-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft, wie hierin offenbart und beansprucht, allgemein
eine Röntgenbildgebungsvorrichtung,
die es einem Bediener der Vorrichtung ermöglicht, einen Röntgendetektor
nach einem Strahlungsfeld, das durch die Röntgenröhre der Vorrichtung ausgesendet
wird, schnell auszurichten und zu justieren. Insbesondere betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung des vorstehend genannten Typs, die
mit visuellen Elementen oder Anzeigeeinrichtungen ausgestattet ist,
die jeweils den Detektor und das Röntgenstrahlungsfeld betreffen, wobei
die Anzeigeeinrichtungen derart zueinander ausgerichtet sind, dass
eine zuverlässige
Ausrichtung des Detektors und des Strahlungsfeldes sicher gestellt
wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ebenfalls eine Vorrichtung
des vorstehend genannten Typs, worin die visuellen Anzeigeeinrichtungen
automatisch angepasst werden, um Störungen zu kompensieren, die
aus dem Röntgenstrahlwinkel
resultieren.
-
Wie
allgemein bekannt ist, ist der Patient in einer typischen Röntgenbildgebungsvorrichtung
zwischen einer Röntgenröhre und
einem Bildempfänger
positioniert, der eine ebene Bildgebungsoberfläche, wie einen Röntgenfilm
oder einen digitalen Festkörperdetektor,
aufweist. Die Röhre
projiziert einen Röntgenstrahl
in Richtung der Detektoroberfläche
und durch die Körperstruktur
des Patienten, der bildgebend dargestellt wer den soll. Die Fläche des
projizierten Röntgenstrahls,
die auf den Detektor trifft, definiert die aktive Bildgebungsfläche (AIA).
Im Allgemeinen muss das Röntgenstrahlungsfeld
oder Betrachtungsfeld (FOV), das hier derart definiert ist, dass
es die Schnittlinie zwischen dem ausgesendeten Strahl und der Detektorebene
ist, innerhalb der Grenzen der Detektorebene liegen oder mit diesen
koinzident sein, um den Verlust von Daten zu vermeiden. Das FOV
kann durch Rotieren oder Kippen der Röhre zur Variation der Richtung
des ausgesendeten Röntgenstrahls
und ebenso durch die Verwendung eines Kollimators zur Variation
der Breiten- und die Längendimensionen
des Röntgenstrahls
angepasst werden. Weitere Anpassungen können durch lineare Verschiebung
der Röhre
und/oder des Detektors durchgeführt
werden.
-
In
einer bedeutenden Klasse der Röntgenbildgebungsvorrichtungen
werden visuelle Anzeigeeinrichtungen bereitgestellt, um einem Bediener
oder Techniker der Vorrichtung zu ermöglichen, das Strahlungsfeld und
die Detektoren schnell zueinander auszurichten, in der Bemühung eine
erforderliche Übereinstimmung und
Koinzidenz zwischen beiden zu schaffen. Beispielsweise wird in einem
Produkt diesen Typs ein Patient horizontal auf einem Tisch gelagert,
eine Röntgenröhre oberhalb
des Tisches montiert, um einen Strahl nach unten gerichtet auszusenden,
und eine Filmkassette oder ein anderer Detektor unterhalb des Tisches
angeordnet. Um den Bediener bei der Ausrichtung des Detektors und
des Röntgenstrahls
zu unterstützten,
wird eine Markierung oder Einkerbung in den Detektorhalter bezogen
auf seine Länge
genau an dem Mittelpunkt der ebenen Detektoroberfläche angebracht.
Ebenso wird ein Strahl sichtbaren Lichts oder ein Laserstrahl von der
Röntgenröhre nach
unten ausgesendet, um ein sichtbares Lichtfeld unmittelbar auf der
Detektorebene zu schaffen. Der Lichtstrahl wird optisch so geführt oder
gerichtet, dass die Grenzen des Lichtfeldes im Wesentlichen mit
den Grenzen des Röntgenstrahlungsfeldes
zusammenfallen, das durch die Röhre
für eine
bestimmte Röhrenorientierung
und Kollimatoranpassung ausgesendet wird. Die Achsen des Lichtfeldes
werden durch zwei dünne
Schattenlinien identifiziert, die zueinander orthogonal sind und
sich in einem Punkt schneiden, der durch den Schnitt der Detektorebene
und der Zentralachse des projizierten Strahls definiert ist. Die
Schattenlinienachsen halbieren das Lichtfeld jeweils entlang der
Mittelpunkte ihrer Länge
bzw. Breite. Deshalb kann der Bediener, wenn dieser den Detektor
auch nicht leicht sehen kann, da dieser unter dem Tisch positioniert
ist, den Detektor einfach verschieben, um die Einkerbung an dem
Griff mit der Schattenlinienachse auszurichten, die nominell am
Mittelpunkt der Lichtstrahlfeldlänge
angeordnet ist.
-
Wenn
die Röhre
so orientiert ist, dass der Röntgenstrahl
oder genauer gesagt dessen Zentralachse, in einer senkrechten oder
orthogonalen Beziehung zu der Detektorebene ausgerichtet ist, wird
das Strahlungsfeld, das in die Detektorebene zeigt, eine rechteckige
Konfiguration haben. Unter diesen Umständen, wird das geometrische
Zentrum des projizierten Strahlungsfeldes mit dem Punkt zusammenfallen,
bei dem die Zentralachse des Strahls die Detektorebene schneidet.
Dementsprechend wird die vorher erwähnte Schattenlinienachse des
Strahls tatsächlich
an dem Mittelpunkt der Länge
des Strahlungsfeldes angeordnet sein. In diesem Fall wird die Ausrichtung
der Schattenlinienachse nach der Einkerbung in dem Detektorgriff
das Röntgenstrahlungsfeld
entlang seiner Länge
effektiv zu der Detektoroberfläche
entlang deren Länge
zentrieren, um die notwenige Koinzidenz zwischen diesen zu schaffen.
-
Es
kann jedoch notwendig sein, dass ein Bediener oder Techniker bei
Durchführung
einer Bildgebungsprozedur den Winkel des Strahls einstellen muss,
das bedeutet Rotieren oder Verschwenken der Röntgenröhre, so dass der Strahl in
Richtung des Detektors unter einem Winkel kleiner als 90 Grad gerichtet
ist. Dies kann beispielsweise notwendig sein, um sicher zu sein,
dass der Strahl durch die spezifische Körperstruktur des Patienten
tritt, die bildgebend dargestellt werden soll. Wenn der Röntgenstrahl
unter ansteigendem Winkel steht, wird das Strahlungsfeld, das in
den Detektor gerichtet ist, entsprechend gestört und trapezförmig werden,
und der Ort des Schnittpunktes mit der Zentralachse wird bezüglich des
geometrischen Zentrums des gerichteten Röntgenstrahlungsfeldes versetzt
werden. Als Konsequenz dieser Dezentrierungs- und Störungseffekte
wird die vorstehend beschriebene konventionelle visuelle Anzeigeeinrichtung
das Zentrum des Detektors nicht länger nach dem geometrischen
Zentrum des Strahlungsfeldes ausrichten, sondern eher mit einem Punktversatz
hiervon. Dies kann eine anatomische Abtrennung verursachen, die
während
der Bildgebungsprozedur auftritt, wodurch einige der durch den Röntgenstrahl
akquirierten Bilddaten nicht von dem Detektor empfangen würden. Dies
würde wiederum
bedingen, dass die Untersuchung wiederholt werden müsste, und folglich
zu erhöhten
Verfahrenszykluszeiten, höheren
Untersuchungskosten und höheren
Netto-Bestrahlungsdosen für
den Patienten beitragen.
-
Die
WO 93/01697 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Positionieren
von ionisierenden Strahlungsfelder in Röntgenstrahlenvorrichtungen.
Es werden verschieden gefärbte
LEDs verwendet, um die Position des Strahlungsfeldes auf einer Messplatte
anzuzeigen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
In
einer Bildgebungsvorrichtung, die mit einem Detektor mit einer Ebene
und außerdem
mit einer von der Ebene beabstandeten Röntgenröhre ausgestattet ist, worin
die Röhre
einen Röntgenstrahl
in die Ebene aussendet, um ein Strahlungsfeld darin zu definieren,
ist die Vorrichtung zur Verwendung von einem Vorrichtungsbediener
eingerichtet, um den Detektor und das Strahlungsfeld zueinander
wie gewünscht
auszurichten. Die Vorrichtung weist ein erstes sichtbares Element
auf, das die Position des Detektors entlang einer Referenzachse
anzeigt, die in der Detektorebene liegt, und ferner eine Recheneinrichtung
zur Erzeugung eines Signals, das einen Versatz entlang der Referenzachse
zwischen dem geometrischen Zentrum des Strahlungsfeldes und dem
Punkt erzeugt, bei dem die Zentralachse des gerichteten Röntgenstrahls
die Detektorebene schneidet. Eine Struktur, die jeweils die Röhre und
den Detektor unterstützt,
ist geschaffen, um eine relative Bewegung zwischen beiden entlang
der Referenzachse zu ermöglichen.
Eine Anzeigeeinrichtung, die auf das erzeugte Signal antwortet,
schafft die Anzeige, dass das erste Element in einer vorbestimmten
Beziehung mit dem geometrischen Zentrum des Strahlungsfeldes positioniert
ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Detektor mit einer Röntgenstrahlen detektierenden
Oberfläche
ausgestattet, die in der Detektorebene liegt, wobei die Oberfläche eine
Längenausdehnung
hat, die sich entlang der Referenzachse erstreckt, und das erste
Element ein sichtbar beobachtbares Element aufweist, das in dem
Zentrum der Längenausdehnung
des Detektors positioniert ist. Die Anzeigeeinrichtung schafft eine
visuelle oder sichtbare Anzeige, sobald das erste Element und das
geometrische Zentrum des Strah lungsfeldes entlang der Referenzachse
ausgerichtet sind. Ebenso bevorzugt ist die Berechnungseinrichtung
eingerichtet, um den Offset oder Versatz als eine Funktion des Abstandes
zwischen der Röhre
und der Detektorebene zu berechnen, und unabhängig von den jeweiligen Winkeln,
die die Richtung und Breite des gerichteten Strahls charakterisieren.
-
In
einer nützlichen
Ausführungsform
weist die Anzeigeeinrichtung ein lineares Array von Licht emittierenden
Dioden (LEDs) oder andere Licht emittierende Elemente auf, wie diese
nachstehend definiert werden, die entlang der Referenzachse parallel
zueinander ausgerichtet sind. Ein Vorgegebenes der Lichtelemente wird
durch das erzeugte Signal beleuchtet, das den Versatz darstellt,
und ist zur Verwendung durch einen Bediener verfügbar, um das erste sichtbare
Element und damit das Zentrum des Detektors mit dem geometrischen
Zentrum des Strahlungsfeldes auszurichten.
-
In
einer anderen nützlichen
Ausführungsform
ist die Vorrichtung ferner mit einem zweiten Element ausgestattet,
das die Position des Schnittpunktes mit dem Strahlungsfeld anzeigt,
und mit einer Nachführeinrichtung,
die eingerichtet ist, die lineare Bewegung des Detektors entlang
der Referenzachse anzuzeigen, ausgehend von einem Anfangsposition
bei der die ersten und das zweiten Elemente zueinander ausgerichtet
sind.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht, die Komponenten der Röntgenbildgebungsvorrichtung
zur Verwendung in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung, zeigt;
-
2 ist
ein schematisches Diagramm, das Komponenten der Vorrichtung von 1 in
vereinfachter Form darstellt, um die Prinzipien der Erfindung zu
veranschaulichen;
-
3 ist
eine schematische Darstellung, die die Störung der Röntgenstrahlen und Lichtfelder
veranschaulicht, die von dem Röntgenstrahlwinkel
resultieren;
-
4–7 sind schematische Skizzen, die jeweils
Komponenten der Vorrichtung von 1 in vereinfachter
Form darstellen, zusammen mit den jeweilen nützlichen Ausführungsformen
der Erfindung;
-
8 ist eine perspektivische Ansicht, die
einen Bereich oder Ausschnitt der Vorrichtung von 1 genauer
darstellt.
-
Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
-
Bezugnehmend
auf 1 ist eine Röntgenbildgebungsvorrichtung 10 gezeigt,
die mit einer Röntgenstrahlenröhre 12,
die drehbar oder verschwenkbar auf einer vertikal orientierten Säule 14 montiert
ist. Die Vorrichtung 10 enthält ferner einen Tisch 16,
der dazu eingerichtet ist, einen Patienten oder ein anderes bildgebend
darzustellendes Objekt in einer horizontalen Ebene zu unterstützen. Nutzvollerweise
ist die Säule 14 an einer
Führungsschiene 18 aufgehängt und
die Röhre
und die Säule
können
entlang der Führung
und entlang der Längsdimension
des Tisches 16 verschoben werden. 1 zeigt
ferner einen Tisch 16, der auf einer Tischbasis 22 getragen
wird, die ebenfalls einen flachen Röntgendetektor 20 direkt
unterhalb des Tisches 16 unterstützt. Der Detektor 20 hat
eine ebene Bildempfangsoberfläche 20a der
Länge ld und weist nützlicherweise einen Röntgenfilm
oder einen digitalen Festkörperdetektor
auf.
-
Es
soll so verstanden werden, dass die horizontale Unterstützung eines
Patienten in 1 zum Zwecke der Veranschaulichung
gezeigt ist und in keiner Weise den Umfang der Erfindung beschränkt. In
anderen Ausführungsformen
könnte
der Patient in einer vertikalen oder einer anderen Orientierung
platziert werden, vorausgesetzt, dass die Röntgenröhre und der Detektor jeweils
derart lokalisiert sind, dass der Patient zwischen diesen angeordnet
ist.
-
Nachdem
ein bildgebend darzustellendes Objekt auf dem Tisch 16 platziert
wurde, wird die Röntgenröhre 12 ausgerichtet,
um Röntgenstrahlung
durch einen Bereich des Objektes zur bildgebenden Darstellung spezifischer
Körperstrukturen
zu projizieren. Die Röhrenposition
kann durch Verschwenken der Röhre
relativ zur Säule 14 ausgerichtet
werden und ebenfalls durch Verschieben der Säule und der Röhre entlang
des Tisches. Die Dimensionen des projizierten Röntgenstrahls können mittels
eines Kollimators 24 von konventionellem Design angepasst
werden, der mit der Röhre
verbunden wird und von dem ausgesendeten Strahl durchquert wird.
Der Detektor 20 ist gleichermaßen zur translatorischen Bewegung
entlang des Tisches 16 montiert und ist so eingerichtet,
dass dieser das Bild der spezifischen Körperstruktur empfängt. Wie
vorstehend festgestellt wurde, muss der Detektor jedoch nach dem
projizierten Strahlungsfeld oder FOV ausgerichtet sein, um die Detektion
aller gewünschten
Daten zu gewährleisten. 1 zeigt
ferner zueinander orthogonale x-, y-, z-Koordinatenachsen für Bezugszwecke,
wobei die z-Achse vertikal orientiert ist, die x-Achse parallel
zur longitudinalen Dimension des Tisches 16 und die y-Achse
quer dazu orientiert ist. Das Zentrum des Ko ordinatensystems ist
koinzident mit dem Röhrenbrennfleck
der Röntgenröhre 12 und
die Röhre
ist zur Rotation um das Zentrum des Koordinatensystems montiert.
-
Um
einen Bediener bei der Ausrichtung des Detektors 20 und
des projizierten Strahlungsfeldes zu unterstützen, ist eine Konfiguration
von optischen Elementen (nicht gezeigt) nahe der Röhre 12 und
des Kollimators 24 unterstützt. Wenn mittels eines Schalter
oder Ähnlichem
(nicht gezeigt) vom Bediener aktiviert, senden die optischen Elemente
einen nach unter gerichteten Lichtstrahl 26 aus, um ein
sichtbares Lichtfeld 28 auf der oberen Oberfläche des
Tisches 16 bereitzustellen. Die optischen Elemente sind
in Verbindung mit der Röhre 12 und
dem Kollimator 24 so eingerichtet, dass für vorgegebene
Aufbauten der Röhre
und des Kollimators die Grenzen des Lichtfeldes 28 mit
den Grenzen des FOV eines projizierten Röntgenstrahls auf der oberen
Oberfläche
des Tisches 16 zusammenfallen. Eine derartige Oberfläche ist
parallel zu und eng beabstandet von der ebenen Detektoroberfläche 20a angeordnet,
die die Detektorebene definiert. Folglich fallen die Grenzen des Lichtfeldes 28 nahezu
oder im Wesentlichen mit den Grenzen des Röntgenstrahlungsfeldes zusammen,
das die Röhre 12 in
die Detektorebene projiziert. Die Detektorebene und die Oberfläche des
Tisches 16 liegen beide parallel zu der XY-Ebene, wie dies
in 1 dargestellt ist.
-
Weiter
bezugnehmend auf 1 sind dünne Schattenlinienachsen 30a und 30b gezeigt,
die auf das Lichtfeld 28 projiziert sind, wobei die Achsen 30a und 30b jeweils
parallel zu den X- und
Y-Achsen sind. Die Achse 30b ist am Mittelpunkt der Längendimension
des Lichtfeldes 28 zentriert und die Achse 30a ist
am Mittelpunkt von dessen Breitendimension zentriert. Folglich identifiziert
der Schnitt der Achsen 30a und 30b den Ort des
Punktes Xc bei dem die Zentralsachse des
Lichtstrahls 26 die Oberfläche des Tisches 16 schneidet. Darüber hinaus
ist ein Griff 32 an dem Detektor 20 angebracht,
der nahe an der Kante der oberen Oberfläche des Tisches 16 positioniert
ist und mit einer sehr unverwechselbaren Markierung, Einkerbung
oder Nut 34 versehen ist. Die Markierung 34 ist
am Mittelpunkt der Detektoroberfläche 20a entlang ihrer
Längendimesion
ld positioniert. Dementsprechend kann ein
Bediener gleichzeitig die Markierung 34 und die Achse 30b des
Lichtfeldes 28 sehen und kann leicht den Detektor 20 entlang
der X-Achse verschieben, um die Markierung 34 entlang der
Achse 30b auszurichten.
-
Ferner
bezugnehmend auf 1 ist eine Elektronikeinrichtung 36 zum
Durchführen
von Berechnungen in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung, wie nachfolgend beschrieben wird, und zum Bedienen
einer visuellen Displayeinrichtung 40 gezeigt, die entlang
der Kante des Detektors 20 positioniert ist. Die Displayeinrichtung 40,
die allgemein in 1 dargestellt ist, kann in einer
Anzahl von verschiedenen Formen oder Konfigurationen ausgeführt sein.
In einer anderen Ausführungsform
ist eine Displayeinrichtung entlang der Kante des Tisches 16 anstelle
des Detektors 20 positioniert. Einige dieser Ausführungsformen sind
nachfolgend gezeigt.
-
Wie
nachfolgend genauer beschrieben werden wird, kann ein Bediener der
Vorrichtung 10 leicht die Markierung 34, die Achse 30 und
das Display 40 verwenden, um den Detektor 20 und
den projizierten Röntgenstrahlsfeld
für eine
spezifische Bildakquisition sauber auszurichten. Bezugnehmend auf 8, ist gezeigt, das ein Bediener die Markierung 34 auf
dem Detektorgriff 32 leicht nach der Schattenachse 30b ausrichten kann,
indem er einfach nach unten schaut, da der Detektor entlang der
X-Achse verschoben wird. Wenn die Markierung 34 auf dem
Detektorgriff 32 mit der Achse 30b fluchtet, ist
der Detektor 20 am Punkt Xc zentriert. Alternativ
könnte
der Detektor entlang der X-Achse verschoben werden, um die Markierung 34 nach
einer spezifischen sichtbaren Referenzmarkierung, die auf dem Display 40 leuchtet,
auszurichten, wie dies nachfolgend beschrieben werden wird.
-
Bezugnehmend
auf 2 ist eine Röhre 12 gezeigt,
die so orientiert ist, dass sie einen Röntgenstrahl 38 durch
einen auf dem Tisch 16 positionierten Patienten 42 in
Richtung des Detektors 20 projiziert. Genauer gesagt, ist
die Röhre 12 so
ausgerichtet, dass ihr zentraler Strahl Re,
der die Strahlachse umfasst, unter einem Winkel Φ bezogen auf die vertikale
Z-Achse verläuft,
der im Folgenden als Strahlrichtungswinkel bezeichnet wird. Es ist
so zu verstehen, dass der zentrale Röntgenstrahl Rc des
Strahls 38 in Richtung der Detektorsoberfläche 20a unter
einem Winkel von 90° gerichtet
ist, wenn Φ 0° beträgt und in
Richtung der Detektoroberfläche unter
einem Winkel kleiner als 90° ist,
wenn Φ ungleich
Null ist. Es soll des Weiteren so verstanden werden, dass die Prinzipien
der Erfindung auf jeden Strahlrichtungswinkel Φ, der kleiner als +/–90° ist, angewendet werden
kann. Folglich ist der Strahl 38, wie dies oben beschrieben
wurde, unter einem Winkel angeordnet, wenn Φ ungleich Null ist. 2 zeigt
ferner den projizierten Strahl 38, der in der XZ-Ebene
durch die Strahlen R1 und R2 gebunden
ist, die sich entlang der jeweiligen Kanten erstrecken. 2 zeigt
ebenfalls den Strahl 38, der den Kollimator 24 passiert.
Der Kollimator 24 legt den Winkel γ des Strahls 38 in
die XZ-Ebene, wobei der Kollimator 24 einstellbar ist,
um selektiv γ zu
variieren. Nachfolgend wird γ als
der Strahlbreitenwinkel bezeichnet. Da der zentrale Strahl Rc des Strahls 38 bei einem Winkel Φ liegt,
wird leicht deutlich, dass die Strahlen R1 und
R2 jeweils nach den Winkeln Φ + γ/2γ und Φ – γ/2 orientiert
sind, wie dies in 2 gezeigt ist.
-
Ferner
bezugnehmend auf 2 wird gezeigt, dass der Röntgenstrahl 38 die
Detektorebene 44, d.h. die Ebene der Detektoroberfläche 20a des
Detektors 20, schneidet. Der Schnitt definiert das Strahlungsfeld oder
FOV, das die Projektion des Röntgenstrahls
in die Detektorebene bezeichnet. Wie vorstehend festgestellt wurde,
fallen die Grenzen des Röntgenstrahls
FOV in die Detektorebene. Folglich wird der Strahlwinkel im Wesentlichen
denselben Effekt auf die Geometrie des Röntgenstrahls FOV und des Lichtfeldes 28 haben.
-
Ebenso
ist in 2 ein geometrisches Zentrum Cgeom dargestellt,
das nachfolgend beschrieben wird.
-
Bezugnehmend
auf 3 ist das Lichtfeld 28a gezeigt, das
entsteht, wenn Φ auf
0° gesetzt
wird, so dass der Lichtstrahl 26 in Richtung der Tischoberfläche und
der Detektorebene unter einem Winkel von 90° projiziert wird. Das Strahlungsfeld 28a ist
gezeigt als von einer symmetrischen rechteckigen Gestalt und das geometrische
Zentrum Cgeom fällt mit dem zentralen Strahlachsenschnittpunkt
Xc zusammen. Der zugehörige Röntgenstrahl FOV in der Detektorebene 44 wird
durch dieselbe Geometrie charakterisiert. Dementsprechend kann die
Detektoroberfläche 20a mit
dem Röntgenstrahl
FOV ausgerichtet sein, indem die Detektoroberfläche an einem Punkt Xc entlang der X-Achse zentriert wird.
-
Wie
jedoch vorstehend festgestellt wurde, wenn der Röntgenstrahl 38 und
der Lichtstrahl 26, die unter einem Winkel durch Verschwenken
der Röhre 12 auf
einen Winkel ungleich Null von Φ von
in etwa 45°,
angeordnet sind, werden die jeweiligen projizierten Strahlungsfelder
dadurch gestört.
Dies ist in 3 durch das Lichtstrahlungsfeld 28b dargestellt,
das durch einen unter einem Winkel ausgesendeten Lichtstrahl 26 erzeugt wird,
der als von trapezförmiger
Gestalt gezeigt wird. Darüber
hinaus zeigt 3 den Strahlachsenschnittpunkt
Xc des Lichtstrahlungsfeldes 28b als
von dem geometrischen Zentrum Cgeom entlang
der x-Achse um jeden Betrag δ versetzt.
Als Ergebnis ist ein Bereich oder Ausschnitt des Lichtstrahlungsfeldes 28b nicht
nach der Detektoroberfläche 20a ausgerichtet.
Weitaus wichtiger, ist ein Bereich des FOV des dazugehörigen Röntgenstrahls,
der in die Detektorebene projiziert wird, ebenfalls nicht nach der
Detektoroberfläche 20a ausgerichtet.
Als ein Ergebnis werden Bilddaten, die durch einen solchen Bereich
des Röntgenstrahls
FOV geschaffen werden, nicht empfangen oder detektiert. Ferner bezugnehmend
auf 3 wird ein Lichtfeld 28c durch einen
Strahl 26 erzeugt, wenn dieser auf einen Wert wie etwas –45° gesetzt
wird. Das Lichtfeld 28c wird in derselben Art und Weise
wie das Feld 28b als trapezförmig angesehen, aber ist in
der entgegengesetzten Richtung gestört. Ebenso ist im Lichtfeld 28c der
Punkt Xc zur Linken vom geometrischen Zentrum
entlang der X-Achse um den Betrag δ versetzt, eher als zur Rechten,
wie dies in Verbindung mit dem Lichtfeld 28b gezeigt ist.
-
Gemäß der Erfindung
wurde festgestellt, dass, wenn der Versatz δ entlang der X-Achse bestimmt
werden kann, die Zentrumsmarkierung 34 des Detektors und
der Lichtfeldachse 30b immer noch nützlich verwendet werden können, damit
das Zentrum des Detektors nach dem geometrischen Zentrum des Röntgenstrahls FOV
ungeachtet der Störungseffekte
des Winkels ausgerichtet ist, wie dies oben beschrieben ist. Dem
Verlust von Bilddaten wird hierdurch vorgebeugt. Darüber hinaus
wer den für
einen vorgegebenen Winkel, wegen der engen Koinzidenz zwischen dem
Lichtfeld 28 und dem dazugehörigen Röntgenstrahlenfeld in der Detektorebene,
die geometrischen Zentren der zwei Felder im Wesentlichen an derselben
Position entlang der X-Achse liegen. Der zentrale Achsenschnittpunkt
Xc der zwei Felder wird im Wesentlichen
ebenso an derselben Position entlang der X-Achse liegen. Dementsprechend
kann der Versatz δ,
der Abstand zwischen Xc und dem geometrischen
Zentrum entlang der X-Achse, von einem Satz von Parametern bestimmt
werden, der den Röntgenstrahl 38 und
das FOV charakterisiert, das dadurch in die Detektorebene projiziert
wird. Derartige Parameter schließen Strahlrichtungswinkel Φ, Strahlbreitenwinkel γ und SIDz ein, wobei SIDz der
Quellen-zu-Bild-Abstand entlang der Z-Axchse, beispielsweise die
Entfernung zwischen der Röhre 12 und
der Detektorebene 44 ist, was ein bekannter Wert ist. Der
Parametersatz enthält
ferner die Länge
FOV1 des Röntgenstrahlungsfeldes, beispielsweise
seine Dimension entlang der X-Achse. 2 zeigt
seine Länge,
die die Entfernung zwischen X1 und X2, den Punkten bei denen die Detektorebene 44 jeweils
durch die Strahlen R1 und R2 des
Röntgenstrahls 38 geschnitten
wird. In 2, schneidet die Zentralachse
Rc des Röntgenstrahls 38 die
Detektorebene 44 entlang der X-Achse bei Xc.
Xc kann leicht durch Φ und SIDz bestimmt
werden, worin Xc gleich SIDztanΦ ist.
-
Während 2 den
Strahl 38, der unter dem Winkel durch die Verschwenkung
der Röhre 12 bezogen auf
die Z-Achse ausgesendet wird, könnte
der Strahl alternativ unter dem Winkel durch Verschwenkung oder Rotation
des Detektors 20 ausgesendet werden. Im Allgemeinen ist
die Erfindung für
jede Relativbewegung zwischen der Röhre und dem Detektor anwendbar,
was dazu führt,
dass der Strahlrichtungswinkel Φ kleiner als
+/–90° wird.
-
Beim
Bestimmen des Wertes des Versatzes δ ist es nützlich als Erstes jeweils die
Steigung M1, M2 und Mc, die Steigung der Strahlen R1,
R2 und Rc in Betracht
zu ziehen, wie dies in 2 gezeigt ist. Jede dieser Steigungen
kann bezüglich
der definierten Winkel Φ und γ definiert
werden, wie folgt: Mcenter = tan(Φ) Gleichung (1) M1 =
tan(Φ + γ/2) Gleichung (2) M2 =
tan(Φ – γ/2) Gleichung (3)
-
Für das vorstehend
beschriebene Koordinatensystem für
die XZ-Ebene, das
in 2 gezeigt ist, hat die Gleichung für eine darin
gezeigte Linie die verallgemeinerte Form xi =
Mizi + bi, worin (xi, zi) die Koordinaten der Punkte entlang der
Linie sind und Mi seine Steigung ist. Die
Rechenkomplexität
kann jedoch reduziert werden, wenn das Bildgebungssystem 10 so
eingerichtet ist, dass der Brennpunkt der Röhre 12 mit dem Rotationszentrum
der Unterstützungseinrichtung
der Röntgenröhre zusammenfällt. In
diesem Fall gehen die Gleichungen durch den Ursprung des Koordinatensystems
und der Ausdrücke
bi werden zu Null, was zu der Gleichung
xi = Mizi führt,
die nützlich
ist, um die Strahlen R1, R2 und
Rc zu beschreiben. Darüber hinaus werden für zi = SIDz, die bekannte
Quellen-zu-Bild-Entfernung,
die jeweiligen Schnittpunkte X1 und X2 der Strahlen R1 und R2 wie folgt gegeben: X1 = M1SIDz = SIDztan(Φ + γ/2) Gleichung (4) X2 =
M2SIDz = SIDztan(Φ + γ/2) Gleichung (5)
-
Es
ist essentiell zu erkennen, dass die Länge FOV1 des
Röntgenstrahlungsfeldes
nicht geringer als die Längenausdehnung
der Detektoroberfläche 20a sein
kann, die sich entlang der X-Achse
erstreckt. Folglich ist FOV1 vorspezifiziert
als entweder gleich oder wahlweise kleiner als die Länge der
Detektoroberfläche 20a. Folglich
ist FOV1 als vorbestimmter Wert bekannt. Aus 2 ist erkennbar,
dass FOV1 gleich (X1–X2) ist. Folglich ist FOV1 in
Bezug auf SIDz, Φ und γ wie folgt gegeben: FOV1 =
X1–X2 = SIDx[tan(Φ + γ/2) – tan(Φ – γ/2)] Gleichung (6)
-
Unter
Verwendung der triogometrischen Beziehungen
kann die Gleichung (6) wie
folgt umgestaltet werden:
-
-
Wenn
die Ausdrücke
der Gleichung (7) umgeordnet werden und die Gleichung gelöst wird,
ergibt sich das folgende quadratische Ergebnis: Atan2(γ/2) + Btan(γ/2) + C =
0 Gleichung (8)
-
Worin
A = tan2(Φ), B = 2(1 + tan2(Φ)) × (SIDz/FOV1), und C = –1 ist. Die Lösung der
Gleichung (8) führt zu
zwei Lösungen:
-
-
Für den geometrischen
Zustand des Röntgenstrahls,
der von dem Bildgebungssystem 10 geschaffen wird, hat nur
die Lösung γ Gültigkeit,
die von der Gleichung (9) geliefert wird. Folglich wird der Kollimator 24 nachdem γ1 bestimmt
wurde wie verlangt angepasst, um den Strahlbreitenwinkel des Strahls 30 unter γ1 zu erzeugen.
Die Länge
FOV1 wird hierbei auf die Werte gesetzt,
die dafür
vorspezifiziert sind. Darüber
hinaus kann aus den Werten von FOV1, dem
Strahlrichtungswinkel Φ,
SIDz und γ1 der Versatz δ zur Verwendung bei der Ausrichtung
des Detektors und des projizierten Röntgenstrahlenfeldes direkt
berechnet werden. Um δ zu berechnen,
wird festgestellt, dass das geometrische Zentrum Cgeom des
projizierten Strahlungsfeldes 34 durch den Mittelwert X der Koordinaten X1 und X2 bestimmt
wird, wobei X = (X1 + X2)/2 ist. Aus
den Gleichungen (4) und (5) für γ = γ1,
kann X wie folgt dargestellt
werden: X = SIDz/2(tan(Φ + γ1/2)
+ tan(Φ – γ1/2)) Gleichung (11)
-
Wie
vorstehend festgestellt wurde, ist Xc gleich
SIDztan(Φ).
Folglich ist der Versatz δ gegeben
durch den Ausdruck:
-
-
Die
elektronische Kontrolleinrichtung 36, die in 1 gezeigt
ist, umfasst eine Computersteuerung oder Ähnliches, und ist eingerichtet,
um die spezifizierten Werte von Φ,
SIDz und FOV1 als
Eingabe zu empfangen, und ist eingerichtet, um gemäß der vorstehend
genannten Gleichungen die Berechnungen durchzuführen. Folglich wird die Einrichtung 36 durch
das Empfangen der spezifizierten Eingaben betrieben, um die Gleichungen
(7)–(9)
zur Bestimmung des Strahlbreitewinkels γ1 gemäß der zugehörigen Eingaben
zu implementieren. Wenn der Kollimator 24 automatisch als
Antwort auf ein Signal justiert wird, kann die Kontrolleinrichtung 36 ferner
konfiguriert werden, um ein Signal das γ1 darstellt,
zur Justierung des Kollimators 24 zu verbinden und dadurch
eine Autokollimation zu schaffen. Nach dem Bestimmen von γ1 wird
die Kontrolleinrichtung 36 gemäß der Gleichungen (11) und
(12) betrieben, um den Versatz δ zu
berechnen. Die Kontrolleinrichtung 36 verbindet dann das
Signal das den Versatz δ darstellt,
um die Einrichtung 40 darzustellen.
-
Bezugnehmend
auf 4 ist ein lineares LED-Array 46 gezeigt,
das entlang der Kante des Detektors 20 montiert ist. Das
Array 46 weist eine LED 48 im Zentrum (Zentrums-LED 48)
und eine Anzahl anderer LEDs 52, die sich rechts und links
von der Zentrums-LED 48 in regelmäßigen Intervallen, wie 1/8
Inch, erstrecken, wie dies in 4 dargestellt
ist. 4 zeigt ferner den Griff 32 des Detektors 20,
der fest mit diesem verbunden ist, sodass die Markierung 34 des
Griffs 32 mit der Zentrums-LED 48 fluchtet. Folglich
ist die Zentrums-LED 48 des
Arrays 46 im Zentrum oder Mittelpunkt des Detek tors 20 bezogen
auf die X-Achse positioniert. Darüber hinaus sind der Griff 34 und
das Array 46 mit dem Detektor 20 zur Bewegung
mit diesem verbunden, wobei der Detektor 20 zur translatorischen
Bewegung entlang der X-Achse durch Rollen 54 oder Ähnliches
montiert ist.
-
Um
die Anordnung von 4 zu verwenden, justiert ein
Bediener die Röntgenröhre 12 und
den Kollimator 24 für
eine spezifische Bildgebungsprozedur, wobei die repräsentativen
Parameter zur Verfügung
gestellt werden, die zur Berechnung des Versatzes δ, wie vorstehend
beschrieben, notwendig sind. Nachdem die Kontrolleinrichtung 36 den
Versatz δ berechnet
hat, sendet diese ein Signal zu dem Array 46, um eine LED 50 zu
aktivieren oder zu beleuchten, die vom der Zentrums-LED 48 um
den Betrag δ beabstandet
ist. Der Bediener verschiebt dann den Detektor 20, um die
beleuchtete LED 50 nach der Schattenlinienachse 30b des
Lichtfeldes 28 auszurichten und ebenso nach dem Punkt Xc des Röntgenstrahles
FOV. Darüber
hinaus wird die leuchtende LED 50 bezogen auf die Zentrums-LED 48 so
positioniert, dass wenn die LED 50 am Punkt Xc ausgerichtet
ist, die Zentrums-LED 48 und die Markierung 34 nach
dem geometrischen Zentrum des Strahlungsfeldes ausgerichtet sind.
Beispielsweise wenn die Einrichtung 36 bestimmt, dass der
Versatz δ 4/8
Inch beträgt und
links von dem Punkt Xc angeordnet ist, würde die
vierte LED rechts von der Zentrums-LED 48 aktiviert werden.
Folglich kann ein Bediener einfach, indem die Lichtfeldesachse 30b nach
der der aktivierten LED 50 ausgerichtet ist, sehr schnell
und prompt das Zentrum des Detektors nach dem geometrischen Zentrum
des Röntgenstrahls
FOV entlang der X-Achse ausrichten.
-
Während 4 ein
lineares Array 46 zeigt, das die Licht emittierenden Dioden 52 aufweist,
könnten im
Rahmen der Er findung andere Typen von Licht emittierenden Elementen
diese ersetzten. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Licht
emittierende Elemente" auf
jeden Typ eines kleinen Elements, einschließlich, aber nicht beschränkt auf
LEDs, die in einem linearen Anordnung mit anderen Elementen ähnlicher Typen
platziert werden können,
wobei jedes der Licht emittierenden Elemente diskret oder einzeln
erregt werden kann, um ein sichtbares Licht zu erzeugen.
-
Es
ist offensichtlich, dass die genaue Ausrichtung unter Verwendung
eines Array von Licht emittierenden Elementen durch die Breite der
jeweiligen Licht emittierenden Elemente und den Abstand zwischen
diesen bestimmt wird. Es wird erwartet, dass die Kontrolleinrichtung 36 in
der Lage ist, die korrekten Elemente zur Beleuchtung auszuwählen. Bezugnehmend
auf 5 ist ein LED-Array 51 gezeigt, das an
der Kante des Tisches 16 zur Verschiebung entlang der X-Achse
mittels Rollen 53 oder ähnlichem
montiert ist. Das Array 51 weist eine Zentrums-LED 55 und
eine Anzahl von anderen LEDs 57 auf, die sich rechts und
links von der Zentrums-LED 55 erstrecken, wie dies in 5 mit
rechteckigen Intervallen von etwa 1/8 Inch dargestellt ist. Es ist
nützlich,
wenn die LED 55 und die verbleibenden LEDs 57 von
verschiedener Farbe sind, wie etwa jeweils Amber und Grün. 5 zeigt
ferner den Detektor 20, der entlang der X-Achse zur Verschiebung
mittels Rollen 54 oder Ähnlichem
montiert ist.
-
Um
die Prozedur von 5 zu verwenden, justiert ein
Bediener die Röhre 12 und
den Kollimator 24 für
eine spezifische Bildgebungsprozedur, wobei die jeweiligen Parameter,
die zum Berechnen des Versatzes δ notwendig
sind, zur Verfügung
gestellt werden. Der Bediener verschiebt dann das LED-Array 51,
damit die Zentrums-LED 55 nach der Schattenlinienachse 30b des
Lichtfeldes 28 ausgerichtet ist. Die LED 55 wird
hierbei entlang der X-Achse mit dem Punkt Xc des
Lichtfeldes 28 und ebenso nach dem Punkt Xc des
Röntgenstrahls
FOV ausgerichtet. Nachdem die Kontrolleinrichtung 36 den
Versatz δ berechnet
hat, sendet diese ein Signal zum Array 51, um die LED 56 zu
aktivieren, die von der Zentrums-LED 55 um den Betrag δ beabstandetist.
Wenn beispielsweise die Einrichtung 36 bestimmt, dass der
Versatz δ 5/8
Inch beträgt
und dieser links vom Punkt Xc angeordnet
ist, würde
die fünfte
LED links von der Zentrums-LED 55 aktiviert werden. Der
Bediener würde
dann die Markierung 34 auf dem Detektor 20 mit
der aktivierten LED 56 ausrichten, damit das Zentrum des
Detektors nach dem geometrischen Zentrum des Röntgenstrahls FOV entlang der
X-Achse ausgerichtet ist.
-
Bezugnehmend
auf 6 ist wieder der Detektor 20 gezeigt,
der zur Verschiebung entlang der X-Achse durch Rollen 54 oder Ähnliches
montiert ist. Ferner ist ein Stab 58 gezeigt, der fest
mit einem Ende des Detektors 20 zur Bewegung mit diesem
verbunden ist, wobei der Stab 58 mit Markierungen oder
anderen Kennzeichnungen (nicht gezeigt) in regelmäßigen Intervallen
entlang ihrer Länge
versehen ist. Wenn sich der Stab 58 mit dem Detektor 20 bewegt,
bewegt dieser sich durch ein Potentiometer, einen magnetischen Detektor
oder eine andere Einrichtung 60, wie sie aus dem Stand
der Technik bekannt ist, die dazu eingerichtet ist, jedes Mal einen
Zählimpuls
zu registrieren, wenn die Stabmarkierung einen Referenzpunkt in
der Einrichtung 60 passiert. Folglich schafft die Einrichtung 60 ein
Signal, das die Entfernung, die der Detektor 20 zurücklegt, und
ebenso deren Richtung anzeigt. Bezugnehmend auf 6 ist
eine rote LED 62 und eine grüne LED 64 gezeigt,
die beide mit dem Tisch 16 verbunden sind.
-
Im
Betrieb richtet ein Bediener die Markierung 34 am Detektorgriff 32 nach
der Lichtfeldachse 30b aus. Folglich wird der Detektor 20 zu
Beginn an dem Punkt Xc des Röntgenstrahls
FOV zentriert. Nachdem der Versatz δ berechnet wurde, wird die rote
LED 62 aktiviert, wenn δ ungleich
Null ist. Der Bediener bewegt den Detektor 20 willkürlich und
die Detektoreinrichtung 60 erzeugt kontinuierlich ein Signal,
das das Versetzen des Detektors 20 repräsentiert. Das Signal wird von
der Kontrolleinrichtung 26 empfangen, die kontinuierlich
die Versetzung des Detektors mit dem berechneten Versatz δ vergleicht.
Wenn die Einrichtung 26 bestimmt, dass die Versetzung des
Detektors gleich dem Versatz δ ist,
wird eine grüne
LED 64 aktiviert, um den Bediener zu informieren, dass
das Zentrum des Detektors 20 in die Position des geometrischen
Zentrums entlang der X-Achse der Röntgenstrahlen FOV bewegt wurde.
-
Bezugnehmend
auf 7 ist eine Anordnung gezeigt,
die der vorstehend in Verbildung mit 5 beschriebenen
Anordnung ähnlich
ist. Eine Displayeinrichtung 70 wurde als Ersatz für die LEDs 62 und 64 auf dem
Tisch 16 montiert. Die Displayeinrichtung 70 zeigt
zwei Pfeile 66 und 68, die jeweils in die rechte
und die linke Richtung zeigen, wie dies in 7 dargestellt
ist. Wie in 6 gezeigt, ist die die Markierung 34 des
Detektorgriffs zu Beginn nach der Achse 30b des Lichtfeldes 28 ausgerichtet.
Nachdem die Kontrolleinrichtung 26 den Versatz berechnet,
betreibt sie die Displayeinrichtung 70, um die Spitze der
Pfeile 66 und 68 durch einen Betrag von δ voneinander
beabstandet zu zeigen. Ebenso ist der Pfeil, der in die Richtung
zeigt, in die der Detektor 20 bewegt werden muss, heller
als die anderen Pfeile. Wenn die Markierung 34 des Detektors 20 nach
dem geometrischen Zentrum des Strah lungsfeldes ausgerichtet ist,
sind die Spitzen der Pfeile 66 und 68 als im Kontakt
miteinander gezeigt.
kann die Gleichung (6) wie folgt umgestaltet werden:
