DE102006056997A1

DE102006056997A1 - Röntgen-CT-Gerät und Verfahren zu dessen Steuerung

Info

Publication number: DE102006056997A1
Application number: DE102006056997A
Authority: DE
Inventors: Motoki Hino Watanabe
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-05-31
Also published as: KR20070057055A; NL1032967C2; NL1032967A1; CN1973771A; CN1973771B; US7421057B2; JP4639143B2; US20070121780A1; JP2007144047A

Abstract

Die Erfindung schafft ein Röntgen-CT-Gerät, das eine Änderung des Herzschlags während eines Scans berücksichtigen kann, und ein Verfahren zur Steuerung dieses Geräts. Das Röntgenstrahl-CT-Gerät weist auf: eine Datenakquisitionsvorrichtung (100, 200) zum Akquirieren von Projektionsdaten eines Subjektes mittels eines Spiralscans, der mit einem Herzschlag synchronisiert ist; eine Bildrekonstruktionseinrichtung zum Rekonstruieren eines Bildes auf der Basis der erfassten Projektionsdaten und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Datenakquisitionsvorrichtung und der Bildrekonstruktionseinrichtung. Die Steuereinrichtung (300) beinhaltet: erste Steuermittel zur Veränderung des Spiralpitch entsprechend einer Änderung des Herzschlags während des Spiralscans und zweite Steuermittel zum Rekonstruieren von Bildern in mehreren Schichtpositionen in gleichen Intervallen auf der Grundlage von Projektionsdaten, die auch Projektionsdaten beinhalten, welche während der Veränderung des Spiralpitchs erfasst wurden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgen-CT-(Computertomographie) Gerät und ein Verfahren zu dessen Steuerung. Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Röntgen-CT-Gerät zum Akquirieren eines Bildes eines Subjektes mittels eines Spiralscans (Helical Scan), der mit dem Herzschlag synchronisiert ist und auf ein Verfahren zu dessen Steuerung.

Im Falle des Abbildens eines Herzens durch ein Röntgen-CT-Gerät wird ein Scan durchgeführt, während Herzschlagsignale aufgenommen werden und es wird sodann ein Bild unter Verwendung von Projektionsdaten des Umfanges eines Halbscans in einer gewünschten Herzschlagphase rekonstruiert. Der Scan wird als Spiralscan durchgeführt und ein mehrreihiger Röntgendetektor wird zur Akquisition von Projektionsdaten verwendet. Das den mehrreihigen Röntgendetektor verwendende Röntgen-CT-Gerät wird auch als MDCT-Gerät (Multi Detector Row CT) bezeichnet.

Bei der Abbildung des Herzens mittels eines MDCT wird die Spiralganghöhe (pitch) gemäß dem Herzschlag so eingestellt, dass alle Herzschlagphasen in Schichtbildern in mehreren kontinuierlichen Schichtpositionen gleich werden und kein Datenausfall zwischen einander benachbarten Schichtpositionen auf tritt (vgl. z.B. offengelegtes japanische Patentdokument Nr. 2005-137390).

Um die Zeitauflösung der Bildakquisition zu verbessern, werden Projektionsdaten eines Umfangs eines Halbscans bei mehreren Herzschlägen aufgenommen. Eine auf Projektionsdaten, die auf diese Weise gewonnen wurden, beruhende Bildrekonstruktion wird auch als Mulitsektor-Rekonstruktion bezeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Wenn der Spiralscan, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, während sich der Herzschlag während des Scans verändert, wird die Spiralganghöhe (pitch) asynchron zu dem Herzschlag, so dass wegen eines Datenverlustes oder dergleichen kein Schichtbild hoher Qualität mehr erzielt werden kann.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Röntgen-CT-Gerät zu schaffen, das eine Veränderung des Herzschlags während eines Scans berücksichtigen kann und die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung dieses Gerätes.

Die vorliegende Erfindung schafft unter einem Aspekt zur Lösung dieser Aufgabe ein Röntgen-CT-Gerät, das aufweist: Eine Datenakquisitionsvorrichtung zum Akquirieren von Projektionsdaten eines Subjektes mit einem Spiralscan, der mit einem Herzen synchronisiert ist; eine Bildrekonstruktionseinrichtung zum Rekonstruieren eines Bildes auf der Basis der akquirierten Projektionsdaten; und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Datenakquisitionsvorrichtung und der Bildrekonstruktionseinrichtung, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinrichtung beinhaltet: Erste Steuermit tel zum Verändern des Spiralpitchs (-ganghöhe) gemäß einer Veränderung des Herzschlages während des Spiralscans; und zweite Steuermittel zum Rekonstruieren von Bildern in mehreren Schichtpositionen in gleichen Abständen auf der Basis von Projektionsdaten, die auch Projektionsdaten beinhalten, welche während einer Veränderung des Spiralpitchs akquiriert worden sind.

Unter einem anderen Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Röntgen-CT-Gerätes, zum Akquirieren von Projektionsdaten eines Objektes mit einem Spiralscan, der mit einem Herzschlag synchronisiert ist und zum Rekonstruieren eines Bildes auf der Basis der aufgenommenen Projektionsdaten, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte beinhaltet: Verändern des Spiralpitchs gemäß einer Veränderung des Herzschlags während des Spiralscans; und Rekonstruieren von Bildern in mehreren Schichtpositionen in gleichen Abständen auf der Basis von Projektionsdaten, die auch Projektionsdaten beinhalten, welche während einer Veränderung des Spiralpitchs aufgenommen worden sind.

Der Spiralpitch wird vorzugsweise dadurch verändert, dass die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit eines Röntgenstrahl-Fokuspunktes in der axialen Richtung des Spiralscans verändert wird, weil es damit ausreicht, lediglich eine von den zwei Geschwindigkeitskomponenten, in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung, zu steuern.

Die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit wird mit Vorteil dadurch verändert, dass die Vorschubgeschwindigkeit eines das Subjekt tragenden Tisches verändert wird, was aus dem Grunde geschieht, dass es einfach ist, die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit des Röntgenstrahl-Fokuspunktes zu steuern.

Die Datenakquisitionsvorrichtung akquiriert vorteilhafterweise zweidimensionale Projektionsdaten, weil dies die Rekonstruktion von Bildern bei vielen Schichtpositionen erleichtert, die jeweils gleiches Intervall aufweisen. Die Datenakquisitionsvorrichtung akquiriert mit Vorteil Projektionsdaten über einen mehrreihigen Röntgendetektor, weil so zweidimensionale Projektionsdaten einfach erhalten werden können.

Unter jedem beliebigen Aspekt der Erfindung wird das Röntgen-CT-Gerät so gesteuert, dass der Spiralpitch gemäß einer Veränderung des Herzschlags während eines Spiralscans verändert wird und dass Bilder von Schichtpositionen in jeweils gleichem Intervall auf der Basis von Projektionsdaten rekonstruiert werden, die auch Projektionsdaten beinhaltet, welche während der Veränderung des Spiralpitchs aufgenommen worden waren. Auf diese Weise kann das Röntgen-CT-Gerät eine Veränderung des Herzschlags während eines Scans berücksichtigen, und das Verfahren zur Steuerung des Gerätes kann so durchgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Röntgen-CT-Gerätes als Beispiel für die beste Ausführungsweise der Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Röntgenbestrahlungs-/Detektionsein richtung bei dem Röntgen-CT-Gerät als ein Beispiel der besten Anwendungsweise zur Ausführung der Erfindung.
3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Konfiguration einer Röntgenstrahleneintrittsebene eines Röntgendetektors bei dem Röntgen-CT-Gerät als ein Beispiel der besten Anwendungsweise zur Ausführung der Erfindung.
4 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung des Konzepts eines Spiralpitchs.
5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs des Röntgen-CT-Geräts als ein Beispiel der besten Anwendungsweise zur Ausführung der Erfindung;
6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Übereinstimmungen zwischen Herzschlag und des optischen Spiralpitchs.
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Veränderung des Spiralpitchs in Abhängigkeit von einer Veränderung des Herzschlags.
8 ist ein Flussdiagramm eines dreidimensionalen Rückprojektionsvorgangs als Hauptteil einer Bildrekonstruktion.
9 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der geometrischen Beziehung zwischen einer Bildrekonstruktionsfläche und einem durch die Bildrekonstruktionsfläche durchgehenden Röntgenstrahl.
10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Bildrekonstruktionsfläche, die auf die Röntgenstrahleintrittsebene des Röntgenstrahldetektors projiziert ist.
11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Anordnung von Dr-Daten in der Bildrekonstruktionsfläche.
12 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von D2-Daten in der Bildrekonstruktionsfläche und
13 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Addition der D2-Daten in der Bildrekonstruktionsfläche.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden im Nachfolgenden bestmögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese bestmöglichen Ausführungsformen der Erfindung beschränkt.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Röntgen-CT-Geräts. Das Gerät ist ein Beispiel für die beste Ausführungsform der Erfindung. Anhand des Aufbaus des Gerätes wird ein Beispiel für die beste Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf das Röntgen-CT-Gerät beschrieben. Anhand des Betriebes des Gerätes wird ein Beispiel für die beste Ausführungsform der Erfindung im Hinblick auf ein Verfahren zur Steuerung des Röntgen-CT-Gerätes beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist das Gerät eine Gantry 100, einen Tisch 200, eine Bedienerkonsole 300 und einen Elektrokardiographen 400 auf. Die Gantry 100 scant ein auf dem Tisch 200 aufgelagertes Subjekt 10 mittels einer Röntgenbestrahlung/Detektionseinrichtung 110 und akquiriert Projektionsdaten von vielen Ansichten (Views). Der Scan wird in der Weise durchgeführt, dass die Röntgenbestrahlung/Detektionseinrichtung 110 in der Gantry 100 umlaufen lassen wird. Im Nachfolgenden wird die Umlaufbewegung der Röntgenbestrahlungs/Detektionseinrichtung 100 auch als Rotation der Gantry 100 bezeichnet.
Die von der Gantry 100 aufgenommenen Projektionsdaten werden in die Bedienerkonsole 300 eingegeben. Außerdem wird in die Bedienerkonsole 300 über den Elektrokardiographen 400 ein Herzschlagsignal eingegeben. Die Bedienerkonsole 300 enthält einen Datenprozessor, wie etwa einen Computer und speichert Eingabedaten und ein Herzschlagsignal in einem Speicher ab. Die Bedienerkonsole 300 führt eine Bildrekonstruktion auf der Basis der Projektionsdaten und des Herzschlagssignals durch. Die Bedienerkonsole 300 ist ein Beispiel der Bildrekonstruktionseinrichtung bei der vorliegenden Erfindung.
Die Bildrekonstruktion wird unter Verwendung von Projektionsdaten einer Datenmenge eines halben Scans in einer vorbestimmten Herzschlagphase durchgeführt. Die Projektionsdaten des Umfanges des halben Scans sind Daten, die während eines Herzschlages oder Daten die während mehrerer Herzschläge aufgenommen wurden. Das rekonstruierte Bild wird auf einem Display 302 dargestellt.
Die Bedienerkonsole steuert die Gantry 100 und den Tisch 200. Unter der Steuerung durch den die Bedienerkonsole 300 führt die Gantry 100 einen Scan mit vorbestimmten Parametern durch, während der Tisch 200 das Subjekt 100 in einem Bildakquisiti onsraum so positioniert, dass ein vorbestimmtes Gebiet gescant wird. Positionsinformation von dem Tisch 200 wird zu der Bedienerkonsole rückgemeldet. Die Bedienerkonsole 300 ist ein Beispiel für die Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Das Subjekt 10 wird durch entsprechendes Einstellen der Höhe einer oberen Platte 202 und des horizontalen Hubs einer Auflage 204 auf der oberen Platte 202 mittels eines innen angeordneten Positionseinstellmechanismus eingestellt. Die Höhenlage der oberen Platte 202 wird dadurch eingestellt, dass ein Träger 206 um sein an einem Sockel 208 als Drehpunkt gelagertes Ende verschwenkt wird.
Beim Ausführen eines Scans in einem Zustand, in dem die Auflage 204 still steht, wird ein Axialscan durchgeführt. Durch Ausführen eines Scans bei kontinuierlich sich bewegender Auflage 204 wird ein Spiralscan (helical scan) durchgeführt. Die Gantry 100 und der Tisch 200 sind ein Beispiel der Datenakquisitionsvorrichtung bei der vorliegenden Erfindung.
Im Falle eines Aufbaus, bei dem die Gantry 100 sich linear längs des Tisches 200 bewegen kann, kann ein Spiralscan in der Weise ausgeführt werden, dass die Gantry 100 an Stelle der Auflage 204 linear bewegt wird.
Kurz gesagt, kann der lineare Vorschub in der Axialrichtung des Spiralscans die relative Vorschubbewegung zwischen der Gantry 100 und dem Tisch 200 sein. Wenngleich im nachstehenden ein Beispiel der Bewegung der Auflage 204 beschrieben ist, so ist doch der Fall der Bewegung der Gantry 100 diesem Beispiel gleichwertig.
2 veranschaulicht schematisch den Aufbau der Röntgenbestrahlungs-/Detektionseinrichtung 110. Die Röntgenbestrahlungs-/Detektionseinrichtung 110 erfasst Röntgenstrahlen 134, die von einem Brennfleck 132 einer Röntgenröhre 130 emittiert werden mittels eines Röntgenstrahldetektors 150.
Der Röntgenstrahl 134 wird von einem nicht dargestellten Kollimator zu einem kegelförmigen Röntgenstrahl geformt. Der Röntgenstrahldetektor 150 hat eine Röntgenstrahleintrittsfläche 152, die sich entsprechend der Aufspreizung des konischen Röntgenstrahls zweidimensional erstreckt. Die Röntgenstrahleintrittsfläche 152 ist so gekrümmt, dass sie einen Teil eines Zylinders bildet. Die Mittelachse des Zylinders geht durch den Brennfleck 132.
Die Röntgenbestrahlungs-/Detektionseinrichtung 110 läuft um die durch den Bildakquisitionsmittelpunkt, d.h. durch das Isozentrum 0 verlaufende Mittelachse um. Die Mittelachse ist parallel zu der Mittelachse eines Teilzylinders, der von dem Röntgenstrahldetektor 150 gebildet ist.
Die Richtung der zentralen Drehachse ist als Z-Richtung angenommen, die das Isozentrum 0 und den Brennfleck 132 verbindende Richtung ist als Y-Richtung angenommen und eine rechwinklig zu der Z-Richtung und der Y-Richtung verlaufende Richtung ist als X-Richtung bezeichnet. Die X-Y-Z-Achsen sind die drei Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems, das die Z-Achse als Mittelachse benutzt. Die Z-Achse ist auch die Achse eines Spiralscans.
3 ist eine schematische Draufsicht auf die Röntgenstrahleintrittsfläche 152 des Röntgenstrahldetektors 150. In der Röntgenstrahleintrittsfläche 152 sind Detektorzellen 154 zweidimensional in der X- und Y-Richtung angeordnet, d.h. die Röntgenstrahleintrittsfläche 152 ist ein zweidimensionales Array der Detektorzellen 154.
Jede der Detektorzellen 154 dient als Detektionskanal des Röntgenstrahldetektors 150. Demgemäß nimmt der Röntgenstrahldetektor 150 die Gestalt eines mehrkanaligen Röntgengstrahldetektors an. Eine Detektorzelle 154 ist beispielsweise aus einer Kombination eines Szintillators und einer Photodiode aufgebaut.
Ein solcher Röntgenstrahldetektor 150 wird auch als mehrreihiger Röntgenstrahldetektor bezeichnet, der die X-Richtung als Kanalrichtung und die Z-Richtung als Spaltenrichtung benutzt. Die Zahl der Kanäle ist z.B. 1024 und die Zahl der Spalten ist z.B. 64. Durch Verwendung eines mehrreihigen Röntgenstrahldetektors, so wie des Röntgenstrahldetektors 150, können zweidimensionale Projektionsdaten auf einmal akquiriert und ein wirkungsvoller Scan ausgeführt werden.
4 veranschaulicht das Konzept des helikalen oder Spiralpitch (Spiralganghöhe). 4 zeigt einen Zustand, in dem der Röntgenfokalpunkt 132 sich in der Z-Richtung bei einer Umdrehung des Spiralscans um lediglich den Abstand d bewegt. Der Abstand „d" ist der relative lineare Vorschub zwischen der Gantry 100 und dem Tisch 200. Der Spiralpitch ergibt sich als ein Wert, der durch Normalisierung des Abstandes „d" mit der Breite D des Röntgenstrahldetektors 150 in der Z-Achsen- Richtung erzielt wird. D.h. der Spiralpitch ist als d/D angegeben.
Es wird nun der Betrieb des Gerätes beschrieben. 5 zeigt das Flussdiagramm des Funktionsablaufs des Gerätes. Wie in 5 veranschaulicht, werden bei einem Schritt 501 Bildakquisitionsparameter eingegeben. Die Bildakquisitionsparameter werden durch entsprechende Bedienung der Bedienerkonsole 300 durch den Bediener eingegeben. Bei dieser Bedienung können die Röntgenröhrenspannung, der Röntgenröhrenstrom, die Gantryumlaufgeschwindigkeit, die Scanstart- und Endposition, die Herzschlagphase der Bildakquisition, Bildrekonstruktionsparameter und dergleichen eingegeben werden.
Bei dem Schritt 503 wird ein Herzschlag eingegeben. Der Herzschlag wird auf dem Display 302 auf der Basis von Eingangssignalen von dem Elektrokardiographen 400 dargestellt und der Bediener gibt den Herzschlag entsprechend der Darstellung ein. Der Herzschlag wird bspw. durch eine Herzrate zum Ausdruck gebracht. Alternativ kann der Herzschlag auch durch einen kardialen Zyklus ausgedrückt werden. Es besteht ein umgekehrtes Verhältnis zwischen der Herzrate und dem kardialen Zyklus. Wenngleich im Folgenden der Vorgang im Hinblick auf die Herzrate beschreiben wird, so genügt es bei Beachtung des kardialen Zyklus einfach das Inverse der Herzrate zu benutzen.
Bei dem Schritt 505 wird der Spiralpitch eingestellt. Der Spiralpitch wird automatisch dadurch eingestellt, dass die Bedienerkonsole 300 mit der Eingabe der Herzrate beaufschlagt wird. Die Bedienerkonsole 300 speichert zunächst die Übereinstimmungen zwischen der Herzrate und dem optimalen Spiral pitch ab und stellt dann auf der Grundlage dieser Übereinstimmungen den Spiralpitch ein.
Die Übereinstimmungen zwischen dem Herzschlag und dem optimalen Spiralpitch sind bspw. in den 6A und 6B dargestellt. Diese Übereinstimmungen werden durch Ableitung von den letzten Bildakquisitionsaufzeichnungen oder dergleichen bestimmt. 6A veranschaulicht den Fall, bei dem Projektionsdaten des Umfangs eines Halbscans in einem Herzschlag aufgenommen wurden. 6B zeigt den Fall, bei dem die Projektionsdaten des Umfangs des halben Scans in zwei Herzschlägen aufgenommen wurden. Wie in den 6A, 6B dargestellt, ist der optimale Spiralpitch um so größer je höher der Herzschlag ist.
Der optimale Spiralpitch bezüglich des gleichen Herzschlags verändert sich entsprechend der Gantryumlaufgeschwindigkeit. Demgemäß gibt es bei Verwendung der Gantryumlaufgeschwindigkeit als Parameter mehrere Übereinstimmungen. In den 6A, 6B ist die Gantryumlaufgeschwindigkeit als Umlaufszeit pro Umdrehung dargestellt. Diese Entsprechungen werden als mathematische Tabelle oder als ein numerischer Ausdruck in einem Speicher abgespeichert.
Bei einem Schritt 507 wird ein Spiralscan durchgeführt. Der Spiralscan beginnt bei der Scan-Startposition, wobei Projektionsdaten aufgenommen werden. Der Spiralscan wird in einem Zustand durchgeführt, in dem der Patient oder die Patientin seinen bzw. ihren Atem anhält.
Der Spiralscan wird mit dem optimalen Spiralpitch durchgeführt. Speziell wird die Vorschubgeschwindigkeit der Auflage 204 auf der das Subjekt 10 aufgelagert ist, so gesteuert, dass sie die dem optimalen Spiralpitch entsprechende Geschwindigkeit ist. In der Beschreibung wird die Vorschubgeschwindigkeit der Auflage 204 auch als Tischvorschubgeschwindigkeit bezeichnet. Wenn die Auflage feststeht und die Gantry sich bewegt wird die Gantry-Vorschubgeschwindigkeit gesteuert.
Bei einem Schritt 509 wird eine Herzschlagmessung durchgeführt. Der Herzschlag wird parallel zu dem Spiralscan gemessen. Durch diesen Vorgang wird der jeweilige Augenblickswert des Herzschlags während des Spiralscans erhalten.
In einem Schritt 511 wird festgestellt, ob der Spiralpitch für den gegenwärtigen Herzschlag optimal ist oder nicht. Zur Bestimmung werden die in den 6A, 6B dargestellten Entsprechungen verwendet.
Sobald festgestellt ist, dass der Spiralpitch optimal ist, wird bei einem Schritt 513 festgestellt, ob der Scan beendet ist oder nicht. Der Scan ist abgeschlossen, wenn der Spiralscan die Endposition des Scans erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, wird festgestellt, dass der Scan nicht vollständig abgeschlossen ist und das Gerät kehrt zu dem Schritt 509 zurück und misst den Herzschlag. Während der Bestimmung geht der Spiralscan weiter.
Während der Zeitspannung während der der Spiralpitch für den augenblicklichen Herzschlag optimal ist und der Scan nicht vollendet ist, werden die Vorgänge in den Schritten 509 bis 513 wiederholt. Auf diese Weise geht der Scan mit dem ursprünglich eingestellten Spiralpitch weiter.
Der Herzschlag verändert sich oft während des Scans. Wenn sich der Herzschlag verändert, weicht der ursprünglich eingestellte Spiralpitch von dem Optimalwert ab. In einem solchen Fall wird in einem Schritt 511 festgestellt, dass der Spiralpitch für den gegenwärtigen Herzschlag nicht optimal ist.
Auf der Grundlage dieser Bestimmung wird der Spiralpitch bei einem Schritt 515 verändert. Der Spiralpitch wird dadurch verändert, dass der Optimalwert des Spiralpitch für den augenblicklichen Wert des Herzschlages aus den in den 6A, 6B dargestellten Zuordnungen entnommen und die Tischgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass der Spiralpitch wieder zum optimalen Spiralpitch wird.
Bei diesem Vorgang wird der Spiralscan nunmehr mit dem neuen Spiralpitch durchgeführt. Der Spiralpitch wird, gesteuert von der Bedienerkonsole 300 verändert. Die Bedienerkonsole 300 ist zur Ansteuerung einer Änderung des Spiralpitch ein Beispiel für erste Steuermittel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Funktionsablaufschleife der Schritte 509, 511, 515 wird mit Vorzug mit höher werdendem Herzschlag in kürzeren Zeitzyklen wiederholt, so dass das Gerät auf eine Veränderung des Herzschlags mit hoher Geschwindigkeit ansprechen kann.
7 veranschaulicht ein Beispiel einer Veränderung des Spiralpitch entsprechend einer Änderung des Herzschlags. In 7 ist der zeitabhängige Verlauf des Herzschlags mit einer ausgezogenen Linie dargestellt, während der dem zeitabhängigen Verlauf des Herzschlags entsprechende Verlauf des Spiralpitchs durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist.
Der Scan wird durchgeführt während der Patient oder die Patientin seinen bzw. ihren Atem anhält. Der Herzschlag ändert sich oft, wenn der Patient oder die Patientin den Atem anhält. Der Spiralpitch ändert sich so, dass er dem Herzschlag folgt. Auch während einer solchen Änderung des Spiralpitchs werden Projektionsdaten aufgenommen.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Röntgenröhrenstrom entsprechend einer Zunahme/Abnahme des Spiralpitchs zunehmen/abnehmen. Demgemäß kann die Röntgenexpositionsdosis des Subjektes 10 deshalb unabhängig von dem Spiralpitch konstant gehalten werden, weil mit zunehmendem Spiralpitch ein größerer Röntgenröhrenstrom zugeführt werden muss.
Wenn der Spiralscan die Scan-Endposition erreicht, wird bei einem Schritt 513 der Abschluss des Scans bestimmt und bei einem Schritt 517 eine Bildrekonstruktion in gleichen Intervallen vorgenommen. Diese Bildrekonstruktion in gleichen Intervallen wird auf der Grundlage der Bildrekonstruktionsparameter durchgeführt, die bei dem Schritt 501 eingegeben wurden.
Die Bildrekonstruktion in gleichen Intervallen wird auch unter Verwendung von Projektionsdaten durchgeführt, die während einer Veränderung des Spiralpitch aufgenommen wurden. Für die Bildrekonstruktion in gleichen Intervallen unter Verwendung von während einer Veränderung des Spiralpitchs aufgenommenen Projektionsdaten wird die in dem japanischen offengelegten Patentdokument Nr. 2005-40582 beschriebene Technik einer bekannten variablen Pitchrekonstruktion benutzt.
Das wesentliche dieser Technik besteht darin, dass auch wenn sich der Spiralpitch wegen einer Beschleunigung oder Verzögerung des Tisches kontinuierlich verändert, die Röntgenstrahlenübertragungsrichtung in jeder der mehreren Bildrekonstruktionspositionen, die in gleichen Intervallen eingestellt sind auf der Basis jedes der Augenblickswerte der Tischpositionskoordinaten erhalten wird und die Bildrekonstruktion unter Verwendung von Projektionsdaten ausgeführt wird, die an die Röntgenstrahlübertragungsrichtung angepasst sind.
8 ist ein Flussdiagramm, das Details eines dreidimensionalen Rückprojektionsverfahrens als Hauptteil der Bildrekonstruktion veranschaulicht.
Ein Bild wird als dreidimensionales Bild in einer xy-Ebene rekonstruiert, die rechtwinklig zu der z-Achse sich erstreckt. Eine Rekonstruktionsebene P liegt parallel zu der xy-Ebene.
In einem Schritt S61 wird eine aller Ansichten (views) (d.h. z.B. der Ansichten des Halbscans) betrachtet, die zur Rekonstruktion eines Schichtbildes erforderlich sind, und Projektionsdaten Dr entsprechend jedem der Pixel in der Rekonstruktionsfläche P werden extrahiert.
Wie in den 9A, 9B veranschaulicht, wird ein quadratischer Bereich von 512 × 512 Pixel parallel zu der xy-Ebene als die Rekonstruktionsfläche P eingestellt. Die Pixelzeile LO bei y = 0, die Pixelzeile L63 bei y = 63, die Pixelzeile L127 bei y = 127, die Pixelzeile L191 bei y = 191, die Pixelzeile L255 bei y = 255, die Pixelzeile L319 bei y = 319, die Pixelzeile L383 bei y = 383, die Pixelzeile L447 bei y = 447 und die Pixelzeile L511 bei y = 511, die parallel zu der x-Achse von y = 0 sind, werden als Beispiel benutzt. Durch das Extrahieren von Projektionsdaten auf den Zeilen T0 bis T511, wie in 10 dargestellt, die durch Projektion der Pixelzeilen L0 bis L511 auf die Ebene des Mehrschicht-Röntgendetektors 150 in der Röntgenstrahlübertragungsrichtung erhalten wurden, werden die extrahierten Daten als Projektionsdaten Dr (view, x, y) in den Pixelzeilen L0 bis L511 verwendet. X, Y entspricht hier den Pixeln (x, y) eines Schichtbildes.
Die Röntgenstrahlübertragungsrichtung ist bestimmt durch geometrische Positionen u.a. des Röntgenstrahlfokuspunktes der Röntgenröhre 130, jedes Pixels und des mehrreihigen Röntgenstrahldetektors 150. Da eine z-Koordinate z (view) der Röntgenstrahldetektordaten D0 (view, j, i) den Röntgenstrahldetektordaten als lineare Tischvorschub z-Richtungsposition Z-Tisch (view) hinzugefügt und bekannt ist, können der Röntgenstrahl-Fokuspunkt und die Röntgenstrahlübertragungsrichtung in einem geometrischen Datenaufnahmesystem des mehrreihigen Röntgenstrahldetektors während einer Beschleunigung/Verzögerung genau aus den Röntgenstrahldetektordaten D0 (view, j, i) gewonnen werden.
In dem Fall, in dem sich eine Zeile zur Außenseite der Kanalrichtung des mehrreihigen Röntgenstrahldetektors 150 erstreckt, wie eine Zeile T0, die durch Projektion der Pixelzeile L0 auf die Ebene des mehrreihigen Röntgenstrahldetektors 150 in der Röntgenstrahlübertragungsrichtung erhalten wurde, werden die entsprechenden Projektionsdaten Dr (view, x, y) auf „0" gesetzt. In dem Fall, dass die Zeile sich zur Aussehseite in der z-Richtung erstreckt werden die Projektionsdaten Dr (view, x, y) durch Extrapolation gewonnen.
Wie im Vorstehenden beschrieben und in 11 veranschaulicht, können die Projektionsdaten Dr (view, x, y), die jedem der Pixel in der Rekonstruktionsebene P entsprechen, extrahiert werden.
Bezugnehmend wiederum auf 8 werden bei einem Schritt S62 die Projektionsdaten Dr (view, x, y,) mit einem gewichteten Kegelstrahlrekonstruktionskoeffizienten multipliziert, wodurch Projektionsdaten D2 (view, x, y) erzeugt werden, wie dies in 12 veranschaulicht ist.
Der gewichtete Kegelstrahlrekonstruktionskoeffizient w (i, j) ist folgendermaßen beschaffen: Im Falle einer Fächerstrahlbildrekonstruktion werden allgemein, wenn der zwischen einer den Fokuspunkt der Röntgenröhre 130 und ein Pixel g (x, y) in der Rekonstruktionsebene P (auf der xy-Ebene) bei dem view = βa verbindenden geraden Linie und einer Mittelpunktsachse Bc eines Röntgenstrahls eingeschlossene Winkel γ und der gegenüberliegende view = βb ist der folgende Ausdruck erhalten: βb = βa + 180° – 2γ Gleichung 1
Wenn der zwischen einem durch das Pixel g (x, y) auf der Rekonstruktionsfläche P gebenden Röntgenstrahl und der Rekonstruktionsebene P eingeschlossene Winkel αa ist und der Winkel zwischen einem dem vorstehend erwähnten Röntgenstrahl en tgegengerichteten Röntgenstrahl und der Rekonstruktionsebene P gleich αb ist, werden die Winkel αa, αb mit gewichteten Kegelstrahlrekonstruktionskoeffizienten ωa bzw. ωb multipliziert, die von den Winkeln abhängen und die Ergebnisse werden addiert, wodurch Rückprojektionspixeldaten D2 (0, x, y) erhalten werden. In diesem Falle ergibt sich der folgende Ausdruck: D2(0, x, y) = ωa·D2(0, x, y)_a + ωb·D2(0, x, y)_b Gleichung 2,worin D2(0, x, y)_a Rückprojektionsdaten des views βa und D2(0, x, y)_b Rückprojektionsdaten des views βb bezeichnen.
Die -Summe der einander entgegen gerichteten Strahlen der gewichteten Kegelstrahlrekonstruktionskoeffizienten wird wie folgt ausgedrückt: ωa + ωb = 1 Gleichung 3
Durch Ausführung einer Multiplikation mit den gewichteten Kegelstahlrekonstruktionskoeffizienten ωa, ωb und Addition können Kegelwinkelartefakte verringert werden. Zum Beispiel können gewichtete Kegelstrahlrekonstruktionskoeffizienten ωa, ωb, die mit den nachstehend angeführten Gleichungen berechnet wurden, verwendet werden. Ga bezeichnet hier einen gewichteten Koeffizienten des views βa und gb bezeichnet einen gewichteten Koeffizienten des views βb.
Wenn 1/2 des Fächerstrahls als γmax eingesetzt wird, ergeben sich folgende Ausdrücke: ga = f(γmax, αa, βa) gb = f(γmax, αb, βb) xa = 2·gaq/(gaq + gbq) xb = 2·gbq/(gaq + gbq) wa = xa2·(3 – 2xa) wb = xb2·(3 – 2xb) Gleichung 4

(zum Beispiel q = 1)

Wenn z.B. max[ ] eine Funktion der Annahme eines größeren Wertes als Beispiel für ga und gb ist, ergibt sich Folgendes: ga = max[0, {(π/2 + γmax) – |βa|}]·|tan(αa)| gb = max [0, {(π/2 + γmax) – |βb|}]·|tan(αb)| Gleichung 5
Im Falle einer Fächerstrahlbildrekonstruktion wird außerdem jedes der Pixel auf der Rekonstruktionsfläche P mit dem Abstandskoeffizienten multipliziert. Der Abstandskoeffizient ist durch (r1/r0)² ausgedrückt, wenn der Abstand von dem Fokuspunkt der Röntgenröhre 130 zu der Detektorspalte j des mehrreihigen Röntgenstrahldetektors 150 den Projektionsdaten Dr entspricht und der Kanal i gleich r0 ist und der Abstand von dem Fokuspunkt der Röntgenröhre 130 zu einem Pixel auf der Rekonstruktionsfläche entsprechende den Projektionsdaten Dr gleich r1 ist.
Bei einem Schritt S63 werden, wie in 13 veranschaulicht, die Projektionsdaten D2 (view, x, y) zu den Rückprojek tionsdaten D3 (x, y) hinzuaddiert, die vorher auf pixelentsprechende Weise von Fehlern befreit worden waren.
Bei einem Schritt S64 werden die Schritte S61 bis S63 bezüglich aller views (Ansichten) wiederholt, die notwendig sind, um ein Schichtbild zu rekonstruieren (d.h. z.B. views des Umfangs eines Halbscans) und wie in 13 veranschaulicht, werden Rückprojektionsdaten D3 (x, y) erhalten.
Durch Ausführung der im Vorstehenden beschriebenen dreidimensionalen Rückprojektion unter Verwendung von zweidimensionalen Projektionsdaten können unabhängig von einer Änderung des Spiralpitchs während eines Scans mehrere rekonstruierte Bilder in gleichen Intervallen erhalten werden. Da der Spiralpitch dynamisch so optimiert wird, dass er einer Änderung des Herzschlags folgt, werden die Herzschlagphasen mehrerer Bilder gleich und darüberhinaus tritt kein Datenverlust auf.
Die in gleichen Intervallen erfolgende Bildrekonstruktion wird gesteuert von der Bedienerkonsole 300 ausgeführt. Die Bedienerkonsole 300, die die Bildrekonstruktion in gleichen Intervallen steuert, ist ein Beispiel für die zweiten Steuermittel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Gerät wird der Spiralpitch dadurch verändert, dass die relative Vorschubgeschwindigkeit des Röntgenstrahlfokuspunkts in der Achsrichtung eines Spiralscans verändert wird. Demgemäß genügt es, lediglich eine der zwei Geschwindigkeitskomponenten in der Umfangsrichtung und in der Achsrichtung des Spiralscans zu steuern.
Da die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des das Subjekt tragenden Tisches verändert wird, ist es leicht, die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit des Röntgenstrahl-Fokuspunkts zu verändern.

Claims

Röntgenstrahl-CT-Einrichtung, die aufweist: Eine Datenakquisitionsvorrichtung (100, 200) zum Akquirieren von Projektionsdaten eines Subjektes durch einen Spiralscan, der mit einem Herzschlag synchronisiert ist; eine Bildrekonstruktionsvorrichtung (300) zur Rekonstruktion eines Bildes auf der Basis der akquirierten Projektionsdaten; und eine Steuereinrichtung (300) zur Steuerung der Datenakquisitionsvorrichtung und der Bildrekonstruktionsvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung (300) aufweist: Erste Steuermittel zur Veränderung des Spiralpitch entsprechend einer Änderung des Herzschlags während des Spiralscans; und zweite Steuermittel zur Rekonstruktion von Bildern in mehreren Schichtpositionen in gleichen Intervallen auf der Basis von Projektionsdaten, die auch während der Änderung des Spiralpitchs akquirierte Projektionsdaten enthalten.
Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach Anspruch 1, bei der der Spiralpitch dadurch verändert wird, das die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit eines Röntgenstrahlfokuspunkts in der Axialrichtung des Spiralscans verändert wird.
Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit eines das Subjekt tragenden Tisches verändert wird.
Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Datenakquisitionsvorrichtung (100, 200) zweidimensionale Projektionsdaten akquiriert.
Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Datenakquisitionsvorrichtung (100, 200) Projektionsdaten über einen mehrreihigen Röntgenstrahldetektor (150) akquiriert.
Verfahren zum Steuern einer Röntgenstrahl-CT-Einrichtung, bei dem die Röntgenstrahl-CT-Einrichtung so gesteuert wird, dass sie Projektionsdaten eines Subjekts mittels eines Spiralscans akquiriert werden, der mit einem Herzschlag synchronisiert ist und ein Bild auf der Grundlage der aufgenommenen Projektionsdaten rekonstruiert wird und das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Verändern des Spiralpitch entsprechend einer Änderung des Herzschlags während des Spiralscans (515); und Rekonstruieren von Bildern in mehreren Schichtpositionen in gleichen Intervallen auf der Grundlage von Projektionsdaten, die auch Projektionsdaten beinhalten, welche während einer Veränderung des Spiralpitchs (517) akquiriert werden.
Verfahren zur Steuerung einer Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach Anspruch 6, bei dem der Spiralpitch dadurch verändert wird, dass die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit eines Röntgenfokuspunkts in der Achsrichtung des Spiralscans verändert wird.
Verfahren zur Steuerung einer Röntgenstrahl-CT-Einrichtung nach Anspruch 7, bei der die relative lineare Vorschubgeschwindigkeit durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit eines das Subjekt tragenden Tisches verändert wird.