwecke massive Datenmengen von einer großen Ge­ samtanzahl an Erfassungselementen erzeugen. Die Bereitstel­ lung eines Datenerfassungssystems 32, das eine solch große Datenmenge handhaben kann, wäre kostspielig.

Die wahlweise Kombination von Daten von einer Vielzahl an­ grenzender Erfassungsreihen (d. h. einer "Makroreihe") zum Erhalten von Bildern ist bekannt, die Schnitte verschiede­ ner ausgewählter Dicken darstellen, was auch die Datenmenge verringert, die durch das Datenerfassungssystem 32 während einer Abtastung zu verarbeiten ist. Würde ein Erfassungsar­ ray 18 bereitgestellt, das groß genug für eine Abbildung des gesamten Herzens während einer einzelnen Umdrehung wä­ re, könnten Reihen zur Verringerung der erzeugten Datenmen­ ge kombiniert wären. Alternativ dazu könnten die Erfas­ sungselemente 20 einfach vergrößert werden, um eine erhöhte Abdeckung zu erreichen, ohne dass massive Datenmengen be­ reitgestellt werden. Allerdings ist mit jeder Alternative das erhebliche Risiko einer Verringerung der Auflösung auf ein inakzeptables Niveau verbunden.

Daher sollen Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstel­ lung einer zufriedenstellenden CT-Herzabbildung mit einer minimalen Anzahl an Umdrehungen einer Röntgenquelle und ei­ ner Erfassungseinrichtung ausgebildet werden. Es wäre fer­ ner erwünscht, eine derartige Abbildung mit einer einzelnen Umdrehung zu bewirken. Ferner sollte die während einer der­ artigen Herz-CT-Abtastung erfasste Datenmenge verringert werden, ohne inakzeptable Abstriche bei der Bildqualität und Auflösung zu machen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Ver­ fahren zur Abbildung eines Organs eines Patienten ausgebil­ det. Das Verfahren enthält die Schritte der Abtastung eines Volumens eines Patientenkörpers, das ein Organ des Patien­ ten enthält, mit einem Computertomographie-(CT- )Abbildungssystem mit einer Strahlungsquelle und einer Er­ fassungseinrichtung, die mit einem rotierenden Fasslager verbunden sind, wobei das Erfassungsarray eine Z-Richtung parallel zu einer Rotationsachse des Fasslagers und eine X- Richtung transversal zur Z-Richtung aufweist, der Erfassung von Dämpfungsdaten von einer Vielzahl versetzt angeordneter Halberfassungssegmente des Erfassungsarrays und der Rekon­ struktion eines Bildes, das das Patientenorgan enthält, un­ ter Verwendung der erfassten Dämpfungsdaten.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann eine zufriedenstellende CT-Herzabbildung mit einer minimalen An­ zahl von Umdrehungen einer Röntgenquelle und einer Erfas­ sungseinrichtung des CT-Abbildungssystems ohne unannehmbare Abstriche in der Bildqualität und Auflösung ausbilden.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Ausfüh­ rungsbeispiels eines Erfassungsarrays der Erfindung, aus der Blickrichtung von der Röntgenquelle zu der Erfassungs­ einrichtung.

Fig. 2 zeigt eine bildliche Darstellung eines zentralen Erfassungsarraymoduls des Erfassungsarrayausführungsbei­ spiels in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Erfas­ sungsarrayausführungsbeispiels mit einer versetzt angeord­ neten/verschobenen Schiene, die zwei Erfassungsarrays ver­ bindet.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines halben Erfassungssegments des Ausführungsbeispiels in Fig. 1. (Einige der halben Erfassungssegmente sind Spiegelbilder des in Fig. 4 gezeigten halben Erfassungssegments.)

Fig. 5 zeigt eine bildliche Darstellung eines herkömmli­ chen CT-Abbildungssystembeispiels.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Systems.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines her­ kömmlichen Beispiels eines CT-Systemerfassungsarrays.

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines her­ kömmlichen 16 × 16-Erfassungsmoduls des in Fig. 7 ge­ zeigten Beispiels des Erfassungsarrays.

Fig. 9 zeigt eine vereinfachte Darstellung des herkömmli­ chen Beispiels des CT-Systemerfassungsarrays gemäß Fig. 7.

Gemäß der vereinfachten Darstellung in Fig. 1 wird ein Er­ fassungsarrayausführungsbeispiel 82 der Erfindung bei einem CT-Abbildungssystem wie dem Abbildungssystem 10 zur Abbil­ dung eines Herzens oder eines anderen Organs des Patienten 22 verwendet. (Fig. 1 ist wie Fig. 9 eine vereinfachte Darstellung.) Das Erfassungsarray 82 ersetzt das Erfas­ sungsarray 18 oder ist als ursprüngliche Ausstattung im Ab­ bildungssystem 10 in Fig. 5 anstelle des Erfassungsarrays 18 vorgesehen. Das Erfassungsarrayausführungsbeispiel 82 macht sich die Tatsache zu Nutze, dass Daten von lediglich einer Hälfte eines Erfassungsbogens, der um den Patienten 22 rotiert wird, erforderlich und äquivalent zu einer hal­ ben Abtastung und Bildrekonstruktion sind. (Jede Erfas­ sungszelle 20 empfängt und misst bei der halben Abtastung Strahlung von zumindest einem 180° Bogen um den Patienten 22.) Das Erfassungsarray 82 umfasst eine Vielzahl halber Erfassungssegmente 84, die auf der linken und rechten Seite einer Mittellinie 80 (genauer gesagt in der positiven und der negativen X-Richtung von der Mittellinie 80) versetzt angeordnet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel des CT- Abbildungssystems 10 ist die Mittellinie 80 als imaginäre Gerade eines Strahls 16 definiert, der durch eine Rotati­ onsachse des Fasslagers 12 fällt. Ohne Bezug zum Abbil­ dungssystem 10 kann die Mittellinie 80 des versetzt ange­ ordneten Erfassungsarrays 82 als imaginäre Gerade parallel zur Z-Richtung definiert werden, die das Erfassungsarray 82 in der X-Richtung halbiert. Die halben Erfassungssegmente 84 grenzen aneinander in Bereichen um die Mittellinie 80 an.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfassungsarrays 82 umfasst eine Vielzahl von Halberfassungssegmenten 84 auf der gleichen Seite der Mittellinie 80. (d. h., die Halber­ fassungssegmente 84 sind versetzt angeordnet.) Allerdings liefert das versetzt angeordnete Ausführungsbeispiel in Fig. 1 Zwischenräume 86 zwischen den Halberfassungssegmen­ ten. Die Zwischenräume 86 liefern Raum für herkömmliche Er­ fassungsmodule 50, die durch die Bereitstellung von Platz für Schienen 88 und 90 zum Halten der Module 50 im Array 82 zu verwenden sind. Außerdem ermöglichen die Zwischenräume 86 das Laufen flexibler elektrischer Kabel 56 weg vom Er­ fassungsarray 82. In den Halberfassungssegmenten 84 haben die Module 50 vier Kanten, und an sie grenzen jeweils höchsten zwei andere Module an.

Gemäß Fig. 2 ist ein zentrales Erfassungsmodul 92 des Er­ fassungsarrays 82 von den herkömmlichen Modulen 20 ver­ schieden aufgebaut. Aufgrund des für die flexiblen Kabel 56 verfügbaren begrenzten Raums und des Vorhandenseins angren­ zender Module in der Z-Richtung sind die zentralen Erfas­ sungsmodule 92 derart aufgebaut, dass ihr flexibles elekt­ risches Kabel 56 in der X-Richtung anstelle der Z-Richtung bezüglich der Befestigung läuft. Zum Bewirken dieses Auf­ baus sind elektrische Ausgangsleitungen 60 (in Fig. 2 nicht gezeigt) und ein Halbleiterschalter 62 auf einer Sei­ te des Erfassungsmoduls 92 entgegen dem herkömmlichen Er­ fassungsmodul 50 angeordnet, bei dem sie auf der Oberseite und Unterseite des Moduls angeordnet sind. Bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel in Fig. 2 werden alle Signale durch ein fle­ xibles elektrisches Kabel 56, das sich in eine Richtung er­ streckt, und einen Halbleiterschalter 62 gehandhabt. Dies ermöglicht die Verwendung der Erfassungsmodule 92 in jedem halben Erfassungssegment einfach durch Orientieren in eine geeignete Richtung, da jedes Erfassungsmodul 92 stumpfe Stöße an drei anderen Kanten hat. Gemäß einem Ausführungs­ beispiel hat das Erfassungsmodul 92 ein breiteres elektri­ sches Kabel 56 als die Erfassungsmodule 50, das sich eng um die freie Kante des Moduls 92 wickelt, damit es nicht mit flexiblen elektrischen Kabeln 56 anderer Module 50 interfe­ riert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Kabel 56 mit einer vorgeformten Rechtwinkelbiegung gebildet. Ferner ha­ ben die zentralen Erfassungsmodule 92 an X-Extremitäten des Erfassungsarray 92 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen extra Befestigungsflansch (nicht gezeigt) zum Befestigen an einer Kollimatorschiene anstelle eines dritten stumpfen Stoßes.

Die zentralen Erfassungsmodule 92 müssen nicht die gleiche Anzahl an Erfassungselementen wie die Erfassungsmodule 50 haben, und sind zur Verringerung von Bildzentrumsartefakten vorgesehen. Daher überspreizen die Erfassungsmodule 92 bei einem Ausführungsbeispiel die Mittellinie 80 in jedem hal­ ben Erfassungssegment 84 und weisen 16 Erfassungszellen 20 in der Z-Richtung und 14 in der X-Richtung auf. Ferner sind die Erfassungszellen 20 bei einem Ausführungsbeispiel in der X-Richtung gepaart (d. h., zwei sind durch Festverdrah­ tung zur Erzeugung eines einzelnen Ausgangs kombiniert). Der "Zweizellenzwischenraum" in der X-Richtung (d. h., 14 Erfassungszellen 20 an Stelle von 16) liefert Raum für ein Fotodiodensignalrouting und ein flexibles Kabelende. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden Erfassungsmodule 92 mit einer größeren oder geringeren Anzahl an Erfassungszel­ len 20 in der X-Richtung verwendet. Die Anzahl der Zellen 20 wird ausgewählt, um sicher zu stellen, dass das Zentrum des Ansichtfeldes des Abbildungssystems 10 geeignet abge­ tastet wird.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, werden zwei Typen von Schienen 88 und 90 beim Aufbau des Erfassungsarrays 82 ver­ wendet und bilden einen Teil eines Postpatientenkollima­ tors. Die Erfassungsmodule 50 des Erfassungsarrays 82 sind an den Schienen 88 und 90 auf ähnliche Weise wie das her­ kömmliche Erfassungsmodul 18 befestigt, beispielsweise durch Schrauben, die durch die Erfassungsmodule 50 in ge­ windete Löcher in den Schienen laufen. Die Schiene 88 ist unbedeutend und erstreckt sich über die gesamte Länge eines halben Erfassungssegments 84 in der X-Richtung. Die Schie­ nen 90 erstrecken sich über das meiste der Länge eines hal­ ben Erfassungssegments außer über einen Abschnitt, an dem sie an ein Erfassungsmodul 92 eines angrenzenden halben Er­ fassungssegments 84 anstoßen. Wie es im Phantom gezeigt ist, erstrecken sie sich an diesem Punkt neben dem zentra­ len Erfassungsmodul 92 diagonal bei einem Ausführungsbei­ spiel, und werden als Befestigungsschiene für ein anderes halbes Erfassungssegment 86 fortgesetzt. Die zentralen Mo­ dule 92 sind jeweils durch Anhaften an die Schienen 90 be­ festigt, da diese unter den Modulen 92 laufen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Erfassungsarrays 82 sind sie an einer freien Kante (d. h., der Kante mit dem angefüg­ ten flexiblen Kabel 56) befestigt. Somit sind die Schienen 88 und 90 vor dem Erfassungsmodul 50 befestigt, und die Schienen 90 verlaufen hinter den zentralen Modulen 92.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Erfassungsmodule 50 und 92 des Erfassungsarrays 82 entfernbar und ersetzbar.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden Postpatientenkollima­ torplatten 102 verwendet. Die Platten 102 sind konventio­ nell außer über den zentralen Erfassungsmodulen 92, wo sich jede über die volle Z-Richtungsdicke der Erfassungseinrich­ tung 82 erstreckt, d. h., zwischen beiden Schienen 88 und über eine Vielzahl zentraler Erfassungsmodule 92. (Herkömmliche Platten 102 erstrecken sich in der Z-Richtung lediglich über ein einzelnes Erfassungsmodul 50.) Verdrah­ tungen 104 des Postpatientenkollimators erstrecken sich transversal zu den Postpatientenkollimatorplatten und stel­ len keine besondere Konstruktionsschwierigkeit dar. In Fig. 1 sind lediglich wenige Postpatientenkollimatorplatten 102 und Verdrahtungen 104 dargestellt.

Bei einem Ausführungsbeispiel sitzen die zentralen Module 92 bündig über den Schienen 90.

Die in Fig. 1 gezeigte Befestigungsanordnung ist lediglich ein Beispiel. Desweiteren sind die Erfassungsarrayausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung skalierbar, beispielsweise da­ hingehend, dass sie eine beliebige Anzahl versetzt angeord­ neter Halberfassungssegmente 84 verwenden können. Fig. 3 stellt ein weiteres Erfassungsarrayausführungsbeispiel 94 mit einer etwas anderen Form als das Erfassungsarrayausfüh­ rungsbeispiel 82 in Fig. 1 dar. Dieses Ausführungsbeispiel hat lediglich zwei halbe Erfassungssegmente 84. Außerdem ist eine Schiene 96 breit genug, um zwei zentrale Erfas­ sungsmodule 92 zu tragen.

Ein Ausführungsbeispiel des Herz-CT-Abbildungssystem 10 verwendet das Erfassungsarray 82 anstelle des Mehrfach­ schnitt-Erfassungsarrays 18. Dieses Ausführungsbeispiel er­ zeugt ein Datenausgabevolumen ähnlich dem eines Standard- Acht-Schnittabbildungssystems 10 unter Verwendung eines herkömmlichen Mehrfachschnitt-Erfassungsarrays 18.

Beispielsweise haben die Erfassungsmodule 92 gemäß einem Ausführungsbeispiel und gemäß den Fig. 2 und 4 sechzehn Zellen in Z und sieben gepaarte Zellen in X für insgesamt 112 Ausgänge pro Modul. Die Erfassungselemente 50 im Be­ reich 98 angrenzend an die zentralen Erfassungsmodule 92 weisen minimal 112 Erfassungszellen 20 in der X-Richtung und ein 13,04 cm Ansichtfeld (FOV) auf. Ein halbes Ansicht­ feld (FOV) bei 541 mm zum Rotationszentrum 58 beträgt 6,52 Grad oder ungefähr 0,0618 Grad pro Zelle. Ein gesamtes FOV eines Herzens des Patienten 22 beträgt daher 13 cm.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden 7 Erfassungsmodule 50 jeweils mit einem Array aus 16 × 16 Erfassungszellen 20 im Bereich 98 angrenzend an das Zentrum der Fasslagerdre­ hung zum Ausbilden eines 13,04 cm Ansichtfeldes verwendet. Die Erfassungszellen 20 bei diesem Ausführungsbeispiel lie­ fern eine 1,25 mm Auflösung in der Z-Richtung. Die Zellen in der X-Richtung sind gepaart (d. h., ihre elektrischen Ausgänge sind miteinander verbunden), so dass lediglich 128 verschiedene Ausgänge pro Erfassungsmodul 50 vorhanden sind. Das Paaren der Zellen 20 in der X-Richtung ermöglicht die Verwendung eines Standarderfassungsmoduls 50 über das Erfassungsarray 82 hinweg mit lediglich untergeordneter Mo­ difikation. Beispielsweise sind die Erfassungsmodule 50 bei einem Ausführungsbeispiel in Paaren fest verdrahtet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden FET-Arrays 62 und 64 anstelle der Festverdrahtung verwendet, so dass der Ge­ winn aller Bildelemente kalibriert werden kann. Der Aufbau der Erfassungsmodule 50 ist ansonsten ähnlich solcher Modu­ le bei bekannten Mehrfachschnitt-Abbildungssystemen.

Die festverdrahtete Paarung (oder ansonsten die Kombination der Ausgänge der Erfassungsmodule 50) verringert die Anzahl der DAS-Dateneingänge, die zur Verarbeitung von Herzbil­ dern erforderlich sind. Außerdem ergibt die Summation in der X-Richtung isotropere Volumenelemente im Bildraum, wenn Erfassungszellen 20 verwendet werden, die wie hier be­ schrieben dimensioniert sind. Die Gesamtanzahl der Erfas­ sungszellen 20 im Bereich 98 beträgt somit 7 × 128 = 896 Zellen pro Array.

Ein zweiter Bereich 100 des halben Erfassungssegments 84 unterstützt die Rekonstruktion eines gesamten FOV. Aller­ dings ist der Bereich 100 nicht zur Ausbildung von Herzab­ bildungseinzelheiten erforderlich und kann somit einer viel niedrigeren Erfassungszellenabtastung als der Bereich 98 unterliegen. Beispielsweise beträgt bei einem Ausführungs­ beispiel ein 48 cm FOV bei 541 mm zum Isozentrum 24, 26, 34 Grad oder 0,0618 Grad pro Erfassungszelle 20. Allerdings werden Daten von den Zellen 20 in jedem Modul 50 im Bereich 100 kombiniert, so dass jedes Modul eine einzelne Ausgabe für jede Reihe liefert. D. h. alle Zellen in jedem Modul werden in der X-Richtung kombiniert, wobei die Auflösung in der Z-Richtung immer noch 1,25 mm beträgt. Somit sieht je­ des Modul 50 16 Ausgänge vor. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Summation der Zellen in der X-Richtung in Modulen 60 durchgeführt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Summation in einer Rückwandplatine des DAS 32 durchge­ führt. In beiden Ausführungsbeispielen liegen insgesamt 426 Erfassungszellen links vom Fasslagerrotationszentrum, be­ ziehungsweise 426 Zellen/16 Zellen pro Modul = 26,63 oder 27 ganze Module 50. Somit gibt es 20 Module 50 im Bereich 100, da 7 Module 50 im Bereich 98 verwendet werden. Mit 20 Modulen 50 und lediglich 16 Ausgängen pro Modul 50 gibt es effektiv 320 Zellenausgänge im Bereich 100.

Durch Kombination der Erfassungszellen 20 auf die vorste­ hend beschriebene Art und Weise liefert das Erfassungsarray 82 eine relativ größere Ortsauflösung nahe der Mittellinie 80 und ein relativ geringere Ortsauflösung entfernt von der Mittellinie 80.

Ein bekanntes DAS 32 aus einem Acht-Schnitt-CT- Abbildungssystem enthält 48 Platinen mit 128 Kanälen pro Platine, was ausreichend Kapazität zur Verarbeitung von 48 × 128 = 6144 Erfassungszellen 20 liefert. Somit liefert das bekannte DAS 32 ausreichend Verarbeitungskapazität für 4,63 halbe Erfassungssegmente 84 (6144 Zellen/ 1328 Zellen pro Erfassungsarray = 4,63 Erfassungsarrays). Bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel ist allerdings ein Erfassungsarray 82 mit 5 halben Erfassungssegmenten 84 zur Abbildung vorgesehen, um eine Herzabdeckung von 13 cm (X) × 10 cm (Z) zu liefern. Somit sind lediglich wenige zusätzliche DAS-Platinen für die zusätzlich erforderlichen Kanäle erforderlich. Bei ei­ nem anderen Ausführungsbeispiel werden zusätzliche Zellen 20 in einem Abschnitt des Bereichs 98 angrenzend an den Be­ reich 100 zur weiteren Verringerung der Datenausgangsmenge aus dem Erfassungsarray ohne erhebliche Abstriche bei der Bildqualität summiert. Dieses Ausführungsbeispiel erfordert auch wenige zusätzliche DAS-Kanäle über die durch das be­ kannte Acht-Schnitt-CT-Abbildungssystem bereitgestellten hinaus. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel mit geringe­ rer Zellenabtastung in den Bereichen 100 und/oder weniger überlappenden Zellen 20 in Bereichen 98 sind keine zusätz­ liche DAS-Platinen oder Kanäle erforderlich.

Eine modifizierte Schleife kann die Röntgendosis im äußeren Niedrigauflösungsabschnitt des Patienten reduzieren.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Abbil­ dung eines Organs des Patienten 22 ein Volumen des Körpers des Patienten 22, dass das interessierende Organ enthält, mit einem Computer-Abbildungssystem 10 abgetastet, das an­ stelle des Erfassungsarrays 18 ein Erfassungsarrays 82 der Erfindung verwendet. Dämpfungsdaten werden von einer Viel­ zahl versetzt angeordneter Halberfassungssegmente 84 des Erfassungsarrays 82 erfasst und ein Bild des Organs des Pa­ tienten 22 wird unter Verwendung der erfassten Dämpfungsda­ ten rekonstruiert.

Es ist somit ersichtlich, dass die hier beschriebenen Aus­ führungsbeispiele eine zufriedenstellende CT-Herzabbildung mit einer minimalen Anzahl an Umdrehungen einer Röntgen­ quelle und einer Erfassungseinrichtung oder bei einigen Ausführungsbeispielen mit lediglich einer einzelnen Umdre­ hung liefern. Des weiteren ist die während einer derartigen Herz-CT-Abtastung erfasste Datenmenge auf ein Niveau redu­ ziert, das durch bekannte Datenerfassungssysteme mit gerin­ ger oder ohne Vergrößerung verarbeitet werden kann, ohne unannehmbare Abstriche bei der Bildqualität und Auflösung zu machen.

Obwohl die Erfindung hinsichtlich verschiedener bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erkennt der Fach­ mann, dass die Erfindung mit Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche ausgeübt werden kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abbildung eines Organs eines Patienten (22), das die Schritte umfasst: Abtasten eines Volumens eines Patienten­ körpers, das ein Organ des Patienten enthält, mit einem Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) mit einer Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungseinrichtung (82), die mit einem rotierenden Fasslager (12) verbunden sind, wobei das Erfassungsarray eine z-Richtung parallel zu einer Rotationsachse des Fasslagers und einer X-Richtung trans­ versal zur Z-Richtung aufweist, Erfassen von Dämpfungsdaten von einer Vielzahl versetzt angeordneter halber Erfassungs­ segmente (82) des Erfassungsarrays und Rekonstruieren eines Bildes, das das Patientenorgan enthält, unter Verwendung der erfassten Dämpfungsdaten.

Claims (20)

1. Verfahren zur Abbildung eines Organs eines Patienten (22) mit den Schritten
Abtasten eines Volumens eines Patientenkörpers, das ein Organ des Patienten enthält, mit einem Com­ putertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) mit ei­ ner Strahlungsquelle (14) und einer Erfassungsein­ richtung (82), die mit einem rotierenden Fasslager (12) verbunden sind, wobei das Erfassungsarray eine Z-Richtung parallel zu einer Rotationsachse des Fasslagers und eine X-Richtung transversal zur Z- Richtung aufweist,
Erfassung von Dämpfungsdaten von einer Vielzahl versetzt angeordneter halber Erfassungssegmente (84) des Erfassungsarrays und
Rekonstruieren eines Bildes, das das Patientenor­ gan enthält, unter Verwendung der erfassten Dämp­ fungsdaten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Er­ fassung der Dämpfungsdaten die Erfassung von Dämp­ fungsdaten mit unterschiedlichen Auflösungen als Funktion der Position in der X-Richtung in jedem halben Erfassungssegment (84) umfasst.

3. Strahlungserfassungseinrichtung (82) für ein Abbil­ dungssystem (10), die eine Mittellinie (80) und eine Vielzahl versetzt angeordneter halber Erfassungsseg­ mente (84) umfasst, die in Bereichen (98, 100) um die Mittellinie angrenzen, wobei die versetzt ange­ ordneten halben Erfassungssegmente jeweils eine Vielzahl von Erfassungsmodulen (50) umfassen.

4. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 3, wobei die versetzt angeordneten halben Erfas­ sungssegmente (84) zumindest einen ersten Modultyp (50) und einen zweiten Modultyp (92) umfassen, wobei der erste Modultyp flexible Kabel (56) aufweist, die sich von diesem in zwei Richtungen erstrecken, und der zweite Modultyp ein flexibles Kabel aufweist, das sich in eine Richtung erstreckt.

5. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 4, wobei der zweite Modultyp (92) die Mittellinie (80) in jedem halben Erfassungssegment (84) über­ spreizt.

6. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 5, wobei das flexible Kabel (56) des zweiten Modul­ typs (92) eine vorgeformte Rechtwinkelbiegung ent­ hält.

7. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 3, die eine X-Richtung und eine Z-Richtung aufweist, wobei der erste Erfassungsmodultyp (50) zum Bereit­ stellen einer unterschiedlichen Anzahl an Ausgängen pro Modul als Funktion des Orts in der X-Richtung eingerichtet ist.

8. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 7, wobei der erste Erfassungsmodultyp (50) Erfas­ sungsmodule mit einer Vielzahl von Erfassungszellen (20) umfasst, die sich in der X-Richtung und der Z- Richtung erstrecken und gepaarte Zellen enthalten.

9. Strahlungserfassungseinrichtung (82) nach Anspruch 3, wobei die versetzt angeordneten halben Erfas­ sungssegmente (84) zumindest einen ersten Erfas­ sungsmodultyp (50) und einen zweiten Erfassungsmo­ dultyp (92) umfassen, wobei der erste Erfassungsmo­ dultyp flexible Kabel aufweist, die sich davon in zwei Richtungen erstrecken, und der zweite Erfas­ sungsmodultyp ein flexibles Kabel (56) aufweist, das sich eine Richtung erstreckt, und einen Satz von Schienen (76, 78) umfassen, an denen der erste Er­ fassungsmodultyp und der zweite Erfassungsmodultyp befestigt sind, wobei sich die Schienen (88, 90) vor dem ersten Erfassungsmodultyp und hinter dem zweiten Erfassungsmodultyp erstrecken.

10. Erfassungsarray (82) nach Anspruch 9, ferner mit ei­ nem Satz von Kollimatorplatten (102), die sich in eine Z-Richtung erstrecken, wobei die Kollima­ torplatten Kollimatorplatten enthalten, die sich über ein einzelnes Erfassungsmodul (50) des ersten Typs erstrecken, und Kollimatorplatten enthalten, die sich über eine Vielzahl der Erfassungsmodule (92) des zweiten Typs erstrecken.

11. Erfassungsarray (82) nach Anspruch 3, wobei die Er­ fassungsmodule (50, 92) entfernbar sind.

12. Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) zur Abbildung eines Organs eines Patienten (22), mit einem rotierendem Fasslager (12) mit einer Rota­ tionsachse (Z-Achse),
einer Strahlungsquelle (14) zum Drehen mit dem rotierenden Fasslager und
einem Mehrfachschnitt-Erfassungsarray (82) zur Drehung mit dem rotierenden Fasslager und zur Erfas­ sung von Dämpfungsdaten von einem Patienten zwischen der Strahlungsquelle und der Erfassungseinrichtung, wobei das Erfassungsarray eine Vielzahl versetzt an­ geordneter Halberfassungssegmente (84) umfasst und zur Bereitstellung von Dämpfungsdaten mit einer re­ lativ höheren Ortsauflösung nahe einer Mittellinie (80) des Erfassungsarrays und einer relativ niedri­ geren Ortsauflösung entfernt von der Mittellinie eingerichtet ist,
einem Datenerfassungssystem (32) zum Empfangen von Dämpfungsdaten von der Erfassungseinrichtung, die die relativ niedrigeren Ortsauflösungsdaten und die relativ höheren Ortauflösungsdämpfungsdaten ent­ halten, und
einer Bildrekonstruktionseinrichtung (34) zur Verwendung der Dämpfungsdaten zur Rekonstruktion ei­ nes Bildes des Organs, was die Verwendung der rela­ tiv niedrigeren Ortsauflösungsdaten beinhaltet, um dadurch Artefakte in dem Bild zu reduzieren.

13. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 12, wobei die versetzt angeordneten halben Erfassungssegmente (84) zumindest einen ersten Modultyp (50) und einen zwei­ ten Modultyp (92) umfassen, wobei der erste Modultyp flexible Kabel (56) aufweist, die sich davon in zwei Richtungen erstrecken, und der zweite Modultyp ein flexibles Kabel aufweist, das sich eine Richtung er­ streckt.

14. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 13, wobei der zweite Modultyp (92) die Mittellinie (80) in jedem halben Erfassungssegment (84) überspreizt.

15. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 14, wobei das flexible Kabel (56) des zweiten Modultyps (92) eine vorgeformte Rechtwinkelbiegung enthält.

16. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 12, wobei die Strahlungserfassungseinrichtung (82) eine X-Richtung und Z-Richtung aufweist, und der erste Erfassungsmo­ dultyp (50) zur Bereitstellung einer unterschiedli­ chen Anzahl an Ausgängen pro Modul als Funktion des Orts in der X-Richtung eingerichtet ist.

17. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 16, wobei der erste Erfassungsmodultyp (50) Erfassungsmodule mit einer Vielzahl von Erfassungszellen (20) aufweist, die sich in der X-Richtung und in der Z-Richtung erstrecken und gepaarte Zellen enthalten.

18. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 12, wobei die versetzt angeordneten halben Erfassungssegmente (84) zumindest einen ersten Erfassungsmodultyp (50) und einen zweiten Erfassungsmodultyp (92) aufweisen, wo­ bei der erste Erfassungsmodultyp flexible Kabel (56) aufweist, die sich davon in zwei Richtungen erstre­ cken, und der zweite Erfassungsmodultyp ein flexib­ les Kabel aufweist, das sich in eine Richtung er­ streckt, und einen Satz von Schienen (76, 78, 88, 90) aufweisen, an denen der erste Erfassungsmodultyp und der zweite Erfassungsmodultyp befestigt sind, wobei sich die Schienen vor dem ersten Erfassungsmo­ dultyp und hinter dem zweiten Erfassungsmodultyp erstrecken.

19. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 18, ferner mit einem Satz von Kollimatorplatten (102), die sich in eine Z-Richtung erstrecken, wobei die Kollima­ torplatten Kollimatorplatten enthalten, die sich ü­ ber ein einzelnes Erfassungsmodul (50) des ersten Typs erstrecken, und Kollimatorplatten enthalten, die sich über eine Vielzahl der Erfassungsmodule (92) des zweiten Typs erstrecken.

20. CT-Abbildungssystem (10) nach Anspruch 12, wobei die Erfassungsmodule (50, 92) entfernbar sind.