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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Erzeugung eines Bildes eines Untersuchungsobjekts
mit einem tomographiefähigen
Röntgengerät, insbesondere
mit einem Computertomographiegerät, welches
ein mehrzeiliges Röntgendetektorarray,
einen um eine Systemachse rotierbaren, ein kegelförmiges Strahlenbündel emittierenden
Röntgenstrahler und
eine Positioniereinrichtung aufweist, mittels der das Untersuchungsobjekt
in einer Richtung parallel zu der Systemachse an unterschiedlichen
z-Positionen relativ zu dem Röntgenstrahler
positionierbar ist, wobei aus von dem Röntgenstrahler generierten Rohdaten
das Bild rekonstruiert wird, und wobei die Rohdaten generiert werden
- – durch
eine Rotationsabtastung, bei der eine Vielzahl von Projektionen
während
wenigstens eines Umlaufs oder Teilumlaufs des Röntgenstrahlers um das Untersuchungsobjekt
aufgenommen wird, und
- – durch
eine geradlinige Abtastung, bei der bei nicht rotierendem Röntgenstrahler
Durchstrahlungswerte an unterschiedlichen z-Positionen des Untersuchungsobjektes
aufgenommen werden.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf
ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes eines Untersuchungsobjektes
mit einem tomographiefähigen
Röntgengerät, insbesondere
mit einem Computertomographiegerät,
welches ein mehrzeiliges Röntgendetektorarray,
einen um eine Systemachse rotierbaren, ein kegelförmiges Strahlenbündel emittierenden Röntgenstrahler
und eine Positioniereinrichtung aufweist, mittels der das Untersuchungsobjekt
in einer Richtung parallel zu der Systemachse an unterschiedlichen
z-Positionen relativ zu dem Röntgenstrahler
positionierbar ist.
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In der zweidimensionalen Computertomographie
werden Rohdaten für
eine nachfolgende Bildrekonstruktion beispielsweise mittels Fächerstrahlgeräten aufgezeichnet.
Ein solches Fächerstrahlgerät weist
eine einzige Detektorzeile auf, deren einzelne Detektorelemente
in azimutaler Richtung angeordnet sind. In Anpassung an diese Detektorgeometrie
wird mittels einer Einblendvorrichtung ein im Wesentlichen planarer
Röntgenstrahlenfächer erzeugt.
Unter Rotation des Röntgenstrahlers
wird eine Vielzahl unterschiedlicher Projektionen des Untersuchungsobjekts,
insbesondere des Patienten, aufgenommen. Falls während dieser Rotation der Relativabstand
zwischen dem Röntgenstrahler
und dem Untersuchungsobjekt in einer Richtung parallel zur Systemachse
unverändert
bleibt, wird eine einzige Schicht, also ein zweidimensionales Teil,
des Untersuchungsobjekts abgetastet. Ergebnis einer nachfolgenden
Bildrekonstruktion, bei der insbesondere sogenannte Faltungsalgorithmen
(Filtered Back Projection) zum Einsatz kommen, ist dann ein zweidimensionales
Tomogramm oder CT-Bild der abgetasteten Schicht senkrecht zur Rotations-
oder Systemachse.
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Zur Abtastung eines Volumens des
Untersuchungsobjekts werden in einem sogenannten Sequenz-Scan nacheinander
an unterschiedlichen Relativpositionen (z-Positionen) des Röntgenstrahlers zum
Untersuchungsobjekt entlang einer Richtung parallel zur Systemachse
jeweils Rohdaten aus einer Schicht erzeugt und für jede Schicht eine zweidimensionale
Bildrekonstruktion durchgeführt.
Die aus den einzelnen Bildrekonstruktionen resultierenden Tomogramme
können
dann stapelartig zu einem 3D-Bild zusammengesetzt werden.
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Um im Untersuchungsobjekt oder Patienten eine
gewünschte
Schicht oder ein gewünschtes,
in z-Richtung abzuscannendes Volumen aufzufinden, sind sogenannte Übersichtsaufnahmen
oder Topogramme bekannt. Bei diesem Aufnahmeprinzip bleibt das Abtastsystem
in einer festen Winkelposition, z.B. Röntgenröhre über und Detektor unter dem
Pätienten.
Dieser wird sodann durch die Messöffnung gefahren. Dabei ergeben
sich Zeilenprofile, die im Rechner zu einem Schattenbild zusammengesetzt und
auf einem Bildmonitor dargestellt werden. Mit Hilfe einblendbarer
Markierungen kann dann der gewünschte
Aufnahmeoder Scan-Bereich ausgewählt und
automatisch angefahren werden. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen
sind beispielsweise bekannt aus
DE 42 23 430 C1 oder
DE 197 21 535 C2 .
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Insbesondere zur Verbesserung des
Bildkontrastes wurde die sogenannte Spiral-Abtastung entwickelt,
bei der der Röntgenstrahler
eine helixförmige
Bahn um das Untersuchungsobjekt bei kontinuierlicher Bewegung entlang
der Systemachse ausführt.
Indem in einem Vorschritt vor der eigentlichen Bildrekonstruktion
zunächst
aus den bei der Spiralabtastung anfallenden Daten planare Datensätze ermittelt
werden (sogenannte Spiral-Algorithmen oder Schichtinterpolationsverfahren),
ist letztlich auch die Spiralabtastung mittels dem bereits erwähnten 2D-Rekonstruktionsverfahren
durchführbar.
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In der letzten Zeit wurden Computertomographiegeräte mit mehrzeiligen
Röntgendetektorarrays entwickelt.
Vorteil dieser Geräte
sind ein noch besserer Bildkontrast, weniger Strahlendosis für den Patienten
und ein schnellerer Untersuchungsablauf ebenso wie die Verringerung
von Bewegungsartefakten infolge von während der Untersuchung des
Patienten stattfindenden Bewegungen desselben (z.B. Untersuchung
des Herzens). Die Einblendung des Röntgenstrahlers auf ein solches
mehrzeiliges Röntgendetektorarray
ist somit nicht mehr zweidimensional wie bei einem Fächerstrahlgerät, sondern
dreidimensional. Man spricht daher auch von Kegelstrahlgeräten (Cone
Beam CT Scanner). Bedingt durch die konusförmige Abtastung ist im Allgemeinen
eine Korrektur des schrägen
Strahlenverlaufs im Volumen erforderlich. Dazu sind spezielle 3D-Rekonstruktionsverfahren,
auch als Kegelstrahl-Bildrekonstruktionsverfahren be zeichnet, erforderlich.
Man unterscheidet zwischen sogenannten approximativen und exakten
Verfahren.
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Approximative Algorithmen, beispielsweise basierend
auf einer 2D-Radoninversion, sind beispielsweise beschrieben in
dem Fachartikel von M. Kachelriess, S. Schaller, W. A. Kalender, "Advanced Single-Slice
Rebinning in Cone-Beam Spiral CT", Med.
Phys., Vol. 27,4 (2000), Seite 745-772, oder in dem Fachartikel
von S. Schaller, K. Stierstorfer, H. Bruder, M. Kachelriess, T.
Flohr, "Novel approximate approach
for highquality image reconstruction in helical cone beam CT at
arbitrary pitch",
SPIE Med. Imag. Conf., Vol 4322 (2001), Seiten 113-127. Diese Algorithmen
sind zwar, beispielsweise hinsichtlich der freien Einstellbarkeit
des sogenannten Pitch (= Verhältnis
von z-Vorschub pro Umlauf zur Schichtdicke), sehr flexibel, sind
jedoch andererseits bei Detektorarrays mit einer Vielzahl von Zeilen,
beispielsweise schon bei mehr als vier Zeilen, nicht zufriedenstellend
exakt, weil der durch die Approximation entstehende Fehler dabei
mit zunehmendem Kegelwinkel wächst.
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Es wurden daher auch Verfahren entwickelt, die
den Kegelwinkel exakt berücksichtigen.
Solche Verfahren, beispielsweise auch für flächenartige Detektoren mit großer Zeilenzahl,
z.B. 256 Zeilen, und mit großer
Konusöffnung
sind zum Beispiel beschrieben in dem Fachartikel von S. Schaller,
F. Noo, F. Sauer, K. C. Tam, G. Lauritsch, T. Flohr: "Exact Radon rebinning
algorithm for the long object problem in helical cone-beam CT" in Proc. of the
1999 Int. Meeting on Fully 3D Image Reconstruction (1999),
Seiten 11 bis 14, oder in dem Fachartikel von H. Kudo, F. Noo, M.
Defrise: "Cone-beam
filteredbackprojection algorithm for truncated helical data" in Phys. Med. Biol.,
Band 43 (1998), Seiten 2885-2909. Diese exakten Cone-Beam-Algorithmen
erfordern jedoch zur bestmöglichen
Nutzung der Detektordaten und der applizierten Strahlendosis einen
maximalen Tischvorschub, der ca. das 1,5-Fache der Detek torhöhe beträgt. Eine
derartige große
Vorschubgeschwindigkeit ist aber in vielen Anwendungsfällen nicht
erwünscht.
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Um einen vollständigen Datensatz zu ermitteln,
der ausreichend für
eine 3D-Rekonstruktion ist, muss die sogenannte Tuy-Bedingung eingehalten werden,
die in dem Fachartikel von H. Tuy: "An inversion formula for cone-beam reconstruction", SIAM journal on
applied mathematics, Band 43, Nr. 3 (1983), Seiten 546-552, beschrieben
ist. Gemäß dieser
Bedingung muss jede das abzubildende Objekt durchdringende Ebene
wenigstens einmal von der Bahn des Röntgenfokus durchstoßen werden.
Für eine
3D-Rekonstruktion wird daher allein bei einer Rotationsabtastung,
beispielsweise in einem Sequenz-Scan, kein ausreichender Datensatz
erzeugt. Mit anderen Worten: Die Abtastung im 3D-Radonraum ist unvollständig. Dieser
sollte Idealerweise alle Ebenenintegrale des Strahlenkonus beliebig
im Untersuchungsobjekt orientierter Ebenen enthalten.
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Zum Erhalt eines vollständigen Datensatzes für ein Kegelstrahl-Bildrekonstruktionsverfahren
ist es aus
US 6,014,419
A und
US 5,170,439
A bekannt, die Rotationsabtastung mit einer geradlinigen
Abtastung zu kombinieren und die gesamte Datenmenge als Ausgangsdatensatz
für die
Bildrekonstruktion zu verwenden. Gemäß den genannten Schriften findet eine
Kombination aus einer geradlinigen Abtastung und einer Rotationsabtastung
mehrfach hintereinander statt, bis das interessierende Volumen vollständig abgetastet
ist. Bei diesem sogenannten "Circle-and-Line-Orbit" ist es also nach
jedem Rotationsabtastungsschritt erforderlich, die Rotation des
Röntgenstrahlers
zu unterbrechen, um dann bei nicht rotierendem Röntgenstrahler einen der vielen
linearen Abtastschritte ausführen
zu können.
Wie bereits in
US 6,014,419
A erwähnt
ist, ist diese ständige
Unterbrechung der Rotationsbewegung unerwünscht und führt auch zu einem Zeitnachteil.
In dieser Schrift wird daher als Alternative ein sogenannter "Circleand-Helix-Scan" vorgeschlagen, wodurch
die gesamte Datenerfassungszeit erheblich reduziert sein soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren
zur Erzeugung eines Bildes eines Untersuchungsobjekts mit einem
Computertomographiegerät
anzugeben, mit welchen die Ausgangsdaten für eine nachfolgende Bildrekonstruktion
in noch kürzerer
Zeit erfassbar sind.
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Diese Aufgabe wird in einer ersten
Variante gemäß der Erfindung
bezogen auf das eingangs erstgenannte Verfahren dadurch gelöst, dass
alle zur Bildrekonstruktion verwendeten, durch geradlinige Abtastung
generierten Durchstrahlungswerte in einer kontinuierlichen geradlinigen
Abtastbewegung aufgezeichnet werden. Es wird also in einem zusammengehörigen, gemeinsamen
Abtastschritt die Gesamtheit aller geradlinigen Abtastwerte erfasst,
welche für
eine vollständige
3D-Bildrekonstruktion erforderlich sind. Damit sind die für eine Bildrekonstruktion
erforderlichen Daten besonders schnell generierbar. Dabei dienen
insbesondere die aus der geradlinigen Abtastung stammenden Durchstrahlungswerte der
Ergänzung
der Projektionsdaten aus der Rotationsabtastung im Hinblick auf
die eingangs genannte Tuy-Bedingung. Die Daten aus der Rotationsabtastung
("circle-scan") und aus der geradlinigen
Abtastung ("live-scan") stammen zumindest
teilweise aus dem gleichen Messvolumen des Untersuchungsobjekts.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung
wird ein tomographiefähiges
Röntgengerät verwendet, also
insbesondere ein Röntgendiagnostiksystem, mittels
dem aus mehreren, bei unterschiedlichen Durchstrahlungswinkeln aufgenommenen
und zu einem Rohdatensatz zusammengefassten Durchstrahlungsdaten
eine Bildrekonstruktion durchführbar
ist. Derartige Geräte
können
mechanisch sowohl als Computertomographie-Gerät als auch in Form eines C-Bogengerätes ausgeführt sein.
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Bei einem Computertomographie-Gerät rotiert
ein Röntgenstrahler,
und zumeist zusammen mit diesem auch der zugeordnete Röntgendetektor,
in vollen Umläufen
um die Patientenachse.
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Das gewünschte anatomische Volumen
wird abgetastet durch schrittweisen Vorschub (Sequenz-Mode) des
Patientenlagerungstisches relativ zum Röntgenstrahler und Röntgendetektor
oder alternativ durch einen kontinuierlichen Tischvorschub (Spiralabtastung).
In C-Bogen-Geräten
sind nur Teilumläufe
von weniger als 360° möglich, was
aber für eine
Bildrekonstruktion ausreichen kann.
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Das CT-Bild oder -Tomogramm wird
bei dem Verfahren nach Erfindung insbesondere auf Basis eines echten
3D-Rekonstruktionsalgorithmus rekonstruiert.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung
kann die Bildrekonstruktion mit verschiedenen Rekonstruktionsverfahren
durchgeführt
werden. Als Beispiel seien die in
US 5,270,926 A oder die in dem Fachartikel
G. L. Zeng, G. T. Gullberg beschriebenen Kegelstrahl-Rekonstruktionsverfahren
genannt. Der letztgenannte Fachartikel hat den Titel "A cone-beam tomography
algorithm for orthogonal circle-and-live orbit", Phys. Med. Biol., Band 37, Nr. 3 (1992),
Seiten 563-577.
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Das kegelförmige Strahlenbündel könnten auch
als konusförmig
("cone beam") bezeichnet werden.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung
werden während
der kontinuierlichen geradlinigen Abtastbewegung die Durchstrahlungswerte
insbesondere unmittelbar nacheinander, vorzugsweise ohne dazwischen
stattfindende Rotation des Röntgenstrahlers,
aufgenommen. Es ist somit nicht nötig, die rotierende Gantry
jeweils nach Ende oder vor Beginn eines Line-Scans auf die volle
Rotationsgeschwindigkeit zu beschleunigen bzw. in den Ruhezustand abzubremsen.
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Entsprechend werden vorzugsweise
alle zur Bildrekonstruktion verwendeten, durch Rotationsabtastung
generierten Projektionen in einer kontinuierlichen Rotationsbewegung
des Röntgenstrahlers
aufgenommen. Dies hat den Vorteil, dass ständiges Abbremsen und Beschleunigen
mit den daraus resultierenden Trägheitskräften entfallen
kann. Während
des Rotationsabtastungsschritts kann der Röntgenstrahler beispielsweise
einen Spiral-Scan ausführen.
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Mit besonderem Vorteil wird bei dem
Verfahren nach der Erfindung jedoch die Rotationsabtastung durchgeführt, indem
nacheinander unterschiedliche z-Positionen eingestellt werden und
dort jeweils bei gleichbleibender z-Position eine Vielzahl von Projektionen
während
jeweils wenigstens eines Umlaufs des Röntgenstrahlers um das Untersuchungsobjekt aufgenommen
werden. Es werden z.B. nacheinander mehrere senkrecht auf der System-
oder Rotationsachse stehende Ebenen abgetastet (Sequenz-Scan).
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Im Zusammenhang mit der Verwendung
eines als Flächendetektor
ausgebildeten Röntgenstrahlers,
also eines Röntgenstrahlers
mit wenigstens 64, vorzugsweise 256, Detektorzeilen, ergibt sich
bei der ersten Variante des Verfahrens nach der Erfindung folgende
besonders bevorzugte Ausführungsform:
Es wird die Rotationsabtastung durchgeführt, indem an einer einzigen
z-Position eine Vielzahl von Projektionen während wenigstens eines Umlaufs
des als Flächendetektor
ausgebildeten Röntgenstrahlers
um das Untersuchungsobjekt aufgenommen werden. Ein solcher Betriebsmodus
ist insbesondere für
dynamische Untersuchungen am Herzen sinnvoll, insbesondere falls
der Flächendetektor
in z-Richtung das gesamte Herzvolumen ohne Veränderung der z-Position erfassen
kann. Mehrfachumläufe
in Kombination mit retrospektiver Datensortierung ermöglichen
dann die phasengenaue Darstellung des Herzens in hoher zeitlicher
Auflösung.
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Den beiden letztgenannten, auf einen
Sequenz-Betriebsmodus abzielenden Ausführungsformen, bei welchen an
einer oder mehreren, jeweils konstanten z-Positionen jeweils eine
Vielzahl von Projektionen aufgenommen wird, liegt die Überlegung
zugrunde, dass die für
den Spiral-Betrieb entwickelten, ein gangs erwähnten exakten Kegelstrahl-Rekonstruktionsalgorithmen
in der Regel einen derart großen
Tischvorschub erfordern, der für viele
Anwendungsfälle,
insbesondere im Bereich der dynamischen Untersuchung des Herzens,
nicht erwünscht
ist. Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist die Untersuchung in
einem Sequenz-Betriebsmodus möglich
und es werden dennoch ausreichend Daten für eine 3D-Bildrekonstruktion
generiert.
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Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung
wird die geradlinige Abtastung als Topogramm vorgenommen. Ein solches
Topogramm, auch als Schattenbild oder Übersichtsaufnahme bezeichnet,
wird bei einer Untersuchung mit einem Computertomographiegerät vom medizinischen
Personal in der Regel ohnehin vor Beginn der Untersuchung aufgenommen,
um den zu interessierenden Bereich zu lokalisieren. Bei der bevorzugten
Ausgestaltung des Verfahrens werden somit die vor der eigentlichen
CT-Messung ohnehin akquirierten Topogrammdaten, die bislang lediglich
der Orientierung des Patienten dienten, zur Bildrekonstruktion herangezogen.
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In einer zweiten Variante wird die
Aufgabe bezogen auf das eingangs genannte zweite Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass
- a) ein Topogramm aufgenommen wird, in
dem bei nicht rotierendem Röntgenstrahler
Durchstrahlungswerte an unterschiedlichen z-Positionen des Untersuchungsobjektes
aufgenommen werden,
- b) das Topogramm zur Auswahl eines interessierenden Bereichs
des Untersuchungsobjekts auf einer Anzeigeeinheit zur Anzeige gebracht
wird,
- c) das Topogramm abgespeichert wird,
- d) anschließend
eine Rotationsabtastung durchgeführt
wird, bei der eine Vielzahl von Projektionen während wenigstens eines Umlaufs
oder Teilumlaufs des Röntgenstrahlers
um das Untersuchungsobjekt aufgenommen wird, und
- e) aus den abgespeicherten Topogrammdaten zusammen mit den während der
Rotationsabtastung aufgenommenen Rohdaten das Bild rekonstruiert wird.
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Die auf das erstgenannte Verfahren
nach der Erfindung genannten Erläuterungen,
Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen
gelten für
das zweitgenannte Verfahren analog.
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Wie bei dem erstgenannten Verfahren
wird auch bei dem zweitgenannten Verfahren im Falle der Verwendung
eines Flächendetektors
das Topogramm vorzugsweise mit dessen voller Ausblendung aufgenommen.
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Vorzugsweise umfasst die Rotationsabtastung
zumindest den interessierenden Bereich. Es genügt somit im Grenzfall genau
eine Rotationsabtastung.
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Nach einer besonderen Ausführungsform werden
alle zur Bildrekonstruktion verwendeten, durch Rotationsabtastung
generierten Projektionen in einer kontinuierlichen Rotationsbewegung
des Röntgenstrahlers
aufgenommen.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Verfahren nach
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
zur Durchführung
der Verfahren geeignetes Computertomographiegerät in vereinfachter, perspektivischer
Teilansicht,
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2 ein ähnliches
Computertomographiegerät
wie in 1, allerdings
in einer Längsschnittdarstellung,
und
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3 ein
Ablaufdiagramm für
ein Ausführungsbeispiel
der Verfahren nach der Erfindung.
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In 1 ist
ein CT-Gerät 1 der 3.
Generation im relevanten Ausschnitt dargestellt, das zur Durchführung der
Verfahren nach der Erfindung geeignet ist. Dessen Messanordnung
weist einen Röntgenstrahler 2 mit
einer dieser vorgelagerten quellennahen Einblendvorrichtung 3 und
einen als flächenhaftes Array
von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen – eines
von diesen ist in 1 mit 4 bezeichnet – ausgebildeten
Röntgendetektor 5 mit
einer diesem vorgelagerten optionalen detektornahen Strahlenblende 6 (siehe 2) auf. In 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur
4 Zeilen von Detektorelementen 4 dargestellt, der zweidimensionale
Röntgendetektor 5 weist
jedoch weitere Zeilen von Detektorelementen 4 auf, optional
auch mit unterschiedlicher Breite b. Der Röntgendetektor 5 ist
insbesondere als Festkörper-Matrixdetektorsystem,
insbesondere als Flachbilddetektor und/oder insbesondere umfassend
eine – vorzugsweise
unstrukturierte – Szintillatorschicht
sowie eine zugeordnete elektronische Photoempfängermatrix, beispielsweise
auf a-Si-Basis. Ein solcher a-Si-Detektor ist in dem Fachartikel von
R. F. Schulz "Digitale
Detektorsysteme für
die Projektionsradiographie",
Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden
Verfahren (Röfo),
Band 173, 2001, Seite 1137 bis 1146, beschrieben. Auf den dortigen
Offenbarungsgehalt wird ausdrücklich
Bezug genommen. Der Röntgendetektor 5 hat
insbesondere eine derartige Dimension, dass das Herzvolumen eines
Patienten ohne Vorschub in Richtung der Systemachse Z möglich ist.
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Der Röntgenstrahler 2 mit
der Einblendvorrichtung 3 einerseits und der Röntgendetektor 5 mit seiner
Strahlenblende 6 andererseits sind an einem (nicht explizit
gezeichneten) Drehrahmen (Gantry) einander derart gegenüberliegend
angebracht, dass ein im Betrieb des CT-Geräts 1 von dem Röntgenstrahler 2 ausgehendes,
durch die einstellbare Einblendvorrichtung 3 eingeblendetes,
pyramidenförmiges
Röntgenstrahlenbündel, dessen
Randstrahlen mit 8 bezeichnet sind, auf den Röntgendetektor 5 auftrifft.
Dabei ist mittels der Einblendvorrichtung 3 und ggf. mittels
der detektornahen Strahlenblende 6 ein Querschnitt des
Röntgenstrahlenbündels so
eingestellt, dass nur derjenige Bereich des Röntgendetektors 5 freigegeben
ist, der von dem Röntgenstrahlenbündel unmittelbar
getroffen werden kann. Dies sind in dem in den 1 veranschaulichten Betriebsmodus vier
Zeilen von Detektorelementen 4, die als aktive Zeilen bezeichnet
werden.
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Der Drehrahmen kann mittels einer
nicht dargestellten Antriebseinrichtung um eine Systemachse Z in
Rotation versetzt werden. Die Systemachse Z verläuft parallel zu der r-Achse
eines in 1 dargestellten
räumlichen
rechtwinkligen Koordinatensystems. Der Rotationswinkel ist mit φ bezeichnet.
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Die Spalten des Röntgendetektors 5 verlaufen
ebenfalls in Richtung der r-Achse, während die Zeilen, deren Breite
b in Richtung der r-Achse gemessen wird und beispielsweise 1 mm
beträgt,
quer zu der Systemachse Z bzw. der r-Achse verlaufen.
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Um das Untersuchungsobjekt, z.B.
den Patienten, in den Strahlengang des Röntgenstrahlenbündel bringen
zu können,
ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel
zu der Systemachse Z, also in Richtung der r-Achse verschiebbar
ist.
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Das gewünschte anatomische Volumen
wird abgetastet durch schrittweisen Vorschub (Sequenz-Mode) des
Patientenlagerungstisches 9 relativ zum Röntgenstrahler 2 und
Röntgendetektor 5 oder
alternativ durch einen kontinuierlichen Tischvorschub (Spiralabtastung).
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Beim Sequenz-Scan werden Messdaten nacheinander
aus unterschiedlichen, jeweils senkrecht auf der Systemachse Z stehenden
Schichten aufgezeichnet. Während
der Abtastung einer jeder der Schichten unter Rotation des Drehrahmens
findet keine Translationsbewegung statt. Ein Translationsschritt
wird aber jeweils zur Positionierung des Drehrahmens
in einer neuen Schicht durchgeführt.
Während
dieses Translationsschritts kann der Drehrahmen weiterrotieren,
ohne dass hierbei aber Messdaten aufgezeichnet würden.
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Beim Spiralmode wird durch eine Synchronisation
zwischen der Rotationsbewegung des Drehrahmens und der Translationsbewegung
der Lagerungsvorrichtung 9 in dem Sinne, dass das (einstellbare)
Verhältnis
von Translations- zu Rotationsgeschwindigkeit konstant ist, ein
gewünschter
Wert für den
Vorschub h der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umdrehung des
Drehrahmens gewählt.
Es wird dann ein Volumen eines auf der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen
Untersuchungsobjekts untersucht, wobei die Volumenabtastung in Form
einer Spiralabtastung derart vorgenommen wird, dass unter Rotation
des Drehrahmens und gleichzeitiger Translation der Lagerungsvorrichtung 9 pro
Umlauf des Drehrahmens eine Vielzahl von Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen
aufgenommen wird. Bei der Spiralabtastung bewegt sich der Fokus
F des Röntgenstrahlers 2 relativ
zu der Lagerungsvorrichtung 9 auf einer Spiralbahn.
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Die während der Abtastung aus den
Detektorelementen 4 jeder aktiven Zeile des Detektorsystems 5 parallel
ausgelesenen, den einzelnen Projektionen entsprechenden Messdaten
werden in einer Datenaufbereitungseinheit 10 einer Digital/Analog-Wandlung unterzogen,
serialisiert und an einen Bildrechner 11 übertragen,
der das Ergebnis einer Bildrekonstruktion auf einer Anzeigeeinheit 16,
z. B. einem Videomonitor, dargestellt.
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Der Röntgenstrahler 2, beispielsweise
eine Röntgenröhre, wird
von einer (optional ebenfalls mitrotierenden) Generatoreinheit 17 mit
den notwendigen Spannungen und Strömen versorgt. Um diese auf
die jeweils notwendigen Werte einstellen zu können, ist der Generatoreinheit 17 eine
Steuereinheit 18 mit einem Eingabemittel, insbesondere
mit einer Tastatur 19, zugeordnet, die die notwendigen
Einstellungen gestattet.
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Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des
CT-Gerätes 1 erfolgt
mittels der Steuereinheit 18 und der Tastatur 19,
was dadurch veranschaulicht ist, dass die Steuereinheit 18 mit
dem Bildrechner 11 verbunden ist.
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Unter anderem kann die Anzahl der
aktiven Zeilen von Detektorelementen 4 und damit die Position
der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen
Strahlenblende eingestellt werden, wozu die Steuereinheit 18 mit
der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen
Strahlenblende zugeordneten Verstelleinheiten 20 bzw. 21 verbunden
ist. Weiter kann die Rotationszeit eingestellt werden, die der Drehrahmen
für eine
vollständige
Umdrehung benötigt,
was dadurch veranschaulicht ist, dass eine dem Drehrahmen zugeordnete
Antriebseinheit 22 mit der Steuereinheit 18 verbunden
ist.
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2 zeigt
ein ähnliches
Computertomographiegerät 1 wie
in 1, das ebenfalls
zur Durchführung
der Verfahren nach der Erfindung geeignet ist. Bei diesem Computertomographiegerät 1 sind
der Bildrechner und die Steuereinheit zusammen in dem mit 11 bezeichneten
Bildrechner zusammengefasst. Die Ansteuerung der Verstelleinheiten 20, 21 und
der Antriebseinheit 22 gemäß 1 sind in dieser Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit
weggelassen. Stattdessen ist eine mit dem Bildrechner 11 in
Verbindung stehende Antriebseinheit 24 dargestellt, mit
Hilfe derer das auf einem Lagerungsbrett der Lagerungsvorrichtung 9 liegende
Untersuchungsobjekt 26 (Patient) in Richtung der Systemachse
z bewegbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Verfahren nach
der Erfindung ist in 3 dargestellt.
Das Verfahren beginnt in einem ersten Schritt 31 mit einer als "z-Scan" bezeichneten geradlinigen
Abtastung (Topogramm). Dabei werden bei nicht rotierendem Röntgenstrahler 2,
beispielsweise in einer Position wie in 2 dargestellt, Durchstrahlungswerte an
unterschiedlichen z-Positionen des Untersuchungsobjekts 26 aufgenommen.
Es werden dabei wenigstens Durchstrahlungswerte aus einem derart
großen z-Bereich
aufgenommen, dass ein zu untersuchender Bereich sicher davon abgedeckt
ist und daher für eine
nachfolgende Bildrekonstruktion erforderliche Linearabtastdaten
alleine mittels des ersten Schritts 31 erfassbar sind. In einem
zweiten Schritt 33 wird das Ergebnis des z-Scans – beispielsweise auch fortschreitend – auf der
Anzeigeeinheit 16 (siehe 1 oder 2) dargestellt.
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Unter Nutzung des Eingabemittels 19 kann vom
Bedienpersonal dann über
Markierungszeiger 34 (2)
aus der Anzeigeeinheit 16 der interessierende Bereich ROI
(Region of Interest) ausgewählt werden.
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In einem dritten Schritt 35 werden
die aus dem Linear Scan im ersten Schritt 31 ermittelten Topogrammdaten
T in einem Topogrammspeicher 37 (siehe 2) im Bildrechner 11 abgespeichert.
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Nach erfolgter Auswahl des interessierenden Bereichs
ROI findet in einem vierten Schritt 39 eine Rotationsabtastung (φ-Scan) statt,
wobei an einer oder mehreren konstanten z-Positionen der Röntgenstrahler 2 jeweils
mehrere volle Umläufe
mit Rotationswinkel φ jeweils
zwischen 0° und
360° ausführt. Die
Untersuchung des Patienten geschieht hierbei vorzugsweise in der
Sequenzbetriebsart, wobei bei rotierender Gantry an einer oder mehreren
unterschiedlichen Tischpositionen ge-scannt wird. Bei Verwendung
eines Flächendetektors
kann dabei auch mit ruhendem Patiententisch gearbeitet werden, indem
mittels einer detektorseitigen Strahlenblende nacheinander unterschiedliche
Detektorzeilen aktiviert werden.
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Der so ermittelte Rohdatensatz mit
Projektionsdaten P wird in einem fünften Schritt 41 ebenfalls abgespeichert.
In einem nachfolgenden sechsten Schritt 43 findet die Bildrekonstruktion
R unter Verwendung sowohl der Topogrammdaten T als auch der Projektionsdaten
P statt. Dabei wird eine 3D-Bildre konstruktion mittels sogenannter
Kegelstrahl-Bildrekonstruktionsverfahren durchgeführt. Es können sowohl
approximative Algorithmen, wie der sogenannte Feldkamp-Algorithmus
oder darauf aufbauende Algorithmen, als auch exakte Verfahren, beispielsweise
die eingangs zitierten Algorithmen, zur Anwendung kommen.
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Als Ergebnis des Rekonstruktionsschritts
R wird das Tomogramm oder CT-Bild B in einem siebten Schritt 45
auf der Anzeigeeinheit 16 dargestellt.
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Durch die Verwendung von Ausgangsdaten für die Bildrekonstruktion,
die sowohl aus einer geradlinigen Abtastung als auch aus einer Rotationsabtastung
stammen, ist bei dem Verfahren nach der Erfindung sichergestellt,
dass die Abtastung im 3D-Radon-Raum vollständig ist. Dieser sollte nämlich Idealerweise
alle Ebenenintegrale des Strahlenkonus beliebig im Untersuchungsobjekt
orientierter Ebenen enthalten.