DE10352645A1

DE10352645A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von CT-Erkundungsbildern

Info

Publication number: DE10352645A1
Application number: DE10352645A
Authority: DE
Inventors: Jiang Brookfield Hsieh; Robert F. Germantown Senzig; Priya Gopinath; Kelly Lynn New Berlin Karau
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US20040101087A1; JP4361778B2; US7031425B2; JP2004174264A

Abstract

Ein Verfahren zum Erhalten von Daten schließt das Erfassen von Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum und das Erfassen von CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle mit einem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, ein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Computertomographie (CT)-Aufnahmen und mehr im Besonderen auf Verfahren und Vorrichtung zum Erhalt von Daten und zum Erzeugen von CT-Erkundungsaufnahmen unter Benutzung eines mechanischen CT-Scanners.

Viele Organe eines Körpers, wie, z.B., Nieren, liegen nicht in der konventionalen Sagittal-, Frontal- oder Axial-Ebene des Kärpers. Solche Organe werden am besten in einem Winkel zwischen der Frontal- und Sagittal-Ansicht betrachtet. Die Tomosynthese ist eine Technik, die es einem Radiologen gestattet, individuelle Ebenen eines interessierenden Organs zu betrachten, was potentiell das Problem der überlagerten Strukturen vermindert, die konventionelle Techniken beschränken können. Tomosynthese, die an bekannten Röntgensystemen über einen begrenzten Satz von Ansichten ausgeführt ist, kann den Radiologen mit einer stereoskopischen Ansicht des Gegenstandes mit einem Gefühl für die Tiefe versehen. Dreidimensionale (3D) Strukturen sind jedoch häufig dadurch beschränkt, dass sie meist als zweidimensionale Strukturen auf den Röntgenfilmen betrachtet werden. Demgemäß beziehen sich die hier beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung auf den Nachweis und die Diagnose dreidimensionaler Strukturen durch Erhalten von Daten und Erzeugen von CT-Erkundungsaufnahmen, wie sie als Scanogramm bekannt sind.

In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erhalten von Daten bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Gewinnen von Computertomographie (CT)-Erkundungsdaten an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenspektrum und das Gewinnen von CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle mit einem zweiten Röntgenspektrum ein, das sich von dem ersten Röntgenspektrum unterscheidet.

In einem anderen Aspekt wird ein Multienergie-Abbildungssystem bereitgestellt. Das System schließt eine Strahlungsquelle, einen Strahlungsdetektor und einen Computer ein, der betriebsmäßig mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekoppelt ist. Der Computer ist derart konfiguriert, dass er Computertomographie (CT)-Erkundungsdaten von dem Strahlungsdetektor an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenspektrum gewinnt und CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle vom Strahlungsdetektor mit einem zweiten Röntgenspektrum gewinnt, das sich von dem ersten Röntgenspektrum unterscheidet. In einem anderen Aspekt wird ein mechanisches CT-System bereitgestellt. Das System schließt ein drehbares Gerüst bzw. Portal, eine auf dem Gerüst montierte Röntgenstrahlenquelle, einen auf dem Gerüst im Wesentlichen gegenüber der Quelle montierten Röntgenstrahlendetektor und einen Computer ein, der betriebsmäßig mit dem Gerüst, der Quelle und dem Detektor gekoppelt ist. Der Computer ist derart konfiguriert, daß er Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten von dem Röntgenstrahlendetektor an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlenspektrum gewinnt und CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle von dem Röntgenstrahlendetektor mit einem zweiten Röntgenstrahlenspektrum gewinntz, das sich von dem ersten Röntgenstrahlenspektrum unterscheidet.

In noch einem anderen Aspekt ist ein Prozessor derart konfiguriert, daß er Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten bezüglich eines ersten Röntgenstrahlenspektrums an einer Z-Stelle und CT-Erkundungsdaten bezüglich eines zweiten Röntgenstrahlenspektrums, das sich von dem ersten Röntgenstrahlenspektrum unterscheidet, an der Z-Stelle empfängt.

In noch einem anderen Aspekt ist ein Computer-lesbares Medium, das mit einem Programm codiert ist, konfiguriert, einen Computer zu instruieren, Computertomographie (CT)-Erkundungsdaten von einem Röntgenstrahlendetektor an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlenspektrum zu gewinnen und CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle von dem Röntgenstrahlendetektor mit einem zweiten Röntgenstrahlenspektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlenspektrum unterscheidet, zu gewinnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist eine Bildansicht eines MECT-Abbildungssystems.

2 ist ein schematisches Blockdiagramm des in 1 veranschaulichten Systems.

3 ist ein Beispiel einer Energievariation als einer Funktion der Probennahme bzw. Abtastung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die hierin beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung richten sich auf den Nachweis und die Diagnose von 3D-Strukturen in Erkundungsbildern durch Anwenden neuer Wege des Herangehens, die Gebrauch machen von Grundeigenschaften der Wechselwirkung von Röntgenstrahlen und Material. Für jeden Strahlenverlauf werden mehrere Messungen mit unterschiedlichen mittleren Röntgenstrahl-Energien gemacht. Wie weiter unten detaillierter erläutert, wird, wenn eine Basismaterial-Zerlegung bzw. Basismaterial-Dekomposition (BMD) und eine Compton- und fotoelektrische Zerlegung an diesen Messungen ausgeführt werden, zusätzliche Information erhalten, die eine verbesserte Genauigkeit und Charakterisierung ermöglicht. Die Stereoskopen Multienergie-Ansichten, wie sie hier geschaffen werden, versieht Radiologen nicht nur mit 3D-Tiefeninformation sondern auch mit Gewebeunterscheidungs-Information in einer einzigen Untersuchung.

In einigen bekannten CT-Abbildungssystem-Konfiguretionen projiziert eine Röntgenstrahlenquelle einen fächerförmigen Strahl, der derart kollimiert wird, dass er in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als "Abbildungs- bzw. Aufnahme-Ebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl passiert einen abgebildeten Gegenstand, wie einen Patienten. Der Strahl trifft, nachdem er durch den Gegenstand geschwächt worden ist, auf eine Anordnung von Strahlungsdetektoren. Die Intensität des geschwächten Strahls, der von der Detektoranordnung empfangen wird, hängt von der Schwächung eines Röntgenstrahles durch den Gegenstand ab. Jedes Detektorelement der Anordnung erzeugt ein separates elektrisches Signal, das eine Messung der Strahlintensität an der Detektorstelle ist. Die Intensitäts-Messungen von allen Detektoren werden separat zur Erzeugung eines Durchstrahlungsprofils gewonnen.

In CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenstrahlenquelle und die Detektoranordnung mit einem Gerüst bzw. Portal innerhalb der Abbildungsebene und und den abzubildenden Gegenstand herum gedreht, sodass sich der Winkel, in dem der Röntgenstrahl den Gegenstand schneidet, konstant ändert. Eine Gruppe von Röntgenstrahl-Schwächungsmessungen, d.h., Projektionsdaten, von der Detektoranordnung in einem Gerüstwinkel wird als eine "Ansicht" bezeichnet. Ein "Scan" des Gegenstandes umfasst einen Satz von Ansichten, die in verschiedenen Gerüstwinkeln oder Blickwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenstrahlquelle und des Detektors gemacht sind.

In einem Axialscan werden die Projektionsdaten bearbeitet, um ein Bild zu konstruieren, das einem zweidimensionalen Schnitt durch den Gegenstand entspricht. Ein Verfahren zum Rekonstruieren eines Bildes aus einem Satz von Projektionsdaten wird im Stande der Technik als gefilterte Rückprojektions-Technik bezeichnet. Dieser Pro zess wandelt die Schwächungs-Messungen eines Scans in "CT-Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" (HU) genannte ganze Zahlen um, die zum Regeln der Helligkeit eines entsprechenden Pixels auf einer Kathodenstrahlröhren-Anzeige benutzt werden.

Bei einem Erkundungs-Scan oder einer Scanogramm-Erfassung bleiben die Röntgenröhre und der Detektor während des Scans stationär. Der Patient wird bei einer konstanten Geschwindigkeit registriert, während Röntgenstrahlen, die einen fächerförmigen Röntgenstrahl bilden, emittiert werden. Die Daten werden durch den Detektor gesammelt und Vorverarbeitungs-Stufen ausgeführt, um die Rohdaten umzuwandeln, damit diese Linienintegrale der Schwächungs-Koeffizienten des Gegenstandes repräsentieren. Die vorverarbeiteten Daten werden weiter mit Computer-Fördertechniken verarbeitet, um ein zweidimensionales Bild mit ähnlichem Aussehen wie einem konventionellen Radiograph zu produzieren. Traditionell werden Erkundungs-Scans hauptsächlich als ein Lokalisierer für die CT-Scan-Vorschrift benutzt, Auf der Grundlage des verarbeiteten Erkundungsbildes kann eine Bedienungsperson die anatomischen Regionen für nachfolgende CT-Scans bestimmen. Bei einer typischen CT-Untersuchung wird entweder A-P (Röhre ist in der 12 Uhr- oder 6 Uhr-Position angeordnet) oder seitlich (Röhre in der 3 Uhr- oder 9 Uhr-Position angeordnet) erfasst. Die Begriffe "CT-Erkundungsscan" und "CT-Erkundungsdaten" beziehen sich allgemein auf alle Datenerfassungen und die erfassten Daten, bei denen das Gerüst stationär ist und der Tisch bewegt wird, einschließlich, z.B., CT-Erkundungsscans, wie im Stande der Technik bekannt, sowie digital rekonstruierte Radiograph (DRR)-Erfassungen, die typischerweise bei einer Strahlungsbehandlungs (RT)-Planung benutzt werden, darauf jedoch nicht beschränkt.

Ein Element oder eine Stufe, das bzw. die in der Einzahl genannt ist und vor der das Wort "ein" steht, sollte dahingehend verstanden werden, dass die Mehrzahl dieser Elemente oder Stufen nicht ausgeschlossen wird, außer ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich genannt. Weiter sind Bezugnahmen auf "eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht dahingehend zu interpretieren, dass sie die Existenz zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, die auch die genannten Merkmale enthalten Der Satzteil "Rekonstruieren eines Bildes" bzw. "Berechnen eines Bildes" soll nicht Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausschließen, bei denen Daten, die ein Bild repräsentieren, erzeugt werden, nicht aber ein betrachbares Bild. Viele Ausführungsformen erzeugen jedoch (oder sind zum Erzeugen konfiguriert) mindestens ein betrachtbares Bild.

Hierin sind Verfahren und Vorrichtung zum Nachweisen von 3D-Strukturen unter Benutzung eines Energie diskriminierenden bzw. unterscheidenden (auch als Multienergie bekannt) Computertomographie (MECT)-Systems 10 beschrieben, um Erkundungsbilder zu erzeugen. Zuerst wird das MECT-System 10 beschrieben, gefolgt von Erkundungs-Anwendungen unter Benutzung des MECT-Systems 10.

Energie-Diskriminierungs(Multienergie)-CT-System 10 In den 1 und 2 ist ein Multienergie-Mehrschicht-Abbildungs-Scansystem, z.B. ein Multienergie-Computertomographie(MECT)-Abbildungssystem 10 gezeigt, das ein Gerüst bzw. Portal 12 einschließt und repräsentativ ist für ein CT-Abbildungssystem der "dritten Generation". Das Gerüst 12 hat eine Röntgenstrahlenquelle 14, die einen Fächer von Röntgenstrahlen 16 zu einer Detektoranordnung 18 auf der gegenüber liegenden Seite des Gerüstes 12 projiziert. Die Detektoranordnung 18 ist aus einer Vierzahl (nicht gezeigter) Detektorreihen gebildet, die eine Vielzahl von Detektorelementen 20 einschließen, die die projizierten Röntgenstrahlen nachweisen, die einen Gegenstand, wie einen Patienten 22, passiert haben: Jedes Detektor-Element 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und folglich die Schwächung des Strahles beim Hindurchgehen durch den Gegenstand oder Patienten 22 repräsentiert. Während eines Nicht-Erkundungs-CT-Scans (z.B. einem spi ralförmigen Scan), um Röntgenstrahl-Projektionsdaten zu erfassen, rotieren das Gerüst 12 und die darauf montierten Komponenten um ein Rotationszentrum 24. Während eines Erkundungsscans wird das Gerüst 12 stationär in einem speziellen Erkundungswinkel gehalten, während der Tisch 46 in der Z-Richtung bewegt wird. Für einen Multienergie-Erkundungsscan werden Erkundungsbilder an einer speziellen Z-Stelle mit unterschiedlichen Röntgenstrahlspektren erhalten. Für eine stereoskopische Multienergie-Ansicht werden mehrere Multienergie-Erkundungsscans in unterschiedlichen Erkundungswinkeln erhalten.

2 zeigt nur eine einzelne Reihe von Detektorelementen 20 (d.h., eine Detektorreihe). Die Mehrschicht-Detektoranordnung 18 schließt jedoch eine Vielzahl paralleler Detektorreihen von Detektorelementen 20 ein, sodass Projektionsdaten, die einer Mehrzahl quasi paralleler oder paralleler Schichten entsprechen, gleichzeitig während eines Scans erfasst werden können.

Die Rotation des Gerüstes 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 14 werden durch einen Steuermechanismus 26 des CT-Systems 10 beherrscht. Der Steuermechanismus 26 schließt eine Röntgenstrahlen-Steuerung 28 ein, die der Röntgenstrahlenquelle 14 Energie und Takt-Signale liefert, sowie eine Gerüst- bzw. Portalmotor-Steuerung 30, die die Rotationsgeschwindigkeit und die Position des Gerüstes 12 regelt. Ein Datenerfassungs-System (DAS) 32 im Steuermechanismus 26 sammelt Analogdaten von den Detektorelementen 20 und wandelt die Daten in Digitalsignale für die nachfolgende Verarbeitung um. Ein Bild-Rekonstruktionsgerät bzw. Bildrechner 34 empfängt gesammelte und digitalisierte Röntgenstrahlendaten vom DAS 32 und führt eine Erkundungsbild-Erzeugung aus. Die Erzeugungs-Stufen schließen das Vorverarbeiten der gesammelten Daten, die zusätzliche Förderung bzw. Verstärkung der Daten und Basismaterial-Zerlegung ein.

Computer 36 empfängt auch Anweisungen und Scan-Parameter von einer Bedienungsperson über eine Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Eine dazugehörige Kathoden strahlröhren-Anzeige 42 gestattet es der Bedienungsperson, das rekonstruierte Bild und andere Daten vom Computer 36 zu beobachten. Die von der Bedienungsperson gelieferten Anweisungen und Parameter werden vom Computer 36 benutzt, Steuersignale und Information zum DAS 32, der Röntgenstrahlen-Steuerung 28 und der Portalmotor-Steuerung 30 zu liefern. Zusätzlich betreibt der Computer 36 eine Tischmotor-Steuerung 44, die einen motorisierten Tisch 46 steuert, um Patient 22 im Gerüst 12 zu positionieren. Im Besonderen bewegt Tisch 46 einen Patienten 22 abschnittsweise durch die Portalöffnung 48.

In einer Ausführungsform schließt Computer 36 ein Gerät 50, z.B. einen Disketten-Antrieb oder CD-ROM-Antrieb, zum Lesen von Instruktionen und/oder Daten von einem Computer-lesbaren Medium 52, wie einer Diskette oder CD-ROM, ein. In einer anderen Ausführungsform führt Computer 36 Instruktionen aus, die in (nicht gezeigter) Hardware gespeichert sind. Computer 36 ist programmiert, hierin beschriebene Funktionen auszuführen, und, wie er hier benutzt wird, ist der Begriff "Computer" nicht nur auf solche integrierten Schaltungen beschränkt, die im Stande der Technik als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich allgemein auf Computer, Prozessoren, Mikrokontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikregler, Anwendungs-spezifische integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen und diese Begriffe werden hier austauschbar benutzt. Das CT-Abbildungssystem 10 ist ein Energie-diskriminierendes (auch als Multienergie bekannt) Computertomographie (MECT)-System, da System 10 derart konfiguriert ist, dass es auf unterschiedliche Röntgenstrahl-Spektren anspricht. Dies kann mit einem konventionellen CT-System der dritten Generation bewerkstelligt werden, um Projektionen nacheinander bei unter schiedlichen Röntgenröhren-Potentialen zu erfassen. So werden, z.B., zwei Scans entweder gegensinnig oder verschachtelt erfasst, bei dem die Röhre bei 80 kVp- und 160 kVp-Potentialen arbeitet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Probennahme- bzw. Abtastrate zu s = t/d bestimmt, wobei "d" die Detektoröffnung in mm, "t" die Tischbewegungs-Geschwindigkeit in mm/s und "s" die DAS Probennahmerate in Hz repräsentiert. Die Röntgenröhren-Potentiale wechseln zwischen 80 kVp und 160 kVp bei der gleichen Rate. Dies gestattet, dass an der gleichen Z-Stelle Proben mittels zwei verschiedenen Potentialen genommen werden; wenn zwei Detektorreihen bei der Datenerfassung benutzt werden. Alternativ werden Spezialfilter zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Detektor derart angeordnet, dass unterschiedliche Detektorreihen Projektionen unterschiedlicher Röntgenenergiespektren sammeln. Noch eine andere Ausführungsform besteht darin, Energie-empfindliche Detektoren zu benutzen, sodass jedes Röntgenphoton, das den Detektor erreicht, mit seiner Photonenenergie aufgezeichnet wird. Das CT-System 10 ist zur Ausführung konventioneller Scans, wie im Stande der Technik bekannt, ebenso wie zu den hier beschriebenen Multienergie-Erkundungsscans in der Lage, wobei während der Erkundungs-Erfassung die mechanische CT-Röntgenröhre 14 und der Detektor 18 stationär bleiben, während der Tisch 46 fortbewegt wird und die gesamte Z-Ausdehnung, wie erwünscht, abdeckt.

Zusätzlich werden mehrere Winkel der Erkundungs-Erfassung für jedes benutzte kV für eine gegebene Detektorreihe erhalten. Vor dem Bewegen zur Detektorreihe 2n wird, in anderen Worten, mit einem anderen Strahl anderer Röntgenenergie der Erkundungsscan bei etwa 20-21 Rotationswinkeln aufgenommen, weil angenommen wird, dass Röntgenstrahlen etwa 21 Ansichten aufnehmen. Am Ende des Scannens eines interessierenden Bereiches gibt es genug Daten für den Arzt, nicht nur eine stereoskopische An- sicht des Bereiches sondern auch stereoskopische Ansichten einer gegebenen Gewebe-Zusammensetzung zu sehen: d.h., stereoskopische Ansicht von weichem Gewebe gegenüber stereoskopischer Ansicht von Knochen usw. Wird eine gestreute Röntgenstrahlenquelle benutzt, dann können alternativ Erkundungen verschiedener Projektionswinkel ohne Gerüstrotation erfasst werden. In dieser Konfiguration können unterschiedliche kV-Einstellungen auf verschiedene Projektionswinkel verteilt werden. Werden, z.B., vier Detektorreihen für die Datenerfassung benutzt, dann werden zwei verschiedene kV-Einstellungen ausgewählt. Zusätzlich, und noch unter Bezugnahme auf das Beispiel mit den vier Detektorreihen und zwei unterschiedlichen kV-Einstellungen, wird eine Vielzahl (Zahl X) unterschiedlicher Projektionswinkel ausgewählt. Die Anzahl der Projektionswinkel wird in Abhängigkeit von dem interessierenden Or- gan und seiner Teife bestimmt. In einer Ausführungsform wird dies durch System 10 errechnet, bevor der Scan aufgenommen wird.

In einer anderen Ausführungsform rotiert das Gerüst in einer konstanten Geschwindigkeit, während der Patient registriert wird. Die Röntgenstrahlenröhre befindet sich im Impulsbetrieb, sodass Röntgenstrahl-Photonen nur in einem diskreten Satz von Winkeln (z.B. 20 Winkeln) emittiert werden. Die Röhren-Spannung wird von Rotation zu Rotation eingestellt. Da der Patiententisch bei einer vorgesehenen Geschwindigkeit registriert wird, werden von der gleichen Z-Stelle Proben mittels verschiedener Detektorreihen bei verschiedenen Röntgenstrahl-Energien genommen.

Die Energiediskriminierungs-CT (MECT) kann die Probleme vermindern oder beseitigen, die mit konventioneller CT (Mangel der Energiediskriminierung und Material-Charakterisierung) verbunden sind. In Abwesenheit einer Objekt-Streuung braucht man System 10 nur separat zwei Regionen des Photonenen-Ergiespektrums nachweisen zu las sen; die Energie-armen und Energie-reichen Abschnitte des auftreffenden Röntgenstrahlen-Spektrums. Das Verhalten bei irgendeiner anderen Energie kann auf der Grundlage des Signals von den beiden Energie-Regionen abgeleitet werden. Diese Erscheinung wird durch die Grundtatsache hervorgerufen, dass in der Energie-Region, in der medizinische CT interessant ist, zwei physikalische Prozesse die Röntgenstrahl-Schwächung dominieren: (1) Compton-Streuung und (2) der fotoelektrische Effekt. Um das Ver halten eines Gegenstandes unter Röntgenstrahl-Schwächung zu charakterisieren, muss man nur zwei unabhängige Parameter messen. Nachgewiesene Signale von zwei Energie-Regionen liefern somit genug Information, dass die Energie-Abhängigkeit des abgebildeten Gegenstandes festgestellt werden kann.

Die Datenanalyse, die in MECT benutzt wird, schließt ein:

(1) Compton- und fotoelektrische Zerlegung: Anstelle des Erhalts eines Gesamtschwächungs-Koeffizienten, wie in konventionellen CT-Bildern, wird mit MECT 10 ein Paar von Bildern erhalten, die separat Schwächungen aufgrund von Compton- und fotoelektroschen Prozessen repräsentieren. Auch kann eine geringe Modifikation zu Bildern führen, die effektives Z und Dichte repräsentieren.
(2) Basismaterial-Zerlegung (BMD): Dieses Verfahren beruht auf dem Konzept, dass die Röntgenschwächung (in der Energie-Region für medizinische CT) irgendeines gegebenen Materials durch die richtige Dichtemischung zweier anderer gegebener Materialien repräsentiert werden kann. Diese beiden Materialien werden das Basismaterial genannt. Durch BMD können zwei CT-Bilder erhalten werden, wobei jedes die äquivalente Dichte eines der Basismaterialien repräsentiert. Da Dichte unabhängig von der Röntgenstrahl-Photonenergie ist, sind diese Bilder naturgemäß frei von Strahlhärtungs-Artefakten. In der Zwischenzeit hat man die Möglichkeit der Auswahl des Basismaterials, um ein gewisses interessierendes Material zu treffen, was den Bildkontrast erhöht.

Es ist zu bemerken, dass zum Optimieren eines Dualenergie-CT-Systems die Bildqualität um so besser ist, je größer die Spektrentrennung ist. Die Photonen-Statistik in diesen beiden Energie-Regionen muss ähnlich sein, sonst wird die dürftige statistische Region das Bildrauschen beherrschen.

Es gibt verschiedene Verfahren, Dualenergie-Messungen zu erhalten: (1) Scannen mit zwei unterschiedliche Energiespektren. (2) Nachweisen von Photonenenergie gemäß der Eindringtiefe am Detektor. (3) Photonen zählen. Photonen zählen ergibt eine klare Spektrentrennung und einen einstellbaren Energie-Trennpunkt zum Ausgleich der Photonen-Statistik.

Erkundungs-Anwendungen der Energie-Diskriminierung unter Benutzung des Multienergie-CT-Systems 10 Die vorliegende Erfindung wendet die obigen Prinzipien auf Erkundungs-Anwendungen an. Spezifisch ist das MECT-System 10 so konfiguriert, dass es CT-Bilder gemäß den hier beschriebenen Verfahren produziert.

3 veranschaulicht eine graphische Energie-Darstellung, bei der vier verschiedene kV-Einstellungen für jede Z-Stelle erfasst sind. Nachdem die Daten multipler Energien erfasst sind, werden Standard-Techniken der Material-Zerlegung benützt, um entweder gewisse Klassen von Gegenständen (z.B. Knochen) zu entfernen oder das Aussehen gewisser Klassen (z.B. Kontrast) zu verbessern. Dieses Verfahren kann für verschiedene Erkundungswinkel wiederholt werden, falls erwünscht. Alternativ wird diese Verfahren in einem einzigen Erkundungswinkel ausgeführt, In einer anderen alternativen Ausführungsform werden unter Einsatz einer verteilten Röntgenstrahlenquelle Erkundungen mehrerer Projektionswinkel ohne Rotation des Gerüstes 12 erfasst, weil durch Benutzen einer verteilen Röntgenstrahlenquelle verschiedene kV-Einstellungen auf verschiedene Projektionswinkel verteilbar sind. So sind, z.B., unter Einsatz von vier Detektorreihen 18 für die Datenerfassung zwei verschiedene kV-Einstellungen und zwei verschiedene Projektionswinkel auswählbar. In anderen Worten, die verteilte Röntgenstrahlenquelle hat verschiedene Abschnitte und ein erster Abschnitt der Röntgenstrahlenquelle ist derart mit Energieversehen, dass durch den ersten Abschnitt ein erstes Röntgenstrahl-Spektrum emittiert wird, und ein zweiter Abschnitt der Rönt genstrahlenquelle ist derart mit Energie versehen, dass ein zweites Röntgenspektrum von dem zweiten Abschnitt emittiert wird, das sich von dem ersten Spektrum unter scheidet.

Es wird somit irgendeine gegebene Z-Stelle durch mehrere Energien ebenso wie aus mehreren Erfassungswinkeln abgedeckt. Es sind auch multiple stereoskopische Ansichten erhältlich, um weiches Gewebe/Knochen/verkalktes Gewebe zu sehen Und Differenzbilder sind zwischen mulitiplen Energien errechenbar, um besser Zielstrukturen in verschiedenen Winkeln durch eine stereoskopische Ansicht darzustellen. Die Differenzbilder können einem medizinischen Praktiker, wie einem Radiologen, beim Verstehen der Natur einer Pathologie helfen. Wenn, z.B., in einem gescanten Patienten ein Lungenknötchen vorhanden ist, wobai das Lungenknötchen 4 mm Breite und 3 mm Tiefe mit eine verkalkten Kern aufweist, liefert die stereoskopische Multienergie-Ansicht dem Radiologen nicht nur die Abmessungen des Knötchens sondern auch die Zusammensetzung des Knötchens (d.h., verkalkter Kern). Nachverarbeitung für stereoskopische Ansichten unterscheidet sich von einer regulären CT, bei der die Information rückprojiziert wird, um zuerst Axialbilder und dann 3D-Formen zu erhalten. Das System 10 benutzt daher Software, die automatisch die Erkundungs-Projektionsdaten durch einen Satz verschiedener Algorithmen kombiniert und Bilder synthetisiert, die wie konventionelle lineare Tomogramme aussehen, wobei Schichten in irgendeiner Tiefe oder Ebene innerhalb des Patienten erhältlich sind. Zusätzlich können auch regulär schräg gescante Projektions-Radiographe benutzt werden, um den Praktiker mit unterschiedlichen Ansichten des interessierenden Organs zu versorgen.

Während die Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung modifiziert innerhalb des Geistes und Umfanges der Ansprüche ausgeführt werden kann.

10: MECT-Abbildungssystem
12: Portal bzw. Gerüst
14: Röntgenstrahlenquelle
16: Röntgenstrahlen
18: Detektor-Anordnung
20: Detektor-Elemente
22: Gegenstand/Patient
24: Rotationszentrum
26: Steuermechanismus
28: Röntgenstrahlen-Steuerung
30: Portalmotor-Steuerung
32: Datenerfassungssystem (DAS)
34: Bildrechner bzw. -rekonstruktionsgerät
36: Computer
40: Konsole
42: Anzeige
44: Tischmotor-Steuerung
46: Tisch
48: Portalöffnung
50: Gerät
52: Computer-lesbares Medium

Claims

Multienergie-Abbildungssystem (10), umfassend: eine Strahlungsquelle (12), einen Strahlungsdetektor (18), einen Computer (36), der betriebsmäßig mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gekoppelt ist, wobei der Computer derart konfiguriert ist, dass er: Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten von dem Strahlungsdetektor an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum erfasst und CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle von dem Strahlungsdetektor mit einem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, erfasst.
System (10) gemäß Anspruch 1, worin der Computer (36) weiter derart konfiguriert ist, dass er eine Basismaterial-Zerlegung auf der Grundlage der erfassten CT-Erkundungsdaten des ersten Röntgenstrahlen-Spektrums und des zweiten Röntgenstrahlen-Spektrums errechnet.
System (10) gemäß Anspruch 1, worin der Computer weiter derart konfiguriert ist, dass er ein Differenzbild aus den erfassten CT-Erkundungsdaten des ersten Röntgenstrahlen-Spektrums und des zweiten Röntgenstrahlen-Spektrums erzeugt.
System (10) gemäß Anspruch 1, worin der Computer (36) weiter derart konfiguriert ist, dass er: CT-Erkundungsdaten in einem ersten Winkel an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum erfasst, CT-Erkundungsdaten in dem ersten Winkel an der Z-Stelle mit einem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, erfasst, CT-Erkundungsdaten in einem zweiten Winkel an der Z-Stelle mit dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum erfasst und CT-Erkundungsdaten in dem zweiten Winkel der Z-Stelle mit dem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, erfasst.
System (10) gemäß Anspruch 4, worin der Computer (36) weiter derart konfiguriert ist, dass er eine stereoskopische Ansicht unter Benutzung der erfassten CT-Erkundungsdaten vom ersten und zweiten Winkel erzeugt.
System (10) gemäß Anspruch 4, worin der Computer (36) weiter derart konfiguriert ist, dass er: ein erstes Differenzbild aus den erfassten CT-Erkundungsdaten des ersten Röntgenstrahlen-Spektrums und des zweiten Röntgenstrahlen-Spektrums im ersten Winkel erzeugt; ein zweites Differenzbild aus den erfassten CT-Erkundungsdaten des ersten Röntgenstrahlen-Spektrums und des zweiten Röntgenstrahlen-Spektrums in dem zweiten Winke erzeugt und eine stereoskopische Ansicht unter Benutzung des erster und zweiten Differenzbildes erzeugt.
System (10) gemäß Anspruch 4, worin das System weiter ein drehbares Gerüst (12) umfasst, wobei die Strahlungsquelle (14) und der Strahlungsdetektor (18) auf dem Gerüst montiert sind, der Computer (36) weiter derart konfiguriert ist, dass er CT-Erkundungsdaten in einem zweiten Winkel an der Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum durch Rotieren des Gerüstes erfasst.
Mechanisches CT-System (10), umfassend: ein drehbares Gerüst (12), eine auf dem Gerüst montierte Röntgenstrahlenquelle (14), einen Röntgenstrahlendetektor (18), der im Wesentliche gegenüber der Quelle auf dem Gerüst montiert ist, und einen Computer (36), der betriebsmäßig mit dem Gerüst, der Quelle und dem Detektor gekoppelt ist, wobei der Computer derart konfiguriert ist, dass er: Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten von dem Röntge-strahlendetektor an der Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum erfasst und CT-Erkundungsdaten an der Z-Stelle von dem Röntgenstrahl lendetektor mit einem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unter scheidet, erfasst.
Prozessor (36), der derart konfiguriert ist, dass er Computertomographie(CT)-Erkundungsdaten bezüglich eines ersten Röntgenstrahlen-Spektrums an einer Z-Stelle und CT-Erkundungsdaten bezüglich eines zweiten Röntgenstrahlen-Spektrums, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, an der Z-Stelle empfängt.
Prozessor (36) gemäß Anspruch 9, der weiter dahingehend konfiguriert ist, dass er: CT-Erkundungsdaten von einem Strahlungsdetektor (18) in einem ersten Winkel an einer Z-Stelle mit einem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum empfängt, CT-Erkundungsdaten von dem Strahlungsdetektor in dem ersten Winkel an der Z-Stelle mit einem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, empfängt, CT-Erkundungsdaten von dem Strahlungsdetektor in einem zweiten Winkel an der. Z-Stelle mit dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum empfängt, und CT-Erkundungsdaten von dem Strahlungsdetektor in dem zweiten Winkel an der Z-Stelle mit dem zweiten Röntgenstrahlen-Spektrum, das sich von dem ersten Röntgenstrahlen-Spektrum unterscheidet, empfängt.