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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme wenigstens eines Projektionsbildes eines Objekts mit einer Bildgebungseinrichtung, umfassend eine Strahlungsquelle und einen flächigen Strahlungsdetektor. Daneben betrifft die Erfindung eine Bildgebungseinrichtung.
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Sowohl im Hinblick auf die zweidimensionale wie auch im Hinblick auf die dreidimensionale Bildgebung ist es bekannt, Projektionsbilder aufzunehmen. Projektionsbilder entstehen, indem eine Bildgebungseinrichtung mit einer Aufnahmeanordnung, umfassend eine ein aufzunehmendes Objekt durchstrahlende Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor, verwendet wird, um Bilder des Objekts in einer bestimmten Aufnahmegeometrie erzeugen zu können. Das bekannteste Beispiel für eine derartige Projektionsbildgebung ist die Röntgenbildgebung, bei der als Strahlungsquelle eine Röntgenquelle auf der einen Seite des Objekts und als Strahlungsdetektor ein Röntgendetektor auf der gegenüberliegenden Seite des Objekts angeordnet wird. Projektionsdaten können allerdings auch auf andere Weise gewonnen werden, beispielsweise optisch oder akustisch (Sonografie).
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Der Strahlungsdetektor nimmt die durch das durchstrahlte Objekt modulierte Strahlung als Eingangssignale auf und ermittelt hieraus ein Projektionsbild, das dann auch weiter verarbeitet werden kann.
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Die Rekonstruktion von Volumendaten, also dreidimensionalen Rekonstruktionsbildern, auf der Basis der Projektionsdaten verschiedener Projektionsbilder ist im Stand der Technik bereits weithin bekannt. Gerade im Bereich der Medizintechnik oder in der Materialprüfung hat eine derartige dreidimensionale Bildgebung große Bedeutung, da hier möglichst nichtinvasive und doch detaillierte räumliche Einblicke möglich sind bzw. eine zerstörungsfreie Prüfung erfolgen soll. Um ein dreidimensionales Rekonstruktionsbild aus zweidimensionalen Projektionsbildern zu rekonstruieren, werden zunächst die zweidimensionalen Projektionsbilder aus einer Mehrzahl an Projektionsrichtungen aufgenommen. Hierzu wird üblicherweise die Aufnahmeanordnung aus Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor bewegt, sodass die Strahlungsquelle wie auch der Detektor eine Aufnahmetrajektorie abfahren.
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Für die Rekonstruktion von Volumendaten aus Projektionsbildern kommen verschiedene Verfahren in Betracht, beispielsweise iterative Verfahren, insbesondere die ART („algebraic reconstruction technique”), oder die gefilterte Rückprojektion, abgekürzt FBP („filtered backprojection”). Bei letzterer werden die Projektionsdaten der Projektionsbilder gefiltert und anschließend auf eine Volumenmatrix zurückprojiziert. Die gefilterte Rückprojektion ist das gebräuchlichste Rekonstruktionsverfahren, da es auf einem analytischen Algorithmus beruht, der aus der Abtastgeometrie, insbesondere der Aufnahmetrajektorie, abgeleitet werden kann und numerisch sehr effizient und stabil ist. Für direkte dreidimensionale Rekonstruktion wird oft der Feldkamp-Algorithmus angewandt, welcher unmittelbar die so genannte Kegelstrahl-Projektion berücksichtigt. Dabei soll unter das Wort „Kegelstrahl-Projektion” vorliegend auch ein letztlich pyramidenförmiges Strahlenbündel fallen, welches mithin rechteckige Projektionsbilder liefert, während die Aufnahme mit einem kegelförmigen Strahlenbündel kreisförmige Bilder liefert.
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Das entstehende Problem, sowohl bei der zweidimensionalen als auch bei der dreidimensionalen Bildgebung, ist, dass der Bildgebungsbereich wenigstens durch die Größe des Strahlungsdetektors begrenzt ist und es so häufig nicht möglich ist, das gesamte Objekt oder zumindest den gesamten interessierenden Teil des Objekts in einem einzigen Aufnahmevorgang aufzunehmen. Besonders problematisch wird dies im Fall der dreidimensionalen Rekonstruktion, denn dann kann eine exakte Rekonstruktion nur für den Volumenbereich durchgeführt werden, der für alle herangezogenen Projektionsbilder innerhalb des verwendeten Strahlenbündels (Projektionskegels) liegt.
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Das Strahlenbündel, mit welchem das Objekt durchleuchtet wird und welches mithin zur Aufnahme des Projektionsbildes verwendet wird, ist symmetrisch zu einem Zentralstrahl, der bei bekannten Bildgebungstechniken zumindest näherungsweise senkrecht auf die Detektormitte auftrifft, mithin der Mittelsenkrechten des Strahlungsdetektors entspricht. Dabei befindet sich beispielsweise das aufzunehmende, insbesondere zu rekonstruierende Objekt im zentralen Bereich zwischen Strahlungsdetektor und Strahlungsquelle, mithin bei einer rotierbaren Aufnahmeanordnung im Bereich des Drehzentrums, da dann der dreidimensionale rekonstruierbare Bereich am größten ist. Üblicherweise ergibt sich dabei ein zylinderartiger Bereich. Zumeist wird jedoch aus diesem rekonstruierbaren Bereich durch die Rekonstruktion sogar nur ein noch kleinerer, jedoch quaderförmiger Bereich herausgeschnitten, sodass eine bessere Handhabbarkeit gegeben ist.
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Da sich in der Praxis damit, insbesondere im Fall der dreidimensionalen Bildgebung, ein relativ kleiner Bereich der Abbildung ergibt, versucht man, durch Mehrfachaufnahmen Abhilfe zu schaffen, die häufig auch als Mehrfachscans bezeichnet werden. Ein derartiger Mehrfachscan ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das Becken eines Patienten vollständig in 3D dargestellt werden soll. Dabei wird zunächst ein Scan der linken Objekthälfte durchgeführt. Bei diesem Scan der linken Objekthälfte erfolgt für die vollständige Feldkamp-Rekonstruktion eine Umfahrung um 180° plus Fächerwinkel. Sodann wird die Aufnahmeanordnung bzw. die gesamte Bildgebungseinrichtung bzw. der Patient verfahren und ein Scan der rechten Körperhälfte wird durchgeführt. Es entstehen letztlich wenigstens zwei dreidimensionale Rekonstruktionsbilder, die in der Regel mit einer gewissen Überlappung zu einem verbreiterten Gesamtvolumen zusammengefügt werden.
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Diese Vorgehensweise ist aus mehreren Gründen problematisch. Zum einen wird zur Gewinnung des Gesamtvolumens das Objekt, insbesondere ein Patient, mit mehr als der idealerweise benötigten Dosis belastet, beispielsweise im Überlappungsbereich und durch die doppelte laterale Durchstrahlung. Des Weiteren wird für die mechanischen Fahrwege und Justage viel Zeit benötigt und es ergeben sich Ungenauigkeiten durch die mehreren unabhängigen Scans.
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WO 2011/015957 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von CT-Bildern mit Offset-Detektor-Geometrien. Dort wird bei einer CT-Einrichtung vorgeschlagen, in einem ersten Akquisitionsschritt in einer ersten Position des Detektors erste Bilder aufzunehmen, während eine Aufnahmetrajektorie durchlaufen wird, woraufhin in einem zweiten Akquisitionsschritt bei einer anderen Position des Detektors wiederum während eines Durchlaufs der Aufnahmetrajektorie weitere Bilder aufgenommen werden. Ein kombinierter Akquisitionsdatensatz kann durch Kombination des ersten Akquisitionsdatensatzes und des zweiten Akquisitionsdatensatzes erzeugt werden. Hierauf kann eine Rekonstruktion folgen.
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EP 1 263 216 A1 betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Strahlungsbildes eines langen Körperteiles unter Verwendung direkter digitaler Röntgendetektoren. Dort wird vorgeschlagen, den Detektor in einer zur Bildgebungsdimension parallelen Richtung zu verschieben und gleichzeitig eine Röntgenquelle so zu verkippen, dass der Detektor ausgeleuchtet wird. In zwei Positionen werden Bilder aufgenommen. Hieraus kann ein Kompositbild zusammengesetzt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufnahme wenigstens eines Projektionsbildes eines Objekts anzugeben, das demgegenüber verbessert ist, insbesondere die mechanische Bewegung und Ungenauigkeiten bei der Aufnahme reduziert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Strahlgeometrie so zu verändern, dass es zu einer Schrägeinstrahlung auf den Strahlungsdetektor kommt, wobei es zu jeder Position der Strahlungsquelle, mithin jeder Position eines Fokus der Strahlungsquelle, wenigstens zwei unterschiedliche Strahlenbündel, insbesondere Strahlpyramiden, gibt. Mit besonderem Vorteil kann dabei jedes dieser Strahlenbündel die gesamte Detektionsfläche ausnutzen. Das Strahlenbündel wird also letztlich so verkippt, dass der Zentralstrahl nicht mehr senkrecht auf der Detektionsfläche auftrifft, wobei diese Schrägstrahlung kompensiert wird, indem die relative Position von Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor, insbesondere durch Verschieben des Strahlendetektors, entsprechend angepasst wird. Es ergeben sich also für jede Fokusposition bzw. Position der Strahlungsquelle zumindest zwei Strahlenbündel (Strahlenpyramiden), die bevorzugt lückenlos aneinanderstoßen oder sich in einem insbesondere kleinen Bereich überlappen, sodass zwei Teilprojektionsbilder entstehen, die unterschiedliche Bereiche des Objekts zeigen. Nachdem sich die Strahlungsquelle, insbesondere deren Fokus, in derselben Position befunden hat, ist es problemlos möglich, die Teilprojektionsbilder zu einem Gesamt-Projektionsbild zu kombinieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Aufnahmebereich mithin deutlich zu vergrößern, insbesondere beispielsweise bei zwei Teilprojektionsbildern wenigstens annähernd zu verdoppeln, so dass das Rekonstruktionsvolumen bei der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes vervierfacht wird. Dabei ist weniger mechanische Bewegung notwendig, nachdem für die Aufnahme der Teilprojektionsbilder letztlich dieselbe Aufnahmetrajektorie verwendet werden kann.
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Man kann sich das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonderen Ausführungsform, in der die Strahlenbündel bündig aneinandergrenzen, letztlich also so vorstellen, dass am Ende ein Gesamt-Projektionsbild aus den Teilprojektionsbildern entsteht, das einem einzigen, aus den Strahlenbündeln zur Aufnahme der Teilprojektionsbilder zusammengesetzten Gesamtstrahlenbündel entspricht, das von einem entsprechend vergrößerten gedachten virtuellen Strahlungsdetektor aufgenommen wird. Für das dermaßen gedachte Gesamtstrahlenbündel und den dermaßen gedachten virtuellen Strahlungsdetektor würde nun wieder gelten, dass der Zentralstrahl des Gesamtstrahlenbündels senkrecht, insbesondere übereinstimmend mit der Mittelsenkrechten des virtuellen Strahlungsdetektors, auf dem virtuellen Strahlungsdetektor auftrifft.
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Aus dieser Betrachtung wird insbesondere ersichtlich, dass im Fall der zweidimensionalen Bildgebung, wenn also für sich zu betrachtende zweidimensionale Projektionsbilder aufgenommen werden, aber auch im allgemeinen Fall weiterverarbeiteter Projektionsbilder, das so genannte Parallaxenproblem gelöst wird. Denn wird beispielsweise ein Mehrfachscan verwendet, sind unterschiedliche Positionen der Strahlungsquelle gegeben, sodass unterschiedlich weit entfernte Objekte bzw. aufgenommene Merkmale nicht mehr deckend dargestellt werden. Ein derartiges Problem tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren gerade nicht auf.
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Wie bereits erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft anwenden, wenn ein dreidimensionales Rekonstruktionsbild erzeugt werden soll, also insbesondere die aus der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor bestehende Aufnahmeanordnung zur Realisierung einer Aufnahmetrajektorie einer Strahlungsquelle bewegbar ist, sodass eine Mehrzahl von Projektionsbildern aus unterschiedlichen Positionen der Strahlungsquelle entlang der Aufnahmetrajektorie aufgenommen und zu einem Rekonstruktionsbild rekonstruiert werden. Denn gerade im Fall der dreidimensionalen Rekonstruktion ist das überhaupt zur genauen Rekonstruktion geeignete Gesichtsfeld nochmals verkleinert, sodass eine Vergrößerung des Aufnahmebereichs hier besondere Vorteile zeitigt. Es werden mithin aus den jeweiligen Positionen der Strahlungsquelle auf der Aufnahmetrajektorie jeweils die Teilprojektionsbilder aufgenommen und zu einem eine bestimmte Aufnahmegeometrie, insbesondere eine Projektionsrichtung, betreffenden Gesamt-Projektionsbild zusammengesetzt. Hieraus kann dann durch Verwendung der bekannten Verfahren, beispielsweise der iterativen Rekonstruktion und/oder der gefilterten Rückprojektion, ein dreidimensionales Rekonstruktionsbild erzeugt werden.
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Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass durchaus bei einer derartigen Bewegung der Aufnahmeanordnung Ausgestaltungen gegeben und im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, die mit einem veränderlichen Fokus-Detektor-Abstand arbeiten. Insbesondere kann sich eine solche Gesamtausgestaltung der Aufnahmebewegung unter Realisierung der Aufnahmetrajektorie als nützlich erweisen, wenn eine Bildgebungseinrichtung gegeben ist, bei der ohnehin eine zumindest teilweise unabhängige Bewegung von Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor möglich ist. Dann kann beispielsweise dahingehend optimiert werden, dass der Strahlungsdetektor immer möglichst nach am aufzunehmenden Objekt angeordnet ist und dergleichen. Eine derartige Bildgungseinrichtung kann beispielsweise getrennte Roboterarme und/oder getrennte Teleskophalterungen für die Strahlungsquelle und den Strahlungsdetektor umfassen, die in einer insbesondere deckenseitig vorgesehenen Schiene geführt sind oder dergleichen.
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Bekannt sind jedoch auch Bildgebungseinrichtungen, bei denen die Aufnahmeanordnung an einem gemeinsamen, zur Realisierung der Aufnahmetrajektorie bewegbaren Träger gehaltert ist, insbesondere einem C-Bogen einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung. Es sei jedoch angemerkt, dass selbst bei solchen Bildgebungseinrichtungen eine Vorrichtung zur Veränderung des Fokus-Detektor-Abstands realisiert werden kann.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor einander gegenüberliegend gemeinsam um ein Drehzentrum in einer insbesondere senkrecht zur Verkippungsebene stehenden oder mit der Verkippungsebene zusammenfallenden Orbitalebene verschwenkt werden. Dieser Fall wird bei vielen CT-Einrichtungen realisiert, jedoch insbesondere auch, wenn die Bildgebungseinrichtung eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen ist, an dem sich gegenüberliegend der Strahlungsdetektor und die Strahlungsquelle angeordnet sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Orbitalebene senkrecht zur Verkippungsebene steht, mithin der Aufnahmebereich letztlich in Querrichtung, also senkrecht zur Aufnahmetrajektorie, vergrößert werden kann.
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Es ist vorgesehen, dass durch abwechselnde Bewegung der aus der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor bestehenden Aufnahmeanordnung und des verschiebbaren Strahlungsdetektors alle Teilprojektionsbilder einer Projektion während eines Durchlaufs der Aufnahmetrajektorie aufgenommen werden. In diesem Fall ist also nur ein einziger Durchlauf der Aufnahmetrajektorie erforderlich, wobei allerdings eine alternierende Bewegung der Aufnahmeanordnung und des Strahlungsdetektors notwendig wird. In dieser Ausgestaltung werden die Teilprojektionsbilder zeitlich näher aneinander aufgenommen und es wird insgesamt weniger mechanische Bewegung der Aufnahmeanordnung gefordert.
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Wie bereits erwähnt, kann es mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die Strahlenbündel einem gemeinsamen Projektionsbild zugeordneter Teilprojektionen aneinandergrenzen, insbesondere nicht überlappend oder nur in den Randstrahlen überlappend. Auf diese Weise wird eine bestmögliche Vergrößerung des Aufnahmebereichs erzielt. Die verabreichte Dosis wird ideal genutzt. Die Strahlenbündel der Teilprojektionsbilder können dann insgesamt als eine Art Gesamtstrahlenbündel angesehen werden, welches insbesondere, wie bereits dargelegt wurde, einen Gesamtstrahlenbündel-Zentralstrahl aufweist, der zumindest näherungsweise der Mittelsenkrechten des Strahlungsdetektors in einer Grundstellung entspricht. Der besondere Vorteil in einem derartigen zusammengesetzten Projektionsbild besteht in seiner Parallaxenfreiheit.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlenbündel, insbesondere unter Verwendung von Blenden, so gewählt werden, dass sie den gesamten Strahlungsdetektor abdecken. Auf diese Weise wird für jedes Teilprojektionsbild die maximal mögliche Detektionsfläche des Strahlungsdetektors ausgenutzt, sodass auch hier eine Optimierung bezüglich eines besonders großen Aufnahmebereichs erfolgt. Grenzen die Strahlenbündel einem gemeinsamen Projektionsbild zugeordnete Teilprojektionen bündig aneinander und decken die Strahlenbündel die gesamte Detektionsfläche des Strahlungsdetektors ab, so lässt sich der Aufnahmebereich der zweidimensionalen Projektionsbilder letztlich verdoppeln. An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass bei einem veränderbaren Fokus-Detektor-Abstand zwischen der Aufnahme unterschiedlicher Projektionsbilder das Strahlenbündel auch erweitert bzw. enger begrenzt werden kann, insbesondere unter Verwendung der Blende.
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Zur Verkippung der Strahlenbündel kann vorgesehen sein, dass die ausgesendeten Strahlenbündel durch eine Blendeneinstellung und/oder ein mechanisches Verschwenken der Strahlungsquelle verkippt werden. Dabei wird es erfindungsgemäß bevorzugt, mit Blenden zu arbeiten, um ein entsprechend verkipptes Strahlenbündel zu erzeugen. Gesteuerte, mechanisch oder anderweitig verstellbare Blenden sind im Stand der Technik bereits bekannt und können auch, gegebenenfalls mit einem erweiterten Wirkungsumfang, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Bei einer mechanischen Verschwenkung der Strahlungsquelle ist darauf zu achten, dass der Fokus der Strahlungsquelle nicht verschoben wird, insbesondere also die (gegebenenfalls aus mehreren Bewegungsanteilen zusammengesetzte) Gesamtbewegung eine Verschwenkung um den Fokus darstellt.
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In einer beispielhaften, vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle für jedes Projektionsbild in wenigstens zwei unterschiedliche, insbesondere zu einer Grundstellung, in der der Zentralstrahl des Strahlenbündels parallel zu der Mittelsenkrechten des Strahlungsdetektors ist, symmetrische Kippstellungen verbracht wird. Eine derartige Symmetrie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich ein aus allen Strahlenbündeln der Teilprojektionsbilder eines Projektionsbildes zusammengesetztes Gesamtstrahlenbündel so ergeben soll, dass der Zentralstrahl des Gesamtstrahlenbündels zumindest näherungsweise der Mittelsenkrechten des Strahlungsdetektors in der genannten Grundstellung entspricht. Auf diese Weise können insbesondere auch von üblichen Strahlungsbildern, insbesondere Röntgenbildern, abweichende Verzerrungen aufgrund eines nicht senkrecht und/oder mittig auf einen gedachten, vergrößerten, virtuellen Strahlungsdetektor auftreffenden Zentralstrahls vermieden werden.
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Wie bereits erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft auf die Röntgenbildgebung anwenden, sodass vorgesehen sein kann, dass als Bildgebungseinrichtung eine Röntgeneinrichtung, insbesondere eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, verwendet wird. Dabei sind mithin die Strahlungsquelle als Röntgenquelle und der Strahlungsdetektor als Röntgendetektor, insbesondere als Festkörperdetektor (Flachdetektor) ausgebildet. Grundsätzlich lässt sich die vorliegende Erfindung jedoch auch auf andere Bildgebungstechniken anwenden, bei denen Projektionsbilder aufgenommen werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Bildgebungseinrichtung, umfassend eine Strahlungsquelle und einen flächigen Strahlungsdetektor zur Aufnahme von Projektionsbildern eines zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor zu positionierenden Objekts, wobei
- – ein von der Strahlungsquelle ausgesendetes Strahlenbündel in einer Verkippungsebene verkippbar ist,
- – die Strahlungsquelle und/oder der Strahlungsdetektor entlang einer zur Mittelsenkrechten des Strahlungsdetektors senkrechten, in der Verkippungsebene liegenden Richtung verschiebbar ist,
- – die Bildgebungseinrichtung derart ansteuerbar ist, dass aus einer bestimmten Position der Strahlungsquelle durch relative Verkippung des Strahlenbündels und relative Verschiebung des Strahlungsdetektors und der Strahlungsquelle wenigstens zwei einander zu einem zusammenhängenden, gegenüber einer einzigen, die gesamte Detektionsfläche des Strahlungsdetektors nutzenden Aufnahme vergrößerten Aufnahmebereich ergänzende, zu einem Projektionsbild kombinierbare Teilprojektionsbilder aufnehmbar sind. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung übertragen, sodass hiermit ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können, insbesondere ein größerer Bereich des Objekts aufgenommen werden kann bei geringerer mechanischer Bewegung. Dabei wird insbesondere die so genannte Kegelstrahlgeometrie auch hier genutzt, wobei bevorzugt pyramidenförmigen Strahlenbündel eingesetzt werden, die auf die rechteckige Detektionsfläche treffen.
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Zur Realisierung der notwendigen Bewegungen, mithin der relativen Bewegung und der Verkippung, können entsprechende Einrichtungen vorgesehen sein, wobei bevorzugt eine Verschiebungseinrichtung für den Strahlungsdetektor und/oder eine einstellbare Blende zur Verkippung des Strahlenbündels vorgesehen sind. Diese können dann beispielsweise von einer Steuereinrichtung der Bildgebungseinrichtung entsprechend angesteuert werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor einander gegenüberliegend gemeinsam um ein Drehzentrum in einer Orbitalebene verschwenkbar sind. Dies ist der bereits bezüglich des Verfahrens diskutierte Spezialfall, dass insbesondere eine Kreisbahn bzw. eine Teilkreisbahn realisierender Aufnahmetrajektorien verwendet werden, wobei beispielsweise ein C-Bogen verwendet werden kann, um die entsprechenden Bewegungsfreiheitsgrade bei der Aufnahme mehrerer Projektionsbilder, die zu einem dreidimensionalen Bild rekonstruiert werden sollen, oder die Einnahme spezieller Aufnahmegeometrien zu realisieren.
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Die Bildgebungseinrichtung kann weiterhin mit besonderem Vorteil als eine Röntgeneinrichtung ausgebildet sein, wobei die Strahlungsquelle als Röntgenquelle und der Strahlungsdetektor als Röntgendetektor, insbesondere Festkörperdetektor (Flachdetektor), realisiert sind. Beispielsweise umfasst die Röntgeneinrichtung dabei einen C-Bogen, an dem sich gegenüberliegend die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor angeordnet sind. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar, in denen beispielsweise bezüglich wenigstens eines Teils der Bewegungsfreiheitsgrade eine unabhängige Bewegung des Strahlungsdetektors und der Strahlungsquelle möglich ist.
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Es ist vorgesehen, dass die Bildgebungseinrichtung eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung umfasst.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Skizze zum Aufnahmebereich in einer Grundstellung,
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3 Skizzen zur Aufnahmegeometrie bei der Aufnahme von und 4 Teilprojektionsbildern,
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5 eine Skizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Aufnahme dreidimensionaler Rekonstruktionsbilder,
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6 eine erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 eine 4 entsprechende Skizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Bildgebungseinrichtung nach 5.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildgebungseinrichtung 1, die hier als eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen 2 ausgebildet ist. Der C-Bogen 2 ist über ein Stativ 3 mobil ausgebildet, wobei auch Ausgestaltungen mit einem fest installierten C-Bogen 2 denkbar sind.
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An dem C-Bogen 2 sind sich gegenüberliegend angeordnet eine als Röntgenquelle ausgebildete Strahlungsquelle 4 und ein als Röntgendetektor, hier als rechteckiger Flachdetektor, ausgebildeter Strahlungsdetektor 5 angeordnet. Dabei bilden die Strahlungsquelle 4 und der Strahlungsdetektor 5 eine Aufnahmeanordnung.
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Der C-Bogen 2 weist einige Bewegungsfreiheitsgrade auf, wobei hier beispielhaft zwei mögliche Verschwenkungen des C-Bogens 2 und somit der Aufnahmeanordnung dargestellt sind, zum einen eine Rotation des C-Bogens 2 um eine Achse 6 (Pfeil 7), zum anderen eine Verschwenkung des C-Bogens 2 in seiner Erstreckungsrichtung, Pfeil 8. Es können folglich verschiedene Aufnahmegeometrien bezüglich eines auf einer Patientenliege 9 positionierbaren Objekts 10, hier eines Patienten, eingenommen werden.
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1 zeigt die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsdetektor 5 in einer Grundstellung, in der der Zentralstrahl 11 eines von der Strahlungsquelle 4 ausgesandten, bei 12 angedeuteten Strahlenbündels der Mittelsenkrechten 11' der Detektionsfläche 13 des Strahlungsdetektors 5 entspricht. Der Öffnungswinkel 14 des Strahlenbündels 12 ist dabei so gewählt, das die gesamte Detektionsfläche 13 genutzt wird.
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Das Objekt 10 wird dabei in diesem Ausführungsbeispiel im Isozentrum 15 platziert, welches dadurch charakterisiert ist, dass sowohl die Rotationsachse bei einer Rotation entsprechend des Pfeils 8 oder die Rotationsachse 6 durch diesen Punkt verläuft als auch in jeder Winkelstellung der Zentrahlstrahl 11.
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Es ergibt sich, verwendet man nur die Grundstellung, ein Aufnahmebereich 16, der ersichtlich nicht das gesamte Objekt 10 umfassen kann. Um auch Projektionsbilder mit einem vergrößerten Aufnahmebereich zu ermöglichen, ist die Bildgebungseinrichtung 1 ausgelegt, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, weswegen zunächst eine ansteuerbare Blende 17 an der Strahlungsquelle 4 vorgesehen ist, über die eine Verkippung des Strahlenbündels 12 der Strahlungsquelle 4 realisiert werden kann, so dass der Zentralstrahl 11 mithin nicht mehr der Mittelsenkrechten 11' entspricht und auch nicht parallel zu dieser verläuft. Um den entstehenden seitlichen Versatz zu kompensieren, ist ferner eine Verschiebungseinrichtung 18 dem Strahlungsdetektor 5 zugeordnet, so dass dieser (bei gleicher Ausrichtung des Strahlungsdetektors 5 gegen die Strahlungsquelle 4 verschiebbar ist, und zwar in einer Ebene senkrecht zu der Verkippungsebene, in der die Verkippung des Strahlenbündels 12 erfolgt.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es selbstverständlich möglich ist, eine Bildgebungseinrichtung 1 auf mehrere Verkippungsebenen und mithin eine Verschiebungseinrichtung 18 auf mehrere Verschiebungsrichtungen auszulegen, um eine größere Freiheit bei den Aufnahmegeometrien zu erhalten.
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Mit diesen Freiheitsgraden, also der Verkippung des Strahlenbündels 12 und der Verschiebung des Strahlungsdetektors 5 ist es nun möglich, Teilprojektionsbilder aufzunehmen, die zu einem zusammenhängenden Gesamt-Projektionsbild mit einem größeren Aufnahmebereich kombiniert werden können. Um dies zu erreichen, ist eine Steuereinrichtung 19 der Bildgebungseinrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, mithin dazu, bei gleicher Position der Strahlungsquelle 4, genauer des Fokus der Strahlungsquelle 4, durch Verkippung des Strahlenbündels 12 und entsprechende relative Verschiebung des Strahlungsdetektors 5 so, dass die gesamte Detektionsfläche 13 nutzend die Strahlen des Strahlenbündels 12 von dem Strahlungsdetektor empfangen werden, eine Mehrzahl von Teilprojektionsbildern derart aufgenommen werden können, dass hieraus ein zusammenhängendes Gesamt-Projektionsbild mit gegenüber dem Aufnahmebereich 16 der Grundstellung vergrößertem Aufnahmebereich erzeugt werden kann. Die Strahlenbündel werden dabei bevorzugt so gewählt, dass sie aneinander grenzen, so dass sich letztlich durch gemeinsame Betrachtung der Strahlenbündel der Teilprojektionsbilder ein gedachtes, virtuelles Gesamt-Strahlenbündel ergibt, dessen Zentralstrahl wiederum der Mittelsenkrechten eines gedachten, vergrößerten, virtuellen Strahlungsdetektors entspricht. Dies sei nun im Hinblick auf die 2 und 3 näher erläutert.
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2 zeigt zur Erläuterung nochmals näher die Aufnahmegeometrie in der Grundstellung, wie sie im Stand der Technik bereits gegeben ist und verwendet wird. Das von dem Fokus 20 der Strahlungsquelle 4 ausgehende pyramidenförmige Strahlenbündel 12 (mithin liegt eine Kegelstrahl-Geometrie vor) trifft auf die Detektionsfläche 13, deren Breite in 2 mit D bezeichnet ist. Das hier nur angedeutete Objekt 10 wird zwischen der Strahlungsquelle 4 und dem Strahlungsdetektor 5 angeordnet und kann nicht vollständig erfasst werden.
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3 und 4 zeigen nun in einem Beispiel mit zwei Teilprojektionsbildern das Vorgehen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Aufnahme eines zweidimensionalen Projektionsbildes.
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In 3 ist die Aufnahmegeometrie zur Aufnahme des ersten Teilprojektionsbildes dargestellt. Offensichtlich ist das vom Fokus 20 ausgehende Strahlenbündel 12 und mithin auch dessen Zentralstrahl 21 aus der Grundstellung verkippt, und zwar um einen Winkel 22 derart, dass eine Begrenzung des Strahlenbündels 12 der Mittelsenkrechten 11' des Strahlungsdetektors 5 in der Grundstellung entspricht. Der Strahlungsdetektor 5 mit seiner Detektionsfläche 13 ist entsprechend um D/2 verschoben, Pfeil 23, so dass das Strahlenbündel 12 genau die Detektionsfläche 13 abdeckt, wobei jedoch der Zentralstrahl 21 nun nicht mehr senkrecht auf die Detektionsfläche 13, aber dennoch deren Mitte, trifft.
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4 zeigt nun die Aufnahme des zweiten Teilprojektionsbildes, wobei sich der Fokus 20 an der exakt selben Position befindet. Das Strahlenbündel 12 ist nun jedoch um den Winkel 22 in die andere Richtung in der Verkippungsebene 24 aus der Grundstellung verkippt, so dass wiederum eine Begrenzung der Mittelsenkrechten 11' des Strahlungsdetektors 5 in der Grundstellung entspricht. Um die Detektionsfläche 13 wieder geeignet zu positionieren, wurde der Strahlungsdetektor 5 nun, Pfeil 25, um D in die Gegenrichtung verschoben.
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Ersichtlich ergänzen sich die beiden Strahlenbündel 12 aus 3 und 4 zu einem Gesamtstrahlenbündel, und die Positionen der Detektionsfläche 13 definieren letztlich einen vergrößerten, virtuellen Strahlungsdetektor, so dass der Zentralstrahl des Gesamtstrahlenbündels der Mittelsenkrechten des gedachten, virtuellen Strahlungsdetektors entspricht. Auf diese Weise kann der Aufnahmebereich praktisch verdoppelt werden und das ganze Objekt 10 wird im Beispiel erfasst.
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Selbstverständlich sind auch noch mehr Verkippungen und Teilprojektionsbilder denkbar.
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Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch dann anwenden, wenn aus einer Mehrzahl von unter verschiedenen Projektionsrichtungen, also bei verschiedenen Positionen der Strahlungsquelle 4, aufgenommenen Projektionsbildern ein dreidimensionales Rekonstruktionsbild rekonstruiert werden soll. Dabei wird, wie bekannt, die Aufnahmeanordnung zur Realisierung einer Aufnahmetrajektorie der Strahlungsquelle 4 bewegt, vorliegend derart, dass der C-Bogen, mithin die Strahlungsquelle 4 und der ihr gegenüberliegende Strahlungsdetektor 5, rotiert wird, beispielsweise um die Rotationsachse 6, bevorzugt jedoch um die Rotationsachse bei Rotation entsprechend des Pfeils 8. Werden nun jeweils Teilprojektionsbilder aufgenommen und zu einem Gesamt-Projektionsbild zusammengesetzt, können diese aus den Teilprojektionsbildern zusammengesetzten Gesamt-Projektionsbilder zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes genutzt werden, das einen größeren Bereich des Objekts 10 zeigt.
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Dies wird durch 5 näher erläutert, die beispielhaft verschiedene Positionen 31a bis 31d des Fokus 20 auf der kreisförmigen Aufnahmetrajektorie 32 um das Objekt 10 zeigt. Für die Fokusposition 31a ergeben sich die Positionen 26a und 26b der Detektorfläche 13 für jeweils eines der Teilprojektionsbilder, für die Fokusposition 31b die Positionen 27a und 27b der Detektorfläche 13, für die Fokusposition 31c die Positionen 28a und 28b der Detektorfläche 13 und für die Fokusposition 31d die Positionen 29a und 29b der Detektorfläche 13. Angedeutet sind in 5 auch die vergrößerten Gesamtstrahlenbündel 33. Ersichtlich lässt sich so ein vergrößerter Bereich 30 dreidimensional rekonstruieren.
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Zur Aufnahme der Teilprojektionsbilder ist vorgesehen, immer abwechselnd die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsdetektor 5 zu bewegen, sodass während eines einzigen Durchlaufs der Aufnahmetrajektorie 32 alle Teilprojektionsbilder eines Gesamt-Projektionsbildes aufgenommen werden können.
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6 zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildgebungseinrichtung 1, wobei der Einfachheit halber gleiche funktionale Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Bildgebungseinrichtung 1 ist wiederum als eine Röntgeneinrichtung ausgebildet und umfasst wiederum eine als Röntgenquelle ausgebildete Strahlungsquelle 4 und einen als Röntgendetektor ausgebildeten Strahlungsdetektor 5, die im vorliegenden Beispiel jedoch deckenmontiert sind, wobei sie über entsprechende Teleskoparme 34 gehalten werden. Die Teleskoparme 34 sind in einer Schienenführung 35 verschiebbar geführt. Die Patientenliege 9 ist über einen Sockel 36 am Boden montiert. Zusätzlich zu der Blende 17 und der Verschiebungseinrichtung 18 sind hier noch weitere Verstellmöglichkeiten der Strahlungsquelle 4 und des Strahlungsdetektors 5 gegeben, die allerdings der Einfachheit halber hier nicht näher beschrieben sind. Sie können jedoch eingesetzt werden, um gemeinsam mit den Teleskoparmen 34 und der Schienenführung 35 verschiedene Aufnahmetrajektorien zu realisieren. Insbesondere sind die Strahlungsquelle 4 und der Strahlungsdetektors 5 auch quer zur Patientenliege 9 verschiebbar.
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Ein Beispiel hierfür ist in der der Darstellung der 5 entsprechenden Prinzipskizze in 7 näher dargestellt, wobei eine an einem rechteckigen Verlauf orientierte Aufnahmetrajektorie 42 gegeben ist, entlang der verschiedene Fokuspositionen 41a bis 41d eingenommen werden. Es ergeben sich entsprechende Positionen 37a bis 40b der Detektorfläche 13. Zur weiteren Orientierung ist der Fußboden 43 angedeutet.
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Ersichtlich ergeben sich in diesem Fall unterschiedliche Detektor-Fokus-Abstände, was jedoch durch geeignete Anpassung der Ansteuerung der Blende 17 problemlos kompensiert werden kann.
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Weiterhin gilt auch beim zweiten Ausführungsbeispiel das bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels bereits Ausgeführte.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildgebungseinrichtung
- 2
- C-Bogen
- 3
- Stativ
- 4
- Strahlungsquelle
- 5
- Strahlungsdetektor
- 6
- Achse
- 7
- Pfeil
- 8
- Pfeil
- 9
- Patientenliege
- 10
- Objekt
- 11
- Zentralstrahl
- 11'
- Mittelsenkrechte
- 12
- Strahlenbündel
- 13
- Detektionsfläche
- 14
- Öffnungswinkel
- 15
- Isozentrum
- 16
- Aufnahmebereich
- 17
- Blende
- 18
- Verschiebungseinrichtung
- 19
- Steuereinrichtung
- 20
- Fokus
- 21
- Zentralstrahl
- 22
- Winkel
- 23
- Pfeil
- 24
- Verkippungsebene
- 25
- Pfeil
- 26a
- Position
- 26b
- Position
- 27a
- Position
- 27b
- Position
- 28a
- Position
- 28b
- Position
- 29a
- Position
- 29b
- Position
- 30
- vergrößerter Bereich
- 31a
- Position
- 31b
- Position
- 31c
- Position
- 31d
- Position
- 32
- Aufnahmetrajektorie
- 33
- Gesamtstrahlenbündel
- 34
- Teleskoparm
- 35
- Schienenführung
- 36
- Sockel
- 37a
- Position
- 37b
- Position
- 38a
- Position
- 38b
- Position
- 39a
- Position
- 39b
- Position
- 40a
- Position
- 40b
- Position
- 41a
- Position
- 41b
- Position
- 41c
- Position
- 41d
- Position
- 42
- Aufnahmetrajektorie
- 43
- Fußboden
