DE69723081T2

DE69723081T2 - Mehrschicht-detektoranordnung

Info

Publication number: DE69723081T2
Application number: DE69723081T
Authority: DE
Inventors: Ehud Nahaliel; Ehud Dafni; Andre Feldman; David Ruimi; David Freundlich
Original assignee: Marconi Medical Systems Israel Ltd
Current assignee: Philips Medical Systems Technologies Ltd
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: EP0917657A1; DE69723081D1; WO1998005980A1; JP2000516707A; EP0917657B1; US20010028697A1; IL119033A0; US6243438B1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Übertragung computerisierter, tomographischer (CT) Systeme und besonders segmentierte Detektoranordnungen zur Verwendung in solchen Systemen, um Daten von mehrfachen axialen Scheiben zu erfassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
CT-Abtastsysteme und Verfahren sind in der Technik, insbesondere für medizinische Abbildung und Diagnose, aber auch in anderen Abbildungsgebieten, wie z. B. in der industriellen Qualitätskontrolle, wohl bekannt.
CT-Scanner erzeugen im Allgemeinen eine oder mehrere Schnittscheiben durch den Körper eines Objekts. Eine Strahlungsquelle, z. B. eine Röntgenröhre, bestrahlt den Körper von einer seiner Seiten. Ein Kollimator, der gewöhnlich an die Röntgenstrahlquelle angrenzt, begrenzt die Winkelausdehnung des Röntgenstrahls, sodass die auf den Körper auftreffende Strahlung im Wesentlichen auf einen ebenen Bereich, der eine Querschnittsscheibe des Körpers definiert, beschränkt wird. Wenigstens ein Detektor (gewöhnlich viel mehr als ein Detektor) auf der entgegengesetzten Seite des Körpers empfängt die durch den Körper gesendete Strahlung im Wesentlichen in der Ebene der Scheibe. Die Abschwächung der Strahlung, die den Körper durchlaufen hat, wird gemessen, indem von dem Detektor empfangene Signale verarbeitet werden.
In üblicherweise benutzten CT-Scannern der dritten und vierten Generation ist die Röntgenstrahlquelle (oder mehrfache Quellen) auf einem Portal angebracht, das sich um eine Längsachse des Körpers dreht. In Scannern der dritten Generation sind die Detektoren ebenfalls auf dem Portal, gegenüber der Röntgenstrahlquelle, angebracht, während in Scannern der vierten Generation die Detektoren in einem festen Ring um den Körper herum angeordnet sind. Entweder das Portal verschiebt sich in einer Richtung parallel zu der Längsachse, oder der Körper wird relativ zu dem Portal verschoben. Durch geeignetes Drehen des Portals und Verschieben des Portals oder des Objekt kann eine Vielzahl von Ansichten gewonnen werden, wobei jede dieser Ansichten Abschwächungsmessungen umfasst, die unter einer unterschiedlichen Winkel- und/oder Axialposition der Quelle vorgenommen werden. Üblicherweise ist die Kombination von Verschiebung und Drehung des Portals relativ zu dem Körper so, dass die Röntgenstrahlquelle eine spiral- oder schraubenförmige Bahn in Bezug auf den Körper durchläuft. Die vielfachen Ansichten werden dann benutzt, um ein CT-Bild unter Verwendung in der Technik bekannter Verfahren zu rekonstruieren, das die innere Struktur der Scheibe oder vieler solcher Scheiben zeigt.
Die seitliche Auflösung des CT-Bildes, d. h. die Dicke der Scheiben, die das Bild ausmachen, wird gewöhnlich durch die Winkelausdehnung des Strahlungsstrahls oder der einzelnen Detektoren, was immer kleiner ist, bestimmt. Die Verwendung dicker Scheiben ist vorteilhaft beim Erhöhen des Signal/Rausch-Verhältnisses, und dadurch wird die Zeit verringert, die benötigt wird, um die zum Rekonstruieren eines Bildes benötigten Daten zu gewinnen. Mit dicken Scheiben rekonstruierte Bilder haben aber eine schlechte Auflösung in der Axialrichtung und sind anfälliger für Teilvolumen-Artefakte, d. h. Abbildungsfehler, die eingebracht werden, wenn ein einzelnes Valumenelement (Voxel) in einer Scheibe zwei Arten von Geweben mit unterschiedlichen Abschwächungskoeffizienten enthält.
Im Allgemeinen werden daher kleinere Detektoren benutzt, um die Axialauflösung zu verbessern und Teilvolumen-Artefakte zu vermindern. Eine übermäßige Verkleinerung der Größe des Detektors führt jedoch zu einer Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses und senkt den Durchsatz des Abbildungssystems. Die Verwendung sehr kleiner Detektoren kann außerdem den Dosiswirkungsgrad des Systems verringern, d. h. die relative Menge an Strahlung erhöhen, der der Teil des Körpers, der abgebildet wird, ausgesetzt ist, weil die Winkelausdehnung des Röntgenstrahls, der den Körper bestrahlt, sich typischerweise etwas über die Grenzen des Detektors hinaus ausbreiten wird. Strahlung außerhalb dieser Grenzen ist "verschwendet", da sie nicht beim Erzeugen des CT-Bildes benutzt wird.
Um den Durchsatz zu verbessern, die Axialauflösug zu erhöhen und die Röntgenstrahlquelle effizienter zu nutzen, haben verschiedene Erfinder die Verwendung von unterschiedlich konfigurierten Detektoranordnungen beschrieben. Solche Anordnungen enthalten typischerweise eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren, z. B. Scintillator-Photodioden, die Strahlung von einer Strahlungsquelle gleichzeitig empfangen und dadurch benutzt werden, mehrfache Ansichten und/oder mehrfache Scheiben gleichzeitig zu erfassen. Spiralförmige Betriebsarten von Verschiebung und Drehung, wie oben erwähnt, werden häufig mit Vielscheiben-Bilderfassung kombiniert, um ein größeres Volumen des Körpers in kürzerer Zeit mit verbesserter Axialauflösung abzudecken.
US-Patent 4,965,726 an Heuscher beschreibt z. B. einen CT-Scanner mit einer Vielzahl segmentierter Detektoranordnungen. Jede Anordnung enthält eine Vielzahl von Reihen von strahlungsempfindlichen Zellen. Die Reihen können verschiedene Abmessungen in einer Querrichtung, senkrecht zu der Längsabmessung der Reihen, haben, und die effektiven seitlichen Abmessungen der Reihen können verändere werden, indem daran angrenzende Kollimatoren bewegt werden, um Scheiben mit gleichen oder unterschiedlichen seitlichen Dicken bereitzustellen. Mehrfache Detektoren können in der Querrichtung zusammengruppiert werden, um dickere Scheiben bereitzustellen, um so das Signal/Rausch-Verhältnis und den Durchsatz des Scanners zu verbessern, während Teilvolumen-Artefakte in Bezug auf Scheiben vergleichbarer Dicke, die mittels eines einzelnen Detektors mit einer gleichwertigen Seitenabmessung erfasst werden, vermindert werden.
US-Patent 5,241,576 an Lonn beschreibt gleicherweise einen CT-Scanner, der eine Anordnung von Detektorelementen zum Zweck des Erfassens von Dickscheiben-Bildern mit verminderten Teilvolumen-Artefakten enthält. Die Anordnung enthält eine Vielzahl von Detektorelementen, wobei jedes dieser Elemente einen Satz von Unterelementen enthält, der längs der Scheibendicken- (Quer) Abmessung angeordnet ist. Der Signalausgang jedes Unterelements wird einzeln verarbeitet, gewöhnlich durch Nehmen des Logarithmus des Signals und Anwenden eines Wichtungsfaktors darauf. Die verarbeiteten Ausgänge der Vielzahl von Unterelementen, die zu einem einzelnen Element gehört, werden dann zusammensummiert, um ein kombiniertes Dickscheibensignal zu bilden.
US-Patent 5,430,784 an Ribner et al. beschreibt einen CT-Scanner und Detektoranordnung mit einer Vielzahl von Reihen identischer Detektoren, die durch eine steuerbare Schaltmatrix miteinander verbunden sind. Diese Schaltmatrix wird gesteuert, um eine vorbestimmte Zahl von aufeinanderfolgenden Detektor-Unterelementen zusammenzuschalten, um kombinierte Signale zu erzeugen, die einer oder mehreren Scheiben einer gewünschten Dicke entsprechen.
US-Patent 4,417,354 an Pfeiler beschreibt einen CT-Scanner mit einer Detektoranordnung, die angebracht ist, um um eine Querachse senkrecht zu einer von der Anordnung erfassten Bildscheibe herum zu schwenken. Die Anordnung ist schwenkbar, um die effektive Auflösung innerhalb der Bildscheibe zu erhöhen, aber es wird nur eine einzelne Bildscheibe bereitgestellt, und kein Vorschlag wird gemacht, die Scheibendicke durch Schwenken der Anordnung um eine Querachse zu verändern.
US-Patent 5,493,593 an Müller beschreibt gleichermaßen einen Scanner für CT-Mikroskopie, der eine neigbare Detektoranordnung enthält, die auch horizontal verschoben wird, um die Ausnutzung der Anordnung zu optimieren. Es wird jedoch nur eine einzelne Bildscheibe ohne Vorschlag zum Ändern der Scheibendicke bereitgestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Detektoranordnungen zum gleichzeitigen Erfassen vielfacher Bildscheiben veränderlicher Dicke bereitzustellen. Vorzugsweise haben zu einer gegebenen Zeit alle Scheiben im Wesentlichen die gleiche Dicke, und die Dicke kann genau und bequem gesteuert werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Dicke in aufeinanderfolgenden Schritten von zunehmender Dicke gesteuert.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Zahl von Schalt- und Summierelementen, die zum Kombinieren benachbarter Elemente von solchen Detektoranordnungen benötigt werden, um Scheiben einer gewünschten Dicke zu bilden, minimiert.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung werden die Ausgänge der Elemente kombiniert, um Scheiben veränderlicher Dicke bereitzustellen. Vorzugsweise werden eine oder zwei dicke Scheiben zusammen mit einer oder zwei dünnen Scheiben bereitgestellt, wobei das Verhältnis zwischen der Dicke der zwei Arten von Scheiben größer als 2 : 1, besser größer als 3 : 1 und am besten größer als 5 : 1 ist. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt das Verhältnis der Dicken 9 : 1 oder 10 : 1.
Die Detektoranordnungen umfassen vorzugsweise Strahlungsdetektoren und werden in CT-Scannersystemen verwendet.
In bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Detektoranordnung zur Verwendung in einem Abbildungssystem eine Vielzahl von Reihen von Detektoren, wobei jede Reihe durch eine Breite in einer Querabmessung senkrecht zu der Längsachse der Reihe gekennzeichnet ist, wobei die Längsachse typischerweise in dem Abbildungssystem in einer im Allgemeinen Umfangsrichtung in Bezug auf einen Körper, der abgebildet wird, ausgerichtet ist. Die Detektoren in jeder Reihe empfangen Strahlung von einer entsprechenden Scheibe eines Objekts, das abgebildet wird, und erzeugen Signale als Reaktion auf die Strahlung. Die Anordnung enthält bevorzugt Reihen mit verschiedenen Breiten, besser wenigstens vier verschiedenen Breiten. Eine minimale Scheibendicke wird durch eine Querabmessung einer Scheibe definiert, d. h. eine Abmessung einer Scheibe, gemessen in einer Richtung parallel zu der Querabmessung der Reihen, entsprechend einer Reihe der Anord nung mit der kleinsten Breite. Mit der Anordnung verbundene Schaltungskreise kombinieren selektiv von angrenzenden Detektoren in verschiedenen Reihen erzeugte Signale, um Summensignale zu erzeugen, die mehrfachen Scheiben mit einer gemeinsamen Dicke, die ein wählbarer Wert gleich oder größer als die minimale Scheibendicke ist, entsprechen.
Die Schaltungskreise erzeugen bevorzugt Summensignale, die wenigstens vier seitlich benachbarten, im Wesentlichen aneinandergrenzenden Scheiben entsprechen, die alle eine gemeinsame Dicke aufweisen. Das gleichzeitige Erfassen von vielfachen aneinandergrenzenden Bildscheiben, wie hierin beschrieben, erhöht grundsätzlich den Durchsatz und/oder die Auflösung des Abbildungssystems. Im Allgemeinen erhöht das Mehrfachscheiben-Abbilden auch den Dosiswirkungsgrad des Systems, d. h. vermindert die relative Menge an Strahlung, der der Körper beim Erzeugen eines CT-Bildes ausgesetzt ist, besonders wenn dünne Bildscheiben erfasst werden, da die Verwendung mehrfacher Reihen von Detektoren die relative Menge an "verschwendeter" Strahlung, die außerhalb der Grenzen der Detektoren liegt, reduziert.
In bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung können die Schaltungskreise die Signale unter Verwendung aller geeigneten Schaltungselemente und in der Technik bekannter Rechenalgorithmen kombinieren. Die Signal unterliegen vorzugsweise einer logarithmischen Operation, wie in der Technik bekannt ist, und werden digitalisiert und summiert. Andere geeignete Operationen können jedoch ebenfalls benutzt werden, und die Reihenfolge der Durchführung der Operationen kann, wenn gewünscht, abhängig von der Forderung, dass das System Bilder einer gewünschten Qualität erzeugt, verändert werden, um die Kosten und/oder die Zahl von Komponenten in dem Abbildungssystem zu reduzieren. Man wird verstehen, dass die Bildqualität Maße von Auflösung, Signal/Rausch-Verhältnis, besonders Teilvolumen-Artefakten, und andere in Technik bekannte Maße einschließt.
In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst die Detektoranordnung vier angrenzende mittlere Reihen mit einer gemeinsamen Seitenbreite, die die kleinste Breite von Reihen in der Anordnung ist, und eine Vielzahl von peripheren Reihen, die symmetrisch auf beiden Seiten der vier mittleren Reihen angeordnet sind. Die Breiten der peripheren Reihen sind vorzugsweise ganzzahlige Vielfache der Breite der mittleren Reihen, wobei die Breiten der Reihen vorzugsweise gewöhnlich mit dem seitlichen Abstand der Reihen von den mittleren Reihen zunehmen.
In einigen bevorzugten Ausführungen dieser Art haben die fünfte und sechste Reihe, die an die vier mittleren Reihen an jeder Seite davon peripher angrenzen, eine gemeinsame Brei te, die im Allgemeinen das Zweifache der der mittleren Reihen beträgt. Die siebte und achte Reihe, die an die fünfte bzw. sechste Reihe peripher angrenzen, haben eine gemeinsame Breite, die gewöhnlich das Zweifache der der fünften und sechsten Reihe beträgt. Eine neunte, zehnte und weitere Paare von Reihen werden, wenn gewünscht, ebenfalls peripher hinzugefügt, wobei jede weitere Reihe eine Breite hat, die im Allgemeinen das Zweifache der ihres inneren Nachbars beträgt.
In Übereinstimmung mit solchen bevorzugten Ausführungen wählen, wenn vier Scheiben der minimalen Dicke gewünscht werden, die Schaltungskreise Signale nur von den vier mittleren Reihen aus. Um vier Scheiben einer größeren Dicke zu erzeugen, etwa das Zweifache der minimalen Dicke, wählen die Schaltungskreise Signale aus der fünften und sechsten Reihe aus, um zwei solcher Scheiben zu erzeugen, und kombinieren Signale, die durch die gegenseitig angrenzende erste und zweite Reihe der vier mittleren Reihen und durch die gegenseitig angrenzende dritte und vierte davon erzeugt werden, um zwei weitere solcher Scheiben zu erzeugen. Um vier Scheiben mit etwa dem Vierfachen der minimalen Dicke zu erzeugen, wählen die Schaltungskreise Signale aus der siebten und achten Reihe aus, um zwei solcher Scheiben zu erzeugen, und kombinieren Signale aus der ersten, zweiten und fünften Reihe (wobei die fünfte Reihe an die erste Reihe angrenzt), um eine dritte derartige Scheibe zu erzeugen, und aus der dritten, vierten und sechsten Reihe, um eine vierte Scheibe zu erzeugen. Vier Scheiben der Dicke, die der Breite jeder der Reihen der Anordnung entspricht, bis zu der größten solchen Breite, können gleichermaßen erzeugt werden.
In dieser und anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden die Scheibendicken gewöhnlich an der Stelle des Objekts, das abgebildet wird, gemessen. Diese Dicken hängen hauptsächlich von der Breite der entsprechenden Reihe oder der kombinierten Reihe von Detektoren ab, werden aber auch von anderen Elementen des Abbildungssystems, in dem die Detektoranordnung benutzt wird, beeinflusst. Solche Elemente umfassen typischerweise eine Strahlungsquelle und Strahlsteueroptik, wie z. B. Kollimatorschlitze. Während die Scheibendicken ungefähr proportional zu den Reihenbreiten sind, müssen daher andere Aspekte des Systems berücksichtigt werden, um die Scheibendicken genau zu bestimmen.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird daher verstanden werden, dass der Gebrauch des Begriffs "im Wesentlichen" oder "ungefähr" beim Angeben einer Detektorbreitenabmessung, um z. B. zu sagen, dass die Breite von Reihen von Detektoren im Wesentlichen gleich ist, oder dass die Dicke einer Reihe im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Reihe ist, bedeutet, dass die Detektordicke so ist, dass die von dem Strahlungsstrahl durchquerten Scheiben ungefähr die angegebene Abmessung oder Verhältnis aufweisen. Dies schließt jede Korrektur an der Detektorbreite, die nötig sein könnte, ein, z. B., um die Differenz zwischen der effektiven Dicke a_eff und der Dicke, die erhalten werden würde, wenn der Brennpunkt 78 unendlich klein wäre, oder andere geometrisch verusachte Abweichungen zwischen der effektiven Scheibenbreite und der Detektorbreite zu korrigieren. Eine derartige Korrektur ist in der Regel sehr klein verglichen mit den interessierenden Detektor- und Scheibenabmessungen.
Man wird verstehen, dass die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen eine größe Auswahl an Scheibendicken, die von der Detektoranordnung und den Schaltungskreisen zu erzeugen sind, in Bezug auf die Zahl von Reihen in der Anordnung erlauben. Zum Beispiel wird eine Anordnung mit zehn Reihen von Detektoren nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung der oben beschriebenen Art in der Lage sein, vier Scheiben mit einer gemeinsamen Dicke zu erzeugen, die von einer minimalen Scheibendicke bis zu einer maximalen Dicke von etwa dem Achtfachen der minimalen Scheibendicke verändert werden kann. Zum Vergleich, eine aus Reihen von Detektoren mit gleichen Reihenbreiten bestehende Anordnung würde 32 Reihen von Detektoren benötigen, um einen solchen 8 : 1 Bereich von Scheibendicken zu erzeugen, und würde auch erheblich komplexere und teurere Schaltungskreise benötigen, um diesen Zweck zu erfüllen. In anderen analogen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung können Anordnungen mit einer größeren oder kleineren Zahl von Reihen bei ähnlichem Vorteil benutzt werden.
Des Weiteren wird in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen der Erfindung die Auswahl der Scheibendicken zustande gebracht, ohne irgendeine zusätzliche mechanische Blende, Kollimator oder Strahloptik zu verwenden.
In anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine lineare Blende, die in einer Seitenrichtung, d. h. in der Richtung parallel zu der Seitenabmessung der Reihen der Anordnung, veränderbar ist, in Verbindung mit der Detektoranordnung und den Schaltungskreisen benutzt, um Scheiben mit gewünschten Dicken zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführung dieser Art haben zwei mittlere Reihen der Anordnung die kleinste Breite, und periphere Reihen mit größeren Breiten sind symmetrisch auf beiden Seiten dieser zwei mittleren Reihen angeordnet. Die Blende ist so konstruiert und ausgerichtet, dass, wenn sie ganz offen ist, alle Reihen der Anordnung der Strahlung von dem Objekt ausgesetzt werden. Wenn die Blende verschmälert wird, maskiert sie jedoch alle oder Teile von aufeinanderfolgenden peripheren Reihen in der Anordnung, um so zu verhindern, dass Strahlung darauf auftrifft. Die Blende steuert somit die effektiven Breiten der peripheren Rei hen, indem gewünschte Teile davon bedeckt oder belichtet werden.
Signale von gegenseitig angrenzenden Detektoren in unterschiedlichen ausgewählten Reihen der Anordnung werden von den Schaltungskreisen, wie oben beschrieben, kombiniert, um mehrfache Bildscheiben mit einer gemeinsamen gewünschten Dicke zu erzeugen. Durch geeignetes Verändern der Blende zwischen einer minimalen und maximalen Öffnung wird, während die Schaltungskreise gesteuert werden, die Dicke der mehrfachen Scheiben ungefähr um Vielfache der minimalen Scheibendicke, wie durch die kleinste Reihe und/oder minimale Blende definiert, erhöht. Das Hinzufügen der Blende erlaubt, dass für eine gegebene Zahl von Reihen eine breitere Vielfalt von Dickevielfachen als in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen erzeugt wird, in denen nur die Detektoranordnung und die Schaltungskreise benutzt werden, um die Scheibendicken zu bestimmen.
In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die lineare Blende genügend verschmälert werden, um alle peripheren Reihen der Anordnung und Teile der zwei mittleren Reihen zu maskieren. In dieser Konfiguration werden Signale von den zwei mittleren Reihen durch Schaltungskreise ausgewählt, um zwei dünne Bildscheiben zu erzeugen.
Man wird verstehen, dass durch Erzeugen von zwei aneinandergrenzenden dünnen Bildscheiben anstelle einer einzelnen Scheibe vergleichbarer Dicke der Dosiswirkungsgrad des Abbildungssystems generell gesteigert wird. Um diesen Wirkungsgrad zu maximieren, wird die Blende so eingestellt, dass sie allgemein einer minimalen seitlichen Ausdehnung eines Strahlungsstrahls entspricht, der das Objekt bestrahlt und auf die Anordnung auftrifft. Diese minimale seitliche Ausdehnung wird im Allgemeinen durch die Geometrie der Strahlungsquelle, die das Objekt bestrahlt, bestimmt. In diesem Fall ist die minimale Scheibendicke etwa gleich der Hälfte der seitlichen Ausdehnung des Strahlungsstrahls. Wenn nur eine einzelne Scheibe dieser minimalen Dicke erzeugt würde, dann würde nur etwa die Hälfte der Strahlung, die das Objekt bestrahlt, beim Erzeugen des Bildes benutzt werden, sodass der Dosiswirkungsgrad ebenfalls etwa 50% oder weniger betragen würde.
Vorzugsweise kombinieren, wenn die lineare Blende auf ihre maximale Öffnungsabmessung geöffnet wird, die Schaltungskreise Signale von ausgewählten Reihen der Anordnung, um vier Scheiben einer gemeinsamen Dicke entsprechend der Breite der äußersten Reihen der Anordnung zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ können Signale von jeder der zwei mittleren Reihen mit Signalen von allen anderen peripheren Reihen auf ihrer betreffenden Seite der Anordnung bis zu und einschließlich der äußersten Reihe kombiniert werden, um zwei Scheiben mit einer maximalen möglichen Dicke zu erzeugen.
In einer solchen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die Anordnung acht Reihen von Detektoren, wobei die zwei mittleren Reihen die kleinste Breite haben, und die peripheren Reihen mit größeren Breiten symmetrisch auf beiden Seiten der mittleren Reihen angeordnet sind. Die Anordnung ist mit einem Schaltnetzwerk, das vierzehn Schalter umfasst, verbunden, die von jeder in der Technik bekannten Art sein können. Die Anordnung und die Schalter sind mit vier Addierern verbunden, deren Ausgänge benutzt werden, um zwei oder vier Bildscheiben von gewünschter Dicke, wie oben beschrieben, zu erzeugen.
In noch anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist die Detektoranordnung auf einer beweglichen Unterlage montiert, die die Anordnung seitlich relativ zu dem Objekt, das abgebildet wird, längs einer Achse senkrecht zu den Längsachsen der Reihen der Anordnung verschiebt. In solchen bevorzugten Ausführungen können Reihen unterschiedlicher Breiten asymmetrisch relativ zu einer Mittelachse der Anordnung, die durch eine oder mehr Reihen der kleinsten Breite definiert wird, anders als in vorangehenden Anführungen angeordnet werden, bei denen die Anordnung im Allgemeinen symmetrisch um eine solche Achse ist. Die bewegliche Unterlage wird vorzugsweise in Verbindung mit Schaltungskreisen und einer variablen Blende, wie oben beschrieben, benutzt, um mehrfache Scheiben veränderlicher Dicken zu erzeugen, während die gemeinsam auf einer zentralen Ebene zentrierten Scheiben in einer festen Beziehung zu dem Objekt, ungeachtet der gewählten Dicke der Scheiben, gehalten werden.
Die Verwendung der beweglichen Unterlage in Verbindung mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung erlaubt, dass eine Anordnung mit einer verringerten Zahl von Reihen beim Erzeugen einer gewünschten Kombination von Scheibenbreiten benutzt wird. Mit anderen Worten, die Verwendung der beweglichen Unterlage erlaubt, dass eine größere Vielfalt von Scheibendicken in Bezug auf die Zahl von Reihen in dem Detektor erzeugt wird.
In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst ein CT-Abbildungssystem eine Detektoranordnung, wie oben beschrieben, wobei eine Röntgenröhre den Körper eines Objekts bestrahlt und die Detektoranordnung auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers zu der Röhre angeordnet ist, sodass die Detektoren Strahlung empfangen, die durch den Körper gesendet wurde. Die Detektoranordnung umfasst vorzugsweise Scintillatoren und Photodioden oder andere in der Technik bekannte Röntgenstrahldetektoren und erzeugt eine Vielzahl von Schnittbildscheiben, vorzugsweise vier solcher Scheiben, obwohl adere Zahlen von Scheiben gleichfalls erzeugt werden können. Vorzugsweise ist mit der Röntgenröhre ein Kollimator verbunden, um die Ausdehnung des Röntgenstahls, der den Körper bestrahlt, auf einen Bereich des Körpers, der die Scheiben enthält, zu begrenzen.
In einigen dieser bevorzugten Ausführungen ist die Detektoranordnung planar, d. h. alle Detektoren liegen im Wesentlichen in einer einzigen Ebene. In anderen bevorzugten Ausführungen ist jedoch die Detektoranordnung bogenförmig mit einem Krümmungsradius etwa gleich dem Abstand der Anordnung von der Röntgenröhre, die vorzugsweise einen fächerförmigen Strahl emittiert, dessen Winkelausdehnung gewöhnlich dem der bogenförmigen Anordnung gegenüberliegenden Winkel entspricht. In noch anderen bevorzugten Ausführungen, in denen das CT-Abbildungssystem vorzugsweise einen CT-Scanner der vierten Generation umfasst, beschreibt die Detektoranordnung allgemein einen Ring, der im Wesentlichen den Körper umgibt. Man wird verstehen, dass die verschiedenen Anordnungen von Reihen mit verschiedenen Breiten, wie oben beschrieben, sowie die begleitenden Schalterkreise, Blende, bewegliche Unterlage und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf ebene und bogenförmige Detektoranordnungen angewandt werden können.
Die Röntgenröhre wird bevorzugt auf einem Portal oder einer anderen geeigneten Vorrichtung montiert, die sich um eine Achse, die durch den Körper läuft, dreht. In anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Detektoranordnung eben oder gebogen ist, wird die Anordnung vorzugsweise auf dem Portal gegenüber der Röntgenröhre montiert, um sich um den Körper zu drehen, wie in der Technik bezüglich CT-Scannern der dritten Generation bekannt ist. Alternativ bleibt in bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Endung, bei denen die Detektoranordnung einen Ring beschreibt, die Anordnung vorzugsweise drehend stationär, und nur die Röntgenröhre dreht sich um den Körper. In jedem dieser Fälle verschiebt sich die Position des Portals und der Detektoranordnung seitlich relativ zu dem Körper in einer Richtung parallel zu der Achse, vorzugsweise durch eine Verschiebungsbewegung des Körpers in Bezug auf das Portal und die Anordnung. Die Drehung des Portals und die Verschiebung des Portals und der Detektoranordnung relativ zu dem Körper erlaubt, dass mehrfache Winkelansichten und mehrfache geschnittene Scheiben gewonnen werden.
In alternativen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine neigbare, ebene Detektoranordnung eine Vielzahl von Reihen von Detektoren, wobei alle solche Reihen allgemein gleiche Breiten haben. Die Anordnung ist mit einer mechanischen Neigungseinrichtung verbunden, die die Anordnung um eine Neigungsachse im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Reihen steuerbar neigt. Eine normale Ausrichtung der neigbaren Anordnung wird durch eine Ebene definiert, die senkrecht zu einer Linie ist, die durch den Brennpunkt der Strahlungsquelle läuft und die Neigungsachse der Anordnung senkrecht schneidet. Eine effektive Reihenbreite, die allen Reihen gemeinsam ist, wird durch geometrische Projektion der Seitenabmessung der Reihe auf die Ebene der normalen Ausrichtung definiert. Somit wird man verstehen, dass, wenn sich die Anordnung weg von der normalen Ausrichtung neigt, die effektiven Breiten der Reihen im Wesentlichen proportional zu dem Kosinus eines Neigungswinkels davon abnehmen.
Die Detektoren in jeder Reihe der Anordnung empfangen Strahlung von einer entsprechenden Scheibe des Objekts, das abgebildet wird. Wenn die Anordnung im Wesentlichen in der normalen Ausrichtung ist, haben die Detektoren effektive Breiten gleich den ganzen Breiten der Reihen und empfangen somit Strahlung von gleichen, relativ dicken Scheiben des Objekts. Wenn die Anordnung relativ zu dieser Richtung geneigt wird, werden jedoch die effektiven Breiten der Detektoren kleiner, und die Detektoren empfangen daher Strahlung von gleichen, relativ dünneren Scheiben. Durch Neigen der Anordnung in verschiedene Neigungswinkel werden mehrfache Scheiben mit einer Vielzahl verschiedener Dicken definiert.
In noch anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Detektoranordnung eine Vielzahl von Reihen von Detektoren mit im Wesentlichen gleichen Breiten (und die im Wesentlichen gleiche Scheibenbreiten liefern), wobei jede solche Reihe um ihre betreffende Längsachse steuerbar geneigt werden kann. Alle Reihen in dieser bevorzugten Ausführung sind vorzugsweise koplanar und grenzen an ihre direkten Nachbarn an, wenn die Reihen in einer normalen Ausrichtung sind, wie Bezug auf die vorangehenden Ausführungen beschrieben. Vorzugsweise werden alle Reihen in im Wesentlichen gleichen Winkeln geneigt, sodass sie mehrfache Scheiben mit gleichen, veränderbaren Dicken definieren.
In einer solchen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Reihen seitlich relativ zueinander in einer Richtung senkrecht zu ihren Längsachsen bewegt. Wenn die Reihen geneigt werden, werden sie folglich auch näher zusammen bewegt, um im Wesentlichen das Angrenzen der durch diese geneigte Ausrichtung definierten dünneren Scheiben zu bewahren.
In noch weiteren bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Detektoranordnung vier parallele Reihen von Detektoren, einschließlich zweier äußerer Reihen und zweier innerer Reihen, vorzugsweise alle von gleicher Breite, wobei jede Reihe einer betreffenden Bildscheibe entspricht. Die äußeren Reihen sind eingerichtet, als eine lineare Blende in Bezug auf die inneren Reihen zu wirken, d. h. die äußeren Reihen sind so angebracht, dass sie seitwärts verschoben werden können, um Teile der Breiten der inneren Reihen zu überdecken und somit zu maskieren. In dieser Weise werden die Dicken der zwei Scheiben, die den zwei inneren Reihen entsprechen, gesteuert. Vorzugsweise maskiert eine einstellbare Blende oder ein Kollimatorschlitz Teile der Breiten der äußeren Reihen, sodass alle vier der äußeren und inneren Reihen jede gewünschte effektive Breite haben können, vorzugsweise gleiche effektive Breiten
Man wird verstehen, dass, während die obige bevorzugte Ausführung in Form von vier Reihen von Detektoren, die vier Bildscheiben von vorzugsweise gleichen Dicken erzeugen, beschrieben wird, das Prinzip des Verwendens einer oder mehrerer Reihen der Detektoranordnung, um eine oder mehrere andere Reihen veränderbar zu überdecken und zu maskieren, gleichermaßen in anderen, unterschiedlichen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann. Die Anordnung kann z. B. mehr als vier Reihen von Detektoren enthalten, um mehr als vier Bildscheiben zu erzeugen. Die effektiven Breiten dieser mehr als vier Reihen von Detektoren können durch das obige Prinzip des Überdeckens und Maskierens oder durch andere Mittel, wie oben mit Verweis auf andere bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben, gesteuert werden.
In noch einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung wird eine Vielzahl von Reihen von Detektoren mit gleichen Breiten bereitgestellt. Die Ausgänge der Detektoren werden summiert, sodass eine einzelne breite Scheibe und eine einzelne dicke Scheibe erzeugt werden. Alternativ werden eine breite Scheibe flankiert von zwei schmalen Scheiben erzeugt. Des Weiteren werden alternativ eine einzelne dünne Scheibe flankiert von zwei dünnen Scheiben erzeugt. Diese Breiten werden vorzugsweise ohne Maskieren der Detektoren erzeugt. Des Werteren werden die dickeren Scheiben vorzugsweise erzeugt, indem die Ausgänge einer Vielzahl von gleich großen Detektoren addiert werden, während die dünneren Scheiben erzeugt werden, indem der Ausgang einer einzelnen Reihe von Detektoren oder eine Summe einer kleineren Zahl von Detektoren als die zum Erzeugen der dickeren Scheibe(n) benutzte verwendet wird.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Vielzahl von Reihen unterschiedlicher Breite bereitgestellt, wobei eine dünne Reihe oder Reihen in der Mitte und breitere Reihen auf einer Seite davon bevorzugt die dünne Reihe oder Reihen flankieren. In dieser Ausführung der Erfindung werden eine oder mehr dünne Scheiben in der Mitte der Gruppe von Reihen bereitgestellt, und dicke Scheiben werden durch Kombinieren der Ausgänge von Detektoren von angrenzenden breiteren Reihen bereitgestellt. Die dünnen Scheiben können durch die Detektoren einer einzelnen Reihe oder durch Kombinieren der Signale von Detektoren von angrenzenden dünnen Reihen bereitgestellt werden. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden Verhältnisse von 3 : 1, 5 : 1, 8 : 1 oder mehr, z. B. 10 : 1, zwischen den dünnen Scheiben und den dickeren Scheiben bereitgestellt.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher eine Vorrichtung, die mehrfache Bildscheibendaten als Reaktion auf einfallende Strahlung, die durch ein Objekt läuft, erzeugt, gemäß den Ansprüchen 1 bis 17 bereitgestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden werden. Inhalt der Zeichnungen:
1 ist eine schematische Teilschnittdarstellung eines CT-Scanners nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung einer Detektoranordnung nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten CT-Scanners.
3B ist eine Querschnittsansicht eines CT-Scanners ähnlich dem in 3A gezeigten, aber einschließlich einer Detektoranordnung, nach einer alternativen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3C ist eine Querschnittsansicht eines CT-Scanners nach noch einer anderen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
4A–4D sind Schnittdarstellungen der Detektoranordnung von 2 zusammen mit schematischen Darstellungen von damit verbundenen Schaltungskreisen nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
5A–5D sind Schnittdarstellungen einer Detektoranordnung und einer damit verbundenen mechanischen Blende, nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
6A–6D sind Schnittdarstellungen einer Detektoranordnung zusammen mit einer zugehörigen mechanischen Blende und einer beweglichen Unterlage, nach einer bevorzugten Aus führung der vorliegenden Erfindung.
7A–7B sind Schnittdarstellungen einer neigbaren Detektoranordnung nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
8A–8B sind Schnittdarstellungen einer Anordnung von neigbaren Reihen von Detektoren nach einer anderen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
9A–9E sind Schnittdarstellungen einer Detektoranordnung und einer damit verbundenen mechanischen Blende, nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Darstellung von Schaltungskreisen, die mit der in 9A–9E gezeigten Detektoranordnung verbunden sind, nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische Darstellung einer Detektoranordnung und einer damit verbundenen mechanischen Blende, nach einer noch anderen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt zwei Möglichkeiten, wie die Ausgänge von Detektoren mit der gleichen Breite kombiniert werden können, nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines CT-Scanners 20 nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine Röntgenröhre 22 bestrahlt einen Bereich des Körpers 24 eines Objekts, das abzubilden ist. Die Winkelausdehnung eines Strahls der Strahlung 26 wird vorzugsweise duch einen einstellbaren Kollimator 28 beschränkt. Durch den Körper 24 gesendete Röntgenstrahlen werden von einer Vielscheiben-Detektoranordnung 30 empfangen, wie unten beschrieben wird. Die seitliche Abmessung der Anordnung 30, d. h. die Abmessung parallel zu der Längsachse 25 des Körpers 24, ist in 1 zum Zweck der Klarheit der unten folgenden Erklärung hervorgehoben. Die Anordnung 30 kann, wie gezeigt, an einer beweglichen Unterlage 32 befestigt werden, die die Anordnung relativ zu einer durch die Röntgenröhre 22 definierten Achse bewegt und ausrichtet. In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung begrenzt der Kollimator 28 und/oder eine mechanische Blende 34 die Winkelausdehnung des Strahlungsstrahls, der auf die Anordnung 30 trifft. Der Kollimator 28 wird vorzugsweise so eingestellt, dass er die Winkelausdehnung des Strahls 26 auf den Bereich des Körpers 24, der durch die Anordnung 30 abgebildet wird, begrenzt und die Bestrahlung anderer Bereiche des Körpers minimiert. Die Un terlage 32 und/oder die Blende 34 sind besonders nützlich in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung, wie z. B. die, die in 5A–5D, 6A–6D und 9A–9E gezeigt und unten beschrieben werden. Die Unterlage und die Blende sind für den Betrieb der Anordnung 30 nicht wichtig, werden aber in 1 zur Veranschaulichung gezeigt.
Es wird nun zusätzlich auf 2 verwiesen, die eine schematische Ansicht der Anordnung 30, gesehen von oben in der Perspektive von 1, ist. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Anordnung 30 eine Vielzahl von Reihen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68, wobei jede dieser Reihen eine Vielzahl von Detektorelementen 70 umfasst. Die Detektorelemente 70 können jede geeignete Art von strahlungsempfindlichen Detektoren umfassen, z. B. Photodioden oder andere in der Technik bekannte Detektoren. Vorzugsweise werden vielfache Elemente 70 zusammen auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt und/oder montiert, obwohl die Elemente 70 alternativ diskrete Elemente ohne ein gemeinsames Substrat sein können.
Längs einer Richtung parallel zu der Längsachse 72 der Anordnung 70 haben die Detektorelemente 70 bevorzugt alle eine im Wesentlichen gleiche Abmessung oder Abstand, wie in 2 gezeigt. In der Richtung senkrecht zu der Achse 72 haben jedoch einige der Reihen unterschiedliche Breiten. Die mittleren Reihen 58 und 60 haben die kleinste Breite, während periphere Reihen Breiten gleich oder größer als diese kleinste Breite und äußere Reihen 50 und 68 die größten Breiten haben. In der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung haben alle Reihen Breiten, die ganze Vielfache der Breite der mittleren Reihen sind, wobei, wenn die Breite der Reihen 58 und 60 als 1 genommen wird, die übrigen Reihen die folgenden Breiten haben:
Reihen 56, 62 – Breite = 1
Reihen 54, 64 – Breite = 2
Reihen 52, 66 – Breite = 4
Reihen 50, 68 – Breite = 8
Die Gründe für diese Wahl der Proportionen werden unten erklärt.
3A ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Scanners. Die Anordnung 30 ist im Scanner 20 mit ihrer Längsabmessung, durch Achse 72 angegeben, quer zur Längsachse 25 (gezeigt in 1, und senkrecht zu der Ebene von 3A und 3B) des Körpers 24 montiert. Jedes Element 70 der Anordnung 30 empfängt Strahlung, die den Körper 24 längs eines linearen Pfades von einem Brennpunkt 78 der Röntgenröhre 22 zu dem Element durchlaufen hat, und erzeugt ein elektrisches Signal, das die durch diesen Pfad aufgefangene Ab schwächung des Gewebes des Körpers anzeigt. Die Anordnung 30 und die Röntgenröhre 22 sind zusammen mit Hilfseinrichtungen, z. B. Kollimator 28, auf dem Portal 74 montiert. Das Portal dreht sieh um eine Achse im Wesentlichen parallel zur Achse 25, sodass die Anordnung 30 Ansichten von verschiedenen Winkeln in Bezug auf diese Achse erfassen kann. Der Körper 24 wird des Werteren seitlich relativ zu dem Portal 74 in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Achse 25 verschoben, sodass verschiedene Querschnittsteile des Körpers 24 abgebildet werden können.
3B zeigt eine alternative bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung 76, anstatt eben, gebogen ist. Die Anordnung der Reihen und Detektorelemente in der Anordnung 76 ist jedoch identisch mit der von Anordnung 30, und in allen anderen Aspekten ist die in 3B gezeigte bevorzugte Ausführung im Wesentlichen identisch mit der 1, 2 und 3A gezeigten. Der Krümmungsradius der Anordnung 76 ist im Allgemeinen gleich dem Abstand von der Anordnung zu dem Brennpunkt 78. Alle Elemente 70 in der Anordnung 76 liegen somit im Wesentlichen gleichen Winkeln des Strahls 26 in der Querrichtung gegenüber. Wie in der Technik bekannt ist, ist diese Gleichheit von Winkeln nützlich beim Reduzieren von Winkelverzerrung in dem Bild des Körpers 24, die durch den CT-Scanner 2a erzeugt wird. Obwohl die folgenden bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf planare Detektoranordnungen beschrieben werden, wird man einsehen, dass bogenförmige Anordnungen gleichermaßen in solchen Ausführungen verwendet werden können.
3C zeigt noch eine andere, alternative bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der die Anordnung 77 eine Ringform beschreibt, die im Wesentlichen den Körper 24 umgibt. In dieser bevorzugten Ausführung ist der Scanner 20 vorzugsweise ein CT-Scanner der vierten Generation. Wie in der Ausführung von 3B ist die Anordnung der Reihen und Detektorelemente 70 in der Anordnung 77 im Wesentlichen identisch mit der der Anordnung 30. In anderer Hinsicht wird die Anordnung 77 im System 20 in einer Weise im Wesentlichen ähnlich der in 1 und 2 gezeigten und hierin beschriebenen benutzt, außer dass, während sieh die Anordnungen 30 und 76 vorzugsweise um den Körper 24 auf dem Portal 74 drehen, die Anordnung 77 vorzugsweise im Wesentlichen stationär ist.
Wieder auf 1 verweisend werden die von den Elementen 70 erzeugten Signale von einer Vorverarbeitungsschaltung 80 verarbeitet und dann über ein Schaltungsnetzwerk 82 an ein Datenerfassungssystem (DAS) 84 übergeben. Ein Rekonstruierer 86 empfängt Daten von dem DAS 84 und wendet Algorithmen an, wie in der Technik bekannt, um Bilder zu rekonstruieren, die innere Strukturen des Körpers 24 zeigen. Diese Bilder werden vorzugsweise von einer Anzeigeeinheit 87 angezeigt. Ein Prozessor 88 empfängt diese Bilder, zeichnet sie optional in einem Massenspeicher auf, druckt sie auf Hartkopie-Medien und führt andere in der Technik bekannte Daten- und Anzeigeverarbeitungsfunktionen durch. Der Prozessor 88 enthält vorzugsweise einen Computer, der andere Komponenten des CT-Scanners 20, einschließlich des Kollimators 28, der Blende 34, der beweglichen Unterlage 32 und des Portals 74, steuert.
Die Vorverarbeitungsschaltung 80 kann von jeder in der Technik bekannten Art sein und kann mit der Anordnung 30 auf einem gemeinsamen Substrat integriert sein, oder sie kann auf einem getrennten Substrat oder einer Schaltplatte enthalten sein. Vorzugsweise enthält die Vorverarbeitungsschaltung analoge Vorverstärker.
Das Schaltnetzwerk 82 wählt vorzugsweise die Reihen der Anordnung 30, von denen Daten zu erfassen sind, aus und summiert von Elementen in ausgewählten benachbarten Reihen erzeugte Signale. Das Schaltnetzwerk kann mit der Anordnung 30 auf einem gemeinsamen Substrat integriert sein oder kann auf einem getrennten Substrat oder Schaltplatte enthalten sein.
Obwohl in der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführung das Schaltnetzwerk 82 Signale von der Anordnung 30 nach Verarbeitung durch die Vorverarbeitungsschaltung 80 empfängt, kann in anderen bevorzugten Ausführungen der vorlegenden Erfindung das Schaltnetzwerke Signale von benachbarten Reihen vor deren Vorverarbeitung auswählen und summieren. Solche Ausführungen können beim Verringern der Zahl von Komponenten in dem System allgemein von Vorteil sein und so die Systemkosten reduzieren, besonders, wenn das Schaltnetzwerk 82 mit der Anordnung 30 auf einem gemeinsamen Substrat integriert ist. Das Schalten von Signalen vor der Vorverarbeitung kann jedoch dazu neigen, einen größeren Grad an Rauschen in die Signale einzubringen.
In noch anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann das Schaltnetzwerk 82 beseitigt werden, und stattdessen können Signale von allen Reihen der Anordnung 30 durch das DAS 84 getrennt erfasst werden, und dann können Signale von benachbarten Reihen ausgewählt und durch Software-Verarbeitung summiert werden.
Das DAS 84 digitalisiert vorzugsweise von dem Schaltnetzwerk 82 empfange Signale mittels in der Technik bekannter Analog/Digital-(A/D)-Umwandlungsschaltungen. Vorzugsweise wird dann eine logarithmische Operation auf den digitalsierten Signalen, z. B. mittels Look-Up-Tabellen, durchgeführt.
Die vorangehende Folge von Operationen, wobei von den Elementen 70 erzeugte Signale zuerst summiert, dann digitalisiert und dann einer logarithmischen Operation unterzogen werden, ist vorteilhaft, weil sie die in dem System benötigte Zahl von Komponenten reduziert und somit auch die Kosten des Systems verringert. In anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Folge dieser Operationen anders sein.
In einer solchen bevorzugten Ausführung enthält z. B. die Vorverarbeitungsschaltung 80 auch einen logarithmischen Verstärker für jeden aktiven Detektor, was, wie in der Technik bekant, verringerte Teilvolumen-Artefakte ergibt. Das Schaltnetzwerk 82 serialisiert, wählt und summiert dann Signale, und das Netzwerk 82 digitalisiert die Signale, wie oben beschrieben.
In anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die Vorverarbeitungsschaltung 80 A/D-Umwandlungsschaltungen enthalten. Das Schaltnetzwerk 82 enthält digitale Schaltkreise, wie in der Technik bekannt, die die Signale serialisieren, auswählen und summieren. Eine logarithmische Operation kann durch in der Vorverarbeitungsschaltung 80 enthaltene logarithmische Verstärker, wie oben beschrieben, durchgeführt werden, oder kann alternativ digital durchgeführt werden, z. B. durch eine Look-Up-Tabelle. Solche bevorzugten Ausführungen werden dazu neigen, teuer in der Herstellung zu sein, da sie im Allgemeinen mehrfache A/D-Umwandlungsschaltungen umfassen müssen, aber sie werden generell den Vorteil eines verbesserten Signal/Rausch-Verhältnisses aufweisen.
Wie z. B. in 1 veranschaulicht, definieren von dem Schaltnetzwerk 82 ausgewählte Reihen und/oder Kombinationen von Reihen im Wesentlichen parallele Bildscheiben 102, 104, 106 und 108 innerhalb der Winkelausdehnung des Röntgenstrahls 26. Der Rekonstruierer 86 rekonstruiert die Scheibe 102 mit aus der Reihe 52 gewonnenen Daten, die Scheibe 104 wird mit Daten aus den Reihen 54, 56 und 58 rekonstruiert, die Scheibe 106 aus den Reihen 60, 62 und 64 und die Scheibe 108 aus der Reihe 66. Daten aus den Reihen 50 und 68 werden in diesem Fall nicht verwendet. Der Kollimator 28 und die Blende 34 werden vorzugsweise eingestellt, um die Winkelausdehnung des Strahls 26 auf einen den Scheiben 102, 104, 106 und 108 gegenüberliegenden Winkel zu begrenzen, um so eine unerwünschte Strahlungsdosis zu vermindern, aber diese Einstellung ist für den Betrieb der hier gezeigten bevorzugten Ausführung nicht erforderlich, solange Strahlung, die den Körper 24 durchläuft, alle von dem Schaltnetzwerk ausgewählten Reihen erreichen kann.
Man wird verstehen, dass die Dicke jeder der Bildscheiben, d. h. ihre längs der Achse 25 gemessene seitliche Abmessung, im Allgemeinen durch die Breite der Reihe oder die Summe der Greifen der mehrfachen Reihen, die die Scheibe definieren, bestimmt wird. Somit können durch geeignete Auswahl der Reihen der Anordnung dünnere oder dickere Scheiben erzeugt werden. Alle vier Scheiben 102, 104, 106 und 108 haben bevorzugt im Wesentlichen gleiche Dicken.
Die tatsächliche Scheibendicke kann nur ungefähr durch die Reihenbreiten bestimmt werden, weil die Dicken auch von den optischen Qualitäten anderer Elemente des Scanners 20 abhängen, z. B. der Röntgenröhre 22 und des Kollimators 28. Im Allgemeinen haben jedoch diese anderen Elemente nur geringen Einfluss auf die Scheibendicken, wie durch das folgende Beispiel veranschaulicht wird.
Angenommen, der Brennpunkt 78 der Röntenröhre 22 hat eine Abmessung f, und die Reihen 56 und 62, die schmalsten Reihen der Anordnung 30, haben eine Breite w, dann wird die effektive Dicke a_eff einer durch die Reihe 56 oder 62 definierten Bildscheibe typischerweise (unter Vernachlässigung des im Allgemeinen unbedeutenden Effekts des Kollimators 28) gegeben sein durch: aeff = 1/M*SQRT[w2 + (M – 1)2f2]wo a_ee im Drehzentrum des Portals 74 gemessen ist, und M, die Vergrößerung, das Verhältnis des Abstands vom Brenpunkt 78 zur Anordnung 30 über dem Abstand vom Brennpunkt zum Drehzentrum ist. Nimmt man typische Werte von w = 2 mm, f = 1 mm und M = 2, findet man, dass a_eff = 1.1 mm anstatt 1 mm ist, was die Dicke der Scheiben sein würde, wenn der Brennpunkt 78 unendlich klein wäre. Man wird verstehen, dass, wenn breitere Reihen der Anordnung benutzt werden, die Wirkung der anderen Elemente des Scanners 20 noch weniger bedeutend sein werden.
Wie früher angemerkt, wird man verstehen, dass der Gebrauch des Begriffs "im Wesentlichen" oder "ungefähr" beim Angeben einer Detektorbreitenabmessung, um z. B. zu sagen, dass die Breite der Reihen von Detektoren im Wesentlichen gleich sind, oder dass die Dicke einer Reihe im Wesentlichen ein ganzes Vielfaches einer anderen Reihe ist, bedeutet, dass die Detektordicke so ist, dass die von dem Strahlungsstrahl durchlaufenen Scheiben ungefähr die angegebene Abmessung oder Verhältnis hat. Dies schließt jede Korrektor an der Detektorbreite ein, die nötig sein könnte, um z. B. die Differenz zwischen der effektiven Dicke a_eff und der Dicke, die erhalten werden würde, wenn der Brennpunkt 78 unendlich klein wäre, und andere geometrisch verursachte Abweichungen zwischen der effektiven Scheibenbreite und der Detektorbreite zu korrigieren. Eine solche Korrektor ist verglichen mit den interessierenden Detektor- und Scheibenabmessungen gewöhnlich sehr klein.
Die Größe des Brennpunkts 78, zusammen mit anderen geometrischen Faktoren wie die Position des Kollimators 28 und die Größe seiner Öffnung, bestimmen ebenfalls eine minimale Ausdehnung des Strahls 26 im Drehzentrum, wie in der Technik bekannt ist. In typischer CT-Systemgeometrie, wie z. B. in 1 gezeigt, ist diese minimale Ausdehnung bedeutend größer als die Abmessung f des Brennpunkts. Wenn nur eine einzelne Scheibe einer minimalen Dicke, z. B. 1 mm, von dem Scanner 20 erfasst wird, wird daher wesentliche Strahlung durch den Körper 24 außerhalb der Grenzen dieser einzelnen Scheibe laufen. In diesem Fall wird das System einen relativ niedrigen Dosiswirkungsgrad haben. Wenn andererseits mehrfache Scheiben gleichzeitig erfasst werden, wie hierin beschrieben, wird mehr oder im Wesentlichen alle auf den Körper 24 einfallende Strahlung durch die Detektoranordnung 30 erfasst und beim Erzeugen des CT-Bildes benutzt, sodass der Dosiswirkungsgrad erhöht wird.
4A–4D veranschaulichen schematisch die Reihenaddierfunktion des Schaltnetzwerks 82 in Bezug auf die Anordnung 30, die in der Zeichnung im Querschnitt gezeigt wird. In diesen Figuren enthält das Schaltnetzwerk 82 zwei Addierer 90 und 92 und vier Ausgangskanäle 94, 96, 98 und 100, die vier mit Scheibe A bis Scheibe D bezeichneten Bildscheiben entsprechen. Die Addierer 90 und 92 können von jeder in der Technik bekannten Art sein, z. B. Mehreingangs-Operationsverstärker oder digitale Addiererschaltungen (in dem Fall, dass die vom Netzwerk 82 empfangenen Signale zuerst digitalisiert wurden). Die Vorverarbeitungsschaltung 80 wird in diesen Figuren zur Einfachheit der Veranschaulichung weggelassen (und, wie oben beschrieben, weil die Vorverarbeitung nach dem Schalten durchgeführt werden kann). Wie oben beschrieben, kann das Schaltnetzwerk 82 die Signale von den Elementen 70 empfangen, bevor sie vorveraibeitet werden.
In 4A empfangen die Kanäle 94, 96, 98 und 100 Signaldaten von den Reihen 56, 58, 60 bzw. 62. In diesem Fall haben die Bildscheiben A bis D die kleinste mögliche Dicke, entsprechend der Detektorreihenbreite = 1, wobei die Breite der Reihen 58 und 60 (sowie 56 und 62) als 1 genommen wurde, wie vorher beschrieben. In diesem Fall wird der CT-Scanner 20 Bilder mit der höchsten verfügbaren Auflösung in der Querrichtung erzeugen, wenngleich möglicherweise auf Kosten einer niedrigeren Volumenbedeckung für eine gegebene Abtastdauer und/oder eines reduzierten Signal/Rausch-Verhältnisses.
In 4B empfangen die Kanäle 94 und 100 Signaldaten von den Reihen 54 und 64, die die Breite 1 haben. Der Kanal 96 empfängt Daten, die durch Summieren von Signalen mittels des Addierers 90 gewonnen wurden, wobei das Signal von jedem Element in der Reihe 56 mit dem von angrenzenden Elementen in der Reihe 58 summiert wird, sodass der Kanal 96 einer effektiven Reihenbreite von 2 entspricht, d. h. der Summe der Breiten der Reihen 56 und 58, und der Kanal 98 empfängt gleichermaßen vom Summierer 92 aus den Reihen 60 und 62 summierte Daten. In diesem Fall haben die Scheiben A bis D eine gemeinsame Dicke, die etwa das Zweifache der der Scheiben beträgt, die in der in 4A gezeigten Konfiguration erzeugt werden.
4C zeigt noch eine andere Konfiguration, bei der jeder der Kanäle 94, 96, 98 und 100 Daten empfängt, die einer tatsächlichen oder effektiven Reihenbreite von 4 entsprechen, um Bildscheiben wie durch die Scheiben 102, 104, 106 und 108 in 1 veranschaulicht zu erzeugen.
4D zeigt eine andere Konfiguration, bei der alle Reihen der Anordnung 30 benutzt werden, um Scheiben mit einer maximalen Dicke zu erzeugen, etwa 8mal so dick wie die von der Konfiguration von 4A definierten Scheiben. Die Konfiguration von 4D, wird CT Scannern im Allgemeinen ermöglichen, bei der höchsten Durchsatzrate und dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis zu arbeiten.
Man wird verstehen, dass die in 2 veranschaulichte Detektoranordnung 30, die entsprehend 1, 3A und 4A–4D arbeitet, den CT-Scanner 20 in die Lage versetzt, vier Bildscheiben gleicher Dicke gleichzeitig zu erfassen. Die Scheibendicke kann ohne die Verwendung beweglicher Teile über einem Bereich von etwa 1 : 8 elektronisch verändert werden. Die Anordnung 30 enthält jedoch nur zehn Reihen von Detektorelementen 70, sodass die Komplexität und die Kosten der Vorverarbeitungsschaltung 80 und des Schaltnetzwerks 82 verglichen mit vergleichbaren Schaltungen, die zum Erzeugen mehrfacher Scheiben mit ähnlich veränderbaren Dicken in Verbindung mit anderen in der Technik bekannten Detektoranordnungen benutzt werden müssen, verringert werden können.
Man wird weiter verstehen, dass, obwohl die vorangehende bevorzugte Ausführung sowie andere unten beschriebene bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, um vier Bildscheiben mit vier Wahlmöglichkeiten der Scheiben zu erzeugen, die. Prinzipien der vorliegenden Erfindung gleichermaßen angewandt werden können, um eine größere Zahl von Scheiben und einen größeren oder kleineren Bereich an Dicken zu erzeugen. Die Zahl von Scheiben und deren Dicken hängen in solchen Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen von der Zahl der Reihen in der Detektoranordnung und der Konstruktion und Funktion eines damit verbundenen Schaltnetzwerks ab.
5A–5D veranschaulichen eine alternative bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der eine Detektoranordnung 102 eine Struktur und Funktion hat, die im Allge meinen denen der Anordnung 30 gleicht, aber die Reihen der Anordnung 102 die folgenden unterschiedlichen relativen Breiten aufweisen:
Mittelreihen 112, 114 – Breite = 1
Reihen 110, 116 – Breite = 2
Reihen 108, 118 – Breite = 4
Reihen 106, 120 – Breite = 3
Reihen 104, 122 – Breite = 10
In der in 5A–5D gezeigten bevorzugten Ausführung wird die mechanische Blende 34 gesteuert, um einige der Reihen in der Anordnung 102 selektiv zu maskieren. Vorzugsweise wird auch der Kollimator 28 eingestellt, um die Winkelausdehnung des Strahls 26 auf die in den Figuren gezeigte Größe der Blende 34 zu begrenzen. Für diesen Zweck kann alternativ der Kollimator 28 anstelle der Blende 34 benutzt werden. Wie in 5A–5C gezeigt, kann dieses selektive Maskieren das Begrenzen der effektiven Breiten von einigen der Reihen umfassen. Schaltungskreise ähnlich dem Netzwerk 82, wie in 4A–4D gezeigt, wählen und summieren Signale aus benachbarten Reihen der Anordnung 102, um vier Scheiben bezeichnet Scheibe A, B, C und D wie oben zu erzeugen.
In 5A wird daher die Blende 34 seitlich verschmälert, um im Wesentlichen eine Hälfte der Breiten der Reihen 110 und 116 zu maskieren, und die effektiven Breiten dieser Reihen sind dann im Wesentlichen gleich 1, wie die Reihen 112 und 114. In diesem Fall werden vier relativ dünne Scheiben A–D entsprechend der Reihenbreite 1 erzeugt.
In 5B wird die Blende 34 geöffnet, sodass die Reihen 110 und 116 ganz belichtet werden, und im Wesentlichen ein Viertel der Breiten der Reihen 108 und 118 wird maskiert, sodass diese Reihen eine effektive Breite von 3 haben. Signale von den Reihen 110 und 112 werden in der Scheibe B kombiniert, um so eine ähnliche effektive Breite von 3 zu erzeugen, desgleichen die Reihen 114 und 116 in Scheibe C.
In 5C wird die Blende 34 noch weiter geöffnet, um im Wesentlichen 60% der Breiten der Reihen 104 und 122 zu maskieren und alle anderen Reihen ganz zu belichten. In diesem Fall haben die vier Scheiben Dicken, die einer effektiven Reihenbreite von 7 entsprechen.
Schließlich wird in 5D die Blende 34 ganz geöffnet, und die vier Scheiben haben Dicken, die einer effektiven Reihenbreite von 10 entsprechen.
Man wird verstehen, dass bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die von ei ner variablen Blende, z. B. Kollimator 28 oder mechanische Blende 34, in der hier beschriebenen Weise Gebrauch machen, typischerweise einen breiteren Bereich an Möglichkeiten von Scheibendicken erzeugen können als es Ausführungen vermögen, die nur elektronisches Schalten benutzen, wie z. B. die in 4A–4D gezeigten.
6A–6D veranschaulichen eine alternative bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine Detektoranordnung 130 verwendet, deren Struktur und Funktion im Allgemeinen denen der Anaordnungen 30 und 122 gleichen, aber Reihen verschiedener relativer Breiten haben, die um eine Mittelachse der Anordnung parallel zu den Reihen wie folgt asymmetrisch variieren:
Reihen 138, 140 – Breite = 1
Reihe 136 – Breite = 2
Reihe 134 – Breite = 4
Reihen 132, 142, 144 – Breite = 8
Bei der in 6A–6D gezeigten bevorzugten Ausführung wird, wie bei der vorangehenden Ausführung, die mechanische Blende 34 gesteuert, um einige Reihen in der Anordnung 130 zu maskieren, um so ihre effektiven Breiten zu begrenzen_: Eine bewegliche Unterlage 32 steuert weiterhin die seitliche Position der Anordnung 130 relativ zu einer Achse 146 senkrecht zu der Oberfläche der Anordnung und durch den Brennpunkt 78 laufend. Schaltungskreise ähnlich den in 4A–4D gezeigten wählen und summieren Signale aus benachbarten Reihen der Anordnung 130, um so vier Scheiben bezeichnet Scheibe A, B, C und D wie oben zu erzeugen.
In 6A maskiert eine mechanische Blende 34 Teile der Reihen 136 und 142, sodass diese zwei Reihen eine effektive Breite von 1 haben, und vier Bildscheiben werden mit einer minimalen Dicke entsprechend dieser Breite erzeugt.
In 6B verschiebt die bewegliche Unterlage 32 die Position der Anordnung 130, sodass eine gemeinsame Kante der angrenzenden Reihen 136 und 138 im Wesentlichen mit der Achse 146 ausgerichtet ist. Die mechanische Blende 34 öffnet sich asymmetrisch, um so Teile der Reihen 134 und 142 zu maskieren: Vier Bildscheiben entsprechend einer effektiven Reihenbreite von 2 werden somit erzeugt.
In 6C verschiebt die bewegliche Unterlage 32 die Anordnung 130 noch weiter, sodass eine gemeinsame Kante der angrenzenden Reihen 134 und 136 im Wesentlichen mit der Achse 146 ausgerichtet ist, und die Blende 34 öffnet sich, um so Teile der Reihen 132 und 142 zu maskieren. Vier Bildschheiben werden entsprechend einer effektiven Reihenbreite von 4 erzeugt.
In 6D wird die Blende 34 ganz geöffnet, und die bewegliche Unterlage 32 schiebt die Anordnung 130 zurück, um eine gemeinsame Kante der benachbarten Reihen 140 und 142 mit der Achse abzugleichen. Vier Bildscheiben werden entsprechend einer effektiven Reihenbreite von 8 erzeugt.
Man wird verstehen, dass die Anordnung 130, wie in 6A–6D gezeigt, den gleichen Bereich und Werte der Scheibendicke wie die in 4A–4D gezeigte Anordnung 30 erzielt, aber die Anordnung 130 enthält nur sieben Reihen von Detektorelementen, während die Anordnung 30 zehn Reihen hat. Die Anordnung 130 kann somit eine Auflösung erreichen, die mit der der Anordnung 30 vergleichbar ist, aber mit wesentlich weniger Detektorelementen in der Anordnung und einem folglich einfacheren Schaltnetzwerk.
7A und 7B zeigen eine alternative bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der eine ebene Detektoranordnung 150 eine Vielzahl von Detektoren 70 umfasst, die in vier Reihen 152, 154, 156 und 158 angeordnet sind. Die Anordnug 150 kann im CT-Scanner 20 anstelle der in 1 gezeigten Detektoranordnung 30 benutzt werden. Die Anordnung 150 ist auf einem Drehzapfen 160 montiert, der sich um eine Achse parallel zu der Längsachse der Reihen dreht, vorzugsweise unter der Kontrolle einer Prozessorschaltung, wie z. B. Prozessor 88. Die Anordnung ist mit dem vorverarbeitenden DAS und einer Rekonstruierschaltung ähnlich der in 1 gezeigten verbunden, aber das Schaltnetzwerk 82 kann beseitigt werden.
Wie in 7A gezeigt, wird, wenn die Anordnung 150 so ausgerichtet ist, dass die Ebene der Anordnung im Wesentlichen senkrecht zur Achse 146 ist (wie mit Verweis auf 6A–6D beschrieben), der CT-Scanner 20 vier Bildscheiben mit einer gemeinsamen Dicke T, bestimmt durch die Breite der Reihen, erzeugen. Wie 7B zeigt, wird jedoch, wenn die Anordung 150 infolge der Drehung des Zapfens 160 geneigt wird, die Dicke der Scheiben auf einen Wert etwa gleich Tcosθ reduziert, wo θ der Drehwinkel der Anordnung relativ zu ihrer Anfangsposition ist. Durch Drehen der Anordnung 150 durch einen Winkel θ = 82.8° kann die Scheibendicke auf etwa T/8 reduziert werden. Eine Vorkehrung muss, z. B. im Rekonstruierer 86, für kleine Unterschiede getroffen werden, die in den relativen Stärken der Signale unter den vier Reihen und in den entsprechenden Scheibendicken aufgrund der Tatsache entstehen, dass die Reihen 156 und 158 dem Brennpunkt 78 näher sind als die Reihen 154 und 152.
8A und 8B zeigen noch eine andere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei eine Detektoranordnung 170 eine Vielzahl von neigbaren Reihen 172, 174, 176 und 178 umfasst, die jeweils eine Vielzahl von Detektorelementen 70 umfassen. Die Anordnung 170 kann in dem CT-Scanner 20 anstelle der in 1 gezeigten Anordnung 30 benutzt werden. Die Reihen 172, 174, 176 und 178 haben im Wesentlichen gleiche Breiten. Jede Reihe ist unabhängig an einem Drehzapfen 180 befestigt, der der Reihe erlaubt, sich um eine Reihenachse im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Reihe zu neigen. Die Zapfen werden vorzugsweise auf beweglichen Zapfenhaltern 184 montiert und werden um die jeweiligen Reihenachsen durch Treibriemen 182 oder andere geeignete Drehübertragungseinrichtungen gedreht. Die Halter 184 und Riemen 182 sind mit einer Bewegungssteuervorrichtung 186 verbunden, die vorzugsweise von einem Computer, z. B. Prozessor 88, gesteuert wird.
Wie in 8A gezeigt, wird, wenn die Reihen 172, 174, 176 und 178 so ausgerichtet sind, dass sie eine Ebene definieren, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse 146 (wie oben beschrieben) ist, der CT-Scanner 20 vier Bildscheiben mit einer gemeinsamen Dicke, bestimmt durch die Breite der Reihen, erzeugen. Wie 8B zeigt, werden jedoch, wenn die Reihen 172, 174, 176 und 178 aufgrund der Drehung des Zapfens 180 geneigt werden, die Dicken der Scheiben reduziert, wie oben mit Verweis auf 7B beschrieben wurde. Vorzugsweise werden alle Reihen um einen gemeinsamen Winkel geneigt, sodass die Dicken der Scheiben im Wesentlichen gleich sind.
Vorzugsweise verringert, wie in 8B gezeigt, die Bewegungssteuervorrichtung 186 den Abstand zwischen den Haltern 184, wenn die Reihen geneigt werden. In dieser Weise können die Scheiben im Wesentlichen, d. h. ohne dazwischen liegende Zwischenräume, die zwischen den Bildscheiben nicht abgebildet werden, ungeachtet Änderungen in der Dicke der Scheiben, in Berührung gehalten werden.
Man wird verstehen, dass in den in 7A, 7B, 8A und 8B gezeigten und oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung Bildscheiben mit im Wesentlichen jeder gewünschten Dicke durch geeignetes Neigen der Anordnung oder der Reihen in der Anordnung erzeugt werden können, solange die gewünschte Dicke kleiner oder gleich einer durch die Breite der Reihen der Anordnung bestimmte maximale Dicke ist. Des Weiteren können, obwohl alle Reihen der Anordnung 150 in 7A und 7B und der Anordnung 170 in 8A und 8B als mit im Wesentlichen gleichen Breiten gezeigt werden, in anderen bevorzugten Ausführungen der Erfindung Reihen verschiedener Breiten bereitgestellt wer den, um so Scheiben verschiedener Dicken zu erzeugen.
Man wird weiter verstehen, dass in den in 8A und 8B gezeigten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung die Reihen der Anordnung 170 nicht alle um einen gleichen Winkel geneigt werden müssen, wie in 8 gezeigt, sondern stattdessen um werschiedene Winkel geneigt werden können, um so Scheiben verschiedener Dicken zu erzeugen. Solche veränderlichen Scheibendicken sind in bestimmten CT-Abbildungsmodalitäten, z. B. beim CT-Abbilden der Lungen, nützlich, wobei Scheiben mit hoher und niedriger Auflösung vermischt werden können, um so die Strahlungsdosis, der der Körper ausgesetzt wird, zu reduzieren Des Weiteren kann, während das Neigen der Detektoren einen weiten Bereich an Veränderung in der Breite der Scheiben erlaubt, dieser Bereich werter erhöht werden, indem, zusätzlich zu dem Neigen, die Kombination von Reihen, wie in 4-6 und 9-11 gezeigt, ausgenutzt wird. Ein Weg, wie diese zwei Verfahren kombiniert werden könnten, ist für die Kombination von Reihen, um eine erste, grobere Scheibenbreite bereitzustellen, und für das Neigen, um eine feinere Änderung auf der Kombinationsbreite bereitzustellen.
9A–9E zeigen noch eine andere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei eine Detektoranordnung 190 eine Struktur und Funktion im Allgemeinen ähnlich denen der Anordnungen 30 und 102 hat und in Verbindung mit der mechanischen Blende 34 in einer Weise ähnlich der der oben mit Verweis auf die in 5A–5D gezeigte beschrieben bevorzugten Ausführung arbeitet. Die Reihen der Anordnung 190 haben jedoch die folgenden relativen Breiten:
Mittelreihen 198, 200 – Breite = 1
Reihen 196, 202 – Breite = 1.5
Reihen 194, 204 – Breite = 2.5
Reihen 192, 206 – Breite = 5
10 zeigt schematisch ein Schaltnetzwerk 210, das Signale von der Anordnung 190 empfängt und diese Signale selektiv kombiniert, um die in 9A–9E gezeigten Scheiben zu erzeugen. Man wird verstehen, dass das Netzwerk zwei im Wesentlichen identische und unabhängige Teile umfasst: Einen ersten Teil, der mit den Reihen 192, 194, 196 und 198 verbunden ist, und einen zweiten Teil, der mit den Reihen 200, 202, 204 und 206 verbunden ist. Das Netzwerk 210 ist so konfiguriert, dass entweder zwei oder vier Bildscheiben gleichzeitig erzeugt werden können.
Daher wird, wie in 9A gezeigt, die Blende 34 seitlich verschmälert, um im Wesentlichen eine Hälfte der Breiten der Reihen 198 und 200 zu maskieren, und die effektiven Breiten der Reihen sind dann im Wesentlichen gleich 0.5. In 10 gezeigte Schalter S1, S2, S8 und S9 werden in einer offenen Stellung gehalten, und zwei dünne Scheiben A und B werden erzeugt und erfasst, indem ein Ausgang von der Reihe 198 über den Addierer A1 und ein Ausgang von der Reihe 200 über den Addieren A3 empfangen werden. Die übrigen Schalter sind geschlossen, und die Ausgänge der Addierer A2 und A4 werden nicht benutzt.
In 9B wird die Blende 34 geöffnet, sodass die Reihen 198 und 200 ganz belichtet werden, und im Wesentlichen ein Drittel der Breiten der Reihen 196 und 202 wird maskiert, sodass diese Reihen eine effektive Breite von 1 haben. Die Schalter S3, S6, S7, S10, S13 und S14 werden geschlossen, während die übrigen Schalter offen gehalten werden. Vier Scheiben mit einer Dicke, die der Breite 1 entspricht, werden somit über die Addierer A1–A4 erzeugt und erfasst.
In 9C wird die Blende 34 noch weiter geöffnet, um so im Wesentlichen das Ganze der Reihen 194 und 204 (sowie die Reihen 196, 198, 200 und 202 zwischen ihnen) zu belichten. Die Schalter S1, S4, S7, S8, S11 und S14 werden geschlossen, während die übrigen Schalter offen gehalten werden. Die Ausgänge der Reihen werden 196 und 198 werden durch den Addierer A1 und die der Reihen 200 und 202 durch den Addierer A3 kombiniert. Vier Scheiben mit Dicken, die der effektiven Reihenbreite von 2.5 entsprechen, werden somit über die Addierer erzeugt und erfasst.
In 9D, ist die Blende 34 ganz offen. Die Schalter S1, S2, S5, S8, S9 und S12 sind geschlossen, während die übrigen Schalter offen gehalten werden. Vier Scheiben mit einer Dicke, die einer effektiven Reihenbreite von 5 entspricht, werden somit erzeugt.
Schließlich zeigt 9E eine Konfiguration, bei der zwei Scheiben mit einer Dicke, die einer effektiven Reihenbreite von 10 entspricht, erzeugt werden. In diesem Fall werden die Schalter in den gleichen Stellungen gehalten wie sie oben mit Verweis auf 9D beschrieben wurden. Die Ausgänge der Addierer A1 und A2 werden kombiniert, vorzugsweise z. B. mittels einer von dem DAS 84 ausgeführten Software-Operation, um die Scheibe A zu erzeugen, und die Ausgänge der Addierer A3 und A4 werden ähnlich kombiniert, um die Scheibe B zu erzeugen.
Man wird daher verstehen, dass die Anordnung 190, mit acht Reihen, zusammen mit dem Schaltnetzwerk 210 in der Lage ist, zwei oder vier Scheiben gleichzeitig mit einem verfüg baren Bereich von fünf verschiedenen Scheibendicken zu erzeugen. Andere bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung, die denen in 9A–D und 10 gleichen, aber generell Detektoranordnungen mit einer größeren Zahl von Reihen als die Anordnung 190 enthalten, können ebenfalls mehr als vier Scheiben gleichzeitig erzeugen.
11 veranschaulicht noch eine andere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der eine Detektoranordnung 220 vier parallele Reihen von Detektoren umfasst: Innere Reihen 222 und 224 und äußere Reihen 226 und 228, wobei jede Reihe einer jeweiligen Bildscheibe entspricht. Vorzugsweise haben alle vier Reihen gleiche Breiten. Wie in der Figur gezeigt, sind die äußeren Reihen 226 und 228 relativ zu den inneren Reihen 222 und 224 so angebracht und positioniert, dass die äußeren Reihen seitlich verschoben wer den können, um Teile der Breiten der inneren Reihen zu überdecken und zu maskieren. Die Blende 34 und/oder der Kollimator 28 (wie in 1 gezeigt) maskieren vorzugsweise ähnlich Teile der Breiten der äußeren Reihen 226 und 228.
Man wird daher verstehen, dass durch Verschieben der Reihen 226 und 228 und entsprechendes Öffnen oder Schließen der Blende 34 (und/oder Kollimator 28) die vier Bildscheiben auf im Wesentlichen jede gewünschte Dicke bis zu einem Maximum, das der vollen Breite der Reihen entspricht, eingesteht werden können. Die äußeren Reihen 226 und 228 und die Blende 34 und/oder der Kollimator 28 werden vorzugsweise so positioniert, dass alle vier der äußeren und inneren Reihen im Wesentlichen gleiche effektive Breiten haben. Das hier beschriebene Prinzip der Verwendung einer oder mehrerer Reihen der Anordnung zum Überdecken und Maskieren und somit Steuern der effektiven Breite von einer oder mehr anderen Reihen kann jedoch gleichermaßen in anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bei denen die Anordnung eine größere oder kleinere Zahl von Reihen enthält und Bildscheiben mit gleichen oder unterschiedlichen Dicken erzeugt.
Obwohl die obigen bevorzugten Ausführungen mit Verweis auf Detektorelemente mit im Wesentlichen gleichen Abstandsgrößen, wobei der Abstand in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 72 gemessen wird, berschrieben wurden, wird man verstehen, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf Anordnungen von Detektoren mit zwei oder mehr verschiedenen Abstandsgrößen angewandt werden können. Signale von benachbarten Detektoren in einer Reihe der Anordnung können auch mittels Schaltungskreisen und/oder Verfahren ähnlich den oben beschriebenen oder anderer in der Technik bekannter Schaltkreise und Verfahren kombiniert werden.
12 zeigt eine erste Kombination von Detektoren in verschiedenen Reihen, um zusam mengesetzte Scheibenbreiten, die für Lungenabbildung besonders geeigent sind, zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden 10 kleine Detektorreihen 300 mit je einer Reihenbreite von 1–2 mm benutzt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die Ausgänge von entsprechenden Detektoren in 9 der Reihen summiert, um Daten für eine dicke Scheibe zu bilden, während die Daten für die 10. Reihe benutzt werden, um eine dünne Scheibe zu bilden. Alternativ werden die Ausgänge alter Reihen summiert, um eine dicke Scheibe zu bilden, und der Ausgang von einer Reihe wird benutzt, um eine dünne Scheiben zu bilden. Alternativ können in dieser Weise zwei dünnen Scheiben bereitgestellt werden, wobei die dünnen Scheiben entweder benachbarte Scheiben sein können oder von den Ausgängen der Reihen an den Enden der Gruppe von Reihen gebildet werden können. Außerdem kann alernativ eine einzelne dünne Scheibe entweder in der Mitte der Gruppe von Reihen oder am Rand der Gruppe liegen.
In einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung werden ungleichmäßige Scheiben unter Verwendung von Kombinationen der Ausgänge von Detektoren in ungleichmäßigen Reihen erzeugt. In diesen Ausführungen können z. B. die Reihenkonfigurationen von 1, 2, 4, 5, 6 oder 9 benutzt werden. Zum Beispiel können in diesen Konfigurationen Signale von Detektoren in den zwei mittleren dünnen Reihen kombiniert werden, um eine einzelne rlativ dünne Scheibe zu bilden, und Signale von Detektoren in einer Vielzahl von benachbarten äußeren Detektorreihen können kombiniert werden, um zwei (oder mehr) dicke Scheiben zu bilden. Diese dünnen und dicken Scheiben können irgendein Verhältnis, übereinstimmend mit den verfügbaren Breiten, haben, aber vorzugsweise wird ein großes Verhältnis, wie oben beschrieben, wie es z. B. für Lungenbilder erforderlich ist, bereitgestellt. Alternativ werden zwei (oder vier) dünnen Scheiben unter Verwendung der getrennten Ausgänge der Detektoren der mittleren zwei (oder vier) Reihen bereitgestellt, und dicke Scheiben werden durch Summieren der Ausgänge der Detektoren in den äußeren Reihen bereitgestellt. Wenn das Verhältnis zwischen der Breite der Detektoren in den verschiedenen Reihen für die Anwendung groß genug ist, ist natürlich keine Summierung erforderlich.
Alternativ werden nur Detektoren auf einer Seife der Mitte der Reihengruppierung bestrahlt, und nur eine einzelne dünne Scheibe und eine einzelne dicke Scheibe werden gebildet. Alternativ können die Detektoren auf einer Seite der Mittellinie der Reihenkonfigurationen von 1, 2, 4, 5, 6 oder 9 weggelassen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann eine größere oder kleinere Zahl von Reihen bereitgestellt werden, sodass das Verhältnis zwischen den Scheiben kleiner als das oben beschriebene 9 : 1 oder 10 : 1 ist. Wenn z. B. 6 gleiche Reihen bereitgestellt wer den, können Verhältnisse von 6 : 1, 5 : 1 oder kleiner erzielt werden. Wenn eine größere Zahl von Reihen bereitgestellt wird, können mehr als eine breite Gruppierung von Reihen und mehr als eine schmale Gruppierung von Reihen erzielt werden.
Bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezug auf CT-Scanner und CT-Abbildung des menschlichen Körpers beschrieben worden und werden vorzugsweise im Kontext von CT-Scannern der dritten und vierten Generation benutzt. Die erfinderischen Prinzipien der vorliegenden Erfindung können jedoch gleichermaßen auf CT-Scanner angewandt werden, die auf industrielle Qualitätskontrolle und andere Anwendungen sowie auf andere Abbildungssysteme und Verfahren angewandt werden.
Man wird verstehen, dass die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen als Beispiel angeführt wurden und der ganze Umfang der Erfindung nur durch die Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen von Mehrfach-Bildscheibendaten in Reaktion auf auftreffende Strahlung, die durch ein Objekt hindurchtritt, die umfasst: eine Detektoranordnung (30, 102, 130, 190), die eine Vielzahl paralleler Reihen von Detektorelementen umfasst, die die auftreffende Strahlung empfangen und in Reaktion darauf Signale erzeugen, wobei jede der Reihen durch eine Reihenlänge und eine Detektorbreite, gemessen in einer Richtung senkrecht zu der Reihenlänge, gekennzeichnet ist; und eine Signalverarbeitungsschaltung (80, 82, 84, 210), die mit der Anordnung verbunden ist und die in wenigstens einem Kombinationsmodus eine erste Gruppe von Reihen von Detektoren auswählt und die Signale, die zu entsprechenden Detektoren in der Reihe gehören, addiert, um einen ersten Satz Ausgabedaten auszubilden, und die eine zweite Gruppe von Reihen von Detektoren auswählt und die Signale, die zu entsprechenden Detektoren in den Reihen gehören, addiert, um einen zweiten Satz Ausgabedaten auszubilden, wobei die Sätze von Ausgabedaten eine erste und eine zweite Scheibe mit einer ersten und einer zweiten Scheibenbreite darstellen; dadurch gekennzeichnet, dass: die Vielzahl von Reihen, die kombiniert werden, um eine Scheibe auszubilden, wenigstens zwei im Wesentlichen verschiedene Breiten haben; und ein Signal von einer Reihe zum Ausbilden lediglich einer Scheibe in einem Kombinationsmodus verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breiten aller der wenigstens zwei Detektorelemente (192, 194, 196, 202, 204, 206), die im Wesentlichen verschiedene Breiten haben, ganzzahlige Vielfache der Breite des einen der wenigstens zwei Detektorelemente (198, 200) mit der geringsten Breite sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Detektorelemente wenigstens drei im Wesentlichen parallele Reihen von Detektorelementen umfassen und die Reihen eine Längsausdehnung im Wesentlichen senkrecht zu der Querrichtung haben und jede Reihe eine Vielzahl von Detektorelementen mit einer gemeinsamen Breite enthält.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für wenigstens einen Kombinationsmodus die kombinierten Breiten der Reihen, die jede Gruppe bilden, im Wesentlichen die gleichen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsschaltung umfasst: eine Umschaltschaltung (82, 210, S_n), die Reihen für die Integration in jede der Gruppen auswählt; und wenigstens einen Addieren (90, 92, A_n), der zu einer der Gruppen gehört und der die Signale, die von einem Detektorelement in einer ersten Reihe der Gruppe erzeugt werden, zu Signalen addiert, die von einem Detektorelement in wenigstens einer anderen Reihe der Gruppe erzeugt werden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für wenigstens zwei der Kombinationsmodi die Anzahl von Gruppen die gleiche ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl verschiedener effektiver Scheibenbreiten, die ausgewählt werden können, größer ist als eins und größer als die Hälfte der Anzahl von Reihen in der Anordnung.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung zwei mittlere Reihen enthält, die eine gemeinsame Breite haben, die geringer ist als die Breiten aller anderer Reihen oder ihnen entspricht, und wobei die Breiten aller der Reihen im Wesentlichen ganzzahligen Vielfachen der Breite der mittleren Reihen entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anordnung um eine Mittelachse herum symmetrisch ist, die durch eine Grenze zwischen den zwei mittleren Reihen (198, 200) definiert wird, und wobei eine dritte Reihe (196, 202), die peripher an eine der mittleren Reihen angrenzt, eine Breite hat, die im Wesentlichen der einer der zwei mittleren Reihen entspricht, und wobei eine vierte Reihe (194, 204), die peripher an die dritte Reihe angrenzt, eine Breite hat, die das Doppelte der der dritten Reihe ausmacht, und wobei eine fünfte Reihe (192, 206), die peripher an die vierte Reihe angrenzt, eine Breite hat, die das Doppelte der der vierten Reihe ausmacht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl paralleler Reihen acht parallele Reihen umfasst, und wobei die Signalverarbeitungsschaltung vierzehn Schalter umfasst und vier Kanäle von Ausgangsdaten mit drei verschiedenen effektiven Kanalbreiten erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–10: wobei die zwei mittleren Reihen eine gemeinsame Breite haben, die kleiner ist als die Breiten aller anderen Reihen oder ihr entspricht; wobei eine dritte und eine vierte Reihe der Anordnung, die peripher an die zwei mittleren Reihen an einander gegenüberliegenden Seiten der zwei mittleren Reihen angrenzen, Breiten haben, die größer sind als die Breite der mittleren Reihen, wobei die veränderliche Blende Abschnitte der Breiten der dritten und der vierten Reihe abdeckt, so dass die dritte und die vierte Reihe effektive Reihenbreiten haben, die im Wesentlichen der Breite der zwei mittleren Reihen entsprechen, und wobei die vier oder mehr Kanäle vier Kanäle umfassen und die Signalverarbeitungsschaltung jeweils eine der zwei mittleren Reihen sowie der dritten und der vierten Reihe zum Integrieren von Daten von ihnen in einen der vier Kanäle auswählt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen verstellbaren Schlitz bzw. eine Linearblende (34) mit einer Öffnung umfasst, die in einer Richtung senkrecht zu der Längsabmessung der Reihen veränderlich ist und die veränderlich geschlossen werden kann, um Abschnitte der Breiten der Reihen abzudecken, wobei die effektive Gruppenbreite im Wesentlichen der Summe der Breiten der Reihen in der Gruppe abzüglich der Abschnitte der Breiten der Reihen in der Gruppe entspricht, die von dem Schlitz bzw. der Blende abgedeckt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, die einen Funktionsmodus aufweist, in dem der Schlitz bzw. die Blende (34) Abschnitte der Breiten von zwei aneinander grenzenden Reihen abdeckt, und wobei die Signalverarbeitungsschaltung einen Satz von zwei Gruppen ausbildet, die im Wesentlichen gleiche effektive Gruppenbreiten haben, wobei jede Gruppe eine entsprechende der zwei aneinandergrenzenden Reihen umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen beweglichen Untersatz (128) umfasst, auf dem die Detektoranordnung angebracht ist, wobei der Untersatz die Anordnung in einer Richtung senkrecht zu der Längsabmessung der Reihen bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektoranordnung plan geformt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die Detektoranordnung bogenartig geformt ist.
CT-Scanner zum Erzeugen von Bildern von Mehrfach-Schnittscheiben durch ein Objekt, der umfasst: eine Strahlungsquelle (78), die das Objekt von einer ersten Seite desselben her bestrahlt; und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildscheibendaten nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektoranordnung auf einer zweiten Seite des Objektes gegenüber der ersten Seite angeordnet ist.