DE19627166A1

DE19627166A1 - Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät und Verfahren zum Steuern desselben

Info

Publication number: DE19627166A1
Application number: DE19627166A
Authority: DE
Inventors: Eiji Yoshitome
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1997-01-16
Also published as: JP3510389B2; JPH0924045A; US5751782A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren zum Steuern eines Röntgenstrahl-Computer-Tomogra phiegerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2 sowie auf ein Röntgenstrahl-Computer-Tomogra phiegerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 3.

Die JP-A-2-6530 (1990) offenbart ein Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerät, das Daten lediglich während vorbestimmter Phasensegmente der rhythmisch wiederkeh renden Bewegungen des menschlichen Herzens zu sammeln vermag. Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeitsteue rungen zeigt, die in dem bekannten Gerät verwendet sind, um Daten über die Diastole des Herzens (d. h. die Erweiterung seiner Hohlräume) zu sammeln. Die Bezugs zeichen in der Figur haben dabei die folgenden Bedeu tungen:

Ein Bezugszeichen (a) bezeichnet ein elektrokardiogra phisches Signal, dessen R-Wellen abgegriffen werden, um die Periode h und Phase des Herzschlages zu erfassen.

Ein Bezugszeichen (b) bezeichnet Verzögerungszeiten d zum Bestimmen eines Meßstartzeitpunktes und von Meßzei ten e, während welcher Daten gemessen sind. Eine Daten messung beginnt am Anfang jeder diastolischen Phase des Herzens im Anschluß an eine Verzögerungszeit d ab dem Einsetzen jeder R-Welle. Daten werden während der Meß zeit e so gemessen, daß die Daten lediglich während je der diastolischen Phase gewonnen sind.

Ein Bezugszeichen (c) stellt einen Meßwinkel θ dar. Wenn die vollständige Ansicht, die zum Rekonstruieren eines Bildes erforderlich ist, von 0 bis 360 Grad reicht, so sammelt eine erste Messung Daten anfänglich auf einer Ansicht, die von 270 bis 360 Grad reicht. Der ersten Messung folgt eine zweite Messung, welche Daten auf einer Ansicht sammelt, die von 180 bis 270 Grad reicht. Eine dritte Messung gewinnt Daten auf einer An sicht, die von 90 bis 180 Grad reicht, und eine vierte Messung liefert Daten auf einer Ansicht, die von 0 bis 90 Grad reicht.

Ein Bezugszeichen (d) bezeichnet Zeiten τ1 bis τ4 bei denen eine Rotationsabtastung beginnt, wodurch eine Röntgenröhre und ein Detektor um ein beobachtetes Ob jekt gedreht werden, sowie Drehzeiten k und Stoppzei ten. Die Startzeit τ1 für die Rotationsabtastung ist so bestimmt, daß die Zeitdauer entsprechend einer ersten Drehung von 270 bis 360 Grad mit der Meßzeit der ersten Messung zusammenfällt. Die Startzeit τ2 der Rotations abtastung ist so bestimmt, daß die Zeitdauer entspre chend einer zweiten Drehung von 180 bis 270 Grad mit der Meßzeit der zweiten Messung zusammenfällt. In ähn licher Weise ist die Zeit τ3 so bestimmt, daß die Zeit dauer entsprechend einer dritten Drehung von 90 bis 180 Grad mit der Meßzeit der dritten Messung zusammenfällt, und die Zeit τ4 ist so bestimmt, daß die Zeitdauer ent sprechend einer vierten Drehung von 0 bis 90 Grad mit der Meßzeit der vierten Messung zusammenfällt.

Die Drehung der Röntgenröhre und des Detektors wird ab dem Ende der ersten Umdrehung bis zu dem Beginn der zweiten Umdrehung, ab dem Ende der zweiten Umdrehung bis zum Beginn der dritten Umdrehung und ab dem Ende der dritten Umdrehung bis zum Beginn der vierten Umdre hung gestoppt.

Das oben beschriebene herkömmliche Röntgenstrahl-Compu ter-Tomographiegerät (CT-Gerät) ist wirksam, wenn die Röntgenröhre und der Detektor nach jeder Umdrehung ge stoppt und dann in der Richtung für eine andere Umdre hung umgekehrt werden. Wenn jedoch das obige Verfahren auf ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät ange wandt wird, das kontinuierlich während eines Betriebes umläuft, so macht die Notwendigkeit zum Stoppen der Um drehung nach jeder Umdrehungsperiode, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, das Gerät uneffizient.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät und ein Verfah ren zum Steuern desselben so zu schaffen, daß bei einer Röntgenröhre oder einem Detektor, die bzw. der kontinu ierlich mit einer konstanten Drehzahl um das abzuta stende Objekt umläuft, Daten über das Objekt lediglich während spezifischer Phasensegmente der periodischen Bewegung des Objektes gesammelt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 bzw. 2 sowie ein Gerät nach dem Patentanspruch 3.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät und ein Verfah ren zum Steuern desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät und ein Verfahren zum Steuern desselben, wobei, wenn das abzutastende Objekt eine periodische Bewegung hat, Daten nur während spezifischer Phasensegmente der Bewe gung gesammelt werden. Die Computertomographie der vor liegenden Erfindung ist wirksam zum Aufnehmen tomogra phischer Bilder des Herzens während seiner diastoli schen Phase oder zum Teilen einer Einzelperiode der Herzbewegung in eine Vielzahl von Phasensegmente, die abgebildet und "im Kino" angezeigt werden.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung somit ein Steuerverfahren zum Steuern eines Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerätes mit wenigstens einem Rönt genstrahl und einem Detektor, die um ein abzutastendes Objekt gedreht sind, um Daten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bzw. Darstellung bilden, die er forderlich ist, um ein Bild des Objektes zu rekonstru ieren. Das Verfahren hat dabei die folgenden Schritte: kontinuierliches Drehen wenigstens der Röntgenröhre oder des Detektors über eine Zeitdauer, die nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Bewegungsperiode des Objek tes ist, Beginnen des Messens von Daten zu einem Zeit punkt, in welchem eine spezifische Phase der Bewegung erreicht ist, wiederholtes Messen von Daten, die eine Ansicht entsprechend einem Drehwinkel bilden, der durch eine kürzere Meßzeit als die Bewegungsperiode darge stellt ist, bis die Daten, die eine vollständige An sicht bilden, welche zum Rekonstruieren des Bildes des Objektes notwendig ist, gewonnen sind, und Erzeugen ei nes tomographischen Bildes des Objektes aufgrund der so gewonnenen Daten.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung schafft diese ein Steuerverfahren zum Steuern eines Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerätes, bei dem wenigstens ein Röntgenstrahl oder ein Detektor um ein abzutastendes Objekt gedreht sind, um Daten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bilden, die zum Rekonstruieren ei nes Bildes des Objektes notwendig ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: kontinuierliches Drehen wenigstens der Röntgenröhre oder des Detektors über ei ne Zeit, die nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Be wegungsperiode des Objektes ist, Starten des Messens von Daten sooft eines der Vielzahl von Phasensegmenten während der Bewegungsperiode erreicht ist, wiederholtes Messen von Daten, die eine Ansicht entsprechend einem Drehwinkel bilden, der jedes der Phasensegmente dar stellt, bis die Daten, die die vollständige Ansicht bilden, welche erforderlich ist, um ein Bild entspre chend jedem der Phasensegmente zu rekonstruieren, ge wonnen sind, Erzeugen eines tomographischen Bildes ent sprechend jedem der Phasensegmente auf der Grundlage der so gewonnenen Daten und Anzeigen der so erzeugten tomographischen Bilder "im Kino".

Gemäß einem dritten Aspekt schafft die vorliegende Er findung ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät, bei dem wenigstens ein Röntgenstrahl oder ein Detektor um ein abzutastendes Objekt gedreht sind, um Daten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bilden, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes notwendig ist. Das Gerät umfaßt eine Bewegungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Periode h und einer Phase der Bewe gung des Objektes, eine Meßstartzeit-Steuereinrichtung zum Starten einer Datenmessung unter Verwendung der Zeiten einer spezifischen Phase der Bewegung, eine Meß zeit-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Meßzeit e, in welcher Daten gemessen werden, wobei die Meßzeit kürzer als die Periode h ist, eine Drehzeit-Einstell einrichtung zum Einstellen der Drehzeit von wenigstens der Röntgenröhre oder dem Detektor auf der Grundlage der Periode h und der Meßzeit e, wobei die Drehzeit von einem ganzzahligen Vielfachen der Periode h verschieden ist, und eine Datengewinnungseinrichtung zum kontinu ierlichen Drehen wenigstens der Röntgenröhre oder des Detektors über die Drehzeit, wobei die Datengewinnungs einrichtung weiterhin ein Messen von Daten mittels der Zeiten beginnt, die durch die Meßstartzeit-Steuerein richtung eingestellt sind, und außerdem wiederholt Da ten mißt, die eine Ansicht entsprechend einem Drehwin kel bilden, der die Meßzeit e wiedergibt, bis die Da ten, die die vollständige Ansicht bilden, welche zum Rekonstruieren des Bildes des Objektes notwendig ist, gewonnen sind.

In einer ersten bevorzugten Struktur gemäß der Erfin dung verwendet die Drehzeit-Einstelleinrichtung des Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerätes eine von zwei Formeln, um die Drehzeit einzustellen, wobei die For meln wie folgt definiert sind:

Drehzeit = (Periode h - Meßzeit e)/(1 - M)
Drehzeit = (Periode h + Meßzeit e)/(1 + M)

wobei M, das wenigstens 0 und mindestens 1 beträgt, ei ne Spanne bedeutet, die in der Drehfrequenz den Winkel der Daten darstellt, die doppelt aus einer Vielzahl von durchgeführten Messungen erhalten sind. Die Periode h kann durch 1, geteilt durch eine Zykluszahl, ersetzt werden, wobei das Ergebnis das gleiche ist.

In einer zweiten bevorzugten Struktur gemäß der Erfin dung hat das Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät außerdem eine Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Vielzahl von Paaren einer Datenmeßstartzeit und jeweils einer Meßzeit, wodurch die Daten, die die vollständige Ansicht bilden, welche zum Rekonstruieren einer Viel zahl von Bildern des Objektes notwendig ist, während einer einzigen Umdrehung von wenigstens der Röntgenröh re oder dem Detektor gewonnen sind.

In einer dritten bevorzugten Struktur gemäß der Erfin dung hat das Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät außerdem eine Einstelleinrichtung zum Einstellen jeder Meßzeit gemäß der folgenden Formel:

Meßzeit e = (Periode h - nichtmeßbare Zeit m)/b

wobei b die Anzahl der Phasensegmente bedeutet und m die Zeit angibt, die ein Zeitfenster überschreitet, in welchem Messungen erlaubt sind, selbst wenn R-Wellen in unregelmäßigen Intervallen auftreten. Bei diesem Gerät ist jeder Meßstartzeitpunkt um die Meßzeit e verzögert. Es gibt b Paare eines Datenmeßstartzeitpunktes und je weils einer Meßzeit, und eine Vielzahl von rekonstru ierten Bildern des Objektes wird "im Kino" angezeigt.

Wenn hinsichtlich des Steuerverfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung die Drehzeit als eine von einem ganzzahligen Vielfachen der Periode des sich bewegen den, abzutastenden Objektes verschiedene Zeit einge stellt ist, so entwickelt die Phasenbeziehung zwischen der Periode der Objektbewegung und der Drehzeit eine Diskrepanz, die die Differenz in der Zeit dazwischen widerspiegelt. Bei kontinuierlicher Drehung von wenig stens der Röntgenröhre oder dem Detektor beginnt eine Datenmessung zu einer vorbestimmten Phase der Bewegung. Die Daten werden über einer Ansicht entsprechend dem Drehwinkel gemessen, der die Meßzeit widerspiegelt. Eine Messung der Daten wird sooft wiederholt, wie die Zahl, die gegeben ist durch Dividieren des Drehwinkels entsprechend der vollständigen Ansicht, die zum Rekon struieren eines Bildes notwendig ist, durch den Winkel entsprechend der oben erwähnten Phasendiskrepanz. Dies erlaubt eine Gewinnung von Daten über die vollständige Ansicht zum Rekonstruieren des Bildes des Objektes. Mit anderen Worten, die Daten über die vollständige Ansicht zum Rekonstruieren des Bildes werden gewonnen, indem eine Datenmessung in spezifischen Phasensegmenten der periodischen Bewegung des Objektes ausgeführt wird, während die Röntgenröhre oder der Detektor kontinuier lich mit einer konstanten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit umlaufen.

Die Drehzeit, der Meßstartzeitpunkt, die Meßzeit und der Meßzählerstand können alle manuell durch den Bedie ner eingestellt werden. Alternativ kann zuvor eine Ta belle (oder ein Satz von Beziehungsausdrücken) aufge stellt werden, die Kombinationen von Drehzeiten, Meß startzeitpunkten, Meßzeiten und Meßzählerwerten auf nimmt. Die Tabelle erlaubt es dem Bediener, einige Pa rameter von Hand einzustellen, und die übrigen Parame ter werden automatisch wiedergewonnen oder berechnet. Als eine andere Alternative kann zuvor eine Tabelle (oder ein Satz von Beziehungsausdrücken) vorgesehen werden, die Kombinationen von Perioden, Drehzeiten, Meßstartzeitpunkten, Meßzeiten und Meßzählerwerten auf nimmt. Diese Tabelle erlaubt es dem Bediener, manuell eine Periode (oder eine Zykluszahl) einzustellen, und die entsprechende Drehzeit, Meßstartzeitpunkt, Meßzeit und Meßzählerwert werden automatisch wiedergewonnen (oder berechnet). Als eine weitere Alternative kann die obige Tabelle (oder der obige Satz von Beziehungsaus drücken) durch ein Meßinstrument zum Messen der Periode (oder des Zykluszählerwertes) des Objektes begleitet sein. In diesem Fall wird die Periode (oder der Zyklus zählerwert) des sich bewegenden Objektes tatsächlich gemessen, und die Messung wird als die Basis zum Wie dergewinnen (oder Berechnen) der entsprechenden Dreh zeit, des Meßstartzeitpunktes, der Meßzeit und des Meß zählerwertes verwendet.

Durch die Verwendung des Steuerverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann eine Periode der Be wegung von beispielsweise dem Herzen geteilt und in ei ner Vielzahl von Phasensegmenten abgebildet werden. Die so aufgenommenen Bilder können in der Form einer Anima tion beobachtet werden.

Phasensegmente können manuell durch den Bediener einge stellt werden. Alternativ kann eine Tabelle (oder ein Satz von Beziehungsausdrücken) vorgesehen werden, die Kombinationen von Phasensegmentzählerwerten und Phasen segmenten begleitet. Die Tabelle erlaubt es dem Bedie ner, einen gewünschten Phasensegmentzählerwert einzu stellen, und die entsprechenden Phasensegmente werden automatisch wiedergewonnen (oder berechnet). Als eine andere Alternative kann zuvor eine Tabelle (oder ein Satz von Beziehungsausdrücken) vorgesehen werden, die Kombinationen von Perioden und Phasensegmenten beglei tet. Diese Tabelle erlaubt es dem Bediener, eine ge wünschte Periode (oder Zykluszählerwert) einzustellen, und die entsprechenden Phasensegmente werden automa tisch wiedergewonnen (oder berechnet). Als eine weitere Alternative kann die obige Tabelle (oder der Satz von Beziehungsausdrücken) durch ein Meßinstrument zum Mes sen der Periode (oder des Zykluszählerwertes des Objek tes) ergänzt sein. In diesem Fall wird die Periode (oder der Zykluszählerwert) des sich bewegenden Objek tes tatsächlich gemessen, und die Messung wird als die Basis zum Wiedergewinnen (oder Berechnen) der entspre chenden Phasensegmente herangezogen.

Das Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung erlaubt es, daß das Steu erverfahren des ersten Aspektes in vorteilhafter Weise verwirklicht wird. Das heißt, bei kontinuierlicher Dre hung mit konstanter Drehzahl der Röntgenröhre oder des Detektors werden Daten lediglich während spezifischer Phasensegmente der periodischen Bewegung des Objektes gemessen. Dies erlaubt noch die Gewinnung von Daten über die vollständige Ansicht, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes notwendig ist.

Bei dem Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät gemäß der ersten bevorzugten Struktur der Erfindung definiert der unten gegebene Ausdruck den Diskrepanzwinkel Φ, der den Winkel einer Diskrepanz je Drehung aufgrund der Differenz in der Zeit zwischen der Periode h der Bewe gung des Objektes und der Drehzeit darstellt:

Φ = |Periode h - Drehzeit | / Drehzeit (1)

Wenn angenommen wird, daß der Diskrepanzwinkel Φ die Meßzeit darstellt, daß n Messungen durchgeführt werden und daß die vollständige Ansicht, die notwendig ist, um ein Bild des Objektes zu rekonstruieren, gleichwertig zu einer vollständigen Umdrehung (vollständige Abta stung) ist, so sollte die folgende Beziehung gelten:

Φ × Meßzählwert n ≧ 1.

Unter der Voraussetzung des obigen Ausdruckes (1) soll te die folgende Beziehung gelten:

Periode h - Drehzeit | × Meßzählwert n/Drehzeit ≧ 1 (2)

Wenn die obige Beziehung (2) erfüllt ist, werden die Daten auf der vollständigen Ansicht gewonnen, die zum Rekonstruieren der Ansicht notwendig sind.

Wenn e die Meßzeit während einer Umdrehung bedeutet, dann liefert der folgende Ausdruck einen Meßdatenwinkel Θ je Umdrehung, d. h. einen Winkel, der in Einheiten von Umdrehungen den Winkel der Daten darstellt, die durch Messungen während einer einzigen Umdrehung gewon nen sind:

Θ = Meßzeit e/Umdrehungszeit (3)

Wenn der Winkel Θ größer als der oben erwähnte Winkel Φ ist, so liefert eine Vielzahl von durchgeführten Mes sungen Meßdaten teilweise im Duplikat. Somit gibt die unten angegebene Gleichung bei Anwendung die Spanne M, die in Drehungen den Winkel der Meßdaten im Duplikat aus einer Vielzahl von durchgeführten Messungen dar stellt:

M = Θ - Φ.

Aus den obigen Ausdrücken (1) und (3) wird die Spanne M bestimmt zu:

M = Meßzeit e/Umdrehungszeit - |Periode h - Umdrehungszeit| / Umdrehungszeit (4)

Die Spanne M (0 ≦ M < 1) wird bei Bedarf durch den Be diener oder bei Mangel eingestellt. Während Datenverlu ste, die auf unregelmäßigen Perioden beruhen, durch Da teninterpolationsberechnungen kompensiert werden kön nen, können die Verluste minimiert werden, wenn die Spanne M größer als 0 eingestellt wird. Wenn anderer seits die Spanne M auf 0 eingestellt wird, kann eine Datengewinnung rasch beendet werden. Unter der Annahme, daß die Periode h größer als die Umdrehungszeit ist, kann der obige Ausdruck (4) wie folgt umgewandelt wer den:

Umdrehungszeit (Periode h - Meßzeit e)/(1 - M) (5)

Hier wird die Beziehung (2) umgewandelt in:

Meßzählerwert n ≧ Drehzeit/(Periode h - Umdrehungszeit) (6)

Somit werden bei kontinuierlicher Umdrehung mit kon stanter Drehzahl der Röntgenröhre oder des Detektors Daten lediglich während spezifischen Phasensegmenten der periodischen Bewegung des Objektes gemessen, bis die Daten über die vollständige Ansicht gewonnen sind, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes not wendig sind, d. h. die Daten über eine vollständige Ab tastung.

Wenn angenommen wird, daß die Periode h kürzer als die Umdrehungszeit ist, so kann der obige Ausdruck (4) wie folgt umgewandelt werden:

Umdrehungszeit = (Periode h + Meßzeit e)/(1 + M) (7)

Hier wird die Beziehung (2) umgewandelt in:

Meßzählerwert n ≧ Umdrehungszeit/(Umdrehungszeit - Periode h) (8)

Falls die vollständige Ansicht, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes notwendig ist, gleichwertig zu einer Halbumdrehung (d. h. einer halben Abtastung) ist, so wird die Beziehung (2) umgewandelt in:

|Periode h - Umdrehungszeit| × Meßzählerwert n/Umdrehungszeit ≧ (0,5 + f) (9)

Dabei bedeutet f das Winkelverhältnis eines Fächer strahl-Streuwinkels zu einer vollständigen Umdrehung. Wenn die Periode h als länger als die Umdrehungszeit angenommen wird, so gilt die folgende Beziehung:

Meßzählerwert n ≧ (0,5 + f) × Umdrehungszeit/ (Periode h - Umdrehungszeit) (10)

Wenn die Periode h kürzer als die Umdrehungszeit ange nommen wird, so gilt die folgende Beziehung:

Meßzählerwert n ≧ (0,5 + f) × Umdrehungszeit/ (Umdrehungszeit - Periode h) (11)

Mit dem Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät gemäß der zweiten bevorzugten Struktur der Erfindung ist es möglich, gleichzeitig ein tomographisches Bild von bei spielsweise dem Herzen während seiner diastolischen Phase sowie ein tomographisches Bild während seiner Kontraktionsphase aufzunehmen.

Das Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät in der dritten bevorzugten Struktur gemäß der Erfindung er laubt es, die Bewegung einer Einzelperiode von bei spielsweise dem Herzen in eine Vielzahl von Phasenseg mente zu teilen und jedes abzubilden. Die so aufgenom menen Bilder können in der Form einer Animation beob achtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung,

Fig. 2 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung des Betriebes des ersten Ausführungs beispiels,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb eines Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerä tes gemäß einem zweiten Ausführungsbei spiel der Erfindung erläutert, und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das für ein herkömm liches Röntgenstrahl-Computer- Tomographiegerät gilt.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung die nen zu Erläuterungszwecken und stellen keine Begrenzung der Erfindung dar.

Im folgenden soll zunächst das erste Ausführungsbei spiel der Erfindung erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Röntgenstrahl-Compu ter-Tomographiegerätes 100 gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung. Das Röntgenstrahl-Compu ter-Tomographiegerät umfaßt eine Konsole 1, einen Ab bildungstisch 8, ein Abtastgerüst 9 und einen Elektro kardiograph 16.

Die Konsole 1 umfaßt eine Eingabevorrichtung 2, die Be fehle des Bedieners und Daten empfängt, eine Zentral einheit (CPU) 3, die eine Bildrekonstruktionsverarbei tung und andere Berechnungen ausführt, eine Steuer schnittstelle 4, die Steuersignale mit dem Abbildungs tisch 8 und dem Abtastgerüst 9 austauscht und die elek trokardiographische Signale von dem Elektrokardiograph 16 empfängt, ein Datensammelpuffer 5, das Daten auf nimmt, die durch das Abtastgerüst 9 gewonnen sind, eine Kathodenstrahlröhre CRT 6, die ein Bild anzeigt, das aus den obigen Daten rekonstruiert ist, und eine Spei chervorrichtung 7, die Programme und Daten speichert.

Der Abbildungstisch 8 trägt das abzutastende Objekt und bewegt es in der Axialrichtung seines Körpers.

Das Abtastgerüst 9 umfaßt einen Röntgenstrahlcontroller 10, eine Röntgenröhre 11, einen Kollimator 12, einen Detektor 13, einen Datensammelteil 14 und einen Rotati onscontroller 15, der die Umdrehung der Röntgenröhre oder dergleichen um die Körperachse des Objektes steu ert. Eine Gleitringanordnung kann verwendet werden, um die Röntgenröhre 11 oder dergleichen kontinuierlich um laufen zu lassen.

Der Röntgenstrahlcontroller 10 kann die Röntgenbestrah lung ein- und abschalten.

Der Umdrehungscontroller 15 hat einen Servomotor und einen Codierer. Für jede durch den Codierer erfaßte Winkelstellung erzeugt der Controller 15 ein Triggersi gnal, um Ansichtsdaten bezüglich dieser Winkelstellung zu sammeln.

Die Integralzeit des Datensammelteiles 14 kann mittels einiger der oben erwähnten Triggersignale verändert werden.

Der Elektrokardiograph 16 liefert elektrokardiographi sche Signale des beobachteten Objektes.

Fig. 2 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das den Betrieb er läutert, wenn das Röntgenstrahl-Computer-Tomographie gerät 100 verwendet wird, um Daten lediglich über die diastolische Phase des Herzens zu sammeln.

Wenn der Bediener einen "Einzelphasenmodus" von der Eingabevorrichtung 2 bezeichnet, so erfaßt die Zentral einheit 3 die Periode h und die Phase von R-Wellen in dem elektrokardiographischen Signal, was durch das Be zugszeichen (a) in Fig. 2 angedeutet ist. Es wird hier angenommen, daß die Periode h eine Sekunde beträgt.

Die Zentraleinheit 3 sucht dann über eine Tabelle An paßkombinationen von Perioden, Verzögerungszeiten, Meß zeiten, Meßzählwerten und Umdrehungszeiten, wobei die Tabelle zuvor in der Speichervorrichtung 7 gespeichert wurde. Indem so vorgegangen wird, gewinnt die Zentral einheit 3 die Verzögerungszeit d, die Meßzeit e, die Umdrehungszeit k und den Meßzählwert n entsprechend der erfaßten Periode h zurück. Es sei hier angenommen, daß die Periode h eine Sekunde beträgt, so daß dann aus der Tabelle eine Verzögerungszeit d von 600 ms, eine Meß zeit e von 300 ms, eine Umdrehungszeit k von 800 ms und ein Meßzählwert n von 4 wiedergewonnen wird.

Die Kombinationen der Perioden, Verzögerungszeiten und Meßzeiten zum Sammeln von Daten über die diastolische Phase des Herzens sind empirisch bekannt. Die Umdre hungszeit wird mittels der folgenden Formel berechnet (die Spanne M zur Messung wird als auf 1/8 eingestellt angenommen):

Umdrehungszeit = (Periode - Meßzeit)/(1 - 1/8).

Der Meßzählwert wird als eine kleinste ganze Zahl er halten, die nicht kleiner ist als: Umdrehungszeit/(Pe riode - Umdrehungszeit).

Wenn der Bediener einen Abtastbefehl von der Eingabe vorrichtung 2 eingibt, läßt die Zentraleinheit die Röntgenröhre 11 oder dergleichen kontinuierlich mit ei ner Drehzahl von einer Umdrehung je Umdrehungszeit k umlaufen, wie dies durch das Bezugszeichen (d) in Fig. 2 angezeigt ist. Wie durch das Bezugszeichen (b) in Fig. 2 angegeben ist, beginnt die Röntgenbestrahlung mit der Verzögerungszeit d nach dem Einsetzen jeder R- Welle. Daten werden während der Meßzeit e gemessen, an deren Ende die Röntgenbestrahlung gestoppt wird. Der Prozeß wird sooft wiederholt, wie der Meßzählwert n be trägt. Dies macht es möglich, wie dies durch das Be zugszeichen (c) in Fig. 2 angezeigt ist, Daten über ei ne Ansicht, die von 0 bis 135 Grad des Meßwinkels θ reicht, in der ersten Messung, über eine Ansicht, die von 90 bis 235 Grad des Meßwinkels 8 reicht, in der zweiten Messung, über eine Ansicht, die von 180 bis 315 des Meßwinkels θ reicht, in der dritten Messung und über eine Ansicht, die von 270 bis 45 Grad des Meßwin kels θ reicht, in der vierten Messung zu messen. Das heißt, die Daten über eine 360-Grad-Messung, die erfor derlich ist, um ein Vollabtastbild des Objektes zu re konstruieren, werden mit einer Spanne von 45 Grad ge sammelt.

Mittels der so gesammelten Daten führt die Zentralein heit 3 Bildrekonstruktionsberechnungen durch, um ein tomographisches Bild zu erzeugen. An dieser Stelle wer den die im Duplikat aus einer Vielzahl von Messungen gemessenen Daten entweder für einen Gebrauch gemittelt oder so verarbeitet, daß lediglich die Daten von einer Messung verwendet werden. Die verlorenen Daten werden interpoliert, indem die Daten verwendet werden, die in der entgegengesetzten Richtung oder aus einer benach barten Ansicht gesammelt sind.

Schließlich veranlaßt die Zentraleinheit 3 die Katho denstrahlröhre 6, das so erzeugte tomographische Bild anzuzeigen.

Wie oben beschrieben ist, erlaubt es das Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerät gemäß dem ersten Ausführungs beispiel Daten nur während der diastolischen Phase des Herzens zu messen, während die Röntgenröhre 11 oder dergleichen mit konstanter Drehzahl umläuft, bis alle Daten auf der vollständigen Ansicht gewonnen sind, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes notwendig sind. Dies erlaubt eine vorteilhafte Gewinnung eines tomographischen Bildes des Herzens in seiner diastoli schen Phase.

Das Zeitdiagramm in Fig. 2 zeigt die Meßstartzeitpunk te, die durch Erfassen einer R-Welle für jede Messung angenommen sind. Wenn alternativ die Schwankung in der Periode h vernachlässigbar ist, kann die erste R-Welle allein erfaßt und als die Basis zum Bestimmen von Meß startzeitpunkten zur Verwendung in der ersten bis n-ten Messung verwendet werden.

Obwohl Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Gewinnung eines to mographischen Bildes des Herzens in seiner diastoli schen Phase ist, können tomographische Bilder von ande ren Phasensegmenten erhalten werden, indem einige Para meter, wie beispielsweise die Verzögerungszeit und die Meßzeit, verändert werden.

Das erste Ausführungsbeispiel ist so gezeigt, daß Trig gersignale erzeugt werden, durch die Daten auf den An sichten entsprechend verschiedenen Winkelstellungen ge wonnen sind. Alternativ können Triggersignale erzeugt werden, um Daten über Ansichten entsprechend verschie denen Zeitpunkten zu erhalten. In dem alternativen Fall braucht nur die Anzahl der Ansichten und deren Winkel bereiche für eine Bildrekonstruktion gemäß der Umdre hungszahl k verändert zu werden.

Im folgenden wird nunmehr das zweite Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Aufbau identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für den Betrieb, wenn das zweite Ausführungsbeispiel betätigt wird, um eine Peri ode des Herzens in drei Phasensegmente zum Abbilden zu teilen.

Wenn der Bediener einen "Mehrphasenmodus" und ein Pha sensegmentzählwert b von der Eingabevorrichtung 2 be zeichnet, erfaßt die Zentraleinheit 3 die Periode h und die Phase von R-Wellen in dem elektrokardiographischen Signal, was durch das Bezugszeichen A in Fig. 3 ange zeigt ist. Es wird hier angenommen, daß der Eingangs phasen-Segmentzählwert b 3 beträgt und daß die erfaßte Phase h eine Sekunde ist.

Die Zentraleinheit 3 sucht dann durch eine Tabelle An paßkombinationen von Perioden, Verzögerungszeiten und verbleibenden Zeiten, wobei die Tabelle zuvor in der Speichervorrichtung 7 gespeichert wurde. Indem so vor gegangen wird, gewinnt die Zentraleinheit 3 die Verzö gerungszeit und die verbleibende Zeit entsprechend der erfaßten Periode h wieder. Die Verzögerungszeit dauert von dem Einsetzen einer R-Welle bis zum Start einer Messung. Die verbleibende Zeit ist eine Zeit von dem Ende einer Messung bis zu dem Einsetzen der nächsten R- Welle. Ein Aufaddieren der Verzögerungszeit und der verbleibenden Zeit bildet eine nichtmeßbare Zeit M. Ob wohl die Verzögerungszeit und die verbleibende Zeit je weils Null sein können, können Unregelmäßigkeiten in der Periode h besser absorbiert werden, wenn wenigstens eine dieser Größen nicht Null ist. Die Kombinationen der Perioden, Verzögerungszeiten und verbleibenden Zei ten zum Sammeln von Daten über das Herz sind empirisch bekannt. Es wird hier angenommen, daß die Periode h ei ne Sekunde beträgt, wobei dann aus der Tabelle eine Verzögerungszeit d von 0 ms und eine verbleibende Zeit von 100 ms wiedergewonnen werden.

Die Zentraleinheit 3 berechnet die Meßzeit und die Um drehungszeit mittels der folgenden Formeln (die Spanne M für eine Messung wird als 1/8 angenommen):

Meßzeit = (Periode - Verzögerungszeit - verbleibende Zeit)/Phasensegment-Zählwert n

Umdrehungszeit = (Periode - Meßzeit)/(1 - 1/8).

Der Meßzählwert wird als eine kleinste ganze Zahl nicht kleiner als: Umdrehungszeit/(Periode - Umdrehungszeit) erhalten. In diesem Beispiel wird angenommen, daß die obigen Berechnungen Meßzeiten (e1, e2, e3) von jeweils 300 ms, eine Umdrehungszeit k von 800 ms und einen Meß zählwert n von 4 geliefert haben.

Der Bediener gibt dann einen Abtastbefehl von der Ein gabeeinrichtung 2 ein. Abhängig hiervon veranlaßt die Zentraleinheit 3 die Röntgenstrahlröhre 11 oder der gleichen, kontinuierlich bei einer Drehzahl von einer Umdrehung je Umdrehungszeit k umzulaufen, wie dies durch ein Bezugszeichen (d) in Fig. 3 angedeutet ist. Wie durch ein Bezugszeichen (b) in Fig. 3 gezeigt ist, beginnt die Röntgenbestrahlung bei der Verzögerungszeit d (0 in diesem Fall) nach dem Einsetzen jeder R-Welle. Daten werden während der Meßzeiten e1, e2 und e3 für jeweils das erste, das zweite und das dritte Phasenseg ment gemessen. Eine Röntgenbestrahlung wird am Ende der Datenmessung über der Meßzeit e3 für das dritte Phasen segment gestoppt. Der Prozeß wird sooft wie der Meß zählerwert n wiederholt. Dies macht es möglich, wie durch ein Bezugszeichen (c) in Fig. 3 angezeigt ist, Daten in der ersten Messung über einer Ansicht, die von 0 bis 135 Grad des Meßwinkels θ1 für das erste Phasen segment reicht, über eine Ansicht, die von 135 bis 270 Grad des Meßwinkels θ2 für das zweite Phasensegment reicht, und über eine Ansicht, die von 270 bis 45 Grad des Meßwinkels θ3 für das dritte Phasensegment reicht, zu messen. In der zweiten Messung werden Daten über ei ne Ansicht, die von 90 bis 225 des Meßwinkels θ1 für das erste Phasensegment reicht, über eine Ansicht, die von 225 bis 360 Grad des Meßwinkels θ2 für das zweite Phasensegment reicht, und über eine Ansicht, die von 0 bis 135 Grad des Meßwinkels θ3 für das dritte Phasen segment reicht, gemessen. Bei der dritten Messung wer den Daten über eine Ansicht, die von 180 bis 315 Grad des Meßwinkels θ1 für das erste Phasensegment reicht, über eine Ansicht, die von 315 bis 90 Grad des Meßwin kels θ2 für das zweite Phasensegment reicht, und über eine Ansicht, die von 90 bis 225 Grad des Meßwinkels θ3 für das dritte Phasensegment reicht, gemessen. Bei der vierten Messung werden Daten über eine Ansicht, die von 270 bis 45 Grad des Meßwinkels θ1 des ersten Phasenseg ments reicht, über eine Ansicht, die von 45 bis 180 Grad des Meßwinkels θ2 für das zweite Phasensegment reicht, und über eine Ansicht, die von 180 bis 315 Grad des Meßwinkels θ3 für das dritte Phasensegment reicht, gemessen. Das heißt, die Daten über eine 360-Grad-An sicht, die erforderlich zum Rekonstruieren eines Voll- Abtast-Bildes für jedes der ersten bis dritten Phasen segmente ist, werden mit einer Spanne von 45 Grad ge sammelt.

Mittels der so gesammelten Daten führt die Zentralein heit Bildrekonstruktionsberechnungen aus, um ein tomo graphisches Bild für jedes der ersten bis dritten Pha sensegmente zu erzeugen. Die so erzeugten tomographi schen Bilder werden "im Kino" auf der Kathodenstrahl röhre 6 in der Reihenfolge ihrer entsprechenden Phasen segmente angezeigt.

Wie oben beschrieben ist, erlaubt das Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerät gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung die Teilung der Bewegung einer Einzelperiode des Herzens in eine Vielzahl von Phasensegmente und ein Abbilden für jedes von diesen, während die Röntgenröhre oder dergleichen kontinuier lich mit einer konstanten Drehzahl umläuft. Die so er haltenen Bilder werden in der Form einer Animation be obachtet.

Schließlich sollen noch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.

Die Erfindung wird auch auf ein Spiralabtastgerät ange wandt, bei dem Daten gesammelt werden, indem wenigstens entweder die Röntgenröhre oder der Detektor um das ab zutastende Objekt umläuft, während das Objekt linear bezüglich der Röntgenröhre und des Detektors bewegt wird. Bei diesem Gerät werden Mehrfach-Scheibenbilder für ein spezifisches Phasensegment (beispielsweise die diastolische Phase des Herzens) erhalten, indem diese entweder ohne Beachtung vernachlässigbarer Raumdiskre panzen in Daten (derartige Diskrepanzen sind vernach lässigbar, wenn die Geschwindigkeit der Linearbewegung relativ niedrig bei der Komplexheit der Struktur des Objektes ist) rekonstruiert werden, oder indem die Bil der durch Raumdateninterpolation (eine derartige Inter polation wird benötigt, wenn die Geschwindigkeit der Linearbewegung relativ hoch hinsichtlich der Komplex heit der Struktur des Objektes ist) rekonstruiert wer den. Wenn die obigen Anordnungen getroffen werden, kann das gesamte Zielorgan abgebildet werden, wobei seitens der Patienten nur einmal der Atem anzuhalten ist. Die obige Interpolation kann insbesondere eine lineare In terpolation der Daten sein, die eine oder eine halbe Umdrehung entfernt gesammelt sind.

Wie oben beschrieben ist und gemäß der Erfindung erlau ben das Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät und das Verfahren zum Steuern desselben ein Sammeln von Daten lediglich während spezifischer Phasensegmente der peri odischen Bewegung des beobachteten Objektes, während kontinuierlich die Röntgenröhre oder der Detektor mit einer konstanten Drehzahl gedreht wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahl-Computer- Tomographiegerät und dem Verfahren zum Steuern dessel ben wird die Bewegung des Objektes in einer Einzelperi ode in einer Vielzahl von Segmenten unterteilt und für jedes abgebildet, während der Detektor mit einer kon stanten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit kontinuierlich umläuft.

Die so gewonnenen Bilder des Objektes werden in der Form einer Animation beobachtet.

Claims

1. Steuerverfahren zum Steuern eines Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerätes mit wenigstens einer Röntgenröhre (11) und einem Detektor (13), die bzw. der um ein abzutastendes Objekt gedreht ist, um Da ten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bil den, welche zum Rekonstruieren eines Bildes des Ob jektes notwendig ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
kontinuierliches Drehen wenigstens der Röntgen röhre (11) oder des Detektors (13) über eine Zeit, die nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Bewegung des Objektes ist,
Starten, Daten zu messen, in dem Zeitpunkt, in dem eine spezifische Phase der Bewegung erreicht ist,
wiederholtes Messen von Daten, die eine neue An sicht entsprechend einem Drehwinkel bilden, der ei ne kürzere Meßzeit als die Periode der Bewegung darstellt, bis die Daten gewonnen sind, die die vollständige Ansicht bilden, die notwendig zum Re konstruieren des Bildes des Objektes ist, und
Erzeugen eines tomographischen Bildes des Objek tes auf der Grundlage der so gewonnenen Daten.

2. Steuerverfahren zum Steuern eines Röntgenstrahl- Computer-Tomographiegerätes mit wenigstens einer Röntgenröhre (11) und einem Detektor (13), die bzw. der um ein abzutastendes Objekt gedreht ist, um Da ten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bil den, die zum Rekonstruieren eines Bildes des Objek tes notwendig ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
kontinuierliches Drehen wenigstens der Röntgen röhre (11) oder des Detektors (13) über eine Zeit, die nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Bewegung des Objektes ist,
Beginnen, Daten zu messen, sooft eines einer Vielzahl von Phasensegmenten während der Periode der Bewegung erreicht ist,
wiederholtes Messen von Daten, die eine Ansicht entsprechend einem Drehwinkel bilden, der jedes der Phasensegmente darstellt, bis die Daten gewonnen sind, die die vollständige Ansicht bilden, die not wendig ist, um ein Bild entsprechend jedem der Pha sensegmente zu rekonstruieren,
Erzeugen eines tomographischen Bildes entspre chend jedem der Phasensegmente auf der Grundlage der so gewonnenen Daten, und
Anzeigen der so erzeugten tomographischen Bilder "im Kino".

3. Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät mit wenig stens einer Röntgenröhre (11) und einem Detektor (13), die um ein abzutastendes Objekt drehbar sind, um Daten zu gewinnen, die eine vollständige Ansicht bilden, welche zum Rekonstruieren eines Bildes des Objektes notwendig ist,
gekennzeichnet durch:
eine Bewegungserfassungseinrichtung (15) zum Er fassen einer Periode h und einer Phase der Bewegung des Objektes,
eine Meßstartzeitsteuereinrichtung zum Starten einer Datenmessung mittels der Zeitsteuerung einer spezifischen Phase der Bewegung,
eine Meßzeiteinstelleinrichtung zum Einstellen einer Meßzeit e, in welcher Daten gemessen werden, wobei die Meßzeit e kürzer als die Periode h ist,
eine Umdrehungszeiteinstelleinrichtung zum Ein stellen der Umdrehungszeit von wenigstens der Rönt genröhre (11) oder des Detektors (13) auf der Grundlage der Periode h und der Meßzeit e, wobei die Umdrehungszeit von einem ganzzahligen Vielfa chen der Periode h verschieden ist, und
eine Datengewinnungseinrichtung zum kontinuier lichen Drehen wenigstens der Röntgenröhre (11) oder des Detektors (13) über der Umdrehungszeit, wobei die Datengewinnungseinrichtung weiterhin das Messen von Daten mittels der durch die Meßstartzeitsteuer einrichtung eingestellten Zeit beginnt und die Da tengewinnungseinrichtung wiederholt Daten mißt, die eine Ansicht entsprechend einem Umdrehungswinkel bilden, der die Meßzeit e reflektiert, bis die Da ten, die die vollständige Ansicht bilden, die zum Rekonstruieren des Bildes des Objektes erforderlich ist, gewonnen sind.

4. Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät nach An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzeit- Einstelleinrichtung eine von zwei Formeln verwen det, um die Umdrehungszeit einzustellen, wobei die Formeln gegeben sind durch: Umdrehungszeit = (Periode h - Meßzeit e)/(1 - M)
Umdrehungszeit = (Periode h + Meßzeit e)/(1 + M)wobei M, das wenigstens 0 und kleiner als 1 ist, eine Spanne bedeutet, die in der Umdrehungsfrequenz den Winkel der Daten darstellt, die aus einer Viel zahl von durchgeführten Messungen doppelt gemessen sind.

5. Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät nach An spruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch weiterhin ei ne Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Viel zahl von Paaren eines Datenmeßstartzeitpunktes und jeweils einer Meßzeit, wodurch die Daten, die die vollständige Ansicht bilden, die erforderlich ist, um eine Vielzahl von Bildern des Objektes zu rekon struieren, während einer einzigen Umdrehung von we nigstens der Röntgenröhre (11) oder des Detektors (13) gewonnen sind.

6. Röntgenstrahl-Computer-Tomographiegerät nach An spruch 5, gekennzeichnet durch weiterhin eine Einstel leinrichtung zum Einstellen jeder Meßzeit gemäß der folgenden Formel: Meßzeit e = (Periode h - nichtmeßbare Zeit m)/bwobei b die Anzahl der Phasensegmente bedeutet, und m die Zeit ist, in der keine Messung erfolgt, wobei jeder Meßstartzeitpunkt um die Meßzeit e verzögert ist, wobei b Paare eines Datenmeßstartzeitpunktes und jeweils ei ner Meßzeit vorgesehen sind und wobei eine Vielzahl von rekonstruierten Bildern des Subjektes "im Kino" ange zeigt sind.