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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein die Computer-Tomographie-(CT)-Bildgebung
und insbesondere die Korrektur einer z-Achsen-Röntgenstrahlbewegung in einem
Bildgebungssystem.
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In
wenigstens einer bekannten CT-Konfiguration strahlt eine Röntgenquelle
ein fächerförmiges Strahlbündel bzw.
einen Strahl, welcher so kollimiert ist, dass er in einer X-Y Ebene
eines kartesischen Koordinatensystems und allgemein als "Bildgebungsebene" bezeichneten Ebene
liegt. Der Röntgenstrahl
tritt durch das abzubildende Objekt, wie z.B. einen Patienten, hindurch.
Der Strahl trifft nach der Abschwächung durch das Objekt auf
ein Feld von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der von dem Detektorfeld
empfangenen abgeschwächten
Strahlung hängt
von der Abschwächung
des Röntgenstrahls durch
das Objekt ab. Jedes Detektorelement des Feldes erzeugt ein getrenntes
elektrisches Signal, das ein Maß für die Strahlabschwächung an
der Detektorstelle ist. Die Abschwächungsmaße aus allen Detektoren werden
getrennt erfasst, um ein Übertragungsprofil
zu erzeugen.
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In
bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle
und das Detektorfeld mit einem Gestell innerhalb der Bildgebungsebene
um das abzubildende Objekt herum gedreht, so dass sich der Winkel,
mit dem der Röntgenstrahl
das Objekt schneidet, konstant verändert. Eine Gruppe von Röntgenabschwächungsmaßen, d.h.,
Projektionsdaten aus dem Detektorfeld bei einem Gestellwinkel, wird
als eine "Ansicht" bezeichnet. Eine "Abtastung" des Objektes besteht
aus einem Satz von Ansichten, welche bei unterschiedlichen Satz
von Ansichten, welche bei unterschiedlichen Gestellwinkeln während einer
Umdrehung der Röntgenquelle und
des Detektors erzeugt werden.
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In
einer axialen Abtastung werden die Projektionsdaten verarbeitet,
um ein Bild aufzubauen, das einer durch das Objekt hindurch aufgenommenen
zweidimensionalen Scheibe entspricht. Ein Verfahren zur Rekonstruktion
eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird im Fachgebiet
als die gefilterte Rückprojektionstechnik
bezeichnet. Dieser Prozess wandelt diese Abschwächungsmaße aus einer Abtastung in als "CT-Zahlen" oder "Hounsfield Units" bezeichnete ganze
Zahlen um, welche dazu genutzt werden, die Helligkeit eines entsprechenden Pixels
auf einer Kathodenstrahlanzeigeröhre
zu steuern.
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Um
die Gesamtabtastzeit zu verringern, kann eine "spiralförmige" Abtastung durchgeführt werden. Um eine "spiralförmige" Abtastung durchzuführen, wird
der Patient bewegt, während
die Daten für
die vorgeschriebene Anzahl von Scheiben erfasst werden. Ein derartiges
System erzeugt nur eine Spirale aus einer spiralförmigen Abtastung
nur eines Fächerstrahls.
Die durch den Fächerstrahl
abgebildete Spirale liefert Projektionsdaten, aus welcher Abbildungen
in jeder vorgeschriebenen Scheibe rekonstruiert werden können.
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Wenigstens
ein bekanntes CT-System verwendet einen Echtzeit-z-Achsen-Strahlerfassungsdetektor,
um die Position des Röntgenstrahls
für jede Ansicht
zu messen. Für
die gemessene Position wird ein die Differenz zwischen der gemessenen
und der gewünschten
Position repräsentierendes
Fehlersignal ermittelt. Unter Verwendung des Fehlersignals kann
die Position eines Kollimators eingestellt werden, um den z-Achsenfehler
zwischen den Mess- und Soll-Positionen zu reduzieren. Das gemessene Positionssignal
bei jeder Ansicht enthält
jedoch Rauschen, welches eine Standardabweichung aufweisen kann,
die sich dem z-Achsenfehler annähert.
Obwohl das Rauschen gefiltert werden kann, bewirkt die Filterung
eine Phasenverzögerung
und einen Positionsfehler in dem Verlauf der dynamischen Bewegung während der
Abtastung. Demzufolge muss ein Kompromiss zwischen der Regelschleifenreaktionszeit und
dem Strahlpositionsmessrauschen getroffen werden, welcher zu signifikanten
Nachlauffehlern führt.
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DE-A-19650528
offenbart ein Verfahren zum Korrigieren der z-Achsen-Röntgenstrahlbewegung mit
einem Bildgebungssystem, wobei die Korrektur auf Berechnungen unter
Verwendung der von dem Detektorfeld des Systems gelieferten Daten
bei jeder Abtastung der Bildgebungsprozedur basiert.
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Demzufolge
wäre es
wünschenswert,
ein System zu schaffen, das die Korrektur der z-Achsen-Röntgenstrahlbewegung
ermöglicht.
Es wäre auch
erwünscht,
ein System zu schaffen, das die Bildqualität verbessert, ohne die Patientendosis
zu erhöhen.
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Diese
und weitere Aufgaben können
durch ein Verfahren gemäß Definition
in Anspruch 1 gelöst werden.
In einer Ausführungsform
korrigiert das Verfahren Positionsfehler oder Bewegungen eines Röntgenstrahls,
die durch eine dynamische Bewe gung und thermische Drift eines Bildgebungssystems
bewirkt werden. Insbesondere und in einer Ausführungsform werden Signale aus
einem Detektorfeld verwendet, um einen dynamischen Bewegungsfehler und
einen thermischen Driftfehler zu ermitteln. Unter Verwendung des
dynamischen Bewegungsfehlers und des thermischen Driftfehlers wird
die Position des Röntgenstrahls
bezüglich
Positionsfehlern korrigiert.
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Insbesondere
wird das dynamische Bewegungsfehlerprofil durch Messen des Positionsfehlers ermittelt,
der durch die Rotation der Komponenten innerhalb eines Gestells
des Bildgebungssystems verursacht wird. Insbesondere kann als Folge
davon, dass der dynamische Bewegungsfehler von Rotation zu Rotation
des Gestells konsistent ist, der für eine Anfangsrotation des
Gestells ermittelte dynamische Bewegungsfehler genutzt werden, um
dynamische Bewegungsfehler bei anschließenden Rotationen des Gestells
zu korrigieren. In einer Ausführungsform wird
der dynamische Bewegungsfehler ermittelt, indem eine Differenz zwischen
einer gemessenen, oder tatsächlichen
Position des Röntgenstrahls
und einer gewünschten
Position des Röntgenstrahls
erzeugt wird. Durch eine Kennwerterzeugung der Differenz für mehrere
Stellungen des Gestells wird der dynamische Bewegungsfehler ermittelt.
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Zusätzlich zu
dem dynamischen Bewegungsfehler wird die Position des Röntgenstrahls durch
thermische Drift des Bildgebungssystems verändert. In einer Ausführungsform
umfasst der thermische Driftfehler einen tatsächlichen thermischen Driftfehler
aus einer vorherigen Rotation des Gestells und eine vorhergesagte
thermische Drift. Die vorhergesagte ther mische Drift wird ermittelt,
indem eine Differenz zwischen einer gemessenen Röntgenstrahlposition und einer
gewünschten
Röntgenstrahlposition
für den
Betriebsbereich der Röntgenquelle als
eine Funktion der Zeit erzeugt wird. Vor dem Start einer Abtastung
wird der thermische Driftfehler dazu genutzt, die Position des Röntgenstrahls
bezüglich der
thermischen Drift des Systems zu korrigieren.
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In
einer Ausführungsform
werden der dynamische Bewegungsfehler und der thermische Driftfehler
kombiniert, um die Position eines vor dem Patienten angeordneten
bzw. Vor-Patienten-Kollimators bezüglich der Fehler der dynamischen
Bewegung und thermischen Drift des Bildgebungssystems zu korrigieren.
Insbesondere wird, wenn das Gestell während einer Abtastung gedreht
wird, die Position von Kurvenscheiben des Vor-Patienten-Kollimators für jede Stellung
des Gestells gemäß Ermittlung durch
den kombinierten dynamischen Bewegungsfehler und thermischen Driftfehler
angepasst oder bewegt.
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Das
vorstehend beschriebene System passt die Position des Röntgenstrahls
an, um die Korrektur der z-Achsen-Röntgenstrahlbewegung des Bildgebungssystems
zu ermöglichen.
Zusätzlich
verringert das beschriebene System die Patientendosis ohne Reduzierung
der Bildqualität.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine bildliche Darstellung eines CT-Bildgebungssystems.
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2 ist
eine schematische Blockdarstellung des in 1 dargestellten
Systems.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Detektorfeldes eines CT-Systems.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Detektormoduls.
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5 ist
eine schematische Ansicht des in 1 dargestellten
CT-Bildgebungssystems.
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6 ist
eine schematische Ansicht eines CT-Bildgebungssystems, das ein Bahnsteuerungssystem
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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7 ist
eine graphische Darstellung, die ein vorhergesagtes thermisches
Driftprofil gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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8 ist
eine graphische Darstellung, welche die Bewegung der Kollimatorkurvenscheibe über der
Zeit darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 und 2 ist
ein Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystem 10 mit einem
dargestellt Gestell 12, das eine CT-Abtastvorrichtung einer "dritten Generation" darstellt. Das Gestell 12 besitzt
eine Röntgenquelle 14,
die ein Fächerbündel von
Röntgenstrahlen 16 auf
ein Detektorfeld 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Gestells 12 strahlt.
Das Detektorfeld 18 wird von Detektorelementen 20 gebildet,
die zusammen die ausgestrahlten Röntgenstrahlen erfassen, die
durch einen Patienten 22 hindurch treten. Jedes Detektorelement 20 erzeugt
ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls
und somit die Abschwächung
des Strahls bei dessen Durchtritt durch den Patienten 22 repräsentiert.
Während
einer Abtastung zum Erfassen von Röntgenprojektionsdaten rotieren
das Gestell 12 und die darauf befestigten Komponenten um
einen Rotationsmittelpunkt 24.
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Die
Rotation des Gestells 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlquelle 14 werden
von einem Steuermechanismus 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Der Steuermechanismus 26 enthält eine
Röntgenstrahl-Steuerung 28,
die Energie und Zeitsteuersignale an eine Röntgenstrahlquelle 14 und
an eine Gestellmotorsteuerung 30 liefert, die die Drehzahl
und Position des Gestells 12 steuert. Ein Datenerfassungssystem
(DAS) 32 in dem Steuermechanismus 26 tastet analoge
Daten aus Detektorelementen 20 ab und wandelt die Daten
in digitale Signale für
eine anschließende
Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionsvorrichtung 34 empfängt die
abgetasteten und digitalisierten Röntgenstrahlendaten aus dem DAS 32 und
führt eine
Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte
Bild wird als Eingangssignal an einen Computer 36 geliefert,
welcher das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 38 speichert.
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Der
Computer 36 empfängt
und liefert auch Signale über
eine Benutzerschnittstelle oder eine graphische Benutzer schnittstelle
(DUI). Insbesondere empfängt
der Computer Befehle und Abtastparameter von einer Bedienungsperson über eine
Konsole 40, die eine Tastatur und eine (nicht dargestellte) Maus
enthält.
Eine zugeordnete Kathodenstrahlröhren-Anzeigevorrichtung 42 ermöglicht dem
Bediener das rekonstruierte Bild und weitere Daten aus dem Computer 36 zu
betrachten. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden
von dem Computer 36 verwendet, um Steuersignale und Information
an die Röntgen-Steuerung 28,
die Gestellmotorsteuerung 30, das DAS 32 und eine
Tischmotorsteuerung 44 zu liefern.
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Gemäß Darstellung
in den 3 und 4 enthält die Detektoranordnung 18 mehrere
Detektormodule 58. Jedes Detektormodul 58 ist
an einem Detektorgehäuse 60 befestigt.
Jedes Modul 58 enthält ein
mehrdimensionales Szintillatorfeld 62 und ein hoch dichtes
(nicht sichtbares) Halbleiterfeld. Ein (nicht dargestellter) nach
dem Patienten angeordneter bzw. Nach-Patienten-Kollimator ist über und
benachbart zu dem Szintillatorfeld 62 angeordnet, um gestreute
Röntgenstrahlen
zu kollimieren, bevor derartige Strahlen auf das Szintillatorfeld 62 auftreffen. Das
Szintillatorfeld 62 enthält mehrere in einem Feld angeordnete
Szintillationselemente, und das Halbleiterfeld enthält mehrere
in einem identischen Feld angeordnete (nicht sichtbare) Photodioden.
Die Photodioden sind auf einem Substrat 64 abgeschieden oder
ausgebildet, und das Szintillatorfeld 62 ist über dem
Substrat 64 positioniert und daran befestigt.
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Das
Detektormodul 58 enthält
auch eine Umschaltvorrichtung 66, die elektrisch mit einem
Decoder 68 gekoppelt ist. Die Umschaltvorrichtung 66 ist ein
mehrdimensionales Halbleiterschaltfeld ähnlicher Größe wie das Photodiodenfeld.
In einer Ausführungsform
enthält
die Umschaltvorrichtung 66 ein Feld von (nicht dargestellten)
Feldeffekttransistoren, wobei jeder Feldeffekttransistor (FET) eine
Eingangs-, eine Ausgangs- und eine (nicht dargestellte) Steuerleitung
besitzt. Die Umschaltvorrichtung 66 ist zwischen das Photodiodenfeld
und das DAS 32 geschaltet. Insbesondere ist jeder FET-Eingang
der Umschaltvorrichtung elektrisch mit einem Ausgang des Photodiodenfeldes
verbunden und jeder Ausgang des Umschaltvorrichtungs-FET ist elektrisch mit
dem DAS 32 beispielsweise unter Verwendung eines flexiblen
elektrischen Kabels 70 verbunden.
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Der
Decoder 68 steuert den Betrieb der Umschaltvorrichtung 66,
um die Ausgänge
des Photodiodenfeldes in Abhängigkeit
von einer gewünschten Anzahl
von Scheiben oder Scheibenauflösungen
für jede
Scheibe freizugeben, zu sperren oder zu kombinieren. Der Decoder 68 ist
in einer Ausführungsform ein
Decoderchip oder eine FET-Steuerung, wie sie im Fachgebiet bekannt
ist. Der Decoder 68 enthält mehrere Ausgangs- und Steuerleitungen,
die mit der Umschaltvorrichtung 66 und dem Computer 36 verbunden
sind. Insbesondere sind die Decoderausgänge elektrisch mit den Steuerleitungen
der Umschaltvorrichtung verbunden, um der Umschaltvorrichtung 66 zu
ermöglichen,
die korrekten Daten aus den Umschaltvorrichtungseingängen an
die Umschaltvorrichtungsausgänge
zu liefern. Die Decodersteuerleitungen sind elektrisch mit den Steuerleitungen der Umschaltvorrichtung
verbunden und bestimmen, welcher von den Decoderausgängen freigegeben wird.
Unter Verwendung des Decoders 68 werden spezifische FETs
innerhalb der Umschaltvorrichtung 66 freigegeben, gesperrt
oder kombiniert, so dass spezifische Ausgänge des Photodiodenfeldes elektrisch
mit dem DAS 32 des CT-Systems verbunden werden. In einer
als 16-Scheiben-Modus
definierten Ausführungsform
gibt der Decoder 68 die Umschaltvorrichtung 66 so
frei, dass alle Zeilen des Photodiodenfeldes elektrisch mit dem
DAS 32 verbunden werden, was zu 16 getrennten, gleichzeitigen
Scheiben mit Daten führt,
die an das DAS 32 gesendet werden. Natürlich sind viele andere Scheibenkombinationen möglich.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
enthält
der Detektor 18 siebenundfünfzig Detektormodule 58.
Das Halbleiterfeld und Szintillatorfeld 62 besitzen jeweils
ein Feld der Größe 16 × 16. Demzufolge besitzt
der Detektor 18 16 Zeilen und 912 Spalten (16 × 57 Module),
was es ermöglicht,
dass 16 gleichzeitige Scheiben mit Daten bei jeder Umdrehung des
Gestells 12 gesammelt werden. Natürlich ist die vorliegende Erfindung
auf keine spezifische Feldgröße beschränkt, und
es wird in Erwägung
gezogen, dass das Feld abhängig
von den spezifischen Bedienerbedürfnissen
größer oder
kleiner sein kann. Ferner kann der Detektor 18 in vielen
unterschiedlichen Scheibendicken- und Anzahl-Modi (z.B. Ein-, Zwei- und
Vier-Scheiben-Modi)
betrieben werden. Beispielsweise können die FETs in dem Vier-Scheiben-Modus
konfiguriert werden, so dass Daten für vier Scheiben aus einer oder
mehreren Zeilen des Photodiodenfeldes gesammelt werden. Abhängig von
der spezifischen Konfiguration der FETs gemäß Definition durch Decodersteuerleitun gen,
können verschiedene
Kombinationen von Ausgängen
des Photodiodenfeldes freigegeben, oder so kombiniert werden, dass
die Scheibendicke beispielsweise 1,25 mm, 2,25 mm, 3,75 mm oder
5 mm sein kann. Zusätzliche
Beispiele beinhalten einen Ein-Scheiben-Modus, der nur eine Scheibe
mit Scheiben von 1,25 mm Dicke bis 20 mm Dicke umfasst und einen Zwei-Scheiben-Modus, der
zwei Scheiben mit Scheiben mit einer Dicke von 1,25 mm Dicke bis
10 mm Dicke umfasst. Zusätzliche
Modi über
diese beschriebenen hinaus sind möglich.
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In
einer Ausführungsform
gemäß Darstellung
in 5 ist das System ein "Vier-(oder Quad)"-System dahingehend, dass vier Zeilen 82, 84, 86 und 88 der
Detektorzellen zum Erzielen von Projektionsdaten genutzt werden.
Zusätzlich
zu dem Sammeln von Projektionsdaten werden manchmal als Z-Positionszellen 90, 92, 94 und 96 bezeichnete Detektorzellen
zum Ermitteln einer Position eines Röntgenstrahls 16 verwendet.
Insbesondere geht der Röntgenstrahl 16 von
einem Brennpunkt 98 der Röntgenstrahlenquelle 14 (2)
aus. Der Röntgenstrahl 16 wird
durch einen Vor-Patienten-Kollimator 800 kollimiert und
der kollimierte Strahl 16 auf die Detektorzellen 90, 92, 94 und 96 projiziert.
Eine insgesamt als die "Fächerstrahlebene" bezeichnete Ebene 102 enthält die Mittellinie
des Brennpunktes 98 und die Mittellinie des Strahls 16.
In 5 ist die Fächerstrahlebene 102 zu
der Mittellinie D0 des Belichtungsbereichs 96 auf
Detektorzellen 90, 92, 94 und 96 ausgerichtet.
In alternativen Ausführungsformen
ist das System 10 ein Mehrscheibensystem mit einer beliebigen
Anzahl von Scheiben; d.h., zwei Scheiben, drei Scheiben, fünf oder
sechs Scheiben.
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In
einer Ausführungsform
enthält
der Kollimator 100 des Systems 10 exzentrische
Kurvenbahnen bzw. Kurvenscheiben 120A und 120B.
Die Position der Kurvenscheiben 120A und 120B werden durch
die Röntgenstrahl-Steuerung 28 gesteuert.
Die Kurvenscheiben 120A und 120B sind an gegenüberliegenden
Seiten einer Fächerstrahlebene 102 positioniert
und können
bezüglich
des Abstandes zwischen den Kurvenscheiben 120A und 120B und
deren Lage in Bezug auf die Fächerstrahlebene 102 unabhängig eingestellt
werden. Die Kurvenscheiben 120A und 120B können mit
nur einem Kurvenscheibenantrieb positioniert werden oder alternativ
kann jede Kurvenscheibe mit einem getrennten Kurvenscheibenantrieb
beispielsweise einem Motor positioniert werden. Die Kurvenscheiben 12oa und 120B sind
aus einem Röntgenstrahl
absorbierendem Material, beispielsweise Wolfram hergestellt. Als
eine Folge der exzentrischen Form ändert die Rotation der entsprechenden
Kurvenscheiben 120A und 120B die z-Achsen-Position
des Röntgenstrahls 16.
Insbesondere verändert
die Änderung
der Position der Kurvenscheiben 120A und 120B die
Position und Breite des Röntgenstrahlschattens.
Insbesondere kann als eine Folge der gemeinsamen Fortschaltung der
exzentrischen Form der Kurvenscheiben 120A und 120B die
Position des Röntgenstrahls 16 bezüglich des
Detektorfeldes 18 verändert
oder eingestellt werden. Zusätzlich
verändert
das Verändern
der Position oder das Fortschalten der Kurvenjscheibe 120A alleine
die Schattenbreite und die Position bezüglich eines Randes des Detektorfeldes 18.
Eine Veränderung
der Position der Kurvenscheibe 120B alleine ändert die
Schattenbreite und Position bezüglich
des anderen oder zweiten Randes des Detektorfeldes 18.
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In
einer Ausführungsform
und gemäß 6 enthält das System 10 eine
Röntgenstrahlverfolgungs-Steuerschaltung
oder System 80 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das System 80 ist in einer Ausführungsform
mit dem Steuermechanismus 26 und dem Computer 36 gekoppelt
und nutzt ein Röntgenstrahlpositionsfehlerprofil,
um Positionsfehler oder Bewegungen des Röntgenstrahls 16 des
Systems 10 zu korrigieren. Insbesondere und in einer Ausführungsform
nutzt das System 80 einen dynamischen Bewegungsfehler und
einen thermischen Driftfehler aus einer ersten Abtastung, um die
entsprechenden dynamischen Bewegungs- und thermischen Driftfehler
des Systems 10 in einer anschließenden Abtastung zu korrigieren
oder zu kompensieren. Insbesondere stellt das System 80 die
Position des Röntgenstrahls 16 in
einer anschließenden
Rotation ein oder ändert
dieses, um das Positionsfehlerprofil aus der ersten Drehung des
Gestells 12 durch Änderung
der Position des Vor-Patienten-Kollimators 100 zu korrigieren.
Das System 80 sorgt für
einen schmalen Röntgenstrahl 16 über der
Detektoranordnung 18, um die Röntgenstrahldosis für einen
Patienten zu reduzieren ohne das Sammeln von Projektionsdaten zu
beeinträchtigen
oder zu bewirken.
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Insbesondere
wird der dynamische Bewegungsfehler zum Einstellen oder Korrigieren
der Positionsfehler des Röntgenstrahls 16 verwendet,
die durch die Rotation des Gestells 12 bewirkt wird. Insbesondere
bewirken, da die Komponenten des Gestells 12 einschließlich der
Röntgenstrahlquelle 14 und
des Detektorfeldes 18 gedreht werden, Gravitations- und
Zentrifugalkräfte
einen z-Achsen-Positionsfehler eines Röntgenstrahls 16. In
einer Ausführungsform
ist als Folge der Art der Quelle 14 und der Konstruktion
des Gestells 12 der Anteil des z-Achsen-Röntgenstrahl-Positionsfehlers
oder der Bewegung, die durch die Drehung des Gestells 12 bewirkt wird,
von Rotation zu Rotation ziemlich konsistent und konstant. Demzufolge
kann der durch die Messung des Betrags des Röntgenstrahl-Positionsfehlers
während
einer anfänglichen
oder ersten Rotation des Gestells 12 bestimmte dynamische
Bewegungsfehler für
anschließende
Rotationen verwendet werden.
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Insbesondere
wird der dynamische Bewegungsfehler durch Messen eines Positionsfehlers
eines Röntgenstrahls 16 für wenigstens
eine erste Stellung, oder Winkel, des Gestells 12 ermittelt.
In einer Ausführungsform
wird der Positionsfehler des Röntgenstrahls 16 für mehrere
Stellungen oder Winkel des Gestells unter Verwendung der Ausgangssignale aus
dem Detektorfeld 18 ermittelt oder gemessen. Insbesondere
wird für
jede ausgewählte
Stellung, oder Winkel, des Gestells 12 ein entsprechender
Positionsfehler erzeugt, indem eine Differenz zwischen einer gewünschten
oder erwarteten Position eines Röntgenstrahls 16 und
einer gemessenen Position eines Röntgenstrahls 16 ermittelt
wird. In einer Ausführungsform
wird die gemessene oder tatsächliche Position
des Röntgenstrahls 16 ermittelt,
indem die Intensitäten
der von den entsprechenden Detektorzellen 90, 92, 94 und 96 ausgegebenen
Signalintensitäten
2A, 1A, 2B und 1B gemäß dem Verhältnis [(2A/1A)-(2B/1B)] ermittelt.
In einer Ausführungsform wird
das Verhältnis
durch den Computer 36 und unter der Annahme eines gleichmäßigen Röntgenstrahls 16 und
einer Antwort des Detektorfeldes 18, und dass der Schatten
des Röntgenstrahls 16 ü ber dem Detektorfeld 18 zentriert
ist, wenn die Menge (2A/1A) gleich der Menge (2B/1B) ist, ermittelt.
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Der
dynamische Bewegungsfehler wird in einer Ausführungsform ermittelt, indem
der z-Achsen-Positionsfehler des Röntgenstrahls für jede ausgewählte Stellung
des Gestells 12 in einem Speicher, beispielsweise im Computer 36 gespeichert
wird. Die Positionsfehler werden dann gekennzeichnet, um den dynamischen
Bewegungsfehler für
eine spezifische Drehzahl und Kippwinkel des Gestells 12 zu
ermitteln. Insbesondere und in einer Ausführungsform werden die Kennwerte
der gemessenen Positionsfehler gebildet, indem ein Mittelwert der
gemessenen Positionsfehler ermittelt wird. Als eine Folge der Konsistenz
des Positionsfehlers von Rotation zu Rotation wird der dynamische
Bewegungsfehler dann für
die anschließenden
Abtastungen verwendet. Insbesondere wird nach der Ermittlung der
Drehzahl und des Kippwinkels des Gestells 12 der ermittelte
dynamische Bewegungsfehler dazu verwendet, die Position des Kollimators 100 zu
verändern,
um den dynamischen Bewegungsfehler des Röntgenstrahls 16 zu korrigieren.
Insbesondere wird die Position von wenigstens einer der Kurvenscheiben 120A und 120B geändert oder
angepasst, um die Position des Röntgenstrahls 16 zu
verändern.
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Beispielsweise
werden während
einer ersten Abtastungsdrehung des Gestells 12 die Ausgangssignale
2A, 1A, 1B und 2B aus entsprechenden Zellen 90, 92, 94 und 96 gemessen
oder unter Verwendung des DAS 32 für jeweils 30 Grad Drehung des
Gestells 12 gesammelt. Unter Verwendung der Beziehung [(2A/1A)-(2B/1B)] wird die
Position des Röntgenstrahls 16 gemessen, oder
ermittelt, und mit der gewünschten
Position des Röntgenstrahls 16 verglichen,
um den dynamischen Bewegungspositionsfehler der z-Achse zu ermitteln.
Insbesondere wird der Unterschied zwischen der gemessenen Größe [(2A/1A)-(2B/1B)]
und der gewünschten
Position des Röntgenstrahls 16 für jede der 12 (360
Grad/30 Grad) Stellungen des Gestells 12 gemessen. Die
Differenzen werden dann gespeichert und für die spezifische Gestellgeschwindigkeit
und den Winkel als Kennwert ermittelt, um die dynamische Bewegung und
den Fehler zu ermitteln.
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Sobald
der dynamische Bewegungsfehler ermittelt ist, kann die Position
des Röntgenstrahls 16 geändert werden,
um dynamische Bewegungsfehler zu korrigieren. Insbesondere wird
für jede
ausgewählte
Stellung des Gestells 12 die Position der Kurvenscheiben 120A und 120B geändert, um
die Position des Röntgenstrahls 16 für die Korrektur
des dynamischen Bewegungsfehlers einzustellen. Insbesondere folgt
oder bewegt sich die Position der Kurvenscheiben 120A und 120B gemäß dem dynamischen
Bewegungsfehler für
jede ausgewählte
Stellung. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform, in welcher die
Kennwerte des dynamischen Bewegungsfehlers eine lineare Annäherung der
dynamischen Bewegungspositionsfehler repräsentiert, die Positionen der
Kurvenscheiben 120A und 120B alle 100 ms bewegt
oder neu positioniert, wenn das Gestell 12 gedreht wird,
um die dynamischen Bewegungspositionsfehler des Röntgenstrahls 16 zu
korrigieren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
werden die Ausgangssignale 2A, 1A, 1B und 2B dazu verwendet, einen
dynami schen z-Achsen-Bewegungspositionsfehler für einen ersten Abschnitt und einen
zweiten Abschnitt des Röntgenstrahls 16 in
Bezug auf eine Röntgenstrahlmittellinie 102 zu
ermitteln. Insbesondere wird unter Verwendung der Beziehung von
(2A/1A) die Position eines ersten Abschnittes des Röntgenstrahls 16 in
Bezug auf den Detektor 18, d.h., die Breite des Röntgenstrahls 16 von
der Mittellinie 102 bezüglich
der Zellen 90 und 92 ermittelt. In ähnlicher
Weise wird die Beziehung (2B/1B) verwendet, um die Position eines
zweiten Abschnittes des Röntgenstrahls 16 bezüglich des
Detektors 18, d.h., die Breite des Röntgenstrahls 16 von
der Mittellinie bezüglich
der Zellen 94 und 96 zu ermitteln. Eine Differenz
wird dann für
jeden Abschnitt des Röntgenstrahls 16 zwischen
der gemessenen Größe (2A/1A)
und der gewünschten
Position des ersten Abschnittes des Röntgenstrahls 16 ermittelt.
In gleicher Weise wird eine Differenz zwischen der gemessenen Größe (2B/1B)
und der gewünschten
Position des zweiten Abschnittes des Röntgenstrahls 16 ermittelt.
Die ersten Abschnitts- und zweiten Abschnittsdifferenzen werden
gespeichert und für
die spezifische Gestellgeschwindigkeit und den Winkel als Kennwerte
ermittelt, um die dynamische Geschwindigkeit und den Fehler wie
vorstehend beschrieben zu ermitteln. Die Position jedes Abschnittes
des Röntgenstrahls 16 kann
dann geändert
werden, um die dynamischen Bewegungsfehler zu korrigieren. Insbesondere
wird für
jede ausgewählte
Stellung des Gestells 12 die Position der Kurvenscheibe 120A geändert, um
den dynamischen Bewegungsfehler des ersten Abschnittes des Röntgenstrahls 16 zu
korrigieren. In gleicher Weise wird für jede ausgewählte Stellung
des Gestells 12 die Position der Kurvenscheibe 120B geändert, um
den dynamischen Bewegungsfehler des zweiten Ab schnittes des Röntgenstrahls 16 zu
korrigieren. Insbesondere folgt oder bewegt sich die Position der
Kurvenscheibe 120A unabhängig gemäß einem dynamischen Bewegungsfehler
des ersten Abschnittes für
jede ausgewählte Stellung.
In gleicher Weise folgt oder bewegt sich die Position der Kurvenscheibe 120B unabhängig gemäß dem dynamischen
Bewegungsfehler des zweiten Abschnittes für jede ausgewählte Stellung.
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In
einer Ausführungsform
wird nach der Ermittlung des dynamischen Bewegungsfehlers der thermische
Driftfehler des Systems 10 ermittelt. Unter Verwendung
des thermischen Driftfehlers stellt oder korrigiert das System 80 den
durch die thermische Drift des Systems 10 bewirkten Positionsfehler des
Röntgenstrahls 16 ein.
In einer Ausführungsform beinhaltet
der thermische Driftfehler eine tatsächliche thermische Drift und
eine vorhergesagte thermische Drift. Die tatsächliche thermische Drift beinhaltet
einen gemessenen Bewegungsbetrag oder Fehler des Röntgenstrahls 16,
der durch die Veränderung
der Temperatur des Systems 10 während der vorhergehenden Rotation
des Gestells 12 bewirkt wird. Die vorhergesagte thermische
Drift enthält
einen Anteil der gesamten Menge der thermischen Drift des Röntgenstrahls,
die sich aus dem gesamten Temperaturbereich des Systems 10 abhängig von
der Zeit ergibt, die von der vorhergehenden Abtastung aus verstrichen
oder abgelaufen ist. In einer Ausführungsform wird die z-Achsen-Position des
Röntgenstrahls 16 geändert, um
die vorhergesagte thermische Drift und die durch die Quelle 14 bewirkte
tatsächliche
thermische Drift zu verändern.
Insbesondere wird die Position von wenigstens einer der Kollimatorkurvenscheiben 120A und 120B so
bewegt, dass die Position des Röntgenstrahls 16 bezüglich des
thermischen Driftfehlers korrigiert wird. Beispielsweise kann der
tatsächliche
thermische Driftfehler 0,002 mm maximal 0,002 mm während einer
vorhergehenden Ein-Sekunden-Drehung des Gestells 12 sein
und der vorhergesagte thermische Driftfehler des Systems 10 kann
0,6 mm sein, wenn die vorherige Abtastung vor 60 Minuten abgeschlossen
worden ist.
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Insbesondere
wird vor dem Abschluss einer ersten oder Anfangsabtastung ein vorhergesagtes thermisches
Driftprofil ermittelt. Das vorhergesagte thermische Driftprofil
wird ermittelt, indem die thermische Drift des Systems 10 als
eine Funktion der Zeit gemessen wird. Das vorhergesagte thermische
Driftprofil des Systems wird ermittelt, indem der Betrag der thermischen
Drift des Systems 10 für
wenigstens einen Zeitpunkt unter Verwendung des Detektors 18 gemessen
oder ermittelt wird. Insbesondere und in einer Ausführungsform
wird das vorhergesagte thermische Driftprofil des Systems 10 für mehrere
Zeitpunkte ermittelt, da die Temperatur der Quelle 14 sich von
einer Umgebungstemperatur bis zu einer maximalen Betriebstemperatur
verändert
und sich wieder auf Umgebungstemperatur abkühlen kann. Für jeden Zeitpunkt
wird der Betrag des thermischen Driftfehlers unter Verwendung des
Detektors 18 gemessen oder ermittelt. Insbesondere und
wie vorstehend beschrieben wird eine Differenz zwischen 2A, 1A,
1B, 2B Ausgangssignal aus den entsprechenden Zellen 90, 92, 94 und 96 und
der gewünschten
Position verwendet, um die z-Achsen-Position des Röntgenstrahls 16 als
eine Folge der thermischen Drift zu ermitteln.
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Gemäß 7 und
in einer Ausführungsform wird
das vorhergesagte thermische Driftprofil ermittelt, indem eine lineare
Funktion auf den gemessenen oder ermittelten thermischen Driftfehler
für jeden Zeitpunkt über dem
Temperaturbereich des Systems 10 angewendet wird. In einer
alternativen Ausführungsform
wird das vorhergesagte thermische Driftprofil ermittelt, indem eine
exponentielle Abklingfunktion auf den ermittelten thermischen Driftfehler
des Röntgenstrahls 16 angewendet
wird. Unter Verwendung des vorhergesagten thermischen Driftprofils und
der Zeitdauer von einer vorhergehenden Abtastung wird die vorhergesagte
thermische Drift des Systems 10 ermittelt.
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Nach
der Ermittlung der vorhergesagten thermischen Drift ist eine erste
oder Anfangsabtastung abgeschlossen oder durchgeführt. Vor
der Durchführung
der Abtastung wird die Position des Röntgenstrahls 16 eingestellt,
d.h., unter Verwendung des Kollimators 100, um die vorhergesagte thermische
Drift zu korrigieren. Sobald die Abtastung abgeschlossen ist, wird
wenigstens eine tatsächliche thermische
Driftposition des Röntgenstrahls 16 unter Verwendung
des Detektors 18 ermittelt. Insbesondere werden mehrere
tatsächliche
thermische Driftpositionen unter Verwendung des Detektors 18 ermittelt oder
gemessen, während
das Gestell 12 eine erste Drehung oder Segment abschließt. In einer
Ausführungsform
wird dann die tatsächliche
thermische Drift für
die erste Drehung ermittelt, indem ein Mittelwert der gemessenen
tatsächlichen
thermischen Driftpositionen ermittelt wird. Die tatsächliche
thermische Drift wird dann für
eine anschließende
Drehung genutzt, um die tatsächliche
thermische Drift aus der vorherge henden Drehung des Gestells 12 einzustellen
oder zu korrigieren.
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Im
Betrieb wird unmittelbar vor dem Start einer zweiten oder nachfolgenden
Abtastung eines Patienten 22 der Kollimator 100 auf
der Basis des thermischen Driftfehlers des Systems 10 vorpositioniert oder
bewegt. Insbesondere werden die tatsächliche thermische Drift und
die vorhergesagte thermische Drift kombiniert, um die thermische
Drift des Systems 10 zu korrigieren. Insbesondere wird
für die
Abtastung eine Zeitdauer von dem Abschluss der vorherigen Rotation
oder des Segmentes unter Verwendung eines (nicht dargestellten)
Zeitgebers ermittelt. Unter Verwendung des vorhergesagten thermischen
Driftprofils und der Zeitdauer aus der vorherigen Drehung wird die
vorhergesagte thermische Drift ermittelt. In einer Ausführungsform
wird die tatsächliche
thermische Drift dann mit der vorhergesagten thermischen Drift kombiniert,
um die Position des Kollimators 100 zu ermitteln. Insbesondere
wird die Position der Kurvenscheiben 120A und 120B vorpositioniert
oder bewegt, um die kombinierte vorhergesagte thermische Drift und
die tatsächliche
thermische Drift aus der vorherigen Drehung zu korrigieren.
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In
einer Ausführungsform
wird als Folge davon, dass eine Röntgenquelle 14 typischerweise
vor dem Beginn einer Abtastung mit Energie versorgt wird, die tatsächliche
thermische Drift des Röntgenstrahls 16 gemessen
oder ermittelt, indem ein verkürztes
Aktualisierungsintervall verwendet wird, so dass der Kollimator 100 korrekt
positioniert wird, bevor sich das Gestell 12 zu drehen
beginnt. Insbesondere wird die tat sächliche thermische Drift wie
vorstehend beschrieben ermittelt, indem die Differenz zwischen der
gemessenen Position und der gewünschten
Position des Röntgenstrahls 16 unmittelbar
vor der Drehung des Gestells 12 ermittelt wird. Die Position
der Kurvenscheiben 120A und 120B wird eingestellt,
um jede Differenz zwischen der gewünschten Position und der gemessenen
Position zu korrigieren.
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Sobald
sich das Gestell 12 zu drehen beginnt, stellt das Positionsfehlerprofil
die z-Achsen-Position des Röntgenstrahls 16 ein,
um den Fehler der dynamischen Bewegung und der thermischen Drift
des Systems 10 zu korrigieren. Insbesondere wird, sobald
sich das Gestell 12 dreht, die Position des Kollimators 100 eingestellt,
um den dynamischen Bewegungsfehler und den thermischen Driftfehler
zu korrigieren. Insbesondere wird, sobald das Gestell 12 gedreht
wird, die Position des Kollimators 100 eingestellt, um
den kombinierten konstanten thermischen Driftfehler der vorherigen
Drehung und den sich ändernden
dynamischen Bewegungsfehler für
jede gewünschte
Stellung anzupassen. Die Positionen der Kurvenscheiben 120A und 120B folgen
oder bewegen sich abhängig
von dem kombinierten Positionsfehlerprofil, beispielsweise entlang
einer linearen Annäherung
der Größe des konstanten
thermischen Driftfehlers plus des dynamischen Bewegungsfehlers.
Beispielsweise und in einer in 8 dargestellten
Ausführungsform
werden die Positionen der Kurvenscheiben 120A und 120B fünfzig Mal
während
einer zweiten Rotation des Gestells 12 bewegt oder neu
positioniert. Insbesondere werden die Positionen der Kurvenscheiben 120A und 120B bewegt,
um eine synchronisierte Kombination des dynamischen Bewegungsfehlers für die ausgewählte Geschwindigkeit
und den Kippwinkel des Gestells 12 und den thermischen
Driftfehler zu reflektieren. Demzufolge wird die Position des Röntgenstrahls 16 angepasst, um
den dynamischen Bewegungsfehler und den thermischen Driftfehler
so zu korrigieren, dass die Patientendosis ohne Reduzierung der
Bildqualität verringert
wird.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
werden der dynamische Bewegungsfehler und der thermische Driftfehler
auf der Basis einer ausgewählten Zeit
oder eines Ereignisses aktualisiert. Beispielsweise können die
entsprechenden Fehler jedes Mal bei einer ausgewählten Anzahl von Stunden, d.h.,
alle 100 Betriebsstunden oder einer Anzahl von Tagen, d.h.,
alle 30 Kalendertage ersetzt oder aktualisiert werden. In ähnlicher
Weise können
der dynamische Bewegungsfehler und der thermische Driftfehler jedes
Mal ersetzt oder aktualisiert werden, wenn eine Komponente innerhalb
des Gestells 12 ersetzt oder repariert wird, beispielsweise
jedes Mal, wenn die Quelle 14 oder der Detektor 18 ersetzt
oder repariert wird. Zusätzlich
können
in einer Ausführungsform wenigstens
zwei historische, oder ältere
dynamische Bewegungsfehler dazu verwendet werden, eine Differenzhistorie
des dynamischen Bewegungsfehlers zu ermitteln. Die Differenzhistorie
des dynamischen Fehlers kann dann dazu verwendet werden, den dynamischen
Bewegungsfehler zu ermitteln. Insbesondere und in einer Ausführungsform
werden die historischen Fehler miteinander gemittelt, um den dynamischen
Bewegungsfehler zu ermitteln. In einer alternativen Ausführungsform
wird ein rekursives Filter auf die historischen Fehler angewendet,
um den dynamischen Bewegungsfehler zu ermitteln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird wenigstens ein tatsächlicher
Positionsfehler während
jeder Drehung oder Abtastung erzeugt oder ermittelt. Der tatsächliche
Positionsfehler überwacht
das System 10, um Ausreißerfehler zu detektieren. Wenn
der tatsächliche
Fehler einen vorgewählten
Grenzwert oder Bereich überschreitet,
wird eine Korrekturaktion durchgeführt oder abgeschlossen. Beispielsweise umfasst,
wenn der tatsächliche
Fehler einen vor eingestellten Grenzwert überschreitet, die Korrekturaktion
den Abbruch oder die Beendigung der momentanen Abtastung. In einer
weiteren Ausführungsform umfasst
die Korrekturaktion die Aufzeichnung einer Reparaturanforderung.
In noch einer weiteren Ausführungsform,
in welcher die tatsächlichen
Fehler durch Blockierungen des Detektorfeldes 18 verursacht
werden, erfordert das System 80 eine definierte oder ausgewählte Anzahl
von tatsächlichen
Ausreißerfehlern,
bevor eine Korrekturaktion erzeugt wird.
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Das
vorstehend beschriebene Korrektursystem stellt die Position des
Röntgenstrahls
ein, um dynamische und Temperaturbewegungen des Bildgebungssystems
zu korrigieren. Zusätzlich
wird die Röntgenstrahlposition
optimiert, um die Patientendosis ohne Reduzierung der Bildqualität zu verringern.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist es ersichtlich, dass die Aufgaben der Erfindung gelöst sind.
Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt wurde,
dürfte
es sich deutlich verstehen, dass dieselbe nur als eine Veranschaulichung
und Bespiel gedacht ist und keineswegs als Ein schränkung zu
betrachten ist. Beispielsweise ist das hierin beschriebene CT-System
ein System einer "dritten
Generation", in
welchem sowohl die Röntgenquelle
als auch der Detektor mit dem Gestell rotieren. Viele weitere CT-Systeme
einschließlich
Systeme der "vierten
Generation", in
welcher der Detektor ein stationärer
Vollringdetektor ist und nur die Röntgenquelle mit dem Gestell
rotiert, können
verwendet werden. Ebenso kann, obwohl die hierin beschriebenen Systeme
Vier-Scheiben-Systeme
waren, jedes Mehr-Scheiben-System verwendet werden, z.B. eine Zwei-Scheiben-,
Drei-Scheiben- und Sechs-Scheiben-System. Ferner kann, obwohl das Bahnverfolgungskorrektursystem
hierin im Detail beschrieben wurde, die Position des Röntgenstrahls durch
Veränderung
der Position der Röntgenquelle 14 und/oder
des Detektorfeldes 18 eingestellt werden. Demzufolge sind
der Erfindungsgedanke und der Schutzumfang der Erfindung nur hinsichtlich
der beigefügten
Ansprüche
beschränkt.