DE102013200400A1

DE102013200400A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der durch das zu untersuchende Objekt verursachten Abschwächung der Röntgenstrahlung

Info

Publication number: DE102013200400A1
Application number: DE201310200400
Authority: DE
Inventors: Thilo Hannemann; Mario Reinwand
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-05-28
Also published as: US20150219774A1; KR101835530B1; US9664801B2; CN104603606B; CN104603606A; WO2014044430A1; KR20150059791A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist, dass zusätzlich zur Intensität auch die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung zur Bestimmung der von einem Objekt (7) verursachten Abschwächung herangezogen wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Strahlungsmonitor (M) für ein Röntgen- bzw. CT-System (1), das geeignet zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Vorgehens ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung der durch das zu untersuchende Objekt verursachten Abschwächung der Röntgenstrahlung. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, insbesondere ein Strahlungsmonitor für ein Röntgen- bzw. CT-System (CT = Computertomograph), die insbesondere geeignet zur Durchführung des Verfahrens ist.
Die in der CT-Bildgebung verwendete Röntgentechnik ist eine wichtige Technologie in der medizinischen Bildgebung.
Die 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines modernen, sogenannten Dual-Source-CT-Systems; Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Ein solches CT-System 1 verfügt über eine erste Röntgenröhre bzw. Röntgenstrahlungsquelle 2 mit einem gegenüberliegenden Detektor 3 und eine zweite Röntgenröhre 4 mit einem weiteren gegenüberliegenden Detektor 5, wobei Röntgenquelle und Detektor so angeordnet sind, dass zwischen beiden ein mit Röntgenstrahlung zu durchdringender Patient 7 gelagert werden kann. Beide Röntgenstrahlungsquelle- bzw. Detektor-Systeme 2, 3 und 4, 5 sind in einem Gantrygehäuse 6 auf einer, um eine Systemachse 9 rotierende und hier nicht sichtbar dargestellte, Gantry angeordnet. Der Patient 7 befindet sich auf einer längsverschiebbaren Patientenliege 8, die zur Abtastung des Patienten 7 während der Rotation der Röntgenstrahlungsquelle- bzw. Detektor-Systeme kontinuierlich oder schrittweise durch eine Öffnung im Gantrygehäuse 6 geschoben wird. Hierdurch wird der Patient 7 spiralförmig oder mehrfach kreisförmig abgetastet, wobei eine von der Röntgenquelle erzeugte Röntgenstrahlung den Patienten durchdringt und nach deren Durchdringung an einem Detektor erfasst wird.
Zur Steuerung des CT-Systems 1 dient eine Steuer- und Recheneinheit 10, die in ihrem Speicher 11 über Computerprogramme und Programm-Module Prg_x verfügt, die im Betrieb nach Bedarf geladen und abgearbeitet werden. Die Steuerung selbst und die Auslesung von Detektorausgangsdaten geschehen über die Steuer- und Datenleitung 12, welche die Steuer- und Recheneinheit 10 mit dem Gantrygehäuse 6 verbindet.
Die CT-Technologie und allgemeiner die medizinische Röntgendiagnostik beruht letztlich darauf, dass das abzubildende Objekt, z.B. ein Patient 7, von Röntgenstrahlen durchdrungen wird und dass die Röntgenstrahlung dabei örtlich in ihrer Intensität abgeschwächt wird. Die Messung der Abschwächung der Röntgenstrahlung lässt Rückschlüsse auf das abzubildende Objekt zu. Die zu messende Abschwächung ergibt sich durch die Strahlungsintensität, die der Röntgendetektor bei Anwesenheit des Objektes registriert im Verhältnis zu der Strahlungsintensität, die er ohne die Anwesenheit des Objektes registrieren würde.
Wenn die Röntgenstrahlungsquelle zeitlich nicht stabil ist und in ihrer Intensität schwankende Röntgenstrahlung ausstrahlt, würde der Detektor auch ohne Anwesenheit eines Objektes im zeitlichen Verlauf unterschiedliche Strahlungsintensitäten detektieren. Es ist möglich, die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Strahlungsintensität mit einem sogenannten Strahlungsmonitor zu messen. Dieser Messwert kann dann bei der Auswertung der Detektorsignale verwendet werden.
Ein hierzu eingesetzter Strahlungsmonitor für Röntgenstrahlung ist eine Vorrichtung, die mindestens einen Sensor aufweist, der die Intensität von Röntgenstrahlung messen kann. Der Sensor (auch Strahlungsmonitorelement genannt) wird in den Strahlungsbereich der Röntgenstrahlung eingebracht. Abhängig von der gemessenen Strahlungsintensität gibt der Strahlungsmonitor ein Signal aus, das beispielsweise angezeigt, zur Steuerung des Strahlungserzeugungsprozesses genutzt und bei der Verarbeitung der Signaldaten des Detektors verwendet werden kann. Dabei wird ein Strahlungsmonitor in der Regel so ausgeführt, dass er sich nicht in dem Bereich des Strahlungsfeldes befindet, das zur Bestimmung der Abschwächung durch das Objekt vorgesehen ist, sondern in einem anderen Bereich des Strahlungsfeldes, der aber in seinen vom Strahlungsmonitor erfassten Eigenschaften charakteristisch für das gesamte Strahlungsfeld ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Bestimmung einer durch das zu untersuchende Objekt verursachten Abschwächung der Röntgenstrahlung zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Ein Aspekt der Erfindung ist, dass zur Bestimmung einer Abschwächung einer Röntgenstrahlung durch deren Durchdringung durch ein zu untersuchendes Objekt, wobei zur Bestimmung der Abschwächung eine Intensität der Röntgenstrahlung jeweils vor und nach der Durchdringung durch das Objekt ermittelt wird. Eine spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung wird vor der Durchdringung durch das Objekt bestimmt und bei der Bestimmung der Abschwächung berücksichtigt.
Mit anderen Worten ausgedrückt, die spektrale Verteilung der Intensität der Röntgenstrahlung wird nahe der Röntgenstrahlungsquelle bzw. auf der Seite des Objekts bestimmt bzw. gemessen, die der Röntgenquelle zugewandt ist. Die Ermittlung der spektralen Zusammensetzung kann bedeuten, dass die Zusammensetzung über das gesamte Röntgenspektrum ermittelt wird. Es ist jedoch nicht nötig. Die Ermittlung der spektralen Zusammensetzung kann auch bedeuten, dass die Intensität der Röntgenstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Energiebereichen getrennt ermittelt wird.
Damit können Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Abschwächung der Intensität der Röntgenstrahlung, die sich auf die Bildverarbeitung in einer Nachverarbeitung auswirken, korrigiert werden, die sonst aufgrund der zeitlichen Schwankung des Röntgenspektrums eintreten würden.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass nicht nur die Intensität, sondern auch die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung für eine Bestimmung der Abschwächung der Röntgenstrahlung wichtig werden kann. So wird beispielsweise die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung wichtig, wenn ein spektral auflösender Detektor eingesetzt wird.
Dabei wurde erkannt, dass hier eine Korrektur von Intensitätsschwankungen wie oben beschrieben mitunter unzureichend sein kann, um zu einem zufriedenstellenden Ergebnis zu gelangen.
Die von der Röntgenquelle eines medizinischen Geräts ausgesendete Röntgenstrahlung weist nämlich eine spektrale Zusammensetzung auf, die eine Vielzahl von Wellenlängen – bzw. damit korrelierend – Photonenenergien, umfasst. Die maximal in der spektralen Zusammensetzung auftretende Photonenenergie ist gleich der Beschleunigungsspannung der Röhre, also der Spannung, die zwischen Kathode und Anode anliegt.
Nun kann nicht nur die Intensität der Röntgenstrahlung insgesamt schwanken, es kann auch die spektrale Zusammensetzung zeitlich nicht die gewünschte Konstanz aufweisen. Die Gründe hierfür können vielfältig sein: Z.B tritt eine Änderung der spektralen Zusammensetzung vor allem bei Beginn und Ende der Strahlungserzeugung auf. Auch durch eine Regelung der Röntgenstrahlungsquelle bzw. -strahlers kann es zu Schwankungen der für die Strahlungserzeugung notwendigen Beschleunigungsspannung und dadurch zu einer Variabilität des emittierten Röntgenspektrums kommen. Desweiteren kann auch die Oberflächenstruktur der Brennbahn des Röntgenstrahlers zu einer Änderung des Röntgenspektrums führen.
Es wurde dabei erkannt, dass es vorteilhaft ist, zusätzlich zur Intensität auch die spektrale Zusammensetzung der von der Röntgenquelle ausgehenden Röntgenstrahlung für die Bestimmung der Abschwächung heranzuziehen.
Es ist zwar prinzipiell auch möglich, die Beschleunigungsspannung des Röntgenstrahlers im Betrieb möglichst stabil zu halten und die während der Strahlungsbeginn und -endephase detektierte Strahlung, deren spektrale Zusammensetzung veränderlich ist, nicht auszuwerten. Nachteil dieser Lösung ist jedoch der technische Aufwand für eine Stabilisierung der für die Strahlungserzeugung benötigten Beschleunigungsspannung und der Dosisverlust durch das Verwerfen der während des Strahlungsbeginns und -ende emittierten Röntgenstrahlung. Der Dosisverlust könnte zwar durch einen mechanischen Verschluss bzw. eine Blende (engl.: „Shutter) verringert werden, jedoch würde auch hier ein zusätzliches Bauteil nötig sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein zufriedenstellendes Ergebnis jedoch auch erreichen, wenn die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung nicht konstant ist oder schwankt. Die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung wird nämlich vor der Durchdringung durch das Objekt bestimmt und bei der Bestimmung der Abschwächung durch Auswertung der Detektordaten berücksichtigt. Es können damit Änderungen in der spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung festgestellt werden. So können z.B. Instabilitäten der Beschleunigungsspannung in der Beginn- und Endphase der Strahlungserzeugung erkannt und ausgeglichen werden.
Zudem kann die spektrale Zusammensetzung zeitaufgelöst erfasst werden, d.h. an mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, oder besser kontinuierlich, um die ebenfalls zeitaufgelöst aufgezeichneten Messdaten, also die Intensität der Röntgenstrahlung, nach der Durchstrahlung des Objekts in entsprechende Beziehung zu setzen.
Die Berücksichtigung der spektralen Zusammensetzung bei der Bestimmung der Abschwächung kann dadurch implementiert werden, dass auch nach der Durchdringung der Röntgenstrahlung durch das Objekt eine weitere spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung, z. B. mit einem spektral auflösenden Detektor, bestimmt wird und ein Vergleich mit den korrespondierenden Anteilen der vor der Durchdringung bestimmten spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung in die Bestimmung der Abschwächung einfließt. Es kann die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung in den Anteilen entsprechende Energiebereiche zerlegt werden.
Es gibt dabei mehrere Möglichkeiten, die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung zu bestimmen und anschließend bei der Bestimmung der Abschwächung der Detektordaten zu verwenden.
Die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor dem Durchdringen eines zu untersuchenden Objekts kann durch einen Strahlungsmonitor bestimmt werden. Der Strahlungsmonitor kann dabei z.B. so ausgebildet sein, dass er die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung spektral aufgelöst erfasst, indem er die Röntgenstrahlung auf unterschiedliche Energiebereiche (also gewissermaßen unterschiedliche „Energie-Töpfe“, im englischen auch „energy bins“ genannt) unterteilt erfasst bzw. registriert.
Die Energiebereiche des Strahlungsmonitors können dabei so ausgelegt sein, dass sie den Energiebereichen des Detektors entsprechen, sofern ein spektral auflösender Detektor eingesetzt wird. Dadurch lassen sich auf einfache Weise die Daten des Detektors mit den Daten des Strahlungsmonitors korrigieren und abgleichen.
So kann z.B. eine Ausgestaltung zu einer Bestimmung der Abschwächung vorsehen, dass das Verhältnis zwischen der durch den Detektor nach der Durchdringung ermittelten Intensität und der durch den Strahlungsmonitor vor der Durchdringung ermittelten Intensität der Röntgenstrahlung für den jeweils gleichen Energiebereich berechnet wird. Dieses fließt in die Bestimmung der Abschwächung ein. Für diese Methode ist es sehr vorteilhaft, wenn die Energiebereiche des Strahlungsmonitors und des spektral auflösenden Detektors bereits übereinstimmen.
Alternativ kann der Strahlungsmonitor so ausgelegt sein, dass er das gesamte Röntgenspektrum spektral aufgelöst erfasst. Ist das gesamte Spektrum bekannt, kann auch die Strahlungsaufhärtung, d.h. der Einfluss des Objekts auf das vom Detektor registrierte Spektrum berücksichtigt werden. Dies führt zu einer noch genaueren Korrektur der spektralen Schwankungen der Röntgenquelle.
Zur Ermittlung des gesamten Röntgenspektrums kann es bereits ausreichen, vom Strahlungsmonitor lediglich bestimmte Energiebereiche zu detektieren. Aus den Messdaten lässt sich dann der Rückschluss auf das gesamte Röntgenspektrum ziehen. Dabei wird aus den gemessenen Strahlungsintensitäten von mindestens zwei Energiebereichen das gesamte Spektrum rückgerechnet. Dieser Rückschluss von lediglich bestimmten, geeigneten Energiebereichen auf die gesamte spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung ist deshalb möglich, da das Spektrum der Röntgenstrahlung im Wesentlichen nur von der Beschleunigungsspannung abhängt und daher aus dem relativen Signal von mindestens zwei Energiebereichen auf die Beschleunigerspannung und darüber auf das gesamte Spektrum rückgeschlossen werden kann.
Die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor der Durchdringung durch das Objekt kann in einer Weiterbildung der Erfindung alternativ auch bestimmt werden, indem die Beschleunigungsspannung der Röntgenquelle zeitaufgelöst, d.h. in zeitlichen Abständen innerhalb eines Zeitraums, gemessen wird und aus der Beschleunigungsspannung die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor der Durchdringung durch das Objekt abgeleitet wird. Die Zeitauflösung ist insbesondere derart, dass sich das effektiv emittierte Spektrum innerhalb einer Integrationszeit des Detektors bestimmen lässt. Das auf diese Weise ermittelte Spektrum lässt sich dann z.B. wiederum in Referenzwerte zur Bestimmung der Abschwächung des Objekts transformieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung, insbesondere einen Strahlungsmonitor für ein Röntgengerät bzw. CT-System, vor, aufweisend Mittel geeignet zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens. Dabei umfasst das Röntgengerät mindestens eine Röntgenquelle und mindestens einen Röntgendetektor zur bildgebenden Untersuchung eines zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnetem Objekt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Mittel zur Ermittlung einer Intensität der von der Röntgenquelle ausgesendeten Röntgenstrahlung und Mittel zur Bestimmung einer spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor deren Durchdringung durch das zu untersuchende Objekt vorhanden sind. Weiterhin sind Mittel zur Bereitstellung der ermittelten Intensität und der bestimmten spektralen Zusammensetzung vorhanden. Diese Mittel erlauben es, die ermittelte Intensität und die bestimmte spektrale Zusammensetzung für eine Bestimmung der Abschwächung der Röntgenstrahlung nach deren Durchdringung durch das zu untersuchende Objekt zu verwenden, z.B. in einem Nachverarbeitungsverfahren, bei dem aus den aufgezeichneten Röntgendetektordaten eine Abbildung des zu untersuchenden Objekts erstellt wird.
Die Mittel zur Bestimmung der spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung sind nahe der zumindest einen Röntgenquelle angeordnet und/oder können in die zumindest eine Röntgenquelle integriert sein. Bei mehreren Röntgenquellen können diese Mittel an jeder Röntgenquelle oder auch nur an einzelnen Röntgenquellen angeordnet oder in diese integriert sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Mittel zur Entgegennahme der ermittelten Intensität und der bestimmten spektralen Zusammensetzung und Mittel zur Bestimmung der Abschwächung der Röntgenstrahlung nach ihrer Durchdringung durch das Objekt, wobei die ermittelte Intensität und die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung zur Bestimmung der Abschwächung verwendbar sind.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass diese mindestens zwei Strahlungsmonitorelemente pro Röntgenquelle umfasst. Dabei sind die Strahlungsmonitorelemente so ausgestaltet, dass sie eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit hinsichtlich der von ihnen erfassbaren spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung aufweisen. Dadurch kann die spektrale Zusammensetzung der Strahlung ermittelt werden.
Beispielsweise können Strahlungsmonitorelemente verwendet werden, die ohnehin in einem Computertomographen bereits vorhanden sind. Ein CT-Gerät weist typischerweise z.B. einen Strahlungsmonitor auf, der zwei positionsauflösende Strahlungsmonitorelemente umfasst: einen sogenannten Z-Monitor (der axial zur Rotationsbewegung der Gantry angeordnet ist) und einen sogenannten Phi-Monitor (der in Richtung der Rotationsbewegung der Gantry angeordnet ist). Diese beiden Strahlungsmonitorelemente erlauben es beispielsweise, die Lage des Fokuspunktes der Röntgenstrahlung auf der Anode zu bestimmen. Gleichzeitig können sie die Intensität der Röntgenstrahlung messen, und damit verbunden etwaige Schwankungen der Röntgenstrahlung detektieren. Wenn nun die beiden Strahlungsmonitorelemente eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit besitzen, kann zudem auf die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung rückgeschlossen werden.
Damit die Strahlungsmonitorelemente jeweils eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen können, kann auf mindestens eines dieser Strahlungsmonitorelemente ein Filterelement aufgebracht sein.
Die Strahlungsmonitorelemente können alternativ oder zusätzlich unterschiedliche Konvertermaterialien aufweisen bzw. diese Konvertermaterialien können unterschiedliche Ausmaße z.B. Dicken aufweisen. Auch hierüber kann eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit erreicht werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung in Form eines direkt-konvertierenden Detektors ausgebildet sein kann. Dieser Detektor kann mehrere Energiebereiche unterscheiden. Diese Ausführungsform wird dann zweckmäßigerweise eingesetzt, wenn der Röntgendetektor auch auf dieser Technologie basiert. Dann weisen insbesondere der Röntgendetektor und der direkt-konvertierende Detektor der Vorrichtung die gleichen Energieschwellen für die Unterteilung in die unterschiedlichen Energiebereiche auf, sodass die Messdaten der Vorrichtung und des Röntgendetektors unmittelbar einander entsprechen. Die Nachverarbeitung bzw. die Korrektur der Röntgendetektordaten bei der Bildrekonstruktion wird dadurch einfacher.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung in Form eines Multi-Layer-Detektors bzw. Mehr-Schicht-Detektors ausgebildet sein kann, wobei die spektrale Empfindlichkeit mit Hilfe der verschiedenen Schichten realisiert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung in Form eines Detektors realisiert ausgebildet sein kann, der eine sensitive Schicht zur Konversion von Photonen in ein elektrisches Signal aufweist. Ein solcher Detektor ist beispielsweise aus in der Patentanmeldung WO 2008/059425 bekannt. Ein solcher Detektor weist den Vorteil auf, dass er insbesondere zur Messung von Photonen geeignet ist.
Die Einzelheiten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt:
1 das eingangs erwähnte CT-System und
2 einen Strahlungsmonitor in einem CT-System.
Gemäß der 2 ist ein Strahlungsmonitor M derart im CT-System 1 angeordnet und ausgestaltet, dass mit seiner Hilfe das Spektrum der Röntgenstrahlung bestimmt werden kann.
Der in der 1 nicht darstellte Strahlungsmonitor M ist vorzugsweise nahe einer bzw. bei mehreren Röntgenquellen nahe der Röntgenstrahlungsquellen angeordnet. Grundsätzlich ist es jedoch denkbar, den Strahlungsmonitor auch an einer beliebigen Stelle im Strahlungsfeld einzubringen. Eine bevorzugte Position für den Strahlungsmonitor ist dabei der Bereich der sogenannten Strahlerblende, d.h. der Blende, die das Strahlungsfeld des Röntgenstrahlers direkt an der Röntgenröhre auf den Winkelbereich der Strahlung eingrenzt, der zur Durchstrahlung des Objekts genutzt wird. Dabei wird der Strahlungsmonitor vorzugsweise so angeordnet, dass direkt neben der Blendenöffnung angeordnet ist, die den zur Durchstrahlung des Objekts vorgesehenen Winkelbereich der Strahlung vorgibt. Dadurch wird einerseits die Nutzstrahlung nicht vom Strahlungsmonitor beeinträchtig. Andererseits erfasst der Strahlungsmonitor einen Teil der Strahlung, der räumlich nah der Nutzstrahlung ist und damit die Eigenschaften der Nutzstrahlung repräsentativ wiedergibt.
Eine Bestimmung einer durch das zu untersuchende Objekt verursachten Abschwächung der Röntgenstrahlung geschieht durch Ermittlung der Intensität der Röntgenstrahlung jeweils vor und nach der Durchdringung durch das Objekt. Zusätzlich zur Intensität wird auch die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung zur Bestimmung der Abschwächung herangezogen. Diese kann vor der Durchdringung durch das Objekt mit Hilfe des Strahlungsmonitors erfasst werden.
Es ist dabei vorteilhaft, dass der Einfluss eines zeitlich variablen Spektrums der Röntgenstrahlung bei der Bestimmung der durch das zu untersuchende Objekt verursachten Abschwächung der Röntgenstrahlung berücksichtigt wird. Insbesondere wenn ein spektral auflösender Röntgendetektor zur Aufzeichnung der Röntgendaten für die Bildrekonstruktion verwendet wird, ist eine derartige Ausgestaltung sinnvoll.
Bei der Bestimmung der Abschwächung ist es günstig, eine weitere spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung nach der Durchdringung durch das Objekt zu bestimmen und ein Vergleich mit den korrespondierenden Anteilen der vor der Durchdringung bestimmten spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung durchzuführen.
Der Strahlungsmonitor M in einem CT-System wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auch zur Bestimmung der Intensität der Röntgenstrahlung und zur Lagebestimmung des Fokuspunktes der Röntgenstrahlung auf der Anode der Röntgenröhre verwendet.
Dazu weist der Strahlungsmonitor M zumindest zwei positionsauflösende Strahlungsmonitorelemente: den Z-Monitor ZM (axial zur Rotationsbewegung der Gantry) und den Phi-Monitor PhiM (in Richtung der Rotationsbewegung der Gantry). Beide Strahlungsmonitorelemente ZM, PhiM werden so betrieben, dass sie als Resultat der Messung der von den Strahlungsmonitorelementen registrierten Röntgenstrahlung sowohl ein positionsabhängiges Signal als auch ein Summensignal, das die gesamte auf das jeweilige Strahlungsmonitorelement fallende Strahlungsintensität abbildet, aufzeichnen. Die beiden Signale können in der oben genannten Steuer- und Recheneinheit 10 ausgewertet werden.
Es kann auf mindestens einem dieser beiden Strahlungsmonitorelemente ein Filterelement F aufgebracht sein, so dass die beiden Strahlungsmonitorelemente eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit besitzen. Aus dem relativen Signal zwischen den Signalen beider Monitore lässt sich unter der Annahme, dass die zeitlich spektralen Unterschiede durch eine Änderung der Beschleunigungsspannung verursacht werden, das Spektrum der Röntgenstrahlung bestimmen.
Üblicherweise sind die Strahlungsmonitorelemente aus einem auf eine optische positionsempfindliche Diode aufgebrachten Röntgen-Konvertermaterial (z.B. GOS = Gadolinium Oxyd Sulfid) aufgebaut. Daher ist es denkbar, statt mit einem Filter die spektrale Empfindlichkeit zu verändern, diese durch die Wahl unterschiedlicher Konvertermaterialien oder unterschiedlicher Ausmaße bzw. Dicken der Konvertermaterialien zwischen den beiden Strahlungsmonitorelementen zu modifizieren.
Die Information über die spektrale Zusammensetzung bzw. das Röntgenspektrum der Röntgenstrahlung kann auf verschiedene Arten ermittelt werden:
Zum einen wird der Strahlungsmonitor so ausgestaltet, dass er auch die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung ermitteln kann. Typischerweise registriert ein spektral auflösender Detektor die Röntgenstrahlung verschiedener Energiebereiche, wobei jeder Energiebereich einem Bereich des Röntgenspektrums entspricht. Der Strahlungsmonitor kann das Röntgenspektrum also in entsprechende Energiebereiche, umgangssprachlich auch als „Energie−Töpfe“ bzw. im Englischen als „energy bins“ bezeichnet, „zerlegt“ aufzeichnen.
Falls der Röntgendetektor ebenfalls die Röntgenstrahlung in analoger Weise spektral aufgelöst mit gleicher Einteilung der Energiebereiche erfasst, können dann die Signale des Strahlungsmonitors und Detektor z.B. direkt zueinander ins Verhältnis gesetzt und daraus ein relatives Signal berechnet werden.
Ein spektral auflösender Detektor hat im Allgemeinen die ungewollte Eigenschaft, dass er eine begrenzte spektrale Auflösung besitzt, d.h. dass die in den „Energie-Töpfen“ registrierten Intensitäten nicht exakt den Energien der registrierten Photonen entsprechen. Daneben können auch systematische Effekte auftreten, die das registrierte Spektrum gegenüber dem tatsächlichen Spektrum verfälschen, z.B. der K-Escape bei Halbleiterdetektoren. Dieser Effekt kann bei Kenntnis der Detektoreigenschaften rechnerisch korrigiert werden. Weisen im Rahmen dieser Erfindung der Detektor und der Strahlungsmonitor eine Verfälschung des Spektrums in gleicher Weise auf, so ist eine solche rechnerische Korrektur nicht notwendig, wenn die ins Verhältnis gesetzten Energiebereiche in gleichem Maße verfälscht werden.
Durch geeignete Wahl der „Energie−Töpfe“ des Strahlungsmonitors kann auch das gesamte Röntgenspektrum der Röntgenstrahlungsquelle aus der Kenntnis des Signals von mindestens zwei Energie-Töpfen bestimmt werden. Das Röntgenspektrum hängt nämlicher vornehmlich von der Beschleunigungsspannung ab. Aus dem relativen Signal von mindestens zwei Energie−Töpfen kann auf die Beschleunigungsspannung und damit auf das gesamte Röntgenspektrum rückgeschlossen werden.
Daher ergibt sich auch die Möglichkeit, auf einen spektral auflösenden Strahlungsmonitor zu verzichten und stattdessen die Beschleunigungsspannung der Röntgenquelle zeitaufgelöst bzw. in mehreren zeitlichen Abständen eines Zeitraums zu messen und daraus das emittierte Spektrum innerhalb des Zeitraums, z.B. der Beginn- bzw. Endphase der Strahlungserzeugung, zu bestimmen. Daraus können Schwankungen bzw. Änderungen in der spektralen Zusammensetzung abgeleitet werden, die wiederum in die Bestimmung der Abschwächung der Röntgenstrahlung nach Durchdringung durch das Objekt einfließen können.
Ebenfalls ist es denkbar, dieses Verfahren zusätzlich zu einem spektral auflösenden Strahlungsmonitor zu verwenden, um z.B. eine höhere zeitliche Auflösung zu erreichen.
Ist das Spektrum der Röntgenquelle bekannt, kann auch der Einfluss des Objekts selbst auf das vom Detektor registrierte Spektrum berücksichtigt werden. Bei Durchdringung der Röntgenstrahlung durch die Materie des Objekts werden die niederenergetischen Photonen mehr oder weniger stark herausgefiltert, was zu einer material- und weglängenabhängigen Strahlungsaufhärtung führt. Die Strahlungsaufhärtung führt zu einer Dominanz von Photonen von höherenergetischen Niveaus im Spektrum. Durch eine Korrektur der Strahlungsaufhärtung kann eine genaue Korrektur der spektralen Schwankungen der Röntgenquelle erzielt werden.
Eine denkbare Ausführung eines spektral auflösenden Strahlungsmonitors ist auf Basis eines direkt-konvertierenden Detektors (Quantum Counting Detektor), der mehrere Energiebereiche unterscheiden kann.
Ein weiterer Aspekt kann der Einsatz eines in der Patentanmeldung WO 2008/059425 beschriebene Detektor sein. Dieser weist eine sensitive Schicht auf, die zur Messung von Photonen diese in ein elektrisches Signal konvertieren kann.
Es ist auch ein Multi-Layer-Detektor denkbar, wobei die spektrale Empfindlichkeit mit Hilfe der verschiedenen Schichten bzw. Layers realisiert wird.
Diese Ausführungsformen sind zweckmäßig, wenn der Röntgendetektor des CT-Systems auch auf derselben Technologie basiert. Dann können insbesondere am Detektor und am Strahlungsmonitor die gleichen Energieschwellen für eine Unterteilung in die unterschiedlichen Energiebereiche eingestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/059425 [0039, 0061]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Abschwächung einer Röntgenstrahlung durch deren Durchdringung durch ein zu untersuchendes Objekt (7), wobei zur Bestimmung der Abschwächung eine Intensität der Röntgenstrahlung jeweils vor und nach der Durchdringung durch das Objekt (7) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor der Durchdringung durch das Objekt bestimmt und bei der Bestimmung der Abschwächung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung durch einen Strahlungsmonitor (M) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der spektralen Zusammensetzung durch Ermittlung der Intensität der Röntgenstrahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Energiebereiche erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei Energiebereichen die spektrale Zusammensetzung rückgerechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der nach der Durchdringung ermittelten Intensität und der vor der Durchdringung ermittelten Intensität der Röntgenstrahlung für den jeweils gleichen Energiebereich berechnet wird und in die Bestimmung der Abschwächung einfließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung nach der Durchdringung durch das Objekt bestimmt und ein Vergleich mit den korrespondierenden Anteilen der vor der Durchdringung bestimmten spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung in die Bestimmung der Abschwächung einfließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungsspannung zur Erzeugung der Röntgenstrahlung in zeitlichen Abständen innerhalb eines Zeitraums gemessen und aus der Beschleunigungsspannung die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor der Durchdringung durch das Objekt abgeleitet wird.
Vorrichtung aufweisend – Mittel zur Ermittlung einer Intensität einer Röntgenstrahlung und zur Bestimmung einer spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung vor deren Durchdringung durch ein zu untersuchendes Objekt (7) und – Mittel zur Bereitstellung der ermittelten Intensität und der bestimmten spektralen Zusammensetzung für eine Bestimmung einer Abschwächung der Röntgenstrahlung nach deren Durchdringung durch das zu untersuchende Objekt (7).
Vorrichtung nach Anspruch 8 ausgebildet als ein Strahlungsmonitor (M) für ein Röntgengerät, insbesondere ein CT-System (1).
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Mittel zur Entgegennahme der ermittelten Intensität und der bestimmten spektralen Zusammensetzung und Mittel zur Bestimmung der Abschwächung der Röntgenstrahlung nach ihrer Durchdringung durch das Objekt (7), wobei die ermittelte Intensität und die spektrale Zusammensetzung der Röntgenstrahlung zur Bestimmung der Abschwächung verwendbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei Strahlungsmonitorelemente (ZM, PhiM), wobei die Strahlungsmonitorelemente eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit hinsichtlich der von ihnen erfassbaren spektralen Zusammensetzung der Röntgenstrahlung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmonitorelemente (ZM, PHiM) in ihrer Ausrichtung im wesentlichen senkrecht zueinander und im wesentlich senkrecht zur Richtung der zu empfangenden Röntgenstrahlung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens eines dieser Strahlungsmonitorelemente ein Filterelement (F) derart aufgebracht ist, dass die Strahlungsmonitorelemente (ZM, PHiM) jeweils eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmonitorelemente unterschiedliche Konvertermaterialien aufweisen.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertermaterialien unterschiedliche Ausmaße aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Form eines Detektors ausgebildet ist, der eine sensitive Schicht zur Konversion von Photonen in ein elektrisches Signal aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Form eines direkt-konvertierenden Detektors ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Form eines Multi-Layer-Detektors ausgebildet ist.
Röntgengerät, insbesondere ein CT-System (1), mit mindestens einer Röntgenquelle und mindestens einem Röntgendetektor zur bildgebenden Untersuchung eines zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnetem Objekt, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche.
Röntgengerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9, 11 bis 18 nahe der zumindest einen Röntgenquelle angeordnet oder in die zumindest eine Röntgenquelle integriert ist.
Röntgengerät nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach Anspruch 10 nahe des zumindest einen Röntgendetektors angeordnet oder in den zumindest einen Röntgendetektor integriert ist.