DE202018003975U1

DE202018003975U1 - C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem zur Aufnahme eines Scans eines Objekts mit einer Fokustrajektorie mit einem rotatorischen und zwei translatorischen Abschnitten

Info

Publication number: DE202018003975U1
Application number: DE202018003975.6U
Authority: DE
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2018-08-25
Filing date: 2018-08-25
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2028-08-26

Abstract

C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem zur Realisierung eines Verfahrens zur Aufnahme eines Scans eines interessierenden Bereichs ROI (50) mit einem im Mittelpunkt des ROI (50) liegenden Scanzentrum (20,51) in einem Objekt (21), wobei der Scan aus einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen besteht, die einen vollständigen Satz von Röntgenprojektionsdaten des ROI (50) in der Orbitalebene eines C-Bogen-Röntgengeräts (2) für eine 3D-Rekonstruktion zur Verfügung stellt und wobei die Aufnahme des Scans unter Verwendung eines C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) erfolgt, mit
• einem in einer Halterung längs des Umfangs um eine Orbitalbewegungsachse ϕ und in der C-Bogen-Ebene in zwei unabhängigen Achsen x und y motorisch verstellbaren C-Bogen, wobei der C-Bogen ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer an einem Ende des C-Bogens angeordneten Röntgenröhre (3) mit einem Fokus und einem gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens angeordneten FPD-Röntgenbilddetektor (6) aufweist und wobei der Fokus der Röntgenröhre (3) unter Aufnahme der Reihe von Kegelstrahl-Röntgenprojektionsaufnahmen mit vorgegebener Bildqualität entlang einer zusammenhängenden ebenen und monoton zu durchfahrenden Fokustrajektorie mit einem rotatorischen Abschnitt und zwei an den Enden des rotatorischen Abschnitts anschließenden translatorischen Abschnitten zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt bewegt wird,
• einer Systemsteuerungseinheit (100),
• einer Bewegungssteuerungseinheit (103), die alle Bewegungen des C-Bogen-Röntgengeräts (2) zum Durchfahren des Fokus auf der Fokustrajektorie unter Berücksichtigung von in der Bewegungssteuerungseinheit (103) hinterlegten Kinematik mit Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen steuert,
• einer Bildaufnahmesteuerungseinheit (104),
• einer Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
• einer Rekonstruktionseinheit (117),
• einer Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108),
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
a) Empfange eine von einem Benutzer aus einer Vielzahl von in einer Organprogramm-Datenbank (115) zur Verfügung stehenden Fokustrajektorien ausgewählte Fokustrajektorie mit rotatorischem und translatorischen Anteilen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
b) empfange eine Information über die Lage des gewünschten Scanzentrums (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
c) empfange eine Information über die Soll-Aufnahmedichte der Röntgenprojektionsaufnahmen, wobei die Information eine der Information ist aus der Gesamtzahl N der Aufnahmen über die gesamte Länge der Fokustrajektorie und dem mittleren Winkelabstand Δα_soll im rotatorischen Teil der Fokustrajektorie zwischen zwei Fokuspositionen bezogen auf das Scanzentrum durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
d) übermittle die Scanparameter an die Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108),
e) rechne die Fokustrajektorie mit dem Scanzentrum (20, 51) als Koordinatenursprung in Polarkoordinaten um,
f) errechne die Fokussollpositionen F_i(r_i,α_i) auf der Fokustrajektorie, an denen jeweils eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden soll mit der Vorgabe einer konstanten Aufnahmedichte dn/dα der Projektionsaufnahmen, wobei die Polarwinkel α_i der Fokussollpositionen zwischen dem Polarwinkel α_anfang=α_i am Startpunkt der Fokustrajektorie und dem Polarwinkel α_ende am Endpunkt der Fokustrajektorie bei gegebenem N der Bedingung α_i=α₁+ (i - 1)*Δα mit 1=1 bis i=N, wobei Δα=(α_ende-α₁)/(N-1) und bei gegebenem Δα_soll der Bedingung α_i=α₁+(i-1) *Δα_soll mit i=1 bis i=M, wobei M=(α_ende-α₁) /Δα_soll,
g) stelle die Fokussollpositionen der Bewegungssteuerungseinheit (103) zur Verfügung,
h) berechne aus der in der Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) hinterlegten Fokustrajektorie, einem kinematischen Modell des C-Bogens und damit verknüpften Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen die Motoransteuersignale für die motorisierten Achsen (x(t), y(t), ϕ(t)), die die zeitabhängige Bewegung des Fokus auf der Fokustrajektorie beschreiben sowie den zeitlichen Verlauf des Polarwinkels α(t),
i) erzeuge eine Information über das Erreichen einer Fokussollposition und übermittle diese an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (103),
j) veranlasse die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Röntgenprojektionsaufnahme auszulösen,
k) nehme sukzessive die Reihe der Röntgenprojektionsaufnahmen auf und stelle die Bilddaten der Röntgenprojektionsaufnahmen mit den Koordinaten des Fokus zum Aufnahmezeitpunkt, der Fokustrajektorie und der Lage des Scanzentrums der Rekonstruktionseinheit (117) zur Verfügung.

Description

C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem zur Aufnahme eines Scans eines Objekts mit einer Fokustrajektorie mit einem rotatorischen und zwei translatorischen Abschnitten.
Bei bekannten Kegelstrahl-Computertomographen (CBCT, Cone Beam Computer Tomography) rotiert eine Röntgenbildaufnahmeeinheit aus einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor, vorzugsweise einem Flat Panel Detektor (FPD) um ein Scanzentrum, wobei die Trajektorien des Fokus der Röntgenquelle und ein beliebiger Punkt auf dem FPD konzentrische Kreise oder Kreisbögen unterschiedlicher Radien mit dem Scanzentrum als Mittelpunkt aufweisen. Dabei läuft die Röntgenbildaufnahmeeinheit vorzugsweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um das Scanzentrum und es werden Röntgenprojektionsbilder mit einer konstanten Taktfrequenz aufgenommen. Bei jeder Aufnahme eines Röntgenprojektionsbildes werden mittels einer Dosisleistungsregelung die Röntgenstrahlungsparameter, insbesondere der Röhrenstrom so geregelt, dass die von dem FPD aufgenommenen Bilder ein vorbestimmtes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. Die Scanwinkelintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fokuspositionen, bei denen eine Projektionsaufnahme aufgenommen wird, sollen dabei zum einen klein genug sein, um Artefakte in den rekonstruierten 3D-Bildern zu vermeiden, zum anderen sollen die Scanwinkelintervalle über den gesamten Scanbereich konstant sein, um keine Projektionsrichtung zu bevorzugen. Werden die Winkelabstände zwischen den Fokuspositionen, an denen eine Projektionsaufnahme aufgenommen wird, zu groß gewählt, treten bei der Volumenrekonstruktion Artefakte wegen fehlender Projektionswinkel auf. Werden die Winkelabstände zwischen den Fokuspositionen, an denen eine Projektionsaufnahme aufgenommen wird, zunehmend kleiner gewählt, so wird dadurch die applizierte Dosis für den Patienten ansteigen, ohne dass dadurch eine Verbesserung der Rekonstruktionsgüte zu erwarten wäre. Unter der Maßgabe der Dosishygiene für den Patienten ist daher eine zu dichte Abtastung (Oversampling) zu vermeiden.
Um einen in der Scanebene vollständigen Projektionsdatensatz zu erhalten, muß der Scanwinkelbereich 180 Grad plus die Winkelbreite des FPD in der Scanebene betragen. C-Bogen-Röntgengeräte, die zur Aufnahme von Scans vorgesehen sind, haben häufig einen begrenzten Scanwinkelbereich von weniger als 180 Grad und sind nicht geeignet, einen vollständigen Projektionsdatensatz mit einem Rotationsscan zu erzeugen. Es ist jedoch bekannt, mit derartigen C-Bogen-Geräten vollständige Scans zu erzeugen, wenn an den Endpunkten des Rotationsscans translatorische Trajektorienabschnitte angefügt werden. Derartige Trajektorien, die rotatorische und translatorische Abschnitte aufweisen, werden in der Regel nicht mit konstanter Bahngeschwindigkeit durchfahren, da an den Übergängen zwischen dem rotatorischen Abschnitt und einem translatorischen Abschnitt eine Geschwindigkeitsänderung der an der Bewegung beteiligten C-Bogen-Verstellachsen (insbesondere der Orbitalachse, der Horizontal- und der Vertikalverstellachse der C-Bogen-Halterung) nötig macht, welche im Übrigen auch zu Beginn und Ende einer Trajektorie auftritt, da der C-Bogen mit dem Röntgenstrahler und dem FPD nur mit einer begrenzten Beschleunigung auf die gewünschte Bahngeschwindigkeiten des Scans gebracht werden.
Insbesondere dann, wenn die rotatorischen Abschnitte der Trajektorien nicht-kreisförmig sind, ändern sich bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit des C-Bogens die Bahngeschwindigkeiten von Röntgenfokus und Röntgendetektor sowie der Abstand des Röntgenfokus vom Scanzentrum über den gesamten Scanbereich. Damit einhergehend wird bei konstanter Bildaufnahmerate über den gesamten Scanwinkelbereich eine Bildsequenz aufgenommen, deren einzelne Bilder keinen konstanten Winkelabstand zueinander aufweisen. Insbesondere werden in den Übergangsbereichen zwischen rotatorischer und translatorischer Bewegung sowie zu Beginn und Ende der Trajektorien nahezu redundante, eng benachbarte Projektionsaufnahmen aufgenommen (Oversampling), die die Strahlenbelastung eines zu untersuchenden Patienten unnötig erhöht und sie ungleichmäßig über den gesamten Winkelbereich verteilt.
Es sind mobile C-Bogen-Röntgengeräte und zugehörige Betriebsverfahren bekannt, die Aufnahmen von ebenen Scans mit jeweils einem rotatorischen und wenigstens zwei translatorischen Abschnitten in der Fokus- und der Detektortrajektorie aufweisen. Der C-Bogen ist bei mobilen C-Bogen-Röntgengeräten aus Gewichts- und ergonomischen Gründen vorzugsweise als nicht-isozentrischer C-Bogen ausgeführt, bei dem das mechanische Rotationszentrum und damit der Mittelpunkt des kreisförmigen C-Bogens nicht auf dem durch die Verbindungslinie des Fokus mit dem Mittelpunkt des Röntgendetektor-Eingangsfensters gebildeten Zentralstrahlvektor liegt. Um einen Rotationsscan eines Untersuchungsobjekts mit einem Bereich des Interesses (Region of Interest, ROI) aufnehmen zu können muß die Halterung des C-Bogens während des Scans korreliert mit der Orbitalbewegung in der Ebene des C-Bogens derart verstellt werden, dass der Zentralstrahlvektor stets durch das Scanzentrum verläuft.
Das zu rekonstruierende Volumen hat die Form eines Zylinders, wobei die Zylinderachse senkrecht auf der Ebene des C-Bogens steht. In der Ebene des C-Bogens stellt der Schnitt durch das zylindrische zu rekonstruierende Volumen einen vorzugsweise kreisförmigen ROI und der Durchstoßpunkt der Zylinderachse durch die Ebene des C-Bogens das im Kreismittelpunkt des ROI liegende Scanzentrum dar. Die Ebene des C-Bogens bleibt während der Aufnahme der Röntgenprojektionen raumfest. Insbesondere ist es für den Raumbedarf eines C-Bogen-Röntgengeräts während der Aufnahme eines Scans vorteilhaft, wenn die Ebene des C-Bogens vertikal im Raum steht. Es sind aber auch andere Stellungen der raumfesten Ebene des C-Bogens vorgesehen, insbesondere dann, wenn eine nicht senkrecht im Raum stehende Schnittebene des Untersuchungsobjekts artefaktfrei rekonstruiert werden soll und das Untersuchungsobjekt nicht derart ausgerichtet werden kann, dass die gewünschte Schnittebene mit dem darin enthaltenen ROI senkrecht im Raum steht.
Das C-Bogen-Röntgengerät ist dazu bestimmt, für einen ROI mit einem Scanzentrum einen Projektionsdatensatz zur Verfügung zu stellen, der im Hinblick auf eine Feldkamp-3D-Rekonstruktion eines scheibenförmigen ROI vollständig ist. Bei dem aus dem Dokument DE102013013552B3 der Anmelderin bekannten Verfahren zur Aufnahme eines Scans ist ein nichtisozentrisches mobiles C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem bekannt, bei dem der Zentralstrahlvektor nicht durch das mechanische Rotationszentrum des C-Bogens verläuft. Bei einer Verschiebung des C-Bogens in seiner Halterung längs des Umfangs des C-Bogens verlaufen die sich jeweils ergebenden Zentralstrahlvektoren nicht durch einen raumfesten Punkt, sondern tangieren jeweils einen Kreis um ein Scanzentrum. Durch eine synchrone Nachführung des C-Bogens in einer Horizontalbewegungsachse und einer Vertikalbewegungsachse während der Orbitalbewegung wird ein isozentrischer C-Bogen simuliert. Die Bewegung in der Horizontalbewegungsachse, in der Vertikalbewegungsachse und in der Orbitalbewegungsachse erfolgt motorisch, wobei die Bewegungen von einer Bewegungssteuerungseinheit gesteuert wird.
Bekannte mobile, nicht-isozentrische C-Bogen-Röntgengeräte weisen meist einen begrenzten Rotationsbereich in der Orbitalbewegungsachse von weniger als 180º auf. Mit einem derart begrenzten Rotationsbereich ist kein vollständiger Projektionsdatensatz für eine analytische Rekonstruktion eines scheibenförmigen zylindrischen Röntgenvolumens vom Feldkamp-Typ aufnehmbar. Um einen vollständigen Projektionsdatensatz für den in der Ebene eines C-Bogens liegenden scheibenförmigen ROI der Zentralschicht mit der Dicke eines Voxels zu erzeugen, müssen die fehlenden Projektionsdaten mit weiteren nichtrotatorischen, beispielsweise translatorischen ebenen Trajektorienabschnitten aufgenommen werden.
In 2 ist eine Fokustrajektorie und eine Detektortrajektorie des Mittelpunkts des Strahleneintrittsfensters des Röntgenstrahlendetektors für ein Verfahren zur Aufnahme eines in der Zentralschicht vollständigen Projektionsdatensatzes innerhalb eines ROI 50 mit einem Scanzentrum 51 dargestellt. Die aus den Abschnitten 181, 182, 183 bestehende Fokustrajektorie des Fokus wird in Pfeilrichtung durchfahren. Die dazugehörige Detektortrajektorie weist die Abschnitte 203, 202, 201 auf, die nacheinander durchfahren werden. Wird der Fokus längs einer Fokustrajektorie verfahren, die aus dem ersten Abschnitt 191 der zweiten Fokustrajektorie, dem zweiten Abschnitt 182 der Fokustrajektorie und dem dritten Abschnitt 193 der zweiten Fokustrajektorie besteht, so bewegt sich der Mittelpunkt des Strahleneintrittsfensters des FPD und mithin der Zentralstrahlvektor zunächst auf dem ersten Abschnitt 213 der zweiten Detektortrajektorie, dann auf dem zweiten Abschnitt 202 der ersten Detektortrajektorie und schließlich auf dem dritten Abschnitt 211 der zweiten Detektortrajektorie
In den einzelnen Bewegungsphasen sind Parallelverschiebungen des Zentralstrahlvektors längs seiner Richtung, beispielsweise zur Umgehung von Hindernissen und zur Vermeidung von Kollisionen vorgesehen.
Das Verfahren zur Aufnahme eines Scans eines interessierenden Bereichs ROI 50 mit einem im Mittelpunkt des ROI 50 liegenden Scanzentrum 51 weist einen Scan auf, der aus einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen besteht, die einen vollständigen Satz von Röntgenprojektionsdaten des ROI 50 in der Zentralschicht in der Ebene des C-Bogens 2 für eine 3D-Rekonstruktion zur Verfügung stellt. Dabei wird die Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen unter Verwendung eines C-Bogen-Röntgengeräts aufgenommen, welches einen C-Bogen mit einer raumfesten Ebene aufweist, in welcher der C-Bogen mit einer mehrfach motorisch verstellbaren Halterung parallel verlagerbar ist und in der Halterung längs seines Umfangs in einer Orbitalbewegungsachse zwischen einer ersten und einer zweiten Extremstellung motorisch verschieblich gelagert ist und wobei der C-Bogen ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer an einem Ende des C-Bogens angeordneten Röntgenstrahlenquelle und einem gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens angeordneten FPD aufweist, wobei in der ersten Extremstellung die Halterung an dem einen Ende des C-Bogens mit der Röntgenstrahlenquelle angreift und wobei in der zweiten Extremstellung die Halterung an dem anderen Ende des C-Bogens mit dem FPD angreift und wobei das Röntgenbildaufnahmesystem durch einen sich vom Fokus Röntgenstrahlenquelle zum Mittelpunkt des Strahleneintrittsfensters des FPD sich erstreckenden und auf dem Strahleneintrittsfenster des FPD senkrecht stehenden Zentralstrahlvektor charakterisiert ist und einen Kegelstrahl erzeugt, der in der Ebene des C-Bogens einen Fächerstrahl mit einem Fächerwinkel enthält, wobei der Fokus unter Aufnahme der Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen entlang einer ebenen zusammenhängenden Fokustrajektorie zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt in beliebiger Richtung bewegt wird.
Am Startpunkt der Fokustrajektorie wird der C-Bogen in der Orbitalbewegungsachse in der ersten Extremstellung positioniert und die verstellbare Halterung des C-Bogens derart positioniert, dass ein auf der dem C-Bogen abgewandten Seite des Zentralstrahlvektors liegender erster Begrenzungsstrahl des Fächerstrahls den ROI 50 tangiert.
In einem ersten Abschnitt 181, 191, 195 der Fokustrajektorie wird die Halterung in der Ebene des C-Bogens parallel verlagert, bis der Zentralstrahlvektor durch das Scanzentrum 51 verläuft und der ROI 50 vollständig innerhalb des Fächerstrahls liegt.
In einem zweiten Abschnitt 182, 196 der Fokustrajektorie wird der C-Bogen in der Orbitalbewegungsachse aus der ersten Extremstellung in eine zweite Extremstellung verfahren, in der die Halterung an dem anderen Ende des C-Bogens mit dem Röntgenstrahlendetektor angreift, wobei der Winkelbereich der Orbitalbewegung zwischen der ersten und der zweiten Extremstellung wenigstens 180º minus Fächerwinkel beträgt und die Halterung in der Ebene des C-Bogens derart parallel verlagert wird, dass der Zentralstrahlvektor 11, 12, 13, 14 durch das Scanzentrum 51 verläuft und der ROI 50 vollständig innerhalb des Fächerstrahls liegt.
In einem dritten Abschnitt 183, 193, 197 der Trajektorie bleibt der C-Bogen in der Orbitalbewegungsachse in der zweiten Extremstellung positioniert und die Halterung wird in der Ebene des C-Bogens parallel verlagert, bis ein auf der dem C-Bogen zugewandten Seite des Zentralstrahlvektors liegender zweiter Begrenzungsstrahl des Fächerstrahls den ROI 50 tangiert.
Bei den in 2 dargestellten Trajektorien wird der Orbitalwinkel-Verstellbereich des C-Bogens vollständig ausgenutzt. Die erste Projektionsaufnahme eines Scans wird in einer ersten Extremstellung des Orbitalwinkels und die letzte Projektionsaufnahme des Scans wird in der anderen Extremstellung des Orbitalwinkels aufgenommen. Vor Beginn und nach Beendigung des Scans befinden sich alle Verstellachsen des C-Bogens in einer Ruhestellung. Die erste Projektionsaufnahme eines Scans wird bei ruhendem C-Bogen aufgenommen; anschließend wird der C-Bogen in Bewegung gesetzt und zum Ende des Scans wieder abgebremst, so dass die letzte Projektionsaufnahme des Scans wieder in einer Ruhestellung der C-Bogen-Verstellachsen aufgenommen wird. Im Bereich der Übergänge der Trajektorien von einem rotatorischen zu einem translatorischen Abschnitt werden die Trajektorien von Fokus und FPD zur Begrenzung von auftretenden Beschleunigungen mit einer reduzierten Bahngeschwindigkeit durchfahren. Würden bei einem derartigen Scan die Projektionsaufnahmen mit einer konstanten Bildaufnahmerate oder Framerate aufgenommen werden, so würde in den Übergangs- und Endbereichen eines Scans die Aufnahmedichte erhöht sein, ohne dass daraus ein diagnostischer Nutzen erzielt werden würde.
Aus dem deutschen Patent DE102013013552B3 und dem Familienmitglied US20170265821A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Aufnahme eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Projektionsdatensatzes mit einem C-Bogen-Röntgengerät mit begrenztem Orbitalverstellbereich bekannt, bei dem die Trajektorien des Fokus der Röntgenröhre und eines Punktes auf dem Eingangsfenster des FPD jeweils eine rotatorischen Anteil und daran anschließend zwei translatorische Anteile aufweisen.
Aus dem Dokument DE202017002625U1 ist ein Röntgensystem mit einem Kegelstrahl-C-Bogen-Röntgengerät zum Erzeugen eines in der Zentralschicht vollständigen 3D-Datensatzes zur Volumenrekonstruktion bekannt, bei dem während eines Scans die rotatorischen Anteile der Trajektorien des Röntgenfokus und eines Punktes auf dem Eingangsfenster des FPD nicht-kreisförmig sind. Insbesondere ist vorgesehen, den rotatorischen Teil der Trajektorien abschnittsweise aus Superellipsen zusammen zu setzen.
Aus dem Dokument DE102009020400B4 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildbestimmung aus beim Durchlaufen einer ebenen, rotatorischen Trajektorie aufgenommenen Röntgenprojektionen bekannt. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, die rotatorische Detektortrajektorie mit einer betragsmäßig konstanten Bahngeschwindigkeit zu durchfahren, wobei die Aufnahmezeitpunkte, zu denen eine Röntgenprojektion aufgenommen wird, zeitlich nicht äquidistant sind.
Aus dem Dokument DE102009042922A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildbestimmung aus beim Durchlaufen einer ebenen, rotatorischen Trajektorie aufgenommenen Röntgenprojektionen bekannt. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, die rotatorische Detektortrajektorie mit einer betragsmäßig konstanten Bahngeschwindigkeit zu durchfahren, wobei die Aufnahmepositionen, an denen jeweils eine Röntgenprojektion aufgenommen wird, mit Hilfe von Filterlinien bestimmt werden.
Aus dem Dokument DE102009052453A1 ist eine 3D-Rekonstruktion aus Projektionsdaten eines Spiralscans auf Basis einer gefilterten Rückprojektion ohne Rebinning bekannt. Die beim Scan gewonnenen redundanten Projektionen werden bei der Rekonstruktion gesondert behandelt.
Aus dem Dokument EP1737346B1 ist eine dynamische Dosiskontrolle bei einem CT-Scan bekannt. Dabei wird die Dosis über den Scanwinkelbereich moduliert.
Im Bereich der Übergänge der Trajektorien von einem rotatorischen zu einem translatorischen Abschnitt werden die Trajektorien von Fokus und FPD zur Begrenzung von auftretenden Beschleunigungen mit einer reduzierten Bahngeschwindigkeit durchfahren. Würden bei einem derartigen Scan die Projektionsaufnahmen mit einer konstanten Bildaufnahmerate oder Framerate aufgenommen werden, so würde in den Übergangs- und Endbereichen eines Scans die Aufnahmedichte erhöht sein. Bei einer nachfolgenden 3D-Rekonstruktion aus den aufgenommenen 2D-Projektionsaufnahmen würde für die Übergangs- und Endbereiche des Scans eine höhere Dichte von auszuwertenden Linienintegralen der Abschwächungsdaten zur Verfügung stehen, ohne dass dadurch die Bildinformation und damit der diagnostische Nutzen der 3D-Rekonstruktion erhöht werden würde. Es würde vielmehr entgegen der Regeln der Dosishygiene Dosis ohne diagnostischen Nutzen auf das Untersuchungsobjekt appliziert werden. Die Dichte der aufzunehmenden Projektionsaufnahmen bei einem Scan muß weiterhin zur Erzielung eines befriedigenden Rekonstruktionsergebnisses über den gesamten Scanbereich eine Mindestdichte aufweisen; andernfalls würden bei einer Volumenrekonstruktion Streifenartefakte auftreten.
Es besteht ein Bedarf an einem Scanverfahren, das bei aus rotatorischen und translatorischen Anteilen zusammengesetzten Trajektorien für den Röntgenfokus zur Verbesserung der Dosishygiene für ein Untersuchungsobjekt mit einem im POI liegenden Scanzentrum ein Oversampling durch nahezu redundante, eng benachbarte und daher überflüssige Projektionen bei der Aufnahme von Röntgenprojektionsaufnahmen vermeidet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem für die Realisierung eines Verfahrens zur Aufnahme eines Scans mit einem Scanzentrum in einem POI eines Objekts zu schaffen, das ein Oversampling bei einem Scan mit rotatorischen und translatorischen Anteilen einer Fokustrajektorie vermeidet und die Dosishygiene für das Untersuchungsobjekt ohne Einbußen der Rekonstruktionsqualität verbessert.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere dadurch gelöst, dass die Fokussollpositionen auf der Fokustrajektorie zum Zeitpunkt der Aufnahme der Röntgenprojektionsaufnahmen eines Scans unter der Vorgabe berechnet werden, dass die Winkelabstände Δα zweier Fokussollpositionen über die gesamte Fokustrajektorie in Polarkoordinaten (r, α) mit dem Scanzentrum als Koordinatenursprung konstant sind und die Röntgenprojektionsaufnahmen, die zur Rekonstruktion verwendet werden, werden an Fokuspositionen in der Nähe der festgelegten Fokussollpositionen auf der Fokustrajektorie aufgenommen werden.
Dazu werden Positionen auf einer ausgewählten oder einer aktuell gefahrenen Fokustrajektorie ermittelt, an denen entsprechend der Gleichmäßigkeitsbedingung für die Dichte der Projektionsaufnahmen Röntgenprojektionsaufnahmen ausgelöst werden sollen. Diese Ermittlung kann, wenn eine bestimmte Fokustrajektorie ausgewählt wurde, vor Beginn des Scans erfolgen oder in Echtzeit während eines Scans. Die Auslösung der einzelnen Projektionsaufnahmen wird dabei von einer Steuerung getriggert ausgelöst.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Projektionsaufnahmen in einem Videomodus aufzunehmen und die Bildaufnahmerate oder Framerate abhängig von der Stellung oder der aktuellen Bewegungsparameter der Fokustrajektorie derart zu steuern, dass die Gleichmäßigkeitsbedingung für die Dichte der Projektionsaufnahmen an jeder Stelle der Fokustrajektorie erfüllt ist.
Es ist vorgesehen, den Verlauf der Bildaufnahmerate über den Scanverlauf vor Beginn eines Scans zu ermitteln und in einem Speicher der abzulegen. Beim Start des Scans ist vorgesehen, die Werte für die Aufnahmerate aus dem Speicher der auszulesen und die Projektionsaufnahmen mit der vorberechneten Aufnahmerate aufzunehmen.
Es ist im Rahmen der Erfindung weiterhin vorgesehen, die Aufnahmerate längs der Trajektorien in Echtzeit während eines Scans zu berechnen und zu steuern, wobei der Steuerung die Trajektorie und die Momentangeschwindigkeit des Röntgenfokus zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung wird anhand der Abbildungen erläutert. In 1 ist ein C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem 1 schematisch dargestellt, das für die Realisierung des Verfahrens zur Aufnahme von Projektionsaufnahmen eines Scans vorgesehen ist.
Ein kreisbogenförmiger C-Bogen 2 trägt an seinem einen Ende die Röntgenröhre 3, den Kollimator 5 und wenigstens Teile des Hochspannungsgenerators 4 und an seinem anderen Ende und der Röntgenröhre 3 gegenüber liegend einen Röntgenbilddetektor 6, insbesondere einen Flat Panel Detector FPD . Der C-Bogen 2 ist in mehreren Achsen im Raum motorisch gesteuert verlagerbar, wobei die Achsen Sensoren zur Erfassung des Maßes der Verstellung aufweisen. Insbesondere ist der C-Bogen längs seines Umfanges in einer Halterung motorisch verschieblich geführt . Diese Bewegung wird als Orbitalbewegung/Orbitalachse bezeichnet. Die nicht dargestellte C-Bogen-Halterung ist in wenigstens einer horizontalen und einer vertikalen Achse motorisch verschiebbar. Ein mit diesen 3 motorisierten Achsen ausgestattetes C-Bogen-Röntgengerät ist dafür eingerichtet, einen Scan mit einer Reihe von 2D-Röntgenprojektionsaufnahmen für eine nachfolgende Rekonstruktion eines Röntgenvolumens mit ebenen Trajektorien des Fokuspunktes 8 um ein Scanzentrum 20 realisierbar. Die Fokustrajektorien sind dabei kreisförmig oder nicht kreisförmig. Es ist bekannt, nichtkreisförmige Trajektorien zu verwenden, die rotatorische und translatorische Abschnitte aufweisen. Dabei verläuft der zwischen dem Fokus 8 und dem Mittelpunkt des FPD 6 verlaufende Zentralstrahl 22 in einem rotatorischen Abschnitt stets durch das Scanzentrum 20, wohingegen der Abstand des Zentralstrahls 22 vom Scanzentrum 20 kontinuierlich verändert wird. Ein Beispiel für einen Scan mit rotatorischen und translatorischen Abschnitten stellt ein Arc-shift-Scan, wie er aus dem Dokument DE102013013552B3 der Anmelderin bekannt ist. Weist das C-Bogen-Röntgengerät wenigstens eine weitere motorisch steuerbare Achse auf, die eine Bewegungskomponente der C-Bogenhalterung senkrecht zur Orbitalebene aufweist, sind auch nicht-ebene Scans, wie Spiralscans oder arc-line-Scans realisierbar.
Eine Röntgenröhre 3 erzeugt einen Fokus 8 und ist vorzugsweise als Drehanodenröntgenröhre ausgeführt und weist vorzugsweise eine Kühlvorrichtung zum Abführen der beim Betrieb anfallenden Wärmemenge auf. Es sind Sensoren zur Erfassung von Temperaturen vorgesehen, deren Messwerte in der Röntgenröhrensteuerung zum Schutz eines Hochspannungsgenerators 4 und der Röntgenröhre 3 verarbeitet und einer Energiemanagementeinheit 118 zur Verfügung gestellt werden.
Ein ölgefüllter Hochspannungsgenerator 4 stellt alle für den Betrieb der Röntgenröhre 3 erforderlichen Parameter, wie Beschleunigungsspannung, Röhrenstrom, Kathoden-Heizstrom, Drehanodenmotorstrom, Pulsfrequenz, Pulsbreite zur Verfügung.
Vorzugsweise ist zwischen dem Fokus 8 und dem Objekt 21 ein steuerbarer Kollimator 5 zur Einblendung des vom Fokus 8 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels vorgesehen. Es ist vorgesehen, die Blende scanwinkelabhängig zu verändern.
An dem C-Bogen 2 ist ein Röntgenbilddetektor, insbesondere ein Flat Panel Detektor FPD 6 in einem bestimmten Abstand und in einer bestimmten Orientierung zum Fokus 8 und zum C-Bogen 2 angeordnet. Es ist vorgesehen, den Abstand und die Orientierung des FPD 6 reproduzierbar und steuerbar veränderlich zu gestalten.
Aus den ausgelesenen Bilddaten des FPD bei einer Projektionsaufnahme wird in einer Projektionsbilderzeugungseinheit 7 ein Rohbild einer Projektion des Objekts erzeugt und einer Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 zugeführt.
Ein Scanzentrum 20 stellt den Mittelpunkt der zu rekonstruierenden Region des Interesses ROI im Inneren des Objekts 21 dar.
Als Zentralstrahl 22 wird die Verbindungslinie zwischen dem Fokus 8 und dem Mittelpunkt des Eingangsfensters des FPD 6 oder eines anderen Röntgenstrahlenempfängers bezeichnet. Er liegt in der Orbitalebene des C-Bogens senkrecht zum Eingangsfenster des FPD 8.
Ein zu untersuchendes Objekt 21 ist auf einer Patientenliege 23 platziert. Die Patientenliege 23 kann so ausgelegt sein, dass sie nach einer anfänglichen Ausrichtung gegenüber dem C-Bogen 2 während der Röntgenuntersuchung des Objekts 21 starr bleibt. Es ist weiterhin vorgesehen, die Patientenliege 23 mit motorisch steuerbaren, verstellbaren Achsen auszustatten und die Bewegung der Patientenliege 23 mittels einer Liegen-Motorsteuerungseinheit 25 synchron mit der Bewegung des C-Bogens 2 zu steuern. Die motorisch verstellbaren Achsen der Patientenliege 23 können dabei zumindest teilweise die gleichen Freiheitsgrade wie der C-Bogen 2 aufweisen. Beispielsweise kann eine relative Verstellung des Scanzentrums 20 gegenüber dem Fokus 8 in vertikaler Richtung durch eine Höhenverstellung des C-Bogens 2 und/oder durch eine Höhenverstellung der Patientenliege 23 erfolgen. Ist die Patientenliege senkrecht zu der bei einer ebenen Fokustrajektorie die Scanebene festlegenden Orbitalebene des C-Bogens 2 motorisch verstellbar, so ist damit eine nicht-ebene Fokustrajektorie realisierbar.
Eine C-Bogen-Motorsteuerungseinheit 24 steuert alle motorisch verstellbaren Achsen des C-Bogenröntgengeräts und stellt der Bewegungssteuerungseinheit Messwerte von Stellungssensoren nichtmotorisch verstellbarer Achsen zur Verfügung.
Eine Liegen-Motorsteuerungseinheit 24 und eine C-Bogen-Motorsteuerungseinheit 25 werden von der Bewegungssteuerungseinheit 103 des Röntgendiagnostiksystems 1 synchron angesteuert.
Eine übergeordnete Systemsteuerungseinheit 100 weist vorzugsweise ein Bussystem mit einer Vielzahl von Steuerungs-, Rechen- und Speicherkomponenten auf.
Eine Röntgenstrahlersteuerungseinheit 101 steuert den Hochspannungsgenerator 4, die Röntgenröhre 3 und den Kollimator 5. Sie weist eine Dosisleistungssteuerung oder Automatic Emission Control AEC auf, die bei einer Röntgenbildaufnahme die Parameter der Röntgenröhre 6 derart steuert, dass mit dem FPD 6 ein Röntgenbild mit einer vorgegebenen Qualität, beispielsweise mit einem vorgegebenen Signal-/Rauschverhältnis, erzeugt wird.
Es ist vorgesehen, dass in der Röntgenstrahlersteuerungseinheit 101 nach jeder Projektionsaufnahme ermittelt wird, ob die Projektionsaufnahme ausreichend belichtet wurde, d.h. ob eine ausreichende Energiereserve zur Ausregelung der Belichtung vorhanden war. Wird durch die Röntgenstrahlersteuerungseinheit 101 bestimmt, dass ein Bild nicht ausreichend belichtet wurde, so wird nach einer solchen unzureichenden Belichtung mit der Folge eines zu hohen Rauschanteils und einer für eine Rekonstruktion unzureichenden Bildqualität ein AEC-low-Statussignal generiert und der Systemsteuerungseinheit 100 und der Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 zur Verfügung gestellt. Als Folge des Vorliegens eines AEC-low-Statussignals kann vorgesehen sein, dass eine weitere Projektionsaufnahme zum nächstmöglichen Zeitpunkt oder am nächstmöglichen Aufnahmeort der Fokustrajektorie aufgenommen wird.
Das C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem 1 weist vorzugsweise eine Kollisionsüberwachungseinheit 102 zur Überwachung der Bewegung des C-Bogens 2 auf. Dabei werden die Signale von nicht dargestellten und am C-Bogen 2, dem Gehäuse des FPD 6 oder/und dem Gehäuse der Röntgenröhre 3 und des Kollimators 5 angeordneten Abstandsmesssensoren und Kollisionserkennungssensoren verarbeitet. Wird von der Kollisionsüberwachungseinheit 102 eine Kollisionsgefahr festgestellt, so werden der Systemsteuerungseinheit Signale zur Verringerung der C-Bogen-Geschwindigkeit oder zum Stopp der Bewegung und zum Abschalten der Röntgenstrahlung zur Verfügung gestellt.
Eine Bewegungssteuerungseinheit 103 empfängt die in der Scanparameter-Erzeugungsvorrichtung 107 ermittelte Fokustrajektorie und die Lage des Scanzentrums bezüglich der Fokustrajektorie. Wenn die Patientenliege und der C-Bogen zueinander referenziert sind, wird die Lage des Scanzentrum von der Scanparameter-Erzeugungsvorrichtung empfangen. Sind C-Bogen und Patientenliege nicht zueinander referenziert, so wird das Scanzentrum mittels wenigstens zweier Kalibriereinstellungen des C-Bogens im Koordinatensystem des C-Bogengeräts ermittelt und ermittelt und abgespeichert.
Eine Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 löst die Aufnahme einer Projektionsaufnahme aus, wenn nicht ein Verhinderungssignal die Auslösung der Aufnahme verhindert. Ein Verhinderungssignal wird beispielsweise durch eine unmittelbar vorher erkannte Kollision oder durch einen von einer Bedienperson ausgelösten Nothalt des Röntgensystems erzeugt. Nach dem Auslösen einer Projektionsaufnahme wird über die Steuerung des Röhrenstromes und/oder der Belichtungszeit in einer Belichtungssteuerung der Röntgenstrahlersteuerungseinheit 101 eine Dosis appliziert, die im FPD 6 eine Projektionsaufnahme einer gewählten Qualität erzeugt. Als Maß für die Bildqualität kann beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis vorgegeben werden. Der Röhrenstrom und die Belichtungszeit sind dabei systembedingt begrenzt, nämlich einerseits durch die begrenzte Belastbarkeit der Drehanode und andererseits durch die Maßgabe, dass Bewegungsunschärfen durch zu lange Belichtungszeiten verhindert werden sollen. Wird auch bei maximalem Röhrenstrom und bei maximaler Belichtungszeit beispielsweise bei einer großen Durchstrahlungslänge eine vorgegebene Bildqualität nicht erreicht, löst die Bildaufnahmesteuerung unmittelbar nach der Projektionsaufnahme mit ungenügender Qualität wenigstens eine weitere Projektionsaufnahme aus. Es ist vorgesehen, die Anzahl der zusätzlichen Aufnahmen zu begrenzen und nach Erreichen der Maximalzahl der Zusatzaufnahmen die nächste Projektionsaufnahme an der nächsten Sollposition auszulösen.
Eine FPD-Steuerungseinheit 105 steuert und kontrolliert alle Funktionen des FPD 6, wie beispielsweise Bildaufnahme, Bildauslesung, Dunkelstromkorrektur und Entfernen von Restladungen nach dem Ende der Belichtungszeit.
In einer Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 werden die Rohbilddaten aus der Projektionsbilderzeugungseinheit 7 korrigiert, gefiltert oder nach vorgegebenen Bildverarbeitungsalgorithmen bearbeitet und abgespeichert. Sie stehen dann der Rekonstruktionseinheit 117 zur Durchführung einer Volumenrekonstruktion zur Verfügung.
In einer Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 werden alle Parameter für einen Scan erzeugt. Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 empfängt dabei die Position des Scanzentrums 20 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts, eine Fokus- und eine Detektortrajektorie, eine Gesamtzahl der vorgesehenen Röntgenprojektionsaufnahmen des Scans und eine vorgesehene Röhrenspannung für den Scan. Die erzeugten Scanparameter werden in der Bewegungssteuerungseinheit 103, der Röntgenstrahlersteuerungseinheit 101 und der Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 und weiteren Einheiten, beispielsweise einer Kollisionsüberwachungseinheit 102 zur Verfügung gestellt.
Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 ist eingerichtet, die Position eines Scanzentrums 20 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts zu empfangen. Das Scanzentrum kann beispielsweise durch manuelle Ausrichtung des Zentralstrahls 22 auf das Scanzentrum 20 in zwei voneinander unabhängigen Raumrichtungen bestimmt und durch eine Bedienperson in die Systemsteuerungseinheit eingegeben werden.
Die Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 ist weiter dafür eingerichtet, Trajektorien des Fokus 8 und des FPD 23 im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgengeräts zu empfangen. Die Trajektorien werden von einer Organprogramm-Datenbank 115 empfangen, nachdem diese von einer Bedienperson ausgewählt und gegebenenfalls an die gegebene Untersuchungssituation, beispielsweise an die Patientenabmessungen angepaßt wurden.
In einer Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit 108 werden nach einer vorgebbaren Vorschrift die Positionen der Punkte auf einer von der Scanparameter-Erzeugungseinheit empfangenen Fokustrajektorie bestimmt, an denen eine Röntgenprojektionsaufnahme erzeugt werden soll. Eine Bildaufnahme wird von der Bildaufnahmesteuerungseinheit 103 dann ausgelöst, wenn sich der Fokus 8 auf der ermittelten Sollposition befindet.
Es ist wenigstens ein Display 111 zur Ausgabe von Bild-, Steuer- und Patientendaten vorgesehen. Über eine Eingabeeinheit 112 werden werden Anweisungen einer Bedienperson/ eines Operators in die Systemsteuerungseinheit eingegeben. Es ist vorgesehen, wenigstens ein Display als Grafische Benutzeroberfläche GUI zu gestalten.
Eine Eingabevorrichtungseinheit 112 dient der Eingabe von Bedienungsbefehlen der Bedienperson/ eines Operators 113 und dem Import von Systemprogrammen in das System, sofern diese nicht über ein Netzwerk 140 importierbar sind.
Die Systemsteuerung 100 weist einen Massenspeicher 116 und eine Ausgabeeinheit 114 auf. Unter einer Ausgabeeinheit 114 wird jede Vorrichtung verstanden, mittels der Untersuchungsergebnisse oder/und Systemparameter auf beliebigen Informationsträgern ausgebbar sind.
Die Systemsteuerung 100 weist eine Organprogramm-Datenbank 115 auf, in der Röntgen- und Scanparameter für unterschiedliche Diagnostikaufgaben abrufbar abgespeichert sind. Die einzelnen Organprogramme sind dabei von einer Bedienperson 113 an die vorliegenden Gegebenheiten, beispielsweise die Patientenabmessungen und an die aktuelle Diagnostikaufgabe anpaßbar.
Die Systemsteuerungseinheit 100 weist eine Rekonstruktionseinheit 117 auf, in der die bearbeiteten und abgespeicherten Projektionsdaten aus der Bildverarbeitungs- und Speichereinheit 106 zusammen mit den korrigierten Daten für die Projektionsgeometrien der jeweiligen Projektionsaufnahmen aus der Bewegungssteuerungseinheit 103 empfangen werden und ein 3D-Volumen rekonstruiert wird.
Es ist eine Energiemanagementeinheit 118 vorgesehen, in der aus Parametern wie Ladezustand der Batterie- und Kondensatorspeicher, verfügbare Netzleistung, Wärmebeladung der Drehanode und der Generatorölfüllung ermittelt wird, ob eine vorgesehene Diagnostikaufgabe durchgeführt werden kann. Insbesondere wird in der Energiemanagementeinheit 118 ermittelt, ob ein Scan mit einer vorgegebenen Anzahl von Projektionsaufnahmen ohne Erreichen eines Überlastungszustandes durchgeführt werden kann. Hierfür werden die Scanparameter eines geplanten Scans herangezogen. Vorzugsweise wird ein Sicherheitspuffer berücksichtigt. Soll beispielsweise bei einem bestimmten ausgewählten Organprogramm ein Scan mit 400 Einzelprojektionen aufgenommen werden, so erfolgt eine Freigabe für den Scan durch die Energiemanagementeinheit 118 beispielsweise dann, wenn rechnerisch die Aufnahme einer gegenüber der Sollanzahl um 10% erhöhten erhöhten Anzahl von Projektionsaufnahmen möglich ist. Erscheint ein vollständiger Scan mit den gewählten Scanparametern nicht möglich, so wird dies dem Bediener über ein Display 111 signalisiert. Die Systemsteuerung erwartet dann einen Eingriff des Bedieners. Dieser kann dann beispielsweise die Scanparameter durch Verringerung der Gesamtzahl der Projektionsaufnahmen beim Scan verändern. Dadurch würde die Aufnahme eines für eine Rekonstruktion geeigneten 3D-Datensatzes sichergestellt werden.
Die Systemsteuereinheit 100 weist vorzugsweise ein DICOM-Interface 130 zu einem Netzwerk 140 auf, mittels dem Ein- und Ausgaben zwischen dem C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem 1 und beispielsweise einem Krankenhausinformationssystem HIS 142, einem Radiologieinformationssystem RIS 141 und einem globalen Netz bewerkstelligt werden. Als DICOM-Eingabe ist die Übernahme von Patientendaten und patientenspezifischen Scanparametern aus früheren Untersuchungen vorgesehen.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, mit der Bildaufnahmesteuerungseinheit 104 in den rotatorischen Bereichen der Fokustrajektorie die Projektionsbildaufnahme mit einer Bildaufnahmerate zu steuern, die aus der der Systemsteuerungseinheit 100 zur Verfügung gestellten Daten über die Größe des zu rekonstruierenden Volumens und der Anzahl der Voxel im Volumen als Maß für die Auflösung des rekonstruierten Volumens unter der Annahme eines Kreisscans berechnet wird. Die ermittelte Bildaufnahmerate kann direkt einem Winkelabstand zwischen zwei Soll-Fokuspositionen zugeordnet werden.
Bei einem zu rekonstruierenden würfelförmigen Volumen mit einer Kantenlänge von 16cm wird beispielsweise ein Voxelvolumen von 320x320x320 Voxeln gewählt, bei einem zu rekonstruierenden würfelförmigen Volumen mit einer Kantenlänge von 20cm wird beispielsweise ein Voxelvolumen von 512×512×512 Voxeln gewählt.
Die Abtastfrequenz dn/dϕ, nämlich die Anzahl der Röntgenprojektionsaufnahmen pro Scanwinkel ϕ wird dabei über den gesamten Bereich des Kreisscans konstant gehalten dn/dϕ = const.
Der Scanwinkel ϕ ist dabei der Orbitalwinkel des C-Bogens. Auf der kreisförmigen Trajektorie des Fokus werden in diesem Fall Projektionsaufnahmen nach jeweils durchlaufenen gleichen Winkelintervallen Δφ aufgenommen.
Bei nicht kreisförmigen Rotationsscans ändern sich die Abstände der Fokustrajektorie vom Scanzentrum abhängig vom Winkel ϕ. Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die unter der Annahme eines Kreisscans berechnete Aufnahmerate an den Abstand der Fokustrajektorie vom Scanzentrum anzupassen. Die Aufnahmerate wird dabei umso kleiner gewählt, je größer der Abstand der Fokustrajektorie vom Scanzentrum ist. Es ist vorgesehen, die unter der Annahme einer kreisförmigen Fokustrajektorie mit einem Radius r₀ berechnete Aufnahmerate winkelabhängig mit einem linear vom aktuellen Abstand r der Fokustrajektorie abhängigen Korrekturfaktor K₁ zu multiplizieren, wobei $K_{1} (φ) = r (φ) {/r}_{0}$
wobei der Winkel ϕ im rotatorischen Bereich der Fokustrajektorie dem Orbitalwinkel der C-Bogen-Rotation entspricht.
Der Erfinder hat als vorteilhaft erkannt, die vollständige Fokustrajektorie mit rotatorischem Anteil und zwei translatorischen Anteilen in Polarkoordinaten mit dem Scanzentrum als Koordinatenursprung, mit einem Radius r als Abstand eines Punktes auf der Fokustrajektorie zum Scanzentrum und mit einem Polarwinkel α darzustellen. Der Polarwinkel α kann als synthetischer Scanwinkel für die gesamte Fokustrajektorie angesehen werden; im rotatorischen Abschnitt der Fokustrajektorie entspricht dieser Winkel α dem Orbitalwinkel der C-Bogen-Orbitalbewegung.
Der Erfinder hat weiterhin erkannt, dass ein Oversampling bei der Aufnahme eines Scans mit einem rotatorischen und translatorischen Abschnitten der Fokustrajektorie dadurch vermieden wird, dass eine Gleichmäßigkeitsbedingung für die Dichte der Projektionsaufnahmen längs der Fokustrajektorie des Scans erfüllt ist. Die Gleichmäßigkeitsbedingung ist dann erfüllt, wenn die Winkelabstände Δα zwischen den Soll-Fokuspositionen auf der Fokustrajektorie über den gesamten Scanbereich gleich sind. Der Winkelabstand zwischen den einzelnen Aufnahmepositionen errechnet sich aus der dem Winkelbereich der Fokustrajektorie zwischen dem Anfangswinkel α_anfang , dem Endwinkel α_ende und der Gesamtzahl N der vorgesehenen Projektionsaufnahmen: $Δα = (α_{ende} - α_{anfang}) / (N - 1)$
Die Aufnahmedichte der Projektionsaufnahmen, d.h. die Anzahl der Aufnahmen pro Winkelintervall dα sind über den gesamten Scanbereich konstant. Diese Bedingung wird als Gleichmäßigkeitsbedingung bezeichnet: $dn/d α = const .$
Die Konstante hängt von der Gesamtzahl N der vorgesehenen Projektionsaufnahmen ab. Bei einem Scan mit einer nicht festgelegten Fokustrajektorie, insbesondere einer Fokustrajektorie mit einem unbekannten Gesamtwinkelbereich ist vorgesehen, anstelle der Gesamtzahl N den Winkelabstand zwischen zwei Projektionsaufnahmen oder dazu gleichwertig die Anzahl der Projektionsaufnahmen pro Winkelintervall α vorzugeben.
Es ist vorteilhaft, wenn die Repräsentation der Fokustrajektorie in der Bewegungssteuerungseinheit oder/und in der Organprogramm-Datenbank 115 in Polarkoordinaten vorliegt. Dadurch können Transformationen zwischen einem kartesischen und einem Polarkoordinatensystem vermieden werden, was insbesondere im Fall von dynamischen Berechnungen zur Einsparung von Rechenkapazität und Rechenzeit führt.
Die Gleichmäßigkeitsbedingung kann auch auf Kreisscans angewandt werden. In diesem Fall entsprechen die Winkelintervalle Δα den Winkelintervallen der Orbitalbewegung des C-Bogens. Weiterhin ist vorgesehen, die Gleichmäßigkeitsbedingung auf nicht-ebene Scans anzuwenden, die rotatorische und translatorische Abschnitte in der Fokustrajektorie aufweisen. Als Beispiel sei hier ein Scan vom Typ „arc-line“ genannt, bei dem an einen ebenen Kreisscan eine lineare Bewegung des Fokus senkrecht zu der Ebene anschließt.
Im Falle von nicht-ebenen Fokustrajektorien ist vorgesehen, die jeweilige Fokustrajektorie in räumlichen Polarkoordinaten bezüglich des Scanzentrums 20 zu berechnen und den Gesamtscanwinkel durch Integration der Winkelabstände d(α,θ) zwischen den Radiusvektoren zu ermitteln.
Die Gleichmäßigkeitsbedingung für nicht-ebene Fokustrajektorien lautet dann entsprechend zu der Bedingung im Fall einer ebenen Fokustrajektorie $dn/d (α,θ) = const .$
Es ist vorgesehen, während eines Scans in Echtzeit die Winkelgeschwindigkeit dα/dt aus der zeitlichen Abfolge der Positionen der Verstellachsen des Röntgenaufnahmesystems zu bestimmen, und daraus zusammen mit der Gleichmäßigkeitsbedingung die Soll-Bildaufnahmerate dn/dt (Anzahl der Projektionsaufnahmen pro Sekunde) zu berechnen. Weiterhin ist vorgesehen, in der Bildaufnahmesteuerung während eines Scans in Echtzeit den Winkel α aus den Stellungen der Verstellachsen des Röntgenaufnahmesystems zu bestimmen und jeweils nach Überstreichen eines Winkelintervalls Δα eine Projektionsaufnahme aufzunehmen. Die Fokustrajektorie wird dabei vorab der Bildaufnahmesteuerung von der Bewegungssteuerungseinheit 103 zur Verfügung gestellt.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Fokustrajektorie in der aus den aktuell in der Bewegungssteuerungseinheit 103 vorliegenden Stellungen der Röntgenaufnahmeeinheit zu berechnen.
Im Speicher der Bewegungssteuerungseinheit des C-Bogen-Röntgensystems sind vorzugsweise auch die Bahngeschwindigkeiten auf der Fokustrajektorie abhängig vom Winkel α der Fokustrajektorie festgelegt; sie werden zusammen mit der Fokustrajektorie der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 zur Berechnung der Bildaufnahmerate oder der Soll-Fokusposition auf der Fokustrajektorie zur Verfügung gestellt. Weist das C-Bogen-Röntgensystem neben dem C-Bogen 2 eine simultan motorisch verstellbare Patientenliege 23 auf, so werden in der Bewegungssteuerungseinheit 103 die C-Bogen-Motorsteuerungseinheit 24 und die Liegen-Motorsteuerungseinheit 25 nach einer abgespeicherten Vorschrift derart angesteuert, dass die Fokustrajektorie gemäß den übertragenen Daten aus der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 bezüglich des Scanzentrum abgefahren wird. Das Scanzentrum ist in diesem Fall nicht raumfest, da es mit dem Objekt 21 auf der verstellbaren Patientenliege 23 verbunden ist. Eine kombinierte Verstellung von C-Bogen und Patientenliege weist den Vorteil auf, dass beispielsweise Begrenzungen in der C-Bogenbewegung um das Scanzentrum 20 herum durch die Bewegungen der Patientenliege ausgedehnt werden können.
Die Auslösung einer Röntgenprojektionsaufnahme kann neben der Zurverfügungstellung eines Triggersignals zu einem Zeitpunkt, wenn sich der Fokus an einer Fokus-Sollposition der Fokustrajektorie befindet, auch dadurch erfolgen, dass ein Videostream mit einer Taktfrequenz aufgenommen wird und diese Taktfrequenz derart an die Fokustrajektorie angepaßt wird, dass die Videoframes an den Fokus-Sollpositionen aufgenommen werden. Es ist bekannt, die Röntgenprojektionsaufnahmen eines Scans mit konstanten Frameraten aufzunehmen, die aus einem V-Sync-artigen Signal konstanter Frequenz generiert werden (im Folgenden V-Sync genannt). Dieser V-Sync stellt in der Regel ein periodisches Signal dar, an dessen steigender oder fallender Flanke ein Bildauslösesignal generiert wird. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme von Röntgenprojektionsaufnahmen eines Scans sind zwei alternative Strategien der Veränderung der V-Sync-Frequenz vorgesehen.
Es ist vorgesehen, die V-Sync Frequenz konstant zu halten und die Bildaufnahmefrequenz durch Austasten von V-Sync-Signalen zeitlich zu verringern. Liegt beispielsweise eine Frequenz von 25 Hz vor, kann vorgesehen sein, nur alle drei Perioden Projektionsbilder aufzunehmen, also konstant mit einer Bildaufnahmefrequenz von 8,3 Hz. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Bildaufnahmefrequenz während des Scans Aufnahme derart zu variieren, dass sie diskrete Werte von f=25Hz/m annimmt, wobei m eine natürliche Zahl darstellt, die dynamisch während des Scans variiert wird.
Es ist weiterhin vorgesehen, die V-Sync Frequenz dynamisch während des Scans so anzupassen, dass das V-Sync-Signal direkt als Bildauslösesignal verwendbar ist, wobei die Bildauslösung an den Fokus-Soll-Positionen auf der Fokustrajektorie erfolgt. Am Ende eines Scans oder bei Inaktivität der Röntgenaufnahmeeinheit wird das V-Sync-Signal abgeschaltet, so dass keine Bildaufnahme erfolgt.
Bei den beschriebenen Verfahren zur Anpassung der Bildaufnahmeraten können die V-Sync-Frequenzen nach Auswahl einer Bahnkurve, aber vor Start eines Scans errechnet werden. Alternativ ist vorgesehen, die erforderlichen Bildraten in Echtzeit während der Aufnahme des Scans zu berechnen und einzustellen.
Abhängig von einem gewählten Organprogramm und insbesondere bei einem dicken Patienten kann der absolute Wert der Bildaufnahmerate dn/dα oder die Gesamtzahl der Röntgenprojektionsaufnahmen pro Scan erhöht werden, um ein akzeptables Signal-zu-Rauschverhältnis im rekonstruierten Volumen zu erreichen. Wählt der Benutzer also einen entsprechenden Patienten, so wird in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 dn/dα entsprechend erhöht, falls eine Energiemanagementeinheit 118 eine ausreichende Leistungsreserve der Energieversorgung des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems erkannt hat. Damit wird sicher gestellt, dass eine bestimmte Aufnahmedichte dn/dα realisiert werden kann, ohne dass die Aufnahme wegen eines dann leeren Energiespeichers vorzeitig abgebrochen werden muß. Dabei können die vom Benutzer ausgewählte Patientenorientierung und das Organprogramm berücksichtigt werden, um abzuschätzen, in welchem Winkelintervall vermutlich eine Erhöhung von dn/dα notwendig sein wird.
Bei einem Scan mit einer Aufnahme einer Anzahl von Projektionsaufnahmen und einem Scanzentrum 20 sollen einzelne Abschnitte der Fokustrajektorie wie folgt unterschieden werden:
Rotatorische Abschnitte der Fokustrajektorie sind solche, bei denen der Zentralstrahl bei Verlagerung des C-Bogens stets durch das Scanzentrum 20 verläuft. Der Abstand der Fokustrajektorie vom Scanzentrum 20 ist dabei unerheblich. Es kann sich um einen Kreisbogenscan, einen elliptischen Scan oder beispielsweise einem super-elliptischen Scan handeln.
Translatorische Abschnitte der Fokustrajektorie sind solche, bei denen der Zentralstrahl bei Verlagerung des C-Bogens kontinuierlich den Abstand zum Scanzentrum ändert. Die Form der Fokustrajektorie ist dabei unerheblich; sie kann eine lineare, eine bogenförmige oder eine beliebige andere Form annehmen.
Weist ein C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem neben den drei oben beschriebenen steuerbaren Verstellachsen eine weitere mit einer Verstellkomponente senkrecht zur Orbitalebene auf oder ist eine synchron zum C-Bogen gesteuert verstellbare Patientenliege vorgesehen, so ist es möglich, eine nicht-ebene Fokustrajektorie, beispielsweise eine sogenannte arc-line-Trajektorie mit einem ebenen Kreisbogen und einem senkrecht zur Kreisfläche sich erstreckenden linearen Abschnitts, der an einem Ende des Kreisbogens ansetzt, zu realisieren. Bei einer nicht-ebenen Fokustrajektorie würde zur Ermittlung der Soll-Fokuspositionen eine Umrechnung der Fokustrajektorie aus einem kartesischen Koordinatensystem in in räumliche Polarkoordinaten (r,α,θ) vorgenommen werden. Der Gesamtwinkelbereich bei einem arc-line-Scan wäre der Winkelbereich des rotatorischen Abschnitts (α_enderot - α_anfang ), der Winkelbereich des translatorischen Abschnitts senkrecht zu der Scanebene mit der Bedingung für die senkrechte Linie α = const. und der Bedingung für die Scanebene θ=0 beträgt θ_ende-0 = θ_ende. Der Gesamtwinkelbereich setzt sich aus dem Gesamtwinkelbereich des rotatorischen Abschnitts und dem Gesamtwinkelbereich des translatorischen Abschnitts zusammen. Die Gleichmäßigkeitsbedingung für räumliche Polarkoordinaten lautet $Δα, θ = (α_{enderot} - α_{anfang} + θ_{ende}) / (N - 1)$
Trägt man der Einfachheit halber zur Bestimmung der Soll-Fokuspositionen den Winkelabschnitt linear an der abgewinkelten Fokustrajektorie einer Arc-line-Trajektorie ab, so tritt im Abwinkelbereich bei einem einzigen Winkelschritt ein Fehler auf; der Winkelabstand wird dort um maximal 30% zu klein gewählt, was bei einer Gesamtzahl von größenordnungsmäßig 400 Projektionsaufnahmen eines Scans einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Gesamtdosis hat.
Betrachtet man die Trajektorien aus 2, so erkennt man, dass diese Trajektorien nicht mit konstanter Bahngeschwindigkeit durchfahren werden können, weil die zeitliche Ableitung der Bahnkurve unstetig ist. Um unerlaubt hohe Beschleunigungen des C-Bogens zu vermeiden, wird die Bahngeschwindigkeit in der Nähe der Übergänge der Trajektorie zwischen einem rotatorischen Teil und einem translatorischen Teil reduziert. Um einen völligen Stillstand des Fokus zu verhindern sind Maßnahmen zur Anpassung der Trajektorien in diesen Bereichen aus dem Dokument DE102013013552B3 der Anmelderin bekannt.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, die Aufnahme der Projektionsaufnahmen mit einer konstanten Bildaufnahmerate, charakterisiert durch eine konstante V-Sync-Frequenz aufzunehmen und durch Auslassen oder Austasten von einzelnen Triggersignalen bei einzelnen Soll-Fokuspositionen oder einzelnen Soll-Triggerzeitpunkten die Bildaufnahmerate diskret verändert wird.
Es ist bekannt, dass das Bildaufnahmesystem beispielsweise mit einer V-Sync-Frequenz von 25 Hz betrieben wird. Eine Projektionsbildaufnahmefrequenz von von 8,3 Hz wird dadurch realisiert, dass nur bei jedem dritten Triggerzeitpunkt eine Projektionsaufnahme aufgenommen wird.
Die Erfindung sieht vor, während des Scans die Röntgenprojektionen mit einer variablen Aufnahmerate von f= f_V-Sync/m aufzunehmen, wobei f_V-Sync die V-Sync-Frequenz und m eine natürliche Zahl darstellt, die während des Scans verändert wird. Nachstehend sind die ersten mit diesem Verfahren realisierbaren Bildaufnahmefrequenzen der Reihe angegeben.

m: Bildaufnahmefrequenz/Hz bei V-Sync-Frequenz (Triggerfrequenz) von 25 Hz
1: 25
2: 12,5
3: 8,3
4: 6,2
5: 5
6: 4,2
7: 3,6
8: 3,1
...: ...

Das beschriebene Verfahren zur Variation der Bildaufnahmerate führt zu unterschiedlich großen Änderungen der Bildaufnahmefrequenz im oberen und im unteren Frequenzbereich. Soll, ausgehend von einer Bildaufnahmefrequenz von 8,3 Hz im Bereich eines Kreisabschnitts einer Trajektorie, die Bildaufnahmefrequenz bei Annäherung des Detektors an den Übergangsbereich zu einem translatorischen Abschnitt verringert werden, so erfolgt dies über die Frequenzschritte 6,2Hz, 5Hz, 4,3Hz, etc.
Der Parameter m wird aus der Fokustrajektorie, der Bahngeschwindigkeit, aus dem Scanwinkelbereich und der Anzahl der aufzunehmenden Projektionsaufnahmen N in Echtzeit oder vor dem Start eines Scans berechnet oder aus einer vorberechneten und abgespeicherten LUT entnommen.
Alternativ ist vorgesehen, die Bildaufnahmerate während der Aufnahme eines Scans dadurch anzupassen, dass die V-Sync-Frequenz dynamisch verändert wird und eine Aufnahme eines Projektionsbildes zu jedem Triggerzeitpunkt und ohne Auslassen von Triggersignalen erfolgt.
Vorzugsweise löst ein als Bildauslösesignal bezeichnetes Triggersignal die Aktivierung der Röntgenstrahlenquelle und die Belichtung des FPD aus. In den Strahlungspausen, insbesondere auch bei längerer Inaktivität der Röntgengenerators liegt kein V-Sync-Signal und mithin kein Triggersignal an.
In 4 ist der Verlauf der winkelabhängigen Bildaufnahmerate f als Funktion des Winkels α der Soll-Fokuspositionen schematisch dargestellt. Man erkennt, dass in den Übergangsbereichen zwischen dem rotatorischen Abschnitt (Bereich α_rotanfang bis α_rotende ) und den translatorischen Abschnitten der Fokustrajektorie die Bildaufnahmerate abgesenkt ist.
In 5 ist der Verlauf der winkelabhängigen Gewichtungsfunktion g(α) der Soll-Fokuspositionen schematisch dargestellt. Man erkennt, dass die Gewichtungsfunktion nur in einem Bereich des rotatorischen Abschnitts der Fokustrajektorie von 1 verschieden ist. Die Wirkung der Gewichtungsfunktion entfaltet sich durch Multiplikation mit der Bildaufnahmerate f(α). Dadurch werden bestimmte, aus dem Organprogramm oder durch Eingabe der Bedienperson bevorzugte Raumrichtungen im rotatorischen Abschnitt der Fokustrajektorie mit einer höheren Aufnahmedichte aufgenommen, um eine von einer geschätzten fokuspositionsabhängigen Patientenabsorption bewirkte verringerte Projektionsbildqualität auszugleichen.
Um die Triggersignalzeitpunkte und damit die aktuelle V-Sync-Frequenz zu bestimmen, wird das folgende erfindungsgemäße Verfahren angewandt: Eine vom Benutzer des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems ausgewählte Fokustrajektorie wird der Systemsteuerung zur Verfügung gestellt. Der Zurverfügungstellung der Fokustrajektorie geht vorzugsweise die Auswahl eines patientenabmessungsabhängigen Organprogramms voraus. Die Fokustrajektorie, die in einem kartesischen Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems vorliegt, wird in Polarkoordinaten umgerechnet, wobei der Ursprung des Polarkoordinatensystems im Scanzentrum liegt. Die Fokustrajektorie ist durch den Abstand r(α) vom Koordinatenursprung festgelegt. Die Radien r(α) fallen nur im rotatorischen Abschnitt der Fokustrajektorie mit der Richtung des Zentralstrahls 22 zusammen.
Den Endpunkten der Fokustrajektorie sind die Polarwinkel α_anfang und α_ende zugeordnet. In Polarkoordinaten wird ein Scanbereichswinkel = (α_ende - α_anfang ) eingeführt, über den die Gesamtzahl N der Projektionsaufnahmen zunächst gleichmäßig verteilt wird. Dadurch ergeben sich gleiche Winkelabstände des Polarwinkels α zwischen den Soll-Fokuspositionen auf der Fokustrajektorie, nämlich $Δα = (α_{ende} - α_{anfang}) / (N - 1)$
Es werden also Projektionsaufnahmen erzeugt, wenn sich der Fokus auf der Fokustrajektorie an den Sollpositionen $Fn (r, α) = F (r, α_{anfang} + n Δα)$
mit n=0 bis n=N-1 befindet.
Es ist vorgesehen, zur Erzielung von Projektionsaufnahmen mit einem vorgebbaren Signal-Rausch-Verhältnis bei jeder Projektionsaufnahme die Dosis in Echtzeit in bekannter Weise über den Röhrenstrom zu regeln.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, die Trajektorien für Detektor und Röntgenfokus und Scanzentrum von Beginn eines Scans durch den Benutzer festzulegen, wobei die Trajektorien zunächst vorzugsweise in kartesischen Koordinaten im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems vorliegen. Jedem Paar aus einem Punkt auf der Detektortrajektorie und einem Punkt auf der Fokustrajektorie ist einerseits eine eindeutige Lage und Orientierung der Röntgenaufnahmeeinheit und andererseits ein Tripel von Stellungswerten der wenigstens 3 Verstellachsen, nämlich der horizontalen Verstellachse, der vertikalen Verstellachse und der Orbitalachse des C-Bogengeräts zugeordnet. Die Stellungswerte der Verstellachsen sind wiederum eindeutig mit den Stellungswerten der Antriebsmotoren in diesen Verstellachsen verknüpft.
Der Zusammenhang zwischen den Stellungswerten der Antriebsmotoren und dem Punktepaar auf den Detektor- und Fokustrajektorien ist theoretisch aus der Kenntnis der Kinematik des C-Bogens errechenbar, wird aber bekanntermaßen mittels eines Kalibrierlaufs überprüft; Abweichungen von der theoretischen Kinematik werden im Rahmen eines Kalibrierlaufs korrigiert und als kalibrierte Kinematik vorzugsweise in LUTs in einem Speicher des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems abrufbar gespeichert.
Für eine Volumenrekonstruktion werden zu jeder Projektionsaufnahme die Projektionsgeometrien der kalibrierten Kinematik verwendet. Zur Ermittlung der Aufnahmewinkel der Aufnahmepositionen wird die ausgewählte und der Steuerung des C-Bogens zur Verfügung gestellte Fokustrajektorie in Polarkoordinaten umgerechnet. Die Projektionsaufnahmen werden bei Erreichen der errechneten Soll-Fokuspositionen auf der Fokustrajektorie durch den Trigger eines Bildauslösesignals aufgenommen. Das Verfahren ist vorteilhaft, weil für die Ermittlung der Zeitpunkte zu denen eine errechnete Soll-Fokusposition erreicht wurde, keine Kenntnisse über die aktuellen Geschwindigkeiten der Verstellachsen oder über die Geschwindigkeit des Fokus auf der Fokustrajektorie erforderlich sind.
Wenn der durch ein Bildauslösesignal festgelegte Zeitpunkt für die Aufnahme einer Projektionsaufnahme durch die Bedingung des Erreichens der Winkelposition einer Soll-Fokusposition auf der Fokustrajektorie festgelegt wird, erfolgt dies unabhängig von den Geschwindigkeiten, mit denen die Trajektorien durchfahren werden. Insbesondere auch dann, wenn bei detektierter Kollisionsgefahr eines Teils des C-Bogens (FPD oder Röntgenstrahler) die Geschwindigkeiten auf den Trajektorien von FPD und Röntgenfokus durch die Bewegungssteuerungseinheit des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems verringert werden.
Die Errechnung der Aufnahmewinkelpositionen kann vor Beginn eines Scans oder in Echtzeit während des Scans erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, die Frequenz der Aufnahme der Röntgenprojektionen (Aufnahmerate oder Framerate) während des Scans in den rotatorischen und translatorischen Trajektorienabschnitt als Funktion der aktuellen Position oder der aktuellen Winkelgeschwindigkeit des Polarwinkels α vor Beginn des Durchlaufens der Scantrajektorien festzulegen oder in Echtzeit während des Scans zu berechnen. Die Aufnahmerate ist abhängig von der Zeit, in der ein Winkelintervall Δα durchfahren wird beziehungsweise von der Winkelgeschwindigkeit dα/dt, mit der die Trajektorien durchfahren werden.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, nicht die Soll-Fokusposition, sondern die Framerate als Funktion des Zeitpunktes der Auslösung einer Projektionsaufnahme und des überstrichenen Polarwinkels Δα festzulegen.
Im Sinne der gesetzlich geforderten Vorgaben für die Dosishygiene bei einer Röntgenuntersuchung mit anschließenden Volumenrekonstruktion ist zum Einen jede Patientendosis zu vermeiden, die für die diagnostische Aufgabe keinen oder keinen zusätzlichen Informationswert generiert und zum Anderen ist ein Scan mit einer ausreichenden Dichte und Anzahl von Projektionsaufnahmen zu durchlaufen, um eine vorgegebene Rekonstruktionsqualität des Röntgenvolumens sicher zu stellen. Eine solche Rekonstruktionsqualität kann nicht erreicht werden und führt möglicherweise dazu, dass keinerlei diagnostische Information aus den Röntgenprojektionen gewonnen werden kann, wenn der Scan beispielsweise wegen zu geringer Energiereserven in der Energieversorgung des Hochspannungsgenerators zu Ende gefahren werden kann. Es ist daher vorgesehen, einen geplanten Scan mit einer geplanten Anzahl von Projektionsaufnahmen und einer für die Diagnostikaufgabe veranschlagten Dosis in einer Energiemanagementeinheit 118 dahingehend zu überprüfen, ob er sicher vollständig durchfahren werden kann. Dies beinhaltet insbesondere, dass für einen Scan eine Energiereserve von beispielsweise 10% des veranschlagten Energiebedarfs zur Verfügung stehen muß. Die Energiereserve wird dann teilweise ausgeschöpft, wenn beispielsweise wegen einer zu großen Durchstrahlungslänge an einer oder an mehreren Soll-Fokuspositionen eine Aufnahme nicht ausgeregelt werden kann und mehr als eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden muß um aus diesen mehreren Projektionsaufnahmen eine synthetische Projektionsaufnahme an der Soll-Fokusposition zu erzeugen, die für die Rekonstruktion verwendet wird.
Tritt bei einem Scan der unerwartete Fall ein, dass abzusehen ist, dass der Scan mit den vorgesehenen Scanparametern nicht zu Ende gefahren werden kann, so ist vorgesehen, die Winkelintervalle Δα bis zum Ende des Scans zu vergrößern und damit die Restzahl der aufzunehmenden Projektionsaufnahmen zu verringern.
Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Bedingungen für die Aufnahmezeitpunkte oder für die Aufnahmeorte auf der Fokustrajektorie vorab oder dynamisch zu berechnen.
Triggerverfahren
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufnahme eines Scans mit der Auslösung der Aufnahme einer Projektionsaufnahme durch ein Bildauslösesignal ist nachstehend anhand einzelner, nummerierter Verfahrensschritte beschrieben.
Schritt 3.1
Empfange Trajektorien von Fokus und FPD im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 und gehe zu Schritt 3.2
Schritt 3.2
Empfange die Position des Scanzentrums im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 und gehe zu Schritt 3.3
Schritt 3.3
Empfange die Gesamtzahl N der vorgesehenen Röntgenprojektionsaufnahmen des Scans in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 und gehe zu Schritt 3.4
Schritt 3.4
Berechne in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 die Anfangs- und Endpunkte der Fokustrajektorie in Polarkoordinaten (r, α) mit dem Scanzentrum als Koordinatenursprung und ermittle den von der Fokustrajektorie überstrichenen Winkelbereich (α_ende - α_anfang ) und gehe zu Schritt 3.5
Schritt 3.5
Berechne in der Scanparameter-Erzeugungseinheit 107 die Positionen der Aufnahmeorte für Projektionsaufnahmen Fn(r,α) = F(r,α_anfang + n Δα) mit n=0 bis n=N-1 auf der Fokustrajektorie in Polarkoordinaten unter Erfüllung der Gleichmäßigkeitsbedingung Δα = (α_ende - α_anfang )/(N-1) und Berechnung der Koordinaten der Aufnahmeorte im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems 1 und Ausgabe der Positionen der Aufnahmeorte auf der Fokustrajektorie an die Bewegungssteuerungseinheit 103 und gehe zu Schritt 3.6
Schritt 6.6
Empfange in der Bewegungssteuerungseinheit 103 die Fokustrajektorie, das Scanzentrum und die Positionen der Aufnahmeorte auf der Fokustrajektorie und gehe zu Schritt 3.7
Schritt 3.7
Berechne die Verstellparameter der Verstellachsen des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems in der Bewegungssteuerungseinheit 103 und übergebe die Bewegungssteuerungsdaten an die C-Bogen-Motorsteuerungseinheit 24 und gegebenenfalls an die Liegen-Motorsteuerungseinheit 25 und gehe zu Schritt 3.8
Schritt 3.8
Überwache den Empfang eines Scan-Startsignals und starte die Bewegung des C-Bogens und gegebenenfalls der Patientenliege zum Durchlaufen der Fokustrajektorie und gehe zu Schritt 3.9
Schritt 3.9
Bewege den C-Bogen und gegebenenfalls die Patientenliege mit dem Fokus längs der Fokustrajektorie und gehe zu Schritt 3.10
Schritt 3.10
Entscheide, ob sich der Fokus an einer Soll-Aufnahmeposition der Fokustrajektorie befindet.
Wenn ja: gehe zu Schritt 3.11; wenn nein: Gehe zu Schritt 3.9
Schritt 3.11
Entscheide, ob die Fokus-Sollposition die letzte vorgesehene Position auf der Fokustrajektorie ist.
Wenn ja: Übertrage ein Bildauslösesignal an die Bildaufnahmesteuerungseinheit, arbeite dort parallel die Schritte ab Schritt 3.12 ab und gebe ein Bewegungsende-Signal an die Systemsteuerungseinheit; wenn nein: Übertrage ein Bildauslösesignal an die Bildaufnahmesteuerungseinheit, arbeite dort parallel die Schritte ab Schritt 3.12 ab und gehe zu Schritt 3.9 .
Schritt 3.12
Empfange ein Bildauslösesignal in der Bildaufnahmesteuerungseinheit 104
Schritt 3.13
Entscheide, ob ein Bildauslösesignal ansteht.
Wenn ja: gehe weiter zu Schritt 3.14; wenn nein: Überprüfe wiederholt bis zum Ablauf einer maximalen Wartezeit den Empfang eines Bildauslösesignals. Liegt nach Ablauf der maximalen Wartezeit kein Bildauslösesignal von, breche den Verfahrensschritt ab und sende ein Abbruchsignal mit einem Abbruchprotokoll an die Systemsteuerungseinheit 100.
Schritt 3.14
Empfange ein Verhinderungssignal aus einer der Einheiten: Kollisionsüberwachungssteuerungseinheit, Energiemanagementeinheit, Eingabeeinheit (Not-Aus).
Schritt 3.15
Entscheide, ob ein Verhinderungssignal anliegt.
Wenn ja: breche den Verfahrensschritt ab und sende ein Abbruchsignal mit einem Abbruchprotokoll an die Systemsteuerungseinheit 100; wenn nein: gehe weiter zu Schritt 2.16.
Schritt 3.16
Ansteuerung der Röhrensteuerungseinheit 101 und der FPD-Steuerungseinheit 105 zum Auslösen einer Projektionsaufnahme
Schritt 3.17
Entscheide, ob die Projektionsaufnahme den vorgegebenen Anforderungen (z.B. hinsichtlich des Signal-Rauschverhältnisses) entspricht.
Wenn ja: gehe zu Schritt 3.13; wenn nein: Gehe weiter zu Schritt 3.18.
Schritt 3.18
Entscheide, ob die maximale Anzahl von Wiederholungen von Projektionsaufnahmen am gleichen Aufnahmeort erreicht ist.
Wenn ja: und sende ein Wiederholungsstatusprotokoll an die Systemsteuerung 100 und gehe zu Schritt 3.13; wenn nein: gehe zu Schritt 3.19.
Schritt 3.19
Löse die Aufnahme eines weiteren Projektionsbildes aus und gehe zu Schritt 3.15.
Nach Abarbeitung der Verfahrensschritte stehen der Systemsteuerung N Projektionsaufnahmen mit Fokuspositionen, die der Gleichmäßigkeitsbedingung genügen, zur weiteren Verarbeitung in der Rekonstruktionseinheit 117 zur Verfügung. An einer oder mehreren Fokuspositionen können Wiederholungs- oder Zusatzbilder zur Verfügung stehen. Aus dem ursprünglich aufgenommenen Projektionsbild und den Wiederholungs- oder Zusatzbildern wird eine Röntgenprojektion synthetisiert, die für die Rekonstruktion verwendet wird.
Eine weitere Lösung der Aufgabe stellen Verfahren dar, bei denen die Projektionsbildaufnahmefrequenz über den Verlauf der Fokustrajektorie variabel gesteuert werden („Frequenzberechnungsverfahren“ oder „Fokuspositionsberechnungsverfahren“)
Vorab-Frequenzberechnungsverfahren
Ein erfindungsgemäßes Projektionsbild-Aufnahmeverfahren unter Berücksichtigung des Verlaufs der Winkelgeschwindigkeit dα/dt bei einer Vorab-Berechnung weist folgende Verfahrensschritte auf:
Schritt 4.1
Empfangen einer ausgewählten Fokustrajektorie
Schritt 4.2
Empfangen einer Winkelgeschwindigkeit dα/dt für jeden Punkt der Fokustrajektorie
Schritt 4.3
Empfangen einer ausgewählten konstanten Soll-Aufnahmedichte dn_Soll/dα, nämlich die Anzahl der Projektionsaufnahmen pro Winkelintervall Δα aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100.
Schritt 4.4
Berechnung der vom Winkel alpha abhängigen Aufnahmerate
dn/dt = dn/dα * dα/dt
Schritt 4.5
Empfangen einer minimalen und maximalen Bildaufnahmerate f_min und f_max sowie einer optionalen Start-Bildaufnahmerate f_start aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100.
Schritt 4.6
Berechnen der vom Winkel α abhängigen gewünschten Bildaufnahmerate dn/dt unter Berücksichtigung von f_min und f_max sowie einer optionalen Start-Bildaufnahmerate f_start.
Schritt 4.7
Auslösen des Starts des Scans und Variation der Aufnahmefrequenz f abhängig vom Winkel α, an dem sich der Fokus auf der Fokustrajektorie befindet gemäß des vorberechneten und abgespeicherten Frequenzverlaufs
Schritt 4.8
Stetige Erhöhung der Projektionsbildaufnahmerate gegenüber der Sollbildrate an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie, wenn ein AEC-low-Statussignal empfangen wird und stetiges Zurückkehren der Bildaufnahmefrequenz zu der Soll-Bildrate, wenn kein AEC-low-Statussignal Signal empfangen wird.
Dynamisches Frequenzberechnungsverfahren
Ein erfindungsgemäßes Projektionsbild-Aufnahmeverfahren unter Berücksichtigung des Verlaufs der Winkelgeschwindigkeit dα/dt bei einer dynamischen Berechnung weist folgende Verfahrensschritte auf:
Schritt 5.1
Empfangen einer Soll-Abtastrate dn_soll/dα aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100 und Berechnen der dn(α)/dt = dn(α)/dα * dα/dt
Schritt 5.2
Empfangen einer minimalen und maximalen Bildaufnahmerate f_min und f_max sowie einer optionalen Start-Bildaufnahmerate f_start aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100.
Schritt 5.3
Starte den Scan mit der Start-Bildaufnahmerate f_start.
Schritt 5.4
Kontinuierliches Berechnen der aktuellen Winkelgeschwindigkeit dα/dt und der Soll-Bildaufnahmerate dn(α)/dt = dn(α)/dα * dα/dt und Anwenden der Bildaufnahmerate unter Berücksichtigung von f_min und f_max.
Schritt 5.5
Optional zu jedem Zeitpunkt: stetige Erhöhung der
Projektionsbildaufnahmerate gegenüber der Sollbildrate an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie, stetige Erhöhung der Projektionsbildaufnahmerate gegenüber der Sollbildrate an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie, wenn ein AEC-low-Statussignal empfangen wird und stetiges Zurückkehren der Projektionsbildaufnahmerate, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wird.
Vorab-Fokuspositionsberechnungsverfahren
Ein erfindungsgemäßes Projektionsbild-Aufnahmeverfahren unter Berücksichtigung der aktuellen Position des Fokus auf der Fokustrajektorie bei einer Vorab-Berechnung weist folgende Verfahrensschritte auf:
Schritt 6.1
Empfangen einer ausgewählten Fokustrajektorie sowie einer Soll-Aufnahmedichte dn_soll/dα aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100.
Schritt 6.2
Empfangen einer minimalen und maximalen Bildaufnahmerate f_min und f_max
Schritt 6.3
Wählen der Startposition auf der Fokustrajektorie als erste Aufnahmeposition.
Schritt 6.4
Berechnen der Polarwinkel α der Aufnahmeorte des Fokus auf der Fokustrajektorie, an denen die Projektionsbilder aufgenommen werden sollen unter Berücksichtigung von f_min und f_max.
Schritt 6.5
Durchführen der Aufnahme und Auslösen der Einzelprojektionen an den berechneten Orten mit dem Polarwinkel α.
Schritt 6.6
Optional wird an jedem Aufnahmeort (r, α) eine stetige Erhöhung der Aufnahmedichte dn/dα gegenüber der Soll-Aufnahmedichte an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie vorgenommen, wenn ein AEC-low-Statussignal empfangen wird, und es wird ein stetiges Zurückkehren der Aufnahmedichte zu der Sollaufnahmedichte vorgenommen, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wird, wobei die Steuerung beim Anliegen eines AEC-low-Statussignals in einen vorbestimmten der drei nachstehend beschriebenen Modi wechselt:

- Wechsel in den dynamischen Modus, wobei die vorberechneten Positionen der Aufnahme der Projektionsaufnahmen dem Speicher gelöscht werden/verworfen werden
- Wechsel in den Vorberechnungsmodus, wobei die vorberechneten Aufnahmepositionen aus dem Speicher gelöscht werden/verworfen werden und eine neue Vorberechnung entsprechend aktueller Anforderung erfolgt, wobei diese neu berechneten Positionen wieder verworfen werden und entsprechend aktueller Anforderung wiederum neu berechnet werden, wenn ein AEC-low-Statussignal empfangen wird und dann wieder Vorberechnung und Auslösen an den vorberechneten Positionen, solange kein AEC-low-Statussignal anliegt oder die Endposition der Fokustrajektorie erreicht ist; andernfalls Neuberechnung bis zur nächsten Anforderung oder bis Aufnahmeende.
- Wechsel in den regulären V_sync-Modus mit Auslösen zusätzlicher Projektionsaufnahmen bei Vorliegen eines AEC-low-Statussignals in den sonst ausgelassenen Slots und Fortsetzung des Scans mit Auslösen von Projektionsaufnahmen an den abgespeicherten vorbestimmten Winkelpositionen, wenn kein AEC-low-Statussignal anliegt.

Dynamisches Fokuspositionsberechnungsverfahren
Ein erfindungsgemäßes Projektionsbild-Aufnahmeverfahren unter Berücksichtigung der aktuellen Position des Fokus auf der Fokustrajektorie bei einer dynamischen Berechnung weist folgende Verfahrensschritte auf:
Schritt 7.1
Empfangen einer Fokustrajektorie und einer Soll-Aufnahmedichte dn_soll/dα aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit 100,
Schritt 7.2
Positionierung des C-Bogens derart, dass sich der Fokus in einem Anfangspunkt der Fokustrajektorie befindet
Schritt 7.3
Auslösen einer Projektionsaufnahme vor dem Start der Bewegung des C-Bogens.
Schritt 7.4
Berechne kontinuierlich das seit der letzten Aufnahme zurückgelegte Winkelintervall Δα.
Schritt 7.5
Berechne kontinuierlich die dimensionslose Größe k = Δα * dn/dα, wobei dn/dα die festgelegte Aufnahmedichte ist und übertrage ein Projektionsbildauslösesignal an die Bildaufnahmesteuerungseinheit, wenn k≥1 und löse eine Projektionsbildaufnahme aus, wenn ein AEC-low-Statussignal vorliegt und gehe nach Auslösen der Projektionsaufnahme zu Schritt 7.4 und wiederhole die Schritte 7.4 bis 7.5 bis die Endposition der Fokustrajektorie erreicht ist.
Schritt 7.6
Erhöhe stetig die Projektionsbildaufnahmedichte dn/dα , wenn ein AEC-low-Statussignal empfangen wurde und stetiges Zurückkehren von der aktuellen Aufnahmedichte zu der Soll-Aufnahmedichte dn_soll/dα, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wird.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für ein C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem ist so ausgebildet, dass zur Aufnahme eines Scans aus einer vorgegebenen Anzahl von Projektionsaufnahmen das C-Bogen-Röntgengerät zunächst so angesteuert wird, dass die Röntgenprojektionsaufnahmen an Soll-Fokuspositionen auf der Fokustrajektorie aufgenommen werden, die einen gleichbleibenden Polarwinkelabstand aufweisen.
Vorzugsweise wird das Steuerungsverfahren zur Aufnahme eines Scans softwaremäßig umgesetzt. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung des Steuerungsverfahrens hat den Vorteil, dass auch bereits bisher verwendete Steuereinrichtungen für C-Bogen-Röntgendiagnostiksysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie beispielsweise eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Steuerungseinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuerungseinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Dem Transport kann auch eine Verbindung zu einem an einem Netzwerk angeschlossenen Krankenhausinformationssystem, zu einem Radiologieinformationssystem oder zu einem globalen Netz dienen, in welchen Systemen die von einer Rechnereinheit der Steuerungseinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z. B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Aufnahme eines Scans eines interessierenden Bereichs ROI (50) mit einem im Mittelpunkt des ROI (50) liegenden Scanzentrum (20,51) in einem Objekt (21) zur Verfügung, wobei der Scan aus einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen besteht, die einen vollständigen Satz von Röntgenprojektionsdaten des ROI (50) in der Orbitalebene eines C-Bogen-Röntgengeräts (2) für eine 3D-Rekonstruktion zur Verfügung stellt und wobei die Aufnahme des Scans unter Verwendung eines C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) erfolgt, mit
einem in einer Halterung längs des Umfangs um eine Orbitalbewegungsachse ϕ und in der C-Bogen-Ebene in zwei unabhängigen Achsen x und y motorisch verstellbaren C-Bogen, wobei der C-Bogen ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer an einem Ende des C-Bogens angeordneten Röntgenröhre (3) mit einem Fokus und einem gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens angeordneten FPD-Röntgenbilddetektor (6) aufweist und wobei der Fokus der Röntgenröhre (3) unter Aufnahme der Reihe von Kegelstrahl-Röntgenprojektionsaufnahmen mit vorgegebener Bildqualität entlang einer zusammenhängenden ebenen und monoton zu durchfahrenden Fokustrajektorie mit einem rotatorischen Abschnitt und zwei an den Enden des rotatorischen Abschnitts anschließenden translatorischen Abschnitten zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt bewegt wird, einer Systemsteuerungseinheit (100),
einer Bewegungssteuerungseinheit (103), die alle Bewegungen des C-Bogen-Röntgengeräts (2) zum Durchfahren des Fokus auf der Fokustrajektorie unter Berücksichtigung von in der Bewegungssteuerungseinheit (103) hinterlegten Kinematik mit Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen steuert,
einer Bildaufnahmesteuerungseinheit (104),
einer Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
einer Rekonstruktionseinheit (117),einer Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108),
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Empfange eine von einem Benutzer aus einer Vielzahl von in einer Organprogramm-Datenbank (115) zur Verfügung stehenden Fokustrajektorien ausgewählte Fokustrajektorie mit rotatorischem und translatorischen Anteilen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
empfange eine Information über die Lage des gewünschten Scanzentrums (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
empfange eine Information über die Soll-Aufnahmedichte der Röntgenprojektionsaufnahmen, wobei die Information eine der Information ist aus der Gesamtzahl N der Aufnahmen über die gesamte Länge der Fokustrajektorie und dem mittleren Winkelabstand Δα_soll im rotatorischen Teil der Fokustrajektorie zwischen zwei Fokuspositionen bezogen auf das Scanzentrum durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107),
übermittle die Scanparameter an die Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108),
rechne die Fokustrajektorie mit dem Scanzentrum (20, 51) als Koordinatenursprung in Polarkoordinaten um,
errechne die Fokussollpositionen F_i(r_i,α_i) auf der Fokustrajektorie, an denen jeweils eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden soll mit der Vorgabe einer konstanten Aufnahmedichte dn/dα der Projektionsaufnahmen, wobei die Polarwinkel α_i der Fokussollpositionen zwischen dem Polarwinkel α_anfang =α_i am Startpunkt der Fokustrajektorie und dem Polarwinkel α_ende am Endpunkt der Fokustrajektorie bei gegebenem N der Bedingung α_i=α₁+(i - 1)*Δα mit 1=1 bis i=N, wobei Δα= (α_ende -α₁) / (N-1) und bei gegebenem Δα_soll der Bedingung α_i=α₁+(i-1)*Δα_soll mit i=1 bis i=M, wobei M= (α_ende-α₁) /Δα_soll,
stelle die Fokussollpositionen der Bewegungssteuerungseinheit (103) zur Verfügung,
berechne aus der in der Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) hinterlegten Fokustrajektorie, einem kinematischen Modell des C-Bogens und damit verknüpften Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen die Motoransteuersignale für die motorisierten Achsen (x(t), y(t), ϕ(t)), die die zeitabhängige Bewegung des Fokus auf der Fokustrajektorie beschreiben sowie den zeitlichen Verlauf des Polarwinkels α(t),
erzeuge eine Information über das Erreichen einer Fokussollposition und übermittle diese an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (103), veranlasse die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Röntgenprojektionsaufnahme auszulösen, nehme sukzessive die Reihe der Röntgenprojektionsaufnahmen auf und stelle die Bilddaten der Röntgenprojektionsaufnahmen mit den Koordinaten des Fokus zum Aufnahmezeitpunkt, der Fokustrajektorie und der Lage des Scanzentrums der Rekonstruktionseinheit (117) zur Verfügung.
Die Fokuspositionen, an denen Röntgenprojektionsaufnahmen aufgenommen werden sollen, werden erfindungsgemäß unter der Vorgabe bestimmt, dass die Winkelabstände Δα zweier Fokussollpositionen über die gesamte Fokustrajektorie konstant sind. Die Fokuspositionen, an denen tatsächlich Röntgenprojektionsaufnahmen zur Gewinnung der Projektionsdaten für eine 3D-Rekonstruktion aufgenommen werden, unterscheiden sich systembedingt von den Fokussollpositionen. Für die Rekonstruktion werden die Fokuspositionen verwendet, an denen tatsächlich Röntgenprojektionsaufnahmen aufgenommen wurden.
Es ist vorgesehen, dass die Information über das Erreichen einer Fokussollposition im Merkmal i) dadurch gewonnen wird, dass die Polarwinkelgeschwindigkeit dα/dt des Fokus auf der Fokustrajektorie errechnet wird und zusammen mit dem Polarwinkelabstand Δα zweier Fokus-Sollpositionen ein zeitabhängiges Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal f(t)=dα/dt*1/Δα errechnet wird und das Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal synchron an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) übermittelt wird. Wird beispielsweise bei einem Scan die Geschwindigkeit des Fokus auf der Fokustrajektorie in orthoradialer Richtung verändert, so ändert sich auch die Polarwinkelgeschwindigkeit und es würden bei einer konstanten Bildaufnahmefrequenz Projektionsaufnahmen mit gegenüber der gewünschten Aufnahmedichte zu hoher oder zu niedriger Aufnahmedichte aufgenommen werden. Die erfindungsgemäße Anpassung des Bildaufnahmefrequenzsignals an die orthoradiale Geschwindigkeit des Fokus erzielt Röntgenprojektionsaufnahmen an Fokuspositionen mit gleichem Polarwinkelabstand.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Information über das Erreichen einer Fokussollposition im Merkmal i) durch Überwachen des Polarwinkels α(t) erzeugt wird, wobei bei Erreichen eines Polarwinkels α_i einer Fokussollposition ein Triggersignal an die die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) zur zeitnahen Auslösung einer Röntgenprojektionsaufnahme übermittelt wird.
Es ist vorgesehen, dass die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) Werte für eine minimale Soll-Bildaufnahmefrequenz f_min, eine maximale Soll-Bildaufnahmefrequenz f_max und eine optionale Start-Soll-Bildaufnahmefrequenz f_start aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit (100) empfängt und das errechnete Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal f(t) bei drohendem Überschreiten der Grenzwerte und bei einer Abweichung in der Start-Soll-Bildaufnahmefrequenz stetig geändert wird. Die Vorgabe einer minimalen Soll-Bildaufnahmefrequenz f_min führt dazu, dass beispielsweise an Stellen der Fokustrajektorie, an denen der Fokus zum Stillstand kommt, dazu, dass weiterhin Projektionsaufnahmen mit der minimalen Soll-Bildaufnahmefrequenz aufgenommen werden.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Systemsteuerungseinheit (100) weiterhin ausgelegt ist ein Signal („AEC-low-Statussignal“) zu generieren und der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) zur Verfügung zu stellen, wenn eine Röntgenprojektionsaufnahme mit unzureichender Belichtung generiert und Bilddaten mit einem zu hohen Rauschanteil aufgenommen wurden, wobei bei Vorliegen eines AEC-low-Statussignals zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine weitere Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen wird. Wenn die Doisisleistungsregelung AEC eine Projektionsaufnahme nicht ausregeln kann, wird also wenigstens eine weitere Projektionaufnahme an nahezu der gleichen Position aufgenommen, um das Rauschen im Bilddatensatz für diese Fokusposition zu verringern.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Projektionsbildaufnahmedichte dn/dα stetig erhöht wird, wenn in der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) ein AEC-low-Statussignal empfangen wurde und die Projektionsbildaufnahmedichte dn/dα stetig von der aktuellen Aufnahmedichte zu der Soll-Aufnahmedichte dn_soll/dα erniedrigt wird, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wurde.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) eingerichtet ist, die Projektionsbildaufnahmerate dn/dt zu jedem Zeitpunkt gegenüber der Sollbildrate an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie stetig zu erhöhen, wenn ein AEC-low-Statussignal von der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) empfangen wurde und die Projektionsbildaufnahmerate stetig bis zur Sollbildrate zu erniedrigen, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wird.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass das C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem (1) weiterhin eine simultan mit dem C-Bogen-Röntgengerät (2) motorisch steuerbare Patientenliege (23) aufweist und das Steuerverfahren für die Bewegungssteuerungseinheit (103) das C-Bogen-Röntgengerät (2) und die Patientenliege (23) nach einer Bewegungsvorschrift zum Führen des Fokus entlang der Fokustrajektorie um das Scanzentrum (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) synchron steuert.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) die Fokus-Sollpositionen an die Bewegungssteuerungseinheit (103) übermittelt und dort durch Vergleich mit der aktuellen Fokusposition ein Austastsignal ermittelt wird, das in der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) eine winkelabhängige Bildaufnahmefrequenz f(α) dadurch erzeugt, dass aus einem V-Sync-Bildaufnahmeauslösesignal konstanter Frequenz Impulse ausgetastet werden, wenn in der Bewegungssteuerungseinheit (103) keine Übereinstimmung der aktuellen Fokusposition mit der Soll-Fokusposition ermittelt wurde.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) weiterhin zusammen mit der Fokustrajektorie eine von einer geschätzten fokuspositionsabhängigen Patientenabsorption abhängige Gewichtungsfunktion empfängt, die nach Umrechnung in Polarkoordinaten g(α) zur Gewichtung der Bildaufnahmefrequenz f_gew.(α)=f(α)*g(α) verwendet wird.
Das zur Realisierung des Verfahrens geeignete C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem (1) weist dabei die nachstehend aufgeführten Steuerungskomponenten auf:

eine Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) die eingerichtet ist, eine von einem Benutzer aus einer Vielzahl von in einer Organprogramm-Datenbank (115) zur Verfügung stehenden Fokustrajektorien ausgewählte Fokustrajektorie mit rotatorischem und translatorischen Anteilen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1), eine Information über das gewünschte Scanzentrum (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1), eine Information über die Soll-Aufnahmedichte zu empfangen, wobei die Information eine der Information über die Gesamtzahl N der Aufnahmen über die gesamte Länge der Fokustrajektorie und über den mittleren Winkelabstand Δα_soll im rotatorischen Teil der Fokustrajektorie zwischen zwei Fokuspositionen bezogen auf das Scanzentrum darstellt und weiterhin eingerichtet ist, die Scanparameter der Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108) zur Verfügung zu stellen,
eine Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108), die eingerichtet ist, die Fokustrajektorie mit dem Scanzentrum (20, 51) als Koordinatenursprung in Polarkoordinaten umzurechnen, die Fokussollpositionen F_i(r_i,α_i) auf der Fokustrajektorie, an denen jeweils eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden soll, zu berechnen, wobei die Polarwinkel α_i der Fokussollpositionen zwischen dem Polarwinkel α_anfang=α₁ am Startpunkt der Fokustrajektorie und dem Polarwinkel α_ende am Endpunkt der Fokustrajektorie bei gegebenem N der Bedingung α_i=α₁+(i-1)*Δα mit 1=1 bis i=N, wobei Δα=(α_ende - α₁) / (N-1) und bei gegebenem Δα_soll der Bedingung α_i=α₁+(i-1) * Δα_soll mit i=1 bis i=M, wobei M= (α_ende-α₁) /Δα_soll und weiterhin eingerichtet ist, die Fokussollpositionen der Bewegungssteuerungseinheit (103) zur Verfügung zu stellen,
eine Bewegungssteuerungseinheit (103), die eingerichtet ist, eine aus der in der Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) hinterlegten Fokustrajektorie, einem kinematischen Modell des C-Bogens und damit verknüpften Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen die Motoransteuersignale für die motorisierten Achsen (x(t), y(t), ϕ(t)), die die zeitabhängige Bewegung des Fokus auf der Fokustrajektorie beschreiben, zu berechnen sowie den zeitlichen Verlauf des Polarwinkels α(t) zu berechnen und eine Information über das Erreichen einer Fokussollposition an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (103) abzugeben,
eine Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), die eingerichtet ist, nach Erhalt einer Information zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Röntgenprojektionsaufnahme auszulösen und die Bewegungssteuerungseinheit (103) zu veranlassen, die Koordinaten des Fokus zum Zeitpunkt der Bildaufnahme zu ermitteln und der Rekonstruktionseinheit (117) zur Verfügung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mittels eines Computers mit einem ein Computerprogramm enthaltendes Computerprogrammprodukt realisiert, welches direkt in eine Speichereinheit der Steuerungseinheit des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinheit des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems ausgeführt wird
Figurenliste

1: C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem
2: Fokustrajektorie und Detektortrajektorie zur Aufnahme eines vollständigen Projektionsdatensatzes mit rotatorischen und translatorischen Abschnitten.
3: Fokustrajektorie mit einem nicht-kreisförmigen rotatorischen und translatorischen Abschnitten in Polarkoordinatendarstellung r, alpha
4: Verlauf der Bildaufnahmefrequenz f(α) über den Scanbereich von α_anfang bis α_ende.
5: Verlauf der Gewichtungsfunktion g(α) über den Scanbereich von α_anfang bis α_ende.

Bezugszeichenliste

1: C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem
2: C-Bogen
3: Röntgenröhre
4: Hochspannungsgenerator
5: Kollimator
6: Röntgenbilddetektor FPD
7: Projektionsbilderzeugungseinheit
20, 51: Scanzentrum
21: Objekt
22: Zentralstrahl
23: Patientenliege
24: C-Bogen-Motorsteuerungseinheit
25: Liegen-Motorsteuerungseinheit
50: Interessierender Bereich / ROI
100: Systemsteuerungseinheit
101: Röntgenstrahlersteuerungseinheit
102: Kollisionsüberwachungseinheit
103: Bewegungssteuerungseinheit
104: Bildaufnahmesteuerungseinheit
105: FPD-Steuerungseinheit
106: Bildverarbeitungs- und Speichereinheit
107: Scanparameter-Erzeugungseinheit
108: Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit
111: Display
112: Eingabevorrichtungseinheit
113: Bedienperson/Operator
114: Ausgabeeinheit
115: Organprogramm-Datenbank
116: Massenspeicher
117: Rekonstruktionseinheit
118: Energiemanagementeinheit
130: DICOM-Interface
140: Netzwerk
141: RIS Radiologie-Informationssystem
142: HIS Krankenhausinformationssystem
181: Erster Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
182: zweiter Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
183: dritter Abschnitt der ersten Fokustrajektorie
191: erster Abschnitt der zweiten Fokustrajektorie
193: dritter Abschnitt der zweiten Fokustrajektorie
201: dritter Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
202: zweiter Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
203: erster Abschnitt der ersten Detektortrajektorie
211: dritter Abschnitt der zweiten Detektortrajektorie
213: erster Abschnitt der zweiten Detektortrajektorie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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DE 102009042922 A1 [0020]
DE 102009052453 A1 [0021]
EP 1737346 B1 [0022]

Claims

C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem zur Realisierung eines Verfahrens zur Aufnahme eines Scans eines interessierenden Bereichs ROI (50) mit einem im Mittelpunkt des ROI (50) liegenden Scanzentrum (20,51) in einem Objekt (21), wobei der Scan aus einer Reihe von Röntgenprojektionsaufnahmen besteht, die einen vollständigen Satz von Röntgenprojektionsdaten des ROI (50) in der Orbitalebene eines C-Bogen-Röntgengeräts (2) für eine 3D-Rekonstruktion zur Verfügung stellt und wobei die Aufnahme des Scans unter Verwendung eines C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) erfolgt, mit • einem in einer Halterung längs des Umfangs um eine Orbitalbewegungsachse ϕ und in der C-Bogen-Ebene in zwei unabhängigen Achsen x und y motorisch verstellbaren C-Bogen, wobei der C-Bogen ein Röntgenbildaufnahmesystem mit einer an einem Ende des C-Bogens angeordneten Röntgenröhre (3) mit einem Fokus und einem gegenüberliegend am anderen Ende des C-Bogens angeordneten FPD-Röntgenbilddetektor (6) aufweist und wobei der Fokus der Röntgenröhre (3) unter Aufnahme der Reihe von Kegelstrahl-Röntgenprojektionsaufnahmen mit vorgegebener Bildqualität entlang einer zusammenhängenden ebenen und monoton zu durchfahrenden Fokustrajektorie mit einem rotatorischen Abschnitt und zwei an den Enden des rotatorischen Abschnitts anschließenden translatorischen Abschnitten zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt bewegt wird, • einer Systemsteuerungseinheit (100), • einer Bewegungssteuerungseinheit (103), die alle Bewegungen des C-Bogen-Röntgengeräts (2) zum Durchfahren des Fokus auf der Fokustrajektorie unter Berücksichtigung von in der Bewegungssteuerungseinheit (103) hinterlegten Kinematik mit Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen steuert, • einer Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), • einer Scanparameter-Erzeugungseinheit (107), • einer Rekonstruktionseinheit (117), • einer Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Empfange eine von einem Benutzer aus einer Vielzahl von in einer Organprogramm-Datenbank (115) zur Verfügung stehenden Fokustrajektorien ausgewählte Fokustrajektorie mit rotatorischem und translatorischen Anteilen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107), b) empfange eine Information über die Lage des gewünschten Scanzentrums (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107), c) empfange eine Information über die Soll-Aufnahmedichte der Röntgenprojektionsaufnahmen, wobei die Information eine der Information ist aus der Gesamtzahl N der Aufnahmen über die gesamte Länge der Fokustrajektorie und dem mittleren Winkelabstand Δα_soll im rotatorischen Teil der Fokustrajektorie zwischen zwei Fokuspositionen bezogen auf das Scanzentrum durch die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107), d) übermittle die Scanparameter an die Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108), e) rechne die Fokustrajektorie mit dem Scanzentrum (20, 51) als Koordinatenursprung in Polarkoordinaten um, f) errechne die Fokussollpositionen F_i(r_i,α_i) auf der Fokustrajektorie, an denen jeweils eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden soll mit der Vorgabe einer konstanten Aufnahmedichte dn/dα der Projektionsaufnahmen, wobei die Polarwinkel α_i der Fokussollpositionen zwischen dem Polarwinkel α_anfang=α_i am Startpunkt der Fokustrajektorie und dem Polarwinkel α_ende am Endpunkt der Fokustrajektorie bei gegebenem N der Bedingung α_i=α₁+ (i - 1)*Δα mit 1=1 bis i=N, wobei Δα=(α_ende-α₁)/(N-1) und bei gegebenem Δα_soll der Bedingung α_i=α₁+(i-1) *Δα_soll mit i=1 bis i=M, wobei M=(α_ende-α₁) /Δα_soll, g) stelle die Fokussollpositionen der Bewegungssteuerungseinheit (103) zur Verfügung, h) berechne aus der in der Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) hinterlegten Fokustrajektorie, einem kinematischen Modell des C-Bogens und damit verknüpften Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen die Motoransteuersignale für die motorisierten Achsen (x(t), y(t), ϕ(t)), die die zeitabhängige Bewegung des Fokus auf der Fokustrajektorie beschreiben sowie den zeitlichen Verlauf des Polarwinkels α(t), i) erzeuge eine Information über das Erreichen einer Fokussollposition und übermittle diese an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (103), j) veranlasse die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Röntgenprojektionsaufnahme auszulösen, k) nehme sukzessive die Reihe der Röntgenprojektionsaufnahmen auf und stelle die Bilddaten der Röntgenprojektionsaufnahmen mit den Koordinaten des Fokus zum Aufnahmezeitpunkt, der Fokustrajektorie und der Lage des Scanzentrums der Rekonstruktionseinheit (117) zur Verfügung.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über das Erreichen einer Fokussollposition im Merkmal i)dadurch gewonnen wird, dass die Polarwinkelgeschwindigkeit dα/dt des Fokus auf der Fokustrajektorie errechnet wird und zusammen mit dem Polarwinkelabstand Δα zweier Fokus-Sollpositionen ein zeitabhängiges Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal f(t)=dα/dt*1/Δα errechnet wird und das Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal synchron an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) übermittelt wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über das Erreichen einer Fokussollposition im Merkmal i) durch Überwachen des Polarwinkels α(t) erzeugt wird, wobei bei Erreichen eines Polarwinkels α_i einer Fokussollposition ein Triggersignal an die die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) zur zeitnahen Auslösung einer Röntgenprojektionsaufnahme übermittelt wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) Werte für eine minimale Soll-Bildaufnahmefrequenz f_min, eine maximale Soll-Bildaufnahmefrequenz f_max und eine optionale Start-Soll-Bildaufnahmefrequenz f_start aus dem Speicher der Systemsteuerungseinheit (100) empfängt und das errechnete Soll-Bildaufnahmefrequenzsignal f(t) bei drohendem Überschreiten der Grenzwerte und bei einer Abweichung in der Start-Soll-Bildaufnahmefrequenz stetig geändert wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerungseinheit (100) weiterhin ausgelegt ist ein Signal („AEC-low-Statussignal“) zu generieren und der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) zur Verfügung zu stellen, wenn eine Röntgenprojektionsaufnahme mit unzureichender Belichtung generiert und Bilddaten mit einem zu hohen Rauschanteil aufgenommen wurden, wobei bei Vorliegen eines AEC-low-Statussignals zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine weitere Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbildaufnahmedichte dn/dα stetig erhöht wird, wenn in der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) ein AEC-low-Statussignal empfangen wurde und die Projektionsbildaufnahmedichte dn/dα stetig von der aktuellen Aufnahmedichte zu der Soll-Aufnahmedichte dn_soll/dα erniedrigt wird, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wurde.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) eingerichtet ist, die Projektionsbildaufnahmerate dn/dt zu jedem Zeitpunkt gegenüber der Sollbildrate an jeder Winkelposition der Fokustrajektorie stetig zu erhöhen, wenn ein AEC-low-Statussignal von der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) empfangen wurde und die Projektionsbildaufnahmerate stetig bis zur Sollbildrate zu erniedrigen, wenn kein AEC-low-Statussignal empfangen wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem (1) weiterhin eine simultan mit dem C-Bogen-Röntgengerät (2) motorisch steuerbare Patientenliege (23) aufweist und das Steuerverfahren für die Bewegungssteuerungseinheit (103) das C-Bogen-Röntgengerät (2) und die Patientenliege (23) nach einer Bewegungsvorschrift zum Führen des Fokus entlang der Fokustrajektorie um das Scanzentrum (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) synchron steuert.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) die Fokus-Sollpositionen an die Bewegungssteuerungseinheit (103) übermittelt und dort durch Vergleich mit der aktuellen Fokusposition ein Austastsignal ermittelt wird, das in der Bildaufnahmesteuerungseinheit (104) eine winkelabhängige Bildaufnahmefrequenz f(α) dadurch erzeugt, dass aus einem V-Sync-Bildaufnahmeauslösesignal konstanter Frequenz Impulse ausgetastet werden, wenn in der Bewegungssteuerungseinheit (103) keine Übereinstimmung der aktuellen Fokusposition mit der Soll-Fokusposition ermittelt wurde.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) weiterhin zusammen mit der Fokustrajektorie eine von einer geschätzten fokuspositionsabhängigen Patientenabsorption abhängige Gewichtungsfunktion empfängt, die nach Umrechnung in Polarkoordinaten g(α) zur Gewichtung der Bildaufnahmefrequenz f_gew.(α)=f(α)*g(α) verwendet wird.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) weiterhin aufweist: a) eine Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) die eingerichtet ist, eine von einem Benutzer aus einer Vielzahl von in einer Organprogramm-Datenbank (115) zur Verfügung stehenden Fokustrajektorien ausgewählte Fokustrajektorie mit rotatorischem und translatorischen Anteilen im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1), eine Information über das gewünschte Scanzentrum (20, 51) im Koordinatensystem des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1), eine Information über die Soll-Aufnahmedichte zu empfangen, wobei die Information eine der Information über die Gesamtzahl N der Aufnahmen über die gesamte Länge der Fokustrajektorie und über den mittleren Winkelabstand Δα_soll im rotatorischen Teil der Fokustrajektorie zwischen zwei Fokuspositionen bezogen auf das Scanzentrum darstellt und weiterhin eingerichtet ist, die Scanparameter der Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108) zur Verfügung zu stellen, b) eine Fokus-Sollpositionsermittlungseinheit (108), die eingerichtet ist, die Fokustrajektorie mit dem Scanzentrum (20, 51) als Koordinatenursprung in Polarkoordinaten umzurechnen, die Fokussollpositionen F_i(r_i, α_i) auf der Fokustrajektorie, an denen jeweils eine Röntgenprojektionsaufnahme aufgenommen werden soll, zu berechnen, wobei die Polarwinkel α_i der Fokussollpositionen zwischen dem Polarwinkel α_anfang=α₁ am Startpunkt der Fokustrajektorie und dem Polarwinkel α_ende am Endpunkt der Fokustrajektorie bei gegebenem N der Bedingung α_i=α₁+(i-1)*Δα mit 1=1 bis i=N, wobei Δα=(α_ende- α₁)/(N-1) und bei gegebenem Δα_soll der Bedingung α_i=α₁+(i-1)* Δα_soll mit i=1 bis i=M, wobei M=(α_ende-α₁) /Δα_soll und weiterhin eingerichtet ist, die Fokussollpositionen der Bewegungssteuerungseinheit (103) zur Verfügung zu stellen, c) eine Bewegungssteuerungseinheit (103), die eingerichtet ist, eine aus der in der Scanparameter-Erzeugungseinheit (107) hinterlegten Fokustrajektorie, einem kinematischen Modell des C-Bogens und damit verknüpften Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen die Motoransteuersignale für die motorisierten Achsen (x(t), y(t), ϕ(t)), die die zeitabhängige Bewegung des Fokus auf der Fokustrajektorie beschreiben, zu berechnen sowie den zeitlichen Verlauf des Polarwinkels α(t) zu berechnen und eine Information über das Erreichen einer Fokussollposition an die Bildaufnahmesteuerungseinheit (103) abzugeben, d) eine Bildaufnahmesteuerungseinheit (104), die eingerichtet ist, nach Erhalt einer Information zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Röntgenprojektionsaufnahme auszulösen und die Bewegungssteuerungseinheit (103) zu veranlassen, die Koordinaten des Fokus zum Zeitpunkt der Bildaufnahme zu ermitteln und der Rekonstruktionseinheit (117) zur Verfügung zu stellen.
C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das C-Bogen-Röntgendiagnostiksystem weiterhin ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm aufweist, welches direkt in eine Speichereinheit einer Steuerungseinheit eines C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems (1) ladbar ist, um alle Schritte zur Aufnahme eines Scans auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinheit des C-Bogen-Röntgendiagnostiksystems ausgeführt wird.