DE102012216269A1

DE102012216269A1 - Röntgensystem und Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten

Info

Publication number: DE102012216269A1
Application number: DE102012216269.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Kappler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US9480444B2; US20140072098A1; CN103654828B; CN103654828A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem (1), insbesondere ein Computertomographie-System (1), mit einer Röntgenquelle (4), einer der Röntgenquelle (4) zugeordneten Projektions-Detektoranordnung (7) zur Akquisition von Projektionsdaten (PD) eines Untersuchungsobjekts (P), und einem Monitor-Detektor (8) zur Messung von aktuellen Dosismessdaten (DD) der Röntgenstrahlung (X), wobei der Monitor-Detektor (8) so ausgebildet und angeordnet ist, dass er einen Teil der nicht durch das Untersuchungsobjekt (P) verlaufenden Röntgenstrahlung (X) detektiert. Wesentlich ist dabei, dass der Monitor-Detektor (8) als energieauflösender Detektor ausgebildet ist. Weiterhin werden ein Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten (PD) eines Untersuchungsobjekts (P) mittels eines Röntgensystems (1) sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten (BD) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem, insbesondere ein Computertomographie-System, mit einer Röntgenquelle, einer der Röntgenquelle zugeordneten Projektions-Detektoranordnung zur Akquisition von Projektionsdaten eines Untersuchungsobjekts, und einem Monitor-Detektor zur Messung von aktuellen Dosismessdaten der Röntgenstrahlung der Röntgenquelle, wobei der Monitor-Detektor so ausgebildet und angeordnet ist, dass er einen Teil der nicht durch das Untersuchungsobjekt verlaufenden Röntgenstrahlung detektiert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten.
Die Computertomographie basiert auf Röntgenstrahlung, die von einer Elektronenröhre emittiert wird, wenn an ihr eine bestimmte Spannung angelegt wird. Die Energie bzw. genauer gesagt das Energiespektrum der emittierten Röntgenstrahlung ist dabei von der angelegten Röhrenspannung abhängig, die Röntgenintensität hängt dagegen von der angelegten Stromstärke ab. Die Emission von Röntgenstrahlung folgt dem Aufbau einer Spannung und einer Stromstärke an der Röhre mit einer gewissen Verzögerung. Die angelegte Spannung bzw. Stromstärke und die daraufhin abgegebene Bremsstrahlung weisen in der Regel kein zueinander proportionales Anlauf- und Abklingverhalten auf. Daher sind Diskrepanzen zwischen einer auf Basis der applizierten Spannung ermittelten Röntgenstrahlungsenergie und der tatsächlichen Röntgenstrahlungsenergie sowie zwischen einer auf Basis des applizierten Stroms berechneten Röntgenintensität und der tatsächlichen Röntgenintensität feststellbar. Diese Diskrepanzen können, z.B. über die Betriebsdauer einer Elektronenröhre hinweg und bedingt durch Alterungsprozesse, weiteren Veränderungen unterliegen.
Monitor-Detektoren, die in der Nähe der Röntgenröhre eine Intensität emittierter Röntgenstrahlung messen, bilden eine in der Computertomographie etablierte Technologie zur Messung von Intensitätsschwankungen in der Strahlungsabgabe. In Abstimmung mit dem Hauptdetektor des CT-Scanners, mit dem die Projektionsdaten gewonnen werden, leisten sie eine Überwachung der Röntgenstrahlintensität und gewinnen Daten für eine Korrektur von Messdaten des Hauptdetektors. Herkömmliche Monitor-Detektoren sind als energieintegrierende Detektoren ausgelegt, welche in einem bestimmten Messzeitraum die Ladungen der auftreffenden Röntgenphotonen aufsummieren. Diese Messmethode stößt jedoch z.B. bei einer Variante der sogenannten Dual-Energy-Computertomographie an ihre Grenzen, die zum Zwecke einer verbesserten Bildgebung eine Röntgenröhre mit rasch wechselnden Spannungs- und/oder Stromstärken ansteuert und damit Röntgenstrahlung mit unterschiedlichen Energiespektren erzeugt. Insbesondere bei diesen Verfahren mit einer schnellen Spannungsumschaltung kann es wegen der zeitlichen Verzögerung des Spannungsaufbaus an der Röntgenquelle zu besonders starken Diskrepanzen zwischen der auf der applizierten Spannung ermittelten Röntgenstrahlungsenergie und der tatsächlichen aktuellen Röntgenstrahlungsenergie und in der Folge zu Verfälschungen in der Bildgebung oder darauf basierenden Auswertungen kommen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Computertomographie-System derart fortzubilden, dass eine Verbesserung und Präzisierung der Bildgebung von einem Untersuchungsobjekt erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Röntgensystem gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten gemäß Anspruch 10 sowie durch ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten gemäß Anspruch 12 gelöst.
Das erfindungsgemäße Röntgensystem weist mindestens eine Röntgenquelle, eine der Röntgenquelle zugeordnete Projektions-Detektoranordnung zur Akquisition von Projektionsdaten eines Untersuchungsobjekts und einen Monitor-Detektor zur Messung von aktuellen Dosismessdaten der von der Röntgenquelle im Betrieb ausgesandten Röntgenstrahlung auf. Der Monitor-Detektor ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er einen Teil der nicht durch das Untersuchungsobjekt verlaufenden Röntgenstrahlung detektiert. Das Röntgensystem unterscheidet sich vom Stand der Technik, indem der Monitor-Detektor als energieauflösender Detektor ausgebildet ist.
Unter dem Begriff „Röntgensystem“ wird insbesondere ein Computertomographie-System verstanden, er kann jedoch auch ein einfaches Röntgengerät oder ein Angiographiegerät umfassen. Die Röntgenquelle ist vorzugsweise eine Röntgenröhre, die besonders bevorzugt nach dem Dual-Energy- oder Multi-Energy-Prinzip betrieben werden kann. Damit wird eine Ansteuerung der Röntgenröhre mit mindestens zwei unterschiedlichen Spannungshöhen bezeichnet, die in einer Emission von Röntgenstrahlung unterschiedlicher Energien bzw. unterschiedlicher Wellenlängen von Röntgenbremsstrahlung resultiert. Der Begriff „Energie“ der Röntgenstrahlung (im Folgenden auch als „Röntgenenergie“ oder „Röntgenstrahlungsenergie“ bezeichnet) wird in diesem Zusammenhang als Energieverteilung respektive als Energiespektrum verstanden. Ein Energiespektrum wird dabei durch einen Wert der Röntgenenergie repräsentiert, welcher üblicherweise ein Maximum oder einen Mittelwert des Energiespektrums bildet. Dabei wird die Röntgenenergie üblicherweise als Spannungswert der an der Röntgenröhre eingestellten Röhrenspannung angegeben. Typische Energiespektren, die in einem Computertomographie-System mit Dual-Energy Funktionalität appliziert werden, sind beispielsweise 80kV und 140kV. Die Röntgenröhre kann dabei derart ausgebildet sein, dass eine daran angelegte Spannung und gegebenenfalls auch die Stromstärke in kurzen Zeitintervallen zwischen mindestens zwei Werten und somit die Röntgenstrahlung zwischen zwei entsprechenden Energiespektren umgeschaltet werden kann. Dieser Betrieb der Röntgenquelle eines Computertomographie-Systems firmiert unter den Begriffen „fast kVp switching“ oder „fast kVp/mA switching“.
Die Projektions-Detektoranordnung bildet einen Hauptdetektor des Röntgensystems und kann im Betrieb Projektionsdaten von dem in einem Messfeld bzw. Messraum angeordneten Untersuchungsobjekt ermitteln. Bei einer typischen Akquisition von Röntgenprojektionsdaten emittiert die Röntgenquelle Strahlung, wobei mittels einer Blende ein Röntgenfächerstrahl oder Röntgenkegelstrahl gebildet wird, der in einer Haupteinstrahlrichtung der Röntgenphotonen durch das Untersuchungsobjekt auf die Projektions-Detektoranordnung projiziert wird. Die Röntgenstrahlung kann dabei abhängig von Dicke und Material des Untersuchungsobjekts lokal unterschiedlich von diesem absorbiert werden. Eine Dosis der im Zuge eines Messvorgangs durch das Untersuchungsobjekt diffundierten Röntgenstrahlung kann örtlich aufgelöst durch eine Anzahl von Detektorelementen der Projektions-Detektoranordnung gemessen werden. Die so gemessenen Projektionsdaten können also Informationen über eine lokale Abschwächung der Strahlung umfassen. Damit können die als Rohdaten zu verstehenden Projektionsdaten eine Grundlage für eine Erzeugung von Bilddaten des Untersuchungsobjekts bilden.
Der Monitor-Detektor zur Akquisition aktueller Dosismessdaten ist dazu ausgebildet, eine Röntgenstrahlendosis zu messen, die eine Röntgenquelle emittiert, während die Projektions-Detektoranordnung eine Akquisition von Projektionsdaten von einem Untersuchungsobjekt vornimmt. Der Monitor-Detektor und die Projektions-Detektoranordnung sind daher vorzugsweise zu einer gleichzeitigen Messung von Röntgenstrahlung ausgebildet. Beide Detektoren sind im Röntgensystem vorzugsweise der Röntgenquelle zugewandt angeordnet. Um eine nicht durch das Untersuchungsobjekt verlaufende Röntgenstrahlung zu detektieren, ist der Monitor-Detektor vorzugsweise derart positioniert, dass ein Untersuchungsobjekt oder ein anderes Objekt nicht, z.B. durch Bedienfehler, in einen Raum zwischen Röntgenquelle und Monitor-Detektor geraten kann. Beispielsweise kann der Monitor-Detektor in der Nähe der Röntgenquelle angeordnet sein. Die Röntgenquelle weist vorzugsweise ein gleichmäßiges Abstrahlverhalten von Röntgenstrahlung auf, so dass eine Dosis emittierter Röntgenstrahlung pro Flächeneinheit jeweils identisch ist. Dies erweist sich im Sinne einer Vergleichbarkeit der Projektionsdaten und Dosismessdaten als vorteilhaft. Wie die Projektionsdaten bilden auch die Dosismessdaten unbearbeitete Rohdaten.
Eine Röntgenstrahlung, die nicht durch das in einem Messraum des Röntgensystems positionierte Untersuchungsobjekt läuft, kann beispielsweise ungeschwächte Röntgenstrahlung sein. Ungeschwächte Strahlung wird etwa bei einem sogenannten Airscan (Luftaufnahme), d.h. einer Röntgenprojektion durch Umgebungsluft hindurch, zur Kalibrierung des Röntgensystems verwendet.
Ein energieauflösender Monitor-Detektor kann Röntgenstrahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Energien unterscheiden. Das bedeutet, dass er Dosiswerte von auftreffenden Röntgenphotonen getrennt für mindestens zwei unterschiedliche Energiebereiche erfassen kann. Informationen über die Energie eines Röntgenphotons können einen Rückschluss auf eine Spannung erlauben, die zum Zeitpunkt der Emission des Röntgenphotons tatsächlich an der Röntgenquelle anlag. Diese tatsächliche Spannung kann sich, beispielsweise bedingt durch das Anlauf- und/oder Abklingverhalten der Röntgenquelle, von einer Nennspannung unterscheiden. Ein errechneter tatsächlicher Spannungswert kann den zum gleichen Zeitpunkt wie die Dosismessdaten akquirierten Projektionsdaten zugeordnet werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem Betrieb der Röntgenquelle mit „fast kVp-switching“, da die zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlich an der Röntgenquelle anliegende Spannung nicht an der Röntgenquelle selbst gemessen werden kann. Mittels des energieauflösenden Monitor-Detektors kann also zumindest zwischen einer niederen und einer relativ dazu hohen Spannung unterschieden werden. Vorzugsweise können darüber hinaus von Nennspannungswerten abweichende tatsächliche Spannungswerte ermittelt werden. Die durch den energieauflösenden Monitor-Detektor bereitgestellten Messdaten können in der nachfolgenden Datenverarbeitungs- und Bildrekonstruktionskette vorteilhaft genutzt werden, beispielsweise beim Fine-Tuning von Korrekturschritten. Die Erfindung geht über den Stand der Technik hinaus, indem der energieauflösend messende Monitor-Detektor eine präzisere Messung der emittierten Röntgenstrahlung ermöglicht und dadurch eine Verbesserung der Bildgebung bewirken kann.
Mit der beschriebenen Vorrichtung korrespondiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten eines Untersuchungsobjekts mittels eines Röntgensystems, das mindestens eine Röntgenquelle umfasst. Das Röntgensystem kann insbesondere ein Computertomographie-System darstellen, jedoch auch beispielsweise als einfaches Röntgengerät oder Angiographiegerät ausgebildet sein. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte einer Akquisition von Projektionsdaten von dem Untersuchungsobjekt mittels einer der Röntgenquelle zugeordneten Projektions-Detektoranordnung und einer Akquisition aktueller Dosismessdaten von einem nicht durch das Untersuchungsobjekt verlaufenden Teil der Röntgenstrahlung mittels eines Monitor-Detektors. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Messung der aktuellen Dosismessdaten energieauflösend durchgeführt wird. Die genannten Schritte einer separaten Daten-Akquisition erfolgen bevorzugt gleichzeitig, beispielsweise durch Synchronisation der Messvorgänge durch die Projektions-Detektoranordnung und den Monitor-Detektor. Eine Röntgenstrahlung, die nicht durch das in einem Messraum des Röntgensystems positionierte Untersuchungsobjekt verläuft, kann beispielsweise ungeschwächte Röntgenstrahlung sein.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten, das mindestens die im folgenden beschriebenen Verfahrensschritte umfasst. Dazu zählt zunächst eine Bereitstellung von Projektionsdaten, die in einem vorhergehenden Schritt mittels einer Projektions-Detektoranordnung des Röntgensystems akquiriert wurden. Unter dem Röntgensystem wird dabei wiederum insbesondere ein Computertomographie-System verstanden. Im Weiteren zählt hierzu eine Bereitstellung von aktuellen Dosismessdaten, die mittels eines Monitor-Detektors von einem nicht durch das Untersuchungsobjekt verlaufenden Teil der Röntgenstrahlung in energieauflösender Messung erfasst wurden. Darüber hinaus umfassen die Verfahrensschritte eine Erzeugung der Bilddaten auf Basis der Projektionsdaten unter Verwendung der Dosismessdaten des Monitor-Detektors.
Die Bereitstellung von Projektionsdaten und Dosismessdaten nach ihrer Akquisition durch separate Messeinrichtungen kann über eine Datenübermittlung von den Messeinrichtungen an eine Steuereinrichtung des Röntgensystems durchgeführt werden. Die Bereitstellung kann gleichermaßen durch ihre Übermittlung in einen Zwischenspeicher erfolgen, in welchem sie für eine weitere Datenverarbeitung zur Verfügung stehen und zur Durchführung beliebiger Verfahrensschritte abrufbar sein können. Bilddaten können in Anwendung bekannter Bilderzeugungsverfahren aus Projektionsdaten gewonnen werden. Die Bilddaten können ein Abbild des Untersuchungsobjekts, z.B. in Form von Schnittbildern, 3D-Bildern oder sogar 4D-Bilddaten (mit einer zeitlichen Komponente), umfassen und auf einer Anzeige, z.B. einem Bildschirm, dargestellt werden. Die Verwendung aktueller Dosismessdaten, die gleichzeitig mit Projektionsdaten akquiriert werden, bei der Erzeugung der Bilddaten kann wie beschrieben eine Präzisierung und/oder Korrektur der Bilddaten bewirken. Die Verwendung der aktuellen Dosismessdaten kann derart erfolgen, dass daraus Korrekturfaktoren ermittelt werden, die bei einer Erzeugung von Bilddaten aus Projektionsdaten einbezogen werden. Zusätzlich können aus den Dosismessdaten Informationen über die Energie der Röntgenphotonen und/oder über eine tatsächliche Spannung der Röntgenquelle gewonnen werden, die beispielsweise in den Dateiheader von Bilddaten integriert werden können, welche Bilddaten aus Projektionsdaten erzeugt wurden. In diesem Fall enthalten die Bilddaten die aus Dosismessdaten gewonnenen Informationen indirekt. Die Erzeugung von Bilddaten kann in einer Bilderzeugungseinheit erfolgen, die wiederum Bestandteil einer Steuereinrichtung sein kann. Einige Teile der Steuereinrichtung, beispielsweise eine Rekonstruktionseinrichtung zur Rekonstruktion der Bilddaten aus den Projektionsdaten unter Verwendung der Dosismessdaten, können auch als Software auf geeigneten Rechnereinheiten realisiert sein, d.h. müssen nicht rein hardwaremäßig realisiert sein.
Eine weitgehende softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass bereits existierende Röntgensysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung und/oder einer Bilderzeugungseinheit eines Röntgensystems, insbesondere Computertomographie-Systems, ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der Steuereinrichtung und/oder Bilderzeugungseinheit ausgeführt wird.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist das erfindungsgemäße Röntgensystem eine Steuereinrichtung auf, welche so ausgebildet ist, dass sie im Betrieb die Projektions-Detektoranordnung und den Monitor-Detektor zur synchronisierten, vorzugsweise zeitlich parallelen, Erfassung von Projektionsdaten und Dosismessdaten ansteuert. Der Begriff „Betrieb“ des Röntgensystems bezeichnet einen Funktionszustand, in dem alle Elemente der Vorrichtung und damit auch die Steuereinrichtung aktiviert sind und definierte Abläufe durchführen, die zur Akquisition erwünschter Datensätze führen. Eine Ansteuerung der Projektions-Detektoranordnung und des Monitor-Detektors durch die Steuereinrichtung kann mittels Clock-Signalen oder über Trigger erfolgen, wobei hierzu eine spezielle Triggereinheit verwendet werden kann bzw. eine ohnehin zur Ansteuerung der Projektions-Detektoranordnung genutzte Triggereinheit für den Monitor-Detektor mit verwendet werden kann. Besonders bevorzugt steuert die Steuereinrichtung auch die Röntgenquelle derart an, dass die Emission von Röntgenstrahlung mit den Messungen, d.h. der Rohdatenerfassung, durch die Projektions-Detektoranordnung und den Monitor-Detektor synchronisiert ist. Die synchronisierte und vorzugsweise gleichzeitige Erfassung von Projektionsdaten und Dosismessdaten bietet den Vorteil, dass die Dosismessdaten exakt jenen Projektionsdaten zugeordnet werden können, die nach einer Emission von Röntgenstrahlung zu einem identischen Zeitpunkt akquiriert wurden. Insbesondere bei einem raschen Umschalten zwischen Spannungen an der Röntgenröhre wie z.B. beim „fast kVp-switching“ bildet diese Zuordnung die Grundlage für eine spätere Korrektur und/oder Präzisierung in der Weiterverarbeitung der akquirierten Projektionsdaten oder darauf basierender Bilddaten in nachfolgenden Datenverarbeitungsprozessen.
Vorzugsweise ist die beschriebene Steuereinrichtung des Röntgensystems so ausgebildet, dass von der Projektions-Detektoranordnung erfasste Projektionsdaten und/oder auf Basis der Projektionsdaten rekonstruierte Bilddaten mit vom Monitor-Detektor hierzu zeitlich korreliert erfassten Dosismessdaten oder darauf basierenden Energiedaten verknüpft werden. Wie bereits erläutert, werden Projektionsdaten und Dosismessdaten durch separate Messeinrichtungen getrennt voneinander erfasst. Diese Rohdaten können sowohl separat weiter verarbeitet werden als auch in verschiedenen Zwischenstufen der Verarbeitung kombiniert oder verknüpft werden. Projektionsdaten können demnach mit oder ohne eine Verwendung von Dosismessdaten zu Bilddaten verarbeitet werden. Dosismessdaten können mit Projektionsdaten verknüpft oder separat zu Energiedaten verarbeitet werden. Unter „Energiedaten“ werden Daten verstanden, welche Informationen zu der Energie der Röntgenphotonen umfassen, die zum Messzeitpunkt auf dem Monitor-Detektor aufgetroffen sind. Sie können weiter verarbeitet werden zu Daten, die Informationen über eine tatsächliche Spannung umfassen, die zum Zeitpunkt der Emission der Röntgenstrahlung an der Röntgenquelle anlag. Der Vorgang der Verknüpfung kann in eine sofortige Verarbeitung der verknüpften Daten münden oder in eine verknüpfte Speicherung in einem Zwischenspeicher.
Die Projektionsdaten oder Bilddaten können in irgendeiner Weise mit Dosismessdaten oder Energiedaten verknüpft werden, beispielsweise gemeinsam gespeichert oder über Zeiger verlinkt werden. Die Verknüpfung der Daten kann beispielsweise in der Kombinationseinheit als Bestandteil der Steuereinrichtung erfolgen. Der Vorgang der Verknüpfung erweist sich als vorteilhaft, indem er eine Voraussetzung für eine korrekte Zuordnung von gleichzeitig erfassten Projektionsdaten und Dosismessdaten bildet und damit für eine verbesserte Bildgebung eines Untersuchungsobjekts.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Röntgensystem eine Bilderzeugungseinheit auf, welche so ausgebildet ist, dass sie auf Basis der Projektionsdaten Bilddaten erzeugt, wobei zusätzlich zu den Projektionsdaten zeitlich korreliert erfasste Dosismessdaten oder darauf basierende Energiedaten verwendet werden. Die Bilderzeugungseinheit kann beispielsweise eine Rekonstruktion von Bilddaten aus Projektionsdaten ausführen, wobei unmittelbar in die Rekonstruktion die Dosismessdaten bzw. Energiedaten eingehen. Hierzu muss die Rekonstruktionseinheit entsprechend ausgebildet sein, um die Dosismessdaten bzw. Energiedaten verarbeiten zu können. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Erzeugung von korrekten Mischbildern aus bereits rekonstruierten Bildern erfolgen, nachdem den rekonstruierten Bildern korrespondierende (korrekte) Energiedaten zugeordnet wurden. Sie kann auch dazu ausgebildet sein, zugehörige Energiedaten jeweils in einen Dateiheader der Bilddaten zu integrieren. Ein Bestandteil der Bilderzeugungseinheit kann eine Rekonstruktionseinheit sein, die Bilderzeugungseinheit selbst kann Bestandteil der Steuereinrichtung sein. Die Bilderzeugungseinheit bietet den Vorteil einer Weiterverarbeitung von Messdaten zu Bilddaten, die für den Benutzer z.B. über einen Bildschirm einfach ausgewertet werden können.
Vorzugsweise ist der Monitor-Detektor des Röntgensystems im Bereich einer der Röntgenquelle zugewandten Blende angeordnet. Die Röntgenquelle strahlt im Betrieb Röntgenstrahlung nach allen Seiten hin ab. Die Blende ist vorzugsweise zwischen der Röntgenquelle und der Projektions-Detektoranordnung angeordnet und besonders bevorzugt in unmittelbarer Nähe der Röntgenquelle. Die Blende kann eine Öffnung aufweisen, deren Rand die seitliche Ausdehnung des Röntgenfächer- oder Röntgenkegelstrahls definiert, welcher von der Röntgenquelle durch die Blendenöffnung in das Messfeld tritt und in Richtung der Projektions-Detektoranordnung verläuft. Ein geschlossener Bereich der Blende kann dagegen die Transmission von Röntgenstrahlung blockieren. Der Monitor-Detektor kann in einer von der Röntgenquelle in Richtung der Projektions-Detektoranordnung zeigenden Photonen-Haupteinstrahlrichtung vor der Blende oder dahinter positioniert sein, oder kann in die Blenden-Anordnung integriert sein. Die Detektionsfläche des Monitor-Detektors ist demgemäß vorzugsweise kleiner und besonders bevorzugt um ein Mehrfaches kleiner als die Detektionsfläche der Projektions-Detektoranordnung. Der Begriff „Photonen-Haupteinstrahlrichtung“ bezeichnet in diesem Zusammenhang eine direkte Strahlrichtung von der Röntgenquelle zu der Projektions-Detektoranordnung. Der Monitor-Detektor wird vorzugsweise in jeder Anordnung direkt mit Röntgenstrahlung beaufschlagt. Die auftreffende Röntgenstrahlung kann „ungeschwächt“ sein, wodurch bezeichnet wird, dass eine Abschwächung lediglich durch Umgebungsluft verursacht wird. In einer Position des Monitor-Detektors, die in der Photonen-Haupteinstrahlrichtung hinter der Blende liegt, weist die Blende daher vorzugsweise eine Öffnung auf, die eine direkte Beaufschlagung des Monitor-Detektors mit Röntgenstrahlung zulässt.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Monitor-Detektors erweist sich als vorteilhaft, da in unmittelbarer Nähe der Röntgenquelle die Gefahr einer unwillentlichen Abschwächung der am Monitor-Detektor eintreffenden Röntgenstrahlung reduziert wird.
Nach einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung des Röntgensystems ist der Monitor-Detektor an der Projektions-Detektoranordnung positioniert oder in die Projektions-Detektoranordnung integriert. Beispielsweise kann der Monitor-Detektor neben oder in einem Randbereich der Detektionsfläche der Projektions-Detektoranordnung derart angeordnet sein, dass der durch die Blendenöffnung in das Messfeld einfallende Röntgenfächerstrahl den Monitor-Detektor in gleicher Intensität erreicht wie den Haupt-Detektor in Form der Projektions-Detektoranordnung. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass keine separate Anordnung eines weiteren Detektor-Elements notwendig wird. Dadurch kann die Komplexität des Röntgensystems reduziert werden. Prinzipiell kann das Röntgensystem eine Mehrzahl von gleichartig oder unterschiedlich konstruierten Monitor-Detektoren umfassen.
Vorzugsweise umfasst der Monitor-Detektor mindestens zwei energieintegrierende Detektorelemente, denen jeweils unterschiedliche Strahlungsfilter vorgeschaltet sind. Energieintegrierende Röntgendetektoren können derart ausgebildet sein, dass sie während eines bestimmten Messzeitraums eine Dosis bzw. eine Summe aller auftreffenden Röntgenphotonen unabhängig von Ihrer jeweiligen Energie ermitteln, sofern die Energie und die Dosis im Messbereich des Detektors liegen. Die Detektion der Röntgenstrahlungsdosis erfolgt indirekt durch eine Messung der im Detektor freigesetzten Ladungen der dort in Elektronen umgewandelten Röntgenphotonen. Spektralfilter zur Filterung von Röntgenstrahlung können bestimmte Anteile, d.h. Wellenlängenbereiche, von Strahlungsspektren blockieren.
Vorzugsweise sind den energieintegrierenden Detektorelementen Strahlungsfilter in der Photonen-Haupteinstrahlrichtung vorgelagert, die mindestens zwei unterschiedliche Strahlungsspektren blockieren. Besonders bevorzugt absorbiert ein erster Strahlungsfilter niederenergetische (weiche, d.h. relativ langwellige) Röntgenstrahlung, ein zweiter Strahlungsfilter relativ dazu hochenergetische (harte, d.h. relativ kurzwellige) Röntgenstrahlung. Die unterschiedliche Ausbildung der Strahlungsfilter ist besonders bevorzugt für eine hohe Energieseparation ausgelegt. Geeignete Strahlungsfilter umfassen beispielsweise die Konstruktionsmaterialien Aluminium, Zinn, oder Platin und weisen abhängig von ihrer Absorptionsstärke eine bestimmte Dicke auf.
Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltungsform liegt darin, dass energieintegrierende Röntgendetektoren hohe Bestrahlungsstärken nachweisen können und kostengünstig sind. Der erfindungsgemäße Einsatz von unterschiedlichen Strahlungsfiltern ermöglicht eine energieauflösende Messung von Röntgenstrahlung. Eine niederenergetische Röntgenstrahlung wird von einem Filter, der zur Absorption niederenergetischer Röntgenstrahlung ausgebildet ist, derart gefiltert, dass an einem in Haupteinstrahlrichtung der Röntgenphotonen dahinter angeordneten Detektorelement nur ein geringer Elektronenfluss gemessen werden kann. An einem Detektorelement, dem ein Strahlungsfilter vorgeschaltet ist, welcher zur Absorption hochenergetischer Röntgenstrahlung ausgebildet ist, kann dabei gleichzeitig ein hoher Elektronenfluss gemessen werden. Der Abgleich der Elektronenflussraten an beiden Detektorelementen ermöglicht bei einer synchronisierten Messung der Projektions-Detektoranordnung und des Monitor-Detektors eine einfache Zuordnung eines durch die Projektions-Detektoranordnung akquirierten Datensatzes zu einer tatsächlich zu diesem Zeitpunkt bzw. im Zeitraum der Messung an die Röntgenröhre angelegten Spannung.
Alternativ zu den genannten energieintegrierenden Detektorelementen umfasst der Monitor-Detektor des Röntgensystems vorzugsweise mindestens ein photonenzählendes Detektorelement, welches mindestens zwei unterschiedliche Energieschwellenwerte aufweist. Ein Energieschwellenwert determiniert die Registrierung eines auf das Detektorelement auftreffenden Röntgenphotons. Das Detektorelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es getrennt voneinander Röntgenphotonen mit einer Energie zwischen dem ersten Energieschwellenwert und dem zweiten Energieschwellenwert und Röntgenphotonen mit einer höheren Energie als der zweite Energieschwellenwert zählt, wobei der zweite Energieschwellenwert höher als der der erste Energieschwellenwert ist. Die mindestens zwei Energieschwellenwerte sind vorzugsweise im Sinne einer hohen Energieseparation weit auseinanderliegend gewählt und liegen beispielsweise auf Energieniveaus, die einer an die Röntgenröhre applizierten Spannung von 80kV und 120kV entsprechen. Die Zählung der Röntgenphotonen erfolgt indirekt, indem das Detektorelement Röntgenphotonen in Elektronen umwandelt, deren freigesetzte Ladungen gemessen werden. Der Monitor-Detektor kann eine Mehrzahl von photonenzählenden Detektorelementen umfassen. Die bevorzugte Ausführungsform des Monitor-Detektors bietet den Vorteil einer präzisen Messung der von der Röntgenquelle emittierten und in einer Haupteinstrahlrichtung auf der Detektorfläche des Monitor-Detektors auftreffenden Röntgenphotonen. Die unterschiedlichen Energieschwellenwerte des Detektorelements des Monitor-Detektors ermöglichen eine energieauflösende Messung der eintreffenden Röntgenstrahlung. Dadurch kann sehr genau die jeweils zu einem bestimmten Messzeitpunkt an der Röntgenröhre anliegende effektive bzw. tatsächliche Spannung berechnet werden.
Alternativ zu den beschriebenen beiden Ausgestaltungsformen des Monitor-Detektors kann dieser vorzugsweise eine Kombination beider Detektortypen aufweisen, sodass er mindestens zwei Detektorelemente umfasst, die in einer Photonen-Haupteinstrahlrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei jedes Detektorelement energieintegrierend oder photonenzählend ausgebildet ist. Die Photonen-Haupteinstrahlrichtung steht rechtwinklig oder winklig zu einer Detektorfläche eines Monitor-Detektors. Grundsätzlich kann der Monitor-Detektor eine Mehrzahl von Detektorschichten und/oder mehrere mehrlagige Detektorelemente umfassen. Vorzugsweise umfasst er ein zumindest zweilagiges Detektorelement, welches so ausgebildet ist, dass mindestens zwei Detektorschichten unterschiedliche Energiespektren eintreffender Röntgenstrahlung messen. Das Detektorelement kann also eine Schicht eines energieintegrierenden Detektors und eine Schicht eines photonenzählenden Detektors umfassen, die in Photonen-Haupteinstrahlrichtung beliebig angeordnet sein können. Dabei können prinzipiell beide Schichten auf die Detektion nieder- oder hochenergetischer Röntgenstrahlung ausgelegt sein. Vorzugsweise erfolgt die Kombination beider Detektortypen derart, dass eine Messung eintreffender Röntgenphotonen in hoher Energieseparation erfolgt. Diese Ausgestaltungsform des Monitor-Detektors vereint die bereits beschriebenen Vorteile des energieintegrierenden und des photonenzählenden Detektortyps. Darüber hinaus sind beliebige andere Kombinationen der beschriebenen Detektortypen möglich.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten eines Untersuchungsobjekts ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Röntgenquelle während eines Messvorgangs oder zwischen zwei Messvorgängen so angesteuert wird, dass in verschiedenen Zeitabschnitten Projektionsdaten mit unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien akquiriert werden, und auf Basis der Dosismessdaten des Monitor-Detektors jeweils Energiedaten für die verschiedenen Zeitabschnitte ermittelt werden. Die Röntgenquelle ist wie erwähnt vorzugsweise als Röntgenröhre ausgebildet, die zwischen zwei Spannungs- und/oder Stromstärken umgeschaltet wird, sodass sie abwechselnd nieder- und hochenergetische Röntgenstrahlung emittiert. Besonders bevorzugt erfolgt die Umschaltung in hoher Frequenz. Als Messvorgang wird in diesem Zusammenhang eine Summe von Messungen von einem sich in einem räumlichen Volumen erstreckenden Untersuchungsobjekt verstanden, wie sie regelmäßig durchgeführt werden, um Schnittbilder und/oder Volumenbilder davon zu erzeugen. Bei der bevorzugten abwechselnden Emission von nieder- und hochenergetischer Röntgenstrahlung durch die Röntgenquelle können die Zeitabschnitte, in welchen Projektionsdaten und Dosismessdaten bei einer niederenergetischen Strahlung sowie Projektionsdaten und Dosismessdaten bei einer relativ dazu hochenergetischen Strahlung akquiriert werden, separat ermittelt und separat aufsummiert bzw. errechnet werden. Die aufsummierten Zeitabschnitte können dann jeweils eine „Belichtungszeit“ pro Volumenabschnitt (bzw. für ein einzelnes Schnittbild) des Untersuchungsobjekts für eine Röntgenstrahlenergie darstellen. Da die Dosismessdaten mit einem Teil nicht durch das Untersuchungsobjekt hindurchgehender Röntgenstrahlung akquiriert wurden, können sie als Referenz zur Bewertung der gleichzeitig akquirierten Projektionsdaten gelten. Eine Verarbeitung der Dosismessdaten zu Energiedaten unter Anwendung definierter Berechnungsverfahren kann also Informationen darüber erbringen, welche Röntgenstrahlenergie in welchem Zeitabschnitt gemessen wurde. Im Ergebnis kann dieses Verfahren den gleichen positiven Effekt erzielen, als würde das Untersuchungsobjekt in einem ersten abgeschlossenen Messvorgang mit einer niederenergetischen Röntgenstrahlung und in einem zweiten abgeschlossenen Messvorgang mit einer hochenergetischen Röntgenstrahlung gescannt und die Messdaten anschließend miteinander verrechnet werden. Der Vorteil eines Verfahrens, dessen Bestandteil das erfindungsgemäße Verfahren ist, liegt allerdings in einer deutlichen Reduzierung von negativen Einflüssen auf die Qualität der Bilder des Untersuchungsobjekts, die aus einer Bewegung des Untersuchungsobjekts resultieren können, insbesondere wenn ein in-vivo Scan eines lebendigen Organismus, z.B. eines Menschen oder Tieres, durchgeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das bereits erläuterte Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten den Schritt, dass die Dosismessdaten des Monitor-Detektors direkt bei einer Rekonstruktion der Bilddaten auf Basis der Projektionsdaten verwendet werden. Unter einer Rekonstruktion der Bilddaten wird hierbei eine Berechnung von Schnittbilddaten und/oder Volumenbilddaten des Untersuchungsobjekts aus den Projektionsdaten verstanden. Die rekonstruierten Bilddaten können vorteilhafterweise eine korrigierte Bildgebung des Untersuchungsobjekts umfassen, die durch eine energieauflösende Akquisition von Dosismessdaten ermöglicht wurde. Beispielsweise kann die korrigierte Bildgebung den Vorteil einer besseren Unterscheidbarkeit von Strukturen innerhalb des Untersuchungsobjekts erbringen. Die benannten Verfahrensschritte können in der Steuereinrichtung des Röntgensystems und bevorzugt in der Rekonstruktionseinheit durchgeführt werden und/oder in einer an die Steuereinrichtung angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit (z.B. ein Computersystem). In unterschiedlichen Zwischenschritten des Verfahrens können Datensätze in einer Speichereinheit zwischengespeichert und dann erneut der Verarbeitungskette durch eine Datenverarbeitungseinheit zugeführt werden.
Das Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten weist darüber hinaus bevorzugt Verfahrensschritte auf, wonach die Dosismessdaten des Monitor-Detektors zur Erzeugung von Energiedaten verwendet werden, und die Energiedaten bei einer Erzeugung von Mischbilddaten aus Bilddaten genutzt werden. Die Bilddaten wurden dabei zuvor aus Projektionsdaten der Projektions-Detektoranordnung rekonstruiert, die bei unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien akquiriert wurden. Gegenüber der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Zusammenführung von weiter verarbeiteten Daten, die aus separat akquirierten Projektionsdaten und Dosismessdaten erzeugt wurden, hier nach dem Schritt einer Rekonstruktion von Bilddaten durchgeführt. Die Mischbilddaten können korrigierte Bilddaten sein, wobei für den Korrekturvorgang Energiedaten hinsichtlich der aktuellen Werte für Röntgenstrahlenergien verwendet wurden. Die Verfahrensschritte können in der Steuereinrichtung des Röntgensystems durchgeführt werden und/oder in einer an die Steuereinrichtung angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit. In unterschiedlichen Zwischenschritten des Verfahrens können Datensätze in einer Speichereinheit zwischengespeichert werden und dann erneut der Verarbeitungskette zugeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 ein Schaltbild eines Computertomographie-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 einen Ausschnitt eines Schaltbilds eines Computertomographie-Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 ein Flussdiagramm einer Verarbeitung von Daten durch eine Steuereinrichtung eines Computertomographie-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform,
4 ein Flussdiagramm einer Verarbeitung von Daten durch eine Steuereinrichtung eines Computertomographie-Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
5 eine schematische Skizze eines Monitor-Detektors gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 eine schematische Skizze eines Monitor-Detektors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt ein Computertomographie-System 1 mit einem Scanner 2 zur Gewinnung von Projektionsdaten PD von einem Untersuchungsobjekt P unter Verwendung von Röntgenstrahlung X. Das Untersuchungsobjekt P ist bei einem Messvorgang auf einem Tisch 6 positioniert, der sich in einem Messraum 3 des Computertomographie-Systems 1 befindet. Auf gegenüberliegenden Seiten des Messraums 3 sind einander zugewandt an einer Gantry eine Röntgenquelle 4 und eine Projektions-Detektoranordnung 7 zur Messung von Röntgenstrahlung X angeordnet, die sich im Betrieb des Computertomographie-Systems 1 konzentrisch um den Messraum 3 bewegen, ohne sich relativ zueinander zu bewegen. Die Röntgenquelle 4 strahlt im Betrieb Röntgenstrahlung X ab, die auf einer der Projektions-Detektoranordnung 7 zugewandten Seite der Röntgenquelle 4 teilweise durch eine Blende 5 absorbiert wird. Die Blende 5 weist eine erste Blendenöffnung 50 auf, durch welche Röntgenstrahlung X in einer Photonen-Haupteinstrahlrichtung R in den Messraum 3 eindringt. Die Röntgenstrahlung X wird nach ihrem Austritt aus der ersten Blendenöffnung 50 der Blende 5 als Röntgen-Fächerstrahl F bezeichnet. Bei entsprechender Form der Blende 5 kann die Röntgenstrahlung X nach ihrem Austritt aus der ersten Blendenöffnung 50 alternativ auch einen Röntgenkegelstrahl bilden. Die erste Blendenöffnung 50 ist derart dimensioniert, dass der Röntgen-Fächerstrahl F bei einem Auftreffen auf die Projektions-Detektoranordnung 7 mindestens eine gesamte Detektionsfläche der Projektions-Detektoranordnung 7 beaufschlagt. In einem geringen Abstand von der Röntgenquelle 4 ist in einem Bereich zwischen der Röntgenquelle 4 und der Blende 5 ein Monitor-Detektor 8 zur Messung von Röntgenstrahlung X angeordnet. Der Monitor-Detektor 8 ist der Röntgenquelle 4 zugewandt und weist eine geringere Detektionsfläche als die Projektions-Detektoranordnung 7 auf und wird im Betriebszustand von der Röntgenstrahlung X, nicht aber von dem Röntgen-Fächerstrahl F erreicht. Der Röntgen-Fächerstrahl F besitzt als Ausschnitt der gesamten Röntgenstrahlung X pro Einheit eines Abstrahl-Raumwinkels, pro Zeiteinheit und zu einem definierten Zeitpunkt die gleiche Intensität und Röntgenstrahlenergie wie die Röntgenstrahlung X.
Die Röntgenquelle 4 emittiert im Betrieb des Computertomographie-Systems 1 Röntgenstrahlung X mit mindestens zwei verschiedenen Energiespektren (Dual-Energy CT/Multi-Energy CT), wobei die Energiespektren in hoher Frequenz alternieren bzw. umgeschaltet werden (fast kVp/mA switching). Der Monitor-Detektor 8 besitzt mindestens zwei Detektorelemente mit unterschiedlicher Sensitivität für Röntgenstrahlenergien. Dadurch kann er eine energieauflösende Messung der von der Röntgenquelle 4 emittierten Röntgenphotonen durchführen. Die Projektions-Detektoranordnung 7 besitzt eine Mehrzahl von Detektorelementen zur Erzeugung von Projektionsdaten PD von dem im Messraum 3 angeordneten Untersuchungsobjekt P. Der Monitor-Detektor 8 erzeugt bei einer Messung Dosismessdaten DD über die Dosis an Röntgenstrahlung X, die während eines bestimmten Messzeitraums auf seiner Detektionsfläche auftrifft. Die Röntgenstrahlung X wird dabei lediglich durch Umgebungsluft hindurchgestrahlt. Die Projektions-Detektoranordnung 7 erzeugt Projektionsdaten PD über die Dosis an Röntgenstrahlung X, die während des Messzeitraums an verschiedenen Detektorelementen der Projektions-Detektoranordnung 7 auftrifft, nachdem sie von Röntgenquelle 4 durch ein Untersuchungsobjekt P projiziert wurde.
Das Computertomographie-System 1 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung 10 zur Verarbeitung von Daten und Aussendung von Steuersignalen an den Scanner 2. Die Steuereinrichtung 10 ist mit der Projektions-Detektoranordnung 7 und dem Monitor-Detektor 8 verbunden. Sie ist außerdem über eine Schnittstelle 16 mit einem Bus 20 zum Datentransport verbunden. An den Bus 20 ist einerseits ein Terminal 21 zur Datenverarbeitung mit einem Bildschirm 22 und einer Bedieneinheit 23 angeschlossen, andererseits ein Massenspeicher 24. Der Bus 20 kann beispielsweise auch an einem radiologischen Informationssystem (RIS) angeschlossen sein. Die Verbindungen zwischen allen in 1 gezeigten Elementen, Einrichtungen und Einheiten des Computertomographie-Systems 1 sind als elektronische Zwei-Wege-Verbindungen zur Entsendung und zum Empfang von Signalen ausgebildet.
Die Steuereinrichtung 10 umfasst eine Messsteuereinheit 11 mit einer Synchronisationseinheit 12. Die Steuereinrichtung 10 ist ausgebildet, um auf Basis von vorgegebenen, vom Bediener auswählbaren und veränderbaren Messprotokollen das gesamte CT-System zur Durchführung bestimmter Messungen bzw. zur Aufnahme bestimmter Bilddaten automatisch anzusteuern, wobei auch die Rekonstruktion der Bilddaten hierdurch vorgegeben werden kann. Die prinzipielle Messweise ist dem Fachmann aber bekannt und braucht daher hier nicht weiter ausgeführt zu werden. Die Synchronisationseinheit 12 der Messsteuereinheit 11 steuert dabei die Röntgenquelle 4, die Projektions-Detektoranordnung 7 und den Monitor-Detektor 8 derart, dass die Emission von Röntgenstrahlung X und die gleichzeitige Messung einer emittierten Röntgenstrahlung X durch die Detektoren 7, 8 innerhalb eines definierten Zeitintervalls erfolgen. Diese Ansteuerung erfolgt durch Aussendung von Clock-Signalen CS_R, CS_M, CS_P von der Synchronisationseinheit 12 an die Röntgenquelle 4 (CS_R), an den Monitor-Detektor 8 (CS_M) sowie an die Projektions-Detektoranordnung 7 (CS_P).
Die Steuereinrichtung 10 umfasst hier außerdem eine Kombinationseinheit 15 zur Verknüpfung von Dosismessdaten DD und Projektionsdaten PD, welche zuvor in einem gemeinsamen Messzeitraum bzw. zu einem identischen Messzeitpunkt akquiriert wurden. Die Steuereinrichtung 10 weist darüber hinaus eine Bilderzeugungseinheit 14 zur Erzeugung von Bilddaten BD auf, die eine Rekonstruktionseinheit 13 zur Rekonstruktion von Bilddaten BD aus Projektionsdaten PD umfasst. Die Bilddaten BD umfassen ein Abbild des Untersuchungsobjekts P in Form von Schnittbildern und können auf einem Bildschirm 22 dargestellt werden. Außerdem verfügt die Steuereinrichtung 10 über eine Schnittstelle 16, welche Daten von der Steuereinrichtung 10 an den Bus 20 übermittelt.
Die in einem gemeinsamen Messzeitraum 3 akquirierten Dosismessdaten DD und Projektionsdaten PD können in der Kombinationseinheit 15 verknüpft werden. Sie können alternativ direkt der Rekonstruktionseinheit 13 zugeleitet werden, die daraus Bilddaten BD erzeugen kann. Nach einer weiteren Alternative können Bilddaten BD ohne Verwendung von Dosismessdaten DD oder darauf basierenden Energiedaten ED aus Projektionsdaten PD erzeugt werden. In einem weiteren Schritt der Datenverarbeitung können unter Einbeziehung von Energiedaten ED aus (in herkömmlicher Weise oder unter Nutzung der Dosismessdaten bzw. Energiedaten rekonstruierten) Bilddaten BD Mischbilddaten MD generiert werden.
In 2 ist im Vergleich zu 1 die Position des Monitor-Detektors 8 im Scanner 2 verändert. Der Monitor-Detektor 8 ist hier in der Photonen-Haupteinstrahlrichtung R in oder hinter einer zweiten Blendenöffnung 51 der Blende 5 angeordnet, deren Fläche vorzugsweise nicht größer ist als die Detektorfläche des Monitor-Detektors 8. Der durch die erste Blendenöffnung 50 der Blende 5 gehende Röntgen-Fächerstrahl F wird somit durch die zweite Blendenöffnung 51 der Blende 5 nicht beeinträchtigt. Der Monitor-Detektor 8 wird im Betrieb des Computertomographie-Systems 1 von der Röntgenstrahlung X bestrahlt, die von der Röntgenquelle 4 emittiert wird.
3 zeigt einen Vorgang der Messdatenakquisition und -verarbeitung gemäß einer ersten Ausführungsform. In einer ersten Messung (Schritt 3.III) erfolgt die Akquisition der Projektionsdaten PD, in einer zweiten, zeitlich parallelen Messung (Schritt 3.I) wird separat die Akquisition der Dosismessdaten DD durchgeführt. Datenakquisition und die ersten Verarbeitungsschritte werden getrennt vorgenommen, ohne dass die Daten miteinander vermischt werden. Aus den Dosismessdaten DD werden zunächst Energiedaten ED berechnet (Schritt 3.II), die Informationen über Röntgenstrahlenergien in bestimmten Zeitabschnitten enthalten. Aus den Projektionsdaten PD werden Bilddaten BD rekonstruiert (Schritt 3.IV). Energiedaten ED und Bilddaten BD werden daraufhin verknüpft (Schritt 3.V) zu Bild-Energie-Daten BD_E, die Informationen darüber enthalten, bei welcher Röntgenstrahlenergie ein jeweiliger Satz von Bilddaten BD erzeugt wurde. Diese Bild-Energie-Daten BD_Ekönnen entweder in einen Speicher geladen werden (Schritt 3.VII) oder in einem weiteren Verarbeitungsschritt (Schritt 3.VI) zur Erzeugung von Mischbilddaten MD verwendet werden. Die Mischbilddaten MD stellen korrigierte Bilddaten BD dar, wobei für den Korrekturvorgang Energiedaten ED hinsichtlich der tatsächlichen Werte für Röntgenstrahlenergien verwendet wurden. Zwischengespeicherte Daten können jeweils die Grundlage für weitere Datenverarbeitungsschritte bilden.
Der in 4 gezeigte Vorgang der Messdatenakquisition (Schritte 4.I; 4.II) und -verarbeitung unterscheidet sich insofern von dem in 3 illustrierten Ablauf, als eine Rekonstruktion von Bilddaten BD (Schritt 4.III) aus Projektionsdaten PD direkt unter Verwendung von Dosismessdaten DD erfolgt. Eine Berechnung von Energiedaten ED aus Dosismessdaten DD kann daher entfallen, ist aber nicht ausgeschlossen. Nach der Rekonstruktion werden die Bilddaten BD in einen Speicher geladen (Schritt 4.IV). Auch hier ist später noch eine Erzeugung von Mischbilddaten analog zu 3 möglich.
5 zeigt einen Monitor-Detektor 8 mit zwei Detektorelementen 30, 31, die in einer Photonen-Haupteinstrahlrichtung R nebeneinander angeordnet sind, sodass ein erster Teil der Röntgenphotonen auf das Detektorelement 30 auftrifft und dort gemessen wird, und ein zweiter Teil der Röntgenphotonen durch das Detektorelement 31 gemessen wird. Die Detektorelemente 30, 31 sind nach dem energieintegrierenden Prinzip ausgebildet. Sie unterscheiden sich durch unterschiedlich stark ausgebildete Strahlungsfilter 36, 37, von welchen jeweils ein Strahlungsfilter einem Detektorelement in der Photonen-Haupteinstrahlrichtung R vorgeschaltet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine energieauflösende Messung der Röntgenstrahlung X durch den Monitor-Detektor 8. Beide Detektorelemente 30, 31 sind an eine Verarbeitungseinheit 34 angeschlossen, die eingehende Signale der Detektorelemente 30, 31 zu Dosismessdaten DD verarbeitet.
6 zeigt einen Monitor-Detektor 8 in Multi-Layer-Ausprägung mit zwei Detektorelementen 32, 33, die in einer Photonen-Haupteinstrahlrichtung R hintereinander angeordnet sind, sodass ein erster Teil der Röntgenphotonen auf das Detektorelement 32 auftrifft und dort gemessen wird, und ein zweiter Teil der Röntgenphotonen durch das Detektorelement 32 hindurch läuft und am Detektorelement 33 gemessen wird. Beide Detektorelemente 32, 33 sind an eine Verarbeitungseinheit 35 angeschlossen, die eingehende Signale der Detektorelemente 32, 33 zu Dosismessdaten DD verarbeitet. Während das Detektorelement 32 nach dem photonenzählenden Prinzip ausgebildet ist, arbeitet das Detektorelement 33 nach dem energieintegrierenden Prinzip. Dadurch wird eine energieauflösende Messung der Röntgenstrahlung X durch den Monitor-Detektor 8 ermöglicht.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Computertomographie-Systemen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können in den verschiedenen Ausführungsbeispielen genannten Merkmale oder Verfahrensschritte zu neunen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Modul“, „Einheit“ und „Einrichtung“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Computertomographie-System
2: Scanner
3: Messraum
4: Röntgenquelle
5: Blende
6: Tisch
7: Projektions-Detektoranordnung
8: Monitor-Detektor
10: Steuereinrichtung
11: Messsteuereinheit
12: Synchronisationseinheit
13: Rekonstruktionseinheit
14: Bilderzeugungseinheit
15: Kombinationseinheit
16: Schnittstelle
20: Bus
21: Terminal
22: Bildschirm
23: Bedieneinheit
24: Massenspeicher
30: Detektorelement
31: Detektorelement
32: Detektorelement
33: Detektorelement
34: Verarbeitungseinheit
35: Verarbeitungseinheit
36: Strahlungsfilter
37: Strahlungsfilter
50: Erste Blendenöffnung
51: Zweite Blendenöffnung
BD: Bilddaten
BDE: Bild-Energie-Daten
DD: Dosismessdaten
ED: Energiedaten
MD: Mischbilddaten
PD: Projektionsdaten
F: Röntgen-Fächerstrahl
P: Untersuchungsobjekt
R: Photonen-Haupteinstrahlrichtung
X: Röntgenstrahlung
CS_R: Clock-Signal Röntgenquelle
CS_M: Clock-Signal Monitor-Detektor
CS_P: Clock-Signal Projektions-Detektoranordnung

Claims

Röntgensystem (1), insbesondere Computertomographie-System (1), mit – einer Röntgenquelle (4), – einer der Röntgenquelle (4) zugeordneten Projektions-Detektoranordnung (7) zur Akquisition von Projektionsdaten (PD) eines Untersuchungsobjekts (P), und – einem Monitor-Detektor (8) zur Messung von aktuellen Dosismessdaten (DD) von Röntgenstrahlung (X) der Röntgenquelle (4), welcher so ausgebildet und angeordnet ist, dass er einen Teil der nicht durch das Untersuchungsobjekt (P) verlaufenden Röntgenstrahlung (X) detektiert, wobei der Monitor-Detektor (8) als energieauflösender Detektor ausgebildet ist.
Röntgensystem nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung (10), welche so ausgebildet ist, dass sie im Betrieb die Projektions-Detektoranordnung (7) und den Monitor-Detektor (8) zur synchronisierten, vorzugsweise zeitlich parallelen, Erfassung von Projektionsdaten (PD) und Dosismessdaten (DD) ansteuert.
Röntgensystem nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Steuereinrichtung (10), welche so ausgebildet ist, dass von der Projektions-Detektoranordnung (7) erfasste Projektionsdaten (PD) und/oder auf Basis der Projektionsdaten (PD) rekonstruierte Bilddaten (BD) mit vom Monitor-Detektor (8) hierzu zeitlich korreliert erfassten Dosismessdaten (DD) oder darauf basierenden Energiedaten (ED) verknüpft werden.
Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Bilderzeugungseinheit (14), welche so ausgebildet ist, dass sie auf Basis der Projektionsdaten (PD) Bilddaten (BD) erzeugt, wobei zusätzlich zu den Projektionsdaten (PD) zeitlich korreliert erfasste Dosismessdaten (DD) oder darauf basierende Energiedaten (ED) verwendet werden.
Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Monitor-Detektor (8) im Bereich einer der Röntgenquelle (4) zugewandten Blende (5) angeordnet ist.
Röntgensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Monitor-Detektor (8) an der Projektions-Detektoranordnung (7) positioniert oder in die Projektions-Detektoranordnung (7) integriert ist.
Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Monitor-Detektor (8) mindestens zwei energieintegrierende Detektorelemente (30, 31) umfasst, denen jeweils unterschiedliche Strahlungsfilter (36, 37) vorgeschaltet sind.
Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Monitor-Detektor (8) mindestens ein photonenzählendes Detektorelement umfasst, welches mindestens zwei unterschiedliche Energieschwellenwerte aufweist.
Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Monitor-Detektor (8) mindestens zwei Detektorelemente (32, 33) umfasst, die in einer Photonen-Haupteinstrahlrichtung (R) hintereinander angeordnet sind, wobei jedes Detektorelement (32, 33) energieintegrierend oder photonenzählend ausgebildet ist.
Verfahren zur Akquisition von Projektionsdaten (PD) eines Untersuchungsobjekts (P) mittels eines Röntgensystems (1), insbesondere Computertomographie-Systems (1), mit einer Röntgenquelle (4), wobei – mittels einer der Röntgenquelle (4) zugeordneten Projektions-Detektoranordnung (7) Projektionsdaten (PD) eines Untersuchungsobjekts (P) akquiriert werden, – und mittels eines Monitor-Detektors (8) aktuelle Dosismessdaten (DD) eines nicht durch das Untersuchungsobjekt (P) verlaufenden Teils der Röntgenstrahlung (X) gemessen werden, wobei die Messung der aktuellen Dosismessdaten (DD) energieauflösend erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Röntgenquelle (4) während eines Messvorgangs oder zwischen zwei Messvorgängen so angesteuert wird, dass in verschiedenen Zeitabschnitten Projektionsdaten (PD) mit unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien akquiriert werden, und auf Basis der Dosismessdaten (DD) des Monitor-Detektors (8) jeweils Energiedaten (ED) für die verschiedenen Zeitabschnitte ermittelt werden.
Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten (BD), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellung von Projektionsdaten (PD), die mittels einer Projektions-Detektoranordnung (7) eines Röntgensystems (1), insbesondere Computertomographie-Systems (1), akquiriert wurden, – Bereitstellung von aktuellen Dosismessdaten (DD), die mittels eines Monitor-Detektors (8) von einem nicht durch das Untersuchungsobjekt (P) verlaufenden Teil der Röntgenstrahlung (X) in energieauflösender Messung erfasst wurden, – Erzeugung der Bilddaten (BD) auf Basis der Projektionsdaten (PD) unter Verwendung der Dosismessdaten (DD) des Monitor-Detektors (8).
Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten (BD) nach Anspruch 12, wobei die Dosismessdaten (DD) des Monitor-Detektors (8) bei einer Rekonstruktion der Bilddaten (BD) auf Basis der Projektionsdaten (PD) verwendet werden.
Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten (BD) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Dosismessdaten (DD) des Monitor-Detektors (8) zur Erzeugung von Energiedaten (ED) verwendet werden, und die Energiedaten (ED) bei einer Erzeugung von Mischbilddaten (MD) aus Bilddaten (BD) genutzt werden, welche Bilddaten (BD) aus Projektionsdaten (PD) der Projektions-Detektoranordnung (7) rekonstruiert wurden, die bei unterschiedlichen Röntgenstrahlenergien akquiriert wurden.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) und/oder einer Bilderzeugungseinheit (14) eines Röntgensystems (1), insbesondere Computertomographie-Systems (1), ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 14 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der Steuereinrichtung (10) und/oder Bilderzeugungseinheit (14) ausgeführt wird.