DE69433045T2

DE69433045T2 - Computertomograph

Info

Publication number: DE69433045T2
Application number: DE69433045T
Authority: DE
Inventors: Yasuo 1-1 Shibaura 1-chome Nobuta; Yusuke 1-1 Shibaura 1-chome Toki; Manabu 1-1 Shibaura 1-chome Hiraoka; Naoki 1-1 Shibaura 1-chome Sugihara; Masahiro 1-1 Shibaura 1-chome Ozaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1994-11-23
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2014-11-24
Also published as: US5513237A; DE69433045D1; DE69425631D1; EP0953942A3; US5608772A; US5627868A; JP2000189414A; EP0953942A2; EP0655713A3; DE69425631T2; EP0655713B1; US5566218A; EP0655713A2; EP0953942B1; JP3350505B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Computertomographievorrichtung. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Computertomographievorrichtung, die ein fortlaufendes Abtasten erlaubt.
Allgemein führt eine Computertomographievorrichtung (CT) die drei Prozesse des Abtastens, der Bildrekonstruktion und der Bildanzeige in zeitlicher Abfolge aus. Projektionsdaten, die aus vielen Richtungen erfaßt werden, während sich eine Röntgenstrahlröhre dreht oder sich die Röntgenstrahlröhre und ein Detektorfeld zusammen drehen, werden digitalisiert, dann einer Vorverarbeitung wie einer Kalibrierung unterworfen und zeitweilig als Rohdaten in einem Speicher mit großem Volumen wie einem Magnetplattenspeicher gespeichert.
Zum Zeitpunkt der Bildrekonstruktion werden die Rohdaten aus dem Magnetplattenspeicher ausgelesen, und dann über einen Speicher in eine Rekonstruktionseinheit eingelesen. Die Tomographiebilddaten, die in der Rekonstruktionseinheit rekonstruiert werden, werden auf einem Magnetplattenspeicher gespeichert und als ein Videosignal an einen Kathodenstrahlröhren(CRT)monitor über einen Anzeigespeicher übertragen.
Das Einbringen von Schleifringen hat ermöglicht, daß eine fortlaufende Abtastung ausgeführt wird. Diese fortlaufende Abtastung ermöglicht, daß mehrdirektionale Projektionsdaten für einen einzelnen Schnitt oder für mehrere Schnitte in zeitlicher Abfolge erhalten werden. Die mehrdirektionalen Projektionsdaten werden aus dem Magnetplattenspeicher in die Rekonstruktionseinheit mit einem frei wählbaren Zeitablauf eingelesen und dann für die Bildrekonstruktion, wie oben beschrieben wurde, verwendet. Die Zeit, die für die Bildrekonstruktion benötigt wird, ist länger als die Abtastzeit, und die Zeit, die es benötigt, um auf den Magnetplattenspeicher zu schreiben und einen Zugriff auf diesen zu machen, ist lang. Es ist daher unmöglich, die Tomographiebilder in Echtzeit aufeinanderfolgend wie Filmbilder anzuzeigen, während eine fortlaufende Abtastung ausgeführt wird.
Die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung bei der Bildrekonstruktion wurde in den vergangenen Jahren betrachtet und erreicht den Zustand der praktischen Verwendung. Daher ist von der CT-Vorrichtung erwartet worden, daß sie Tomographiebilder in Echtzeit aufeinanderfolgend anzeigt, während eine fortlaufende Abtastung ausgeführt wird. Jedoch sind die langen Speicher- und Zugriffszeiten des Magnetplattenspeichers ein ernstes Hindernis bei der praktischen Verwendung der Hochgeschwindigkeitsverarbeitung bei der Bildrekonstruktion. Des weiteren tritt der Wartezustand unregelmäßig beim Schreiben auf und beim Zugreifen auf den Magnetplattenspeicher auf. Daher variiert das Zeitintervall zwischen einer Abtastung und der Anzeige eines Tomographiebildes unregelmäßig, was es unmöglich macht, die internen Bewegungen eines Schnittes eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, zu reproduzieren.
Nebenbei treten die folgenden Probleme in Verbindung mit der Verwendung einer Echtzeit-Röntgenstrahl-CT-Vorrichtung in einem klinischen Umfeld auf. Das erste Problem ist, daß es für einen Bediener eine lange Zeit benötigt, um einen Schnitt oder Querschnitt von Interesse eines Subjektes, das untersucht wird, in einer Position durch manuelles Bewegen einer Platte, auf der das Subjekt liegt, zu plazieren, während er einen Querlichtstrahl, der von einem Projektor auf das Subjekt projiziert wird, beobachtet. Das zweite Problem ist, daß, wenn eine Abtastung, die die Bewegung der Platte beinhaltet (z. B. eine helixförmige Abtastung, eine Mehrschnittabtastung oder ähnliches) unterbrochen wird, es eine lange Zeit benötigt, um sie erneut zu starten. Dies ist so aufgrund der Tatsache, daß es zum Zeitpunkt des erneuten Startens ein gehöriges Stück Arbeit benötigt, um die Platte manuell so zurück in ihre Position zu setzen, daß ein Schnitt von Interesse in der Position zum Zeitpunkt des Unterbrechens der Abtastung plaziert sein wird.
Die US-A-4 789 929 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Computertomographiegeräts, welches zum Zeitpunkt des Neustartes des Computertomographen nach einem Aussetzen desselben eine obere Platte automatisch zurückbringt an eine Position, an der ein zu untersuchendes Subjekt liegt, so dass ein Schnitt des Subjekts, der von Interesse ist, an der Position zum Zeitpunkt der Aussetzung der Tomographie platziert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung liefert ein Computertomographiegerät, wie es in den Ansprüchen definiert ist.
Gemäß dem Computertomographiegerät nach Anspruch 1, wenn die Erfassung von Projektionsdaten unterbrochen wird, kann der obere Tisch automatisch zurückkehren, so dass der Schnitt, für welchen die letzten Tomographiebilddaten erfasst worden sind, in der Tomographieposition platziert wird. Die, Erfassung der Projektionsdaten kann folglich sofort wiedergestartet werden.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, von denen:
1 eine Ablaufdarstellung für den Einzelabtastungsmodus in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Außenansicht einer Röntgenstrahl-Computertomographievonichtung ist;
3 eine schematische Illustration der Struktur des Portals ist, das in 1 gezeigt ist;
4 eine Blockdarstellung einer CT-Steuereinheit ist;
5 die Prozedur des fortlaufenden Abtastmodus illustriert;
6 die Prozedur von der Datenerfassung bis zur Anzeige für ein einzelnes Tomographiebild illustriert;
7A und 7B den Zeitablauf illustrieren, durch den die Datenerfassung und die Anzeige während einer fortlaufenden Abtastung ausgeführt werden;
8 eine Modifikation der Steuereinheit aus 4 illustriert;
9 gepulste Röntgenstrahlen illustriert, die zum Reduzieren der Bestrahlungsmenge eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen verwendet werden;
10 ein Filter illustriert, das zum Reduzieren der Bestrahlungsmenge eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen angepaßt ist;
11 eine Blockdarstellung einer Computertomographievorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
12 ein Beispiel eines Anzeigeschirms illustriert;
13 einen Zeitablauf illustriert, durch welchen Betriebsabläufe des Drehens der Dreheinheit, des Emittierens von Röntgenstrahlen, des Bewegens der Platte, und des Neigens des Portals ausgeführt werden;
14 eine Neigung des Portals illustriert;
15 eine Blockdarstellung einer Computertomographievorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
16A und 16B einen Umlauf der Röntgenstrahlröhre um einen menschlichen Körper, der untersucht wird, in einer helixförmigen Abtastung illustrieren.
Unter Bezugnahme auf 2, es wird schematisch eine Computertomographievorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Diese Computertomographievorrichtung besteht aus einem Portal 1, einer Couch 2 und einer Bedienungskonsole 3. Das Portal 1 weist eine zentrale Öffnung 4 auf, durch welche einem menschlichen Körper, der untersucht wird, ermöglicht wird, einzutreten. Die Couch 2 ist vor dem Portal 1 plaziert, wobei sie elektrisch so antreibbar ist, daß ihre Höhe eingestellt werden kann. Oben auf der Couch 2 ist eine gleitend bewegbare Platte 5 plaziert, auf der das Subjekt, das untersucht wird, liegen soll. Die Platte 5 wird elektrisch zur Bewegung auf der Oberseite der Couch in Richtung des Portals 1 angetrieben. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist das Portal 1 unten mit Rollen versehen, so daß es manuell in Richtung der Couch 2 bewegt werden kann. Der Grund ist, daß die Tomographie gleichzeitig mit einer Operation verwendet werden kann und daß es in diesem Fall vom Gesichtspunkt der Sicherheit aus wünschenswert ist, einen Schnitt von Interesse des menschlichen Körpers in einer Position zur Untersuchung durch Bewegen des Portals 1 anstelle einer Bewegung der Platte 5 zu positionieren. Natürlich kann die Platte bewegt werden, um den Schnitt in Position zu plazieren. Bemerke, daß bei dem fortlaufenden Abtastmodus die Schnittposition im allgemeinen nur durch Bewegen der Platte 5 geändert wird.
Auf der Oberseite der Konsole 3 sind eine Tastatur (eine Maus kann enthalten sein) 6 und ein CRT-Monitor 7 plaziert. Eine Steuereinheit ist in der Konsole 3 untergebracht. Die Steuereinheit ist sowohl mit dem Portal 1 als auch mit der Couch 2 verbunden.
Wie in 3 gezeigt ist, das Portal 1 enthält -in sich eine Röntgenstrahlröhre 12, die einen Röntgenstrahl in der Form eines Fächers auf ein Subjekt 10, das untersucht wird, das auf der Platte 5 liegt, emittiert und ein Mehrkanal-Röngtenstrahl-Detektorfeld 16, das eine große Anzahl von Detektorelementen aufweist, die in der Form eines kreisförmigen Bogens mit der Mitte in dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre angeordnet sind, und die Röntgenstrahlen, die durch das Subjekt 10 hindurchgelassen werden, detektiert. Die Röntgenstrahlröhre und das Röntgenstrahl-Detektorfeld werden durch ein sich drehendes Teil so gehalten, daß sie eine fortlaufende Drehung um das Subjekt 10 machen können, während sie einander anblicken, wobei das Subjekt zwischen ihnen angeordnet ist. Die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld sind elektrisch mit einem feststehenden Teil über Schleifringe verbunden. Dadurch können die mehrdirektionalen Projektionsdaten über das Subjekt 10, die zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes benötigt werden, fortlaufend erfaßt werden, so lange die Röntgenstrahlröhre 12 und das Detektorfeld 16 eine fortlaufende Drehung um das Subjekt machen. Wenn die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld um denselben Schnitt eines menschlichen Körpers rotieren, kann eine sogenannte dynamische Abtastung gemacht werden, durch welche Änderungen in einem Tomographiebild aufgrund des Einfließens oder des Herausfließens eines Kontrastmediums verfolgt werden können. Wenn eine Änderung von einem Schnitt zu einem anderen synchron mit der Drehung der Röntgenstrahlröhre und des Detektorfeldes gemacht wird, wird eine sogenannte helixförmige Abtastung gemacht. Die Computertomographievorrichtung dieses Typs wird als eine Computertomographievorrichtung der dritten Generation (R/R-Typ) bezeichnet. Die CT-Vorrichtung ist nicht auf diesen Typ begrenzt. Es kann Verwendung von einer CT-Vorrichtung der vierten Generation (R/S-Typ) gemacht werden, bei der die Röntgenstrahl-Detektorelemente so angeordnet sind, daß sie ein Subjekt, das untersucht wird, über einen Bereich von 360° umgeben, und eine Röntgenstrahlröhre alleine gedreht wird, oder von einer CT-Vorrichtung der fünften Generation (S/S-Typ), bei der zusätzlich zu den Röntgenstrahl-Detektorelementen eine Anzahl von Röntgenstrahlröhren so angeordnet sind, daß sie ein Subjekt, das untersucht wird, über einen Bereich von 360° umgeben.
In dem Portal 1 ist eine Röntgenstrahlerzeugungsvonichtung 14 installiert, die mit der Röntgenstrahlröhre 12 über Schleifringe verbunden ist und einen Röhrenstrom und eine Röhrenspannung an die Röntgenstrahhöhre fortlaufend oder in der Form eines Pulses liefert, wodurch die Röntgenstrahlröhre zur Emission von Röntgenstrahlen gebracht wird. Außerdem ist ein Datenerfassungssystem (DAS) 18 in dem Portal 1 installiert und mit dem Detektorfeld 16 verbunden. Dieses Datenerfassungssystem 18 besteht aus Integratoren zum Integrieren von Ausgangssignalen der entsprechenden Detektorelemente in dem Detektorfeld 16, einem Multiplexer zum Einlesen von Ausgangssignalen der entsprechenden Integratoren mit hoher Geschwindigkeit in serieller Form auf einer Kanal-um-Kanal-Basis und ein Analog-zu-Digital-Wandler zum Wandeln eines Ausgangssignals des Multiplexers in ein digitales Signal, wodurch Projektionsdaten ausgegeben werden, in denen, die Röntgenstrahltransmission jedes Röntgenstrahlwegs (Kanal) wiedergespiegelt ist.
4 ist eine Blockdarstellung der Steuereinheit 20 innerhalb der Konsole 3. Eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 22 ist vorgesehen, die als ein Host-Controller dient. Ein Steuerbus 24 und ein Datenbus 26 sind mit der CPU 22 gekoppelt. Die CPU 22 weist eine eingebaute Taktschaltung 42 auf und steuert die Betriebsabläufe und den Zeitablauf jeder der Komponenten in der Steuereinheit 20 mittels Taktpulsen von der Taktschaltung. Mit dem Steuerbus 24 sind eine Vorverarbeitungseinheit 28, eine Plattenschnittstelle (Disk I/F) 30, eine Wiederherstellungseinheit 32 und ein Anzeigespeicher 34 verbunden. Die Tastatur 6 und die Röntgenstrahlröhre 14, die oben beschrieben wurden, sind ebenfalls mit dem Steuerbus 24 verbunden. Mit dem Datenbus 26 sind die Vorverarbeitungseinheit 28, die Disk I/F 30, die Rekonstruktionseinheit 32, der Anzeigespeicher 34 und ein Speicher 36 verbunden. Mit der Disk I/F 30 ist ein Magnetplattenlaufwerk 38 verbunden, das als ein Speicher mit großem Volumen dient. Das Datenerfassungssystem 18 ist mit der Vorverarbeitungseinheit 28 verbunden. Die Projektionsdaten von dem Daten erfassungssystem 18 werden einer Vorverarbeitung wie einer Kalibrierung in der Vorverarbeitungseinheit unterworfen und dann zeitweilig in den Speicher 36 wie einen DRAM geschrieben. Die Projektionsdaten werden aus dem Speicher 36 in die Rekonstruktionseinheit 32 gelesen, die Tomographiebilddaten aus den mehrdirektionalen Projektionsdaten rekonstruiert. Die resultierenden Bilddaten werden zeitweilig in den Anzeigespeicher 34 wie einen DRAM geschrieben. Die Bilddaten werden dann aus dem Speicher 34 gelesen und in den CRT-Monitor 7 geliefert, wodurch ein Tomographiebild angezeigt wird. Die Bilddaten, die aus dem Anzeigespeicher 34 gelesen werden, werden auch auf eine Magnetplatte in dem Plattenlaufwerk 38 über die Disk I/F 30 geschrieben.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Ablaufdarstellung für den fortlaufenden Abtastmodus. 5 illustriert den Ablauf der Betriebsabläufe von dem Abtasten bis zur Anzeige in dem fortlaufenden Abtastmodus. Wie oben beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung weist Filmmodi und Einzelabtastmodi als die Betriebsmodi auf, von denen einer wie gewünscht durch einen Bediener über die Tastatur 6 ausgewählt wird.
Wenn ein Betrieb gestartet wird, beginnen die Röntgenstrahlröhre 12 und das Detektorfeld 16, sich fortlaufend zu drehen, wodurch eine fortlaufende Abtastung gestartet wird. Die fortlaufende Abtastung ist definiert durch fortlaufendes Wiederholen eines Abtastbetriebes. Der Abtastbetrieb ist definiert als ein Betrieb zum Erfassen von mehrdirektionalen Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes erforderlich sind, während die Röntgenstrahlröhre 12 und das Detektorfeld 16 gedreht werden. Während der fortlaufenden Abtastung kann die Schnittposition fixiert sein oder geändert werden. Wie später beschrieben wird, werden entsprechend der vorliegenden Ausführungsform die Datenerfassung, die Bildrekonstruktion und die Bildanzeige mit hoher Geschwindigkeit als ein Satz von Betriebsabläufen ausgeführt, und das Zeitintervall (Zeitunterschied) von dem Zeitpunkt, zu dem ein Abtastbetrieb ausgeführt wird, um Projektionsdaten für ein einzelnes Bild zu erfassen, zu dem Zeitpunkt, wenn dieses Bild angezeigt wird, ist derselbe für alle Abtastbetriebsabläufe. Dieses verhindert, daß es aufgrund der Unregelmäßigkeit des Zeitintervalls zwischen dem Moment, in dem ein Ab tastbetrieb beendet ist, und dem Moment, in dem das entsprechende Bild angezeigt wird, der von dem Vorhandensein einiger Verzögerungen resultiert, die beim Schreiben in und beim Lesen aus den Speichern 34 und 36 beteiligt sind, schwierig wird, den Schnitt eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, in Echtzeit zu beobachten. Aus diesem Grund können die Tomographiebilder nahezu in Echtzeit wie Filmbilder angezeigt werden. Zum Beispiel wird dieser fortlaufende Abtastmodus ausgeführt, um die Ankunft der Spitze einer Nyxisnadel an einem Tumor während einer Nyxisbehandlung durch Überwachen von aufeinanderfolgenden Tomographiebildern, die durch eine fortlaufende Abtastung erhalten werden, zu überprüfen. In diesem Fall bleibt die Schnittposition während der ganzen fortlaufenden Abtastung unverändert. Der fortlaufende Abtastmodus kann verwendet werden zum Positionieren eines ausgewählten Schnittes für gewöhnliche Tomographie. In diesem Fall wird es erforderlich sein, daß man in der Lage ist, die Schnittposition nach Wunsch zu ändern. Die Schnittposition kann durch gleitendes Verschieben der Platte 5 geändert werden. Wenn jedoch der fortlaufende Abtastmodus während einer Operation verwendet wird, sollte die Schnittposition bevorzugterweise durch gleitendes Verschieben des Portals 1 geändert werden, da es nicht wünschenswert ist, einen Patienten zu bewegen, an dem verschiedene Röhren und Instrumente angebracht sind. In diesem Fall ist das Portal 1 bevorzugterweise mit einem Servohilfsmechanismus ausgerüstet, der einem Doktor erlaubt, es manuell zu bewegen. In dem fortlaufenden Abtastmodus gibt es keine Notwendigkeit des Änderns der Abtastposition mit einer konstanten Geschwindigkeit wie bei einer gewöhnlichen helixförmigen Abtastung. Die Schnittposition kann unregelmäßig zwischen einem fixierten Zustand und einem geänderten Zustand geändert werden. Des weiteren kann die Schnittposition mit variierenden Geschwindigkeiten geändert werden.
Während eines Abtastbetriebes werden die Projektionsdaten, die von dem Datenakquisitionssystem 18 erfaßt und ausgegeben werden, einer Vorverarbeitung wie einer Kalibrierung in der Vorverarbeitungseinheit 28 unterworfen und dann in den Speicher 36 als Rohdaten geschrieben. Zum Beispiel wird die Drehgeschwindigkeit der Röntgenstrahlröhre 12 und des Detektorfeldes 16 als eine Drehung pro Sekunde ausgewählt, und ein einzelner fortlaufender Abtastbetrieb wird so bestimmt, daß er eine Periode von 50 Se kunden aufweist, während der die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld 50 Umdrehungen machen. Diese Periode wird bestimmt, um die erlaubte Grenze nicht zu überschreiten, die von dem Standpunkt der Wärmewiderstandsfähigkeit der Röntgenstrahlröhre und der Sicherheit gegen die Röntgenstrahlungsbelastung menschlicher Körper bestimmt wurde. Angenommen, daß 2 M Bytes von Rohdaten bei einer Drehung erfaßt werden, dann wird der Speicher 36 eine Speicherkapazität von ungefähr 100 M Byte aufweisen, um alle Rohdaten für eine einzelne fortlaufende Abtastung zu speichern. Der Anzeigespeicher 34 weist eine Speicherkapazität zum Speichern mehrerer Tomographiebilder, die während einer einzelnen fortlaufenden Abtastung erhalten wurden, auf.
In Schritt #12 macht die CPU 22 eine Entscheidung, ob die Rohdaten, die zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes benötigt werden, erhalten worden sind. Falls die Rohdaten erhalten worden sind, schreitet die Prozedur zu Schritt #14 fort, in dem die Rohdaten von dem Speicher 36 an die Rekonstruktionseinheit 32 übertragen werden. Die Abtastung wird kontinuierlich ausgeführt. Die Verwendung des Speichers 46 zum Transferieren der Rohdaten von dem Datenerfassungsystem 18 zu der Rekonstruktionseinheit 32 mach es möglich, das Intervall merklich zu reduzieren, das von dem Zeitpunkt, zu dem die Abtastung gestartet wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Rekonstruktionsverarbeitung gestartet wird, abläuft, verglichen mit der Verwendung einer Magnetscheibe, die lange Zugriffszeiten aufweist. Herkömmlicherweise werden alle Rohdaten zeitweilig auf einer Magnetplatte gespeichert und dann in einer freien Zeit gelesen und rekonstruiert. Dieses benötigt eine lange Zeit zwischen dem Moment; zu dem der Abtastbetrieb gestartet wird, und dem Moment, in dem die Rekonstruktionsverarbeitung gestartet wird, wodurch eine Echtzeitverarbeitung fehlschlägt.
Eine schnelle Verarbeitung wird verwendet, bei der die Verarbeitungszeit in der Rekonstruktionseinheit 32 kürzer als die Abtastzeit (Datenerfassungszeit) gemacht wird. Dieses verhindert, daß eine Zeitlücke zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Abtastbetrieb vervollständigt ist, und dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktion eines Tomographiebildes vervollständigt ist oder einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Erfassung der Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines Tomographiebildes benötigt werden, vervollständigt ist, und dem Zeitpunkt, zu dem die Rekonstruktion eines Tomographiebildes, die diese Projektionsdaten verwendet, vervollständigt ist, jedes Mal, wenn eine Abtastung wiederholt wird, ansteigt. Für die schnelle Verarbeitung verwendet die Rekonstruktionseinheit 32 mehrere Prozessoren parallel und verarbeitet die Rohdaten auf einer Ansicht-um-Ansicht-Basis oder auf einer Kanal-um-Kanal-Basis (allgemein entspricht ein Detektorelement einem Kanal), wodurch die Rekonstruktionsverarbeitung parallel ausgeführt wird. Je mehr Prozessoren vorhanden sind, desto stärker steigt die Verarbeitungsgeschwindigkeit an. Zusätzlich steigt, je höher die Taktrate ist, die Verarbeitungsgeschwindigkeit um so stärker an.
Um die schnellere Konstruktionsverarbeitung zu implementieren, verwendet die vorliegende Ausführungsform ferner einen Weg des Reduzierens (durch teilweises Entfernen oder durch Bündeln) der Anzahl der Ansichten pro Drehung (360 Grad). Zum Beispiel werden bei dem gewöhnlichen Einzelabtastmodus die Projektionsdaten von 900 Ansichten pro Drehung erfaßt (d. h., das Datenerfassungssystem 18 wiederholt die Datenerfassung in 800 Zyklen für eine Umdrehung), während in dem fortlaufenden Abtastmodus die Datenerfassung mit einer Rate von 450 Ansichten pro Drehung wiederholt wird. In dem fortlaufenden Abtastmodus wird daher die räumliche Auflösung der Tomographiebilder reduziert sein. Da jedoch der Zweck des fortlaufenden Abtastmodus die Beobachtung der internen- Bewegungen eines menschlichen Körpers nahezu in Echtzeit ist, wird kein Problem aus der reduzierten räumlichen Auflösung der Bilder entstehen. Hochauflösende Tomographiebilder können in dem gewöhnlichen Fotografiemodus erhalten werden. Des weiteren kann, um die Rekonstruktionszeit zu reduzieren, die Anzahl der Pixel bei der Rekonstruktionsverarbeitung vermindert werden. In dem gewöhnilichen Einzelabtastmodus wird ein einzelnes Tomographiebild in einer Größe von 512 × 512 Pixeln rekonstruiert und in dieser Größe angezeigt. In dem fortlaufenden Abtastmodus wird andererseits ein Tomographiebild in einer Größe von 256 × 256 Pixeln rekonstruiert, und die Anzahl der Pixel für die Anzeige wird durch Interpolation auf 512 × 512 Pixel erhöht, was ermöglicht, daß die Verarbeitungszeit reduziert wird.
Bei der fortlaufenden Abtastung werden Tomographiebilder eins nach dem anderen rekonstruiert. In diesem Fall werden, angenommen daß ein einzelnes Tomographiebild mit jeder Drehung rekonstruiert wird und die Drehgeschwindigkeit der Röntgenstrahlröhre und des Detektorfeldes eine Drehung pro Sekunde sind, dann Tomographiebilder mit einer Rate von einem Bild pro Sekunde rekonstruiert. Um die Rekonstruktionsrate zu erhöhen, kann eine Technik, die in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung KOKAI Nr. 4-266744 offenbart ist, auf die vorliegende Erfindung angewandt werden. Entsprechend dieser Technik wird jedes Mal, wenn die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld sich über einen kleinen Winkel von α° (z. B. 10°) drehen, ein Teilbild aus den Projektionsdaten für 10° reduziert. Durch Zusammenfügen von 36 Teilbildern für 360° wird ein vollständiges Tomographiebild für 360° erzeugt. Nachdem ein Tomographiebild erzeugt worden ist, werden das Hinzufügen des neuesten Teilbildes zu diesem Tomographiebild und das Wegnehmen des ältesten Teilbildes aus diesem Tomographiebild wiederholt. Dadurch wird ein neues Tomographiebild jedes Mal, wenn sich die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld über 10° drehen erzeugt, was ermöglicht, daß die Tomographiebilder aufeinanderfolgend mit einer hohen Rekonstruktionsrate erhalten werden. Alternativ kann eine Technik, die in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung KOKOKU Nr. 1-23136 offenbart ist, angewandt werden, um die Rekonstruktionsrate zu erhöhen. Diese Technik enthält Tomographiebildinformation aus Projektionsdaten für ein Bild durch Rückprojektion. Differenzdaten zwischen den neuesten Projektionsdaten, die direkt nach diesen Projektionsdaten erhalten wurden, und einem Abschnitt dieser Projektionsdaten, die in der Position den neuesten Projektionsdaten entsprechen, werden auf die rekonstruierte Bildinformation zurückprojiziert. Dieses ermöglicht, daß die nächste rekonstruierte Bildinformation, die zeitlich verzögert ist, mit einer hohen Geschwindigkeit produziert wird. Beide Techniken beinhalten ein Konzept des Aktualisierens eines Tomographiebildes, das einmal rekonstruiert wurde, mit der Zeit. Andere Techniken, die Erweiterungen zu diesen Techniken sind, können verwendet werden, um die Rekonstruktionsrate weiter zu erhöhen.
Nach der Vervollständigung der Rekonstruktion werden die Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher 34 in Schritt # 16 geschrieben. Bis das nächste Tomographiebild ange zeigt wird, werden die momentanen Tomographiebilddaten aus dem Anzeigespeicher 34 wiederholt in regelmäßigen Zeitintervallen gelesen und an den CRT-Monitor 7 so übertragen, daß das momentane Tomographiebild eingefroren auf dem CRT-Monitor angezeigt wird. Ein solches Anzeigeverfahren ist dasselbe wie Cinedisplay (Filmbildanzeige; Cinefluoroskopie), wie es in fluoroskopischen Vorrichtungen angewandt wird. Falls die nächsten Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher geschrieben werden, während Daten ausgelesen werden, würde die Information zwischen der Ober- und der Unterseite eines Bildes variieren. Es ist daher notwendig, das Schreiben in den Anzeigespeicher zu verzögern, bis das Lesen aus diesem Speicher vervollständigt ist.
In Schritt #18 wird eine Entscheidung in der CPU 22 gemacht, ob ein einzelnes fortlaufendes Abtasten vervollständigt ist, d. h., ob die 50 Sekunden seit dem Beginn des Abtastbetriebes abgelaufen sind. Falls der Abtastbetrieb nicht vervollständigt ist, kehrt die Prozedur zu Schritt #12 zum Erfassen der Daten, die zum Rekonstruieren des nächsten Tomographiebildes erforderlich sind, zurück; andernfalls geht die Prozedur zu Schritt #20, in dem die Rohdaten in dem Speicher 36 auf die Magnetplatte in dem Plattenlaufwerk 38 geschrieben werden. Falls die Rohdaten nicht behalten werden müssen, kann Schritt #20 weggelassen werden. In Schritt #22 wird eine Entscheidung gemacht, ob das nächste fortlaufende Abtasten auszuführen ist. Falls das nächste Abtasten auszuführen ist, kehrt die Prozedur. zu Schritt #10 zurück; andernfalls kommt die Prozedur zu einem Ende.
Nach der Beendigung eines fortlaufenden Abtastbetriebes speichert der Speicher 36 die Rohdaten, die durch mindestens die letzte Abtastung erhalten worden sind. Um ein Tomographiebild nach der Beendigung des fortlaufenden Abtastbetriebes anzuzeigen, können die Rohdaten in dem Speicher zur Bildrekonstruktion verwendet werden. In dem fortlaufenden Abtastmodus können, wie oben beschrieben wurde, Tomographiebilder nahezu in Echtzeit beobachtet werden. Derart können sie als unterstützende Bilder für einen Doktor während einer Operation verwendet werden. Es ist jedoch oft schwierig für den Doktor, den Monitor während der Operation zu beobachten. In einer solchen Situation kann ein Assistent verschiedene Anweisungen an den Doktor geben, während er den Monitor überwacht. Der Doktor kann wünschen, den Fortschritt der Nyxis nach der Beendigung einer einzelnen fortlaufenden Abtastung zu beobachten. Nach der Beendigung der fortlaufenden Abtastung ist das letzte Tomographiebild eingefroren und Rohdaten werden aus dem Speicher 36 gelesen und rekonstruiert, wie es durch den Doktor angewiesen wird, wodurch Bilder Frame um Frame angezeigt werden.
Als nächstes werden die Betriebsabläufe der Erfassung der Daten für ein einzelnes Tomographiebild zur Anzeige desselben im Detail beschrieben. 6 ist eine Zeitablaufdarstellung für diesen Betrieb. Das Datenerfassungssystem 18 liefert Projektionsdaten jedes Mal, wenn die Röntgenstrahlröhre 12 und das Detektorfeld 16 sich über einen gegebenen kleinen Winkel gedreht haben. Die Projektionsdaten werden in den Speicher 36 über die Vorverarbeitungseinheit 28 geschrieben. Nachdem alle Projektionsdaten für alle Winkel (0° bis 360°), die zum Rekonstruieren eines einzelnen Tomographiebildes benötigt werden, in den Speicher 36 geschrieben sind, werden die Projektionsdaten aus dem Speicher 36 gelesen und dann an die Rekonstruktionseinheit 32 übertragen. In der Rekonstruktionseinheit werden die Tomographiebilddaten mit hoher Geschwindigkeit rekonstruiert, d. h. in einem Zeitraum, der kürzer als die Datenerfassungszeit ist, und dann in den Anzeigespeicher 34 geschrieben. Während dieses Zeitraums wird kein Zugriff auf das Plattenlaufwerk 34 gemacht. Dann werden die Tomographiebilddaten von dem Anzeigespeicher 34 gelesen und dann an die CRT-Anzeigeeinheit 7 gesandt. Wie oben beschrieben wurde, das Lesen der Tomographiebilddaten aus dem Anzeigespeicher 34 wird wiederholt, bis das nächste Tomographiebild angezeigt wird.
Wichtig für die Echtzeitfilmdarstellung sind die Treuedarstellung der Geschwindigkeit der internen Bewegungen eines menschlichen Körpers ebenso wie die Reduzierung der Zeit, die von einer Abtastung bis zur Anzeige des Tomographiebildes abläuft. Falls Zum Beispiel zwei Tomographiebilder, deren Projektionsdaten in einem Intervall von 1 Sekunde erfaßt wurden, in einem Intervall von 1,1 Sekunden angezeigt werden, kann nicht gesagt werden, daß die internen Bewegungen des menschlichen Körpers reproduziert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 7A gezeigt ist, der Zeitunterschied Δt zwischen dem Moment, in dem ein Abtastbetrieb für ein einzelnes Tomographiebild vervollständigt ist (Datenerfassung ist vervollständigt), und dem Moment, in dem die Anzeige dieses Tomographiebildes gestartet wird, derselbe für alle Tomographiebilder I1, I2, I3, etc. gemacht. In anderen Worten, wie in 7B gezeigt ist, die Tomographiebilder I1 und I2 werden mit einem Zeitintervall, das gleich dem Zeitintervall Δt1 zwischen ihren Abtastbetriebsabläufen ist, angezeigt, und die Tomographiebilder I2 und I3 werden mit einem Zeitintervall, das gleich dem Zeitintervall Δt2 zwischen ihren Abtastbetriebsabläufen ist, angezeigt. Andere Bilder werden in derselben Weise angezeigt. Dieses gleicht die Abtast- und Anzeige-Zeitmaßstäbe aus, was es ermöglicht, die internen Bewegungen eines menschlichen Körpers treu zu reproduzieren. Allgemein variiert die Zeit Δt' von einem Abtastbetrieb bis zu der Zeit, wenn die Tomographiebilddaten in den Anzeigespeicher 34 geschrieben worden sind, mit den Belastungsbedingungen der CPU 22. Zum Beispiel wird die Zeit lang werden, wenn eine Abtastung gemacht wird, oder sie wird kurz werden, wenn keine Abtastung gemacht wird. Falls daher das Lesen der Tomographiebilddaten gestartet wird, direkt nachdem sie in den Anzeigespeicher 34 geschrieben worden sind, dann werden die internen Bewegungen eines Körpers nicht reproduziert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeitdifferenz zwischen der Beendigung eines Abtastbetriebes und dem Start des Tomographiebilddatenauslesens (der Start der Bildanzeige) auf eine Zeit fixiert, die mindestens mehr als die Zeit (Maximalzeit) ist, die eine CPU 22 bei maximaler Belastung benötigt, so daß die internen Bewegungen eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, reproduziert werden. Diese Zeitsteuerung kann durch die Verwendung existierender Techniken implementiert werden. Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt ist, die CPU 22 den Zeitablauf der Betriebsabläufe der Komponenten 28, 32, 34 und 36 steuern. Wie in 8 gezeigt ist, die Rekonstruktionseinheit 32 und der Anzeigespeicher 34 können sich Takte teilen. Obwohl es nicht gezeigt ist, können die Vorverarbeitungseinheit 28 und der Anzeigespeicher 34 jeweils eine Zeitgeberschaltung enthalten. In diesem Fall informiert die Vorverarbeitungseinheit den Controller des Anzeigespeichers über den Zeitpunkt der Ankunft von Projektionsdaten für ein einzelnes Bild, wodurch verursacht wird, daß die Tomographiebilddaten von dem Anzeigespeicher 34 nach dem Ablauf eines gegebenen Zeitraums ab diesem Zeitpunkt gelesen werden.
Wie oben beschrieben wurde, erlaubt die vorliegende Ausführungsform, daß die Bewegungen der Objekte in Echtzeit wie ein Film beobachtet werden, während eine kontinuierliche Abtastung ausgeführt wird. Diese ermöglicht eine Unterstützung für eine Biopsie durch Beobachten des Blutflusses (des Flusses eines Kontrastmediums), das Aufnehmen eines Tomographiebildes mit einer optimalen Zeitsteuerung, das Überwachen der Bewegung eines Katheters oder das Überwachen von Variationen in dem Blutfluß.
Das Beschleunigen der Datenerfassung kann durch Verwenden einer Mehrzahl von Röntgenstrahlröhren in dem Fall der CT-Vorrichtung der dritten Generation, durch Erhöhen der Drehgeschwindigkeit der Röntgenstrahlröhre oder durch Verwenden der CT-Vorrichtung der fünften Generation erzielt werden. Die CT-Vorrichtung der fünften Generation verwendet eine Mehrzahl von Röntgenstrahlröhren, die um einen menschlichen Körper herum angeordnet sind, oder eine hängende-glockenähnliche Röntgenstrahlröhre, die eine solche ringförmige Kathode aufweist, daß sie einen menschlichen Körper innerhalb der Öffnung des Portals umgibt.
Darüber hinaus kann zum Beschleunigen der Datenerfassung und der Rekonstruktion ein Halb-Abtastungs-Rekonstruktionsverfahren verwendet werden, das ein Bild aus Projektionsdaten für einen Abtastwinkel, der kleiner als 360° ist, zum Beispiel 180°, rekonstruiert.
Des weiteren kann zum Überprüfen einer Erhöhung der Röntgenstrahlbelastungsmenge von menschlichen Körpern, die durch das fortlaufende Abtasten verursacht wird, Verwendung von einem Röntgenstrahlerzeuger gemacht werden, der zum Erzeugen von Röntgenstrahlen mit einem niedrigen Röhrenstrom in der Lage ist, oder von einem Röntgenstrahlerzeuger, der zum Erzeugen von gepulsten Röntgenstrahlen in der Lage ist. Die Dosis der Röntgenstrahlen hängt stark von dem Produkt des Röhrenstroms mA und der Röntgenstrahlemissionszeit t (Sekunden), mA × s, ab. Aus diesem Grund muß der Röhrenstrom nur vermindert werden, um die Dosis der Röntgenstrahlen zu reduzieren. Da jedoch die CT-Vorrichtung im allgemeinen so entworfen ist, daß die Röntgenstrahlen bei einem Röhrenstrom in dem Bereich von einigen Hundert Milliampere erzeugt werden, muß das Röntgenstrahlröhrensteuerverfahren so geändert werden, daß die Röntgenstrahlen mit einem niedrigen Röhrenstrom in dem Bereich von einigen Zehn Milliampere erzeugt werden können.
Um die Röntgenbestrahlungsmenge zu reduzieren, können gepulste Röntgenstrahlen anstelle von andauernden Röngtenstrahlen, die in den meisten der vorhandenen CT-Vorrichtungen verwendet werden, verwendet werden. Zum Beispiel kann die Verwendung von gepulsten Röntgenstrahlen mit einer relativen Einschaltdauer von 50% , wie es in 9 gezeigt ist, eine Reduzierung auf eine Hälfte der Dosis verglichen mit der Verwendung von andauernden Röntgenstrahlen erzielen. Alternativ kann die Steuerschaltung in der Konsole 3 mit einer Schaltung für reine An-Aus-Steuerung der Emission von Röntgenstrahlen mit hoher Geschwindigkeit ausgerüstet sein, um so einem Bediener zu ermöglichen, die Röntgenstrahlen nach seiner eigenen Diskretion an- und auszuschalten, wobei die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld drehend gehalten werden und die Röntgenstrahlröhre vorgeheizt gehalten wird. Dieses erlaubt, daß ein häufiges Ein- und Ausschalten der Röntgenstrahlen leicht und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird, wodurch die Röntgenstrahlbelastungsmenge des menschlichen Körpers verringert wird.
Des weiteren kann auch durch Vorsehen eines Filters 40 an dem Röntgenstrahlauslaß der Röntgenstrahlröhre 12 oder in der Nachbarschaft des oberen Schlitzes 42, wie es in 10 gezeigt ist, die Röntgenstrahlbelastungsmenge des menschlichen Körpers reduziert werden. Der Filter 40 kann aus Aluminium, Kupfer, Teflon oder Molybdän gemacht sein. Zusätzlich kann durch Gestalten des Filters 40 und/oder eines Keils 43 derart, daß ihre Dicke variiert werden kann, die Bestrahlungsmenge reduziert werden.
Obwohl bei der obigen Beschreibung die Tomographiebilddaten nicht auf der Magnetplatte 38 gespeichert werden, kann ein Tomographiebild, das auf dem CRT-Monitor 7 angezeigt wird, auf einem Videoband durch die Verwendung eines Videorecorders aufgezeichnet werden. Nach der Beendigung einer Abtastung können Tomographiebilder aus dem Recorder in dem Modus des Frame-um-Frame-Vorlaufs oder des umgekehrten Vorlaufs reproduziert werden, was eine leichte Diagnose ermöglicht. Rekonstruierte Bildda ten und Nebeninformation können in digitaler Form aufgezeichnet werden. Zum Anzeigen von aufgezeichneten Daten werden die reproduzierten Daten dem CRT-Monitor 7 über den Anzeigespeicher 34 zugeführt. Das Aufzeichnen von Bilddaten in digitaler Form erlaubt, daß eine Nachverarbeitung wie ein Löschen leicht ausgeführt werden.
Nun unter Bezugnahme auf 11, es wird eine Computertomögraphievorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die zweite Ausführungsform wird hier als die Computertomographievorrichtung der dritten Generation (R/R) aufweisend beschrieben, bei der die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld sich um ein Subjekt, das untersucht wird, drehen, während sie einander anblicken. Jedoch kann die zweite Ausführungsform auf die Computertomographievorrichtung der vierten Generation (R/S) gerichtet werden, bei der sich die Röntgenstrahlröhre alleine dreht und das Detektorfeld einer 360°-Länge fixiert ist.
In einem Portal 51 sind eine Röntgenstrahlröhre 53 und ein Mehrkanalröntgenstrahldetektorfeld 54 auf einem Drehteil 52 so montiert, daß sie sich im Betrieb drehen können, während sie einander anblicken, wobei ein menschlicher Körper, der untersucht wird, dazwischen angeordnet ist. Die Portalsteuereinheit 57 treibt eine Antriebseinheit wie einen Motor derart zum Antreiben des Drehteils 52 in eine Drehung an. Die Röntgenstrahlröhre und das Detektorfeld sind elektrisch mit einem Hochspannungsgenerator 55 bzw. einem Datenerfassungssystem 60 über Schleifringe, die nicht gezeigt sind, so verbunden, daß die Projektionsdaten aufeinanderfolgend für Winkel von 0 bis mehr als 360° erfaßt werden können. Ein fächerförmiger Strahl von Röntgenstrahlen wird aus dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 53, die von dem Hochspannungsgenerator 55 mit Leistung versorgt wird, emittiert. Das Röntgenstrahldetektorfeld 54 weist eine Anzahl von Detektorelementen, die in der Form eines kreisförmigen Bogens mit der Mitte an dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre angeordnet sind, auf. Da Portal 51 ist in seinem zentralen Abschnitt mit einer Öffnung (nicht gezeigt) zum Aufnehmen eines Abschnitts eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, ausgebildet. Das Portal ist so auf dem Boden mit einer Schrägstellungsbasis installiert, daß es bezüglich der senkrechten Achse geneigt werden kann. Vor dem Portal 51 ist eine Couch, die nicht gezeigt ist, plaziert.
Auf der Oberseite der Couch ist eine Platte, auf die ein menschlicher Körper gelegt werden kann, plaziert. Die Platte ist auf der Couch nicht nur in der Richtung ihrer Längsachse so bewegbar, daß sie sich in Richtung auf und weg von dem Portal bewegen kann, sondern auch in der Richtung ihrer kurzen Achse senkrecht zu der Längsachse. Die Platte wird elektrisch durch eine Antriebseinheit zur unabhängigen Bewegung in jede Richtung angetrieben. Eine Couchsteuereinheit 56 liefert Steuersignale an die Plattenantriebseinheit zum Bewegen der Platte in der Richtung ihrer Längsachse und in der Richtung ihrer kurzen Achse. Dieses ermöglicht es, daß ein zu untersuchender planarer Schnitt eines menschlichen Körpers, der auf der Platte liegt, in der richtigen Position für die Untersuchung plaziert werden kann.
Ein Datenerfassungsystem 60 erfaßt Projektionsdaten, die die Röntgenstrahltransmission durch den Körperabschnitt auf der Basis der Ausgaben des Röntgenstrahldetektorfeldes 54 repräsentieren. Die Projektionsdaten von dem Datenerfassungssystem 60 werden an einen Scanogrammspeicher 61 zum Zeitpunkt des Erfassens eines Scanogramms gesandt. Andererseits werden zum Zeitpunkt der Abtastung die Projektionsdaten an eine Rekonstruktionseinheit 62 gesandt. Das Scanogramm ist ein Röntgenstrahlprojektionsbild, das aus einer Richtung beobachtet und erhalten wird, während die Platte bewegt wird, wobei das Drehteil 52 gestoppt ist. Zum Zeitpunkt der Tomographie werden die Scanogrammdaten wiederholt aus dem Scanogrammspeicher 61 mit einer gegebenen Periode gelesen, in einem Addierer 63 mit Zeilencursordaten aus einem Systemcontroller 58 kombiniert und zusammen mit den Tomographiebilddaten, die in der Rekonstruktionseinheit 62 rekonstruiert worden sind, an eine Bildanzeigeeinheit 64 gesandt. Zum Zeitpunkt der Tomographie wird ein Scanogramm gleichzeitig mit Tomographiebildern auf dem Schirm der Anzeigeeinheit 64 angezeigt. Mit dem Systemcontroller 8 ist eine Bedienungsvorrichtung 59 wie ein Trackball oder ein Joystick gekoppelt. Wenn ein Bediener die Bedienungsvorrichtung bewegt, bewegt sich der Zeilencursor auf dem Scanogramm entsprechend. Die Position des Zeilencursors auf dem Scanogramm entspricht der Position eines Schnitts von Interesse in einem menschlichen Körper, für den die Datenerfassung tatsächlich ausgeführt wird. Wenn der Zeilencursor auf dem Scanogramm bewegt wird, in struiert der Systemcontroller 8 die Couchsteuereinheit 56 zum Bewegen der Platte derart, daß der Schnitt in der Position dem Zeilencursor entspricht.
Als nächstes wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 12 illustriert ein Beispiel eines Anzeigeschirms zur Zeit der Tomographie. Die Tomographie ist in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben worden, und ihre Beschreibung wird daher hier weggelassen. Bevor die Tomographie gestartet wird, wird ein Scanogramm erfaßt. Mit dem bei einem Winkel von, sagen wir, 0° fixierten Rotationsteil 2 werden die Emission von Röntgenstrahlen und die Datenerfassung wiederholt, wobei während dieser Zeit die Platte kontinuierlich oder schrittweise bewegt wird. Bemerke, daß die Emission der Röntgenstrahlen und die Datenerfassung nur in einem Rotationswinkel von, sagen wir, 0°, wiederholt werden, während die Rotationseinheit 2 fortfährt, sich zu drehen. Auf der Basis der Ausgaben des Röntgenstrahldetektorfeldes 54 wiederholt das Datenerfassungssystem 60 die Erfassung der Projektionsdaten synchron mit der Röntgenstrahlemission. Die Projektionsdaten werden an den Scanogrammspeicher 11 gesandt und darin gespeichert. Wie oben beschrieben wurde, ist das Scanogramm ein Röntgenstrahlprojektionsbild, und Projektionsdaten, die durch das Datenerfassungssystem 60 erfaßt werden, werden als Scanogrammdaten benutzt, so wie sie sind.
Als nächstes wird die Computertomographie gestartet, die hier als eine Einzelschnitt-Tomographie beschrieben wird. Bei der Computertomographie werden die . Röntgenstrahlemission und die Datenerfassung wiederholt, während das Drehteil 52 fortfährt, sich zu drehen, so daß die Projektionsdaten aufeinanderfolgend für Winkel von 0° bis mehr als 360° erfaßt werden. Jedes Mal, wenn die Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines Tomographiebildes benötigt werden, erfaßt werden, werden diese Tomographiedaten in der Rekonstruktionseinheit 62 rekonstruiert und dann an die Anzeigeeinheit 64 gesandt. Nachdem sie aus dem Scanogrammspeicher 61 gelesen worden sind, werden die Scanogrammdaten mit Zeilencursordaten in dem Addierer 63 addiert und dann an die Anzeigeeinheit 64 gesandt. In der Anzeigeeinheit 64 werden, wie in 12 gezeigt ist, das Tomographiebild und das Scanogramm kombiniert und dann gleichzeitig auf demselben Schirm angezeigt. Der Zeilencursor des Scanogramms zeigt die Position des momentanen Schnitts eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, an.
Wenn eine Änderung von einem Schnitt (einem Körperquerschnitt zur Diagnose) zu einem anderen gewünscht wird, bewegt der Bediener die Bedienungsvorrichtung 59 zum Bewegen des Zeilencursors auf dem Scanogramm entlang der Körperachse. Als Reaktion auf die Bewegung des Zeilencursors auf dem Scanogramm befiehlt die Systemsteuerung 56 der Couchsteuereinheit 56, die Platte in der Richtung ihrer Länge zu bewegen. Derart wird die Platte 'so bewegt, daß sie dem Zeilencursor folgt, wodurch ein Schnitt, der in der Position dem Zeilencursor entspricht, für die nachfolgende Abtastung ausgewählt wird. In der Praxis ist es bequem, den Zeilencursor grob zu einer gewünschten Position auf dem Scanogramm zu bewegen und dann Feineinstellungen in der Position des Cursors zu machen, während ein Tomographiebild, das in Echtzeit angezeigt wird, beobachtet wird.
Durch Bewegen der Bedienungsvorrichtung 59 kann der Zeilencursor auch auf dem Scanogramm in der Richtung der Breite senkrecht zu der Cursorachse bewegt werden. Als Reaktion auf diese Bewegung des Zeilencursors auf dem Scanogramm befiehlt der Systemcontroller 8 der Couchsteuereinheit 56, die Platte in der Richtung der Breite zu bewegen. Dadurch kann der menschliche Körper, der zu untersuchen ist, in der Position zur Rekonstruktion derart positioniert werden, daß eine gewünschte Körperregion in den Tomographiebildern enthalten ist.
Derart kann durch Bewegen des Zeilencursors auf einem Scanogramm eine Änderung von einem Schnitt zu einem anderen leicht in kurzer Zeit ausgeführt werden.
Während sich die Platte bewegt, oder während das Portal 51 gezeigt wird, wie es in 14 gezeigt ist, erlaubt die Portalsteuereinheit 57 der Rotationseinheit 52, die Drehung fortzusetzen, und der Hochspannungsgenerator 55 unterbricht zeitweilig die Stromversorgung zu der Röntgenstrahlröhre 53, um die Emission von Röntgenstrahlen unter der Steuerung des Systemcontrollers 58 zu stoppen, wie in 13 gezeigt ist. Da das Dreh teil 52 die Drehung fortsetzt, kann, nachdem ein gewünschter Schnitt des menschlichen Körpers als ein Ergebnis der Bewegung der Platte in Position plaziert ist, die Stromversorgung von dem Hochspannungsgenerator 55 zu der Röntgenstrahlröhre 53 erneut gestartet werden, um die Erfassung der Tomographiebilddaten sofort wieder aufzunehmen. Falls das Drehteil 52 gestoppt wird, während die Platte 65 auf der Couch bewegt wird, würde es erforderlich sein, zu warten, bis das Drehteil nach der Beendigung der Bewegung der Platte eine gegebene Drehgeschwindigkeit erreicht hat. Das Stoppen der Emission der Röntgenstrahlen während der Bewegung der Platte kann eine ungewollte Bestrahlung eines menschlichen Körpers, der untersucht wird, mit Röntgenstrahlen zu verhindern.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 illustriert die gesamte Struktur einer Computertomographievorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um Komponenten, die denjenigen in 11 entsprechen, zu bezeichnen, und ihre Beschreibung wird hier weggelassen. Bei der dritten Ausführungsform wird Verwendung von einem Helixabtastsystem, bei dem die Datenerfassung ausgeführt wird, während sich die Röntgenstrahlröhre 53 entlang eines helixförmigen (schraubenförmigen) Orbits um einen menschlichen Körper, der untersucht wird, bewegt, wie in 16A gezeigt ist, oder von einem Mehrschnitt-Scansystem, bei dem eine einzelne Abtastung aufeinanderfolgend für unterschiedliche diskrete Schnitte gemacht wird, gemacht. Die vorliegende Ausführungsform wird unter Verwendung des Helixabtastsystems beschrieben. Bei der helixförmigen Abtastung wird die Datenerfassung wiederholt, während das Drehteil 52 fortfährt, sich zu drehen, und sich die Platte mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung bewegt. Die Projektionsdaten werden durch D (CH, φ, Z) dargestellt, wobei CH für einen Kanal steht, φ für einen Drehwinkel des Drehteils 52 steht, und Z für die Position der Platte in der Richtung ihrer Länge (in der Richtung der Körperachse) steht. Während der helixförmigen Abtastung variiert Z mit φ, da sich die Platte fortlaufend bewegt. Um ein einzelnes Tomographiebild zu rekonstruieren, ist es erforderlich, die Projektionsdaten für die Winkel 0° bis 360° für dieselbe Position (Z) der Platte zu erfassen. Da Z mit φ in den Projektionsdaten, die durch die helixförmige Abtastung erhalten werden, variiert, werden die Projektionsdaten, die tatsächlich für Winkel von 0° bis 720° erhalten werden, in Projektionsdaten für 0° bis 360° konvertiert, bei denen die Plattenposition Z auf die Mittelposition Zc (Zc = (Z1 – Zn)/2) in dem Z-Bereich (Z1 bis Zn) der 0°- bis 720°-Projektionsdaten mittels einer Abstandsinterpolation standardisiert ist, wie in 16B gezeigt ist. Die Position eines Schnitts für ein Helix-Abtastungs-Tomographiebild wird durch Zc definiert.
Falls, wenn eine helixförmige Abtastung ausgeführt wird, ein Bediener einen Unterbrechungsbefehl über eine Bedienungsvorrichtung 67 eingibt, stoppt ein Systemcontroller 66 die Bewegung der Platte, die Emission der Röntgenstrahlen und die Datenerfassung. Jedoch ist es wie bei der zweiten Ausführungsform vom Standpunkt eines erneuten Startens der Tomographie wünschenswert, das Drehteil 52 drehend zu halten. Es gibt einen Zeitunterschied zwischen der Datenerfassung und der Tomographiebildanzeige, da einige Zeit für die Distanzinterpolation und die Rekonstruktion benötigt wird. Aufgrund des Vorhandenseins dieses Zeitunterschieds und des Prinzips der Distanzinterpolation werden die Position eines Schnittes für ein Tomographiebild, das angezeigt wird, und die momentane Position der Platte nicht notwendigerweise miteinander übereinstimmen, wenn eine Unterbrechung durch den Bediener befohlen wird.
Wenn die Tomographie unterbrochen wird, bewegt der Systemcontroller 66 die Platte nach hinten zu der Position zu dem Zeitpunkt, zu dem das Tomographiebild, d. h. das letzte Tomographiebild, angezeigt wurde, wenn die Unterbrechung befohlen wurde, bevor die Tomographie erneut gestartet wird. Wenn ein Neustart-Befehl über die Bedienungsvorrichtung 67 eingegeben wird, weist der Systemcontroller 66 die Couchsteuereinheit 56 zum erneuten Starten der Bewegung der Platte an, wodurch die Tomographie erneut gestartet wird. In diesem Fall muß, da die Rotationseinheit 52 drehend gehalten wird, und die Platte zu der Schnittposition für das letzte Tomographiebild, das angezeigt wurde, als die Unterbrechung befohlen wurde, zurückbewegt worden ist, nur die Emission der Röntgenstrahlen erneut gestartet werden.
Durch Spezifizieren von einem aus einer Mehrzahl von Tomographiebildern, die bereits rekonstruiert worden sind, ist es auch möglich, die Platte automatisch zu der Schnittposition zurückzubewegen, für die das Tomographiebild spezifiziert wurde. Darüber hinaus ist es durch Spezifizieren von irgendwelchen zwei aus einer Mehrzahl von Tomographiebildern, die bereits rekonstruiert worden sind, auch möglich, die Tomographie auszuführen, während die Platte zur Bewegung von einer der Schnittpositionen für die beiden Tomographiebilder zu der anderen und zurück gebracht wird. Des weiteren, falls, wenn eine helixförmige Abtastung gemacht wird, während der Neigungswinkel des Portals 51 geändert wird, seine Neigungswinkel in einer Eins-zu-Eins-Beziehung mit den Plattenpositionen gespeichert werden, wird es dann möglich, das Portal zu einem Neigungswinkel zu dem Zeitpunkt der Erfassung der Tomographiebilddaten, die angezeigt werden, wenn eine Unterbrechung befohlen wurde, zurück zu bewegen.

Claims

Computertomograph mit: einem Erfassungsmittel (51) zum nacheinanderfolgenden Erfassen von Projektionsdaten, die zum Rekonstruieren eines Tomographiebildes von Daten erforderlich sind; einem Rekonstruktionsmittel (62) zum nacheinanderfolgenden Rekonstruieren von Tomographiebildern von Daten, von den Projektionsdaten, die von dem Erfassungsmittel (51) erfaßt worden sind; einem Anzeigemittel (64) zum Anzeigen von Tomographiebildern, die von dem Rekonstruktionsmittel (62) nacheinanderfolgend rekonstruiert worden sind, nach Ablauf einer gegebenen Zeitperiode seit der Erfassung der Projektionsdaten; einer Liege zum Abstützen eines oberen Tisches (65), auf welchem ein unter Untersuchung stehendes Subjekt liegt, so dass er in eine Richtung bewegt werden kann; einem Steuermittel (66) zur Veranlassung des Erfassungsmittels (51) die Projektionsdaten während der Bewegung des oberen Tisches (65) zu erfassen; und einem Eingabemittel (67) zum Eingeben einer Unterbrechungsanweisung, um die Erfassung der Projektionsdaten zu unterbrechen, wobei das Steuermittel (66) auf die Unterbrechungsanweisung von dem Eingabemittel (67) antwortet, um das Erfassungsmittel (51) anzuweisen, die Erfassung der Projektionsdaten zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (66) ausgelegt ist, um den oberen Tisch (65) zurückzusetzen, so dass ein Teil des unter Untersuchung stehenden Subjekts, für welchen die spätesten Tomographiebilddaten erfaßt worden sind, an der Position zum Zeitpunkt der Erfassung der letzten Tomographiebilddaten plaziert wird.
Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (51) eine Röntgenröhre (53), ein Energieversorgungsmittel (55) zur Lieferung von Energie an die Röntgenröhre (53) zur Veranlassung dieser zum Aussenden von Röntgenstrahlen, und einen Rotationsmechanismus (52) zur kontinuierlichen Rotation der Röntgenröhre (53) um das unter Untersuchung stehende Subjekt herum, aufweist; und bei dem das Steuermittel (66) das Energieversorgungsmittel (55) steuert, um die Röntgenröhre (53) zu stoppen Röntgenstrahlen auszusenden, und den Rotationsmechanismus (52) die Röntgenröhre (53) am Rotieren zu halten, während die Erfassung der Projektionsdaten unterbrochen ist.
Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (66) das Erfassungsmittel (51) und die Liege derart steuert, dass ein helixförmiges Abtasten möglich ist.