DE3715247A1

DE3715247A1 - Rechnergestuetztes roentgentomographiegeraet

Info

Publication number: DE3715247A1
Application number: DE19873715247
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Rifu; Kyojiro Nambu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1987-05-07
Publication date: 1987-11-12
Anticipated expiration: 2007-05-08
Also published as: US4807267A; JPH0763464B2; DE3715247C2; JPS62261342A

Description

Die Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Röntgentomographiegerät bzw. einen Röntgencomputertomographen.

Ein rechnergestütztes Röntgentomographiegerät umfaßt im allgemeinen einen Hauptdetektor zum Erfassen oder Abgreifen von Röntgenstrahlung und ihren durch ein Untersuchungsobjekt hindurch übertragenen gestreuten Komponenten nach dem Ausstrahlen der Röntgenstrahlung von einem Röntgenstrahler sowie außerhalb der Ebene liegende bzw. versetzte Detektoren (OOP-Detektoren oder -Sensoren) zum Erfassen von Streukomponenten entsprechend den auf den Hauptdetektor auftreffenden Streukomponenten. In diesem Fall erfolgt eine genaue Röntgendatenauswertung durch Subtrahieren der Daten der Streukomponenten, die durch den versetzten Detektor aus dem Detektions- oder Meßpegel des Hauptdetektors erfaßt worden sind.

Wenn bei dieser Methode die durch das gleiche (Untersuchungs-) Objekt hindurch übertragenen Streukomponenten auf den Hauptdetektor und den versetzten Detektor auftreffen, sind die von letzterem erfaßte Meßgröße a und die vom Hauptdetektor erfaßte Meßgröße b derart, daß der größte Teil der Meßgröße b eine Röntgenstrahlenmenge (oder -dosis) m eines Hauptstrahls, d. h. eines Strahls, der nach dem Ausstrahlen durch den Röntgenstrahler und dem Durchgang durch das Untersuchungsobjekt unmittelbar den Hauptdetektor erreicht, wiedergibt. In diesem Fall stellt die durch Subtraktion der Menge m von der Meßgröße b erhaltene Größe e (= b - m) die Streukomponente dar. Im allgemeinen ergibt sich dabei nicht a = e, und zwar aufgrund der Differenz in z. B. der Empfindlichkeit und der Form des Röntgendetektors. Aus diesem Grund ist es unmöglich, mittels des bisherigen Geräts in jedem Fall genaue Röntgenstrahldaten zu gewinnen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines rechnergestützten Röntgentomographiegeräts, mit dem die Streukomponente einer Röntgenstrahlung genau erfaßt werden kann und genaue Röntgenstrahlendaten aus dieser Größe der Streukomponente und einer durch einen Hauptdetektorteil erfaßten Menge (oder Dosis) der Röntgenstrahlen gewonnen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei dieser Gewinnung genauer Röntgenstrahldaten wird das Verhältnis (K = a/e) zwischen der Meßgröße a des versetzten Detektors und der Streukomponente e als konstant vorausgesetzt, wobei auf der Grundlage des Bekanntseins dieses Verhältnisses K eine Menge (oder Dosis) m der Röntgenstrahlung nach folgender Gleichung oder Beziehung abgeschätzt werden kann:

m = b - a/k

Erfindungsgemäß ist ein Röntgenstrahlenabschirmelement herausnehmbar zwischen einem Röntgenstrahler und einem Hauptdetektor montiert, um einen Hauptröntgenstrahl abzuschirmen. Das Verhältnis zwischen einer Menge oder Dosis (amount) der Streukomponente a, die bei durch das Abschirmelement abgeschirmtem Hauptröntgenstrahl auf den Hauptdetektor fällt, und einer Menge der durch einen Streustrahldetektor erfaßten Streukomponente e wird berechnet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines rechnergestützten Röntgentomographiegeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung einer Lagenbeziehung zwischen einer Röntgenröhre, einem Abschirmelement und Hauptdetektoren,

Fig. 4 eine Darstellung des abgeschirmten Röntgenstrahls und des Zustands, in welchem gestreute Strahlen oder Streustrahlen beim Gerät nach Fig. 1 auf einen Hauptdetektor fallen,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Ausgangspegels des Hauptdetektors,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines rechnergestützten Röntgentomographiegeräts gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem fixierten Abschirmelement,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Strahlengangs eines durch ein festes Abschirmelement bei der Anordnung nach Fig. 6 abgeschirmten Röntgenstrahls,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen rechnergestützten Tomographiegeräts und

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Abschirmelements, das relativ zum Tomographiegerät automatisch einführbar und herausnehmbar ist.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf ein rechnergestütztes Röntgentomographiegerät der vierten Generation. Bei diesem Gerät ist eine größere Anzahl von Hauptdetektoren Mj (j = 1 ∼ m) in einer kreisförmigen Anordnung fest angeordnet, wobei ein Röntgenstrahler XS längs des Umfangs dieser Detektoren Mj drehbar ist. Außerhalb der Ebene liegende oder versetzte Detektoren (OOP-Detektoren) Sj (j = 1 bis 3) sind dem Röntgenstrahler XS gegenüberstehend angeordnet und mit ihm mitdrehbar. Ein solcher Detektor Sj ist mit engem Abstand über dem Hauptdetektor Mj angeordnet, so daß dessen Fläche mit derjenigen des versetzten Detektors Si (bzw. Sj) koinzidiert (vgl. Fig. 2). Röntgenstrahlen- Abschirmelemente Shj (j = 1 bis 3) sind herausnehmbar zwischen dem Detektor Sj und dem Röntgenstrahler XS montiert. Jedes Abschirmelement Shj besteht aus einem Blei-Prisma einer Dicke von 7-6 mm und ist in einer Richtung senkrecht zu einer Schnitt- oder Scheibenebene A in einem Abstand von 50-150 mm vom Hauptdetektor Mj angeordnet. Das Abschirmelement Shj besitzt eine solche Größe, daß eine Drehanode XS-A von der Seite des Hauptdetektors Mj her in keinem Fall sichtbar (bzw. diesem gegenüber stets verdeckt) ist, d. h. es besitzt eine solche Länge, daß es den Hauptdetektor Mj und vorzugsweise den versetzten Detektor Sj verdeckt. Obgleich sich bei dieser Ausführungsform das Abschirmelement Shj in dichter Nähe zum Streustrahldetektor befindet, kann es auch an der Seite des Röntgenstrahlers angeordnet sein.

Ein Objekt 10 wird als Bezugsstreuungsobjekt im Zentrum 0 des Umfangs der erwähnten Kreisanordnung positioniert, wobei die Mittelachse des Objekts 10 in Ausrichtung mit dem Zentrum der Kreisanordnung und der Mittelachse des Abtasters, d. h. der Mittelachse der Strahlung vom Röntgenstrahler XS angeordnet wird. Das das Bezugsstreuungsobjekt bildende Objekt 10 besteht z. B. aus einem zylindrischen, mit Wasser gefüllten Acryl-Körper eines Durchmessers von 350 mm (350 ⌀).

Wenn mittels des Geräts nach Fig. 1 und 2 eine Abtastung durchgeführt werden soll, wird der Röntgenstrahler XS zusammen mit den außerhalb der Ebene liegenden oder versetzten Detektoren Sj und dem Abschirmelement Shj um die Abtastmittelachse als Rotationszentrum herum in Drehung gesetzt. Dabei bewegen sich die versetzten (out- of-plane) Detektoren Sj längs der Drehrichtung, wobei sie sequentiell die verschiedenen Hauptdetektoren Mj passieren. Während dieser Bewegung emittiert der Röntgenstrahler XS sequentiell einen Röntgenstrahl. Während Abschnitten der Drehung wird ein Hauptröntgenstrahl B _M vom Röntgenstahler XS gemäß Fig. 4 durch das Abschirmelement Shj kurzzeitig vollständig abgeschirmt, so daß er (dann) nicht auf den Hauptdetektor Mj trifft. Der Hauptdetektor Mj empfängt daher nur die Röntgenstrahlenkomponenten oder -anteile, die durch das Bezugsstreuungsobjekt gestreut werden und dann von der Richtung ausgehen, in welcher sie durch das Abschirmelement Shj nicht abgeschirmt werden. Aus diesem Grund enthält das Ausgangssignal b des Hauptdetektors Mj lediglich die Streukomponente e, aber in keinem Fall eine Hauptkomponente, d. h. eine durch m = 0 repräsentierte Komponente. Diese Größe wird durch S′ _MJ dargestellt, in welcher der Zusatz M den Hauptdetektor und der Zusatz j den Kanal des versetzten Detektors bezeichnen. Der Zustand dieses Ausgangssignals b ist in Fig. 5 dargestellt. Dies bedeutet, daß der Pegel des Ausgangssignals b auf einer unter einem Winkel ϕ i zu einer Mittelachse 0 gezogenen Linie als die Streukomponente e allein angesehen wird. Die anderen versetzten Detektoren S 2 und S 3 erfassen lediglich die entsprechenden Streukomponenten für die betreffenden Hauptdetektoren Mj, wie im Fall des Detektors S 1, und sie erzeugen das entsprechende Ausgangssignal e. Im allgemeinen wird diese Größe durch S′ _Sj angegeben, wobei der Zusatz S für den versetzten Detektor und der Zusatz j für den Kanal des versetzten Detektors stehen.

Ein Verhältnis K′ zwischen der durch den versetzten Detektor Sj erfaßten Streukomponente S′ _S und der durch den betreffenden Hauptdetektor Mj entsprechend dem Streustrahldetektor erfaßten Streukomponente S′ _M wird wie folgt ausgewertet:

K′j = S′ _Mj/S _Sj

Das Verhältnis K′ wird sequentiell ermittelt, bis der Röntgenstrahler eine Umdrehumg ausgeführt hat. Das betreffende Verhältnis K′j zeigt eine praktisch konstante Größe, abhängig von einer Änderung der Empfindlichkeit des Streustrahldetektors, einer Lagendifferenz zwischen dem Hauptdetektor und dem versetzten Detektor usw., und kann für das gesamte Gerät als gleich K angesehen werden. Wenn somit das Meßausgangssignal entsprechend dem durch den Hauptdetektor Mj in dem nicht durch das Abschirmelement Shj abgeschirmten Zustand erfaßten Röntgenstrahl mittels des Verhältnisses K korrigiert wird, kann (können) ein Detektionssignal oder Meßsignal entsprechend dem Hauptröntgenstrahl, d. h. von jeder Streukomponente freie Röntgenstrahldaten, gewonnen werden.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform - wie erwähnt - das Abschirmelement Shj zusammen mit dem Röntgenstrahler XS als Einheit umläuft, kann das Abschirmelement im Hauptdetektor montiert sein. In diesem Fall wird das vom Hauptdetektorteil M bei der Drehung des versetzten Detektors S gewonnene Meßsignal gemäß Fig. 7 als Kurvensignal ausgegeben; wenn dabei das Abschirmelement Shj auf einer der Röntgenstrahler XS mit dem versetzten Detektor verbindenden Geraden angeordnet ist, wird ein vom Hauptdetektor Mj, an welchem der Hauptröntgenstrahl durch das Abschirmelement Shj abgeschirmt wird, zu den von der Hauptröntgenstrahlkomponente unterschiedlichen Streukomponenten. Der Drehwinkel R des Röntgenstrahlers XS entsprechend dieser Detektions- oder Meßposition ist R 1 und R 2, und K wird anhand des Streukomponentensignals S _M vom Hauptdetektor Mj und der Streukomponente S _S vom versetzten Detektor ausgewertet.

Wenn das Gerät so ausgelegt ist, daß das Abschirmelement fixiert bzw. festgelegt ist, ist das Gerät bezüglich Aufbau und Arbeitsweise einfach, weil dabei kein Mechanismus zum Drehen des Abschirmelements erforderlich ist.

Die Methode zum Auswerten (evaluating) von K ist nachstehend anhand von Fig. 8 erläutert.

Der Bezugsstreuungskörper 10 und das Abschirmelement Shj sind auf die z. B. in Fig. 1 gezeigte Weise innerhalb des Hauptdetektorteils (Abtaster) angeordnet. Der Röntgenstrahler XS strahlt unter der Steuerung einer System- Steuereinheit 17 Röntgenstrahlung in das Objekt ab. Auf diese Weise wird ein Abtastvorgang mit dem Abtaster eingeleitet. Der Abtaster M liefert Röntgenstrahlmeßdaten vom betreffenden Hauptdetektor Mj zu einem Datensammelteil 11, der durch die Steuereinheit 17 angesteuert wird und die Röntgenstrahlmeßdaten vom Computertomographie- oder CT-Abtaster M sammelt und gesammelte Daten b zu einem Rechenteil 12 und einem Korrekturteil 14 liefert. Der Rechenteil 12 wird durch die Steuereinheit 17 angesteuert und berechnet tj (= a/e) aus der Streukomponente e der vom Datensammelteil 11 ausgegebenen Daten und der vom versetzten Detektor S erhaltenen Streukomponente a. Das Rechenergebnis K wird einem Speicher 13 zugeliefert und in ihm abgespeichert.

Die Arbeitsweise des rechnergestützten Röntgentomographiegeräts ist nachstehend in Verbindung mit dem Prozeß beschrieben, in welchem die CT-Daten einer Streustrahlenkorrektur mittels der so gewonnenen Größe K unterworfen werden.

Nachdem das Abschirmelement Shj gegenüber dem Abtaster entfernt worden ist, wird das Objekt abgetastet; dabei werden die vom Datensammelteil 11 erhaltenen Daten - die durch den Hauptdetektor Mj erfaßten Daten - dem Korrekturteil 14 zugeliefert. Letzterer berechnet aj/kj anhand der im Speicher 13 gespeicherten Größe Kj und eines Ausgangssignals aj vom Detektor Sj. Dies bedeutet, daß die Streukomponente aus den Meßdaten b beseitigt wird, so daß es mithin möglich ist, die zu messenden Detektions- oder Meßdaten m auszuwerten.

Die vom Korrekturteil 14 ausgegebenen Daten m werden einem Rekonstruktionsteil 15 eingegeben und in diesem in CT-Daten umgewandelt. Die Ausgangsdaten vom Rekonstruktionsteil 15 werden einem Anzeigeteil 16 eingegeben und durch diesen als Tomogramm wiedergegeben. Das auf diese Weise gewonnene Tomogramm ist ein von der genannten Streukomponente freies Bild, das als ziemlich genaues Bild wiedergegeben wird, um eine eindeutige Diagnose zu erlauben.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Röntgenstrahlen- Abschirm-Element Shj an einer Vorrichtung angebracht, welche die automatische Einführung dieses Elements in den Hauptdetektorteil M und sein Herausbringen aus ihm ermöglicht. Wie beispielsweise in Fig. 9 veranschaulicht ist, ist das Abschirmelement Shj mit einem Kolben 20 so verbunden, daß es in den Hauptdetektorteil M einführbar und aus ihm herausziehbar ist, wenn der Kolben durch eine in Abhängigkeit von einem Betätigungssignal betätigte Treibereinheit (driver) 21 angetrieben wird. In diesem Fall werden Korrekturdaten a und K ohne weiteres durch automatisches Einführen und Herausziehen des Abschirmelements Shj in den bzw. aus dem Hauptdetektorteil M gewonnen.

Erfindungsgemäß brauchen die genannten Korrekturdaten nicht jedesmal dann ausgewertet zu werden, wenn das Objekt (ein Patient) untersucht werden soll. Die Korrektur der Eingabedaten kann genau ausgeführt werden, indem die auf oben beschriebene Weise gewonnenen Korrekturdaten aus dem Speicher ausgelesen werden.

Als Abschirmelement kann ein solches aus Blei, aber auch aus Molybdän oder Wolfram eingesetzt werden.

Claims

1. Rechnergestütztes Röntgentomographiegerät, umfassend
eine Röntgenstrahlereinheit (XS) zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlung zu einem (Untersuchungs-) Objekt und
eine Hauptdetektoreinheit (M) aus einer Anzahl von Detektoren (Mj) zum Erfassen der nach dem Bestrahlen durch die Röntgenstrahlereinheit durch das Objekt hindurchgehenden Röntgenstrahlen oder -strahlung, gekennzeichnet durch
einen Streustrahl(en)detektor (Sj), der in einer Lage entsprechend mindestens einem der Röntgenstrahldetektoren in der Hauptdetektoreinheit (M) angeordnet ist,
eine Haupt-Röntgenstrahlen-Abschirmeinheit (Shj), die herausnehmbar längs einer die Röntgenstrahlereinheit mit der Hauptdetektoreinheit verbindenden Linie einführbar ist,
eine Einheit (12) zum Berechnen eines Korrekturkoeffizienten aus ersten und zweiten Streukomponenten- Meßdaten, die von der Hauptdetektoreinheit (M) und vom Streustrahldetektor (Sj) ausgegeben werden, die Streukomponenten erfassen, welche aufgrund eines anstelle des Objekts angeordneten Bezugsstreuungskörpers (10) hervorgerufen werden, während die Haupt- Röntgenstrahlen-Abschirmeinheit zwischen die Röntgenstrahlereinheit und eine Gruppe aus der Hauptdetektoreinheit und dem Streustrahldetektor eingefügt oder eingeschaltet ist, und
eine Einheit (14) zum Korrigieren der Meßdaten der Röntgenstrahlung, die durch das Objekt hindurchgedrungen ist und durch die Hauptdetektoreinheit erfaßt wurde, unter Heranziehung des von der Recheneinheit erhaltenen Korrekturkoeffizienten und einer Streustrahlgröße, die durch den Streustrahldetektor erfaßt und als durch die Hauptdetektoreinheit erfaßte Meßgröße geschätzt wurde.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdetektoreinheit (M) aus einer Kreisanordnung aus Hauptdetektoren (Mj) gebildet ist, die Röntgenstrahlereinheit eine(n) längs des Außenumfangs der Hauptdetektoreinheit umlaufende(n) Röntgenstrahler(quelle) (XS) umfaßt und der Streustrahldetektor und die Haupt-Röntgenstrahl-Abschirmeinheit Einheiten (Shj) sind, die zusammen mit dem Röntgenstrahler als Einheit (gemeinsam) umlaufen.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Röntgenstrahl-Abschirmeinheit ein Röntgenstrahl- Abschirmelement (Shj) solcher Abmessungen aufweist, daß es die Hauptdetektoreinheit und den Streustrahldetektor (Sj) vollständig gegenüber der von der Röntgenstrahlereinheit abgestrahlten Haupt- Röntgenstrahlung abschirmt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (Shj) aus einem Werkstoff wie Blei, Wolfram und Molybdän geformt ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdetektoreinheit (M) aus einer Kreisanordnung aus Hauptdetektoren (Mj) gebildet ist, die Röntgenstrahlereinheit eine(n) längs des Außenumfangs der Hauptdetektoreinheit umlaufende(n) Röntgenstrahler(quelle) (XS) umfaßt, die Haupt-Röntgenstrahl- Abschirmeinheit ein fest an einer vorbestimmten Stelle der Hauptdetektoreinheit angeordnetes Röntgenstrahl- Abschirmelement (Shj) aufweist und die Streustrahldetektoreinheit eine Einheit umfaßt, die zusammen mit dem Röntgenstrahler als Einheit umläuft.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (Shj) solche Abmessungen aufweist, daß es die Hauptdetektoren und den Streustrahldetektor vollständig gegenüber der von der Röntgenstrahlereinheit (XS) abgestrahlten Hauptröntgenstrahlung abschirmt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (Shj) aus einem Werkstoff wie Blei, Wolfram und Molybdän geformt ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsstreuungskörper (10) aus einem mit Wasser gefüllten Acryl-Zylinder besteht und der Bezugsstreuungskörper aus Metall oder (Kunst-) Harz geformt ist.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptabschirmeinheit ein Röntgenstrahl-Abschirmelement (Shj) aufweist, das herausnehmbar einführbar bzw. einschaltbar und in einem Abstand von 50- 150 mm vom Hauptdetektor angeordnet ist.

10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenabschirmeinheit ein zum Abschirmen der Röntgenstrahlung dienendes Abschirmelement (Shj) und eine automatische Zurückzieheinheit (20, 21) zum herausnehmbaren oder zurückziehbaren (detachably) Einführen des Abschirmelements in die Hauptdetektoreinheit umfaßt.

11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streustrahldetektor aus einer Anordnung aus Streustrahldetektoren (Sj) gebildet ist, die zusammen mit der Röntgenstrahlereinheit als Einheit bewegbar sind, und die Röntgenstrahl-Abschirmeinheit eine Anzahl von Abschirmelementen (Shj) aufweist, die auf einer Anzahl von Linien, welche jeweils die Röntgenstrahlereinheit mit dem Streustrahldetektor verbinden, angeordnet sind und die zusammen mit dem Streustrahldetektor und der Röntgenstrahlereinheit als Einheit (gemeinsam) umlaufen.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdetektoreinheit (M) aus einer Kreisanordnung aus Hauptdetektoren (Mj) besteht, die Röntgenstrahlereinheit ein längs eines Außenumfangs der Hauptdetektoreinheit umlaufender Röntgenstrahler (XS) ist und der Streustrahldetektor (Sj) und die Haupt-Röntgenstrahl-Abschirmeinheit (Shj) aus Einrichtungen gebildet sind, die zusammen mit dem Röntgenstrahler als Einheit (gemeinsam) umlaufen.