DE102013215807A1

DE102013215807A1 - Verfahren zur Spiralaufnahme mit veränderlicher Tischgeschwindigkeit bei konstantem Pitch und Computertomographiegerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE102013215807A1
Application number: DE102013215807.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Allmendinger; Winrich Heidinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-12
Also published as: US9402587B2; CN104337537A; US20150043708A1; CN104337537B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenprojektionsaufnahme in einem Spiralscan beim konstanten Pitch und bei veränderlicher Tischgeschwindigkeit sowie ein Computertomographiegerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildherstellung aus Röntgenprojektionsdaten, welche durch ein solches Projektionsdatenaufnahmeverfahren gewonnen wurden sowie ein Computersoftwareprodukt zur Implementierung eines solchen Bildherstellungsverfahrens in einem Computertomographiegerätes. Ein erfindungsgemäße Verfahren zur Projektionsaufnahme umfasst zumindest die Bewegung eines Patiententisches durch ein Messbereich des Computertomographiegerätes, wobei die Bewegung des Patiententisches zumindest eine Phase nicht konstanter Geschwindigkeit während der Projektionsaufnahme aufweist, eine zeitaufgelöste Bestimmung oder Aufnahme der Patiententischposition x(t), eine zeitaufgelöste Aufnahme von Projektionen von zumindest einem Teil eines mit dem Tisch fahrenden Untersuchungsobjektes, wobei die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches derart als Funktion der Tischgeschwindigkeit verändert wird, dass der Quotient aus aktueller Tischgeschwindigkeit VTisch(t) durch die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) konstant ist, so dass der Pitchfaktor p während der Projektionsaufnahme konstant gehalten wird, und eine zeitaufgelöste Bestimmung oder Aufnahme der Zahl der zur Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N(t).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenprojektionsaufnahme beim konstanten Pitch sowie ein Computertomographiegerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildherstellung aus solchen Röntgenprojektionsdaten sowie ein Computersoftwareprodukt zur Implementierung eines solchen Bildherstellungsverfahrens in einem Computertomographiegerätes.
Bei der Spiral CT wird ein Untersuchungsobjekt kontinuierlich durch ein Messfeld eines Aufnahmesystems entlang einer Systemachse des CT-Gerätes mittels eines Tisches bewegt, um welche das Aufnahmesystem mit zumindest einer Strahlungsquelle und einem Detektor gleichzeitig eine Vielzahl von Rotationen ausführt. Dadurch tastet der Strahlungsstrahl der Strahlungsquelle das zu untersuchende Objekt spiralförmig ab und es wird ein Datenvolumen erzeugt, welches aus einer Vielzahl von dreidimensionalen Bildelementen gebildet ist. Bildrekonstruktions- und/oder Bildbearbeitungsverfahren ermöglichen anschließend eine zwei- oder dreidimensionale Darstellung zumindest eines Teiles des gescannten Bereichs (ROI: Region of Interest) des Untersuchungsobjektes, welche üblicherweise zur Herstellung einer Diagnose herangezogen wird.
Eine wichtige Größe bei Spiralaufnahmen ist der Tischvorschub d während einer ganzen Umdrehung (360°) des Aufnahmesystems. Je größer der Tischvorschub d gewählt ist, desto schneller kann eine zu untersuchende Region des Untersuchungsobjektes (ROI) gescannt werden. Wird der Tischvorschub d im Vergleich zu der verwendeten Detektorbreite D zu groß gewählt, so tastet der Strahlungsstrahl nicht alle Volumenelemente der zu untersuchenden Region des Untersuchungsobjektes und die Bildqualität verschlechtert sich.
Der Zusammenhang zwischen Tischvorschub d und verwendete Detektorbreite D wird durch den sogenannten, dimensionlosen Pitch oder Pitchfaktor p wiedergegeben. Der Pitch oder Pitchfaktor p gibt an, welchen Abstand der Patiententisch während einer ganzen Umdrehung des Aufnahmesystems zurückgelegt hat in Bezug auf die verwendete Detektorbreite. Wird ein Multischicht-Computertomographiegerät mit einem mehrzeiligen Detektor beispielweise zur Spiralaufnahme von N Spiralschichten der gleichen Breite S verwendet, so ist der Pitch oder der Pitchfaktor p gegeben durch: P = d/(N.S) (1).
Dabei ist N.S die Breite des zur Aufnahme verwendeten Detektors. In der typischen klinischen Anwendung von Spiralscan CT-Geräte sowie bei mehrschichten Spiral CT, werden üblicherweise Spiralen mit einem konstanten Pitch oder Pitchfaktor p von zwischen 0,5 und 1,5 bis zu maximal 2 eingesetzt.
Die Entwicklung immer breiteren, mehrzeiligen Detektoren mit einer vergrößerten Abdeckung in Richtung der Systemachse des CT-Gerätes sowie die Erreichung immer höhere Rotationszeiten T_Rot des Aufnahmesystems hat ermöglicht, die Scanzeiten bedeutsam zu reduzieren. Dies hat jedoch zur Folge, dass die dafür notwendigen und zu erreichenden Geschwindigkeiten der Patiententische V_U sich nicht unerheblich erhöht haben.
Wird die Beschleunigung des Patiententisches nicht ebenfalls erhöht, so entsteht das Problem, dass eine immer größere Beschleunigungsstrecke des Tisches notwendig wird, um den Patiententisch auf die zu erreichende Untersuchungsgeschwindigkeit V_U zu bringen. Das gleiche Problem entsteht mit dem Langsam werden des Patiententisches am Ende der Untersuchung, also mit der Länge der Bremsstrecke, die notwendig wird um den Patiententisch von der Untersuchungsgeschwindigkeit V_U auf null wieder abzubremsen.
Zudem wird in einem Standardspiralscan eine fächerförmige Strahlgeometrie verwendet. Während es ausreicht in einer parallelen Strahlgeometrie (beispielsweise bei CT-Geräten der ersten und zweiten Generationen mit Schmalbündelstrahl und partiellem Fächerstrahl) Projektionsaufnahmen über einen Winkel von 180° des Untersuchungsobjektes aufzunehmen, um ein vollständiges Schnittbild des Untersuchungsobjektes rekonstruieren zu können, muss dagegen in einer Fächerstrahlgeometrie die Projektionsaufnahme über zumindest einen Winkel von 180° plus den Öffnungswinkel α des Detektors in radialer Richtung durchgeführt werden, um die Rekonstruktion eines vollständigen Schnittbildes zu ermöglichen. Typischerweise haben Detektoren in einer solchen Fächergeometrie einen Öffnungswinkel von ca. 60° bis 90°, wodurch sich ergibt, dass zumindest Projektionsaufnahmen über einen Gesamtwinkel von wenigstens ca. 240° bis 270° notwendig sind, um aus einen Projektionsdatensatz ein vollständiges Schnittbild rekonstruieren zu können.
Um das erste Schnittbild eines gewählten Untersuchungsbereichs rekonstruieren zu können bedarf es daher wenigstens eine Projektionsaufnahme über diesen Gesamtwinkel von wenigstens ca. 240° bis 270°, und zwar bevor der Patiententisch die Position des Anfangs des Untersuchungsbereichs erreicht hat. Um das letzte Schnittbild eines gewählten Untersuchungsbereichs rekonstruieren zu können bedarf es ebenfalls wenigstens eine Projektionsaufnahme über diesen Gesamtwinkel von wenigstens ca. 240° bis 270°, und zwar nachdem der Patiententisch die Position des Endes des Untersuchungsbereichs erreicht hat. Beim Standardspiralscan bewegt sich der Patiententisch während der ganzen Aufnahme mit der Untersuchungsgeschwindigkeit V_U. Dies bedeutet, dass ein Abtastvorlauf und ein Abtastnachlauf (engl.: pre und post run) bei erreichter Untersuchungsgeschwindigkeit V_U des Patiententisches und bei voller Patientenbestrahlung notwendig sind, um das erste und letzte Schnittbild des Untersuchungsbereiches (R.O.I.) zu erhalten. Die Länge des notwendigen Abtastvorlaufs und die Länge des notwendigen Abtastnachlaufs ist proportional zur Untersuchungsgeschwindigkeit V_U des Patiententisches und der Rotationszeit T_Rot des Aufnahmesystems.
Bei vorhandenen Patiententischen mit einer festen, maximalen Tischfahrlänge kann dies zur Folge haben, dass der maximal zur Verfügung stehende Scanbereich des Patiententisches unter Umständen stark reduziert wird. Dies wird besonders bei breiteren Detektoren deutlich, da die für den Abtastvorlauf und den Abtastnachlauf notwendige Länge sich erhöht. Dies wird ebenfalls bei höherer Untersuchungsgeschwindigkeit V_U deutlich, da die Beschleunigungsstrecke und die Bremstrecke sich ebenfalls erhöhen.
Diese Tatsachen machen unter Umständen die Verwendung von am Tisch angebrachten Befestigungsvorrichtungen, welche den zur Verfügung stehende Scanbereich weiter begrenzen, schwierig oder gar unmöglich, wodurch eine Verschlechterung der Bildqualität zu erwarten ist. Eine Lösung zu diesem Problem besteht darin, neue Tische zu entwickeln, welche einen längeren, gesamten Fahrbereich zur Verfügung stellen und somit einen größeren Scanbereich ermöglichen. Dies ist jedoch mit erheblichen Entwicklungs- und Herstellungskosten verbunden, weil die ganze Patientenhalterungsvorrichtung neu gestaltet werden muss. Außerdem wird dadurch im Untersuchungsraum mehr Platz für den Fahrbereich des Patiententisches benötigt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Lösung zu diesem Problem anzubieten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme von Projektionen nach Anspruch 1, ein Computertomographiegerät nach Anspruch 9, ein Verfahren zur Bildherstellung nach Anspruch 17 und ein Computersoftwareprodukt nach Anspruch 20.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Röntgenprojektionsaufnahme beim konstanten Pitch und veränderlicher Tischgeschwindigkeit in einem Multischicht-Computertomographiegerät sowie ein Computertomographiegerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens vorgeschlagen. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bilderstellung aus einem mit dem Verfahren zur Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommenen Datenvolumen sowie ein Computersoftwareprodukt, welches auf einer Recheneinrichtung eines erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes läuft vorgeschlagen.
Es wird von einem Computertomographiegerät ausgegangen, welches zur Spiralaufnahme mehrerer Schichten N geeignet ist. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Schichten des Computertomographiegerätes eine konstante Breite S auf. Ein solches sogenannte Multischicht-Tomographiegerät weist weiterhin zumindest eine Strahlungsquelle, welche ein von einem Fokus ausgehender Strahlenbündel emittiert und ein dem Fokus gegenüberliegenden Detektorarray aufweist, welches Ausgangsdaten liefert, die die Schwächung der Strahlen beim Durchgang durch ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektorarray angeordneten Untersuchungsobjekt repräsentieren. Dabei weist der Detektor vorzugsweise matrixartig angeordnete Detektorelementen, die Spalten und Zeilen ausbilden. Mit Spalten werden im Folgenden die entlang der Systemachse des CT-Gerätes angeordnete Detektorelemente verstanden, die beim gleichen Winkel angeordnet sind. Mit Zeilen werden im Folgenden die der Systemachse des CT-Gerätes radial angeordnete Detektorelemente verstanden, die bei gleicher Position entlang der Systemachse angeordnet sind. Dabei kann das Detektorarray isotrop oder anisotrop ausgebildet sein, beispielsweise in der Art einer anpassungsfähigen Detektoranordnung (engl.: Adaptive Array). Zu scannende Schichten vorgegebener Breite S können dabei durch eine Mehrzahl aus Detektorenzeilen gebildet werden, wobei nicht alle Detektorenzeilen verwendet werden müssen. Die tatsächlich verwendete Gesamtbreite des Detektors kann daher von der prinzipiell zur Verfügung stehenden Maximalbreite des Detektors abweichen.
Beim heutigen Spiralscanablauf wird üblicherweise ein Untersuchungsobjekt auf einem Patiententisch zunächst positioniert und mit Hilfe von Befestigungsvorrichtungen an diesem soweit wie möglich unbeweglich angebracht. Nach Auswahl und Einstellung der notwendigen Scanparameter wie die zu erreichende Endgeschwindigkeit oder Untersuchungsgeschwindigkeit des Patiententisches V_U, die zu erreichende Rotationszeit T_Rot des Aufnahmesystems, sowie in einem Multischicht Computertomographiegerät die Anzahl der scannenden Spiralen N und ihrer Schichtdicke oder Breite S, wird der Patiententisch auf die Untersuchungsgeschwindigkeit V_U beschleunigt. Nach der Beschleunigungsphase des Patiententisches erfolgt die spiralförmige Abtastung des zu untersuchenden Bereichs des Untersuchungsobjektes mit dem Röntgenfächer sowie zeitgleich eine zeitaufgelöste Projektionsaufnahme bei konstanter Patiententisch- und Rotationsgeschwindigkeit V_U, T_Rot. Nach Beendigung der Spiralabtastung und der Projektionsaufnahme wird der Patiententisch innerhalb einer Bremsphase schließlich gestoppt. Die spiralförmige Abtastung beinhaltet, wie bereits oben erläutert, einen für die Vollständigkeit der Aufnahme notwendigen Abtastvorlauf und einen für die Vollständigkeit der Aufnahme notwendigen Abtastnachlauf, dessen Länge von der Untersuchungsgeschwindigkeit des Patiententisches und der Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmesystems abhängig ist.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Beschleunigungsstrecke, die Abtastvorlaufstrecke und die gesamte Vorlaufstrecke für unterschiedliche Beschleunigungen des Patiententisches an. Bei der Berechnung wird vorliegend von einer konstanten Kollimierung von N = 76,8mm, eine Rotationszeit von T_Rot = 0,25s und einer Verrundungszeit von 100ms ausgegangen.

Pitch p	Beschleunigung [mm/s²]	V_U [mm/s]	Beschleunigungsstrecke [mm]	Abtastvorlauf [mm]	Kompletter Vorlauf [mm]
0,5	300	154	47	29	76
1,0	300	308	173	57	230
1,5	300	462	377	65	442
0,5	1500	154	31	29	60
1,0	1500	308	77,5	57	135
1,5	1500	462	140	65	205

Der komplette Vorlauf ist die Summe der Beschleunigungsstrecke und der Abtastvorlaufstrecke. Die Abtastvorlaufstrecke ist proportional zur Untersuchungsgeschwindigkeit V_U des Patiententisches, zur Rotationszeit T_Rot des Aufnahmesystems und zum kleineren der Faktoren a und b, wobei a = 0,75 und b = (a/p + α/720°), wobei α der Fächerwinkel des Detektors ist. Die Rechnungen gelten in symmetrischer weise für die gesamte Nachlaufstrecke, welche die Summe aus Bremsstrecke und Abtastnachlaufstrecke ist.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich verringert sich durch die Erhöhung der Patiententischbeschleunigung, die Beschleunigungsstrecke. Die Abtastvorlaufstrecke bleibt jedoch von der Untersuchungsgeschwindigkeit V_U unabhängig, so dass die gesamte Vorlaufstrecke zwar dadurch reduziert werden kann aber im Idealfall (bei unendlicher Beschleunigung) durch die Länge des Abtastvorlaufs begrenzt ist.
Die Erfindung liegt dem Gedanke zugrunde zumindest einen Teil der Projektionsaufnahme bereits während der Beschleunigungsphase und/oder während der Bremsphase des Patiententisches durchzuführen. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Scanbereich vergrößert. Weiterhin wurde erkannt, dass die gleichzeitige Verwendung eines konstanten Pitchs oder Pitchfaktors p der gesamten Projektionsaufnahme die Bildrekonstruktion beziehungsweise die Berechnung eines im Spiralmodus und bei veränderlicher Tischgeschwindigkeit V_T(t) aufgenommenen Datenvolumens vereinfacht. Dieses Vorgehen weist noch weitere Vorteile auf, welche im Folgenden erläutert werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Projektionsaufnahme in einem Computertomographiegerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei welchem ein Patiententisch durch ein Messbereich des Computertomographiegerätes bewegt wird und eine zeitaufgelöste Aufnahme von Projektionen von zumindest einem Teil eines mit dem Tisch fahrenden Untersuchungsobjektes erfolgt. Dabei findet die Projektionsaufnahme zumindest teilweise während zumindest einer Phase nicht konstanter Patiententischgeschwindigkeit statt. Vorzugsweise findet die gesamte Projektionsaufnahme während einer Phase oder während mehrern Phasen nicht konstanter Patiententischgeschwindigkeit statt. Ferner wird während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches die Zahl der tatsächlich zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) derart verändert, dass der Quotient V_T(t)/N(t) aus aktueller Tischgeschwindigkeit V_T(t) durch die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) konstant oder im Wesentlichen konstant ist. Mit einem im Wesentlichen konstanten Quotient Q = V_T(t)/N(t) wird verstanden, dass der Quotient einen Wert Q in einem Bereich [Q – dQ; Q + dq] annehmen kann, wobei dQ klein im Vergleich zu Q ist. Zudem wird die Zahl der tatsächlich zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t), also beispielsweise die Zahl der zur Zeit t eingeblendeten Detektorzeilen durch die Anzahl der zur Definition einer Schicht notwendigen Detektorzeilen, zumindest während der zumindest einen Phase nicht konstanter Patiententischgeschwindigkeit, zeitaufgelöst aufgenommen oder bestimmt. Der Begriff Zahl wird in diesem Zusammenhang breit verstanden und kann eine Anzahl, also eine natürliche Zahl, oder eine rationale Zahl, beispielsweise einen Bruchteil, sein. Zudem wird die Patiententischposition x(t) zur Zeit t, also zeitaufgelöst, aufgenommen oder bestimmt.
Da der Tischvorschub d von der Tischgeschwindigkeit V_T(t) und der Rotationszeit T_Rot abhängt: d = V_T(t)*T_Rot, wird, unter Annahme einer konstanten Rotationszeit T_Rot, dadurch erreicht, dass der Pitch oder Pitchfaktor p auch bei veränderlicher Tischgeschwindigkeit V_T(t) konstant gehalten wird. Der Pitch oder Pitchfaktor p bei veränderlicher Tischgeschwindigkeit V_T(t) und veränderlicher Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) ist gegeben durch: P = V(t).T_Rot/(N(t).S) (2).
Dadurch wird erreicht, dass die gesamte Projektionsaufnahme bei einem konstanten oder im Wesentlichen bei einem konstanten Pitch oder Pitchfaktor p erfolgt, wodurch unter anderem eine vereinfachte Bildrekonstruktion ermöglicht wird. Die sich zeitlich ändernde Tischgeschwindigkeit V_T(t) wird dabei durch eine dynamische Anpassung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) derart kompensiert, dass der Pitch oder Pitchfaktor konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Beispielsweise wird die dynamische Anpassung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) durch die Ein- und Ausblendung oder durch die Ein- und Ausschaltung von benachbarten Detektorzeilen verändert.
Ein solches Verfahren weist den Vorteil auf, eine Projektionsaufnahme im Spiralmodus bereits während beispielsweise eines Beschleunigungsvorgangs und/oder eines Bremsvorgangs des Patiententisches zu ermöglichen. Dadurch wird ein größerer zur Verfügung stehender Scanbereich ermöglicht. Ein solches Verfahren ermöglicht außerdem den Spiralscanvorgang anders als bisher üblich zu gestalten, beispielsweise als eine Folge von Phasen veränderlicher Geschwindigkeiten mit oder aber auch ohne zwischengeschalteter Phase konstanter Geschwindigkeit. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von bekannten Bildrekonstruktionsverfahren, welche einen konstanten Pitch oder Pitchfaktor p voraussetzen, in einfacher und bekannter Weise. Weiterhin hat ein solches Verfahren weitere Vorteile hinsichtlich der Dosisausnutzung und des Signal zu Rauschen Verhältnisses, insbesondere in Richtung der Systemachse.
Dadurch wird vor allem erreicht, dass der zur Verfügung stehende, effektive Scanbereich des Tisches erhöht beziehungsweise optimierbar wird. Im Gegensatz zur Standardspiralaufnahme bei konstanter Tischgeschwindigkeit fallen im erfindungsgemäßen Verfahren die Beschleunigungsphase und der Abtastvorlauf und/oder die Bremsphase und der Abtastnachlauf zumindest teilweise ineinander. Dadurch kann die Länge des gesamten Vorlauf beziehungsweise des gesamten Nachlaufs reduziert werden wodurch der Scanbereich vergrößert wird. Vorzugsweise können der gesamte Abtastvorlauf in der Beschleunigungsphase und/oder der gesamte Abtastnachlauf in der Bremsphase enthalten sein. Weiterhin kann dadurch eine maximale Länge des gesamten Vorlaufs und/oder Nachlaufs unabhängig von allen Parametern vorgegeben werden und daraus die für den Scan notwendigen Parameter errechnet und eingestellt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die vom Tisch zurückgelegte Strecke zwischen Tischstart und Ende des Abtastvorlaufs und/oder zwischen Anfang des Abtastnachlaufs und Tischstopp immer kleiner als die vorgegebene Länge des Vorlaufs beziehungsweise des Nachlaufs bleibt.
Die Beschleunigungsphase und der Abtastvorlauf und/oder die Bremsphase und der Abtastvorlauf fallen zumindest teilweise ineinander. Vorzugsweise sind der Abtastvorlauf und/oder der Abtastnachlauf vollständig in der Beschleunigungsphase beziehungsweise in der Bremsphase enthalten. In beiden Fällen kann eine maximale Beschleunigungs- beziehungsweise Bremslänge vorgegeben werden, welche für die Vorlaufphase aus Beschleunigungsphase und Abtastvorlauf und/oder für die Nachlaufphase aus Bremsphase und Abtastnachlauf zur Verfügung stehen soll. Daraus können die notwendigen Scanparameter wie Tischbeschleunigung, Rotationsgeschwindigkeit des Aufnahmesystems, Pitch oder Pitchfaktor p und zeitlichen Verlauf der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Detektorenzeilen ermittelt und eingestellt werden, so dass eine vorgegebene, im Voraus zu bestimmende Scanbereichslänge sichergestellt ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N derart verändert wird, dass ein sich zur Zeit t im Messbereich befindende Untersuchungsobjekt nur der Strahlung, die für die Zahl N(t) der zur Aufnahme beitragenden Schichten notwendig ist, ausgesetzt ist. Dies wird beispielsweise durch eine Ein- oder Ausblendung von benachbarten Detektorzeilen realisiert, wobei die Ein- oder Ausblendung durch eine Blendeeinrichtung zwischen der Strahlungsquelle und dem eigentlichen Messbereich erfolgt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren tragen daher alle aufgenommenen Daten zur Bildherstellung bei, so dass keine Dosis unnötig appliziert wird und keine Daten der Datensätze vor der Rekonstruktion gelöscht werden müssen. Somit wird eine Reduzierung der dem Patient applizierten Dosis erreicht sowie die Bildrekonstruktion vereinfacht.
Ferner wird damit erreicht, dass die Dosis entlang der Systemachse des Computertomographiegerätes im untersuchten Volumen homogen appliziert wird. Verglichen mit einem Spiralscan unter den gleichen Bedingungen aber mit voller und konstanter Kollimierung bedeutet dies eine homogene Dosis-Verteilung statt einer Verteilung mit einer bis zu dreifach höheren relativen Dosis am Anfang und am Ende des Spiralscans. Bekannterweise hängt das Bildrauschen beim konstanten Röhrenstrom stark von der Schwächung der Strahlen beim Durchgang durch das zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor angeordnete Untersuchungsobjekt ab, wobei üblicherweise dieses Problem durch eine sogenannte automatische Belichtungssteuerung (engl.: AEC: Automatic Exposure Control) begegnet wird. Eine solche automatische Belichtungssteuerung reduziert und homogenisiert das Bildrauschen durch eine feedback-gesteuerte Röhrenstrom-Regulierung, so dass das Rauschen im Wesentlichen konstant gehalten wird. Eine solche automatische Belichtungssteuerung um auf die Form und Größe des zu untersuchenden Objektes zu reagieren ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz einfach und wie gewohnt realisierbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) zur Zeit t durch die zeitaufgelöste Aufnahme oder Bestimmung einer Blendenposition einer Blendeneinrichtung zur Begrenzung des Röntgenstrahlenbündels des Computertomographiegerätes bestimmt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Zahl N(t) der zur Aufnahme beitragenden Schichten zu jedem beliebigen Zeitpunkt t extrapolierbar ist. Dies ermöglicht die Bestimmung einer stetigen Funktion N(t), welche dadurch einfacher in einem Bildrekonstruktionsalgorithmus zu integrieren ist. Wird die Blendeeinrichtung derart gesteuert, dass ihre zeitliche Bewegung im Voraus bekannt ist, so ermöglicht dies eine nachträgliche Bestimmung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t), wodurch zunächst weniger Daten übertragen werden müssen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Länge der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches derart gewählt ist, dass während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches eine Rotation des zur Projektionsaufnahme verwendeten Aufnahmesystems von mindestens 180° + α erfolgt, wobei α der Öffnungswinkel in radialer Richtung des im Verfahren zur Projektionsaufnahme verwendeten Detektors zur Strahlungsquelle ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Minimaldatenmenge zur Bildrekonstruktion beispielsweise des ersten und/oder des letzten Schnittbildes des Untersuchungsbereichs während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der Abtastvorlauf und/oder der Abtastnachlauf komplett in der Beschleunigungs- beziehungsweise in der Bremsphase enthalten sind. Somit erfolgt eine optimierte Zeit/Dosis Ausnutzung bereits in der Beschleunigung und/oder Bremsphase sowie eine gleichzeitige Erhöhung des zur Verfügung stehenden Scanbereichs.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Zahl N(t) der zur Zeit t zur Aufnahme beitragenden Schichten stufenweise oder quasi stufenweise verändert wird. Mit einer „quasi stufenweise“-Änderung wird hier allgemein eine Änderung verstanden, welche schnell im Vergleich zur verwendeten Zeitskala geschieht, jedoch mit einem endlichen Wert. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende zeitliche Steuerung einer Blendeneinrichtung zur Begrenzung des Röntgenstrahlenbündels des Computertomographiegerätes erfolgen. Beispielsweise führt die Blendeeinrichtung eine der Beschleunigung des Patiententisches synchrone Bewegung aus. Dadurch wird erreicht, dass die Zahl der zur Zeit t zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) synchron zur Patiententischposition oder Bewegung derart verändert wird, dass der Pitch oder Pitchfaktor p konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Vorzugsweise wird N(t) im Voraus definiert. Somit ist die Zahl N(t) zeitaufgelöst bestimmbar ohne dass eine Extrapolation aus der Positionsbestimmung oder -aufnahme der beispielsweisen Blendeneinrichtung zur Begrenzung des Röntgenstrahlenbündels des Computertomographiegerätes notwendig ist, wodurch zunächst weniger Daten übertragen werden müssen.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die aktuelle Tischgeschwindigkeit V_T (t) stufenweise oder quasi stufenweise verändert wird. Dadurch ist die aktuelle Tischgeschwindigkeit V_T(t) zeitaufgelöst bestimmbar ohne dass eine Extrapolation aus der Tischposition erfolgen muss, wodurch zunächst weniger Daten übertragen werden müssen. Daraus kann außerdem die zeitaufgelöste Bestimmung der Patiententischposition erfolgen. Wird gleichzeitig die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) ebenfalls stufenweise oder quasi stufenweise verändert, so wird damit erreicht, dass der Pitch oder Pitchfaktor d zu jedem Zeitpunkt t konstant ist. Außerdem kann durch die Auswahl der Breite der Intervalle zwischen den einzelnen Stufen eine stetige Funktion angenähert werden.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Bewegung des Patiententisches zumindest eine Phase steigender Geschwindigkeit und eine Phase absteigender Geschwindigkeit aufweist. Dabei wird die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) während der Phase steigender Geschwindigkeit des Patiententisches erhöht und die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) während der Phase absteigender Geschwindigkeit des Patiententisches verringert. Dadurch wird erreicht, dass das Verfahren im Vergleich zu einem Standardspiralscan, welcher zumindest eine Beschleunigungsphase, einen Abtastvorlauf, eine Aufnahmephase bei konstanter Tischgeschwindigkeit, einen Abtastnachlauf und eine Bremsphase aufweist, optimiert und vereinfacht durchführbar wird. Beispielweise kann das erfindungsgemäße Verfahren nur aus zwei nacheinander folgenden Phasen veränderlicher Geschwindigkeiten bestehen, wobei die Projektionsaufnahme während zumindest eines Teiles der jeweiligen nacheinander folgenden Phasen veränderlicher Geschwindigkeiten stattfindet. Dadurch kann eine maximale Tischausnutzung erzielt werden. Zudem geschieht die Erhöhung beziehungsweise die Verringerung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) während der Phasen veränderlichen Geschwindigkeiten vorzugsweise derart, dass die Reihenfolge der Einblendung der einzelnen Schichten und die Reihenfolge der Ausblendung der einzelnen Schichten identisch sind. Letzeres stellt sicher, dass die Spirallänge der Projektionsaufnahme für jede Schicht gleich lang ist, ermöglicht die Aufnahme eines vollständigen Bilddatensatzes am Anfang und am Ende des Scans und vereinfacht die Bildrekonstruktion.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Bewegung des Tisches zumindest eine Phase konstanter Geschwindigkeit aufweist, während welcher alle zur Aufnahme vorgesehenen Schichten zur Projektionsaufnahme beitragen. Dadurch wird zumindest ein Teil der Projektionsaufnahme bei konstanter Geschwindigkeit und konstanter Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N zwischen Phasen veränderlicher Geschwindigkeiten, wie bei einem Standardspiralscan, ermöglicht.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computertomographiegerät mit welchem das erfindungsgemäße Projektionsaufnahmeverfahren durchführbar ist. Ein solches Computertomographiegerät ist vorzugsweise ein Multischicht-Computertomographiegerät und weist zumindest eine Strahlungsquelle, zumindest einen mehrzeiligen Detektor sowie eine Einrichtung zur dynamischen Veränderung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten. Eine solche Einrichtung zur dynamischen Veränderung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten ist beispielsweise eine Einblendeinrichtung zur Begrenzung des Röntgenstrahlfächers des Computertomographiegerätes. Dabei umfasst jede Schicht des Computertomographiegerätes zumindest eine Detektorzeile des Detektors. Ein solches Computertomographiegerät ermöglicht die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Projektionsaufnahme bei konstantem Pitch oder Pitchfaktor p und bei sich verändernden Geschwindigkeit des Patiententisches mit den oben genannten Vorteilen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass das erfindungsgemäße Computertomographiegerät zumindest eine Blendeeinrichtung zur Begrenzung eines Röntgenstrahlbündels des Computertomographiegerätes aufweist, welche zumindest ein in eine Richtung linear bewegbares Absorberelement sowie Mittel zur Bewegung und dynamischen Regelung der Geschwindigkeit des zumindest einen Absorberelements aufweist. Dadurch wird eine dynamische Veränderung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten ermöglicht. Dabei ist die Blendeeinrichtung derart ausgebildet und im Aufnahmesystem angeordnet, dass die Zahl der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorenzeilen durch eine Bewegung des Absorberelements dynamisch veränderbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) gesteuert werden kann. Vorzugsweise wird die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten der Position und/oder der Geschwindigkeit des Patiententisches angepasst beziehungsweise synchronisiert.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass eine Änderung der Zahl der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorzeilen durch eine Ein- oder Ausblendung zumindest einer weiteren benachbarten Detektorzeile erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass die Erhöhung beziehungsweise die Verringerung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Detektorzeilen immer nur in eine Richtung der Detektorbreite entlang der Systemachse des Computertomographiegerätes erfolgt. Dies ermöglicht die Verwendung einer einfachen Blendeeinrichtung mit wenigstens einem linear bewegbaren und bewegten Absorberelement zur Begrenzung des Röntgenstrahls um die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Detektorzeilen zu verändern.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass die dynamische Zahländerung der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorzeilen durch eine Steuerungseinheit steuerbar ist. Vorzugsweise wird diese Änderung durch die Bewegung des zumindest einen Absorberelements als Funktion zumindest eines sich zeitlich zumindest teilweise verändernden Parameters gesteuert. Dadurch wird erreicht, dass die Kollimierung, also die aktuelle Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) beispielsweise als Funktion der aktuellen Tischgeschwindigkeit veränderbar ist. Insbesondere wird dadurch ermöglicht, die Bewegung der Blendeeinrichtung an die Bewegung des Patiententisches zu koppeln. Vorzugsweise weist die Bewegung der Blendeeinrichtung eine Geschwindigkeit auf, welche zumindest in den Phasen veränderlicher Geschwindigkeit proportional zur Tischgeschwindigkeit ist. Anders ausgedrückt ist die Bewegung der Blendeeinrichtung synchron zur Tischbewegung mit einer veränderten Skalierung der zu verwendeten Geschwindigkeit.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass die Einblendeinrichtung ein zweites Absorberelement umfasst, welches mit dem Mittel zur Bewegung und dynamischen Geschwindigkeitsregelung in die gleiche Richtung wie das erste Absorberelement aber unabhängig von diesem linear bewegbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die zur Aufnahme beitragenden Detektorzeilen in der gleichen Reihenfolge ein- oder ausgeblendet werden können, wodurch gewährleistet ist, dass die Spirallänge der Projektionsaufnahme für jede Schicht gleich lang ist so dass die Aufnahme eines vollständigen Bilddatensatzes am Anfang und am Ende des Scans für die Bildrekonstruktion vollständig ist und die Datensätze aller Schichten die gleiche Länge haben, was die Bildrekonstruktion vereinfacht.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass jedes Absorberelement zumindest eine einstellbare Endlage aufweist, bei welcher das Röntgenstrahlenbündel oder -fächer vom jeweiligen Absorberelement komplett erfasst ist. Dadurch wird erreicht, dass die Einblendeinrichtung derart im Strahlengang des Computertomographiegerätes anbringbar ist, dass eine Ein- und vor allem Ausblendung der jeweiligen Detektorenzeilen mit den zwei Absorberelemente derart gezielt durchführbar ist, dass die Anzahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten am Anfang und am Ende des Scans auf null gebracht werden kann. Die einstellbare Positionierung der jeweiligen Endlage ermöglicht zudem eine Anpassung an verschiedenen Geräten oder Geräteeinstellungen, beispielsweise wenn die maximale Anzahl oder die Breite der einzelnen Schichten zwischen zwei unterschiedlichen Scanvorgängen geändert werden soll.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht vor, dass das zweite bewegbare Absorberelement derart mit dem ersten Absorberelement fixierbar ist, dass zwischen den zwei Absorberelementen einen Schlitz definierter Breite einstellbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die Einblendeinrichtung aus den zumindest zwei miteinander fixierten Absorberelementen zwischen den zwei Endlagen der jeweiligen Absorberelementen nur in eine Richtung linear mit einer entsprechenden Geschwindigkeit bewegt werden muss, um eine Ein- und Ausblendung der jeweiligen Detektorzeilen während einer Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches zu ermöglichen.
Eine noch weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Computertomographiegerätes sieht schließlich vor, dass die Einblendeinrichtung vor der Strahlungsquelle angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass das sich im Messbereich befindende Untersuchungsobjekt nur dann beleuchtet wird, wenn eine Projektionsaufnahme auch stattfindet. Dadurch wird eine Dosisreduktion, insbesondere am Anfang und am Ende des Scans ermöglicht. Zusätzlich wird dadurch, verglichen zu einem Spiralscan bei zumindest teilweise veränderlicher Geschwindigkeit aber mit konstanter und voller Kollimierung, eine homogene Dosis entlang der Systemachse des Computertomographiegerätes im untersuchten Volumen appliziert statt einer Dosis-Verteilung mit einer bis zu dreifach höheren relativen Dosis am Anfang und am Ende des Spiralscans. Somit tragen alle aufgenommenen Daten zur Bildherstellung bei, so dass keine Dosis unnötig appliziert wird. Auf diese Weise erfolgt eine optimale Nutzung der applizierten Dosis bei gleichzeitiger Erhaltung der Bildqualität.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bilderstellung aus einem Datenvolumen, welches mit dem oben genannten Verfahren zur Projektionsaufnahme aufgenommen wurde.
Ein solches erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer gewichteten, gefilterten Rück-Projektion der Aufnahmedaten. Gewichtete, gefilterte Rück-Projektionsverfahren in der CT-Bildgebung, auch bekannt als „Weighted Filtered Back Projection (WFBP)“ in der englischen Sprache, berücksichtigen sogenannte Fächerstrahl-Artefakte (engl.: cone beam artifacts), welche durch die Nicht Parallelität der verwendeten Strahlen während der Aufnahme verursacht werden, sowie Redundanz-Artefakte, welche bei Spiralabtastungen durch mehrmaliges Bestrahlen ein und desselben Voxels entstehen können. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in Stierstorfer et al.: "Weighted FBP – a simple approximate 3D FBP algorithm for multislice spiral CT with good dose usage for arbitrary pitch", Phys. Med. Biol. 49, 2004, pp. 2209–2218 vorgestellt. Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Bilderstellung wird vorgeschlagen dabei die zeitlich nicht konstante Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) während der zumindest einen Phase nicht konstanter Tischgeschwindigkeit durch die Modifizierung des Gewichtungsfaktors W(q) in der gewichteten, gefilterten Rück-Projektion beim Rückprojizieren rechnerisch dadurch zu berücksichtigen, dass der der z-Koordinate entsprechende Schichtenindex q im Gewichtungsfaktor W(q) durch einen modifizierten Schichtenindex q* ersetzt wird, welcher gleich der der z-Koordinate entsprechende Schichtenindex q mal dem Quotient N_Max/N(t) aus der maximalen Anzahl der verwendeten Schichten N_Max durch die Zahl N(t) der zur Zeit t tatsächlich zur Projektionsaufnahme beitragenden Schichten ist. Der geänderte Gewichtungsfaktor W(q*) schreibt sich daher:
mit q* = N_Max/N(t).q und wobei q die normierte Anzahl der aktiven Detektorzeilen, also ein Zahl zwischen 0 und 1 ist. Q ist ein freier Parameter der festlegt wann die Gewichtsfunktion in Zeilenrichtung abgeschwächt wird. Dieser Wert ist typischerweise 0.8 und wird so gewählt das möglichst keine Cone-Beam Artefakte auftreten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht einen Vorbehandlungsschritt des aufgenommenen Datenvolumens vor, bei welchem ein konsistenter Datensatz paralleler Daten aus dem Datenvolumen für eine beliebige Bildposition entlang einer durch die Tischbewegung definierten Scanrichtung generiert wird, wobei die während der zumindest einen Phase nicht konstante Tischgeschwindigkeit für die während dieser zumindest einen Phase aufgenommenen Daten rechnerisch berücksichtigt wird. Dadurch wird in der sogenannten z-Interpolation, welche die bekannte Rückprojektion mit oder ohne Faltung der Projektionsdaten vorausgeht, Rechnung getragen, dass die Projektionsaufnahme in der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten stattgefunden hat. Dadurch wird die Berechnung eines Satzes paralleler Daten für eine beliebige Tischposition ermöglicht.
Eine noch vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die während der zumindest einen Phase nicht konstanter Tischgeschwindigkeit durch eine numerische Differenzierung der aufgenommenen Tischpositionen errechnet wird. Dies ermöglicht die Extrapolation der Tischgeschwindigkeit und eventuell das Einsetzen einer stetigen Funktion im Verfahren zur Bilderstellung, wodurch das Verfahren vereinfacht wird.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computersoftwareprodukt in Form von Programmen oder Programm-Modulen, welches zumindest ein Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19 implementiert, wenn es auf einer mit einem Multischicht-Computertomographiegerät verbundenen Recheneinrichtung läuft. Dadurch wird die Bildgenerierung eines Datenvolumens, welches aus einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Projektionsaufnahme oder mit einem erfindungsgemäßen Computertomographiegerät gewonnen wurde, ermöglicht.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Beispiele erfolgt. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Tischgeschwindigkeit als Funktion der Tischposition bei einer Standardaufnahme in einem Spiralscan;
2 eine schematische Darstellung der Tischgeschwindigkeit V, der Anzahl der zur Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N und des Pitches p als Funktion der Zeit t bei einem erfindungsgemäßen Verfahren;
3 eine schematische Darstellung der relativen dem zu untersuchenden Objekt applizierten Dosis als Funktion der Patiententischposition S(t);
4 eine schematische Darstellung der Patiententischgeschwindigkeit V(t) und der vom Tisch zurückgelegte Strecke S(t) als Funktion der Zeit t bei einem Spiralscan mit veränderlicher aber maximalen Tischgeschwindigkeit v(t) und konstantem Pitch p;
5 eine schematische Darstellung der Patiententischgeschwindigkeit V(t) und der vom Tisch zurückgelegte Strecke S(t) als Funktion der Zeit t bei einem Spiralscan mit veränderlicher, nicht maximaler Tischgeschwindigkeit v(t) und konstantem Pitch p;
6 eine schematische Darstellung der synchronen Geschwindigkeit zumindest eines Absorberelements einer erfindungsgemäßen Blendeneinrichtung zur dynamischen Ein- und/oder Ausblendung der zur Projektionsaufnahme beitragenden Detektorzeilen eines Computertomographiegerätes;
1 zeigt eine schematische Darstellung der Tischgeschwindigkeit V als Funktion der Tischposition s bei einer Standardaufnahme mit konstanter Tischgeschwindigkeit in einem Spiralscan. Im oberen Teil wird die Tischgeschwindigkeit V als Funktion der Tischposition s aufgetragen. Der Standardspiralscan weist dabei verschiedene Phasen 1, 1a, 1b, 2, 3, 3a und 3b auf, welche im mittleren Teil der Darstellung schematisiert sind. Der untere Teil zeigt schließlich eine schematische Darstellung eines zu untersuchenden Objekts 5, welches auf einem Patiententisch 6 aufgebracht ist.
Während der Phase 1a wird der Patiententisch von der Ruhelage S0 auf eine Untersuchungsgeschwindigkeit V_U beschleunigt. Während dieser Phase legt der Patiententisch eine Strecke S0S1 zurück. Wenn der Patiententisch die Zielgeschwindigkeit Vu erreicht hat startet die Projektionsaufnahme. Anschließend fährt der Patiententisch mit der Geschwindigkeit V_U weiter und legt eine Strecke S1S4 zurück bevor er, nachdem die Projektionsaufnahme beendet wurde, in der letzten Phase 3a innerhalb der Strecke S4S5 wieder abgebremst wird. Die Phase konstanter Tischgeschwindigkeit besteht dabei aus drei verschiedenen Phasen 1b, 2 und 3b. Während aller drei Phasen werden Projektionen kontinuierlich aufgenommen. Während der Phase 1b werden die Dateninformationen gesammelt, welche notwendig sind um das erste Schnittbild des untersuchten Bereichs rekonstruieren zu können. Die Strecke S1S2 beträgt daher mindestens T_Rot*V_U*min (a, b). Während der Phase 3b werden die Dateninformationen gesammelt, welche notwendig sind um das letzte Schnittbild des untersuchten Bereichs rekonstruieren zu können. Die Strecke S3S4 beträgt daher mindestens T_Rot*V_U*min(a, b). Während der Phase 2 werden die Dateninformationen gesammelt, welche notwendig sind um den restlichen untersuchten Bereich rekonstruieren zu können, das heißt um das Volumen des Untersuchungsobjektes zwischen dem ersten und dem letzten Schnittbild rekonstruieren zu können. Die sogenannte Vorlaufphase 1 umfasst die Phase 1a und 1b. Die sogenannte Nachlaufphase 3 umfasst die Phasen 3a und 3b. Um ausreichend Dateninformationen für die Rekonstruktion des zu untersuchenden Bereichs 7, inklusive erstes und letzes Schnittbilder 8, 9, zu erhalten muss der Patiententisch 6 zumindest die Strecke 8 zurücklegen. Eine Projektionsaufnahme findet während der kompletten Phase 8 statt.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Tischgeschwindigkeit während eines Spiralscans, wobei die Datenaufnahme, hier durch das Rechteck symbolisiert, teilweise bei veränderlicher Geschwindigkeit V(t) des Patiententisches aufgenommen wird und wobei die Kollimierung N(t) derart während der Aufnahme verändert wird, dass der Pitch oder Pitchfaktor p konstant gehalten wird: P = V(t).T_Rot/(N(t).S). Dabei sind die Tischgeschwindigkeit V(t), die Kollimierung, also die Anzahl der an der Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N(t) und der Pitch oder Pitchfaktor p als Funktion der Zeit aufgetragen. Dabei bezeichnet t0 die Zeit bei welcher der Tisch anfängt zu beschleunigen, t1 die Zeit bei welcher die Projektionsaufnahme startet, tg3 die Zeit bei welcher der Patiententisch 6 seine maximale Geschwindigkeit V_U erreicht hat, t4 die Zeit bei welcher der Patiententisch 6 anfängt zu bremsen, t5 die Zeit bei welcher die Projektionsaufnahme beendet wird und t6 die Zeit bei welcher der Patiententisch wieder in der Ruhelage ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung der relativen dem zu untersuchenden Objekt applizierten Dosis σ als Funktion der Patiententischposition S(t) für für zwei Spiralscans, welche zumindest teilweise bei veränderlicher Geschwindigkeit V(t) des Patiententisches aufgenommen werden, wobei die erste Kurve einen Spiralscan bei voller Kollimierung (obere Kurve) und die zweite Kurve einen Spiralscan bei konstantem Pitch oder Pitchfaktor p durch dynamische Ein- und Ausschaltung der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) darstellt. Offensichtlich weist die Kurve des Spiralscan, die bei voller, konstanter Kollimierung aufgenommen wurde, einen viel höheren Wert (ca. dreifachen Wert) am Anfang und am Ende der Tischbewegung im Vergleich zum Spiralscan gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Patiententischgeschwindigkeit V(t) und der vom Tisch zurückgelegte Strecke S(t) als Funktion der Zeit t bei einem Spiralscan mit zwei Phasen A, B veränderlicher Tischgeschwindigkeit v(t), eine Phase C konstanter Tischgeschwindigkeit und konstantem Pitch p. Die Anzahl der zu Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N(t) wird zwischen t1 oder t2 und t3 und zwischen t4 und t5 oder t6 als Funktion der Patiententischgeschwindigkeit V(t) verändert, so dass der Pitch oder Pitchfaktor während der Projektionsaufnahme konstant bleibt. Wird die maximale Tischgeschwindigkeit gleich der Zielgeschwindigkeit bei einem Standardscan und der Pitch oder Pitchfaktor p in beiden Fällen gleich gewählt, so ergibt sich für die Scanzeit T_C und T_V, wobei T_C die klassische Scanzeit und T_V die Scanzeit bei veränderlicher Geschwindigkeit ist, in beiden Fällen eine sehr ähnliche Zahl. Bei einem Detektor mit 128 Zeilen von 0,6mm Dicke, also eine maximale Kollimierung von 76,8mm und einer Länge des Bildvolumens von 150mm beträgt beispielsweise die Scanzeit bei einer maximalen Tischgeschwindigkeit von ca. 275mm/s und einem Pitch von 0,9 T_C = 0,54s bei einem Standardscan und T_V = 0,55s bei einem erfindungsgemäßen Spiralscan.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Patiententischgeschwindigkeit V(t) und der vom Tisch zurückgelegte Strecke S(t) als Funktion der Zeit t bei einem Spiralscan mit veränderlicher, nicht maximaler Tischgeschwindigkeit v(t) mit zwei Phasen A, B nichtkonstanter Tischgeschwindigkeit und konstantem Pitch p. Dabei ist der Pitch oder Pitchfaktor p größer gewählt als in 4. Die Anzahl der zu Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N(t) wird zwischen t1 oder t2 und t3 und zwischen t4 und t5 oder t6 als Funktion der Patiententischgeschwindigkeit V(t), also währen der ganzen Projektionsaufnahme verändert, so dass der Pitch oder Pitchfaktor während der Projektionsaufnahme konstant bleibt. Wird die maximalerreichte Tischgeschwindigkeit gleich der Zielgeschwindigkeit bei einem Standardscan und der Pitch oder Pitchfaktor p in beiden Fällen gleich gewählt, so ergibt sich für die Scanzeit T_V in Fall des Spiralscans bei veränderlicher Tischgeschwindigkeit eine höhere Zahl als die klassische Scanzeit T_C. Bei einem Detektor mit 128 Zeilen von 0,6mm Dicke, also eine maximale Kollimierung von 76,8mm und einer Länge des Bildvolumens von 150mm beträgt beispielsweise beträgt die Scanzeit bei einer maximalen Tischgeschwindigkeit von ca. 460mm/s und einem Pitch von 1,5, T_C = 0,32s bei einem Standardscan und bei einer maximalen Tischgeschwindigkeit von ca. 315mm/s, T_V = 0,53s bei einem erfindungsgemäßen Spiralscan.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen zur Patiententisch synchronen Bewegung S_A zweier Absorberelemente (obere beziehungsweise untere Kurve) einer Blendeneinrichtung mit zwei relativ zueinander bewegbaren Absorberelemente 9a, 9b, zur dynamischen Ein- und/oder Ausblendung der zur Projektionsaufnahme beitragenden Detektorzeilen eines Computertomographiegerätes als Funktion der Zeit t während eines Spiralscan bei konstantem Pitch aber zumindest teilweise veränderlicher Tischgeschwindigkeit. Die maximale Geschwindigkeit der Absorberelemente wird im _Vergleich zu einem Standard Spiralscan um ca. die Hälfte reduziert. Dadurch können die bereits in einem Standard Spiral CT-Gerät enthaltenen Blenden prinzipiell verwendet werden. Fahrkurven mit einem leicht veränderten Verlauf können zur Optimierung gefahren werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Stierstorfer et al.: "Weighted FBP – a simple approximate 3D FBP algorithm for multislice spiral CT with good dose usage for arbitrary pitch“, Phys. Med. Biol. 49, 2004, pp. 2209–2218 [0044]

Claims

Verfahren zur Aufnahme von Projektionen während eines Spiralscans mit einem Multischicht-Computertomographiegerät umfassend zumindest folgende schritte: – Bewegung eines Patiententisches durch ein Messbereich des Computertomographiegerätes, wobei die Bewegung des Patiententisches zumindest eine Phase nicht konstanter Geschwindigkeit während der Projektionsaufnahme aufweist; – Zeitaufgelöste Bestimmung oder Aufnahme der Patiententischposition x(t); – Zeitaufgelöste Aufnahme von Projektionen von zumindest einem Teil eines mit dem Tisch fahrenden Untersuchungsobjektes, wobei die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches derart als Funktion der Tischgeschwindigkeit verändert wird, dass der Quotient aus aktueller Tischgeschwindigkeit VTisch(t) durch die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) konstant ist, so dass der Pitchfaktor p während der Projektionsaufnahme konstant gehalten wird, und – Zeitaufgelöste Bestimmung oder Aufnahme der Zahl der zur Projektionsaufnahme beitragenden Schichten N(t).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten derart verändert wird, dass ein sich zur Zeit t im Messbereich befindende Untersuchungsobjekt nur der Strahlung, die für die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) notwendig ist, ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zeitaufgelöste Bestimmung der Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) durch die Aufnahme einer zeitlich aufgelösten Position einer Blendeneinrichtung zur Begrenzung des Röntgenstrahlenbündels des Computertomographiegerätes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Länge der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches derart gewählt ist, dass während der zumindest einen Phase nicht konstanter Geschwindigkeit des Patiententisches eine Rotation des zur Projektionsaufnahme verwendeten Aufnahmesystems von mindestens 180° + α erfolgt, wobei α der Öffnungswinkel in radialer Richtung des im Verfahren zur Projektionsaufnahme verwendeten Detektors zur Strahlungsquelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) stufenweise verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die aktuelle Tischgeschwindigkeit VTisch(t) stufenweise verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bewegung des Patiententisches zumindest eine Phase steigender Geschwindigkeit und eine Phase absteigender Geschwindigkeit aufweist, wobei die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten während der Phase steigender Geschwindigkeit erhöht wird und die Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten während der Phase absteigender Geschwindigkeit verringert wird, derart dass die Reihenfolge der Einblendung der einzelnen Schichten und die Reihenfolge der Ausblendung der einzelnen Schichten identisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bewegung des Patiententisches zumindest eine Phase konstanter Tischgeschwindigkeit während der Aufnahme aufweist, bei welcher alle Schichten zur Projektionsaufnahme beitragen.
Computertomographiegerät, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 geeignet ist.
Computertomographiegerät nach Anspruch 9, umfassend zumindest ein Aufnahmesystem und eine Einblendvorrichtung zum Begrenzen eines Röntgenstrahlenbündels des Computertomographiegerätes, welche zumindest ein in eine Richtung linear bewegbares Absorberelement sowie Mittel zur Bewegung und dynamischen Regelung der Geschwindigkeit des zumindest einen Absorberelements aufweist, wobei die Einblendeinrichtung derart ausgebildet und im Aufnahmesystem derart angeordnet ist, dass die Zahl der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorzeilen durch eine Bewegung des zumindest einen Absorberelements dynamisch veränderbar ist.
Computertomographiegerät nach Anspruch 10, wobei eine Änderung der Zahl der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorzeilen durch eine Ein- oder Ausblendung zumindest einer weiteren benachbarten Detektorzeile erfolgt.
Computertomographiegerät nach Anspruch 10 oder 11, wobei die dynamische Zahländerung der von der Strahlungsquelle bestrahlten Detektorzeilen durch eine Steuerungseinheit steuerbar ist, welche die Bewegung des zumindest einen Absorberelements als Funktion zumindest eines sich zeitlich zumindest teilweise verändernden Parameters steuert.
Computertomographiegerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Einblendeinrichtung ein zweites Absorberelement umfasst, welches mit dem Mittel zur Bewegung und dynamischen Geschwindigkeitsregelung in die gleiche Richtung wie das erste Absorberelement aber unabhängig von diesem linear bewegbar ist.
Computertomographiegerät nach Anspruch 13, wobei jedes Absorberelement zumindest eine einstellbare Endlage aufweist, bei welcher das Röntgenstrahlenbündel des Computertomographiegerätes vom jeweiligen Absorberelement komplett erfasst ist.
Computertomographiegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei das zweite bewegbare Absorberelement derart mit dem ersten Absorberelement fixierbar ist, dass zwischen den zwei Absorberelemente einen Schlitz definierter Breite einstellbar ist.
Computertomographiegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei die Einblendeinrichtung vor der Strahlungsquelle angeordnet ist.
Verfahren zur Bilderstellung aus einem mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufgenommenen Datenvolumen, basierend auf einer gewichteten, gefilterten Rück-Projektion der Aufnahmedaten, wobei die zeitlich nicht konstante Zahl der zur Aufnahme beitragenden Schichten N(t) während der zumindest einen Phase nicht konstanter Tischgeschwindigkeit durch die Modifizierung des Gewichtungsfaktors W(q) in der gewichteten, gefilterten Rück-Projektion beim Rückprojizieren rechnerisch dadurch berücksichtigt wird, dass der der z-Koordinate entsprechende Schichtenindex q im Gewichtungsfaktor W(q) durch einen modifizierten Schichtenindex q* ersetzt wird, welcher gleich der der z-Koordinate entsprechende Schichtenindex q mal dem Quotient aus der maximalen Anzahl der verwendeten Schichten NMax durch die Zahl N(t) der zur Zeit t tatsächlich verwendeten Schichten ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Verfahren einen Vorbehandlungsschritt des aufgenommenen Volumens aufweist, bei welchem ein konsistenter Datensatz paralleler Daten aus dem Datenvolumen für eine beliebige Bildposition entlang einer durch die Tischbewegung definierten Scanrichtung generiert wird, wobei die während der zumindest einen Phase nicht konstante Tischgeschwindigkeit für die während dieser zumindest einen Phase aufgenommenen Daten rechnerisch berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die während der zumindest einen Phase nicht konstante Tischgeschwindigkeit durch eine numerische Differenzierung der aufgenommenen Tischpositionen errechnet wird.
Computersoftwareprodukt in Form von Programmen oder Programm-Modulen, welches zumindest ein Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19 implementiert, wenn es auf einer mit einem Multischicht-Computertomographiegerät verbundenen Recheneinrichtung läuft.