DE102004051518A1

DE102004051518A1 - Verfahren und Vorrichtung zur radiographischen Bildgebung mit einem auf ein zu scannendes Objekt zugeschnittenen Energiestrahl

Info

Publication number: DE102004051518A1
Application number: DE102004051518A
Authority: DE
Inventors: Thomas L. Brookfield Toth; Eric J. Tkacyk; Jiang Brookfield Hsieh
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: CN102512194A; NL1027338C2; US7076029B2; JP2005131398A; US20060198496A1; US20050089146A1; US7260182B2; US20080013689A1; CN1611190A; US7630477B2; NL1027338A1; JP4558446B2

Abstract

Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum maßgerechten Zurichten des Profils (92) eines Röntgenstrahls (90) auf ein spezielles Subjekt (22, 134) zur radiographischen Bildgebung beschrieben. Die Erfindung beinhaltet eine Filteranordnung (94) mit einem Paar Filter (96, 98), von denen jedes Filter während der Datenakquisition durch eine Motoranordnung (112, 114) dynamisch gesteuert werden kann. Die Filter (96, 98) sind in dem Röntgenstrahl (90) so positionierbar, dass sie das Intensitätsprofil (92) des Röntgenstrahls (90) formen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die Filter (96, 98) während einer CT-Datenakquisition, basierend auf der Gestalt des Subjekts (22, 134), dynamisch positioniert. Außerdem ist ein Verfahren zur Bestimmung der Gestalt des Subjekts (22, 134) vor der CT-Datenakquisition offenbart.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die diagnostische Bildgebung und mehr im Einzelnen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Filterung von während einer radiographischen Bildgebung zu einem Subjekt hin emittierter Strahlung in der Weise, dass diese entsprechend der Gestalt und/oder Stellung eines abzubildenden Subjekts zugeschnitten ist.

In radiographischen Bildgebungssystemen emittiert typischerweise eine Röntgenstrahlquelle Röntgenstrahlen zu einem Subjekt oder Objekt, einem Patienten oder einem Gepäckstück hin. Im Nachfolgenden können die Ausdrücke „Subjekt" und „Objekt" gegeneinander austauschbar dazu verwendet werden, irgend etwas zu beschreiben, das abgebildet werden kann. Der Strahl trifft, nachdem er durch das Subjekt geschwächt wurde, auf ein Array von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der an dem Detektorarray empfangenen geschwächten Strahlung hängt typischerweise von der Schwächung der Röntgenstrahlen ab. Jedes Detektorelement des Detektorarrays erzeugt ein eigenes elektrisches Signal, das für den von dem jeweiligen Detektorelement empfangenen geschwächten Strahl kennzeichnend ist. Die elektrischen Signale werden zur Analyse einem Datenverarbeitungssystem übermittelt, das schlussendlich ein Bild erzeugt.

Bei Computertomographie(CT)-Bildgebungssystemen werden die Röntgenstrahlquelle und das Detektorarray mit einer Gantry in einer Bildgebungsebene und rings um das Subjekt umlaufen lassen. Zu den Röntgenstrahlquellen zählen typischerweise Röntgenröhren, die an einem Brennpunkt Röntgenstrahlung in Strahlform emittieren. Röntgenstrahldetektoren beinhalten typischerweise einen Kollimator zum Kollimieren der an dem Detektor empfangenen Röntgenstrahlen, einen Szintillator, um Röntgenstrahlen anschließend an den Kollimator in Lichtenergie umzusetzen und eine Photodiode, um die Lichtenergie von einem angrenzenden Szintillator zu empfangen und daraus elektrische Signale zu erzeugen. Typischerweise setzt jeder Szintillator eines Szintillatorarrays Röntgenstrahlen in Lichtenergie um. Jede Photodiode detektiert die Lichtenergie und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal. Die Ausgangsgrößen der Photodioden werden dann dem Datenverarbeitungssystem zur Bildrekonstruktion übermittelt.

Es besteht ein zunehmendes Bedürfnis danach die von einem Patienten während einer Bildgebungssitzung empfangene Strahlendosis zu reduzieren. Es ist allgemein bekannt, dass eine wesentliche Reduktion der Dosis durch Verwendung eines „Bowtie"-Filters zum Formen des Intensitätsprofils eines Röntgenstrahls erzielt werden kann. Durch Verwendung eines Bowtie-Filters können Oberflächendosisreduzierungen von bis zu 50% erreicht werden. Außerdem ist es bekannt, dass verschiedene anatomische Bereiche eines Patienten zur Reduzierung der Strahlungsdosis vorteilhafterweise unterschiedliche gestaltete Bowtie-Filters erfordern. So kann z.B. zum Scannen des Kopfes oder eines kleinen Gebietes eines Patienten ein Bowtie-Filter erforderlich sein, dass anders gestaltet ist wie ein Filter, das während einer Scannsitzung eines großen Körpers eingesetzt wird. Der Wunsch geht deshalb dahin ein Bildgebungssystem zu haben, bei dem eine große Anzahl Bowtie-Filterformen zur Verfügung stehen, um eine möglichst gute Anpassung an jeden Patienten zu ermöglichen. Ein Bildgebungssystem mit einer ausreichend großen Zahl Bowtie-Filter zu versehen, um den beim Scannen zahlreicher Patienten angetroffen Idiosyncrasie (charakteristische Eigenschaften) Rechnung zu tragen, kann aber deshalb problematisch sein, weil nicht jeder einzelne Patient in Betracht gezogen werden kann. Außerdem erhöht die Herstellung eines Bildgebungssystems mit einer Vielzahl von Bowtie-Filtern die gesamten Herstellungskosten des Bildgebungssystems.

Darüberhinaus muss für eine optimale Dosiswirksamkeit, d.h. beste Bildqualität bei der geringst möglichen Dosis, das von dem Bowtie-Filter erzeugte Schwächungsprofil speziell für den jeweiligen Patienten geeignet sein. Das bedeutet, dass es zweckmäßig und zu bevorzugen ist, bei der Auswahl eines dem Patienten vorgeschalteten Filters (pre-patient-filter) die Größe, Gestalt und die jeweilige Lage des Patienten zu berücksichtigen. Indem die Größe, Gestalt und Lage des Patienten berücksichtigt werden, kann die Strahlungsbelastung für den jeweiligen Patienten maßgeschneidert werden. Außerdem ist es bekannt, dass Photonenzähl(PT)- und Energiediskriminierungs-(ED)-CT-Systeme heute nicht möglich sind, und zwar insbesondere deswegen, weil der große dynamische Bereich der Photonenflussrates die Zählgeschwindigkeitsmöglichkeiten gebräuchlicher PT- und ED-Detektoren übersteigt. Das Zuschneiden des dem Patienten vorgeschaltenen Filters auf das zu scannende Subjekt erlaubt es aber auch das Filter so zu gestalten, dass die Photonenfluss-Rates in einem Bereich minimiert werden, der eine fortgesetzte Entwicklung von PT- und ED-CT-Systemen erlaubt. Wie oben erwähnt, sind die Unterschiede zwischen den Patienten in dem möglichen Subjekt-Pool verhältnismäßig groß und ein CT-System mit einem dem Patienten vorgeschalteten Filter für jedes mögliche Patientenprofil auszurüsten ist, wird nicht nur durch den Kostenaufwand verhindert, sondern ist schlicht nicht möglich.

Es besteht deshalb der Wunsch nach der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur dynamischen Filterung der zur Datenakquisition zu einem Subjekt hin emittierten Strahlung in einer auf spezielle physikalische Eigenschaften des Subjekts zugeschnittenen Weise. Außerdem wäre es erwünscht ein System zu haben, das die zu dem Subjekt hin emittierte Strahlung während der Datenakquisition, basierend auf einem sogenannten Scout-Scan (Vorscan) des Subjekts zumisst.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Definieren eines zugemessenen (tailo-red) Schwächungsprofils eines vor einem Subjekt liegenden strahlformenden Filters, das die oben erwähnten Nachteile überwindet. Es wird eine Filteranordnung geschaffen, die ein Paar Filter aufweist, von denen jedes Filter durch eine Motoranordnung während der Datenakquisition dynamisch steuerbar ist. Die Filter können in dem Röntgenstrahl so positioniert werden, dass sie das Profil des Röntgenstrahls formen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die Filter während der CT-Datenakquisition, basierend auf der Gestalt des Subjekts, dynamisch positioniert. Außerdem wird ein Verfahren zur Bestimmung der Gestalt des Subjekts vor der CT-Datenakquisition beschrieben.

Es wird deshalb gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Strahlformungsfilteranordnung beschrieben. Die Filteranordnung beinhaltet ein erstes bewegliches Filter mit einer ungleichmäßigen Dicke und ein zweites bewegliches Filter, das von dem ersten beweglichen Filter unabhängig ist und eine ungleichmäßige Dicke aufweist. Jedes Filter ist so ausgelegt, dass es in einen elektromagnetischen Energiestrahl hoher Frequenz zur Schwächung des Strahls für die radiographische Datenakquisition eingebracht werden kann.

Gemäß einem anderen Aspekt ist ein CT-System beschrieben, das eine umlaufende Gantry mit einer Öffnung zur Aufnahme eines zu scannenden Subjekts und eine elektromagnetische HF-Energieprojektionsquelle aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen elektromagnetischen HF-Energiestahl auf das Subjekt richtet. Eine vor dem Subjekt liegende Filteranordnung, die ein Paar Filter beinhaltet und ein Szintillator-Array mit einer Anzahl Szintillatorzellen, von denen jede Zelle zur Detektion von durch das Subjekt durchgehender elektromagnetischer HF-Energie ausgelegt ist, sind außerdem vorgesehen. Das CT-System beinhaltet außerdem ein Photodioden-Array, das mit dem Szintillator-Array optisch gekoppelt ist und eine Anzahl Photodioden aufweist, die so ausgelegt sind, dass sie von einer jeweils entsprechenden Szintillatorzelle abgegebenes Licht detektieren und schließlich ein Datenakquisitionssystem (DAS), das mit dem Photodioden-Array verbunden und so gestaltet ist, dass es die Ausgangswerte der Photodioden empfängt. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung ist vorgesehen, die mit dem DAS verbunden und so ausgelegt ist, dass sie aus den von dem DAS empfangenen Photodiodenausgangswerten ein Bild des Subjekts rekonstruiert. Das CT-System beinhaltet außerdem eine Steuereinrichtung (Controller), die so ausgelegt ist, dass sie jedes Filter des Filterpaares, unabhängig für sich, in dem elektromagnetischen HF-Energiestrahl derart positionieren kann, dass der Stahl so moduliert wird, dass er ein Profil aufweist, das im Wesentlichen wenigstens einer angenäherten Gestalt des Subjekts gleicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Röntgenstrahlfilteranordnung mit einem ersten und einem zweiten Filter. Eine erste Motoranordnung ist mit dem ersten Filter und eine zweite Motoranordnung ist mit dem zweiten Filter verbunden. Die erste und die zweite Motoranordnung sind so ausgelegt, dass sie ihr jeweiliges Filter unabhängig für sich in einem Röntgenstrahlweg so positionieren, dass ein Schwächungsprofil definiert wird, das eine Zielgestalt im Wesentlichen annähert. Verschiedene andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und aus der Zeichnung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Zeichnung veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform, die für die Ausführung der Erfindung gegenwärtig in Betracht gezogen ist.
In der Zeichnung:
1 ist eine bildliche Veranschaulichung eines CT-Bildgebungssystems;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm des in 1 dargestellten Systems;
3 ist eine Draufsicht eines repräsentativen Röntgensystems;
4 ist eine Schnittdarstellung eines Teils des in 1 dargestellten Röntgensystems;
5 ist eine schematische Veranschaulichung einer vor dem Subjekt liegenden, Strahl formendem Filteranordnung gemäß der Erfindung;
6 ist eine schematische Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform eines vor dem Subjekt liegenden, Strahl formenden Filters gemäß der Erfindung;
7 ist eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform einer Filteranordnung gemäß der Erfindung;
8 ist eine bildliche Veranschaulichung eines CT-Systems zum Einsatz bei einem nicht invasiven Gepäckinspektionssystem.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein radiographisches Bildgebungssystem, wie das in den 1, 2 und 8 dargestellte CT-System und das in den 3 bis 4 dargestellte Röntgensystem, beschrieben. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auch zur Verwendung bei anderen radiographischen Bildgebungssystemen geeignet ist. Darüberhinaus wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Emission und Detektion von Röntgenstrahlen beschrieben. Für den Fachmann liegt aber auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung auch in gleicher Weise für die Emission und Detektion von anderer elektromagnetischer Hochfrequenzenergie Anwendung finden kann.
Bezugnehmend auf die 1, 2 ist dort ein CT-Bildgebungssystem 10 der „dritten Generation" dargestellt, das eine Gantry 12 enthält. Die Erfindung ist aber auch auf andere CT-Systeme anwendbar. Die Gantry 12 weist eine Röntgenstrahlquelle 14 auf, die ein Röntgenstrahlbündel 16 durch eine Filteranordnung 15 auf ein Detektorarray 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 projiziert. Das Detektorarray 18 ist aus einer Anzahl Detektoren 20 zusammengesetzt, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen aufnehmen, die durch einen medizinischen Patienten 22 durchgehen. Jeder Detektor 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und damit den beim Durchgang durch den Patienten 22 geschwächten Strahl wiedergibt. Während eines Scans zum Akquirieren von Röntgenprojektionsdaten laufen die Gantry 12 und die darauf angeordneten Komponenten um ein Rotationszentrum 24 um.
Die Umlaufbewegung der Gantry 12 und die Funktion der Röntgenstrahlquelle 14 sind durch einen Steuermechanismus 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Der Steuermechanismus 26 beinhaltet eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28, die Energie und Taktsignale zu der Röntgenstrahlquelle 14 liefert, eine Gantrymotorsteuereinrichtung 30, die die Umlaufgeschwindigkeit und die jeweilige Stellung der Gantry 12 steuert und eine Filteranordnungssteuereinrichtung 33, die die Filteranordnung 15 steuert. Ein Datenakquisitionssystem (DAS) 32 in dem Steuermechanismus 26 sampelt Analogdaten von den Detektoren 20 und setzt die Daten in Digitalsignale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt von dem DAS 32 gesampelte und digitalisierte Röntgendaten und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Eingangsgröße einem Computer 36 zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 38 abspeichert.
Der Computer 36 empfängt außerdem über eine Konsole 40, die eine Tastatur aufweist, Befehle und Scanparameter von einer Bedienungsperson. Ein zugeordnetes Katodenstrahlröhrendisplay 42 erlaubt es der Bedienungsperson das rekonstruierte Bild und andere Daten aus dem Computer 36 zu betrachten. Die von der Bedienungsperson eingegebenen Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 dazu verwendet Steuersignale und Informationen für das DAS 32, die Röntgensteuereinrichtung 28 und die Gantrymotor-Steuereinrichtung 30 zu liefern. Außerdem betätigt der Computer 36 eine Liegenmotorsteuereinrichtung 44, die eine motorbetätigte Liege 46 ansteuert, um den Patienten 22 und die Gantry 12 zu positionieren. Die Liege 46 bewegt insbesondere Teile des Patienten 22 durch eine Gantryöffnung 48.
Bezugnehmend nun auf die 3 bis 4 ist dort ein Röntgensystem 50 dargestellt, das die vorliegende Erfindung beinhaltet. Das Röntgensystem 50 weist eine Ölpumpe 52, ein anodenseitiges Ende 54 und ein katodenseitiges Ende 56 auf. Ein zentrales Gehäuse 58 ist vorgesehen und zwischen dem anodenseitigen Ende 54 und dem katodenseitigen Ende 56 angeordnet. In dem zentralen Gehäuse 58 ist eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung oder Röntgenröhre 60 untergebracht. In einem mit Blei ausgekleideten Gehäuse 64 ist eine Fluidkammer 62 vorgesehen und untergebracht. Die Fluidkammer 62 ist typischerweise mit einem Kühlmittel 66 gefüllt, das dazu dient, Wärme von der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung 60 abzuleiten. Das Kühlmittel 66 ist typischerweise ein dielektrisches Öl, es können aber auch andere Kühlmittel, einschließlich Luft, implementiert werden. Die Ölpumpe 52 zirkuliert das Kühlmittel durch das Röntgenssystem 50, um die Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung 60 zu kühlen und das Gehäuse 64 gegen hohe elektrische Ladungen zu isolieren, die in dem Vakuumgefäß 68 auftreten. Um das Kühlmittel auf die richtigen Temperatur abzukühlen, ist ein Radiator 70 vorgesehen, der an einer Seite des zentralen Gehäuses 58 angeordnet ist. Zusätzlich können Lüfter 72, 74 nahe dem Ra diator 70 angeordnet sein, um einen Kühlluftstrom über den Radiator 70 zu erzeugen während er von dem dielektrischen Öl durchströmt ist. In einem Anodengehäuse 76 und einem Katodengehäuse 78 sind elektrische Anschlussverbindungen vorgesehen, die es Elektronen 79 erlauben das Röntgensystem 50 zu durchlaufen.
Das Gehäuse 64 ist typischerweise aus einem Material auf Aluminiumbasis hergestellt und mit Blei ausgekleidet, um Röntgenstreustrahlungsemissionen zu verhüten. Anschließend an das Vakuumgefäß 68 und in dem Gehäuse 64 ist außerdem ein Stator 70 vorgesehen. Ein Fenster 82 ist vorhanden, das den Austritt der in dem System 50 erzeugten Röntgenstrahlen aus dem System und deren Projektion auf ein Objekt, wie bspw. einen medizinischen Patienten, zur diagnostischen Bildgebung ermöglicht. Typischerweise ist das Fenster 82 in dem Gehäuse 64 ausgebildet. Das Gehäuse 64 ist so konstruiert, dass die meisten erzeugten Röntgenstrahlen 84, mit Ausnahme jener durch das Fenster 82, an einem Austritt gehindert sind. Das Röntgensystem 50 beinhaltet eine dem Subjekt vorgeschaltete Filteranordnung 86, die zur Steuerung eines Schwächungsprofils der Röntgenstrahlen 84 ausgelegt ist.
Bezugnehmend nun auf 5 ist dort eine Röntgenstrahlerzeugungs- und -filteranordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, die zumindest bei den im Vorstehenden beschriebenen CT- und Röntgensystemen verwendet werden kann. Die Anordnung 87 beinhaltet eine Röntgenstrahlquelle 88, die ein Röntgenstrahlbündel 90 oder einen anderen elektromagnetischen Hochfrequenzenergiestrahl auf ein (nicht dargestelltes) Subjekt projiziert. Wie im Nachfolgenden noch beschrieben, hat der Strahl 90 ein Profil 92, das so besonders gestaltet oder zugemessen ist, dass es physikalische Eigenschaften, z.B. die Gestalt des Subjekts, wenigstens näherungsweise nachbildet. Die Abschwächung des Röntgen strahls 90 zur Definition des Profils 92 vor der Schwächung durch das Subjekt erfolgt durch eine dem Subjekt vorgeordnete strahlformende Filteranordnung 94.
Die Filteranordnung 94 beinhaltet zwei Filter oder Filterkomponenten 96, 98, die in Gestalt und Ausrichtung generell einander ähnlich sind. In dieser Hinsicht bildet jedes Filter 96, 98, grob gesehen, eine Hälfte der Filteranordnung. Wie im Weiteren noch beschrieben wird, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Filter dimensionsmäßig nicht äquivalent zueinander. Ungeachtet der Größenunterschiede ist jedes Filter durch eine Basis 100, 102, einen End- oder Schwanzbereich 104,106 und einen gekrümmten oder bogenförmigen Abschnitt 108, 110 definiert. Demgemäß erfolgt die Schwächung der Röntgenstrahlen durch jedes der Filter nicht gleichmäßig über den Filterkörper. Das bedeutet, da die Basis jedes Filters dicker ist als der End- oder Schwanzbereich jedes Filters, dass die Basis jedes der Filter mehr Röntgenstrahlen schwächt als der End- oder Schwanzbereich jedes der Filter. Bei einer Ausführungsform hat die Basis jedes Filters eine Dicke von 30 mm während jeder End- oder Schwanzbereich eine Dicke von 0,25 mm aufweist. Das Maß der Schwächung ist eine Funktion des zur Herstellung des Filters benutzten Schwächungsmaterials und der relativen Dicke des jeweiligen Filterabschnitts.
Jedes der Filter 96, 98 ist jeweils mit einer Motoranordnung 112 bzw. 114 betriebsmäßig gekoppelt. Jede Motoranordnung erhält Steuersignale von einer Steuereinrichtung und/oder von einem Computer des Bildgebungssystems, die bei Empfang die jeweilige Motoranordnung veranlassen, ein zugeordnetes Filter in dem Röntgenstrahlenweg 90 entsprechend zu positionieren. Bei einer Ausführungsform weist jede Motoranordnung einen Schrittmotor auf, doch können zum Positionieren der Filter auch andere Motorarten Verwendung fin den. Die Motoranordnungen 112, 114 sind außerdem so ausgelegt, dass sie während der ganzen Datenakquisition die Filter unabhängig voneinander verstellen können. Demgemäß kann jedes Filter, getrennt für sich, und dynamisch so gesteuert oder positioniert werden, dass es während der ganzen Datenakquisition ein spezielles Schwächungsprofil 92 ergibt. Darüberhinaus ist es bevorzugt, dass beide Filter mit ihrer jeweiligen Motoreinheit verbunden und von dieser gesteuert sind. Außerdem könnte aber auch ein Filter fixiert und dem anderen Filter gegenüber ortsunveränderlich bleiben. In Betracht gezogen ist auch die Möglichkeit, dass mehr als zwei Filter verwendet werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform liegt das distale Ende (bezüglich der Röntgenstrahlquelle) des Filters 96 in einem Abstand von 117 mm von der Röntgenstrahlquelle 88. Das distale Ende des Filters 98 ist bei dieser beispielhaften Ausführungsform in einem Abstand von 148 mm von der Röntgenstrahlquelle eingestellt. Außerdem hat bei dieser beispielhaften Ausführungsform die Basis des Filters 96 eine Länge längs der X-Achse von 45 mm während der Auslauf- oder Schwanzbereich eine Länge von 135 mm und der verbindende gekrümmte Abschnitt eine Länge von 24,9 mm aufweisen. Im Gegensatz dazu hat die Basis des Filters 98 eine Länge in der X-Richtung von 53 mm, während der End- oder Schwanzbereich eine Länge von 168 mm und der verbindende gekrümmte Abschnitt eine Länge von 34,2 mm aufweisen. Die Abmessungen des jeweiligen gekrümmten Abschnitts sind in der unten stehenden Tabelle aufgelistet. Zu bemerken ist, dass die oben genannten Abmessungen lediglich eine von einer ganzen Anzahl möglicher Ausführungsformen illustrieren.
Krümmung X-Y-Koordinatenabmessungen
Die Motoranordnungen 112, 114 verstellen die Filter 96, 100 axial und unabhängig voneinander in der X-Richtung in dem Röntgenstrahlenweg, derart, dass die kollektive Schwächung der Filter ein Schwächungszielprofil definiert. Bei einer Ausführungsform verstellt jeder Motor sein zugeordnetes Filter dadurch, dass er eine jeweils zugeordnete Kolbenanordnung 113 bzw. 115 vorschiebt und zurückzieht. Selbstverständlich können auch andere Anordnungen verwendet werden, um die Filter in den Röntgenstrahlweg einzuführen oder aus diesem herauszubewegen. Abhängig von der jeweiligen Positionierung der Filter wird die von dem Filter 96 hervorgerufene Abschwächung zu der von dem Filter 98 hervorgerufenen Abschwächung hinzu addiert. Da jedes Filter eine Kontur aufweist, die eine Vielzahl von Dicken definiert, definieren die kombinierten Konturen gemeinsam eine Vielzahl möglicher Strahlprofile. Es kann deshalb ein spezielles Strahlprofil aus der Vielzahl möglicher Strahlprofile so ausgesucht werden, dass das sich ergebende Strahlprofil auf den speziellen Patienten oder das spezielle Subjekt zugeschnitten ist. Das bedeutet, dass die Filter 96, 98 durch ihre jeweilige Motoreinheit 112 bzw. 114 so relativ zueinander positioniert werden können, dass sie ein Strahlprofil definieren, das eine ungefähre Gestalt des Patienten im Wesentlichen annähert. Die Filter 96, 98 sind außerdem so dargestellt, dass sie sich wenigstens teilweise überlappen. Es ist aber auch möglich, dass die Filter so positioniert werden, dass keine Überlappung auftritt.
In 6 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Um die Platzanforderungen an das CT- oder Röntgensystem zu reduzieren, sind, wie in 6 dargestellt, die Filter 96, 98 zueinander so ausgerichtet, dass der End- oder Schwanzbereich 104 des Filters 96 nahe der Basis 102 des Filters 98 liegt. Ähnlich wie bei der Ausrichtung nach 5 kann ein jeweils gewünschtes Schwächungsprofil in der Weise erzeugt werden, dass die Filter 96, 98 unabhängig voneinander relativ zu einander verstellt werden. Darüberhinaus ist das von der in 6 veranschaulichten Ausrichtung eingenommene Volumen tatsächlich lediglich halb so groß wie das von der Ausrichtung nach 5 benötigte. Zu bemerken ist, dass bei der in 6 veranschaulichten Ausrichtung das Filter 98 vorzugsweise eine Gestalt aufweist, die unterschiedlich von jener des Filters 96 ist, so dass die Röntgenstrahlweglängen für beide Filter gleich sind. Die Bestimmung der jeweils zweckentsprechenden Gestalt kann in der Weise geschehen, dass die Weglänge für jeden Fächerwinkel bei dem Filter 96 bestimmt und dann der Ort der Filterbegrenzung bei dem Filter 98 mit dem gleichen Fächerwinkel eingestellt (bestimmt) wird.
Bezugnehmend nun auf 7 ist dort eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filteranordnung schematisch veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform sind die Filter 96, 98 jeweils ohne einen Schwanzbereich 104 bzw. 106 ausgebildet. Demgemäß hat jeder Filter 96, 98 eine Basis 100 bzw. 102 und einen gekrümmten Abschnitt 108 bzw. 110. Die Schwanzbereiche sind jeweils durch eine zurückziehbare oder ortsfeste und verhältnismäßig dünne Schwächungsplatte 116 ersetzt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die Platte 116 fixiert, doch ist es auch möglich, dass die Platte 116 mit eine Motoranordnung verbunden ist, die die Position der Platte 116 in dem Röntgenstrahlenweg steuert. Die Platte 116 wirkt außerdem so, dass sie einen minimalen, von Null verschiedenen Betrag der Schwächung ergibt, wenn die Filter 96, 98 voneinander getrennt sind, d.h. sich nicht überlappen.
Wie beschrieben, können die Filter 96, 98 in dem Röntgenstrahlenweg durch ihre jeweilige Motoranordnung positioniert werden. Das Positionieren der Filter 96, 98 kann vor dem Beginn eines Scans geschehen und dann während der Datenakquisition unverändert bleiben oder aber die Filter 96, 98 können während des Datenakquisitionsvorgangs dynamisch und automatisch verstellt werden, um ein jeweils gewünschtes oder Zielschwächungsprofil zu erhalten. In jedem Falle ist es vorzuziehen, einen Scoutscan des Subjekts durchzuführen, um ein optimales Strahlprofil für das jeweilige spezielle Subjekt zu bestimmen. Der Scoutscan sammelt vorzugsweise Informationen bezüglich der Gestalt und Größe des Subjekts. Es versteht sich, dass natürlich auch andere charakteristische Eigenschaften bei der Bestimmung eines zweckentsprechenden Schwächungsprofils in Betracht gezogen werden können. Von diesem Scoutscan leitet ein Computer in dem Bildgegungssystem Steuersignale für die jeweilige Motoreinheit ab, die bei ihrer Ausführung die Motoreinheiten veranlassen, die Filter in einer speziellen Position relativ zueinander zu positionieren und ggfs. die Filter während der Datenakquisition zu verstellen. Auf diese Weise kann die Intensität des jeweiligen Röntgenstrahls auf spezielle anatomische Örtlichkeiten präzise gesteuert werden.
Bezugnehmend auf 8 ist dort ein Paket-/Gepäckinspektionssystem 118 dargestellt, das eine umlaufende Gantry 120 mit einer durchgehenden Öffnung 122 beinhaltet, durch die Pakete oder Gepäckstücke durchlaufen lassen werden. Die umlaufende Gantry 120 beinhaltet eine elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle 124 und eine Detektoranordnung 126. Außerdem ist ein Fördersystem 128 vorgesehen, das einen Fördergurt 130 aufweist, der auf einem Gestell 132 gelagert ist, um zu scannende Pakete oder Gepäckstücke 134 automatisch und kontinuierlich durch die Öffnung 102 durch zu transportieren. Die Objekte 134 werden von dem Fördergurt 130 durch die Öffnung 122 durch transportiert, wobei bildgebende Daten akquiriert werden, worauf anschließend der Fördergurt 130 die Pakete 134 von der Öffnung 122 in ge regelter kontinuierlicher Weise weg bewegt. Damit können Postinspektoren, Gepäckträger und anderes Sicherheitspersonal den Inhalt der Pakete 134 in nicht invasiver Weise auf Sprengstoffe, Messer, Schusswaffen, Schmuggelgut, etc. untersuchen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Filteranordnung für einen radiographischen Bildgebungsscanner gerichtet, die es gestattet, das Röntgenstrahlprofil längs eines an die besonderen Eigenschaften des Subjekts angepassten Kontinuums zu verstellen, um einen Dynamikbereich des Röntgenstrahlenflusses zu steuern und eine optimale Dosiswirksamkeit zu erzielen. Darüberhinaus kann der Röntgenstrahl während der Datenakquisition gesteuert werden, um einem außermittigen Subjekt Rechnung zu tragen. Außerdem werden Bildartefakte vermindert, weil die Filter keine diskontinuierlichen Kanten oder mechanische Schnittstellen aufweisen. Schlussendlich ist die Herstellung der Filter nicht übermäßig kompliziert und die Implementierung der Filter erfordert keine weitreichenden Veränderungen bei vorhandenen radiographischen bildgebenden Systemkonstruktionen.
Es wird demzufolge entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine strahlformende Filteranordnung geschaffen. Die Filteranordnung beinhaltet ein erstes bewegliches Filter, das eine ungleichmäßige Dickenverteilung aufweist und ein zweites bewegliches Filter, das von dem ersten beweglichen Filter unabhängig ist und eine ungleichmäßige Dickenverteilung aufweist. Jedes Filter ist so ausgelegt, dass es in einen elektromagnetischen Hochfrequenzenergiestrahl eingebracht werden kann, um eine Schwächung oder Dämpfung des Strahls für eine radiographische Datenakquisition zu bewirken. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein CT-System beschrieben, das eine umlaufende Gantry mit einer Öffnung zur Aufnahme eines zu scannenden Subjekts und eine elektromagnetische Hochfrequenzenergieprojektionsquelle aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen elektromagnetischen Hochfrequenzenergiestrahl auf das Subjekt projiziert. Eine dem Subjekt vorgeschaltete Filteranordnung beinhaltet ein Paar Filter, und es ist außerdem eine Szintillatoranordnung mit einer Anzahl Szintillatorzellen vorgesehen, wobei jede Zelle dazu eingerichtet ist, durch das Subjekt durchgehende, elektromagnetische Hochfrequenzenergie zu detektieren. Das CT-System beinhaltet auch ein Photodiodenarray, das an das Szintillatorarray optisch angekoppelt ist und eine Anzahl Photodioden aufweist, die so ausgelegt sind, dass sie von einer jeweils entsprechenden Szintillatorzelle abgegebenes Licht detektieren und ein Datenakquisitionssystem (DAS), das mit dem Photodiodenarray verbunden und dazu eingerichtet ist, Ausgangsgrößen der Photodioden zu empfangen. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung ist vorgesehen und mit dem DAS verbunden sowie so ausgelegt, dass sie aus den von dem DAS empfangenen Photodioden-Ausgangsgrößen ein Bild des Subjekts rekonstruiert. Das CT-System beinhaltet außerdem eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist jedes Filter des Filterpaares in dem elektromagnetischen Hochfrequenzenergiestrahl unabhängig für sich so zu positionieren, dass der Strahl derart moduliert wird, dass er ein Profil bekommt, das im Wesentlichen an eine wenigstens angenäherte Gestalt des Subjekts angepasst ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Röntgenstrahlfilteranordnung mit einem ersten Filter und einem zweiten Filter. Eine erste Motoranordnung ist mit dem ersten Filter und eine zweite Motoranordnung ist mit dem zweiten Filter verbunden. Die erste und die zweite Motoranordnung sind so ausgelegt, dass sie ihr jeweiliges Filter, unabhängig für sich, in einem Röntgenstrahlweg positionieren können, um ein Schwächungsprofil zu definieren, das eine Zielgestalt im Wesentlichen annähert.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, doch versteht sich, dass Äquivalente, Alternativen und Abwandlungen, abgesehen von denen, die hier ausdrücklich erwähnt wurden, möglich sind und in dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen.

10: CT-bildgebendes System
12: Gantry
14: Röntgenstrahlquelle
15: Filteranordnung
16: Röntgenstrahl
18: Detektorarray
20: mehrere Detektoren
22: medizinischer Patient
24: Rotationszentrum
26: Steuermechanismus
28: Röntgenstrahlsteuereinrichtung
30: Gantrymotorsteuereinrichtung
32: Datenakquisitionssystem (DAS)
33: Steuereinrichtung für eine Filteranordnung
34: Bildrekonstruktionseinrichtung
36: Computer
38: Massenspeichervorrichtung
40: Konsole
42: zugeordnetes Katodenstrahlröhrendisplay
44: Liegenmotor-Steuereinrichtung
46: motorbetätigte Liege
48: Gantryöffnung
50: Röntgensystem
52: Ölpumpe
54: anodenseitiges Ende
56: katodenseitiges Ende
58: zentrales Gehäuses
60: Röntgenstrahlröhre
62: Fluidkammer
64: bleiverkleidetes Gehäuse
66: Kühlmittel
68: Vakuumgefäß
70: Radiator
72,74: Gebläse
76: Anodengehäuse
78: Katodengehäuse
79: Elektronen
82: Fenster
84: Röntgestrahlen
86: dem Subjekt vorgeschaltete Filteranordnung
87: Anordnung
88: Röntgenstrahlquelle
90: Röntgenstrahl
92: Profil
94: strahlformende Filteranordnung
96: Filter
98: Filter
100: Basis
102: Basis
104: Schwanzbereich
106: Schwanzbereich
108: gekrümmter Abschnitt
110: gekrümmter Abschnitt
112: Motoranordnung
113: Kolbenanordnung
114: Motoranordnung
115: Kolbenanordnung
116: Schwächungs- oder Dämpfungsplatte
118: Paket-/Gepäckinspektionssystem
120: umlaufende Gantry
122: Öffnung
124: elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle
126: Detektoranordnung
128: Fördersystem
130: Fördergurt
132: Gestell
134: Pakete

Claims

Strahlformende Filteranordnung (94), die aufweist: – ein erstes bewegliches Filter (96) mit einer ungleichmäßigen Dicke; – ein zweites bewegliches Filter (98), das von dem ersten beweglichen Filter (96) unabhängig ist und eine ungleichmäßige Dicke aufweist; und – bei der das erste bewegliche Filter (96) und/oder das zweite bewegliche Filter (98) dazu eingerichtet ist in einen elektromagnetischen Hochfrequenzenergiestrahl (90) zur Schwächung des Strahls (90) für eine radiographische Datenakquisition eingebracht zu werden.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 1, bei der das zweite bewegliche Filter (98) eine Gestalt aufweist, die jene des ersten beweglichen Filters (96) widerspiegelt.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 1, bei der das erste bewegliche Filter (96) und/oder das zweite bewegliche Filter (98) durch wenigstens eine Motoranordnung (112,114) bewegbar ist.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 3, bei der wenigstens eine Motoranordnung (112,114) dazu eingerichtet ist, ein bewegliches Filter (96,98), unabhängig für sich, derart zu positionieren, dass ein Strahlprofil (92) erzeugt wird, das im Wesentlichen einer Gestalt eines zu scannenden Subjekts gleicht.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 4, bei der wenigstens eine Motoranordnung (112,114) dazu eingerichtet ist, ein bewegliches Filter (96,98) während einer CT-Datenakquisition dynamisch zu positionieren.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 5, bei der wenigstens eine Motoranordnung (112,114) außerdem dazu eingerichtet ist, ein bewegliches Filter (96,98) während einer CT-Datenakquisition auf der Grundlage eines vor der CT-Datenakquisition durchgeführten Scoutscans dynamisch zu positionieren.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 1, bei der das erste bewegliche Filter (96) und das zweite bewegliche Filter (98) jeweils durch eine Basis (100,102), einen Schwanzbereich (104,106) und einen gekrümmten Abschnitt (108,110) definiert sind, der die Basis (100,102) mit dem Schwanzbereich (104,106) verbindet.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 7, bei der die Basis (100,102) eine Dicke aufweist, die größer ist als die des Schwanzbereiches (104,106).
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 7, bei der die Basis (100,102) eine Dicke von 30 mm und der Schwanzbereich (104,106) eine Dicke von 0,25 mm aufweist.
Strahlformende Filteranordnung (94) nach Anspruch 7, – bei der die Basis (100) des ersten beweglichen Filters (96) eine Länge längs einer X-Richtung von 112 mm aufweist; – bei der der gekrümmte Abschnitt (108) des ersten beweglichen Filters (96) eine Länge längs der X-Richtung von 24,9 mm aufweist; – bei der der Schwanzbereich (104) des ersten beweglichen Filters (96) eine Länge längs der XRichtung von 135 mm aufweist; – bei der die Basis (102) des zweiten beweglichen Filters (98) eine Länge längs der X-Richtung von 53 mm aufweist; – bei der der Schwanzbereich (106) des zweiten beweglichen Filters (98) eine Länge längs der X-Richtung von 168 mm aufweist; und – bei der der gekrümmte Abschnitt (110) des zweiten beweglichen Filters (98) eine Länge längs der X-Richtung von 34,2 mm aufweist.