DE102006051147A1

DE102006051147A1 - Verfahren zum Aufnehmen und Erstellen eines Topogramms

Info

Publication number: DE102006051147A1
Application number: DE102006051147A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Flohr
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-08
Also published as: US7555095B2; US20080123801A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes zum Erstellen eines Topogramms mittels eines Röntgen-Computertomografen (1). Zur Verbesserung der Bildqualität des Topogramms wird vorgeschlagen, dass zum Aufnehmen des Topogrammdatensatzes parallel und/oder azimutal (Omega) zu einer Systemachse (S) des Röntgen-Computertomografen (1) ein Springfokus verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes zum Erstellen eines Topogramms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei computertomografischen Untersuchungen wird zum Auffinden und Auswählen eines gewünschten Untersuchungsbereichs eines zu untersuchenden Körpers in der Regel eine Übersichtsaufnahme – auch Topogramm genannt – erstellt. Bei dem Topogramm handelt es sich um eine Parallel- bzw. Zentralprojektion des Körpers, welche die anatomische Struktur des Körpers wiedergibt. Auf der Grundlage des Topogramms kann ein Anfangs- und Endpunkt für z. B. eine schichtweise Abtastung des gewünschten Untersuchungsbereichs festgelegt werden.
Bei computertomografischen Untersuchungen wird eine Röhren-Detektor-Einheit eines Röntgen-Computertomografen in der Regel um eine Systemachse rotiert. Bei der Aufnahme des Topogramms hingegen ist die Röhren-Detektor-Einheit bezüglich der Systemachse statisch, wobei der Körper bei der Aufnahme des Topogrammdatensatzes entlang der Systemachse bewegt wird.
Das Topogramm eröffnet die Möglichkeit einer einfachen anatomischen Orientierung. Zwar ist das Topogramm nicht für diagnostische Zwecke vorgesehen. Jedoch wäre es für gewisse Anwendungsgebiete wünschenswert, das Topogramm hätte diagnostische Bildqualität. Beispielsweise wäre es bei der Untersuchung eines Notfallpatienten wünschenswert, wenn auf der Grundlage des Topogramms eine frühzeitige Diagnose etwaiger Frakturen, insbesondere der Wirbelsäule, und innerer Verletzungen erfolgen könnte. Das würde einerseits eine frühzeitige Beurteilung des Gesundheitszustands des Patienten und andererseits konventionelle Röntgenaufnahmen überflüssig machen. Es könnte unter anderem eine durch mehrfache Röntgenuntersu chungen bedingte Dosisbelastung des Patienten deutlich vermindert werden.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zum Aufnehmen eines Datensatzes zum Erstellen eines Topogramms mit diagnostischer Bildqualität bereitgestellt werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es einen Röntgen-Computertomografen, ein Computerprogramm und ein Speichermedium bereitzustellen, welche eine Durchführung eines Verfahrens zum Aufnehmen und Erstellen eines Topogramms mit diagnostischer Bildqualität ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 bis 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes zum Erstellen eines Topogramms mittels eines Röntgen-Computertomografen vorgesehen. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch aus, dass zum Aufnehmen des Topogrammdatensatzes, parallel und/oder azimutal zu einer Systemachse des Röntgen-Computertomografen ein Springfokus verwendet wird.
Bei einem Springfokus können mehrere parallel und/oder azimutal zur Systemachse voneinander beabstandete Fokuspositionen während der Aufnahme periodisch durchlaufen werden. Damit können Absorptionsdaten für mehrere, voneinander leicht verschiedene Projektionsrichtungen aufgenommen werden. Das ermöglicht es, die Auflösung bzw. Bildqualität des Topogramms derart zu verbessern, dass eine Diagnose direkt auf der Grundlage des Topogramms getroffen werden kann. Ein Springfokus ist beispielsweise im Röntgen-Computertomografen des Typs "SOMATOM 40/64" der Firma Siemens AG implementiert.
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Topogrammdatensatz mittels eines eine Vielzahl matrixartig angeordneter Detektorelemente aufweisenden Detektors aufgenommen. Dabei ist im Strahlengang der Röntgenstrahlung zwischen Objekt und Detektor ein Steggitter angeordnet. Das Steggitter weist Gitterstege auf, welche für die Röntgenstrahlung im Wesentlichen nicht transparent sind. Das bedeutet, dass das Steggitter die darauf auftreffende Röntgenstrahlung im Wesentlichen vollständig absorbiert. Das Steggitter ist derart vorgesehen dass eine Apertur der Detektorelemente parallel und/oder azimutal zur Systemachse verkleinert wird. Durch eine Verkleinerung der Apertur in Kombination mit dem Springfokus kann in vorteilhafter Weise die Auflösung und damit die Bildqualität derart erhöht werden, dass das Topogramm unmittelbar eine Diagnose ermöglicht. Beispielsweise ist es möglich, Die Auflösung des Topogramms von 6 Linienpaaren pro cm (lp/cm) auf größer 15 lp/cm zu verbessern. Eine derartige Auflösung ist ausreichend um zumindest vorläufige Diagnosen oder Befunde über z. B. anatomische Anomalitäten erstellen zu können. Abgesehen davon kann mit dem Springfokus erreicht werden, dass die Dosisbelastung für einen Patienten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zum Aufnehmen eines Topogramms zumindest nicht wesentlich höher ist.
Unter dem Begriff Apertur wird im Rahmen dieser Offenbarung eine Öffnung einer effektiven Strahlungseintrittsfläche der Detektorelemente für die Röntgenstrahlung verstanden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Gitterstege und dazu korrespondierenden Gittermaschen des Steggitters derart ausgebildet, dass die Apertur parallel und/oder azimutal zur Systemachse höchstens um die Hälfte verkleinert wird. Die Gitterstege und Gittermaschen können derart ausgebildet und angeordnet sein, und Fokuspositionen des Springfokus können derart festgelegt werden, dass aufeinander folgende Messwerte eines jeden Detektorelements parallel und/oder azimutal zur Systemachse mit einer halben durch die Apertur parallel oder azimutal zur Systemachse definierten Kanalbreite aufgenommen werden können. Eine effektive Kanalbreite kann dabei für aufeinander folgende Messungen parallel und/oder azimutal zur Systemachse um die Hälfte der gesamten Kanalbreite verschoben sein. Damit können einerseits Topogramme mit diagnostischer Bildqualität erstellt werden.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein weiteres Verfahren zum Erstellen eines Topogramms zumindest eines Teilbereichs eines Objekts mittels eines Röntgen-Computertomografen mit folgenden Schritten vorgesehen:

a) Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer Ausgestaltungen desselben und
b) Erstellen des Topogramms auf der Grundlage des Topogrammdatensatzes

Eine weitere Maßgabe der Erfindung sieht ein Computerprogramm vor, umfassend einen computerlesbaren Programmcode, welcher bei dessen Ausführung auf einem einem Röntgen-Computertomografen zugeordneten Computer das erfindungsgemäße Verfahren oder einer von dessen Ausgestaltungen bewirkt. Weitere Maßgaben sehen einen Röntgencomputertomografen mit einem Computer sowie ein Speichermedium vor, auf welchen das Computerprogramm gespeichert ist. Wegen der vorteilhaften Wirkungen des weiteren Verfahrens, des Computerprogramms, des Röntgen-Computertomografen und des Speichermediums wird auf die vorangehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Ausgestaltungen verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch einen Röntgen-Computertomografen,
2 schematisch eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Detektors mit Steggitter und
3 schematisch eine mittels Springfokus vorgenommene Aufnahme von eines Topogrammdatensatzes unter Verwendung des Detektors mit dem Steggitter nach 2.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und Maßstäbe der einzelnen Figuren können voneinander abweichen.
1 zeigt schematisch einen Röntgen-Computertomograf 1. Der Röntgen-Computertomograf 1 weist eine Röhren-Detektor-Einheit mit einer Röntgenröhre 2 und einem Detektor 3 auf. Die Röhren-Detektor-Einheit ist um eine Systemachse S rotierbar. Ein auf einer Liege aufgenommener Patient 4 kann zur computertomografischen Untersuchung parallel zur Systemachse S in eine zwischen der Röntgenröhre 2 und dem Detektor 3 ausgebildete Öffnung 5 einer Gantry 6 des Röntgen-Computertomografen 1 hinein bzw. herausgefahren werden. Eine Azimutrichtung ist mit dem Bezugszeichen Ω bezeichnet. Der Röntgen-Computertomograf weist einen nicht dargestellten Computer zur Verarbeitung von Aufnahmedaten und zur Steuerung desselben auf.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Detektors 3 im Detail. Der Detektor 3 weist eine Vielzahl von Detektorelementen 7 mit jeweiligen Strahlungseintrittsflächen 8 auf. In Draufsicht ist über den Strahlungseintrittsflächen 8 ein für Röntgenstrahlung im Wesentlichen undurchlässiges Steggitter angeordnet. Zur Klarheit der Darstellung sind zwischen den Detektorelementen 7 ausgebildete Septen 7a strichliniert dargestellt. Das Steggitter weist in der Darstellung der 2 horizontal und vertikal verlaufende Stege 9 und 10 auf, welche im Folgenden der Einfachheit halber auch mit Stege bezeichnet werden. Die Stege sind jeweils mittig über den Septen 7a angeordnet und decken die Strahlungseintrittsflächen 8 randseitig jeweils derart ab, dass eine durch die Strahlungseintrittsfläche 8 eines jeden Detektorelements 7 definierte Apertur sowohl parallel zur Richtung der Systemachse S als auch in Azimutrichtung Ω auf die Hälfte verkleinert wird.
3 zeigt schematisch eine mittels Springfokus vorgenommene Aufnahme eines Topogrammdatensatzes unter Verwendung des Detektors 3 mit Steggitter. Zur Aufnahme mittels Springfokus werden in Richtung der Systemachse S während der Aufnahme nacheinander eine erste und zweite Fokusposition 11 und 12 durchlaufen. Von der ersten Fokusposition 11 bzw. zweiten Fokusposition 12 gehen während der Aufnahme eine entsprechende erste 13 bzw. zweite 14 Röntgenstrahlung aus. Es muss angemerkt werden, dass ein Abstand der ersten bzw. zweiten Fokusposition 11, 12 vom Detektor 3 tatsächlich deutlich größer ist, als der 3 zu entnehmen ist. Das bedeutet insbesondere, dass ein Abstand der ersten Fokusposition 11 von der zweiten Fokusposition wesentlich kleiner sein kann als in 3 dargestellt ist und die erste und zweite Röntgenstrahlung unter einem wesentlich flacheren Winkel auf das Detektorelement 7 trifft. In Azimutrichtung Ω sind in analoger Weise zwei weitere in 3 nicht bezeichnete und dargestellte Fokuspositionen vorgesehen. Die Stege 9, 10 sind so ausgebildet und derart über den Detektorelementen 7, d. h. Septen 7a, angeordnet, und die erste und zweite Fokusposition 11 und 12 sind derart festgelegt, dass aufeinander folgende Messungen mit einer effektiven Kanalbreite erfolgen, welche einer Halben, durch die Apertur parallel zur Systemachse S definierten Kanalbreite B entspricht. Entsprechendes gilt für eine Kanalbreite in Azimutrichtung Ω.
Insbesondere aus 3 ist ersichtlich, dass durch die Kombination des Steggitters mit dem Springfokus die Auflösung, und damit die Bildqualität verbessert werden kann. Es kann für das Topogramm eine Bildqualität erreicht werden mit welcher Diagnosen erstellt werden können. Die Bildqualität kann selbstverständlich auch ohne Steggitter verbessert werden. Im Vergleich zu in herkömmlicher Weise aufgenommenen Topogramm datensätzen kann in diesem Fall die Bildqualität auf der Grundlage der verschiedenen Fokuspositionen deutlich verbessert werden, so dass diagnostische Aussagen unmittelbar aus dem Topogramm möglich sind.
Schließlich sei noch erwähnt, dass zur Aufnahme des Topogramms folgende Schritte durchgeführt werden können:

– Positionieren des Patienten 4 auf der Liege,
– periodisches Abstrahlen der ersten bzw. zweiten Röntgenstrahlung 13 bzw. 14, unter Verwendung des Springfokus, wobei die erste und/oder zweite Fokusposition 11 und/oder 12 parallel und/oder azimutal bezüglich der Systemachse S periodisch durchlaufen bzw. eingenommen werden,
– Aufnehmen des Topogrammdatensatzes durch Erfassen der durch den Körper des Patienten 4 transmittierten Röntgenstrahlung mittels des Detektors 3, wobei zumindest ein relevanter Teilbereich des Patienten 4 zwischen der Röhren-Detektor-Einheit entlang der Systemachse S bewegt wird, und wobei die Röhren-Detektor-Einheit bezüglich der Systemachse statisch, d. h. bei gleichem Azimutwinkel, verbleibt, und
– Erstellen des Topogramms auf der Grundlage des Topogrammdatensatzes.

Ein auf diese Weise aufgenommenes und erstelltes Topogramm bietet die Möglichkeit der Diagnose von anatomischen Anomalitäten.

Claims

Verfahren zum Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes zum Erstellen eines Topogramms mittels eines Röntgen-Computertomografen (1), dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen des Topogrammdatensatzes, parallel und/oder azimutal (Ω) zu einer Systemachse (S) des Röntgen-Computertomografen (1) ein Springfokus verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Topogrammdatensatz mittels eines eine Vielzahl matrixartig angeordneter Detektorelemente (7) aufweisenden Detektors (3) aufgenommen wird, wobei im Strahlengang der Röntgenstrahlung (13, 14) zwischen dem Objekt (4) und dem Detektor (3) ein Steggitter, dessen Gitterstege (9, 10) für die Röntgenstrahlung (13, 14) im Wesentlichen nicht transparent sind, derart vorgesehen ist dass, eine Apertur der Detektorelemente (7) parallel und/oder azimutal (Ω) zur Systemachse (S) verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gitterstege (9, 10) und dazu korrespondierende Gittermaschen des Steggitters derart ausgebildet sind, dass die Apertur parallel und/oder azimutal (Ω) zur Systemachse (S) höchstens um die Hälfte verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Gitterstege (9, 10) und Gittermaschen derart ausgebildet und angeordnet sind, und Fokuspositionen (11, 12) des Springfokus derart festgelegt werden, dass aufeinander folgende Messwerte eines jeden Detektorelements (7) parallel und/oder azimutal (Ω) zur Systemachse (S) mit einer halben durch die Apertur parallel oder azimutal (Ω) zur Systemachse (S) definierten Kanalbreite (B) aufnehmbar sind.
Verfahren zum Erstellen eines Topogramms zumindest eines Teilbereichs eines Objekts (4) mittels eines Röntgen-Computertomografen (1), umfassend die Schritte: a) Aufnehmen eines Topogrammdatensatzes gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und b) Erstellen des Topogramms auf der Grundlage des Topogrammdatensatzes.
Computerprogramm, umfassend einen computerlesbaren Programmcode, welcher bei Ausführung auf einem einem Röntgen-Computertomografen (1) zugeordneten Computer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bewirkt.
Röntgen-Computertomograf (1), umfassend eine Rechnereinheit mit einem Computer auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 6.