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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf die nuklearmedizinische
Bildgebung und insbesondere auf ein effizientes Abbilden von interessierenden
Strukturen mit mehreren Bildgebungsdetektoren, die ein kleines Sichtfeld
aufweisen.
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In
der nuklearmedizinischen (NM) Bildgebung kann die zur Erfassung
einer Aufnahme von einem Patienten benötigte Zeit lang sein, was für den Patienten
zu Unbequemlichkeiten führt.
Wenn der Patient sich bewegt, kann darüber hinaus das Bild beeinträchtigt werden,
und die Aufnahme kann wiederholt werden müssen. Zusätzlich zu den Kosten der Ausrüstung können aufgrund
der Zeit und Arbeitskraft, die zum Bedienen der Ausrüstung erforderlich
sind, auch hohe Betriebskosten anfallen. Bildgebungsdetektoren mit
großen
Abmessungen haben durch ihre Geometrie auch eine begrenzte Manövrierbarkeit,
wenn sie nahe bei einem Patienten angeordnet sind.
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Bei
bestimmen Arten von Scanns, wenn z.B. der gesamte Körper aufgenommen
wird oder bei großen
Patienten, kann der abzubildende Bereich des Patienten das gesamte
Sichtfeld eines konventionellen Bildgebungsdetektors mit großen Abmessungen erfordern.
Wenn jedoch eine Struktur abgebildet wird, die kleiner als das Sichtfeld
des Bildgebungsdetektors ist, wie z.B. das Herz, die Leber, eine
Niere oder ein Tumor, werden Bereiche des Bildgebungsdetektors Patientendaten
außerhalb
der interessierenden Struktur erfassen. Dadurch wird eine effektive Empfindlichkeit
herabgesetzt, die nicht mit der geometrischen Empfindlichkeit des
Kollimators im Zusammenhang steht, sondern sich vielmehr auf die
Möglichkeit
bezieht, die dadurch verloren geht, dass nutzbare Informationen
nicht gesammelt werden.
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Zahlreiche
Arten von Aufnahmen erfordern auch eine Abbildung von einer Anzahl
axialer Positionen um den Patienten herum. Konventionelle Bildgebungsdetektoren
erfassen z.B. häufig
Daten, während
sie von einer Gantry um wenigstens einen Bereich des Patienten herum
gedreht werden, wie z.B. um näherungsweise
180° bis
zu 360°,
um für
eine volumetrische Bildgebung und Verarbeitung ausreichende Daten
der Struktur zu gewinnen. Dies ist zeitaufwendig, was den Patientendurchsatz
begrenzt, und infolge von Patientenbewegungen fehleranfällig, wie
es oben erörtert
worden ist.
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Demnach
besteht Bedarf an Verfahren und einer Vorrichtung zur Verkürzung der
Zeit, die zum Erfassen von Bilddaten kleinerer Strukturen während einer
NM-Bildgebung erforderlich ist. Es ist beabsichtigt, dass bestimmte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung diese Anforderung und andere Aufgaben
erfüllen,
die aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die unten dargelegt
sind, ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
enthält
eine Vorrichtung zur Abbildung einer interessierenden Struktur mehrere
Bildgebungsdetektoren, die an einer Gantry angebracht sind. Jeder
einzelne der mehreren Bildgebungsdetektoren hat ein Sichtfeld bzw. Field
of View (FOV), ist bezogen auf die anderen Detektoren unabhängig bewegbar
und zum Abbilden einer interessierenden Struktur innerhalb eines
Patienten angeordnet. Ein Datenakquisitionssystem empfängt in dem
FOV jedes einzelnen der Bildgebungsdetektoren erkannte Bilddaten.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält ein
Verfahren zum Erfassen von Bildern einer interessierenden Struktur
mit mehreren Bildgebungsdetektoren ein Anordnen mehrerer Bildgebungsdetektoren nahe
bei einer interessierenden Struktur. Jeder der mehreren Bildgebungsdetektoren
weist ein FOV auf und ist gegenüber
den jeweils anderen Detektoren unabhängig bewegbar, um das FOV zu
verändern. Wenigstens
eine Teilmenge der Bildgebungsdetektoren ist darauf gerichtet, wenigstens
einen Bereich der interessierenden Struktur in dem FOV abzubilden. Bilddaten
werden mit wenigstens der Teilmenge der mehreren Bildgebungsdetektoren
erfasst, und die von den einzelnen der Bildgebungsdetektoren empfangenen
Bilddaten werden zur Erstellung eines zusammengesetzten Bildes kombiniert.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält eine
Vorrichtung zur Abbildung einer interessierenden Struktur mehrere
Bildgebungsdetektoren, die an einer Gantry angebracht sind. Jeder
der mehreren Bildgebungsdetektoren hat ein Sichtfeld (FOV) und ist
relativ zu den anderen unabhängig
bewegbar, um das FOV zu verändern.
Wenigstens eine Teilmenge der mehreren Bildgebungsdetektoren ist
zum Abbilden einer interessierenden Struktur in einem Patienten
angeordnet. Mehrere einstellbare Kollimatoren sind an den mehreren
Bildgebungsdetektoren angebracht, und ein Datenakquisitionssystem
empfängt Bilddaten,
die innerhalb des FOV der mehreren Bildgebungsdetektoren erkannt
worden sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines nuklearmedizinischen (NM) Bildgebungssystems,
das mehrere kleine, an einer Gantry angebrachte Bildgebungsdetektoren
enthält,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 stellt
eine Schwenkbewegung dar, die zum Vergrößern des wirksamen Sichtfeldes
(FOV) des ersten Bildgebungsdetektors gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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3 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor aus 1 beim
Ausführen
einer Schwenkbewegung zum Vergrößern eines
wirksamen FOV zum Aufnehmen einer interessierenden Struktur gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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4 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor aus 1 mit
daran befestigten Pinholekollimatoren gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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5 stellt
einen einstellbaren Kollimator mit einer variablen Geometrie, der
zum Vergrößern des wirksamen
FOV des ersten bis N-ten Bildgebungsdetektors aus 1 verwendet
werden kann, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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6 stellt
den einstellbaren Kollimator aus 5, der auf
dem ersten Detektor angebracht ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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7 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor aus 1,
die die daran angebrachten einstellbaren Kollimatoren aus 5 aufweisen,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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Die
vorangegangene Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung
bestimmter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen gelesen werden. In der Weise, in der die Figuren Diagramme
der funktionalen Blöcke
von verschiedenen Ausführungsbeispielen
darstellen, bezeichnen die funktionalen Blöcke nicht notwendigerweise
die Unterteilung zwischen Hardware-Schaltungen. Dementsprechend können z.B.
ein oder mehrere der funktionalen Blöcke (z.B. Prozessoren oder
Speicher) in einem einzigen Hardwareelement implementiert sein (z.B.
einem Vielzweck-Signalprozessor oder einem Block- oder Random Access
Memory, einer Festplatte oder dergleichen). In ähnlicher Weise können die
Programme eigenständige
bzw. Stand-Alone-Programme sein, als Unterprogramme in ein Betriebssystem
einbezogen sein oder Funktionen in einem installierten Bildgebungssoftwarepaket
und dergleichen sein. Es sollte erkannt werden, dass die verschiedenen
Ausführungsformen
nicht auf die Anordnungen und Instrumente beschränkt sind, die in den Zeichnungen
gezeigt sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 ist
eine schematische Darstellung eines nuklearmedizinischen (NM) Bildgebungssystems 100,
das mehrere kleine Bildgebungsdetektoren enthält, die an einer Gantry angebracht
sind. In 1 sind ein erster, zweiter,
dritter bis N-ter Bildgebungsdetektor 102, 104, 106 und 108 an
einer Gantry 110 angebracht. Wie in 1 dargestellt
ist N = 4, wobei jedoch erkannt werden sollte, dass auch zwei, drei oder
mehr als vier Bildgebungsdetektoren verwendet werden können.
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Jeder
einzelne von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 ist
kleiner als ein konventioneller Bildgebungsdetektor. Ein konventioneller Bildgebungsdetektor
kann groß genug
sein, um den größten Teil
oder die gesamte Breite des Körpers
eines Patienten zur gleichen Zeit abzubilden und kann einen Durchmesser
von näherungsweise
40 cm aufweisen. Im Gegensatz dazu können die einzelnen von dem
ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 Abmessungen
von 4 cm bis 20 cm haben, und sie können aus Kadmium-Zink-Tellurid (CZT)-Kacheln
gebildet sein. Jeder von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 kann
z.B. 8 × 8
cm groß und
aus mehreren (nicht gezeigten) in Pixel unterteilten CZT-Modulen
zusammengesetzt sein. Jedes Modul kann z.B. 4 × 4 cm groß sein und 16 × 16 = 256
Pixel aufweisen. Es sollte erkannt werden, dass der erste bis N-te
Bildgebungsdetektor 102-108 voneinander verschiedene
Größen und/oder
Formen aufweisen können,
wie z.B. eine quadratische, rechteckige, kreisförmige oder andere Form aufweisen
können.
Ein gegenwärtiges
Sichtfeld (FOV) jedes einzelnen von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 kann
zu der Größe und Form
des jeweiligen Bildgebungsdetektors direkt proportional sein.
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Die
Gantry 110 kann mit einer Öffnung 112 durch sie
hindurch gestaltet sein, wie es dargestellt ist. Ein Patiententisch 114 ist
mit einem (nicht gezeigten) Trägermechanismus
versehen, um einen Patienten 142 in mehreren Betrachtungspositionen
innerhalb der Öffnung 112 und
relativ zu dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 zu
stützen
und zu tragen.
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Alternativ
kann die Gantry 110 mehrere (nicht gezeigte) Gantrysegmente
enthalten, von denen jedes unabhängig
einen Bildgebungsdetektor oder eine Teilmenge der Bildgebungsdetektoren
bewegen kann. Die Gantry 110 kann auch in anderen Formen,
wie z.B. als ein „C" und ein „L", ausgebildet und
drehbar um den Patienten 142 herum angeordnet sein. Die
Gantry 110 kann z.B. als ein geschlossener Ring oder Kreis
oder als ein offener Bogen oder eine offene Rundung ausgebildet
sein, die einen leichten Zugriff auf den Patienten 142 während der Bildgebung
ermöglicht
und das Einführen
und Herausnehmen des Patienten 142 erleichtert sowie die Klaustrophobie
bei dafür
empfänglichen
Patienten 142 verringert.
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Weitere
(nicht gezeigte) Bildgebungsdetektoren können zur Bildung eines Bogens
oder Rings um den Patienten 142 herum angeordnet sein.
Alternativ kann mehr als ein Ring, Bogen oder Rundung gebildet werden.
Indem mehrere Bildgebungsdetektoren an mehreren Positionen bezogen
auf den Patienten 142 angeordnet werden, können für eine interessierende
Struktur in dem Patienten 142 spezifische Bilddaten verglichen
mit Akquisitionen unter Verwendung konventioneller Detektoren mit
großen
Abmessungen schneller erfasst werden.
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Wahlweise
können
Bildgebungsdetektoren in einer dicht gepackten Anordnung um den
Patienten 142 herum angeordnet sein. Wahlweise können Bildgebungsdetektoren
in mehreren axialen Positionen um den Patienten 142 herum
angeordnet sein. Wenn das Herz abgebildet wird, können z.B.
zwei, drei, vier oder mehr Bögen
von Bildgebungsdetektoren verwendet werden. Jeder Bogen kann um
den Patienten 142 herum 90° bis 270° überspannen, und zusammen können die
Bögen einen
wesentlichen Teil des Torsos abdecken. Zum Beispiel würden drei Bögen, die
zur Verwendung von 8 × 8
cm großen Bildgebungsdetektoren
eingerichtet sind, ein gekrümmtes
Band von über
24 cm in der Breite bilden (wobei ein gewisser, vorzugsweise minimaler
Spalt zwischen den Bildgebungsdetektoren berücksichtigt wird).
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Jeder
von dem ersten, zweiten, dritten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102, 104, 106 und 108 weist
eine Strahlungserfassungsoberfläche 130, 132, 134 bzw. 136 auf,
die auf eine interessierende Struktur innerhalb des Patienten 142 gerichtet
ist. Die Strahlungserfassungsflächen 130, 132, 134 und 136 sind
jeweils von einem Kollimator 150, 152, 154 bzw. 156 bedeckt.
Das gegenwärtige
FOV jedes einzelnen von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 kann
durch die Art des Kollimators 150-156, wie z.B.
eines Pinhole-, eines Parallelstrahl-, eines konvergierenden oder
divergierenden Fächerstrahl-, eines
konvergierenden oder divergierenden Kegelstrahl-, eines Mehrloch-,
eines konvergierenden Mehrloch-, eines konvergierenden Mehrloch-Fächerstrahl-,
eines konvergierenden Mehrloch-Kegelstrahl-, eines divergierenden
Mehrlochkollimators oder eines anderen Typs von Kollimator vergrößert oder
verkleinert werden oder relativ unverändert bleiben.
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Wahlweise
können
Mehrlochkollimatoren konstruiert werden, so dass sie an Pixeln eines
in Pixel unterteilten Detektors, wie z.B. eines in Pixel unterteilten
CZT-Detektors ausgerichtet bzw. registriert sind. Eine registrierte
Kollimation kann die räumliche Auflösung erhöhen, indem
durch ein Loch hindurchgehende Photonen gezwungen werden, in erster
Linie von einem Pixel gesammelt zu werden. Zusätzlich kann die registrierte
Kollimation die Empfindlichkeit und die Energieantwort von in Pixel
unterteilten Detektoren erhöhen,
wenn ein Detektorbe reich nahe bei den Rändern eines Pixels oder zwischen
zwei benachbarten Pixeln eine geringere Empfindlichkeit oder eine
schlechtere Energieauflösung
oder einen anderen Leistungsfähigkeitsmangel
aufweisen kann. Dadurch, dass sich Kollimatorsepten direkt über den Rändern der
Pixel befinden, verringert sich die Gefahr, dass Photonen auf diese
Stellen mit einer verschlechterten Leistungsfähigkeit auftreffen, ohne dass
die Gesamtwahrscheinlichkeit dafür,
dass ein Photon durch den Kollimator hindurch tritt, verringert wird.
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Eine
Steuerungseinheit 120 kann die Bewegung und die Positionierung
des Patiententisches 114, der Gantry 110, des
ersten bis N-ten Bildgebungsdetektors 102-108 und
der Kollimatoren 150-156 steuern. Es wird ein
Bewegungsbereich während
einer Akquisition oder zwischen Bildern festgelegt, um das gegenwärtige FOV
jedes einzelnen von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 zu
der interessierenden Struktur hin oder auf diese gerichtet zu halten.
Der Bewegungsbereich kann auf festen oder patientenspezifischen
Kreisbahnen basieren, und es können
kleine Bewegungen, wie z.B. ein Detektor-„Dithering" verwendet werden. Wahlweise
kann das Ausmaß oder
der Bereich der Bewegung von einem vorläufigen Bild der interessierenden
Struktur abhängen.
Das vorläufige
Bild kann von dem Bildgebungssystem 100 oder durch ein
zuvor gewonnenes Bild, wahlweise von einem anderen, wahlweise verschiedenen
Typ von Bildgebungssystem gewonnen werden. Zum Beispiel kann ein CT-Bild
als das vorläufige
Bild verwendet werden.
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Die
Steuerungseinheit 120 kann eine Gantrymotorsteuerung 124,
eine Tischsteuerung 141, eine Radiussteuerung 164,
eine Schwenksteuerung 118 und eine Kollimatorsteurung 186 enthalten.
Die Steuerungen 118, 124, 141, 164 und 186 können von einer
Verarbeitungseinheit 196 automatisch kontrolliert oder
von einem Bediener manuell gesteuert werden oder eine Kombination
davon. Die Gantrymotorsteuerung 124 kann den ersten bis
N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 bezogen auf
den Patienten 142 individuell in Segmenten oder gleichzeitig
in einer festen Beziehung zueinander drehen. Wahlweise können eine
mechanische Verbindung oder mechanische Verbindungen, die mit einer
Mehrzahl oder Teilmenge der Bildgebungsdetektoren verbunden sind,
die mehreren Bildgebungsdetektoren übereinstimmend bewegen. Die
Tischsteuerung 141 kann den Patiententisch 114 zum
Positionieren des Patienten 142 relativ zu den FOV von
einem oder mehreren von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 bewegen.
Der Patiententisch 114 kann z.B. in einer Aufwärts/Abwärts-Richtung 144,
einer Einwärts/Auswärts-Richtung 148 und
einer Rechts/Links-Richtung 146 bewegt werden. Die Radiussteuerung 164 kann
jeden einzelnen von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 näher an eine
Oberfläche
des Patienten 142 heran und weiter von dieser weg bewegen,
und die Schwenksteuerung 118 kann den ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 axial
bezogen auf den Patienten 142 bewegen. Die Kollimatorsteuerung 186 kann
eine Stellung eines einstellbaren Kollimators, wie z.B. eines Kollimators
mit einstellbaren Streifen (oder Platten) oder einem einstellbaren
Loch oder einstellbaren Löchern
bzw. Pinhole(s) einstellen. Es sollte erkannt werden, dass eine
Bewegung eines oder mehrerer Bildgebungsdetektoren auch in anderen
Richtungen als streng axial oder radial erfolgen kann und wahlweise
Bewegungen in mehreren Bewegungsrichtungen kombiniert werden können, um
die gewünschte Bewegung
zu erzeugen. Daher kann der Ausdruck „Bewegungssteuerung" verwendet werden,
um eine Sammelbezeichnung für
alle Bewegungssteuerungen anzugeben.
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Vor
dem Erfassen eines Bildes der interessierenden Struktur können der
erste bis N-te Bildgebungsdetektor 102-108, die
Gantry 110, der Patiententisch 114 und/oder die
Kollimatoren 150-156 wie oben erörtert auf
erste oder anfängliche
Bildgebungspositionen eingestellt werden. Der erste bis N-te Bildgebungsdetektor 102-108 können jeweils
in Abhängigkeit
von der Größe der Struktur,
einem Bereich oder Bereichen von größerem Interesse innerhalb der
Struktur, der Lage der Struktur innerhalb des Patienten 142 und
dergleichen so angeordnet sein, dass sie die gesamte Struktur oder
einen Bereich der Struktur abbilden. Alternativ können auch
einer oder mehrere der Bildgebungsdetektoren 102-108 zum Erfassen
von Daten nicht benutzt werden, wenn dies nicht erforderlich ist.
Die Positionierung kann manuell durch den Bediener und/oder automatisch
durchgeführt
werden, wie z.B. durch Nutzung einer Kantendetektion, einer vorherigen
Kenntnis der Patientenanatomie, einer zuvor erfassten Abschwächungsabbildung
oder durch Berechnen von Projektionsansichten der interessierenden
Struktur aus einem Bild, das vor der gegenwärtigen Akquisition z.B. durch
eine andere Bildgebungstechnik, wie etwa CT, MRI, Röntgen, SPECT,
PET oder Ultraschall oder mit dem oben erörterten vorläufigen Bild
aufgenommen worden ist. Wahlweise kann ein planares Bild oder ein
Bild von geringer Qualität
mit einer niedrigeren Auflösung oder
einer geringen Gesamtzählrate
verwendet werden, um den Patienten 142 entweder manuell
oder automatisch zu positionieren. Alternativ kann ein dauerhaftes
Bild verwendet werden, dass die Zählrate misst.
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Nachdem
der erste bis N-te Detektor 102-108, die Gantry 110,
der Patiententisch 114 und die Kollimatoren 150-156 zu
Anfang positioniert worden sind, werden von jedem verwendeten Bild gebungsdetektor
ein oder mehrere Bilder erfasst. Die von den einzelnen Bildgebungsdetektoren
erfassten Bilddaten können
zu einem zusammengesetzten Bild kombiniert und rekonstruiert werden,
das zweidimensionale (2D) Bilder, ein dreidimensionales (3D) Volumen
oder ein 3D-volumen über
der Zeit (4D) aufweisen kann.
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In
einer Ausführungsform
bleiben der erste bis N-te Bildgebungsdetektor 102-108,
die Gantry 110, der Patiententisch 114 und die
Kollimatoren 150-156 stationär, nachdem sie zu Anfang positioniert
worden sind. In einer anderen Ausführungsform kann das wirksame
Sichtfeld für
einen oder mehrere der Bildgebungsdetektoren durch eine Bewegung, wie
z.B. ein Schwenken eines oder mehrerer von dem ersten bis N-ten
Bildgebungsdetektor 102-108, ein Drehen eines
oder mehrerer von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 mit
der Gantry 110, ein Einstellen eines oder mehrerer der
Kollimatoren 150-156 oder ein Bewegen des Patiententisches 114 vergrößert werden.
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Ein
Datenakquisitionssystem (DAS) 126 empfängt die von dem ersten bis
N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 erzeugten elektrischen
Signaldaten und wandelt diese Daten zur anschließenden Verarbeitung in digitale
Signale um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 128, eine
Datenspeichereinrichtung 194 und eine Verarbeitungseinheit 196 können ebenfalls
vorhanden sein. Es sollte erkannt werden, dass eine oder mehrere
Funktionen, die mit der Datenakquisition, der Bewegungssteuerung,
der Datenverarbeitung und/oder der Bildrekonstruktion zusammenhängen, durch
Software und durch gemeinsam genutzte Verarbeitungsressourcen durchgeführt werden
können,
die innerhalb des Bildgebungssystems 100, nahe bei diesem
oder entfernt angeordnet sein können.
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2 stellt
eine Schwenkbewegung dar, die zum Vergrößern des wirksamen FOV des
ersten Bildgebungsdetektors 102 verwendet wird. Es sollte
erkannt werden, dass die Detektorbewegung oder Neuausrichtung auch
das Abtasten der Bildgebungsdaten verbessern kann. Eine weit abgetastete
Datenmenge kann die Rekonstruktion verbessern und Artefakte reduzieren.
Durch ein Schwenken des ersten Bildgebungsdetektors 102 können Daten
aus einem Bereich gesammelt werden, der größer als das gegenwärtige FOV
ist. Jeder von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 kann
geschwenkt werden, um die Richtung zu ändern, aus der die jeweilige Strahlung
erfassende Oberfläche 130 Strahlung wahrnimmt.
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Der
erste Bildgebungsdetektor 102 kann an einem Gelenk 116 und
einem Schenkel 122 angebracht sein. Es können auch
andere Schwenkmechanismen verwendet werden. Die Schwenksteuerung 118 kann
das Gelenk 116 anweisen, sich entlang dem Pfeil A, entlang
dem Pfeil B (der zu dem Pfeil A orthogonal ist) oder einer beliebigen
Position zwischen den Pfeilen A und B zu bewegen. Die Schwenkbewegung
kann zusammen mit einer oder mehreren der anderen, zuvor erörterten
Bewegungen ausgeführt
werden.
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Es
kann ein Schwenkbereich 143 für jeden einzelnen von dem ersten
bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 festgelegt
werden. Wenn z.B. eine Struktur abgebildet wird, die größer als
das gegenwärtige
FOV des ersten Bildgebungsdetektors 102 ist, kann der Schwenkbereich 143 einen
Startpunkt 145 an einem Ende aufweisen, wobei das FOV einen äußeren Rand
der Struktur abbildet. Wahlweise kann eine vorbestimmte Menge von
umliegendem Gewebe abgebildet werden. Ein Endpunkt 147 des Schwenkbereichs 143 kann
so festgelegt werden, das ein gegenüber liegender äußerer Rand
der Struktur sowie eine vorbestimmte Menge von umliegendem Gewebe
abgebildet wird. Demnach kann für jeden
einzelnen der Bildgebungsdetektoren ein eindeutiger Schwenkbereich 143 festgelegt
werden, der für
eine einzelne Aufnahme spezifisch sein kann.
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Alternativ
können
einer oder mehrere von dem ersten bis N-ten Bildgebungsdetektor 102-108 durch
einen feststehenden, vorbestimmten Schwenkbereich 143 hindurch
bewegt werden. Es kann auch eine Rate oder Geschwindigkeit des Schwenkens
vorbestimmt sein, durch einen Bediener festgelegt werden oder in
Abhängigkeit
von der aufzunehmenden Anatomie, der Größe der Struktur, dem erkannten
Strahlungsniveau und dergleichen festgelegt werden. Es sollte erkannt
werden, dass die Schwenkgeschwindigkeit über den Schwenkbereich 143 hinweg
nicht konstant zu sein braucht, für eine andere Schwenkachse
verscheiden sein kann und für
verschiedene Bildgebungsdetektoren oder über die Dauer der Erfassung
hinweg verschieden sein kann. Die Schwenkgeschwindigkeit kann z.B.
innerhalb von Teilen des Schwenkbereiches 143, wo der erste
Bildgebungsdetektor 102 auf das umliegende Gewebe gerichtet
ist, höher
sein. Demnach sammelt der erste Bildgebungsdetektor 102 mehr
Daten von der interessierenden Struktur als von dem umliegenden
Gewebe.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung kann der erste Bildgebungsdetektor 102 Bilddaten
an einer ersten Position 138 erfassen, die dem Startpunkt 145 des
Schwenkbereiches 143 entspricht. Das gegenwärtige FOV 140 des
ersten Bildgebungsdetektors 102 ist teilweise von dem Kollimator 150 abhängig. Der
erste Bildgebungsdetektor 102 wird entlang der Richtung
des Pfeils A durch den Schwenkbereich 143 hindurch bis
zu einer zweiten Position 158 geschwenkt, die dem Endpunkt 147 mit
einem gegenwärtigen
FOV 160 entspricht. Es wird ein wirksames FOV 162 gebildet,
das größer als jedes
von den gegenwärtigen
FOVs 140 und 160 ist. Der erste Bildgebungsdetektor 102 kann
kontinuierlich Daten erfassen, während
er von der ersten Position 138 zu der zweiten Position 158 geschwenkt wird.
Alternativ kann der erste Bildgebungsdetektor 102 eine
Serie von Bildern erfassen, während
die Schwenksteuerung 118 den Bildgebungsdetektor durch
den Schwenkbereich 143 hindurch bewegt. Alternativ kann
die Schwenksteuerung 118 den ersten Bildgebungsdetektor 102 zu
einer vorbestimmten Anzahl von Stellungen innerhalb des Schwenkbereiches 143 bewegen,
und der erste Bildgebungsdetektor 102 erfasst in jeder
dieser Stellungen Bilder. Während
das Beispiel in einer einzigen Dimension dargestellt ist, sollte
erkannt werden, dass das wirksame Sichtfeld durch ein Schwenken
des ersten Bildgebungsdetektors 102 in weiteren Dimensionen
vergrößert werden
kann.
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Der
Schenkel 122 kann von der Radiussteuerung 164 gesteuert
werden, um den ersten Bildgebungsdetektor 102 entlang des
Pfeils C zu dem Patienten 142 hin und von diesem weg zu
bewegen. Die Strecke 172 kann demnach verändert werden,
um den Abstand von dem Patienten 142 zu vergrößern oder
zu verkleinern. Der Schenkel 122 kann kolbengetreiben,
federgespannt, kettengetrieben oder durch einen beliebigen anderen
Typ von Aktuator betätigt
werden. Alternativ kann der Schenkel 122 an einem (nicht
gezeigten) Segment der Gantry 110 angebracht sein, und
dadurch kann das Segment ebenfalls in der Richtung des Pfeils C
angetrieben werden. Der Radius kann während einer Akquisition von
Daten oder zwischen Akquisitionen verän dert werden, und dies kann
in Kombination mit anderen Bewegungen ausgeführt werden. Eine Antikollisionssoftware und/oder
(nicht gezeigte) Sensoren können
auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Patient 142 nicht
mit den ersten bis N-ten Bildgebungsdetektoren 102-108 kollidiert.
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3 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor 102 und 104 aus 1 dar,
die eine Schwenkbewegung ausführen,
um zum Scannen einer interessierenden Struktur 166 das
wirksame FOV zu vergrößern. Die
interessierende Struktur 166 kann in diesem Beispiel das
Herz innerhalb eines Patienten 142 sein. Obwohl der erste
und zweite Bildgebungsdetektor 102 und 104 in
einer Dimension dargestellt sind, weisen die Strahlungserfassungsflächen 130 und 132 jeweils
ein zweidimensionales FOV auf, wie es zuvor dargelegt worden ist.
Der 2 entsprechend werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die
Kollimatoren 150 und 152 sind nahe bei den Strahlungserfassungsflächen 130 bzw. 132 angebracht.
In diesem Beispiel sind die Kollimatoren 150 und 152 Parallelstrahlkollimatoren,
und demnach sind die gegenwärtigen
FOVs des ersten und des zweiten Bildgebungsdetektors 102 und 104 näherungsweise
gleich der tatsächlichen
oder aktiven Größe des Bildgebungsdetektors.
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Der
erste Bildgebungsdetektor 102 ist an dem Gelenk 116 angebracht,
das über
den Schenkel 122 mit der Gantry 110 verbunden
ist, wie es bei 2 erörtert worden ist. Der zweite
Bildgebungsdetektor 104 ist in ähnlicher Weise an einem Gelenk 168 angebracht,
das über
einen Schenkel 170 mit der Gantry 110 verbunden
ist. Die Schwenksteuerung 118 und die Radiussteuerung 164 steuern
die Bewegung des ersten und zwei ten Bildgebungsdetektors 102 und 104 separat
und können
dadurch den ersten Bildgebungsdetektor 102 in einer Richtung
bewegen oder schwenken, die von der derjenigen des zweiten Bildgebungsdetektors 104 verschieden
ist. Der erste und zweite Bildgebungsdetektor 102 und 104 können auch
mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten sowie während der
Akquisition bewegt werden.
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Der
erste Bildgebungsdetektor 102 erfasst ein erstes Bild in
der ersten Stellung 138, die das gegenwärtige FOV 140 aufweist.
Zur selben Zeit erfasst der zweite Bildgebungsdetektor 104 ein
erstes Bild in einer ersten Stellung 174 mit einem gegenwärtigen FOV 176.
Der erste und zweite Bildgebungsdetektor 102 und 104 werden
aus den ersten Stellungen 138 bzw. 174 bis zu
N-ten Stellungen 178 bzw. 180 geschwenkt, die
gegenwärtige
FOVs 182 bzw. 184 aufweisen. Das wirksame FOV 188 ist
größer als
die gegenwärtigen
FOVs 176 und 184 des ersten Bildgebungsdetektors 102,
und das wirksame FOV 190 ist größer als die gegenwärtigen FOVs 140 und 182 des zweiten
Bildgebungsdetektors 104, und dadurch werden mehr Daten
von der interessierenden Struktur 166 und dem umliegenden
Gewebe erfasst.
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Es
können
weitere Bildgebungsdetektoren um einen Bereich des Patienten 142 oder
den gesamten Patienten herum angeordnet sein, um mit dem ersten
und dem zweiten Bildgebungsdetektor 102 und 104 gleichzeitig
Daten von der interessierenden Struktur 166 zu erfassen.
Die erfassten Daten können
zu einer einzigen zusammengesetzten Datenmenge kombiniert und im
Vergleich zu einem Detektor mit einem größeren Sichtfeld in ein kürzeren Zeit
erfasst werden.
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4 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor 102 und 104 aus 1 mit
Pinholekollimatoren 244 bzw. 246 dar, die daran
befestigt sind. Die dargestellten Pinholekollimatoren 244 und 246 weisen
eine einzige Aperturblende auf, und durch die Aperturblendengeometrie
wird ein gegenwärtiges
FOV festgelegt. Der erste und der zweite Bildgebungsdetektor 102 und 104 sind
wie bei 3 erörtert an der Gantry 110 angebracht
und mit der Schwenksteuerung 118 und der Radiussteuerung 164 verbunden
und werden von diesen angetrieben. Wie zuvor erörtert kann durch Schwenken
des ersten und zweiten Bildgebungsdetektors 102 und 104 ein wirksames
FOV erzielt werden, das größer als
das gegenwärtige
FOV ist. Es wird der zweite Bildgebungsdetektor 104 erwähnt, wobei
erkannt werden sollte, dass der erste Bildgebungsdetektor 102 sowie beliebige
weitere, an der Gantry 110 installierte Bildgebungsdetektoren
in einer ähnlichen
Weise betrieben werden können,
um gleichzeitig Patientendaten zu erfassen.
-
Der
zweite Bildgebungsdetektor 104 erfasst in der ersten Stellung 234,
die ein gegenwärtiges FOV 236 aufweist,
ein erstes Bild. Die Schwenksteuerung 118 schwenkt den
zweiten Bildgebungsdetektor 104 von der ersten Stellung 234 entlang
des Pfeils A zu der N-ten Stellung 238. Zwischen der ersten
und der N-ten Stellung 234 und 238 können ein
oder mehrere Bilder erfasst werden. Die Schwenksteuerung 118 kann
die Schwenkbewegung während
der Akquisition stoppen, oder es können Daten erfasst werden,
während
der zweite Bildgebungsdetektor 104 geschwenkt wird. Das
FOV des zweiten Bildgebungsdetektors 104 wird von dem gegenwärtigen FOV 236 zu
einem wirksamen FOV 242 aufgeweitet. Weil von mehreren
Stellungen um den Patienten 142 herum oder nahe bei diesem
Daten erfasst werden, werden die Daten der interessierenden Struktur 166 schneller
gesammelt und die Akquisitionszeit, während der der Patient 142 bewegungslos
bleiben muss, ist kürzer.
Eine kürzere
Datenakquisitionszeit erhöht
auch den Patientendurchsatz und ermöglicht dadurch eine effizientere
Nutzung des Bildgebungssystems 100, des Raumes und des
Bedienungspersonals der Klinik und verringert dadurch die Kosten pro
Bild.
-
Zusätzlich kann
die Kollimatorsteuerung 186 die Lage der Aperturblende
des Pinhole-Kollimators 246 verschieben. Eine Änderung
der Position der Aperturblende verändert das gegenwärtige FOV
und dadurch das wirksame FOV. Alternaiv können Kollimatoren mit mehreren
Pinholes, die einstellbar sind, an dem ersten und zweiten Bildgebungsdetektor 102 und 104 angebracht
werden. Die Kollimatorsteuerung 186 kann für jeden
einzelnen Multi-Pinhole-Kollimator getrennt die Lage der mehreren
Aperturblenden steuern. Es sollte erkannt werden, dass die Bewegung
des ersten und des zweiten Detektors 102 und 104 relativ
zu einer stationären
Aperturblende auch eine Veränderung
und/oder Verschiebung des FOV bewirkt. Weiterhin verändert auch
eine Änderung
des Abstandes zwischen dem Kollimator oder der/den Aperturblende(n)
des Kollimators und dem Detektor die Größe des FOV.
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5 stellt
einen einstellbaren Kollimator 200 mit einer variablen
Geometrie dar, der zum Vergrößern des
wirksamen FOV des ersten bis N-ten Bildgebungsdetektors 102-108 aus 1 verwendet werden
kann. Der einstellbare Kollimator 200 kann aus einem Material
wie etwa Wolfram aufgebaut sein. Flache Bleche aus Wolfram werden
in Streifen oder Platten geschnitten, wobei periodisch Material
entfernt wird, um eine Kammstruktur zu bilden. Entlang einer ersten
Richtung 210 sind Streifen 202 und 204 parallel
zueinander angeordnet. Entlang einer zweiten Richtung 212,
die zu der ersten Richtung 210 rechtwinklig sein kann,
aber nicht muss, sind Streifen 206 und 208 parallel
zueinander angeordnet. Es können
viele Streifen 202-208 verwendet werden. Die Bereiche
des entfernten Materials ermöglichen
es, dass die Stellung der Streifen 202 und 204 entlang der
Richtung des Pfeils C und die Stellung der Streifen 206 und 208 entlang
der Richtung des Pfeils D verändert
wird. Alternativ kann der einstellbare Kollimator 200 so
konstruiert sein, dass eine Menge von parallelen Streifen stationär gehalten
wird, während eine
zweite Menge von Streifen, die unter einem Winkel zu der ersten
Gruppe von Streifen angeordnet sind, dazu in der Lage sind, geneigt
zu werden. Diese Anordnung ermöglicht
ein Scannen des FOV durch Wechseln einer Dimension.
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6 stellt
den einstellbaren Kollimator 200 aus 5 dar,
der an dem ersten Bildgebungsdetektor 102 angebracht ist.
Die Kollimatorsteuerung 186 kann zum Steuern der Geometrie
des einstellbaren Kollimators 200 durch Steuern der Bewegung
der Streifen 202-208 verwendet werden. Ebenfalls
unter Bezug auf 5: Die Kollimatorsteuerung 186 kann die
Streifen 202 und 204 entlang des Pfades des Pfeils
C für ein
gegenwärtiges
FOV 216 in eine erste Stellung 214 bewegen. Die
Kollimatorsteuerung 186 kann die Streifen 202 und 204 entlang
des Pfades des Pfeils C für
ein gegenwärtiges
FOV 220 in der entgegen gesetzten Richtung zu einer N-ten
Stellung 218 bewegen. In ähnlicher Weise kann die Kollimatorsteuerung 186 die
Streifen 206 und 208 entlang des Pfades des Pfeils
D bewegen, um entlang der ersten Richtung 210 ein größeres wirksames
FOV zu erzielen. Durch Einstellen der Stellungen der Streifen 202, 204, 206 und 208 kann
ein wesentlich größeres wirksames
FOV 222 erzielt werden. Dadurch kann der erste Bildgebungsde tektor 102 zum
Scannen eines größeren Bereiches,
wie z.B. des Torsos des Patienten 142 verwendet werden.
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7 stellt
den ersten und den zweiten Bildgebungsdetektor 102 und 104 aus 1 mit
den daran angebrachten, einstellbaren Kollimatoren 200 aus 5 dar.
Die interessierende Struktur 224 in dem Patienten 142 ist
größer als
die gegenwärtigen FOVs
des ersten und des zweiten Bildgebungsdetektors 102 und 104.
Durch Verändern
der Geometrie der einstellbaren Kollimatoren 200 kann das
wirksame FOV vergrößert werden,
so dass es größer als das
gegenwärtige
FOV ist.
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Der
erste und der zweite Bildgebungsdetektor 102 und 104 sind
an den Gelenken 116 bzw. 168 angebracht, die durch
die Schenkel 122 bzw. 170 wie in bei 2 erörtert mit
der Gantry 110 verbunden sind. Die Schwenksteuerung 118 und
die Radiussteuerung 164 können wie oben erörtert zum
weiteren Vergrößern des
wirksamen FOV verwendet werden. Die Positionierung und die Bewegung
der Bildgebungsdetektoren 102 und 104 erfolgt
separat, und dadurch kann jeder einzelne von dem ersten und zweiten
Bildgebungsdetektor 102 und 104 in einer optimalen
Scannposition angeordnet werden.
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Der
zweite Bildgebungsdetektor 104 kann in einer ersten Stellung 226,
die ein gegenwärtiges
FOV 228 aufweist, ein erstes Bild erfassen. Die erste Stellung 226 kann
eine Kollimatorstellung, einen Winkel bezogen auf das Gelenk 168,
einen Radius, eine axiale Position bezogen auf die Gantry 110 und
dergleichen definieren. Die Kollimatorsteuerung 186 bewegt alle
Streifen 202-208 oder eine Teilmenge derselben durch
ihren Bewegungsbereich hindurch zu der N-ten Stellung 230,
um ein wirksames FOV 232 zu bilden. Die Kollimatorsteuerung 186 kann
die Streifen 202-208 um vorbestimmte Strecken
bewegen, anhalten und danach ein Bild erfassen, bevor sie Streifen 202-208 zu
der nächsten
Bildgebungsposition bewegt werden. Alternativ kann die Kollimatorsteuerung 186 die
Streifen 202-208 in
einer stufenlosen, kippenden Bewegung bewegen, wobei über das wirksame
FOV 232 hinweg ein einziges Bild erfasst wird. Das wirksame
FOV 232 kann durch Schwenken des zweiten Bildgebungsdetektors 104 mit
der Schwenksteuerung 118 weiter vergrößert werden.
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Eine
technische Wirkung der Erfindung ist das effiziente Abbilden einer
interessierenden Struktur mit einem Bildgebungssystem, das mehrere
Bildgebungsdetektoren mit FOVs aufweist, die kleiner als die interessierende
Struktur sein können.
Jeder der mehreren Bildgebungsdetektoren ist klein und kann bezogen
auf den Patienten getrennt positioniert werden. Die mehreren Bildgebungsdetektoren
erfassen Bilder der Struktur von verschiedenen Stellen um den Patienten
herum, und dadurch werden die Bilddaten, die für die interessierende Struktur
relevant sind, in einem kürzeren
Zeitabschnitt als mit konventionellen großen Bildgebungsdetektoren erfasst.
Zum Vergrößern des
wirksamen FOV kann während
der Akquisitionen oder zwischen denselben eine Bewegung ausgeführt werden.
Die Bildgebungsdetektoren können
durch ein axiales Schwenken und ein radiales Bewegen zu dem Patienten
hin und von diesem weg bewegt werden, die Gantry kann gedreht werden, einstellbare
Kollimatoren können
durch Verschieben von Aperturblende(n) und/oder Streifen eingestellt werden
und/oder der Patiententisch kann bewegt werden.
-
Eine
Vorrichtung zum Abbilden einer interessierenden Struktur 166 enthält mehrere
Bildgebungsdetektoren 102-108, die an ei ner Gantry 110 angebracht
sind. Jeder der mehreren Bildgebungsdetektoren 102-108 weist
ein Sichtfeld (FOV) 140, 176 auf, ist relativ
zu den einzelnen anderen Bildgebungsdetektoren unabhängig bewegbar
und zum Abbilden einer interessierenden Struktur 166 in
einem Patienten 142 angeordnet. Ein Datenakquisitionssystem 126 empfängt Bilddaten,
die innerhalb des FOV 140, 176 jedes einzelnen
der mehreren Bildgebungsdetektoren 102-108 erfasst
worden sind.
-
Während die
Erfindung mit den Begriffen verschiedener spezieller Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung
innerhalb des Geistes und Bereiches der Ansprüche auch mit Abwandlungen in
die Praxis umgesetzt werden kann.
-
- 100
- Bildgebungssystem
- 102
- Erster
Bildgebungsdetektor
- 104
- Zweiter
Bildgebungsdetektor
- 106
- Bildgebungsdetektor
- 108
- Bildgebungsdetektor
- 110
- Gantry
- 112
- Öffnung
- 114
- Patiententisch
- 116
- Gelenk
- 118
- Schwenksteuerung
- 120
- Steuerungseinheit
- 122
- Schenkel
- 124
- Gantrymotorsteuerung
- 126
- Datenakquisitionssystem
(DAS)
- 128
- Bildrekonstruktionseinrichtung
- 130
- Strahlungserfassungsfläche
- 132
- Strahlungserfassungsfläche
- 134
- Strahlungserfassungsfläche
- 136
- Strahlungserfassungsfläche
- 138
- Erste
Stellung
- 140
- Gegenwärtiges FOV
- 141
- Tischsteuerung
- 142
- Patient
- 143
- Schwenkbereich
- 144
- Aufwärts/Abwärts-Richtung
- 145
- Startpunkt
- 146
- Rechts/Links-Richtung
- 147
- Endpunkt
- 148
- Einwärts/Auswärts-Richtung
- 150
- Kollimator
- 152
- Kollimator
- 154
- Kollimator
- 156
- Kollimator
- 158
- Zweite
Stellung
- 160
- Gegenwärtiges FOV
- 162
- Wirksames
FOV
- 164
- Radiussteuerung
- 166
- Interessierende
Struktur
- 168
- Gelenk
- 170
- Schenkel
- 172
- Strecke
- 174
- Erste
Stellung
- 176
- Gegenwärtiges FOV
- 178
- N-te
Stellung
- 180
- N-te
Stellung
- 182
- Gegenwärtiges FOV
- 184
- Gegenwärtiges FOV
- 186
- Kollimatorsteuerung
- 188
- Wirksames
FOV
- 190
- Wirksames
FOV
- 194
- Datenspeichereinrichtung
- 196
- Verarbeitungseinheit
- 200
- Einstellbarer
Kollimator
- 202
- Streifen
- 204
- Streifen
- 206
- Streifen
- 208
- Streifen
- 210
- Erste
Richtung
- 212
- Zweite
Richtung
- 214
- Erste
Stellung
- 216
- Gegenwärtiges FOV
- 218
- N-te
Stellung
- 220
- Gegenwärtiges FOV
- 222
- Gegenwärtiges FOV
- 224
- Interessierende
Struktur
- 226
- Erste
Stellung
- 228
- Gegenwärtiges FOV
- 230
- N-te
Stellung
- 232
- Wirksames
FOV
- 234
- Erste
Stellung
- 236
- Gegenwärtiges FOV
- 238
- N-te
Stellung
- 242
- Wirksames
FOV
- 244
- Pinholekollimator
- 246
- Pinholekollimator