-
ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische diagnostische
Bildgebungssysteme und insbesondere auf Computer-Tomographie-Systeme
(CT), vor allem auf derartige Systeme, die für die klinische Überprüfung von
Patienten und potenziellen Patienten eingesetzt werden.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf CT-Scannersysteme, die Röntgenstrahlung
zur Erzeugung von Bildern der inneren Regionen von menschlichen
Patienten einsetzen. Der Fachkundige wird zu schätzen wissen, dass die vorliegende
Erfindung auch Anwendung in Verbindung mit industriellen CT-Systemen
zur Qualitätssicherung
und ähnlichen
Zwecken Anwendung findet.
-
Im
Allgemeinen umfassen CT-Systeme eine Röntgenquelle und Röntgendetektoren
zur Erkennung der Röntgenstrahlen,
nachdem diese eine Person oder ein Objekt durchquert haben. Die
Röntgenquelle
und die zugehörigen
Detektoren rotieren in den als CT-Systemen der dritten Generation
bekannten Systemen zusammen um das Objekt. Bei CT-Systemen der vierten
Generation rotiert die Röntgenquelle
um das zu untersuchende Objekt, während die Detektoren stationär sind und
das abzubildende Objekt umgeben.
-
In
der Vergangenheit wurden CT-Systeme für die detaillierte Untersuchung
von symptomatischen und kranken Patienten eingesetzt. In größerem Ausmaß als je
zuvor werden jedoch so genannte Reihenuntersuchungen bei asymptomatischen
und gesunden Patienten durchgeführt,
nach dem Prinzip, dass Vorbeugen besser als Heilen ist. Wenn bei
einem Patienten die Fehlfunktion eines Organs in einem sehr frühen Stadium
erkannt werden kann, ist eine vollständige Heilung wesentlich wahrscheinlicher.
Um Gesundheitsprobleme bereits in einer frühen Phase feststellen zu können, müssen die
Bilder ausreichend detailliert sein, um auf Gesundheitsprobleme
hinzuweisen. Reihenuntersuchungen sollten daher idealerweise die
Erfassung von zweidimensionalen und dreidimensionalen Bildern mit
Hilfe von spiralförmigen
Abtastungen (engl. helical scans) vorsehen.
-
Bei
Systemen, die ein spiralförmiges
Abtasten vorsehen, werden derzeit im Allgemeinen Röntgenquellen
verwendet, die den Patienten horizontal überqueren. Das bedeutet, dass
der Patienten horizontal auf einer Patientenauflage wie einer Liege
angeordnet ist und die Röntgenquelle
um den Patienten und die Liege herum rotiert, während sich die Liege horizontal
bewegt. Da die Röntgenquelle
um den Patienten und die Liege herum rotieren muss, hat das System
relativ große
Abmessungen. Darüber
hinaus bewegen sich die Röntgenquelle
und zugehörige
Peripherie über
einen großen
Teil jeder Umdrehung gegen die Schwerkraft, so dass das System mehr
Leistung und robustere Komponenten erfordert, wodurch sich die Abmessungen
und die Kosten der CT-Systeme ebenfalls erhöhen.
-
Es
gibt derzeit keine CT-Systeme, die in erster Linie für die Reihenuntersuchung
konzipiert sind und dennoch spiralförmig abtasten. Ein ideales
Reihenuntersuchungssystem sollte relativ klein und kostengünstig sein
und daher idealerweise in medizinische Zentren und Kliniken passen,
in denen die Reihenuntersuchungen meistens stattfinden. Um eine maximale
Erkennung latenter Gesundheitsprobleme sicherzustellen, sollte das
CT-Reihenuntersuchungsgerät
in der Lage sein, eine spiralförmige
Abtastung durchzuführen.
-
Natürlich wäre jedes
CT-System, das reduzierte Abmessungen aufweist und in der Lage ist,
Abtastungen, auch spiralförmige
Abtastungen durchzuführen,
von Nutzen, unabhängig
davon, ob es ausreichend kostengünstig
für Reihenuntersuchungen
ist.
-
Das
hier beschriebene System verschafft eine spiralförmige Abtastung in vertikaler
Richtung. Scanning-Systeme, bei denen das Abtastgerät durch vertikale
Bewegung positioniert wird, sind aus der Vergangenheit bekannt.
Derartige Scanning-Systeme lehren jedoch nicht die Nutzung einer
vertikalen Abtastung oder machen diese offensichtlich und sicherlich
nicht für
das Verschaffen einer spiralförmige Abtastung
in einfacher und eleganter Weise. Die vertikale Positionierung für CT-Abtastungen
wird zum Beispiel in der PCT-Anmeldung US90/05821, veröffentlicht
unter der Veröffentlichungsnummer
WO 91/07131, beschrieben, und der Inhalt dieser Anmeldung wird hiermit
durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet. Diese Vorrichtung
nach dem Stand der Technik nutzt die vertikale Bewegungsmöglichkeit
des Scanners, um den Scanner so zu positionieren, dass man ein CT-Bild
von einer gewünschten
Stelle in dem Patienten erhält,
und nicht für
die kontinuierliche Abtastung während
der vertikalen Bewegung. Während
der Abtastung findet keine Bewegung statt.
-
Ein
Beispiel eines kostengünstigen
CT-Röntgen-Scanners
nach dem Stand der Technik findet sich in der US-amerikanischen
Patentschrift 4.829.549. Der Scanner aus dieser Patentschrift führt jedoch
keine Ganzkörper-Abtastung
durch. Er ist konzipiert, um Gliedmaßen oder Teile von Gliedmaßen von
Patienten abzubilden und wird hauptsächlich zur Erkennung von Osteoporose
genutzt. Die vertikale Bewegung der abtastenden Teile des Systems
aus dieser Patentschrift dient zur Positionierung der abtastenden
Komponenten, und während
der Abtastung findet keine Bewegung statt.
-
Die
vertikale Abtastung ist in der US-amerikanischen Patentschrift 5.305.363
dargestellt. Dieses Patent beschreibt jedoch die Verwendung einer einzigartigen
Röntgenquelle
in Form einer ringförmigen
Röhre.
Das Patent schildert zwar die spiralförmige Abtastung, wenn die Abtastung
in horizontaler Richtung erfolgt, jedoch nicht die spiralförmige Abtastung,
wenn die Abtastung in vertikaler Richtung erfolgt. Da die vorliegende
Erfindung zur Aufgabe hat, ein kostengünstiges CT-System zu schaffen,
zielt die Beschreibung aus der Patentschrift 5.305.363 in eine umgekehrte
Richtung, denn tatsächlich
schafft sie ein kostenaufwändigeres
CT-System mit seiner einzigartigen ringförmigen Röntgenquelle, das dementsprechend
keineswegs wirtschaftlich für
Reihenuntersuchungen wäre.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein kleineres, aber extrem effizientes
CT-System zu schaffen, das unter anderem für Reihenuntersuchungen eingesetzt
werden kann. Um die Abmessungen und Kosten des CT-Systems zu reduzieren, wird
auf die Patientenauflage oder Liege, die normalerweise zu dem CT-Scanner
gehört,
verzichtet, und es wird vertikal abgetastet. Ein derartiges CT-System wird
in der US-amerikanischen Patentschrift US-A-5.574.763 beschrieben.
-
Gemäß einem
Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung umfasst das CT-Scanner-System eine Gantry oder einen CT-Ring,
der eine Röntgenquelle
und ein gegenüber
dieser Röntgenquelle
angeordnetes Detektorgerät
enthält.
Die Person sitzt oder steht in der Mitte des Rings, und der Ring
bewegt sich vertikal, während
er sich um den Patienten dreht, um die spiralförmigen Abtastungen zu liefern.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung werden die spiralförmigen Abtastbewegungen sowohl vertikal
als auch in Drehrichtung von der Quelle und den zugehörigen Detektoren
ausgeführt.
-
Gemäß einem
Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
wird eine kleine, kostengünstige
Röntgenröhren-Stromversorgung verwendet.
Zwischen den Patienten erfolgt ein Erhaltungsladen und während der
Abtastung eine Entladung. Das Hochspannungskabel an Systemen, bei denen
eine derartige Stromversorgung zum Einsatz kommt, braucht nicht
biegsam zu sein, weil die geladene Stromversorgung direkt an dem
rotierenden und sich vertikal bewegenden CT-Ring angebracht ist.
Das Hochspannungskabel zum Erhaltungsladen der Hochspannungs-Stromversorgung
wird während der
eigentlichen Abtastung abgezogen und nur zwischen den Abtastungen
angeschlossen.
-
Gemäß einem
Aspekt von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
werden die Anzeigedaten während
der Abtastung in einem Speicher an der sich bewegenden Gantry aufgezeichnet, so
dass kein teueres Gerät
zur Datenübertragung
benötigt
wird. Der Speicher, zum Beispiel eine Festplatte, wird zwischen
den Patienten ausgetauscht oder kann zwischen den Patienten ausgelesen
werden, und die Rekonstruktion erfolgt auf einer separaten Konsole.
Die separate Konsole kann für
eine Vielzahl von Scannern verwendet werden, oder die separate Konsole
kann über
Tag für
reguläre
Patienten im Krankenhaus genutzt werden und am Abend für die Reihenuntersuchung
von Patienten.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das System in einem mobilen Reihenuntersuchungsfahrzeug installiert,
und das Bild wird in einer zentralen öffentlichen Gesundheitsklinik
rekonstruiert und ausgewertet, wo eine einzige anspruchsvolle Verarbeitungs-Workstation
installiert sein kann, um eine Vielzahl derartiger mobiler Einheiten
zu bedienen.
-
Dementsprechend
schaffen bevorzugte Ausführungsformen
ein CT-System, das kostengünstig ist,
wenig Platz einnimmt und leicht ist, aber in der Lage ist, eine
effiziente spiralförmige
Abtastung durchzuführen.
Durch diese Vorteile eignet es sich ideal für Reihenuntersuchungen unter
Verwendung mehrerer Stationen oder für den Einsatz als mobile Einheit.
-
Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung wird ein Computer-Tomographie-Bildgebungssystem
geschaffen, das eine Gantry oder einen CT-Ring enthält, welcher
eine zentrale Röhre
definiert, die das darzustellende Objekt umgibt. An der genannten
Gantry ist mindestens eine Röntgenquelle angebracht,
um Röntgenstrahlen
zu e mittieren. An der Gantry sind gegenüber der genannten mindestens
einen Röntgenquelle
auch Röntgendetektoren angebracht,
um die Röntgenstrahlen
zu erkennen, die das genannte Objekt durchquert haben. Die Gantry
bewegt sich auf vertikal verlaufenden, spiralförmig angeordneten Schienen,
so dass die Röntgenquelle eine
Spiralform beschreibt und für
eine spiralförmige Abtastung
des Objekts sorgt, wenn sich die Gantry auf den vertikal verlaufenden,
spiralförmig
angeordneten Schienen fortbewegt. Alternativ bewegt sich die Gantry
vertikal, während
sich die mindestens eine Röntgenröhre um den
Patienten dreht, um eine spiralförmige
Abtastung zu ermöglichen.
-
Bei
Systemen der dritten Generation sind die Detektoren gegenüber der
mindestens einen Röntgenquelle
angebracht und so angeordnet, dass sie sich mit der mindestens einen
Röntgenquelle
um das Objekt drehen. Bei Systemen der vierten Generation dreht
sich nur die mindestens eine Röntgenquelle. Die
Detektoren sind an der Gantry montiert, die das Objekt umgibt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfassen die Detektoren, die im Rahmen der Erfindung
Einzelschicht-, Mehrschicht- oder Großflächen-Detektoren sein können, während der genannten spiralförmigen Abtastung
Bildgebungsdaten. Eine Bildrekonstruktionseinheit ist vorgesehen, um
Bilder aus den genannten Bildgebungsdaten zu rekonstruieren, und
Anzeigemittel zeigen die rekonstruierten Bilder an.
-
Erfindungsgemäß wird somit
ein Computer-Tomographie- (CT) Bildgebungssystem geschaffen, das
Folgendes umfasst: eine Gantry, die eine zentrale Röhre um ein
abzubildendes Objekt definiert; mindestens eine Röntgenquelle,
die an der Gantry angebracht ist und Röntgenstrahlen emittiert; Röntgendetektoren,
die an der genannten Gantry angebracht sind, um von der genannten
Quelle ausgesendete Röntgenstrahlen
zu erkennen, die das genannte Objekt durchquert haben; eine spiralförmige Bewegungsanordnung
zur Bewegung der Gantry in vertikaler Richtung, wobei gleichzeitig
die mindestens eine Röntgenquelle
um das abzubildende Objekt gedreht wird, um für eine spiralförmige Abtastung zu
sorgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die mindestens eine Röntgenquelle an
der genannten Gantry befestigt; und die spiralförmige Bewegungsanordnung umfasst
vertikal verlaufende, spiralförmig
angeordnete Schienen, um für eine
spiralförmige
Abtastung des Objekts zu sorgen, wenn sich die Gantry auf den Schienen
fortbewegt. Vorzugsweise umfasst die Anordnung weiterhin Kopplungseinheiten,
die an der genannten Gantry angebracht sind, um die genannte Gantry
mit den genannten Schienen zu koppeln. Vorzugsweise umfasst die
Anordnung eine Zahnstange auf den genannten Schie nen, wobei die
genannten Kopplungseinheiten Zahnräder enthalten, die in die genannte Zahnstange
eingreifen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zahnräder motorisiert.
Vorzugsweise sind die Detektoren angeordnet, um während der
genannten spiralförmigen
Abtastung Bildgebungsdaten zu erfassen.
-
Vorzugsweise
umfasst die Anordnung: eine Vertikalbewegungsanordnung zum Bewegen
der genannten Gantry mit mindestens einer Röntgenquelle in vertikaler Richtung;
eine Rotationsbewegungsanordnung, wobei sich die mindestens eine
Röntgenquelle
innerhalb der genannten Gantry um das genannten Objekt dreht, während sich
die genannte Gantry in vertikaler Richtung bewegt. Ferner sind vorzugsweise
Röntgendetektoren
fest gegenüber
der genannten mindestens einen Röntgenquelle
montiert, um Röntgenstrahlen
zu empfangen, die das Objekt durchquert haben, und um sich mit der
genannten mindestens einen Röntgenquelle
zu bewegen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
ein Bildrekonstruktionseinheit, die Bilder aus den genannten Bildgebungsdaten
rekonstruiert, und ein Monitor vorgesehen, auf dem die genannten
rekonstruierten Bilder angezeigt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das CT- Bildgebungssystem
einen Speicher, der die genannten erfassten Bilddaten empfängt, um
ein zentrales Bildgebungsdaten-Verarbeitungs- und Anzeigezentrum
mit Bildern versorgen zu können.
Vorzugsweise befindet sich der genannte Speicher auf der Gantry.
Ferner ist vorzugsweise eine Stromversorgungseinheit an der genannten Gantry
angebracht, um die Komponenten auf der genannten Gantry während der
spiralförmigen
Abtastung mit Strom zu versorgen. Weiterhin umfasst die Stromversorgungseinheit
vorzugsweise Hochspannungskondensatoren. Vorzugsweise ist ein Erhaltungsladegerät zum Laden
der Stromversorgungseinheit vorgesehen, wenn diese nicht in Betrieb
ist. Vorzugsweise sind die Kondensatoren während des Ladevorgangs parallel
geschaltet und während
des Betriebs in Reihe geschaltet.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung schließt
die mindestens eine Röntgenquelle
mehr als eine an der genannten Gantry angebrachte Röntgenquelle
ein. Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Röntgenquelle eine Röntgenquelle
mit einzelnem Brennfleck. Alternativ enthält die mindestens eine Röntgenquelle
mehrere Brennflecken.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Röntgendetektoren
eine einzelne Reihe von Röntgendetektoren.
Alternativ umfassen die Rönt gendetektoren
mehrere Reihen von Detektoren. Vorzugsweise umfassen die Röntgendetektoren
Flächendetektor-Anordnungen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Merkmale und Aufgaben der Erfindung, von denen angenommen wird,
dass sie neuartig sind, werden in den beigefügten Ansprüchen genau beschrieben. Die
Erfindung selbst jedoch, das Gerät, die
Organisation und die Funktionsweise, sowie die weiteren Aufgaben
und Vorteile der Erfindung können
am besten unter Bezugnahme auf die folgende, nicht einschränkende Beschreibung
und anhand der beigefügten
Zeichnungen nachvollzogen werden. Es zeigen:
-
1 eine
bildliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
1A eine
bildliche Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
bildliche Darstellung der mindestens einen Röntgenquelle und der zugehörigen Detektoranordnung
zur Durchführung
einer spiralförmigen
Abtastung eines Patienten, wobei die Röntgenquelle eine Röntgenabtastung
von einem einzelnen Brennfleck aus liefert;
-
3 eine
bildliche Darstellung der mindestens einen Röntgenquelle und der zugehörigen Detektoranordnung
zur Durchführung
einer spiralförmigen
Abtastung, wobei die Detektoranordnung mehrere Detektorreihen umfasst,
und wobei die mindestens eine Röntgenquelle
eine Vielzahl von Strahlenbündeln
liefert, die aus einer Vielzahl von Brennflecken austreten;
-
4 eine
Draufsicht auf das CT-System, bei dem sich die Gantry dreht, während sie
sich vertikal bewegt, um eine spiralförmige Abtastung durchzuführen;
-
4a eine
Teilansicht, die die kreisförmigen
und vertikalen Zahnstangen- und
Zahnrad-Anordnungen zeigt, die vorgesehen sind, um den CT-Ring drehen
und ihn gleichzeitig vertikal zu bewegen, so dass er eine spiralförmige Bewegung
beschreibt;
-
5 eine
Draufsicht auf das CT-System, wobei sich die Gantry auf vertikal
verlaufenden, spiralförmig
angeordneten Schienen bewegt, um eine spiralförmige Abtastung zu ermöglichen,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
5A eine
Seitenansicht, die die Zahnstangen- und Zahnrad-Anordnung zur Kopplung
der Gantry mit der spiralförmig
verlaufenden Schiene zeigt, so dass die Gantry eine spiralförmige Bewegung
beschreibt;
-
6 eine
Seitenansicht, die die vertikale Fortbewegung des CT-Rings zeigt,
während
sich die mindestens eine Röntgenquelle
dreht, um für
eine spiralförmige
Abtastung zu sorgen;
-
6A eine
Seitenansicht, die den CT-Ring bei seiner Bewegung auf der vertikal
angeordneten, spiralförmig
verlaufenden Schiene zeigt, so dass eine spiralförmige Abtastung entsteht;
-
7 ein
Blockschaltbild, das den CT-Ring und die begleitenden Steuerungs-,
Datenerfassungs- und Verarbeitungs-Teilsysteme zeigt, gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
eines CT-Systems der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Die
bildliche Darstellung des CT-Systems 31 aus 1 zeigt
eine CT-Gantry oder
einen CT-Ring 32, der mit vertikal angeordneter Achse montiert
ist. An dem CT-Ring sind mindestens eine Röntgenquelle 33 und
das mit 34 bezeichnete Detektorgerät angebracht. Der CT-Ring 32 ist
so konzipiert, dass er sich bei der vertikalen Abwärts- oder
Aufwärtsbewegung
um seine Achse dreht.
-
Bei
Systemen der dritten Generation sind sowohl die mindestens eine
Röntgenquelle
als auch die gegenüberliegend
angeordneten Detektoren mit der Gantry verbunden, um sich zusammen
um das Objekt zu drehen. Bei Systemen der vierten Generation ist
die mindestens eine Röntgenquelle
mit der Gantry gekoppelt, so dass sie sich mit der Gantry um das Objekt
dreht; stationär
angeordnete Detektoren umgeben das Objekt. Das Objekt oder der Patient
befindet sich innerhalb des Rings und ist vorzugsweise übereinstimmend
mit der Achse des Rings ausgerichtet. Eine Vielzahl von Auflagen
oder Stützen,
die in 1 mit 36, 37 und 38 bezeichnet
sind, stützen den
Ring, während
sich dieser um den Patienten dreht und sich dabei in vertikaler
Richtung bewegt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
dreht sich insbesondere die mindestens eine Röntgenröhre um den Patienten innerhalb
des Rings, der sich nicht dreht. Allerdings bewegt sich der Ring
mit der rotierenden Röntgenröhre in vertikaler
Richtung. Bei Systemen der dritten Generation bewegen sich sowohl
die mindestens eine Röntgenquelle
als auch die gegenüber
dieser angeordneten Detektoren innerhalb des Rings, während sich
der Ring in vertikaler Richtung bewegt. Bei Systemen der vierten
Generation dreht sich nur die mindestens eine Röntgenquelle innerhalb des sich
nicht drehenden, aber sich in vertikaler Richtung bewegenden Rings.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung haben die Stützen
Zahnstangen, die in die Zahnräder
der Getriebe, wie die in den 1, 4 und 4A mit 35a, 35b und 35c bezeichneten
Getriebe, eingreifen. Die Getriebe sind angeordnet, um den Ring 32 auf
der Zahnstange zu unterstützen
und für
die vertikale Bewegung des Rings zu sorgen. Die Getriebe sind auch
angeordnet, um dafür
zu sorgen, dass Zahnräder
in eine kreisförmige
Zahnstange eingreifen, um diese Zahnstange in Drehung zu versetzen.
Die kreisförmige
Zahnstange ist an der mindestens einen Röntgenquelle 33 angebracht,
um dafür
zu sorgen, dass sich die Röntgenquelle
mit dem Ring dreht. Alternativ ist die mindestens eine Röntgenquelle
an dem sich drehenden Ring 32 angebracht. Bei Systemen
der dritten Generation sind auch die Detektoren 34 mit
der kreisförmigen
Zahnstange oder dem CT-Ring gekoppelt, damit sich die Detektoren
mit der mindestens einen Röntgenquelle drehen.
-
Eine
Kammer 43 umgibt und schützt den Patienten, wenn sich
der CT-Ring 32 in vertikaler Richtung bewegt. Der Durchmesser
der Kammer ist kleiner als der Durchmesser des CT-Rings. Das System ist
auf einer Basis 41 montiert und umfasst diese. Eine Tür zu der
Kammer ist mit 42 bezeichnet und ermöglicht den Zugang zu der Kammer 43.
-
Es
liegt im Rahmen der Erfindung, eine Vielzahl von Röntgenquellen
vorzusehen; wenn das System jedoch für Reihenuntersuchungen eingesetzt werden
soll, wird eventuell die kostengünstigste
Version der Erfindung gewünscht,
und das ist die Version mit nur einer einzigen Röntgenquelle. Im Rahmen der Erfindung
kann eine Außenkammer
vorgesehen werden, in der das gesamte System 31 untergebracht
ist, einschließlich
der Stützen 36, 37 und 38.
-
In
der Ausführungsform
von 1A trägt eine
Vielzahl von Stützen,
bezeichnet mit 36a, 37a und 38a (und
eine vierte Stütze
ist nicht zu sehen), eine spiralförmig verlaufende Schiene 40a.
-
Der
Ring 32a ist an der Schiene 40a montiert, um sich
in einer im Allgemeinen vertikalen Richtung zu bewegen, während er
sich um den Patienten dreht, so dass er eine spiralförmige verlaufende
Bewegung relativ zu dem Objekt oder dem Patienten beschreibt. Im
Rahmen der Erfindung wird die spiralförmige Rotation des CT-Rings
entweder durch Schwerkraft geschaffen oder die Bewegung erfolgt motorunterstützt.
-
2 zeigt
bildlich die mindestens eine Röntgenquelle 33 und
die Detektoranordnung 34, die sich vertikal bewegen, während sie
sich drehen und für
eine spiralförmige
Abtastung des Objekts 44 sorgen, wie unter Bezugnahme auf 1 oder 1A beschrieben.
Die spiralförmige
Abtastbahn ist mit 46 bezeichnet und wird typischerweise
durch ein Röntgenstrahlenbündel von
einer einzigen Quelle mit einem einzelnen Brennfleck erzeugt. Die
Detektoranordnung 11 aus 2 ist als
nur eine einzelne Reihe von Detektorelementen dargestellt.
-
3 zeigt
ebenfalls eine spiralförmige
Abtastung, wie unter Bezugnahme auf die 1 und 1A beschrieben.
Bei der Version aus 3 ist eine Einheit vorgesehen,
in der die Röntgenquelle 33a eine
Röntgenröhre mit
mehr als einem Brennfleck enthält,
so dass die Röhre
eine Vielzahl von Röntgenstrahlenbündeln emittiert.
Eine Beschreibung einer Röntgenröhre mit
mehreren Brennflecken ist in der US-amerikanischen Patentschrift
4.689.809 zu finden. Eine Beschreibung von CT-Systemen, in denen
Röntgenquellen
mit mehreren Brennflecken zum Einsatz kommen, ist zum Beispiel in
der US-amerikanischen
Patentschrift 4.637.040 zu finden. Obwohl in den Figuren eine einzelne
Quelle dargestellt ist, liegt es im Rahmen der Erfindung, mehrere
Röntgenquellen
zu verwenden, wie in der US-amerikanischen Patentschrift 5.966.422
beschrieben.
-
Zusätzlich zu
einer verbesserten Röntgenquelle
ist ein verbesserter Detektor 34a dargestellt, der eine
Vielzahl von Detektorreihen enthält
und die Auflösung
des Systems steigert. Obwohl dies eine kostenaufwändigere
Version zu sein scheint, kann hierdurch tatsächlich die Größe der Röntgenröhre und
der Stromversorgungseinheit reduziert werden und damit auch die
Höhe der
Gesamtkosten. Eine Beschreibung von mehreren Detektorreihen ist
zum Beispiel in der US-amerikanischen Patentschrift 5.228.069 zu
finden. Die spiralförmige
Abtastbahn um das Objekt 44, die durch Strahlenbündel von
zwei Brennflecken erzeugt wird, ist in 3 mit 46a bezeichnet.
-
Die
Draufsicht aus 4 zeigt den CT-Ring 32,
der den Patienten 44 umgibt. In dieser Ansicht wurde die
Kammer 43 weggelassen. Gegenüber der Röntgenquelle 33 ist
das Detektorgerät 34 zur
Erkennung der Röntgenstrahlen
angeordnet, die den Patienten 44 durchquert haben.
-
Bei
einem System der vierten Generation umgeben die Detektoren den Pati
enten und rotieren nicht, sondern nur die Röntgenquelle rotiert.
-
In
der Ausführungsform
aus 4 ist der Ring 32 an einer kreisförmigen Schiene 45 befestigt. Die
mindestens eine Röntgenquelle 33 ist
entweder direkt oder über die
kreisförmige
Schiene 45 an dem Ring 32 befestigt. Bei Systemen
der dritten Generation sind auch die Detektoren 34 entweder
direkt oder über
die Schiene 45 an dem Ring 32 befestigt. Auf diese
Weise bewegen sich die mindestens eine Röntgenquelle und die Detektoren
in vertikaler Richtung mit dem Ring und drehen sich innerhalb des
sich vertikal bewegenden Rings, so dass die den Patienten 44 durchquerenden
Röntgenstrahlen
eine spiralförmige
Abtastung des Patienten ergeben.
-
Wie
in 4A dargestellt, umfasst die kreisförmige Schiene 45 eine
kreisförmige
Zahnstange 45a, die an der kreisförmigen Schiene angebracht ist. An
den Stützen 36 bis 39 sind
vertikale Zahnstangen, wie zum Beispiel die vertikale Zahnstange 47,
die mit der Stütze 37 abgebildet
ist, angebracht. Die Zahnräder
eines Getriebes 35 greifen in die Zahnstange 47 ein.
Entweder die Schwerkraft oder ein Motor sorgen dafür, dass
ein Antriebszahnrad 48, das in die Zahnräder der
Zahnstange eingreift, die kreisförmige Zahnstange 45 in
Drehung versetzt. Die kreisförmige Zahnstange 45 und
damit auch der Ring 32 werden dazu veranlasst, sich während der
vertikalen Bewegung des Rings 32 entlang der vertikalen
Zahnstange 47 zu drehen, so dass sich eine spiralförmige Abtastung
ergibt.
-
In
der Draufsicht aus 5 ist die spiralförmig verlaufende
Schiene 40a an Stützen 36a, 37a, 38a und 39a befestigt.
Der CT-Ring 32a ist über
die Kopplungseinheiten 49, 51, 52 und 53 mit
der Schiene verbunden. Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst die Schiene eine spiralförmige Zahnstange
und die Kopplungseinheiten enthalten motorisierte Zahnräder, die
in die Zahnstange eingreifen und die Gantry auf den spiralförmigen Schienen
vorwärtstreiben.
Alternativ enthalten die Kopplungseinheiten Bremsanordnungen zur
Steuerung der Abwärtsbewegung
der Gantry, wenn die Schwerkraft als treibende Kraft zum Antreiben
der Gantry genutzt wird. Die Gantry wird von Hand oder mit Hilfe
einer Hebevorrichtung angehoben, wenn die Schwerkraft die treibende
Kraft zum Vorwärtstreiben
der Gantry auf den Schienen dient, um die spiralförmige Bahn
zu ergeben.
-
5A zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Zahnstangen- und Zahnrad-Anordnung zur
Steuerung der Bewegung des CT-Rings 32 auf der Schiene 40a.
Wie in 5A dargestellt, enthalten die
Kopplungseinheiten wie die Einheit 51 ein motorisiertes
Zahnrad 56. Es dreht sich um seine Achse 57 und
greift in die Zahnstange 54 auf der Schiene 40a ein.
Das motorisierte Zahnrad wird entweder durch eine Stromversorgungseinheit
oder mit Hilfe von Bürsten
mit Energie versorgt, wie dem Fachkundigen bekannt sein wird.
-
Zu
beachten ist, dass, obwohl eine Zahnrad- und Zahnstangen-Anordnung
dargestellt ist, um die CT-Abtastkomponente in einer spiralförmigen Bahn zu
bewegen, dies nur als Beispiel gedacht ist und nicht einschränkend sein
soll.
-
6 zeigt
eine Seitenansicht, in der das Reihenuntersuchungs-CT-System 31 der 1, 4 und 4A dargestellt
ist. In der Ausführungsform
aus den 1, 4, 4A und 6 liegt der
CT-Ring 32 nicht auf spiralförmig angeordneten Schienen
auf. Vielmehr rotiert die mindestens eine Röntgenquelle innerhalb des Rings,
während
sich der Ring in vertikaler Richtung bewegt, wie durch den Pfeil
angegeben. Bei Systemen der dritten Generation rotieren die Detektoren 34 mit
der mindestens einen Röntgenquelle
innerhalb des Rings. Bei Systemen der vierten Generation umgeben
die Detektoren im Wesentlichen das Objekt oder den Patienten 44 und
drehen sich nicht.
-
In
der Ausführungsform
aus 6 ist die kreisförmige Schiene 45 mit
einer daran angebrachten kreisförmigen
Zahnstange 45a an dem CT-Ring 32 befestigt dargestellt.
Die Zahnräder
der Getriebe, wie dem Getriebe 35, greifen in die vertikalen
Zahnstangen, zum Beispiel die Zahnstange 47, ein, die an Stützen angebracht
sind. Gemäß einem
bevorzugten Aspekt einer Ausführungsform
der Erfindung veranlasst die Schwerkraft die Zahnstange dazu, die
Zahnräder
der Getriebe, zum Beispiel des Getriebes 35, anzutreiben.
Die Zahnräder
des Getriebes drehen dann das Antriebszahnrad 48, das in
die kreisförmige Zahnstange 45a eingreift,
so dass die mindestens eine Röntgenquelle
in Drehung versetzt wird, während
sich der Ring nach unten bewegt. Bei Systemen der dritten Generation
sind auch die Detektoren an der kreisförmigen Schiene 45 befestigt,
die an der sich drehenden kreisförmigen
Zahnstange 45a angebracht ist. Die Schiene 45 und
die Zahnstange 45a sind auf Kugellagern, wie zum Beispiel
dem Lager 61 in Laufring 62, montiert dargestellt.
-
Gemäß einem
anderen bevorzugten Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung ist
das Getriebe motorisiert, um die Zahnräder anzutreiben und eine kontrollierte
vertikale Bewegung sowohl nach oben als auch nach unten zu ermöglichen.
Wenn die Zahnräder
durch einen Motor angetrieben werden, kann eine spiralförmige Abtastung
erfolgen, während sich
der CT-Ring 32 nach oben bewegt und auch, während er
sich nach unten bewegt.
-
In 6A ist
eine Seitenansicht des Reihenuntersuchungs-CT-Systems aus den 1A, 5 und 5A dargestellt.
In diesen Figuren liegt der Ring 32a auf spiralförmig angeordneten
Schienen 40a auf. Die mindestens eine Röntgenquelle 33a und die
Detektoren 34a sind an dem CT-Ring befestigt, der den Patienten 44 umgibt.
Wenn sich der CT-Ring 32a auf den Schienen 40a bewegt,
werden der Ring und die daran angebrachte mindestens eine Röntgenquelle
in Drehung versetzt. Die Kombination der vertikalen Bewegung auf
den Schienen mit der Drehung der mindestens einen Röntgenquelle
um den Patienten 44a führt
zu einer spiralförmigen
Abtastung. Bei Systemen der dritten Generation dreht sich der Detektor 34a mit
der mindestens einen Röntgenquelle.
Die Getriebekopplung zwischen der spiralförmig angeordneten Schiene 40a und
dem CT-Ring 32a, die unter Bezugnahme auf die 5 und 5a beschrieben
wurde, ist durch die Kopplungseinheit 51 dargestellt.
-
7 zeigt
ein Blockschaltbild der Systeme 31 und 31a. Dargestellt
sind hier ein CT-Ring oder eine Gantry 32 mit einer Röntgenquelle 33 und
einer gegenüber
der Röntgenquelle
positionierten Detektoranordnung 34. Der Ring rotiert um
das Objekt, während
er sich in vertikaler Richtung bewegt, um dadurch die spiralförmige Abtastung
zu erzeugen. Die mit 61 bezeichnete System-Steuereinheit
dient zur Lieferung von Steuerungs- und Timing-Impulsen für das System.
Eine Hochspannungs-Versorgungseinheit ist mit 62 bezeichnet.
Die Hochspannungs-Versorgungseinheit umfasst gemäß einem bevorzugten Aspekt
der Erfindung einen geladenen Batteriepack oder Hochspannungskondensatoren,
die auf dem Ring angeordnet sind und mit 63 bezeichnet
sind. Die Hochspannungskondensatoren werden zum Laden parallel geschaltet
und für
den Betrieb in Reihe geschaltet, wie dem Fachkundigen bekannt sein
wird. Alternativ ist die Hochspannungsversorgung über ein sehr
flexibles Kabel permanent mit dem Ring 32 verbunden. Alternativ
werden Bürsten
auf eine dem Fachkundigen bekannte Art verwendet. Wenn die Bewegung
motorisiert ist, wird der Ring mit Hilfe der Motorleistung zum oberen
Teil der Stützen
bewegt. Die Datenerfassung erfolgt dann sowohl während der Aufwärtsbewegung
als auch während
der Abwärtsbewegung
des CT-Rings 32.
-
Das
Gantry-Bewegungssystem ist mit 64 bezeichnet. Es sorgt
für eine
Bremsung, wenn der Ring durch die Schwerkraft in vertikaler Richtung
bewegt wird, während
die mindestens eine Röntgenquelle
rotiert, um die spiralförmige
Abtastung zu ergeben. Wenn die vertikale Bewegung durch die Schwerkraft verursacht
wird, ist ein Hebegerät
vorgesehen, um die Gantry zum oberen Teil der Stützen zu bewegen, damit sie
für die
nächste
Abtastung bereit ist. Dieses Hebegerät kann ein motorisierter Flaschenzug
oder eine handbetätigte
Flaschenzug-, Ketten- und Schaltrad-Anordnung sein. Wenn eine motorisierte
Anordnung zur vertikalen Bewegung verwendet wird, kann man während der
vertikalen Bewegung des Rings Ansichtdaten erhalten, unabhängig davon,
ob die Bewegung vom unteren zum oberen Teil der Stützen erfolgt
oder umgekehrt.
-
In
Block 67 ist die Datenerfassung dargestellt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
des Systems werden die erfassten Daten einem Speicher 50 zugeführt, so
dass die Bildverarbeitung an einem zentralen Ort erfolgen kann.
Die Detektoren 34 erfassen die Intensität der Röntgenstrahlen, die den Patienten
durchquert haben. Diese Intensitätsdaten
werden zusammengestellt und in Block 67 einer Vorverarbeitung
unterzogen. Die vorverarbeiteten Daten werden dem Bildrekonstruktionsabschnitt
bei Block 68 zugeführt,
der in Verbindung mit dem Speicher 69 für die Anzeige eines Bildes
auf dem Bildschirm 71 sorgt.
-
Im
Betrieb betritt der Patient die Kammer 43, wo er ruhig
und in stehender oder sitzender Stellung innerhalb des Rings 32 gehalten
wird. Der Ring wird dann in einer vertikalen Bewegung entweder auf
spiralförmig
angeordneten Schienen oder in einer geraden vertikalen Verschiebung
nach unten gebracht, während
sich die mindestens eine Röntgenquelle und
der Detektor drehen, um für
eine spiralförmige Abtastung
zu sorgen. Während
der Abtastung werden Daten erfasst. Die Daten werden zur Rekonstruktion
des Bildes auf bekannte Weise verwendet. Das Reihenuntersuchungsbild
wird entweder direkt angezeigt oder die Daten werden in einem Speicher aufgezeichnet,
und der Speicherinhalt wird später, zum
Beispiel an einem zentralen Ort, bearbeitet, um die Anzeige zu liefern.
-
Die
obige Erläuterung
von spezifischen Ausführungsformen
der vorliegen den Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung
und Beschreibung präsentiert.
Die Ausführungsbeispiele
sollen nicht erschöpfend
sein und auch nicht die Erfindung auf die genauen Formen beschränken, die
hier beschrieben wurden. Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen
und Variationen hinsichtlich der obigen Beschreibung möglich. Die
Ausführungsformen wurden
gewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen
Anwendungen bestmöglich
zu erläutern,
um dadurch dem Fachkundigen zu ermöglichen, die Erfindung, ihre
verschiedenen Ausführungsformen
und verschiedenen Abwandlungen bestmöglich zu nutzen, wie dies für die betrachtete
spezielle Anwendung geeignet erscheint. Beabsichtigt ist, dass der
Rahmen der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente
definiert wird.
-
Die
Ausdrücke „umfassen", „enthalten" oder „haben" oder ihre konjugierten
Formen, wie sie hier verwendet werden, haben die Bedeutung „einschließlich, aber
nicht unbedingt darauf beschränkt".
-
Text in den
Figuren
-
Figur 7:
-
- 61
- System-Steuereinheit
- 62
- Hochspannung
- 64
- Gantry-Bewegung
- 67
- Datenerfassung
- 68
- Bildrekonstruktion
- 69
- Speicher
- 71
- Bildschirm