DE4436688A1 - Computertomograph - Google Patents

Description

In der Computertomographie gewinnt die Technik der spiralför­ migen Abtastung eines Volumens zunehmend an Bedeutung. Hierzu ist es bekannt, eine Aufnahmeeinheit aus einem Röntgenstrah­ ler und einem Strahlendetektor auf einem Abtastrahmen anzu­ ordnen und den Abtastrahmen um einen Winkel größer als 360° zu drehen, während der Patiententisch in seiner Längsrichtung durch das abgetastete Meßfeld bewegt wird (US 5 291 402).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computertomo­ graphen für die spiralförmige Abtastung eines Untersuchungs­ objektes zu schaffen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich verbesserte Spiralabtastung bei hoher Röntgenleistung und damit eine kurze Aufnahmezeit erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeich­ nung. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Teile eines Computertomographen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der Abtastkurven bei dem Computer­ tomographen gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 und 4 die Schichtprofile konventioneller Spiralab­ tastung und der Abtastung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Meßfeld 1 dargestellt, in dem ein Patient 2 auf einem Patiententisch 3 liegt. Er wird zur Herstellung von Computertomogrammen um eine senkrecht zur Zeichenebene ver­ laufende Achse 4 von drei Röntgenstrahlern 5, 6, 7 abge­ tastet. Die Röntgenstrahler 5, 6, 7 sind hierzu um jeweils 120° versetzt symmetrisch auf einem Abtastrahmen 8 angeord­ net, welcher durch einen Motor 9 kontinuierlich gedreht wird. Die Röntgenstrahler 5, 6, 7 senden fächerförmige Röntgen­ strahlenbündel 10, 11, 12 aus, die das Meßfeld 1 und den Pa­ tienten 2 durchdringen und danach auf einem stationären De­ tektorring 13 auftreffen. Der Detektor kann auch aus einer Vielzahl von auf dem Abtastrahmen 8 mitrotierenden Detektoren aufgebaut sein, wobei jeweils einem Röntgenstrahler ein De­ tektor gegenübersteht. Jeder Detektor besteht aus einer oder mehreren Reihen von Detektorelementen. Die Ausgangssignale der Detektorelemente werden in bekannter Weise einem Rechner zugeführt, der daraus Bilder des gesamten durchstrahlten Be­ reiches des Patienten 2 berechnet und auf einem Monitor wie­ dergibt. Während der Drehung des Abtastrahmens 8 mit den Röntgenstrahlern 5, 6, 7 wird der Patiententisch 3 in seiner Längsrichtung durch das Meßfeld 1 geschoben, so daß ein Volu­ men des Patienten 2 abgetastet wird.

Die Fig. 2 zeigt drei Bahnen 14, 15, 16, auf denen sich die Foken der Röntgenstrahler 5, 6, 7 bewegen würden, wenn der Patiententisch 3 stationär wäre und der Abtastrahmen 8 in Richtung der Systemachse 4 bewegt werden würde. Die Foken sind dabei auf einem zum Detektorring 13 konzentrischen Kreis 17 angeordnet.

In dem Ausführungsbeispiel ist ein Spiral-Computertomograph mit stationärem Detektorring 13 und mehreren, nämlich drei Röntgenstrahlern 5, 6, 7 auf dem rotierenden Teil beschrie­ ben, der gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile hat:

• a) Die Spiralabtastung mit mehreren Röntgenstrahlern, vor­ zugsweise drei, bietet ein hohes Maß an Flexibilität. Bei einem Tischvorschub von einer Schichtdicke pro 360° Umlauf (Pitch = 1) erreicht man eine dreifach verbesserte Ab­ tastung in Vorschubrichtung und vermeidet damit Spiral­ artefakte. Schichtprofil und Quanten der berechneten Schnittbilder können retrospektiv über einen weiten Be­ reich variiert werden. Im günstigsten Fall ist das Schichtprofil annähernd identisch mit einer Einzelschicht (gestrichelte Darstellung in Fig. 4). Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig. 3 eine starke Abweichung zwischen dem ge­ messenen Schichtprofil und dem Schichtprofil einer Einzel­ schicht bei Verwendung nur eines Röntgenstrahlers. Schich­ ten mit höherer Quantenzahl besitzen ein entsprechend breiteres, jedoch annähernd trapezförmiges Profil und zei­ gen weniger Teilvolumenartefakte als eine Einzelschicht gleicher Breite. Die feinere Abtastung in Vorschubrichtung verbessert die Spiralinterpolation erheblich und sichert eine homogene Verteilung von Bildrauschen und räumlicher Auflösung in der Bildebene. Durch die Verwendung von meh­ reren parallelen Detektorzeilen kann die Abtastung weiter verbessert werden. Die feine Abtastung des Objektes in Vorschubrichtung erlaubt auch eine Entfaltung der gemesse­ nen Rohdaten und kann ein Schichtempfindlichkeitsprofil besser als die mechanische Kollimierung erreichen. Dadurch erhält man eine annähernd homogene Verteilung der Auf­ lösung in den drei Raumrichtungen.
• b) Die Röntgenleistung beträgt ein Vielfaches konventioneller Geräte (z. B. die 3fache Leistung bei Verwendung von drei Röntgenstrahlern) und ist vergleichbar mit der effektiven Röntgenleistung (nutzbare Bildquanten) einer Elektronen­ strahl-Maschine (EBT) oder einer konventionellen Maschine mit Mehrzeilendetektor.
• c) Die effektive Meßzeit für ein Bild beträgt nur einen Bruchteil der jetzigen Aufnahmezeit, z. B. 1/3 von 0,5 sec, also 0,17 sec für eine 360°-Datenerfassung und weniger als 100 msec für eine Teilabtastung. Diese Zeiten sind der EBT durchaus vergleichbar und allen konventionellen Geräten deutlich überlegen. Gleichzeitig kann die Abtastzeit be­ liebig verlängert und der notwendigen Dosis pro Bild ange­ paßt werden, ohne die Menge an Meßdaten zu erhöhen.

Bei Bedarf (Dünnschichtaufnahme großer Volumina, z. B. Lunge) kann der Pitch erhöht werden, bei Pitch = 3 erreicht man die Abtastung und Bildqualität der jetzigen Spiralimplementierung in einem Drittel der Zeit oder für das dreifache Volumen.

Die planare Aufnahmegeometrie vermeidet Fächerstrahl-Artefak­ te und den entsprechend hohen zusätzlichen Rechenaufwand. Bei Verwendung mehrerer Detektorzeilen kann der Fächerwinkel sehr klein gewählt werden. Die Bildqualität des für die Spiral-CT vorgeschlagenen Computertomographen übertrifft sowohl eine EBT-Maschine wie auch ein konventionelles Mehrzeilendetektor­ gerät. Ein feststehender Detektorring des Computertomographen kann gleichzeitig mehrfach, z. B. 3fach, verwendet werden; die zusätzlichen Gerätekosten beschränken sich dann auf zwei Röntgenstrahler mit Generator.

Claims (5)

1. Computertomograph für die spiralförmige Abtastung eines Patienten (2) mit einer Vielzahl von Röntgenstrahlern (5, 6, 7), welche mit ihren Foken auf einem zum Meßfeld (1) konzen­ trischen Kreis (17) symmetrisch angeordnet und um eine Systemachse (4) kontinuierlich drehbar sind, während eine Relativbewegung zwischen Röntgenstrahlern (5, 6, 7) und dem Patiententisch (3) in Tischlängsrichtung erfolgt.

2. Computertomograph nach Anspruch 1 mit einem das Meßfeld (1) umschließenden stationären Detektorring (13).

3. Computertomograph nach Anspruch 1 mit mehreren das Meßfeld (1) umschließenden mitrotierenden Detektoren.

4. Computertomograph nach Anspruch 2, bei dem der stationäre Detektorring (13) aus mehreren Zeilen besteht.

5. Computertomograph nach Anspruch 3, bei dem die mitrotie­ renden Detektoren jeweils aus mehreren Zeilen bestehen.