DE19919423A1 - Computertomographie(CT)-Gerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computertomographie(CT)-Gerät mit einstellbaren Betriebsparametern (I, T), welches eine Steuereinheit und Mittel zum Vorwählen eine Kombination von Betriebsparametern (I, T) für eine durchzuführende Untersuchung aufweist. Dabei ermittelt eine Steuereinheit für den Fall, daß für eine durchzuführende Untersuchung eine Kombination von Betriebsparametern (I, T) vorgewählt ist, die zu einem unzulässigen Betriebszustand führen könnte, für wenigstens einen Betriebsparameter (I, T) einen von der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern (I,T) abweichenden Wert, für den die vorgesehene Untersuchung unter Vermeidung des unzulässigen Betriebszustandes ohne signifikante Verminderung der Bildqualität gegenüber der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern (I, T) durchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein CT-Gerät mit einstellbaren Be­ triebsparametern, welches eine Steuereinheit aufweist, wobei Mittel zum Vorwählen eine Kombination von Betriebsparametern für eine durchzuführende Untersuchung vorgesehen sind.

Bei Untersuchungen mit Computertomographen kann es vorkommen, daß Untersuchungen aufgrund technischer oder benutzerdefi­ nierter Begrenzungen der zulässigen Werte der Betriebspara­ meter des CT-Geräts nicht mit einer vom Benutzer gewünschten Kombination von Betriebsparametern durchgeführt werden kön­ nen. Insbesondere wirkt sich die thermische Belastbarkeit der in der Regel als Röntgenröhre ausgeführten Röntgenstrahlen­ quelle des CT-Geräts begrenzend auf bestimmte Betriebspara­ meter aus (z. B. Scanzeit, d. h. diejenige Zeitdauer, während der ein Untersuchungsobjekt zur Durchführung einer Unter­ suchung mit Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, Scanlänge, d. h. diejenige Erstreckung des Untersuchungsobjekts in Rich­ tung der Systemachse, über die ein Untersuchungsobjekt zur Durchführung einer Untersuchung mit Röntgenstrahlung abge­ tastet wird, Röhrenstrom, Röhrenspannung u. a.).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CT-Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß für solche Unter­ suchungen, für die ein Benutzer eine Kombination von Be­ triebsparametern eingestellt hat, die nicht wenigstens inner­ halb der technischen Grenzen bezüglich der einzelnen Be­ triebsparameter liegt, dem Benutzer eine Bedienhilfe zur Ver­ fügung steht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein CT-Ge­ rät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemäße CT-Gerät bietet also eine Möglichkeit der Konfliktlösung für solche Kombinationen von Betriebs­ parametern, die nicht innerhalb der technischen Grenzen des CT-Gerätes und/oder nicht innerhalb benutzerdefinierter Grenzwerte (Patentanspruch 8) liegen, mit der Folge, daß die entsprechende Untersuchung an sich nicht ausgeführt werden könnte. Im Falle des erfindungsgemäßen CT-Geräts wird nämlich für wenigstens einen Betriebsparameter der vorgewählten Kom­ bination ein derart geänderter Wert ermittelt, daß einerseits die Bildqualität, insbesondere das Bildrauschen, im Vergleich zu der zunächst eingestellten Kombination von Be­ triebsparametern so weit wie möglich erhalten bleibt und an­ dererseits das CT-Gerät in den zulässigen technischen bzw. benutzerdefinierten Grenzen betrieben wird. Der jeweilige Be­ nutzer wird also durch eine Bedienhilfe in die die Lage ver­ setzt eine Untersuchung durchführen zu können, die im Ergeb­ nis der von ihm ursprünglich beabsichtigten Untersuchung zu­ mindest im wesentlichen entspricht, jedoch durchführbar ist, ohne daß technische Grenzen des CT-Gerätes und/oder benutzer­ definierten Grenzwerte überschritten werden, wobei Über­ schreitung hier nicht im wörtliche Sinne verstanden werden soll, sondern dahingehend, daß ein Grenzwert verletzt wird, also ein oberer Grenzwert über- oder ein unterer Grenzwert unterschritten wird.

Es versteht sich, daß die von der Steuereinheit angegebenen Änderungen der Betriebsparameter nur innerhalb der techni­ schen Grenzen des CT-Geräts möglich sind. Technische Grenzen können u. a. sein: maximal und minimal einstellbarer Röhren­ strom, maximal und minimal mögliche Scanzeit, maximal und minimal einstellbarer Pitch, d. h. der Vorschub in Richtung der Systemachse pro Umdrehung der Strahlungsquelle bezogen auf die kollimierte Breite einer Zeile von Detektorelementen des Detektors (kollimierte Schichtdicke), etc.

Um eine Kombination von Betriebsparametern herbeizuführen, die keinen unzulässigen Betriebszustand darstellt, kann die Steuereinheit einen oder mehrere Betriebsparameter der ge­ wählten Kombination von Betriebsparametern verändern.

Die von der Steuereinheit angegebenen Änderungen der Be­ triebsparameter können entweder automatisch (mit oder ohne entsprechender Information des Benutzers) eingestellt werden oder dem Benutzer als Vorschlag unterbreitet werden, wobei in letzterem Fall die tatsächliche Einstellung eines ab­ weichenden Betriebsparameters erst auf eine entsprechende Freigabe des Benutzers hin erfolgt. Die zuerst genannte Vari­ ante, sei es mit oder ohne Information des Benutzers, ist dann von Vorteil, wenn marginale Änderungen eines oder mehre­ rer Betriebsparameter ausreichend sind. Sind dagegen größere Änderungen erforderlich, insbesondere solche, die sich im Sinne einer Verschlechterung der zu erwartenden Bildqualität auswirken, so ist die zuletzt genannte Variante, die eine Freigabe durch den Benutzer vorsieht, von Vorteil. Dabei kann vorgesehen sein, daß das CT-Gerät Mittel aufweist, die in Ab­ hängigkeit von dem jeweils betroffenen Betriebsparameter und dem Ausmaß der erforderlichen Änderung, beispielsweise auf Grundlage einer die entsprechende Information enthaltenden, in dem CT-Gerät gespeicherten Tabelle, entscheiden, ob eine automatische Änderung erfolgen kann oder eine Freigabe durch den Benutzer erforderlich ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist das erfindungsgemäße CT-Gerät zur Durchführung von Spiral­ scans vorgesehen, bei denen eine Röntgenstrahlenquelle um ein Untersuchungsobjekt rotiert und gleichzeitig eine translato­ rische Relativbewegung zwischen dem Untersuchungsobjekt einerseits und der Röntgenstrahlenquelle sowie einem Detektor andererseits erfolgt, wobei der Spiralscan während einer Scanzeit durchgeführt wird, während der die Röntgenstrahlen­ quelle mit einem Röhrenstrom betrieben wird, und wobei die Steuereinheit im Falle einer unzulässigen vorgewählten Kombi­ nation von Betriebsparametern zur Vermeidung eines unzulässi­ gen Betriebszustandes für den wenigstens einen Betriebspara­ meter einen Wert derart angibt, daß im Falle der sich unter Verwendung des für den wenigstens einen Betriebsparameter an­ gegebenen Wertes ergebende Kombination von Betriebsparametern das Produkt aus Röhrenstrom und Scanzeit gegenüber der vorge­ wählten Kombination von Betriebsparametern nicht signifikant vermindert ist.

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das zur Durchführung der vorgesehenen Untersuchung verwendete mAs-Produkt durch die Änderung der Betriebsparameter nicht wesentlich verrin­ gert wird. Da das mAs-Produkt, das zu einem rekonstruierten Schnittbild (CT-Bild) beiträgt, für das Bildrauschen und da­ mit die Bildqualität maßgeblich ist (mit abnehmendem mAs-Pro­ dukt nimmt das Bildrauschen zu), ist gewährleistet, daß trotz der geänderten Betriebsparameter keine erhebliche Änderung der Bildqualität auftritt.

Da es für die bei der Rekonstruktion von Schnittbildern aus Spiralscans typischerweise eingesetzte und in der Literatur beschriebenen 180LI- bzw. 360LI-Interpolation schwierig ist, diese Bedingung einzuhalten, - das Schichtempfindlichkeits­ profil ist bei diesen Arten der Interpolation vom Pitch ab­ hängig, während das mAs-Produkt vom Pitch unabhängig ist - sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß eine elek­ tronische Recheneinrichtung zur Rekonstruktion von Schnitt­ bildern vorgesehen ist, welche die Schnittbilder derart rekonstruiert, daß das Schichtempfindlichkeitsprofil eines rekonstruierten Schnittbildes vom Pitch wenigstens im wesent­ lichen unabhängig ist, während das zur Gewinnung der einem Schnittbild jeweils zugrundeliegenden Daten dienende mAs-Pro­ dukt vom Pitch abhängt. In diesem Falle ist das mAs-Produkt, das zu einem rekonstruierten Schnittbild beiträgt, propor­ tional zum Produkt aus Röhrenstrom und Scanzeit, mit der Folge, daß das Bildrauschen nur von dem Produkt aus Röhren­ strom und Scanzeit abhängt, sofern keine anderen Betriebs­ parameter geändert werden. Die Forderung, daß durch die ange­ gebenen Änderungen von Betriebsparametern keine Verminderung der Bildqualität auftreten soll, läßt sich dann gemäß einer Variante der Erfindung dadurch einhalten, daß das Produkt aus Röhrenstrom und Scanzeit im Falle der von der Steuereinheit vorgegebenen Betriebsparameter gleich dem Produkt aus Röhren­ strom und Scanzeit im Falle der gewünschten Kombination von Betriebsparametern ist. Diese Vorgehensweise stößt allerdings bei großen Pitchwerten p (Richtwert p < 1,5.n, wobei im Falle eines CT-Geräts mit einem eine einzige Zeile von Detek­ torelementen aufweisenden Detektorsystem n = 1 gilt und im Falle eines CT-Geräts mit einem mehrere Zeilen von Detektor­ elementen aufweisenden Detektorsystem der Anzahl der gleich­ zeitig aufgenommenen Schichten entspricht) an ihre Grenzen, da dann Bildartefakte merklich zunehmen.

Wie schon erwähnt, können innerhalb der technischen Grenzen des Gerätes gemäß Patentanspruch 8 vom Benutzer zusätzlich obere oder untere Grenzwerte für Betriebsparameter gesetzt werden, innerhalb derer sich die von der Steuereinheit ange­ gebenen Änderungen der Betriebsparameter bewegen müssen. So kann z. B. eine maximal zulässige Scanzeit definiert werden, um einen Scan, d. h. eine Untersuchung, z. B. in einer Atem­ pause durchführen zu können. Ebenso kann ein maximal zulässi­ ger Pitch definiert werden, um z. B. die Stärke der Artefakte in den rekonstruierten Schnittbildern zu begrenzen. Weiter kann ein minimaler Pitch definiert werden, um beispielsweise die Unterschreitung einer bestimmten zeitlichen Auflösung zu unterbinden.

Die Veränderung von Betriebsparametern kann gemäß einer Vari­ ante der Erfindung unter Berücksichtigung eines Optimierungs­ zieles erfolgen, wobei bei Vorhandensein mehrerer Optimie­ rungsziele die Möglichkeit besteht, eine Rangfolge der Opti­ mierungsziele vorzugeben. Als Optimierungsziele können bei­ spielsweise minimale Scanzeit, maximale räumliche Auflösung, maximale zeitliche Auflösung, maximale Scanlänge vorgesehen sein.

Sollte sich auf Grundlage der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern unter Einhaltung der Grenzwerte keine Kom­ bination von Betriebsparametern ermitteln lassen, die einen zulässigen Betriebszustand darstellt, ist die Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes unumgänglich. Eine Variante der Erfindung sieht für diesen Fall vor, daß die Steuereinheit wenigstens eine Kombination von Betriebsparametern zur Aus­ wahl anbietet, die unter Nichteinhaltung wenigstens eines Grenzwertes der jeweils vorgewählten Kombination von Be­ triebsparametern angenähert ist, ohne daß ein unzulässiger Betriebszustand vorliegt. In diesem Zusammenhang kann vorge­ sehen sein, daß die Steuereinheit mehrere Kombinationen von Betriebsparametern anbietet, denen unterschiedliche Optimie­ rungsziele zugrunde liegen, so daß der Benutzer eine zuläs­ sige Kombination von Betriebsparametern wählen kann, bei der die Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte im Sinne eines dem jeweiligen Untersuchungsfall entsprechenden Opti­ mierungsziels erfolgt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit einen einen Grenzwert überschreitenden Wert des entsprechenden Betriebs­ parameters, ggf. unter Information des Benutzers, automatisch einstellt und die vorgesehene Untersuchung durchführt, oder den Benutzer über einen einen Grenzwert überschreitenden Wert des entsprechenden Betriebsparameters informiert und die vor­ gesehene Untersuchung nur dann durchführt, wenn der Benutzer die Durchführung der vorgesehenen Untersuchung freigibt. Letzteres ist vor allem in solchen Fällen zweckmäßig, bei denen die Nichteinhaltung des Grenzwertes zu einer Verminde­ rung der Bildqualität im Vergleich zu der Bildqualität führen könnte, die im Falle der vorgewählten Kombination von Be­ triebsparametern erreicht würde.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Steuereinheit Kombinationen von Betriebsparametern für aufeinanderfolgende Untersuchungen des gleichen Untersuchungsobjektes unter Be­ rücksichtigung unterschiedlicher Optimierungsziele anbietet. Es ist dann beispielsweise möglich, aufeinanderfolgend zu­ nächst eine Untersuchung mit maximaler räumlicher und an­ schließend eine Untersuchung mit maximaler zeitlicher Auf­ lösung durchzuführen.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß Mittel zur Eingabe einer Rangfolge von Betriebsparametern vorgesehen sind und die Steuereinheit bei der Änderung von Betriebspara­ metern auf von Werten einer vorgewählten Kombination von Be­ triebsparametern abweichende Werte die Rangfolge der Be­ triebsparameter einhält, d. h., eine zulässige Kombination von Betriebsparametern wird zuerst durch Verändern des an erster Stelle der Rangfolge stehenden Betriebsparameters zu reali­ sieren versucht. Sollte dies nicht zum Erfolg führen, so sucht die Steuereinheit durch Ändern des an zweiter Stelle der Rangfolge stehenden Betriebsparameters eine zulässige Kombination von Betriebsparametern herbeizuführen usw. Es ist somit möglich, eine Rangfolge vorzugeben, die sicher­ stellt, daß die Werte bestimmter Betriebsparameter, die ein Benutzer für die jeweils durchzuführende Untersuchung für be­ sonders wesentlich hält, nur dann verändert werden, wenn dies unumgänglich ist, indem die entsprechenden Betriebsparameter möglichst weit unten auf der Rangliste plaziert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes CT-Gerät,

Fig. 2 ein den Zusammenhang zwischen Röhrenstrom und Scan­ zeit veranschaulichendes Diagramm, und

Fig. 3 ein die Funktion des CT-Geräts gemäß Fig. 1 veran­ schaulichendes Flußdiagramm.

In Fig. 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes CT-Gerät dargestellt, das eine Röntgenstrahlenquelle 1, z. B. eine Röntgenröhre, mit einem Fokus 2 aufweist, von dem ein durch eine nicht dargestellte Blende eingeblendetes fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht, das ein Untersuchungsobjekt 4, beispielsweise einen Patienten, durchsetzt und auf einen bogenförmigen Detektor 5 auftrifft. Dieser besteht aus einer durch eine Reihe von Detektorelementen gebildeten Detektor­ zeile. Der Röntgenstrahler 1 und der Detektor 5 bilden ein Meßsystem, das um eine rechtwinklig zur Zeichenebene der Fig. 1 stehende Systemachse 6 drehbar ist, so daß das Unter­ suchungsobjekt 4 unter verschiedenen Projektionswinkeln α durchstrahlt wird. Aus den dabei auftretenden Ausgangssigna­ len der Detektorelemente des Detektors 5 bildet ein Datener­ fassungssystem 7 im weiteren als gemessene Projektionen be­ zeichnete Meßwerte, die einem Rechner 8 zugeführt sind.

Eine Abtastung größerer Volumen des Untersuchungsobjektes 4 ist möglich, indem das Meßsystem 1, 5 einen Spiralscan des gewünschten Volumens vornimmt. Es erfolgt dabei eine Relativ­ bewegung zwischen der Meßanordnung aus Röntgenstrahler 1 und Detektor 5 einerseits und dem Untersuchungsobjekt 4 anderer­ seits in Richtung der Systemachse 6, die somit zugleich die Längsachse des Spiralscans darstellt, vorzugsweise durch ver­ schieben einer zur Aufnahme des Untersuchungsobjektes 4 vor­ gesehenen Lagerungseinrichtung 10 in Richtung der Systemachse 6.

An den Rechner 8, der im Falle des beschriebenen Ausführungs­ beispiels zugleich als Steuereinheit die Steuerung des CT-Ge­ rätes übernimmt (es ist auch möglich, als Steuereinheit einen separaten Rechner vorzusehen), ist eine Tastatur 12 ange­ schlossen, die die Bedienung des CT-Gerätes ermöglicht.

Der Rechner 8 dient insbesondere auch dazu, den Röhrenstrom, und damit die Ausgangsleistung, der von einer Generatorschal­ tung 11 versorgten Röntgenstrahlenquelle 1 einzustellen.

Die Durchstrahlung unter unterschiedlichen Projektionswinkeln α geschieht mit dem Ziel der, Gewinnung von gemessenen Pro­ jektionen. Dazu durchstrahlt die Röntgenstrahlenquelle 1 das Untersuchungsobjekt 4 mit dem von aufeinanderfolgenden, auf der von dem Fokus 2 beschriebenen Spiralbahn liegenden Posi­ tionen des Fokus 2 ausgehenden Röntgenstrahlenbündel 3, wobei jede Position des Fokus 2 einem Projektionswinkel und einer z-Position auf einer der Systemachse 6 entsprechenden z-Achse zugeordnet ist.

Infolge des Spiralscans kann bezüglich einer rechtwinklig zu der Systemachse 6 verlaufenden Bildebene höchstens eine ge­ messene Projektion existieren, die mit einer in dieser Bild­ ebene liegenden Position des Fokus 2 aufgenommen wurde. Um dennoch ein Schnittbild der zu der jeweiligen Bildebene ge­ hörigen Schicht des Untersuchungsobjekts 4 berechnen zu kön­ nen, müssen also aus in der Nähe der Bildebene aufgenommenen gemessenen Projektionen durch geeignete Interpolationsverfah­ ren in der Bildebene liegende berechnete Projektionen gewon­ nen werden, wobei wie im Falle von gemessenen Projektionen jede berechnete Projektion einem Projektionswinkel α und einer z-Position bezüglich der Systemachse 6 zugeordnet ist.

Aus den zu einer jeweils gewünschten Bildebene gehörigen Pro­ jektionen rekonstruiert der Rechner 8 nach an sich bekannten Rekonstruktionsalgorithmen ein Schnittbild und stellt diese auf einer Anzeigeeinheit 9, z. B. einem Monitor, dar.

Über die Tastatur 12 ist es möglich, Betriebsparameter des CT-Geräts einzustellen, z. B.

• - Scanzeit,
• - mAs-Produkt pro Schnittbild, d. h. das Produkt aus derjenigen Zeit, in der die dem Schnittbild zugrun­ deliegenden Daten gewonnen wurden und dem während dieser Zeit eingestellten Röhrenstrom I
• - effektive Schichtdicke, auch als rekonstruierte Schichtdicke bezeichnet, d. h. die in Richtung der Systemachse gemessene Erstreckung des zu dem rekon­ struierten Bild beitragenden Bereichs des Unter­ suchungsobjektes. Als Maß dient z. B. die Halbwerts­ breite des sog. Schichtempfindlichkeitsprofils.
• - kollimierte Schichtdicke, d. h. die mittels entspre­ chender Strahlenblenden eingestellte, in Richtung der Systemachse gemessene Erstreckung eines auf eine Zeile von Detektorelementen auftreffenden Röntgenstrahlenbündels,
• - Rotationszeit, d. h. die während eines vollständigen Umlaufs (360°) der Röntgenstrahlenguelle verstrei­ chende Zeit,
• - Pitch (nur für Spiralscans),
• - Scanlänge,
• - Fokusgröße, d. h. Abmessungen des Brennfleck der Röntgenstrahlenguelle, von dem die Röntgenstrahlung ausgeht.

Gibt ein Benutzer mittels der Tastatur 12 eine Kombination von Betriebsparametern ein, die der Durchführung einer Unter­ suchung zugrunde liegen soll, so stellt dies zunächst nur eine Vorwahl dar, denn der Rechner 8 überprüft diese Kombina­ tion von Betriebsparametern vor der Durchführung der Unter­ suchung daraufhin, ob diese Kombination zu einem unzulässigen Betriebszustand des CT-Geräts führen könnte. Dazu zieht der Rechner 8 einerseits die technischen Grenzen des CT-Geräts in Betracht, andererseits zieht er benutzerdefinierte Grenzen für einzelne Betriebsparameter, die ebenfalls mittels der Tastatur 12 eingegeben werden können, in Betracht. Werte be­ züglich der technischen Grenzen des CT-Gerätes sind in einem zu dem Rechner 8 gehörigen Speicher gespeichert.

Stellt der Rechner 8 fest, daß eine über die Tastatur 12 vor­ gewählte Kombination von Betriebsparametern zu einem unzuläs­ sigen Betriebszustand führen könnte, so ermittelt er für wenigstens einen Betriebsparameter einen von der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern abweichenden Wert, für den die geplante Untersuchung unter Vermeidung eines unzulässigen Betriebszustandes ohne signifikante Verminderung der Bildqua­ lität gegenüber der vorgewählten Kombination von Betriebs­ parametern durchführbar ist.

In diesem Zusammenhang findet mittels der Tastatur 12 und der Anzeigeeinheit 9 zwischen dem Benutzer und dem CT-Gerät eine Kommunikation statt, während welcher eine Kombination von Be­ triebsparametern festgelegt wird, mit der das CT-Gerät die geplante Untersuchung schließlich ausführt. Eventuell kann für die Zwecke der Kommunikation auch eine zusätzliche Anzei­ geeinheit vorgesehen sein, mit der Folge, daß dann die Anzei­ geeinheit 9 allein der Anzeige der rekonstruierten Schnitt­ bilder vorbehalten ist.

Wie diese Kommunikation vonstatten geht, wird nachfolgend am Beispiel der beiden Betriebsparameter Röhrenstrom I und Scan­ zeit T erläutert.

Die thermische Belastbarkeit der Röntgenstrahlenquelle 1 kann durch die beiden Betriebsparameter Röhrenstrom I und Scanzeit T beschrieben werden. Je nach thermischer Vorbelastung und ggf. je nach über die Tastatur angewählter Fokusgröße und Röhrenspannung der Röntgenstrahlenquelle 1 variiert die aktuelle thermische Belastbarkeit, die der Rechner 8 oder ein besonderer, der Röntgenstrahlenguelle zugeordneter, mit dem Rechner 8 kommunizierender Lastrechner unter Berücksichtigung der thermischen Vorbelastung ermittelt. Die aktuelle thermi­ sche Belastbarkeit ist in Abhängigkeit vom Röhrenstrom I und der Scanzeit T als strichlierte Kurve 1 in Fig. 2 qualitativ unter Zugrundelegung einer bestimmten Vorbelastung der Rönt­ genstrahlenquelle 1 dargestellt. Alle Scans mit Kombinationen der Betriebsparameter I und T, die unterhalb der Kurve 1 lie­ gen, können durchgeführt werden, Scans mit Kombinationen der Betriebsparameter I und T oberhalb der Kurve 1 würden dagegen die thermische Belastbarkeit der Röntgenstrahlenquelle 1 überschreiten. Sie führen somit zu unzulässigen Betriebszu­ ständen, weshalb sie deshalb nicht ausgeführt werden können und durch den Rechner 8 blockiert werden.

Im allgemeinen Fall liegt kein mathematisch einfacher Zusam­ menhang zwischen den Betriebsparametern I und T bei gegebener Belastbarkeit vor, insbesondere gilt i. a. nicht I.T = const. Wird also z. B. bei einer bestimmten thermi­ schen Belastbarkeit die Scanzeit verdoppelt, so muß der Röh­ renstrom i. a. nicht halbiert, sondern nur um z. B. 20% redu­ ziert werden.

Die Bildqualität, d. h. das Bildrauschen, der erzeugten Schnittbilder wird wesentlich bestimmt durch das mAs-Produkt, das zu einem rekonstruierten Schnittbild beiträgt. Durch Änderung des mAs-Produktes wird, bei sonst unveränderten Be­ triebsparametern und Parametern des Bildrekonstruktions­ algorithmus, das Rauschen im Schnittbild verändert, während gleiches mAs-Produkt wenigstens im wesentlichen gleiches Rau­ schen und somit annähernd gleiche Bildqualität liefert.

Der Rechner 8 des erfindungsgemäßen CT-Geräts berechnet auf Basis der bei einem Spiralscan gewonnen Daten Schnittbilder mittels eines Bildrekonstruktionsalgorithmus, bei dem das Schichtempfindlichkeitsprofil eines rekonstruierten Schnittbildes nicht signifikant vom Pitch abhängt, das zum Schnittbild beitragende mAs-Produkt dagegen vom Pitch abhän­ gig ist. Bei einem solchen Bildrekonstruktionsalgorithmus wird so vorgegangen, daß bezüglich jedes Projektionswinkels alle zu diesem Projektionswinkel gehörigen, innerhalb einer maximalen Entfernung von der Bildebene liegende Meßwerte entsprechend ihres räumlichen Abstandes in Richtung der Längsachse der Spiralabtastung von der Bildebene gemäß einer Gewichtungsfunktion gewichtet in die Rekonstruktion einbe­ zogen werden, und daß die Gewichtungsfunktion derart gewählt wird, daß die Schichtdicke vom Pitch wenigstens im wesent­ lichen unabhängig ist.

Es gilt somit folgender Zusammenhang:

Dabei sind:
I: Röhrenstrom
p: pitch
L: Scanlänge
ROT: Rotationszeit
coll: kollimierte Schichtdicke
T: Scanzeit

Aus Gleichung 1 wird deutlich, daß das zu einem rekonstru­ ierten Schnittbild beitragende mAs-Produkt proportional ist zum Produkt I.T aus Röhrenstrom und Scanzeit. Die Bildqua­ lität hängt somit bei dem zur Anwendung kommenden Rekonstruk­ tionsalgorithmus nur vom Produkt I.T ab, sofern die anderen Parameter (kollimierte coll und rekonstruierte Schichtdicke, Scanlänge L und Rotationszeit ROT) nicht geändert werden. Bei großen Werten des Pitch p können allerdings Bildartefakte merklich zunehmen.

In Fig. 2 ist außerdem eine mit Kurve 2 bezeichnete durchge­ zogene Kurve konstanter Bildqualität dargestellt, für die I.T = const. gilt, mit der Folge, daß für ein mit einem Punkt der Kurve 2 entsprechenden Werten für erzeugtes Schnittbild ein von der Lage des Punktes auf der Kurve 2 un­ abhängiges konstantes mAs-Produkt aufgewendet wird, wodurch konstantes Bildrauschen und damit konstante Bildqualität er­ reicht wird.

Ein Teil der Kurve 2 liegt i. a. oberhalb der zulässigen ther­ mischen Belastung der Röntgenstrahlenquelle 1 gemäß Kurve 1, ein anderer Teil unterhalb. Betrachtet man beispielsweise einen mit Scan 1 bezeichneten Scan mit einer Kombination der Betriebsparameter I und T oberhalb von Kurve 1, so wäre die­ ser Scan aufgrund einer zu hohen thermischen Belastung der Röntgenstrahlenquelle 1 nicht zulässig. Die Eigenschaften des o. g. Rekonstruktionsalgorithmus ermöglichen es nun, die Kombination der Betriebsparameter I und T ohne Einbußen in der Bildqualität dahingehend zu ändern, daß die zulässige thermische Belastung gemäß Kurve 1 nicht mehr überschritten wird. Die entsprechenden Kombination der Betriebsparameter I und T ist mit Scan 2 bezeichnet. Im dargestellten Fall wird der Röhrenstrom I reduziert und gleichzeitig die Scanzeit T verlängert, wobei die Betriebsparameter für Scan 2 unter Be­ achtung der Kurve 1 so gewählt sind, daß sie möglichst dicht bei den ursprünglich vorgewählten Betriebsparametern gemäß Scan 1 liegen. Die mit der verlängerten Scanzeit T einher­ gehende Reduktion des Pitch p führt infolge des verwendeten Rekonstruktionsalgorithmus zu keiner signifikanten Verände­ rung des Schichtempfindlichkeitsprofils.

Die Veränderung der Betriebsparameter dahingehend, daß die Belastbarkeit des CT-Systems nicht mehr überschritten wird, ohne daß dies mit Einbußen an Bildqualität verbunden ist, kann entweder automatisch durch den Rechner 8 (mit oder ohne entsprechenden von dem Rechner 8 auf der Anzeigeeinheit 9 an­ gezeigten Hinweis an den Benutzer) durchgeführt oder von dem Rechner 8 als Vorschlag dem Benutzer unterbreitet werden, wobei der Rechner 8 die Anzeige einen eventuellen Hinweis bzw. einen Vorschlag im Falle des beschriebenen Ausführungs­ beispiels auf der Anzeigeeinheit 9 bewirkt und ein Vorschlag durch den Benutzer durch entsprechende Betätigung der Tasta­ tur 12 als Freigabemittel angenommen werden kann.

Änderungen der Betriebsparameter sind nur innerhalb der tech­ nischen Grenzen des Gerätes möglich. Technische Grenzen kön­ nen außer der thermischen Belastbarkeit der Röntgenstrahlen­ quelle u. a. sein: maximal und minimal einstellbarer Röhren­ strom, maximal und minimal einstellbarer Pitch, maximal und minimal einstellbare Scanzeit.

Bei den als 180°LI- bzw. 360°LI-Interpolationsalgorithmus be­ kannten Rekonstruktionsalgorithmen ist die beschriebene Vor­ gehensweise bezüglich der Einstellung des Röhrenstroms I und der Scanzeit T nicht möglich, da im Falle dieser Algorithmen das Schichtempfindlichkeitsprofil vom Pitch p abhängig, das mAs-Produkt dagegen vom Pitch p unabhängig ist.

Innerhalb der technischen Grenzen des CT-Gerätes können vom Benutzer mittels der Tastatur 12 zusätzlich benutzerdefinier­ ten Grenzwerte bezüglich der Betriebsparameter gesetzt wer­ den, innerhalb derer eine Veränderung des jeweiligen Be­ triebsparameters dann nur möglich ist: so kann z. B. eine maximal zulässige Scanzeit definiert werden, um den Scan z. B. in einer Atempause durchführen zu können. Ebenso kann ein maximal zulässiger Pitch definiert werden, um z. B. die Arte­ faktstärke zu begrenzen. Schließlich kann ein minimaler Pitch definiert werden, um z. B. eine bestimmte zeitliche Auflösung nicht zu unterschreiten.

Eine Überschreitung dieser benutzerdefinierten Grenzen ist entweder gar nicht oder erst nach Bestätigung eines diesbe­ züglichen Hinweises, den der Rechner auf dem Anzeigeeinheit 9 anzeigt, dutch entsprechende Betätigung der Tastatur 12 mög­ lich.

Statt einer Überschreitung der technischen oder benutzerdefi­ nierten Grenzen kann der Rechner 8 auch eine Änderung anderer als der o. g. Betriebsparameter (I, T) vornehmen, um einen gewünschten Scan zu ermöglichen. So können z. B. das zum rekonstruierten Schnittbild beitragende mAs-Produkt, die effektive Schichtdicke, die Fokusgröße, die Rotationszeit oder die die thermische Belastbarkeit und damit die maximal zulässige Scanzeit beeinflussende Wartezeit vor dem Scan ver­ ändert werden. Solche Änderungen können wiederum automatisch erfolgen oder werden von dem Rechner 8 erst nach Bestätigung eines diesbezüglichen Hinweises, den der Rechner auf dem An­ zeigeeinheit 9 anzeigt, durch entsprechende Betätigung der Tastatur 12 vorgenommen.

Es können auch mehrere Betriebsparameter verändert werden, um einen gewünschten Scan zu ermöglichen. Dabei sind in dem Rechner 8, beispielsweise in dem bereits erwähnten, für die technischen Grenzwerte des CT-Geräts vorgesehenen Speicher, Schemata abgespeichert, in welcher Reihenfolge die einzelnen Betriebsparameter zu verändern sind. Diese Reihenfolge kann alternativ vom Benutzer mittels der Tastatur 12 beeinflußt oder bestimmt werden.

So kann es z. B. sinnvoll sein, daß der Rechner 8 bei einer zu hohen Belastung zunächst den Röhrenstrom I bei gleichzeitiger Verlängerung der Scanzeit senkt. Erreicht die Scanzeit hier­ bei eine maximal zulässige Scanzeit, bevor die zulässige thermische Belastung der Röntgenstrahlenquelle 1 unterschrit­ ten wird, so schaltet der Rechner 8 zur Ermöglichung des Scans z. B. auf einen größeren Fokus der Röntgenstrahlenquelle 1 um. Falls dies immer noch nicht ausreicht um einen zulässi­ gen Betriebszustand herbeizuführen, kann der Rechner 8 zu­ sätzlich z. B. das mAs-Produkt verringern.

In Fig. 3 ist die beschriebene Funktionsweise eines erfin­ dungsgemäßen CT-Geräts in Form eines Flußdiagramms schema­ tisch dargestellt, und zwar für den Fall, daß Änderungen von Betriebsparametern einer Freigabe durch den Benutzer bedür­ fen. Dabei steht in Fig. 3 für Betriebsparameter B.-Para­ meter. Der Begriff "zulässige Grenze" umfaßt sowohl techni­ sche Grenzen des CT-Geräts als auch innerhalb dieser Grenzen vom Benutzer definierte Grenzwerte.

Es wird das bereits zuvor beschriebene stufenweise Vorgehen beschrieben, wonach im Falle der Überschreitung einer Grenze zunächst eine Veränderung der Betriebsparameter Röhrenstrom I und Scanzeit T unter der Bedingung mAs = const. vorgenommen wird, und falls diese Veränderung nicht ausreicht, eine Opti­ mierung anderer Betriebsparameter unter Beachtung der Grenzen erfolgt. Sollte auf diesem Wege keine brauchbare Kombination von Betriebsparametern realisiert werden können, so wird an­ hand der Fig. 3 deutlich, daß es dann dem Benutzer obliegt, durch eine manuelle Anpassung von Betriebsparametern eine Situation herbeizuführen, die es ermöglicht, einen Scan durchzuführen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen CT-Gerätes wurde vorstehend für den Fall beschrieben, daß eine einziger Scan erfolgen soll. Sie gilt aber gleichermaßen für Fälle, in denen eine Folge von Scans auszuführen ist, sei es, daß die Scans unmittelbar aufeinander folgen, oder sei es, daß die Scan durch Zeitintervalle voneinander getrennt sind.

Die Erfindung ist, obwohl dies besonders vorteilhaft ist, nicht darauf beschränkt, daß wie im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels bei Spiralscans auf der Basis eines Rekonstruktionsalgorithmus zur Anwendung kommt, bei dem das Schichtempfindlichkeitsprofil eines rekonstruierten Schnitt­ bildes nicht signifikant vom Pitch abhängt, das zum Schnitt­ bild beitragende mAs-Produkt dagegen vom Pitch abhängig ist. Die Erfindung kann auch in Verbindung mit beliebigen anderen Scanarten, bei denen es sich nicht um Spiralscans handelt, zur Anwendung kommen, also beispielsweise einzelnen planaren Scans oder Folgen von planaren Scans (Sequenzscan).

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels handelt es sich um ein CT-Gerät mit einem Detektor der eine einzige Zeile von Detektorelementen aufweist. Die Erfindung ist aber nicht auf CT-Geräte mit solchen Detektoren beschränkt, son­ dern umfaßt auch CT-Geräte mit mehrere Zeilen von Detektor­ elementen aufweisenden Detektoren (Mehrzeilendetektoren) so­ wie CT-Gerät mit Detektoren mit einer Vielzahl von matrix­ artig angeordneten Detektorelementen (Matrix-Arraydetektor).

Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines CT-Geräts der dritten Generation erläutert. Es kann jedoch auch bei CT-Geräten der vierten Generation, die statt eines mit der Röntgenstrahlenquelle um die Systemachse verstellbaren bogen­ förmigen Detektors einen feststehenden Ring von Detektor­ elementen aufweisen, zur Anwendung kommen.

Die Erfindung kann sowohl im medizinischen Bereich als auch im nichtmedizinischen Bereich angewendet werden.

Claims (18)

1. Computertomographie(CT)-Gerät mit einstellbaren Betriebs­ parametern, welches eine Steuereinheit und Mittel zum Vorwäh­ len eine Kombination von Betriebsparametern für eine durchzu­ führende Untersuchung aufweist, wobei eine Steuereinheit für den Fall, daß für eine durchzuführende Untersuchung eine Kom­ bination von Betriebsparametern vorgewählt ist, die zu einem unzulässigen Betriebszustand führen könnte, für wenigstens einen Betriebsparameter einen von der vorgewählten Kombina­ tion von Betriebsparametern abweichenden Wert ermittelt, für den die vorgesehene Untersuchung unter Vermeidung des unzu­ lässigen Betriebszustandes ohne signifikante Verminderung der Bildqualität gegenüber der vorgewählten Kombination von Be­ triebsparametern durchführbar ist.

2. CT-Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit den zur Vermeidung eines unzulässigen Betriebszustandes erforder­ lichen Wert des wenigstens einen Betriebsparameters automa­ tisch einstellt und die vorgesehene Untersuchung durchführt.

3. CT-Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinheit ein Benutzer über jeden abweichend von der vorgewählten Kombina­ tion von Betriebsparametern automatisch eingestellten Wert eines Betriebsparameters informiert.

4. CT-Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit einen Benutzer über den zur Vermeidung eines unzulässigen Betriebs­ zustandes erforderlichen Wert informiert und die vorgesehene Untersuchung mit diesem Wert durchführt, wenn der Benutzer die Durchführung der vorgesehene Untersuchung über Freigabe­ mittel freigibt.

5. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches zur Durchführung von Spiralscans vorgesehen ist, bei denen eine Röntgenstrahlenquelle um ein Untersuchungsobjekt rotiert und gleichzeitig eine translatorische Relativbewegung zwischen dem Untersuchungsobjekt einerseits und der Röntgenstrahlen­ quelle sowie einem Detektor andererseits erfolgt, wobei der Spiralscan mit einer definierten effektiven Schichtdicke wäh­ rend einer Scanzeit durchgeführt wird, während der die Rönt­ genstrahlenquelle mit einem Röhrenstrom betrieben wird, und wobei die Steuereinheit im Falle einer unzulässigen vorge­ wählten Kombination von Betriebsparametern zur Vermeidung eines unzulässigen Betriebszustandes für den wenigstens einen Betriebsparameter einen Wert derart angibt, daß im Falle der sich unter Verwendung des für den wenigstens einen Betriebs­ parameter angegebenen Wertes ergebende Kombination von Be­ triebsparametern das zu einem Schnittbild der definierten effektiven Schichtdicke beitragende mAs-Produkt gegenüber der vorgewählten Kombination von Betriebsparametern nicht signi­ fikant vermindert ist.

6. CT-Gerät nach Anspruch 5, welches eine elektronische Recheneinrichtung zur Rekonstruktion von Schnittbildern auf­ weist, welche die Schnittbilder derart rekonstruiert, daß das Schichtempfindlichkeitsprofil eines rekonstruierten Schnitt­ bildes vom Pitch wenigstens im wesentlichen unabhängig ist, während das zur Gewinnung der einem Schnittbild jeweils zu­ grundeliegenden Daten dienende mAs-Produkt vom Pitch abhängt.

7. CT-Gerät nach Anspruch 6, bei dem das Produkt aus Röhren­ strom und Scanzeit im Falle der von der Steuereinheit vorge­ gebenen Betriebsparameter gleich dem Produkt aus Röhrenstrom und Scanzeit im Falle der gewünschten Kombination von Be­ triebsparametern ist.

8. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Mittel zur Eingabe zulässiger oberer und/oder unterer Grenzwerte für wenigstens einen Betriebsparameter der folgenden Gruppe von Betriebsparametern vorgesehen sind:

• - maximal zulässige Scanzeit
• - minimales und maximales mAs-Produkt pro Schnittbild
• - minimale und maximale effektive Schichtdicke
• - minimale und maximale kollimierte Schichtdicke
• - minimale und maximale Rotationszeit
• - minimaler und maximaler Pitch (nur für Spiralscans)
• - minimale und maximale Scanlänge
• - minimale und maximale Wartezeit vor dem Scan
• - Fokusgröße.

9. CT-Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Steuereinheit die Betriebsparameter einer vorgewählten Kombination von Be­ triebsparametern unter Berücksichtigung eines eventuellen oberen und/oder unteren Grenzwertes im Sinne eines Optimie­ rungszieles optimiert.

10. CT-Gerät nach Anspruch 9, das als Optimierungsziel wenig­ stens ein Optimierungsziel der folgenden Gruppe aufweist:

• - minimale Scanzeit,
• - maximale räumliche Auflösung,
• - maximale zeitliche Auflösung,
• - maximale Scanlänge.

11. CT-Gerät nach Anspruch 9 oder 10, bei dem Mittel zur Ein­ gabe einer Rangfolge der Optimierungsziele vorgesehen sind.

12. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Steuereinheit für den Fall, daß die Nichteinhaltung eines Grenzwertes unumgänglich ist, wenigstens eine Kombination von Betriebsparametern zur Auswahl anbietet, die der jeweils vor­ gewählten Kombination von Betriebsparametern angenähert ist, ohne daß ein unzulässiger Betriebszustand vorliegt.

13. CT-Gerät nach Anspruch 12, bei dem die Steuereinheit mehrere Kombinationen von Betriebsparametern anbietet, denen unterschiedlicher Optimierungsziele zugrunde liegen.

14. CT-Gerät nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Steuerein­ heit einen einen Grenzwert nicht einhaltenden Wert des ent­ sprechenden Betriebsparameters automatisch einstellt und die vorgesehene Untersuchung durchführt.

15. CT-Gerät nach Anspruch 14, bei dem die Steuereinheit ein Benutzer über jeden automatisch eingestellten, einen Grenz­ wert nicht einhaltenden Wert eines Betriebsparameters infor­ miert.

16. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Steuereinheit ein Benutzer über einen einen Grenzwert nicht einhaltenden Wert des entsprechenden Betriebsparameters in­ formiert und die vorgesehene Untersuchung mit diesem Wert durchführt, wenn der Benutzer die Durchführung der vorgesehe­ nen Untersuchung über Freigabemittel freigibt.

17. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem die Steuereinheit Kombinationen von Betriebsparametern für auf­ einanderfolgende Untersuchungen des gleichen Untersuchungs­ objektes unter Berücksichtigung unterschiedlicher Optimie­ rungsziele anbietet.

18. CT-Gerät nach Anspruch 1 oder 17, bei dem Mittel zur Ein­ gabe einer Rangfolge der Betriebsparametern vorgesehen sind und die Steuereinheit bei der Änderung von Betriebsparametern auf von Werten einer vorgewählten Kombination von Betriebs­ parametern abweichende Werte die Rangfolge der Betriebspara­ meter einhält.