DE10225188A1

DE10225188A1 - Computertomopraph und Verfahren zur Steuerung des Computertomographen

Info

Publication number: DE10225188A1
Application number: DE10225188A
Authority: DE
Inventors: Björn Dr. Heismann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US20040013235A1; US6826252B2

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen zur Erstellung von Projektionen von einem Messobjekt (5) vorgeschlagen, wobei die Projektionen zur Erzeugung von Bildern des Messobjekts (5) dienen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: DOLLAR A - Vorgabe eines Sollwertes (sigma¶soll¶) für einen für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (sigma(I)); DOLLAR A -Sequentielle Erstellung von Projektionen von dem Messobjekt (5) unter DOLLAR A - Bestimmung eines Istwertes des für die Qualität der jeweiligen Projektion charakteristischen Faktors (sigma(I)) zwischen der Erstellung aufeinander folgender Projektionen und unter DOLLAR A - Regelung der Primärintensität (I¶0¶) einer Röntgenquelle (1) des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinander folgender Projektionen, derart, dass der Istwert des charakteristischen Faktors (sigma(I)) der von dem Computertomographen erstellten Projektionen jeweils auf dem vorgegebenen Sollwert (sigma¶soll¶) gehalten wird. Weiter wird ein Computertomograph offenbart, der zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen sowie einen Computertomographen, der zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens geeignet ist.
Bei mannigfaltigen Problemgestaltungen der Medizin werden Untersuchungen mit Hilfe von Computertomographen durchgeführt. Auch in einigen Bereichen des Maschinenbaus, insbesondere der Materialkunde und der Flugsicherheit werden derartige Untersuchungen zu Prüfzwecken eingesetzt.
Dabei wird Röntgenstrahlung verwendet, welche Festkörper, insbesondere nichtmetallische Körper, teilweise zu durchdringen vermag. Beim Durchlauf der Strahlung durch den betrachteten Körper wird die Strahlung teilweise absorbiert, so dass die Intensität der Strahlung nach dem Durchlaufen des betrachteten Körpers geringer ist als vor dem Durchlaufen des betrachteten Körpers. Dieser Effekt wird auch als Schwächung bezeichnet. Nach dem Durchdringen des betrachteten Körpers kann die Strahlung beispielsweise mittels eines Halbleiterdetektors detektiert und so die Schwächung der Strahlung bestimmt werden. Hierdurch können Erkenntnisse über die Verteilung von Materie innerhalb des betrachteten Körpers gewonnen werden.
Nachteilig an der Verwendung von Röntgenstrahlung ist, dass diese ab einer gewissen Dosis biologisches Gewebe schädigen kann. Deshalb ist es gerade in der Medizin erstrebenswert, die für eine Messung erforderliche Strahlendosis gering zu halten.
In der Medizintechnik werden Computertomographiesysteme üblicherweise dazu verwendet, um Schnitt- bzw. Volumenaufnahmen des menschlichen Körpers zu erstellen.
Entscheidend für den diagnostischen Wert der aus von dem Computertomographen erstellten Projektionen gewonnenen Bilder ist ihre Bildqualität. Dabei werden unter dem Begriff Projektion die von einem Computertomographen gewonnenen Rohdaten, bezeichnet, aus denen anschließend die gewünschten Bilder berechnet werden. Somit enthält eine Projektion in der Regel eine mittels einer Empfangseinheit eines Computertomographen gemessene Verteilung von Intensitätswerten (Schwächungswerten) einer von einer Röntgenquelle des Computertomographen emittierten Röntgenstrahlung.
Die Qualität der Projektionen und damit die Bildqualität der aus den Projektionen erzeugter. Bilder wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst:
Zum einen können Artefakte auftreten, die beispielsweise auf die Bewegung einer Röntgenquelle sowie einer Empfangseinrichtung des Computertomographen oder auf eine Bewegung des betrachteten Messobjektes während der Erstellung einer Projektion oder während der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen zurückzuführen sind.
Zum anderen ist das Bildpunktrauschen in den aus den von dem Computertomographen gewonnenen Projektionen erstellten Bildern für die Bildqualität von maßgeblicher Bedeutung. Eine wichtige Stellgröße für das Bildpunktrauschen ist die Intensität der empfangenen Strahlung. Diese wiederum hängt von der Primärintensität einer von einer Rötengenquelle des Computertomographen emittierten Röntgenstrahlung ab. Ist die Intensität der mittels einer Empfangseinrichtung des Computertomographen zur Erstellung von Projektionen empfangenen Strahlung hoch, so kann auch das Bildpunktrauschen in den aus den Projektionen erzeugten Bildern in der Regel gering gehalten werden.
Bei bekannten Computertomographen wird daher zur Steuerung des Computertomographen vor der Erstellung von Bildern durch einen Benutzer ein Wert für die Primärintensität der Röntgenquelle vorgegeben. Diese Primärintensität der Röntgenquelle wird dann im Rahmen der Erstellung von Bildern des betrachteten Körpers beibehalten. Die Höhe der Primärintensität wird dabei so gewählt, dass die mittels des Computertomographen erzeugten Projektionen voraussichtlich eine ausreichende Qualität aufweisen. So soll sichergestellt werden, dass auch die aus den Projektionen erzeugten Bilder nur ein maximal zulässiges Bildpunktrauschen aufweisen.
Somit ist bei der Wahl der Primärintensität der Röntgenquelle des Computertomographen die Erfahrung des bedienenden Arztes von wesentlicher Bedeutung.
Dabei neigen Bediener der bekannten Computertomographen in der Regel dazu, bei der Steuerung des Computertomographen eine relativ hohe Primärintensität der Röntgenquelle einzustellen, so dass ein betrachtetes Messobjekt, beispielsweise ein Patient, einer höheren Röntgenstrahlendosis ausgesetzt wird, als für eine Aufnahme mit der gewünschten Qualität eigentlich erforderlich wäre.
Weiter kann die Qualität der mittels eines Computertomographen gewonnen Projektionen bei einem Umlaufen um einen Patienten auf Grund der Patientengeometrie stark schwanken, da der menschliche Körper insgesamt betrachtet im Gegensatz zu einzelnen Organen ein inhomogenes Gebilde ist. Hierdurch kann in den gewonnenen Projektionen und den daraus erzeugten Bildern eine gerichtete Rauschstruktur entstehen.
Aus DE 199 19 423 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen bekannt, bei dem einem Bediener eine Bedienhilfe zur Verfügung gestellt wird, wenn er vor der Erstellung von Projektionen eine Kombination von Betriebsparametern eingestellt hat, die nicht wenigstens innerhalb der technischen Grenzen bezüglich der einzelnen Betriebsparameter liegen. Derartige Betriebsparameter eines Computertomographen, die von einem Bediener vorgegeben werden können, sind neben der Primärintensität der Röntgenquelle beispielsweise die Scanzeit, also diejenige Zeit während der das Untersuchungsobjekt zur Durchführung einer Untersuchung mit Röntgenstrahlung bestrahlt wird und die Scanlänge, d. h. diejenige Erstreckung eines Untersuchungsobjektes in Richtung der Systemachse, über die das Untersuchungsobjekt zur Durchführung einer Untersuchung mit Röntgenstrahlung abgetastet wird. Ein Betriebsparameter kann beispielsweise dann zu einem unzulässigen Betriebszustand führen, wenn die Röntgenquelle thermisch überlastet wird, oder die vorgegebene Scanlänge aufgrund des mechanischen Aufbaus des Computertomographen nicht vollständig abgetastet werden kann. Gemäß dem bekannten Verfahren wird für wenigstens denjenigen Betriebsparameter ein von der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern abweichender Wert ermittelt, für den die vorgesehene Untersuchung unter Vermeidung des unzulässigen Betriebszustandes voraussichtlich ohne signifikante Verminderung der Bildqualität gegenüber der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern durchführbar ist. Dabei können die Änderungen der Betriebsparameter entweder automatisch eingestellt werden, oder dem Benutzter als Vorschlag unterbreitet werden. Die voraussichtliche Qualität der Projektionen und damit der aus den Projektionen erstellten Bildern wird dabei aus einem Produkt aus Röhrenstrom und Scanzeit berechnet.
Auch bei dem aus der DE 199 19 423 A1 beschriebenen Verfahren wird die Primärintensität der Röntgenquelle von einem Bediener des Computertomographen festgelegt. Somit treten auch bei diesem bekannten Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen die oben genannten Probleme auf, so dass auch hier mit hoher Wahrscheinlichkeit die Röntgenstrahlenbelastung ei nes betrachteten Körpers aufgrund einer zu hoch gewählten Primärintensität der Röntgenquelle unnötig hoch ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zur Steuerung eines Computertomographen zur Erstellung von Projektionen von einem Messobjekt zwecks Erzeugung von Bildern zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, die Strahlenbelastung des betrachteten Messobjektes ohne Qualitätseinbuße bei den mittels des Computertomographen zu erstellenden Projektionen und damit den daraus erzeugten Bilder möglichst gering zu halten.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.
Die Aufgabe wird von einem Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen zur Erstellung von Projektionen von einem Messobjekt, wobei die Projektionen zur Erzeugung von Bildern des Messobjekts dienen, gelöst, das die folgenden Schritte aufweist:

– Vorgabe eines Sollwertes für einen für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor;
– Sequentielle Erstellung von Projektionen von dem Messobjekt unter
– Bestimmung eines Istwertes des für die Qualität der jeweiligen erstellten Projektion charakteristischen Faktors zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen und unter
– Regelung der Primärintensität einer Röntgenquelle des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen derart, dass der Istwert des charakteristischen Faktors der von dem Computertomographen erstellten Projektionen jeweils auf dem vorgegebenen Sollwert gehalten wird.

Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Primärintensität einer Röntgenquelle eines Computertomographen zwischen der Erstellung von aufeinanderfolgenden Projektionen (und somit in quasi Echtzeit) derart geregelt, dass der Istwert des für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktors in den von dem Computertomographen erstellten Projektionen konstant auf dem vorgegebenen Sollwert gehalten wird. Folglich ist die zur Erstellung der Projektionen erforderliche Primärintensität immer genau so hoch wie für die gewünschte Qualität der Projektionen (und damit der aus den Projektionen zu erzeugenden Bilder) gerade erforderlich.
Da die für eine vorgegebene Qualität der Projektionen und damit der Bilder erforderliche Primärintensität gleichzeitig immer auch die zur Erstellung von Projektionen und damit von Bildern mit der vorgegebenen Qualität minimale Primärintensität ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Röntgendosisbelastung eines Patienten ohne Verringerung der Qualität der aus den Projektionen zu erzeugenden Bilder minimiert werden.
Weiter wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bedienungskomfort für einen Bediener des Computertomographen erhöht, da der Bediener durch die Vorgabe des gewünschten Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor im Gegensatz zu der Vorgabe einer Primärintensität der Röntgenquelle direkt die für ihn relevante Größe (die Qualität der mittels des Computertomographen zu erstellenden Bilder) beeinflussen kann.
Um einen Bediener des Computertomographen von der Eingabe eines für ihn möglicherweise abstrakten und damit schlecht einzuschätzenden Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor zu befreien, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schritt der Vorgabe des Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor die folgenden Unterschritte aufweist:

– Vorgabe einer Qualitätsanforderung an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder durch einen Bediener des Computertomographen vor der Erstellung von Projektionen;
– Umsetzung der vorgegebenen Qualitätsanforderung in den Sollwert für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor.

Damit ist es dem Bediener möglich, durch einfache Vorgabe einer Qualitätsanforderung (z.B. hoch, niedrig, mittel) einen entsprechenden Sollwert für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor einzustellen.
Allgemein ist es vorteilhaft, wenn der Schritt der Erstellung von einer Projektion von dem Messobjekt das Emittieren einer Röntgenstrahlung mit der Primärintensität durch eine Röntgenquelle des Computertomographen sowie das Messen einer Verteilung von Intensitätswerten einer empfangenen Röntgenstrahlung durch eine Empfangseinheit des Computertomographen umfasst.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor das relative Rauschen der Verteilung der Intensitätswerte der jeweiligen Projektion.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß einer alternativen zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor das relative Rauschen einer Verteilung von Schwächungswerten der je weiligen Projektion ist, wobei die Schwächungswerte S der jeweiligen Projektion aus den gemessenen Intensitätswerten I der jeweiligen Projektion und der für die Erstellung der jeweiligen Projektion verwendeten Primärintensität I₀ nach folgender Formel berechnet werden:
Da das relative Rauschen des Schwächungswertes einer von dem Computertomographen gemessenen Röntgenstrahlung entscheidenden Einfluss auf die Qualität der aus der gemessenen Röntgenstrahlung gewonnenen Projektionen und damit der aus den Projektionen erzeugten Bilder hat, ist das relative Rauschen des Schwächungswertes ein sehr gut geeigneter Indikator für die Qualität der mittels des Computertomographen zu gewinnenden Bilder.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn die Regelung der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen aus einem Sollwert σ_soll für das relative Rauschen der Verteilung der Schwächungswerte, einem Intensitätsverhältnis υ = I/I0 der gemessenen Intensitätswerte I der empfangenen Röntgenstrahlung zu der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle und einer Konstanten δ nach der Formel
erfolgt, wobei δ eine kleine positive Zahl ungleich Null zur Vermeidung von ln(0) ist.
Hierdurch lässt sich die Regelung der Primärintensität auf besonders einfache Weise durchführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen kann aufgrund der erreichbaren geringen Primärintensität der von der Röntgenquelle zu emittierenden Röntgen strahlung und der damit verbundenen geringen Röntgendosisbelastung für das betrachtete Messobjekt (z.B. einen Patienten) bevorzugt im Bereich der Frühdiagnostik oder für Ganzkörperaufnahmen verwendet werden.
Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn vor der Erstellung der Projektionen anhand des vorgegebenen Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor eingeeigneter Ausgangswert für die Primärintensität der Röntgenquelle des Computertomographen abgeschätzt wird.
Hierdurch kann vermieden werden, dass eine erste von dem Computertomographen zu gewinnende Projektion unter Verwendung einer unnötig hohen Primärintensität der von der Strahlenquelle emittierten Röntgenstrahlung gewonnen und somit ein betrachtetes Messobjekt einer unnötig hohen Strahlendosis ausgesetzt wird.
Vorzugsweise wird der Sollwert für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor vor der Erstellung der Projektionen durch einen Bediener des Computertomographen manuell vorgegeben.
Hierdurch ist eine gute Anpassung des Computertomographen durch den Bediener an ein betrachtetes Messobjekt oder an ein gewünschtes Messverfahren möglich.
Die Aufgabe wird auch von einem Computertomograph gelöst, der eine Röntgenquelle zum Emittieren einer Röntgenstrahlung mit einer Primärintensität, eine Empfangseinheit zum Empfangen der von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlung sowie eine Regelungseinrichtung zur Steuerung der Primärintensität der von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlung aufweist, wobei die Regelungseinrichtung ausgebildet ist, um anhand der von der Empfangseinheit bei der Erstellung einer Projektion empfangenen Röntgenstrahlung in quasi Echtzeit einen Istwert eines für die Qualität der von dem Computertomographen erstellten Projektion charakteristischen Faktors zu berechnen, und um die Primärintensität der Röntgenquelle des Computertomographen für die Erstellung der jeweils nächsten Projektion derart zu regeln, dass der Istwert des für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktors für die einzelnen Projektionen jeweils auf einem vor der Erstellung von Projektionen vorgegebenen Sollwert gehalten wird.
Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Computertomographen durchgeführt werden.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Computertomograph ferner eine Eingabeeinrichtung auf, die ausgebildet ist, um eine manuelle Eingabe des Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor vor der Erstellung der Projektionen durch einen Bediener des Computertomographen zu speichern und der Regelungseinrichtung vorzugeben.
Weist der Computertomograph eine Eingabeeinrichtung auf, ist es weiter besonders vorteilhaft, wenn die Eingabeeinrichtung ausgebildet ist, um eine manuelle Eingabe einer Qualitätsanforderung eines Bedieners des Computertomographen an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder vor der Erstellung von Projektionen zu speichern, und um eine Umsetzung der vorgegebenen Qualitätsanforderung in den Sollwert für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor durchzuführen, und den so gewonnenen Sollwert der Regelungseinrichtung vorzugeben.
Durch das Vorsehen einer derartig ausgebildeten Eingabeeinrichtung ist es einem Bediener des erfindungsgemäßen Compu tertomographen möglich, eine Anpassung des Computertomographen an ein betrachtetes Messobjekt oder eine gewünschtes Messverfahren vorzunehmen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor das relative Rauschen einer mittels der Empfangseinrichtung gemessenen Verteilung von Intensitätswerten der zur Erstellung der jeweiligen Projektion von der Röntgenquelle emittierten und von der Empfangseinrichtung empfangenen Röntgenstrahlung ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor jedoch das relative Rauschen einer Verteilung von Schwächungswerten der jeweiligen Projektion.
Dabei ist die Regelungseinrichtung vorzugsweise ausgebildet, um die Primärintensität I₀ der Röntgenquelle des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen aus einem Sollwert σ_soll für das relative Rauschen der Verteilung der Schwächungswerte, einem Intensitätsverhältnis υ = I/I0 der mittels der Empfangseinrichtung gemessenen Intensitätswerte I der Röntgenstrahlung zu der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle und einer Konstanten δ nach folgender Formel
zu regeln, wobei δ eine kleine positive Zahl ungleich Null zur Vermeidung von ln(0) ist.
Da zur Erstellung von Projektionen eines Messobjektes mit einer vorgegebenen Qualität und damit zur Erzeugung von Bildern aus den Projektionen somit von der Röntgenquelle nur eine Röntgenstrahlung minimaler Primärintensität emittiert werden muss, und die Röntgendosisbelastung eines betrachteten Mess objektes, insbesondere Patienten, folglich besonders gering ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Computertomograph zur Verwendung im Bereich der Frühdiagnostik oder für Ganzkörperaufnahmen ausgebildet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Regelungseinrichtung ferner ausgebildet, um vor der Erstellung der Projektionen anhand des vorgegebenen Sollwertes für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor einen geeigneten Ausgangswert für die Primärintensität der Röntgenquelle des Computertomographen abzuschätzen.
Wenn eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, ist es weiter vorteilhaft, wenn die Eingabeeinrichtung eine Speichereinrichtung umfasst, in der eine Vielzahl von Sollwerten für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor gespeichert ist, wobei die Sollwerte verschiedenen Messverfahren des Computertomographen und damit verschiedenen Qualitätsanforderungen eines Bedieners des Computertomographen an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder zugeordnet sind.
Dies erlaubt eine automatische Zuordnung einer Qualitätsanforderung eines Bedieners zu einem Sollwert für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen und erhöht so den Bedienkomfort des erfindungsgemäßen Computertomographen.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 ein Ablaufdiagramm einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 schematisch einen Computertomographen, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Anhand von 1 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, das von dem in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Computertomographen durchgeführt werden kann.
Hierzu weist der in 2 schematisch dargestellte Computertomograph eine Röntgenquelle 1 zum Emittieren einer Röntgenstrahlung mit einer Primärintensität I₀, eine Empfangseinheit 2 zum Empfangen der von der Röntgenquelle 1 emittierten Röntgenstrahlung sowie eine Regelungseinrichtung 3 zur Steuerung der Primärintensität I₀ der von der Röntgenquelle 1 emittierten Röntgenstrahlung auf. Mit der Regelungseinrichtung 3 ist ferner eine Eingabeeinrichtung 4 verbunden, die als Schnittstelle zu einem Bediener des erfindungsgemäßen Computertomographen dient.
Wie aus der 1 hervorgeht, wird in einem ersten Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Sollwert σ_soll für einen für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ(I) vorgegeben.
Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Vorgabe des Sollwertes σ_soll durch einen Bediener des erfindungsgemäßen Computertomographen über die Eingabeeinrichtung 4 durch manuelle Vorgabe einer Qualitätsanforderung A an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder. Bei dieser Qualitätsanforderung kann es sich beispielsweise um eine Anforderung an die Auflösung der zu erzeugenden Bilder (sehr geringe Auflösung, geringe Auflösung, normale Auflösung, hohe Auflösung, sehr hohe Auflösung) oder die Angabe eines Messverfahrens (Ganzkörperaufnahme, Detailaufnahme, ...) handeln. Die vorgegebene Qualitätsanforderung A wird in der Eingabeeinrichtung 4 gespeichert.
Anschließend erfolgt durch die Eingabeeinrichtung 4 eine Umsetzung der vorgegebenen Qualitätsanforderung A in den Sollwert σ_soll für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ(I). Hierfür umfasst die Eingabeeinrichtung 4 eine Speichereinrichtung, in der eine Vielzahl von Sollwerten σ_soll für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ(I) gespeichert ist. Die in der Eingabeeinrichtung 4 gespeicherten Sollwerte σ_soll sind verschiedenen Messverfahren des Computertomographen und damit verschiedenen Qualitätsanforderungen (A) des Bedieners des Computertomographen an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder zugeordnet. Durch diese Zuordnung ist eine Umsetzung der von dem Bediener vorgegebenen Qualitätsanforderung in den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ(I) auf einfachem Wege möglich.
Der so gewonnene Sollwert σ_soll wird anschließend der Regelungseinrichtung 3 des erfindungsgemäßen Computertomographen vorgeben.
Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem so gewonnenen Sollwert σ_soll für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ(I) um einen Höchstwert für das relative Rauschen σ_rel(S) einer Verteilung von Schwächungswerten 5 der jeweiligen von dem Computertomographen zu erstellenden Projektion.
Dabei werden die Schwächungswerte S der jeweiligen Projektion aus den gemessenen Intensitätswerten I der jeweiligen Projektion und der für die Erstellung der jeweiligen Projektion verwendeten Primärintensität I₀ nach folgender Formel berechnet
Alternativ kann jedoch als der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor σ(I) beispielsweise auch direkt das relative Rauschen σ_rel(I) einer Verteilung von Intensitätswerten I der jeweiligen von dem Computertomographen zu erstellenden Projektion verwendet werden.
In einem folgenden Schritt S2 schätzt die Regelungseinrichtung 3 des erfindungsgemäßen Computertomographen anhand des vorgegebenen Sollwertes σ_soll für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor σ_rel(S) einen geeigneten Ausgangswert I_0Start für die Primärintensität I₀ der von der Röntgenquelle 1 des Computertomographen zu emittierenden Röntgenstrahlung ab. Hierdurch kann vermieden werden, das die Röntgenquelle 1 des erfindungsgemäßen Computertomographen bei der Erstellung eines ersten Bildes von einem betrachteten Messobjekt 5 Röntgenstrahlung mit einer unnötig hohen Primärintensität verwendet.
Im folgenden Schritt S3 wird unter Verwendung des von der Regelungseinrichtung 3 abgeschätzten Ausgangswertes I_0Start für die Primärintensität I₀ der von der Röntgenquelle 1 zu emittierenden Röntgenstrahlung eine erste Projektion des betrachteten Messobjekts 5 erstellt. Dabei wird die von der Röntgenquelle 1 emittierte Röntgenstrahlung nach dem Durchlaufen des Messobjektes 5, beispielsweise eines Patienten, von der Empfangseinheit 2 empfangen. Dabei misst die Empfangseinheit 2 im vorliegende Beispiel eine Verteilung von Intensitätswerten I der empfangenen Röntgenstrahlung.
Anschließend bestimmt die Regelungseinrichtung 3 in Schritt S4 in der von dem Computertomographen erstellten Projektion einen Istwert für den für die Qualität der erstellten Projektion charakteristischen Faktor σ_rel(S).
In der gezeigten Ausführungsform bestimmt die Regelungseinrichtung 3 hierfür das relative Rauschen σ_rel(S) der Verteilung der Schwächungswerte S in der von dem Computertomographen erstellten Projektion. Natürlich kann es sich bei dem für die Qualität der erstellten Projektion charakteristischen Faktor alternativ beispielsweise auch um das relative Rauschen σ_rel(I) der Verteilung der Intensitätswerte I in der von dem Computertomographen erstellten Projektion oder einen anderen geeigneten Faktor handeln.
Im folgenden Schritt S5 regelt die Regelungseinrichtung 3 die Primärintensität I₀ der Röntgenquelle 1 des Computertomographen derart, dass der Istwert des charakteristischen Faktors σ_rel(S) der von dem Computertomographen erstellten Projektion auf dem vorgegebenen Sollwert σ_soll gehalten wird.
Gemäß der hier beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Regelungseinrichtung 3 hierfür ausgebildet, um die Primärintensität I₀ der Röntgenquelle 1 des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen (und damit in quasi Echtzeit) aus dem vorgegebenen Sollwert für das relative Rauschen σ_soll der Verteilung der Schwächungswerte S, einem Intensitätsverhältnis υ = I/I0 der mittels der Empfangseinrichtung 2 gemessenen Intensitätswerte I der Röntgenstrahlung zu der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle 1 und einer Konstanten nach δ folgender Formel
zu regeln. Dabei handelt es sich bei δ um eine kleine positive Zahl ungleich Null um einen mathematisch nicht erlaubten Ausdruck "ln(0)" zu vermeiden.
Nun wird in Schritt S6 geprüft, ob alle zu erstellenden Projektionen erstellt worden sind. Ist dies der Fall, endet das erfindungsgemäße Verfahren.
Ist es nicht der Fall wird im Schritt S7 eine weitere Projektion des betrachteten Messobjektes 5 unter Verwendung der in Schritt S5 neu geregelten Primärintensität I₀ für die von der Röntgenquelle 1 des erfindungsgemäßen Computertomographen zu emittierenden Röntgenstrahlung erstellt.
Das Verfahren fährt anschließend mit Schritt S4 fort und bestimmt wiederum den Istwert für den für die Qualität der erstellten Projektion charakteristischen Faktor σ_rel(S) (also in der vorliegenden Ausführungsform das relative Rauschen σ_rel(S) der Verteilung der Schwächungswerte S in der von dem erfindungsgemäßen Computertomographen erstellten weiteren Projektion) .
Diese Schleife der Schritte S4, S5, S6 und S7 wird so lange durchlaufen, bis in Schritt S6 entschieden wird, dass alle zu erstellenden Projektionen erstellt worden sind.
Zusammenfassend ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Computertomographen die zur Erstellung von Projektionen (und damit zur Erzeugung von Bildern aus den Projektionen) mit einer vorgegeben Qualität verwendete Primärintensität der von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlung immer genau so hoch wie gerade nötig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Primärintensität der Röntgenstrahlung während der Erstellung der Projektionen in quasi Echtzeit (zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen) von der Eingabeeinrichtung derart geregelt wird, dass ein Istwert für einen für die Qualität der zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor in den von dem Computertomographen erstellten Projektionen konstant auf einem vor der Erstellung der Projektionen vorgegebenen Sollwert gehalten wird.
Dabei soll im Rahmen dieser Erfindung unter dem Begriff "quasi Echtzeit" eine Vorgehensweise verstanden werden, die entweder kontinuierlich arbeitet oder aber so schnell getaktet ist, dass sie rechtzeitig vor dem nächsten Verfahrensschritt terminiert.
Da die für eine vorgegebene Qualität der Projektionen (und damit der aus den Projektionen zu erzeugenden Bilder) erforderliche Primärintensität gleichzeitig immer auch die zur Erstellung von Projektionen mit der vorgegebenen Qualität minimale Primärintensität ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Computertomographen die Röntgendosisbelastung eines Messobjektes, insbesondere eines Patienten, ohne Qualitätseinbuße minimiert werden. Weiter wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bedienungskomfort für einen Bediener des erfindungsgemäßen Computertomographen erhöht, da der Bediener durch die Vorgabe einer gewünschten Qualität im Gegensatz zu der Vorgabe einer Primärintensität der Röntgenquelle direkt die für ihn relevante Größe beeinflussen kann.
Folglich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Computertomograph auch möglich, Projektionen mit einer definierten niedrigen Qualität zu erstellen. Dies erlaubt einen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Computertomographen auch in dem Bereich der Frühdiagnostik oder für Ganzkörperaufnahmen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen zur Erstellung von Projektionen von einem Messobjekt (5), wobei die Projektionen zur Erzeugung von Bildern des Messobjekts (5) dienen, aufweisend die folgenden Schritte: – Vorgabe eines Sollwertes (σ_soll) für einen für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)); – Sequentielle Erstellung von Projektionen von dem Messobjekt (5) unter – Bestimmung eines Istwertes des für die Qualität der jeweiligen erstellten Projektion charakteristischen Faktors (σ(I)) zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen und unter – Regelung der Primärintensität (I₀) einer Röntgenquelle (1) des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen derart, dass der Istwert des charakteristischen Faktors (σ(I)) der von dem Computertomographen erstellten Projektionen jeweils auf dem vorgegebenen Sollwert (σ_soll) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Vorgabe des Sollwertes (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) die folgenden Unterschritte aufweist: – Vorgabe einer Qualitätsanforderung (A) an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder durch einen Bediener des Computertomographen vor der Erstellung von Projektionen; – Umsetzung der vorgegebenen Qualitätsanforderung (A) in den Sollwert (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erstellung von einer Projektion von dem Messobjekt (5) das Emittieren einer Röntgenstrahlung mit der Primärintensität (I₀) durch eine Röntgenquelle (1) des Computertomographen sowie das Messen einer Verteilung von Intensitätswerten (I) einer empfangenen Röntgenstrahlung durch eine Empfangseinheit (2) des Computertomographen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor (σ(I)) das relative Rauschen (σ_rel(I)) der Verteilung der Intensitätswerte (I) der jeweiligen Projektion ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor (σ(I)) das relative Rauschen (σ_rel(S)) einer Verteilung von Schwächungswerten (S) der jeweiligen Projektion ist, wobei die Schwächungswerte S der jeweiligen Projektion aus den gemessenen Intensitätswerten I der jeweiligen Projektion und der für die Erstellung der jeweiligen Projektion verwendeten Primärintensität I₀ nach folgender Formel berechnet werden:
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle (1) des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen aus einem Sollwert σ_soll für das relative Rauschen (σ_rel(S)) der Verteilung der Schwä chungswerte (S), einem Intensitätsverhältnis υ = I/I0 der gemessenen Intensitätswerte I der empfangenen Röntgenstrahlung zu der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle (1) und einer Konstanten δ nach der Formel
erfolgt, wobei δ eine kleine positive Zahl ungleich Null zur Vermeidung von ln(0) ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Steuerung eines Computertomographen im Bereich der Frühdiagnostik oder für Ganzkörperaufnahmen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erstellung der Projektionen anhand des vorgegebenen Sollwertes (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) ein geeigneter Ausgangswert (I₀ _Start) für die Primärintensität (I₀) der Röntgenquelle (1) des Computertomographen abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) vor der Erstellung der Projektionen durch einen Bediener des Computertomographen manuell vorgegeben wird.
Computertomograph, aufweisend eine Röntgenquelle (1) zum Emittieren einer Röntgenstrahlung mit einer Primärintensität (I₀), eine Empfangseinheit (2) zum Empfangen der von der Röntgenquelle (1) emittierten Röntgenstrahlung sowie eine Re gelungseinrichtung (3) zur Steuerung der Primärintensität (I₀) der von der Röntgenquelle (1) emittierten Röntgenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (3) ausgebildet ist, um anhand der von der Empfangseinheit (2) bei der Erstellung einer Projektion empfangenen Röntgenstrahlung in quasi Echtzeit einen Istwert eines für die Qualität der von dem Computertomographen erstellten Projektion charakteristischen Faktors (σ(I)) zu berechnen, und um die Primärintensität (I₀) der Röntgenquelle (1) des Computertomographen für die Erstellung der jeweils nächsten Projektion derart zu regeln, dass der Istwert des für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktors (σ(I)) für die einzelnen Projektionen jeweils auf einem vor der Erstellung der Projektionen vorgegebenen Sollwert (σ_soll) gehalten wird.
Computertomograph nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Computertomograph ferner eine Eingabeeinrichtung (4) aufweist, die ausgebildet ist, um eine manuelle Eingabe des Sollwertes (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) vor der Erstellung der Projektionen durch einen Bediener des Computertomographen zu speichern und der Regelungseinrichtung (3) vorzugeben.
Computertomograph nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Computertomograph ferner eine Eingabeeinrichtung (4) aufweist, die ausgebildet ist, um eine manuelle Eingabe einer Qualitätsanforderung (A) eines Bedieners des Computertomographen an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder vor der Erstellung von Projektionen zu speichern, und um eine Umsetzung der vorgegebenen Qualitätsanforderung (A) in den Sollwert (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) durchzuführen und den so gewonnenen Sollwert (σ_soll) der Regelungseinrichtung (3) vorzugeben.
Computertomograph nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor (σ(I)) das relative Rauschen (σ_rel(I)) einer mittels der Empfangseinrichtung (2) gemessenen Verteilung von Intensitätswerten (I) der zur Erstellung der jeweiligen Projektion von der Röntgenquelle (1) emittierten und von der Empfangseinrichtung (2) empfangenen Röntgenstrahlung ist.
Computertomograph nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristische Faktor (σ(I)) das relative Rauschen (σ_rel(S)) einer Verteilung von Schwächungswerten (S) der jeweiligen Projektion ist.
Computertomograph nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (3) ausgebildet ist, um die Primärintensität I₀ der Röntgenquelle (1) des Computertomographen zwischen der Erstellung aufeinanderfolgender Projektionen aus einem Sollwert σ_soll für das relative Rauschen der Verteilung der Schwächungswerte (S), einem Intensitätsverhältnis υ = I/I0 der mittels der Empfangseinrichtung (2) gemessenen Intensitätswerte I der Röntgenstrahlung zu der Primärintensität I₀ der Röntgenquelle (1) und einer Konstanten δ nach folgender Formel
zu regeln, wobei δ eine kleine positive Zahl ungleich Null zur Vermeidung von ln(0) ist.
Computertomograph nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Computertomograph zur Verwendung im Bereich der Frühdiagnostik oder für Ganzkörperaufnahmen ausgebildet ist.
Computertomograph nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (3) ferner ausgebildet ist, um vor der Erstellung der Projektionen anhand des vorgegebenen Sollwertes (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) einen geeigneten Ausgangswert (I₀ _Start) für die Primärintensität (I₀) der Röntgenquelle (1) des Computertomographen abzuschätzen.
Computertomograph nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (4) eine Speichereinrichtung umfasst, in der eine Vielzahl von Sollwerten (σ_soll) für den für die Qualität der von dem Computertomographen zu erstellenden Projektionen charakteristischen Faktor (σ(I)) gespeichert ist, wobei die Sollwerte (σ_soll) verschiedenen Messverfahren des Computertomographen und damit verschiedenen Qualitätsanforderungen (A) eines Bedieners des Computertomographen an die von dem Computertomographen aus den zu erstellenden Projektionen zu erzeugenden Bilder zugeordnet sind.