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ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Computertomographiesysteme (CT-Systeme) und insbesondere
Systeme, die mit mehreren Strahlungsquellen ausgerüstet sind,
die so befestigt sind, dass sie sich um den Patienten an verschiedenen
Positionen auf der Längsachse
des Patienten oder Objekts drehen, wobei die Röntgenstrahlenbündel von
jeder der Quellen auf mehrere Reihen mit Detektoren treffen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
den ersten CT-Scannern wurden Quellen, die Röntgenstrahlen mit Schmalbündeln aussenden, und
gegenüberliegend
angeordnete einzelne Detektoren eingesetzt, die sich seitlich und
dann rotierend in Bezug auf das Objekt bewegen. Die CT-Scanner haben sich
dahingehend entwickelt, dass sie Röntgenquellen, die rotierende
Fächerstrahlenbündel aussenden,
zusammen mit einer gegenüberliegenden
rotierenden Detektormatrix einsetzen. In diesen ersten Rotate-Rotate-CT-Scannern
wurde in der Detektormatrix eine einzige Detektorreihe verwendet.
Der Winkel des Fächerstrahlenbündels war
groß genug,
so dass das Fächerstrahlenbündel auf
die einzelne Detektorreihe traf. Die Länge der Detektoren auf der
Patienten- oder Objektachse (der z-Achse) bestimmte die maximale
Schichtdicke, die in einem „Single-Shot" abgedeckt werden
konnte, ohne dass das abgetastete Objekt oder der Abtastrahmen (nachfolgend
als „Abtasteinheit" bezeichnet) während des Abtastvorgangs
bewegt wurde. In den frühen
1990er Jahren wurde eine Doppelschichtmaschine eingeführt, bei
der die gegenüberliegend
angeordnete Detektormatrix mindestens zwei Detektorreihen umfasste.
Dadurch wurde die Abdeckung in der z-Richtung vergrößert, siehe
beispielsweise die US-amerikanische Patentschrift 5.228.069.
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Eine
weitere Verbesserung bei den Scannern war der Einsatz von mehreren
Brennflecken in der Röntgenquelle,
wodurch die Auflösung
der erfassten Bilder wesentlich erhöht wurde, siehe beispielsweise
die US-amerikanische Patentschrift 4.637.040. Anschließend wurden
mehrere Röntgenquellen
an derselben z-Position mit Detektormatrizen eingesetzt, die in
der Lage waren, Röntgenstrahlen
von mehr als einer Schicht zu detektie ren. Somit bestanden die Detektormatrizen
aus mehreren Detektorreihen, so dass bei einer einzigen Umdrehung
Daten für
mehrere Schichten erfasst wurden, siehe beispielsweise die US-amerikanische
Patentschrift 5.966.422. Eine weitere Verbesserung bestand in der
Schaffung von spiralförmigen
Abtastvorgängen,
siehe beispielsweise die US-amerikanische Patentschrift 6.118.839
und die französische
Patentschrift
FR 2679435 .
Aus der US-amerikanischen
Patentschrift
US 4.196.352 ist
ein Rotations-Tomographie-Röntgenscanner
mit mehreren Quellen bekannt, der in zwei Betriebsarten funktioniert.
In der ersten Betriebsart sind die Quellen planar angeordnet. In
der zweiten Betriebsart sind die Quellen so konfiguriert, dass verschiedene,
jedoch nebeneinander liegende Ebenen abgetastet werden. Die Verschiebung
der Paare aus Quelle und Detektor in die Konfiguration zur Abtastung
nebeneinander liegender Ebenen wird durch mechanische Mittel erreicht.
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Aus
der US-amerikanischen Patentschrift
US
5.604.778 ist ein Spiral-Scanner bekannt, bei dem mehrere
Röntgenquellen
auf einem Kreis angeordnet sind, der konzentrisch zum Messfeld ist.
Eine Anzahl von Detektormatrizen mit einer oder mehreren Reihen
von Detektorelementen dreht sich mit den Röntgenquellen um die Systemachse.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein CT-System gemäß den anhängenden Ansprüchen. Bis
zur vorliegenden Erfindung war kein CT-Scanner bekannt, der mehrere
Röntgenquellen
und die zugehörigen
Detektormatrixeinheiten kombiniert, wobei die Einheiten relativ
zueinander auf der z-Achse bewegt werden und wobei jede der Anordnungen
in der Lage ist, Daten von mehreren Schichten zu erfassen.
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Neben
anderen Vorteilen können
einige Ausführungsformen,
die Anordnungen mit mehreren Quellen und Detektormatrizen einsetzen,
die auf der z-Achse bewegt werden, kombiniert mit Detektormatrizen,
die mehrere Detektorreihen oder großflächige Detektoren umfassen,
eine oder mehrere der folgenden Funktionen schaffen: eine großflächige Abdeckung,
zeitkohärente
CT-Abtastungen mit hoher Qualität,
die Minimierung möglicher
Kegelstrahlenbündelartefakte,
die Reduzierung der technischen Komplexität schneller Datenextraktion,
die für
die gleichzeitige Bildgebung von interessierenden Volumen (engl.
volumes of interest, VOI) mit hoher Auflösung in abgetasteten Objekten
erforderlich ist. Derartige Kombinationen von Röntgenquellen und Detektormatrixkombinationen
können
Bilder mit hoher Auflösung
von kompletten, großen
Organen, wie beispielsweise dem Herzen, in einem zeitkohärenten „Single-Shot"-Bild schaffen, ohne
dass der Patient oder der Abtastrahmen bewegt werden muss, damit
verschiedene Bereiche des interessierenden Volumens abgetastet werden
können.
Dadurch ist eine gleichzeitige Abtastung oder eine echte CINE-Abtastung über entweder „kontinuierlich
dynamische" oder „aufgetastete" axiale Abtastvorgänge möglich. Ist
eine Abdeckung erforderlich, die größer als der grundlegende Single-Shot
ist, kann entweder eine Folge von axialen Abtastungen oder eine
zusammenhängende
Spiralabtastung durchgeführt
werden, wodurch immer noch die Geschwindigkeit erhöht und die
Qualität
eines Systems mit einer einzigen Quelle und einer einzigen Detektormatrix
mit der gleichen oder einer geringeren Abdeckung verbessert werden
kann.
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Gemäß einem
Aspekt einiger der hier dargelegten Ausführungsformen wird eine Vielzahl
von Strahlungsquellen geschaffen, wobei jede Quelle mit einer Detektormatrix
zusammenwirkt, um eine Abtasteinheit zu bilden, wobei die Abtasteinheiten
in Bezug aufeinander auf der Längsachse
des Objekts verschoben werden. Als Option wird der Abstand zwischen
den Matrizen oder zusammenwirkenden Ablenkplatten so gewählt, dass
jedes der Fächerstrahlbündel eine
andere Objektebene oder ein anderes Objektvolumen abdeckt. Die Objektebenen
oder -volumen können
nebeneinander liegen.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird ein einzigartiges CT-Scannersystem
geschaffen. Das System umfasst eine Vielzahl von Röntgenquellen,
die um den Patienten herum an verschiedenen (axialen) Z-Positionen
befestigt sind, mit Detektormatrizen, die jeder der Quellen an den
verschiedenen Z-Positionen gegenüber
verschoben werden. Jedes der Röntgenstrahlbündel trifft
auf mehrere Reihen oder großflächige Matrizen
mit Detektoren und bildet Abtasteinheiten, so dass eine Umdrehung
um das abgetastete Objekt (den Patienten oder jegliches andere Objekt)
gleichzeitig Bilddaten von mehreren Schichten liefern kann. Auf
diese Weise ermöglichen
die Abtasteinheiten, d.h. mehrere Röntgenquellen und gegenüber angeordnete
großflächige Detektoren
oder mehrere Detektorreihen, die zeitkohärente Abdeckung eines großen Volumens
eines Objekts. Eine derartige Abdeckung wurde noch nie zuvor erzielt.
Die zeitkohärente
Abdeckung mehrerer Schichten oder eines großen Volumens durch die Detektormatrizen
kann somit in einer einzigen Umdrehung der einzigartigen CT-Abtasteinheiten
erfolgen, d.h. mehrere Quellen sind mit einzelnen gegenüberliegend
angeordneten einzigartigen Detektormatrixanordnungen kombiniert,
die in Bezug zueinander in der z-Richtung verschoben werden können.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind die Röntgendetektoren so angeordnet,
dass sie mehrere zeitkohärente
Schichten des Objekts liefern. Als Alternative sind die Röntgendetektormatrizen
so angeordnet, dass sie zeitkohärente
großflächige Ansichten
des Patienten liefern.
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Ferner
wird gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ein CT-System geschaffen, das Folgendes umfasst: eine
Vielzahl von Röntgenquellen,
die an einer Gantry befestigt sind und sich um ein Objekt drehen, eine
Vielzahl von Röntgendetektormatrizen,
die an der genannten Gantry befestigt sind und jeweils einzeln jeder
der Röntgenquellen
zugeordnet sind und ihr gegenüber
liegen, um eine Vielzahl von Quelle-Detektor-Einheiten zu bilden,
und ein Positioniersystem für
die Quelle-Detektor-Einheiten zum selektiven Positionieren der genannten
Einheiten an derselben axialen Position oder an verschiedenen axialen
Positionen während
einer einzigen Umdrehung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ohne Anspruch auf Vollständigkeit
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
In den Figuren haben identische Strukturen, Elemente oder Teile,
die in mehr als einer Figur auftauchen, im Allgemeinen in allen
Figuren, in denen sie auftauchen, die gleichen Bezugszeichen. Die
Abmessungen von in den Figuren dargestellten Komponenten und Merkmalen
sind beispielhaft und zur Verdeutlichung und nicht unbedingt maßstabsgerecht
dargestellt. Es zeigen:
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1A eine
Kombination aus Abbildung und Blockschaltbild, die ein Beispiel
eines CT-Scanners nach dem Stand der Technik mit mehreren Quellen
zusammen mit Detektormatrizen mit mehreren Detektorreihen darstellt;
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1B eine
Darstellung eines typischen, von einem CT-Abtastsystem definierten
Koordinatensystems;
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2 eine
vereinfachte Seitenansicht der Konfiguration, wobei gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Mehrschichtbildern
gleichzeitig erzeugt wird;
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3 eine
Darstellung der maximalen Abdeckung, bei der Kegelstrahlenbündelartefakte
vernachlässigt
werden können
oder zulässig
sind;
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4 eine
Detektorsystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit zwei Quellen und zwei Matrizen, wobei
die beiden Quellen so dargestellt sind, dass sie auf dem Drehrahmen
um 180° voneinander
entfernt sind und in Bezug zueinander in der z-Richtung verschoben
werden;
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5 eine
dreidimensionale Darstellung eines kombinierten Scanners mit mehreren
Quellen und mehreren Detektormatrizen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei die Quelle und die kombinierten Detektoren
so gedreht werden, dass sie durch Winkel ungleich 180° voneinander
getrennt sind, und in Bezug zueinander in der z-Richtung verschoben werden;
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6 eine
schematische Darstellung einer Gruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung bestehend aus vier Einheiten aus Brennfleck-Quelle
und Detektor, wobei die Verschiebung in z-Richtung zwischen den
kombinierten, nebeneinander liegenden Quelle-Detektor-Einheiten
definiert wird durch ΔZ
= Cmax und die Winkelverschiebung 180° beträgt, und
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7 eine
Kombination aus Abbildung und Blockschaltbild eines CT-Scanners
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, der CT-Abtasteinheiten umfasst, die jeweils eine
Röntgenquelle
mit einer gegenüberliegend
angeordneten Detektormatrix umfassen, wobei jede Einheit separat
an verschiedenen Positionen in Dreh- bzw. Längsrichtung auf der z-Achse
positioniert werden kann.
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ALLGEMEINE
BESCHREIBUNG
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1A ist
eine allgemeine Darstellung eines Scanners der dritten Generation
(Rotate-Rotate) 11, der drei Röntgenquellen 12A, 12B und 12C umfasst,
die an einer Gantry 13 befestigt sind. Ein abzutastendes
Objekt oder ein abzutastender Patient 14 liegt auf einer
Liege 16. Fächerförmige Röntgenstrahlen,
die eine planare Sektion durch das Objekt 14 durchqueren,
werden von einer Vielzahl von Detektormatrizen detektiert, die beispielhaft
durch die Detektormatrizen 17A, 17B und 17C dargestellt
sind.
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In 1B ist
das kartesische Koordinatensystem 18 dargestellt. Eine
gemeinsame z-Achse wird darin so definiert, dass sie auf der Längsdrehachse
der Gantry verläuft.
Die z-Achse definiert eine Längsachse
durch das Objekt. Eine y-Achse wird so definiert, dass sie auf einer
geraden Linie von jeder der Röntgenquellen
zum Drehungsmittelpunkt der Gantry 13 verläuft, und
die x-Achsen verlaufen senkrecht zu den oben genannten Achsen. Wenn
sich die Gantry 13 um die z-Achse dreht, dreht sich auch
das Koordinatensystem 18 um die z-Achse.
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Gemäß der Darstellung
nach dem Stand der Technik in 1A existieren
drei Röntgenquellen 12A, 12B und 12C und
gegenüberliegend
angeordnete Detektormatrizen mit den Bezeichnungen 17A, 17B und 17C.
Gemäß der hier
beschriebenen Erfindung kann die Anzahl der kombinierten Quellen
und Detektormatrizen jedoch von drei abweichen.
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Die
Detektormatrizen 17 erfassen die Röntgenstrahlen, die die planaren
Sektionen im Objekt 14 durchqueren. Das in 1A dargestellte
Gerät wird
als Mehrschicht-CT-Scanner
der dritten Generation mit mehreren Quellen bezeichnet.
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Die
verschiedenen Funktionen des Computertomographiesystems 11 werden
von Mitteln wie einer Systemsteuerschaltung 19 gesteuert.
Im Besonderen steuert die Schaltung 19 unter anderem die
Funktion eines Gantry-Rotationssystems 21. Die Gantry 13 nach
dem Stand der Technik mit den Röntgenquellen 12A, 12B und 12C dreht
sich also angetrieben und gesteuert von dem Gantry-Rotationssystem 21 um
die z-Achse. Die Röntgenquellen 12A, 12B und 12C werden
von einer Hochspannungsversorgung 22 mit Energie versorgt, wenn
sie sich um das Objekt 14 drehen. Das Objekt 14 wird
in einer zentralen Öffnung
der Gantry 13 mit Hilfe eines Liegenbewegungssystems 23 positioniert,
das die Bewegung einer Liege 16 steuert.
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Die
maximale kohärente
Abdeckung des Systems wird durch die Abdeckung jeder Detektormatrix
und die Anzahl der Röntgenquellen
und Detektorsysteme bestimmt. Es ist anzumerken, dass die Abdeckung
der verschiedenen Matrizen unterschiedlich sein kann. Manchmal und
bei entsprechenden klinischen Anforderungen kann auch nur ein Teil
der verfügbaren
Röntgenquellen
den Patienten aktiv bestrahlen.
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Die
Intensität
der Strahlung nach dem Durchqueren des Patienten 14 wird
von den Detektormatrizen 17 detektiert und von einer Datenerfassungschaltung 24 erfasst.
Die Strahlungsintensitätsdaten
der den Patienten 14 über
einen Bereich von mindestens 180° in
der Gantry-Umdrehungsebene durchquerenden Strahlengänge werden
dazu verwendet, um mit Hilfe einer Bildrekonstruktionsschaltung 26 zusammen
mit einem Bildspeicher 27 ein Bild zu rekonstruieren. Das
rekonstruierte Bild wird auf einer Anzeigeeinheit 28 angezeigt.
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Varianten
des Systems aus 1A sind in der Technik bekannt,
und die Vorrichtung aus 1A dient zu
Anschauungszwecken. Es versteht sich jedoch, dass 1A die
Erfindung nicht einschränkt,
die auf eine breite Vielfalt von CT-System anwendbar ist, wie sie
in der Technik bekannt sind.
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In
der Vergangenheit sowie gemäß der vorliegenden
Erfindung kann gleichzeitig mit der Drehung der Gantry 13 um
die z-Achse das Objekt 14 mittels der Liege 16 gesteuert
von dem Liegenbewegungssystem 23 bewegt werden. Die Liege
kann auch unter spitzen Winkeln zur Umdrehungsebene der Gantry 13,
d.h. der x-y-Ebene, bewegt werden. Ferner können sich in dem Ausführungsbeispiel
nach dem Stand der Technik sowie gemäß der vorliegenden Erfindung
die rotierenden Teile der Gantry 13 kontinuierlich mehr
als einmal drehen, wie es bei einer Schleifringkonstruktion möglich ist.
Die Gantrys nach dem Stand der Technik sowie die vorliegende Gantry
können
daher spiralförmige
Abtastungen durchführen.
Es ist jedoch anzumerken, dass auch mit spiralförmigen Abtastungen nach dem
Stand der Technik keine zeitkohärente
Abdeckung mit großem Winkel
eines großen
Organs wie des Herzens möglich
ist. Nach dem Stand der Technik wird bei jeder Umdrehung eine Schicht
aufgenommen, die einen kleineren Teil des Organs darstellt. Die
Schichten werden nicht gleichzeitig erfasst, wodurch eine zeitkohärente Abdeckung
des Organs ausgeschlossen ist.
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2 zeigt
die drei Röntgenquellen 12A, 12B und 12C,
die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in der z-Richtung verschoben werden. Der Einfachheit
halber sind die Quellen an der gleichen Winkelposition dargestellt,
obwohl gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Quellen verschiedene Winkelverschiebungen
haben können.
Die Röntgenquelle 12B ist
mit durchgehenden Linien dargestellt, während die Quellen 12A und 12C mit
gestrichelten Linien dargestellt sind um zu betonen, dass sie sich
tatsächlich
vorzugsweise an verschiedenen Winkelpositionen um die Drehachse
befinden. Es ist anzumerken, dass eine optionale radiale lichtundurchlässige Ablenkplatte 31 dargestellt
ist, die zwischen den Röntgenquellen 12 und
den dargestellten Röntgendetektoren
angeordnet ist, die im Allgemeinen mit 17A, 17B und 17C bezeichnet
sind. Die Ablenkplatte, die nützlich
ist, wenn die Einheiten aus Röntgenquelle
und Detektor unter verschiedenen Winkeln stehen, so dass sich die
Strahlenbündelwinkel
nicht überlappen,
kann vor jeder der Detektormatrizen rotieren, um Streustrahlung
von benachbarten Schichten zu blockieren. Die Ablenkplatte 31 ist
so ausgelegt, dass sie ein gewünschtes
fächerförmiges Röntgenstrahlbündel durchlässt. Wenn sich
die Einheiten aus Röntgenquelle
und Detektor an unterschiedlichen Winkelpositionen befinden, kann
für jede
Quelle-Detektor-Anordnung ein Ablenkschirm geschaffen werden. Dementsprechend
befindet sich jeder der Detektoren zu jedem Zeitpunkt lediglich
im Fächerstrahlenbündel seiner
zugeordneten Röntgenquelle.
Befinden sich die Einheiten an der gleichen Winkelpositi on, weisen
sie einen Abstand in der Längsrichtung
auf, damit sichergestellt wird, dass sich die Röntgenstrahlbündel nicht überlappen.
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Jegliches
in den mehreren nebeneinander liegenden Schichtkonfigurationen auftretendes
Wobbeln ist korrigierbar, indem Röntgendetektoren geschaffen
werden, die in einer ausreichend langen axialen Richtung aktiv sind.
Selbst wenn die Röntgen-Fächerstrahlenbündelquellen
unter Bedingungen mit Wobbeln in der planaren Betriebsart betrieben
werden, treffen dann alle Röntgenfächerstrahlenbündel mit
Wobbeln immer noch auf ein aktives Element der Detektormatrix. In 2 ist
die Drehachse durch die Strich-Punkt-Linie 32 dargestellt,
und die durchgehenden Linien 13 stellen die Konturen des
Patienten bzw. der Röntgenröhre dar.
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Durch
die Anordnung mit mehreren auf der z-Achse verschobenen Röntgenquellen
und mit zugehörigen
mehreren Detektoren oder großflächigen Detektormatrizen
wird eine großflächige zeitkohärente Abdeckung
des abgetasteten Objekts mit hoher Auflösung ermöglicht, die auch ohne spiralförmige Bewegung
frei von Kegelstrahlenbündelartefakten
ist oder nur ein Minimum davon aufweist. Bei spiralförmiger Bewegung
ermöglicht
die dargelegte Anordnung eine schnellere spiralförmige Abdeckung von Objekten
mit großem
Volumen mit tatsächlicher
Echtzeitkohärenz.
Das System basiert auf dem Einsatz in demselben rotierenden Bezugsrahmen
einer Gruppe von n (> 1)
Einheiten aus Röntgenquellen
und den dazu gehörenden
Detektormatrizen, die auf der z-Achse mit einem Abstand voneinander
verschoben werden, der ausreicht, um Kegelstrahlenbündelartefakte
zu minimieren. Die Abdeckung und die Verschiebung dieser Abtasteinheiten
werden so berechnet, dass eine zusammenhängende kombinierte Abdeckung
vorzugsweise erzielt wird, während
jede dieser Einheiten frei von Kegelstrahlenbündelartefakten ist. Die Abdeckung
jeder der Abtasteinheiten ist so ausgelegt, dass die Winkel-Z-Abdeckung
innerhalb eines zulässigen
Kegelstrahlenbündelniveaus
liegt, d.h. mit minimalen Kegelstrahlenbündelartefakten.
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Es
ist anzumerken, dass Kegelstrahlenbündelartefakte über geeignete
Rekonstruktionsalgorithmen eine Funktion sowohl der tatsächlichen
Kegelöffnung
als auch des Kegelstrahlenbündel-Korrekturniveaus sind.
Daher ist die Definition der Abdeckung als „frei von Kegelstrahlenbündelartefakten" ein „freier" Parameter, der von
dem spezifischen Algorithmus und den speziellen klinischen Anforderungen
abhängt.
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3 zeigt
eine Abtasteinheit 35, die gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine einzige Quelle 30 und eine Detektormatrix 33 umfasst.
In 3 ist Cmax die maximale Abdeckung in der Objektebene, für die Kegelstrahlenbündelartefakte als
Funktion der Gesamtsystemgeometrie zulässig sind. Ein Winkel αmax ist eine
entsprechende Winkelabdeckung in der xz-Ebene. Die Anzahl der Detektoren
in der z-Richtung und somit die Anzahl der Schichten pro Abtastung
beträgt
in 3 dreizehn. Eine derartige Darstellung ist willkürlich und
lediglich beispielhaft. Es kann also eine andere Anzahl von Detektoren
im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In 3 ist
die Objektebene bei 32 dargestellt. Das Bezugszeichen 34 gibt
an, dass 3 in der yz-Ebene liegt, wobei z entlang der Drehachse
verläuft
und y die Richtung zwischen der Quelle 30 und den Detektoren 32 ist.
Die Detektormatrix 33 ist wie oben erwähnt mit dreizehn einzelnen
Detektoren, wie beispielsweise dem Detektor 33A, dargestellt.
Die dreizehn einzelnen Detektoren werden verwendet, um einzelne
Schichten während
des Abtast- und Erfassungsvorgangs zu definieren.
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4 zeigt
eine Gruppe 40 aus zwei Abtasteinheiten gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei die einzelnen Abtasteinheiten zueinander auf
der z-Achse verschoben
werden. Zusätzlich
weisen in 4 die einzelnen Abtasteinheiten
eine Winkelverschiebung von 180° zwischen
den Strahlungsquellen auf. Es ist anzumerken, dass im Rahmen der
Erfindung die Winkelverschiebung einzelner Abtasteinheiten von 180° abweichen
kann. In 4 ist eine Quelle 36A dargestellt,
die mit einer Detektormatrix 37A zusammenwirkt. Wie in 4 dargestellt,
befindet sich versetzt um einen Winkel von 180° von der Quelle 36A eine
Quelle 36B, die mit einer Detektormatrix 37B zusammenwirkt.
Auch hier sind die Kombinationen aus Quelle und Detektor beispielhaft
in der yz-Ebene dargestellt, wie es bei 41 angegeben ist.
Die Objektebene ist als Cmax dargestellt. Die Abdeckung während der
Drehung des Systems beträgt
somit 2Cmax. Der Winkel αmax
bestimmt die Breite des Röntgenfächerstrahlenbündels, das
verwendet werden kann, ohne dass unzulässige Kegelstrahlenbündelartefakte
erzeugt werden.
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Es
kann zwar jegliche Winkelverschiebung der Quellen zueinander verwendet
werden, wenn die Winkelverschiebung geringer als das Fächerstrahlenbündel in
der xy-Ebene ist
und wenn die Verschiebung in z-Richtung kleiner als die Matrixbreite
ist, jedoch überlappen
sich die beiden Strahlenbündel
bei der gleichzeitigen Bestrahlung des Objekts von zwei Quellen
teilweise auf den Detektorebenen, wodurch ein korrektes separates
Auslesen des Signals verhindert wird. In der Praxis beträgt die Verschiebung
der Abtasteinheiten aus Quelle und Detektormatrix zueinander sowohl
in der x- als auch in der z-Richtung im Allgemeinen mindestens einen
Fächerstrahlenbündelwinkel α.
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5 ist
eine beispielhafte dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Scanners
mit mehreren Quellen und mehreren Detektorreihen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Beispiel sind die Quellen durch einen anderen
Winkel als 180° getrennt.
Im Besonderen ist in 5 eine Quelle 12A dargestellt,
die auf eine Detektormatrix 17A strahlt. Eine zweite Quelle 12B strahlt
auf eine Detektormatrix 17B. In den Detektormatrizen verlaufen
die Detektorreihen in der z-Richtung. Die Matrizen verlaufen auch
in der Drehrichtung. Das Fächerstrahlenbündel ist
so dargestellt, dass es sich in der z-Richtung über einen Winkel αmax erstreckt.
Der Drehabstand zwischen den Quellen 12A und 12B beträgt nicht
180°. 5 zeigt
und verdeutlicht, dass es nicht erforderlich ist, dass die Quellen
um 180° oder
sogar gleiche Teilungen von 360° voneinander
getrennt sein müssen.
Existieren zwei Einheiten aus Quelle und Detektormatrix, ist es somit
nicht erforderlich, diese um 180° voneinander
zu trennen, oder bei drei Einheiten aus Quelle und Detektormatrix,
diese um 120° voneinander
zu trennen.
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6 stellt
eine Gruppe aus vier Einheiten aus Röntgenquelle und Detektormatrix
dar. Die Winkelverschiebung zwischen benachbarten CT-Abtasteinheiten
beträgt
wie dargestellt 180°.
Die Verschiebung ΔZ
wird durch das kegelförmige
Fächerstrahlenbündel α bestimmt,
das die Objektebene bestrahlt. Die Abdeckung der vier CT-Abtasteinheiten in
z-Richtung beträgt
4Cmax auf der Objektebene. Der Abstand in z-Richtung zwischen den CT-Abtasteinheiten
ist nicht auf den Abstand Cmax beschränkt, sondern kann optimiert
werden. Im Rahmen der Erfindung kann die Abdeckung einer „Objektebene" auch eine etwas
kleinere Verschiebung nutzen, die eine geringere als die zusammenhängende Abdeckung
liefert, oder auch eine größere Verschiebung nutzen,
um eine zusammenhängende
Abdeckung zu erzielen, oder eine noch größere Verschiebung nutzen, um
eine gleichzeitige Abdeckung zu erzielen. Die Abdeckung entspricht
in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung idealerweise der Länge
eines Erwachsenenherzens in Längsrichtung,
d.h. 10–15
cm, oder einem wesentlichen Teil davon.
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In 6 sind
vier CT-Abtasteinheiten dargestellt. Sie umfassen die Quellen 12A, 12B, 12C und 12D. Jede
Quelle ist einzeln gegenüberliegend
angeordneten Detektormatrizen, wie den Detektormatrizen 17A, 17B, 17C bzw. 17D,
zugeordnet. Es ist anzumerken, dass die Quellen Röntgenquellen
mit zwei Brennflecken sein können.
Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
kann eine doppelt so große
Abdeckung wie in dem Ausführungsbeispiel
aus 4 erzielt werden. Auch hier sind die Achsen y
und z bei 34 angegeben.
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7 ist
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das einige Funktionen zeigt, die nicht dem Stand
der Technik entsprechen. In 7 sind drei
CT-Abtasteinheiten dargestellt. Sie sind so dargestellt, dass sich
alle CT-Abtasteinheiten
als Option an den gleichen Z-Positionen, d.h. in derselben Ebene befinden.
Gemäß 7 ist
jedoch auch ein Drehpositioniersystem 46 zum individuellen
Variieren der Winkelverschiebungsdrehung jeder der CT-Abtasteinheiten
dargestellt, die die Quellen 12 und gegenüberliegend
angeordnete, einzeln zugeordnete Detektormatrizen 17 umfassen.
Das Drehpositioniersystem funktioniert, wenn sich die Einheiten
an unterschiedlichen Positionen in der Längsrichtung befinden. Der Block 47 zeigt
ein System zum individuellen Positionieren jeder der Quelle-Detektor-Einheiten
auf der z-Achse, entweder in derselben Ebene oder in unterschiedlichen
Rahmen oder in Kombinationen hiervon.
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Somit
können
gemäß dem in 7 dargelegten
System alle einzelnen CT-Abtasteinheiten
an der gleichen Position auf der z-Achse positioniert werden, so
dass sie nach dem Stand der Technik funktionieren, oder sie können jede
einzeln auf der z-Achse an einer anderen Position auf der z-Achse
beispielsweise gemäß dem im
Hinblick auf 4 erläuterten System positioniert
werden. Das dargelegte System schafft also vielseitige Abtastanordnungen,
die Merkmale nach dem Stand der Technik und neue Merkmale einschließen.
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Die
Verschiebung der CT-Abtasteinheiten in z-Richtung kann festgelegt
oder variabel sein. Die Rotationsverschiebung der kombinierten Quelle-Detektor-Einheiten
kann ebenfalls festgelegt oder variabel sein. Somit beinhaltet das
Abtastgerät
im Rahmen der Erfindung, wie es in 7 dargestellt
ist, eine Fähigkeit,
die Z-Position jeder kombinierten Quelle-Detektor-Einheit zu verändern, d.h.
jede Quelle-Detektor-Einheit kann unabhängig in der z-Richtung bewegt
werden. Das System aus 7 kombiniert selektiv die Vorteile
von Gantrys mit mehreren Quellen und Detektoren in einer einzigen
Ebene und mit mehreren Quellen und Detektoreinheiten, die sich jeweils
in einer anderen Ebene befinden. Wenn sich die Quelle-Detektor-Einheiten
in verschiedenen Ebenen befinden, ist es ratsam, alle Quelle-Detektor-Einheiten
in den verschiedenen Ebenen gleichzeitig zu benutzen. Es können jedoch
gewisse Zeitverzögerungen
zwischen den Abtastrahmen eingeführt
werden, um gewisse zeitliche Abhängigkeiten
zu erreichen oder die Grenzen der Energieversorgung nicht zu überschreiten
oder um die Streustrahlung zu reduzieren, die zwischen den Detektorrahmen
kreuzt.
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Die
vorgestellten Systeme ermöglichen
die Erfassung von zeitkohärenten
Bildern mit einer relativ großen
Abdeckung, ohne dass eine spiralförmige Bewegung notwendig ist.
Die hier beschriebenen Scanner können
jedoch natürlich
im Spiralbetrieb eingesetzt werden und dabei die große Abdeckung
für sehr
hohe Abtastgeschwindigkeiten liefern. Gerade in derartigen Fällen ist
der variable Z-Abstand zwischen den verschiedenen Quelle-Detektorrahmen
eine nützliche
Adaptierung, da er die Anpassung des Abstands an den Spiralwinkel ermöglicht.
Es ist ferner in dem System bei gewissen Abtastvorgängen möglich, nur
einige der Quelle-Detektor-Systeme zu nutzen und andere ungenutzt
zu lassen. In gleicher Weise können
die Röntgenquellen
gleichzeitig oder in getrennten Zeitschlitzen mit Energie versorgt
werden, um wirksam verschiedene Energiemodalitäten zu schaffen.
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Der
Fachkundige auf dem Gebiet der Röntgenerfassung
wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle
Detektormatrix oder spezielle Röntgenquellen
beschränkt
ist, sondern eher auf jegliches Gerät, das sich mit der Intensität und Position
der Röntgenstrahlen
befasst. Insbesondere können Detektormatrizen
wie die Detektormatrizen
17A–
17D Elemente mit
mehreren Detektoren, mehrfach segmentierte Detektorelemente in einer
Matrix aus einzelnen Detektoren oder kontinuierliche großflächige Medien
umfassen, die auf Röntgenstrahlen
reagieren und auch das Auslesen von Positionen ermöglichen. Text
in der Zeichnung Figur
1A
| Prior
art | Stand
der Technik |
| System
control circuit | Systemsteuerschaltung |
| High
voltage power supply | Hochspannungsversorgung |
| Gantry
rotation system | Gantry-Rotationssystem |
| Bed
motion system | Liegenbewegungssystem |
| Data
acquisition circuit | Datenerfassungsschaltung |
| Image
reconstruction circuit | Bildrekonstruktionsschaltung |
| Image
memory | Bildspeicher |
| Display
unit | Anzeigeeinheit |
Figur
1B
| Typical
system of coordinates | Typisches
Koordinatensystem |
Figur
7
| Source-detector
unit rotational positioning system | Quelle-Detektor-Einheit-Drehpositioniersystem |
| Source-detector
unit Z-axis positioning system | Quelle-Detektor-Einheit-z-Achsen-Positioniersystem |