-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren für eine CT-Abbildung und andere
Strahlungsabbildungssysteme und insbesondere die Erfassung und Korrektur
von Daten für
Röhrensprühereignisse.
-
Zumindest
bei einigen Computertomographie-(CT-)Abbildungssystemkonfigurationen projiziert
eine Röntgenquelle
einen kollimierten fächerförmigen Strahl,
so dass er in einer X-Y-Ebene
eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als Abbildungsebene
bezeichnet wird, wie es beispielsweise in der
US 5 400 385 A beschrieben
ist. Der Röntgenstrahl
fällt durch
das abgebildete Objekt, wie einen Patienten. Nach der Dämpfung durch
das Objekt trifft der Strahl auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen.
Die Intensität
der am Erfassungsarray empfangenen gedämpften Strahlung hängt von
der Dämpfung
des Röntgenstrahls
durch das Objekt ab. Jedes Erfassungselement des Arrays erzeugt
ein separates elektrisches Signal, das ein Maß der Strahldämpfung am
Erfassungsort ist. Die Dämpfungsmaße von allen
Erfassungseinrichtungen werden separat zur Erzeugung eines Übertragungsprofils
erfasst.
-
Bei
bekannten CT-Systemen der dritten Generation drehen sich die Röntgenquelle
und das Erfassungsarray mit einem Fasslager in der Abbildungsebene
und um das abzubildende Objekt, so dass sich der Winkel, an dem
der Röntgenstrahl
das Objekt schneidet, konstant ändert.
Die Röntgenquelle
enthält
typischerweise Röntgenröhren, die
den Röntgenstrahl
im Brennpunkt emittieren. Röntgenerfassungseinrichtungen
enthalten typischerweise einen Kollimator zum Kollimieren von an
der Erfassungseinrichtung empfangenen Röntgenstrahlen, einen an den
Kollimator angrenzenden Scintillator und an den Scintillator angrenzende
Photodetektoren.
-
Der
Ausdruck „Röhrensprühen" ("tube-spit") bezieht sich auf
einen temporären
elektrischen Kurzschluss, der manchmal im Inneren einer Röntgenröhre auftritt.
Typischerweise wird beim Auftreten eines Röhrensprühens die Stromversorgung zur
Röntgenröhre temporär unterbrochen,
um eine Bogenbildung zu verhindern. Nach einem Zeitintervall von
beispielsweise ungefähr
einer Millisekunde wird der Röhre
wieder Energie zugeführt.
Während
einer Röhrensprühwiederherstellung
wird kein Röntgenphoton
aus der Röntgenröhre emittiert.
Infolgedessen sind die Messungen der Erfassungseinrichtung während der
Wiederherstellung ungültig.
-
Im
Allgemeinen sollte die Röntgensprühwiederherstellungszeit
kürzer
als das Datenerfassungsabtastintervall sein, um Bildartefakte zu
vermeiden. Steigen Datenabtastraten, ist eine Wiederherstellungszeit
von ungefähr
einer Millisekunde zu lange, um eine Artefakterzeugung zu vermeiden.
-
KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Daten hinsichtlich Röhrensprühereignissen
zu erfassen und zu korrigieren.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Röhrensprüherfassung und -korrektur,
die unter Verwendung einer Softwareverarbeitung durchgeführt werden
können,
anstatt an die Hardware höhere
Anforderungen zu stellen, indem das Zeitintervall zwischen dem Aus-
und Einschalten der Stromversorgung für die Röntgenröhre verringert wird. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
werden bei der Erfassung eines Abtastwerts von Projektionsdaten
die Projektionsdaten gemäß vorbekannten
Vorverarbeitungsalgorithmen vorverarbeitet, die die Anwendung einer
primären
Geschwindigkeitskorrektur der Erfassungseinrichtung bei den Projektionsdaten
beinhalten. Eine derartige primäre
Geschwindigkeitskorrektur beseitigt eine Verunreinigung eines vorhergehenden
Signalabtastwerts von dem aktuellen Abtastwert.
-
Nach
der Vorverarbeitung wird bei dem Abtastwert eine Röhrensprüherfassung
durchgeführt.
Diese Erfassung kann unter Verwendung vieler verschiedener Verfahren
durchgeführt
werden. Im Allgemeinen soll bestimmt werden, ob die Röntgenquelle
einen Leistungsabfall erfahren hat. Insbesondere sollten beim Auftreten
eines Röhrensprühereignisses
Signale an der gesamten Erfassungseinrichtung einen merklichen Abfall
erfahren, da die Röntgenröhrenausgabe
auf nahezu Null verringert wird. Daher kann ein Röhrensprühzustand durch
die Bestimmung erfasst werden, ob die Röntgenröhrenausgabe für einen
Zeitabschnitt sich auf nahezu Null verringert hat.
-
Wird
kein Röntgensprühereignis
erfasst, fährt
die Verarbeitung ohne eine Röhrensprühkorrektur
fort. Wurde ein Röhrensprühereignis
erfasst, dann wird eine Röhrensprühkorrektur
durchgeführt.
Wird ein Röhrensprühereignis
erfasst, bleibt außerdem
die Leistungszufuhr zur Röntgenröhre unterbrochen.
Die hier beschriebene Röhrensprühkorrektur
beseitigt allerdings das Erfordernis, die Anforderungen an die Hardware
zu erhöhen,
indem das Zeitintervall des Unterbrechens der Leistung zu der Röntgenröhre verglichen
mit dem vorstehend beschriebenen Zeitintervall verringert wird,
das heißt,
selbst bei erhöhten
Abtastraten muss das Zeitintervall zum Unterbrechen der Leistungszufuhr
zu der Röntgenröhre nicht
verkürzt
werden. Im Allgemeinen soll die Röhrensprühkorrektur Bildartefakte aufgrund
des Auftretens eines Röhrensprühereignisses
beseitigen. Es können
viele verschiedene Verfahren zur Durchführung einer Röhrensprühkorrektur
verwendet werden.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
1 zeigt
eine bildliche Darstellung eines CT-Abbildungssystems.
-
2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten
Systems.
-
3 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Röhrensprüherfassung- und Korrekturverarbeitung.
-
4 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Röhrensprüherfassungsverarbeitung.
-
5 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Röhrensprühkorrekturverarbeitung.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In
den 1 und 2 ist ein Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem 10 gezeigt,
das ein Fasslager 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung
einer „dritten
Generation" darstellt.
-
Das
Fasslager 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf,
die Röntgenstrahlen 16 in
Richtung eines Erfassungsarrays 18 auf der gegenüberliegenden
Seite des Fasslagers 12 projiziert. Das Erfassungsarray 18 ist
aus Erfassungselementen 20 gebildet, die zusammen die projizierten
Röntgenstrahlen
erfassen, die durch ein Objekt, wie einen medizinischen Patienten 22 fallen.
Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das
die Intensität
eines auftreffenden Röntgenstrahls
und somit die Dämpfung
des Strahls darstellt, wenn er durch das Objekt oder den Patienten 22 fällt. Während einer
Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojektionsdaten
drehen sich das Fasslager 12 und die daran befestigten
Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
und gemäß 2 sind
die Erfassungselemente 20 in einer Reihe angeordnet, so
dass einem einzelnen Bildschnitt entsprechende Projektionsdaten
während
einer Abtastung erfasst werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
sind die Erfassungselemente 20 in einer Vielzahl paralleler Reihen
angeordnet, so dass einer Vielzahl von parallelen Schnitten entsprechende
Projektionsdaten gleichzeitig während
einer Abtastung erfasst werden können.
-
Die
Rotation des Fasslagers 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden
durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert.
Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 28, die
die Röntgenquelle 14 mit
Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Fasslagermotorsteuereinrichtung 30, die
die Rotationsgeschwindigkeit und Position des Fasslagers 12 steuert.
Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet
analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt
die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um.
Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete
und digitalisierte Röntgendaten
vom DAS 32 und führt
eine Bildrekonstruktion mit hoher Geschwindigkeit durch. Das rekonstruierte
Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der
das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.
-
Der
Computer 36 empfängt
auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine
Konsole 40, die eine Tastatur umfasst. Eine assoziierte
Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht dem Bediener
die Betrachtung des rekonstruierten Bildes und anderer Daten vom
Computer 36. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter
werden vom Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen
und Informationen für
das DAS 32, die Röntgensteuereinrichtung 28 und
die Fasslagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient
der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44,
die einen motorisierten Tisch 46 zur Positionierung des
Patienten 22 im Fasslager 12 steuert. Insbesondere
bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 durch
eine Fasslageröffnung 48.
-
3 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Röhrensprüherfassungs- und Korrekturverarbeitung 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Eine derartige Erfassung und Korrektur werden beispielsweise durch
einen Prozessor im DAS 32, in der Bildrekonstruktionseinrichtung 34 oder
im Computer 36 durchgeführt. Anstelle
der Erhöhung
von Anforderungen an die Hardware durch Verringerung des Zeitintervalls
zwischen dem Unterbrechen der Leistungsversorgung für die Röntgenröhre und
der Wiederzufuhr von Energie zu der Röhre während einer Wiederherstellungsperiode
wird die in 3 gezeigte Erfassungs- und Korrekturverarbeitung
unter Verwendung einer Softwaresteuerverarbeitung durchgeführt. Daher
werden die mit Hardware- und Geschwindigkeitsbeschränkungen
verbundenen Schwierigkeiten wie vorstehend beschrieben im Wesentlichen,
wenn nicht ganz vermieden, und hängen
nicht von der Abtastrate des DAS 32 ab.
-
Insbesondere
werden gemäß 3 bei
der Erfassung eines Abtastwerts von Projektionsdaten 102 die Projektionsdaten
entsprechend bekannter Vorverarbeitungsalgorithmen vorverarbeitet,
die die Anwendung einer primären
Erfassungseinrichtungsgeschwindigkeitskorrektur bei den Projektionsdaten
beinhaltet 104. Eine derartige primäre Geschwindigkeitskorrektur
beseitigt eine Verunreinigung eines vorhergehenden Signalabtastwerts
von dem aktuellen Abtastwert.
-
Nach
ausgewählten
Schritten der Vorverarbeitung wird eine Röhrensprüherfassung bei dem Abtastwert
durchgeführt 106.
Diese Erfassung kann unter Verwendung vieler verschiedener Verfahren
durchgeführt werden,
und ein bestimmtes Verfahren wird nachstehend näher beschrieben. Im Allgemeinen
soll bestimmt werden, ob die Röntgenquelle
einen Leistungsabfall erfahren hat. Bei dem Auftreten eines Röhrensprühereignisses
sollten insbesondere Signale an der gesamten Erfassungseinrichtung
einen merklichen Abfall erfahren, da die Röntgenröhrenausgabe sich auf nahezu
Null verringert. Daher kann ein Röhrensprühzustand durch die Bestimmung
erfasst werden, ob sich die Röntgenröhrenausgabe
für einen
Zeitabschnitt auf nahezu Null verringert hat.
-
Wird
ein Röhrensprühereignis
erfasst, wird eine Röhrensprühkorrektur
durchgeführt 110.
Im Allgemeinen sollen Bildartefakte aufgrund des Auftretens eines
Röhrensprühereignisses
beseitigt werden. Obwohl viele verschiedene Verfahren zur Durchführung einer
Röhrensprühkorrektur
verwendet werden können,
wird nachstehend ein bestimmtes Verfahren zur Durchführung einer
Röhrensprühkorrektur
beschrieben. Nach der Durchführung
der Röhrensprühkorrektur 110,
oder wenn kein Röhrensprühereignis
erfasst wurde 108, werden eine weitere Vorverarbeitung 112 und
eine Bildrekonstruktion 114 durchgeführt.
-
4 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Beispielverfahrens für eine Röhrensprüherfassungsverarbeitung 120.
Wie vorstehend beschrieben können
viele alternative Verfahren für
eine derartige Erfassung verwendet werden, einschließlich der
Messung des Stroms oder der Spannung der Energieversorgung für die Röntgenröhre. Plötzliche Änderungen
in der Strom- oder Spannungsmessung sind ein Indiz eines Röhrensprühereignisses.
-
Bei
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird für die Röhrensprüherfassung 106 eine
normalisierte Ableitung von Signalen aus ausgewählten Zellen bezüglich der
Zeit bestimmt 122. Zur Verringerung der Verarbeitungsmenge,
die für
die Erfassung erforderlich ist, werden lediglich ausgewählte Erfassungszellen,
die gering beabstandet sind, als Eingabezellen verwendet. In einer
bekannten Erfassungseinrichtung weist beispielsweise jede Reihe
der Erfassungseinrichtung 888 Kanäle entlang des Kreisbogens
auf. Signale von jeder 35. Erfassungszelle werden zur Verwendung
bei der Röhrensprüherfassung
ausgewählt.
Die Zellen befinden sich nicht unbedingt in der gleichen Erfassungsreihe.
-
Die
Ableitung eines Signals hat die Eigenschaft der Hervorhebung von
Signaländerungen.
Eine normalisierte Ableitung ist im Allgemeinen gegenüber dem
absoluten Signalpegel unempfindlich. Da die Erfassungszellen an verschiedenen
Orten den Röntgenfluss
von verschiedenen Abschnitten des Patienten blockiert sehen, verändert sich
der Signalpegel wahrscheinlich signifikant von einem Kanal zum anderen.
Die Ableitungssignale können
durch Differenzsignale angrenzender Abtastwerte genähert werden.
Natürlich
können auch
andere Ableitungsoperatoren verwendet werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann das normalisierte Differenzsignal wie folgt berechnet werden:
-
In
dieser Gleichung stellt Pij(k) den k-ten
Projektionsauslesewert für
die Erfassungszelle Nummer i in der Reihe j dar.
-
Zur
Vermeidung falscher Positive, die durch die temporäre Blockierung
des Patienten verursacht werden, können die Differenzsignale Dij sortiert und ein Bruchteil der Auslesewerte
vom oberen und unteren Ende fallengelassen werden 124.
Werden beispielsweise 20 Erfassungszellen für die Röhrensprüherfassung verwendet, können fünf Zellen
mit dem niedrigsten Differenzsignal und fünf Zellen mit dem höchsten Differenzsignal
fallen gelassen werden.
-
Als
nächstes
wird ein Durchschnitt der verbleibenden Differenzsignale bestimmt 126 und
mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen 128.
Da die Differenzsignale bezüglich
ihres vorhergehenden Auslesens normalisiert sind, kann ein einziger
Schwellenwert verwendet werden. Beispielsweise zeigt ein Schwellenwert
von 0,5 an, dass das Durchschnittssignal der ausgewählten Zellen
unter 50% seines vorhergehenden Pegels fällt. Wenn dies geschieht, wird
ein Röhrensprühereignis
festgestellt und eine Röhrensprühkorrektur wird
durchgeführt 130.
-
5 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels
einer Röhrensprühkorrekturverarbeitung
140.
Die Röhrensprühkorrektur
110 geschieht
nach der erfolgreichen Erfassung eines Sprühereignisses. Bei der Röhrensprühkorrekturverarbeitung
wird ein nach der Wiederherstellung der Energieversorgung für die Röntgenröhre erfasster
Projektionsdatenabtastwert identifiziert
142. Zur Durchführung dieser
Aufgabe wird ein normalisiertes Differenzsignal zwischen der vorhergehenden
Ansicht und der nächsten
Ansicht folgendermaßen
bestimmt:
-
In
dieser Gleichung 2 wird n auf 1 initialisiert. Liegt das durchschnittliche
Differenzsignal immer noch unter einem vordefinierten Schwellenwert,
zeigt dies an, dass der eingehende Röntgenfluss nicht auf den gewünschten
Pegel wiederhergestellt wurde. Daher sind die Projektionsauslesewerte
nicht zuverlässig.
Dann wird n auf 2 gesetzt, und der Vorgang wiederholt. Dieser Vorgang
wird solange fortgesetzt, bis entweder das durchschnittliche Differenzsignal
unter dem Schwellenwert liegt, oder n größer als ein vordefinierter
Schwellenwert wird. Im ersten Fall wird erfolgreich eine Ansicht
gefunden, die ein gültiges
Projektionsmaß darstellt. Im
zweiten Fall ist das Röhrensprühereignis
zu schwerwiegend, und es ist unwahrscheinlich, dass eine Korrektur
zuverlässige
Ergebnisse liefert. Liegt ein derartiges Ereignis vor, wird dem
Bediener eine Warnnachricht gemeldet, um die Abtastung zu wiederholen,
und es sollte das Wartungspersonal für einen potentiellen Röhrenaustausch
kontaktiert werden.
-
Wurde
eine gültige
Ansicht nach dem Sprühen
lokalisiert, werden die Abtastwerte (oder Ansichten) zwischen dem
Abtastwert vor dem ersten Abtastwert, bei dem das Röhrensprühen erfasst
wird, und dem Abtastwert, der gleich nach der Wiederherstellung
der Energieversorgung für
die Röntgenröhre erfasst
wird (das heißt,
die gültige
Ansicht nach dem Sprühen)
als verdorbene Ansichten festgelegt
144. Die verdorbenen
Ansichten werden dann durch eine Schätzung beruhend auf der Interpolation
der gültigen
Ansichten ersetzt werden
146. Für eine bessere Leistung kann
eine Interpolation hoher Ordnung (beispielsweise ein La Grange-Interpolator)
verwendet werden. Der Einfachheit halber und hinsichtlich der Geschwindigkeit
kann eine lineare Interpolation verwendet werden. Für eine lineare
Interpolation kann die folgende Gleichung verwendet werden:
wobei k + m die erste gültige Ansicht
nach dem Röhrensprühen ist.
-
Die
vorstehend beschriebene Röhrensprüherfassung
und -korrektur erfordert keine höheren
Anforderungen an die Hardware durch Verkürzung des Zeitintervalls zwischen
dem Unterbrechen der Leistungszufuhr für die Röntgenröhre und dem Wiedereinschalten
der Röhre
während
einer Wiederherstellungsperiode. Stattdessen werden die Erfassungs- und Korrekturverarbeitung
unter einer Softwaresteuerverarbeitung durchgeführt. Daher werden die mit Hardware-
und Geschwindigkeitsbegrenzungen assoziierten Schwierigkeiten wie vorstehend
beschrieben im Wesentlichen, wenn nicht ganz vermieden und es besteht
keine Abhängigkeit
von der Abtastrate des DAS.
