DE102017202852A1

DE102017202852A1 - Verfahren zur Durchführung einer computertomographischen Untersuchung an einem Objekt

Info

Publication number: DE102017202852A1
Application number: DE102017202852.1A
Authority: DE
Inventors: Felix Porsch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Durchführung einer Computertomographischen Untersuchung an einem Objekt, bei dem das Objekt mittels Röntgenstrahlen, die von wenigstens einer Röntgenstrahlenquelle emittiert werden, durchstrahlt wird und die das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen von wenigstens einem Röntgendetektor zum Erhalt eines Projektionsbildes derart detektiert werden, indem der Röntgendetektor relativ zum Objekt der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordnet wird und das Objekt relativ zur Röntgenstrahlungsquelle sowie zum Röntgendetektor um eine das Objekt durchsetzende Drehachse gedreht wird oder die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor relativ um eine das Objekt durchsetzende Drehachse synchron gedreht werden und während einer vollständigen Drehung an n unterschiedlichen Projektionspositionen, an denen sich die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor relativ zum Objekt längs jeweils einer virtuellen Verbindungslinie gegenüberliegen, jeweils ein Projektionsbild aufgenommen wird, und die Anzahl n Projektionsbilder der Computertomographischen Untersuchung zugrundegelegt wird.
Der lösungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Projektionsposition derart gewählt wird, dass bei einer vollständigen Relativdrehung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgendetektors um das Objekt die zumindest eine Projektionsposition eine die Drehachse durchsetzende virtuelle Verbindungslinie besitzt, die in Projektion parallel zur Drehachse mit keiner der den n-1 anderen Projektionspositionen zugeordneten jeweils die Drehachse durchsetzenden virtuellen Verbindungslinien überlagert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer computertomographischen, kurz CT, Untersuchung an einem Objekt, bei dem das Objekt mittels Röntgenstrahlen, die von wenigstens einer Röntgenstrahlenquelle emittiert werden, durchstrahlt wird. Die das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen werden von wenigstens einem Röntgendetektor zum Erhalt eines Projektionsbildes detektiert, indem der Röntgendetektor relativ zum Objekt der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordnet wird und das Objekt relativ zur Röntgenstrahlungsquelle sowie zum Röntgendetektor um eine das Objekt durchsetzende Drehachse gedreht wird oder die Röntgenstrahlungsquelle sowie der Röntgendetektor relativ um eine das Objekt durchsetzende Drehachse synchron gedreht werden. Hierbei wird während einer vollständigen Drehung an n unterschiedlichen Projektionspositionen, an denen sich die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgendetektor relativ zum Objekt längs jeweils einer virtuellen Verbindungslinie gegenüberliegen, jeweils ein Projektionsbild aufgenommen. Die Anzahl n Projektionsbilder wird schließlich der CT-Untersuchung zugrunde gelegt.
Stand der Technik
CT-Untersuchungen an Objekten dienen der Vermessung von Objektinnengeometrien, die weder mit zerstörungsfreien Messverfahren, wie bspw. optische oder taktile Verfahren noch mit zerstörenden Verfahren, bspw. im Wege einer Segmentierung, erfasst werden können. Im Gegensatz zu medizinischen Applikationen, bei denen die Objektgröße durch Mensch oder Tier vorgegeben ist, können die Objektdimensionen bei technischen Objekten sehr stark variieren, typischerweise von wenigen Millimetern bis vielen Metern, so dass die Anforderungen an industrielle CT-Systeme deutlich unterschiedlicher und vielfältiger im Vergleich zu medizinischen CT-Systemen sind, zumal bei medizinischen CT-Untersuchungen ein Patient normalerweise kooperativ und bewegungslos positioniert wird während die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgenstrahlendetektor synchron um den Patienten verfahren werden. Bei industriellen CT-Systemen werden Röntgenstrahlenquelle sowie Röntgendetektor zumeist stationär positioniert und lediglich das zu untersuchende Objekt wird in geeigneter Weise gedreht. Die Objektdrehung erfolgt vorzugsweise um eine das Objekt durchsetzende Drehachse, längs der das Objekt im Falle einer sog. Helix-Computertomographie zusätzlich bewegt werden kann.
Während der Objektdrehung wird eine sehr große Anzahl n, typ. mehrere Hundert, an Röntgenprojektionsbildern, sog. Radiographien aufgenommen, die jeweils ein Projektionsbild durch das Objekt längs einer virtuellen Verbindungslinie darstellen, längs der sich die Röntgenstrahlungsquelle sowie der Röntgendetektor relativ zum Objekt gegenüberliegend darstellen. Für eine vollständige und möglichst hochauflösende Volumenbild-Rekonstruktion eines Objektes ist es erforderlich, eine möglichst große Anzahl an Projektionsbildern vom Objekt zu generieren. Grundsätzlich gilt die Regel, je mehr Projektionsbilder von einem Objekt vorhanden sind, umso besser ist die Auflösung und umso größer ist die aus der Volumenbild-Rekonstruktion entnehmbare Detailinformation.
Zum Zwecke eines wirtschaftlichen Betriebes eines CT-Systems sollten die für eine hochqualitative Volumen-Rekonstruktion des Objektes erforderlichen Röntgenprojektionsbilder in einer möglichst kurzen Zeitdauer aufgenommen werden. Die Zeitdauer ermittelt sich rechnerisch als Produkt aus der Anzahl n der erforderlichen Projektionsbilder und der Taktdauer für die Aufnahme jeweils eines Projektionsbildes an einer Projektionsposition. Die Taktdauer wiederum setzt sich zusammen aus der Belichtungszeit für das Projektionsbild sowie die Bewegungsdauer zur Drehung um die Drehachse von einer Projektionsposition in Drehrichtung zur nächsten Projektionsposition.
Gleichwohl es bekannte Ansätze gibt, um die vorstehend bezeichnete Taktdauer, d. h. Belichtungs- und Bewegungsdauer zu reduzieren, betreffen die weiteren Betrachtungen und Ausführungen zum Zwecke der Minimierung der Zeitdauer für einer CT-Aufnahme die Anzahl n der für eine vollständige Volumenbild-Rekonstruktion erforderlichen Einzelprojektionsbilder. Diese Anzahl n kann nicht beliebig klein gewählt werden, zumal sich bei einer zu geringen Anzahl von Projektionsbildern die geometrische Auflösung der Objektabbildungen bei der Betrachtung der Volumenbild-Rekonstruktion verringert, wodurch sich zugleich der informelle Aussagegehalt für eine belastbare Objektanalyse verschlechtert. In einem derartigen Fall, bei dem das Objekt aus einer zu geringen Anzahl von Projektionspositionen, die zwangsläufig einen zu großen Winkelabstand in Umfangsrichtung um die Drehachse zueinander aufweisen, treten aufgrund der Unterabtastung inhaltslose Streifen in der Volumenbild-Rekonstruktion auf, die den Aussagegehalt des Volumenbildes signifikant reduzieren.
Bisher bekannte Maßnahmen zur Verkürzung der CT-Aufnahmezeitdauer für die Erzeugung einer Volumenbild-Rekonstruktion von einem Objekt bestehen darin, trotz der bekannten Problematik der sich ausbildenden Unterabtast-Artefakte die Anzahl der aufgenommenen Projektionsbilder zu verringern. Hierzu wird die Tatsache ausgenutzt, dass ein Projektionsbild, das in einer ersten Projektionsposition vom Objekt aufgenommen worden ist, im Wesentlichen mit einem Projektionsbild sehr ähnlich ist, das von dem Objekt nach einer Drehung um exakt 180° aufgenommen worden ist. Aufgrund der sehr großen informellen Ähnlichkeit zwischen zwei Projektionsbildern, die sozusagen „in Richtung und Gegenrichtung“ mit Hilfe des Röntgenstrahlendetektors gewonnen werden, ist der Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Volumenbild-Rekonstruktion nur geringfügig. Im Grenzfall einer Parallelprojektion, wie sie z. B. bei einer Synchrotronstrahlungsquelle realisierbar ist, verhalten sich diese beiden Projektionsbilder aus „Richtung und Gegenrichtung“ zueinander wie Bild und Spiegelbild, d. h. mit Ausnahme der Seitenverkehrung sind die informellen Bildinhalte identisch.
Aus diesem Grunde wird bei sog. „verkürzten CT-Scans“ auf die Aufnahme und Auswertung von Projektionsbildern jeweils aus der Gegenrichtung von bereits aufgenommenen Projektionsbildern verzichtet. Im Falle der Verwendung einer Röntgenstrahlenquelle, die parallel orientierte Röntgenstrahlen emittiert, wie bspw. bei den bereits erwähnten Synchrotronstrahlungsquellen, bedarf es für eine hochauflösende Volumenbild-Rekonstruktion von einem Objekt lediglich der Aufnahme von Projektionsbildern, die aus Projektionspositionen gewonnen werden, die in einer gemeinsamen Halbebene liegen. Im Falle der stationären Anordnung von Röntgenstrahlungsquelle sowie Röntgendetektor bedarf es lediglich einer Objektdrehung um 180°, wodurch der Zeitbedarf im Vergleich zum konventionellen Vorgehen geradezu halbiert ist.
Typischerweise werden Röntgenstrahlenquellen mit divergierenden Strahlkegeln eingesetzt, so dass das Objekt im Wege eines verkürzten CT-Scans um den Öffnungswinkel α des Strahlkegels erweitert gedreht werden muss.
Ein Nachteil des Verfahrens des verkürzten CT-Scans äußert sich wegen der unvollständigen Drehung darin, dass die Vorder- und Rückseite des Objektes mit jeweils unterschiedlicher geometrischer Auflösung im Rahmen der Volumenbild-Rekonstruktion abgebildet werden. Hinzukommt, dass auch zusätzliche Artefakte aufgrund einer ungleichmäßigen Abtastung auftreten können.
Aus dem Bereich der medizinischen CT-Untersuchung, bei der, wie bereits erwähnt, das Objekt stationär und die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor das Objekt umkreisend angeordnet sind, ist unter dem Begriff „quarter detector shift“ eine Aufnahmepraxis bekannt, bei der die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor versetzt zueinander angeordnet sind. Der Detektor ist in diesem Fall relativ zu einer die Röntgenstrahlenquellen sowie Röntgendetektor jeweils mittig schneidenden virtuellen Verbindungslinie exakt um ein Viertel eines Detektorpixels versetzt angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Projektionsbilder zweier Projektionspositionen, aus denen das Objekt in Drehpositionen erfassbar ist, die sich um 180° voneinander unterscheiden nicht äquivalent zueinander sind. Dies führt dazu, dass die geometrische Auflösung gegenüber dem normalen Verfahren mit genau in „Richtung und Gegenrichtung“ gegenüberstehender Röntgenstrahlenquelle sowie Röntgendetektor verbessert wird. Nähere Einzelheiten hierzu sind aus einem Beitrag von Thorsten M. Buzug, „Quarter-Detector Offset and Sampling Theorem", Seite 293 ff in seinem Buch „Computed Tomography", Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-39407-5 () sowie Avinash C. Kak & Malcolm Slaney, „Sampling in real System", Seite 186 ff in Ihrem Buch „Principles of Computerized Tomographie Imaging", IEEE Press New York, 1988, ISBN 0-87942-1 98-3.
Obwohl es möglich erscheint, die vorstehende Technik der „quarter detector shift“ zu Zwecken der Reduzierung der Anzahl der Projektionspositionen zu nutzen, um auf diese Weise eine verringerte Scanzeit gegenüber dem Standardverfahren zu erreichen, findet diese Möglichkeit in nichtmedizinischen Applikationen keine Realisierung in der Praxis, zumal es hier eines erhöhten Montage- und Justageaufwandes bedarf. Insbesondere bei industriellen CT-Scannersystemen, bei denen in der Regel das Objekt drehbar gelagert ist und die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor stationär positioniert sind, kann deren gegenseitiger Abstand zu Zwecken einer frei wählbaren Abbildungsvergrößerung individuell eingestellt werden. Bei jeder Änderung der Einstellgrößen ändert sich jedoch auch der erforderliche seitliche Versatz von Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor, wodurch der Einsatz des Verfahrens gemäß dem vorstehend erläuterten „quarter detector shift“ sehr erschwert ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Durchführung einer CT-Untersuchung an einem Objekt, bei dem das Objekt mittels Röntgenstrahlen, die von wenigstens einer Röntgenstrahlenquelle emittiert werden, durchstrahlt wird und die das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen von wenigstens einem Röntgendetektor zum Erhalt eines Röntgenbildes derart detektiert werden, indem der Röntgendetektor relativ zum Objekt der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordnet wird und das Objekt relativ zur Röntgenstrahlenquelle sowie zum Röntgendetektor um eine das Objekt durchsetzende Drehachse gedreht wird, oder die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor relativ um eine das Objekt durchsetzende Drehachse synchron gedreht werden, und während einer vollständigen Drehung an n unterschiedlichen Projektionspositionen, an denen sich die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgendetektor relativ zum Objekt längs jeweils einer virtuellen Verbindungslinie gegenüberliegen, jeweils ein Projektionsbild aufgenommen wird, und die Anzahl n Projektionsbilder der CT-Untersuchung zugrunde gelegt wird, dadurch weiterzubilden, so dass die Scanzeit signifikant reduziert werden soll ohne dabei das Auflösungsvermögen der zu erstellenden Volumenbild-Rekonstruktionen zu beeinträchtigen. Sämtliche hierfür erforderlichen Maßnahmen sollen weder den apparativen sowie auch den justagetechnischen Aufwand erhöhen.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Das lösungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Projektionsposition derart gewählt wird, dass bei einer vollständigen Relativdrehung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgendetektors um das Objekt die zumindest eine Projektionsposition eine die Drehachse durchsetzende virtuelle Verbindungslinie besitzt, die in Projektion parallel zur Drehachse mit keiner der den n-1 anderen Projektionspositionen zugeordneten jeweils die Drehachse durchsetzenden virtuellen Verbindungslinien überlagert.
Der vorstehende Begriff der „virtuellen Verbindungslinie“ zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Röntgendetektor an einer bestimmten Projektionsposition beschreibt eine geometrische Anordnung von Röntgenstrahlungsquelle und Röntgendetektor, bei der die virtuelle Verbindungslinie sowohl die Röntgenstrahlungsquelle sowie auch den Röntgendetektor mittig durchsetzt. Mit anderen Worten ist die virtuelle Verbindungslinie das Lot von der vorzugsweise punktförmigen Röntgenstrahlenquelle auf den Röntgendetektor. Im Verständnis mit einer derartigen geometrischen Anordnung ist eine Relativanordnung zwischen Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor in Art der vorstehend erläuterten bekannten Anordnung gemäß der „quarter detector shift“-Anordnung ausdrücklich ausgeschlossen, d.h. im lösungsgemäßen Falle schneidet die Verbindungslinie die Drehachse, beim bekannten „quarter shift“ Verfahren dagegen nicht. Zudem wird gefordert, dass die virtuelle Verbindungslinie zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Röntgendetektor in jeder der n Projektionspositionen die Drehachse, um die sich das Objekt dreht, durchsetzt. Diese geometrische Forderung stellt sicher, dass ein zusätzlicher Justageaufwand zwischen Röntgenstrahlungsquelle und Röntgendetektor vermieden wird.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Idee beschreitet einen neuen Ansatz um die Redundanz von jeweils zwei vom Objekt aufgenommenen Projektbildern zu vermeiden, die von dem Objekt an jeweils zwei gegenüberliegenden Projektionspositionen in „Richtung und Gegenrichtung“ aufgenommen werden, und damit die Anzahl der erforderlichen Projektionsbilder und auf diese Weise die Scandauer zu verringern und/oder die geometrische Auflösung der einzelnen Projektionsbilder, die zur Erstellung einer Volumenbild-Rekonstruktion dienen, zu erhöhen.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird im Gegensatz zur bekannten Praxis das Objekt nicht aus einer geradzahligen Anzahl n unterschiedlichen Drehpositionen, die den einzelnen Projektionspositionen entsprechen, in denen jeweils ein Projektionsbild vom Objekt aufgenommen wird, erfasst, vielmehr wird das Objekt aus einer ungeraden Anzahl n unterschiedlichen Projektionspositionen aufgenommen, wodurch zwei in Oppositionsstellung, d.h. „Richtung und Gegenrichtung“ zueinander befindliche Projektionspositionen nicht in gegenseitige Überlagerung geraten. Mit anderen Worten wird das Objekt aus n Projektionspositionen aufgenommen, die jeweils einen gegenseitigen zirkulären Abstand von 360°/n um die Drehachse besitzen, wobei die Anzahl n ungeradzahlig ist. Durch eine ungerade Anzahl von Projektionspositionen um das zu untersuchende Objekt liegen die virtuellen Verbindungslinien derart auf „Lücke“ zueinander, dass die vorstehend erläuterten Unterabtastungs-Artefakte erst bei einer wesentlich geringeren Anzahl an Projektionspositionen auftreten, verglichen zum Fall mit einer geradzahligen Anzahl von Projektionspositionen, bei denen die virtuellen Verbindungslinien und die damit verbundenen Projektionsstrahlen jeweils aus Richtung und Gegenrichtung überlagern. Mit der bevorzugten Aufnahme des Objektes aus einer ungeradzahligen Anzahl n von Projektionspositionen lässt sich auch die geometrische Auflösung der Volumenbildrekonstruktion signifikant erhöhen. Somit ist es möglich, eine beträchtliche Verringerung der zeitlichen Dauer für eine CT-Aufnahme zu erzielen.
Um den vorstehend erläuterten Effekt, der sich aus sich nicht gegenseitig überlagernden virtuellen Verbindungslinien ergibt, insbesondere bei Projektionspositionen in Oppositionsstellung auch bei einer beliebig gewählten Anzahl n an Projektionspositionen nutzen zu können, so insbesondere bei einer geradzahligen Anzahl n von Projektionspositionen, gilt es den zirkulären Abstand zwischen jeweils zweier benachbarten Projektionspositionen nicht äquidistant anzuordnen, sondern bspw. mit variablen zirkulären Abständen anzuordnen. Wesentlich ist, dass sich die virtuellen Verbindungslinien in den einzelnen Projektionspositionen gegenseitig nicht überlappen.
Hierdurch kann der Bildinformationsgehalt, der von einem Objekt aus den unterschiedlichen Projektionspositionen gewonnen wird, signifikant gesteigert und redundante Bildinformationen vermieden werden. Dies eröffnet die Möglichkeit einer Reduktion der Anzahl n Bildpositionen, von denen das Objekt mit Hilfe der CT-Aufnahmetechnik erfasst wird. Hierbei gilt es mittels Optimierungsverfahren eine minimale Anzahl an Bildpositionen zu ermitteln, bei der eine ausreichend hohe Bildauflösung in der Volumenbild-Rekonstruktion erhalten wird, ohne dass störende Unterabtast-Artefakte auftreten.
Das lösungsgemäße Prinzip der Redundanzvermeidung bzw. Redundanzverringerung bei Projektionsbildaufnahmen in „Richtung und Gegenrichtung“ beginnt bereits bei der Realisierung wenigstens einer Projektionsposition, deren zugeordnete virtuelle Verbindungslinie mit keiner anderen virtuellen Verbindungslinie aller übrigen Projektionspositionen in Projektion parallel zur Drehachse, um die sich das Objekt dreht, vollständig überlagert. Selbstverständlich verbessert sich das angestrebte Ziel der vollständigen Redundanzvermeidung mit zunehmender Anzahl von überlagerungsfreien virtuellen Verbindungslinien von sich jeweils in Oppositionsstellung zueinander befindlichen Projektionspositionen.
Das lösungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung industrieller CT- Untersuchungen, bei denen vorzugsweise das Objekt relativ zu den ansonsten stationär angeordneten Röntgenstrahlenquelle sowie Röntgendetektor gedreht wird. Ebenso ist es jedoch auch möglich, das lösungsgemäße Verfahren zur optimierten Bilddatengewinnung bei medizinischen CT-Untersuchungen oder bei modifizierten industriellen CT-Anwendungen anzuwenden, bei denen die Röntgenstrahlenquelle gemeinsam mit dem Röntgendetektor das ansonsten stationär angeordnete Objekt umkreisen.
Das lösungsgemäße Verfahren lässt sich auch bei der Durchführung der sog. Helix-CT-Untersuchungsmethode anwenden, bei der das Objekt längs der Drehachse zusätzlich translatorisch ausgelenkt wird oder bei der die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgendetektor längs der Drehachse, um die sich das Objekt dreht, translatorisch ausgelenkt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Objekt zusätzlich zu seiner Drehbewegung um die das Objekt durchsetzende Drehachse längs einer Kreisbahn translatorisch bewegt, die an der Kreisbahnebene orthogonal zur Drehachse orientiert ist. Die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor sind relativ zum Objekt stationär angeordnet. Die Objektdrehung um die Drehachse erfolgt synchronisiert mit der translatorischen Kreisbahnbewegung des Objektes. Auf diese Weise vollführt das Objekt neben seiner Relativdrehung um die Drehachse in Projektion parallel zu virtuellen Verbindunglinie zwischen stationärer Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor eine jeweils quer zur virtuellen Verbindungslinie bidirektional orientierte Pendelbewegung aus. In gleicher Weise erfolgt die Projektionsbilderfassung an allen n Drehpositionen bzw. Projektionspositionen des Objektes um dessen Drehachse.
Die vorstehend erläuterte Bewegungskinematik zwischen beweglichen Objekt und stationär gelagerter Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor lässt sich auch in kinematischer Umkehr realisieren. In diesem Fall umkreisen Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor in synchroner Abstimmung aufeinander das ansonsten stationär gelagerte Objekt, um eine sich aus der kinematischen Umkehrung ergebende virtuelle Drehachse.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1 schematische Darstellung einer Röntgenstrahlenquelle und eines Röntgendetektors, die längs einer Kreisbahn synchron um eine ein Objekt durchsetzende Drehachse kreisen,
2 a, b Darstellung von Projektionspositionen, aus denen jeweils ein Projektionsbild von einem Objekt aufgenommen wird, sowie
3 Alternative Darstellung von Projektionspositionen, aus denen jeweils ein Projektionsbild von einem Objekt aufgenommen wird.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1 zeigt eine Röntgenstrahlenquelle 1, einen Röntgendetektor 2 sowie ein drehbar um eine Drehachse 3 gelagertes Objekt 4. Es sei angenommen, dass die Röntgenstrahlenquelle 1 ein Punktstrahler ist. Die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Röntgenstrahlendetektor 2 sind längs einer virtuellen Verbindungslinie 5 angeordnet, die das Lot von der punktförmigen Röntgenstrahlenquelle 1 auf den Röntgendetektor 2 darstellt.
Zu Zwecken einer computertomographischen Untersuchung des Objektes 4 dreht sich das Objekt 4 um die Drehachse 3.
Denkbar, jedoch bei industriellen computertomographischen Untersuchungen nicht bevorzugt, ist es ebenfalls möglich, die Röntgenstrahlenquelle 1 gemeinsam mit dem Röntgendetektor 2 in der in 1 dargestellten dem Objekt 3 diametral gegenüberliegenden Lage, synchron um die Drehachse 3 längs einer Kreislinie 6 zu drehen und das Objekt 4 stationär zu lagern.
2b illustriert verschiedene Projektionspositionen P1 bis P8, aus denen von einem Objekt 4, Projektionsschnittbilder aufgenommen werden In jeder einzelnen Projektionsposition sind die Röntgenstrahlenquelle 1 sowie der Röntgendetektor 2 relativ zum Objekt 4 diametral gegenüberliegend längs jeweils der virtuellen Verbindungslinie 5 angeordnet. Bei einer geradzahligen Anzahl n von Projektionspositionen ist ersichtlich, dass Projektionspositionen mit einem zirkulären Abstand von 180° jeweils längs einer identischen virtuellen Verbindungslinie liegen. Die an diesen Projektionspositionen (Richtung und Gegenrichtung) gewonnenen Projektionsschnittbilder sind somit weitgehend inhaltsidentisch. Dies betrifft bspw. die Projektionspositionspaare P₁/P₅ oder P₈/P₄ oder P₃/P₇ etc..
Wird hingegen die Anzahl der Projektionspositionen n ungeradzahlig gewählt, wie in 2a dargestellt, so können jegliche inhaltsidentische Projektionsschnittbilder ausgeschlossen werden. Auf diese Weise kann die Anzahl n, bei entsprechend ungeradzahliger Wahl, derart optimiert angepasst werden, so dass mit einer möglichst geringen Anzahl n ein Höchstmaß an unterschiedlichen Schnittbildinhalten gewonnen werden kann.
Charakteristisch für sämtliche Projektionspositionen, aus denen jeweils ein Schnittbild vom Objekt 4 aufgenommen wird, ist die in 1 ersichtliche Geometriebedingung, gemäß der die virtuelle Verbindungslinie 5 zwischen Röntgenstrahlenquelle 1 und Röntgendetektor 2 stets die Drehachse 3 schneidet.
3 zeigt eine weitere Alternative zur Verteilung von Projektionspositionen P1 bis P8 relativ um das Objekt 4 herum, bei der gleichfalls eine Überlagerung von inhaltsgleichen Projektionsschnittbildern aus jeweils Richtung und Gegenrichtung vermieden wird. Gleichwohl die Anzahl n an Projektionspositionen geradzahlig gewählt ist, ist ihr jeweiliger zirkulärer Abstand z gerade so, vorzugsweise nicht äquidistant, gewählt, dass eine Überlagerung von Projektionspositionen bzw. - bildern vermieden wird.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenstrahlenquelle
2: Röntgendetektor
3: Drehachse
4: Objekt
5: Virtuelle Verbindungslinie
6: Kreislinie
P1 - P8: Projektionsposition
n: Anzahl
z: zirkulärer Abstand zwischen zwei Projektionspositionen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Thorsten M. Buzug, „Quarter-Detector Offset and Sampling Theorem“, Seite 293 ff in seinem Buch „Computed Tomography“, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-39407-5 [0010]
Avinash C. Kak & Malcolm Slaney, „Sampling in real System“, Seite 186 ff in Ihrem Buch „Principles of Computerized Tomographie Imaging“, IEEE Press New York, 1988, ISBN 0-87942-1 98-3 [0010]

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Computertomographischen Untersuchung an einem Objekt, bei dem das Objekt mittels Röntgenstrahlen, die von wenigstens einer Röntgenstrahlenquelle emittiert werden, durchstrahlt wird und die das Objekt durchdringenden Röntgenstrahlen von wenigstens einem Röntgendetektor zum Erhalt eines Projektionsbildes derart detektiert werden, indem der Röntgendetektor relativ zum Objekt der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordnet wird und das Objekt relativ zur Röntgenstrahlungsquelle sowie zum Röntgendetektor um eine das Objekt durchsetzende Drehachse gedreht wird oder die Röntgenstrahlenquelle sowie der Röntgendetektor relativ um eine das Objekt durchsetzende Drehachse synchron gedreht werden und während einer vollständigen Drehung an n unterschiedlichen Projektionspositionen, an denen sich die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor relativ zum Objekt längs jeweils einer virtuellen Verbindungslinie gegenüberliegen, jeweils ein Projektionsbild aufgenommen wird, und die Anzahl n Projektionsbilder der Computertomographischen Untersuchung zugrundegelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Projektionsposition derart gewählt wird, dass bei einer vollständigen Relativdrehung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgendetektors um das Objekt die zumindest eine Projektionsposition eine die Drehachse durchsetzende virtuelle Verbindungslinie besitzt, die in Projektion parallel zur Drehachse mit keiner der den n-1 anderen Projektionspositionen zugeordneten jeweils die Drehachse durchsetzenden virtuellen Verbindungslinien überlagert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n Projektionspositionen jeweils einen gegenseitigen zirkulären Abstand von 360°/n um die Drehachse besitzen, und dass die Anzahl n Projektionspositionen ungerade gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die n Projektionsbilder zur Durchführung einer industriellen Computertomographischen Untersuchung zugrundegelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt längs der Drehachse translatorisch ausgelenkt wird oder dass die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor längs der Drehachse translatorisch ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlungsquelle und der Röntgendetektor relativ zum Objekt längs der jeweils einen virtuellen Verbindungslinie derart gegenüberliegend angeordnet werden, so dass die virtuelle Verbindungslinie die Drehachse sowie die Röntgenstrahlungsquelle und den Röntgendetektor jeweils mittig schneidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlungsquelle und/oder der Röntgendetektor längs der virtuellen Verbindungslinie frei positionierbar angeordnet wird bzw. werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Objekt durchsetzende Drehachse samt dem um die Drehachse rotierenden Objekt zusätzlich auf einer Kreisbahn senkrecht zur Drehachse umläuft während die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor stationär sind oder dass in kinematischer Umkehr zur vorstehend erläuterten Relativbewegung zwischen der Röntgenstrahlenquelle, dem Röntgendetektor und dem Objekt, das Objekt stationär gelagert ist die Röntgenstrahlenquelle und der Röntgendetektor um das Objekt sowohl um die Drehachse als auch jeweils um eine Kreisbahn umlaufen, die senkrecht zur Drehachse orientiert sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung längs der Kreisbahn jeweils synchron mit der Drehung um die Drehachse erfolgt.