DE102013203541A1

DE102013203541A1 - Röntgen-CT-Abtastung und Dual-Source-CT-System

Info

Publication number: DE102013203541A1
Application number: DE102013203541.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Allmendinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-04
Also published as: KR20140109308A; US20140247917A1; CN104013418A; CN104013418B; US9498168B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgen-CT-Abtastung mit einem Dual-Source-CT-System (1), bei welcher zwei Strahlenbündel (SA, SB) jeweils derart durch Blenden (2.1, 4.1) begrenzt werden, dass diese Strahlenbündel (SA, SB), zumindest im Untersuchungsobjekt (7) frei von gegenseitigen Schnittpunkten sind. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Dual-Source-CT-System (1), welches Mittel zur Steuerung von strahlenbegrenzenden Blenden (2.1, 4.1) aufweist, welche die Strahlenbündel (SA, SB) derart begrenzen und ausrichten, dass diese zumindest im Untersuchungsobjekt (7) frei von gegenseitigen Schnittpunkten verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgen-CT-Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit zwei, auf einer gemeinsamen Gantry eines CT-Systems winkelversetzt angeordneten Strahler-Detektor-Systemen, wobei jeder Strahler einen Brennpunkt aufweist und jeder Detektor als Mehrzeilendetektor mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter ausgebildet ist, und während des Abtastvorgangs zwischen jedem Brennpunkt und dem gegenüberliegenden Detektor jedes Strahler-Detektor-Systems jeweils ein in zwei Dimensionen divergierendes und durch strahlerseitige Blenden begrenztes Strahlenbündel erzeugt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Dual-Source-CT-System zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes, aufweisend zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordnete Strahler-Detektor-Systeme mit jeweils mindestens einer Röntgenröhre, die im Betrieb einen Brennpunkt bildet, der auf einer Umfangslinie um eine in z-Richtung verlaufende Systemachse rotiert, und einem ebenfalls um die Systemachse rotierenden Mehrzeilendetektor, dessen Detektorzeilen in Umfangsrichtung verlaufen, mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter, wobei ausgehend vom jeweiligen Brennpunkt ein durch Blenden begrenztes Strahlenbündel auf den jeweils zugeordneten Mehrzeilendetektor gerichtet ist.
Das eingangs beschriebene Verfahren und ein hierzu dienendes Dual-Source-CT-System sind allgemein bekannt. Bei solchen Abtastverfahren und solchen CT-Systemen mit zwei Röhren in 90° Anordnung führt der Betrieb im Zweiröhrenmodus unweigerlich zur Ausbildung von Querstreuung am Objekt, die aus geometrischen Gründen auch durch zweidimensional wirkende Streustrahlgitter über den Detektoren nicht abgeschirmt werden kann und daher als zusätzliches Signal am Detektor gemessen wird. Wenn die Beträge aus dieser Querstreuung nicht korrigiert werden, führt das unweigerlich zu Artefakten im Bild, welche insbesondere beim Zweispektren-Dual-Source-Scan, also im Dual-Energy-Betrieb, die Auswertung nachhaltig stören und artefaktbelastete Ergebnisse liefern.
Aus diesem Grund sind Algorithmen entwickelt worden, die versuchen diese Streustrahlungsbeiträge abzuschätzen und zu korrigieren. Es gibt auch technische Hardware-Lösungen, wie zum Beispiel Scatter-Monitore, verkleinerte Kollimierung zur Messung der Streustrahlungsbeiträge in den Randzeilen, um die Streustrahlungsbeiträge zu messen und korrigieren zu können. Insbesondere die Aufnahme-Modi auf Basis der Randzeilenkorrektur dienten bei den bis jetzt bestehenden Geräten dazu, Ergebnisse mit hoher Qualität zu liefern.
Für ein Gerät mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlgitter ist diese Art der Datennahme und Korrektur allerdings nicht möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Röntgen-CT-Abtastung mit zwei Strahler-Detektor-Systemen und ein Dual-Source-CT-System zu finden, welches bei der Abtastung eine verminderte Neigung zur Artefaktbildung in den daraus entstehenden CT-Darstellungen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass eine spezielle Form der Datenaufnahme und Führung der abtastenden Strahlenbündel eine weitgehende Unterdrückung der Streustrahlungsbeiträge ermöglichen kann. Der Schlüssel dazu ist ein asymmetrischer Betrieb der beiden Detektoren in Bezug auf die eingeblendeten Zeilen, welche in Kombination mit dem zweidimensionalen Streustrahlungsgitter zu einer starken Unterdrückung der Streustrahlungsbeiträge im jeweils anderen Detektor führen. Dies wird bewirkt durch eine Strahlführung der abtastenden Strahlen derart, dass die Strahlenbündel beider Strahler-Detektor-Systeme keine Schnittpunkte mehr aufweisen.
Grundsätzlich ist es hierzu möglich, ein CT-System zu bauen, in dem die Detektorsysteme und/oder die Brennpunkte der Strahler in z-Richtung soweit gegeneinander versetzt sind, dass trotz Nutzung einer gemeinsamen Gantry Überschneidungen zwischen den beiden Strahlungsbündeln der Strahler-Detektor-Systeme vermieden werden. Dadurch wird die Entstehung von Streustrahlung im Strahlweg des einen Strahler-Detektor-Systems durch Strahlen des jeweils anderen Strahler-Detektor-Systems vermieden. Die sonstige in beiden Systemen grundsätzlich immer entstehende Streustrahlung kann dann – rein geometrisch betrachtet und in erster Näherung – durch zweidimensional wirkende Streustrahlgitter unterdrückt werden. Der Vorteil einer solchen Ausführung eines CT-Systems liegt darin, dass die verwendeten Mehrzeilendetektoren mit ihrer vollen Fläche genutzt werden können. Allerdings wird dieser Vorteil damit erkauft, dass ein gleichzeitiges Abtasten einer Region durch zwei nur winkelversetzte Strahlenbündel nicht mehr möglich ist.
In einer anderen erfindungsgemäßen Variante wird ausgehend vom derzeitig üblichen Aufbau eines Dual-Source-CT-Systems mit zwei auf einer gemeinsamen Gantry angeordneten Mehrzeilendetektoren und jeweils zentral den Mehrzeilendetektoren gegenüberliegenden Brennpunkten ausgegangen. Durch eine einseitige Beschneidung der von den Brennpunkten zum jeweiligen Detektor ausgesandten Strahlenbündel mit Hilfe von im Bereich der Röntgenröhre angebrachten Blenden auf etwa die Hälfte des Öffnungswinkels des Strahlenbündels in z-Richtung kann erreicht werden, dass die beiden Strahlenbündel sich nicht mehr schneiden. Entsprechend wird auch jeder Detektor in z-Richtung gesehen nur noch teilweise bestrahlt, so dass der Detektor in Umfangsrichtung weiterhin zwar voll genutzt wird, jedoch in z-Richtung nur noch ein in z-Richtung schmalerer Teil verwendet und ausgelesen wird.
In einer weitergehenden Variante kann zur besseren Trennung der Strahlenbündel der Brennpunkt der Strahlenbündel in z-Richtung voneinander entfernt werden. Hierdurch ergibt sich, dass sich die nutzbare Fläche des Detektors wieder verbreitert. Alternativ können auch die Detektoren in z-Richtung gegeneinander verschoben werden oder beide Maßnahmen mit einander kombiniert werden.
Da durch die Relativverschiebung von Brennpunkt und Detektor in z-Richtung die Einstrahlrichtung der einzelnen Strahlen je Detektorelement geändert werden und gegebenenfalls nicht mehr auf das vorhandene Streustrahlgitter angepasst sind, kann auch der Detektor gleichzeitig mit der Veränderung der Strahlrichtung des Strahlenbündels verkippt werden, so dass trotz Veränderung der Strahlrichtung immer eine optimale Ausrichtung zwischen Detektor und Brennpunkt erhalten bleibt.
Demgemäß schlägt der Erfinder die Verbesserung einer Röntgen-CT-Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit zwei, auf einer gemeinsamen Gantry eines CT-Systems winkelversetzt angeordneten Strahler-Detektor-Systemen, vor, bei der jeder Strahler einen Brennpunkt aufweist und jeder Detektor als Mehrzeilendetektor mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter ausgebildet ist, und während des Abtastvorgangs zwischen jedem Brennpunkt und dem gegenüberliegenden Detektor jedes Strahler-Detektor-Systems jeweils ein in zwei Dimensionen divergierendes und durch strahlerseitige Blenden begrenztes Strahlenbündel erzeugt wird. Erfindungsgemäß sollen die beiden Strahlenbündel jeweils derart durch die Blenden begrenzt werden, dass diese Strahlenbündel, zumindest im Untersuchungsobjekt, frei von gegenseitigen Schnittpunkten sind.
In einer ersten Ausführungsvariante können die beiden Brennpunkte, wie es bei einem Dual-Source-CT zurzeit üblich ist, auf einer gemeinsamen Umfangslinie verlaufen. In derzeitigen CT-Systemen liegt diese Umfangslinie zentral zum gegenüberliegenden Detektor. Damit ist im Stand der Technik der Öffnungswinkel des Strahlkegels in z-Richtung so angeordnet, dass er sich symmetrisch zu einem senkrechten Mittelstrahl zwischen dem Mittelpunkt der Detektorfläche und dem gegenüberliegenden Fokus erstreckt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Dual-Source-CTs mit zwei in z-Richtung symmetrisch angeordneten Detektoren mit Mittelumfangslinien, die auf einer gemeinsamen Kreisfläche um die Systemachse verlaufen, werden die beiden Strahlenbündel in z-Richtung entgegengesetzt eingeblendet, so dass das eine Strahlenbündel des einen Strahler-Detektor-Systems von einer Seite zur Mitte hin verkleinert wird, während das andere Strahlenbündel des anderen Strahler-Detektor-Systems von der anderen Seite zur Mitte hin verkleinert wird. Entsprechend reduziert sich die nutzbare beziehungsweise genutzte Fläche auf dem Mehrzeilendetektor. Ein solches Vorgehen ist in der Regel mit derzeit existierenden Dual-Source-CT-Systemen möglich, ohne besondere Umbauten vornehmen zu müssen, da solche Systeme meist bereits ein variables Blendensystem für die Strahlkegel aufweisen.
Ein zentraler Punkt ist hier die asymmetrische Einblendung der beiden Detektoren eines Zweiröhrensystems mit 2D-Streustrahlungsgitter zur räumlichen Trennung der im jeweils anderen Detektor eingeblendeten Zeilen und der sich daraus ergebenden Reduktion von Querstreubeiträgen. Auf diese Weise ist es möglich, Dual-Energy-Aufnahmen mit hoher Qualität auch in einer 2D-Streustrahlungsgitter-Geometrie zu bekommen.
Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Brennpunkte der beiden Strahler-Detektor-Systeme auf zwei getrennten Umfangslinien geführt werden, wobei dann vorzugsweise die zwei getrennten Umfangslinien der Brennpunkte Kreisflächen bilden, die jeweils in z-Richtung gesehen versetzt zur Mittellinie der Detektoren verlaufen. Durch diese Ausführung wird die schnittfreie Trennung der beiden Strahlkegel der beiden Strahler-Detektor-Systeme verbessert. Grundsätzlich kann damit die Detektorfläche, bei auf gleicher Umfangslinie angeordneten Mehrzeilendetektoren, vergrößert werden oder eine noch bessere Trennung der beiden Strahlbündel erreicht werden.
Der Erfinder schlägt entsprechend bei nicht in z-Richtung versetzt angeordneten Brennpunkten, auch in einer Variante des Verfahrens vor, dass die beiden Strahlenbündel in z-Richtung derart begrenzt werden, dass sie jeweils nur einen Teil ihres Mehrzeilendetektors, vorzugsweise nur die Hälfte oder eine geringere Fläche, bestrahlen. Entsprechend kann jeweils nur der bestrahlte Teil der Detektoren für eine Bestimmung der Strahlungsschwächung genutzt werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Brennpunkte bezüglich ihrer z-Koordinaten innerhalb des jeweils bestrahlten Teils der Detektoren des zugehörigen Strahler-Detektor-Systems gesetzt werden.
Weiterhin sollten die beiden Strahlenbündel jeweils ihren Detektor bezüglich der Umfangsrichtung vollständig bestrahlen. Das heißt, die zusätzliche Einblendung der Strahlenbündel findet nur in z-Richtung statt, so dass weiterhin der gesamte Öffnungswinkel der Strahlenbündel in Umfangsrichtung erhalten bleibt, also die Zeilenlänge der Detektoren vollständig genutzt wird.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Röntgen-CT-Abtastung wird vom Erfinder vorgeschlagen, dass mindestens einer der Detektoren durch kippen bezüglich der z-Achse auf seinen in z-Richtung versetzten Fokus ausgerichtet wird. Da die Detektoren zweidimensionale Streustrahlgitter aufweisen, die die einzelnen Strahlen zwischen Fokus und Detektorelement sehr genau eingrenzen beziehungsweise umfassen, kann eine Verschiebung des Brennpunktes in z-Richtung aufgrund der nicht mehr richtigen Ausrichtung des Streustrahlgitters eine teilweise Abschattung der Strahlen erzeugen. Eine solche Abschattung lässt sich jedoch vermeiden, wenn gleichzeitig zum Versatz des Brennpunktes in z-Richtung auch eine Verkippung des Detektors stattfindet, die den Detektor weiterhin auf den Brennpunkt ausrichtet. Wird dabei gleichzeitig auch noch ein in z-Richtung gegenläufiger Versatz der Detektoren bewirkt, so trennen sich die Strahlenbündel noch besser und es wird noch weniger Streustrahlung aus dem jeweils anderen Strahler-Detektor-System gemessen.
Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren schlägt der Erfinder auch die Verbesserung eines Dual-Source-CT-Systems zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes vor, aufweisend zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordnete Strahler-Detektor-Systeme mit jeweils mindestens einer Röntgenröhre, die im Betrieb einen Brennpunkt bildet, der auf einer Umfangslinie um eine in z-Richtung verlaufende Systemachse rotiert, und einem ebenfalls um die Systemachse rotierenden Mehrzeilendetektor, dessen Detektorzeilen in Umfangsrichtung verlaufen, mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter, wobei ausgehend vom jeweiligen Brennpunkt ein durch Blenden begrenztes Strahlenbündel auf den jeweils zugeordneten Mehrzeilendetektor gerichtet ist. Die erfindungsgemäße Verbesserung liegt darin, dass Mittel zur Steuerung der Blenden vorgesehen sind, welche die beiden Strahlenbündel derart begrenzen und ausrichten, dass diese Strahlenbündel, zumindest im Untersuchungsobjekt, frei von gegenseitigen Schnittpunkten verlaufen.
In einer Variante wird dabei vorgesehen, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor ein in z-Richtung unterschiedlich positionierbarer Brennpunkt vorliegt. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor mindestens zwei Strahler mit in z-Richtung unterschiedlich positioniertem Brennpunkt auf der Gantry angeordnet werden. Alternativ kann auch für mindestens einen Mehrzeilendetektor ein Strahler mit einem in z-Richtung verschiebbaren Brennpunkt vorgesehen werden. Dabei kann die Verschiebung des Brennpunktes beispielsweise durch eine Verschiebung der gesamten Röntgenröhre selbst mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung erfolgen.
Alternativ kann der Strahler eine rotierbare zylindrische Anode mit einer Drehachse aufweisen, so dass zur Verschiebung des Brennpunktes lediglich die den Brennpunkt erzeugenden Elektronen an einer anderen Stelle auf der Zylinderoberfläche der Anode auftreffen müssen. Verschoben wird dabei also nur der Elektronenstrahl, der den Brennpunkt erzeugt. Dadurch ergeben sich vorteilhafterweise keine Gewichtsverschiebungen, die sonst zur Vermeidung von Unwuchten auf der Gantry ausgeglichen werden müssten.
Weiterhin kann in einer speziellen Ausführung die Drehachse der zylindrischen Anode im gleichen Winkel zur Systemachse gekippt angeordnet werden, wie der zugeordnete Mehrzeilendetektor gegebenenfalls gekippt ist, wobei auch für mindestens einen Mehrzeilendetektor eine Kippvorrichtung vorgesehen ist, welche den Mehrzeilendetektor relativ zur Systemachse und zur Gantry verkippt. Hierdurch ist es möglich, dass bei einem Verkippen des Mehrzeilendetektors und gleichzeitiger Verschiebung des Brennpunktes die stereometrischen Verhältnisse zwischen Detektor und Brennpunkt gleich gehalten werden, so dass ein vorhandenes Streustrahlgitter weiterhin optimal auf den Brennpunkt ausgerichtet bleibt.
Ebenso kann auch für mindestens ein Strahler-Detektor-System eine Verschiebevorrichtung vorgesehen werden, welche mindestens einen Mehrzeilendetektor in z-Richtung verschiebt. Eine solche Verschiebevorrichtung kann auch mit der Verkippvorrichtung kombiniert werden.
Alternativ kann für mindestens ein Strahler-Detektor-System eine Verschiebevorrichtung vorgesehen werden, welche mindestens einen Mehrzeilendetektor mit seinem Brennpunkt in z-Richtung verschiebt. Damit findet also eine Translation des Detektors in z-Richtung bei gleichzeitiger Translation des Brennpunktes – nicht unbedingt der Röntgenröhre – statt.
Schließlich kann auch das Dual-Source-CT-System so ausgestaltet werden, dass für mindestens ein Strahler-Detektor-System eine Verschiebevorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens ein Strahler-Detektor-System in z-Richtung verschiebt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: Röntgenröhre; 2.1: steuerbare Blende; 2.2: Brennpunkt; 3: Mehrzeilendetektor; 4: Röntgenröhre; 4.1. steuerbare Blende; 4.2: Brennpunkt; 5: Mehrzeilendetektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Untersuchungsobjekt; 8: Patientenliege; 9: Systemachse; A, B: Strahler-Detektor-System; D: Detektor; G: Streustrahlgitter; K: Kippvorrichtung; M: Mittellinie der Detektoren; Prg₁–Prg_n: Computerprogramme; R: Röntgenröhre; R_A: Anode; R_B: Blende; R_F: Fokus; S, S_A, S_B: Strahlenbündel/Strahlkegel; U_M, U’, U’’: Umfangslinien; V: Verschiebevorrichtung; κ: Kippwinkel.
Es zeigen im Einzelnen:
1 ein Dual-Source-CT-System,
2 eine schematische 3D-Ansicht eines Dual-Source-CT-Systems gemäß dem Stand der Technik von vorne,
3 eine schematische Seitenansicht des CT-Systems aus 2,
4 einen Streustrahlungseintrag in die Strahler-Detektor-Systeme A + B aus dem jeweils anderen System B + A in einem ersten Drehwinkel der Gantry gemäß 2,
5 einen Streustrahlungseintrag in die Strahler-Detektor-Systeme A + B aus dem jeweils anderen System B + A in einem zweiten Drehwinkel der Gantry,
6 eine schematische 3D-Ansicht eines Dual-Source-CT-Systems mit auf einem Umfangskreis verlaufenden Brennpunkten und gegenläufig eingeschränkten Strahlkegeln;
7 eine schematische Seitenansicht des CT-Systems aus 6,;
8 eine 3D-Darstellung der Strahlenbündel aus 6,
9 einen Streustrahlungseintrag in die Strahler-Detektor-Systeme A + B aus dem jeweils anderen System B + A mit einer Strahlkegelanordnung gemäß 6,
10 einen Streustrahlungseintrag in die Strahler-Detektor-Systeme A + B aus dem jeweils anderen System B + A mit einer Strahlkegelanordnung gemäß 6, jedoch mit weiterer Beschränkung der Strahlkegel auf ein Drittel der Detektorfläche,
11 eine schematische 3D-Ansicht eines Dual-Source-CT- Systems mit auf unterschiedlichen Umfangskreisen verlaufenden Brennpunkten und gegenläufig eingeschränkten Strahlkegeln,
12 eine schematische Seitenansicht des CT-Systems aus 11,
13 eine schematische 3D-Ansicht eines Dual-Source-CT- Systems gemäß 11, jedoch mit gekippten Detektoren,
14 eine schematische Seitenansicht des CT-Systems aus 13,
15 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Strahler-Detektor-System mit einer Röntgenröhre mit in z-Richtung variablem Brennpunkt und
16 eine 3D-Ansicht eines zweidimensional wirkenden Strahlungsgitters über einen Detektor.
Ein erfindungsgemäßes Dual-Source-CT-System 1 ist in der 1 in einer schematischen 3d-Darstellung gezeigt. Das System 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gantrygehäuse 6, in dem sich eine nicht explizit dargestellte Gantry befindet, auf der zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Strahler-Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 befestigt sind. Jedes Strahler-Detektor-System besteht aus einer Röntgenröhre 2 beziehungsweise 4 und einem gegenüberliegend angeordneten Mehrzeilendetektor 3 beziehungsweise 5. Zwischen den in den Röntgenröhren 2 beziehungsweise 4 erzeugten Brennpunkten und dem Messfeld beziehungsweise dem Untersuchungsobjekt 7 – hier ein Patient – sind steuerbare Blenden 2.1 beziehungsweise 4.1 angeordnet, mit denen die vom jeweiligen Brennpunkt ausgehenden Strahlkegel zumindest in Richtung der Systemachse 9 (= z-Richtung) für eine erfindungsgemäße Betriebsweise begrenzt werden können. Neben der ansonsten bekannten Steuerung des CTs und der Datenerfassung wird die spezielle Steuerung der Blenden 2.1, 4.1 und die erfindungsgemäße Datenerfassung durch das Steuersystem 10 ausgeführt, wobei hierfür Programme Prg₁–Prg_n gespeichert sind, die im Betrieb ausgeführt werden. Diese bewirken bei der hier gezeigten Variante des erfindungsgemäßen CT-Systems 1 eine gegenläufige Einblendung der beiden Strahlkegel ausschließlich in z-Richtung, so dass sich die Strahlkegel nicht mehr schneiden und nur noch der Teil der Detektoren ausgelesen wird, der auch tatsächlich bestrahlt wird. Da keine Schnittpunkte zwischen den beiden Strahlkegeln mehr vorliegen, gibt es auch keine Knoten mehr, an denen Streustrahlung aus einem Strahler-Detektor-System erzeugt werden könnte, die im anderen Strahler-Detektor-System entlang dessen Strahlenbahnen verläuft. Entsprechend vermindert sich der Streustrahlanteil drastisch und durch Streustrahlung bedingte Artefakte werden entsprechend vermieden.
Grundsätzlich ist es besonders vorteilhaft das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen einer Spiralabtastung auszuführen, bei der das Untersuchungsobjekt – hier ein Patient 7 – während der rotierenden Abtastung durch die Strahler-Detektor-Systeme mit Hilfe der Patientenliege 8 kontinuierlich durch das Messfeld geschoben wird. Allerdings kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit einer sukzessiven Kreisabtastung verwendet werden.
Zur Erklärung der Erfindung wird in den 2 und 3 ein gemäß dem Stand der Technik eingestelltes CT-System mit zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordneten Strahler-Detektor-Systemen A und B, bestehend aus jeweils einander zugeordnetem Mehrzeilendetektor 3 und Brennpunkt 2.2 beziehungsweise Mehrzeilendetektor 5 und Brennpunkt 4.2. Die 2 zeigt die Strahler-Detektor-Systeme in einer Ansicht aus Systemachsenrichtung und 3 in einer seitlichen Ansicht senkrecht zur Systemachse. Wie zu erkennen ist, schneiden sich die beiden Strahlkegel S_A und S_B – die Indizes entsprechen den Strahler-Detektor-Systemen A und B – im Bereich des Untersuchungsobjektes 7, so dass jeweils trotz vorhandenem – nicht explizit gezeigtem – zweidimensionalen Streustrahlgitter Streustrahlung in das jeweils andere Strahler-Detektor-System eingetragen wird. Beide Brennpunkte 2.2 und 4.2 bewegen sich hierbei auf einer zentralen Umfangslinie U_M. Auf dem so durch die Umfangslinie U_M gebildeten Kreis befinden sich auch die Mittellinien M der Detektoren 3 und 5.
Die Menge der jeweils aus dem anderen Strahler-Detektor-System eingetragenen Streustrahlung wird in den 4 und 5 verdeutlicht, die – in unterschiedlichen Drehwinkeln der Gantry mit einem nicht rotationssymmetrischen Phantom aufgenommen – die eingetragene Streustrahlintensität auf den Detektoren mit 96 Zeilen und 920 Reihen zeigt. Die – ursprünglich farbige – Skala der Strahlungsintensität ist jeweils als Balken rechts neben dem Detektor angezeigt. Die Zugehörigkeit zum jeweiligen Strahler-Detektor-System A beziehungsweise B ist ebenfalls neben dem Detektor angezeigt.
Erfindungsgemäß kann der störende Streustrahlungseintrag reduziert werden, indem die Strahlkegel so manipuliert und angeordnet werden, dass Schnittpunkte zwischen den Strahlkegeln vermieden werden. Ein einfaches Beispiel ist hierzu in den 6 und 7 gezeigt. Die Darstellung der Strahler-Detektor-Systeme A und B entspricht den 2 und 3, jedoch sind die beiden Strahlkegel S_A und S_B durch eine entsprechende gegenläufige Einblendung jeweils in z-Richtung entlang der Umfangsrichtung halbiert, so das jeder Strahlkegel S_A und S_B nur noch eine Hälfte seines Detektors 5 beziehungsweise 3 bestrahlt. Wie aus den 6 und 7 zu erkennen ist, schneiden sich damit die Strahlenbündel nicht mehr.
Eine andere dreidimensionale Darstellung der beiden eingeblendeten Strahlenbündel S_A und S_B ist in der 8 gezeigt.
Der hierdurch reduzierte Streustrahleintrag in den jeweils anderen Detektor ist in der 9 gezeigt, die entsprechend den 4 und 5 den Streustrahlungseintrag verdeutlicht.
Während in der 9 von einer Einblendung der Strahlkegel bis zur Mitte des jeweiligen Detektors ausgegangen wird, zeigt die 10 das Ergebnis einer weitergehenden Einblendung, so dass jeder Detektor nur noch zu etwa einem Drittel seiner Breite bestrahlt und verwendet wird. Entsprechend wird eine bessere Separierung der Strahlenbündel erreicht und der Anteil der Streustrahlung geht im jeweils zur Abtastung noch verwendeten Teil des Detektors auf nahezu Null zurück.
In den 11 bis 14 sind weitere erfindungsgemäße Varianten der Ausgestaltung eines Dual-Source-CT-Systems gezeigt, deren Ziel es jeweils ist, eine möglichst gute gegenseitige Separierung der Strahlenbündel aus den beiden auf einer Gantry liegenden Strahler-Detektor-Systeme zu bewirken.
In den 11 und 12 ist gezeigt, wie durch einen zusätzlichen z-Versatz der Brennpunkte 2.2 und 4.2 eine verbesserte räumliche Trennung der Strahlkegel S_A und S_B erreicht werden kann. Die beiden Brennpunkte 2.2 und 4.2 bewegen sich hierbei auf den versetzten Umfangslinien U’ und U’’.
In den 13 und 14 wird ergänzend zum z-Versatz der Brennpunkte noch ein Verkippen der Detektoren dargestellt, wobei hierdurch eine verbesserte Ausrichtung des zweidimensional wirkenden Streustrahlgitters erreicht wird und der ungewünschte Effekt einer Abschattung der Strahlen im Streustrahlgitter vermieden werden kann. Die symbolisch am Detektor 3 dargestellte Kippvorrichtung ist mit dem Bezugszeichen K versehen. Besonders gut ist die Verkippung des Detektors 3 um den Winkel κ in der 14 zu erkennen.
Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass im Sinne der Erfindung die Einblendung der beiden Strahlenbündel nicht gleich stattfinden muss, sondern es auch von besonderem Vorteil sein kann, eine ungleiche Einblendung der Strahlenbündel auszuführen. Werden beispielsweise die beiden Strahler-Detektor-Systeme in erfindungsgemäßer Weise mit unterschiedlichem Röntgenenergiespektrum betrieben, so kann es besonders günstig sein, das Strahlenbündel mit der höheren mittleren Strahlungsenergie stärker einzublenden als das Strahlenbündel mit der niedrigeren mittleren Strahlungsenergie. Auf diese Weise kann eine verbesserte Dosisgewichtung erreicht werden. Beispielhaft kann das Strahlenbündel mit 100 kVp einem Detektor mit effektiv 54 Zeilen und das Strahlenbündel mit 140 kVp einem Detektor mit effektiv genutzten 41 Zeilen zugeordnet werden. Hierdurch entsteht bereits bei der Abtastung eine gewünschte Dosisgewichtung von 1:1,3.
Als Beispiel eines CT-Systems mit einer Röntgenröhre mit in z-Richtung variablem Brennpunkt zeigt die 15 einen schematischen Schnitt durch ein Strahler-Detektor-System entlang der Systemachse 9, auf der ein Untersuchungsobjekt 7 gezeigt ist. Die Röntgenröhre R verfügt dabei über eine zylindrische Anode R_A auf der – je nach Einstellung der Blenden R_B und des Brennpunktes R_F (= Fokus) auf der Anode R_A unterschiedliche Strahlenbündel S_A, S, S_B erzeugt werden. Wie aus der Figur zu erkennen ist, kann für einen konventionellen Betrieb das Strahlenbündel S derart eingestellt werden, dass dieses den Detektor D in der vollen z-Breite bestrahlt, oder alternativ ein randständiger Brennpunkt R_F gewählt werden und die Blenden R_B entsprechend eingestellt werden, dass seitlich ausgerichtete Strahlenbündel S_A beziehungsweise S_B entstehen, die den Detektor D mit dem darüber angeordneten zweidimensional wirkenden Streustrahlgitter G nur teilweise bestrahlen.
Zur Verdeutlichung des zweidimensional wirkenden Streustrahlgitters G ist in der 16 ein solches in einer dreidimensionalen Ansicht über einem Detektor D dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind dabei die einzelnen Schächte des Strahlungsgitters G entsprechend der typischen Ausrichtung eines von einem Brennpunkt R_F ausgehenden Strahlungsbündel S ausgerichtet.
Insgesamt wird mit der Erfindung also vorgeschlagen, im Rahmen einer Röntgen-CT-Abtastung mit einem Dual-Source-CT-System die beiden Strahlenbündel jeweils derart durch Blenden zu begrenzen, dass diese Strahlenbündel, zumindest im Untersuchungsobjekt, frei von gegenseitigen Schnittpunkten sind. Entsprechend wird auch ein Dual-Source-CT-System vorgeschlagen, welches Mittel zur Steuerung von strahlenbegrenzenden Blenden aufweist, welche die Strahlenbündel derart begrenzen und ausrichten, dass diese, zumindest im Untersuchungsobjekt, frei von gegenseitigen Schnittpunkten verlaufen.
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.

Claims

Röntgen-CT-Abtastung eines Untersuchungsobjektes (7) mit zwei, auf einer gemeinsamen Gantry eines CT-Systems (1) winkelversetzt angeordneten Strahler-Detektor-Systemen (A, 2, 3; B, 4, 5), wobei jeder Strahler (2, 4) einen Brennpunkt (2.2, 4.2) aufweist und jeder Detektor als Mehrzeilendetektor (3, 5) mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter (G) ausgebildet ist, und während des Abtastvorgangs zwischen jedem Brennpunkt (2.2, 4.2) und dem gegenüberliegenden Detektor (3, 5) jedes Strahler-Detektor-Systems (A, 2, 3; B, 4, 5) jeweils ein in zwei Dimensionen divergierendes und durch strahlerseitige Blenden (2.1, 4.1) begrenztes Strahlenbündel (S_A, S_B) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlenbündel jeweils derart durch die Blenden (2.1, 4.1) begrenzt werden, dass diese Strahlenbündel, zumindest im Untersuchungsobjekt (7), frei von gegenseitigen Schnittpunkten sind.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennpunkte (2.2, 4.2) auf einer gemeinsamen Umfangslinie (U_M) verlaufen.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennpunkte (2.2, 4.2) auf zwei getrennten Umfangslinien (U’, U’’) verlaufen.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei getrennten Umfangslinien (U’, U’’) der Brennpunkte (2.2, 4.2) Kreisflächen bilden, die jeweils in z-Richtung gesehen versetzt zu einer Mittellinie M der Detektoren (3, 5) verlaufen.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlenbündel (S_A, S_B) in z-Richtung derart begrenzt werden, dass sie jeweils nur einen Teil ihres Mehrzeilendetektors (3, 5) bestrahlen.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nur der bestrahlte Teil der Detektoren (3, 5) für eine Bestimmung der Strahlungsschwächung genutzt wird.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennpunkte (2.2, 4.2) bezüglich ihrer z-Koordinaten innerhalb des bestrahlten Teils der Detektoren (3, 5) des zugehörigen Strahler-Detektor-Systems (A, 2, 3; B, 4, 5) gesetzt werden.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlenbündel (S_A, S_B) jeweils ihren Detektor (3, 5) bezüglich der Umfangsrichtung vollständig bestrahlen.
Röntgen-CT-Abtastung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Detektoren (3, 5) durch kippen bezüglich der z-Achse auf seinen in z-Richtung versetzten Brennpunkt (2.2, 4.2) ausgerichtet wird.
Dual-Source-CT-System (1) zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes (7), aufweisend zwei winkelversetzt auf einer Gantry angeordnete Strahler-Detektor-Systeme (A, 2, 3; B, 4, 5) mit jeweils mindestens einer Röntgenröhre (2, 4), die im Betrieb einen Brennpunkt (2.2, 4.2) bildet, der auf einer Umfangslinie (U_M, U’; U’’) um eine in z-Richtung verlaufende Systemachse (9) rotiert, und einem ebenfalls um die Systemachse (9) rotierenden Mehrzeilendetektor (3, 5), dessen Detektorzeilen in Umfangsrichtung verlaufen, mit einem zweidimensional wirkenden Streustrahlungsgitter (G), wobei ausgehend vom jeweiligen Brennpunkt (2.2, 4.2) ein durch Blenden (2.1, 4.1) begrenztes Strahlenbündel auf den jeweils zugeordneten Mehrzeilendetektor (3, 5) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Steuerung (10) der Blenden (2.1, 4.1) vorgesehen sind, welche die beiden Strahlenbündel (S_A, S_B) derart begrenzen und ausrichten, dass diese Strahlenbündel (S_A, S_B), zumindest im Untersuchungsobjekt (7), frei von gegenseitigen Schnittpunkten verlaufen.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor (3, 5) ein in z-Richtung unterschiedlich positionierbarer Brennpunkt (2.2, 4.2) vorgesehen ist.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor (3, 5) mindestens zwei Strahler (2, 4) mit in z-Richtung unterschiedlich positioniertem Brennpunkt (2.2, 4.2) vorgesehen sind.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor (3, 5) ein Strahler (2, 4) mit einem in z-Richtung verschiebbaren Brennpunkt (2.2, 4.2) vorgesehen ist.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahler (2, 4) eine rotierbare zylindrische Anode mit einer Drehachse aufweist.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der zylindrischen Anode parallel zur Systemachse (9) angeordnet ist.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der zylindrischen Anode im gleichen Winkel zur Systemachse (9) gekippt ist, wie der zugeordnete Mehrzeilendetektor (3, 5).
Dual-Source-CT-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Mehrzeilendetektor eine Kippvorrichtung (K) vorgesehen ist, welche den Mehrzeilendetektor (3, 5) relativ zur Systemachse (9) und zur Gantry verkippt.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens ein Strahler-Detektor-System (A, 2, 3; B, 4, 5) eine Verschiebevorrichtung (V) vorgesehen ist, welche mindestens einen Mehrzeilendetektor (3, 5) in z-Richtung verschiebt.
Dual-Source-CT-System gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens ein Strahler-Detektor-System (A, 2, 3; B, 4, 5) eine Verschiebevorrichtung (V) vorgesehen ist, welche mindestens einen Mehrzeilendetektor (3, 5) mit seinem Brennpunkt (2.2, 4.2) in z-Richtung verschiebt.
Dual-Source-CT-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens ein Strahler-Detektor-System (A, 2, 3; B, 4, 5) eine Verschiebevorrichtung (V) vorgesehen ist, welche mindestens ein Strahler-Detektor-System (A, 2, 3; B, 4, 5) in z-Richtung verschiebt.