DE10017345A1 - Fourth generation computer tomography equipment - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Computertomographie(CT)-Gerät der vierten Generation, das demnach eine um eine Systemachse be wegbare Strahlungsquelle, von deren Fokus ein Strahlungsbün del ausgeht, und ein relativ zu der Strahlungsquelle ortsfes tes ringförmiges Detektorsystem für die von der Strahlungs quelle ausgehende Strahlung aufweist.The invention relates to a computed tomography (CT) device fourth generation, which is therefore a system axis movable radiation source, the focus of which is a radiation beam del goes out, and a stationary relative to the radiation source ring-shaped detector system for the radiation source has outgoing radiation.
Bei derartigen CT-Geräten, deren Detektorsystem durch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Detektorelementen gebildet ist, wird eine sogenannte Projektion üblicherweise derart aufgenommen, dass der Röntgenstrahler um den Öffnungswinkel des Strahlenbündels, den sogenannten Fächerwinkel, um die Systemachse bewegt wird und die die jeweilige Projektion dar stellenden Messwerte mittels jeweils desselben Detektorele mentes gewonnen werden. Es wird also deutlich, dass anders als im Falle eines CT-Gerätes der dritten Generation, bei dem das Detektorsystem eine bogenförmige Anordnung von Detektor elementen aufweist und gemeinsam mit der Strahlungsquelle um die Systemachse bewegt wird, die zu einer Projektion gehöri gen Strahlen nicht durch unterschiedliche Detektorelemente verlaufen und sich in dem Fokus der Strahlungsquelle schnei den, sondern durch unterschiedliche Positionen des Fokus der Strahlungsquelle verlaufen und sich in einem Detektorelement schneiden.In such CT devices, the detector system by a Series of successive detector elements are formed a so-called projection is usually like this added that the X-ray tube by the aperture angle of the beam, the so-called fan angle, around the System axis is moved and which represents the respective projection measured values using the same detector element mentes can be won. So it becomes clear that different than in the case of a third generation CT device in which the detector system has an arcuate arrangement of detector has elements and together with the radiation source the system axis is moved that belongs to a projection rays due to different detector elements run and intersect in the focus of the radiation source the, but through different positions of the focus of the Radiation source and run in a detector element to cut.
Damit wird im Falle von CT-Geräten der vierten Generation der Vorteil erreicht, dass alle Strahlen einer Projektion mittels eines einzigen Detektorelementes gemessen werden, mit der Folge dass Exemplarstreuungen der Detektorelemente bezüglich einer Projektion keine Rolle spielen, somit geringere Anfor derungen an die Qualität der Detektorelemente zu stellen sind, und schließlich ein Detektorsystem eines CT-Geräts der vierten Generation trotz der größeren Anzahl von Detektorelementen kostengünstiger als ein Detektorsystem eines CT-Geräts der dritten Generation aufgebaut werden kann.This means that in the case of fourth generation CT devices Advantage achieved by using all rays of a projection of a single detector element can be measured with the Consequence that the sample elements are scattered with respect to play no role in a projection, therefore lower requirements to make changes to the quality of the detector elements and, finally, a detector system of a CT device which fourth generation despite the larger number of detector elements less expensive than a detector system of a CT device third generation can be built.
Mit diesem Vorteil geht jedoch der Nachteil einher, dass sich der um den Fächerwinkel ändernde Einstrahlwinkel, mit dem bei der Aufnahme einer Projektion Strahlung in das entsprechende Detektorelement einfällt ein Problem darstellt. Dem Detektor system kann nämlich, wenn überhaupt, nur ein Streustrahlen kollimator mit geringem Schachtverhältnis, d. h. ein sogenann ter Stummelkollimator, vorgesetzt werden, so dass die Gefahr von Einbußen in der Bildqualität infolge von Streustrahlung besteht und versucht werden muss, mit entsprechenden Algo rithmen eine rechnerische Streustrahlenkorrektur durchzufüh ren.This advantage is accompanied by the disadvantage that the angle of incidence changing by the fan angle with which the inclusion of a projection of radiation into the corresponding Detector element comes up with a problem. The detector system can only, if at all, only scatter radiation collimator with low shaft ratio, d. H. a so-called ter stub collimator, be placed so that the danger loss of image quality due to stray radiation exists and must be tried with the appropriate algo perform a mathematical correction of the scattered radiation ren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CT-Gerät der vierten Generation so auszubilden, dass negative Einflüsse auf die Bildqualität infolge von Streustrahlung zumindest vermindert sind.The invention has for its object a CT device fourth generation so that negative influences at least on the image quality due to scattered radiation are reduced.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein CT- Gerät der vierten Generation mit einer um eine Systemachse bewegbaren Strahlungsquelle, von deren Fokus ein Strahlungs bündel ausgeht, einem relativ zu der Strahlungsquelle orts festen ringförmigen Detektorsystem für die von der Strah lungsquelle ausgehende Strahlung und einem synchron mit der Strahlungsquelle um die Systemachse bewegbaren Streustrahlen kollimator mit auf den Fokus der Strahlungsquelle ausgerich teten Kollimatormitteln.According to the invention, this object is achieved by a CT Fourth generation device with one around a system axis movable radiation source, the focus of which is a radiation bundle goes out, one relative to the radiation source fixed annular detector system for that of the beam outgoing radiation and a synchronous with the Radiation source movable scattering rays around the system axis Collimator aligned with the focus of the radiation source collimating agents.
Im Falle der Erfindung wird also der Streustrahlenkollimator gemeinsam mit der Strahlungsquelle um die Systemachse bewegt, mit der Folge, dass sich die Position des Fokus der Strah lungsquelle relativ zu den Kollimatormitteln nicht ändert und somit große Schachtverhältnisse realisiert werden können. In the case of the invention, the stray radiation collimator moved around the system axis together with the radiation source, with the result that the position of the focus of the beam Source of change does not change relative to the collimator means and thus large shaft ratios can be realized.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlungsquelle und der Streustrahlenkollimator an einem relativ zu dem Detektorsystem drehbaren Träger angebracht. Es ist so auf einfache Weise gewährleistet, dass die Ausrichtung der Kollimatormittel auf den Fokus während der gemeinsamen Bewegung von Strahlungsquelle und Streustrahlenkollimator er halten bleibt.According to a preferred embodiment of the invention the radiation source and the scattered radiation collimator in one Mounted rotatable relative to the detector system. It is so easily ensured that the alignment the collimator means to focus during the common Movement of radiation source and stray radiation collimator lasts.
Als Kollimatormittel sind gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung auf den Fokus der Strahlungsquelle ausgerichtete Kollimatorplatten vorgesehen, die vorzugsweise analog zu den Kollimatorplatten eines Streustahlenkollimators eines CT-Gerätes der dritten Generation ausgebildet sind. Die Kollimatormittel bestehen aus einem die von der Strahlungs quelle ausgehende Strahlung stark schwächenden Material, im Falle von Röntgenstrahlung z. B. Wolfram.According to a further preferred collimating agent Variant of the invention on the focus of the radiation source aligned collimator plates are provided, which preferably analogous to the collimator plates of a scattered-beam collimator of a third generation CT device. The Collimator means consist of one of the radiation source outgoing radiation strongly weakening material, in Case of x-rays e.g. B. Tungsten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the accompanying shown schematic drawings. Show it:
Fig. 1 in teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein erfindungsgemäßes CT-Gerät der vierten Generation im Längsschnitt, und Fig. 1 in partial block diagram representation of a fourth-generation CT device according to the invention in longitudinal section, and
Fig. 2 eine Ansicht des CT-Gerätes gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils II. Fig. 2 is a view of the CT device of FIG. 1 in the direction of arrow II.
Das erfindungsgemäße CT-Gerät weist gemäß den Fig. 1 und 2 einen Drehrahmen 1 auf, der mit Hilfe eines Motors 2 um eine Systemachse gedreht werden kann. An dem Drehrahmen 1 ist als Strahlungsquelle ein Röntgenstrahler 4 mit einer schematisch angedeuteten Primärstrahlenblende 5 befestigt.The present invention has CT apparatus according to FIGS. 1 and 2, a rotating frame 1 which can be rotated by a motor 2 about a system axis. An X-ray emitter 4 with a schematically indicated primary beam diaphragm 5 is attached to the rotating frame 1 as the radiation source.
Die Primärstrahlenblende 5 ein von dem Fokus F des Röntgen strahlers 4 ausgehendes Röntgenstrahlenbündel 7 fächerförmig einblendet. Die Mittelebene des Röntgenstrahlenbündels 7, dessen Öffnungs- oder Fächerwinkel in Fig. 2 mit α bezeichnet ist, steht senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1. Auch die aus Fig. 1 ersichtliche Dicke des Röntgenstrahlenbündels 7 wird durch die Primärstrahlenblende 5 eingeblendet.The primary beam diaphragm 5 shows an X-ray beam 7 emanating from the focus F of the X-ray emitter 4 in a fan shape. The central plane of the X-ray beam 7 , the opening or fan angle of which is designated by α in FIG. 2, is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1. The thickness of the X-ray beam 7 shown in FIG. 1 is also faded in by the primary beam diaphragm 5 .
Das Röntgenstrahlenbündel 7 durchdringt ein in Fig. 2 mit 8 bezeichnetes kreisförmiges Messfeld, in dem eine Liege 9 mit einem Patienten 10 angeordnet ist.The x-ray beam 7 penetrates a circular measuring field, designated 8 in FIG. 2, in which a couch 9 with a patient 10 is arranged.
Bei dem erfindungsgemäßen CT-Gerät handelt es sich um ein CT- Gerät der vierten Generation. Demnach ist ein bezüglich des Drehrahmens 1 und damit bezüglich des Röntgenstrahlers 4 sta tionäres ringförmiges Detektorsystem 6 vorgesehen, bei dem es sich in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise um eine Aneinanderreihung einzelner Detektorelemente handelt, die we nigsten eine Zeile von Detektorelementen umfasst. Diese wan deln die empfangene Röntgenstrahlung in entsprechende elekt rische Signale um, welche einem Rechner 11 zugeführt sind, der daraus ein Bild des Patienten 10 rekonstruiert, welches auf einem Monitor 12 wiedergegeben wird.The CT device according to the invention is a fourth generation CT device. Accordingly, a with respect to the rotating frame 1 and thus with respect to the X-ray emitter 4 sta tionary annular detector system 6 is provided, which is a sequence of individual detector elements, which comprises at least one row of detector elements, in a manner not known per se. These convert the received X-rays into corresponding electrical signals, which are fed to a computer 11 , which reconstructs an image of the patient 10 therefrom, which is displayed on a monitor 12 .
Der Röntgenstrahler 4 und der Motor 2 werden von in den Figu ren nicht dargestellten elektrischen Versorgungseinheiten mit den erforderlichen Spannungen und Strömen versorgt, wobei diese Versorgungseinheiten von dem Rechner 11 gesteuert wer den, der in den Figuren nicht dargestellte Bedienelemente, beispielsweise eine Tastatur, aufweist, so dass es einer Be dienperson möglich ist, das CT-Gerät zu bedienen.The X-ray emitter 4 and the motor 2 are supplied with the required voltages and currents by electrical supply units (not shown in the figures), these supply units being controlled by the computer 11 , which has operating elements (not shown in the figures), for example a keyboard, so that an operator is able to operate the CT device.
Mit Hilfe des CT-Gerätes können beispielsweise Transversal schichtbilder von bestimmten Schichten des Patienten 10 er zeugt werden. Hierzu wird der Drehrahmen 1 für die Abtastung einer Schicht um 360°, wenigstens aber um 180° plus Fächer winkel α gedreht. Die Anzahl der gleichzeitig aufnehmbaren Schichten entspricht der Anzahl von Zeilen von Detektorele menten. With the aid of the CT device, for example, transversal slice images of certain slices of the patient 10 can be generated. For this purpose, the rotating frame 1 is rotated for scanning a layer by 360 °, but at least by 180 ° plus fan angle α. The number of layers that can be recorded simultaneously corresponds to the number of rows of detector elements.
Um Einbußen an Bildqualität, die durch die bei der Durchfüh rung einer Untersuchung auftretende Streustrahlung verursacht sind, zu vermeiden bzw. zu vermindern, ist im Falle des er findungsgemäßen CT-Gerätes an dem Drehrahmen 1 ein Streustrahlenkollimator 13 angebracht. Dieser weist eine in ihrer Größe an den Querschnitt des fächerförmigen Röntgen strahlenbündels 7 angepasste Kollimatoröffnung 14 auf, in die aus in der Fig. 2 ersichtlicher Weise auf den mit F bezeich neten Fokus des Röntgenstrahlers 4 ausgerichtete ebene Kolli matorplatten 15 angeordnet sind, die demnach in parallel zu der Systemachse 3 und durch den Fokus F verlaufenden Ebenen liegen.In order to avoid or reduce losses in image quality caused by the scattered radiation occurring when an examination is carried out, a scattered radiation collimator 13 is attached to the rotating frame 1 in the case of the CT device according to the invention. This has a size adapted to the cross-section of the fan-shaped X-ray beam 7 collimator opening 14 , in which, as shown in FIG. 2, the collimator plates 15 aligned with the focus of the X-ray emitter 4 designated with F are arranged, which are accordingly arranged in lie parallel to the system axis 3 and planes running through the focus F.
Die z. B. aus Blech geeigneten, d. h. Röntgenstrahlung stark schwächenden, Materials, z. B. Wolfram, gebildeten Kollima torplatten 15 sind in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet und weisen eine in radialer Richtung gemessene Breite auf, die unter Berücksichtigung des mittleren Abstan des zwischen benachbarten Kollimatorplatten 15 so groß ge wählt ist, dass sich ein Schachtverhältnis, d. h. ein Verhält nis von Breite einer Kollimatorplatte zu dem mittleren Ab stand zwischen zwei benachbarten Kollimatorplatten, von min destens 10, vorzugsweise aber größer als 10 ergibt.The z. B. suitable from sheet metal, that is, X-rays strongly weakening material, eg. B. tungsten, collimated gate plates 15 are arranged at equal angular intervals from one another and have a width measured in the radial direction, which is so large ge taking into account the average distance between adjacent collimator plates 15 that a shaft ratio, ie a ratio from the width of a collimator plate to the middle From stood between two adjacent collimator plates, at least 10, but preferably greater than 10 results.
Letztlich kann der Streustrahlenkollimator 13 genau den glei chen Aufbau aufweisen wie der Streustrahlenkollimator eines vergleichbaren CT-Gerätes der dritten Generation.Ultimately, the stray radiation collimator 13 can have exactly the same structure as the stray radiation collimator of a comparable third-generation CT device.
Mit dem erfindungsgemäßen Gerät können nicht nur Untersuchun gen vorgenommen werden, bei denen die Position von Röntgen strahler 4, Detektorsystem 6 und Streustrahlenkollimator 13 einerseits und der Liege 9 mit dem Patienten 10 andererseits in Richtung der Systemachse 3 relativ zueinander ortsfest sind, sondern auch solche, als Spiralabtastung bezeichnete Untersuchungen durchgeführt werden, bei denen unter gleich zeitiger Rotation von Röntgenstrahler 4 und Streustrahlenkol limator 13 der Röntgenstrahler 4, das Detektorsystem 6 und der Streustrahlenkollimator 13 einerseits und die Liege 9 mit dem Patienten 10 andererseits in Richtung der Systemachse re lativ zueinander verschoben werden.With the device according to the invention, not only can examinations be carried out in which the position of the x-ray emitter 4 , detector system 6 and scattered radiation collimator 13 on the one hand and the bed 9 with the patient 10 on the other hand are stationary relative to one another in the direction of the system axis 3 , but also those Studies referred to as spiral scanning are carried out, in which with simultaneous rotation of the X-ray emitter 4 and the anti-scattering limiter 13, the X-ray emitter 4 , the detector system 6 and the anti-scattering collimator 13 on the one hand and the couch 9 with the patient 10 on the other hand are moved relative to one another in the direction of the system axis .
Weiter besteht die Möglichkeit, abweichend von der Darstel lung der Zeichnungen Untersuchungen durchzuführen, bei denen der Drehrahmen 1 und das Detektorsystem 6 eine relativ zur Längsachse der Liege 9 geneigte Position einnehmen, so dass anders als im Falle der Figuren die Längsachse der Liege nicht rechtwinklig zur Mittelebene des Röntgenstrahlenbündels 7 steht.There is also the possibility, deviating from the presen- tation of the drawings, to carry out examinations in which the rotating frame 1 and the detector system 6 assume a position inclined relative to the longitudinal axis of the couch 9 , so that, unlike in the case of the figures, the longitudinal axis of the couch is not at right angles to Middle plane of the X-ray beam 7 is.
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