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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung repräsentativer
Bilddaten vom Inneren eines Körpers mit Hilfe eines Computertomographen,
bei dem zur Erzeugung von ersten Röntgenprojektionsdaten
Röntgenstrahlung mit einer ersten Energie und zur Erzeugung
von zweiten Röntgenprojektionsdaten Röntgenstrahlung
mit zumindest einer von der ersten Energie verschiedenen zweiten
Energie durch den Körper hindurch gestrahlt wird und Bilddaten
auf Basis von dabei gewonnen ersten und zweiten Röntgenprojektionsdaten
ermittelt werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuerungseinheit
eines Computertomographen zur Steuerung der Generierung von Röntgenstrahlung unterschiedlicher
Energien.
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In
der Computertomographie wird zur verbesserten Materialdifferenzierung
in einem abzubildenden Körper oftmals das oben skizzierte
sogenannte Mehrspektren-Verfahren (auch als Multiple-Energy-Methode
bezeichnet) oder das Zweispektren-Verfahren (Dual-Energy-Methode)
angewandt. Dabei werden durch (näherungsweise) dieselbe
Stelle des Körpers aus (näherungsweise) derselben Richtung
gleichzeitig oder hintereinander Röntgenstrahlungen unterschiedlicher
Energien gestrahlt – beim Mehrspektren-Verfahren ist dies
allgemein eine Mehrzahl von unterschiedlichen Röntgenstrahlungen (Spektren),
beim Zweispektren-Verfahren (einer Untergattung des Mehrspektren-Verfahrens)
sind es genau zwei.
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Beim
Mehrspektren-Verfahren werden also mindestens zwei unterschiedliche
Röntgenprojektionen erzeugt, die aus den unterschiedlichen
typischen Energien resultieren. Dadurch kann die Absorptionscharakteristik
eines Körpers, im Speziellen eines organischen Gewebes
bzw. darin eingelagerter Strukturen, bei der Bildgebung mit berücksichtigt
werden. Diese Absorptionscharakteristik ist nämlich entscheidend
von der Energie der Röntgenstrahlung abhängig. Üblicherweise
wird auf Basis von Röntgenprojektionsdaten aus einer Röntgenstrahlung
mit niedrigerer typischer Energie ein Niedrigenergiebild und auf Basis
von Röntgenprojektionsdaten aus einer Röntgenstrahlung
mit höherer typischer Energie ein Hochenergiebild rekonstruiert.
Diese beiden Bilder können dann miteinander kombiniert
werden, um daraus beispielsweise ein Weichteilbild oder ein Knochenbild
eines Patienten zu erstellen. Mit Hilfe des Mehrspektren-Verfahrens
ist auf diese Weise eine bessere Diskriminierung unterschiedlicher
Materialien innerhalb eines abzubildenden Körperbereichs möglich,
etwa die Differenzierung zwischen Knochengewebe und Kontrastmittel
in einem Untersuchungsbereich.
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Dem
Mehrspektren-Verfahren sind jedoch – speziell im Rahmen
der medizintechnischen Bildgebung – Grenzen gesetzt, und
zwar in erster Linie bei der Akquise von Röntgenprojektionsdaten
aus Röntgenstrahlung mit der jeweils niedrigeren typischen Energie.
Diese Grenzen ergeben sich dann, wenn Körperstrukturen
eine besonders hohe Absorption generieren, so dass der Durchfluss
an Röntgenstrahlung zu gering wird, um eine ausreichend
kontrastierte und artefaktfreie Röntgenprojektion zu erzielen. Dieses
Problem ist naturgemäß stärker, je niedriger die
Energie der Röntgenquanten ist, die den Körper durchdringen
sollen. Eine hohe Absorptionsrate ist beispielsweise bei voluminöseren
Patienten zu erwarten oder im Speziellen in Projektionen eines menschlichen
Patienten von der Seite, bei denen – speziell im Schulterbereich – die
Röntgenstrahlen ein weitaus größeres
Gewebevolumen durchdringen müssen und dadurch leichter
absorbiert werden als zum Beispiel bei Projektionen in anterior-posterior-Richtung.
Eine hohe Absorption kann aber durch Erhöhung der Röntgendosis
nicht immer kompensiert werden. Theoretisch ließe sich
das Problem z. B. durch ein langsameres Scannen, d. h. durch eine geringere
Rotationsgeschwindigkeit der Gantry eines Computertomographen lösen,
doch dadurch würde die zeitliche Auflösung verschlechtert
und eine so hohe Strahlendosis in das Untersuchungsob jekt abgegeben,
dass diese Methode bei menschlichen Untersuchungsobjekten kaum sinnvoll
anwendbar ist.
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Ausgehend
von der hier dargestellten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Möglichkeit der Verbesserung des Mehrspektren-Verfahrens
in Computertomographiesystemen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 und eine Steuerungseinheit gemäß Anspruch 13
gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten
Art ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die zweite Energie
in Abhängigkeit von den Eigenschaften und/oder der Projektionslage einer
lokal vorliegenden Struktur des Körpers, von der aktuell
eine Röntgenprojektion erzeugt werden soll, variiert wird.
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Als
(typische) Energie der Röntgenstrahlung wird – auch
im Folgenden – die energetische Charakteristik des Energiespektrums
der jeweiligen Röntgenstrahlung verstanden, die landläufig
verkürzt mit dem Begriff der Energie gleichgesetzt wird.
Eine Variierung der Energie einer Röntgenstrahlung bedeutet
folglich ein Verschieben des Röntgenspektrums zu niedrigeren
oder höheren Energiewerten, d. h. im Speziellen der mittleren
Energie bzw. der höchsten erreichten Energiewerte. Die
typische Energie wird meist in Form einer Angabe der Beschleunigungsspannung
der Röntgenquelle angegeben, die üblicherweise
bei Zweispektren-Messungen bzw. -Systemen bei Werten von 140 kV
und 80 kV liegt.
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Als
Röntgenquelle kann sowohl eine hinlänglich bekannte
Röntgenröhre verwendet werden, die auf der einer
Detektoranordnung gegenüberliegenden Seite der Gantry des
Computertomographen rotiert, als auch eine Anordnung, bei der von
außerhalb der Gantry ein Elektronenstrahl umlaufend auf Brennpunkte
innerhalb der Gantry gerichtet wird. An diesen Brennpunkten wird
dann die Röntgenstrahlung erzeugt.
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Neben
einer Differenzierung der Energien von zwei voneinander im Betrieb
unabhängigen Röntgenstrahlungen sieht das Verfahren
also vor, dass mindestens eine, nämlich die zweite Röntgenstrahlung
in sich variiert, d. h. angepasst wird. Diese Anpassung erfolgt
in Abhängigkeit von der jeweils abzubildenden Struktur
des Körpers. Ein bevorzugtes Kriterium für die
Anpassung ist dabei die Röntgenabsorptionsrate in einem
Strahlungsweg, die von den Materialeigenschaften (Dichte etc.) des
Körpers und der Länge des Strahlungswegs durch
den Körper in einem Bereich und Bestrahlungswinkel beeinflusst wird.
Wie oben erwähnt, bedeutet eine Anpassung bzw. Variierung
der Energie eine Verschiebung des Energiespektrums hin zu einer
höheren bzw. einer niedrigeren Energie. Die Anpassung der
zweiten Energie bewirkt im Rahmen des Verfahrens eine Modifizierung
des zweiten Röntgenspektrums in Abhängigkeit von
der zu durchstrahlenden Struktur. So kann flexibel auf die lokal
vorliegenden aktuellen Anforderungen reagiert werden.
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Diese
lokal vorliegenden Anforderungen können zum Einen von den
rein strukturellen Eigenschaften des abzubilden Körpers,
also seiner Dichte und/oder seiner Dicke, abhängen. Zum
Anderen kann aber auch die aktuelle Projektionslage maßgeblich
sein, d. h. ob gerade eine Projektion von der Seite aus oder von
oben oder unten durch den Patienten erzeugt wird, da vom aktuellen
Projektionswinkel ja auch die für die jeweilige zu durchstrahlende
Materialdicke abhängt.
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Es
ist grundsätzlich möglich, dass die Variierung
der Energie nur abschnittsweise erfolgt, d. h. dass beispielsweise
im Schulterbereich mit einer anderen zweiten Energie gescannt wird
als im Bauchbereich, aber über einen vorbestimmten Abschnitt die
zweite Energie ebenfalls konstant gehalten wird. Besonders bevorzugt
erfolgt die Variierung der zweiten Energie aber (auch) während
der Umlaufposition der Strahlungsquelle entlang des Umlaufrings
des Computertomographen, d. h dass die Energie während
des Umlaufs an die aktuelle Projek tionslage bzw. den aktuellen Projektionswinkel
angepasst wird. Dabei kann ein Umlauf sowohl in einem sequentiellen Scan
als auch in einem sogenannten Spiralscan erfolgen. Beim sequentiellen
Scan werden die Röntgenstrahlungen innerhalb einer Sequenz
jeweils innerhalb einer Schnittebene durch den Körper gestrahlt.
Beim Spiralscan wird der Körper während des Umlaufs
in einer Richtung quer zur Umlaufebene weiterbewegt. Für
beide Scanmethoden ist das erfindungsgemäße Verfahren
gleichermaßen geeignet. Unter sequentielle und Spiralscanmethoden
werden im Rahmen der Erfindung auch alle von diesen Scanmethoden
abgeleiteten oder mit ihnen inhaltlich verwandten Scanverfahren
subsumiert.
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Eine
Steuerungseinheit der eingangs genannten Art weist erfindungsgemäß auf:
- – eine Eingangsschnittstelle für
Informationen zu Eigenschaften und/oder der Projektionslage einer bei
einer Akquise von Röntgenprojektionsdaten jeweils lokal
vorliegenden Struktur eines zu untersuchenden Körpers,
- – eine Ableitungseinheit zur Ableitung von (Röntgenquellen-)Steuerbefehlen
zur Variierung mindestens einer zweiten Energie einer Röntgenstrahlung
aus den Informationen zu den Eigenschaften und/oder der Projektionslage
der lokal vorliegenden Struktur des zu untersuchenden Körpers,
und
- – eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe der Steuerbefehle.
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Bevorzugt
ist die Steuerungseinheit so ausgebildet, dass sie ein erfindungsgemäßes
Verfahren vollautomatisch selbsttätig durchführt.
Sie kann jedoch auch halbautomatisch operieren, d. h. durch zusätzlichen
Input von außen, beispielsweise aus weiteren Logikeinheiten,
die ggf. mit Datenbanken verknüpft sind, oder durch manuelle
Eingaben eines Bedieners, mit notwendigen Zusatzinformationen versorgt
werden. Dieser Input kann sich insbesondere auf Angaben zum Körper
beziehen, der in der Bildgebung gescannt werden soll. Beispielsweise
können über ein Patienten-Informationsspeichersystem
Basisdaten zu einer Person eingespeist werden, die im Computertomographen
gescannt wird.
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Insgesamt
können ein Großteil der Komponenten zur Realisierung
der Steuerungseinheit in der erfindungsgemäßen
Weise, insbesondere die Ableitungseinheit, ganz oder teilweise in
Form von Software-Modulen auf einem Prozessor realisiert werden.
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Die
erwähnten Schnittstellen müssen nicht zwangsläufig
als Hardware-Komponenten ausgebildet sein, sondern können
auch als Software-Module realisiert sein, beispielsweise wenn die
Bilddaten von einer bereits auf dem gleichen Gerät realisierten
anderen Komponente, wie zum Beispiel einer Bildrekonstruktionsvorrichtung
oder dergleichen, übernommen werden können, oder
an eine andere Komponente nur softwaremäßig übergeben
werden müssen. Ebenso können die Schnittstellen
aus Hardware- und Software-Komponenten bestehen, wie zum Beispiel
eine Standard-Hardware-Schnittstelle, die durch Software für
den konkreten Einsatzzweck speziell konfiguriert wird. Außerdem
können mehrere Schnittstellen auch in einer gemeinsamen
Schnittstelle, beispielsweise einer Input-Output-Schnittstelle zusammengefasst
sein.
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Die
Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt
in einem Prozessor einer programmierbaren Steuerungseinheit ladbar
ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen
Verfahrens auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der
Steuerungseinheit ausgeführt wird.
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Außerdem
umfasst die Erfindung einen Computertomographen mit einer erfindungsgemäßen
Steuerungseinheit.
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Weitere
besondere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können die Steuerungseinheit
und/oder der Computertomograph auch entsprechend den abhängigen
Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein oder umgekehrt.
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Bevorzugt
werden unter Verwendung der ersten und zweiten Röntgenprojektionsdaten
virtuelle dritte Röntgenprojektionsdaten ermittelt. Entsprechend
umfasst dann die Steuerungseinheit eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung
von virtuellen dritten Röntgenprojektionsdaten unter Verwendung
von ersten und zweiten Röntgenprojektionsdaten.
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Als
solche virtuelle Röntgenprojektionsdaten werden Daten definiert,
die – abgeleitet aus den ersten und zweiten Röntgenprojektionsdaten – Projektionen
(näherungsweise) derselben Stelle des Körpers aus
(näherungsweise) derselben Richtung einer virtuell ausgesendeten
Röntgenstrahlung mit einer dritten Energie repräsentieren.
Die virtuellen Röntgenprojektionsdaten können
insbesondere auf Basis der Methode von Alvarez und Macovski (hierzu: Alvarez, Robert
E./Albert Macovski: Energy-selective Reconstructions in X-ray Computerized
Tomography. Phys. Med. Biol. 1976, Vol. 21, No. 5, Seiten 733–744 und
weiterführend Alvarez, Robert/Edward Seppi: A Comparison
of Noise and Dose in Conventional and Energy Selective Computed
Tomography. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-26, No.
2, April 1979, Seiten 2853–2856.) ermittelt, das
heißt aus den ersten und zweiten Röntgenprojektionsdaten
abgeleitet werden. Dabei wird aus den beiden Röntgenprojektionsdaten
der beiden Röntgenstrahlen unterschiedlicher Energie eine
Materialzerlegung der durchstrahlten Struktur durchgeführt.
Aus den aus der Zerlegung abgeleiteten Materialien werden ihre jeweiligen
Flächendichten abgeleitet, aus denen sich in der Umkehrung
dieses Verfahrens nun der Schwächungskoeffizient für
Röntgenstrahlung praktisch jeder beliebigen Energie berechnen
lässt. Auf Basis der Kenntnis dieser Absorptionseigenschaften für
eine (virtuelle) dritte Energie können so virtuell die der
Energie entsprechenden Röntgenprojektionsdaten abgeleitet
werden.
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Besonders
bevorzugt werden virtuelle dritte Röntgenprojektionsdaten
ermittelt, wie sie bei einer Röntgenprojektionsdatenakquise
auf Basis von Röntgenstrahlungen einer im Wesent lichen
konstanten Energie generiert würden. Es ist dann möglich aus
den Projektionsdaten mit konstanter Energie entsprechende Bilddaten
zu rekonstruieren. Für eine sinnvolle Rekonstruktion von
Bilddaten sollten nämlich nur Röntgenprojektionsdaten
derselben Energie genutzt werden. Auch die Kombination der Niedrig- und
Hochenergiebilder basiert auf dieser festen Grundlage, ausgehend
von zwei definierten effektiven Energien. Unter den beiden ”effektiven
Energien” wird einerseits die konstante Energie verstanden,
die eingetragen wird, und andererseits die Energie, auf deren Basis
die virtuellen Projektionsdaten ermittelt werden.
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Eine
spezielle Weiterbildung sieht vor, dass die Röntgenstrahlung
mit der ersten und die Röntgenstrahlung mit der zweiten
Energie von unterschiedlich positionierten Röntgenquellen
ausgesendet werden, d. h. der Computertomograph ist ein so genanntes
Dual-Source-System. In diesem Falle wird bevorzugt bei der Ermittlung
der virtuellen dritten Röntgenprojektionsdaten die Position
der einzelnen Röntgenquellen korrigierend berücksichtigt.
Dies bedeutet in der Praxis ein Interpolationsverfahren oder eine
iterative Rekonstruktion.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die zweite Energie niedriger als die erste Energie.
Dabei wird sie besonders bevorzugt zwischen einer Minimalenergie,
die der dritten, konstant zu haltenden Energie entspricht, und einer
höheren Energie, die zwischen der dritten und der ersten
Energie liegt, variiert. Dies bedeutet, dass die untere Energiestufe
durchgehend ermittelt wird, nämlich entweder real (in Form
der Röntgenprojektionsdatenakquise mit der zweiten Energie)
oder virtuell (in Form der dritten Röntgenprojektionsdaten).
Die dritten Röntgenprojektionsdaten müssen in
diesem Falle nur dann ermittelt werden, wenn die zweite Energie
von der Minimalenergie abweicht. Feste Bezugsgröße
ist immer die Minimalenergie bzw. die sich daraus real oder virtuell
ergebende Projektion, die dann genutzt werden um daraus Bilddaten
für die untere Energiestufe zu konstruieren.
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Das
Verfahren entfaltet seine vorteilhaften Effekte insbesondere dann,
wenn die zweite Energie in Richtung einer höheren Energie
verschoben wird, wenn für die zu erzeugenden Röntgenprojektionsdaten
lokal eine höhere Strahlungsabsorption der Struktur des
Körpers vorliegt. Im Umkehrschluss wird die zweite Energie
heruntergeregelt, wenn eine niedrigere Strahlungsabsorption der
Struktur vorliegt.
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Zur
Bestimmung der Strahlungsabsorption der Struktur wird vorzugsweise
vorab ein Topogramm der Struktur (ggf. auch eines Teils der Struktur)
erzeugt. Solche Topographie-Scans werden bei den meisten Bildgebungsabläufen
ohnehin zur Schnittbildpositionierung durchgeführt, so
dass dies keinen Zusatzaufwand bedeutet. Aus einem derartigen Vorab-Scan
können einfach die lokalen Absorptionswerte und die Lage
des Untersuchungsobjekts abgeleitet und noch vor Durchführung
des eigentlich bildgebenden Scans Steuerungsbefehle für
die Variierung der zweiten Energie ermittelt werden. Alternativ
kann die Strahlungsabsoprtion ”online” durchgeführt
werden, d. h. während des bildgebenden Scans, also der
Erzeugung der für eine eingehende Bildanalyse vorgesehenen
und von der Auflösung her geeigneten Röntgenprojektionsdaten.
Dabei kann insbesondere auf wiederkehrende Absorptionsmuster rekurriert werden,
wie sie sich etwa aus unterschiedlichen Bestrahlungswinkeln des
Objekts ergeben. Diese Muster können mittels einer Absorptionsmustererkennung
ermittelt werden und aus ihnen sind Triggersignale ableitbar, die
die Variierung der zweiten Energie steuern.
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Die
Variierung der zweiten Energie erfolgt bevorzugt durch Veränderung
einer Beschleunigungsspannung einer Röntgenquelle. Diese
Beschleunigungsspannung liegt zwischen der Kathode und der Anode
der Röntgenquelle an und kann in einem breiten Rahmen mit
Hilfe einfacher elektronischer Steuersignale abgeändert
werden. Alternativ könnte auch eine Filterung der zweiten
Röntgenstrahlung vorgenommen werden, dann jedoch mit gewissen
Dosisverlusten, so dass dies nur in speziellen Anwendungsfällen
besonderen Sinn macht.
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Besonders
bevorzugt wird die erste Energie durch Betrieb einer Röntgenquelle
mit einer Beschleunigungsspannung von ca. 140 kV und die zweite
Energie durch Betrieb einer Röntgenquelle mit einer Beschleunigungsspannung
zwischen ca. 80 und 100 kV erzeugt. Die bereits oben erwähnten
Beschleunigungsspannungen von 80 und 140 kV sind typische Standardwerte
im Zweispektren-Verfahren, sodass ggf. auch eine einfache Umprogrammierung bestehender
Computertomographiesysteme bzw. ihrer Steuerungen möglich
sind. Zudem liegen damit für diese Energiepaarung die besten
Erfahrungswerte vor. Sie wird nun also ergänzt durch eine
Beschleunigungsspannung von 100 kV, also etwa das Mittel der beiden
Standard-Energiewerte. In ersten Versuchen hat sich gezeigt, dass
mit 100 kV Beschleunigungsspannung eine Energie erzeugt werden kann,
die ausreicht, um auch eine erhöhte Absorption organischer
Strukturen weitgehend zu kompensieren, wenn der Betrieb bei 80 kV
nicht ausreicht.
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Zusätzlich
kann es vorteilhaft sein, dass die Röntgendosis mindestens
eines der Energiespektren in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der lokal vorliegenden Struktur des Körpers variiert wird.
Dies kann beispielsweise durch Variierung einer Versorgungsspannung
einer Kathode der Röntgenquelle realisiert werden. Diese
Versorgungsspannung beeinflusst maßgeblich die Menge der
bereitgestellten Elektronen, die in der Folge durch die Beschleunigungsspannung
in Richtung der Anode bewegt werden, und damit indirekt die Röntgendosis.
Bevorzugt wird die Variierung der Röntgendosis bei der
Röntgenstrahlung vorgenommen, deren Energie (bevorzugt
die erste Energie) konstant gehalten wird. Damit werden die Variierung
der zweiten Energie einerseits und die Variierung der Dosis bei
konstanter Energie andererseits durchgeführt, so dass das
Verfahren weiterhin einfach steuerbar ist und bei der anschließenden
Nachbearbeitung der jeweilig generierten Röntgenprojektions daten
keine Konfusion zwischen Energie- und Dosissteuerung droht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten
Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher
erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche
Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 eine
in einem Topogramm-Scan erstellte Bildaufnahme von Bereichen eines
menschlichen Körpers,
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2 eine
schematische Blockdarstellung eines möglichen Ablaufschemas
des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform,
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3 eine
schematische Blockdarstellung eines möglichen Ablaufschemas
der Ermittlung virtueller dritter Röntgenprojektionsdaten,
und
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4 eine
schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit innerhalb
eines erfindungsgemäßen Computertomographen.
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1 zeigt
eine Bildaufnahme von Teilen eines menschlichen Körpers 1 in
Form eines Topogramms. Es zeigt den Körper 1 von
den Oberschenkeln (links) bis zum Hals (rechts), wobei auf der horizontalen
Achse die Einschubrichtung z in einen Computertomographen und auf
der vertikalen Achse die seitliche Ausdehnung y des Körpers 1 (jeweils
in 100 mm skaliert) angezeigt ist. Zu erkennen ist die deutliche
Schwärzung des Röntgenbilds im Bereich der Lunge
(im rechten Drittel) und eine viel geringere Schwärzung
etwa im Bereich des Abdomens. Dies rührt daher, dass Röntgenstrahlung
durch die luftgefüllte Lunge deutlich weniger absorbiert
wird und somit besser durchdringt als in anderen Bereichen. Auf Basis
des Topogramms können in Abhängigkeit von der
Stärke der lokalen Ab sorption Bereiche A und B definiert
werden, wobei ein Zweispektren-Scan im Bereich A mit zwei Röntgenstrahlungen
mit Energien durchgeführt wird, die mit Beschleunigungsspannungen
von 140 (erste Röntgenstrahlung) und 80 kV (zweite Röntgenstrahlung)
erzeugt werden. Im Bereich B hingegen wird die zweite Röntgenstrahlung dadurch
variiert, dass die Beschleunigungsspannung zur Erzeugung der zweiten
Energie auf 100 kV erhöht wird. Auf Basis dessen ist im
Bereich B eine stärkere Durchdringung des Körpers 1 mit
der zweiten Röntgenstrahlung zu erwarten. Wie erläutert,
ist es – selbst bei einem Spiralscan – dennoch
möglich, eine durchgehende Rekonstruktion von Volumenbilddaten durchzuführen,
da aus den bei 100 kV aufgenommen Projektionsdaten ja virtuelle
Projektionsdaten bei 80 kV generiert und bei der Rekonstruktion
genutzt werden können.
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2 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer besonders bevorzugten Ausführung. Dabei
werden durch (näherungsweise) eine Stelle des Körpers 1 aus
näherungsweise derselben Strahlrichtung mit zwei Röntgenstrahlungseinträgen
R1, R2 gestrahlt. Die
ersten Röntgenstrahlen R1 werden
immer mit einer (näherungsweise) konstanten Energie E1 abgegeben und erzeugen Röntgenprojektionsdaten
PD1 der Struktur. In Abhängigkeit
von der jeweils zu scannenden Stelle werden die zweiten Röntgenstrahlen R2 in ihrer Energie variiert, so dass ihre
zweite Energie entweder einer Minimalenergie E2 entspricht
oder einer erhöhten Energie E2'.
In 1 entspricht die Minimalenergie E2 der
Beschleunigungsspannung von 80 kV und die erhöhte Energie
E2' der Beschleunigungsspannung von 100
kV. Die Entscheidung, welche der beiden Energien E2,
E2' gewählt wird, wird beeinflusst
von Informationen aus dem Topogramm T, speziell zu den lokalen Absorptionseigenschaften des
Körpers 1.
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In
Abhängigkeit von der Wahl der zweiten Energie werden unterschiedliche
Arten von Röntgenprojektionsdaten PD2,
PD2' generiert. Wird nun in einem Strukturbereich
mit der erhöhten Energie E2' gearbeitet,
so werden die korrespondierenden Röntgenprojektionsdaten
PD2' zusammen mit den ersten Röntgenprojektionsdaten
PD1 dazu genutzt, virtuelle dritte Röntgenprojektionsdaten
PD3 zu generieren. Diese dritten Röntgenprojektionsdaten
PD3 entsprechen virtuell den Röntgenprojektionsdaten
PD2, wie sie bei einer zweiten Röntgenstrahlung
R2 mit der Minimalenergie E2 generiert
würden.
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3 zeigt
schematisch den Ablauf der Ermittlung solcher virtueller Röntgenprojektionsdaten PD3. Die ersten Röntgenprojektionsdaten
PD1 und die zweiten Röntgenprojektionsdaten
PD2', die auf Basis einer erhöhten
Energie E2' akquiriert wurden, werden einer
Materialzerlegung MZ unterzogen. Für die daraus resultierenden
Materialien erfolgt eine Ermittlung der Flächendichten
eines ersten Materials ρM1 und
eines zweiten Materials ρM2. Daraus
kann eine Absorptionskennzahl auch für Röntgenstrahlen mit
anderen Energien ermittelt werden, hier also die Absorption AE2 bei der zweiten Energie E2.
Die zweite Energie E2 wird als fester Wert über einen Speicher S
in das Verfahren eingespeist. Aus der Absorption AE2 können
dann die virtuellen dritten Röntgenprojektionsdaten PD3 für die zweite Energie E2 abgeleitet werden.
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4 zeigt
gemäß einer Ausführungsform schematisch
einen erfindungsgemäßen Computertomographen 3 mit
einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit 5.
Er umfasst weiterhin – neben vielen, der Übersichtlichkeit
halber nicht erwähnten Komponenten – eine Akquiseeinheit 15 und
eine Bildverarbeitungseinheit 13.
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Die
Steuerungseinheit 5 umfasst eine Eingangsschnittstelle 7 und
eine Ausgangsschnittstelle 11 sowie eine Ableitungseinheit 9. Über
die Eingangsschnittstelle 7 gelangen – hier von
der Bildverarbeitungseinheit 13 – Informationen
zu den Eigenschaften einer lokal vorliegenden Struktur eines zu untersuchenden
Körpers, hier in Form eines Topogramms T, in die Steuerungseinheit.
Die Ableitungseinheit 9 leitet daraus Steuerbefehle SB
zur Variierung mindestens einer zweiten Energie einer Röntgenstrahlung
ab, die über die Ausgangs schnittstelle 11 an die
Akquiseeinheit 15 (bzw. deren Röntgenquelle(n))
und ggf. auch an die Bildverarbeitungseinheit 13 ausgegeben
werden. Die Bildverarbeitungseinheit kann die Steuerbefehle indirekt
bei der Bildverarbeitung nutzen, beispielsweise um, wie oben dargestellt,
virtuelle dritte Röntgenprojektionsdaten PD3 zu
generieren.
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Es
wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass
es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren
sowie bei den dargestellten Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele
handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert
werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
So ist das Verfahren insbesondere nicht nur bei zwei Energien einsetzbar,
sondern auch bei einer Erstellung von Bildern mit mehr als zwei
Energien, wobei sowohl bei mehreren unterschiedlichen konstanten
Energieniveaus als auch bei mehreren variablen Energieniveaus gearbeitet
werden kann. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten
Artikel „ein” bzw. „eine” nicht
aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein
können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Alvarez, Robert
E./Albert Macovski: Energy-selective Reconstructions in X-ray Computerized
Tomography. Phys. Med. Biol. 1976, Vol. 21, No. 5, Seiten 733–744 [0021]
- - Alvarez, Robert/Edward Seppi: A Comparison of Noise and Dose
in Conventional and Energy Selective Computed Tomography. IEEE Transactions
on Nuclear Science, Vol. NS-26, No. 2, April 1979, Seiten 2853–2856 [0021]