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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blende zur gezielten Beeinflussung von Röntgenstrahlung, die von einem Röntgenfokus eines CT-Gerätes ausgeht und der Abtastung eines Untersuchungsobjektes dient, wobei der Röntgenfokus und die fokusnah relativ dazu angeordnete Blende gemeinsam um eine Systemachse (z-Achse) rotierbar sind, und die Blende bewegbare Blendenelemente aufweist, mittels derer eine Blendenöffnung und damit die räumliche Divergenz der die Blendenöffnung passierenden Röntgenstrahlen dynamisch einstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Blendenvorrichtung und ein CT-Gerät mit jeweils einer ebensolchen Blende.
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Ein CT-Gerät zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes umfasst bekanntermaßen zumindest eine Röntgenstrahlenquelle mit einem Röntgenfokus, von dem aus ein pyramiden- oder fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel durch das Untersuchungsobjekt, bspw. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen aufgebautes Detektorsystem gerichtet ist. Dabei ist die Fächer- bzw. die Pyramidenform des Röntgenstrahlenbündels typischerweise auf das benutzte Detektorsystem abgestimmt, so dass das Detektorsystem vom Röntgenstrahlenbündel stets vollständig bestrahlt wird. Damit wird auch der Messbereich (engl. „Field Of View”, FOV) des Röntgenröhren-Detektorsystems festgelegt. Je nach Bauart des CT-Gerätes sind die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorsystem bspw. auf einer Gantry oder einem C-Arm angebracht, die um eine Systemachse (z-Achse) rotierbar sind. Weiterhin ist eine Lagerungseinrichtung für das Untersuchungsobjekt vorgesehen, die entlang der Systemachse (z-Achse) verschoben bzw. bewegt werden kann.
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Während der CT-Aufnahme produziert jedes von der Röntgenstrahlung getroffene Detektorelement des Detektorsystems ein Signal, das ein Maß der Gesamttransparenz des Untersuchungsobjektes für die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem bzw. der entsprechenden Strahlungsschwächung darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektorelemente des Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlungsquelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Die Position des Röntgenfokus, ausgehend von welcher das Röntgenstrahlenbündel das Untersuchungsobjekt durchdringt, wird infolge der Rotation der Gantry/des C-Arms ständig verändert. Die aktuelle Position des Röntgenfokus bzw. des Detektorsystems kann bei gegebener Systemachse (Z-Achse) in Zylinderkoordinaten (r, z, Φ) angegeben werden. Typischerweise sind während des Betriebes die r-Koordinaten der Strahlungsquelle und des zugeordneten Detektorsystems konstant. Eine Abtastung (Scan) des Untersuchungsobjektes umfasst dabei eine Vielzahl von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry/des C-Arms und/oder der verschiedenen Positionen der Lagerungseinrichtung gewonnen wurden. Man unterscheidet dabei sequentielle Scan-Verfahren und Spiral-Scan-Verfahren. Auf Basis der bei einem Scan erzeugten (Projektions-)Messdaten können mittels bekannter Verfahren 2D- oder 3D-Bilddaten vom Untersuchungsobjekt rekonstruiert werden.
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Konventionell wird das Untersuchungsobjekt unter Ausnutzung des FOV des Röntgenröhren-Detektorsystems abgetastet. Dies führt insbesondere bei Untersuchungen, bei denen nur ein kleiner interessierender Volumenausschnitt (ROI, engl. für „Region Of Interest”) des Untersuchungsobjektes von Interesse ist, zu einer Bestrahlung eines im Vergleich zum ROI deutlich größeren Untersuchungsobjektvolumens. Dabei wird das Untersuchungsobjekt, bspw. ein Patient, hohen Strahlenbelastung ausgesetzt, da das Untersuchungsobjekt im gesamten Messfeld des Röntgenröhren-Detektorsystems (FOV) bestrahlt wird, wobei der eigentlich interessierende ROI vielfach wesentlich kleiner als der FOV ist.
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Zur Vermeidung einer unnötigen Strahlenbelastung bei einer Abtastung eines Untersuchungsobjektes mit einem CT-Gerät, ist aus der
DE 102 42 920 A1 eine Blendenvorrichtung bekannt, mit der das Strahlenbündel in sehr präziser Weise auf das Messfeld des Detektors eingestellt werden kann. Die Blendenvorrichtung umfasst zur Einstellung des von dem Röntgenfokus ausgehenden Röntgenstrahlenbündels eine Blende mit zwei strahlerseitigen Absorberelementen. Die Blende ist so ausgebildet, dass die beiden Absorberelemente mit einer hohen Stellgenauigkeit vor Beginn einer Untersuchung positionierbar sind.
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Aus der
DE 196 25 864 C2 ist ein CT-Gerät mit zwei hintereinander angeordneten Blenden bekannt, die zur Einblendung eines pyramidenförmigen Röntgenstrahlenbündels dienen. Lediglich die vom Fokus weiter entfernt liegende Blende ist verstellbar ausgeführt.
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Aus der
DE 42 29 321 A1 ist eine Primärstrahlenblende bekannt, bei der in zwei parallelen Ebenen jeweils zwei Blendenpaare gegenläufig zueinander verstellbar sind, so dass eine rechteckförmige Einblendung des Röntgenstrahlenbündels möglich ist.
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Aus der
DE 31 36 806 A1 wird darüber hinaus ein Röntgenuntersuchungsgerät offenbart, welches eine Röntgenröhre mit unterschiedlich einstellbaren Brennflecken und eine justierbare Blende umfasst. Die Blende kann beim Umschalten des Brennflecks dabei synchron in der gleichen Richtung und um etwa den gleichen Betrag verschoben werden, um den sich der Brennfleck verschiebt.
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Aus der
DE 102 42 920 A1 ist ein Computertomographiegerät mit einer strahlerseitigen Einblendvorrichtung bekannt, die zur variablen Begrenzung des Strahlenbündels zwei bezüglich ihres Abstandes verstellbare Absorberelemente aufweist, wobei die Absorberelemente eine gekrümmte Form aufweisen und mittels einer Stelleinrichtung senkrecht zu ihrer Längsachse, insbesondere in einer Richtung parallel zu einer Systemachse bewegbar sind.
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Aus der
DE 102 44 898 A1 ist eine Einblendvorrichtung zum Begrenzen eines Röntgenstrahlenbündels mit wenigstens einem Absorberelement bekannt, wobei das Absorberelement derart geformt ist, dass ein Schlitz zum Durchtritt des Röntgenstrahlenbündels derart geformt ist, dass der Schlitz eine in Schlitzrichtung variierende Schlitzbreite aufweist.
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Aus der
DE 100 01 357 B4 und aus der
DE 100 01 357 A1 ist ein CT-Gerät bekannt, bei dem Mittel, insbesondere in den Strahlengang einbringbare Absorber, vorgesehen sind, mittels derer ein Strahlungsmaß in einem vom Strahlenbündel erfassten Körperteil reduzierbar ist.
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Aus der
DE 10 2005 018 811 B4 ist eine Blendenvorrichtung mit zwei Blenden bekannt, wobei für ein zumindest in einem Abschnitt der Abtastung ein mit der ersten Blende eingestelltes Strahlenbündel mittels der zweiten Blende zumindest teilweise dynamisch ausblendbar ist, das Einstellen des Strahlenbündels durch die erste Blende mit einer hohen Stellgenauigkeit, und das dynamische Ausblenden durch die zweite Blende mit einer hohen Stellgeschwindigkeit durchführbar ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 018 811 B4 eine Blendenvorrichtung bekannt, bei der zur Strahlformung während der Abtastung eines Untersuchungsobjektes zumindest zwei Blenden vorgesehen sind, wobei für zumindest einen Abschnitt der Abtastung ein mit der ersten Blende eingestelltes Strahlenbündel mittels der zweiten Blende zumindest teilweise dynamisch ausblendbar ist, und wobei das Einstellen des Strahlenbündels durch die erste Blende mit einer hohen Stellgenauigkeit und das dynamische Ausblenden durch die zweite Blende mit einer hohen Stellgeschwindigkeit durchführbar ist.
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Einige der vorstehend genannten Blenden oder Blendensysteme erlauben eine gezielte Abtastung eines vorgegebenen ROI in einem Untersuchungsobjekt. Durch die bekannten Blenden oder die Blendesysteme erfolgt eine dynamische Einschränkung der räumlichen Divergenz des zur Abtastung des Untersuchungsobjektes verwendeten Röntgenstrahlenbündels auf den ROI. Dabei werden Röntgenstrahlen, die auf Bereiche außerhalb des ROI gerichtet sind ausgeblendet. Dadurch lässt sich eine deutliche Reduktion der auf das Untersuchungsobjekt einwirkenden Strahlungsdosis in der Größenordnung von 50% erreichen. Für eine artefaktfreie Bildrekonstruktion der dabei erfassten Projektionsdaten besteht jedoch das Problem, dass Projektionsdaten auch außerhalb des ROI zumindest zur Faltung im Rahmen der gefilterten Rückprojektion erforderlich sind. Dieses Problem wird derzeit dadurch gelöst, dass vor der Durchführung eines sog. dynamischen, auf einen ROI beschränkten Scans ein Scan mit dem vollen Messfeld (FOV) des Röntgenröhren-Detektorsystems erfolgt, aus dem für alle späteren dynamischen Scans die benötigten Projektionsdaten für die Bildrekonstruktion im Rahmen einer Datenergänzung herangezogen werden. Dies setzt jedoch voraus, dass sich an der Lage des ROI während des gesamten dynamischen Scans nichts ändert. Bewegt sich das Untersuchungsobjekt, bspw. ein Patient, während der Untersuchung, so ist die Datenergänzung fehlerhaft und führt zu Bildartefakten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Blende oder eine Blendenvorrichtung für ein CT-Gerät anzugeben, mit der die Erfassung der zur Rekonstruktion eines artefaktfreien Bildes eines interessierenden Bereiches (ROI) notwendigen Projektionsdaten bei möglichst geringer Strahlenbelastung des Untersuchungsobjektes möglich ist, wobei der interessierenden Bereich (ROI) kleiner als der maximal mögliche Messbereich (FOV) des Röntgenröhren-Detektorsystems des CT-Gerätes ist und sich im allgemeinen nicht zentrisch auf der Rotationsachse befindet.
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Die Aufgabe wird durch die Blende gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. durch die Blendenvorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Blendenvorrichtung bzw. des Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 15 bzw. 17 bis 19.
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Erfindungsgemäß ist eine Blende zur gezielten Beeinflussung von Röntgenstrahlung, die von einem Röntgenfokus eines CT-Gerätes ausgeht und der Abtastung eines Untersuchungsobjektes dient, wobei der Röntgenfokus und die fokusnah relativ dazu angeordnete Blende gemeinsam um eine Systemachse (z-Achse) rotierbar sind, und die Blende bewegbare Blendenelemente aufweist, mittels denen eine Blendenöffnung und damit die räumliche Divergenz der die Blendenöffnung passierenden Röntgenstrahlen dynamisch einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenelemente für Röntgenstrahlung einen von Null verschiedenen Transmissionsgrad aufweisen, der derart bemessen ist, dass die transmittierten Röntgenstrahlen auf einem Detektorsystem für eine Bildrekonstruktion verwertbare Messsignale erzeugen.
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Unter Transmissionsgrad wird hierbei der Quotient der Röntgenstrahlungsintensität in Strahlungsrichtung vor einem Blendenelement und der Strahlungsintensität in Strahlungsrichtung hinter dem Blendenelement verstanden. Der Transmissionsgrad ist somit ein Maß für die in Strahlungsrichtung „durchgelassene” Strahlungsintensität. Ein von Null verschiedener Transmissionsgrad bedeutet daher insbesondere, dass auf die Blendenelemente treffende Röntgenstrahlen die Blendenelemente durchdringen, somit zur Abtastung des Untersuchungsobjektes nutzbar sind, und entsprechende Projektionsdaten erzeugen. Der Transmissionsgrad ist dabei erfindungsgemäß so bemessen, dass die transmittierten Röntgenstrahlen auf dem Detektorsystem für eine Bildrekonstruktion verwertbare Messsignale erzeugen. Alternativ kann der Grad der durch die Blendenelemente erzielten Schwächung der vom Röntgenfokus ausgehenden Röntgenstrahlen auch als Schwächungsfaktor angegeben werden. Dieser gibt an, um welchen Faktor die Strahlungsintensität beim Durchgang durch ein Blendenelement geschwächt wird. Um verwertbare Messsignale zu erzeugen, liegt der Röntgenstrahlungs-Schwächungsfaktor der Blendenelemente bei einem Wert < 20.000.
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Unter räumlicher Divergenz wird in diesem Dokument der räumliche Öffnungswinkel eines vom Röntgenfokus ausgehenden Röntgenstrahlenbündels verstanden.
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Die Erfindung geht von Erkenntnis aus, dass für die Rekonstruktion von artefaktfreien Bilddaten eines interessierenden Bereiches (ROI) des Untersuchungsobjektes, der kleiner als der Messbereich (FOV) des Röntgenröhren-Detektorsystems ist, Projektionsdaten auch außerhalb des ROI erforderlich sind, diese aber im Wesentlichen nur mit ihren niederfrequenten Anteilen in die Rekonstruktion eingehen. Dies liegt daran, dass der Basis-Faltungskern der inversen Radon-Transformation im Frequenzraum durch eine lineare Rampe gegeben ist. Folglich kann in den Projektionsdaten, die das Untersuchungsobjekt außerhalb des ROI erfassen, ein deutlich höheres Rauschen toleriert werden. Die Intensität der Röntgenstrahlen, die zur Abtastung des den ROI umgebenden Bereichs dienen, kann daher um einen erheblichen Faktor reduziert werden, so dass diese Röntgenstrahlen praktisch nicht zur der das Untersuchungsobjekt treffenden Gesamtdosis beitragen, aber dennoch auf dem Detektorsystem für die Rekonstruktion verwertbare Messdaten erzeugen.
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Statt der Ausblendung von Röntgenstrahlen, wie dies von den bekannten Strahlformungsblenden bekannt ist, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Blende eine gezielte dynamische Einstellung eines vom Röntgenfokus ausgehenden, die Blende ungeschwächt passierenden Röntgenstrahlbündels zur Abtastung des Untersuchungsobjektes, wobei die außerhalb der Blendenöffnung auf die Blendenelemente treffenden Röntgenstrahlen ebenfalls zur Abtastung des Untersuchungsobjektes genutzt werden können, allerdings mit entsprechend geschwächter Röntgenstrahlenintensität, die allerdings so groß ist, dass sie auf dem Detektorsystem verwertbare Messsignale erzeugt. Die Abtastung des Untersuchungsobjektes erfolgt somit mit einem Röntgenstrahlenbündel das eine ungeschwächte Röntgenstrahlenintensität aufweist und benachbarten Röntgenstrahlen, die eine reduzierte Röntgenstrahlenintensität aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei gegenüberliegende Blendenelemente vorgesehen, die in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Röntgenfokus dynamisch einstellbar sind. Da die Position des Röntgenfokus bei einem Scan typischerweise in einer Kreis- oder Spiralbahn um das Untersuchungsobjekt geführt wird, ist somit die Blendenöffnung abhängig von der Position des Röntgenfokus auf dieser Kreis- oder Spiralbahn einstellbar. Das Einstellen der Blendenelemente kann dabei bspw. mittels eines mechanischen, magnetischen, elektrischen oder elektromechanischen Antriebs erfolgen. Die Ansteuerung des Antriebs erfolgt vorzugsweise durch ein Steuergerät, anhand einer dort verfügbaren Information zur aktuellen Position des Röntgenfokus. Natürlich können die Blendenelemente auch abhängig von anderen oder zusätzlichen Parametern angesteuert bzw. eingestellt werden.
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Die Blendenöffnung kann je nach Anforderung und Ausfertigung der Blende bzw. deren Ansteuerung verschiedenste Umfangsform aufweisen. Typischerweise entspricht die Umfangsform der Blendenöffnung einer rechteckigen Form, so dass durch die Blendeöffnung ein ungeschwächtes pyramiden- oder fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel einstellbar ist.
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Vorzugsweise ist die Blende derart ausgeführt, dass die die Blendenöffnung passierende Röntgenstrahlung einem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel entspricht, das durch einen Fächerwinkel φ und einen Konuswinkel δ definierbar ist, wobei mittels der Blendenelemente der Fächerwinkel φ dynamisch einstellbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Blende derart ausgeführt, dass die die Blendenöffnung passierende Röntgenstrahlung einem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel entspricht, das durch einen Fächerwinkel φ und einen Konuswinkel δ definierbar ist, wobei mittels der Blendenelemente der Konuswinkel δ dynamisch einstellbar ist.
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Natürlich kann die Blende auch derart ausgeführt sein, dass eine gleichzeitige, von der Position des Röntgenfokus abhängige Einstellung des Fächerwinkel φ und des Konuswinkel δ der Blendenelemente möglich ist.
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In besonders vorteilhafter Weise sind die Blendenelemente derart einstellbar, dass mit den die Blendenöffnung passierenden Röntgenstrahlen nur ein vorgegebener interessierender Bereich (ROI) des Untersuchungsobjektes abtastbar ist. Somit ist es möglich, mit den die Blendenöffnung passierenden, ungeschwächten Röntgenstrahlen das Untersuchungsobjekt im ROI abzutasten, und mit den auf die Blendenelemente treffenden Röntgenstrahlen Projektionsdaten von dem den ROI umgebenden Bereich zu erhalten. Damit liegen im Gegensatz zu den bekannten Verfahren gleichzeitig mit der Abtastung des ROI auch Projektionsdaten außerhalb der ROI vor, die für die Faltung verwendet werden können. Das rekonstruierte Bild weist außerhalb des ROI natürlich ein erhöhtes Rauschen auf, ist aber innerhalb der ROI in voller Bildqualität rekonstruierbar.
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Für die konkrete Ausgestaltung der Blendenelemente bieten sich mehrere Möglichkeiten an. So können die Blendenelemente jeweils identische Transmissionseigenschaften für die Röntgenstrahlung aufweisen. Die Transmissionseigenschaften der Blendenelemente können sich natürlich auch unterscheiden, wobei vorzugsweise in der Blende gegenüber angeordnete Blendenelemente gleiche Transmissionseigenschaften aufweisen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Blendenelemente homogene Transmissionseigenschaften für die Röntgenstrahlung aufweisen. Homogenität meint hierbei die Gleichheit der Transmissionseigenschaften über die gesamte Ausdehnung eines Blendelementes.
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In einer Ausführungsform sind die Blendenelemente derart ausgeführt, dass sie die auf sie treffende Röntgenstrahlung in Strahlungsrichtung mit einem konstanten Schwächungsfaktor schwächen. Im Strahlengang nach der Blende ergibt sich dabei ein Röntgenstrahlenbündel-Querschnitt mit zwei Intensitätsbereichen. Ein erster Bereich mit einer hohen, ungeschwächten Röntgenstrahlenintensität, der auf die Röntgenstrahlen zurückgeht, welche die Blendenöffnung passieren, und ein zweiter Bereich mit einer geschwächten Röntgenstrahlenintensität, der auf die Röntgenstrahlen zurückgeht, welche auf die Blendenelemente treffen.
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Die Blendenelemente sind vorzugsweise derart gestaltet, dass die auf die Blendenelemente treffenden Röntgenstrahlen in Strahlrichtung jeweils eine identische Blendenelementdicke durchlaufen. Diese Ausführungsform führt jedoch auf dem Detektorsystem zu einer abrupten Änderung des gemessenen Intensitätsprofils an der Grenze der vorstehend bezeichneten Intensitätsbereiche, d. h. für diejenigen Röntgenstrahlen, die im Bereich des Umfangsrandes der Blendenöffnung auf die Blende treffen. Wegen dieser schnellen Änderung des Intensitätsprofils auf dem Detektorsystem ist eine Kalibrierung in diesem Bereich problematisch. Abhilfe kann in diesem Fall dadurch geschaffen werden, dass die entsprechenden Projektionsdaten aus den Messdaten entfernt, und durch interpolierte Daten ersetzt werden, wobei typische Interpolationsverfahren (linear, Polynom, etc.) eingesetzt werden können. Bei Ersetzung wird vorteilhafter Weise ein größerer Projektionsdatenbereich zu beiden Seiten der Intensitätsunstetigkeiten entfernt, um z. B. Toleranzen bei der Einstellung der Positionierung der Blendenelemente und der Fokusposition Rechnung zu tragen.
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Vorzugsweise beträgt die durch die Blendenelemente bewirkte Schwächung der Röntgenstrahlungsintensität einem Faktor 2–100, insbesondere 10–20. So werden bei einer Schwächung der Röntgenstrahlenintensität durch die Blendenelemente um einen Faktor 20 bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Blende ca. 45% der Dosis eingespart, die bei einer konventionellen Abtastung des Untersuchungsobjektes im gesamten FOV auftreten würde. Weiterhin fällt bei Einsatz der erfindungsgemäßen Blende im Vergleich zu den bisher bekannten dynamisch einstellbaren Blenden der erste Scan mit vollem Messfeld (FOV) weg, so dass sich dadurch eine weitere Reduktion der auf das Untersuchungsobjekt einwirkenden Dosis ergibt.
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Die Blendenelemente bestehen bevorzugt aus Ti oder Cu oder einer Legierung aus Ti und Cu. Weiterhin weisen die Blendenelemente bevorzugt eine Blendenelementdicke von 1 bis 20 mm auf.
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Die Blendenelemente weisen in einer Ausführungsform jeweils über die gesamte Ausdehnung eines Blendenelements eine konstante Blendenelementdicke auf.
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In einer alternativen Ausführungsform nimmt die Blendenelementdicke der Blendenelemente jeweils von der der Blendenöffnung zugewandten Seite der Blendenelemente in Richtung Blendenäußeres zu oder ab. In einer Ausführungsform nimmt der Transmissionsgrad für Röntgenstrahlung der Blendenelemente ausgehend von der der Blendenöffnung zugewandten Seite der Blendenelemente in Richtung Blendenäußeres ab. Durch die unterschiedliche Blendeelementdicken ergibt sich eine entsprechende Verteilung der mittels der Blendenelemente realisierten Schwächungsfaktoren entlang deren Ausdehnung.
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Die vorliegende Aufgabe wird insbesondere auch durch eine Blendenvorrichtung erfüllt, welche eine Blende der vorbeschriebenen Art umfasst. Eine solche Blendenvorrichtung zur gezielten Beeinflussung von Röntgenstrahlung, die von einem Röntgenfokus eines CT-Gerätes ausgeht und der Abtastung eines Untersuchungsobjektes dient, wobei der Röntgenfokus und die fokusnah relativ dazu angeordnete Blendenvorrichtung gemeinsam um eine Systemachse (z-Achse) rotierbar sind, weist eine erste Blende mit der ein vom Röntgenfokus ausgehendes Röntgenstrahlenbündel einstellbar ist, und eine zweite Blende, die einer Blende gemäß den Ansprüchen 1–15 entspricht und mit der das Röntgenstrahlenbündel dynamisch beeinflussbar ist, auf.
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Mit der ersten Blende, die typischerweise näher am Röntgenfokus angeordnet ist als die zweite Blende, wird das vom Röntgenfokus ausgehende Röntgenstrahlenbündel, insbesondere dessen räumliche Divergenz, eingestellt. Die zweite Blende beeinflusst dieses Röntgenstrahlenbündel in der vorstehend erläuterten Weise. Vorteilhafter Weise ist die Blendenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blende mit einer hohen Stellgenauigkeit und die zweite Blende mit einer hohen Stellgeschwindigkeit einstellbar ist. In einer Ausführungsvariante sind die erste und die zweite Blende parallel zueinander verstellbar angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Blende, die erfindungsgemäße Blendenvorrichtung sowie ein CT-Gerät mit einer ebensolchen Blende oder Blendenvorrichtung ermöglichen eine deutliche Reduktion der auf ein Untersuchungsobjekt einwirkenden Dosis, wenn es gilt nur für einen ROI, der kleiner als der FOV des verwendeten CT-Gerätes, bzw. dessen Röntgenröhren-Detektorsystems ist, artefaktfreie Bilddaten zu rekonstruieren. Durch eine positionsabhängige dynamische Einstellbarkeit der erfindungsgemäßen Blende kann so während eines dynamischen Scans der ROI mit ungeschwächter Röntgenintensität und gleichzeitig der den ROT umgebende Bereich mit einer deutlich geschwächten Röntgenintensität abgetastet werden. Durch die geschwächte Röntgenintensität der für die Abtastung des Bereichs außerhalb des ROI benutzten Röntgenstrahlen ist das Rauschen der entsprechenden Projektionsdaten erhöht. Sofern für Bereiche außerhalb des ROI Projektionsdaten vorliegen, die im Rahmen der Rekonstruktion zur Faltung verwendbar sind, kann zumindest der ROI artefaktfrei rekonstruiert werden.
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Die vorliegende Blende bzw. die Blendenvorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine Veranschaulichung der Winkelverhältnisse eines von einem Röntgenfokus ausgehenden, einen FOV abtastenden Röntgenstrahlenbündels,
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2 eine schematische Darstellung zur Abtastung eines ROI mittels eines von einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung beeinflussten Röntgenstrahlenbündels,
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3 eine schematische Darstellung des Dosisprofils im Strahlengang zwischen einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung und dem Untersuchungsobjekt,
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4 eine Darstellung der vom Dosisprofil abhängigen Detektorrohdaten, und Darstellung der im Übergangsbereich zwischen ungeschwächten und geschwächten Röntgenstrahlen geglätteten Daten,
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5–8 Beispiele von schematisierten Blendenelementquerschnitten und
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9–10 rekonstruierter Bilddaten aus Projektionsdaten, die von einem Untersuchungsobjekt aufgenommen wurden, wobei das Untersuchungsobjekt in 9 konventionell mit ungeschwächten Röntgenstrahlen, und in 10 mittels von einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung beeinflussten Röntgenstrahlen abgetastet wurden.
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Die 1 zeigt eine Veranschaulichung der Winkelverhältnisse eines von einem Röntgenfokus 1 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels, das einen FOV 5 abtastet und schließlich auf ein Detektorsystem 2, das aus mehreren in Zeilen und Spalten geordneten Detektorelementen 3 besteht, trifft. Typischerweise wird das vom Röntgenfokus 1 ausgehende Strahlenbündel in einem CT-Gerät derart auf das Detektorsystem 2 eingestellt, dass das Röntgenstrahlenbündel das Detektorsystem 2 vollständig ausleuchtet. Das vorliegende Strahlenbündel weist eine fächerförmige Geometrie auf, die mit einem Fächerwinkel φ und einem Konuswinkel δ beschrieben werden kann. Zur entsprechenden Strahlformung werden im Stand der Technik bekannte Strahlformungsblenden verwendet. In 1 ist ebenfalls die Systemachse (z-Achse) 4 angegeben. Zur konventionellen Abtastung eines Untersuchungsobjektes im FOV wird das Röntgenfokus-Detektorsystem 1, 2 um die Systemachse 4 rotiert, bzw. ggf. längs der Systemachse 4 verschoben.
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Die 2 zeigt eine schematische Skizze zur Abtastung eines innerhalb des FOV 5 angeordneten Untersuchungsobjektes 9 mittels eines von einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung 6, 7 beeinflussten Röntgenstrahlenbündels. Dargestellt ist ein Röntgenfokus-Detektorsystem 1, 2 das im Uhrzeigersinn um die auf der Bildebene senkrecht stehende Systemachse (z-Achse) 4 rotierbar ist, für zwei ausgewählte Röntgenfokuspositionen. Die vom Röntgenfokus 1 ausgehenden Röntgenstrahlen treffen zunächst auf eine zwei Blenden umfassende Blendenvorrichtung 6, 7. Diese weist eine konventionelle Strahlformungsblende 6 mit für Röntgenstrahlen undurchlässigen Blendenelementen auf, die die vom Röntgenfokus 1 ausgehenden ungeschwächten Röntgenstrahlen auf ein Strahlenbündel begrenzen, so dass das Detektorsystem 2 vollständig ausgeleuchtet werden kann. Durch die erste Blende 6 wird somit vorliegend in φ-Richtung ein Röntgenstrahlenbündel erzeugt, das durch die Randstrahlen 8 begrenzt und auf die Dimension des Detektorsystems in φ-Richtung abgestimmt ist. In anderen Worten, wird durch die erste Blende 6 der grundlegende Fächerwinkel φ so eingestellt, dass damit das Detektorsystem 2 vollständig beleuchtbar ist.
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An dieser Stelle sei der Hinweis erlaubt, dass sich die vorstehenden und nachfolgenden, auf den Fächerwinkel φ beziehenden Aussagen, in analoger Weise auch auf den Konuswinkels δ übertragbar sind.
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In Strahlrichtung der ersten Blende 6 nachgeordnet ist eine zweite Blende 7 vorgesehen. Diese Blende 7 weist zwei bewegbare Blendenelemente 7a, 7b auf, mittels denen die Blendenöffnung in φ-Richtung und damit die räumliche Divergenz der die Blendenöffnung passierenden Röntgenstrahlen in φ-Richtung dynamisch einstellbar ist. Erfindungsgemäß weisen die Blendenelemente 7a, 7b für Röntgenstrahlung einen von Null verschiedenen Transmissionsgrad auf, der derart bemessen ist, dass die transmittierten Röntgenstrahlen auf einem Detektorsystem für eine Bildrekonstruktion verwertbare Messsignale erzeugen. Bei der Drehung des Röntgenfokus-Detektorsystems 1, 2 um die Systemachse 4 bleibt die Strahlformungsblende 6 stets so eingestellt, dass die sie passierende Röntgenstrahlen das Detektorsystem vollständig ausleuchten können. Damit ist die Divergenz der vom Röntgenfokus ausgehenden Röntgenstrahlen auf einen konstanten Fächerwinkel φ begrenzt. Dieses Röntgenstrahlenbündel trifft auf die von der jeweiligen Position des Röntgenfokus 1 abgängig, dynamisch einstellbare Blende 7. Die durch die Blendenöffnung der Blende 7 tretenden Röntgenstrahlen sind mithin ungeschwächt. Die Blendenelemente 7a und 7b werden in diesem Ausführungsbeispiel abhängig von der Position des Röntgenfokus derart verstellt, dass sie stets auf einen vorgebbaren interessierenden Bereich (ROI) 10 gerichtet sind. Die entsprechenden Divergenzwinkel φ1, φ2 der die Blende 7 ungeschwächt passierenden Röntgenstrahlen ändern sich somit innerhalb der Fächerwinkels φ abhängig von der Position des Röntgenfokus 1.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung zum Dosisprofil im Strahlengang zwischen der Blendenvorrichtung 6, 7 und dem Untersuchungsobjekt 9, entlang eines Strahlenquerschnitts A–B (vgl. hierzu 1). Der obere Bildabschnitt zeigt, wie bereits zu 2 erläutert, die von dem Röntgenfokus 1 ausgehende Röntgenstrahlung, die durch die Blendenvorrichtung 6, 7 beeinflusst wird, bevor diese auf das Untersuchungsobjekt 9 trifft. Durch die in der Realität endliche Ausdehnung des Röntgenfokus 1 ergibt sich ein etwas größerer Divergenzwinkel für φ (erste Blende, 6) und für φ1 (zweite Blende 7) als bei einem punktförmigen Röntgenfokus.
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In der unteren Teilfigur von 3 ist das Dosisprofil der Röntgenstrahlung entlang der Querschnittslinie A–B dargestellt. Dabei ist entlang der Ordinate die Dosis, entlang der Abszisse der Fächerwinkel φ aufgetragen. Deutlich zu erkennen ist, dass der ROI mit der ungeschwächten Röntgendosis abgetastet wird, während demgegenüber die den ROI umgebenden Bereiche des Untersuchungsobjektes von Röntgenstrahlen abgetastet werden, die durch Blendenelemente 7a, 7b der Blende 7 in ihrer Intensität um einen Faktor 20 geschwächt sind. Im Übergangsbereich, d. h. für die Röntgenstrahlen, die die Blende 7 im Umfangsbereich der Blendenöffnung passieren, fällt bzw. steigt die Dosis entsprechend.
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In 4 sind vom Detektorsystem 2 aufgenommene Rohdaten dargestellt, die sich beispielhaft ergeben, wenn das Untersuchungsobjekt 9 mit Röntgenstrahlen abgetastet wird, die dem in 3 dargestellten Dosisprofil entsprechen. In den beiden Graphen der 4 ist jeweils entlang der Ordinate der Signalwert, und entlang der Abszisse die Detektoreinheiten entlang des Fächerwinkels φ aufgetragen. Deutlich zu erkennen ist im oberen Graphen der 4, dass das Signalrauschen für Projektionsdaten, die den ROI repräsentieren deutlich geringer ist als für Projektionsdaten, die Bereiche außerhalb ROI repräsentieren. Wegen der schnellen Änderung des Intensitätsprofils auf dem Detektor 2 werden die entsprechenden Messwerte im Übergangsbereich aus den Messdaten entfernt und durch interpolierte Daten ersetzt. Bei Ersetzung wird vorteilhafter Weise ein größerer Projektionsdatenbereich zu beiden Seiten der Intensitätsunstetigkeiten entfernt, um z. B. Toleranzen bei der Einstellung der Positionierung der Blendenelemente und der Fokusposition Rechnung zu tragen. Dieser Toleranzbereich ist in Bild 3 mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Hierbei kommen typische Interpolationsverfahren zur Anwendung.
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Der untere Graph von 4 zeigt die mit den interpolierten Daten geglätteten Projektionsdaten. Diese Projektionsdaten werden anschließend bei der Faltung im Rahmen der Rekonstruktion von Bilddaten zugrunde gelegt.
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Die 5–8 zeigen verschiedene Blendenelementprofile für erfindungsgemäße Blendenelemente 7a, 7b. Die Pfeile zeigen an, dass die Blendenelemente 7a, 7b in der angegebenen φ-Richtung im vom Röntgengfokus 1 ausgehenden Strahlengang dynamisch positionierbar sind, wobei sich eine entsprechende Änderung der in der Mitte der jeweils beiden Blendeelemente 7a, 7b liegenden Blendenöffnung ergibt. Die dargestellten Blenden 7 werden jeweils von oben mit vom Röntgenfokus 1 ausgehenden Röntgenstrahlen beaufschlagt. Diejenigen Röntgenstrahlen, welche die Blendöffnung passieren, werden durch die Blende 7 nicht geschwächt, die auf die Blendenelemente 7a und 7b treffenden Röntgenstrahlen werden in ihrer Intensität um einen Schwächungsfaktor geschwächt.
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In 5 weisen die Blendenelemente 7a, 7b eine über die Ausdehnung des Blendenelementes konstante Blendenelementdicke auf. Allerdings durchlaufen die auf diese Blendenelemente 7a und 7 treffenden Röntgenstrahlen die Blendenelemente je nach Auftreffwinkel auf unterschiedlich langen Wegen, was abhängig vom Strahlengang unterschiedliche Schwächungen der auftreffenden Röntgenstrahlen bewirkt.
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In den 6 und 7 nimmt die Blendeelementdicke von der der Blendenöffnung zugewandten Seite der Blendenelemente 7a, 7b in Richtung Blendenäußeres zu. Damit ergibt sich ein weicherer Übergang von ungeschwächten zu geschwächten Röntgenstrahlen. Die Enddicke der Blendenelemente 7a, 7b wird vorzugsweise derart gewählt, dass diese einem Schwächungsfaktor von 10–40, insbesondere 20 entsprechen. Für den konkreten Verlauf der Zunahme der Blendenelementdicke, gibt es neben den in 6 und 7 dargestellten, beliebige weitere Möglichkeiten.
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In 8 ist schließlich eine Blendenelementform gezeigt, die eine konstante Blendenelementdicke aufweist, die jedoch so geformt ist, dass auf sie treffende Röntgenstrahlen stets im rechten Winkel auftreffen. Damit wird sichergestellt, dass diese Röntgenstrahlen alle mit dem identischen Faktor geschwächt werden, wobei eine homogene Materialverteilung in den Blendenelementen 7a, 7b vorausgesetzt ist.
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Die 9 und 10 zeigen rekonstruierte Bilddaten (2D-Bilder), aus Projektionsdaten, die von einem Untersuchungsobjekt inkl. ROI aufgenommen wurden, wobei die zwei Bilder in 9 auf Projektionsdaten beruhen, die konventionell durch Abtastung des Untersuchungsobjektes 9 im gesamten FOV mit ungeschwächten Röntgenstrahlen erzeugt wurden, während die zwei Bilder in 10 auf Projektionsdaten beruhen, die durch Abtastung des Untersuchungsobjektes 9 mit Röntgenstrahlen erzeugt wurden, welche mittels einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung beeinflusst wurden. Die jeweils rechten Bilder der 9, 10 zeigen Ausschnittsvergrößerungen der jeweils linken Bilder für den ROI. Mit Anwendung konventioneller Abtastverfahren (9) wird der gesamte FOV, also auch der ROI artefaktfrei rekonstruiert. Allerdings wird, wie vorstehend beschrieben, das Untersuchungsobjekt mit einer hohen Röntgendosis bestrahlt. Für viele medizinische Fragestellungen ist jedoch nur eine artefaktfreie Rekonstruktion des ROI erforderlich. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Blende bzw. Blendenvorrichtung im Strahlengang eines CT-Gerätes können Projektionsdaten erzeugt werden, die für eine artefaktfreie Rekonstruktion des ROI ausreichend sind, aber das Untersuchungsobjekt eine deutlich reduzierten Röntgendosis aussetzen.
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Die 10 zeigt das Ergebnis einer Rekonstruktion von Projektionsdaten, die mittels Verwendung einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung erzeugt wurden. Deutlich zu erkennen ist, dass der ROI im linken Bild artefaktfrei rekonstruiert werden kann, während der Bereich außerhalb des ROI Artefakte aufweist. An den jeweils rechten Bildern der 9 und 10 zeigt sich somit kein Unterschied im rekonstruierten Bild des ROI.