DE69728397T2 - Computergesteuerter tomograph zur volumenabtastung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Computertomographievorrichtung, mit:
    • – einer Röntgenquelle, um ein Objekt aus einer Vielzahl von Richtungen mit Hilfe von Röntgenstrahlen zu bestrahlen,
    • – einem Detektorsystem, um Dichteprofile des Objekts aus einer Vielzahl von Richtungen zu messen,
    • – einer Rekonstruktionseinheit zum Ableiten eines Bildsignals aus den Dichteprofilen,
    • – wobei die Röntgenquelle, das Detektorsystem und das Objekt während der Messung der Dichteprofile relativ zueinander in einer Längsrichtung, quer zu den Röntgenstrahlen, verlagerbar sind.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computertomographieverfahren, in dem
    • – eine Röntgenquelle ein Objekt mit Hilfe von Röntgenstrahlen aus einer Vielzahl von Richtungen bestrahlt,
    • – Dichteprofile des Objekts aus einer Vielzahl von Richtungen gemessen werden,
    • – ein Bildsignal aus den Dichteprofilen abgeleitet wird und
    • – das Objekt und die Röntgenquelle während der Messung der Dichteprofile relativ zueinander, quer zur Richtung der Röntgenstrahlen, verlagert werden.
  • Eine Computertomographievorrichtung und ein Verfahren dieser Art sind aus dem Artikel Computed tomography scanning with simultaneous patient translation von Carl R. Crawford und Kevin F. King in Medical Physics 17 (1990) 967–982 bekannt.
  • Computertomographie erzeugt Bilder von Querschnitten des zu untersuchenden Objekts, beispielsweise eines radiologisch zu untersuchenden Patienten. Hierzu wird der Patient durch Röntgenstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen bestrahlt und örtliche Unterschiede in der Röntgenabsorption innerhalb des Patienten bilden Dichteprofile für die verschiedenen Richtungen, wobei diese Profile von dem Detektorsystem gemessen werden. Hierzu werden die Röntgenquelle und das Detektorsystem um den Patienten herum gedreht. Aus den verschiedenen Dichteprofilen wird ein Bild abgeleitet, das die Dichte des Patienten in einem Querschnitt wiedergibt. Üblicherweise ist es notwendig, eine Vielzahl Bilder von Querschnitten entlang unterschiedlichen, üblicherweise parallelen Ebenen zu bilden. Hierzu wird bei der bekannten Computertomographievorrichtung der Patient in der Längsrichtung verlagert, relativ zur Röntgenquelle und dem Detektorsystem, während er aus unterschiedlichen Richtungen von Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Ein solcher Vorgang wird auch als Volumenabtastung oder Volumenscan bezeichnet. Weil während der gleichmäßigen Verlagerung Dichteprofile erfasst werden, ist es nicht sehr zeitraubend, Dichteprofile zu messen, um Bilder aus einer Vielzahl paralleler Querschnitte zu bilden; daher wird der Patient hierdurch nicht wesentlich belastet. Vorzugsweise erfolgt die Verlagerung des Patienten gleichmäßig, um dafür zu sorgen, dass der Patient während der Messung der Dichteprofile nicht „seekrank" wird.
  • Die gemessenen Dichteprofile sind nicht in einer festen Längsposition gemessen worden, sondern weil der Patient verlagert wird, während sich die Richtung, aus der die Dichteprofile gemessen werden, ändert, verändert sich die Längsposition als Funktion der Richtung innerhalb der Dichteprofile. Die Dichteprofile werden entlang eines ungefähr helixförmigen Weges erfasst, wobei die Steigung der Helix konstant ist, wenn der Patient bei gleichmäßiger Geschwindigkeit in Längsrichtung verlagert wird. Die Achse des helixförmigen Weges bildet die Längsrichtung. Die bekannte Computertomographievorrichtung enthält eine Datenverarbeitungseinheit zum Ableiten berechneter Dichteprofile aus den gemessenen Dichteprofilen, wobei die berechneten Dichteprofile sich immer auf eine Ebene durch den Patienten in einer bestimmten Längsposition beziehen. Die Rekonstruktionseinheit nutzt die berechneten Dichteprofile, um daraus ein Bild des Querschnitts in einer gegebenen Längsposition abzuleiten. die berechneten Dichteprofile werden durch Interpolation oder Extrapolation der gemessenen Dichteprofile erhalten. Für eine solche Interpolation muss die Tatsache berücksichtigt werden, dass die berechneten Dichteprofile aus Dichteprofilen geleitet werden, die in Längspositionen gemessen worden sind, die nicht übermäßig von der Längsposition des Querschnitts abweichen, für den das Bild gebildet wird. So wird erreicht, dass nahezu keine streifenförmigen Störungen, auch „Schlieren" genannt, in dem Bild auftreten.
  • Die bekannte Computertomographievorrichtung enthält ein so genanntes symmetrisches Detektorsystem. Das bedeutet, dass die jeweiligen von dem Detektorsystem überdeckten Winkel zu beiden Seiten einer Linie durch den Brennpunkt der Röntgenquelle und den Mittelpunkt der Drehung während der Drehung der Röntgenquelle und des Detek torsystems (nahezu) gleich sind. Der Brennpunkt des Röntgenstrahlenbündels ist der gemeinsame Punkt, von dem aus alle Röntgenstrahlen des fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels (anscheinend) austreten. Ein Nachteil eines solchen symmetrischen Detektorsystems ist, dass es ein ziemlich ungünstiges Verhältnis zwischen der Anzahl einzelner röntgenempfindlicher Detektorelemente und der Größe des Gesichtsfeldes des Detektorsystems aufweist. Das Gesichtsfeld wird durch die Größe des von dem Detektorsystem überdeckten Segments bestimmt. Es ist üblich, das Gesichtsfeld als Winkel zwischen Verbindungslinien vom Äußersten des Segments zum Brennpunkt des Röntgenstrahlenbündels festzulegen.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Computertomographievorrichtung zu verschaffen, die ein Detektorsystem enthält, das ein verhältnismäßig großes Gesichtsfeld aufweist und die Ausführung eines Volumenscans ermöglicht, wobei ein Bild erhalten wird, das nahezu störungsfrei ist. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, eine solche Computertomographievorrichtung zu verschaffen, in der besonders das Auftreten von Schlieren in dem Bild ausgeschlossen wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Computereinrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • – das Detektorsystem ein asymmetrisches System aus Detektoren enthält und
    • – die Richtungen, aus denen die Dichteprofile gemessen werden, einen Bereich von zumindest 4π Radiant aufweisen.
  • Ein asymmetrisches Detektorsystem erstreckt sich entlang eines Segments zwischen unterschiedlichen Winkeln (–γm + α, γm) zu beiden Seiten einer Linie durch den Brennpunkt der Röntgenquelle und den Rotationsmittelpunkt während der Drehung der Röntgenquelle und des Detektorsystems. Ein solches asymmetrisches Detektorsystem kann als aus einem symmetrischen Detektorabschnitt, der entlang einem Segment zwischen Winkeln (–γm + α, γm – α) verläuft, und einem asymmetrischen Detektorabschnitt, der entlang einem Segment zwischen Winkeln (γm – α, γm) verläuft, bestehend betrachtet werden. Der asymmetrische Detektorabschnitt vergrößert das Gesichtsfeld relativ zum symmetrischen Abschnitt um einen Betrag α und nur eine verhältnismäßig kleine Zahl Detektorelemente braucht hinzugefügt zu werden, d. h. nur an einer Seite des symmetrischen Detektorabschnitts.
  • Mit dem asymmetrischen Detektorsystem werden zwei oder mehrere Mal um das Objekt herum Dichteprofile erfasst, wobei sich die Längsposition, in der die genannten Dichteprofile erfasst werden, verändert, wenn sich die Richtung ändert, aus der die Dichteprofile gemessen werden. Indem das Detektorsystem zwei oder mehrere Mal um den Patienten herum gedreht wird, können Dichteprofile mit einem Bereich von zumindest 4π Radiant leicht erfasst werden; weil alle einzelnen Detektorzellen des Detektorsystems zwei Mal um den Patienten herum gedreht werden, ist es sehr einfach, zu registrieren, aus welchen gemessenen Datenwerten die berechneten Datenwerte abgeleitet worden sind, weil die berechneten Datenwerte aus Datenwerten abgeleitet werden, die von der gleichen Detektorzelle gemessen worden sind, aber während unterschiedlicher Umdrehungen um den Patienten herum. Dichteprofile mit einem Bereich von zumindest 4π Radiant können auch erfasst werden, indem das Detektorsystem so weit um den Patienten herum gedreht wird, dass Datenwerte aus zumindest 4π Radiant von einer Detektorzelle gemessen werden. So wird weniger Zeit benötigt, um die Dichteprofile zu erfassen, weil das Detektorsystem weniger weit um den Patienten herum gedreht zu werden braucht; in diesem Fall ist es jedoch etwas komplexer, um zu registrieren, aus welchen einzelnen Detektorzellen die gemessenen Datenwerte verwendet werden müssen, um die berechneten Datenwerte abzuleiten. Aus den mit Hilfe des asymmetrischen Detektorsystems erfassten Dichteprofilen wird dort ein Bild abgeleitet, das einen Querschnitt des Patienten entlang einer Ebene repräsentiert, die als Abtastebene bezeichnet wird. Die Abtastebene erstreckt sich nicht parallel zur Längsrichtung und steht vorzugsweise ungefähr senkrecht zur Längsrichtung. Durch Ausführen eines solchen Volumenscans wird erreicht, dass Dichteprofile aus allen Richtungen um das Objekt herum zu beiden Seiten der Abtastebene bei einer gegebenen Längsposition gemessen werden. Dies ermöglicht es, berechnete Dichteprofile aus gemessenen Dichteprofilen bei Längspositionen abzuleiten, die nicht übermäßig von der Längsposition des Querschnitts entlang der Abtastebene abweichen, deren Bild erstellt wird. Das Auftreten von schlierenartigen Störungen in dem aus den berechneten Dichteprofilen abgeleiteten Bild wird so vermieden. Die Computertomographievorrichtung kann so ein Bild des zu untersuchenden Patienten mit hoher diagnostischer Qualität erstellen. Kleine Details mit geringem Kontrast sind in einem solchen hochqualitativen Bild deutlich sichtbar; insbesondere werden solche Details nicht durch schlierenartige Störungen überschattet, die sich nicht auf die Bildinformation des betreffenden Querschnitts des Patienten beziehen.
  • Diese und andere Vorteile einer erfindungsgemäßen Computertomographievorrichtung werden mit Hilfe der in den abhängigen Ansprüchen definierten Ausführungsformen erhalten.
  • Vorzugsweise werden berechnete Datenwerte aus vorzugsweise allen aus derselben Richtung mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts gemessenen Datenwerten abgeleitet. Jeder der gemessenen Datenwerte repräsentiert einen Absorptionsgrad von Röntgenstrahlen in dem zu untersuchenden Objekt aus jeweiligen Richtungen. Weil die Längsposition, in der die Datenwerte gemessen werden, sich ändert, wenn sich die Richtung ändert, beispielsweise weil der zu untersuchende Patient in Längsrichtung verlagert wird, sind die gemessenen Datenwerte Funktionen der Richtung und der Längsposition. Die von dem asymmetrischen Detektorabschnitt gemessenen Datenwerte, zu beiden Seiten der Abtastebene und aus nahezu den gleichen Richtungen, beziehen sich auf Längspositionen, die sich kaum unterscheiden. Insbesondere unterscheiden die jeweiligen Längspositionen sich um nicht mehr als die Verlagerung des Patienten, die bei einer einzigen Umdrehung der Röntgenquelle mit dem Detektorsystem auftritt. Der symmetrische Detektorabschnitt misst Datenwerte, für die die Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene sich noch weniger unterscheiden. Daher nutzt die Berechnung von Datenwerten der berechneten Dichteprofile nur Datenwerte aus Längspositionen, die sich nicht signifikant unterscheiden. Besonders schlierenartige Störungen werden so in dem Bild vermieden. Je mehr aus nahezu der gleichen Richtung gemessene Datenwerte verwendet werden, um die berechneten Datenwerte zu bilden, desto mehr werden in nahezu der gleichen Längsposition zu beiden Seiten der Abtastebene gemessene Datenwerte zum Bilden der berechneten Dichteprofile verwendet werden. Daher werden vorzugsweise alle von dem asymmetrischen Detektorabschnitt aus den gleichen Richtungen zu beiden Seiten der Abtastebene gemessenen Datenwerte verwendet, um die berechneten Dichteprofile zu bilden. Vorzugsweise ist die Wirkung von Datenwerten auf die berechneten Datenwerte umso größer, je näher zur Abtastebene sie gemessen worden sind. Somit wird erreicht, dass der Querschnitt, auf den sich das Bild tatsächlich bezieht, einer dünnen Schicht entspricht, sodass kleine Details, die sich über einen kleinen Abstand in Längsrichtung erstrecken, in dem Bild gut sichtbar sind. Wenn in den gemessenen Datenwerten Redundanz auftritt, kann der Rauschpegel der Dichteprofile verringert werden, indem entsprechende Datenwerte kombiniert werden, beispielsweise, indem ihr Mittelwerte genommen wird, um die berechneten Datenprofile zu bilden.
  • Es hat sich gezeigt, dass Interpolation ein einfaches und genaues Verfahren zum Bilden der berechneten Datenwerte aus den gemessenen Datenwerten ist.
  • Die Messung von Dichteprofilen zu beiden Seiten der Detektorebene aus allen Richtungen um das zu untersuchende Objekt herum mit Hilfe des asymmetrischen Detektors ermöglicht die Berechnung der berechneten Dichteprofile durch Nutzen von Datenwerten, die in nahezu gleicher Richtung zu beiden Seiten der Abtastebene bei Längspositionen gemessen worden sind, die sich nur wenig unterscheiden. Weil die gleichen Datenwerte gemessen werden, wenn sie aus gegenüber liegenden Richtungen gemessen werden, genügt es, mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts Dichteprofile aus Richtungen in einem Bereich von π Radiant plus dem Öffnungswinkel des symmetrischen Detektorabschnitts zu messen. Es hat sich gezeigt, dass es nicht notwendig ist, aus allen Richtungen um das Objekt herum mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts zu messen. Aus gegenüber liegenden Richtungen mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts gemessene Datenwerte hätten idealerweise den gleichen Wert, wenn die Längspositionen, in denen die Datenwerte gemessen werden, die gleichen sind. Diese Längspositionen unterscheiden sich bei Volumenabtastung, aber für Datenwerte, die mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts gemessen werden, sind die Unterschiede zwischen Längspositionen von Datenwerten, die aus gegenüber liegenden Richtungen zu beiden Seiten der Abtastebene gemessen werden, nur klein. Diese Unterschiede sind so klein, dass sie in der Praxis fast oder gar keine schlierenartigen Störungen in dem Bild bewirken oder dass solchen schlierenartigen Störungen durch Interpolation der Datenwerte entgegengewirkt wird. Mit verhältnismäßig wenigen Messungen können somit berechnete Dichteprofile gebildet werden, aus denen ein Bild hoher diagnostischer Qualität abgeleitet werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren für eine Computertomographievorrichtung zu verschaffen, bei dem insbesondere dem Auftreten von „Schlieren" in dem Bild entgegengewirkt wird. Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • – die Dichteprofile mit Hilfe eines asymmetrischen Detektor-Arrays aus Richtungen mit einem Bereich von zumindest 4π Radiant gemessen werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine dreidimensionale schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Computertomographievorrichtung;
  • 2 eine schematische vordere Ansicht von der Längsrichtung einer erfindungsgemäßen Computertomographievorrichtung aus;
  • 3 ein Radon-Darstellung, die veranschaulicht, wie aus gemessenen Datenwerten für unterschiedliche Projektionswinkel und Detektorwinkel berechnete Datenwerte gebildet werden.
  • 1 ist eine dreidimensionale schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Computertomographievorrichtung. Im Zusammenwirken mit einer schlitzförmigen Blende 10 sendet eine Röntgenquelle 1 ein divergierendes, flaches (fächerförmiges) Röntgenstrahlenbündel aus, um das Objekt 2, beispielsweise einen zu untersuchenden Patienten, zu bestrahlen. Das Detektorsystem 3 ist so angeordnet, das es der Röntgenquelle 1 zugewandt ist. Das Detektorsystem der vorliegenden Ausführungsform ist ein positionsempfindliches Detektorsystem, das ein Feld aus einzelnen Detektorzellen 11 enthält. Die Detektorzellen 11 sind beispielsweise gasgefüllte (Xenon-)Detektoren oder Festkörperdetektoren. Die Dicke des fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels beträgt im Allgemeinen zwischen 1 mm und 10 mm, auf der Hälfte zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor gemessen. Die Intensität der Strahlung, die den Patienten durchlaufen hat und auf das Detektorsystem auffällt, wird hauptsächlich durch die Absorption innerhalb des Patienten 2 bestimmt, der auf einem Tisch 12 zwischen der Röntgenquelle und dem Detektorsystem liegt. Die Absorption wird entlang einer großen Zahl Linien gemessen, indem die Röntgenquelle 1 und das Detektorsystem 3 zusammen um den Patienten mit Hilfe eines Trägerrahmens 13 gedreht werden. Die kombinierte Rotation der Röntgenquelle und des Detektorsystems kann kontinuierlich, aber auch diskontinuierlich erfolgen. Weiter wird der Patient während der Bestrahlung und Rotation entlang der Drehachse, das ist die durch die Pfeile 14, 15 angedeutete Längsrichtung, verlagert, vorzugsweise bei gleichmäßiger Geschwindigkeit, sodass das Detektorsystem aus einem signifikanten zweidimensionalen Volumen des Patienten Daten erfasst. Die gemessenen Dichteprofile werden verwendet, um Bilder von Querschnitten des Patienten 2 zu bilden. Diese Querschnitte werden entlang paralleler Schichten 16 des Körpers des Patienten genommen. Weiter kann auch eine Röntgenquelle in Form einer ringförmigen Anode, die um den Patienten angeordnet ist, verwendet werden, wobei das Target eines Elektronenstrahlenbündels, mit dem Röntgenstrahlen aus dem Anodenmaterial erzeugt werden, sich dann entlang der ringförmigen Anode um den Patienten herum bewegt.
  • 2 ist eine schematische vordere Ansicht in Längsrichtung einer erfindungsgemäßen Computertomographievorrichtung. Das Detektorsystem 3 und die Röntgenquelle 1 können zusammen um einen Rotationsmittelpunkt 17 um einen Patienten gedreht werden. Hierzu sind die Röntgenquelle 1 und der Detektor 3 in einem drehbaren Trägerrahmen 13 aufgehängt, der mit Hilfe eines Antriebs 18 angetrieben wird, der einen Motor enthält. Eine Bezugslinie 30 hat eine feste Richtung, die im vorliegenden Beispiel die vertikale Richtung ist, und läuft durch den Rotationsmittelpunkt 17. Der Projektionswinkel β ist der Winkel, den eine zentrale Linie 31 durch den Mittelpunkt des symmetrischen Detektorabschnitts 20 mit der festen Bezugslinie 30 bildet. Die Position des Detektorsystems wird durch den Projektionswinkel β repräsentiert. Die einzelnen Detektorzellen 11 bilden mit der zentralen Linie 31 einen Detektorwinkel γ. Der symmetrische Detektorabschnitt 20 umfasst die Detektorzellen mit einem Detektorwinkel im Intervall (–γm, γm). Der asymmetrische Detektorabschnitt 21 umfasst ein Segment der Größe α mit Detektorzellen, die einen Detektorwinkel im Intervall (γm – α, γm) haben. Für Detektorwinkel in dem Intervall (–γm, –γm + α) gibt es keine Detektorzellen. Weil die Detektorzellen sich über ein Segment erstrecken, das um α größer ist als der symmetrische Detektorabschnitt, wird das Gesichtsfeld in Bezug auf das Gesichtsfeld des symmetrischen Detektorabschnitts an sich vergrößert, aber in dem Intervall (–γm, –γm + α) sind keine zusätzlichen Detektorzellen notwendig.
  • Die Längsposition z, in der die Datenwerte gemessen werden, hängt vom Projektionswinkel ab, da der Patient in Längsrichtung verlagert wird, wenn die Röntgenquelle und das Detektorsystem um den Patienten herum rotieren. Wenn die Rotation gleichmäßig ist, d. h. Rotation bei konstanter Winkelgeschwindigkeit relativ zum Rotationsmittelpunkt 17, und wenn die Verlagerung auch gleichmäßig ist, d. h. Verlagerung bei konstanter Lineargeschwindigkeit in Längsrichtung 15, ändert sich die Längsposition z linear als Funktion des Projektionswinkels β.
  • Das Detektorsystem umfasst einen symmetrischen Detektorabschnitt 20 und einen asymmetrischen Detektorabschnitt 21. Die einzelnen Detektorzellen des Detektorsystems messen Datenwerte, die die Röntgenabsorption in aufeinander folgenden Richtungen durch den Patienten repräsentieren. Das Detektorsystem misst somit Dichteprofile in aufeinander folgenden Positionen des Detektorsystems. Das Detektorsystem misst aufeinander folgende Dichteprofile für jeweilige Werte von β. Die gemessenen Dichteprofile (DP) werden der Datenverarbeitungseinheit 22 zugeführt. Die Datenverarbeitungseinheit 22 berechnet die berechneten Datenwerte durch Interpolation von gemessenen Datenwerten und bildet auf deren Basis die berechneten Datenprofile. Die jeweiligen berechneten Datenprofile repräsentieren jedes Mal für einen Projektionswinkel β Röntgenabsorption entlang des In tervalls (–γm + α, γm) von Detektorwinkeln durch eine Schicht 16 durch den Körper des Patienten in einer gegebenen Längsposition. Die berechneten Dichteprofile IDP werden der Rekonstruktionseinheit 23 zugeführt, die das Bild des Querschnitts des Patienten daraus in Längsposition z bildet, für die die berechneten Dichteprofile (IDP) berechnet worden sind. Die Rekonstruktionseinheit 23 wendet eine mathematische Radon-Transformation auf die berechneten Dichteprofile an, um die Helligkeit oder Grauwerte des Bildes des Querschnitts des Körpers des Patienten abzuleiten. Die Rekonstruktionseinheit bildet insbesondere ein elektronisches Bildsignal IS, dessen Signalpegel die Helligkeitswerte des Bildes repräsentieren. Das elektronische Bildsignal IS wird einem Monitor 24 zugeführt, um darauf das Bild wiederzugeben; das elektronische Bildsignal kann auch einer Zwischenspeichereinheit 24 zum vorübergehenden Speichern des Bildes zugeführt werden, während weitere Bildverarbeitung oder Drucken in Form einer Papierkopie abgewartet wird.
  • Die gemessenen Dichteprofile (DP) umfassen einen Satz gemessener Datenwerte P(β, γ, z). Weil die Längsposition z linear vom Projektionswinkel β abhängt, werden die Datenwerte für sich ändernde Längspositionen gemessen; daher gilt für die gemessenen Datenwerte, dass P(β, γ, z) gleich P[β, γ|z(β)], wobei z(β) = k(β – 2π) + z0. Um Datenwerte PI für eine Abtastebene in Längsposition z = z0 zu berechnen, werden gemessene Datenwerte zu beiden Seiten der Abtastebene interpoliert:
    Pi1, γ1|z0) = w11, γ1|z(β1)] + w2β2, γ2|z(β2)], mit β2 = β1 + 2π und γ1 = γ2, und die interpolierten Datenwerte Pi werden für den Projektionswinkel β1 berechnet, der der Längsposition z0 der Abtastebene entspricht, sodass β1 – 2π = [z(β) – z0]/k Weiter werden die Gewichte w1 und w2 so gewählt, dass die Interpolation keine Störungen in dem Bild bewirkt. Die Gewichte w1,2 sind beispielsweise Funktionen des Projektionswinkels und des Detektorwinkels. Weiter werden die Gewichte normalisiert: w11, γ1) + w22, γ2) = 1. Es hat sich gezeigt, dass die Gewichte vorzugsweise linear als Funktion zwischen der Differenz des Projektionswinkels des gemessenen Datenwertes und des Projektionswinkels, bei dem die Längsposition in der Abtastebene liegt, linear variieren. Es sei bemerkt, dass eine solche Interpolation an sich aus dem Artikel "Computed tomography scanning with simultaneous patient translation" von Carl R. Crawford and Kevin F. King in Medical Physics 17 (1990) 967–982 für Datenwerte, die mit Hilfe eines symmetrischen Detektorsystems gemessen werden, bekannt ist. Wenn der Patient nicht relativ zur Röntgenquelle und des Detektorsystems um den Patienten herum verlagert würde, wenn keine Bewegungen innerhalb des Patienten auftreten würden, wenn es keine Intensitätsschwankungen der Röntgenstrahlen gäbe und wenn keine Unterschiede der Empfindlichkeit der Detektorzellen vorliegen würden, wäre es nicht wichtig, ob ein Datenwert durch Messen der Absorption aus einer gegebenen Richtung oder aus der gegenüber liegenden Richtung gemessen würde. Daher besteht idealerweise eine Periodizität für die mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts gemessenen Datenwerte: P(β, γ) = P(β + π – 2γ, –γ) für –γm γ.γm. In dieser idealen Situation genügt es, den Projektionswinkel über den Bereich (0, β + 2γm) zu variieren. Bei Ausführung eins Volumenscans treten Abweichungen der Periodizität auf, beispielsweise weil die Längsposition z sich bei Veränderung des Projektionswinkels ändert. Es hat sich gezeigt, dass für Datenwerte, die mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts gemessen worden sind, die Abweichungen von der Periodizität so klein sind, dass sie nahezu keine oder keine Störungen in dem Bild bewirken. Daher braucht der symmetrische Detektorabschnitt nur Datenwerte für Werte des Projektionswinkels in einem Bereich (π + 2γm) zu beiden Seiten der Abtastebene zu messen. Nicht gemessene Datenwerte, die jedoch zur Interpolation von Datenwerten zu beiden Seiten der Abtastebene notwendig sind, können dann durch Verwendung der Periodizität genau angenähert werden. Es hat sich gezeigt, dass es für Datenwerte, die mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts gemessen werden, notwendig ist, die Datenwerte tatsächlich zu beiden Seiten der Abtastebene bei Projektionswinkeln in einem Bereich zu messen, der 2π groß ist.
  • 3 zeigt eine Radon-Darstellung, die veranschaulicht, wie berechnete Datenwerte aus gemessenen Datenwerten bei unterschiedlichen Projektionswinkeln und Detektorwinkeln gebildet werden. 3 zeigt einen Teil der (β, γ)-Ebene mit den Projektionswinkeln β und Detektorwinkeln γ. In dem in 3 dargestellten Beispiel wird die Abtastebene entsprechend einem Projektionswinkel βsp = 2π genommen. Für Detektorwinkel im Intervall (–γm + α, γm) werden Datenwerte für Werte des Projektionswinkels β in einem Bereich um βsp = 2π gemessen. Jeder der gemessenen Datenwerte wird für unterschiedliche Werte der Längsposition z = z0 + k(β – 2π) gemessen. In dem Bereich A, wo –γm ≤ γ ≤ –γm + α ist, werden keine Daten gemessen, dies liegt daran, dass der Bereich A dem Bereich von Detektorwinkeln entspricht, wo das asymmetrische Detektorsystem keine Detektorzellen umfasst. Im Bereich C, in dem die Datenwerte von dem symmetrischen Detektorabschnitt gemessen werden, werden für z = z0 durch Interpolation aus gemessenen Datenwerten mit Projektionswinkeln zu beiden Seiten von βsp = 2π, d. h. mit Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene, berechnete Datenwerte erhalten. In den Bereichen B1 und B2 können statt durch Messen der Datenwerte in diesen Bereichen geeignete Näherungen der Datenwerte durch Ausnutzen der nahezu vollkommenen Periodizität erhalten werden. Wie in 3 angedeutet, wird für einen Datenwert P*(β, γ) mit (β, γ) im Bereich B1 der gemessene Datenwert P(β – π + 2γm, –γ) genommen. Indem die in den Bereichen B1,2 gemessenen Datenwerte nicht verwendet werden, wird vermieden, dass Interpolation zwischen Datenwerten erfolgt, die für deutlich unterschiedliche Werte des Projektionswinkels β gemessen worden sind, d. h. der Längsposition z, wodurch das Auftreten von Schlieren vermieden wird. Außerdem wird erreicht, dass die Schichtdicke des von dem Bild wiedergegebenen Querschnitts verhältnismäßig klein ist, sodass Details mit kleinen Längsabmessungen dennoch deutlich in dem Bild wiedergegeben werden. In dem Gebiet C werden Datenwerte mit Hilfe des symmetrischen Abschnitts des Detektorsystems gemessen. Daher sind für die Interpolation von Datenwerten in dem Bereich C geeignete Gewichte die Gewichte, die an sich aus "Computed tomography scanning with simultaneous patient translation" von Carl R. Crawford and Kevin F. King in Medical Physics 17 (1990) 967–982 für Volumenabtastung bekannt sind.
  • In den Bereichen D0, 1, 2 werden Datenwerte mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts gemessen. Berechnete Datenwerte für Detektorwinkel im Bereich (γm – α, γm) und z = z0 werden zwischen gemessenen Datenwerten in den Bereichen D0, 1, 2 interpoliert. Insbesondere ist es nicht möglich, die notwendigen Datenwerte in den Bereichen D1, 2 aus einer Periodizitätsbeziehung abzuleiten, weil die entsprechenden Werte der Projektions- und Detektorwinkel (β, γ) im Bereich A liegen, in dem das asymmetrische Detektorsystem keine Detektorzellen umfasst.
  • Um das Auftreten von Störungen in dem Bild infolge von Diskontinuitäten der Gewichte zu verhindern, insbesondere an den Grenzen zwischen den Bereichen B1 und D1, zwischen C und D0 oder zwischen B2 und D2, ist es nützlich, die Gewichte in der Nähe solcher Grenzen in solcher Weise erneut zu definieren, dass die Gewichte in solchen benachbarten Bereichen aneinander anschließen sind oder sich jedenfalls allmählich ändern. Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen eines solchen allmählichen Übergangs zwischen Gewichten in einer Umgebung der betreffenden Grenze, deren Größe ungefähr einigen zehn (beispielsweise 20) Detektorzellen entspricht, geeignete Ergebnisse erhalten werden. Ein solcher allmählicher Übergang erfolgt beispielsweise durch lineare Interpolation oder Interpolation höherer Ordnung, wie "Cubic Spline", der Gewichte in benachbarten Bereichen in der Nähe der Grenze. Die Erfindung ist so, wie in dem angefügten Satz Ansprüche definiert.

Claims (7)

  1. Computertomographievorrichtung, mit: – einer Röntgenquelle (1), um ein Objekt (2) aus einer Vielzahl von Richtungen mit Hilfe von Röntgenstrahlen zu bestrahlen, – einem Detektorsystem (3), um Dichteprofile des Objekts aus einer Vielzahl von Richtungen zu messen, – einer Rekonstruktionseinheit (23) zum Ableiten eines Bildsignals aus den Dichteprofilen, – wobei die Röntgenquelle (1), das Detektorsystem (3) und das Objekt (2) während der Messung der Dichteprofile relativ zueinander in einer Längsrichtung, quer zu den Röntgenstrahlen, verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – das Detektorsystem (3) ein asymmetrisches System aus Detektoren enthält und – zum Messen der Dichteprofile aus Richtungen mit einem Bereich von zumindest 4π Radiant ausgebildet ist.
  2. Computertomographievorrichtung nach Anspruch 1 und mit – einer Datenverarbeitungseinheit, die ausgebildet ist – eine Abtastebene zu selektieren und – berechnete Dichteprofile in der Abtastebene aus jeweiligen gemessenen Dichteprofilen in Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene zu berechnen, – wobei die Rekonstruktionseinheit ausgebildet ist, das Bildsignal aus den berechneten Dichteprofilen abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass – jedes der gemessenen Dichteprofile in Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene sich auf Richtungen mit einem Bereich von zumindest 2π Radiant bezieht.
  3. Computertomographievorrichtung nach Anspruch 2, in der – das Detektorsystem einen symmetrischen Detektorabschnitt und einen asymmetrischen Detektorabschnitt enthält, – die Dichteprofile Datenwerte enthalten, – ein jeweiliger Datenwert für jeweilige Richtungen von Röntgenstrahlen und Längspositionen, relativ zum Objekt, vorgesehen ist, – die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, berechnete Datenwerte aus Datenwerten zu berechnen und mit Hilfe der berechneten Datenwerte die berechneten Dichteprofile zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass – die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, – berechnete Datenwerte aus Datenwerten zu berechnen, die mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts in jeweiligen Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene und bei nahezu den gleichen Richtungen gemessen worden sind, und mit Hilfe der berechneten Datenwerte die berechneten Dichteprofile zu bilden.
  4. Computertomographievorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist – die berechneten Datenwerte aus nahezu allen Datenwerten zu berechnen, die mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts in jeweiligen Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene und bei nahezu den gleichen Richtungen gemessen worden sind, und mit Hilfe der berechneten Datenwerte die berechneten Dichteprofile zu bilden.
  5. Computertomographievorrichtung nach Anspruch 3, in der die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, um die berechneten Datenwerte durch Interpolation von Datenwerten zu bilden, die in Längspositionen zu beiden Seiten der Abtastebene gemessen worden sind.
  6. Computertomographievorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Detektorsystem einen symmetrischen Detektorabschnitt und einen asymmetrischen Detektorabschnitt umfasst und die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist zum Berechnen der berechneten Dichteprofile aus – zu beiden Seiten der Abtastebene mit Hilfe des asymmetrischen Detektorabschnitts und aus Richtungen mit einem Bereich von im Wesentlichen 2π zu beiden Seiten der Abtastebene gemessenen Dichteprofilen und – zu beiden Seiten der Abtastebene mit Hilfe des symmetrischen Detektorabschnitts und zu beiden Seiten der Abtastebene aus Richtungen mit einem Bereich, der im Wesentlichen π Radiant beträgt, erhöht um den Öffnungswinkel des symmetrischen Detektorabschnitts, gemessenen Dichteprofilen.
  7. Computertomographieverfahren, in dem – eine Röntgenquelle ein Objekt mit Hilfe von Röntgenstrahlen aus einer Vielzahl von Richtungen bestrahlt, – Dichteprofile des Objekts aus einer Vielzahl von Richtungen gemessen werden, – ein Bildsignal aus den Dichteprofilen abgeleitet wird und – das Objekt und die Röntgenquelle während der Messung der Dichteprofile relativ zueinander, quer zur Richtung der Röntgenstrahlen, verlagert werden dadurch gekennzeichnet, dass – die Dichteprofile mit Hilfe eines asymmetrischen Systems aus Detektoren gemessen werden, – aus Richtungen mit einem Bereich von zumindest 4π Radiant.
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