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"Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung"
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Die Erfindung betrifft eine Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung zur Erzeugung
von Schichtbildern eines dreidimensionalen Objektes, mit einer Vielzahl von Strahlenquellen
zur Durchstrahlung eines Objektbereichs aus unterschiedlichen Perspektiven, mit
einer jenseits des Objektes angeordneten elektronischen Bilddetektorvorrichtung
zur Aufzeichnung voneinander getrennter Perspektivbilder, und mit einer elektronischen
Vorrichtung zur Verschiebung und Uberlagerung der Perspektivbilder sowie zur Darstellung
der Schichtbilder.
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Eine derartige Anordnung ist bereits aus der DE-OS 28 Ol 329 bekannt.
Zur Verminderung von Artefakten werden die einzelnen Perspektivbilder in getrennter
Form mittels eines Bilddetektors aufgenommen und dann in einem weiteren Schritt
zu Schichtbildern synthetisiert. Um Schichtbilder mit guter Bildqualität herstellen
zu können, sind üblicherweise 20 bis 30 oder mehr Strahlenquellen erforderlich,
so daß selbst bei Durchstrahlung relativ kleiner gemeinsamer Objekte reiche große
Detektorflächen erforderlich sind, wenn sich die Perspektivbilder nicht überlagern
sollen. Es wurde daher in der DE-OS 28 01 329 erwähnt, Gruppen von getrennten Perspektivbildern
jeweils auf verschiedenen Filmen aufzunehmen, da das Bildfeld aller Perspektivbilder
die Größe der üblicherweise verwendeten Filmformate überstieg.
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Werden die Perspektivbilder elektronisch aufgezeichnet, beispielsweise
mittels einer Bildverstärkerkette, um anschließend eine elektronische Schichtsynthese
vornehmen
zu können, kann das Bildfeld aller Perspektivbilder nur
so groß wie die Eingangsfläche des elektronischen Bilddetektors sein. Derartige
Eingangsflächen sind aber bei handelsüblichen Bilddetektoren, z.B. Röntgenbildverstärkern,
relativ klein, so daß die Perspektivbilder wieder sich überlagernd aufgenommen werden
müßten. Eine Sonderanfertigung von Bilddetektoren mit der hier geforderten Größe
wäre dagegen sehr aufwendig und zudem relativ teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ku~rzzeit-Tomosyntheseanordnung
anzugeben, bei der auch zur Schichtdarstellung großer Objektbereiche die Perspektivbilder
in der zur Erzeugung einer guten Schichtbildqualität erforderlichen hohen Anzahl
in getrennter Form elektronisch aufgenommen und zu Schichtbildern synthetisiert
werden können, ohne daß hierzu Bilddetektoren mit besonders großer Eingangsfläche
erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bilddetektorvorrichtung
eine der Zahl der Strahlenbündel entsprechende Anzahl von Bilddetektoren besitzt,
und daß jeweils einem Strahlenbündel ein Bilddetektor zur Aufzeichnung des jeweiligen
Perspektivbildes zugeordnet ist.
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Hierdurch wird erreicht, daß auch große Objektbereiche mit der zur
Erzeugung einer guten Schichtbildqualität erforderlichen hohen Anzahl von Strahlenbündeln
unterschiedlicher Richtung durchstrahlt werden können, ohne daß die entsprechenden
elektronisch zu detektierenden Perspektivbilder einander überlagert aufgenommen
werden müssen. Auf diese Weise können Überlagerungsartefakte im rekonstruierten
Schichtbild vermieden werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung,
bei der eine Relativbewegung zwischen der Anordnung und dem Objekt vornehmbar ist,
ist zwischen den Strahlenquellen und dem Objekt eine Blendenanordnung mit in einer
Richtung verlaufenden schlitzförmigen Blendenöffnungen angeordnet, wobei die Eingangsfläche
der Bilddetektoren entsprechend der Ausdehnung der durch die Blendenöffnungen erzeugten
Strahlenbündel am Meßort streifenförmig ausgebildet ist.
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Mittels derartiger Strahlenbündel mit streifenförmigem Querschnitt
wird nur ein relativ schmaler Teil des gesamten zu untersuchenden Objektbereichs
durchstrahlt.
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Dieser Teilbereich erzeugt nur eine unbedeutende Streustrahlung, so
daß der Bildkontrast durch sie nicht herabgesetzt wird, was besonders wichtig ist
bei Knochenaufnahmen, z.B. Lendenwirbelaufnahmen. Hier entsteht wegen der großen
Dicke des Objektes eine erhebliche Streustrahlung. Zur Aufnahme des gesamten Objektbereichs
wird dann das Objekt um jeweils die Breite des Teilbereichs relativ zur Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung
verschoben und weitere (Teil-)Perspektivbilder aufgenommen. Der gesamte Objektbereich
wird somit abgetastet.
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Durch das erwähnte Abtasten des Objektbereichs wird natürlich die
Untersuchungszeit insgesamt verlängert. Da die Belichtungszeit bei einer Mehrfachstrahlenquelle
aber im msec-Bereich liegen kann und alle Strahlenbündel simultan ausgeblendet bzw.
eingeschaltet werden, sind mit der erfindungsgemäßen Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung
gleichen wohl angiographische Untersuchungen möglich.
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Die Dosis belastung für das Objekt ist die gleiche wie bei der gleichzeitigen
Bestrahlung des gesamten Objektbereichs, da im vorliegenden Fall jeweils nur der
Teil
des Objektbereichs bestrahlt wird, der gerade aufgezeichnet
bzw. abgetastet wird.
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Da die mittels der schlitzförmigen Blendenanordnung ausgeblendeten
Strahlenbündel gegenüber den ursprünglichen Strahlenbündeln einen kleineren Querschnitt
in der Detektionsebene (Bildfläche) aufweisen, kann ferner bei gleicher Größe der
Bildfläche die Zahl derartiger Strahlenbündel, ohne daß sich die entsprechenden
Perspektivbilder überlagern, zwecks weiterer Verbesserung der Schichtbildqualität
erhöht werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung besitzt
die elektronische Vorrichtung zur Verschiebung und Überlagerung der Perspektivbilder
zusätzlich einen Speicher zur Speicherung der Perspektiv- bzw Schichtbilder.
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Bei der Abtastung eines Objektbereichs können dann die jeweiligen
Teilschichtbilder gespeichert und anschließend zu einem Schichtbild des gesamten
Objektbereichs zusammengesetzt werden, das z=B. auf einem Monitor darstellbar ist.
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Es können aber auch die einzelnen Teilperspektivbilder gespeichert
und anschließend zu Perspektivbildern des gesamten Objektbereichs zusammengesetzt
werden, aus denen dann ein Schichtbild synthetisiert wird.
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Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen
die Bilddetektoren aus einer Vielzahl von zeilenförmig angeordneten Detektorelementen
Beispielsweise können die Detektorelemente Ionisationskammern, Halbleiterdetektoren
mit vorgesetzten Szintillatoren zur Umwandlung der das Objekt durchdringenden Strahlung
in solche, auf die der Halbleiterdetektor anspricht, oder andere geeignete Strahlungsdetektoren
sein. Mit Hilfe derartiger
Bilddetektoren können kontrastreichere
Bilder, allerdings bei geringerer räumlicher Auflösung, erzeugt werden. Bilddetektoren
dieser Art sind bereits aus der US-PS 41 79 100 bekannt.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es
zeigen: Fig. 1 eine Kurzzeit-Tomosytheseanordnung mit zeilenförmig angeordneten
Detektorelementen, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Bilddetektoren, Fig. 3 aus Teilperspektivbildern
zusammengesetzte Perspektivbilder.
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Eine Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung nach der Erfindung ist in Fig.
1 dargestellt. Sie besitzt mehrere in einer Strahlenquellenebene 1 liegende Strahlenquellen
2, z.B.
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20 bis 30 Röntgenstrahlenquellen, die in einem gemeinsamen Tank 3
angeordnet sind Die von den Strahlenquellen 2 gleichzeitig ausgehenden Strahlenbündel
4 werden mittels einer Blendenanordnung 5 derart simultan ausgeblendet, daß Strahlenbündel
4a mit streifenförmigem (z.B. rechteckigem) Querschnitt entstehen. Zu diesem Zweck
besitzt die Blendenanordnung schlitzförmige, den einzelnen Strahlenquellen 2 jeweils
zugeordnete Blendenöffnungen 5a, deren Schlitzlängsrichtungen zueinander parallel
liegen, und deren Verteilung in der Blendenanordnung 5 der Verteilung der Strahlenquellen
2 in der Strahlenquellenebene 1 entspricht.
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Die ausgeblendeten Strahlenbündel 4a sind so zueinander aus gerichtet,
daß sie sich in einem gemeinsamen Überlagerungsbereich 6 innerhalb eines auf einem
Tisch 7 liegenden Objektes 8 schneiden und auf jeweils einen Bilddetektor 9 treffen.
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Die Bilddetektoren 9 bzw. deren Detektoreingangsflächen, die alle
in einer parallel zur Strahlenquellenebene 1 liegenden Detektionsebene 10 (Bildebene)
angeordnet sind, sind dabei ebenfalls streifenförmig ausgebildet, wobei die
Querschnittsgröße
der Strahlenbündel 4a in der Detektionsebene 10 an die Größe der Detektoreingangsflächen
angepaßt ist, wie auch in Fig. 2 in einer Draufsicht auf die Bilddetektoren 9 dargestellt.
Ein Bilddetektor 9 erfaßt somit vollständig das ihm zugeordnete Strahlenbündel 4a
bzw Perspektivbild 11. Durch elektronische Überlagerung der mittels der Bilddetektoren
9 detektierten Perspektivbilder 11 innerhalb einer elektronischen Vorrichtung 12
können dann unterschiedliche, im Überlagerungsbereich 6 (Teilobjektbereich) liegende
Schichtbilder des Objektes 8 erzeugt und auf einem Monitor 13 dargestellt werden
Die elektronische Überlagerung von Perspektivbildern zu Schichtbildern ist bereits
aus der DE-OS 23 18 656 bekannt.
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Um Schichtbilder eines größeren Bereichs des Objektes 8 zu erzeugen,
kann dieses zur Abtastung mittels des verschiebbaren Tisches 7 in Pfeilrichtung
14 um die Breite des Überlagerungsbereichs 6 kontinuierlich oder schrittweise verschoben
werden Sodann können weitere (Teil-) Perspektivbilderil aufgenommen werden Die Mehrfach
strahlenquelle 3 wird nach Erreichung der jeweiligen Objektstellung kurzzeitig eingeschaltet,
während die Teilperspektivbilder von den Bilddetektoren-9 aufgenommen und anschließend
abgespeichert werden. Danach erfolgt die Aufnahme eines weiteren Teilbereichs. Die
Mehrfachstrahlenquelle 3 kann auch kontinuierlich betrieben werden, während die
Bilddetektoren 9 jeweils zum geeigneten Zeitpunkt eingeschaltet werden. Natürlich
könnte zur Aufnahme der Teilperspektivbilder auch die gesamte Kurzzeit-Tomosyntheseanordnung
oder nur die Blendenanordnung 5 gemeinsam mit den Bilddetektoren 9 relativ zum ruhenden
Objekt 8 bewegt werden.
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In Fig. 3 sind z.B. die mit den drei in Fig. 1 dargestellten Bilddetektoren
9 bei vier unterschiedlichen
Stellungen des Objektes 8 aufgenommenen
Teilperspektivbilder lla-d gezeigt. Diese-können während der Abtastung des Objektes
8 in einem Speicher 12a zwischengespechert werden. Nach Beendigung der Objektabtastung
werden sie zu Gesamtperspektivbildern 11' zusammengesetzt und zur Schichtbilderzeugung
überlagert.
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Es ist natürlich auch möglich, sich periodisch bewegende Objektbereiche
über ihre gesamte Ausdehnung im gleichen Bewegungszustand aufzuzeichnen (z.B. schlagendes
Herz).
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Hierzu müssen die Teilperspektivbilder bei jeder Verschiebestellung
des Objektes 8 jeweils nur im gleichen Bewegungszustand des Objektbereichs aufgenommen
werden (z.B. herzgetriggerte Aufnahmen).
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Die Bilddetektoren 9 bestehen zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl
von zeilenförmig angeordneten Detektorelementen 15, wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt.
Beispielsweise können Ionisationskammern, die zu einer Detektorreihe zusammengefügt
sind, verwendet werden. Es können aber auch Silicium- oder andere geeignete Halbleiterdetektoren
als Detektorelemente 15 Anwendung finden, die mit ge eigneten Szintillatoren gekoppelt
sind.
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Zur Verringerung der Abtastzeit eines größeren Objektbereiches kann
die Blendenanordnung 5 pro Strahlenquelle 2 auch zwei oder mehrere schlitzförmlge,
parallel zueinander liegende Blendenöffnungen 5a zur Erzeugung von Strahlenbündeln
4a besitzen. In der Detektionsebene 10 sind dann eine der Zahl der Strahlenbündel
4a entsprechende Anzahl von Bilddetektoren 9 anzuordnen.
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