DE3811823A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von daten fuer ein computertomogramm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von CT-Daten (Computertomogramm-Daten) unter Verwendung kontinuierlicher Strahlung in einem Computerto­ mograph.

Bei einem herkömmlichen Computertomograph werden eine Rönt­ genstrahlenquelle, die einen fächerartigen Strahl erzeugt, und ein Röntgenstrahlendetektor mit mehreren Kanälen, der der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegt, gemeinsam um ein untersuchtes Subjekt gedreht, damit man Daten von den Rönt­ genstrahlen erhält, die das Subjekt durchlaufen haben. Es gibt folgende Verfahren zur Gewinnung von Röntgenstrahlen­ daten von einem Fächerstrahl:

• 1) Die Röntgenstrahlendaten werden gleichzeitig von allen Kanälen des Röntgenstrahlendetektors erfaßt und die Daten der jeweiligen Kanäle dann sequentiell an einen Datenpro­ zessor übertragen.

• 2) Die Kanäle des Röntgenstrahlendetektors werden auf einer Zeitmultiplexbasis betrieben, so daß die Röntgen­ strahlendaten sequentiell erhalten werden, wobei die je­ weils von einem Kanal erhaltenen Röntgenstrahlendaten so­ fort nach ihrem Erhalt an den Datenprozessor übertragen werden. Wenn bei dem ersten Verfahren die Röntgenstrahlendaten durch kontinuierliche Aussendung von Röntgenstrahlen gewon­ nen werden, ist für alle Kanäle des Detektors eine zusätz­ liche Zeitspanne nach dem Ende der Datengewinnung bis zum Ende der Datenübertragung erforderlich. Da es sich um eine kontinuierliche Röntgenstrahlung handelt, wird diese auch während der zusätzlichen Zeitspanne ausgesendet, ist aber nutzlos.Bei dem zweiten Verfahren tritt andererseits nachfolgendes Problem auf, da der Zeitpunkt der Röntgenstrahlengewinnung von Kanal zu Kanal des Detektors verschieden ist.Wenn beispielsweise, wie in Fig. 1A gezeigt ist, die Rönt­ genstrahlenquelle 1 und der Röntgenstrahlendetektor 4, der der Quelle 1 gegenüberliegende Kanäle aufweist, in einer Richtung 3 a um den Mittelpunkt 2 des Subjekts P als Dreh­ achse gedreht werden, wenn mit anderen Worten die Röntgen­ strahlenquelle 1 unter Erzeugung eines Röntgenfächerstrahls von einer Position 1 a zu einer Position 1 b bewegt wird, werden vom Röntgenstrahlendetektor 4 sequentiell Röntgen­ strahlendaten gewonnen, und zwar Daten von einem ersten Kanal 4 b entsprechend einem Röntgenstrahlengang 7 bis zu Daten von einem 512-ten Kanal 4 a entsprechend einem Rönt­ genstrahlengang 8 a. Die Daten werden also sequentiell in der Datengewinnungsrichtung 6 (siehe auch Fig. 2) erhalten. Dies entspricht dem Fall, daß Daten auf der Basis eines Fä­ cherstrahls gewonnen werden, der von einem Schnittpunkt 9 (imaginärer Punkt) der Röntgenstrahlengänge ausgesendet wird. Die Lage dieses imaginären Punkts 9 liegt näher zum Subjekt P als die tatsächliche Lage 1 a oder 1 b der Röntgen­ strahlenquelle 1.Wenn die Röntgenstrahlenquelle 1 andererseits in entgegen­ gesetzter Richtung 3 b gedreht wird, wie es in Fig. 1B dar­ gestellt ist, werden Daten sequentiell längs der Richtung 6 von dem ersten Kanal 4 b entsprechend dem Röntgenstrahlen­ gang 7 der Röntgenstrahlenquelle 1 in der Stellung 1 a bis zum 512-ten Kanal 4 a entsprechend dem Röntgenstrahlengang 8 b der Röntgenstrahlenquelle 1 in der Stellung 1 c gewonnen. In diesem Fall liegt der Schnittpunkt 10 (wieder ein imagi­ närer Punkt) der Röntgenstrahlengänge 7 und 8 b außerhalb der tatsächlichen Position 1 a oder 1 c der Röntgenstrahlen­ quelle 1 in bezug auf das Subjekt P.Wenn die Datengewinnungsrichtung unabhängig von der Dreh­ richtung der Strahlenquelle konstant bleibt, erhält man Da­ ten mit unterschiedlichen Maßstabsfaktoren, da die Lage der imaginären Quelle sich mit der Drehrichtung der tatsächli­ chen Strahlenquelle ändert. Beim Aufbau des Computertomo­ gramms müssen deshalb zur Korrektur der Daten verschiedene Parameter, die von den unterschiedlichen Maßstabsfaktoren beeinflußt werden, eingestellt werden. Wenn die Datenkor­ rektur durch Computerverarbeitung durchgeführt wird, treten Probleme in bezug auf die Verarbeitungszeit, die Datenspei­ cherkapazität, etc. auf.Es ist deshalb wünschenswert, die CT-Daten in einer solchen Weise zu gewinnen, daß Computertomogramme ohne Datenkorrek­ tur aufgrund verschiedener Maßstabsfaktoren erstellt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Gewinnung von CT-Daten zu schaffen, die ohne Datenkorrektur aufgrund unterschiedlicher Maßstabsfaktoren nach Maßgabe der Drehrichtung einer Röntgenstrahlenquelle in einem Computertomographen auskommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ mäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentan­ spruch 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1A und 1B Ansichten zur Erläuterung einer her­ kömmlichen CT-Datengewinnung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der herkömmlichen CT- Datengewinnung,

Fig. 3 eine Anordnung zur CT-Datengewinnung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Betriebsweise eines Mikroprozessors in der Vorrichtung zur CT-Datengewinnung zeigt,

Fig. 5A und 5B Ansichten der Art der CT-Datengewinnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6A und 6B Zeitdiagramme der CT-Datengewinnung in der Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 3 ist ein Außengehäuse 13 mit einer Öffnung 14 versehen, in die ein zu untersuchendes Subjekt P eingeführt wird. In dem Außengehäuse 13 sind eine Röntgenstrahlen­ quelle 11 und ein Röntgenstrahlendetektor 12 so angeordnet, daß sie einander unter Zwischenlage des Subjekts P gegen­ überliegen und mittels eines Motors und einer Motoran­ triebsschaltung, die nicht gezeigt sind, um das Subjekt P gedreht werden können.

Vom Röntgenstrahlendetektor 12 erhaltene Daten werden mit­ tels eines Verstärkers 16 verstärkt, in einem Integrator 17 integriert und dann über einen Multiplexer 18 in eine Da­ tenverarbeitungseinheit 19 eingegeben. Die Datenverarbei­ tungseinheit 19 enthält einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D- Umsetzer), der nicht gezeigt ist, und rekonstruiert auf der Basis der von diesem A/D-Umsetzer erhaltenen digitalen Da­ ten ein Computertomogramm. Ein Mikroprozessor 15 liefert ein Signal S 1 das die Drehrichtung für die Röntgenstrah­ lenquelle 11 und den Röntgenstrahlendetektor 12 festlegt, ein Signal S 2, das die Datengewinnungsrichtung bei der Vielzahl von Kanälen des Röntgenstrahlendetektors 12 fest­ legt, und ein Signal S 3 für die Verarbeitung zum Aufbau des Tomogramms auf der Basis der von dem Röntgenstrahlendetek­ tor 12 erhaltenen Daten.

Die Arbeitsweise des Mikroprozessors 15 soll anhand des Flußdiagramms in Fig. 4 beschrieben werden. Im Schritt F 1 liefert der Mikroprozessor 15 das Befehlssignal S 1 an die Motorantriebsschaltung zum Einschalten der Drehrichtung für die Röntgenstrahlenquelle 11 und den Röntgenstrahlendetek­ tor 12.

Im Schritt F 2 liefert der Mikroprozessor 15 das Befehlssig­ nal S 2 an den Multiplexer 18 derart, daß die Datengewin­ nungsrichtung der Kanäle des Röntgenstrahlendetektors 12 mit der Drehrichtung der Röntgenstrahlenquelle 11 und des Röntgenstrahlendetektors 12 übereinstimmt, wie sie von dem Befehlssignal S 1 im Schritt F 1 eingestellt wurde. Die Da­ tengewinnung wird durch die Schritte F 1 und F 2 gestartet. Im Schritt F 3 wird das Befehlssignal S 3 an die Datenverar­ beitungseinheit 19 geliefert, woraufhin das Computertomo­ gramm auf der Basis der gewonnenen Daten rekonstruiert wird.

Unter Bezug auf die Fig. 5A und 5B soll als nächstes die Arbeitsweise des Systems beschrieben werden.

Während gemäß Darstellung in Fig. 5A die Röntgenstrahlen­ quelle 11 und der Röntgenstrahlendetektor 12 mit 512 Kanä­ len in der Richtung 20 a gedreht werden, während sich also die Röntgenstrahlenquelle 11 von der Position 11 a zur Posi­ tion 11 b bewegt, wird die Datengewinnung für einen Fächer­ strahl ausgeführt, und zwar der Reihe nach vom ersten Kanal 12 b zum 512-ten Kanal 12 a, wie in Fig. 6A gezeigt. Der Röntgenstrahlendetektor 12 erfaßt zuerst die Daten im er­ sten Kanal 12 b für den Röntgenstrahlengang 22 a, dann der Reihe nach Daten in derselben Richtung wie die Drehrichtung 20 a von Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor 12, und schließlich die Daten im 512-ten Kanal 12 a für den Röntgenstrahlengang 24 a. Als Ergebnis werden Daten auf der Basis eines Fächerstrahls vom Schnittpunkt 21 a (imaginärer Punkt) der Röntgenstrahlengänge gewonnen. Es sei angemerkt, daß die Röntgenstrahlenquelle 11 und der Röntgenstrahlende­ tektor 12 sich um die Mitte 24 des Subjekts P als Drehachse drehen.

Zur Anordnung eines an die Drehschaltung des Computertomo­ graphen angeschlossenen Kabels, liefert, wenn Daten unter Drehung der Röntgenstrahlenquelle 11 und des Röntgenstrah­ lendetektors 12 in der Drehrichtung 20 b (Fig. 5B) gewonnen werden, der Mikroprozessor 15 das Signal S 2 zum Einschalten der Datengewinnungsrichtung 23 b des Röntgenstrahlendetek­ tors 12, so daß diese Datengewinnungsrichtung mit der Dreh­ richtung 20 b von Röntgenstrahlenquelle 11 und Röntgenstrah­ lendetektor 12 übereinstimmt. Das heißt, daß die Daten se­ quentiell vom 512-ten Kanal 12 a zum ersten Kanal 12 b gewon­ nen werden, wie in Fig. 6B gezeigt. Die Daten im 512-ten Kanal 12 a basieren auf dem Röntgenstrahlengang 24 b von der Röntgenstrahlenquelle 11 in der Position 11 a und die Daten im ersten Kanal 12 b auf dem Röntgenstrahlengang 22 b von der Röntgenstrahlenquelle 11 in der Position 11 c. Als Folge da­ von befinden sich der Schnittpunkt 21 b der Röntgenstrahlen­ gänge in Fig. 5B und der Schnittpunkt 21 a in Fig. 5A auf konzentrischen Kreisen. Die Lage der imaginären Strahlen­ quelle des Fächerstrahls stimmt in diesem Fall unabhängig von der Drehrichtung von Röntgenstrahlenquelle und Röntgen­ strahlendetektor mit der derjenigen gemäß Fig. 5A überein. Zusätzlich liegt die Position 21 b der imaginären Quelle nä­ her zum Subjekt P als die tatsächliche Position 11 a oder 11 b der Röntgenstrahlenquelle.

Da, wie oben beschrieben, die Lagen der imaginären Quelle bei der Datengewinnung unabhängig von der Drehrichtung der Röntgenstrahlenquelle und des Röntgenstrahlendetektors übereinstimmen, ist keine Korrektur bezüglich eines Maß­ stabsfaktors bei dem Aufbau des Computertomogramms erfor­ derlich, so daß man eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und eine Reduzierung der Speicherkapazität erreicht. Da ferner die Position der imaginären Quelle bei der Datenge­ winnung näher zum Subjekt liegt als die tatsächliche Posi­ tion der Röntgenstrahlenquelle, wird eine Verbesserung der Auflösung erreicht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Gewinnung von Daten für ein Compu­ tertomogramm unter Verwendung einer Strahlenquelle (11) und eines Detektors (12) mit Kanälen (12 b, 12 a), die in einer Computertomographie-Vorrichtung enthalten sind, mit dem Schritt des Gewinnens der Computertomogramm-Daten des Sub­ jekts nach Maßgabe einer Datengewinnungsrichtung des Detek­ tors (12), gekennzeichnet durch die Schritte Einstellen einer Drehrichtung der Strahlenquelle (11),
Einstellen der Datengewinnungsrichtung für den Detek­ tor (12) durch Einstellen der Drehrichtung der Strahlen­ quelle (11), und
Gewinnen der Computertomogramm-Daten des Subjekts nach Maßgabe der eingestellten Datengewinnungsrichtung des Detektors (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewinnung der Computertomogramm- Daten von einem Ende zum anderen Ende der in dem Detektor (12) angeordneten Kanäle (12 b, 12 a) ausgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einstellens der Datengewinnungsrichtung des Detektors (12) einen Schritt der Auswahl der Datengewinnungsrichtung des Detektors (12) derart umfaßt, daß sie mit der Drehrichtung des Detektors (12) und der Drehrichtung der Strahlenquelle (11) übereinstimmt.

4. Vorrichtung zur Gewinnung von Daten für ein Compu­ tertomogramm eines Subjekts unter Verwendung einer Strah­ lenquelle und eines Kanäle aufweisenden Detektors, die in einer Computertomographie-Vorrichtung enthalten sind, um­ fassend eine Einrichtung zur Gewinnung der Computertomo­ gramm-Daten des Subjekts nach Maßgabe einer Datengewin­ nungsrichtung des Detektors (12), gekennzeichnet durch
eine erste Schalteinrichtung (15) zur Einstellung einer Drehrichtung der Strahlenquelle (11),
eine zweite Schalteinrichtung (15, 18) zur Einstel­ lung einer Datengewinnungsrichtung des Detektors (12) durch die Drehrichtung der Strahlenquelle (11), die durch die er­ ste Schalteinrichtung (15) eingestellt wurde, und
eine Einrichtung (19) zur Gewinnung der Computertomo­ gramm-Daten des Subjekts (P) nach Maßgabe der Datengewin­ nungsrichtung des Detektors (12), die von der zweiten Schalteinrichtung (15, 18) eingestellt wurde.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewinnung der Computertomogramm- Daten von einem zum anderen Ende der in dem Detektor (12) enthaltenen Kanäle ausgeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Schalteinrichtung (15, 18) eine Einrichtung zur Auswahl der Datengewinnungs­ richtung des Detektors (12) in einer solchen Weise umfaßt, daß diese Datengewinnungsrichtung mit der Drehrichtung des Detektors (12) und der Drehrichtung der Strahlenquelle (11) übereinstimmt.