WO2003103494A1 - Computertomographiegerät mit einem datenerfassungssystem - Google Patents

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WO2003103494A1
WO2003103494A1 PCT/DE2003/001666 DE0301666W WO03103494A1 WO 2003103494 A1 WO2003103494 A1 WO 2003103494A1 DE 0301666 W DE0301666 W DE 0301666W WO 03103494 A1 WO03103494 A1 WO 03103494A1
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WO
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tomography device
computer
data
computer tomography
quality
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Application number
PCT/DE2003/001666
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English (en)
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Inventor
Peter Hein
Jürgen Simon
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/582—Calibration
    • A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/56—Details of data transmission or power supply, e.g. use of slip rings

Definitions

  • the invention relates to a computed tomography device (CT)
  • a radiation receiver having a plurality of detector elements
  • a data acquisition system for reading out the electrical signals generated by the detector elements and their processing into raw data
  • an image computer downstream of the data acquisition system, to which the raw data can be fed via a data transmission path.
  • US Pat. No. 6,264,365 B1 describes a monitoring of CT data taking place in the background with regard to the existence and location of a defective radiation receiver.
  • the invention is based on the object of specifying a computed tomography device in which the influence of changes, such as aging, wear and tear, pollution or other external disturbances, on the operation can be further reduced.
  • This object is achieved in relation to the computer tomography device mentioned at the outset according to the invention by an evaluation device for the automated assessment of the quality of the data acquisition system and / or the data transmission path.
  • the evaluation device is also set up for automatic assessment of the quality of the radiation detector.
  • raw data are understood to be any output data from the strain gauge, regardless of whether they were generated with or without X-rays occurring on the radiation receiver.
  • the invention is based inter alia on the knowledge that all components of a data measurement system (DMS; "Data Measuring System”) of a CT device, which includes the radiation receiver, the data acquisition system (DAS; “Data Acquisition System”) and the data transmission path, are undesirable Subject to changes that negatively affect the image quality. Such changes can result from aging, wear and tear or contamination of the components themselves, but also from external interferences that may only occur over time.
  • DMS Data Measuring System
  • DAS data Acquisition System
  • the computed tomography device in which an evaluation device is integrated, has the advantage that after a start event - for example generated by a person or by the computed tomography device - the evaluation device works automatically and without further - or at least without further complex - inputs This enables a quality assessment to be carried out without spending a lot of time. This enables a technician in production, in the test field or during a service visit to quickly obtain a statement about the current quality of the operation of the DAS or about the data transmission route, without having to bring in an external test device and data technology would have to be connected to the CT device. After a statement about poor quality or a negative test result is available, the technician can, if necessary, arrange for component replacement, readjustment of components and / or repair of components in the CT device.
  • Another advantage is that due to the lack of interactive interventions, the probability of errors performance of the quality test is reduced and the reproducibility of the test results is increased.
  • the evaluation device can carry out the following steps: a) triggering one or more measurements to generate raw data, b) using the raw data to calculate at least one value of at least one parameter that provides a quality statement, c) triggering a Display device for displaying an evaluation result, into which the calculated value is incorporated.
  • the evaluation device automatically initiates a change in the control or setting of components of the CT device, in particular the X-ray source, the radiation receiver and / or the data acquisition system, during the measurement or between two measurements.
  • predetermined parameters that is to say implemented in the evaluation device, are calculated according to predetermined algorithms, that is to say a predetermined one
  • Parameterization is carried out by the evaluation device or its algorithms, and the fact that the calculations run largely without interaction with the user are the likelihood of errors when performing the quality test and the reproducibility of the
  • Test results further improved the latter also with regard to the comparability of the test results obtained with different computed tomography devices of the same series, the computed tomography devices all being equipped with the same evaluation device, for example.
  • the evaluation device first triggers the acquisition of raw data by measurements with or without X-rays. The evaluation device can then statistically determine the value of the parameter from the measured raw data. Finally, the values of the parameter or parameters can be displayed.
  • the evaluation result can be displayed graphically on the display device, with several parameters relating to a graphic pattern, such as e.g. a bar, a column and / or a pie chart. A person performing the test can then see at a glance and without having to record numerical values whether the quality is "in the green" or not.
  • different tests with different parameterizations can be carried out in the computer tomography device according to the invention by different start events, which in particular can also display different test patterns.
  • the linearity of a detector element and a quality value of the data transmission path are predetermined as parameters. It is then possible to determine both the linearity parameter and the quality value by means of a single start event, ie to obtain a comprehensive test result for several components in one procedure. Alternatively, a test specific to the detector element (linearity) or specifically to the data transmission path (quality value) can be carried out by different start events. Further advantageous refinements and developments of the computed tomography device according to the invention are given in the subclaims.
  • FIG. 1 shows a computer tomography device according to the invention in a schematic overall view
  • FIG. 2 shows a data acquisition system of the computed tomography device of FIG. 1,
  • 5 shows a schematic illustration of the checking of a data transmission link.
  • FIG. 1 schematically shows a computer tomography device according to the invention with an X-ray source 1, from which a pyramid-shaped X-ray beam 2, the edge rays of which are shown in dash-dot lines in FIG UFC ceramic meets as a scintillator equipped radiation detector 4.
  • the radiation detector 4 comprises four or 16 detector lines 5a to 5d arranged side by side with several (e.g. 672) detector elements 6a to 6x arranged side by side.
  • the X-ray source 1 and the radiation detector 4 are arranged opposite one another on an annular scanning unit or gantry 7.
  • the gantry 7 is one System axis 8, which runs through the center of the annular gantry 7, is rotatably mounted on a mounting device (not shown in FIG. 1) (see arrow a).
  • the patient 3 lies on a table 9 which is transparent for X-rays and which is mounted displaceably along the system axis 8 by means of a carrying device (also not shown in FIG. 1) (see arrow b).
  • the x-ray source 1 and the radiation detector 4 thus form a measuring system that is rotatable with respect to the system axis 8 and displaceable relative to the patient 3 along the system axis 8, so that the patient 3 shines through the system axis 8 at different projection angles and different positions can be.
  • the resulting output signals of the individual detector elements 6a to 6x are read out, conditioned and digitized by a data acquisition system 10 arranged essentially on the gantry 7.
  • the digitized signals are fed to a signal processing device or an image computer 12 by means of a transmission path 11, which contains an electrical line and / or an optical waveguide and, in a manner not shown, a slip ring system or a wireless transmission path , which calculates an image of the patient 3, which in turn can be displayed on a monitor 13.
  • the monitor 13 is connected to the image computer 12 by an electrical line 14.
  • the image computer 12 i.a. the steps of air calibration, channel correction versus non-linearities, spacing correction, water calibration and image reconstruction.
  • the data acquisition system 10 includes a radiation monitor 15 arranged on the radiator side, which measures the radiation power of the X-ray source 1 and uses its output signal in the image calculator 12 for normalizing the raw data becomes.
  • the entire signal channel belonging to the radiation monitor 15 is also referred to as a monitor channel.
  • the computed tomography device shown in FIG. 1 can be used for sequence scanning as well as for spiral scanning.
  • the sequence scan involves scanning the patient 3 in layers.
  • the x-ray source 1 and the radiation detector 4 are rotated about the patient 3 with respect to the system axis 8 and the measurement system comprising the x-ray source 1 and the radiation detector 4 takes a weakening profile in a large number of projections ( Line integrals) to scan a two-dimensional layer of the patient 3.
  • a sectional image representing the scanned layer is reconstructed by the image computer 12.
  • the patient 3 is moved along the system axis 8. This process is repeated until all layers of interest have been captured.
  • the measuring system comprising the x-ray source 1 and the radiation detector 4 rotates with respect to the system axis 8 and the table 9 moves continuously in the direction of arrow b, i.e. the measuring system comprising the x-ray source 1 and the radiation detector 4 moves continuously on a spiral path c relative to the patient 3 until the area of interest of the patient 3 is completely covered.
  • a spiral path c relative to the patient 3 until the area of interest of the patient 3 is completely covered.
  • volume record generated generated.
  • the image computer 12 uses this to calculate planar data, from which sectional images are reconstructed, as in the case of sequence scanning.
  • an evaluation Direction 18 available which is formed as a functional group by controlling the computer 16 by means of software available in the computer 16.
  • the evaluation device 18 is used for the automated assessment of the quality of the DMS (Data Measuring System), which comprises the data acquisition system 10, the transmission link 11 and the radiation detector 4. For this purpose, evaluation algorithms run in the computer 16.
  • DMS Data Measuring System
  • the evaluation device 18 automatically carries out the following steps without requiring further human input: a) triggering one or more measurements for generating raw data, which are also fed to the computer 16 via the data transmission path 11; b) calculation of at least one value of at least one parameter permitting a quality statement using the immediate or raw data standardized on the basis of the monitor channel; c) Activation of a display device 20 for displaying an evaluation result, into which the calculated value is incorporated.
  • the evaluation device 18 after step b) compares the calculated value with a predefinable tolerance limit or a tolerance limit read out from a memory 21. A comparative representation can then be displayed on the display device 20 in the evaluation result.
  • the evaluation result is shown graphically.
  • evaluation results are in a memory device 22 can be stored and reloaded from there, in particular for a parameter resulting from a comparative calculation.
  • the exemplary embodiments shown below deepen the mode of operation of the evaluation device 18 for special test measurements, which is demonstrated with reference to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows schematically and in detail the data acquisition system 10 shown in FIG. 1, which is checked by the evaluation device 18 with regard to function and quality.
  • An integrator 30a to 30x which is a capacitor, is connected downstream of each detector element 6a to 6x. 2 only the integrators 30a and 30x are shown. In contrast to FIG. 2, the integrators 30a to 30x can also comprise amplifier stages or can be part of the detector elements 6a to 6x insofar as the detector elements 6a to 6x themselves have an integrating effect.
  • the integrators 30a to 30x integrate the charges generated in the detector elements 6a to 6x when X-rays are absorbed for each scanning step over a certain time interval and sequentially read out and amplify them line by line with an electronic element 32 using a demultiplexer 31; i.e. At the output of the electronic element 32, the read out signals are sequentially present first of the detector element 6a, then of the detector elements 6b to 6f, then of the detector elements 6g to 61, etc. Alternatively, the detector elements 6a to 6x can also be read out in columns.
  • the signals of the detector elements 6a to 6x which are read out and amplified by means of the electronic element 32 are then sequentially digitized with an analog / digital converter 33 and optionally supplied to a so-called arithmetic logic unit (ALU) 34.
  • ALU arithmetic logic unit
  • the digitized signals are fed to the image computer 12 via the transmission link.
  • the evaluation device 18 successively carries out several measurements, on the basis of which it can be assessed whether and, if so, where a quality defect occurs in the signal path in the data acquisition system 10, so that a possibly existing error or defect is at least very likely to be can be assigned to specific components.
  • the offset values are dark values (without X-rays) that are preset to enable correct A / D conversion.
  • the offset values must be in a certain optimal range. This check can also be understood as a check of “detector channels”.
  • the evaluation device 18 automatically performs the following steps after it has been triggered:
  • FIG. 3 A corresponding flow chart is shown in FIG. 3.
  • the evaluation device 18 first sets the X-ray source 1 in a first step 41 with a first tube current I ⁇ .
  • a second step 43 the gantry 7 is circulated and data from the detector elements 6a-6x are measured.
  • a first raw data record RD1 is formed successively or subsequently in a third step 45.
  • a fourth step 47 a second, different tube current I 2 is set, in a fifth step 49 a new gantry cycle is carried out and in a sixth step 51 a second raw data set RD2 is formed.
  • the tube voltage and thus the X-ray spectrum has remained the same for both raw data sets RD1, RD2.
  • a seventh step 53 channel-wise relationship formation with the two takes place
  • Raw data sets RD1, RD2 instead, which is related to the ratio of the tube currents I ⁇ , I 2 .
  • a test result that includes both ratios is either displayed immediately for each channel, or initially only for each line, with the option of receiving a record of the test results of the individual channels only if the test result is unsatisfactory (eighth step 55).
  • FIG. 4 A corresponding flow chart is shown in FIG. 4.
  • the evaluation device 18 first sets the X-ray source 1 with a first tube voltage Ui in a first step 61.
  • the gantry 7 is circulated and data from the detector elements 6a-6x are measured.
  • a first raw data record RD1 is formed successively or subsequently in a third step 65.
  • a fourth step 67 a second, different tube voltage U 2 is set, in a fifth step 69 a new gantry circulation is carried out and in a sixth step 71 a second raw data set RD2 is formed.
  • the tube output has remained the same for both raw data sets RD1, RD2, ie the tube current has been adjusted accordingly.
  • a channel-by-channel ratio formation takes place with the two raw data sets RD1, RD2, which is related to the ratio of the tube voltages U x , U 2 .
  • a test result that includes both ratios is either displayed immediately for each channel, or initially only for each line, with the option of receiving a record of the test results of the individual channels only if the test result is unsatisfactory (eighth step 75).
  • the evaluation device 18 controls the CT device with or without X-rays. This procedure is illustrated in FIG. 5:
  • the scan parameters required for the test are set (arrow 81).
  • the data acquisition system 10 of the DMS is parameterized - for example via special test settings on microcontrollers - in such a way that it predefines it
  • the data generated by the data acquisition system 10 are transmitted via optical fibers and a slip ring to the receiver 80 of the image computer 12 (arrow 82).
  • the signal can be disturbed, for example, by the generation of the X-radiation (disturbance S1) and by the ring motor of the gantry drive (disturbance S2).
  • disurbance S1 the generation of the X-radiation
  • disurbance S2 the ring motor of the gantry drive
  • separate tests are carried out: i) Scans with radiation and without rotation to detect errors that originate from the generation of the X-ray radiation.
  • ii) Scans without radiation and with rotation to detect errors caused by the drive become.
  • the image computer 12 then carries out consistency checks on the received data, e.g. by forming bit checksums via CRC (Cyclic Redundancy Check), by considering the amount of data received and / or by considering the values of the received data.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the test software on the host computer 16 queries the errors that occurred during the measurements from the image computer 12 (arrow 83) and from a locking ring electronics (arrow 84) and processes them textually and graphically. The results are displayed on the display device 20 (arrow 85).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerät mit einem mehrere Detektorelemente (6a-6x) aufweisenden Strahlungsdetektor (4), mit einem Datenerfassungssystem (10) zum Auslesen der von den Detektorelementen (6a-6x) erzeugten elektrischen Signale und deren Verarbeitung zu Rohdaten und mit einem dem Datenerfassungssystem (10) nachgeordneten Bildrechner (12), welchem die Rohdaten über eine Datenübertragungsstrecke (11) zuführbar sind. Das Computertomographiegerät zeichnet sich durch eine Auswerteeinrichtung (18) zur automatisierten Beurteilung der Qualität des Datenerfassungssystems (10) und/ oder der Datenübertragungsstrecke (11) - sowie optional zusätzlich des Strahlungsdetektors (4) - aus. Insbesondere löst die Auswerteeinrichtung (18) eine Messung zur Erzeugung von Rohdaten aus, berechnet daraus wenigstens einen Wert von mindestens einem eine Qualitätsaussage erlaubenden Parameter und bringt ein Auswerteergebnis, in das der berechnete Wert einfliesst, auf einer Anzeigeeinrichtung (20) zur Darstellung.

Description

Beschreibung
Computertomographiegerat mit einem Datenerfassungssystem
Die Erfindung betrifft ein Computertomographiegerat (CT-
Gerät) mit einem mehrere Detektorelemente aufweisenden Stahlungsempfänger, mit einem Datenerfassungssystem zum Auslesen der von den Detektorelementen erzeugten elektrischen Signale und deren Verarbeiten zu Rohdaten und mit einem dem Datener- fassungssystem nachgeordneten Bildrechner, welchem die Rohdaten über eine Datenubertragungsstrecke zuführbar sind.
In US 6,264,365 Bl ist eine im Hintergrund ablaufende Überwachung von CT-Daten im Hinblick auf die Existenz und Lokali- sierung eines mangelhaften Strahlungsempfängers beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Computertomographieger t anzugeben, bei dem der Einfluß von Veränderungen, wie Alterung, Abnutzung, Verschmutzung oder anderen ex- ternen Störeinflüssen, auf den Betrieb weiter vermindert werden kann.
Diese Aufgabe wird bezogen auf das eingangs genannte Computertomographiegerat gemäß der Erfindung gelöst durch eine Auswerteeinrichtung zur automatisierten Beurteilung der Qualität des Datenerfassungssystems und/ oder der Datenubertragungsstrecke .
Optional ist die Auswerteeinrichtung auch zur automatischen Beurteilung der Qualität des Strahlungsdetektors hergerichtet.
Als Rohdaten werden im Zusammenhang mit der Erfindung jegliche Ausgangsdaten des DMS verstanden, unabhängig davon ob sie mit oder ohne auf dem Stahlungsempfänger auftre f nder Röntgenstrahlung erzeugt wurden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Computertomographiegeräts sind in den Unteran- sprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung geht unter anderem von der Erkenntnis aus, dass alle Komponenten eines DatenmessSystems (DMS; "Data Measuring System") eines CT-Geräts, welches den Stahlungsempfänger, das Datenerfassungssystem (DAS; "Data Acquisition System") sowie die Datenubertragungsstrecke einschließt, unerwünschten Ver- anderungen unterliegen, welche die Bildqualität negativ beeinflussen. Solche Veränderungen können sich durch Alterung, Abnutzung oder Verschmutzung der Komponenten selbst aber auch durch - möglicherweise erst im Laufe der Zeit auftretende - externe Störeinflüsse ergeben.
Das Computertomographiegerat nach der Erfindung, in das also eine Auswerteeinrichtung integriert ist, hat den Vorteil, dass nach einem - beispielsweise von einer Person oder von dem Computertomographiegerat erzeugten - Startereignis die Auswerteeinrichtung automatisch und ohne weitere - oder zumindest ohne weitere aufwändige - Eingaben arbeitet und es somit ermöglicht, ohne großen Zeitaufwand eine Qualitätsbegutachtung durchzuführen. Damit ist es einem Techniker in der Fertigung, im Prüffeld oder während eines Service-Besuchs möglich, sich schnell eine Aussage über die aktuelle Qualität der Betriebsweise des DAS oder über die Datenübertragungs- strecke zu verschaffen, und dies ohne dass hierfür ein externes Prüfgerät herangeschafft und datentechnisch an das CT- Gerät angebunden werden müßte. Nach dem eine Aussage über ei- ne schlechte Qualität oder ein negatives Prüfergebnis vorliegt, kann der Techniker ggf. für einen Komponentenaustausch, eine Neujustierung von Komponenten und/ oder eine Reparatur von Komponenten im CT-Gerät sorgen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wegen des Ausbleibens interaktiver Eingriffe die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Durchführung des Qualitätstests vermindert und die Reproduzierbarkeit der Testergebnisse erhöht ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind von der Auswerte- einrichtung folgende Schritte durchführbar: a) Auslösen einer oder mehrerer Messungen zur Erzeugung von Rohdaten, b) unter Verwendung der Rohdaten Berechnung wenigstens eines Wertes von mindestens einem eine Qualitätsaussage erlau- benden Parameter, c) Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung zur Darstellung eines Auswerteergebnisses, in das der berechnete Wert einfließt.
Vorzugsweise veranlasst die Auswerteeinrichtung während der Messung/en oder zwischen zwei Messungen selbstätig eine Ände- rung der Ansteuerung oder Einstellung von Komponenten des CT- Geräts, insbesondere der Röntgenstrahlenquelle, des Stahlungsempfängers und/ oder des Datenerfassungssystems .
Die oben geschilderten Vorteile ergeben sich insbesondere, falls mehrere qualitätskennzeichnende Parameter auf der Anzeigeeinrichtung, insbesondere simultan, dargestellt werden.
Dadurch, dass ein oder mehrere vorbestimmte, also in der Auswerteeinrichtung implementierte, Parameter nach vorbestimmten Algorithmen berechnet werden, also eine vorher festgelegte
Parametrisierung von der Auswerteeinrichtung oder deren Algorithmen vorgenommen wird, sowie dadurch, dass die Berechnungen weitestgehend ohne Interaktion mit dem Nutzer ablaufen, sind die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Durchführung des Qualitätstests und ebenso wie die Reproduzierbarkeit der
Testergebnisse weiter verbessert, letzteres auch im Hinblick auf eine Vergleichbarkeit der mit unterschiedlichen Computertomographiegeräten ein und derselben Serie gewonnenen Testergebnisse, wobei die Computertomographiegeräte hierzu bei- spielsweise allesamt mit der gleichen Auswerteeinrichtung ausgestattet sind. Die Auswerteeinrichtung triggert beispielsweise zunächst die Erfassung von Rohdaten durch Messungen mit oder ohne Röntgenstrahlung. Anschließend kann die Auswerteeinrichtung den Wert des Parameters statistisch aus den gemessenen Rohdaten ermit- teln. Schließlich können die Werte des oder der Parameter zur Anzeige gebracht werden.
Vorteilhaft für ein schnelles Erfassen des Qualitätszustandes ist es, falls das Auswerteergebnis grafisch auf der Anzeige- einrichtung darstellbar ist, wobei in der Grafik insbesondere mehrere Parameter zu einem grafischen Muster, wie z.B. einem Balken-, einem Säulen- und/oder einem Kreisdiagramm, zusa - mengefasst sind. Eine den Test durchführende Person kann dann mit einem Blick, und ohne Zahlenwerte erfassen zu müssen, se- hen, ob die Qualität „im grünen Bereich" ist oder nicht.
Gemäß einer Weiterbildung oder alternativen Betriebsweise können bei dem Computertomographiegerat nach der Erfindung durch unterschiedliche Startereignisse voneinander unter- schiedliche Tests mit voneinander unterschiedlichen Paramet- risierungen durchgeführt werden, die insbesondere auch voneinander unterschiedliche Testmuster zur Anzeige bringen können.
Die Alternativen, die bei der Bestimmung mehrerer Parameter bestehen, seien wie folgt veranschaulicht: Als Parameter seien die Linearität eines Detektorelements und ein Gütewert der Datenubertragungsstrecke vorbestimmt. Es ist dann möglich, durch ein einziges Startereignis sowohl den Linearitätspara- meter als auch den Gütewert zu ermitteln, also in einer Prozedur ein umfassendes Testergebnis für mehrere Komponenten zu erhalten. Alternativ können durch voneinander unterschiedliche Startereignisse ein Test spezifisch auf das Detektorelement (Linearität) oder spezifisch auf die Datenübertragungs- strecke (Gütewert) ausgeführt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Computertomographiegeräts sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Ein Ausführungsbeispiel eines Computertomographiegeräts nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l ein Computertomographiegerat nach der Erfindung in schematischer Gesamtansicht,
Fig.2 ein Datenerfassungssystem des Computertomographie- geräts der Figur 1,
Fig.3 ein Ablaufdiagramm zur Überprüfung der Signallinearität der Detektorkanäle,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Überprüfung der spektralen Linearität der Detektorkanäle,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Überprüfung einer Datenubertragungsstrecke .
Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Computer- tomographiegerät mit einer Röntgenstrahlenquelle 1, von der ein pyramidenförmiges Röntgenstrahlenbündel 2, dessen Randstrahlen in der Fig. 1 strichpunktiert dargestellt sind, ausgeht, das ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise einen Patienten 3, durchsetzt und auf einen mit einer sog. UFC-Keramik als Szintillator ausgestattetem Strahlungsdetektor 4 trifft. Der Strahlungsdetektor 4 umfasst vier oder 16 nebeneinander angeordnete Detektorzeilen 5a bis 5d mit mehreren (z.B. 672) nebeneinander angeordneten Detektorelementen 6a bis 6x.
Die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Strahlungsdetektor 4 sind an einer ringförmigen Abtasteinheit oder Gantry 7 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Gantry 7 ist bezüglich einer Systemachse 8, welche durch den Mittelpunkt der ringförmigen Gantry 7 verläuft, an einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Halterungsvorrichtung drehbar gelagert (vgl. Pfeil a) .
Der Patient 3 liegt auf einem für Röntgenstrahlen transparenten Tisch 9, welcher mittels einer in der Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten Tragevorrichtung längs der Systemachse 8 verschiebbar gelagert ist (vgl . Pfeil b) .
Die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Strahlungsdetektor 4 bilden somit ein Messsystem, das bezüglich der Systemachse 8 drehbar- und entlang der Systemachse 8 relativ zu dem Patienten 3 verschiebbar ist, so dass der Patient 3 unter verschiedenen Projektionswinkeln und verschiedenen Positionen bezüg- lieh der Systemachse 8 durchstrahlt werden kann. Die dabei auftretenden AusgangsSignale der einzelnen Detektorelemente 6a bis 6x werden von einem im wesentlichen an der Gantry 7 angeordneten Datenerfassungssystem 10 ausgelesen, konditio- niert und digitalisiert. Die digitalisierten Signale, die so- genannten Rohdaten RD, werden mittels einer Übertragungsstrecke 11, die eine elektrischen Leitung und/ oder einen Licht- Wellenleiter sowie in nicht dargestellter Weise ein Schleifringsystem oder eine drahtlose Übertragungsstrecke enthält, einem Signalverarbeitungsgerät oder einem Bildrechner 12 zu- geführt, das/der ein Bild des Patienten 3 berechnet, das wiederum auf einem Monitor 13 wiedergegeben werden kann. Der Monitor 13 ist mit einer elektrischen Leitung 14 mit dem Bildrechner 12 verbunden. Im Bildrechner 12 laufen u.a. die Schritte Luftkalibrierung, Kanalkorrektur gegenüber Nichtli- nearitäten, Spacing-Korrektur, Wasserkalibrierung und Bildrekonstruktion ab.
Zum Datenerfassungssystem 10 gehört ein strahlerseitig angeordneter Strahlungsmonitor 15, der die Strahlungsleistung der Röntgenstrahlenquelle 1 mißt und dessen Ausgangssignal im Bildrecher 12 für eine Normierung der Rohdaten verwendet wird. Der zum Strahlungsmonitor 15 gehörige gesamte Signalkanal wird auch als Monitorkanal bezeichnet.
Das in der Fig. 1 gezeigte Computertomographiegerat kann so- wohl zur Sequenzabtastung als auch zur Spiralabtastung eingesetzt werden.
Bei der Sequenzabtastung erfolgt eine schichtweise Abtastung des Patienten 3. Dabei wird die Röntgenstrahlenquelle 1 und der Strahlungsdetektor 4 bezüglich der Systemachse 8 um den Patienten 3 gedreht und das die Röntgenstrahlenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsystem nimmt in einer Vielzahl von Projektionen jeweils ein Schwächungsprofil (Linienintegrale) auf, um eine zweidimensionale Schicht des Pa- tienten 3 abzutasten. Aus den dabei gewonnen Messwerten (Rohdaten RD) wird vom Bildrechner 12 ein die abgetastete Schicht darstellendes Schnittbild rekonstruiert. Zwischen der Abtastung aufeinander folgender Schichten wird der Patient 3 jeweils entlang der Systemachse 8 bewegt. Dieser Vorgang wie- derholt sich so lange, bis alle interessierenden Schichten erfasst sind.
Während der Spiralabtastung dreht sich das die Röntgenstrahlenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsys- tem bezüglich der Systemachse 8 und der Tisch 9 bewegt sich kontinuierlich in Richtung des Pfeils b, d.h. das die Röntgenstrahlenquelle 1 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende Messsystem bewegt sich relativ zum Patienten 3 kontinuierlich auf einer Spiralbahn c, so lange, bis der interessierende Be- reich des Patienten 3 vollständig erfasst ist. Dabei wird ein
Volumendatensatz generiert. Der Bildrechner 12 berechnet daraus mit einem Interpolationsverfahren planare Daten, aus denen wie bei der Sequenzabtastung Schnittbilder rekonstruiert werden.
In einem außerhalb der Gantry 7, also stationär, angebrachten Steuerrechner („Host") oder Computer 16 ist eine Auswertein- richtung 18 vorhanden, die als funktioneile Gruppe durch Ansteuerung des Computers 16 mittels einer in dem Computer 16 vorhandenen Software gebildet ist. Die Auswerteeinrichtung 18 dient der automatisierten Beurteilung der Qualität des DMS (Data Measuring System) , welches das Datenerfassungssystem 10, die Übertragungsstrecke 11 und den Strahlungsdetektor 4 umfasst. In dem Computer 16 laufen hierzu Auswertealgorithmen ab.
Von der Auswerteeinrichtung 18 werden nach ihrer Triggerungfolgende Schritte automatisch durchgeführt, ohne das weitere menschliche Eingaben erforderlich wären: a) Auslösen einer oder mehrerer Messungen zur Erzeugung von Rohdaten, die über die Datenubertragungsstrecke 11 auch dem Computer 16 zugeführt werden; b) unter Verwendung der unmittelbaren oder von anhand des Monitorkanals normierten Rohdaten Berechnung wenigstens eines Wertes von mindestens einem eine Qualitätsaussage erlaubenden Parameter; c) Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung 20 zur Darstellung eines Auswerteergebnisses, in das der berechnete Wert einfließt.
In Abhängigkeit von der jeweiligen konkreten Parameterberech- nung wird von der Auswerteeinrichtung 18 nach dem Schritt b) ein Vergleich des berechneten Wertes mit einer vorgebbaren oder aus einem Speicher 21 ausgelesenen Toleranzgrenze durchgeführt. Auf der Anzeigeeinrichtung 20 kann im Auswerteergebnis dann eine vergleichende Darstellung zur Anzeige kommen.
Das Auswerteergebnis wird grafisch dargestellt.
Um einen Vergleich mit früheren Qualitätstests zu ermöglichen, insbesondere für eine Beurteilung der Langzeitstabili- tat des Datenerfassungssystems 10 und des Strahlungsdetektors 4 sind Auswerteergebnisse in einer Speichereinrichtung 22 ablegbar und von dort wieder ladbar, insbesondere für eine aus einer vergleichenden Berechnung resultierenden Parameter.
Die nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele vertiefen die anhand von Figur 1 demonstrierte Arbeitsweise der Auswerteeinrichtung 18 für spezielle Testmessungen.
Fig. 2 zeigt schematisch und im Detail das in der Fig. 1 gezeigte Datenerfassungssystem 10, welches von der Auswerteein- richtung 18 hinsichtlich Funktion und Qualität geprüft wird.
Jedem Detektorelement 6a bis 6x ist ein Integrator 30a bis 30x nachgeschaltet, der ein Kondensator ist. In der Fig. 2 sind nur die Integratoren 30a und 30x dargestellt. Die In- tegratoren 30a bis 30x können auch abweichend von der Fig. 2 Verstärkerstufen umfassen oder insoweit Bestandteil der Detektorelemente 6a bis 6x sein, als die Detektorelemente 6a bis 6x selbst integrierend wirken.
Von den Integratoren 30a bis 30x werden die in den Detektorelementen 6a bis 6x bei einer Absorption von Röntgenstrahlung erzeugten Ladungen für jeden Abtastschritt über ein bestimmtes Zeitintervall integriert und mittels eines Demultiplexers 31 zeilenweise sequentiell mit einem Elektronikelement 32 ausgelesen und verstärkt; d.h. am Ausgang des Elektronikelements 32 stehen sequentiell die ausgelesenen Signale erst des Detektorelementes 6a, dann der Detektorelemente 6b bis 6f, dann der Detektorelemente 6g bis 61, usw. an. Alternativ können die Detektorelemente 6a bis 6x auch spaltenweise ausgele- sen werden.
Die mittels des Elektronikelementes 32 ausgelesenen und verstärkten Signale der Detektorelemente 6a bis 6x werden anschließend sequentiell mit einem Analog/Digital-Wandler 33 digitalisiert und optional einer sogenannten Arithmetic Logic Unit (ALU) 34 zugeführt. Die digitalisierten Signale werden über die Übertragungsstrecke dem Bildrechner 12 zugeführt. Zum Testen einzelner Komponenten des Datenerfassungssystems 10 führt die Auswerteeinrichtung 18 sukzessive mehrere Messungen durch, anhand derer sich beurteilen läßt, ob und ggf. wo im Signalpfad im Datenerfassungssystem 10 ein Qualitätsmangel auftritt, so dass ein ggf. vorhandener Fehler oder Mangel zumindest mit großer Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Komponente zugeordnet werden kann.
Zum Testen des Strahlungsdetektors 4 und seiner Detektorelemente 6a-6x werden von der Auswerteeinrichtung 18 verschiedene Algorithmen angeboten, wobei die besonders vorteilhaften Auswertungen nachfolgend wiedergegeben werden:
A) Überprüfung der Offset-Werte (Signal-Offset) der Detektorelemente 6a-6x:
Die Offset-Werte sind Dunkelwerte (ohne Röntgenstrahlung) , die voreingestellt werden, um eine korrekte A/D-Wandlung zu ermöglichen. Die Offset-Werte müssen in einem bestimmten optimalen Bereich liegen. Diese Überprüfung kann auch als Überprüfung von „Detektorkanälen" verstanden werden.
Von der Auswerteeinrichtung 18 werden nach ihrer Triggerung folgende Schritte automatisch durchgeführt:
a) Auslösen der Erfassung eines Rohdatensatzes bei umlaufender Gantry 7 oder stationär, aber bei abgeschalteter Röntgenstrahlenquelle 1. Dabei werden typisch 1000 bis 2000 Einzelwerte pro Detektorelement 6a-6x erfasst. b) Für jeden Detektorkanal werden aus den Einzelwerten ein Mittelwert und eine Standardabweichung als eine Qualitätsaussage erlaubende Parameter berechnet . c) Die Mittelwerte und Standardabweichungen werden als Zah- lenwerte oder als Säulendiagramm (z.B. mit einer Kanal-
Nummer auf einer der Diagrammachsen) auf der Anzeigeeinrichtung 20 zur Anzeige gebracht. B) Überprüfung der Signallinearität (Abhängigkeit des Empfangssignals von der einfallenden Röntgenstrahlungsleistung)
Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in Figur 3 dargestellt.
Nach dem Start nimmt die Auswerteeinrichtung 18 zunächst in einem ersten Schritt 41 eine Einstellung der Röntgenstrahlenquelle 1 mit einem ersten Röhrenstrom Iλ vor. In einem zwei- ten Schritt 43 wird ein Umlauf der Gantry 7 ausgeführt und es werden Daten von den Detektorelementen 6a-6x gemessen. Dabei sukzessive oder anschließend wird in einem dritten Schritt 45 ein erster Rohdatensatz RD1 gebildet. In einem vierten Schritt 47 wird ein von dem ersten unterschiedlicher, zweiter Röhrenstrom I2 eingestellt, in einem fünften Schritt 49 ein erneuter Gantryumlauf ausgeführt und in einem sechsten Schritt 51 ein zweiter Rohdatensatz RD2 gebildet. Die Röhrenspannung und somit das Röntgenspektrum ist für beide Rohdatensätze RD1, RD2 gleich geblieben. In einem siebten Schritt 53 findet eine kanalweise Verhältnisbildung mit den beiden
Rohdatensätzen RD1, RD2 statt, die in Bezug zum Verhältnis der Rδhrenströme Iχ, I2 gebracht wird. Ein beide Verhältnisse einbeziehendes Testergebnis wird entweder sofort für jeden Kanal angezeigt, oder zunächst nur für jede Zeile, mit Option nur bei nicht zufriedenstellendem Testergebniss eine Aufzeichnung der Testergebnisse der einzelnen Kanäle zu erhalten (achter Schritt 55) .
C) Überprüfung der spektralen Linearität (Abhängigkeit des Empfangssignals von der spektralen Zusammensetzung der einfallenden Röntgenstrahlung)
Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in Figur 4 dargestellt.
Nach dem Start nimmt die Auswerteeinrichtung 18 zunächst in einem ersten Schritt 61 eine Einstellung der Röntgenstrahlenquelle 1 mit einer ersten Röhrenspannung Ui vor. In einem zweiten Schritt 63 wird ein Umlauf der Gantry 7 ausgeführt und es werden Daten von den Detektorelementen 6a-6x gemessen. Dabei sukzessive oder anschließend wird in einem dritten Schritt 65 ein erster Rohdatensatz RD1 gebildet. In einem vierten Schritt 67 wird eine von der ersten unterschiedliche, zweite Röhrenspannung U2 eingestellt, in einem fünften Schritt 69 ein erneuter Gantryumlauf ausgeführt und in einem sechsten Schritt 71 ein zweiter Rohdatensatz RD2 gebildet. Die Röhrenleistung ist für beide Rohdatensätze RD1, RD2 gleich geblieben, d.h. der Röhrenstrom wurde entsprechend an- gepasst. In einem siebten Schritt 73 findet eine kanalweise Verhältnisbildung mit den beiden Rohdatensätzen RD1, RD2 statt, die in Bezug zum Verhältnis der Röhrenspannungen Ux, U2 gebracht wird. Ein beide Verhältnisse einbeziehendes Test- ergebnis wird entweder sofort für jeden Kanal angezeigt, oder zunächst nur für jede Zeile, mit Option nur bei nicht zufriedenstellendem Testergebniss eine Aufzeichnung der Testergebnisse der einzelnen Kanäle zu erhalten (achter Schritt 75) .
Zum Testen oder Überprüfen der Datenubertragungsstrecke 11 vom Strahlungsdetektor 4 zum Bildrechner 12 steuert die Aus- werteeinrichtung 18, hier insbesondere eine DMS-Test-Software im Kontroll-Rechner 16 des CT-Geräts, das CT-Gerät mit oder ohne Röntgenstrahlung an. Diese Vorgehensweise ist in Figur 5 veranschaulicht:
Zunächst werden die für den Test erforderlichen Scanparameter eingestellt (Pfeil 81) . Das Datenerfassungssystem 10 des DMS wird - beispielsweise über spezielle Testeinstellungen an Microcontrollern - so parametriert, dass es vordefinierte
Testdaten liefert. Anschließend werden mehrere Scans (Messungen) ausgeführt. Die vom Datenerfassungssystem 10 erzeugten Daten werden über Lichtwellenleiter und einen Schleifring zum Empfänger 80 des Bildrechners 12 übermittelt (Pfeil 82) . Auf der Übertragungstrecke 11 kann das Signal z.B. durch die Erzeugung der Röntgenstrahlung (Störung Sl) und durch den Ringmotor des Gantryantriebs (Störung S2) gestört werden. Um die unterschiedlichen Störungsquellen unterscheiden zu können werden separate Tests durchgeführt : i) Scans mit Strahlung und ohne Rotation zur Erkennung von Fehlern, die von der Erzeugung der Röntgenstrahlung herrüh- ren. ii) Scans ohne Strahlung und mit Rotation zur Erkennung von Fehlern, die vom Antrieb verursacht werden.
Der Bildrechner 12 führt dann Konsistenzprüfungen der empfan- genen Daten durch, z.B. durch Bildung von Bitquersummen über CRC (Cyclic Redundancy Check) , durch Betrachtung der Menge der empfangenen Daten und/ oder durch Betrachtung der Werte der empfangenen Daten.
Die Test-Software am Host-Computer 16 fragt die während der Messungen aufgetretenen Fehler von Bildrechner 12 (Pfeil 83) und von einer Schliefringelektronik (Pfeil 84) ab und bereitet sie textuell und grafisch auf. Die Ergebnisse werden auf der Anzeigeeinrichtung 20 angezeigt (Pfeil 85) .

Claims

Patentansprüche
1. Computertomographiegerat mit einem mehrere Detektorelemente (6a-6x) aufweisenden Strahlungsdetektor (4) , mit einem Da- tenerfassungssystem (10) zum Auslesen der von den Detektorelementen (6a-6x) erzeugten elektrischen Signale und deren Verarbeitung zu Rohdaten und mit einem dem Datenerfassungssystem (10) nachgeordneten Bildrechner (12) , welchem die Rohdaten über eine Datenubertragungsstrecke (11) zuführbar sind, g e k e n n z e i c h n e t, d u r c h eine Auswerteeinrichtung (18) zur automatisierten Beurteilung der Qualität des Datenerfassungssystems (10) und/ oder der Datenubertragungsstrecke (11) .
2. Computertomographiegerat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinrichtung (18) zusätzlich zur automatischen Beurteilung der Qualität des Strahlungsdetektors (4) hergerichtet ist.
3. Computertomographiegerat nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass von der Auswerteeinrichtung (18) folgende Schritte durchführbar sind: a) Auslösen einer oder mehrerer Messungen zur Erzeugung von Rohdaten, b) unter Verwendung der Rohdaten Berechnung wenigstens eines Wertes von mindestens einem eine Qualitätsaussage erlaubenden Parameter, c) Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung (20) zur Darstellung eines Auswerteergebnisses, in das der berechnete Wert einfließt.
4. Computertomographiegerat nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass von der Auswerteeinrichtung (18) ein Vergleich des berechneten Wertes mit einer vorgebbaren oder aus einem Speicher (21) ausgelesenen Toleranzgrenze durchführbar ist .
5. Computertomographiegerat nach Anspruch 3 oder 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Auswerteergebnis grafisch auf der Anzeigeeinrichtung (20) dar- stellbar ist, wobei insbesondere mehrere Parameter zu einem grafischen Muster zusammengefasst sind.
6. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t, d u r c h eine Speichereinrichtung (22) zum Abspeichern des Auswerteergebnisses .
7. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Pa- rameter zur Beurteilung der Qualität des Datenerfassungssystems (10) oder einer Komponente, eines Teilmoduls oder eines Teilbereichs des Datenerfassungssystems (10) geeignet ist.
8. Computertomographiegerat nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Parameter zur Beurteilung eines einem Detektorelement zugeordneten Elektronikkanals, insbesondere zur Beurteilung eines Integrators (30a-30x) des Elektronikkanals, zur Beurteilung eines Monitorkanals, zur Beurteilung eines Demultiplexers (31) oder zur Beurteilung eines A/D-Wandlers (33) geeignet ist.
9. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Parameter zur Beurteilung der Datenubertragungsstrecke (11) geeignet ist.
10. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 3 bis
6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Parameter zur Beurteilung der Qualität des Strahlungsdetektors (4) , insbesondere zur' Beurteilung eines einzelnen Detektorelements (6a-6x) des Strahlungsdetektors (4), geeignet ist.
11. Computertomographiegerat nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Parameter einen Signal-Off set beschreibt.
12. Computertomographiegerat nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Pa- rameter eine spektrale Linearität oder eine Signallinearität beschreibt .
13. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 3 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinrichtung den Wert des Parameters statistisch aus den gemessenen Rohdaten ermittelt .
14. Computertomographiegerat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinrichtung durch Ansteuerung mittels einer entsprechenden Software realisiert ist, die insbesondere in einem außerhalb der Gantry (7) angebrachten Computer (16) , insbesondere in einem Steuerrechner, vorhanden ist.
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