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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Computertomographie-(CT)-System, und im Besonderen Systeme und Verfahren zum Beseitigen von Artefakten, die bei der Verwendung mehrerer Röntgenstrahlenquellen entstehen.
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Typischerweise emittiert in einem CT-System eine Röntgenröhre einen fächerförmigen Röntgenstrahl oder einen konusförmigen Röntgenstrahl in Richtung einer auf einem Tisch positionierten Person bzw. eines Objekts. Der Strahl fällt nach Schwächung durch den Patienten auf einer Detektoranordnung ein. Die Intensität des aufgenommenen geschwächten Röntgenstrahls an der Detektoranordnung hängt gewöhnlich von der Schwächung des Röntgenstrahls durch den Patienten ab. Jedes Detektorelement der Detektoranordnung erzeugt ein unabhängiges elektrisches Signal, das den aufgenommenen geschwächten Röntgenstrahl kennzeichnet.
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In bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenstrahlenquelle und die Detektoranordnung auf einer Gantry um das abzubildende Objekt gedreht, so dass sich ein Gantrywinkel, unter dem der fächerförmige oder konusförmige Röntgenstrahl das Objekt schneidet, ständig ändert. Der den Patienten tragende Tisch kann vorwärts bewegt werden, während die Gantry um das abzubildende Objekt rotiert. Daten, die die Intensität des empfangenen Röntgenstrahls an jedem der Detektorelemente kennzeichnen, werden über einen Bereich von Gantrywinkeln gesammelt. Die Daten werden schließlich rekonstruiert, um ein Bild des Objekts zu erstellen.
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Für gewisse Verfahren ist es von Vorteil, über einen großen Überstreichungsbereich in z-Richtung zu verfügen. Beispielsweise erlaubt ein großer Überstreichungsbereich das Erfassen von Daten mit einer kleineren Anzahl von Gantryumdrehungen, was zu einer kürzeren Erfassungsdauer führt. Weiter kann ein großer Überstreichungsbereich es ermöglichen, ein gesamtes Organ in einer einzigen Gantryumdrehung zu akquirieren. Die Größe des Erfassungsbereichs kann in z-Richtung gesteigert werden, indem die Breite der Detektoranordnung größer bemessen wird. Um Nachteile zu bewältigen, die auf einen Konusstrahlartefakt im Falle breiter Detektoranordnungen zurückzuführen sind, die nur eine einzelne Röntgenstrahlenquelle benutzen, können zwei oder mehr Röntgenstrahlenquellen längs der z-Achse versetzt angeordnet sein. Während der Bildgebung emittieren die Röntgenstrahlenquellen abwechselnd Röntgenstrahlen. Die von den Röntgenstrahlenquellen ausgehenden Röntgenstrahlen können sich auf ihrem Weg durch den Patienten teilweise überlappen, mit der Folge, dass der Röntgenfluss längs der z-Achse unterschiedlich ist. Das zusammengeführte Bild weist aufgrund des größeren magnetischen Flusses in dem überlappenden Bereich Störpegelartefakte auf. Darüber hinaus ist der Patient in dem überlappenden Bereich im Vergleich zu nicht überlappenden Bereichen in etwa dem doppelten Strahlungspegel ausgesetzt.
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US 2005 / 0 053 189 A1 offenbart ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem und -verfahren, die mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen, eine Röntgendetektoranordnung und Filter in dem Strahlengang der Röntgenstrahlenquellen verwenden. Die mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen befinden sich längs einer z-Achse versetzt und sind dazu eingerichtet, abwechselnd Röntgenstrahlen auszustrahlen. Die Röntgendetektoranordnung ist dazu eingerichtet, die Röntgenstrahlen zu detektieren. Die Filter sind jeweils einer Röntgenstrahlenquelle zugeordnet und voneinander getrennt angebracht. Die Filter weisen im Wesentlichen die gleiche Dicke, aber unterschiedliche energieselektive Eigenschaften auf, um Röntgenstrahlen mit verschiedenen Energieniveaus durchzulassen. Damit können Patienten oder Objekte für eine verbesserte CT-Untersuchung und Diagnose mit wenigstens zwei unterschiedlichen Energieniveaus durchstrahlt werden.
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DE 10 2004 004 295 A1 offenbart ein 2-Spektren-CT-Bildgebungssystem und Verfahren mit zwei Röntgenstrahlenquellen, die an einer umlaufenden Gantry in einer xy-Ebene angebracht und in Umlaufrichtung um im Wesentlichen 90° voneinander getrennt sind, und mit zwei Detektoren, die jeweils einer Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend an der Gantry befestigt sind. In die Röntgenstrahlengänge jeder Röntgenstrahlenquelle sind gesonderte Filter eingebracht, die unterschiedliche spektrale Filtercharakteristiken aufweisen, so dass bei jedem Scan Bilddaten mit unterschiedlichen spektralen Verteilungen aufgezeichnet werden. Daraus können Zusatzinformationen über bspw. eine räumliche Verteilung der Dichte oder effektive Ordnungszahl eines Untersuchungsbereiches gewonnen werden.
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DE 102 37 546 A1 und
US 7 430 282 B2 beschreiben Röntgen-CT-Geräte, in denen ein keilförmiges Filter in dem Strahlengang einer Röntgenstrahlenquelle eingefügt ist, um eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung in der z-Körperachsenrichtung bei Verwendung eines mehrzeiligen Strahlungsdetektors, den sog. „Heel-Effekt“, auszugleichen und damit verbundene Konusstrahlartefakte zu vermeiden.
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Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung Maßnahmen vorzuschlagen, um in einem Röntgen-Bildgebungssystem und -verfahren, insbesondere einem Computertomographie-Bildgebungssystem, einen größeren Überstreichungsbereich in z-Richtung zu ermöglichen und dabei die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere Störpegelartefakte oder erhöhte Strahlungspegel in einem überlappenden Bereich von zwei oder mehreren Röntgenstrahlen, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bildgebungssystem, ein Verfahren und ein Computertomographie-Bildgebungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Anspruche 1, 7 bzw. 13 gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In einem Ausführungsbeispiel enthält ein Bildgebungssystem mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen, eine Röntgendetektoranordnung und ein Schwächungsfilter. Die mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen befinden sich längs einer z-Achse versetzt und sind dazu eingerichtet, abwechselnd Röntgenstrahlen auszustrahlen. Die Röntgendetektoranordnung ist dazu eingerichtet, die Röntgenstrahlen zu detektieren. Das Schwächungsfilter weist eine symmetrische Gestalt auf, ist in unmittelbarer Nähe der mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen angebracht und ist dazu eingerichtet, für die Röntgenstrahlen längs der z-Achse unterschiedliche Grade von Röntgenstrahlschwächung zu erzeugen. Das Schwächungsfilter weist längs einer yz-Ebene mindestens einen dreieckig gestalteten Abschnitt und/oder einen konvex gekrümmten Abschnitt und längs einer xy-Ebene einen „U“-förmigen Abschnitt auf, wobei die x-, y- und z-Achsen ein kartesisches Koordinatensystem bilden.
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In noch einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren, das dazu dient, einen erhöhten Röntgenfluss wenigstens teilweise auszugleichen, der auf mehrere längs einer z-Achse angebrachte Röntgenstrahlenquellen zurückzuführen ist, den Schritt, aus mindestens zwei benachbarten Röntgenstrahlenquellen abwechselnd Röntgenstrahlen zu emittieren. Die Röntgenstrahlen bilden einen überlappenden Bereich in einer Bildgebungsfläche. Ein Schwächungsfilter, das eine symmetrische Gestalt aufweist, wird zwischen den mindestens zwei benachbarten Röntgenstrahlenquellen und einer Röntgendetektoranordnung positioniert und erzeugt längs der z-Achse unterschiedliche Grade von Röntgenstrahlschwächung für die Röntgenstrahlen. Das Schwächungsfilter weist längs einer yz-Ebene mindestens einen dreieckig gestalteten Abschnitt und/oder einen konvex gekrümmten Abschnitt und längs einer xy-Ebene einen „U“-förmigen Abschnitt auf, wobei die x-, y- und z-Achsen ein kartesisches Koordinatensystem bilden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem mindestens zwei längs einer z-Achse fluchtend ausgerichtete Röntgenstrahlenquellen, eine Detektoranordnung und ein Schwächungsfilter. Die Detektoranordnung ist positioniert, um von den mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen ausgehende Röntgenstrahlen zu detektieren, wobei die mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen dazu eingerichtet sind, abwechselnd Röntgenstrahlen auszustrahlen, die einander teilweise in einem überlappenden Bereich einer zwischen den mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen und der Detektoranordnung angeordneten Bildgebungsfläche überlappen. Das Schwächungsfilter weist eine symmetrische Gestalt auf und ist zwischen den mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen und der Bildgebungsfläche angeordnet und ist dazu eingerichtet, längs der dem überlappenden Bereich entsprechenden z-Achse eine im Verhältnis höhere Röntgenstrahlschwächung zu erzeugen und längs der z-Achse, die dem wenigstens einen nicht überlappenden Bereich der Bildgebungsfläche entspricht, eine relativ geringere Röntgenstrahlschwächung zu erzeugen. Das Schwächungsfilter weist längs einer yz-Ebene mindestens einen dreieckig gestalteten Abschnitt und/oder einen konvex gekrümmten Abschnitt und längs einer xy-Ebene einen „U“-förmigen Abschnitt auf, wobei die x-, y- und z-Achsen ein kartesisches Koordinatensystem bilden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Computertomographie-(CT)-System, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
- 2 veranschaulicht ein Beispiel der Verwendung des CT-Systems von 1, um ein Organ im Innern einer Person bildgebend zu detektieren, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 veranschaulicht ein Schwächungsfilter sowohl in einer perspektivischen Ansicht als auch in einer längs der yz-Ebene genommenen Seitenansicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 veranschaulicht das Schwächungsfilter, das zentrisch zwischen benachbarten Röntgenstrahlenquellen oder Anoden und einer Bildgebungsfläche angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 5 veranschaulicht in einem Graph einen Vergleich des Röntgenflusspegels zusammengeführter Bilder längs der z-Achse, die mittels unterschiedlichen Röntgenstrahlschwächungsfiltern akquiriert wurden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 6 veranschaulicht exemplarische Störpegelmesswerte, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 7 zeigt in einer Seitenansicht ein abgewandeltes Schwächungsfilter, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorausgehende Kurzbeschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher. Soweit die Figuren Diagramme der funktionalen Blöcke vielfältiger Ausführungsbeispiele veranschaulichen, kennzeichnen die funktionalen Blöcke nicht notwendig die Aufteilung der Hardwareschaltung. So können beispielsweise ein oder mehrere funktionale Blöcke (z.B. Prozessoren oder Speicher) in einer einzelnen Hardwarekomponente (z.B. einem Universal-Signalprozessor oder RAM-Speicher, einer Festplatte, oder dergleichen) verwirklicht sein. Ebenso können die Programme eigenständige Programme sein, als Unterprogramme in einem Betriebssystem enthalten sein, Funktionen in einem installierten Software-Paket sein, und dergleichen. Es ist selbstverständlich, dass die vielfältigen Ausführungsbeispiele nicht auf die in den Figuren gezeigten Anordnungen und Funktionalitäten beschränkt sind.
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In dem hier verwendeten Sinne sollte ein im Singular erwähntes Element bzw. Schritt, dem der unbestimmte Artikel vorangestellt ist, in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural des Elements bzw. Schrittes nicht ausgeschlossen ist, es sei den ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich festgestellt. Ferner soll die Bezugnahme auf „ein Ausführungsbeispiel“ der vorliegenden Erfindung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher Ausführungsbeispiele interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale verkörpern. Darüber hinaus können, wenn nicht ausdrücklich anders lautend festgestellt, Ausführungsbeispiele, die ein oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft „aufweisen“ oder „enthalten“, weitere derartige Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Computertomographie-(CT)-System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das CT-System 10 enthält einen Gantryrahmen 12, eine Gantry 14, einen Tisch 16, einen Tischabschnitt 17, eine Röntgenröhre 18, eine zweidimensionale Detektoranordnung 20, die eine röntgensensitive Fläche aufweist, und eine Steuereinrichtung 22. Die Gantry 14 ist dazu eingerichtet, sich in dem Gantryrahmen 12 zu drehen. Die Gantry 14 ist dazu eingerichtet, die Röntgenröhre 18 und die Detektoranordnung 20 zu halten und zu stützen. Die Röntgenröhre 18 ist dazu eingerichtet, wenigstens einen ersten Röntgenstrahl 24 und zweiten Röntgenstrahl 25 in Richtung der Detektoranordnung 20 auszustrahlen. Die Detektoranordnung 20 weist eine Anzahl von (nicht gezeigten) Detektorelementen auf. Jedes der mehreren Detektorelemente erzeugt ein elektrisches Signal, das basierend auf der Intensität des während eines Abtastintervalls empfangenen ersten oder zweiten Röntgenstrahls 24, 25 variiert. Der Tisch 16 ist dazu eingerichtet, ein zu scannendes Objekt bzw. einen Patienten 26 zu tragen. Der Tischabschnitt 17 ist in der Lage, den Patienten 26 relativ zu der Gantry 14, wie durch eine Koordinatenachse 28 gezeigt, in z-Richtung zu bewegen. Die Steuereinrichtung 22 ist dazu eingerichtet, die Rotation der Gantry 14, die Translation des verschiebbaren Tischabschnitts 17 und die Aktivierung der Röntgenröhre 18 zu regeln/steuern.
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Ein Datenakquisitionssystem (DAS = Data Acquisition System) 30 kann Daten abtasten, die von den in der Detektoranordnung 20 angeordneten Detektorelementen stammen, und es wandelt die Daten, falls erforderlich, in digitale Signale um, um diese anschließend zu verarbeiten. Ein Bildrekonstruktor 32 nimmt abgetastete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem DAS 30 auf und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Beispielsweise können Signale, die von dem ersten und zweiten Röntgenstrahl 24 und 25 stammenden Scandaten zugeordnet sind, verarbeitet werden und schließlich in einem einzelnen rekonstruierten Bild zusammengeführt werden. Das rekonstruierte Bild wird als Eingangssignal an einen Computer 34 oder einen sonstigen Prozessor ausgegeben, der das Bild in einer Speichervorrichtung 36 speichern kann. In einem Ausführungsbeispiel kann der Bildrekonstruktor 32 auf einem oder mehreren Hardware-, Firmware- oder Softwaremodulen basieren, die auf dem Computer 34 laufen.
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Der Computer 34 nimmt außerdem von einem Anwender Steuerbefehle und Scanparameter über eine Bedienungskonsole 38 auf, die eine Tastatur sowie sonstige Eingabegeräte aufweisen kann. Ein Display 39 ermöglicht der Bedienperson, das (die) rekonstruierte(n) Bild(er) und sonstige von dem Computer 34 ausgegebene Daten zu beobachten.
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In dem hier verwendeten Sinne ist der Begriff „Computer“ nicht auf jene integrierten Schaltkreise beschränkt, die in der Fachwelt als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich im weitesten Sinne auf Rechner, Prozessoren, Mikroprozessoren, Mikrocomputer, programmierbare Logiksteuerungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und sonstige programmierbare Schaltkreise. Obwohl zumindest einige der im Vorliegenden beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem medizinischen Zusammenhang beschrieben sind, wird auch in Erwägung gezogen, dass die Vorteile zumindest eines Ausführungsbeispiels auch auf nicht medizinische Bildgebungssysteme zutreffen, beispielsweise jene Systemen, die gewöhnlich in einem industriellen Zusammenhang oder einem Transportsystem verwendet werden, z.B. einem Gepäckkontrollsystem eines Flughafens oder sonstige Logistikzentren.
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2 veranschaulicht ein Beispiel der Verwendung des CT-Systems 10 von 1, um ein Organ im Innern des Patienten 26 bildgebend zu detektieren. Die Röntgenröhre 18 ist mit einer ersten und zweiten Anode 40 und 42 veranschaulicht. Die erste und die zweite Anode 40 und 42 (oder sonstige Röntgenstrahlungsquellen) sind längs einer z-Achse 52 versetzt oder verteilt angeordnet. Die erste und zweite Anode 40 und 42 erzeugen abwechselnd den ersten und zweiten Röntgenstrahl 24 und 25. Die Röntgenröhre 18 kann mit sonstigen Vorrichtungen und/oder Mitteln ausgestattet sein, um den ersten und zweiten Röntgenstrahl 24 und 25 zu erzeugen. Es kann auch eine (nicht gezeigte) einzelne Elektronenquelle verwendet werden, um beide Röntgenstrahlen 24 und 25 zu erzeugen, oder es können mehrere Elektronenquellen genutzt werden, z.B. eine Elektronenquelle für jede der Anoden 40 und 42. Darüber hinaus kann die Röntgenröhre 18 dazu eingerichtet sein, mehr als zwei Röntgenstrahlen zu erzeugen, z.B. mittels drei oder mehr Anoden. Beispielsweise kann die Röntgenröhre 18 oder ein sonstiger Quellengenerator drei, vier oder mehr längs der z-Achse 52 dispergierte Röntgenstrahlen erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel können mehr als zwei Quellen mehr als zwei Röntgenstrahlen hervorbringen, die sich in Bezug zueinander teilweise überlappen.
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In 2 ist die interessierende abzubildende Anatomie 44 das (in Fig. 2 für Zwecke der Veranschaulichung vergrößert dargestellte) Herz. Der erste und der zweite Röntgenstrahl 24 und 25 bilden zusammen das Sichtfeld und veranschaulichen den Erfassungsbereich längs der z-Achse 52. Der erste und der zweite Röntgenstrahl 24 und 25 durchqueren beide einen Abschnitt der Anatomie 44 und bilden einen überlappenden Bereich 46, in dem die Röntgenstrahlen 24 und 25 beide denselben Abschnitt bzw. Sichtfeld der Anatomie 44 durchqueren. Nicht überlappende Bereiche 48 und 50 bezeichnen Abschnitte der Anatomie 44, in denen lediglich einer der Röntgenstrahlen 24 und 25 die Anatomie 44 durchstrahlt, sei dies der erste oder der zweite. Wie zuvor erörtert, nimmt das DAS 30 (wie in 1 gezeigt) Bild- oder Projektionsdaten auf, die jedem der abwechselnden Röntgenstrahlen 24 und 25 zugeordnet sind. Der Bildrekonstruktor 32 und der Computer 34 führen die mehreren Sätze, beispielsweise zwei oder mehr Sätze, von Projektionsdaten in einem rekonstruierten Bild zusammen. Der Störpegel in den nicht überlappenden Bereichen 48 und 50 ist höher als der Störpegel in dem überlappenden Bereich 46, da der überlappende Bereich 46 doppelt so viel Röntgenfluss aufnimmt wie die nicht überlappenden Bereiche 48 und 50. In einem Beispiel ist der Störpegel in den nicht überlappenden Bereichen 48 und 50 um etwa 40-45 Prozent höher als der Störpegel in dem überlappenden Bereich 46. Das hohe Maß an Störpegelveränderung über das rekonstruierte Bild hinweg führt zu Problemen hinsichtlich der Bildqualitäten, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, Streifenbildung in neuformatierten Bilder, die mehrere Ebenen aufweisen.
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Im Vorliegenden sind Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, wie sie den erhöhten Röntgenfluss in dem überlappenden Bereich 46 wenigstens teilweise kompensieren, indem sie die Strahlungsintensität des zu der Detektoranordnung 20 emittierten ersten und zweiten Röntgenstrahls 24 und 25 längs der z-Achse 52 ausgleichen. In zumindest einem Ausführungsbeispiel wird ein Kompensations- oder Schwächungsfilter verwendet, das die Schwächung der Röntgenstrahlen 24 und 25 in dem überlappenden Bereich 46 längs der z-Achse 52 erhöht.
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3 veranschaulicht ein Schwächungsfilter 100 sowohl in einer perspektivischen Ansicht 102 als auch in einer längs einer yz-Ebene 76 genommenen Seitenansicht 104, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Schwächungsfilter 100 erzeugt über die z-Achse 52 hinweg eine von der z-Position abhängige unterschiedliche Schwächung für den ersten und zweiten Röntgenstrahl 24 und 25. Unter Bezugnahme auf die perspektivische Ansicht 102, ist das Schwächungsfilter 100 in einem Ausführungsbeispiel in einer xy-Ebene 74 im Wesentlichen „U“-förmig, was eine unterschiedliche Schwächung über die x-Achse hinweg hervorbringt. Eine Dicke 78 eines röntgenstrahlschwächenden Materials ist an äußeren Ränder 82 und 84 größer bemessen, um einen höheren Grad von Röntgenstrahlschwächung hervorzubringen als eine Dicke 80 in einem zentralen Abschnitt 86 des Schwächungsfilters 100. Die „U“-Form des Schwächungsfilters 100 in der xy-Ebene 74 ermöglicht eine Strahlhärtungskorrektur und reduziert die Röntgenstrahlbelastung für periphere Bereiche des Patienten 26. Es ist selbstverständlich, dass andere Formen genutzt werden können, um die Röntgenstrahlen über die x-Achse hinweg unterschiedlich zu schwächen, wobei ein Bereitstellen eines konstanten Grades von Schwächung über die x-Achse hinweg eingeschlossen ist. Mit Bezug auf die Seitenansicht 104 ist ein dreieckig gestalteter Abschnitt 106 mit einem rechtwinkligen Abschnitt 108 veranschaulicht, der eine konstante Dicke 88 aufweist, die den Dicken 78 und 80 in der xy-Ebene 74 entspricht. Der dreieckige Abschnitt 106 weist an einem Scheitelpunkt 112 eine Dicke 110 auf, die die Dicken 115 und 119 überschreitet, während die Dicken 115 und 119 größer sind als die Dicken 114 und 120, die sich längs der z-Achse 52 näher an den äußeren Rändern 116 und 118 befinden.
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In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „dreieckig gestaltet“ eine Form mit einer Oberseite, die zwei Abschnitte aufweist, und einem Boden, wobei die Oberseite wenigstens einen Scheitelpunkt 112 aufweist, und wobei die zwei sich von dem Scheitelpunkt 112 ausgehend erstreckenden Abschnitte gegenüber einer sich von dem Scheitelpunkt 112 ausgehend erstreckenden vertikalen Tangente gleiche Winkel aufweisen können. In noch einem Ausführungsbeispiel können die Winkel ungleich sein, und der Scheitelpunkt 112 kann näher an einem der äußeren Ränder 116 und 118 angeordnet sein. Obwohl der dreieckige Abschnitt 106 als im Wesentlichen gerade Linien aufweisend gezeigt ist, die sich von dem Scheitelpunkt 112 ausgehend erstrecken, kann der obere Rand des dreieckig gestalteten Abschnitts 106 auch mittels konkaver, konvexer oder sonstiger nicht geradliniger Linien ausgebildet sein. Optional kann „dreieckig gestaltet“ auch definiert sein, um (nicht gezeigte) erste und zweite senkrechte Wände in unmittelbarer Nähe der äußeren Ränder 116 und 118 einzuschließen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Oberteil mehr als einen Scheitelpunkt aufweisen.
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Die Dicke 110 an dem Scheitelpunkt 112 oder der Oberseite des Dreiecks kann wenigstens teilweise von den Schwächungseigenschaften des für die Herstellung des Schwächungsfilters 100 verwendeten Materials abhängen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Dicke 110 an dem Scheitelpunkt oder eines sonstigen dicksten Abschnitts des Schwächungsfilters 100 zwischen drei und vier Millimeter größer bemessen sein als eine Dicke an den äußeren Rändern 116 und 118 oder eines dünnsten Abschnitts des Schwächungsfilters 100 längs der yz-Ebene 76. Das Schwächungsfilter 100 kann aus Aluminium ausgebildet sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100 einen (oder mehrere) aus Graphit hergestellte Abschnitt(e) aufweisen.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100 einen (oder mehrere) aus Aluminiumlegierung hergestellte Abschnitt(e) aufweisen. In noch weiteren Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100 wenigstens teilweise aus Kupfer hergestellt sein. Andere Materialien und Kombinationen von Materialien können genutzt werden, um die Schwächung längs der yz-Ebene 76 einzustellen. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, mittels eines Gieß-/Spritzverfahren ausgebildet sein.
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Zur Erleichterung des Einbaus kann der dreieckige Abschnitt 106 sowie das gesamte Schwächungsfilter 100 rechteckig gestaltet sein, wie in 3 mit der gepunkteten Linie 127 angedeutet. Um die dreieckig gestaltete Schwächung längs der yz-Ebene 76 hervorzubringen, erhöht sich die Konsistenz eines röntgenstrahlschwächenden Materials, wenn von den äußeren Rändern 116 und 118 in Richtung des Scheitelpunkts 112 fortgeschritten wird. In einem Beispiel können Gebiete 128 und 129 aus einem Material ausgebildet sein, das einen niedrigen oder minimalen Grad von Röntgenstrahlschwächung aufweist. Daher werden Röntgenstrahlen, die einen zentralen Abschnitt 122 des Schwächungsfilters 100 durchqueren, in höherem Maße geschwächt oder weisen einen höheren Schwächungskoeffizienten auf als Röntgenstrahlen, die äußere Abschnitte 124 und 126 des Schwächungsfilters 100 durchqueren. Obwohl als Dicken 110, 114, 115, 119 und 120 gezeigt, sollte es klar sein, dass die Dicke eine Röntgenstrahlschwächung repräsentiert, so dass eine im Verhältnis dickere Dicke eine stärkere Röntgenstrahlschwächung (z.B. einen höheren Schwächungskoeffizienten) repräsentiert, und eine im Verhältnis dünnere Dicke eine geringere Röntgenstrahlschwächung (z.B. einen geringeren Schwächungskoeffizienten) repräsentiert.
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In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der dreieckige Abschnitt 106 durch einen (teilweise durch eine gepunktete Linie angezeigten) konvex gekrümmten Abschnitt 113 oder einen sonstigen kontinuierlich oder nicht kontinuierlich gekrümmten Abschnitt ersetzt werden, der keinen Scheitelpunkt 112 aufweist, sondern einer dreieckigen Gestalt angenähert ist. Der gekrümmte Abschnitt ist dazu eingerichtet, längs der x-Achse 52 in dem zentralen Abschnitt 122, der dem überlappenden Bereich 46 entspricht, eine stärkere Schwächung zu erzeugen, und in den äußeren Abschnitten 124 und 126, die den nicht überlappenden Bereichen 48 und 50 entsprechen eine verhältnismäßig geringere Schwächung zu erzeugen.
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4 veranschaulicht in einer Zeichnung das Schwächungsfilter 100, das zentrisch zwischen den benachbarten Röntgenstrahlenquellen oder Anoden 40 und 42 und der Bildgebungsfläche 130 angeordnet ist. Das Schwächungsfilter 100 ist längs der yz-Ebene 76 dargestellt. Obwohl nicht gezeigt, kann zwischen den Anoden 40 und 42 und der Bildgebungsfläche 130 auch ein Kollimator angeordnet sein. Die Linien 132 und 134 deuten Ränder des Tunnels in der (in 1 gezeigten) Gantry 14 an, durch den der Patient 26 vorgeschoben wird. Die Detektoranordnung 20 ist entgegengesetzt zu den Anoden 40 und 42 auf einer gegenüberliegenden Seite der Bildgebungsfläche 130 angeordnet.
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Die (in 1 gezeigte) Röntgenröhre 18, die die Anoden 40 und 42 enthält, kann in einem (nicht gezeigten) Gehäuse angebracht sein, wobei sowohl die Röntgenröhre 18 als auch das Gehäuse ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster aufweisen, das aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material, beispielsweise Beryllium, Aluminium oder Titan, hergestellt sind. Aus der Röntgenröhre emittierte Röntgenstrahlen 18 durchqueren das Röntgenröhrenfenster und das Röntgenröhrengehäusefenster. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100 auf dem Röntgenröhrengehäusefenster abgeschieden sein, unmittelbar darauf ausgebildet sein oder in sonstiger Weise daran angebracht sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Schwächungsfilter 100 in unmittelbarer Nachbarschaft des Röntgenröhrengehäusefensters positioniert sein. Optional kann das Schwächungsfilter 100 mit dem Kollimator oder einem Kollimatorgehäuse verbunden sein.
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Obwohl das Schwächungsfilter 100 schematisch mit dreieckigen und rechtwinkligen Abschnitten 106 und 108 dargestellt ist, sollte es klar sein, dass es auch in einem einzelnen Filter integriert oder einstückig hergestellt sein kann. Optional können die dreieckigen und rechtwinkligen Abschnitte 106 und 108 gesonderte Teile sein, die in Bezug zueinander fluchtend angeordnet sind. In einer Abwandlung können die dreieckigen und rechtwinkligen Abschnitte 106 und 108 in einem (nicht gezeigten) Gehäuse gesichert sein.
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Der erste und der zweite Röntgenstrahl 24 und 25 werden abwechselnd abgestrahlt, wobei sie den überlappenden Bereich 46 und die nicht überlappenden Bereichen 48 und 50 in der Bildgebungsfläche 130 bilden. Das Schwächungsfilter 100 variiert den Grad von Schwächung längs der z-Achse 52, wobei die Schwächung von Röntgenstrahlen, die durch den überlappenden Bereich 46 hindurch abgestrahlt sind, im Vergleich zu der Schwächung von Röntgenstrahlen, die durch die nicht überlappenden Bereiche 48 und 50 hindurch abgestrahlt sind, gesteigert ist.
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5 veranschaulicht einen Vergleich des Röntgenflusspegels längs der z-Achse 52 zusammengeführter Bilder, die mittels unterschiedlichen Röntgenstrahlschwächungsfiltern akquiriert wurden. Linie 140 veranschaulicht den Röntgenflusspegel längs der z-Achse 52 bei Verwendung eines Schwächungsfilters, das längs der z-Achse 52 keine unterschiedliche Röntgenstrahlschwächung hervorbringt. Die Linie 142 veranschaulicht den Röntgenflusspegel längs der z-Achse 52 bei Verwendung des Schwächungsfilters 100 nach 4, der die im Wesentlichen dreieckig gestaltete Röntgenstrahlschwächung längs der z-Achse 52 hervorbringt. Die Linie 140 veranschaulicht einen gesteigerten Röntgenfluss, der dem überlappenden Bereich 46 entspricht, während die Linie 142 veranschaulicht, dass der gesteigerte Grad von Röntgenstrahlschwächung in dem überlappenden Bereich 46 einen Röntgenflusspegel ergibt, der über das zusammengeführte Bild hinweg im Wesentlichen ausgeglichen ist. Folglich ist die von dem Patienten 26 aufgenommene Strahlungsmenge längs der z-Achse 52 über den Erfassungsbereich hinweg konstant.
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6 veranschaulicht exemplarische Störpegelmesswerte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Auch hier sind zwei Röntgenstrahlenquellen oder Anoden 40 und 42 veranschaulicht. Die nicht überlappenden Bereiche 48 und 50 der Röntgenstrahlen 24 und 25 in der Bildgebungsfläche 130 sind als Zonen I bzw. II gezeigt, während der überlappende Bereich 46 als Zone III gezeigt ist.
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Ein erstes und ein zweites Bild 150 und 152 repräsentieren Bilddaten, die mittels konstanter Röntgenstrahlschwächung längs der z-Achse 52 akquiriert wurden. Abschnitte des ersten Bilds 150, die Bilddaten repräsentieren, die aus dem Innern der beiden Zonen I und II (d.h., nicht überlappenden Bereichen 48 und 50) stammen, die die Hälfte oder 50 % des magnetischen Flusses im Vergleich zu der Zone III (d.h., dem überlappenden Bereich 46) aufnehmen, weisen einen Störpegel von 61,3 Hounsfield-Einheiten (HU) auf. Abschnitte des zweiten Bildes 152, die von dem Innern des Bereichs III stammende Bilddaten repräsentieren, weisen einen Störpegel von 42,4 HU auf. Somit ist der Störpegel des ersten Bilds 150 etwa um 44 Prozent größer als der Störpegel des zweiten Bildes 152.
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Ein drittes Bild 154 repräsentiert Bilddaten, die unter Verwendung des Schwächungsfilters 100 von 4 akquiriert wurden. Der Abschnitt des dritten Bilds 154, der die Zone III bzw. den überlappenden Bereich 46 darstellt, weist ein Störpegel von 56,9 HU auf. Folglich ist der Prozentsatz der Differenz zwischen dem Störpegel des ersten Bilds 150 (nicht überlappender Bereiche 48 und 50) und des dritten Bilds 154 (überlappenden Bereichs 46) auf etwa 7,7 Prozent reduziert, was wesentlich geringer ist als die Differenz von 44% zwischen dem ersten und zweiten Bild 150 und 152.
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7 veranschaulicht eine Seitenansicht eines abgewandelten Schwächungsfilters 160, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Ein dreieckig gestalteter Abschnitt 162 kann mehr als einen Scheitelpunkt aufweisen, z.B. einen ersten, zweiten und dritten Scheitelpunkt 164, 166 und 168, und kann auch als eine Sägezackenform aufweisend bezeichnet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann das Schwächungsfilter 160 auch einen rechtwinkligen Abschnitt 180 aufweisen, der einen konstanten Grad von Röntgenstrahlschwächung, die „U“-förmige Röntgenstrahlschwächung oder einen (oder mehrere) sonstige sich verändernde Grad(e) von Röntgenstrahlschwächung in der xy-Ebene 74 hervorbringt, während das Schwächungsfilter längs der z-Achse 52 einen konstanten Grad von Röntgenstrahlschwächung hervorbringt.
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Beispielsweise kann das Schwächungsfilter 160 in Verbindung mit einem Bildgebungssystem verwendet werden, das vier verschiedene Quellen 170, 172, 174 und 176 aufweist, die längs der z-Achse 52 versetzt angeordnet sind, wobei die Quellen 170 und 172 einen (nicht gezeigten) überlappenden Bereich bilden, die Quellen 172 und 174 einen anderen überlappenden Bereich bilden, und die Quellen 174 und 176 noch einen weiteren unterschiedlichen überlappenden Bereich bilden. Die Anzahl von Scheitelpunkten 164-168 kann in Abhängigkeit von der Anzahl von Quellen 170-176 variieren. Wie im Zusammenhang mit 3 erörtert, können in einem anderen Ausführungsbeispiel an die Stelle der Scheitelpunkte 164-168 konvex gekrümmte Abschnitte 182, 184 und 186 oder sonstige gekrümmte Abschnitte treten, die in den überlappenden Bereichen eine höhere Röntgenstrahlschwächung erzeugen, und in nicht überlappenden Bereichen eine verhältnismäßig geringere Röntgenstrahlschwächung hervorbringen.
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Ein technischer Effekt mindestens eines Ausführungsbeispiels ist die Fähigkeit, Bilder zusammenzuführen, die mittels abwechselnder Quellen akquiriert wurden, die einen überlappenden Bereich bilden, während die Störpegeländerung über das zusammengeführte Bild hinweg minimiert ist, und die Strahlenbelastung des Patienten auf ein Minimum reduziert ist. Ein Schwächungsfilter bringt in dem überlappenden Bereich längs der z-Achse im Vergleich zu nicht überlappenden Bereichen einen höheren Grad von Röntgenstrahlschwächung hervor. Das Schwächungsfilter kann längs der z-Achse oder yz-Ebene eine Schwächung in einer dreieckigen Form erzeugen, wobei der Scheitelpunkt des Dreiecks längs der yz-Ebene in einem zentralen Abschnitt des Filters angeordnet ist. Folglich werden in der yz-Ebene angeordnete Röntgenstrahlen, die einen zentralen Abschnitt des Schwächungsfilters durchqueren, in höherem Maße geschwächt als Röntgenstrahlen, die äußere Abschnitte des Schwächungsfilters durchqueren.
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Es versteht sich, dass die oben erwähnte Beschreibung zur Veranschaulichung dient und nicht beschränken soll. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele (und/oder Aspekte davon) miteinander kombiniert verwendet werden. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren Schutzumfang abzuweichen. Während die im Vorliegenden beschriebenen Abmessungen und Arten von Materialien die Parameter der Erfindung definieren sollen, sind sie keinesfalls beschränkend und dienen lediglich als Ausführungsbeispiele. Viele weitere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann nach dem Lesen der oben erwähnten Beschreibung offenkundig. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher anhand der beigefügten Patentansprüche, gemeinsam mit dem vollen Schutzumfang äquivalenter Formen ermittelt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigen. In den beigefügten Patentansprüchen werden die Ausdrücke „die enthalten“ und „bei denen“ als die Klartextäquivalente der entsprechenden Begriffe „aufweisen“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus dienen die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“, usw. in den nachfolgenden Ansprüchen lediglich zur Kennzeichnung und sollen die Objekte nicht numerisch festlegen. Weiter sind die Beschränkungen der nachfolgenden Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben und sie sind nicht basierend auf 35 U.S.C. § 112, Absatz sechs, zu interpretieren, es sei denn derartige Beschränkungen von Ansprüchen verwenden ausdrücklich den Begriff „Mittel für“, gefolgt von einer Feststellung einer von weiterer Struktur freien Funktion.
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Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu offenbaren, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
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Ein Bildgebungssystem 10 enthält mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen 40, 42, eine Röntgendetektoranordnung 20 und ein Schwächungsfilter 100. Die mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen 40, 42 sind längs eine z-Achse 52 versetzt angeordnet und dazu eingerichtet, abwechselnd Röntgenstrahlen 24, 25 auszustrahlen. Die Röntgendetektoranordnung 20 ist dazu eingerichtet, die Röntgenstrahlen 24, 25 zu detektieren. Das Schwächungsfilter 100 ist in unmittelbarer Nähe der mindestens zwei Röntgenstrahlenquellen 40, 42 angebracht und ist dazu eingerichtet, für die Röntgenstrahlen 24, 25 längs der z-Achse 52 unterschiedliche Grade von Röntgenstrahlschwächung zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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| CT-System |
10 |
| Gantryrahmen |
12 |
| Gantry |
14 |
| Tisch |
16 |
| Tischabschnitt |
17 |
| Röntgenröhre |
18 |
| Detektoranordnung |
20 |
| Steuereinrichtung |
22 |
| Röntgenstrahl |
24 |
| Röntgenstrahl |
25 |
| Patient |
26 |
| Koordinatenachse |
28 |
| Datenakquisitionssystem (DAS) |
30 |
| Bildrekonstruktor |
32 |
| Computer |
34 |
| Speichervorrichtung |
36 |
| Bedienungskonsole |
38 |
| Display |
39 |
| erste Anoden |
40 |
| zweite Anode |
42 |
| Anatomie |
44 |
| überlappender Bereich |
46 |
| nicht überlappender Bereich |
48 |
| nicht überlappender Bereich |
50 |
| z-Achse |
52 |
| xy-Ebene |
74 |
| Dicke |
78 |
| Dicke |
80 |
| äußerer Rand |
82 |
| äußerer Rand |
84 |
| zentraler Abschnitt |
86 |
| Dicke |
88 |
| Schwächungsfilter |
100 |
| perspektivische Ansicht |
102 |
| Seitenansicht |
104 |
| dreieckig gestalteter Abschnitt |
106 |
| rechtwinkliger Abschnitt |
108 |
| Dicke |
110 |
| Scheitelpunkt |
112 |
| konvex gekrümmter Abschnitt |
113 |
| Dicke |
114 |
| Dicke |
115 |
| äußerer Rand |
116 |
| äußerer Rand |
118 |
| Dicke |
119 |
| Dicke |
120 |
| zentraler Abschnitt |
122 |
| äußerer Abschnitt |
124 |
| äußerer Abschnitt |
126 |
| gepunktete Linie |
127 |
| Gebiet |
128 |
| Gebiet |
129 |
| Bildgebungsfläche |
130 |
| Linie |
132 |
| Linie |
134 |
| Schwächungsfilter |
140 |
| Linie |
142 |
| erstes Bild |
150 |
| zweites Bild |
152 |
| drittes Bild |
154 |
| Schwächungsfilter |
160 |
| dreieckig gestalteter Abschnitt |
162 |
| erster Scheitelpunkt |
164 |
| zweiter Scheitelpunkt |
166 |
| dritter Scheitelpunkt |
168 |
| Quelle |
170 |
| Quelle |
172 |
| Quelle |
174 |
| Quelle |
176 |
| rechtwinkliger Abschnitt |
180 |
| konvex gekrümmter Abschnitt |
182 |
| konvex gekrümmter Abschnitt |
184 |
| konvex gekrümmter Abschnitt |
186 |
