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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Computertomographievorrichtung. Genauer gesagt, bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf eine Computertomographievorrichtung,
die ein fortlaufendes Abtasten erlaubt.
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Allgemein führt eine Computertomographievorrichtung
(CT) die drei Prozesse des Abtastens, der Bildrekonstruktion und
der Bildanzeige in zeitlicher Abfolge aus. Projektionsdaten, die
aus vielen Richtungen erfaßt
werden, während
sich eine Röntgenstrahlröhre dreht
oder sich die Röntgenstrahlröhre und
ein Detektorfeld zusammen drehen, werden digitalisiert, dann einer
Vorverarbeitung wie einer Kalibrierung unterworfen und zeitweilig
als Rohdaten in einem Speicher mit großem Volumen wie einem Magnetplattenspeicher
gespeichert.
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Zum Zeitpunkt der Bildrekonstruktion
werden die Rohdaten aus dem Magnetplattenspeicher ausgelesen, und
dann über
einen Speicher in eine Rekonstruktionseinheit eingelesen. Die Tomographiebilddaten,
die in der Rekonstruktionseinheit rekonstruiert werden, werden auf
einem Magnetplattenspeicher gespeichert und als ein Videosignal
an einen Kathodenstrahlröhren(CRT)monitor über einen
Anzeigespeicher übertragen.
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Das Einbringen von Schleifringen
hat ermöglicht,
daß eine
fortlaufende Abtastung ausgeführt wird.
Diese fortlaufende Abtastung ermöglicht,
daß mehrdirektionale
Projektionsdaten für
einen einzelnen Schnitt oder für
mehrere Schnitte in zeitlicher Abfolge erhalten werden. Die mehrdirektionalen
Projektionsdaten werden aus dem Magnetplattenspeicher in die Rekonstruktionseinheit
mit einem frei wählbaren
Zeitablauf eingelesen und dann für
die Bildrekonstruktion, wie oben beschrieben wurde, verwendet. Die
Zeit, die für
die Bildrekonstruktion benötigt
wird, ist länger
als die Abtastzeit, und die Zeit, die es benötigt, um auf den Magnetplattenspeicher
zu schreiben und einen Zugriff auf diesen zu machen, ist lang. Es ist
daher unmöglich,
die Tomographiebilder in Echtzeit aufeinanderfolgend wie Filmbilder
anzuzeigen, während
eine fortlaufende Abtastung ausgeführt wird.
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Die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
bei der Bildrekonstruktion wurde in den vergangenen Jahren betrachtet
und erreicht den Zustand der praktischen Verwendung. Daher ist von
der CT-Vorrichtung erwartet worden, daß sie Tomographiebilder in Echtzeit
aufeinanderfolgend anzeigt, während
eine fortlaufende Abtastung ausgeführt wird. Jedoch sind die langen
Speicher- und Zugriffszeiten des Magnetplattenspeichers ein ernstes
Hindernis bei der praktischen Verwendung der Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
bei der Bildrekonstruktion. Des weiteren tritt der Wartezustand
unregelmäßig beim
Schreiben auf und beim Zugreifen auf den Magnetplattenspeicher auf.
Daher variiert das Zeitintervall zwischen einer Abtastung und der
Anzeige eines Tomographiebildes unregelmäßig, was es unmöglich macht,
die internen Bewegungen eines Schnittes eines menschlichen Körpers, der
untersucht wird, zu reproduzieren.
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Nebenbei treten die folgenden Probleme
in Verbindung mit der Verwendung einer Echtzeit-Röntgenstrahl-CT-Vorrichtung
in einem klinischen Umfeld auf. Das erste Problem ist, daß es für einen
Bediener eine lange Zeit benötigt,
um einen Schnitt oder Querschnitt von Interesse eines Subjektes,
das untersucht wird, in einer Position durch manuelles Bewegen einer
Platte, auf der das Subjekt liegt, zu plazieren, während er
einen Querlichtstrahl, der von einem Projektor auf das Subjekt projiziert
wird, beobachtet. Das zweite Problem ist, daß, wenn eine Abtastung, die
die Bewegung der Platte beinhaltet (z. B. eine helixförmige Abtastung,
eine Mehrschnittabtastung oder ähnliches)
unterbrochen wird, es eine lange Zeit benötigt, um sie erneut zu starten.
Dies ist so aufgrund der Tatsache, daß es zum Zeitpunkt des erneuten
Startens ein gehöriges
Stück Arbeit
benötigt,
um die Platte manuell so zurück
in ihre Position zu setzen, daß ein Schnitt
von Interesse in der Position zum Zeitpunkt des Unterbrechens der
Abtastung plaziert sein wird.
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Die US-A-4 789 929 offenbart die
Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
eines Computertomographiegeräts,
welches zum Zeitpunkt des Neustartes des Computertomographen nach
einem Aussetzen desselben eine obere Platte automatisch zurückbringt
an eine Position, an der ein zu untersuchendes Subjekt liegt, so
dass ein Schnitt des Subjekts, der von Interesse ist, an der Position zum
Zeitpunkt der Aussetzung der Tomographie platziert wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des
Anspruchs 1 gelöst.
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung liefert ein Computertomographiegerät, wie es
in den Ansprüchen
definiert ist.
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Gemäß dem Computertomographiegerät nach Anspruch
1, wenn die Erfassung von Projektionsdaten unterbrochen wird, kann
der obere Tisch automatisch zurückkehren,
so dass der Schnitt, für welchen
die letzten Tomographiebilddaten erfasst worden sind, in der Tomographieposition
platziert wird. Die, Erfassung der Projektionsdaten kann folglich
sofort wiedergestartet werden.
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Diese Erfindung kann vollständiger aus
der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden werden, wenn
diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird,
von denen:
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1 eine
Ablaufdarstellung für
den Einzelabtastungsmodus in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
Außenansicht
einer Röntgenstrahl-Computertomographievonichtung
ist;
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3 eine
schematische Illustration der Struktur des Portals ist, das in 1 gezeigt ist;
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4 eine
Blockdarstellung einer CT-Steuereinheit ist;
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5 die
Prozedur des fortlaufenden Abtastmodus illustriert;
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6 die
Prozedur von der Datenerfassung bis zur Anzeige für ein einzelnes
Tomographiebild illustriert;
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7A und 7B den Zeitablauf illustrieren, durch
den die Datenerfassung und die Anzeige während einer fortlaufenden Abtastung
ausgeführt
werden;
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8 eine
Modifikation der Steuereinheit aus 4 illustriert;
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9 gepulste
Röntgenstrahlen
illustriert, die zum Reduzieren der Bestrahlungsmenge eines menschlichen
Körpers,
der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen
verwendet werden;
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10 ein
Filter illustriert, das zum Reduzieren der Bestrahlungsmenge eines
menschlichen Körpers,
der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen
angepaßt
ist;
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11 eine
Blockdarstellung einer Computertomographievorrichtung nach einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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12 ein
Beispiel eines Anzeigeschirms illustriert;
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13 einen
Zeitablauf illustriert, durch welchen Betriebsabläufe des
Drehens der Dreheinheit, des Emittierens von Röntgenstrahlen, des Bewegens der
Platte, und des Neigens des Portals ausgeführt werden;
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14 eine
Neigung des Portals illustriert;
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15 eine
Blockdarstellung einer Computertomographievorrichtung nach einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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16A und 16B einen Umlauf der Röntgenstrahlröhre um einen
menschlichen Körper,
der untersucht wird, in einer helixförmigen Abtastung illustrieren.
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Unter Bezugnahme auf 2, es wird schematisch eine Computertomographievorrichtung
nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert. Diese Computertomographievorrichtung
besteht aus einem Portal 1, einer Couch 2 und einer
Bedienungskonsole 3. Das Portal 1 weist eine zentrale Öffnung 4 auf,
durch welche einem menschlichen Körper, der untersucht wird,
ermöglicht
wird, einzutreten. Die Couch 2 ist vor dem Portal 1 plaziert, wobei
sie elektrisch so antreibbar ist, daß ihre Höhe eingestellt werden kann.
Oben auf der Couch 2 ist eine gleitend bewegbare Platte 5 plaziert,
auf der das Subjekt, das untersucht wird, liegen soll. Die Platte 5 wird
elektrisch zur Bewegung auf der Oberseite der Couch in Richtung
des Portals 1 angetrieben. Obwohl es nicht gezeigt ist,
ist das Portal 1 unten mit Rollen versehen, so daß es manuell
in Richtung der Couch 2 bewegt werden kann. Der Grund ist,
daß die Tomographie
gleichzeitig mit einer Operation verwendet werden kann und daß es in
diesem Fall vom Gesichtspunkt der Sicherheit aus wünschenswert
ist, einen Schnitt von Interesse des menschlichen Körpers in
einer Position zur Untersuchung durch Bewegen des Portals 1 anstelle
einer Bewegung der Platte 5 zu positionieren. Natürlich kann
die Platte bewegt werden, um den Schnitt in Position zu plazieren.
Bemerke, daß bei
dem fortlaufenden Abtastmodus die Schnittposition im allgemeinen
nur durch Bewegen der Platte 5 geändert wird.
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Auf der Oberseite der Konsole 3 sind
eine Tastatur (eine Maus kann enthalten sein) 6 und ein CRT-Monitor 7 plaziert.
Eine Steuereinheit ist in der Konsole 3 untergebracht.
Die Steuereinheit ist sowohl mit dem Portal 1 als auch
mit der Couch 2 verbunden.
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Wie in 3 gezeigt
ist, das Portal 1 enthält -in
sich eine Röntgenstrahlröhre 12,
die einen Röntgenstrahl
in der Form eines Fächers
auf ein Subjekt 10, das untersucht wird, das auf der Platte 5 liegt, emittiert
und ein Mehrkanal-Röngtenstrahl-Detektorfeld 16,
das eine große
Anzahl von Detektorelementen aufweist, die in der Form eines kreisförmigen Bogens
mit der Mitte in dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre angeordnet
sind, und die Röntgenstrahlen,
die durch das Subjekt 10 hindurchgelassen werden, detektiert.
Die Röntgenstrahlröhre und
das Röntgenstrahl-Detektorfeld
werden durch ein sich drehendes Teil so gehalten, daß sie eine
fortlaufende Drehung um das Subjekt 10 machen können, während sie
einander anblicken, wobei das Subjekt zwischen ihnen angeordnet
ist. Die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld sind elektrisch mit einem feststehenden Teil über Schleifringe
verbunden. Dadurch können
die mehrdirektionalen Projektionsdaten über das Subjekt 10,
die zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes benötigt werden,
fortlaufend erfaßt
werden, so lange die Röntgenstrahlröhre 12 und
das Detektorfeld 16 eine fortlaufende Drehung um das Subjekt
machen. Wenn die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld um denselben Schnitt eines menschlichen Körpers rotieren,
kann eine sogenannte dynamische Abtastung gemacht werden, durch
welche Änderungen
in einem Tomographiebild aufgrund des Einfließens oder des Herausfließens eines
Kontrastmediums verfolgt werden können. Wenn eine Änderung
von einem Schnitt zu einem anderen synchron mit der Drehung der
Röntgenstrahlröhre und
des Detektorfeldes gemacht wird, wird eine sogenannte helixförmige Abtastung
gemacht. Die Computertomographievorrichtung dieses Typs wird als eine
Computertomographievorrichtung der dritten Generation (R/R-Typ)
bezeichnet. Die CT-Vorrichtung ist nicht auf diesen Typ begrenzt.
Es kann Verwendung von einer CT-Vorrichtung der vierten Generation
(R/S-Typ) gemacht
werden, bei der die Röntgenstrahl-Detektorelemente
so angeordnet sind, daß sie
ein Subjekt, das untersucht wird, über einen Bereich von 360° umgeben,
und eine Röntgenstrahlröhre alleine
gedreht wird, oder von einer CT-Vorrichtung der fünften Generation
(S/S-Typ), bei der zusätzlich zu
den Röntgenstrahl-Detektorelementen
eine Anzahl von Röntgenstrahlröhren so
angeordnet sind, daß sie
ein Subjekt, das untersucht wird, über einen Bereich von 360° umgeben.
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In dem Portal 1 ist eine
Röntgenstrahlerzeugungsvonichtung 14 installiert,
die mit der Röntgenstrahlröhre 12 über Schleifringe
verbunden ist und einen Röhrenstrom
und eine Röhrenspannung
an die Röntgenstrahhöhre fortlaufend
oder in der Form eines Pulses liefert, wodurch die Röntgenstrahlröhre zur
Emission von Röntgenstrahlen
gebracht wird. Außerdem
ist ein Datenerfassungssystem (DAS) 18 in dem Portal 1 installiert
und mit dem Detektorfeld 16 verbunden. Dieses Datenerfassungssystem 18 besteht
aus Integratoren zum Integrieren von Ausgangssignalen der entsprechenden
Detektorelemente in dem Detektorfeld 16, einem Multiplexer zum Einlesen
von Ausgangssignalen der entsprechenden Integratoren mit hoher Geschwindigkeit
in serieller Form auf einer Kanal-um-Kanal-Basis und ein Analog-zu-Digital-Wandler
zum Wandeln eines Ausgangssignals des Multiplexers in ein digitales
Signal, wodurch Projektionsdaten ausgegeben werden, in denen, die
Röntgenstrahltransmission
jedes Röntgenstrahlwegs
(Kanal) wiedergespiegelt ist.
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4 ist
eine Blockdarstellung der Steuereinheit 20 innerhalb der
Konsole 3. Eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 22 ist
vorgesehen, die als ein Host-Controller dient. Ein Steuerbus 24 und
ein Datenbus 26 sind mit der CPU 22 gekoppelt.
Die CPU 22 weist eine eingebaute Taktschaltung 42 auf
und steuert die Betriebsabläufe
und den Zeitablauf jeder der Komponenten in der Steuereinheit 20 mittels Taktpulsen
von der Taktschaltung. Mit dem Steuerbus 24 sind eine Vorverarbeitungseinheit 28,
eine Plattenschnittstelle (Disk I/F) 30, eine Wiederherstellungseinheit 32 und
ein Anzeigespeicher 34 verbunden. Die Tastatur 6 und
die Röntgenstrahlröhre 14, die
oben beschrieben wurden, sind ebenfalls mit dem Steuerbus 24 verbunden.
Mit dem Datenbus 26 sind die Vorverarbeitungseinheit 28,
die Disk I/F 30, die Rekonstruktionseinheit 32, der Anzeigespeicher 34 und
ein Speicher 36 verbunden. Mit der Disk I/F 30 ist ein
Magnetplattenlaufwerk 38 verbunden, das als ein Speicher
mit großem
Volumen dient. Das Datenerfassungssystem 18 ist mit der
Vorverarbeitungseinheit 28 verbunden. Die Projektionsdaten
von dem Daten erfassungssystem 18 werden einer Vorverarbeitung
wie einer Kalibrierung in der Vorverarbeitungseinheit unterworfen
und dann zeitweilig in den Speicher 36 wie einen DRAM geschrieben.
Die Projektionsdaten werden aus dem Speicher 36 in die
Rekonstruktionseinheit 32 gelesen, die Tomographiebilddaten
aus den mehrdirektionalen Projektionsdaten rekonstruiert. Die resultierenden
Bilddaten werden zeitweilig in den Anzeigespeicher 34 wie
einen DRAM geschrieben. Die Bilddaten werden dann aus dem Speicher 34 gelesen
und in den CRT-Monitor 7 geliefert, wodurch ein Tomographiebild
angezeigt wird. Die Bilddaten, die aus dem Anzeigespeicher 34 gelesen
werden, werden auch auf eine Magnetplatte in dem Plattenlaufwerk 38 über die
Disk I/F 30 geschrieben.
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Als nächstes wird der Betrieb der
vorliegenden Ausführungsform
beschrieben. 1 ist eine Ablaufdarstellung
für den
fortlaufenden Abtastmodus. 5 illustriert
den Ablauf der Betriebsabläufe von
dem Abtasten bis zur Anzeige in dem fortlaufenden Abtastmodus. Wie
oben beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung weist Filmmodi
und Einzelabtastmodi als die Betriebsmodi auf, von denen einer wie
gewünscht
durch einen Bediener über
die Tastatur 6 ausgewählt
wird.
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Wenn ein Betrieb gestartet wird,
beginnen die Röntgenstrahlröhre 12 und
das Detektorfeld 16, sich fortlaufend zu drehen, wodurch
eine fortlaufende Abtastung gestartet wird. Die fortlaufende Abtastung ist
definiert durch fortlaufendes Wiederholen eines Abtastbetriebes.
Der Abtastbetrieb ist definiert als ein Betrieb zum Erfassen von
mehrdirektionalen Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines
einzelnen Tomographiebildes erforderlich sind, während die Röntgenstrahlröhre 12 und
das Detektorfeld 16 gedreht werden. Während der fortlaufenden Abtastung kann
die Schnittposition fixiert sein oder geändert werden. Wie später beschrieben
wird, werden entsprechend der vorliegenden Ausführungsform die Datenerfassung,
die Bildrekonstruktion und die Bildanzeige mit hoher Geschwindigkeit
als ein Satz von Betriebsabläufen
ausgeführt,
und das Zeitintervall (Zeitunterschied) von dem Zeitpunkt, zu dem
ein Abtastbetrieb ausgeführt
wird, um Projektionsdaten für ein
einzelnes Bild zu erfassen, zu dem Zeitpunkt, wenn dieses Bild angezeigt
wird, ist derselbe für
alle Abtastbetriebsabläufe.
Dieses verhindert, daß es aufgrund
der Unregelmäßigkeit
des Zeitintervalls zwischen dem Moment, in dem ein Ab tastbetrieb
beendet ist, und dem Moment, in dem das entsprechende Bild angezeigt
wird, der von dem Vorhandensein einiger Verzögerungen resultiert, die beim
Schreiben in und beim Lesen aus den Speichern 34 und 36 beteiligt
sind, schwierig wird, den Schnitt eines menschlichen Körpers, der
untersucht wird, in Echtzeit zu beobachten. Aus diesem Grund können die
Tomographiebilder nahezu in Echtzeit wie Filmbilder angezeigt werden.
Zum Beispiel wird dieser fortlaufende Abtastmodus ausgeführt, um
die Ankunft der Spitze einer Nyxisnadel an einem Tumor während einer
Nyxisbehandlung durch Überwachen
von aufeinanderfolgenden Tomographiebildern, die durch eine fortlaufende
Abtastung erhalten werden, zu überprüfen. In
diesem Fall bleibt die Schnittposition während der ganzen fortlaufenden
Abtastung unverändert.
Der fortlaufende Abtastmodus kann verwendet werden zum Positionieren
eines ausgewählten
Schnittes für gewöhnliche
Tomographie. In diesem Fall wird es erforderlich sein, daß man in
der Lage ist, die Schnittposition nach Wunsch zu ändern. Die
Schnittposition kann durch gleitendes Verschieben der Platte 5 geändert werden.
Wenn jedoch der fortlaufende Abtastmodus während einer Operation verwendet
wird, sollte die Schnittposition bevorzugterweise durch gleitendes
Verschieben des Portals 1 geändert werden, da es nicht wünschenswert
ist, einen Patienten zu bewegen, an dem verschiedene Röhren und
Instrumente angebracht sind. In diesem Fall ist das Portal 1 bevorzugterweise
mit einem Servohilfsmechanismus ausgerüstet, der einem Doktor erlaubt,
es manuell zu bewegen. In dem fortlaufenden Abtastmodus gibt es
keine Notwendigkeit des Änderns
der Abtastposition mit einer konstanten Geschwindigkeit wie bei
einer gewöhnlichen
helixförmigen
Abtastung. Die Schnittposition kann unregelmäßig zwischen einem fixierten
Zustand und einem geänderten
Zustand geändert
werden. Des weiteren kann die Schnittposition mit variierenden Geschwindigkeiten geändert werden.
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Während
eines Abtastbetriebes werden die Projektionsdaten, die von dem Datenakquisitionssystem 18 erfaßt und ausgegeben
werden, einer Vorverarbeitung wie einer Kalibrierung in der Vorverarbeitungseinheit 28 unterworfen
und dann in den Speicher 36 als Rohdaten geschrieben. Zum
Beispiel wird die Drehgeschwindigkeit der Röntgenstrahlröhre 12 und
des Detektorfeldes 16 als eine Drehung pro Sekunde ausgewählt, und
ein einzelner fortlaufender Abtastbetrieb wird so bestimmt, daß er eine
Periode von 50 Se kunden aufweist, während der die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld 50 Umdrehungen machen. Diese Periode wird
bestimmt, um die erlaubte Grenze nicht zu überschreiten, die von dem Standpunkt
der Wärmewiderstandsfähigkeit
der Röntgenstrahlröhre und
der Sicherheit gegen die Röntgenstrahlungsbelastung
menschlicher Körper bestimmt
wurde. Angenommen, daß 2
M Bytes von Rohdaten bei einer Drehung erfaßt werden, dann wird der Speicher 36 eine
Speicherkapazität
von ungefähr
100 M Byte aufweisen, um alle Rohdaten für eine einzelne fortlaufende
Abtastung zu speichern. Der Anzeigespeicher 34 weist eine
Speicherkapazität
zum Speichern mehrerer Tomographiebilder, die während einer einzelnen fortlaufenden
Abtastung erhalten wurden, auf.
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In Schritt #12 macht die CPU 22 eine
Entscheidung, ob die Rohdaten, die zum Rekonstruieren eines einzelnen
Tomographiebildes benötigt
werden, erhalten worden sind. Falls die Rohdaten erhalten worden
sind, schreitet die Prozedur zu Schritt #14 fort, in dem die Rohdaten
von dem Speicher 36 an die Rekonstruktionseinheit 32 übertragen
werden. Die Abtastung wird kontinuierlich ausgeführt. Die Verwendung des Speichers
46 zum Transferieren der Rohdaten von dem Datenerfassungsystem 18 zu
der Rekonstruktionseinheit 32 mach es möglich, das Intervall merklich
zu reduzieren, das von dem Zeitpunkt, zu dem die Abtastung gestartet
wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Rekonstruktionsverarbeitung
gestartet wird, abläuft,
verglichen mit der Verwendung einer Magnetscheibe, die lange Zugriffszeiten
aufweist. Herkömmlicherweise
werden alle Rohdaten zeitweilig auf einer Magnetplatte gespeichert und
dann in einer freien Zeit gelesen und rekonstruiert. Dieses benötigt eine
lange Zeit zwischen dem Moment; zu dem der Abtastbetrieb gestartet
wird, und dem Moment, in dem die Rekonstruktionsverarbeitung gestartet
wird, wodurch eine Echtzeitverarbeitung fehlschlägt.
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Eine schnelle Verarbeitung wird verwendet, bei
der die Verarbeitungszeit in der Rekonstruktionseinheit 32 kürzer als
die Abtastzeit (Datenerfassungszeit) gemacht wird. Dieses verhindert,
daß eine Zeitlücke zwischen
dem Zeitpunkt, zu dem ein Abtastbetrieb vervollständigt ist,
und dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktion eines Tomographiebildes vervollständigt ist
oder einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Erfassung
der Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines Tomographiebildes
benötigt werden,
vervollständigt
ist, und dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktion eines Tomographiebildes,
die diese Projektionsdaten verwendet, vervollständigt ist, jedes Mal, wenn
eine Abtastung wiederholt wird, ansteigt. Für die schnelle Verarbeitung
verwendet die Rekonstruktionseinheit 32 mehrere Prozessoren
parallel und verarbeitet die Rohdaten auf einer Ansicht-um-Ansicht-Basis
oder auf einer Kanal-um-Kanal-Basis (allgemein entspricht ein Detektorelement
einem Kanal), wodurch die Rekonstruktionsverarbeitung parallel ausgeführt wird.
Je mehr Prozessoren vorhanden sind, desto stärker steigt die Verarbeitungsgeschwindigkeit
an. Zusätzlich
steigt, je höher
die Taktrate ist, die Verarbeitungsgeschwindigkeit um so stärker an.
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Um die schnellere Konstruktionsverarbeitung
zu implementieren, verwendet die vorliegende Ausführungsform
ferner einen Weg des Reduzierens (durch teilweises Entfernen oder
durch Bündeln)
der Anzahl der Ansichten pro Drehung (360 Grad). Zum Beispiel
werden bei dem gewöhnlichen
Einzelabtastmodus die Projektionsdaten von 900 Ansichten pro Drehung
erfaßt
(d. h., das Datenerfassungssystem 18 wiederholt die Datenerfassung
in 800 Zyklen für eine
Umdrehung), während
in dem fortlaufenden Abtastmodus die Datenerfassung mit einer Rate
von 450 Ansichten pro Drehung wiederholt wird. In dem fortlaufenden
Abtastmodus wird daher die räumliche Auflösung der
Tomographiebilder reduziert sein. Da jedoch der Zweck des fortlaufenden
Abtastmodus die Beobachtung der internen- Bewegungen eines menschlichen
Körpers
nahezu in Echtzeit ist, wird kein Problem aus der reduzierten räumlichen
Auflösung
der Bilder entstehen. Hochauflösende
Tomographiebilder können
in dem gewöhnlichen
Fotografiemodus erhalten werden. Des weiteren kann, um die Rekonstruktionszeit
zu reduzieren, die Anzahl der Pixel bei der Rekonstruktionsverarbeitung
vermindert werden. In dem gewöhnilichen
Einzelabtastmodus wird ein einzelnes Tomographiebild in einer Größe von 512 × 512 Pixeln
rekonstruiert und in dieser Größe angezeigt.
In dem fortlaufenden Abtastmodus wird andererseits ein Tomographiebild
in einer Größe von 256 × 256 Pixeln
rekonstruiert, und die Anzahl der Pixel für die Anzeige wird durch Interpolation
auf 512 × 512
Pixel erhöht,
was ermöglicht,
daß die
Verarbeitungszeit reduziert wird.
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Bei der fortlaufenden Abtastung werden
Tomographiebilder eins nach dem anderen rekonstruiert. In diesem
Fall werden, angenommen daß ein einzelnes
Tomographiebild mit jeder Drehung rekonstruiert wird und die Drehgeschwindigkeit
der Röntgenstrahlröhre und
des Detektorfeldes eine Drehung pro Sekunde sind, dann Tomographiebilder
mit einer Rate von einem Bild pro Sekunde rekonstruiert. Um die
Rekonstruktionsrate zu erhöhen,
kann eine Technik, die in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung
KOKAI Nr. 4-266744 offenbart ist, auf die vorliegende Erfindung
angewandt werden. Entsprechend dieser Technik wird jedes Mal, wenn
die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld sich über einen
kleinen Winkel von α° (z. B. 10°) drehen,
ein Teilbild aus den Projektionsdaten für 10° reduziert. Durch Zusammenfügen von
36 Teilbildern für
360° wird
ein vollständiges
Tomographiebild für
360° erzeugt.
Nachdem ein Tomographiebild erzeugt worden ist, werden das Hinzufügen des
neuesten Teilbildes zu diesem Tomographiebild und das Wegnehmen
des ältesten
Teilbildes aus diesem Tomographiebild wiederholt. Dadurch wird ein
neues Tomographiebild jedes Mal, wenn sich die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld über
10° drehen
erzeugt, was ermöglicht,
daß die
Tomographiebilder aufeinanderfolgend mit einer hohen Rekonstruktionsrate
erhalten werden. Alternativ kann eine Technik, die in der nicht
geprüften
japanischen Patentanmeldung KOKOKU Nr. 1-23136 offenbart ist, angewandt
werden, um die Rekonstruktionsrate zu erhöhen. Diese Technik enthält Tomographiebildinformation
aus Projektionsdaten für
ein Bild durch Rückprojektion.
Differenzdaten zwischen den neuesten Projektionsdaten, die direkt
nach diesen Projektionsdaten erhalten wurden, und einem Abschnitt
dieser Projektionsdaten, die in der Position den neuesten Projektionsdaten entsprechen,
werden auf die rekonstruierte Bildinformation zurückprojiziert.
Dieses ermöglicht,
daß die nächste rekonstruierte
Bildinformation, die zeitlich verzögert ist, mit einer hohen Geschwindigkeit
produziert wird. Beide Techniken beinhalten ein Konzept des Aktualisierens
eines Tomographiebildes, das einmal rekonstruiert wurde, mit der
Zeit. Andere Techniken, die Erweiterungen zu diesen Techniken sind, können verwendet
werden, um die Rekonstruktionsrate weiter zu erhöhen.
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Nach der Vervollständigung
der Rekonstruktion werden die Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher 34 in
Schritt # 16 geschrieben. Bis das nächste Tomographiebild ange zeigt
wird, werden die momentanen Tomographiebilddaten aus dem Anzeigespeicher 34 wiederholt
in regelmäßigen Zeitintervallen
gelesen und an den CRT-Monitor 7 so übertragen, daß das momentane
Tomographiebild eingefroren auf dem CRT-Monitor angezeigt wird.
Ein solches Anzeigeverfahren ist dasselbe wie Cinedisplay (Filmbildanzeige;
Cinefluoroskopie), wie es in fluoroskopischen Vorrichtungen angewandt
wird. Falls die nächsten
Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher geschrieben werden,
während
Daten ausgelesen werden, würde
die Information zwischen der Ober- und der Unterseite eines Bildes
variieren. Es ist daher notwendig, das Schreiben in den Anzeigespeicher
zu verzögern,
bis das Lesen aus diesem Speicher vervollständigt ist.
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In Schritt #18 wird eine Entscheidung
in der CPU 22 gemacht, ob ein einzelnes fortlaufendes Abtasten
vervollständigt
ist, d. h., ob die 50 Sekunden seit dem Beginn des Abtastbetriebes
abgelaufen sind. Falls der Abtastbetrieb nicht vervollständigt ist, kehrt
die Prozedur zu Schritt #12 zum Erfassen der Daten, die zum Rekonstruieren
des nächsten
Tomographiebildes erforderlich sind, zurück; andernfalls geht die Prozedur
zu Schritt #20, in dem die Rohdaten in dem Speicher 36 auf
die Magnetplatte in dem Plattenlaufwerk 38 geschrieben
werden. Falls die Rohdaten nicht behalten werden müssen, kann Schritt
#20 weggelassen werden. In Schritt #22 wird eine Entscheidung gemacht,
ob das nächste
fortlaufende Abtasten auszuführen
ist. Falls das nächste Abtasten
auszuführen
ist, kehrt die Prozedur. zu Schritt #10 zurück; andernfalls kommt die Prozedur zu
einem Ende.
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Nach der Beendigung eines fortlaufenden Abtastbetriebes
speichert der Speicher 36 die Rohdaten, die durch mindestens
die letzte Abtastung erhalten worden sind. Um ein Tomographiebild
nach der Beendigung des fortlaufenden Abtastbetriebes anzuzeigen,
können
die Rohdaten in dem Speicher zur Bildrekonstruktion verwendet werden.
In dem fortlaufenden Abtastmodus können, wie oben beschrieben
wurde, Tomographiebilder nahezu in Echtzeit beobachtet werden. Derart
können
sie als unterstützende
Bilder für
einen Doktor während
einer Operation verwendet werden. Es ist jedoch oft schwierig für den Doktor,
den Monitor während
der Operation zu beobachten. In einer solchen Situation kann ein Assistent
verschiedene Anweisungen an den Doktor geben, während er den Monitor überwacht.
Der Doktor kann wünschen,
den Fortschritt der Nyxis nach der Beendigung einer einzelnen fortlaufenden
Abtastung zu beobachten. Nach der Beendigung der fortlaufenden Abtastung
ist das letzte Tomographiebild eingefroren und Rohdaten werden aus
dem Speicher 36 gelesen und rekonstruiert, wie es durch
den Doktor angewiesen wird, wodurch Bilder Frame um Frame angezeigt
werden.
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Als nächstes werden die Betriebsabläufe der Erfassung
der Daten für
ein einzelnes Tomographiebild zur Anzeige desselben im Detail beschrieben. 6 ist eine Zeitablaufdarstellung
für diesen
Betrieb. Das Datenerfassungssystem 18 liefert Projektionsdaten
jedes Mal, wenn die Röntgenstrahlröhre 12 und
das Detektorfeld 16 sich über einen gegebenen kleinen
Winkel gedreht haben. Die Projektionsdaten werden in den Speicher 36 über die
Vorverarbeitungseinheit 28 geschrieben. Nachdem alle Projektionsdaten
für alle
Winkel (0° bis
360°), die
zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes benötigt werden,
in den Speicher 36 geschrieben sind, werden die Projektionsdaten
aus dem Speicher 36 gelesen und dann an die Rekonstruktionseinheit 32 übertragen.
In der Rekonstruktionseinheit werden die Tomographiebilddaten mit
hoher Geschwindigkeit rekonstruiert, d. h. in einem Zeitraum, der
kürzer
als die Datenerfassungszeit ist, und dann in den Anzeigespeicher 34 geschrieben.
Während
dieses Zeitraums wird kein Zugriff auf das Plattenlaufwerk 34 gemacht. Dann
werden die Tomographiebilddaten von dem Anzeigespeicher 34 gelesen
und dann an die CRT-Anzeigeeinheit 7 gesandt. Wie oben
beschrieben wurde, das Lesen der Tomographiebilddaten aus dem Anzeigespeicher 34 wird
wiederholt, bis das nächste Tomographiebild
angezeigt wird.
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Wichtig für die Echtzeitfilmdarstellung
sind die Treuedarstellung der Geschwindigkeit der internen Bewegungen
eines menschlichen Körpers
ebenso wie die Reduzierung der Zeit, die von einer Abtastung bis
zur Anzeige des Tomographiebildes abläuft. Falls Zum Beispiel zwei
Tomographiebilder, deren Projektionsdaten in einem Intervall von
1 Sekunde erfaßt
wurden, in einem Intervall von 1,1 Sekunden angezeigt werden, kann
nicht gesagt werden, daß die internen
Bewegungen des menschlichen Körpers
reproduziert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 7A gezeigt ist, der Zeitunterschied Δt zwischen
dem Moment, in dem ein Abtastbetrieb für ein einzelnes Tomographiebild
vervollständigt
ist (Datenerfassung ist vervollständigt), und dem Moment, in
dem die Anzeige dieses Tomographiebildes gestartet wird, derselbe
für alle
Tomographiebilder I1, I2, I3, etc. gemacht. In anderen Worten, wie
in 7B gezeigt ist, die
Tomographiebilder I1 und I2 werden mit einem Zeitintervall, das
gleich dem Zeitintervall Δt1
zwischen ihren Abtastbetriebsabläufen
ist, angezeigt, und die Tomographiebilder I2 und I3 werden mit einem
Zeitintervall, das gleich dem Zeitintervall Δt2 zwischen ihren Abtastbetriebsabläufen ist,
angezeigt. Andere Bilder werden in derselben Weise angezeigt. Dieses
gleicht die Abtast- und Anzeige-Zeitmaßstäbe aus, was es ermöglicht,
die internen Bewegungen eines menschlichen Körpers treu zu reproduzieren.
Allgemein variiert die Zeit Δt' von einem Abtastbetrieb
bis zu der Zeit, wenn die Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher 34 geschrieben
worden sind, mit den Belastungsbedingungen der CPU 22.
Zum Beispiel wird die Zeit lang werden, wenn eine Abtastung gemacht
wird, oder sie wird kurz werden, wenn keine Abtastung gemacht wird.
Falls daher das Lesen der Tomographiebilddaten gestartet wird, direkt
nachdem sie in den Anzeigespeicher 34 geschrieben worden
sind, dann werden die internen Bewegungen eines Körpers nicht
reproduziert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeitdifferenz
zwischen der Beendigung eines Abtastbetriebes und dem Start des
Tomographiebilddatenauslesens (der Start der Bildanzeige) auf eine
Zeit fixiert, die mindestens mehr als die Zeit (Maximalzeit) ist,
die eine CPU 22 bei maximaler Belastung benötigt, so
daß die
internen Bewegungen eines menschlichen Körpers, der untersucht wird,
reproduziert werden. Diese Zeitsteuerung kann durch die Verwendung
existierender Techniken implementiert werden. Zum Beispiel kann,
wie in 4 gezeigt ist,
die CPU 22 den Zeitablauf der Betriebsabläufe der
Komponenten 28, 32, 34 und 36 steuern.
Wie in 8 gezeigt ist,
die Rekonstruktionseinheit 32 und der Anzeigespeicher 34 können sich
Takte teilen. Obwohl es nicht gezeigt ist, können die Vorverarbeitungseinheit 28 und
der Anzeigespeicher 34 jeweils eine Zeitgeberschaltung
enthalten. In diesem Fall informiert die Vorverarbeitungseinheit
den Controller des Anzeigespeichers über den Zeitpunkt der Ankunft
von Projektionsdaten für
ein einzelnes Bild, wodurch verursacht wird, daß die Tomographiebilddaten
von dem Anzeigespeicher 34 nach dem Ablauf eines gegebenen
Zeitraums ab diesem Zeitpunkt gelesen werden.
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Wie oben beschrieben wurde, erlaubt
die vorliegende Ausführungsform,
daß die
Bewegungen der Objekte in Echtzeit wie ein Film beobachtet werden,
während
eine kontinuierliche Abtastung ausgeführt wird. Diese ermöglicht eine
Unterstützung
für eine
Biopsie durch Beobachten des Blutflusses (des Flusses eines Kontrastmediums),
das Aufnehmen eines Tomographiebildes mit einer optimalen Zeitsteuerung,
das Überwachen
der Bewegung eines Katheters oder das Überwachen von Variationen in
dem Blutfluß.
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Das Beschleunigen der Datenerfassung kann
durch Verwenden einer Mehrzahl von Röntgenstrahlröhren in
dem Fall der CT-Vorrichtung der dritten Generation, durch Erhöhen der
Drehgeschwindigkeit der Röntgenstrahlröhre oder
durch Verwenden der CT-Vorrichtung
der fünften
Generation erzielt werden. Die CT-Vorrichtung der fünften Generation verwendet
eine Mehrzahl von Röntgenstrahlröhren, die
um einen menschlichen Körper
herum angeordnet sind, oder eine hängende-glockenähnliche
Röntgenstrahlröhre, die
eine solche ringförmige
Kathode aufweist, daß sie
einen menschlichen Körper
innerhalb der Öffnung
des Portals umgibt.
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Darüber hinaus kann zum Beschleunigen der
Datenerfassung und der Rekonstruktion ein Halb-Abtastungs-Rekonstruktionsverfahren
verwendet werden, das ein Bild aus Projektionsdaten für einen
Abtastwinkel, der kleiner als 360° ist,
zum Beispiel 180°,
rekonstruiert.
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Des weiteren kann zum Überprüfen einer
Erhöhung
der Röntgenstrahlbelastungsmenge
von menschlichen Körpern,
die durch das fortlaufende Abtasten verursacht wird, Verwendung
von einem Röntgenstrahlerzeuger
gemacht werden, der zum Erzeugen von Röntgenstrahlen mit einem niedrigen Röhrenstrom
in der Lage ist, oder von einem Röntgenstrahlerzeuger, der zum
Erzeugen von gepulsten Röntgenstrahlen
in der Lage ist. Die Dosis der Röntgenstrahlen
hängt stark
von dem Produkt des Röhrenstroms
mA und der Röntgenstrahlemissionszeit
t (Sekunden), mA × s,
ab. Aus diesem Grund muß der Röhrenstrom
nur vermindert werden, um die Dosis der Röntgenstrahlen zu reduzieren.
Da jedoch die CT-Vorrichtung im allgemeinen so entworfen ist, daß die Röntgenstrahlen
bei einem Röhrenstrom
in dem Bereich von einigen Hundert Milliampere erzeugt werden, muß das Röntgenstrahlröhrensteuerverfahren
so geändert
werden, daß die
Röntgenstrahlen
mit einem niedrigen Röhrenstrom
in dem Bereich von einigen Zehn Milliampere erzeugt werden können.
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Um die Röntgenbestrahlungsmenge zu reduzieren,
können
gepulste Röntgenstrahlen
anstelle von andauernden Röngtenstrahlen,
die in den meisten der vorhandenen CT-Vorrichtungen verwendet werden, verwendet
werden. Zum Beispiel kann die Verwendung von gepulsten Röntgenstrahlen
mit einer relativen Einschaltdauer von 50% , wie es in 9 gezeigt ist, eine Reduzierung
auf eine Hälfte der
Dosis verglichen mit der Verwendung von andauernden Röntgenstrahlen
erzielen. Alternativ kann die Steuerschaltung in der Konsole 3 mit
einer Schaltung für
reine An-Aus-Steuerung der Emission von Röntgenstrahlen mit hoher Geschwindigkeit
ausgerüstet sein,
um so einem Bediener zu ermöglichen,
die Röntgenstrahlen
nach seiner eigenen Diskretion an- und auszuschalten, wobei die
Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld drehend gehalten werden und die Röntgenstrahlröhre vorgeheizt
gehalten wird. Dieses erlaubt, daß ein häufiges Ein- und Ausschalten
der Röntgenstrahlen
leicht und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird, wodurch die Röntgenstrahlbelastungsmenge
des menschlichen Körpers verringert
wird.
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Des weiteren kann auch durch Vorsehen
eines Filters 40 an dem Röntgenstrahlauslaß der Röntgenstrahlröhre 12 oder
in der Nachbarschaft des oberen Schlitzes 42, wie es in 10 gezeigt ist, die Röntgenstrahlbelastungsmenge
des menschlichen Körpers
reduziert werden. Der Filter 40 kann aus Aluminium, Kupfer,
Teflon oder Molybdän
gemacht sein. Zusätzlich
kann durch Gestalten des Filters 40 und/oder eines Keils 43 derart,
daß ihre
Dicke variiert werden kann, die Bestrahlungsmenge reduziert werden.
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Obwohl bei der obigen Beschreibung
die Tomographiebilddaten nicht auf der Magnetplatte 38 gespeichert
werden, kann ein Tomographiebild, das auf dem CRT-Monitor 7 angezeigt
wird, auf einem Videoband durch die Verwendung eines Videorecorders
aufgezeichnet werden. Nach der Beendigung einer Abtastung können Tomographiebilder
aus dem Recorder in dem Modus des Frame-um-Frame-Vorlaufs oder des
umgekehrten Vorlaufs reproduziert werden, was eine leichte Diagnose
ermöglicht.
Rekonstruierte Bildda ten und Nebeninformation können in digitaler Form aufgezeichnet
werden. Zum Anzeigen von aufgezeichneten Daten werden die reproduzierten
Daten dem CRT-Monitor 7 über den Anzeigespeicher 34 zugeführt. Das
Aufzeichnen von Bilddaten in digitaler Form erlaubt, daß eine Nachverarbeitung
wie ein Löschen
leicht ausgeführt
werden.
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Nun unter Bezugnahme auf 11, es wird eine Computertomögraphievorrichtung
entsprechend einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert. Die zweite Ausführungsform wird
hier als die Computertomographievorrichtung der dritten Generation
(R/R) aufweisend beschrieben, bei der die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld sich um ein Subjekt, das untersucht wird, drehen,
während
sie einander anblicken. Jedoch kann die zweite Ausführungsform
auf die Computertomographievorrichtung der vierten Generation (R/S)
gerichtet werden, bei der sich die Röntgenstrahlröhre alleine
dreht und das Detektorfeld einer 360°-Länge fixiert ist.
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In einem Portal 51 sind
eine Röntgenstrahlröhre 53 und
ein Mehrkanalröntgenstrahldetektorfeld 54 auf
einem Drehteil 52 so montiert, daß sie sich im Betrieb drehen
können,
während
sie einander anblicken, wobei ein menschlicher Körper, der untersucht wird,
dazwischen angeordnet ist. Die Portalsteuereinheit 57 treibt
eine Antriebseinheit wie einen Motor derart zum Antreiben des Drehteils 52 in
eine Drehung an. Die Röntgenstrahlröhre und
das Detektorfeld sind elektrisch mit einem Hochspannungsgenerator 55 bzw.
einem Datenerfassungssystem 60 über Schleifringe, die nicht
gezeigt sind, so verbunden, daß die
Projektionsdaten aufeinanderfolgend für Winkel von 0 bis mehr als
360° erfaßt werden
können.
Ein fächerförmiger Strahl
von Röntgenstrahlen wird
aus dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 53, die
von dem Hochspannungsgenerator 55 mit Leistung versorgt
wird, emittiert. Das Röntgenstrahldetektorfeld 54 weist
eine Anzahl von Detektorelementen, die in der Form eines kreisförmigen Bogens
mit der Mitte an dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre angeordnet
sind, auf. Da Portal 51 ist in seinem zentralen Abschnitt
mit einer Öffnung
(nicht gezeigt) zum Aufnehmen eines Abschnitts eines menschlichen Körpers, der
untersucht wird, ausgebildet. Das Portal ist so auf dem Boden mit
einer Schrägstellungsbasis installiert,
daß es
bezüglich
der senkrechten Achse geneigt werden kann. Vor dem Portal 51 ist
eine Couch, die nicht gezeigt ist, plaziert.
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Auf der Oberseite der Couch ist eine
Platte, auf die ein menschlicher Körper gelegt werden kann, plaziert.
Die Platte ist auf der Couch nicht nur in der Richtung ihrer Längsachse
so bewegbar, daß sie
sich in Richtung auf und weg von dem Portal bewegen kann, sondern
auch in der Richtung ihrer kurzen Achse senkrecht zu der Längsachse.
Die Platte wird elektrisch durch eine Antriebseinheit zur unabhängigen Bewegung
in jede Richtung angetrieben. Eine Couchsteuereinheit 56 liefert
Steuersignale an die Plattenantriebseinheit zum Bewegen der Platte
in der Richtung ihrer Längsachse
und in der Richtung ihrer kurzen Achse. Dieses ermöglicht es,
daß ein
zu untersuchender planarer Schnitt eines menschlichen Körpers, der
auf der Platte liegt, in der richtigen Position für die Untersuchung
plaziert werden kann.
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Ein Datenerfassungsystem 60 erfaßt Projektionsdaten,
die die Röntgenstrahltransmission
durch den Körperabschnitt
auf der Basis der Ausgaben des Röntgenstrahldetektorfeldes 54 repräsentieren.
Die Projektionsdaten von dem Datenerfassungssystem 60 werden
an einen Scanogrammspeicher 61 zum Zeitpunkt des Erfassens eines
Scanogramms gesandt. Andererseits werden zum Zeitpunkt der Abtastung
die Projektionsdaten an eine Rekonstruktionseinheit 62 gesandt.
Das Scanogramm ist ein Röntgenstrahlprojektionsbild,
das aus einer Richtung beobachtet und erhalten wird, während die
Platte bewegt wird, wobei das Drehteil 52 gestoppt ist.
Zum Zeitpunkt der Tomographie werden die Scanogrammdaten wiederholt
aus dem Scanogrammspeicher 61 mit einer gegebenen Periode
gelesen, in einem Addierer 63 mit Zeilencursordaten aus
einem Systemcontroller 58 kombiniert und zusammen mit den
Tomographiebilddaten, die in der Rekonstruktionseinheit 62 rekonstruiert
worden sind, an eine Bildanzeigeeinheit 64 gesandt. Zum
Zeitpunkt der Tomographie wird ein Scanogramm gleichzeitig mit Tomographiebildern
auf dem Schirm der Anzeigeeinheit 64 angezeigt. Mit dem
Systemcontroller 8 ist eine Bedienungsvorrichtung 59 wie
ein Trackball oder ein Joystick gekoppelt. Wenn ein Bediener die
Bedienungsvorrichtung bewegt, bewegt sich der Zeilencursor auf dem
Scanogramm entsprechend. Die Position des Zeilencursors auf dem
Scanogramm entspricht der Position eines Schnitts von Interesse
in einem menschlichen Körper,
für den
die Datenerfassung tatsächlich
ausgeführt
wird. Wenn der Zeilencursor auf dem Scanogramm bewegt wird, in struiert der
Systemcontroller 8 die Couchsteuereinheit 56 zum Bewegen
der Platte derart, daß der
Schnitt in der Position dem Zeilencursor entspricht.
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Als nächstes wird der Betrieb der
vorliegenden Ausführungsform
beschrieben. 12 illustriert ein
Beispiel eines Anzeigeschirms zur Zeit der Tomographie. Die Tomographie
ist in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben worden,
und ihre Beschreibung wird daher hier weggelassen. Bevor die Tomographie
gestartet wird, wird ein Scanogramm erfaßt. Mit dem bei einem Winkel
von, sagen wir, 0° fixierten
Rotationsteil 2 werden die Emission von Röntgenstrahlen
und die Datenerfassung wiederholt, wobei während dieser Zeit die Platte
kontinuierlich oder schrittweise bewegt wird. Bemerke, daß die Emission
der Röntgenstrahlen
und die Datenerfassung nur in einem Rotationswinkel von, sagen wir, 0°, wiederholt
werden, während
die Rotationseinheit 2 fortfährt, sich zu drehen. Auf der
Basis der Ausgaben des Röntgenstrahldetektorfeldes 54 wiederholt das
Datenerfassungssystem 60 die Erfassung der Projektionsdaten
synchron mit der Röntgenstrahlemission.
Die Projektionsdaten werden an den Scanogrammspeicher 11 gesandt
und darin gespeichert. Wie oben beschrieben wurde, ist das Scanogramm ein
Röntgenstrahlprojektionsbild,
und Projektionsdaten, die durch das Datenerfassungssystem 60 erfaßt werden,
werden als Scanogrammdaten benutzt, so wie sie sind.
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Als nächstes wird die Computertomographie gestartet,
die hier als eine Einzelschnitt-Tomographie beschrieben
wird. Bei der Computertomographie werden die . Röntgenstrahlemission und die
Datenerfassung wiederholt, während
das Drehteil 52 fortfährt,
sich zu drehen, so daß die
Projektionsdaten aufeinanderfolgend für Winkel von 0° bis mehr
als 360° erfaßt werden.
Jedes Mal, wenn die Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines
Tomographiebildes benötigt
werden, erfaßt
werden, werden diese Tomographiedaten in der Rekonstruktionseinheit 62 rekonstruiert
und dann an die Anzeigeeinheit 64 gesandt. Nachdem sie
aus dem Scanogrammspeicher 61 gelesen worden sind, werden
die Scanogrammdaten mit Zeilencursordaten in dem Addierer 63 addiert
und dann an die Anzeigeeinheit 64 gesandt. In der Anzeigeeinheit 64 werden,
wie in 12 gezeigt ist,
das Tomographiebild und das Scanogramm kombiniert und dann gleichzeitig auf
demselben Schirm angezeigt. Der Zeilencursor des Scanogramms zeigt die
Position des momentanen Schnitts eines menschlichen Körpers, der
untersucht wird, an.
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Wenn eine Änderung von einem Schnitt (einem
Körperquerschnitt
zur Diagnose) zu einem anderen gewünscht wird, bewegt der Bediener
die Bedienungsvorrichtung 59 zum Bewegen des Zeilencursors auf dem
Scanogramm entlang der Körperachse.
Als Reaktion auf die Bewegung des Zeilencursors auf dem Scanogramm
befiehlt die Systemsteuerung 56 der Couchsteuereinheit 56,
die Platte in der Richtung ihrer Länge zu bewegen. Derart wird
die Platte 'so bewegt,
daß sie
dem Zeilencursor folgt, wodurch ein Schnitt, der in der Position
dem Zeilencursor entspricht, für
die nachfolgende Abtastung ausgewählt wird. In der Praxis ist
es bequem, den Zeilencursor grob zu einer gewünschten Position auf dem Scanogramm
zu bewegen und dann Feineinstellungen in der Position des Cursors
zu machen, während ein
Tomographiebild, das in Echtzeit angezeigt wird, beobachtet wird.
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Durch Bewegen der Bedienungsvorrichtung 59 kann
der Zeilencursor auch auf dem Scanogramm in der Richtung der Breite
senkrecht zu der Cursorachse bewegt werden. Als Reaktion auf diese
Bewegung des Zeilencursors auf dem Scanogramm befiehlt der Systemcontroller 8 der
Couchsteuereinheit 56, die Platte in der Richtung der Breite
zu bewegen. Dadurch kann der menschliche Körper, der zu untersuchen ist,
in der Position zur Rekonstruktion derart positioniert werden, daß eine gewünschte Körperregion
in den Tomographiebildern enthalten ist.
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Derart kann durch Bewegen des Zeilencursors
auf einem Scanogramm eine Änderung
von einem Schnitt zu einem anderen leicht in kurzer Zeit ausgeführt werden.
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Während
sich die Platte bewegt, oder während
das Portal 51 gezeigt wird, wie es in 14 gezeigt
ist, erlaubt die Portalsteuereinheit 57 der Rotationseinheit 52,
die Drehung fortzusetzen, und der Hochspannungsgenerator 55 unterbricht
zeitweilig die Stromversorgung zu der Röntgenstrahlröhre 53, um
die Emission von Röntgenstrahlen
unter der Steuerung des Systemcontrollers 58 zu stoppen,
wie in 13 gezeigt ist.
Da das Dreh teil 52 die Drehung fortsetzt, kann, nachdem
ein gewünschter
Schnitt des menschlichen Körpers
als ein Ergebnis der Bewegung der Platte in Position plaziert ist,
die Stromversorgung von dem Hochspannungsgenerator 55 zu
der Röntgenstrahlröhre 53 erneut
gestartet werden, um die Erfassung der Tomographiebilddaten sofort
wieder aufzunehmen. Falls das Drehteil 52 gestoppt wird,
während
die Platte 65 auf der Couch bewegt wird, würde es erforderlich
sein, zu warten, bis das Drehteil nach der Beendigung der Bewegung
der Platte eine gegebene Drehgeschwindigkeit erreicht hat. Das Stoppen
der Emission der Röntgenstrahlen während der
Bewegung der Platte kann eine ungewollte Bestrahlung eines menschlichen
Körpers,
der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen
zu verhindern.
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 illustriert die gesamte Struktur einer
Computertomographievorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur werden dieselben Bezugszeichen
verwendet, um Komponenten, die denjenigen in 11 entsprechen, zu bezeichnen, und ihre
Beschreibung wird hier weggelassen. Bei der dritten Ausführungsform
wird Verwendung von einem Helixabtastsystem, bei dem die Datenerfassung
ausgeführt
wird, während
sich die Röntgenstrahlröhre 53 entlang
eines helixförmigen
(schraubenförmigen)
Orbits um einen menschlichen Körper,
der untersucht wird, bewegt, wie in 16A gezeigt
ist, oder von einem Mehrschnitt-Scansystem, bei dem eine einzelne
Abtastung aufeinanderfolgend für
unterschiedliche diskrete Schnitte gemacht wird, gemacht. Die vorliegende Ausführungsform
wird unter Verwendung des Helixabtastsystems beschrieben. Bei der
helixförmigen Abtastung
wird die Datenerfassung wiederholt, während das Drehteil 52 fortfährt, sich
zu drehen, und sich die Platte mit einer konstanten Geschwindigkeit in
einer Richtung bewegt. Die Projektionsdaten werden durch D (CH, φ, Z) dargestellt,
wobei CH für
einen Kanal steht, φ für einen
Drehwinkel des Drehteils 52 steht, und Z für die Position
der Platte in der Richtung ihrer Länge (in der Richtung der Körperachse) steht.
Während
der helixförmigen
Abtastung variiert Z mit φ,
da sich die Platte fortlaufend bewegt. Um ein einzelnes Tomographiebild
zu rekonstruieren, ist es erforderlich, die Projektionsdaten für die Winkel
0° bis 360° für dieselbe
Position (Z) der Platte zu erfassen. Da Z mit φ in den Projektionsdaten, die
durch die helixförmige
Abtastung erhalten werden, variiert, werden die Projektionsdaten,
die tatsächlich
für Winkel von
0° bis 720° erhalten
werden, in Projektionsdaten für
0° bis 360° konvertiert,
bei denen die Plattenposition Z auf die Mittelposition Zc (Zc =
(Z1 – Zn)/2)
in dem Z-Bereich (Z1 bis Zn) der 0°- bis 720°-Projektionsdaten mittels einer
Abstandsinterpolation standardisiert ist, wie in 16B gezeigt ist. Die Position eines Schnitts
für ein
Helix-Abtastungs-Tomographiebild wird durch Zc definiert.
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Falls, wenn eine helixförmige Abtastung
ausgeführt
wird, ein Bediener einen Unterbrechungsbefehl über eine Bedienungsvorrichtung 67 eingibt, stoppt
ein Systemcontroller 66 die Bewegung der Platte, die Emission
der Röntgenstrahlen
und die Datenerfassung. Jedoch ist es wie bei der zweiten Ausführungsform
vom Standpunkt eines erneuten Startens der Tomographie wünschenswert,
das Drehteil 52 drehend zu halten. Es gibt einen Zeitunterschied zwischen
der Datenerfassung und der Tomographiebildanzeige, da einige Zeit
für die
Distanzinterpolation und die Rekonstruktion benötigt wird. Aufgrund des Vorhandenseins
dieses Zeitunterschieds und des Prinzips der Distanzinterpolation
werden die Position eines Schnittes für ein Tomographiebild, das angezeigt
wird, und die momentane Position der Platte nicht notwendigerweise
miteinander übereinstimmen,
wenn eine Unterbrechung durch den Bediener befohlen wird.
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Wenn die Tomographie unterbrochen
wird, bewegt der Systemcontroller 66 die Platte nach hinten
zu der Position zu dem Zeitpunkt, zu dem das Tomographiebild, d.
h. das letzte Tomographiebild, angezeigt wurde, wenn die Unterbrechung
befohlen wurde, bevor die Tomographie erneut gestartet wird. Wenn
ein Neustart-Befehl über
die Bedienungsvorrichtung 67 eingegeben wird, weist der
Systemcontroller 66 die Couchsteuereinheit 56 zum erneuten Starten
der Bewegung der Platte an, wodurch die Tomographie erneut gestartet
wird. In diesem Fall muß, da
die Rotationseinheit 52 drehend gehalten wird, und die
Platte zu der Schnittposition für
das letzte Tomographiebild, das angezeigt wurde, als die Unterbrechung
befohlen wurde, zurückbewegt
worden ist, nur die Emission der Röntgenstrahlen erneut gestartet
werden.
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Durch Spezifizieren von einem aus
einer Mehrzahl von Tomographiebildern, die bereits rekonstruiert
worden sind, ist es auch möglich,
die Platte automatisch zu der Schnittposition zurückzubewegen,
für die
das Tomographiebild spezifiziert wurde. Darüber hinaus ist es durch Spezifizieren
von irgendwelchen zwei aus einer Mehrzahl von Tomographiebildern,
die bereits rekonstruiert worden sind, auch möglich, die Tomographie auszuführen, während die Platte
zur Bewegung von einer der Schnittpositionen für die beiden Tomographiebilder
zu der anderen und zurück
gebracht wird. Des weiteren, falls, wenn eine helixförmige Abtastung
gemacht wird, während
der Neigungswinkel des Portals 51 geändert wird, seine Neigungswinkel
in einer Eins-zu-Eins-Beziehung mit den Plattenpositionen gespeichert
werden, wird es dann möglich,
das Portal zu einem Neigungswinkel zu dem Zeitpunkt der Erfassung
der Tomographiebilddaten, die angezeigt werden, wenn eine Unterbrechung
befohlen wurde, zurück
zu bewegen.