DE19925395A1 - Verfahren zum Betrieb eines Computertomographie(CT)-Gerätes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Computertomographie(CT)-Geräts, welches ein ein Array von in Zeilen und wenigstens im wesentlichen in Richtung der Systemachse verlaufenden Spalten angeordneten Detektorelementen umfassendes Detektorsystem aufweist, wobei die Erzeugung eines Röntgenschattenbildes mittels folgender Verfahrensschritte erfolgt: DOLLAR A a) Durchführung einer Volumenabtastung, DOLLAR A b) Extraktion der zu einer gewünschten Projektionsrichtung gehörigen Daten aus von mehreren Zeilen des Detektorsystem bei der Volumenabtastung gelieferten Daten, und DOLLAR A c) Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes auf Basis der extrahierten Daten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines 1.

Verfahren zum Betrieb eines Computertomographie(CT)-Geräts, welches eine um eine Systemachse verlagerbare, z. B. rotierba­ re, Röntgenstrahlenquelle, ein ein flächenhaftes Array von in wenigstens im wesentlichen quer zur Richtung der Systemachse verlaufenden Zeilen und in Spalten angeordneten Detektorele­ menten umfassendes Detektorsystem zur Aufnahme der von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlung und eine Lagerungsvorrichtung für ein Untersuchungsobjekt aufweist, wobei die Röntgenstrahlenquelle zur Durchführung einer Volu­ menabtastung des Untersuchungsobjekts um die Systemachse ver­ lagert wird und die Erzeugung eines Röntgenschattenbildes des Untersuchungsobjekts möglich ist.

Der Durchführung einer Untersuchung mittels eines CT-Geräts liegt üblicherweise folgendes Verfahren zum Betrieb des CT- Geräts zugrunde:

• - Erzeugen eines Röntgenschattenbildes (Topogramm) bei nicht rotierender Röntgenstrahlenquelle, wobei das Untersu­ chungsobjekt auf der Lagerungsvorrichtung relativ zu Rönt­ genstrahlenquelle und Detektorsystem in Richtung der Sy­ stemachse bewegt wird,
• - Definition des in Richtung der Systemachse bei der eigent­ lichen Untersuchung zu erfassenden Bereichs des Untersu­ chungsobjekts auf Basis des erzeugten Röntgenschattenbil­ des,
• - Positionieren des Untersuchungsobjekts durch Verfahren der Lagerungsvorrichtung an den Startpunkt des definierten zu erfassenden Bereichs des Untersuchungsobjekts und
• - Durchführung der eigentlichen Untersuchung, meist in Form einer Spiralabtastung.

Dieses Verfahren beinhaltet einige prinzipielle Nachteile:

• - Der gesamte Arbeitsablauf gestaltet sich relativ langwie­ rig, was aus Effizienzgründen und aus medizinischen Grün­ den, insbesondere wenn es sich um Notfallpatienten han­ delt, unerwünscht ist.
• - Werden Röntgenschattenbilder aus verschiedenen Projekti­ onsrichtungen (Blickwinkeln) gewünscht, z. B. "von vorn" und "von der Seite", so wird der Patient dreimal mit der Liege verfahren, nämlich zweimal zur Erzeugung der Schat­ tenbilder und ein drittes Mal für die Spiralabtastung.
• - Es besteht die Gefahr von Verfälschungen der Untersu­ chungsergebnisse durch Patientenbewegungen zwischen Rönt­ genschattenbildern und Spiralabtastung.
• - Die Erzeugung eines oder mehrerer Röntgenschattenbilder bedeuten eine zusätzliche Strahlenbelastung für den zu un­ tersuchenden Patienten.

Im Falle ein Detektorsystem mit nur einer Zeile von Detektor­ elementen aufweisender CT-Geräte können diese Nachteile durch aus der EP 0 531 993 B1 und DE 41 03 588 C1 bekannte Verfahren theoretisch vermieden werden, da hier lediglich ei­ ne Spiralabtastung durchgeführt wird und aus den dabei gewon­ nene Daten die für die Rekonstruktion des Röntgenschattenbil­ des erforderlichen Daten für eine oder auch mehrere Projekti­ onsrichtungen extrahiert und entsprechend verarbeitet werden. Das resultierende Röntgenschattenbild bzw. die resultierenden Röntgenschattenbilder werden schritthaltend mit parallel zur Röntgenschattenbild-Rekonstruktion rekonstruierten Schnitt­ bildern zusammen auf einer Anzeigeeinheit dargestellt. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß die Bildqualität des Röntgen­ schattenbildes unzureichend ist, insbesondere wenn mit ungün­ stigen Betriebsparametern, z. B. Schichtdicken größer als 2 mm und/oder Verhältnis von Liegenvorschub pro Umdrehung zu Schichtdicke (Pitch) von größer 1, gearbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Voraussetzun­ gen gegeben sind, um auch auf Basis einer bei ungünstigen Be­ triebsparametern durchgeführten Spiralabtastung Röntgenschat­ tenbildern von hoher Qualität erzeugen zu können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver­ fahren zum Betrieb eines Computertomographie(CT)-Geräts, wel­ ches eine um eine Systemachse verlagerbare, z. B. rotierbare, Röntgenstrahlenquelle, ein ein flächenhaftes Array von in we­ nigstens im wesentlichen quer zur Richtung der Systemachse verlaufenden Zeilen und in Spalten angeordneten Detektorele­ menten umfassendes Detektorsystem zur Aufnahme der von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlung und eine Lagerungsvorrichtung für ein Untersuchungsobjekt aufweist, wobei die Röntgenstrahlenquelle zur Durchführung einer Volu­ menabtastung des Untersuchungsobjekts um die Systemachse ver­ lagert wird und wobei die Erzeugung eines Röntgenschattenbil­ des des Untersuchungsobjekts mittels folgender Verfahrens­ schritte erfolgt:

• a) Durchführung einer Volumenabtastung,
• b) Extraktion der zu einer gewünschte Projektionsrichtung ge­ hörigen Daten aus von mehreren Zeilen des Detektorsystems bei der Volumenabtastung gelieferten Daten, und
• c) Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes auf Basis der ex­ trahierten Daten.

Dabei kann die Volumenabtastung gemäß einer besonders bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung in Form einer Spiralab­ tastung erfolgen, zu deren Durchführung die Lagerungsvorrich­ tung einerseits und die Röntgenstrahlenquelle und das Detek­ torsystem andererseits bei Verlagerung der Röntgenstrahlen­ quelle um die Systemachse wenigstens im wesentlichen in Rich­ tung der Systemachse relativ zueinander verschiebbar sind.

Alternativ können die Lagerungsvorrichtung einerseits und das Detektorsystem und die Röntgenstrahlenquelle andererseits bei der Durchführung der Volumenabtastung in Richtung der System­ achse eine feste Position relativ zueinander einnehmen. In diesem Falle ist die Erstreckung des von der Volumenabtastung in Richtung der Systemachse erfaßten Bereichs des Untersu­ chungsobjekts durch die Erstreckung des Arrays von Detektor­ elementen in Richtung der Systemachse bestimmt, bzw., wenn nicht das gesamte Array genutzt wird, durch die Erstreckung des für die Volumenabtastung genutzten Bereichs des Arrays in Richtung der Systemachse.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht unabhängig von der Art der Volumenabtastung also zum einen auf der Verwendung eines CT-Geräts mit einem Detektorsystem, das nicht nur eine Zeile von Detektorelementen, sondern ein flächenhaftes Array mit mehreren Zeilen von Detektorelementen aufweist, und zum ande­ ren darauf, aus den im Zuge der Volumenabtastung, vorzugswei­ se in Form einer Spiralabtastung, gewonnenen Daten nicht nur von einer Zeile des Detektorsystems stammende Daten, sondern von mehreren Zeilen des Detektorsystems gelieferte Daten zur Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes zu verwenden.

Sofern nur einerseits die Bedingung eingehalten ist, daß die kollimierten Schichtdicke bezüglich der die der Rekonstrukti­ on des Röntgenschattenbildes zugrunde liegenden Daten lie­ fernden Zeilen des Detektorsystems 2 mm nicht wesentlich übersteigt, und andererseits sichergestellt ist, daß im Falle einer Volumenabtastung in Form einer Spiralabtastung der Vor­ schub pro Umdrehung der Röntgenstrahlenquelle die Gesamtbrei­ te der die der Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes zu­ grunde liegenden Daten liefernden Detektorzeilen nicht über­ schreitet, sind also die Voraussetzungen für eine hohe Bild­ qualität des Röntgenschattenbildes gegeben.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß auf Basis der bei der Volumenabtastung gewonnenen Daten wenigs­ tens ein Schnittbild rekonstruiert wird und die Extraktion der Daten für das Röntgenschattenbild vor der Rekonstruktion des Schnittbildes erfolgt. Hierdurch ist sichergestellt, daß die im Zuge der Rekonstruktion des Schnittbildes stattfinden­ de Verarbeitung der bei der Volumenabtastung gewonnenen Daten ohne Einfluß auf die Bildqualität des Röntgenschattenbildes bleibt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für die Rekonstruktion des Schnittbildes die Daten mehrerer Zeilen des Detektorsys­ tems zusammengefaßt werden, beispielsweise um Schnittbilder von Schichten rekonstruieren zu können, deren Dicke größer als die Breite einer Detektorzeile ist. In diesem Falle bleibt nämlich die Zusammenfassung der Daten mehrerer Zeilen des Detektorsystems ohne Auswirkungen auf die Bildqualität des Röntgenschattenbildes.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können also schritthal­ tend, d. h. parallel zur Volumenabtastung, Röntgenschattenbil­ der hoher Qualität und Schnittbilder rekonstruiert und darge­ stellt werden.

Für den Fall, daß die Daten in Fächergeometrie aufgenommen werden, sieht eine Variante der Erfindung vor, daß zur Ver­ meidung bestimmter durch die Fächergeometrie bedingter Abbil­ dungsfehler des Röntgenschattenbildes eine Umrechnung der Da­ ten auf Parallelgeometrie erfolgt.

Um die Auflösung in Richtung der Systemachse zu verbessern, sieht eine Variante der Erfindung vor, Daten bezüglich der gewünschten Projektionsrichtung und einer zu dieser um 180° versetzten Projektionsrichtung zu extrahieren und zur Rekon­ struktion des Röntgenschattenbildes der gewünschten Projekti­ onsrichtung heranzuziehen, wobei es für den Fall, daß die Da­ ten in Fächergeometrie gewonnen werden, von Vorteil ist, be­ züglich der gewünschten Projektionsrichtung und der zu dieser um 180° versetzten Projektionsrichtung in der beschriebenen Weise auf Parallelgeometrie umgerechnete Daten zu verwenden, die demnach erst nach Umrechnung der Daten der Spiralabtas­ tung auf Parallelgeometrie extrahiert werden.

Für den Fall, daß das CT-Gerät ein Detektorsystem aufweist, dessen Zeilen Detektorelemente unterschiedlicher Breite auf­ weisen, und daß Daten von Zeilen mit Detektorelementen unter­ schiedlicher Breite extrahiert werden, sieht eine Ausfüh­ rungsform der Erfindung vor, daß die extrahierten Daten vor der Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes in mittels eines Detektorsystems mit äquidistanten Zeilen gleich breiter De­ tektorelemente gewonnene Daten umgerechnet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beigefüg­ ten schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in teils perspektivischer, teils blockschaltbildar­ tiger Darstellung ein zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens geeignetes CT-Gerät,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Gerät gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens veranschaulichende Diagramme, und

Fig. 5 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung eine Va­ riante der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens geeignetes CT-Gerät der 3. Generation dar­ gestellt. Dessen insgesamt mit 1 bezeichnete Meßanordnung weist eine insgesamt mit 2 bezeichnete Röntgenstrahlenquelle mit einer dieser vorgelagerten quellennahen Strahlenblende 3 (Fig. 2) und ein als flächenhaftes Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen - eines von diesen ist in Fig. 1 mit 4 bezeichnet - ausgebildetes Detektorsystem 5 mit einer diesem vorgelagerten detektornahen Strahlenblende 6 (Fig. 2) auf. Die Röntgenstrahlenquelle 2 mit der Strahlen­ blende 3 einerseits und das Detektorsystem 5 mit der Strah­ lenblende 6 andererseits sind in aus der Fig. 2 ersichtlicher Weise an einem Drehrahmen 7 einander derart gegenüberliegend angebracht, daß ein im Betrieb des CT-Geräts von der Röntgen­ strahlenquelle 2 ausgehendes, durch die einstellbare Strah­ lenblende 3 eingeblendetes, pyramidenförmiges Röntgenstrah­ lenbündel, dessen Randstrahlen mit 8 bezeichnet sind, auf das Detektorsystem 5 auftrifft. Dabei ist die Strahlenblende 6 dem mittels der Strahlenblende 3 eingestellten Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels entsprechend so eingestellt, daß nur derjenige Bereich des Detektorsystems 5 freigegeben ist, der von dem Röntgenstrahlenbündel unmittelbar getroffen wer­ den kann. Dies sind in dem in den Fig. 1 und 2 veranschau­ lichten Betriebszustand vier Zeilen von Detektorelementen. Daß weitere, von der Strahlenblende 6 abgedeckte Zeilen von Detektorelementen vorhanden sind, ist in Fig. 2 punktiert an­ gedeutet.

Der Drehrahmen 7 kann mittels einer nicht dargestellten An­ triebseinrichtung um eine mit Z bezeichnete Systemachse in Rotation versetzt werden. Die Systemachse Z verläuft parallel zu der z-Achse eines in Fig. 1 dargestellten räumlichen rechtwinkligen Koordinatensystems.

Die Spalten des Detektorsystems 5 verlaufen ebenfalls in Richtung der z-Achse, während die Zeilen, deren Breite b in Richtung der z-Achse gemessen wird und beispielsweise 1 mm beträgt, quer zu der Systemachse Z bzw. der z-Achse verlau­ fen.

Um ein Untersuchungsobjekt, z. B. einen Patienten, in den Strahlengang des Röntgenstrahlenbündel bringen zu können, ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel zu der Systemachse Z, also in Richtung der z-Achse verschiebbar ist, und zwar derart, daß eine Synchronisation zwischen der Rota­ tionsbewegung des Drehrahmens 7 und der Translationsbewegung der Lagerungsvorrichtung in dem Sinne vorliegt, daß das Ver­ hältnis von Translations- zu Rotationsgeschwindigkeit kon­ stant ist, wobei dieses Verhältnis einstellbar ist, indem ein gewünschter Wert für den Vorschub h der Lagerungsvorrichtung pro Umdrehung Drehrahmens gewählt wird.

Es kann also ein Volumen eines auf der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen Untersuchungsobjekts kann also im Zuge einer Vo­ lumenabtastung untersucht werden, wobei die Volumenabtastung in Form einer Spiralabtastung in dem Sinne vorgenommen wird, daß unter gleichzeitiger Rotation der Meßeinheit 1 und Trans­ lation der Lagerungsvorrichtung 9 mittels der Meßeinheit pro Umlauf der Meßeinheit 1 eine Vielzahl von Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wird. Bei der Spiralabtastung bewegt sich der Fokus F der Röntgenstrahlen­ quelle relativ zu der Lagerungsvorrichtung 9 auf einer in Fig. 1 mit 5 bezeichneten Spiralbahn.

Die während der Spiralabtastung aus den Detektorelementen je­ der Zeile des Detektorsystems 5 parallel ausgelesenen, den einzelnen Projektionen entsprechenden Meßdaten werden in ei­ nem Sequenzer 10 serialisiert und an einen Bildrechner 11 übertragen.

Nach einer Vorverarbeitung der Meßdaten in einer Vorverarbei­ tungseinheit 12 des Bildrechners 11 gelangt der resultierende Datenstrom zu einer Schnittbildrekonstruktionseinheit 13, die aus den Meßdaten Schnittbilder von gewünschten Schichten des Untersuchungsobjekts nach einem an sich bekannten Verfahren (z. B. 180LI- oder 360LI-Interpolation) rekonstruiert.

Um die Lage einer Schicht, bezüglich derer ein Schnittbild rekonstruiert werden soll, in z-Richtung bestimmen zu können, kann neben Schnittbildern auch ein Röntgenschattenbild aus den Meßdaten rekonstruiert werden. Dazu wird aus dem von dem Sequenzer 10 kommenden Datenstrom, und zwar bevor dieser zu der Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 gelangt, mittels ei­ ner Weiche 14 der zur Rekonstruktion eines Röntgenschatten­ bildes einer gewünschten Projektionsrichtung erforderliche Anteil der Meßdaten extrahiert und einer Röngtenschattenbild­ rekonstruktionseinheit 15 zugeführt, die aus den extrahierten Meßdaten nach einem bekannten Verfahren, ein Röntgenschatten­ bild rekonstruiert.

Die von der Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 und der Röntgenschattenbildrekonstruktionseinheit 15 während der Durchführung der Spiralabtastung rekonstruierten Schnitt- bzw. Röntgenschattenbilder werden parallel zu und synchron mit der Spiralabtastung auf einer an den Bildrechner 11 ange­ schlossenen Anzeigeeinheit 16, z. B. einem Videomonitor, dar­ gestellt.

Die Röntgenstrahlenquelle 2, beispielsweise eine Röntgenröh­ re, wird von einer Generatoreinheit 17 mit den notwendigen Spannungen und Strömen versorgt. Um diese auf die jeweils notwendigen Werte einstellen zu können, ist der Generatorein­ heit 17 eine Steuereinheit 18 mit Tastatur 19 zugeordnet, die die notwendigen Einstellungen gestattet.

Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des CT-Gerätes er­ folgt mittels der Steuereinheit 18 und der Tastatur 19, was dadurch veranschaulicht ist, daß die Steuereinheit 18 mit dem Bildrechner 11 verbunden ist.

Der Aufbau des Bildrechners 11 ist vorstehend in einer Weise beschrieben, als seien die Vorverarbeitungseinheit 12, die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13, die Weiche 14 und die Röntgenschattenbildrekonstruktionseinheit 15 Hardwarekompo­ nenten. Dies kann in der Tat so sein, in der Regel sind aber die genannten Komponenten durch Softwaremodule realisiert, die auf einem mit den erforderlichen Schnittstellen versehe­ nen Universalrechner laufen, der abweichend von der Fig. 1 auch die Funktion der Steuereinheit 18 übernehmen kann.

Wie die Extraktion der zur Rekonstruktion eines Röntgenschat­ tenbildes für eine bestimmte Projektionsrichtung benötigten Meßdaten erfolgt, ist anhand der Fig. 3 und 4 veranschau­ licht.

Die Fig. 3 zeigt für drei beispielhafte Projektionen die Po­ sitionen der Röntgenstrahlenquelle F', F'' und F''' sowie die zugehörigen Positionen des Detektorsystems 5', 5" und 5''' einmal in der xy-Ebene (rechte Seite) und einmal in der yz- Ebene (linke Hälfte der Figur) für den Fall, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, vier Zeilen des Detektorsystems 5 aktiv sind, wobei in Fig. 3 pro Zeile jeweils nur 4 Detektorelemente be­ rücksichtigt sind. In der yz-Ebene sind in den Positionen F' und F''' jeweils 4 Detektoren pro Detektorzeile erkennbar, in der Position F" sind 2 Detektorelemente je Detektorzeile verdeckt, d. h. es sind nur 2 erkennbar. Der Übersichtlichkeit halber ist dabei nur der Strahlengang eines Detektorelementes je Detektorzeile mit einer durchgezogener Linie gezeichnet. Die weiteren Detektorelemente sind mit einer punktierten Li­ nie gekennzeichnet. In der Darstellung der yz-Ebene ist durch den dem Detektorsystem 5 in den Positionen in den 5', 5" und 5''' zugeordnete Pfeile veranschaulicht, wohin, d. h. nur zur Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 oder zur Schnittbildre­ konstruktionseinheit 13 und zur Röntgenschattenbildrekon­ struktionseinheit 15, die den jeweiligen Projektionen ent­ sprechenden Meßdaten der einzelnen Zeilen des Detektorsystems 5 gelangen.

Der Ursprung des Koordinatensystems der Darstellung der Fig. 3 liegt übrigens auf der bewegten Lagerungsvorrichtung 9. So­ mit sind für unterschiedliche Röhrenpositionen F', F" und F''' unterschiedliche Positionen des Detektors 5', 5" und 5''' in der xy-Ebene und in der yz-Ebene erkennbar.

Aus der Fig. 3 wird deutlich, daß für alle aufgenommenen Pro­ jektionen die entsprechenden Meßdaten zu der Schnittbildre­ konstruktionseinheit 13 gelangen, während nur die der Projek­ tionsrichtung F" /5", bei der es sich um die gewünschte Pro­ jektionsrichtung des Röntgenschattenbildes mit Aufnahmerich­ tung "von vorn" handelt, entsprechenden Meßdaten zu der Rönt­ genschattenbildrekonstruktionseinheit 15 geleitet werden.

Es wird also deutlich, daß z. B. bei einer Ausdehnung der De­ tektorelemente in z-Richtung von 1 mm unabhängig davon, wie die Meßdaten von der Schnittbildrekonstruktionseinheit im weiteren verarbeitet werden, Röntgenschattenbilder hoher Bildqualität rekonstruiert werden können, solange der Vor­ schub der Lagerungsvorrichtung 9 in z-Richtung die Gesamt­ breite der vier aktiven Zeilen des Detektörsystems 5, also 4 mm, pro Umdrehung der Meßeinheit 1 nicht wesentlich über­ steigt, da dann das Untersuchungsobjekt in z-Richtung im we­ sentlichen lückenlos abgetastet wird.

Soll die Schnittbildrekonstruktionseinheit Schnittbilder von Schichten einer Dicke von 1 mm rekonstruieren, so zieht die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 alle Meßdaten heran.

Sollen dagegen Schnittbilder von Schichten größerer Dicke, beispielsweise 2 mm, rekonstruiert werden, so werden, wie in Fig. 4 für die yz-Ebene in zu der Fig. 3 analoger Weise ver­ anschaulicht ist, für die Rekonstruktion von Schnittbildern die Daten benachbarter Zeilen des Detektorsystems in an sich bekannter Weise geeignet zusammengefaßt. Dies ist in Fig. 4 durch mit "+"-Zeichen versehene Kästchen veranschaulicht, de­ nen jeweils die Daten von zwei Zeilen des Detektorsystems zu­ geführt sind und die jeweils nur ein den zusammengefaßten Meßdaten der beiden Zeilen entsprechendes Datum an die Schnittbildrekonstruktionseinheit 13 geben. Die zur Rekon­ struktion des Röntgenschattenbildes der Projektionsrichtung F" /5" werden jedoch extrahiert und der Röntgenschattenbild­ rekonstruktionseinheit 15 zugeführt, bevor die Zusammenfas­ sung der Meßdaten benachbarter Zeilen des Detektorsystem 5 erfolgt. Die Bildqualität des Röntgenschattenbildes bleibt somit von der Zusammenfassung von Meßdaten unbeeinträchtigt.

Im Interesse einer erhöhten Auflösung in z-Richtung besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, auch Meßdaten bei der Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes zu verwenden, die in einer Projektionsrichtung aufgenommen wurde, die um 180° gegen die gewünschte Projektionsrichtung des Röntgen­ schattenbildes versetzt ist. Mittels der Weiche 14 werden dann also nicht nur die der gewünschten Projektionsrichtung des Röntgenschattenbildes entsprechenden Meßdaten, sondern auch die Meßdaten der zu dieser um 180° versetzten Projekti­ onsrichtung extrahiert und der Röntgenschattenbildrekonstruk­ tionseinheit 15 zugeführt. In diesem Fall kann jedoch alter­ nativ dazu bei gleichbleibender Auflösung in z-Richtung der Vorschub der Lagerungsvorrichtung 9 in z-Richtung pro Umdre­ hung der Meßeinrichtung 1 über die Gesamtbreite der vier ak­ tiven Zeilen des Detektorsystems 5 hinaus, im Falle des be­ schriebenen Ausführungsbeispiels also über 4 mm hinaus, ge­ steigert werden.

Im Falle des CT-Gerätes gemäß den Fig. 1 und 2 werden die Meßdaten in Fächergeometrie gewonnen, d. h. bezüglich einer Zeile des Detektorsystems 5 werden die Meßdaten mittels eines von dem Fokus der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden fächer­ förmigen Teil-Röntgenstrahlenbündels gewonnen. Im Falle der Fächergeometrie treten geometrische Verzerrungen auf, da die Auflösung in der Nähe der Röntgenstrahlenquelle 2 größer als in der Nähe des Detektorsystems 5 ist. Diese Verzerrungen können vermieden werden, wenn von Fächergeometrie auf Paral­ lelgeometrie umgerechnet wird, d. h. aus den in Fächergeome­ trie vorliegenden Daten für mehrere Projektionsrichtungen für jeweils eine Projektionsrichtung Daten errechnet werden, die denjenigen Daten entsprechen würden, die man für diese Pro­ jektionsrichtung erhalten würde, wenn ein Röntgenstrahlenbün­ del mit parallelen Röntgenstrahlen auf die Detektorelemente fallen würde. Dieser als "Rebinning" bekannte Algorithmus kann im Rahmen der Erfindung sowohl für die Rekonstruktion von Schnittbildern als auch die Rekonstruktion von Röntgen­ schattenbildern, sei es mit oder ohne Heranziehung der zur gewünschten Projektionsrichtung um 180° versetzten Meßdaten, verwendet werden, und wird von der Vorverarbeitungseinheit 12 ausgeführt.

Die Generatoreinheit 17 gestattet übrigens folgende mittels der Steuereinheit einstellbare Betriebsarten:

• 1. Dauerbetrieb bei Spiralabtastung mit einer für die Erzeu­ gung von Schnittbildern parametrierten Röntgenleistung,
• 2. Dauerbetrieb bei Spiralabtastung mit einer für die Erzeu­ gung von Röntgenschattenbild parametrierten, gegenüber der Betriebsart 1 reduzierten Röntgenleistung,
• 3. Schaltbetrieb, in dem nur dann, wenn sich die Röntgen­ strahlenquelle in einer der gewünschten Projektionsrich­ tung für das Röntgenschattenbild entsprechenden Position befindet, strahlt die Röntgenstrahlenquelle einen Röntgen­ puls mit der für die Erzeugung von Röntgenschattenbildern parametrierte Röntgenleistung ab, und
• 4. Abschaltbetrieb, in dem die Röntgenstrahlenquelle nicht aktiviert ist.

So kann z. B. zu Beginn der Untersuchung in der Betriebsart 3 gearbeitet werden und nur das Röntgenschattenbild rekonstru­ iert und angezeigt werden.

Alternativ dazu können zu Beginn der Untersuchung in der Be­ triebsart 2 parallel Röntgenschattenbild- und Schnittbildre­ konstruktion durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden par­ allel an der Anzeigeeinheit 16 dargestellt. Aufgrund der re­ duzierten Röntgenleistung sind die Schnittbilder nur einge­ schränkt diagnostisch verwendbar.

Werden in der Betriebsart 2 oder 3 diagnostisch relevante Strukturen erreicht, so wird auf die Betriebsart 1 umgeschal­ tet, in der nun Meßdaten gewonnen werden, die aufgrund der nun höheren Röntgenleistung die Rekonstruktion von Schnitt­ bildern hoher Qualität ermöglichen, die gleichzeitig mit dem Röntgenschattenbild angezeigt werden.

Ist der diagnostisch relevante Bereich überstrichen so wird in Betriebsart 4 gewechselt und die Strahlung abgeschaltet.

In einer alternativen Betriebsart, die besonders für CT- Geräte von Bedeutung ist, deren Detektorsystem 5 eine große Breite in Richtung der Systemachse Z und damit große Anzahl von Zeilen aufweist, kann dann, wenn die Erstreckung des De­ tektorsystems 5 ausreicht, um den gesamten zu untersuchenden Bereich zu erfassen, auch auf eine Relativbewegung zwischen der Meßeinheit 1 und der Lagerungsvorrichtung 9 in Richtung der Systemachse Z und damit auf eine Spiralabtastung verzich­ tet werden. Dabei genügt es für den Fall, daß die Erstreckung des Detektorsystems 5 in Richtung der Systemachse Z größer ist als die entsprechende Erstreckung des zu untersuchende Bereichs, nur diejenigen Zeilen des Detektorsystems 5 zu ak­ tivieren, die zur Erfassung des untersuchenden Bereichs er­ forderlich sind.

Das CT-Gerät gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß das Detektorsystem 5 Zeilen auf­ weist, deren in z-Richtung gemessene Breite unterschiedlich ist. So sind in dem in Fig. 5 beispielhaft veranschaulichten Betriebszustand vier Zeilen von 1 mm Breite und beiderseits von diesen je eine Zeile mit 2 mm Breite aktiv.

In diesem Fall nimmt die Röntgenschattenbildrekonstruktions­ einheit 15 die Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes in der Weise vor, daß die durch Interpolation oder Gewichtung auf äquidistante, gleichbreite Zeilen umgerechnet wird. So kann durch Interpolation, z. B. auf 8 Zeilen von je 1 mm Brei­ te oder auf 6 Zeilen zu je 1,33 mm umgerechnet werden. Durch Gewichtung kann z. B. auf 6 Zeilen von je 1 mm Breite umge­ rechnet werden.

Es werden dabei also entsprechend der absoluten Breite der Detektorzeilen die Daten aus der Projektionsrichtung des Röntgenschattenbilds und, falls das Röntgenschattenbild aus Meßdaten in Parallelgeometrie rekonstruiert, aus benachbarten Projektionsrichtungen verwendet.

Wird durch die Breite einzelner bzw. aller Detektorzeilen die erreichbare Bildqualität in dem oben beschriebenen Sinne re­ duziert, so kann durch Verwendung der um 180° versetzten Da­ ten und die Uminterpolation der Fächerdaten der betroffenen Detektorzeilen die Auflösung der Röntgenschattenbildes in z- Richtung erhöht werden.

Falls dies diagnostisch wünschenswert ist, können gleichzei­ tig mehrere Röntgenschattenbilder in der beschriebenen Weise erzeugt werden, z. B. für zwei um 90° gegeneinander versetzten Projektionsrichtungen.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele wird die Re­ lativbewegung zwischen der Meßeinheit 1 und Lagerungsvorrich­ tung 9 jeweils dadurch erzeugt, daß die Lagerungsvorrichtung 9 verschoben wird. Es besteht im Rahmen der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, die Lagerungsvorrichtung 9 ortsfest zu lassen und statt dessen die Meßeinheit 1 zu verschieben. Au­ ßerdem besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, die notwendige Relativbewegung durch Verschiebung sowohl der Meßeinheit 1 als auch der Lagerungsvorrichtung 9 zu erzeugen.

Im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen finden CT-Geräte der dritten Generation Verwen­ dung, d. h. die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem werden während der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse verlagert. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit CT-Geräten der vierten Generation, bei denen nur die Röntgen­ strahlenquelle um die Systemachse verlagert wird und mit ei­ nem feststehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung fin­ den, sofern es sich bei dem Detektorsystem um ein flächenhaf­ tes Array von Detektorelementen handelt.

Auch bei CT-Geräten der fünften Generation, d. h. CT-Geräten, bei denen die Röntgenstrahlung nicht nur von einem Fokus, sondern von mehreren Foken einer oder mehrerer um die System­ achse verlagerter Röntgenstrahlenquellen ausgeht, kann das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden, sofern das De­ tektorsystem ein flächenhaftes Array von Detektorelementen aufweist.

Die im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen verwendeten CT-Geräte weisen ein Detektorsy­ stem mit nach Art einer orthogonalen Matrix angeordneten De­ tektorelementen auf. Die Erfindung kann aber auch im Zusam­ menhang mit CT-Geräten Verwendung finden, deren Detektorsys­ tem in einer anderen Weise flächenhaftes Array angeordnete Detektorelemente aufweist.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die medizinische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Medizin, bei­ spielsweise bei der Gepäckprüfung oder bei der Materialunter­ suchung, Anwendung finden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Computertomographie(CT)- Geräts, welches eine um eine Systemachse verlagerbare, Rönt­ genstrahlenquelle, ein ein flächenhaftes Array von in wenig­ stens im wesentlichen quer zur Richtung der Systemachse ver­ laufenden Zeilen und in Spalten angeordneten Detektorelemen­ ten umfassendes Detektorsystem zur Aufnahme der von der Rönt­ genstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlung und eine Lage­ rungsvorrichtung für ein Untersuchungsobjekt aufweist, wobei die Röntgenstrahlenquelle zur Durchführung einer Volumenabtas­ tung des Untersuchungsobjekts um die Systemachse verlagert wird und wobei die Erzeugung eines Röntgenschattenbildes des Untersuchungsobjekts mittels folgender Verfahrensschritte er­ folgt:

• a) Durchführung einer Volumenabtastung,
• b) Extraktion der zu einer gewünschte Projektionsrichtung ge­ hörigen Daten aus von mehreren Zeilen des Detektorsystems bei der Volumenabtastung gelieferten Daten, und
• c) Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes auf Basis der ex­ trahierten Daten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Volumenabtas­ tung in Form einer Spiralabtastung erfolgt, zu deren Durch­ führung die Lagerungsvorrichtung einerseits und die Röntgen­ strahlenquelle und das Detektorsystem andererseits bei Verla­ gerung der Röntgenstrahlenquelle um die Systemachse wenigs­ tens im wesentlichen in Richtung der Systemachse relativ zu­ einander verschiebbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem bei der Durchfüh­ rung der Volumenabtastung die Lagerungsvorrichtung einerseits und das Detektorsystem und die Röntgenstrahlenquelle anderer­ seits in Richtung der Systemachse eine feste Position relativ zueinander einnehmen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem auf Basis der bei der Volumenabtastung gewonnenen Daten wenigs­ tens ein Schnittbild rekonstruiert wird und die Extraktion der Daten für das Röntgenschattenbild vor der Rekonstruktion des Schnittbildes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem für die Rekonstruktion des Schnittbildes die Daten mehrere Zeilen des Detektorsys­ tems zusammengefaßt werden und die Zusammenfassung nach der Extraktion der Daten für das Röntgenschattenbild erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Daten in Fächergeometrie gewonnen, auf Parallelgeometrie um­ gerechnet und die zur Rekonstruktion des Röntgenschattenbil­ des erforderlichen Daten nach Umrechnung auf Parallelgeome­ trie extrahiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Daten bezüglich der gewünschten Projektionsrichtung und einer zu dieser um 180° versetzten Projektionsrichtung extrahiert und zur Rekonstruktion des Röntgenschattenbildes der gewünschten Projektionsrichtung herangezogen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, für ein CT- Gerät, dessen Detektorsystem Zeilen von Detektorelementen un­ terschiedlicher Breite aufweist, bei dem für den Fall, daß Daten von Zeilen mit Detektorelementen unterschiedlicher Breite extrahiert werden, die extrahierten Daten vor der Re­ konstruktion des Röntgenschattenbildes in scheinbar mittels eines Detektorsystems mit äquidistanten Zeilen gleichbreiter Detektorelemente gewonnene Daten umgerechnet werden.