DE102011086754A1

DE102011086754A1 - Verfahren zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einem C-Bogensystem und C-Bogensystem

Info

Publication number: DE102011086754A1
Application number: DE102011086754A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: DE102011086754B4

Abstract

Verfahren und C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes (P) mit einer Röntgenröhre (7) und einem gegenüberliegenden Flächendetektor (8), wobei beides während der Abtastung um das Objekt (P) derart rotiert, dass die Rotationsbewegung von Röntgenröhre (7) und Flächendetektor (8) aus einer Kombination einer Kreisbewegung auf einer ersten Kreisbahn um das Objekt (P) und einer weiteren Verschiebungsbewegung in der ersten Ebene besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einem C-Bogensystem, an dem eine Röntgenröhre und ein gegenüberliegender Flächendetektor angeordnet sind, wobei der C-Bogen während der Abtastung um das Objekt rotiert. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einer Röntgenröhre und einem gegenüberliegend angeordneten Flächendetektor, wobei zur kreisförmigen Bewegung des C-Bogens in einer ersten Ebene eine erste Antriebsvorrichtung vorliegt, welche den C-Bogen an seinem Umfang antreibt.
Sowohl das oben genannte Verfahren als auch das oben genannte C-Bogensystem sind allgemein bekannt.
Bei solchen Verfahren und C-Bogensystemen werden auf einem starren Rahmen eine Strahlenquelle und ein gegenüberliegender Flächendetektor angebracht, die um ein zu untersuchendes Objekt, meist einen Patienten, bewegt werden. Der Detektor nimmt dabei die durch das durchstrahlte Objekt modulierten Röntgenstrahlen in Form von Projektionen als Eingangssignale für eine spätere Bearbeitung und 3D-Rekonstruktion auf. Der Strahlenkegel für die Projektion ist meist symmetrisch zu einem Zentralstrahl, der zumindest näherungsweise senkrecht auf die Detektormitte auftrifft.
Der Rahmen kann ein so genannter C-Bogen – also ein Kreisumfangssegment – sein, der orbital entlang seiner Krümmung gedreht wird oder axial, ähnlich einer Propellerbewegung. Es kann jedoch auch ein rechteckiger u-förmiger Rahmen sein, bei dem eine Kreisbahn jedoch nur propellerartig möglich wäre, beziehungsweise ein gegebenenfalls auch in sich bewegliches “U“ mit Parallelogramm-Mechanik oder ein Gerät mit Roboterarmen. Dabei befindet sich das zu rekonstruierende Objekt im zentralen Bereich, also meist im Drehzentrum des Rahmens, so dass als rekonstruierbarer Bereich ein zylinderartiges Volumen entsteht. Zumeist wird aus diesem Bereich durch die Rekonstruktion wegen der besseren Handhabbarkeit ein noch kleinerer quaderförmiger Bereich herausgeschnitten.
Die Größe des rekonstruierten Volumens hängt in erster Näherung von der Größe des Detektors ab. Hat der Detektor z.B. eine Größe von 30 × 30 cm², dann ist das rekonstruierte Volumen etwa ein Kubus mit der Seitenlänge von 15 cm. In der intraoperativen Praxis werden wegen der geforderten Mobilität des Systems nur kleine Detektoren verwendet. Da sich somit in der Praxis damit ein relativ kleines rekonstruierbares Volumen ergibt, versucht man zum Beispiel durch mehrfach ausgeführte Scans Abhilfe zu schaffen. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, um das Becken eines Patienten vollständig darzustellen. Ein solcher Mehrfachscan bedeutet, dass zunächst ein Scan der linken Objekthälfte durchgeführt wird. Beim Scan erfolgt für eine vollständige Feldkamp-Rekonstruktion eine Umfahrung um 180° plus Fächerwinkel. Dann wird das Aufnahmegerät seitlich verfahren und ein Scan der rechten Körperhälfte durchgeführt. Die beiden Volumenrekonstruktionen werden in der Regel mit einer gewissen Überlappung zu einem verbreiterten Gesamtvolumen zusammengefügt. Zu dieser Gewinnung des Gesamtvolumens trifft den Patienten mehr als die idealerweise unbedingt nötige Dosis, sowohl im Überlappungsbereich als auch durch die doppelte laterale Durchstrahlung. Des Weiteren wird für die mehrfache Aufnahme und die mechanischen Fahrwege viel Zeit benötigt und es ergeben sich Ungenauigkeiten durch die mehreren unabhängigen Scans.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein C-Bogensystem zu finden, welches bei gleich bleibender Größe des Detektors und ohne Mehrfachscans ein größeres Scan- und Rekonstruktionsvolumen abdeckt, vorzugsweise so, dass für alle Voxel im abgedeckten Volumen ein vollständiger Projektionsdatensatz über einen Projektionswinkelbereich von 180° ermittelt wird, um die Bedingungen für eine vollständige Feldkamp-Rekonstruktion zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, den vollständig abgetasteten Bereich dadurch zu vergrößern, dass die Rotationsbewegung des Rahmens durch eine weitere Bewegung überlagert wird.
Zum Beispiel kann eine, vorzugsweise geringfügige, insbesondere etwa der halben Detektorbreite entsprechende, Abweichung von der iso-zentrischen Rotation derart erzeugt werden, dass die Röntgen-Zentralstrahlen nicht durch den Drehpunkt gehen, sondern in einer definierten Verteilung innerhalb eines Kreises um den Drehpunkt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die orbitale Rotation mit einer gleichzeitigen sinus-förmigen Bewegung der Horizontalverschiebung und einer phasenverschobenen sinus-förmigen Vertikalverschiebung in der Ebene der Rotationsbewegung gekoppelt ist. Wobei die Frequenz und die Phase der entsprechenden Verschiebung an die Abtastfrequenz und die Amplitude der Verschiebung an die Größe des zu rekonstruierenden Volumens gekoppelt ist. Hierbei sollte für jeden rekonstruierten Punkt die Abtastbedingung erfüllt sein, also für jeden Punkt Daten aus einer zur Rekonstruktion hinreichenden Zahl von Projektionsrichtungen vorliegen. Daher ist die Gesamtzahl der Projektion, die bei einer erfindungsgemäßen Bewegung erzeugt werden, größer als bei einer rein kreisförmigen Abtastung. Die Vergrößerung des Abtastvolumens erfolgt dabei in der Ebene der Orbitalrotation. Soll die Vergrößerung in allen drei Raumrichtungen erfolgen, so kann eine zusätzliche gekoppelte Bewegung senkrecht zur Rotationsebene hinzugefügt werden.
In einer anderen Variante kann der Detektor bei der Abtastung eines Patienten vor allem parallel zur maximalen Ausdehnung des gescannten Objektes in größerer Nähe des Objektes bewegt werden und damit jede Projektion einen deutlich größeren Bereich des Objektes in der Querausdehnung des Detektors abbilden. Mechanisch kann dies so realisiert werden, dass der Rahmen und sein rotatorischer Antrieb nicht mehr fest am Gehäuse mit dem Trägersystem angebracht sind, sondern dass eine zwischen Träger und Rahmen angebrachte zusätzliche Bewegungseinheit vorgesehen wird. Diese kann sowohl den Antrieb des Rahmens als auch eine Bewegungsmechanik, die Rahmen und Antrieb zusammen auf einer eigenen Kurve bewegt, enthalten. Günstig ist es dabei, wenn für eine genaue Rekonstruktion weiterhin der Zentralstrahl, also der Strahl vom Fokus zur Detektormitte, zu jedem Zeitpunkt durch die Objektmitte geht.
Mathematisch kann die resultierende Bewegung des Rahmens durch eine Überlagerung der Rotation des Rahmens durch zumindest eine weitere Bewegungskurve beschrieben werden. Durch die Überlagerung der wenigstens zwei Bewegungskurven ergibt sich eine kontinuierliche Gesamtkurve.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Bereich der Abtastung auch dadurch vergrößert werden, dass bei einer rein rotatorisch-kreisförmigen Bewegung von Röntgenröhre und Detektor der Detektor sich auf einem wesentlich näher am Objekt verlaufenden Bogen bewegt als der Fokus der Röntgenröhre, wobei beide Bögen um den gleichen Mittelpunkt angeordnet sind. Dieser Mittelpunkt befindet sich dann weiterhin auf der Achse des Zentralstrahls, jedoch nicht in dessen Mittelpunkt, und in Richtung des Detektors verschoben. Dadurch wird das Abtastfeld, das vom pyramidenförmigen oder kegelförmigen Strahlenbündel zwischen Fokus und Detektor umschrieben wird, zum Detektor hin verschoben und damit entsprechend der Aufweitung des Strahlenbündels größer.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einem C-Bogensystem vor, an dem eine Röntgenröhre und ein gegenüberliegender Flächendetektor angeordnet sind, wobei der C-Bogen während der Abtastung um das Objekt rotiert. Das Verfahren wird dadurch verbessert, dass die Rotationsbewegung des C-Bogens aus einer Kombination einer Kreisbewegung des C-Bogens auf einer ersten Kreisbahn um das Objekt und einer weiteren Verschiebungsbewegung zwischen dem Objekt und dem C-Bogen in der ersten Ebene besteht.
Vorteilhaft kann dabei die Verschiebungsbewegung den an sich kreisförmig rotierenden C-Bogen insgesamt entlang einer zweiten Kreisbahn verschieben. Es wird also der Mittelpunkt der Rotation des C-Bogens zusätzlich auf einer zweiten Kreisbahn bewegt. Günstig ist es dabei weiterhin, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Verschiebung auf der zweiten Kreisbahn doppelt so groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit des C-Bogens auf der ersten Kreisbahn. Damit entsteht – bei richtigen Anfangsbedingungen – insgesamt eine Bewegung, bei welcher der Detektor in einem vorgegebenen Winkelbereich sehr nahe an das abgetastete Objekt herangeführt wird, senkrecht dazu jedoch den maximalen Abstand aufweist. Somit ergibt sich ein im Schnitt länglicher Abtastbereich, der zum Beispiel auch das Becken eines Patienten abdeckt, ohne dass eine Mehrfachabtastung notwendig wäre. Entsprechend wird auch die Strahlenbelastung gegenüber Mehrfachabtastungen reduziert.
Vorteilhaft findet die Rotationsbewegung in einer Ebene statt.
Alternativ kann die Verschiebungsbewegung den an sich kreisförmig rotierenden C-Bogen auch insgesamt entlang einer Ellipsenbahn bewegen, wodurch eine weitere Steckung des Abtastbereiches entsteht.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante der Bewegungsüberlagerung kann die Verschiebungsbewegung eine ellipsoide Bewegung sein, die beispielsweise aus einer sinus-förmigen und eine kosinus-förmigen Bewegung in x/y-Richtung mit unterschiedlichen Amplituden zusammengesetzt ist. Im Sonderfall können die beiden Amplituden auch gleich sein.
Bei dem oben dargestellten Abtastverfahren ist es weiterhin besonders günstig, wenn der C-Bogen bei der Abtastung eine Kreisbewegung um mindestens 180° zuzüglich Fächerwinkel beschreibt, beziehungsweise während der Abtastung Detektormessdaten aufgenommen und Projektionen, vorzugsweise Parallelprojektionen, aus einem Projektionswinkelbereich über mindestens 180° erstellt werden, aus denen vollständige Abtastdaten gewonnen und mindestens ein tomographisches Schnittbild rekonstruiert wird.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausbildung des Verfahrens zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einem C-Bogensystem, an dem eine Röntgenröhre und ein gegenüberliegender Flächendetektor angeordnet sind, wobei der C-Bogen während der Abtastung in einer ersten Ebene rotiert, wird vorgeschlagen, dass sich der Fokus der Röntgenröhre auf einem wesentlich größeren Kreisbogen bewegt als der Flächendetektor, wobei beide Kreisbögen um den gleichen Mittelpunkt angeordnet sind. Eine solche Bewegung des C-Bogens lässt sich ebenfalls durch eine Überlagerung der Kreisbewegung des C-Bogens mit einer weiteren kreisförmigen Verschiebung des C-Bogens erzeugen.
Es wird darauf hingewiesen, dass bezüglich der Ausgestaltung der Antriebsmechanik für den Detektor und die Röntgenröhre grundsätzlich keine Beschränkungen gelten. Beispielhaft werden hierfür zahnradgestützte oder getriebeähnliche Mechaniken, Hebelmechaniken oder Parallelogramm-Konstruktionen oder auch Ausführungen mit beliebig beweglichen Roboterarmen, die entsprechend den oben genannten Vorgaben gesteuert werden, genannt. Grundsätzlich können auch die Strahlenquelle und der Detektor an einzelnen, unabhängig voneinander bewegbaren, jedoch zueinander koordiniert gesteuerten Armen befestigt sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einer Röntgenröhre und einem gegenüberliegend angeordneten Flächendetektor, wobei zur kreisförmigen Bewegung des C-Bogens in einer ersten Ebene eine erste Antriebsvorrichtung vorliegt, welche den C-Bogen an seinem Umfang antreibt, vorgeschlagen, wobei die erste Antriebsvorrichtung beweglich an einer zweiten Antriebsvorrichtung angebracht ist und die zweite Abtriebsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die erste Antriebsvorrichtung in der ersten Ebene entlang einer vorgegebenen Kurve verschoben werden kann.
Günstig ist es bei einem solchen C-Bogensystem, wenn die zweite Antriebsvorrichtung Mittel aufweist, welche die erste Antriebsvorrichtung auf einer Kreisbahn bewegt.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1 Gehäuse; 2: C-Bogen; 3: senkrechter Träger; 4: waagrechter Träger; 5: erste Antriebsvorrichtung; 6: zweite Antriebsvorrichtung; 7: Röntgenröhre; 7.1: Fokus; 8: Detektor; 9: Patiententisch; 10: Strahlenbündel; 11: Steuer- und Rechensystem; 12: Programmspeicher; 15: Drehzentrum; 16: Zentralstrahl; 25: Entsprechung zur Objektmitte; 26: Zentralstrahl; 27: Tangentialpunkt; 28: Kreisbahn; 29: Sehne; A–E: Unterschiedliche Stellungen des Strahler-/Detektorsystems; a–e: Fasspunkte entsprechend den Stellungen A–E; Prg₁-Prg_n: Computerprogramm; r: kleiner Radius; R: großer Radius; α: Orbitalwinkel; β: Drehwinkel; φ: Fächerwinkel; V: Abtastvolumen.
Es zeigen im Einzelnen:
1: C-Bogensystem gemäß Stand der Technik;
2: C-Bogensystem mit zweitem Antrieb mit C-Bogen in 0°-Stellung;
3: C-Bogensystem mit zweitem Antrieb mit C-Bogen in 90°-Stellung;
4: C-Bogensystem mit zweitem Antrieb mit C-Bogen in 180°-Stellung;
5: schematische Darstellung einer überlagernden Kreisbewegung für einen C-Bogen;
6: Darstellung der Bewegungskreise eines C-Bogens und einer überlagerten Kreisbewegung in fünf Stellungen zwischen 0° und 90°;
7: schematische Darstellung eines C-Bogens mit einer überlagerten Bewegung in fünf Stellungen zwischen 0° und 90°;
8: Darstellung einer Zentralstrahlverteilung gemäß Stand der Technik;
9: Darstellung einer Zentralstrahlverteilung bei Überlagerung der Kreisbewegung eines C-Bogens mit einer überlagerten zusätzlichen Kreisbewegung mit kleinerem Radius.
Die 1 zeigt ein bekanntes C-Bogensystem bestehend aus einem Gehäuse 1 mit einem Trägersystem aus einem senkrechten und einem waagrechten Träger 3, 4 und einer Antriebsvorrichtung 5 zur Ausführung einer Kreisbewegung des kreisbogenförmigen C-Bogens 2. An den Enden des C-Bogens 2 befinden sich einerseits eine Röntgenröhre 7 und andererseits ein gegenüberliegender ebener Detektor 8. Auf einem Patiententisch 9 befindet sich ein Patient P im Drehzentrum 15 des C-Bogens 2. Zur Abtastung des Patienten P kann der C-Bogen 2 mit einer Orbitalbewegung um das Drehzentrum 15 bewegt werden. Hierbei werden mit dem von der Röntgenröhre 7 ausgehenden Strahlenbündel 10 mit dem Zentralstrahl 16 und dem darin angeordneten Detektor 8 Projektionsdaten des Patienten P über einen Projektionswinkelbereich von 180° ermittelt, wobei der C-Bogen selbst um mindestens 180° plus Fächerwinkel φ rotieren muss.
Gesteuert wird eine solche Abtastung durch ein Steuer- und Rechensystem 11, in dem auch die Rekonstruktion tomographischer Bilddaten aus den ermittelten Projektionsdaten ausgeführt und angezeigt werden kann.
Entsprechend dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren soll jedoch nicht nur eine einfacher Kreisbewegung bei der Abtastung ausgeführt werden, sondern eine durch eine weitere Bewegung überlagerte Kreisbewegung, wobei die weitere Bewegung in der Rotationsebene der Kreisbewegung liegen soll. Eine solche Bewegung kann beispielsweise durch ein C-Bogensystem mit zweitem Antrieb, wie es in den 2 bis 4 gezeigt ist, realisiert werden. Diese C-Bogensysteme verfügen zusätzlich zum direkten ersten Antrieb 5 des C-Bogens, der die Kreisbewegung des C-Bogens 2 ausführt, über einen weiteren Antrieb 6, der den ersten Antrieb in der gewünschten Weise, hier kreisförmig auf einem Radius r (dargestellt in 6) bewegt, der maximal 1/2 bis 1/3 so groß ist, wie der Radius R (dargestellt in 6) der originären Kreisbewegung des C-Bogens 2 selbst.
In den 2 bis 4 ist eine überlagernde Kreisbewegung des zweiten Antriebs um einen Radius r gezeigt, der etwa 1/4·R entspricht. Die 2 zeigt den Beginn der Abtastung bei einer Gradstellung des C-Bogens 2 von 0°, in der 3 ist eine 90°-Stellung und in der 4 eine 180°-Stellung gezeigt. Hierbei ist eine derartige Kopplung zwischen den beiden Antrieben verwirklicht, dass der C-Bogen 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die halb so groß ist, wie die Kreisbewegung des ersten Antriebs 5, die durch den zweiten Antrieb 6 bewirkt wird. Währen der C-Bogen 2 eine 180°-Drehung ausführt, wird die Kontaktstelle des C-Bogens 2 mit seiner Halterung um 360° auf einer Kreisbahn bewegt. Wie aus den 2 bis 3 ersichtlich ist, wird dabei die Kopplung der Antriebe so gewählt, dass der C-Bogen 2 in der 0°-Stellung bezüglich der zweiten Kreisbewegung seine tiefste Stellung, in der 90°-Stellung seine höchste und in der 180°-Stellung wieder seine tiefste Stellung erreicht. Bei einer solchen Kombinationsbewegung bleibt der Zentralstrahl stets auf einen gemeinsamen Drehzentrum 15 ausgerichtet, der sich hier etwa auf der zentralen Längsachse des abgetasteten Patienten P befindet.
Durch diese Bewegung wird dafür gesorgt, dass einerseits bei seitlicher Abtastung der Schmalseite des Patienten P ausreichend Bewegungsfreiheit für das Strahler-Detektor-System am C-Bogen 2 vorliegt, andererseits bei senkrechter Abtastung der Breitseite des Patienten P dieser so nahe zum Detektor 8, also in den breiteren Teil des Strahlenbündels 10, verschoben wird, dass die komplette Breitseite – hier das Becken – vom Strahlenbündel erfasst wird. Hierbei schneidet der Zentralstrahl 16 unabhängig von der Verschiebung und Drehung des Strahler-/Detektorsystems immer das gleiche Drehzentrum 15.
Mathematisch allgemein kann die erfindungsgemäße Bewegung der Strahler-Detektor-Kombination durch eine Überlagerung einer Kreisbewegung mit zumindest einer weiteren Bewegungskurve beschrieben werden, welche die Grundbewegung des Rahmens modifiziert. Durch die Überlagerung der wenigstens zwei Bewegungskurven ergibt sich eine kontinuierliche Gesamtkurve.
Ein Szenario für einen Rahmen in Gestalt eines halbkreisförmigen C-Bogens ist in 5 gezeigt. Die weitere Bewegungskurve ist in diesem Fall eine Kreisbahn 28. Darauf bewegt sich der Tangentialpunkt 27. In diesem Tangentialpunkt 27 hat der C-Bogen eine senkrechte Tangente. Dort greift der Orbitalantrieb an oder dort liegt die Achse einer axialen Rotation. Der Punkt 25 ist eine Entsprechung der Objektmitte, genau: die Verschiebung der Objektmitte um den Radius des Rahmens zur Bewegungseinheit hin. Genauso ist der verschobene Zentralstrahl 26 durch die Punkte 27 und 25 eine Parallele zum Zentralstrahl 16, verschoben um den Radius des Rahmens zur Bewegungseinheit hin. Wenn der verschobene Zentralstrahl 26 durch den Punkt 25 geht, geht der tatsächliche Zentralstrahl durch die Objektmitte. Auf der Kreisbahn 28 verlängert sich dabei die Sehne 29 zwischen den Punkten 27 und 25 kontinuierlich bis zu einem Maximum im höchsten Punkt. Das entspricht der Gerätestellung wie sie in der 3 gezeigt ist, mit dem Fokus im höchsten Punkt und damit, wie gewünscht, dem Detektor in maximaler Nähe zur Objektmitte.
Wie man aus 5 leicht entnehmen kann, entspricht der Orbitalwinkel α dem halben Drehwinkel β auf der weiteren Bewegungskurve, das heißt, auf der weiteren Bewegungskurve 28 muss man jeweils den doppelten Winkel wie zur gleichen Zeit am Orbital- oder Axialantrieb einstellen.
Ausführlicher sind die beiden Bewegungskurven – in einer einzigen Ebene – in der 6 in fünf C-Bogen-Stellungen A bis E gezeigt. Die großen Kreise entsprechen dabei den jeweils aktuellen Kreisbewegungen des C-Bogens, der an den jeweils entsprechenden Fasspunkten a bis e den Umkreis des ortsfesten kleinen Kreises beschreibt, mit dem der C-Bogen insgesamt verschoben wird.
Entsprechend der 6 ist in der 7 eine schematische Darstellung des C-Bogens 2 in den fünf Positionen A bis E gezeigt, wobei an den Enden jeweils der Fokus 7.1 der Röntgenröhre 7 und der Detektor 8 angeordnet sind.
Insgesamt lässt sich – im einfachen Fall zweier überlagerter Kreisbewegungen – der Weg eines Punktes auf dem großen Kreis, also des Fokus beziehungsweise des Detektors, durch eine sogenannte Rollkurve beschreiben. In den 2 bis 4 und 6 bis 7 sind deren Parameter so gewählt, dass eine horizontal liegende beziehungsweise um 90° gedrehte Kurve entsteht, die eine gewisse Ähnlichkeit zu einer Kardioiden besitzt, wobei sich der größere C-Bogen 2 an der feststehenden Kurve 28 nicht abrollt, sondern diese bis auf zwei Tangentialpunkte schneidet und er eine andere Drehgeschwindigkeit als beim Abrollen besitzt.
Betrachtet man also die Zentralstrahlen eines C-Bogensystems, das ausschließlich eine reine Kreisbewegung – egal ob als Orbitalbewegung oder als Propellerbewegung – ausführt, so erhält man bei einem 180°-Scan eine Zentralstrahlverteilung gemäß der 8. Hier treffen sich die Zentralstrahlen 16 alle in einem Drehzentrum und es ergibt sich ein rekonstruierbares Abtastvolumen V.
In der 9 ist eine weitere Variante der Erfindung mit einer überlagerten Kreisbewegung des C-Bogens in einer x/y-Ebene dargestellt, wobei eine nur geringfügige Abweichung von der iso-zentrischen Rotation derart ausgeführt wird, dass die Zentralstrahlen 16 nicht durch einen gemeinsamen Drehpunkt gehen, sondern sich deren Drehpunkte in einer definierten Verteilung innerhalb eines Kreises anordnen. Dies wird dadurch realisiert, dass die orbitale Rotation mit einer gleichzeitigen sinus-förmigen Bewegung der Horizontalverschiebung und einer phasenverschobenen sinus-förmigen Vertikalverschiebung – im Grunde also einer weiteren Kreis- oder Ellipsenbewegung – gekoppelt wird. Wobei die Frequenz und die Phase der entsprechenden Verschiebung an die Abtastfrequenz und die Amplitude der Verschiebung an die Größe des zu rekonstruierenden Volumens gekoppelt ist. Diese Bewegungsüberlagerung kann derart ausgelegt werden, dass für jeden zu rekonstruierenden Punkt die Abtastbedingung erfüllt ist. Daher ist die Gesamtzahl der Projektion größer als bei einer konventionellen rein kreisförmigen Abtastung eines C-Bogensystems zur Bildgebung. Die Vergrößerung der Bewegung und des Abtastvolumens erfolgt dabei in der Ebene der Orbitalrotation. Soll die Vergrößerung in allen drei Raumrichtungen erfolgen, kann eine zusätzliche Bewegung senkrecht zur Orbitalebene angekoppelt werden.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass zum Rahmen der Erfindung auch an die erste Kreisbewegung ellipsenförmige oder sonstige Bewegungen mit geschlossenen Wegen zu zählen sind. Ebenso kann die originäre Kreisbewegung durch eine zyklische lineare Bewegung überlagert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlasen.
Insgesamt beschreibt die Erfindung ein Verfahren und ein C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes mit einer Röntgenröhre und einem gegenüberliegenden Flächendetektor, wobei beides während der Abtastung um das Objekt derart rotiert, dass die Rotationsbewegung von Röntgenröhre und Flächendetektor aus einer Kombination einer Kreisbewegung auf einer ersten Kreisbahn um das Objekt und einer weiteren Verschiebungsbewegung in der ersten Ebene besteht.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: C-Bogen
3: senkrechter Träger
4: waagrechter Träger
5: erste Antriebsvorrichtung
6: zweite Antriebsvorrichtung
7: Röntgenröhre
7.1: Fokus
8: Detektor
9: Patiententisch
10: Strahlenbündel
11: Steuer- und Rechensystem
12: Programmspeicher
15: Drehzentrum
16: Zentralstrahl
25: Entsprechung zur Objektmitte
26: Zentralstrahl
27: Tangentialpunkt
28: Kreisbahn
29: Sehne
A–E: Unterschiedliche Stellungen des Strahler-/Detektorsystems
a–e: Fasspunkte entsprechend den Stellungen A–E;
Prg₁-Prg_n: Computerprogramm
r: kleiner Radius
R: großer Radius
Α: Orbitalwinkel
Β: Drehwinkel
Φ: Fächerwinkel
V: Abtastvolumen

Claims

Verfahren zur rotatorischen Abtastung eines Objektes (P) mit einem C-Bogensystem, an dem eine Röntgenröhre (7) und ein gegenüberliegender Flächendetektor (8) angeordnet sind, wobei der C-Bogen (2) während der Abtastung um das Objekt (P) rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbewegung des C-Bogens (2) aus einer Kombination einer Kreisbewegung des C-Bogens (2) auf einer ersten Kreisbahn um das Objekt (P) und einer weiteren Verschiebungsbewegung zwischen dem Objekt (P) und dem C-Bogen (2) in der ersten Ebene besteht.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbewegung in einer Ebene stattfindet.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungsbewegung den an sich kreisförmig rotierenden C-Bogen (2) insgesamt entlang einer zweiten Kreisbahn verschiebt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Verschiebung auf der zweiten Kreisbahn doppelt so groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit des C-Bogens (2) auf der ersten Kreisbahn.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungsbewegung den an sich kreisförmig rotierenden C-Bogen (2) insgesamt entlang einer Ellipsenbahn verschiebt.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungsbewegung eine ellipsoide Bewegung ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Bogen (2) bei der Abtastung eine Kreisbewegung um mindestens 180° zuzüglich Fächerwinkel beschreibt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abtastung Detektordaten aufgenommen und Projektionen aus einem Projektionswinkelbereich über mindestens 180° erstellt werden und aus derart gewonnenen vollständigen Abtastdaten mindestens ein tomographisches Schnittbild rekonstruiert wird.
Verfahren zur rotatorischen Abtastung eines Objektes (P) mit einem C-Bogensystem, an dem eine Röntgenröhre (7) und ein gegenüberliegender Flächendetektor (8) angeordnet sind, wobei der C-Bogen (2) während der Abtastung in einer ersten Ebene rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Fokus der Röntgenröhre (7) auf einem wesentlich größeren Kreisbogen bewegt als der Flächendetektor (8), wobei beide Kreisbögen um den gleichen Mittelpunkt (15) angeordnet sind.
C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes (P) mit einer Röntgenröhre (7) und einem gegenüberliegend angeordneten Flächendetektor (8), wobei zur kreisförmigen Bewegung des C-Bogens (2) in einer ersten Ebene eine erste Antriebsvorrichtung (5) vorliegt, welche den C-Bogen (2) an seinem Umfang antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (5) beweglich an einer zweiten Antriebsvorrichtung (6) angebracht ist, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die erste Antriebsvorrichtung (5) in der ersten Ebene entlang einer vorgegebenen Kurve verschoben werden kann.
C-Bogensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsvorrichtung (6) Mittel aufweist, welche die erste Antriebsvorrichtung (5) auf einer Kreisbahn bewegt.
C-Bogensystem zur rotatorischen Abtastung eines Objektes (P) mit einer Röntgenröhre (7) und einem gegenüberliegend angeordneten Flächendetektor (8), aufweisend mindestens eine Haltevorrichtung (4) für die Röntgenröhre (7) und den Flächendetektor (8), wobei eine steuerbare Bewegungsvorrichtung (5) für die mindestens eine Haltevorrichtung vorgesehen ist, welche durch eine programmierbare Steuerelektronik (11) mit einem Programmspeicher (12) in mindestens einer Ebene entsprechend eines im Betrieb ausgeführten Programmes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm derart ausgestaltet ist, dass es die Bewegung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
C-Bogensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung zwei gekoppelte Antriebsvorrichtungen (5, 6) aufweist, wobei eine erste Antriebsvorrichtung (5) eine rotatorische Bewegung der mindestens einen Haltevorrichtung (2) ausführt und eine zweite Antriebsvorrichtung (6) die erste Antriebsvorrichtung (5) auf einer weiteren rotatorischen Bahn bewegen kann.
C-Bogensystem gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Röntgenröhre (7) und den Detektor (8) jeweils eine unabhängig voneinander bewegbare Haltevorrichtung mit jeweils einer eigenen Antriebsvorrichtung vorgesehen ist.