DE102022200225B3

DE102022200225B3 - Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung, Bildaufnahmeeinrichtung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger

Info

Publication number: DE102022200225B3
Application number: DE102022200225.3A
Authority: DE
Inventors: Taras PRYYMAK
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2042-01-13
Also published as: CN116437029A

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung (1) umfassend eine Detektoranordnung (2) mit einer Mehrzahl von Sensorelementen (7) sowie wenigstens eine mit den Sensorelementen (7) verbundene, eine Speichereinrichtung (9) umfassende elektrische Schaltung (8), wobei die Speichereinrichtung (9) wenigstens einen Speicherblock (10) umfasst, wobei von zumindest einer Teilmenge der Sensorelemente (7) bei einer Bildaufnahme gewonnene Daten in jeweils wenigstens einem dem jeweiligen Sensorelement (7) zugewiesenen Abschnitt (15) des Speicherblocks (10) gespeichert werden, wobei die Zuordnung der Abschnitte (15) des Speicherblocks (10) zu den einzelnen Sensorelementen (7) in Abhängigkeit eines für die Bildaufnahme ausgewählten Bildaufnahmemodus in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten energetischen Auflösung der Sensorelemente (7) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung umfassend eine Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von Sensorelementen sowie wenigstens eine mit den Sensorelementen verbundene, eine Speichereinrichtung umfassende elektrische Schaltung, wobei die Speichereinrichtung wenigstens einen Speicherblock umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bildaufnahmeeinrichtung, ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Bildaufnahmeeinrichtungen wie beispielsweise Computertomographen umfassen in der Regel eine Detektoranordnung bzw. ein Detektorarray, welches zum Beispiel aus einer Mehrzahl von Detektormodulen besteht, welche jeweils ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen. Durch die Sensorelemente können beispielsweise bei einer Röntgen-Bildaufnahme Photonen aufgenommen bzw. gezählt werden. Die Detektoranordnung kann dabei während einer Bildaufnahme eine große Menge an Daten erzeugen, welche zur weiteren Verwendung in einer Speichereinrichtung zumindest zwischengespeichert werden müssen. Die hohe Datenrate, mit der die Daten während der Bildaufnahme von der Detektoranordnung erzeugt werden, sowie gegebenenfalls erforderliche, komplexe Vorprozessierungsschritte machen es erforderlich, dass in der Speichereinrichtung eine große Menge von ausreichend schnellem Speicher zur Verfügung steht.
Für die Realisierung einer mit den Sensorelementen verbundenen elektrischen Schaltung, beispielsweise einer Front-End-Schaltung, wird daher eine hohe Speicherkapazität benötigt. Dies wirkt sich negativ auf die Kosten bei der Herstellung dieser Schaltung beziehungsweise bei der Herstellung einer entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung aus.
Die Druckschrift DE 10 2015 225 339 B4 offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bildaufnahmeelement mit mehreren Pixelbereichen und einer Bildverarbeitungseinheit mit einer Mehrzahl von Bereichsverarbeitungseinheiten, von welchen jede einem entsprechenden Pixelbereich zugeordnet ist, wobei die Bereichsverarbeitungseinheiten mit einem gemeinsamen Speicher verbunden sein können.
Die Druckschrift DE 10 2012 215 525 B4 offenbart eine Bilderzeugungsvorrichtungen mit konfigurierbarer Verbindungsstruktur umfassend eine Speicherschaltungsanordnung.
Die Druckschrift DE 10 2012 204 775 A1 offenbart ein Verfahren zur Reduktion und Komprimierung zu übertragender Detektor-Rohdaten eines quantenzählenden Detektors und ein zugehöriges CT-System.
Die Druckschrift DE 10 2011 115 579 A1 offenbart ebenso ein Verfahren zur Kompression von Detektordaten eines Computertomographen.
Weiterhin sei auf die Druckschrift FÖLDESY, Peter; ZARANDY, Akos; REKECZKY, Csaba; ROSKA, Tamas: High Performance Processor Array for Image Processing. IEEE International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS 2007, New Orleans, LA, USA, 27-30 May 2007. Conference Proceedings, pp. 1177 - 1180, hingewiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben, welches insbesondere eine effizientere Nutzung von zur Bildaufnahme verwendeten Datenspeichern ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass von zumindest einer Teilmenge der Sensorelemente bei einer Bildaufnahme gewonnene Daten in jeweils wenigstens einem dem jeweiligen Sensorelement zugewiesenen Abschnitt des Speicherblocks gespeichert werden, wobei die Zuordnung jeweils eines oder mehrerer der Abschnitte des Speicherblocks zu den einzelnen Sensorelementen in Abhängigkeit eines für die Bildaufnahme ausgewählten Bildaufnahmemodus erfolgt.
Bei einer Bildaufnahme mit der Bildaufnahmeeinrichtung werden über die Detektoranordnung ein Bild, bzw. ein Bild beschreibende Daten oder Bilddaten, aufgenommen. Dazu empfangen die Sensorelemente jeweils physikalische Signale, beispielsweise Röntgenphotonen, wobei die korrespondierenden Daten zum Beispiel die pro Pixel des Sensorelements gezählten Photonen und/oder die jeweils für verschiedene Energieintervalle gezählten Photonen beschreiben. Die von den Sensorelementen aufgenommenen Daten werden an die elektrische Schaltung übermittelt beziehungsweise von dieser aus den Sensorelementen ausgelesen. Um eine weitere Verarbeitung der von den Sensorelementen aufgenommenen Daten vorzunehmen, umfasst die elektrische Schaltung eine Speichereinrichtung mit wenigstens einem Speicherblock. In dem Speicherblock werden die von den Sensorelementen erzeugten Daten zumindest zeitweise gespeichert.
Die einzelnen Sensorelemente, welche beispielsweise als spezielle, anwendungsorientierte integrierte Schaltungen (ASIC) ausgeführt sind, geben während der Bildaufnahme einen Strom von Daten mit einer vergleichsweise hohen Datenrate, insbesondere mit einer Datenrate zwischen 100 Mbps und 500 Mbps, beispielsweise von 300 Mbps, aus. Aufgrund der hohen Datenrate ist es nur umständlich möglich, die gesamten Daten auf einmal zu aggregieren, so dass bevorzugt die Datenströme der einzelnen Sensorelemente zumindest teilweise getrennt verarbeitet und/oder gespeichert werden.
Dabei wurde bisher immer von einer festen Zuordnung zwischen einem Sensorelement und einem Abschnitt in dem Speicherblock der Speichereinrichtung ausgegangen. Bei einer solchen festen Zuordnung werden die von einem Sensorelement erzeugten Daten stets in demselben Abschnitt des Speicherblocks gespeichert.
Es ist also jedem der Sensorelemente ein fester Abschnitt des Speicherblocks zugeordnet, in dem die von dem Sensorelement erzeugten Daten während der Bildaufnahme gespeichert werden.
Dies bedeutet, dass die Kapazität des Speicherblocks dabei z. B. derart ausgelegt sein muss, dass für jedes Pixel der Sensorelemente die gezählte Anzahl der Photonen abgespeichert werden kann. Dies setzt eine Mindestspeichergröße beziehungsweise eine Mindesttiefe des Speichers voraus, um die jeweils bei der Bildaufnahme anfallenden Daten eines Sensorelements in dem Speicherblock unterzubringen. Für den Fall, dass pro Pixel des Detektors für mehrere Energieintervalle jeweils Photonen gezählt werden, vergrößert sich entsprechend der benötigte Speicherplatz im Speicherblock bzw. die benötigte Speichertiefe des dem Sensorelements zugewiesenen Abschnitts, wenn die Daten vollständig gespeichert werden sollen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es für viele Bildaufnahmeverfahren ausreichend ist, wenn nicht über alle Sensorelemente ein Bild aufgenommen wird bzw. nicht über alle Sensorelemente Daten aufgenommen werden. Viele klinische Anwendungen, in denen ein Bild aufgenommen wird, benötigen nicht die komplette Fläche der Detektoranordnung und somit nicht die komplette Anzahl der Sensorelemente. Insbesondere bei Bildaufnahmemodi, welche eine hohe räumliche und/oder energetische Auflösung verwenden, wird oft nur ein Teil der zur Verfügung stehenden Detektorfläche, also nur eine Teilmenge der vorhandenen Sensorelemente, verwendet. In einem solchen Fall kann vorteilhaft durch eine flexible Zuordnung zwischen den zur Bildaufnahme verwendeten Sensorelementen, und den Abschnitten des Speicherblocks eine effizientere Nutzung der Speicherkapazität erreicht werden.
In Abhängigkeit des Bildaufnahmemodus kann also die Zuordnung von den Sensorelementen zu den Abschnitten des Speicherblocks derart sein, dass einem Sensorelement mehrere Abschnitte des Speicherblocks beziehungsweise mehrere Speicherbereiche zugeteilt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn für die Bildaufnahme weniger Sensorelemente verwendet werden als insgesamt vorhanden sind, so dass die bei anderen Bildaufnahmemodi beispielsweise für die im aktuellen Bildaufnahmemodus nicht verwendeten Sensorelemente zur Verfügung stehenden Speicherabschnitte für die verwendeten Module ebenfalls benutzt werden können.
Beispielsweise ermöglicht es dieses Vorgehen, dass die Daten von den zur Bildaufnahme verwendeten Sensorelementen beispielsweise in zwei oder mehr Abschnitten des Speicherblocks gespeichert werden, wobei die einzelnen Datensätze vorteilhaft jeweils unterschiedlich vorprozessiert werden können. Dabei ist zum Beispiel ein teilweises Filtern der Daten möglich, so dass zwar identische Ausgangsdaten von Sensorelementen verwendet werden, jedoch unterschiedliche Datensätze in zwei Abschnitten des Speichers gespeichert werden. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass die Tiefe des benötigten Speicherabschnitts beziehungsweise die Tiefe des Speicherblocks reduziert werden kann bzw. ein mit einer reduzierten Speichertiefe ausgeführter Speicherblock effizienter genutzt werden kann.
Vorteilhaft wird somit ermöglicht, eine Speichereinrichtung in der elektrischen Schaltung zu verwenden, welche eine geringere Speicherkapazität aufweist, als sie bei Aufnahme derselben Datenmenge mit fester Zuordnung zwischen Sensorelementen und Speicherabschnitten erforderlich wäre. Es wird also ermöglicht, dass, wenn nur ein Teil der Sensorelemente verwendet wird, eine größere Datenmenge pro Sensorelement in dem Speicherblock gespeichert werden kann, da beispielsweise die für nicht verwendete Sensorelemente vorgesehene Abschnitte des Speicherblocks stattdessen für die Sensorelemente verwendet werden können, welche in der Bildaufnahme eingesetzt werden. Dadurch können in diesem Fall von den verwendeten Sensorelementen zusätzlich erzeugten Daten im Speicherblock gespeichert werden, ohne dass dazu eine zusätzliche Speichertiefe des Speicherblocks, beziehungsweise der zur Speicherung der Moduldaten vorgesehenen Abschnitte, bereitgestellt werden muss.
Dadurch kann sich beispielsweise eine Reduktion der benötigten Speichertiefe um einen Faktor von zwei ergeben. Da somit auch die gesamte, von der Speichereinrichtung vorzuhaltende Speicherkapazität reduziert wird, wird es vorteilhaft ermöglicht, kostengünstigere Speichereinrichtungen beziehungsweise kostengünstigere elektrische Schaltungen bei der Realisierung der Bildaufnahmeeinrichtung einzusetzen. Alternativ wird es ermöglicht, bei gleicher Speichergröße Sensorelemente zu verwenden, welche größere Datenmengen erzeugen können.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zuordnung in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten energetischen Auflösung der Sensorelemente erfolgt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zuordnung in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten Anzahl an Sensorelementen für die Bildaufnahme und/oder einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten räumlichen Auflösung der Sensorelemente für die Bildaufnahme erfolgt.
Die Anzahl der Sensorelemente, welche für die Bildaufnahme verwendet werden, bestimmt die Fläche der Detektoranordnung, welche für die Bildaufnahme verwendet wird. Die Fläche der Detektoranordnung kann z. B. rechteckig sein und mehrere Zeilen und Spalten aus jeweils mehreren Detektormodulen umfassen. Beispielsweise kann die Detektoranordnung zwischen 40 und 50 Detektormodule umfassen. Die Detektormodule können dabei jeweils ein oder mehrere Sensorelemente, zum Beispiel zwischen 20 und 30 Sensorelemente, umfassen.
Jedes der Sensorelemente hat mehrere Pixel, wobei die Zuordnung zwischen den Sensorelementen und dem jeweils zur Aufnahme der Daten der Sensorelementen verwendeten Abschnitte des Speicherblocks in Abhängigkeit der räumlichen Auflösung der Sensorelemente, also der Anzahl der für die Bildaufnahme verwendeten Pixel der Sensorelemente, erfolgen kann. Die Sensorelemente können z. B. zwischen 5000 und 20000 Pixel, beispielsweise in Auflösungen von 60 x 200, 60 x 300 oder 64 x 288 Pixeln, aufweisen.
Dabei können pro Pixel ein oder mehrere Energien, das heißt in unterschiedliche Energieintervalle fallende, vom Sensorelement empfangene Photonen, unterschieden und gezählt werden. Die Anzahl der Energien, welche von den Sensorelementen unterschieden werden können, kann auch als energetische Auflösung der Sensorelemente bezeichnet werden. Auch diese energetische Auflösung der Sensorelemente kann verwendet werden, um die Zuordnung zwischen den Sensorelementen und den jeweils zur Speicherung der Daten verwendeten Abschnitte des Speicherblocks zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als elektrische Schaltung ein Field Programmable Gate Array (FPGA) verwendet wird, wobei als Speichereinrichtung ein interner Speicher, insbesondere ein blockRAM, des FPGAs verwendet wird.
Ein Field Programmable Gate Array (FPGA, auf Deutsch: Feldprogrammierbare Gatteranordnung) ist ein integrierter Schaltkreis der Digitaltechnik, welcher eine logische Schaltung abbilden kann. Dabei ist ein FPGA programmierbar, so dass die von dem Schaltkreis abgebildete logische Schaltung geändert bzw. umkonfiguriert werden kann. Neben den zur Ausbildung der logischen Schaltung verwendeten Schaltungskomponenten kann ein FPGA auch eine oder mehrere interne Speichereinrichtungen, beispielsweise Arbeitsspeicher in Form von sogenanntem blockRAM (RAM = Random Access Memory, auf Deutsch: Arbeitsspeicher), aufweisen.
Durch die vom Bildaufnahmemodus abhängige Zuordnung der für die Speicherung der erzeugten Daten verwendeten Abschnitte der Speicherblöcke wird es vorteilhaft ermöglicht, FPGAs mit geringerer interner Speicherkapazitäten, das heißt mit kleinerem blockRAM, zu verwenden, wodurch vorteilhaft die Verwendung kostengünstigerer FPGAs zur Realisierung der elektrischen Schaltung der Bildaufnahmeeinrichtung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass Sensorelemente verwendet werden, welche mit einem mehrere Logikblöcke umfassenden Schaltungsteil der elektrischen Schaltung, insbesondere einem Schaltungsteil des oder eines FPGAs, verbunden sind. Über den Schaltungsteil der elektrischen Schaltung können die von den Sensorelementen ausgegebenen Daten an die Speichereinrichtung beziehungsweise die jeweils zur Speicherung der Daten verwendeten Abschnitte des Speicherblocks übermittelt werden. Vorteilhaft kann der Schaltungsteil der elektrischen Schaltung durch das FPGA realisiert werden, so dass die Aufnahme der Daten durch eine Verbindung der Sensorelemente mit dem FPGA erzeugt werden kann. Die Zuordnung der Daten zu dem Speicher sowie die Speicherung erfolgt dann innerhalb des FPGAs.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Zuordnung der Sensorelemente zu den Abschnitten des Speicherblocks über wenigstens eine durch den Schaltungsteil realisierte Verschaltung der Logikblöcke erfolgt. Dies ermöglicht es, dass durch eine Veränderung der Verschaltung der Logikblöcke auch die unterschiedliche Zuordnung zwischen den Sensorelementen und dem Speicher erreicht werden kann. Dies ist vorteilhaft durch eine Realisierung des Schaltungsteils mittels des FPGAs möglich, da die logische Schaltung, welche durch den Schaltungsteil zur Zuordnung der Daten der Sensorelemente zu den Abschnitten des Speicherblocks beschreibt, in dem FPGA geändert werden kann.
Durch die Vorgabe der entsprechenden Schaltungsstruktur an den FPGA, beispielsweise durch eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung, kann die entsprechende Zuordnung im FPGA vorgenommen werden. Ferner ermöglicht dieses Vorgehen in einfacher Weise, die Zuordnung in Abhängigkeit des für die Bildaufnahme ausgewählten Bildaufnahmemodus zu ändern.
Die Verwendung eines FPGAs als elektrische Schaltung hat den Vorteil, dass dadurch eine flexible Anpassung der elektrischen Schaltung an unterschiedliche Bildaufnahmemodi möglich ist. Je nach klinisch erforderlichen Daten, das heißt je nach gewähltem Bildaufnahmemodus, kann somit vorteilhaft eine Anpassung der elektrischen Schaltung erfolgen, so dass die jeweiligen Vorteile der Bildaufnahmemodi genutzt werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass durch den Schaltungsteil eine Vorprozessierung der Daten, insbesondere eine Reduzierung der räumlichen Auflösung, eine Zusammenfassung von wenigstens zwei Energieniveaus von für die Bildaufnahme empfangenen Photonen, eine Gewichtung wenigstens einzelner Teildaten der Daten und/oder eine Umsortierung einzelner Teildaten der Daten, erfolgt.
Als Teildaten der Daten können dabei insbesondere die für die jeweiligen Pixel des Detektors gezählten Photonen beziehungsweise die jeweils für die Pixel innerhalb eines bestimmten Energieintervalls gezählten Photonen betrachtet werden. Eine Reduzierung der räumlichen Auflösung kann dabei durch Addition der gezählten Photonen für mehrere Pixel erzeugt werden. Entsprechend kann auch eine Zusammenfassung von zwei oder mehr Energieniveaus durch eine Addition der jeweiligen Teildaten erreicht werden. Eine Gewichtung einzelner Teildaten kann zum Beispiel durch eine Multiplikation mit einem Vorfaktor erreicht werden. Eine Umsortierung einzelner Teildaten ermöglicht es, die Reihenfolge der Daten in dem Speicherblock anders zu wählen als die Reihenfolge, in der die Daten von dem Sensorelement ausgegeben wurden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorprozessierung zumindest teilweise in Abhängigkeit des ausgewählten Bildaufnahmemodus erfolgt. Insbesondere durch den ausgewählten Bildaufnahmemodus kann vorgegeben sein, welche Art von Daten bzw. Teildaten für eine Auswertung des Bildes gespeichert werden sollen. Eine entsprechende Bereitstellung der Daten kann durch eine Vorprozessierung der Daten in dem Schaltungsteil erfolgen. Abhängig von der gewählten Vorprozessierung können pro Sensorelement unterschiedlich viele Daten anfallen, welche vorteilhaft entsprechend in einem oder mehreren Abschnitten des Speicherblocks gespeichert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Schaltung eine konfigurierbare Ausgabeschaltung aufweist, über welche in der Speichereinrichtung gespeicherte Daten über eine Ausgabeeinrichtung der elektrischen Schaltung auslesbar sind, wobei die Ausgabeschaltung zur Ausgabe der Daten in Abhängigkeit der bei dem Speichern der Daten verwendeten Zuordnung konfiguriert wird.
Die Ausgabeschaltung kann dabei bevorzugt ebenfalls als ein Schaltungsteil eines für die Realisierung der elektrischen Schaltung verwendeten FPGAs ausgeführt sein. Die Ausgabeeinrichtung kann z. B. mit einem Anschluss des FPGA verbunden sein, so dass eine Recheneinrichtung die Daten aus dem FPGA auslesen kann. Durch die Ausgabeschaltung wird es ermöglicht, die für die Speicherung der Daten gewählte Zuordnung zwischen den Sensorelementen und den Abschnitten des Speicherblocks zu berücksichtigen und einem gewünschten Format entsprechend konfigurierte Ausgabedaten beziehungsweise ein Demultiplexing der im Speicherblock gespeicherten Daten zu erzeugen. Vorteilhaft können die Daten somit zum Beispiel in einer von einer auslesenden Einrichtung erwarteten Reihenfolge ausgegeben werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine als Röntgeneinrichtung, insbesondere als Computertomograph, ausgebildete Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird. Über die Detektoranordnung beziehungsweise die Sensorelemente können dabei Röntgenphotonen aufgenommen werden, welche von einer Röntgenquelle der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugt werden.
Für eine erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, dass sie eine Steuereinrichtung, eine Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von Sensorelementen sowie wenigstens eine mit den Sensorelementen verbundene, eine Speichereinrichtung umfassende elektrische Schaltung aufweist, wobei die Speichereinrichtung wenigstens einen Speicherblock umfasst, wobei von zumindest einer Teilmenge der Sensorelemente bei einer Bildaufnahme gewonnene Daten in jeweils wenigstens einem dem jeweiligen Sensorelement zugewiesenen Abschnitt des Speicherblocks speicherbar ist, wobei die Zuordnung jeweils eines oder mehrerer der Abschnitte des Speicherblocks zu den einzelnen Sensorelementen durch die Steuereinrichtung änderbar ist und die Steuereinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Die vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Bildaufnahmeeinrichtung und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, welches zur Durchführung der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird. Die Recheneinrichtung kann insbesondere ein Teil einer Steuereinrichtung einer Bildaufnahmeeinrichtung sein und somit die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einrichten.
Das Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung einer Bildaufnahmeeinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung ausgeführt wird.
Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche zumindest ein genanntes Computerprogramm umfassen und insbesondere derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Bildaufnahmeeinrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Bei dem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger handelt es sich bevorzugt um einen nicht transienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeeinrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Detektoranordnung der Bildaufnahmeeinrichtung,
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer Bildaufnahmeeinrichtung,
4 eine schematische Darstellung der Detektoranordnung und des Speicherblocks zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5 eine weitere schematische Darstellung der Detektoranordnung und des Speicherblocks zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Bildaufnahmeeinrichtung 1 dargestellt. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 ist als eine Röntgeneinrichtung, insbesondere als eine Computertomographieeinrichtung, ausgeführt. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 umfasst eine Detektoranordnung 2, welche gegenüberliegend zu einer Röntgenquelle 3 in einer Gantry 4 angeordnet ist. Durch von der Röntgenquelle 3 ausgesendete Röntgenphotonen, welche die Detektoranordnung 2 erfasst, kann in einer Bildaufnahme ein Bild, beispielsweise von einem auf einer Patientenaufnahme 5 angeordneten Patienten 6, aufgenommen werden. Dabei können beispielsweise die Detektoranordnung 2 sowie die Röntgenquelle 3 innerhalb der Gantry 4 um den Patienten 6 rotieren, wenn die Patientenaufnahme 5 mit dem Patienten 6 in einer Öffnung der Gantry 4 angeordnet wird. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 ist dazu ausgebildet, in unterschiedlichen, von einem Bediener auswählbaren Bildaufnahmemodi Bilder des Patienten 6 aufzunehmen.
In 2 ist die Detektoranordnung 2 schematisch dargestellt. Ersichtlich umfasst die Detektoranordnung 2 eine Mehrzahl von Detektormodulen 18. Vorliegend sind zwölf Detektormodule 18 dargestellt. Diese Anzahl ist rein beispielhaft, die Detektoranordnung 2 kann auch eine andere Anzahl von Detektormodulen 18, insbesondere zwischen 40 und 50 Detektormodule 18, aufweisen. Die Anordnung der Detektormodule 18 kann beispielsweise entlang eines Kreisbogens erfolgen, um eine Rotation der Detektoranordnung innerhalb der Gantry 4 zu ermöglichen.
In 3 ist eine schematische Darstellung eines Teils der Bildaufnahmeeinrichtung 1 dargestellt. Von der Detektoranordnung 2 ist der Übersichtlichkeit halber ein Detektormodul 18 dargestellt, welches 16 Sensorelemente 7 aufweist. Diese Anzahl ist rein beispielhaft, das Detektormodul 18 kann auch eine andere Anzahl an Sensorelementen 7, zum Beispiel zwischen 20 und 30 Sensorelemente 7, aufweisen. Weiterhin können die Sensorelemente 7 in der z-Richtung und/oder der cp-Richtung jeweils in einer anderen Anzahl angeordnet sein.
Die Sensorelemente 7 sind zum Zählen von Röntgenphotonen ausgebildet, welche von der Röntgenquelle 3 während einer Bildaufnahme ausgesendet werden. Dazu umfassen die Sensorelemente 7 jeweils eine Anzahl von Pixeln, wobei jeweils die auf die Pixel eintreffenden Röntgenphotonen gezählt werden können. Pro Pixel können dabei von jedem der Sensorelemente 7 unterschiedliche Energien, beispielsweise vier unterschiedliche Energien, von Photonen unterschieden werden. Die Unterscheidung der Photonenenergien kann beispielsweise durch Zuordnung der Energien der erfassten Photonen zu vier Intervallen erfolgen. Die Sensorelemente 7 können beispielsweise zwischen 50 x 100 und 100 x 600 Pixel, beispielsweise 50 x 200, 50 x 300 oder 64 x 244 Pixel umfassen und/oder pro Detektormodul 18 bilden. Pro Sensorelement 7 können beispielsweise vier unterschiedliche Energieniveaus unterschieden werden, das heißt es können die jeweils in die sich dadurch ergebenden Energieintervalle fallenden Photonen separat gezählt werden.
Während einer Bildaufnahme durch die Bildaufnahmeeinrichtung 1 erzeugen die Sensorelemente 7 jeweils eine große Menge an Daten, welche an eine mit den Sensorelementen 7 verbundene elektrische Schaltung 8 übertragen werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die einzelnen elektrischen Verbindungen zwischen den Sensorelementen 7 und der elektrischen Schaltung 8 nicht dargestellt. Die elektrische Schaltung 8 kann insbesondere ein Teil einer Bildaufnahmeeinheit der Bildaufnahmeeinrichtung 1 sein.
Die elektrische Schaltung 8 umfasst eine Speichereinrichtung 9, in welcher die Daten, welche von den Sensorelementen 7 während einer Bildaufnahme erzeugt werden, gespeichert werden. Die Speichereinrichtung 9 umfasst dazu wenigstens einen Speicherblock 10, in dem die Daten der Sensorelemente 7 gespeichert werden. Während der Bildaufnahme werden von allen oder zumindest einem Teil der Sensorelemente 7 Daten erzeugt und in der Speichereinrichtung 9 gespeichert.
Die elektrische Schaltung 8 umfasst weiterhin einen Schaltungsteil 11, über welchen eine Vorprozessierung der von den Sensorelementen 7 übermittelten Daten erfolgen kann. Die Vorprozessierung kann insbesondere eine Reduzierung der räumlichen Auflösung, ein Zusammenfassen von wenigstens zwei Energieniveaus von für die Bildaufnahme empfangenen Photonen, eine Gewichtung wenigstens einzelner Teildaten der Daten und/oder eine Umsortierung einzelner Teildaten der Daten umfassen.
Die elektrische Schaltung 8 umfasst weiterhin eine konfigurierbare Ausgabeschaltung 12, über welche in der Speichereinrichtung 9 gespeicherte Daten aus der elektrischen Schaltung 8 ausgebbar beziehungsweise auslesbar sind. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 13, welche mit der elektrischen Schaltung 8 verbunden ist. Es ist möglich, dass die Ausgabe der Daten, wie durch den gestrichelten Pfeil 14 schematisch angedeutet ist, an die Steuereinrichtung 13 und/oder an weitere Einrichtungen der Bildaufnahmeeinrichtung 1 erfolgt.
Aus den Daten kann insbesondere ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild erzeugt werden, welches auf einer Anzeigevorrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung 1 dargestellt und von einem Bediener ausgewertet werden kann. Auch eine weitere Speicherung, Übertragung oder Verarbeitung der von der Ausgabeeinrichtung 12 ausgegebenen Daten ist möglich.
Die elektrische Schaltungseinrichtung 8 ist als ein Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgeführt. Dies ermöglicht es, dass der Schaltungsteil 11 sowie die Ausgabeschaltung 12 der elektrischen Schaltung 8 anpassbar bzw. konfigurierbar ausgeführt sind. Bei der Speichereinrichtung 9 handelt es sich um einen in den FPGA integrierten Speicher, insbesondere um einen blockRAM. Die Steuereinrichtung 13 kann die elektrische Schaltungseinrichtung 8 abhängig von einem gewählten Bildaufnahmemodus ansteuern, beispielsweise um den Schaltungsteil 11 und/oder die Ausgabeschaltung 12 zu konfigurieren. Abhängig von dem gewählten Bildaufnahmemodus wird auch die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und einzelnen Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 geändert.
In 4 ist schematisch die Detektoranordnung 2 mit den mehreren Sensorelementen 7 dargestellt. Weiterhin dargestellt ist der Speicherblock 10 mit mehreren Abschnitten 15. Der Speicherblock 10 umfasst einen Abschnitt 15 für jedes der Sensorelemente 7 der Detektoranordnung 2. In den jeweiligen Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 werden bei einer Bildaufnahme die von den jeweils für die Bildaufnahme verwendeten Sensorelementen 7 erzeugten Daten gespeichert.
Die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 sind schematisch über Pfeile dargestellt. Die Zuordnung erfolgt durch eine entsprechende Konfiguration des Schaltungsteils 11, welcher die jeweilig erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Sensorelementen 7 und dem Speicherblock 10 für die Realisierung der Zuordnung bereitstellt. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht für alle Verbindungen zwischen den Sensorelementen 7 und den jeweiligen Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 die Pfeile dargestellt. Der Schaltungsteil 11 der elektrischen Schaltung 8 ist schematisch gestrichelt dargestellt. Auch die konfigurierbare Ausgabeschaltung 12 ist gestrichelt dargestellt.
Abhängig des gewählten Bildaufnahmemodus kann beispielsweise, so wie es in 4 dargestellt ist, eine Zuordnung eines Sensorelements 7 an einen einzelnen Abschnitt 15 des Speicherblocks 10 erfolgen. Dies kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn bei der Bildaufnahme über die komplette Detektorfläche der Detektoranordnung 2 für alle Pixel der Sensorelemente 7 jeweils die Photonen in einem einzelnen Energieintervall aufgenommen bzw. gezählt werden. Die gleiche Konfiguration kann auch in einem Bildaufnahmemodus verwendet werden, in dem jeweils die Photonen von zwei Pixeln zusammengefasst werden, jedoch zwei verschiedene Energien unterschieden werden. Der Speicherblock 10 beziehungsweise die einzelnen Abschnitte 15 des Speicherblocks 10 umfassen dabei eine derartige Speichertiefe, dass die von den Sensorelementen 7 während der Bildaufnahme erzeugten Daten gespeichert werden können.
Abhängig von dem gewählten Bildaufnahmemodus kann die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb der Bildaufnahmeeinrichtung 1 geändert werden. Die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 kann dabei in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten Anzahl an Sensorelementen 7 für die Bildaufnahme geändert werden. Die Anzahl der Sensorelemente 7 bestimmt die Detektorfläche der Detektoranordnung 2, welche für die Bildaufnahme verwendet wird. Wenn weniger Sensorelemente 7 verwendet werden, ermöglicht es die Änderung der Zuordnung bei gleicher Speichertiefe des Speicherblocks 10 mehr Daten pro Sensorelement zu speichern.
Weiterhin kann die Zuordnung auch in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten räumlichen Auflösung der Sensorelemente 7 gewählt werden. Somit kann die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 geändert werden, wenn mit den Sensorelementen 7 einzelne räumliche Pixel zusammengefasst werden. Erfindungsgemäß wird die Zuordnung zumindest in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten energetischen Auflösung der Sensorelemente 7 gewählt. Somit kann die Zuordnung zwischen den Sensorelementen 7 und den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 geändert werden, wenn einzelne Energien zusammengefasst werden.
Dabei ist es möglich, dass die Sensorelemente 7 stets dieselben Daten ausgeben, wobei die Reduktion der räumlichen Auflösung und/oder der energetischen Auflösung beziehungsweise die Reduktion der für die Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente 7 durch den Schaltungsteil 11 der elektrischen Schaltung 3 erfolgt. Somit kann durch den Schaltungsteil 11 eine Vorprozessierung der von den Sensorelementen 7 erzeugten Daten vorgenommen werden. Diese Vorprozessierung kann eine Reduzierung der räumlichen Auflösung, eine Zusammenfassung von wenigstens zwei Energieniveaus von für die Bildaufnahme empfangenen Photonen, eine Gewichtung wenigstens einzelner Teildaten der Daten und/oder eine Umsortierung einzelner Teildaten der Daten beinhalten.
In 5 ist eine weitere schematische Darstellung dargestellt, bei der nur ein Teil der Sensorelemente 7 für die Bildaufnahme verwendet wird. Die nicht für die Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente 7 sind schematisch mit einem „X“ gekennzeichnet. Für zwei der zur Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente 7 ist die Zuordnung zu den Abschnitten 15 des Speicherblocks 10 schematisch über Pfeile dargestellt. Ersichtlich sind den für die Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente 7 jeweils zwei Abschnitte 15 des Speicherblocks 10 zugeordnet bzw. die von den Sensorelementen 7 erzeugten Daten werden in zwei der Abschnitte 15 abgespeichert.
Dies ermöglicht beispielsweise in denen in einem ersten Teil 16 des Speicherblocks befindlichen Abschnitten 15 die Daten bezüglich der für jedes Pixel innerhalb eines ersten Energieintervalls gezählten Photonen abzuspeichern und in den Abschnitten 15 in einem zweiten Teil 17 des Speicherblocks 10 entsprechend die Daten der für jedes Pixel innerhalb eines zweiten Energieintervalls gezählten Photonen abzuspeichern. Für die zur Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente wird somit die doppelte Datenmenge gespeichert, ohne dass dafür eine größere Speichertiefe benötigt wird, welche bei einer festen Zuordnung jeweils eines Abschnitts 15 zu einem der Sensorelemente 7 erforderlich wäre.
Dies ermöglicht es, dass die Speichertiefe des Speicherblocks 10 vorteilhaft geringer ausgeführt werden kann, da für den Fall, dass mit einer verringerten räumlichen Detektorfläche mehr Energien aufgenommen werden, eine Speicherung unter Verwendung der ansonsten den in diesem Fall nicht verwendeten Sensorelementen 7 zugewiesenen Speicherabschnitten erfolgen kann. Vorteilhaft ermöglicht dies, dass die Speichertiefe beziehungsweise die Speicherkapazität des Speicherblocks 10 reduziert werden kann.
Eine entsprechende Zuordnungsänderung kann auch bei anderen Bildaufnahmemodi, beispielsweise bei Aufnahme einer Energie, d.h. der innerhalb eines Energieintervalls liegenden Photonen, mit der vollen räumlichen Auflösung über die Sensorelemente 17 sowie der Aufnahme von zwei separat aufgelösten Energien bzw. Energieintervallen mit reduzierter räumlicher Auflösung erfolgen. Auch andere Arten der Datenspeicherung und/oder der Zuordnung sind möglich. Beispielsweise können den zur Bildaufnahme verwendeten Sensorelemente 7 auch mehr als zwei Abschnitte 15 des Speicherblocks 9 zugeordnet werden.
Die Daten der Sensorelemente 7 können dabei durch den Schaltungsteil 11 beziehungsweise die durch den Schaltungsteil 11 durchgeführte Vorprozessierung entsprechend vorprozessiert werden, so dass die unterschiedlich bearbeiteten Daten der Sensorelemente 7 in dem Speicherblock 10 abgelegt werden können. Anschließend kann durch die Ausgabeeinrichtung 12 ein Zusammenfassen beziehungsweise ein Demultiplexing der Daten erfolgen, so dass diese an die Steuereinrichtung 13 und/oder eine weitere Einrichtung der Bildaufnahmeeinrichtung 1 ausgebegeben werden können.
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

Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeeinrichtung (1) umfassend eine Detektoranordnung (2) mit einer Mehrzahl von Sensorelementen (7) sowie wenigstens eine mit den Sensorelementen (7) verbundene, eine Speichereinrichtung (9) umfassende elektrische Schaltung (8), wobei die Speichereinrichtung (9) wenigstens einen Speicherblock (10) umfasst, wobei von zumindest einer Teilmenge der Sensorelemente (7) bei einer Bildaufnahme gewonnene Daten in jeweils wenigstens einem dem jeweiligen Sensorelement (7) zugewiesenen Abschnitt (15) des Speicherblocks (10) gespeichert werden, wobei die Zuordnung jeweils eines oder mehrerer der Abschnitte (15) des Speicherblocks (10) zu den einzelnen Sensorelementen (7) in Abhängigkeit eines für die Bildaufnahme ausgewählten Bildaufnahmemodus in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten energetischen Auflösung der Sensorelemente (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung in Abhängigkeit einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten Anzahl an Sensorelementen (7) für die Bildaufnahme und/oder einer für den Bildaufnahmemodus verwendeten räumlichen Auflösung der Sensorelemente (7) für die Bildaufnahme erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Schaltung (8) ein Field Programmable Gate Array (FPGA) verwendet wird, wobei als Speichereinrichtung (9) ein interner Speicher, insbesondere ein blockRAM, des FPGAs verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorelemente (7) verwendet werden, welche mit einem mehrere Logikblöcke umfassenden Schaltungsteil (11) der elektrischen Schaltung (8) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Sensorelemente (7) zu den Abschnitten (15) des Speicherblocks (10) über wenigstens eine durch den Schaltungsteil (11) realisierte Verschaltung der Logikblöcke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Schaltungsteil (11) eine Vorprozessierung der Daten, insbesondere eine Reduzierung der räumlichen Auflösung, eine Zusammenfassung von wenigstens zwei Energieniveaus von für die Bildaufnahme empfangener Photonen, eine Gewichtung wenigstens einzelner Teildaten der Daten und/oder eine Umsortierung einzelner Teildaten der Daten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorprozessierung zumindest teilweise in Abhängigkeit des ausgewählten Bildaufnahmemodus erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (8) eine konfigurierbare Ausgabeschaltung (12) aufweist, über welche in der Speichereinrichtung (10) gespeicherte Daten über eine Ausgabeeinrichtung der elektrischen Schaltung (8) auslesbar sind, wobei die Ausgabeschaltung (12) zur Ausgabe der Daten in Abhängigkeit der bei dem Speichern der Daten verwendeten Zuordnung konfiguriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Röntgeneinrichtung, insbesondere als Computertomograph, ausgebildete Bildaufnahmeeinrichtung (1) verwendet wird.
Bildaufnahmeeinrichtung umfassend eine Steuereinrichtung (13), eine Detektoranordnung (2) mit einer Mehrzahl von Sensorelementen (7) sowie wenigstens eine mit den Sensorelementen (7) verbundene, eine Speichereinrichtung (9) umfassende elektrische Schaltung (8), wobei die Speichereinrichtung (9) wenigstens einen Speicherblock (10) umfasst, wobei von zumindest einer Teilmenge der Sensorelemente (7) bei einer Bildaufnahme gewonnene Daten in jeweils einem dem jeweiligen Sensorelement (7) zugewiesenen Abschnitt (15) des Speicherblocks (10) speicherbar ist, wobei die Zuordnung jeweils eines oder mehrerer der Abschnitte (15) des Speicherblocks (10) zu den einzelnen Sensorelementen (7) durch die Steuereinrichtung (13) änderbar ist und die Steuereinrichtung (13) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Computerprogramm, welches die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.