DE3817148C2 - Computertomograph mit periodischer Fokusablenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Computertomographen mit einem eine Meßöffnung umschließenden Drehrahmen, auf dem ein von einer Reihe von Detektorelementen gebildeter Strahlendetektor und ein Röntgenstrahler für ein fächerförmiges, auf dem Strahlendetek­ tor auftreffendes Röntgenstrahlenbündel angeordnet sind und welcher zur Durchstrahlung des Untersuchungsobjektes unter ver­ schiedenen Richtungen um eine senkrecht zur Fächerebene liegen­ de, die Meßöffnung durchsetzende Achse drehbar ist, bei dem ein Rechner zur Erzeugung eines Querschnittsbildes des Untersu­ chungsobjektes aus den mit Hilfe eines Datenerfassungssystems erzeugten Meßwerten des Strahlendetektors vorhanden ist und bei dem eine Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung des Fokus des Röntgenstrahlers in der Fächerebene senkrecht zur Mittelsenk­ rechten des Strahlendetektors vorgesehen ist. Ein derartiger Computertomograph ist aus der DE 25 38 517 A1 bekannt.

In einem Computertomographen der genannten Art werden die Meß­ werte durch folgende zwei Parameter beschrieben:
α kennzeichnet die Winkelposition des Fokusschwerpunktes ge­ genüber einer festen Achse.
β ist der Winkel zwischen dem Zentralstrahl des Röntgenstrah­ lenbündels und der Verbindungslinie zwischen dem jeweiligen Fo­ kus und dem betrachteten Detektorelement.

Wenn der Fokus in dem Drehrahmen eine feste Position hat, also nicht abgelenkt wird, gibt es so viele verschiedene β-Werte wie Detektorelemente. Bei Realisierung einer periodischen Ab­ lenkung des Fokus um einen Punkt auf der Mittelsenkrechten des Detektors in Richtung senkrecht zu dieser Mittelsenkrechten kann man mit einem bestimmten Detektorelement Meßwerte für mehrere β-Werte gewinnen, also die Gesamtzahl der Meßwerte und damit die Bildauflösung erhöhen.

Es sei S(t) die mit der Zeit t periodische Auslenkung des Fokus mit S(t+T) = S(t) und

wenn T die Periodendauer der Fokusablenkung ist. Die Phase der Fokusablenkung sei so gewählt, daß

Der Fokusschwerpunkt im Intervall

ist also verschieden von dem Fokusschwerpunkt im Intervall

Mit Hilfe von Integratoren kann je Detektorelement ein Meßwert im ersten Intervall und ein weiterer Meßwert im zweiten Intervall gebildet werden. Bei geeigneter Wahl der Funktion S(t) läßt sich erreichen, daß die β-Werte des zweiten Intervalls zwischen den β-Werten des ersten Intervalls liegen.

Werden alle Meßwerte eines Intervalls gleichzeitig gebildet, müssen Speichermittel vorgesehen werden, in denen die am Ende eines Intervalls verfügbaren Meßwerte bis zur Ableitung von den jeweiligen Meßwerten zu proportionalen Digitalwerten gespeichert werden. Hierzu kann z. B. je ein Doppelintegrator für ein Detek­ torelement verwendet werden, der in den Zeitpunkten n · mit n = 1, 2, . . . umgeschaltet wird (n numeriert die Meßdaten­ sätze). Ein solches Datenerfassungssystem ist aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computertomo­ graphen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich ein einfach aufgebautes Datenerfassungssystem ergibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Da­ tenerfassungssystem so ausgebildet ist, daß die Meßwertbildung von Detektorelement zu Detektorelement zeitlich versetzt er­ folgt.

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

Fig. 1 einen Computertomographen nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Einzelheit des Computertomographen nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Drehrahmen 1 dargestellt, der eine Meß­ öffnung 2 umschließt und einen aus einer Reihe von Detektorele­ menten 3a usw. bestehenden Strahlendetektor 3 sowie einen Rönt­ genstrahler 4 für ein fächerförmiges, auf dem Strahlendetektor 3 auftreffendes Röntgenstrahlenbündel 5 trägt. Der Drehrahmen 1 ist zur Durchstrahlung eines Meßfeldes 6, in dem sich ein Un­ tersuchungsobjekt, z. B. ein Patient auf einer Liege, befindet, unter verschiedenen Richtungen um eine Achse 19 drehbar, welche senkrecht zur Fächerebene des Röntgenstrahlenbündels 5 die Meß­ öffnung 2 und damit das Meßfeld 6 durchsetzt. Ein Rechner 7 er­ zeugt aus den dabei mit Hilfe eines Datenerfassungssystems 8 ge­ wonnen Meßwerten des Strahlendetektors 3 ein Querschnittsbild des Untersuchungsobjektes. Dieses wird auf einem Sichtgerät 9 wiedergegeben.

Der Fokus 10 des Röntgenstrahlers 4 wird zur Erhöhung der Zahl der Meßwerte mit Hilfe einer Ablenkeinheit 11 in einem Röntgen­ generator 12 periodisch in Richtung des Doppelpfeils 13, also senkrecht zur Mittelsenkrechten 14 des Strahlendetektors 3, ab­ gelenkt.

In Fig. 1 ist für einen Fokusschwerpunkt der Winkel α und für das Detektorelement 3n der Winkel β eingezeichnet.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des Röntgenstrahlers 4 zur periodi­ schen Ablenkung des Röntgenstrahlenbündels 5. Eine Kathode 15 sendet einen Elektronenstrahl 16 auf eine Anode 17, von der das Röntgenstrahlenbündel 5 so ausgeht, daß die Fächerebene senk­ recht zur Zeichenebene liegt. Mit Hilfe von Ablenkspulen 18, die an der Ablenkeinheit 11 angeschlossen sind, erfolgt die pe­ riodische Fokusablenkung senkrecht zur Zeichenebene.

Es werden nicht alle Meßwerte gleichzeitig gebildet.

In einer ersten Ausführungsform werden je Detektorelement 3a usw. zwei Meßwerte innerhalb der Zeit einer Fokusablenkperiode gebildet. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß im Datener­ fassungssystem 8 nur ein einziger Analog/Digital-Umsetzer vor­ handen ist, dem die Analogsignale der einzelnen Meßkanäle der Reihe nach zugeführt werden. Der n-te Meßwert des Detektor­ elementes mit der Nummer v wird dann im Zeitbereich

gebildet mit v = 1, 2, . . . N_D, wobei N_D die Zahl der Detektor­ elemente ist. T ist die Periodendauer der Fokusablenkung, t die Zeit. Der Zeitabstand Δt zwischen zwei aufeinanderfolgenden A/D-Umsetzungen muß so klein sein, daß N_D · Δt die Zeit T nicht wesentlich überschreitet.

Die zu den verschiedenen v gehörenden Phasen der Meßwertbildung bezüglich der Fokusbewegung S(t) sind verschieden, es entstehen aber Meßwerte für 2 N_D verschiedene β-Werte: je Detektorele­ ment eine Menge von Meßwerten, bei denen der Fokusschwerpunkt in der einen Richtung ausgelenkt ist (z. B. Meßwerte mit geraden n) und eine zweite Menge von Meßwerten, bei denen der Fokus­ schwerpunkt in der anderen Richtung ausgelenkt ist (Meßwerte mit ungeraden n). Durch eine geeignete Interpolation zwischen diesen Werten kann man Projektionen erzeugen (das sind Meßwert­ sätze für einen festen Wert α und für viele äquidistant lie­ gende β-Werte), die mehr als N_D Werte enthalten (z. B. 2 N_D-Werte). Damit ergeben sich weniger Abtastfehler, als sie mit Projektionen gegeben sind, die N_D Meßwerte enthalten.

Wesentliches Merkmal ist also die Kombination einer periodi­ schen Ablenkung des Fokus 10 mit einer von Detektorelement zu Detektorelement zeitlich versetzten (Δt) Meßwertbildung.

Bei einer zweiten Ausführungsform werden je Detektorelement Meßwerte gebildet mit einer Frequenz, die mindestens gleich der vierfachen Fokusablenkfrequenz ist (bei der ersten Ausführungs­ form ist die Frequenz der Meßwertbildung exakt gleich der dop­ pelten Fokusablenkfrequenz). Die Zeitpunkte tvn, in denen die analogen Meßwerte eines Meßkanals v einem der vorhandenen A/D- Umsetzer zugeführt werden, müssen keine feste Phasenlage zur Fokusablenkung haben. Durch Messung der zeitlichen Lage von tvn bezüglich der periodischen Funktion S(t) wird festgestellt, wie groß die mittlere Fokusablenkung für das im Zeitpunkt tvn beendete Meßintervall ist. Durch eine geeignete Zusammenfassung der zur gleichen Halbperiode der Fokusablenkung gehörenden Da­ ten eines Meßkanals und gegebenenfalls eine Interpolation der so erzeugten Daten in β-Richtung können wiederum Projektionen mit mehr als N_D (z. B. 2 N_D) Werten je Projektion erzeugt werden.

Claims (4)

1. Computertomograph mit einem eine Meßöffnung (2) umschließen­ den Drehrahmen (1), auf dem ein von einer Reihe von Detektor­ elementen (3a . . . 3n . . .) gebildeter Strahlendetektor (3) und ein Röntgenstrahler (4) für ein fächerförmiges, auf den Strahlen­ detektor (3) auftreffendes Röntgenstrahlenbündel (5) ange­ ordnet sind und welcher zur Durchstrahlung des Untersuchungs­ objektes unter verschiedenen Richtungen um eine senkrecht zur Fächerebene liegende, die Meßöffnung (2) durchsetzende Achse (19) drehbar ist, bei dem ein Rechner (7) zur Erzeugung eines Querschnittsbildes des Untersuchungsobjektes aus den mit Hilfe eines Datenerfassungssystems (8) erzeugten Meßwerten des Strah­ lendetektors (3) vorhanden ist und bei dem eine Ablenkeinheit (11) zur periodischen Ablenkung des Fokus (10) des Röntgen­ strahlers (4) in der Fächerebene senkrecht zur Mittelsenkrech­ ten (14) des Strahlendetektors (3) vorgesehen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß das Datenerfas­ sungssystem (8) so ausgebildet ist, daß die Meßwertbildung von Detektorelement zu Detektorelement zeitlich versetzt erfolgt.

2. Computertomograph nach Anspruch 1 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßwertbildung in den gegeneinander versetzten Zeitbereichen erfolgt mit v = 1, 2 . . . N_D, wobei der Fokus für die Meßwerte mit geraden n in die eine Richtung ausgelenkt ist und für die Meßwerte mit ungeraden n in die andere Richtung.N_D = Zahl der Detektorelemente
v = Nummer des Detektorelements
n = Nummer des jeweiligen Meßwertes
T = Periodendauer der Fokusablenkung
t = Zeit
Δt = Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden A/D-Wand­ lungen.

3. Computertomograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit der A/D-Wandlungen keine Fokusauslenkung erfolgt.

4. Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß je Detektorelement (3a . . . 3n . . .) Meßwerte gebildet werden mit einer Frequenz, die minde­ stens viermal so groß ist wie die Fokusablenkfrequenz, wobei die Zeitpunkte tvn, in denen die analogen Meßwerte des v-ten Meß­ kanals einem der im Datenerfassungssystem (8) vorhandenen A/D- Umsetzer zugeführt werden, keine feste Phasenlage zur Fokusab­ lenkung haben müssen, daß durch Messung der zeitlichen Lage von tvn bezüglich der periodischen Funktion S(t) festgestellt wird, wie groß die mittlere Fokusablenkung für das im Zeitpunkt tvn beendete Meßintervall ist, und daß durch eine geeignete Zusammenfassung der zur gleichen Halbperiode der Fokusablenkung gehörenden Daten eines Meßkanals und gegebenenfalls eine Inter­ polation der so erzeugten Daten Projektionen mit mehr als N_D Werten je Projektion erzeugt werden, wobei N_D die Zahl der Detektorelemente ist.