WO2001006930A1

WO2001006930A1 - Ct-gerät mit mehrzeiligem detektorsystem

Info

Publication number: WO2001006930A1
Application number: PCT/DE2000/002438
Authority: WO
Inventors: Thomas Flohr; Bernd Ohnesorge
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2001-02-01
Also published as: JP2003505135A; DE19935093A1; US6792068B1

Abstract

Bei einem CT-Gerät mit mehrzeiligem Detektorsystem (5) sind unterschiedliche Spalten (7, 7') des Detektorsystems (5) mit unterschiedlich vielen Elektronikelementen (13) zum Auslesen der in den Detektorelementen (8) erzeugten Signale verbindbar. Somit sind mit den Detektorsystemen (5) Bereiche des Untersuchungsobjekts mit hoher Auflösung und andere Bereiche mit niedrigerer Auflösung abtastbar. Damit ist mit einem vereinfachten und kostenreduzierten Detektorsystem (5), welches eine vergleichsweise geringe Datenrate und Datenmenge erzeugt, eine bereichsweise hohe Auflösung erzielbar.

Description

Beschreibung

CT-Gerat mit mehrzelligem Detektorsystem

Die Erfindung betrifft ein CT (Computertomographie) -Gerat mit einer Strahlenquelle, welche zur Abtastung eines Unter- suchungsobjekts um eine Systemachse verlagerbar ist und ein Strahlenbundel aussendet, das auf ein aus einem Array von mehreren Zeilen und mehreren Spalten von Detektorelementen bestehendes Detektorsystem trifft, wobei die so gewonnenen Meßwerte einem von einer Vielzahl von Projektionswmkeln zugeordnet sind und einem Rechner zugeführt sind, welcher daraus Bilder des Untersuchungsobjekts berechnet, wobei durch Strahlung m den Detektorelementen erzeugte Signale zum Auslesen und Verstarken Elektronikelementen zugeführt sind, wobei die Anzahl der Detektorelemente des Detektorsystems die Anzahl der Elektronikelemente übersteigt.

Es sind CT-Gerate bekannt, die eine Strahlenquelle aufweisen, z.B. eine Röntgenröhre, die ein kollimiertes, pyramidenförmiges Strahlenbundel durch das Untersuchungsobi ekt, z.B. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen aufgebautes Detektorsystem richten. Die Strahlenquelle und e nach Bauart des CT-Gerates auch das Detektorsystem sind auf einer Gantry angebracht, die um das Untersuchungsobi ekt rotiert. Eine Lagerungseinrichtung für das Untersuchungsobi ekt kann entlang der Systemachse relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt werden. Die Position, ausgehend von welcher das Strahlenbundel das Untersuchungsobjekt durchdringt, und der Winkel, unter welchem das Strahlenbundel das Untersuchungsobjekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry standig verändert. Jedes von der Strahlung getroffene Detektorelement des Detektorsystems produziert ein Signal, das ein Maß der Gesamttransparenz des Untersuchungsobjekts für die von der Strahlenquelle ausgehenden Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektorelemente des Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlenquelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Eine Abtastung (Scan) umfaßt einen Satz von Pro ektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder verschiedenen Positionen der Lagerungsein- richtung gewonnen wurden. Das CT-Gerät nimmt während eines Scans eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimen- sionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts aufbauen zu können. Mit einem aus einem Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen aufgebauten Detek- torsystem können mehrere Schichten gleichzeitig aufgenommen werden.

Aus der DE-195 02 574 AI ist ein CT-Gerät der eingangs genannten Art mit mehrzelligem Detektorsystem bekannt, bei dem zur Kostenersparnis und zur Begrenzung der Datenraten die den Detektorelementen nachgeschaltete Ausleseelektronik nicht mehr für jedes Detektorelement ein Elektronikelement vorsieht. Vielmehr übersteigt die Anzahl der Detektorzeilen die Anzahl der Zeilen von Elektronikelementen. Jede Zeile von Elektronikelementen kann damit über Multiplexer und Summierer mehreren Detektorzeilen zugeordnet sein.

Als nachteilig erweist sich bei dem bekannten CT-Gerät, daß entweder durch Zusammenschaltung benachbarter Detektorzeilen die Dicke der aufgenommenen Schichten steigt und damit die

Auflösung in z-Richtung sinkt, oder daß nicht jede Detektorzeile mit einer Zeile von Elektronikelementen verbunden ist und somit nicht mehr die gesamte Detektorbreite in z-Richtung zur Datenerfassung verwertbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein CT-Gerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß trotz einer im Vergleich zu der Anzahl an Detektorelementen reduzierten Anzahl an Elektronikelementen mit dem Detektorsystem eine hohe Auflösung erzielbar ist und dennoch gleichzeitig eine hohe Zahl von Einzelschichten aufgenommen werden kann. cυ cυ M N> P¹ P¹

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Elektronikelementen verbindbar. Weist beispielsweise ein CT- Gerat nach dem Stand der Technik ein 8-zeιlιges Detektorsystem mit vier Zeilen von Elektronikelementen auf, so ist jede Detektorspalte des Detektorsystems mit maximal vier Elektro- nikelementen verbunden. Im Unterschied hierzu erlaubt es ein CT-Gerat nach der Erfindung mit ebenfalls 8-zeιlιgem Detektorsystem, daß bestimmte Detektorspalten beispielsweise mit sechs Elektronikelementen und andere Detektorspalten nur mit zwei Elektronikelementen pro Detektorspalte verbunden sind. Eine geeignete Anordnung von Multiplexern und Summationsglie- dern zwischen den Detektorelementen und den Elektronikelementen ermöglicht eine weitgehend wahlfreie Zusammenschaltung von Detektorelementen und Zuordnung von einzelnen Detektorelementen oder zusammengeschalteten Detektorelementen zu em- zelnen Elektronikelementen.

Ein Bereich des Detektorsystems des erfmdungsgemaßen CT-Ge- rats, dessen Detektorspalten eine erhöhte Anzahl an Elektronikelementen zugeordnet ist, kann z.B. der im allgemeinen be- sonders relevante Zentralbereich des Detektorsystems sein. Außerhalb des Zentralbereichs werden durch zusammenfassen bzw. unberücksichtigt lassen von Detektorelementen entsprechend weniger Meßwerte gebildet. Bei über den gesamten Detektor gleicher z-Gesamtlange der kollimierten Schicht erhalt man so m einem Bereich viele dünne Emzelschichten, m einem anderen Bereich wenige breite Emzelschichten. Damit ist m dem einen Bereich die Zahl der effektiven Zeilen und damit die Auflosung m z-Richtung vergrößert, ohne daß hierfür zusätzliche Elektromkelemente erforderlich sind. Auch die mit dem Detektorsystem erzeugbaren Datenraten und Datenmengen andern sich nicht gegenüber einem bekannten Detektorsystem mit verminderter Anzahl an Elektronikelementen.

Im Falle des erfmdungsgemaßen CT-Gerats kann das Untersu- chungsobjekt wie bisher das gesamte Meßfeld ausfüllen. Das

Untersuchungsobjekt wird lediglich m einem Bereich mit höherer Auflosung abgetastet als m einem anderen Bereich. Füllt das Untersuchungsobjekt nur einen Teilbereich des Meßfeldes aus, beispielsweise bei Untersuchungen innerer Organe, des Kopfes oder der Extremitäten eines Patienten, so lassen sich m vorteilhafter Weise die Elektromkelemente des Detektor- Systems nach der Erfindung auch so mit den Detektorelementen verbinden, daß alle Elektromkelemente dem relevanten Bereich des Detektorsystems zugeordnet sind und den Randbereichen des Detektorsystems, die keine Meßwerte zu den darzustellenden Objekten beitragen können, keine Elektromkelemente zugeord- net sind. Auch dies fuhrt durch die gleichzeitige Aufnahme vieler dunner Emzelschichten zu einer verbesserten Auflosung bei gleichzeitiger Zeit- und Kostenersparnis.

Eine Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, fehlende Meß- werte aus einem Bereich mit niedriger Auflosung aus den gewonnenen Meßwerten dieses Bereiches zu interpolieren, bzw. fehlende Meßwerte aus einem Bereich mit niedriger Auflosung aus Meßwerten aus einem Bereich mit hoher Auflosung zu extrapolieren. Die so gebildeten Werte sind dann zusammen mit den Meßwerten einer herkömmlichen CT-Mehrzeilenbildrekon- struktion zufuhrbar.

Damit kann bei dieser Variante im wesentlichen auf bekannte

Software bei der Bildrekonstruktion zurückgegriffen werden, was den Aufwand und die Kosten, die im Zusammenhang mit der

Erstellung der Software für ein CT-Gerat zu treiben sind, begrenzt .

Größere Volumina eines Untersuchungsobjekts werden ublicher- weise mittels Sequenzabtastung oder Spiralabtastung erfaßt. Das erf dungsgemaße CT-Gerat ist vorteilhafter Weise für beide Abtastarten einsetzbar.

Bei der Sequenzabtastung werden die Daten wahrend einer Drehbewegung der Gantry aufgenommen, wahrend sich das Untersuchungsob ekt m einer festen Position befindet, und damit eine bestimmte Anzahl ebener Schichten abgetastet. Zur Abtas- cυ cυ KJ KJ I—¹

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durch teilweises Einblenden von äußeren Detektorelemente und Zusammenfassen zusätzlich bereichsweise folgende Modi realisiert werden, bei denen sechs Schichten abgetastet werden:

Mode 1: 2,5mm - 2,5mm - 2,5mm - 2,5mm - 2,5mm - 2,5mm

Mode 2: 1mm - 1,5mm - 1mm - 1mm - 1,5mm - 1mm.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Teile eines Röntgen-Computer- tomographen nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 je eine Spalte des Detektorsystems des CT-Ge- räts gemäß Fig. 1 mit den den Detektorelementen der Spalte zugeordneten Elektronikelementen, und

Fig. 4 eine Ansicht des Detektorsystems des CT-Geräts gemäß Fig. 1, aus der die Anordnung der Spalten gemäß Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

In Fig. 1 ist ein zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts 1 vorgesehenes CT-Gerät gezeigt, das eine Strahlenquelle 2, z.B. eine Röntgenröhre, mit einem Fokus 3 aufweist, von dem ein durch eine nicht dargestellte Strahlenblende eingeblendetes pyramidenförmiges Strahlenbündel 4 ausgeht, welches das Untersuchungsobjekt 1, beispielsweise einen Patienten, durchsetzt und auf ein Detektorsystem 5 trifft. Dieses weist ein Array aus mehreren zueinander parallelen Zeilen 6 und mehreren zueinander parallelen Spalten 7 von Detektorelementen 8 auf. Die Strahlenquelle 2 und das Detektorsystem 5 bil- den ein Meßsystem, das in φ-Richtung um eine Systemachse 9 verlagerbar und entlang der Systemachse relativ zum Untersuchungsobjekt 1 verschiebbar ist, so daß das Untersuchungsob- ekt 1 unter verschiedenen Projektionswmkeln und verschiede^¬ nen z-Positionen entlang der Systemachse 9 durchstrahlt wird. Aus den dabei auftretenden Ausgangssignalen der Detektorelemente 8 des Detektorsystems 5 bildet eine Signalverar- beitungsemheit 10 Meßwerte, die einem Rechner 11 zugeführt werden, der ein Bild des Untersuchungsobjekts 1 berechnet, das auf einem Monitor 12 wiedergegeben wird.

Das Detektorsystem 5 ist Fig. 1 nur grob schematisch mit von den Fig. 2 bis 4 abweichender Zeilen- und Spaltenzahl dargestellt. Die Figuren 2 bis 4 zeigen, daß im Falle des beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels das Detektorsystem acht Zeilen 6 und vierundzwanzig Spalten 7 aufweist, wobei die Lange der Detektorelemente 8 m z-Richtung, d.h. m Richtung der Systemachse 9, nicht für alle Zeilen gleich ist. Diese Geometrie ist durch entsprechende Einblendung und Zusammenfassung von Detektorzeilen 6 sehr flexibel bei der Wahl der abzutastenden Schichtdicken des Untersuchungsobjekts. Im Mittel sind jeder Spalte 7 des Detektorsystems 5 vier Elektromkelemente 13 zum Auslesen und Verstarken der durch Absorption von Röntgenstrahlung den Detektorelementen 8 erzeugten Ladungen zugeordnet. Die Zuordnung eines Elektro- mkelements 13 zu einem oder mehreren Detektorelementen 8 erfolgt über Summationsglieder 14 und nicht dargestellte Mul- tiplexer. Die von den Elektronikelementen 13 erfaßten Signale sind zur Weiterverarbeitung einer Signalverarbeitungsemheit 10 zugeführt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die acht Detektorelemente 8 der dargestellten Detektorspalte 7, die gemäß Fig. 4 m dem φ-Richtung mittleren Bereich des Detektorsystems 5 liegt, mit sechs Elektronikelementen 13 verbunden, wobei von den mittleren vier Detektorelementen jeweils zwei, über ein Sum- mationsglied 14 zusammengefaßt, mit einem Elektromkelement 13 verbunden sind. Es werden somit Signale aller Detektorelemente dieser Detektorspalte erfaßt und der Signalverarbeitungsemheit 10 zugeführt. cυ cυ > M P¹ P"

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11 nach den üblichen Bildrekonstruktionsverfahren verarbeitet .

Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, weisen bei diesem Ausfuhrungsbeispiel die Detektorelemente einer Detektorspalte unterschiedliche Langenausdehnungen in z-Richtung auf. Im Beispiel betragen diese:

5mm - 2,5mm - 1,5mm - 1mm - 1mm - 1,5mm - 2,5mm - 5mm.

Dann ist mit diesem Detektorsystem durch Zusammenfassung der 1, 5mm-Elemente mit den lmm-Elementen mittels der Summations- glieder 14 m der m Fig. 2 dargestellten Weise und Einblenden der äußeren 5-mm Elemente mittels der Strahlenblenden 15, beispielsweise für den aus Fig. 4 ersichtlichen, besonders relevanten Bereich I, auch folgender Modus mit 6 Zeilen möglich:

2 , 5mm - 2 , 5mm - 2 , 5mm - 2 , 5mm - 2 , 5mm - 2 , 5mm.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel beschrankt, sondern für mehrzellige Detektorsysteme mit beliebiger Anzahl an Detektorzeilen und Detektorspalten verwendbar. Auch die Lange der Detektorelemente m z-Richtung kann im Rahmen der Erfindung von dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel abweichen. Insbesondere umfaßt die Erfindung auch Detektorsysteme mit gleicher Langenausdehnung der Detektorelemente m z-Richtung.

Im Falle des vorstehend beschriebenen Ausfu rungsbeispieles handelt es sich um ein CT-Gerate der dritten Generation, d.h. die Rontgenstrahlenquelle und der Detektor rotieren wahrend der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse. Die Erfindung kann aber auch bei CT-Geraten der vierten Generation, bei denen nur die Rontgenstrahlenquelle rotiert und mit einem feststehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung finden. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die medizinische Anwendung eines erfindungsgemäßen CT-Gerätes. Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Medizin, bei- spielsweise bei der Gepäckprüfung oder bei der Materialuntersuchung, Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche

1. CT-Gerät mit einer Strahlenquelle (2), welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts (1) um eine Systemachse (9) verlagerbar ist und ein Strahlenbündel (4) aussendet, das auf ein aus einem Array von mehreren Zeilen (6) und mehreren Spalten (7, 7') von Detektorelementen (8) bestehendes Detektorsystem (5) trifft, wobei die so gewonnenen Meßwerte einem von einer Vielzahl von Projektionswinkeln zugeordnet sind und einem Rechner (11) zugeführt sind, welcher daraus Bilder des Untersuchungsobjekts (1) berechnet, wobei durch Strahlung in den Detektorelementen (8) erzeugte Signale zum Auslesen und Verstärken Elektronikelementen (13) zugeführt sind, wobei die Anzahl der Detektorelemente (8) des Detektorsystems (5) die Anzahl der Elektronikelemente (13) übersteigt, und wobei ein wenigstens eine Detektorspalte (7) umfassender Bereich von Detektorspalten (7) mit einer größeren Anzahl an Elektronikelementen (13) zum Auslesen der Detektorelemente (8) dieses Bereichs verbindbar ist, als ein un- terschiedlicher, die gleiche Anzahl an Detektorspalten (7) umfassender Bereich.

2. CT-Gerät mit einem Detektorsystem (5) nach Anspruch 1, bei dem Detektorelemente (8) eines wenigstens eine Detektorspalte (7) umfassenden Bereichs nicht mit Elektronikelementen (13) verbunden sind.

3. CT-Gerät mit einem Detektorsystem (5) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem fehlende Meßwerte aus dem Bereich (II, II') mit verminderter Anzahl zugeordneter Elektronikelemente (13) durch Interpolation der aus diesem Bereich (II, II') gewonnenen Meßwerte und/oder Extrapolation der Meßwerte aus dem Bereich (I) mit erhöhter Anzahl zugeordneter Elektronikelemente (13) bestimmbar sind.

4. CT-Gerät mit einem Detektorsystem (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Lagerungseinrich- tung für das Untersuchungsobjekt (1) und die Strahlenquelle (2) m Richtung der Systemachse (9) relativ zueinander verstellbar sind und die gewonnenen Meßwerte einer z-Position auf der Systemachse (9) zugeordnet sind.

5. CT-Gerat mit einem Detektorsystem (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch Absorption von Strahlung m den Detektorelementen (8) erzeugte Ladungen zum Auslesen und Verstarken Elektronikelementen (13) zugeführt sind.

6. CT-Gerat mit einem Detektorsystem (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem wenigstens bei zwei Detektorzeilen (6) die Lange der Detektorelemente (8) in Rich- tung der Systemachse (9) unterschiedlich ist.