DE69924600T2 - Verfahren und gerät zur korrektion der röntgenstrahlbewegung - Google Patents

Verfahren und gerät zur korrektion der röntgenstrahlbewegung Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein die Computer-Tomographie-(CT)-Bildgebung und insbesondere die Korrektur einer z-Achsen-Röntgenstrahlbewegung in einem Bildgebungssystem.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine bildliche Darstellung eines CT-Bildgebungssystems.
  • 2 ist eine schematische Blockdarstellung des in 1 dargestellten Systems.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Detektorfeldes eines CT-Systems.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Detektormoduls.
  • 5 ist eine schematische Ansicht des in 1 dargestellten CT-Bildgebungssystems.
  • 6 ist eine schematische Ansicht eines CT-Bildgebungssystems, das ein Bahnsteuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die ein vorhergesagtes thermisches Driftprofil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8 ist eine graphische Darstellung, welche die Bewegung der Kollimatorkurvenscheibe über der Zeit darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Korrigieren von Röntgenstrahl-z-Achsen-Drift in einem Bildgebungssystem (10), wobei das Bildgebungssystem (10) ein Mehrscheiben-Detektorfeld (18) aufweist, das wenigstens zwei Reihen von Detektorzellen (20), die entlang der z-Achse verschoben sind, und eine Röntgenquelle (14) hat zum Abstrahlen eines Röntgenstrahls (16) in Richtung auf das Detektorfeld (18), wobei das Verfahren die schritte enthält: Ermitteln eines Röntgenstrahl-Fehlerprofils für eine erste Abtastung und Einstellen einer Röntgenstrahlposition für eine Abtastung auf der Basis des ermittelten Röntgenstrahl-Fehlerprofils.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektorfeld (18) und die Röntgenquelle (14) mit einem Drehgestell (12) verbunden sind und wobei das Ermitteln eines Röntgenstrahl-Fehlerprofils den Schritt enthält, dass ein dynamischer Röntgenstrahlz-Achsen-Bewegungsfehler für eine erste Rotation des Gestells (12) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln des dynamischen Röntgenstrahl-z-Achsen-Bewegungsfehlers die Schritte enthält: Ermitteln einer gemessenen Röntgenstrahlposition für wenigstens einen ersten Ort des Gestells (12) unter Verwendung des Detektorfeldes (18), Ermitteln einer gewünschten Röntgenstrahlposition für jede gemessene Röntgenstrahlposition und Ermitteln einer Differenz zwischen jeder gemessenen Röntgenstrahlposition und jeder gewünschten Röntgenstrahlposition.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln der gemessenen Röntgenstrahlposition unter Verwendung des Detektorfeldes (18) die Schritte enthält: Erhalten getrennter Signale von wenigstens einer ersten Detektorzelle (20) in einer ersten Detektorzellenreihe, wenigstens einer zweiten Detektorzelle (20) in einer zweiten Detektorzellenreihe, wenigstens einer dritten Detektorzelle (20) in einer dritten Detektorzellenreihe, wenigstens einer vierten Detektorzelle (20) in einer vierten Detektorzellenreihe des Detektorfeldes (18) und Ermitteln der Röntgenstrahl-z-Achsen-Position aus den Intensitäten der getrennten Signale.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln einer gemessenen Röntgenstrahl-Position für wenigstens einen ersten Ort den Schritt aufweist, dass eine gemessene Röntgenstrahl-Position für mehrere Gestellpositionen ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ferner der Schritt vorgesehen ist, dass ein thermischer z-Achsen-Drift-Fehler des Röntgenstrahls ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln eines thermischen z-Achsen-Drift-Fehlers des Röntgenstrahls die Schritte enthält: Ermitteln einer tatsächlichen thermischen Drift und Ermitteln einer vorausgesagten thermischen Drift.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln der vorausgesagten thermischen Drift die Schritte enthält: Ermitteln eines vorausgesagten thermischen Driftprofils und Ermitteln einer Zeitperiode aus einer vorangegangenen Rotation des Gestells (12).
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System (10) ferner einen Vor-Patienten-Kollimator (100) enthält, der mehrere Positionen hat zum Verändern der z-Achsen-Position des Röntgenstrahls (16), wobei das Einstellen der Röntgenstrahlposition für die nachfolgende Abtastung auf der Basis des ermittelten Röntgenstrahl-Position-Fehlerprofils den Schritt enthält, dass die Position des Vor-Patienten-Kollimator (100) geändert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Vor-Patienten-Kollimator (100) wenigstens eine erste Kurvenbahn (120A) und eine zweite Kurvenbahn (120B) aufweist, die auf gegenüber liegenden Seiten des Röntgenstrahls (16) angeordnet sind, und wobei das Ändern der Position des Vor-Patienten-Kollimators (100) den Schritt enthält, dass eine Position von wenigstens der ersten Kurvenbahn (120A) und der zweiten Kurvenbahn (120B) geändert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, ferner die Schritte enthaltend: Ermitteln wenigstens eines tatsächlichen Positionsfehlers während der ersten Abtastung, Ermitteln, ob die Differenz eine vorgewählte Grenze überschreitet, und wenn die ermittelte Differenz die vorgewählte Grenze überschreitet, dann Ausführen eines Korrekturvorgangs.
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