DE102008037348B4

DE102008037348B4 - Method and X-ray CT system for generating tomographic representations from projection data relating to three different energy ranges

Info

Publication number: DE102008037348B4
Application number: DE102008037348.6A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Popescu Stefan
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: DE102008037348A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes mit Hilfe eines Röntgen-CT-Systems (1) mit zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierenden Strahler/Detektor-Kombinationen (A, B), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: 1.1. Abtastung des Untersuchungsobjektes (7) mit den zwei Strahler/Detektor-Kombinationen (A, B) über eine gesamte Abtastzeit (Tges), wobei 1.1.1. die Abtastung mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiespektren stattfindet, 1.1.2. Projektionsdaten (P1, P2, P3) bezüglich drei unterschiedlicher Energiebereiche (E1, E2, E3) ermittelt werden mit einem niedrigen Energiebereich (E1) und zwei höheren Energiebereichen (E2, E3), 1.1.3. und für den niedrigen Energiebereich (E1) Projektionsdaten (P1) aus der gesamten Abtastzeit gesammelt werden, während für die beiden höheren Energiebereiche (E2, E3) Projektionsdaten jeweils aus einem Teil der Abtastzeit gesammelt werden, anschließende 1.2. Rekonstruktion (–) einer räumlichen Verteilung von mittleren energiebereichsspezifischen Absorptionskoeffizienten (μ(r, E1), μ(r, E2), μ(r, E3)) je Energiebereich (E1, E2, E3), 1.3. Bestimmung einer räumlichen Verteilung von effektspezifischen Anteilskoeffizienten (APE(r), ACO(r), AK(r)), und 1.4. kombinierte Darstellung der räumlichen Verteilung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten (APE(r), ACO(r), AK(r)).Method for producing tomographic representations of an examination object with the aid of an X-ray CT system (1) with two radiator / detector combinations (A, B) rotating angularly about the examination subject, comprising the following method steps: 1.1. Scanning of the examination object (7) with the two radiator / detector combinations (A, B) over a total sampling time (Tges), wherein 1.1.1. the sampling takes place with at least two different energy spectra, 1.1.2. Projection data (P1, P2, P3) with respect to three different energy ranges (E1, E2, E3) are determined with a low energy range (E1) and two higher energy ranges (E2, E3), 1.1.3. and for the low energy range (E1), projection data (P1) is collected from the total sampling time, while for the two higher energy ranges (E2, E3), projection data is respectively collected from a portion of the sampling time, followed by 1.2. Reconstruction (-) of a spatial distribution of mean energy range specific absorption coefficients (μ (r, E1), μ (r, E2), μ (r, E3)) per energy range (E1, E2, E3), 1.3. Determination of a spatial distribution of effect-specific share coefficients (APE (r), ACO (r), AK (r)), and 1.4. Combined representation of the spatial distribution of the effect-specific share coefficients (APE (r), ACO (r), AK (r)).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes mit Hilfe eines Röntgen-CT-Systems mit zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierenden Strahler/Detektor-Kombinationen, durch Abtastung des Untersuchungsobjektes mit den zwei Strahler/Detektor-Kombinationen, wobei die Abtastung mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiespektren stattfindet, Projektionsdaten bezüglich drei unterschiedlicher Energiebereiche ermittelt werden, anschließende Rekonstruktion einer räumlichen Verteilung von Absorptionskoeffizienten und Darstellung der räumlichen Verteilung der Absorptionskoeffizienten.The invention relates to a method for generating tomographic representations of an examination subject by means of an X-ray CT system with two angularly offset around the object to be examined radiator / detector combinations, by scanning the examination subject with the two radiator / detector combinations, wherein the scan with at least two different energy spectra takes place, projection data are determined with respect to three different energy ranges, subsequent reconstruction of a spatial distribution of absorption coefficients and representation of the spatial distribution of the absorption coefficients.

In der Druckschrift B. M. Ohnesorge et al., Springer-Verlag 2007, ISBN 3-540-25523-0, ist ein Verfahren zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes mit Hilfe eines Röntgen-CT-Systems mit zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierenden Strahler/Detektor-Kombinationen bekannt (Abschnitt 8.4.1). Bei diesem Verfahren erfolgt eine Abtastung des Untersuchungsobjektes mit den zwei Strahler/Detektor-Kombinationen über eine gesamte Abtastzeit, wobei die Abtastung mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiespektren, welche aus unterschiedlichen Röhrenspannungen der Röntgenröhre resultieren, betrieben (S. 339, linke Spalte, erster Absatz).In the document BM Ohnesorge et al., Springer-Verlag 2007, ISBN 3-540-25523-0, is a method for generating tomographic representations of an examination subject using an X-ray CT system with two angularly displaced around the examination object rotating emitter / detector Combinations known (Section 8.4.1). In this method, the examination object is scanned with the two radiator / detector combinations over a total scan time, the scan being operated with at least two different energy spectra resulting from different tube voltages of the x-ray tube (p. 339, left column, first paragraph). ,

Weiterhin ist es aus der Offenlegungsschrift US 2008/0137803 A1 und der Druckschrift von S. J. Riederer and C. A. Mistretta, Medical Physics, Vol. 4, No. 6, 474–481, 1977, bekannt, dass durch Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit einem Röntgen-CT-System mit einem in drei unterschiedliche Energiebereiche aufgeteilten Energiespektrum Informationen über die räumliche Verteilung der auf unterschiedlichen physikalischen Effekten – wie Photoeffekt, Comptoneffekt und K-Kantenabsorptionseffekt – basierenden Anteile am Schwächungsverhalten der Röntgenstrahlung erhalten werden kennen. Dargestellt werden die Anteile der Schwächung durch Angabe der – entsprechend dem verwendeten computertomographischen Verfahren – räumlich aufgeteilten effektspezifischen Anteilkoeffizienten des jeweiligen physikalischen Schwächungseffekts. Es wurde gezeigt, dass hiermit selektiv Anteile von Gewebe, Knochen und Iod dargestellt werden können.Furthermore, it is from the published patent application US 2008/0137803 A1 and the reference of SJ Riederer and CA Mistretta, Medical Physics, Vol. 6, 474-481, 1977, that by scanning an object under examination with an X-ray CT system with an energy spectrum divided into three different energy ranges, information about the spatial distribution of the different physical effects - such as photo effect, Compton effect and K edge absorption effect - based shares of the attenuation behavior of the X-radiation can be obtained. The percentages of the attenuation are shown by specifying the spatially distributed effect-specific coefficient of the respective physical attenuation effect, in accordance with the computer tomographic method used. It has been shown that this can selectively represent shares of tissue, bone and iodine.

Bei solchen Röntgenuntersuchungen über ein relativ großes Energiespektrum, zum Beispiel 20 keV bis 140 keV, ergibt sich das Problem von drastisch unterschiedlicher Dosisleistung einer Röntgenröhre je nach verwendeter Beschleunigungsspannung, also je nach erzeugtem und bezüglich der Auswertung betrachtetem Energiebereich. Dies führt bei minimierter Gesamtdosisbelastung zu unterschiedlichen Bildergebnissen aufgrund des stark unterschiedlichen Photonenflusses und daraus resultierender Statistik. Der Photonenfluss, den die heutigen Röntgenröhren, die in der CT in Einsatz kommen, produzieren, ist bei niedriger Beschleunigungsspannung wesentlich schwächer als bei höherer Beschleunigungsspannung. Um genügend Photonenstatistik für die Bildrekonstruktion zu erschaffen, muss in der Regel die gesamte Bestrahlungszeit mit niedriger Beschleunigungsspannung verlängert werden. Insbesondere bei der Untersuchung von strahlungsempfindlichen Untersuchungsobjekten, wie Patienten, ist jedoch darauf zu achten, dass die verwendete Gesamtdosis möglichst gering bleibt, jedoch gleichzeitig gut verwertbare Bildergebnisse erzeugt werden.In such X-ray examinations over a relatively large energy spectrum, for example, 20 keV to 140 keV, the problem arises of drastically different dose rate of an X-ray tube depending on the acceleration voltage used, that is, depending on the generated and evaluated energy range. This results in minimized total dose loading to different image results due to the highly different photon flux and resulting statistics. The photon flux produced by today's X-ray tubes used in CT is much weaker at low acceleration voltage than at higher acceleration voltage. In order to create enough photon statistics for the image reconstruction, the entire irradiation time with low acceleration voltage usually has to be extended. In particular, when investigating radiation-sensitive examination objects, such as patients, care must be taken to ensure that the total dose used remains as low as possible, but at the same time produces well-usable image results.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu finden, welches eine CT-Untersuchung mit drei unterschiedlichen Energiebereichen erlaubt, wobei bei minimaler verwendeter Gesamtdosis die Bildqualität bezüglich der einzelnen Energiebereiche in ähnlichen Größenordnungen liegt. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird auch ein entsprechendes CT-System gesucht.It is therefore an object of the invention to find an improved method which allows a CT examination with three different energy ranges, wherein with minimum total dose used the image quality with respect to the individual energy ranges in similar magnitudes. To carry out this method, a corresponding CT system is also sought.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the subordinate claims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es möglich ist dieses zusätzliche Problem zu lösen, indem die Abtastzeiten der Energiebereiche entsprechend der vorliegenden Dosisleistungen aufgeteilt werden und damit die verwendete Dosis in den Energiebereichen angeglichen wird. Bezogen auf unterschiedliche Ausführungsvarianten der CT-Systeme, insbesondere deren Detektoren in Ausführungen als integrierende einlagige Detektoren, zweilagige und über zwei Energiebereiche integrierende Detektoren oder energieauflösende Detektoren, ergeben sich die weiter unten beschriebenen speziellen Betriebsweisen unterschiedlicher CT-Systeme.The invention is based on the finding that it is possible to solve this additional problem by dividing the sampling times of the energy ranges according to the dose rates available and thus adjusting the dose used in the energy ranges. Relative to different embodiments of the CT systems, in particular their detectors in embodiments as integrating single-layer detectors, two-layered and integrating over two energy ranges detectors or energy-resolving detectors, the below-described specific operations of different CT systems arise.

Mit Hilfe der Darstellung solcher effektspezifischen Anteilkoeffizienten lässt sich insbesondere auch Material spezifisch darstellen, welches im betrachteten Energiebereich der CT-Untersuchung eine K-Absorptionskante aufweist.With the aid of the representation of such effect-specific proportion coefficients, it is also possible in particular to represent material specifically which has a K absorption edge in the considered energy range of the CT examination.

Weiterhin soll auch der Registrierungszeitversatz möglichst kurz gehalten werden. Es heißt, es soll das abzutastende Volumen innerhalb eines möglichst kurzen Zeitfensters mit allen Energiespektren abgetastet werden. Furthermore, the registration time offset should be kept as short as possible. It is said that the volume to be scanned should be scanned with all energy spectra within the shortest possible time window.

Entsprechend dieser Erkenntnisse schlägt der Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes mit Hilfe eines Röntgen-CT-Systems mit zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierenden Strahler/Detektor-Kombinationen vor, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte enthält:

– Abtastung des Untersuchungsobjektes mit den zwei Strahler/Detektor-Kombinationen über eine gesamte Abtastzeit, wobei
– die Abtastung mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiespektren stattfindet,
– Projektionsdaten bezüglich drei unterschiedlicher Energiebereiche ermittelt werden mit einem niedrigen Energiebereich und zwei höheren Energiebereichen,
– und für den niedrigen Energiebereich Projektionsdaten aus der gesamten Abtastzeit gesammelt werden, während für die beiden höheren Energiebereiche Projektionsdaten jeweils aus einem Teil der Abtastzeit gesammelt werden, anschließende
– Rekonstruktion einer räumlichen Verteilung von mittleren energiebereichsspezifischen Absorptionskoeffizienten je Energiebereich,
– Bestimmung einer räumlichen Verteilung von effektspezifischen Anteilskoeffizienten, und
– kombinierte Darstellung der räumlichen Verteilung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten.

In accordance with these findings, the inventor proposes a method for generating tomographic representations of an examination object with the aid of an X-ray CT system with two radiator / detector combinations rotating angularly about the examination subject, the method comprising the following method steps:

- Scanning of the examination subject with the two radiator / detector combinations over a total sampling time, wherein
The sampling takes place with at least two different energy spectra,
Projection data relating to three different energy ranges are determined with a low energy range and two higher energy ranges,
- And for the low energy range projection data from the entire sampling time are collected, while for the two higher energy ranges projection data is collected in each case from a part of the sampling time, subsequent
- Reconstruction of a spatial distribution of mean energy range-specific absorption coefficients per energy range,
- determination of a spatial distribution of effect - specific coefficients, and
- Combined representation of the spatial distribution of the effect-specific share coefficients.

Durch dieses Verfahren wird eine weitgehend dosisgleiche beziehungsweise photonenflussgleiche Abtastung des Untersuchungsobjektes erreicht, so dass die rekonstruierten CT-Darstellungen mittlerer Schwächungswerte auf ähnlichen statistischen Grundlagen und damit ähnlichem Rausch-zu-Signal-Verhältnis basieren. Hierdurch ergeben sich optimale Grundlagen zur rechnerischen Bestimmung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten der energiebereichsspezifischen Schwächungswerte.By this method, a largely dose-equal or photon-flow-like scanning of the examination subject is achieved, so that the reconstructed CT representations of mean attenuation values are based on similar statistical principles and thus a similar noise-to-signal ratio. This results in optimal bases for the mathematical determination of the effect-specific share coefficients of the energy-range-specific attenuation values.

Vorteilhaft kann dieses Verfahren mit einem einfachen CT-System mit zwei winkelversetzten Strahler/Detektor-Systemen mit über das gesamte verwendete Energiespektrum integrierenden Detektoren ausgeführt werden, indem das erste Strahler/Detektor-System über die gesamte Abtastzeit mit einem ersten niedrigen Energiebereich betrieben wird und das zweite Strahler/Detektor-System während der Abtastzeit mit zwei unterschiedlichen, allerdings im Mittel höherenergetischen Energiebereichen betrieben wird.Advantageously, this method can be carried out with a simple CT system with two angular displacement emitter / detector systems with integrating over the entire energy spectrum integrating detectors by the first emitter / detector system is operated over the entire sampling time with a first low energy range and the second radiator / detector system is operated during the sampling time with two different, but on average higher energy energy ranges.

Die Detektorsysteme hierfür weisen aufgrund einfacher und kostengünstiger Produktionsverfahren bevorzugt integrierende einlagige Detektoren auf.The detector systems for this purpose preferably have integrating single-layer detectors due to simple and cost-effective production methods.

Gemäß einer Variante des Verfahrens kann zwischen den beiden höherenergetischen Energiespektren während der gesamten Abtastzeit einmal umgeschaltet werden. Dies bedeutet, dass ein Strahler/Detektor-System während der gesamten Abtastzeit im niedrigen Energiebereich abtastet, während das zweite Strahler/Detektor-System die Abtastzeit zwischen dem mittleren und hohen Energiebereich aufteilt.According to a variant of the method, it is possible to switch over once between the two higher-energy energy spectra during the entire sampling time. This means that a radiator / detector system scans in the low energy range during the entire sampling time, while the second radiator / detector system divides the sampling time between the medium and high energy range.

Grundsätzlich kann bei diesem Verfahren als gesamte Abtastzeit die Dauer für mindestens einen vollständigen Umlauf des Strahler/Detektor-Systems um seine Systemachse angesehen werden. Allerdings kann es auch vorteilhaft sein die gesamte Abtastzeit auf einen vollständigen Körperscan mit sequentiellem Kreisscan oder Spiralscan zu beziehen. Hierbei kann zum Beispiel die Abtastung in eine Richtung mit dem niedrigen und dem mittleren Energiebereich und in die andere Richtung mit dem niedrigen und dem hohen Energiebereich erfolgen. Auch Aufteilungen der Abtastungen in kleinere Systemachsenabschnitte sind möglich, wesentlich ist, dass alle Bereiche des Untersuchungsobjektes insgesamt mit jedem Energiebereich mindestens einmal abgetastet werden, damit für jeden betrachteten Ort des Untersuchungsobjektes Ergebnisse aus jedem Energiebereich vorliegen.In principle, the duration of at least one complete revolution of the emitter / detector system about its system axis can be regarded as the total sampling time in this method. However, it may also be advantageous to relate the total sample time to a complete body scan with sequential circular scan or spiral scan. In this case, for example, the scanning in one direction with the low and the middle energy range and in the other direction with the low and the high energy range can be done. It is also possible to divide the scans into smaller system axis sections, it is essential that all areas of the examination object are scanned at least once with each energy area so that results from each energy range are available for each considered location of the examination object.

In einer anderen Variante des Verfahrens kann zwischen den beiden höherenergetischen Energiespektren während der Abtastzeit mehrfach umgeschaltet werden. Insbesondere kann zwischen den beiden höherenergetischen Energiespektren derart umgeschaltet werden, dass während eines Umlaufs an jedem Projektionswinkel beide Energiespektren je einmal betrieben werden. Durch diese Variante löst sich das oben beschriebene Problem der Aufteilung der Abtastung in sich auf, da nun per se zu jedem Projektionswinkel Projektionswerte der drei Energiebereiche vorliegen.In another variant of the method, it is possible to switch over several times between the two higher-energy energy spectra during the sampling time. In particular, it is possible to switch over between the two higher-energy energy spectra in such a way that both energy spectra are operated once each at each projection angle during one revolution. By this variant, the above-described problem of dividing the sample dissolves in itself, since projection values of the three energy ranges are present per se at each projection angle.

Eine andere Variante des Verfahrens betrifft die Verwendung von zweilagigen Detektoren. Hierfür wird vorgeschlagen, dass die beiden Strahler der Strahler/Detektor-Systeme über die gesamte Abtastzeit mit je einem Energiespektrum unterschiedlicher mittlerer Energie betrieben werden, wobei die Detektoren zweilagig ausgebildet sind und in der ersten Lage bei beiden Detektoren das erste niedrige Energiespektrum detektiert wird und in der zweiten Lage der beiden Detektoren zwei unterschiedliche und höhere Energiespektren detektiert werden.Another variant of the method relates to the use of two-layer detectors. For this purpose, it is proposed that the two radiators of the radiator / detector systems over the entire sampling time with each an energy spectrum of different average energy are operated, the detectors are formed in two layers and in the first position in both detectors the first low energy spectrum is detected and in the second position of the two detectors two different and higher energy spectra are detected.

In einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt der Erfinder auch vor, dass die beiden Strahler der Strahler/Detektor-Systeme über die gesamte Abtastzeit mit je einem Energiespektrum unterschiedlicher mittlerer Energie betrieben werden, wobei die Detektoren energieselektierend bezüglich jeweils zweier Energiebereiche ausgebildet sind und jeweils ein erster niedriger und in beiden Detektoren gleicher Energiebereich und jeweils ein höherer Energiebereich, der bis zum oberen Ende der jeweils verwendeten Röntgenenergie reicht, detektiert wird.In a further alternative of the method according to the invention, the inventor also proposes that the two radiators of the radiator / detector systems are operated over the entire sampling time, each with an energy spectrum of different average energy, the detectors are energy-selective with respect to each two energy ranges and each one first lower and in both detectors the same energy range and in each case a higher energy range, which reaches to the upper end of the respectively used X-ray energy, is detected.

Allgemein wird zu den oben beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, dass die Energiebereiche und verwendeten Röntgenspektren derart gewählt werden, dass in jedem Energiebereich über die jeweilige Abtastzeit im Mittel eine solche Anzahl Photonen gemessen wird, dass sich die Anzahl der Photonen je Energiebereich und Detektorelement statistisch nicht signifikant voneinander unterscheidet.In general, it is proposed in the methods described above that the energy ranges and the X-ray spectra used are selected such that an average number of photons is measured in each energy range over the respective sampling time such that the number of photons per energy range and detector element does not statistically differ significantly different.

Bezüglich der Berechnung der ortsabhängigen effektspezifischen Absorptionskoeffizienten aus den zuvor rekonstruierten energiespezifischen Schwächungswerten wird auf der Basis der Beziehung

eine örtliche Lösung des folgenden Gleichungssystems vorgeschlagen:

mit:

μ(r, E_j): energiebereichsspezifischer Absorptionskoeffizient des Energiebereichs E_j am Ort r,
A_PE(r): Anteilskoeffizient des Photoeffekts
A_CO(r): Anteilskoeffizient des Comptoneffekts
A_K(r): materialspezifischer Anteilskoeffizient der Kantenabsorption
E_j: Energiebereich
1/E³: exponentielle Funktion, beschreibt die spektrale Abhängigkeit des Photo-Absorptionseffekts
F_KN(^E/₅₁₁): integrierte Klein-Nishina Funktion, beschreibt die spektrale Abhängigkeit des Compton-Absorptionseffekts
F_K(E): Sprungfunktion, beschreibt die K-Absorptionskante im spektralen Verlauf des Massenabsorptionskoeffizienten des Materials im Energiebereich E_j

With regard to the calculation of the location-dependent effect-specific absorption coefficients from the previously reconstructed energy-specific attenuation values is based on the relationship

proposed a local solution of the following system of equations:

With:

μ (r, E _j ): energy range-specific absorption coefficient of the energy range E _j at location r,
A _PE (r): Share coefficient of the photo effect
A _CO (r): Share coefficient of the Compton effect
A _K (r): Material specific coefficient of edge absorption
E _j: energy
1 / E ³: exponential function, describes the spectral dependence of the photo-absorption effect
_FNN ( ^E / ₅₁₁ ): integrated Klein-Nishina function, describes the spectral dependence of the Compton absorption effect
F _K (E): Jump function, describes the K absorption edge in the spectral curve of the mass absorption coefficient of the material in the energy range E _j

Das oben beschriebene Verfahren eignet sich auch besonders zur Darstellung von Kontrastmitteln. Hierfür wird dem Untersuchungsobjekt, hier einem Patienten, vor der Untersuchung ein Kontrastmittel appliziert, welches zumindest teilweise aus einem Material besteht, welches eine K-Absorptionskante im untersuchten Energiebereich für Röntgenstrahlung aufweist. Vorzugsweise kann dieses Kontrastmittel zu einem wesentlichen Teil aus Iod oder Gadolinium bestehen.The method described above is also particularly suitable for the presentation of contrast agents. For this purpose, the examination object, here a patient, before the examination, a contrast agent is applied, which at least partially consists of a material having a K-absorption edge in the investigated energy range for X-rays. Preferably, this contrast agent may consist essentially of iodine or gadolinium.

Zum Rahmen der Erfindung zählt auch ein Röntgen-CT-System zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes mit:

– zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierenden Strahler/Detektor-Kombinationen,
– wobei die erste Strahler/Detektor-Kombination ausschließlich zur Abtastung mit einem niedrigen Energiebereich über eine gesamte Abtastzeit eingestellt ist, und
– die zweite Strahler/Detektor-Kombination wechselnd zur Abtastung mit einem mittleren und einem hohen Energiebereich über jeweils einen Teil der gesamten Abtastzeit eingestellt ist,
– einer Steuer- und Recheneinheit, welche Computerprogramme in einem Speicher aufweist, die im Betrieb die Verfahrensschritte des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf einlagige integrierende Detektoren durchführen.

The scope of the invention also includes an X-ray CT system for generating tomographic representations of an examination subject with:

Two angularly displaced emitter / detector combinations around the object to be examined,
- Wherein the first radiator / detector combination is set exclusively for sampling with a low energy range over a total sampling time, and
The second radiator / detector combination is alternately set for scanning with a medium and a high energy range over a part of the total sampling time,
- A control and processing unit, which has computer programs in a memory, which perform in operation the method steps of the inventive method described above with respect to single-layer integrating detectors.

Weiterhin wird auch ein Röntgen-CT-System zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes vorgeschlagen, bei dem:

– zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierende Strahler/Detektor-Kombinationen vorgesehen sind, die jeweils mit einem zweilagigen Detektor ausgestattet sind, in denen je Lage unterschiedliche Energiebereiche von Röntgenstrahlung detektiert werden,
– der Strahler der ersten Strahler/Detektor-Kombination zur Abstrahlung eines ersten und niedrigen Energiebereiches über eine gesamte Abtastzeit eingestellt ist, und
– der Strahler der zweiten Strahler/Detektor-Kombination zur Abstrahlung eines zweiten und hohen Energiebereiches über eine gesamte Abtastzeit eingestellt ist, und
– Mittel, insbesondere entsprechende Programme, zur Sammlung der gesamten Detektordaten aus den oberen Lagen der beiden Detektoren zur Bildung von Projektionsdaten eines ersten niedrigen Energiebereiches vorliegen,
– Mittel, insbesondere entsprechende Programme, zur getrennten Sammlung von Detektordaten aus den unteren Lagen der beiden Detektoren zur Bildung von Projektionsdaten eines zweiten mittleren Energiebereiches aus einem Detektor und eines dritten und hohen Energiebereiches aus dem anderen Detektor vorliegen, und
– eine Steuer- und Recheneinheit vorliegt, welche Computerprogramme in einem Speicher aufweist, die im Betrieb die Verfahrensschritte des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf zweilagige integrierende Detektoren durchführen.

Furthermore, an X-ray CT system for generating tomographic representations of an examination object is proposed in which:

Two angularly offset radiator / detector combinations are provided around the object to be examined, which are each equipped with a two-layer detector in which different energy ranges of x-radiation are detected for each layer,
- The radiator of the first radiator / detector combination is set to emit a first and low energy range over a total sampling time, and
- The radiator of the second radiator / detector combination is set to emit a second and high energy range over a total sampling time, and
- means, in particular corresponding programs, for collecting the entire detector data from the upper layers of the two detectors to form projection data of a first low energy range,
- means, in particular corresponding programs, for the separate collection of detector data from the lower layers of the two detectors for the formation of projection data of a second medium energy range from a detector and a third and high energy range from the other detector are present, and
- There is a control and processing unit, which has computer programs in a memory, which perform in operation the method steps of the inventive method described above with respect to two-layer integrating detectors.

Außerdem gehört zum Rahmen der Erfindung auch ein Röntgen-CT-System zur Erzeugung tomographischer Darstellungen eines Untersuchungsobjektes, bei dem:

– zwei winkelversetzt um das Untersuchungsobjekt rotierende Strahler/Detektor-Kombinationen vorgesehen sind, die jeweils mit einem auf zwei Energiebereiche energieauflösenden Detektor ausgestattet sind,
– der Strahler der ersten Strahler/Detektor-Kombination zur Abstrahlung eines ersten und niedrigen Energiebereiches über eine gesamte Abtastzeit eingestellt ist, und
– der Strahler der zweiten Strahler/Detektor-Kombination zur Abstrahlung eines zweiten und hohen Energiebereiches über eine gesamte Abtastzeit eingestellt ist, und
– Mittel zur Sammlung der gesamten Detektordaten aus den oberen Lagen der beiden Detektoren zur Bildung von Projektionsdaten eines ersten und niedrigen Energiebereiches vorliegt,
– Mittel zur getrennten Sammlung von Detektordaten aus den unteren Lagen der beiden Detektoren zur Bildung von Projektionsdaten eines zweiten mittleren Energiebereiches aus einem Detektor und eines dritten und hohen Energiebereiches aus dem anderen Detektor vorliegt, und
– eine Steuer- und Recheneinheit vorliegt, welche Computerprogramme in einem Speicher aufweist, die im Betrieb die Verfahrensschritte des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf energiebereichsselektive Detektoren durchführen.

In addition, the scope of the invention also includes an X-ray CT system for generating tomographic representations of an examination subject, in which:

Two angularly offset radiator / detector combinations are provided around the object to be examined, each equipped with a detector which resolves energy to two energy ranges,
- The radiator of the first radiator / detector combination is set to emit a first and low energy range over a total sampling time, and
- The radiator of the second radiator / detector combination is set to emit a second and high energy range over a total sampling time, and
There is means for collecting the total detector data from the upper layers of the two detectors to form projection data of a first and a low energy range,
- Means for separate collection of detector data from the lower layers of the two detectors for forming projection data of a second average energy range from a detector and a third and high energy range from the other detector is present, and
- There is a control and processing unit, which has computer programs in a memory, which carry out the method steps of the inventive method described above with respect to energy-range-selective detectors in operation.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen und Kurzbezeichnungen verwendet: 1: Röntgen-CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: verschiebbare Patientenliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; 11: Kontrastmittelapplikator; 12: EKG-Leitung; 13: Steuerleitung für den Kontrastmittelapplikation; 14: Messöffnung im Gantrygehäuse; A; B: Strahler/Detektor-System; A_CO: effektspezifischer Anteilskoeffizient des Comptoneffekts; A_K: effektspezifischer Anteilskoeffizient der K-Kantenabsorption; A_PE: effektspezifischer Anteilskoeffizient des Photoeffekts; D_A: Detektor des Strahler/Detektor-Systems A; D_B: Detektor des Strahler/Detektor-Systems B; E_j, E₁ bis E₃: Energiebereiche; F: Strahlungsspektralfilter; I(A_CO): Bilddarstellung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten des Comptoneffekts; I(A_K): Bilddarstellung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten der K-Kantenabsorption; I(A_PE): Bilddarstellung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten des Photoeffekts; I(A_PE, A_CO, A_K): kombinierte Bilddarstellung der berechneten effektspezifischen Anteilskoeffizienten; P₁ bis P₃: Projektionen der Energiebereiche E₁ bis E₃; Prg₁–Prg_n: Computerprogramme; S₁: Scan im niedrigen Energiebereich; S₂; Scan im mittleren Energiebereich; S₃: Scan im hohen Energiebereich; t: Zeitachse; t₀: Beginn der Abtastzeit; t₁: Ende der Abtastzeit des mittleren Energiebereiches, Beginn der Abtastzeit des hohen Energiebereiches; t₂: Ende der Abtastzeit des hohen Energiebereiches; T_A: Röntgenröhre des Strahler/Detektor-Systems A, T_B: Röntgenröhre des Strahler-Detektor/Systems B; T_ges: gesamte Abtastzeit des niedrigen Energiebereiches;

bis

: Rekonstruktion in den Energiebereichen E₁ bis E₃; μ(r, E): Absorptionskoeffizient am Ort r im Energiebereich E.In the following the invention with reference to the preferred embodiments with reference to the figures will be described in more detail, with only the features necessary for understanding the invention features are shown. The following reference numerals and abbreviations are used: 1 : X-ray CT system; 2 : first X-ray tube; 3 : first detector; 4 : second x-ray tube; 5 : second detector; 6 : Gantry housing; 7 : Patient; 8th : movable patient bed; 9 : System axis; 10 : Control and computing unit; 11 : Contrast agent applicator; 12 : ECG lead; 13 : Control line for the contrast agent application; 14 : Measuring opening in the gantry housing; A; B: radiator / detector system; A _CO : effect-specific proportion coefficient of the Compton effect; A _K : effect-specific proportion coefficient of K edge absorption; A _PE : effect-specific coefficient of the photoeffect; D _A : detector of the emitter / detector system A; D _B : detector of the emitter / detector system B; E _j , E ₁ to E ₃ : energy ranges; F: radiation spectral filter; I (A _CO ): image representation of the effect-specific proportion coefficients of the Compton effect; I (A _K ): image representation of the effect-specific proportion coefficients of the K edge absorption; I (A _PE ): image representation of the effect-specific proportion coefficients of the photoeffect; I (A _PE , A _CO , A _K ): combined image representation of the calculated effect-specific proportion coefficients; P ₁ to P ₃ : projections of the energy ranges E ₁ to E ₃ ; Prg ₁ prg _n : computer programs; S ₁ : scan in the low energy range; S ₂ ; Scan in medium energy range; S ₃ : scan in the high energy range; t: time axis; t ₀ : start of the sampling time; t ₁ : end of the sampling period of the middle energy range, beginning of the sampling period of the high energy range; t ₂ : end of the high energy range sampling time; T _A : X-ray tube of the radiator / detector system A, T _B : X-ray tube of the radiator detector / system B; T _tot : total sampling time of the low energy range;

to

: Reconstruction in the energy ranges E ₁ to E ₃ ; μ (r, E): Absorption coefficient at location r in energy range E.

Es zeigen im Einzelnen:They show in detail:

1: Röntgen-CT-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 : X-ray CT system for carrying out the method according to the invention;

2: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Scans mit einem doppelten Strahler/Detektor-System mit integrierenden Detektoren; 2 : Schematic representation of a scan according to the invention with a double emitter / detector system with integrating detectors;

3: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Scans eines doppelten Strahler/Detektor-Systems mit zweilagigen Detektoren; 3 : Schematic representation of a scan according to the invention of a double emitter / detector system with two-layer detectors;

4: Flussschema eines erfindungsgemäßen Scans mit einem Strahler/Detektor-System gemäß 2; 4 FIG. 3: Flow diagram of a scan according to the invention with a radiator / detector system according to FIG 2 ;

5–7: Darstellung erfindungsgemäßer zeitlicher Scan-Schemata mit Strahler/Detektor-Systemen gemäß 2 und 5 - 7 : Representation of inventive temporal scan schemes with radiator / detector systems according to 2 and

8: Beispielhafte kombinierte Darstellung der räumlichen Verteilung vom effektspezifischen Anteilskoeffizienten des Photoeffektes, des Comptoneffektes und der K-Kantenabsorption. 8th : Exemplary combined representation of the spatial distribution of the effect-specific proportion coefficient of the photoeffect, the Compton effect and the K edge absorption.

Die 1 zeigt ein beispielhaftes CT-System 1 mit zwei Strahler/Detektor-Kombinationen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem hier gezeigten Beispiel besteht eine erste Strahler/Detektor-Kombination A aus einer ersten Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden ersten Detektor 3 und die zweite Strahler/Detektor-Kombination B aus der zweiten Röntgenröhre 4 mit dem zweiten gegenüberliegenden Detektor 5. Beide Röntgenröhren und Detektoren befinden sich auf einer hier nicht näher dargestellten Gantry in einem Gantrygehäuse 6 und rotieren um eine Systemachse 9. Ein Patient 7, der auf einer entlang der Systemachse 9 verschiebbaren Patientenliege 8 sich befindet, kann durch die Verschiebung der Patientenliege 8 durch das Messfeld 14 im Gantrygehäuse 6 kontinuierlich oder sequentiell verschoben werden. Bei einer kontinuierlichen Verschiebung des Patienten 7 wird der Patient 7 spiralförmig abgetastet, während bei einer sequentiellen Verschiebung eine sukzessive kreisförmige Abtastung des Patienten 7 stattfindet.The 1 shows an exemplary CT system 1 with two radiator / detector combinations for carrying out the method according to the invention. In the example shown here, a first radiator / detector combination A consists of a first x-ray tube 2 with an opposite first detector 3 and the second radiator / detector combination B from the second X-ray tube 4 with the second opposing detector 5 , Both x-ray tubes and detectors are located on a gantry (not shown here) in a gantry housing 6 and rotate around a system axis 9 , A patient 7 that's on one along the system axis 9 movable patient bed 8th can be due to the displacement of the patient bed 8th through the measuring field 14 in the gantry housing 6 be moved continuously or sequentially. In a continuous displacement of the patient 7 becomes the patient 7 in a sequential displacement, a successive circular scan of the patient 7 takes place.

Zur besseren Darstellung von Gefäßen ist ein Kontrastmittelapplikator 11 vorgesehen, der dem Patienten 7 – entsprechend den über eine Steuerleitung 13 gegebenen Befehlen eines Steuer- und Rechensystems 10 – Kontrastmittel appliziert. Zusätzlich kann über eine optional vorgesehene EKG-Leitung 12 der durchgeführte Scan im Rahmen einer durch das Herz gegateten Cardio-Abtastung ausgeführt werden. Das Steuer- und Rechensystem 10 verfügt über Computerprogramme Prg₁ bis Prg_n, die im Betrieb des Steuer- und Rechensystems 10 neben den normalen Steuermechanismen und Rekonstruktionsmechanismen auch die erfindungsgemäßen Verfahren – wie sie weiter oben beschrieben sind – durchführen.For better representation of vessels is a contrast agent applicator 11 provided to the patient 7 - according to the via a control line 13 given commands of a control and computing system 10 - applied contrast agent. In addition, via an optional ECG cable 12 the performed scan is carried out as part of a heart-gated cardio-scan. The control and computing system 10 has computer programs Prg ₁ to Prg _n operating in the control and computing system 10 in addition to the normal control mechanisms and reconstruction mechanisms, the inventive method - as described above - perform.

Erfindungsgemäß kann ein derartiges CT-System, wie es in der 1 dargestellt ist, beispielsweise betrieben werden, wie es in der 2 dargestellt ist. Die 2 zeigt das CT-System mit seinen beiden winkelversetzt zueinander angeordneten Strahler/Detektor-Systemen, die jeweils mit den Indizes A und B versehen sind, in zwei zeitlich hintereinander vorgesehenen Scan-Situationen SCAN (t₀–t₁) und SCAN (t₁–t₂).According to the invention, such a CT system, as shown in the 1 is shown, for example, operated as described in the 2 is shown. The 2 shows the CT system with its two angle offset mutually arranged radiator / detector systems, which are each provided with the indices A and B, in two successive temporally provided scan situations SCAN (t ₀ -t ₁ ) and SCAN (t ₁ - t ₂ ).

Auf der linken Seite der 2 ist die Scan-Situation SCAN (t₀–t₁) dargestellt, wobei das erste Strahler/Detektor-System aus der Röntgenröhre T_A (80 kV) und dem gegenüberliegenden Detektor D_A besteht. Dieses Strahler/Detektor-System wird entsprechend dem in Klammern stehenden Ausdruck mit 80 kV Beschleunigungsspannung betrieben. Entsprechend wird das senkrecht dazu angeordnete zweite Strahler/Detektor-System mit dem Index B, bestehend aus der Röntgenröhre T_B (110 kV) und dem gegenüberliegenden Detektor D_B mit einer Beschleunigungsspannung von 110 kV betrieben. Im Strahlengang der Röntgenröhre T_B ist ein Filter F vorgesehen, der eine zusätzliche Aufhärtung der von der Röntgenröhre T_B ausgehenden Strahlung bewirkt. Beispielsweise könnte es sich hierbei um 0,5 mm Zinn handeln.On the left side of the 2 the scan situation SCAN (t ₀ -t ₁ ) is shown, wherein the first radiator / detector system consists of the X-ray tube T _A (80 kV) and the opposite detector D _A. This emitter / detector system operates at 80kV acceleration voltage as indicated in parentheses. Accordingly, the perpendicular thereto arranged second radiator / detector system with the index B, consisting of the X-ray tube T _B (110 kV) and the opposite detector D _{B is operated} with an acceleration voltage of 110 kV. In the beam path of the X-ray tube T _B , a filter F is provided, which causes an additional hardening of the emanating from the X-ray tube T _B radiation. For example, this could be 0.5 mm tin.

Im Anschluss an die Scan-Situation SCAN (t₀–t₁) folgt die Scan-Situation SCAN (t₁–t₂), in der die Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre T_A weiterhin bei 80 kV beibehalten wird, während die Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre T_B auf 140 kV erhöht wird. Following the scan situation SCAN (t ₀ -t ₁ ), the scan situation follows SCAN (t ₁ -t ₂ ), in which the acceleration voltage of the x-ray tube T _{A is} still maintained at 80 kV, while the acceleration voltage of the x-ray tube T _{B is increased} to 140 kV.

Die Detektoren D_A und D_B sind als einfache über das gesamte verwendete Energiespektrum integrierende Detektoren ausgeführt. Entsprechend den hier gezeigten Scan-Situationen und dem oben beschriebenen Erfindungsgedanken werden nun während der gesamten Scanzeit, die sich vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₂ erstreckt, Projektionsdaten P₁ aus dem Detektor D_A über das Energiespektrum E₁ von 20 bis 80 keV gesammelt und zu einem gesamten Projektionsdatensatz über ein bestimmtes Volumen eines Untersuchungsobjektes aufaddiert, wobei während dieser gesamten Scanzeit das Strahler/Detektor-System A zumindest eine doppelt redundante Abtastung des Untersuchungsobjektes durchführen muss. Während dieser doppelt redundanten Abtastung des Strahler/Detektor-Systems A wird über einen ersten zeitlichen Teilbereich der gesamten Abtastzeit, nämlich von t₀ bis t₁, das zweite Strahler/Detektor-System mit der Röntgenröhre T_B mit 110 kV Beschleunigungsspannung betrieben, so dass entsprechend dem hier zur Verfügung stehenden Energiebereich E₂ von 60–110 keV zumindest eine einfache vollständige Abtastung des Untersuchungsobjektes vorgenommen wird und ein Projektionsdatensatz P₂ aus dem Energiebereich E₂ gesammelt werden kann. Anschließend an den Scan (t₀ bis t₁) erfolgt eine Umschaltung der Beschleunigungsspannung der zweiten Röntgenröhre T_B von 110 kV auf 140 kV, so dass die restliche Scanzeit Scan (t₁ bis t₂) das Untersuchungsobjekt mit einer Beschleunigungsspannung 140 kV, entsprechend einem Energiebereich E₃ von 60 bis 140 keV, abgetastet wird und daraus Projektionsdaten P₃, entsprechend diesem Energiebereich, gesammelt werden. Selbstverständlich müssen die Abtastzeiten so gewählt werden, dass in der Scanzeit t₁ bis t₂ ebenfalls eine vollständige Abtastung des Untersuchungsobjektes über den betrachteten Volumenbereich erreicht wird, so dass anschließend aus den gesammelten Projektionsdaten eine Rekonstruktion möglich ist. Aufgrund der unterschiedlich langen Scanzeiten für den niedrigen Energiebereich von 20 bis 80 keV und die wesentlich kürzeren Scanzeiten zwischen 60 und 110 keV beziehungsweise 60 und 140 keV wird erreicht, dass die gesamte Photonenzahl der Energiebereiche in etwa gleich ist, so dass die Bildqualität der Rekonstruktionen der einzelnen Energiebereiche in einem ähnlichen Qualitätsbereich, also mit einem ähnlichen Signal-zu-Rausch-Verhältnis, aufgenommen werden.The detectors D _A and D _B are designed as simple over the entire energy spectrum integrating detectors. According to the scan situations shown here and the inventive concept described above, projection data P ₁ from the detector D _A will now be from 20 to 80 keV over the energy spectrum E ₁ during the entire scan time, which extends from the time t ₀ to the time t ₂ collected and added to a total projection data set over a certain volume of an examination subject, during which entire scan time the emitter / detector system A must perform at least a double redundant scan of the examination subject. During this double redundant sampling of the emitter / detector system A, the second emitter / detector system with the X-ray tube T _{B is operated} with a 110 kV acceleration voltage over a first temporal subregion of the entire sampling time, ie from t ₀ to t ₁ in accordance with the energy range E ₂ of 60-110 keV available here, at least one simple complete scan of the examination subject is made and a projection data set P ₂ can be collected from the energy range E ₂ . Subsequent to the scan (t ₀ to t ₁ ), the acceleration voltage of the second x-ray tube T _{B is switched} from 110 kV to 140 kV, so that the remaining scan time scan (t ₁ to t ₂ ) the examination subject with an acceleration voltage 140 kV, corresponding an energy range E ₃ of 60 to 140 keV, is sampled and from this projection data P ₃ , corresponding to this energy range, are collected. Of course, the sampling times must be selected so that in the scan time t ₁ to t ₂ also a complete scan of the examination subject over the considered volume range is achieved, so that then from the collected projection data a reconstruction is possible. Due to the different lengths of scan times for the low energy range of 20 to 80 keV and the much shorter scan times between 60 and 110 keV and 60 and 140 keV is achieved that the total number of photons of the energy ranges is about the same, so that the image quality of the reconstructions of individual energy ranges in a similar quality range, ie with a similar signal-to-noise ratio.

Eine andere erfindungsgemäße Alternative zur Erzeugung von Projektionsdaten mit vergleichbaren statistischen Grundlagen aus unterschiedlichen Energiebereichen ist in der 3 dargestellt. Die 3 zeigt ebenso wie die 2 eine schematische Schnittdarstellung eines CT-Systems mit zwei senkrecht zueinander winkelversetzt angeordneten Strahler/Detektor-Systemen A und B, wobei im Gegensatz zum CT-System aus 2 keine über den gesamten Energiebereich integrierenden Detektoren verwendet werden, sondern zweilagige Detektoren D_A und D_B, die entsprechend ihrer Lagen zwei unterschiedliche Energiebereiche detektieren.Another alternative according to the invention for generating projection data with comparable statistical principles from different energy ranges is disclosed in US Pat 3 shown. The 3 shows as well as the 2 a schematic sectional view of a CT system with two perpendicular to each other angularly arranged radiator / detector systems A and B, in contrast to the CT system from 2 no integrating over the entire energy range detectors are used, but two-layer detectors D _A and D _B , which detect according to their positions two different energy ranges.

In der jeweils der Röntgenröhre zugewandten oberen Lage wird jeweils die applizierte Dosisleistung aus Photonen niedriger Energie, beispielsweise 20 bis 60 keV gemessen, während die unteren Lagen vornehmlich die applizierte Dosis der Strahlung mit höherer Energie, also 60 keV und höher, detektieren. Entsprechend dieser Situation kann durch den Betrieb der beiden Röntgenröhren mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen, hier 110 kV und 140 kV, und entsprechende Auslegung der Detektoren D_A und D_B dafür gesorgt werden, dass in der oberen Lage von beiden Detektoren ein niedriger Energiebereich E₁, hier beispielsweise 20 bis 60 keV, detektiert wird, so dass dessen Messwerte über beide Detektoren gesammelt und zu einem Projektionsdatensatz P₁ aufaddiert werden können, während aus den unteren Lagen der beiden Detektoren D_A und D_B der mittlere und der höhere Energiebereich E₂ und E₃ mit 60 bis 110 keV beziehungsweise 60 bis 140 keV entnommen werden können. Entsprechend lassen sich Projektionsdatensätze P₂ und P₃ aus den unteren Lagen der Detektoren D_A und D_B ermitteln, die jeweils nur die Hälfte der durchgeführten Abtastungen aufweisen, während in den oberen Lagen der Detektoren eine volle Abtastung mit beiden Detektoren durchgeführt wurde. Auch hierbei wird also durch eine entsprechend gewählte Lage der Energiebereiche die auftretende Dosisleistung relativ gleich zwischen den gemessenen Energiebereichen verteilt, so dass die aus den gemessenen Projektionen rekonstruierbaren Bilder annähernd gleiche Qualitätsmerkmale aufweisen.In each of the upper layer facing the X-ray tube, the applied dose rate of photons low energy, for example, 20 to 60 keV is measured, while the lower layers primarily detect the applied dose of radiation with higher energy, ie 60 keV and higher. According to this situation, by operating the two x-ray tubes with different acceleration voltages, in this case 110 kV and 140 kV, and corresponding design of the detectors D _A and D _B, it can be ensured that in the upper position of both detectors a lower energy range E ₁ , here For example, 20 to 60 keV, is detected, so that its measured values can be collected via both detectors and added to a projection data set P ₁ , while from the lower layers of the two detectors D _A and D _B, the middle and higher energy range E ₂ and E ₃ with 60 to 110 keV or 60 to 140 keV can be removed. Accordingly, projection data sets P ₂ and P _{3 can be determined} from the lower layers of the detectors D _A and D _B , which each have only half of the scans performed, while in the upper positions of the detectors a full scan was performed with both detectors. Here, too, the dose rate that occurs is thus distributed relatively equally between the measured energy ranges by means of a correspondingly selected position of the energy ranges, so that the images that can be reconstructed from the measured projections have approximately the same quality characteristics.

Anhand der Scan-Situation der 3 mit den beiden doppellagigen Detektoren D_A und D_B ist in der 4 nochmals das gesamte erfindungsgemäße Verfahrensschema dargestellt. Die 4 zeigt auf der linken Seite einen Scan S₁, in dem die beiden Strahler/Detektor-Kombinationen A und B mit den jeweils oberen Lagen einen Scan durchführen und dessen Daten verwendet werden, um einen ersten Projektionsdaten P₁ zu erzeugen. Parallel dazu wird ein zweiter Scan S₂ mit dem ersten Strahler/Detektor-System A durchgeführt, wobei hier ausschließlich die Daten der unteren Lage des Detektorsystems zur Erzeugung von Projektionsdaten P₂ verwendet werden. Parallel dazu wird im Scan S₃ mit dem Strahler/Detektor-System B ein Scan durchgeführt, bei dem entsprechend der dort vorliegenden höheren Beschleunigungsspannung Projektionsdaten aus diesem höheren Energiebereich ermittelt werden. Mit den Projektionsdaten P₁ bis P₃ erfolgt jeweils eine separate Rekonstruktion

bis

, woraus sich ortsabhängige Absorptionskoeffizienten μ(r, E₁) bis μ(r, E₃) aus den drei Energiebereichen E₁ bis E₃ berechnen.Based on the scan situation of 3 with the two double-layered detectors D _A and D _B is in the 4 again the entire process scheme according to the invention shown. The 4 shows on the left side of a scan S ₁ , in which the two radiator / detector combinations A and B with the respective upper layers perform a scan and whose data are used to generate a first projection data P ₁ . In parallel, a second scan S _{2 is performed} with the first radiator / detector system A, in which case only the data of the lower layer of the detector system are used to generate projection data P ₂ . Parallel to this, a scan is carried out in the scan S ₃ with the radiator / detector system B, in which projection data corresponding to the higher acceleration voltage present there this higher energy range. The projection data P ₁ to P ₃ are each a separate reconstruction

to

from which location-dependent absorption coefficients μ (r, E ₁ ) to μ (r, E ₃ ) from the three energy ranges E ₁ to E _{3 are} calculated.

Anschließend wird im nächsten Verfahrensschritt je Ort r das hier beschriebene Gleichungssystem gelöst und die effektspezifischen Anteilskoeffizienten A_PE(r), A_CO(r) und A_K(r) bezüglich des Photoeffektes, des Comptoneffektes und der K-Absorption berechnet. Entsprechend können Bilddarstellungen bezüglich dieser drei Effekte ausgegeben werden. Erfindungsgemäß wird außerdem eine Kombination der einzelnen Bilddarstellungen erzeugt und ausgegeben, wobei durch entsprechend farbliche Hervorhebung und gegebenenfalls Überlagerung der Bilddarstellung einzelner Hervorhebungen markanter dargestellt werden können.Subsequently, in the next method step, the equation system described here is solved for each location r and the effect-specific proportion coefficients A _PE (r), A _CO (r) and A _K (r) are calculated with respect to the photoeffect, the Compton effect and the K absorption. Accordingly, image representations regarding these three effects can be output. According to the invention, a combination of the individual image representations is also generated and output, whereby it can be represented more strikingly by correspondingly colored highlighting and optionally overlaying the image representation of individual highlights.

In den 5 bis 7 sind unterschiedliche Timingverhalten von Detektorsystemen gemäß der Darstellung aus 2 gezeigt.In the 5 to 7 are different timing behavior of detector systems as shown 2 shown.

Die 5 zeigt beispielsweise über dem Zeitstrahl t den Scan eines ersten Strahler/Detektor-Systems mit niedriger Energie E₁ über eine gesamte Scanzeit T_ges, während darunter die Aufteilung dieser gesamten Zeit in zwei zeitliche Unterabschnitte von t₀ bis t₁ und t₁ bis t₂ für ein zweites Detektorsystem mit zwei unterschiedlichen Energiebereichen gezeigt ist, wobei zwischen diesen Energiebereichen eine einzige Umschaltung über die gesamte Scanzeit T_ges erfolgt.The 5 shows, for example, over the time t the scan of a first radiator / detector system with low energy E ₁ over a total scan time T _ges , while below the division of this entire time into two temporal subsections from t ₀ to t ₁ and t ₁ to t ₂ is shown for a second detector system with two different energy ranges, wherein between these energy ranges, a single switching over the entire scan time T _ges done.

Die 6 zeigt eine alternative Möglichkeit, in der eine häufige Umschaltung zwischen den Energiebereichen E₂ und E₃ – entsprechend den unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen – an den Röntgenröhren vorgenommen wird, wobei hierbei darauf zu achten ist, dass über jeden Energiebereich in der Summe zumindest ein vollständiger Scan durchgeführt wird.The 6 shows an alternative possibility in which a frequent switching between the energy ranges E ₂ and E ₃ - corresponding to the different acceleration voltages - is performed on the X-ray tubes, in which case care must be taken that over each energy range in the sum at least a complete scan is performed ,

Die 7 soll schließlich darstellen, wie eine Umschaltmöglichkeit zwischen mittlerer und hoher Beschleunigungsspannung – entsprechend dem mittleren beziehungsweise hohen Energiebereich – möglich ist, wobei hier die Umschaltung bezüglich jedes einzelnen Projektionswinkels stattfindet. Diese Art der Umschaltung eignet sich insbesondere für die Durchführung von Scans in Verbindung mit Spiralabtastungen, da hierbei jeder einzelne Projektionswinkel und gleichzeitig auch jedes einzelne Volumen durchgehend von allen Energiebereichen der Röntgenstrahlung abgetastet wird, so dass bei der anschließenden Rekonstruktionsberechnung nicht mehr speziell auf die vollständige Abdeckung aller Projektionswinkel gesondert geachtet werden muss.The 7 should finally represent how a switchover between medium and high acceleration voltage - in accordance with the medium or high energy range - is possible, in which case the switching takes place with respect to each individual projection angle. This type of switching is particularly suitable for carrying out scans in conjunction with spiral scans, since each individual projection angle and simultaneously also each individual volume is scanned continuously from all energy ranges of the X-ray radiation, so that in the subsequent reconstruction calculation is no longer specifically on the complete coverage all projection angles must be considered separately.

Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle der Zeitachse in den 5 bis 7 auch der Umlaufwinkel der rotierenden Strahlen/Detektor-Systeme gesetzt werden kann. T_ges entspricht damit einem ganzzahligen Vielfachen eines Vollumlaufs über den mit dem Energiebereich E₁ abgetastet wird. In den beiden hohen Energiebereichen E₂ und E₃ ist dabei, bezogen auf ein abgetastetes Volumenelement, jeweils in der Summe mindestens ein abgetasteter Halbumlauf notwendig.It should be noted that instead of the timeline in the 5 to 7 also the circulation angle of the rotating beams / detector systems can be set. T _ges thus corresponds to an integer multiple of a full revolution about the energy E is scanned with the _first In the two high energy ranges E ₂ and E ₃ , based on a sampled volume element, at least one sampled half circulation is necessary in each case in total.

Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der 8 dargestellt. Diese zeigt drei CT-Schnittdarstellung der effektspezifischen Anteilskoeffizienten für links den Photoeffekt, in der Mitte den Comptoneffekt und rechts die K-Kantenabsorption, entsprechend der darunter stehenden Gleichung in einer kombinierten Darstellung. Im Rahmen der Erfindung wird auch eine Überlagerung dieser Schnittbilddarstellung, insbesondere auch mit farblicher Unterlegung, ermöglicht. Im vorliegenden gezeigten Fall wird in der rechten Darstellung das Kontrastmittel Gadolinium hervorgehoben, dessen Absorptionskante im Bereich von 50 keV angeordnet ist, so dass durch diese Darstellung besonders günstig ein solches Kontrastmittel hervorhebbar ist. In der linken Darstellung, in der der Anteilskoeffizient des Photoeffektes dargestellt ist, wird insbesondere die Struktur von Weichteilgewebe gezeigt, während im mittleren Bild, welches den Anteilskoeffizienten für den Comptoneffekt zeigt, die lokale Elektronendichte dargestellt wird.The result of the method according to the invention is in the 8th shown. This shows three CT-sectional view of the effect-specific share coefficients for the left photo effect, in the middle of the Compton effect and on the right the K-edge absorption, according to the equation below in a combined representation. In the context of the invention, a superimposition of this cross-sectional image representation, in particular with color underlay, is made possible. In the case shown here, the contrast agent gadolinium is highlighted in the right-hand illustration, the absorption edge of which is arranged in the region of 50 keV, so that such a contrast agent can be emphasized particularly favorably by this illustration. In the left-hand illustration, which shows the proportion coefficient of the photoeffect, in particular the structure of soft tissue is shown, while in the middle image, which shows the proportion coefficient for the Compton effect, the local electron density is shown.

Insgesamt wird also eine CT-Mehrbereichsabsorptionsmessung über drei unterschiedliche Energiebereiche vorgeschlagen, bei der im niedrigen Energiebereich über die gesamte Abtastzeit gemessen wird, während sich die Messung in den höheren Energiebereichen die gesamte Abtastzeit teilt. Damit wird eine gleichmäßigere Verteilung der gemessenen Photonen auf die drei Energiebereiche erreicht.Overall, therefore, a CT multi-range absorption measurement over three different energy ranges is proposed, is measured in the low energy range over the entire sampling time, while the measurement in the higher energy ranges divides the entire sampling time. This achieves a more uniform distribution of the measured photons over the three energy ranges.

Claims

Method for generating tomographic representations of an examination object with the aid of an X-ray CT system ( 1 ) with two emitter / detector combinations (A, B) rotating angularly about the object to be examined, comprising the following method steps: 1.1. Scanning of the examination subject ( 7 ) with the two radiator / detector combinations (A, B) over a total sampling time (T _tot ), wherein 1.1.1. the sampling takes place with at least two different energy spectra, 1.1.2. Projection data (P ₁ , P ₂ , P ₃ ) with respect to three different energy ranges (E ₁ , E ₂ , E ₃ ) are determined with a low energy range (E ₁ ) and two higher energy ranges (E ₂ , E ₃ ), 1.1.3 , and for the low energy range (E ₁ ), projection data (P ₁ ) is collected from the total sampling time, while for the two higher energy ranges (E ₂ , E ₃ ) projection data are respectively collected from a portion of the sampling time, then 1.2. Reconstruction (

-

) of a spatial distribution of mean energy range-specific absorption coefficients (μ (r, E ₁ ), μ (r, E ₂ ), μ (r, E ₃ )) per energy range (E ₁ , E ₂ , E ₃ ), 1.3. Determination of a spatial distribution of effect-specific share coefficients (A _PE (r), A _CO (r), A _K (r)), and 1.4. Combined representation of the spatial distribution of the effect-specific proportion coefficients (A _PE (r), A _CO (r), A _K (r)).

Method according to the preceding claim 1, characterized in that the first radiator / detector system (A) is operated with a first and a low energy spectrum over the entire sampling time (T _ges ) and the second radiator / detector system (B) during the Sampling time with two different, but on average higher energy energy spectra operated.

Method according to the preceding claim 2, characterized in that the detector systems (D _A , D _B ) have integrating single-layer detectors.

Method according to one of the preceding claims 2 to 3, characterized in that between the two higher energy energy spectra during the entire sampling time (T _ges ) is switched once.

Method according to one of the preceding claims 2 to 3, characterized in that between the two higher energy energy spectra during the entire sampling time (T _ges ) is switched several times.

Method according to the preceding claim 5, characterized in that between the two higher energy energy spectra is switched such that during one revolution at each projection angle both energy spectra are operated once each.

Method according to the preceding claim 1, characterized in that the two radiators of the radiator / detector systems (A, B) are operated over the entire sampling time, each with an energy spectrum of different average energy, wherein the detectors (D _A , D _B ) two layers are formed and detected in the first position in both detectors (D _A , D _B ) of the first and low energy range (E ₁ ) and in the second position of the two detectors (D _A , D _B ) two different and higher energy ranges (E ₂ , E ₃ ) are detected.

Method according to the preceding claim 1, characterized in that the two radiators of the radiator / detector systems (A, B) are operated over the entire sampling time (T _tot ), each with an energy spectrum of different average energy, the detectors energy-selecting with respect to two Energy ranges (E ₁ , E ₂ , E ₁ , E ₃ ) are formed and in each case a first and lower and in both detectors the same energy range (E ₁ ) and in each case a higher energy range (E ₂ , E ₃ ), to the upper end the respectively used X-ray energy is sufficient, is detected.

Method according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the energy ranges (E ₁ -E ₃ ) and energy spectra used are chosen such that in each energy range (E ₁ -E ₃ ) over the respective sampling time on average such a number Photons are measured that the number of photons per energy range (E ₁ -E ₃ ) and detector element statistically not significantly different from each other.

Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the location-dependent effect-specific absorption coefficients (A _PE (r), A _CO (r), A _K (r)) are calculated by local solution of the following system of equations:

with: μ (r, E _j ) Energy absorption coefficient of the energy range E _j at location r, A _PE (r) Coefficient of proportion of the photo effect A _CO (r) Compton effect coefficient A _K (r) Material specific coefficient of K edge absorption E _j Energy range 1 / E ³ exponential function, describes the spectral dependence of the photoabsorption effect F _KN ( ^E / ₅₁₁ ) integrated Klein-Nishina function, describes the spectral dependence of the Compton absorption effect F _K (E) jump function, describes the K absorption edge in the spectral curve the mass absorption coefficient of the material in the energy range E _j

Method according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that the examination object ( 7 ) is a patient who has received a contrast agent.

Method according to the preceding claim 11, characterized in that iodine or gadolinium is used as contrast agent.

X-ray CT system ( 1 ) for generating tomographic representations of an examination subject ( 7 ) with: 13.1. two angles offset around the examination subject ( 7 ) rotating emitter / detector combinations (A, B), 13.2. the first emitter / detector combination (A) being set exclusively for sampling with a low energy range (E ₁ ) over a total sampling time (T _tot ), and 13.3. the second radiator / detector combination (B) is alternately set to scan with a medium and a high energy range (E ₂ , E ₃ ) over a part of the total sampling time (T _tot ), 13.4. a control and processing unit ( 10 ), which computer programs (Prg ₁ -Prg _n ) in a memory that perform the method steps of claims 1-6 or 9-12 in operation.

X-ray CT system ( 1 ) for generating tomographic representations of an examination subject, wherein: 14.1. two angularly offset around the object under investigation rotating emitter / detector combinations (A, B) are present, which are each equipped with a two-layer detector (D _A , D _B ), in each of which layer different energy ranges (E ₁ -E ₃ ) detected by X-rays become, 14.2. the emitter of the first emitter / detector combination (A) is set to emit a first and a low energy range (E ₁ ) over a total sampling time (T _tot ); and 14.3. the radiator of the second radiator / detector combination (B) is set to emit a second and high energy range (E ₂ ) over an entire sampling time (T _tot ), and 14.4. Means for collecting the total detector data from the upper layers of the two detectors (D _A , D _B ) to form projection data (P ₁ ) of a first and low energy range (E ₁ ), 14.5. Means for the separate collection of detector data from the lower layers of the two detectors (D _A , D _B ) to form projection data (P ₂ , P ₃ ) of a second average energy range (E ₂ ) from a detector (D _B ) and a third and high energy range (E ₃ ) from the other detector, and 14.6. a control and processing unit ( 10 ), which computer programs (Prg ₁ -Prg _n ) has in a memory which performs the method steps of claims 1, 7, 9-12 during operation.

X-ray CT system for generating tomographic representations of an examination subject ( 7 ), where: 15.1. two angularly offset around the object under investigation rotating emitter / detector combinations (A, B) are present, which are each equipped with a two-energy energy-resolving detector, 15.2. the emitter of the first emitter / detector combination (A) is set to emit a first and a low energy range (E ₁ ) over a total sampling time (T _tot ); and 15.3. the emitter of the second emitter / detector combination (B) is set to emit a second and high energy range (E ₂ ) over an entire sampling time (T _tot ); and 15.4. Means for collecting the total detector data from the upper layers of the two detectors (D _A , D _B ) to form projection data (P ₁ ) of a first and low energy range (E ₁ ) are present, 15.5. Means for the separate collection of detector data from the lower layers of the two detectors for the formation of projection data (P ₂ , P ₃ ) of a second average energy range (E ₂ ) from a detector (D _A ) and a third and high energy range (E ₃ ) the other detector (D _B ), and 15.6. a control and processing unit ( 10 ) is provided, which computer programs (Prg ₁ -Prg _n ) in a memory that performs the method steps of claims 1, 8, 9-12 during operation.