WO2006082028A1 - Tomographiegerät mit variabler abbildungsgeometrie - Google Patents

Tomographiegerät mit variabler abbildungsgeometrie Download PDF

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WO2006082028A1
WO2006082028A1 PCT/EP2006/000842 EP2006000842W WO2006082028A1 WO 2006082028 A1 WO2006082028 A1 WO 2006082028A1 EP 2006000842 W EP2006000842 W EP 2006000842W WO 2006082028 A1 WO2006082028 A1 WO 2006082028A1
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WO
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detector
source
during
radiation
radiation source
Prior art date
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PCT/EP2006/000842
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English (en)
French (fr)
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Joachim Hey
Dirk Freyer
Manfred Breuer
Gerhard ZÜNDORF
Marc Lievin
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Sirona Dental Systems Gmbh
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Publication date
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Priority to US11/883,418 priority patent/US20080310584A1/en
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    • A61B6/5258—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a sequence of individual recordings, from which 3D tomographic images of an object are generated, wherein a radiation source, in particular an X-ray source, is moved relative to the object, wherein the radiation source emits radiation in a radiation cone, which is applied to the object, wherein the radiation passed through the object and weakened in its intensity is received by a detector which is arranged with respect to the radiation source in the cone behind the object, wherein the radiation source and the detector in a source detector Assembly, which is rotated about a rotation axis during the preparation of a sequence in the reference system defined by the object.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • tomographic images are an important technique for creating three-dimensional images of parts of the human body.
  • the body part is irradiated with a radiation source, in particular with an x-ray source, which is moved on a predeterminable path, usually a circle or an ellipse, around the object.
  • a detector In the beam cone of the source behind the object, a detector is arranged, which has an array of detector elements and on which the object is projected.
  • these methods which are used in computed tomography and in cone-beam tomography ("cone-beam”) application, allow the reconstruction of the three-dimensional distribution of the absorption coefficients of the of Radiation illuminated object from Absorbtions horren respectively from the individual shots.
  • the application of the method is not limited to the medical field.
  • the radiation source and detector move on elliptical paths or on driving paths around a common isocenter, in which the object to be imaged is located.
  • the x-ray source and the detector are each disposed at the end of a C-arm which is rotated about its central axis about the object.
  • a multitude of two-dimensional projections are taken, from which the object is reconstructed in its three-dimensionality.
  • the primary beam technique of Feldkamp (Practical Primary Beam Algorithms" by LA Feldkamp, et al., J. Opt. Soc., Am., A / Issue 1, No. 6, June 1984) can be used.
  • the term "filtered backprojection" (FBP) is known, all projection images are filtered first and then projected back into their spatial form.
  • the method is used in commercial tomographic scanners, especially in spiral CTs or primary beam C-arms.
  • Such a diagnostic device is shown, for example, in EP 1 000 582 A2, this C-arm having the special feature that its source-detector arrangement is designed to compensate movements of the device, such as vibrations, in order to ensure a constant exact orientation of the axis of rotation To ensure (isocentric rotation).
  • the movements of the device are determined by sensors whose output signals control corresponding actuators.
  • a disadvantage of the previously known methods is that they are relatively inflexible with respect to their arrangement and can hardly adapt to the spatial conditions defined by the object to be examined.
  • cone beam tomographs of different imaging geometry are designed for different applications in order to optimize the costs and space requirements of the devices.
  • it is in the known Procedures difficult to consider the individual anatomy of the patient. Thus compromises are necessary in many respects, among which the receptivity, the radiation exposure and thus the patient has to suffer.
  • the object of the invention is now to provide a generic method that can be implemented inexpensively by simple means and that ensures a great deal of flexibility in terms of the geometry of the objects to be examined at low radiation exposure.
  • the essential basic idea of the invention is to use as many degrees of freedom as possible in the movement of source and detector in relation to the object to be recorded in the context of the method during recording, without overburdening the performance of the evaluation programs with the complexity of the movement.
  • the invention is to implement these principles in a structurally simple and reliably operating in practice device. This possibility is opened up by the fact that the axis of rotation itself about which the source-detector arrangement rotates is changed during the recording of a sequence actively and in particular with respect to the object to be recorded, this change in a parallel displacement and / or a pivoting of the Rotation axis is located.
  • the source and / or the detector is moved relative to one another within the source-detector arrangement designed as a constructive unit.
  • the rotatably mounted source-detector arrangement thus forms a rotating frame in which the source and / or the detector are moved.
  • this movement can each be a pivoting or lying in a parallel and / or radial displacement to the axis of rotation of the source-detector arrangement.
  • the source to the detector can be rearranged during the scan.
  • the axis of rotation relative to the object to be examined can be displaced and / or pivoted during a recording sequence.
  • the detector and radiation source can be moved radially to the current rotation axis during the recording and away from the current rotation axis. It is also advantageous if detector and radiation source can additionally move parallel to the current axis of rotation during recording. In principle, any desired paths (scanning curves) on which the radiation source and the detector move can be generated with the invention. Of course, care must be taken to ensure that the source and detector are aligned with each other in such a way that the radiation hits the active surface of the detector at all times. The computer functionality necessary for the evaluation of the picture taken along the scanning curve must be provided accordingly.
  • the advantages of the method and apparatus of the present invention which provides more freedom in terms of relative position of source, object and detector, are obvious: the advantages over a conventional cone-beam tomography apparatus are the better resolution and contrast within the reconstructed volume, the lower radiation exposure of the object, in particular the patient, the magnification of the reconstructible volume and the lower
  • the imaging geometry for each individual image can be optimized with regard to the following factors:
  • settings can be selected for a sequence in which the movement of the radiation source and detector do not interfere.
  • the movement can thus be adapted to the contour of the object, in particular of the body part. Because of the relatively large dimensional flexibility of the object, devices with a more compact mechanical design can be designed, which has a positive effect on the cost and space requirements of the tomography device.
  • the relevant parts of the object for which a 3D distribution is to be created are recorded as completely as possible by the cone beam at each exposure.
  • the movement can be adjusted so that the non-relevant parts of the object, for which no 3D distribution is to be created, if possible, are not detected by the cone beam.
  • a further advantage of the invention is that the relevant anatomical structures can be homogeneously irradiated in the sense that the integrated absorption along all individual beams from the radiation source through the detector to the object is approximately equal. This ensures maximum dynamics and thus contrast with minimal dose.
  • the geometric arrangement ie by the ratio of the distance between the detector and the radiation source and the distance between the radiation source and object, the magnification and thus the resolution of the 2D single images and thus in turn the resolution in the reconstructed 3D volume can be influenced.
  • the resolution of the individual images also depends on the geometric extent of the radiation source.
  • the extent of the radiation source is the X-ray focus on the anode.
  • the influence of the spatial extent of the source increases with increasing magnification and the resolution accordingly.
  • the advantage of the invention lies in the fact that the optimum imaging geometry can be found according to the requirements for each cone-beam tomography device, since the movement is not limited to circle and ellipse.
  • the movement of the individual components, as well as the positions at which individual recordings are carried out, and the diaphragm settings are defined before a recording sequence and are set computer-controlled and motor-driven during the sequence.
  • individual images can be made from a sequence with different radiation doses, which can lead to a higher resolution with respect to the densities and an improved contrast within the object to be examined.
  • a preferred field of application of the device according to the invention is tooth and jaw diagnostics.
  • the recordings made with the device according to the invention are planned in advance on the computer on the basis of simulations.
  • volume data recorded by conventional methods can form the basis of the simulation by the patient.
  • the results of the simulation are then used to control the corresponding drives of the device according to the invention.
  • patient-specific processes that take into account in particular different individual anatomies, such as thick, thin, large or small. These procedures can be planned on the basis of the external anatomy of the patient, which was recorded in advance (visually or with the mechanics of the device). It is also possible to manually run the lanes in advance and save them directly for a later scan.
  • the radiation source In order to optimally illuminate the detector with the emitted cone beam without unnecessarily burdening subregions of the object, it is furthermore advantageous to provide the radiation source with an adaptive aperture device whose opening geometry can be set to be motor-driven and computer-controlled.
  • the position of the individual images is selected such that one of the known reconstruction methods, in particular the o.g. Primary beam technology can be used to reconstruct the 3D distribution.
  • This requires the calibration of the geometry for each individual image in order to correctly reconstruct the three-dimensional representation. Calibration can be done online during the scan or offline, with the off-line calibration being performed once based on a reference object of known geometry, such as described in US 6,715,918.
  • metal artefacts generated by metal objects can be reduced.
  • Such metal artefacts can be avoided, especially with C-arms, which result from increased absorption (occlusions), as they are especially caused by tooth filling.
  • strongly absorbing objects can completely absorb the X-ray radiation, which in the recorded data record has the effect of a lack of information.
  • This loss of information creates artifacts, in particular, when the classical algorithms are used for reconstruction, where the process of backprojection consists of a summation. In the case of occlusions, the summation is inconsistent and the values saturate outside the permissible range.
  • the essential idea of the invention lies in the special arrangement which allows it during the recording to move the source, the detector, the axis of rotation and / or the isocenter in particular in all degrees of freedom relative to each other.
  • an optimal adaptation to the requirements, in particular to the patient anatomy, the homogeneous fluoroscopy, the radiation exposure, the image quality, the reconstructed volume and the available space is possible.
  • An isocenter of rotation is no longer assumed in the invention.
  • the figure shows schematically a primary beam scanner system with a source 1 for X-radiation.
  • the radiation exits from the source 1 in a beam cone 2 with a central beam 3.
  • the radiation source 1 is provided with a motor-driven and computer-controlled adaptive diaphragm 8, which limits the beam cone 2.
  • An object 4 in this case the head of a standing patient, is irradiated with the beam cone 2, the beam weakening in its intensity as it passes through the head 4 impinging on a detector 5 which has a multiplicity of individual detector elements on its active surface. Each of these detector elements receives a weakened partial beam of the beam cone 2.
  • the arrangement of source 1 and detector 5 is rotated about the axis 6 (Arrow A), wherein the source 1 and the detector 5 in a rotatable source-detector assembly 7, which is similar to a C-arm summarized.
  • the detector creates single shots, the radiation weakened by the absorption in the object.
  • the detector may be an X-ray image intensifier or a "Fiatpanel detector”.
  • the adaptive diaphragm 8 which can be designed as a "multi-leaf collimator" it is possible to set the beam cone continuously in the direction and extent during a recording sequence
  • the angle of the center beam 3 during the recording is set to be the detector 4 hits in the middle.
  • the ceiling plate 10 does not necessarily have to be vertically oriented. It can also be adjustable in its inclination.
  • the shift in the plane of the ceiling plate 10 occurs during the recording of a sequence, in this case during rotation about the axis of rotation 6.
  • the displacement which in this case is a parallel displacement of the axis of rotation, is planned and set in advance of recording the sequence , A computer then takes over the control of the given movement during the recording.
  • degrees of freedom are also provided in the reference system of the source-detector array 7.
  • the source 1 and the detector 5 are each mounted on a support arm 12 which is slidably suspended on a holder 13, wherein the common support 13 is oriented vertically in relation to the axis of rotation 6.
  • the common support 13 is oriented vertically in relation to the axis of rotation 6.
  • source 1 and the detector 5 tiltably. By tilting it can be achieved that the inclination of source 8 and detector can be selected so that the lower edge beam is horizontal. By this arrangement, the irradiation of the shoulder is avoided and the detector 5 can be brought relatively close to the patient 4.
  • the movements of the source 1 and the detector 5 along the arrows D, E, F and G or a tilting is planned and set in advance of the recording, in turn, a computer accomplishes the control of the predetermined movement during recording.

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung 3D-tomographischer Bilder eines Objektes 4, wobei eine Strahlenquelle 1 , insbesondere eine Röntgenquelle, in Bezug auf das Objekt 4 bewegt wird, wobei die Strahlenquelle 1 Strahlung in einem Strahlenkegel 2 emittiert, mit der das Objekt 4 beaufschlagt wird, wobei die durch das Objekt 1 hindurchgetretene und in ihrer Intensität geschwächte Strahlung von einem Detektor 5 aufgenommen wird, der in Bezug auf die Strahlenquelle 1 im Strahlenkegel 2 hinter dem Objekt 4 angeordnet ist, wobei die Strahlenquelle 1 und der Detektor 5 in einer Quelle-Detektor-Anordnung 7 zusammengefasst sind, die während der Erzeugung von Aufnahmen in dem durch das Objekt 4 definierten Bezugssystem um eine Rotationsachse 6 rotiert wird, wobei die Rotationsachse 6 während der Erzeugung der Aufnahmen verändert wird und/oder wobei die Quelle 1 und/oder der Detektor 5 in dem durch die Quelle-Detektor-Anordnung 7 definierten Bezugssystem während der Erzeugung der Aufnahmen bewegt werden.

Description

Tomographiegerät mit variabler Abbildungsgeometrie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anfertigung einer Sequenz von Einzelauf nahmen, aus denen 3D-tomographische Bilder eines Objektes erzeugt werden, wobei eine Strahlenquelle, insbesondere eine Röntgenquelle, in Bezug auf das Objekt bewegt wird, wobei die Strahlenquelle in einem Strahlenkegel Strahlung emittiert, mit der das Objekt beaufschlagt wird, wobei die durch das Objekt hindurchgetretene und in ihrer Intensität geschwächte Strahlung von einem Detektor aufgenommen wird, der in Bezug auf die Strahlenquelle im Strahlenkegel hinter dem Objekt angeordnet ist, wobei die Strahlenquelle und der Detektor in einer Quelle-Detektor-Anordnung zusammengefasst sind, die während der Anfertigung einer Sequenz in dem durch das Objekt definierten Bezugssystem um eine Rotationsachse rotiert wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens.
Tomographische Aufnahmen sind gerade in der Medizin eine wichtige Technik zum Erstellen dreidimensionaler Bilder von Teilen des menschlichen Körpers. Dabei wird das Körperteil mit einer Strahlenquelle, insbesondere mit einer Röntgenquelle bestrahlt, die auf einer vorgebbaren Bahn, meist einem Kreis oder einer Ellipse, um das Objekt herum bewegt wird. Im Strahlenkegel der Quelle ist hinter dem Objekt ein Detektor angeordnet, der ein Array von Detektorelementen aufweist und auf den das Objekt projiziert wird.
Generell ermöglichen diese Verfahren, die in der Computertomographie und in der Kegelstrahl-Tomographie („Cone-Beam") Anwendung finden, die Rekonstruktion der dreidimensionalen Verteilung der Absorptionskoeffizienten des von der Strahlung durchleuchteten Objekts aus den Absorbtionsmessungen respektive aus den Einzelaufnahmen. Dabei ist die Anwendung der Verfahren nicht nur auf den medizinischen Bereich berschränkt.
Gerade bei den bekannten Kegelstrahl-Tomographiegeräten bewegen sich die Strahlungsquelle und Detektor auf elliptischen Bahnen oder auf Kreibahnen um ein gemeinsames Isozentrum, in dem sich das abzubildende Objekt befindet. In einer bevorzugten Anordnung werden die Röntgenquelle und der Detektor jeweils am Ende eines C-Bogens angeordnet, der um seine Mittelachse um das Objekt herum gedreht wird. Dabei werden eine Vielzahl zweidimensionaler Projektionen aufgenommen, aus denen das Objekt in seiner Dreidimensionalität rekonstruiert wird. Zur Rekonstruktion dreidimensionaler Objekte kann die Primärstrahltechnik von Feldkamp („Praktische Primärstrahlalgorithmen" von L.A. Feldkamp, et al. J. Opt. Soc. Am. A/Ausgabe 1, Nr. 6, Juni 1984) genutzt werden. Bei dieser Methode, die auch unter dem Begriff „filtered-backprojection" (FBP) bekannt ist, werden alle Projektionsbilder zuerst gefiltert und dann in ihre räumliche Form zurückprojiziert. Die Methode wird in kommerziellen tomographischen Scannern, insbesondere in Spiral-CTs oder Primärstrahl C-Armen eingesetzt.
Ein derartiges Diagnosegerät ist beispielsweise in der EP 1 000 582 A2 gezeigt, wobei dieser C-Bogen die Besonderheit aufweist, dass seine Quelle-Detektor Anordnung dazu ausgelegt ist, Bewegungen des Gerätes, wie Vibrationen, zu kompensieren, um eine gleichbleibend exakte Orientierung der Rotationsachse (isozentrische Rotation) gewährleisten zu können. Die Bewegungen des Gerätes werden über Sensoren ermittelt, deren Ausgangssignale entsprechende Aktuatoren steuern.
Nachteilig an den bislang bekannten Verfahren ist, dass sie bezüglich ihrer Anordnung verhältnismäßig unflexibel sind und sich kaum an die durch das zu untersuchende Objekt definierten räumlichen Gegebenheiten anpassen können. So werden für unterschiedliche Anwendungen auch Kegelstrahl-Tomographen unterschiedlicher Abbildungsgeometrie konzipiert, um die Kosten und den Platzbedarf der Geräte zu optimieren. Insbesondere ist es bei den bekannten Verfahren schwierig, die individuelle Anatomie des Patienten zu berücksichtigen. So sind in vielerlei Hinsicht Kompromisse nötig, unter denen die Aufnahmequaiität, die Strahlenbelastung und damit der Patient zu leiden hat.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, das sich mit einfachen Mitteln kostengünstig umsetzen lässt und das eine große Flexibilität hinsichtlich der Geometrie der zu untersuchenden Objekte bei geringer Strahlenbelastung gewährleistet. Zudem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine mechanisch einfach aufgebaute Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 8.
Merkmale besonderer Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.
Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung besteht darin, im Rahmen des Verfahrens während der Aufnahme möglichst viele Freiheitsgrade bei der Bewegung von Quelle und Detektor im Verhältnis zum aufzunehmenden Objekt kontrolliert zu nutzen, ohne mit der Komplexität der Bewegung die Leistungsfähigkeit der Auswerteprogramme zu überfordern. Gleichzeitig liegt die Erfindung darin, diesen Grundgedanken in einer konstruktiv einfachen und im Praxisbetrieb zuverlässig arbeitenden Vorrichtung umzusetzen. Diese Möglichkeit wird dadurch eröffnet, dass die Rotationsachse selber, um welche die Quelle- Detektor-Anordnung rotiert, während der Aufnahme einer Sequenz aktiv und insbesondere in Bezug auf das aufzunehmende Objekt verändert wird, wobei diese Veränderung in einem Parallelverschieben und/oder einem Verschwenken der Rotationsachse liegt. Eine Bewegung der Quelle-Detektor-Anordnung entlang der Rotationsachse, sowie sie zur Erzeugung einer Spirale bekannt ist, entspricht nicht dieser erfindungsgemäßen „Veränderung", da die Rotationsachse dabei fest bleibt. Zusätzlich oder alternativ dazu wird während der Erzeugung der Sequenz, also während der Aufnahme, die Quelle und/oder der Detektor innerhalb der als konstruktive Einheit ausgelegten Quelle-Detektor-Anordnung zueinander bewegt. Die drehbar gelagerte Quelle-Detektor-Anordnung bildet somit ein rotierendes Bezugssystem in dem Quelle und/oder der Detektor bewegt werden. Dabei kann diese Bewegung jeweils ein Verschwenken sein oder in einem Verschieben parallel und/oder radial zur Rotationsachse der Quelle-Detektor-Anordnung liegen. Es kann auch die Quelle zum Detektor während des Scans anders angeordnet werden.
Anders ausgedrückt, läßt sich entsprechend der Erfindung - im Gegensatz zum konventionellen Kegelstrahl-Tomographiegerät - die Drehachse gegenüber dem zu untersuchenden Objekt während einer Aufnahmesequenz verschieben und/oder verschwenken. Zusätzlich oder alternativ lassen sich Detektor und Strahlungsquelle während der Aufnahme radial auf die aktuelle Drehachse zu und von der aktuellen Drehachse weg bewegen. Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn sich Detektor und Strahlungsquelle während der Aufnahme zusätzlich parallel zur aktuellen Drehachse bewegen lassen. Mit der Erfindung lassen sich im Prinzip beliebige Bahnen (Abtastkurven) erzeugen, auf denen sich die Strahlenquelle und der Detektor bewegen. Selbstverständlich ist darauf zu achten, dass jederzeit Quelle und Detektor so zueinander ausgerichtet sind, dass die Strahlung auf die aktive Fläche des Detektors trifft. Die zur Auswertung der entlang der Abtastkurve entstandenen Aufnahme nötige Computerfunktionalität ist entsprechend vorzusehen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung, die mehr Freiheitsgerade in Bezug auf die relative Position von Stahlenquelle, Objekt und Detektor bietet, liegen auf der Hand: So sind die Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Kegelstrahl-Tomographiegerät die bessere Auflösung und der bessere Kontrast innerhalb des rekonstruierten Volumens, die geringere Strahlenbelastung des Objekts, insbesondere des Patienten, die Vergrößerung des rekonstruierbaren Volumens und der geringerere Platzbedarf des Tomographiegeräts.Mit der Erfindung läßt sich die Abbildungsgeometrie für jede Einzelaufnahme bezüglich der folgenden Faktoren optimieren: So können in Abhängigkeit der Geometrie des abzubildenden Objekts Einstellungen für eine Sequenz gewählt werden, bei der die Bewegung von Strahlungsquelle und Detektor nicht stören. Die Bewegung kann somit an die Kontur des Objektes, insbesondere des Körperteils, angepasst werden. Wegen der verhältnismäßig großen Flexibilität bezüglich der Abmessungen des Objektes können Vorrichtungen mit einem kompakteren mechanischen Aufbau konzipiert werden, was sich positiv auf die Kosten und den Platzbedarf des Tomographiegeräts auswirkt.
Mit der Erfindung kann außerdem gewährleistet werden, dass die relevanten Teile des Objekts, für die eine 3D-Verteilung erstellt werden soll, bei jeder Aufnahme möglichst vollständig vom Kegelstrahl erfaßt werden. Hingegen kann die Bewegung so eingestellt werden, dass die nicht relevanten Teile des Objekts, für die keine 3D-Verteilung erstellt werden soll, möglichst nicht vom Kegelstrahl erfaßt werden. Damit werden eine unnötige Dosisbelastung und Absorption vermieden, wobei die geringere Dosisbelastung dem Wohl des Patienten zugute kommt und die geringere Absorption zu einem signifikant geringeren Bildrauschen und damit zu einer höheren Bildqualität führt. Somit können auch anatomische Strukturen mit hohem Absorptionskoeffizienten problemlos untersucht werden.
Ein weitererer Vorteil der Erfindung ist, dass die relevanten anatomischen Strukturen in dem Sinne homogen durchstrahlt werden können, dass die integrierte Absorption entlang aller Einzelstrahlen von der Strahlenquelle durch den Detektor zum Objekt ungefähr gleich groß ist. Dadurch wird ein Maximum an Dynamik und damit an Kontrast bei minimaler Dosis gesichert. Zudem kann durch die geometrische Anordnung, also durch das Verhältnis des Abstands zwischen Detektor und Strahlenquelle und des Abstands zwischen Strahlenquelle und Objekt, die Vergrößerung und damit die Auflösung der 2D-Einzelaufnahmen und damit wiederum die Auflösung im rekonstruierten 3d-Volumen beeinflußt werden. Die Auflösung der Einzelaufnahmen hängt zudem noch von der geometrischen Ausdehnung der Strahlungsquelle ab. So ist die Ausdehnung der Strahlungsquelle im Fall der Röntgenquellen der Röntgenfokus auf der Anode. Der Einfluß der räumlichen Ausdehnung der Quelle nimmt mit zunehmender Vergrößerung zu und die Auflösung entsprechend ab. Der Vorteil der Erfindung liegt nun darin, dass entsprechend der Anforderungen für jedes Kegelstrahl-Tomographiegerät die optimale Abbildungsgeometrie gefunden werden kann, da die Bewegung nicht auf Kreis und Ellipse limitiert ist.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Bewegung der einzelnen Komponenten, sowie die Positionen, an denen Einzelaufnahmen durchgeführt werden, und die Blendeneinstellungen vor einer Aufnahmesequenz definiert und während der Sequenz computergesteuert und motorgetrieben eingestellt werden. Um die mechanischen Belastungen auf die Vorrichtung, die mit den Beschleunigungen der Bauteile einhergehen, zu minimieren ist es vorteilhaft, die von den Motoren, insbesondere von den Schrittmotoren, hervorgerufene Bewegung während der Aufnahme kontinuierlich durchzuführen. Allerdings kann es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, die Bewegung von Quelle und Detektor schrittweise vorzunehmen, wobei die Schrittweite und die Verweilzeit nach einem Schritt einstellbar sein kann. So können gegebenenfalls einzelne Aufnahmen aus einer Sequenz mit unterschiedlichen Strahlendosen angefertigt werden, was zu einer höheren Auflösung bezüglich der Dichten und einem verbesserten Kontrast innerhalb des zu untersuchenden Objektes führen kann. Mit den genannten Vorteilen ist ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zahn- und Kieferdiagnostik.
Vorteilhafterweise werden die mit der erfindungegemäßen Vorrichtung durchgeführten Aufnahmen im Vorhinein am Computer anhand von Simulationen geplant. Dabei können mit herkömmlichen Verfahren aufgenommene Volumendaten vom Patienten die Grundlage der Simulation bilden. Die Ergebnisse der Simulation werden dann zur Steuerung der entsprechenden Antriebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt. Es ist auch möglich, patientenindividuelle Abläufe durchführen, die insbesondere verschiedene individuelle Anatomien, wie dick, dünn, gross oder klein, berücksichtigen. Diese Abläufe können anhand der äußeren Anatomie des Patienten geplant werden, die im Vorhinein erfasst wurde (optisch oder mit der Mechanik des Gerätes). Es ist weiterhin möglich, die Bahnen im Vorhinein manuell abzufahren und direkt für einen späteren Scan abzuspeichern.
Um mit dem emittierten Kegelstrahl den Detektor optimal auszuleuchten ohne unnötig Teilbereiche des Objektes zu belasten ist es weiterhin vorteilhaft, die Strahlungsquelle mit einer adaptiven Blendenvorrichtung versehen, deren Öffnungsgeometrie motorbetrieben und computergesteuert eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Position der Einzelaufnahmen so gewählt wird, dass eines der bekannten Rekonstruktionsverfahren, insbesondere die o.g. Primärstrahltechnik zur Rekonstruktion der 3D-Verteilung herangezogen werden kann. Dazu bedarf es für jede Einzelaufnahme der Kalibrierung der Geometrie, um die dreidimensionale Darstellung korrekt rekonstruieren zu können. Die Kalibrierung kann online während des Scans oder offline geschehen, wobei die offline Kalibrierung einmalig anhand eines Referenzobjektes mit bekannter Geometrie ausgeführt wird, wie beispielsweise in US 6 715 918 beschrieben.
Wie schon angedeutet, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass mit der erhöhten Flexibilität in der Bewegung und mit der einhergehenden besseren Anpassung an anatomische Gegebenheiten bestimmte anatomische Strukturen, wie z. B. die Schädelbasis, die besonders sensibel oder stark strahlungsabsorbierend sind, aus dem Strahlengang herauszuhalten. Dadurch werden Messartefakte vermieden, die von diesen anatomischen Strukturen ausgebildet werden. Damit kann die Strahlendosis für den Patienten bei gleicher Bildqualität verringert werden.
Zudem ist es von Vorteil, dass sich die von Metallobjekten erzeugten Artefakte verringern lassen. Solche Metallartefakte können gerade bei C-Bögen vermieden werden, die durch eine verstärkte Absorption (Okklusionen) entstehen, wie sie insbesondere von Zahnfüllung hervorgerufen wird. So können stark absorbierende Objekte die Röntgenstrahlung komplett absorbieren, was sich im aufgenommenen Datensatz wie ein Fehlen von Information auswirkt. Dieser Informationsverlust erzeugt insbesondere dann Artefakte, wenn die klassischen Algorithmen zur Rekonstruktion verwendet werden, bei denen der Prozess der Rückprojektion aus einer Summation besteht. Dabei ist die Summation im Falle von Okklusionen inkonsistent und die Werte geraten außerhalb des zulässigen Bereichs in eine Sättigung. Zusammenfassend liegt die wesentliche Idee der Erfindung in der besonderen Anordnung, die es während der Aufnahme erlaubt, die Quelle, den Detekor, die Rotationsachse und/oder das Isozentrum in insbesondere allen Freiheitsgraden relativ zueinander bewusst zu bewegen. Mit einer solchen beliebigen Gestaltung der Abtastkurve ist eine optimale Anpassung an die Anforderungen, insbesondere an die Patientenanatomie, die homogene Durchleuchtung, die Strahlenbelastung, die Bildqualität, das rekonstruierte Volumen und den vorhandenem Platz möglich. Ein Isozentrum der Rotation wird bei der Erfindung nicht länger vorausgesetzt.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Figur näher erklärt.
Die Figur zeigt schematisch ein Primärstrahl-Scannersystemen mit einer Quelle 1 für Röntgenstrahlung. Die Strahlung tritt aus der Quelle 1 in einem Strahlkegel 2 mit einem Zentralstrahl 3 aus. In diesem Fall ist die Strahlenquelle 1 mit einer motorbetriebenen und computergesteuerten adaptiven Blende 8 versehen, die den Strahlenkegel 2 begrenzt. Mit dem Strahlenkegel 2 wird ein Objekt 4, hier der Kopf eines stehenden Patienten, bestrahlt, wobei der beim Durchgang durch den Kopf 4 in seiner Intensität geschwächte Strahl auf einen Detektor 5 auftrifft, der auf seiner aktiven Oberfläche eine Vielzahl einzelner Detektorelemente aufweist. Dabei nimmt jedes dieser Detektorelemente einen geschwächten Teilstrahl des Strahlkegels 2 auf. Zur Erzeugung einer dreidimensionalen Rekonstruktion des Kopfes 4 wird die Anordnung aus Quelle 1 und Detektor 5 um die Achse 6 rotiert (Pfeil A), wobei die Quelle 1 und der Detektor 5 in einer rotierbaren Quelle- Detektor-Anordnung 7, die einem C-Bogen gleicht, zusammengefasst sind. Während der Bewegung erstellt der Detektor Einzelaufnahmen, der durch die Absorption im Objekt geschwächten Strahlung. Bei dem Detektor kann es sich um einen Röntgenbildverstärker oder einen „Fiatpaneldetektor" handeln.
Mit der adaptiven Blende 8, die als „Multi-Leaf-Kollimator" ausgebildet sein kann, ist es möglich, den Strahlenkegel während einer Aufnahmesequenz kontinuierlich in Richtung und Ausdehnung einzustellen. Vorteilhafterweise wird der Winkel des Zentrahlstrahls 3 während der Aufnahme so eingestellt, dass er den Detektor 4 mittig trifft.
Erfindungsgemäß sind bei der gezeigten Vorrichtung mehrere Freiheitsgrade für die Relativbewegung der Komponenten Quelle 1 und Detektor 5 im Bezugssystem des Kopfes gegeben. Dabei kann zunächst die komplette Quelle-Detektor- Anordnung 7, die über eine Halterung 9 an einer Deckenplatte 10 oder einem Gestell befestigt ist, im Koordinatensystem 11 , das von den Achsen B und C aufgespannt wird, in der Ebene der Deckenplatte 10 motorbetrieben verschoben werden. Die Deckenplatte 10 muss nicht zwangsläufig vertikal orientiert sein. Sie kann auch in ihrer Neigung einstellbar sein. Die Verschiebung in der Ebene der Deckenplatte 10 erfolgt während der Aufnahme einer Sequenz, also in diesem Fall während der Drehung um die Rotationsachse 6. Die Verschiebung, die in diesem Fall eine Parallelverschiebung der Rotationsachse ist, wird im Vorfeld der Aufnahme der Sequenz geplant und eingestellt. Ein Computer übernimmt dann die Steuerung der vorgegebenen Bewegung während der Aufnahme.
In diesem Fall sind außerdem Freiheitsgrade im Bezugssystem der Quelle- Detektor-Anordnung 7 vorgesehen. So sind die Quelle 1 und der Detektor 5 jeweils an einem Haltearm 12 angebracht, der verschieblich an einer Halterung 13 aufgehängt ist, wobei die gemeinsame Halterung 13 bezüglich der Rotationsachse 6 vertikal in orientiert ist. So ist eine unabhängige Verschiebung von Quelle 1 und der Detektor 5 in der Ebene der Halterung 13 entlang der Pfeile D und E möglich. Zusätzliche Freiheitsgrade werden dadurch erreicht, dass jeweils die Quelle 1 und der Detektor 5 entlang der Halterungen 13 (Pfeile F und G) verschieblich ist.
Es ist weiterhin denkbar, Quelle 1 und der Detektor 5 kippbar anzuordnen. Mit dem Kippen kann erreicht werden, dass die Neigung von Quelle 8 und Detektor so gewählt werden kann, dass der untere Randstrahl horizontal verläuft. Durch diese Anordnung wird die Bestrahlung der Schulter vermieden und der Detektor 5 kann relativ nahe an den Patienten 4 herangeführt werden.
Die Bewegungen Quelle 1 und der Detektor 5 entlang der Pfeile D, E, F und G oder ein Kippen wird im Vorfeld der Aufnahme geplant und eingestellt, wobei wiederum ein Computer die Steuerung der vorgegebenen Bewegung während der Aufnahme bewerkstelligt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung 3D-tomographischer Bilder eines Objektes (4), wobei eine Strahlenquelle (1), insbesondere eine Röntgenquelle, in Bezug auf das Objekt (4) bewegt wird, wobei die Strahlenquelle (1) Strahlung in einem Strahlenkegel (2) emittiert, mit der das Objekt (4) beaufschlagt wird, wobei die durch das Objekt (1) hindurchgetretene und in ihrer Intensität geschwächte Strahlung von einem Detektor (5) aufgenommen wird, der in Bezug auf die Strahlenquelle (1) im Strahlenkegel (2) hinter dem Objekt (4) angeordnet ist, wobei die Strahlenquelle (1) und der Detektor (5) eine Quelle-Detektor-Anordnung (7) bilden, die während der Erzeugung von Aufnahmen in dem durch das Objekt (4) definierten Bezugssystem um eine Rotationsachse (6) rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (6) während der Erzeugung der Aufnahmen verändert wird und/oder dass die Quelle (1) und/oder der Detektor (5) in dem durch die Quelle- Detektor-Anordnung (7) definierten Bezugssystem während der Erzeugung der Aufnahmen bewegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Rotationsachse (6) und/oder die Bewegung von Quelle (1) und/oder Detektor (5) kontinuierlich durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (1) während einer Aufnahmesequenz parallel zur Rotationsachse (6) und relativ zum Objekt kontinuierlich verschoben wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (5) während einer Aufnahmesequenz parallel zur Rotationsachse (6) und relativ zum Objekt kontinuierlich verschoben wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (1) und/oder der Detektor (5) während einer Aufnahmesequenz in der Richtung senkrecht zur Drehachse und relativ zum Objekt (4) kontinuierlich verschoben wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenkegel (2) durch eine adaptive Blende (8) während einer Aufnahmesequenz kontinuierlich in seiner Richtung und Ausdehnung eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des Zentrahlstrahls (3) während der Aufnahme eingestellt wird, um den Detektor (5) mittig zu treffen.
8. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine Strahlenquelle (1) und einen Detektor (4), wobei die Strahlenquelle (1) und der Detektor (4) zu einer Quelle-Detektor-Anordnung (7) zusammengefasst sind wobei die Quelle- Detektor-Anordnung (7) um eine Rotationsachse (6) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle-Detektor-Anordnung (7) senkrecht zur Rotationsachse (6) verschieblich gelagert ist und/oder dass die Quelle (1 ) und/oder der Detektor (5) beweglich an der Quelle- Detektor-Anordnung (7) gehalten sind, wobei Antriebsmittel für die Quelle-Detektor-Anordnung (7) vorgesehen sind, die eine Verschiebung während der Aufnahme einer Sequenz bewerkstelligen, und/oder wobei für die Quelle (1) und/oder den Detektor (5) Antriebsmittel vorgesehen sind, die eine Bewegung während der Aufnahme einer Sequenz bewerkstelligen, wobei die Antriebsmittel von einem Computer gesteuert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (5) ein Röntgenbildverstärker oder einen Fiatpaneldetektor ist.
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