DE19827687A1

DE19827687A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung eines Gegenstands in einem Computer-Tomographie-System

Info

Publication number: DE19827687A1
Application number: DE19827687A
Authority: DE
Inventors: Jiang Hsieh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 1998-12-24
Also published as: IL124777A; US5835559A; JPH1176226A; IL124777A0

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine Computer- Tomographie-Abbildung (CT-Abbildung) und insbesondere die Abtastung eines in Frage kommenden Gegenstands mit einer CT-Abtasteinrichtung.

Bei zumindest einem bekannten CT-Systemaufbau projiziert eine Röntgenstrahlquelle einen fächerförmigen Strahl, der parallel gerichtet ist, daß er in einer allgemein als Abbildungsebene bezeichneten X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen kommt. Der Röntgenstrahl fällt durch den abgebilde ten Gegenstand, wie einen Patienten. Nachdem der Strahl durch den Gegenstand gedämpft wurde, trifft er auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen. Die Erfassungseinrichtun gen sind im allgemeinen rechteckig. Die Intensität der an dem Erfassungsarray empfangenen gedämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch den Gegenstand ab. Je des Erfassungselement des Arrays erzeugt ein separates elek trisches Signal, das ein Maß der Strahldämpfung an dem Erfas sungsort ist. Die Dämpfungsmaße von allen Erfassungseinrich tungen werden zur Erzeugung eines Übertragungsprofils separat erfaßt.

Bei bekannten CT-Systemen der dritten Generation drehen sich die Röntgenstrahlquelle und das Erfassungsarray in einem Faß lager in der Abbildungsebene und um den abzubildenden Gegen stand, so daß sich der Winkel, an dem der Röntgenstrahl den Gegenstand schneidet, konstant ändert. Eine Gruppe von Rönt genstrahldämpfungsmaßen, d. h. Projektionsdaten, von dem Er fassungsarray bei einem Faßlagerwinkel wird als Ansicht be zeichnet. Eine Abtastung des Gegenstands umfaßt einen Satz von Ansichten bei verschiedenen Faßlagerwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenstrahlquelle und der Erfassungseinrich tung. Bei einer axialen Abtastung werden die Projektionsdaten zur Ausbildung eines Bildes verarbeitet, das einem zweidimen sionalen Schnitt durch den Gegenstand entspricht. Typischer weise kann die Konfiguration eines Schnitts variiert werden. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird in der Technik als gefiltertes Rückprojektionsverfahren bezeichnet. Bei diesem Verfahren werden die Dämpfungsmaße von einer Abtastung in ganze Zahlen, sogenannte CT-Zahlen oder Hounsfield-Einheiten umgewandelt, die zur Steuerung der Helligkeit eines entsprechenden Bild elements auf einer Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung verwendet werden.

Zur Verringerung der Gesamtabtastzeit, die für mehrfache Schnitte erforderlich ist, kann eine Wendelabtastung durchge führt werden. Zur Durchführung einer Wendelabtastung wird der Patient in der z-Achse synchron mit der Drehung des Faßlagers bewegt, während die Daten für die vorgeschriebene Anzahl von Schnitten erfaßt werden. Bei einem derartigen System wird ei ne einzelne Wendel aus einer Fächerstrahlwendelabtastung er zeugt. Die durch den Fächerstrahl ausgebildete Wendel liefert Projektionsdaten, aus denen Bilder an jedem vorgeschriebenen Schnitt rekonstruiert werden können. Zusätzlich zur Verringe rung der Abtastzeit bietet die Wendelabtastung weitere Vor teile, wie eine bessere Verwendung von injiziertem Kontrast bzw. Kontrastmittel, eine verbesserte Bildrekonstruktion an willkürlichen Orten und bessere dreidimensionale Bilder.

Die Röntgenstrahlquelle enthält typischerweise einen entleer ten bzw. Vakuum-Röntgenstrahlmantel mit einer Anode und einer Kathode. Röntgenstrahlen werden erzeugt, wenn Elektronen von der Kathode gegen einen Brennpunkt auf der Anode durch das Anlegen einer hohen Spannung über die Anode und die Kathode beschleunigt werden. Die Röntgenstrahlen divergieren von dem Brennpunkt in einem allgemein konischen Muster.

Bei bekannten CT-Systemen kann ein Röntgenstrahl während ei nes Abtastvorgangs aus dem Mittelpunkt verschoben werden, was unerwünscht ist. Erwärmt sich beispielsweise die Röntgen strahlquelle, kann die thermische Expansion der Anode eine Bewegung des Brennpunkts verursachen. Auch bei der Drehung des Faßlagers können mechanische Spannungen auf das Faßlager und die Röntgenstrahlquelle eine zusätzliche Brennpunktbewe gung verursachen. Diese Brennpunktbewegung wird in eine Rönt genstrahlbewegung auf der Erfassungseinrichtung entlang der z-Richtung übertragen. Eine derartige Bewegung verursacht ty pischerweise Bildartefakte, da sich die Erfassungseinrich tungsempfindlichkeit, beispielsweise die Erfassungseinrich tungsverstärkung bzw. der Erfassungseinrichtungsgewinn, über die Erfassungseinrichtung in der z-Richtung verändert.

Viele CT-Systeme verwenden z-Achsen-Kalibrierungsvektoren, die auch als Q-CAL-Vektoren bezeichnet werden, um die Brenn punktbewegung zu korrigieren. Diese Vektoren stellen typi scherweise den Erfassungseinrichtungsgewinn in der z-Richtung dar und werden bei Projektionsdaten entsprechend der Entfer nung zwischen dem Röntgenstrahl und seinem Bezugspunkt ange wendet.

Beispielsweise erfordert ein Verfahren zur Bestimmung von Q-CAL-Vektoren eine Identifikation eines Bereichs einer Rönt genstrahlbewegung und die Erzeugung eines linearen Q-CAL-Vektors unter Verwendung einer linearen Näherung. Der Bereich der Röntgenstrahlbewegung wird durch die Durchführung eines Ablesens der Verstärkung bzw. des Gewinns an zwei Orten auf der Erfassungseinrichtung identifiziert. Insbesondere werden die Gewinnablesungen an dem Ort des Röntgenstrahls, wenn die Röntgenröhre abgekühlt bzw. kühl ist, und dem Ort des Rönt genstrahls vorgenommen, wenn die Röntgenröhre heiß ist. Für die Erfassungseinrichtungsgewinne zwischen diesen zwei Orten wird eine lineare Funktion angenommen, und der Q-CAL-Vektor wird derart erzeugt, daß er die Steigung der Erfassungsein richtungsempfindlichkeit zwischen den zwei Orten darstellt. Während einer CT-Abtastung wird der Röntgenstrahlort gemessen und die Projektionsablesungen, d. h. die Projektionsdaten, werden beruhend auf dem Q-CAL-Vektor und der Entfernung des Strahls von seinem Bezugspunkt eingestellt bzw. angepaßt.

Während lineare Q-CAL-Vektoren bei einer Röntgenstrahlbewe gung mit geringem Ausmaß allgemein effektiv sind, sind sie oft bei einer Röntgenstrahlbewegung mit großem Ausmaß inef fektiv. Insbesondere verändert sich der Erfassungseinrich tungsgewinn typischerweise gemäß einer gekrümmten Funktion anstatt einer linearen Funktion über die Erfassungseinrich tung. Demnach kann der lineare Q-CAL-Vektor über große Flä chen der Röntgenstrahlbewegung von der gekrümmten Erfassungs einrichtungsgewinnfunktion wesentlich verschieden sein.

Zur besseren Näherung der gekrümmten Erfassungseinrichtungs gewinnfunktion erzeugen manche CT-Systeme Q-CAL-Vektoren zweiter oder höherer Ordnung. Im allgemeinen liefert ein Q-CAL-Vektor höherer Ordnung eine bessere Schätzung des Erfas sungseinrichtungs-z-Achsen-Profils. Allerdings sind die Q-CAL-Vektoren höherer Ordnung manchmal instabil und in manchen Fällen sogar den linearen Q-CAL-Vektoren unterlegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch ei ne Brennpunktbewegung sowohl über einen kleinen Bereich als auch einen großen Bereich der Erfassungseinrichtung verur sachten Artefakte wesentlich zu verringern. Eine derartig verbesserte Bildqualität soll ferner ohne das Erfordernis er heblicher Hardware- und Softwareveränderungen bei bekannten CT-Systemen erreicht werden.

Erfindungsgemäß werden diese und weitere Aufgaben durch ein CT-System gelöst, das gemäß einem Ausführungsbeispiel einen stückweisen Q-CAL-Korrekturalgorithmus implementiert. Das heißt, ein Bereich einer Röntgenstrahlbewegung wird identifi ziert und in unterbereiche eingeteilt. Dann werden lineare Q-CAL-Vektoren für jeden Unterbereich erzeugt, so daß jeder Vektor einen Erfassungseinrichtungsgewinn in einem der Unter bereiche darstellt. Diese Q-CAL-Vektoren werden dann bei Pro jektionsdaten zur Erzeugung von Bilddaten angewendet.

Der vorstehend angeführte Q-CAL-Korrekturalgorithmus verrin gert Artefakte, die typischerweise durch eine Brennpunktbewe gung sowohl über einen großen als auch einen kleinen Bereich verursacht werden. Dieser Algorithmus ist auch stabiler als die Verwendung von Q-CAL-Vektoren zweiter oder höherer Ord nung. Außerdem liefert dieser Algorithmus eine verbesserte Bildqualität ohne das Erfordernis erheblicher Hardware- und Softwareänderungen bei bekannten CT-Systemen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines CT-Abbildungssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Sy stems,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines CT-Abbildungssystems mit einem Kollimator,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines typischen Erfas sungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofils,

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer bekannten linearen Q-CAL-Schätzung, die über zwei unterschiedliche Gebiete der Röntgenstrahlbewegung angewendet wird,

Fig. 6 eine graphische Darstellung einer stückweisen Q-CAL-Schätzung über eine große Röntgenstrahlbewegung gemäß einem Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 eine bildliche Darstellung eines Bereichs einer Rönt genstrahlbewegung, der entsprechend einem Ausführungsbeispiel in unterbereiche eingeteilt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Computer-Tomographie- Abbildungssystem (CT-Abbildungssystem) 10 gezeigt, das ein Faßlager 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung der drit ten Generation darstellt. Das Faßlager 12 weist eine Röntgen strahlquelle 14 auf, die einen Fächerstrahl von Röntgenstrah len 16 in Richtung eines Erfassungsarrays 18 auf der entge gengesetzten Seite des Faßlagers 12 projiziert. Das Erfas sungsarray 18 ist aus Erfassungselementen 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen medizinischen Patienten 22 hindurchgehen. Jedes Erfas sungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die In tensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und somit die Dämpfung des Strahls darstellt, wenn er durch den Patienten 22 hindurchfällt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenstrahlprojektionsdaten drehen sich das Faßlager 12 und die daran befestigten Komponenten um einen Drehmittelpunkt 24.

Die Rotation des Faßlagers 12 und der Betrieb der Röntgen strahlquelle 14 werden durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 beinhaltet eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28, die die Röntgen strahlquelle 14 mit Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Faßlagermotorsteuereinrichtung 30, die die Drehgeschwin digkeit und Position des Faßlagers 12 steuert. Ein Datener fassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgeta stete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem Datener fassungssystem 32 und führt eine Bildrekonstruktion mit hoher Geschwindigkeit durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der das Bild in ei ner Massenspeichereinrichtung 38 speichert.

Der Computer 36 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine Konsole 40, die eine Tastatur auf weist. Eine zugehörige Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht es dem Bediener, das rekonstruierte Bild und andere Daten von dem Computer 36 zu überwachen. Die von dem Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden durch den Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informatio nen für das Datenerfassungssystem 32, die Röntgenstrahlsteu ereinrichtung 28 und die Faßlagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient der Computer 36 eine Tischmotor steuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zur Positionierung des Patienten 22 in dem Faßlager 12 steuert. Das heißt, der Tisch 46 bewegt Abschnitte des Patienten 22 durch eine Faßlageröffnung 48.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, geht unter Berücksichtigung des Betriebs der Röntgenstrahlquelle 14 ein Röntgenstrahl 16 von einem Brennpunkt 50 der Quelle 14 aus. Das heißt, der Rönt genstrahl 16 geht von dem Brennpunkt 50 einer Anode oder Röntgenröhre aus. Der Röntgenstrahl 16 wird durch einen Kol limator 52 parallel gerichtet und der parallel gerichtete Strahl 16 wird in Richtung des Erfassungsarrays 18 entlang einer Fächerstrahlachse 54 projiziert, die in dem Fächer strahl 16 zentriert ausgerichtet ist.

Wie es vorstehend beschrieben ist, kann ein Röntgenstrahl während eines Abtastvorgangs aus dem Mittelpunkt verschoben werden, was unerwünscht ist. Wenn sich beispielsweise die Röntgenstrahlquelle erwärmt bzw. erhitzt, kann die thermische Expansion der Anode die Bewegung des Brennpunkts verursachen. Auch wenn sich das Faßlager dreht, können mechanische Span nungen an dem Faßlager und der Röntgenstrahlquelle eine zu sätzliche Brennpunktbewegung bewirken. Diese Brennpunktbewe gung geht in eine Röntgenstrahlbewegung auf der Erfassungs einrichtung entlang der z-Richtung über.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung eines typischen Er fassungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofils 56, d. h. den Er fassungszellengewinn gegenüber dem Röntgenstrahlort auf der Erfassungseinrichtung 18. Wie es dargestellt ist, ist das Er fassungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofil 56 entlang der z-Richtung nicht gleichmäßig. Der Erfassungseinrichtungsgewinn ist also eine Funktion des Orts des Röntgenstrahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18. Das Fehlen korrekter Projektionsda ten entsprechend dem Erfassungseinrichtungsprofil 56 verur sacht typischerweise Bildartefakte.

Wie es vorstehend beschrieben ist, wird bei bekannten CT-Systemen ein lineares Q-CAL-Korrekturschema zur Bewältigung der Ungleichmäßigkeit des Erfassungseinrichtungs-z-Achsen Profils verwendet. Das Korrekturschema erfordert typischer weise die Durchführung von Gewinnablesungen an zwei Orten auf der Erfassungseinrichtung 18 vor der Abtastung eines Gegen stands. Typischerweise sind die Orte der Ort des Röntgen strahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18, wenn die Rönt genröhre abgekühlt ist, und der Ort des Röntgenstrahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18, wenn die Röntgenröhre heiß ist. Dann wird eine lineare Funktion des Erfassungseinrichtungsge winns zwischen diesen zwei Orten angenommen, und ein Q-CAL-Vektor wird derart erzeugt, daß er die Steigung der Erfas sungseinrichtungsempfindlichkeit zwischen den zwei Orten dar stellt. Während einer CT-Abtastung des Gegenstands wird der Ort des Röntgenstrahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18 gemessen und die Projektionsablesungen, d. h. Projektionsda ten, werden beruhend auf dem Q-CAL-Vektor und der Entfernung des Strahls 16 von seinem Bezugspunkt eingestellt bzw. ange paßt.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung einer bekannten li nearen Q-CAL-Schätzung, die über zwei unterschiedliche Berei che der Röntgenstrahlbewegung auf einer Erfassungseinrichtung mit einem Empfindlichkeitsprofil 58 angewendet wird. Hin sichtlich eines kleinen Bereichs der Röntgenstrahlbewegung A-B wird eine erste Gewinnablesung an einem ersten Ort A und eine zweite Gewinnablesung an einem zweiten Ort B auf der Er fassungseinrichtung durchgeführt. Unter der Annahme einer li nearen Funktion zwischen den Orten A und B wird ein Q-CAL-Vektor erzeugt, so daß er die Steigung der Erfassungseinrich tungsempfindlichkeit 58 zwischen den Orten A und B, d. h. der Geraden AB darstellt. Der für den kleinen Bereich der Bewe gung A-B erzeugte Q-CAL-Vektor nähert das Erfassungseinrich tungs-Empfindlichkeitsprofil 58 zwischen dem Ort A und dem Ort B nahe an, und ist im allgemeinen für andere kleine Be reiche der Röntgenstrahlbewegung akzeptabel.

Die bekannte lineare Q-CAL-Schätzung ist allerdings oft bei großen Bereichen einer Röntgenstrahlbewegung nicht annehmbar. Beispielsweise wird bezüglich eines großen Bereichs einer Röntgenstrahlbewegung A-C eine erste Gewinnablesung an einem ersten Ort A und eine zweite Gewinnablesung an einem zweiten Ort C auf der Erfassungseinrichtung durchgeführt. Unter der Annahme einer linearen Funktion zwischen den Orten A und C wird ein Q-CAL-Vektor erzeugt, so daß er die Steigung der Er fassungseinrichtungsempfindlichkeit 58 zwischen den Orten A und C, d. h. der Geraden AC darstellt. Der für den großen Be reich der Bewegung A-C erzeugte Q-CAL-Vektor nähert das Er fassungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofil 58 zwischen dem Ort A und dem Ort C wie gezeigt nicht nahe an. Bisher wurde angenommen, daß zur besseren Näherung des Erfassungseinrich tungs-Empfindlichkeitsprofils 58 über einen großen Bereich der Röntgenstrahlbewegung, d. h. einem Bereich A-C, ein Q-CAL-Schätzalgorithmus zweiter oder sogar höherer Ordnung erfor derlich ist. Wie es vorstehend beschrieben ist, sind aller dings derartige Schätzalgorithmen höherer Ordnung oft insta bil und somit manchmal linearen Q-CAL-Schätzalgorithmen un terlegen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein stück weiser Q-CAL-Korrekturalgorithmus zur Näherung des Erfas sungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofils sowohl über einen kleinen Bereich als auch einen großen Bereich der Röntgen strahlbewegung verwendet. Der vorliegende Korrekturalgorith mus ist nicht auf einen besonderen Bildrekonstruktionsalgo rithmus beschränkt. Vielmehr kann der vorliegende Korrek turalgorithmus in Verbindung mit vielen verschiedenen Wendel rekonstruktionsalgorithmen und axialen Rekonstruktionsalgo rithmen verwendet werden. Obwohl der vorliegende Korrektural gorithmus hier manchmal in Verbindung mit einem CT-System der dritten Generation beschrieben wird, kann der vorliegende Al gorithmus auch in Verbindung mit anderen CT-Systemen, ein schließlich den CT-Systemen der vierten Generation angewendet werden. Ferner ist der Korrekturalgorithmus bei einem Ausfüh rungsbeispiel in dem Computer 36 implementiert und verarbei tet beispielsweise in der Massenspeichereinrichtung 38 ge speicherte Daten. Es sind aber auch viele andere alternative Implementationen möglich.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Be reich einer Röntgenstrahlbewegung identifiziert und in Unter bereiche eingeteilt. Für jeden Unterbereich werden dann li neare Q-CAL-Vektoren erzeugt, so daß jeder Vektor einen Er fassungseinrichtungsgewinn in einem der Unterbereiche dar stellt. Das heißt, anstatt der Behandlung eines gesamten Be reichs der Röntgenstrahlbewegung in einem Stück wird ein der artiger Bereich in Unterbereiche eingeteilt, und eine lineare Q-CAL-Korrektur bei jedem Unterbereich durchgeführt.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung einer stückweisen Q-CAL-Schätzung, die über einen großen Bereich der Röntgen strahlbewegung A-C auf einer Erfassungseinrichtung mit einem Empfindlichkeitsprofil 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel an gewendet wird. Eine erste Gewinnablesung wird an einem ersten Ort A durchgeführt, beispielsweise dem Ort des Röntgenstrahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18, wenn die Röntgenröhre abgekühlt ist. Eine zweite Gewinnablesung wird an einem zwei ten Ort C durchgeführt, beispielsweise dem Ort des Röntgen strahls 16 auf der Erfassungseinrichtung 18, wenn die Rönt genröhre heiß ist. Der Bereich A-C definiert wesentlich den Bereich der Röntgenstrahlbewegung.

Der Bereich A-C wird in zwei Unterbereiche durch die Durch führung einer dritten Gewinnablesung an einem dritten Ort B durchgeführt, der sich zwischen dem ersten Ort A und dem zweiten Ort C befindet. Demnach wird der Bereich A-C in einen ersten Unterbereich A-B und einen zweiten Unterbereich B-C eingeteilt. Selbstverständlich kann der Bereich A-C auch in mehr als zwei, beispielsweise drei, vier oder mehr Unterbe reiche unterteilt werden.

In jedem Unterbereich A-B und B-C wird eine lineare Q-CAL-Schätzung zur Erzeugung eines Q-CAL-Vektors durchgeführt, der das Empfindlichkeitsprofil in dem jeweiligen Bereich A-B und B-C wesentlich nähert. Beispielsweise wird für den ersten Un terbereich A-B eine lineare Funktion zwischen den Orten A und B angenommen, und ein erster linearer Q-CAL-Vektor wird er zeugt, der die Steigung der Erfassungseinrichtungsempfind lichkeit zwischen den Orten A und B darstellt. Der erste Q-CAL-Vektor, d. h. die Gerade A-B, nähert das Erfassungsein richtungs-Empfindlichkeitsprofil 60 zwischen dem Ort A und dem Ort B nahe bzw. gut. Gleichermaßen wird für den Unterbe reich B-C eine lineare Funktion zwischen den Orten B und C angenommen, und ein zweiter linearer Q-CAL-Vektor wird er zeugt, der die Steigung der Erfassungseinrichtungsempfind lichkeit zwischen den Orten B und C darstellt. Der zweite Q-CAL-Vektor, d. h. die Gerade BC, nähert das Erfassungseinrich tungs-Empfindlichkeitsprofil (gestrichelte Linie) zwischen dem Ort B und dem Ort C nahe bzw. gut.

Während einer CT-Abtastung werden der erste und der zweite Q-CAL-Vektor bei den an der Erfassungseinrichtung erhaltenen Projektionsdaten entsprechend dem Ort des Röntgenstrahls zur Erzeugung eines Bildes angewendet. Beispielsweise wird der erste Q-CAL-Vektor bei Projektionsdaten angewendet, die er halten werden, wenn sich der Röntgenstrahl in dem Unterbe reich A-B befindet, und der zweite Q-CAL-Vektor wird bei den Projektionsdaten angewendet, die erhalten werden, wenn sich der Röntgenstrahl in den Unterbereich B-C befindet.

Ein stetiger Verlauf zwischen dem Unterbereich A-B und dem Unterbereich B-C wird grundlegend sichergestellt, da der dritte Ort B als Bezugspunkt für beide Unterbereiche A-B und B-C verwendet wird. Da außerdem eine lineare Q-CAL-Korrektur in jedem Unterbereich A-B und B-C durchgeführt wird, wird nicht angenommen, daß der stückweise Q-CAL-Korrekturalgorithmus Stabilitätsprobleme aufweist, die oft bei Q-CAL-Algorithmen zweiter oder höherer Ordnung auftreten.

Stückweise Interpolations-Q-CAL-Korrekturalgorithmen (IPQ-Algorithmen) können zur besseren Näherung des Erfassungsein richtungs-Empfindlichkeitsprofils 60 über den Röntgenstrahl bewegungsbereich A-C verwendet werden. Insbesondere kann ein Korrekturterm zu der linearen Q-CAL-Schätzung in jedem Unter bereich A-B und B-C zur besseren Näherung der Erfassungsein richtungsempfindlichkeit jeweils in den Unterbereichen A-B und B-C hinzugefügt werden. Bezüglich des ersten Unterbe reichs A-B liegt das Erfassungseinrichtungs- Empfindlichkeitsprofil 60 für den ersten Unterbereich A-B zwischen der linearen Q-CAL-Schätzung für den Unterbereich A-B, beispielsweise der Geraden AB, und einer Verlängerung der linearen Q-CAL-Schätzung von dem angrenzenden Unterbereich B-C, beispielsweise einer Geraden bzw. Strecke zwischen B und C'. Der Korrekturterm wird unter Verwendung der Verlängerung der linearen Q-CAL-Schätzung von dem angrenzenden Unterbe reich B-C bestimmt, die lediglich eine lineare Verlängerung der Geraden bzw. Strecke BC ist, und zu der stückweisen Q-CAL-Schätzung für den Unterbereich A-B hinzugefügt.

Gleichermaßen liegt das Erfassungseinrichtungs- Empfindlichkeitsprofil 60 für den zweiten Unterbereich B-C zwischen der linearen Q-CAL-Schätzung für den Unterbereich B-C, beispielsweise der Geraden BC, und einer Verlängerung der linearen Q-CAL-Schätzung aus dem angrenzenden Unterbereich A-B, beispielsweise einer Geraden bzw. Strecke zwischen B und A'. Der Korrekturterm wird demnach unter Verwendung der Ver längerung der linearen Q-CAL-Schätzung von dem angrenzenden Unterbereich A-B bestimmt, die lediglich eine lineare Verlän gerung der Geraden bzw. Strecke AB ist, und zu der stückwei sen Q-CAL-Schätzung für den zweiten Unterbereich B-C hinzuge fügt.

Der Korrekturterm wird zur Erfüllung der folgenden Bedingun gen ausgewählt: an den Orten A, B und C ist der Korrekturterm grundlegend 0. Außerdem ist der Korrekturterm im Bereich der Bewegung A-C grundlegend stetig. Derartige Bedingungen stel len weitgehend sicher, daß die Schätzung das Erfassungsein richtungsprofil 60 an den Orten A und B und C treu nachbil det. Der Korrekturterm kann beispielsweise in der Massenspei chereinrichtung 38 oder in einem Speicher des Computers 36 gespeichert werden.

Fig. 7 zeigt als bestimmtes Beispiel eine bildliche Darstel lung einer Erfassungseinrichtung 62, die entlang der z-Achse in vier Unterbereiche SR₀, SR₁, SR₂ und SR₃ unterteilt ist. Der Unterbereich SR₀ erstreckt sich zwischen einem Ort z₀ und einem Ort z₁, der Unterbereich SR₁ erstreckt sich zwischen dem Ort z₁ und einem Ort z₂, der Unterbereich SR₂ erstreckt sich zwischen dem Ort z₂ und einem Ort z₃, und der Unterbe reich SR₃ erstreckt sich zwischen dem Ort z₃ und einem Ort z₄. Der Ort z₂ befindet sich im wesentlichen am Mittelpunkt der Erfassungseinrichtung 62, und die Unterbereiche SR₁ und SR₂ überdecken jeweils ungefähr 1 mm des zentralen Abschnitts der Erfassungseinrichtung 62 und somit näherungsweise 2 mm der Röntgenstrahlbewegung entlang der Erfassungseinrichtung 62.

Bezeichnet Q₁(z) eine stückweise Q-CAL-Schätzung des Erfas sungseinrichtungsprofils am Ort z beruhend auf dem Unterbe reich SR₁, beispielsweise eine Gerade bzw. Strecke A-A' (Fig. 6), und bezeichnet Q₂(z) die stückweise Q-CAL-Schätzung des Erfassungseinrichtungsprofils am Ort z beruhend auf dem Un terbereich SR₂, beispielsweise die Gerade bzw. Strecke C-C' (Fig. 6), kann eine stückweise Interpolations-Q-CAL-Korrektur durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

wobei:
z_mX einen Mittelpunkt eines Unterbereichs SR_x darstellt,
β eine Skalierungskonstante ist,
Δ₁ = Q₂(z_m1)-Q₁(z_m1); und
Δ₂ = Q₁(z_m2)-Q₂(z_m2).

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Skalierungskonstante β=0,3. Natürlich kann die Skalierungskonstante β auch von 0,3 verschiedene Werte haben. Demnach werden Korrekturterme zu der stückweisen Q-CAL-Schätzung für die Unterbereiche SR₁ und SR₂ hinzugefügt, während keine Korrekturterme zu der stück weisen Q-CAL-Schätzung für die Unterbereiche SR₀ und SR₃ hin zugefügt werden. Natürlich können viele verschiedene Glei chungen bzw. IPQ-Algorithmen die vorstehend definierten Be dingungen erfüllen, und es können Korrekturterme entweder zu weniger oder mehr Unterbereichen SR₀, SR₁, SR₂ und SR₃ addiert werden.

Der vorstehend beschriebene stückweise Q-CAL-Korrekturalgorithmus und der IPQ-Algorithmus verringern die Artefakte, die typischerweise durch eine Brennpunktbewegung sowohl über große als auch kleine Bereiche verursacht werden. Derartige Algorithmen sind auch stabiler als die Verwendung von Q-CAL-Vektoren zweiter oder höherer Ordnung. Außerdem liefern derartige Algorithmen eine verbesserte Bildqualität ohne das Erfordernis erheblicher Hardware- und Softwareände rungen bei bekannten CT-Systemen.

Ferner erleichtern derartige Algorithmen die Verbesserung der Bildqualität selbst in den Fällen, in denen das Faßlager schlechter gewordene Erfassungseinrichtungen enthält. Insbe sondere zeigen schlechter gewordene Erfassungseinrichtungen typischerweise viel größere Empfindlichkeitsveränderungen in der z-Richtung als nicht verschlechterte Erfassungseinrich tungen, was typischerweise die Effektivität der bekannten Q-Kalibrierung verringert. Allerdings bewältigen der vorstehend beschriebene stückweise Korrekturalgorithmus und der IPQ-Algorithmus wesentlich eine derartige Empfindlichkeit.

Aus der vorhergehenden Beschreibung der verschiedenen Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung ist ersichtlich, daß die Aufga ben der Erfindung gelöst werden. Obwohl die Erfindung aus führlich beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß dies nur der Veranschaulichung dient und nicht als Einschrän kung verstanden werden kann. Beispielsweise ist das beschrie bene CT-System ein System der dritten Generation, bei dem sich sowohl die Röntgenstrahlquelle als auch die Erfassungs einrichtung mit dem Faßlager drehen. Es können aber auch vie le andere CT-Systeme einschließlich Mehrschnittsysteme, Elek tronenstrahlsysteme und Systeme der vierten Generation ver wendet werden, bei denen die Erfassungseinrichtung eine sta tionäre Vollringerfassungseinrichtung ist, und sich lediglich die Röntgenstrahlquelle mit dem Faßlager dreht. Während des weiteren die Korrekturalgorithmen in Verbindung mit weitge hend konkaven Erfassungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofilen beschrieben wurden, können diese Algorithmen auch mit anderen Erfassungseinrichtungs-Empfindlichkeitsprofilen einschließ lich weitgehend konvexer Erfassungseinrichtung- Empfindlichkeitsprofile implementiert werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein System zur Erzeugung eines Bildes hoher Auflösung eines Gegenstands aus während einer Computer-Tomographie-Abtastung erfaßten Projek tionsdaten offenbart. Das System enthält ein Faßlager mit einer Röntgenstrahlquelle, die sich um den Gegenstand dreht und einen Röntgenstrahl in Richtung einer Erfassungseinrich tung emittiert. Das System identifiziert einen Bereich einer Röntgenstrahlbewegung und teilt den Bereich in Unterbereiche auf. Dann werden lineare Q-CAL-Vektoren für jeden Unterbe reich erzeugt, so daß jeder Vektor einen Erfassungseinrich tungsgewinn in einem der Unterbereiche darstellt. Diese Q-CAL-Vektoren werden dann bei Projektionsdaten zur Erzeugung von Bilddaten angewendet.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten eines durch ein Computer-Tomographie-System (10) abgetasteten Gegenstands, wobei das Computer-Tomographie-System ein Faßlager (12) mit einer Röntgenstrahlquelle (14) zur Projektion eines Röntgen strahls (16) in Richtung einer Erfassungseinrichtung (18) aufweist, und die Röntgenstrahlquelle eine Röntgenröhre ent hält, mit den Schritten
Identifizieren eines Bereichs einer Röntgenstrahlbewe gung,
Einteilen des Bereichs in zumindest zwei Unterbereiche und
Erzeugen eines Q-CAL-Vektors für zumindest einen der Un terbereiche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung eines Q-CAL-Vektors für zumindest einen der Unterbereiche den Schritt Erzeugen eines linearen Q-CAL-Vektors aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt Einteilen des Bereichs in zwei Unterbereiche.

4. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt Erzeugen eines Q-CAL-Vektors für jeden Unterbereich.

5. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt Addieren eines Korrekturterms zu zumindest einem der Q-CAL-Vektoren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einteilung des Bereichs in zumindest zwei Unterbereiche den Schritt Einteilen des Bereichs in vier unterbereiche aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Q-CAL-Vektoren folgendermaßen erzeugt werden:
wobei:
z_mX einen Mittelpunkt eines Unterbereichs SR_X darstellt,
β eine Skalierungskonstante ist,
Δ₁ = Q₂(z_m1)-Q₁(z_m1); und
Δ₂ = Q₁(z_m2)-Q₂(z_m2).

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Identifikation eines Bereichs einer Röntgenstrahlbewegung die Schritte
Durchführen einer ersten Gewinnablesung an einem ersten Ort und
Durchführen einer zweiten Gewinnablesung an einem zwei ten Ort aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Ge winnablesung durchgeführt wird, wenn die Röntgenröhre kühl ist, und wobei die zweite Gewinnablesung durchgeführt wird, wenn die Röntgenröhre heißt ist.

10. System (10) zur Erzeugung von Bilddaten eines Gegen stands, wobei das System ein Faßlager (12) mit einer Röntgen strahlquelle (14) zur Projektion eines Röntgenstrahls (16) in Richtung einer Erfassungseinrichtung (18) aufweist, mit
einer Einrichtung zur Identifikation eines Bereichs ei ner Röntgenstrahlbewegung,
einer Einrichtung zur Einteilung des Bereichs in zumin dest zwei Unterbereiche und
einer Einrichtung zur Erzeugung eines Q-CAL-Vektors für zumindest einen der Unterbereiche.

11. System nach Anspruch 10, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines linearen Q-CAL-Vektors für zumindest einen der Unterbereiche.

12. System nach Anspruch 10, mit einer Einrichtung zur Einteilung des Bereichs in zwei Unterbereiche.

13. System nach Anspruch 10, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Q-CAL-Vektors für jeden Unterbereich.

14. System nach Anspruch 10, ferner mit einer Einrich tung zur Addition eines Korrekturterms zu zumindest einem der Q-CAL-Vektoren.

15. System nach Anspruch 10, mit einer Einrichtung zur Einteilung des Bereichs in vier Unterbereiche.

16. System nach Anspruch 15, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Q-CAL-Vektors wie folgt:
wobei:
z_mX einen Mittelpunkt eines Unterbereichs SR_X darstellt,
β eine Skalierungskonstante ist,
Δ₁ = Q₂(z_m1)-Q₁(z_m1); und
Δ₂ = Q₁(z_m2)-Q₂(z_m2).

17. System nach Anspruch 10, wobei das System zur Iden tifikation des Bereichs der Röntgenstrahlbewegung eine Ein richtung zur Durchführung einer ersten Gewinnablesung an ei nem ersten Ort und eine Einrichtung zur Durchführung einer zweiten Gewinnablesung an einem zweiten Ort aufweist.

18. System nach Anspruch 17, wobei die erste Gewinnable sung durchgeführt wird, wenn die Röntgenröhre kühl ist, und wobei die zweite Gewinnablesung durchgeführt wird, wenn die Röntgenröhre heiß ist.