DE60130299T2

DE60130299T2 - Positionsabhängige Röntgenfilterung

Info

Publication number: DE60130299T2
Application number: DE60130299T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Hino-shi Horiuchi
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: EP1192901A1; CN1345572A; US6633627B2; US20020037067A1; DE60130299D1; KR20020025744A; JP2002102217A; CN1232225C; EP1192901B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung, eine Gantry-Einrichtung, ein Bedienungseinrichtung, ein Verfahren zum Regeln/Steuern derselben und ein Speichermedium zum Erhalten eines Röntgenstrahlentomogramm-Bildes eines Objektes durch Bestrahlung mit Röntgenstrahler.
Ein Röntgenstrahlen CT-(Computertomographie)-System und Vorrichtung weist in einer breiten Klassifikation eine Einrichtung mit einer ringförmigen oder Toroid-Gestalt auf, die einen (allgemein als eine Gantry-Einrichtung bezeichneten) Bereich mit einer Ausnehmung aufweist, eine Bedienungskonsole zum Bereitstellen von verschiedenen Arten von Steuersignalen an die Gantry-Einrichtung und die Rekonstruktion eines Röntgenstrahlentomogramm-Bildes auf der Basis von Signalen (Daten), die von der Gantry-Einrichtung zum Darstellen erhalten werden, und eine Trägereinrichtung, die eingerichtet ist ein Objektes (menschliches Objekt), das innerhalb des Ausnehmungsbereiches der Gantry-Einrichtung angeordnet ist, zu unterstützen undzu haltern, und die eingerichtet ist, das Objekt in den Ausnehmungsbereich hinein zu verlagern.
Die Gantry-Einrichtung weist einen drehenden Bereich auf, der darin eine Röntgenstrahlen erzeugende Quelle (Röntgenröhre) und einen detektierenden Bereich enthält, der über den Ausnehmungsbereich zum Detektieren von Röntgenstrahlen geschaffen ist, die von dem Röntgenstrahlen-Erzeuger emittiert werden.
Um einen Scan durchzuführen, wird das Objekt auf die Trägereinrichtung gelegt und in den Ausnehmungsbereich in der Gantry-Einrichtung verlagert. Dann wird der drehende Bereich der Gantry-Einrichtung angesteuert, um sich zu drehen, und zur gleichen Zeit wird die Röntgenröhre angesteuert, wobei Röntgenstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen in Richtung des Objektes emittiert werden, und die Röntgenstrahlen, die das Objekt durchquert haben, von der Detektions-Einrichtung detektiert werden. Die Bedienungskonsole empfängt Signale, die zu der Intensität der von der Gantry-Einrichtung übertragenen Röntgenstrahlen gehören, und die arithmetisch ein Bild erzeugen, das zu den Röntgenabschwächungsfaktoren in einem Querschnitt des Objektes auf der Basis der Signale gehört. Das Bild, das erzeugt wird, wird allgemein als ein Röntgenstrahlentomogramm-Bild bezeichnet und der Vorgang oder Prozess das Röntgentomogramm-Bild zu erzeugen wird als Rekonstruktion eines Röntgentomogramm-Bildes oder einfach als Rekonstruktion bezeichnet. Jedes Pixel, das das rekonstruierte Röntgentomogramm-Bild enthält, ist ein numerischer Wert, der die Größe eins Röntgenstrahlen-Abschwächungsfaktors (oder der Röntgenstrahlen-Transmissionsfaktors) darstellt, wobei der Wert allgemein als CT-Zahl bezeichnet wird.
Folglich kann die Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung mehrere Bereiche scannen oder abrastern, wie beispielsweise den Kopf, den Thorax (Lunge) oder Abdomen eines Objektes, und wird gewissermaßen zur Diagnose eingesetzt.
Obwohl in einigen Fällen ein Röntgentomogramm-Bild erhalten werden kann, das einen hohen Kontrast aufweist und leicht in der Diagnose verwendet werden kann, ist in anderen Fällen ein Röntgentomogramm-Bild erhalten, das einen niedrigen Kontrast aufweist und schwierig in der Diagnose verwendet werden kann, je nachdem und abhängig von dem gemessenen Bereich des Objektes. Einfach ausgedrückt kann der Kontrast herkömmlich als niedrig betrachtet werden, wenn alle Pixel, die das Röntgentomogramm-Bild zusammensetzen, nahezu dieselbe CT-Zahl aufweisen, und als hoch betrachtet werden, wenn die CT-Zahlen unterschiedlich von einander sind.
Ein niedriger Kontrast wird oftmals in Röntgentomogramm-Bildern des Kopfes des Objektes gefunden. Der Grund hiervon ist, dass der Kopf, beispielsweise das Gehirn, zum großen Teil von weißer Materie und grauer Materie gebildet wird, die zu nahezu gleichen CT-Zahlen führt. Auf der anderen Seite weist ein Röntgentomogramm-Bild des Abdomen einen hohen Kontrast auf, und es wird ein Bild erhalten, das einfach in der Diagnose zu verwenden ist. Die Druckschrift EP A 0 981 989 beschreibt eine Röntgenstrahlenfilterungseinrichtung mit positionsabhängigen Röntgenstrahleneigenschaften, worin die zweite Filtereinheit näher an die Röntgenstrahlen-Detektions-Einrichtung als an die Röntgenstrahlen-Erzeugungs-Einrichtung positioniert ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein derartiges Problem anzusprechen, und ist auf die Schaffung einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung, einer Gantry-Einrichtung, einer Bedienungseinrichtung und ein Speichermedium gerichtet, die es ermöglichen, dass ein Röntgentomogramm-Bild mit hoher Qualität erhalten wird, während gleichzeitig die Bestrahlungsdosis für ein Objekt minimiert wird, indem die am besten geeigneten Filter entsprechend des zu scannenden Bereichs des Objektes eingesetzt werden. Um ein derartiges Problem zu lösen, weist eine Gantry-Einrichtung der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Konfiguration auf, wie sie nachfolgend beschrieben wird.
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den nachfolgenden Ansprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie dies vorstehend beschrieben wurde, kann ein Röntgentomogramm-Bild mit hoher Qualität erhalten werden, während die Bestrahlungsdosis für ein Objekt durch Verwenden des am besten geeigneten Filters minimiert wird, entsprechen des zu scannenden Bereichs des Objektes.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erkennbar und deutlich, wie in der nachfolgenden Zeichnung dargstellt ist, in der:
1 eine Konfiguration einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung einer Ausführungsform ist;
2 ein Diagramm ist, das die Eigenschaften der Filter darstellt, die in den Ausführungsformen verwendet werden;
3 eine perspektivische Ansicht ist, die die Struktur um eine Filtereinheit in der Ausführungsform darstellt.
4 eine Ansicht ist, die einen Auswahlbildschirm für einen gemessenen Bereich in der Ausführungsform ist;
5 eine Ansicht ist, die ein anderes Beispiel eines Auswahlbildschirms für einen gemessenen Bereich in der Ausführungsform ist;
6 eine Ansicht ist, die ein anderes Beispiel eines Auswahlbildschirms für einen gemessenen Bereich in der Ausführungsform ist;
7 ein Diagramm ist, das eine Filterauswahltabelle in der zweiten Ausführungsform ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung. Wie dies gezeigt ist, weist die Vorrichtung eine Gantry-Einrichtung 100 zum Bestrahlen eines Objektes mit Röntgenstrahlen und zum Detektieren der Röntgenstrahlen auf, die das Objekt passiert haben, und eine Bedienungskonsole 200 zum Durchführen verschiedener Arten der Betriebs-Einstellungen oder Settings für die Gantry-Einrichtung 100, und zum Rekonstruieren eines Röntgenstrahlen-Tomographie-Bildes auf der Basis von Datenausgaben der Gantry-Einrichtung 100 zur Darstellung.
Die Gantry-Einrichtung 100 weist eine Haupt-Steuereinrichtung 1 zum Regeln oder Steuern der gesamten Vorrichtung 100 und der folgenden Komponenten auf.
Die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Schnittstelle zum Kommunizieren mit der Bediener-Konsole 200, und die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine ebene ringförmige Gantry, die einen Ausnehmungsbereich zum Verbringen eines Objektes (menschliches Objekt), das auf einem Tische 14 liegt (in einer Richtung, die senkrecht zu der Zeichen-Ebene ist, die hierin als z-Achse oder Körperachse bezeichnet wird). Die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Röntgenröhre, die eine Röntgenstrahlen erzeugende Quelle ist, und die Röntgenröhre 4 wird durch eine Röntgenröhren-Steuereinrichtung 5 angesteuert und geregelt.
Die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Filtereinheit, die die vorliegende Erfindung bezeichnet, und die Filtereinheit 6 enthält und unterstützt mindestens zwei Arten von Filter, die je nach Wunsch geschaltet werden können. Die Eigenschaften der Filtereinheit 6 und der Filter, die hierin enthalten sind, werden nachfolgend genauer beschrieben. Die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Motor zum Schalten zwischen den Filtern der Filtereinheit 6, und die Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Filter–Steuereinrichtung zum Ansteuern und Regeln des Motors 7.
Die Bezugsziffer 9 bezeichnet einen Filter (der aus einem Material wie beispielsweise Teflon hergestellt ist) in einer Gestalt, die einen dünnen zentralen Bereich und dicke Endbereiche aufweist, um die Röntgenabschwächung in dem zentralen Bereich zu reduzieren und die Röntgenabschwächung in den Endbereichen zu verstärken, was allgemein als Fliege-Filter oder „bow-tie"-Filter bekannt ist und so bezeichnet wird. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Kollimator, der einen Schlitz zum Definieren eines Bereiches der Röntgenstrahlung aufweist. Die Bezugsziffer 12 bezeichnet einen Drehmotor zum Drehen der Gantry 3, und 13 bezeichnet eine Motorsteuerung zum Ansteuern des Dreh-Motors 12. die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Tisch auf dem das Objekt liegt, 15 bezeichnet einen Tischmotor zum Fahren des Tisches 14 in Richtung der z-Achse, und 16 bezeichnet eine Tischmotor-Steuereinrichtung zum Ansteuern und Regeln des Tischmotors 15.
Die Bezugsziffer 17 bezeichnet einen Röntgenstrahlen detektierenden Bereich zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die ein Objekt durchquert haben, der ein Detektions- oder Detektor-Array aufweist, in dem ungefähr 1000 Röntgendetektorele mente in einer Reihe angeordnet sind. Einige Röntgenstrahlen CT-Vorrichtungen haben mehrere derartiger Detektor-Arrays. Derartige Vorrichtungen werden Vielschicht-Röntgenstrahlen CT-Vorrichtungen genannt. Um die Beschreibung kurz zu halten, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine Einzelschicht-Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung beschrieben, die nur ein Detektionselement aufweist, aber es ist einfach ersichtlich, dass die vorliegenden Erfindung ebenfalls auf Vielschicht-Röntgenstrahlen CT-Vorrichtungen angewendet werden kann.
Die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Datenaufnahmeabschnitt zum Aufnehmen von Daten, die von dem Röntgenstrahlendetektions-Abschnitt 17 erhalten werden und konvertiert die Daten in digitale Daten.
Die Bedienungskonsole 200 enthält eine „Workstation", die eine CPU 51 zum Steuern der gesamten Vorrichtung aufweist, ein ROM 52, das ein Start- oder Boot-Programm und ein BIOS speichert, und ein RAM 53, das wie gezeigt als eine Hauptspeichereinrichtung dient, und die nachfolgenden Komponenten.
Ein HDD 54 ist eine Festplatteneinrichtung, die ein OS und ein Diagnoseprogramm zum Unterstützen von verschiedenen Arten von Anweisungen an die Gantry-Einrichtung 100 und zum Rekonstruieren eines Röntgenstrahlen-Tomographie-Bildes auf der Basis von Daten, die von der Gantryeinrichtung 100 erhalten sind, speichert. Zusätzlich speichert diese Korrekturdaten 54a–54c, wie dies (was genauer nachfolgend beschrieben werden wird) gezeigt ist. Ein VRAM 55 ist ein Speicher zum Entwickeln von Bilddaten, die dargestellt werden, und die Bilddaten können auf einem CRT 56 dargestellt werden, indem die Bilddaten und ähnliches hierauf entwickelt werden. Die Bezugszeichen 57 und 58 beschreiben jeweils eine Tastatur und eine Maus zum Durchführen von verschiednen Arten der Einstellungen. Das Bezugzeichen 59 bezeichnet eine Schnittstelle zum Kommunizieren mit der Gangtry-Einrichtung 100.
Beim Durchführen eines Scans und in der vorstehend genannten Konfiguration bedient ein Bediener (Techniker oder Arzt) die Bedienungskonsole, um einen zu scannenden Bereich in dem Objekt zu spezifizieren und danach einen Scan-Ablauf im Detail fest zu legen. Danach gibt der Bediener eine Anweisung zum Starten des Scans. Ein Programm läuft auf der Bedienkonsole und gibt folglich mehrere Steuer-Befehle oder -Anweisungen an die Gantry-Einrichtung 100 (Hauptsteuereinrichtung 1) entsprechend dem vorher festgelegten Scan-Ablauf. Die Hauptsteuereinrichtung 1 auf der Gantry-Einrichtung 100 gibt Steuersignale an die Röntgenröhren-Steuereinrichtung 5, die Filter-Steuereinrichtung 8, die Kollimator-Steuereinrichtung 11, die Motor-Steuereinrichtung 13 und die Tischmotor-Steuereinrichtung 16 entsprechend der Steueranweisungen. Folglich werden Röntgenstrahlen in der Röntgensröhre 4 erzeugt und diese können von einer Detektionseinrichtung 17 detektiert werden, wenn sie ein Objekt durchquert haben und die digitalen Daten der Röntgenstrahlen können aus dem Daten-Aufnahmeabschnitt 18 erhalten werden. Die Haupt-Steuereinrichtung 1 überträgt die Daten zu der Bedienungskonsole 200 über die Schnittstelle 2. Solange die Gantry 3 durch den Drehmotor 12 gedreht wird und der Tisch 14 ebenfalls entlang der z-Achse bewegt wird, werden digitale Daten von übertragenen Röntgenstrahlen bei verschiedenen Drehwinkeln und verschiedenen z-Achsen-Positionen aufeinander folgend an die Bedienungskonsole 200 übertragen.
Eine Scan-Technik wird als axialer Scan bezeichnet, wobei die Technik das Anhalten des Tisches 14 und die Feststellung des Tisches 14 an einer bestimmten Position auf der z-Achse beinhaltet, das Drehen der Gantry 3 ein Mal in diesem Zustand und dann das Führen des Tischs 14 an eine nächste Position und das nochmalige Drehen der Gantry 3; und eine andere Scan-Technik wird als helikaler Scan bezeichnet, wobei diese Technik das gleichzeitige Drehen der Gantry 3 und Weiterführen des Tisches 14 beinhaltet. Jede der beiden Scan-Tecniken kann angewendet werden.
Das Programm, das die Bedienungskonsole 200 betreibt, führt dann die Bearbeitung aus, um ein Röntgenstrahlen-Tomographie-Bild durch ein bekanntes Bearbeitungsverfahren auf der Basis der erhaltenen Daten auszuführen und die Ergebnisse nacheinander auf dem CRT 56 darzustellen.
"Beschreibung der Filtereinheit"
Röntgenstrahlen, die von der Röntgenröhre 4 erzeugt werden, haben eher eine kontinuierliche spektrale oder Energie-Verteilung als eine spezifische Wellenlänge für die Röntgenstrahlen (Linienspektrum). Die niederenergetischen (mit längerer Wellenlänge) Röntgenstrahlen in diesem Röntgenstrahl tendieren dazu, von dem Objekt absorbiert zu werden, während die höher energetischen (mit kürzerer Wellenlänge) Röntgenstrahlen dazu tendieren, durchgelassen zu werden. Das bedeutet, dass wenn die Röntgenstrahlen, die ein kontinuierliches Spektrum haben, auf ein Objekt angewendet werden, es eine Tendenz dazu gibt, dass nur die hochenergetischen Röntgenstrahlen das Objekt passieren. Dieses Phänomen wird allgemein als Strahlaufhärtungseffekt oder Stahlhärtungseffekt der Röntgenstrahlen bezeichnet.
Da die Röntgenstrahlen, die das Objekt durchqueren hochenergetische Röntgenstrahlen sind, wird gewünscht, dass zu Beginn das Objekt keinen niederenergetischen Röntgenstrahlen ausgesetzt wird.
Deshalb ist es zwingend notwendig, einen Filter mit einer Dicke, die äquivalent zu mindestens 2.5 mm Aluminium ist, zwischen die Röntgenröhre und das Objekt anzuordnen, anstatt die Röntgenstrahlen, die von der Röntgenröhre 4 erzeugt werden, direkt anzuwenden. Indem die Röntgenstrahlen einen Filter mit einer solchen Eigenschaft passieren, können die niederenergetischen Röntgenstrahlen durch den Filter abgeschwächt werden und dadurch kann das Objekt vor einer Bestrahlung mit einer unnötigen Röntgenstrahlung geschützt werden.
Es ließe sich allerdings noch manches an dieser Technik weiter verbessern, bei der ein Scan mit nur einem Filter mit einer Dicke, die äquivalent zu 2.5 mm Aluminium ist, verwendet wird. Der Grund hierzu ist folgender.
Wie vorstehend beschrieben, wenn Röntgenstrahlen mit einem kontinuierlichen Spektrum auf das Objekt angewendet werden, werden niederenergetische Röntgenstrahlen von dem Objekt zu einem größeren Teil absorbiert. Da der Abdomen des Objekts der Bereich ist, der den größten Wirkungsquerschnitt aufweist, haben die Röntgenstrahlen, die die Röntgenstrahlendetektionseinheit 17 erreichen, meistens eine hohe Energie beim Scannen eines solchen Bereiches. Wenn folglich ein Scan des Abdomen durchgeführt wird, ist der Strahlhärtungseffekt am bedeutendsten. Deshalb kann ein Filter, der eine Dicke äqui valent zu 2.5 mm Aluminium aufweist, sicher beim Scannen des Abdomen verwendet werden.
Auf der anderen Seite hat der Kopf des Objektes einen kleineren Wirkungsquerschnitt als der Abdomen, was zu einem kleineren Strahlhärtungseffekt führt. Da darüber hinaus das Gehirn hauptsächlich aus weißer Materie und grauer Materie zusammengesetzt ist, zusätzlich der Unterschied im CT-Wert zwischen ihnen klein ist, ist es schwierig ein Röntgenstrahlentomogramm-Bild mit ausreichendem Kontrast zu rekonstruieren.
Um den Kontrast eines Röntgenstrahlentomogramm-Bildes zu verstärken, ist es notwendig, dass mehr Röntgenstrahlen die Röntgenstrahlendetektionseinheit 17 erreichen und auf diese Weise das S/N-Verhältnis (S/N ratio: signal/noise ratio = Signal/Rausch-Verhältnis) zu steigern.
Deshalb ist es beim Scannen des Kopfes des Objektes wünschenswert, einen dünneren Filter (aber nicht dünner als äquivalent zu 2.5 mm Aluminium) als den, der beim Scannen des Abdomen verwendet wird, zu verwenden.
Beim Scannen des Thorax kann, da die Lunge hohl ist und der Kontrast, der von der Existenz des Gewebes des Objektes abhängt, zu Beginn hoch ist, ein Röntgenstrahlentomogramm-Bild mit einer ausreichend hohen Qualität unter Verwendung von nur hochenergetischen Röntgenstrahlen rekonstruiert werden. Deshalb kann als ein beim Scannen des Thorax verwendeter Filter, ein dickerer Filter (ein Filter, der einen höheren Abschwächungsfaktor aufweist) als für den Abdomen verwendet werden, wodurch die auf das Objekt angewendeten niederenerge tischen Röntgenstrahlen abgeschnitten werden, um unnötige Strahlenbelastung zu vermeiden.
Zusammenfassend, wenn die Dicke der beim Scannen des Kopfes, des Abdomen und des Thorax verwendeten Filter durch Ta, Tb und Tc realisiert wird, jeweils in Aluminiumäquivalenten, ergibt sich die folgende Beziehung:
2.5 mm ≤ Ta < Tb < Tc
Konsequenterweise, kann ein Scan zum Erhalten von Signalen, der ein ausreichendes S/N-Verhältnis aufweist, entsprechend des Scan-Bereiches durchgeführt werden und damit kann die Strahlenbelastung des Objektes auf ein Minimum des verlangten Betrages verringert werden.
Die Filterdicken für bestimmte Bereiche sind wünschenswerterweise wie folgt:

– die Filterdicke für Ta für den Kopf: 2.5–3.5 mm in Aluminiumäquivalent,
– die Filterdicke für Tb für den Abdomen: 6.0–8.0 mm in Aluminiumäquivalent und
– die Filterdicke für Tc für den Thorax: 10.0–12.0 mm in Aluminiumäquivalent.

Obwohl Aluminium hierin als Standard gewählt wurde, kann, wenn Kupfer verwendet werden soll, beispielsweise die Dicke 0.2 mm für den Abdomen und 0.25 mm für den Thorax sein.
2 stellt eine Verteilung eines Röntgenstrahlentransmissionsspektrums bei der Verwendung dieser Filter dar. Es ist erkennbar, dass das Spektrum der transmittierten Röntgenstrahlen mit wachsender Filterdicke zu höheren Energien hin verschoben ist, obwohl die Intensität der transmittierten Röntgenstrahlen dazu tendiert, zu sinken.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration um die Filtereinheit 6. Wie dies gezeigt ist, haltert die Filtereinheit 6 drei Filter 6a, 6b und 6c (die jeweils die entsprechende Dicke für Ta, Tb und Tc aufweisen), die verschiebbar in der Richtung sind, in der das Objekt verschoben wird (z-Achse). Die Filtereinheit 6 ist an einer Seite mit Zähnen 30 ausgestattet, die mit einem Zahnrad 31 in Eingriff treten, das an einem Antriebsspindelmotor 7 gesichert ist, wie dies gezeigt ist. Das Zahnrad 31 dreht sich, wenn der Motor 7 so angesteuert wird, dass die Position der Filtereinheit 6 frei entlang des in der Figur gezeigten Pfeils (z-Achse) geändert werden kann.
Die Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Sensor, der ein Licht emittierendes Element 33 und ein Licht empfangendes Element 34 an der dargestellten Position aufweist. Wenn die Gantry-Einrichtung 100 aktiviert ist, stellt die Hauptsteuereinrichtung 1 ein Ansteuersignal für den Motor 7 an die Filtereinheitsteuerung 8 bereit, um die Filtereinheit 6 zu bewegen und eine Ausgangsposition der Filtereinheit 6 als den Punkt zu bestimmen, an dem das Licht empfangende Element 34 von einem Zustand, der in der Lage ist, ein Licht von dem Licht emittierenden Element 33 zu detektieren, in einen Zustand, der in der Lage ist, das Licht zu detektieren (oder umgekehrt). Durch Zählen der Anzahl der Impulse, die an den Motor 7 gegeben werden, beginnend mit der Ausgangsposition, ist die Position der Filtereinheit 6 identifiziert. Folglich kann ein gewünschter der Filter 6a–6c genau unterhalb der Röntgenröhre 4 positioniert werden.
Nach der Initialisierung der Bearbeitung für die Aktivierung, wie dies vorstehend beschrieben ist, wählt die Hauptsteuerung 1 den am besten geeigneten Filter aus durch Absenden eines Steuerbefehl an die Filtersteuerung 8 entsprechend eines Anweisungsbefehls von der Bedienungskonsole 200. Wenn beispielsweise ein Auswahlbefehl, der den zu verwendenden Filter 6c betrifft, von der Bedienungskonsole 200 empfangen ist, wird ein Verschiebebetrag bezogen auf die gegenwärtige Position berechnet und es wird ein Steuersignal bezogen auf den Betrag an die Motorsteuerung 8 geleitet, der einen Scan unter Verwendung des Filters 6c ermöglicht.
„Steuerung eines Scans"
4 stellt ein Anfangsmenü für einen Scan-Ablauf dar, der auf dem CRT 56 der Bedienungskonsole 200 dargestellt wird.
Wie dies gezeigt ist, wird auf dem linken Teil des Bildschirms ein Modellbild dargestellt und auf dem rechten Teil werden Logik-Knöpfe 40–42 zur Bestimmung des zu scannenden Bereiches dargestellt. Die Auswahl eines der Knöpfe wird erreicht, indem ein Kursor 43, der mit einer Maus 58 verbunden ist, zu einem gewünschten Knopf verschoben wird und das Anklicken eines Knopfes auf der Maus 58.
Beim Anklicken jedes der Knöpfe 42–44 gibt die CPU 51 einen Filterauswahlbefehl entsprechend des ausgewählten Bereichs an die Gantry-Einrichtung 100 über die Schnittstelle 59 aus. Danach interpretiert die Hauptsteuerung 1 den empfangenen Befehl in der Gantry-Einrichtung 100 und leitet einen Steuerbefehl an die Filtersteuerung 8 auf der Basis des empfangenen Befehls weiter, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Danach wird ein genauer und detaillierter Scan-Ablauf für den ausgewählten Bereich auf der Bedienungskonsole 200 spezifiziert. Da dieser Prozess jedoch keine direkte Beziehung zu der vorliegenden Erfindung hat und ein bekanntes Prozedere ist, wird hier von einer detaillierten Beschreibung abgesehen.
Da die Filter 6a–6c unterschiedliche Transmissionseigenschaften (oder Abschwächungseigenschaften) aufweisen, wie dies in 2 gezeigt ist, ist das elektrische Ausgabesignal von der die Röntgenstrahlen detektierenden Einrichtung 17 natürlicherweise eines, das von dem verwendeten Filter beeinflusst ist. Genauer gesagt, auch wenn derselbe Bereich des Objektes gescannt wird, ist das Signal, das unter Verwendung des Filters 6a erhalten wird, verschieden von dem Signal, das unter Verwendung des Filters 6b erhalten wird.
Deshalb ist es erforderlich, dass die Bedienungskonsole 200 die Rekonstruktionsbearbeitung für ein Röntgenstrahlentomogramm-Bild durchführt, die zu dem während des Scans durch die Gantry-Einrichtung 100 verwendeten Filter passt. Deshalb werden die jeweiligen Korrekturdaten, die zu den zu verwendenden Filtern 6a–6c gehören, in der HDD 64 der Bedienungskonsole 200 gespeichert. Wenn der zu messende Bereich bestimmt worden ist, werden die geeigneten Korrekturdaten, die aus den Korrekturdaten 54a–54c ausgewählt wurden, verwendet, um die Daten, die von der Gantry-Einrichtung 100 trans feriert wurden, zu korrigieren, und danach wird die Rekonstruktionsbearbeitung eines Röntgenstrahlentomographie-Bild ein Datentransfer durchgeführt. Es sollte klar sein, dass die Korrekturdaten 54a–54c ebenfalls die Eigenschaften des „bow-tie"-Filters 9 berücksichtigen.
Zusammenfassend, arbeitet die CPU 51 der Bedienungskonsole 200 entsprechend dem Ablaufdiagramm, das in 5 gezeigt ist. Dieses Programm wird vorher in der DHH 54 gespeichert und wird in das RAM 53 (read only memory: RAM) zur Ausführung gespeichert.
Zuerst wird in Schritt S1 der Bildschirm der Scan-Bereichsauswahl dargestellt, wie dies in 4 gezeigt ist, und der Bediener (Techniker oder Arzt) wird abgefragt, um auszuwählen welcher Bereich gescannt werden soll. Nach der Auswahl wird eine Entscheidung des ausgewählten Bereichs in Schritt S2 durchgeführt.
Wenn der Kopf als das zu scannende Objekt ausgewählt wurde, geht der Prozess in Schritt S3 weiter und ein Anweisungsbefehl für die Auswahl des Filters 6a wird an die Gantry-Einrichtung 100 ausgegeben, um den Filter 6a zu verwenden. Danach steuert die Gantry-Einrichtung 100 die Bewegung der Filtereinheit 6, wie dies vorstehend beschrieben wurde, positioniert den spezifizierten Filter genau unterhalb der Röntgenröhre 4 und fixiert den Filter an dieser Position. Dann geht der Prozess zu Schritt S4, um die Korrekturdaten 54a für den Filter 6a auszuwählen, und liest die Daten 54a für einen vorher bestimmten Bereich aus dem RAM 53 aus.
Wenn der Thorax der als zu scannende Objekt ausgewählt wurde, wird ein Anweisungsbefehl für den Filter 6c in Schritt S5 ausgewählt, die Korrekturdaten 54b für den Filter 6b werden in Schritt S8 ausgewählt und die Daten 54b werden für einen vorher bestimmten Bereich aus dem RAM 53 ausgelesen.
Auf jeden Fall geht der Prozess in Schritt S9 weiter, und ein genauerer Scan-Ablauf wird vorher für einen Scan-Bereich festgelegt. Die Festlegung enthält beispielsweise Einträge über den Bereich der Verlagerungsrichtung, die gescannt werden soll (von welcher Position zu welcher Position), über das Intervall, das für die rekonstruierten Rötngentomotgaphie-Bilder ausgewählt ist, und ähnliches. Diese Einträge sind bekannt und von einer Beschreibung hiervon wird abgesehen.
Dann wird in Schritt S10, wenn der Bediener angibt, dass der Scan gestartet werden soll, die Bearbeitung ausgeführt, um verschiedene Arten der Steuerbefehle an die Gantry-Einrichtung 100 entsprechend dem Scan-Ablauf zu veranlassen, und um die Gantry-Einrichtung 100 zu veranlassen, die Steuerbefehle der Motorsteuerung 13, des Tischmotorsteuerung 16 und der Röntgenröhrensteuerung 5 entsprechend der vorhandenen Befehle zu steuern, und um die Röntgenstrahlentransmissionsdaten, die durch die Datenaufnahmeeinheit 18 (Daten von allen Kanälen in der Röntgendetektionseinrichtung 17) in die Bedienungskonsole zu übertragen.
Die Bedienungskonsole 200 empfängt die Daten, die von der Gantry-Einrichtung 100 in Schritt S11 übertragen sind, in Schritt S11. Der Prozess geht dann zu Schritt S12 und die Korrekturdaten, die vorher aus dem RAM 53 ausgelesen wurden, werden verwendet, um die Korrekturbearbeitung auf die empfangenen Daten durchzuführen. Danach wird in Schritt S13 eine bekannte Bearbeitung zur Rekonstruktion eines Röntgenstrah lentomographie-Bildes ausgeführt, und die Bearbeitung zur Ausgabe des Bildes wird in Schritt S14 durchgeführt.
Durch die Verwendung der am besten geeigneten Filter, die zu dem zu messenden Bereich in einem Objekt gehören, wird das Objekt nur mit einem Minimum der verlangten Strahlung bestrahlt und die Qualität des rekonstruierten Röntgentomogramm-Bildes kann verbessert werden.
Obwohl der verwendete Filter entsprechend des zumessenden Bereiches bestimmt wird, variiert die Größe der Objekte stark. Insbesondere ist die vorherige Querschnittsfläche des Abdomen bei den Individuen verschieden. Beispielsweise führt ein Scan des Abdomen einer großen oder dicken Person zu einem ausgeprägteren Härtungseffekt als der bei einer dünnen Person. Dasselbe gilt für einen Erwachsenen und ein Kind.
Deshalb enthält die Bestimmung der Parameter des zu verwendenden Filters zusätzlich die Größe des Objektes sowie den zu messenden Bereich. Es sollte deutlich sein, dass die Anzahl der Arten der Filter verglichen mit den vorstehend diskutierten ansteigen sollte, da die Größe des Objektes zusätzlich einbezogen wird.
6 zeigt einen gemessenen Bildschirm für Bereichsauswahl. Wie gezeigt wurde, sind die Feldern 60 und 61 zur Eingabe der Höhe und des Gewichts als Angaben über die Größe des Objektes geschaffen.
Wenn angenommen wird, dass die Größe des Objekts in beispielsweise drei Kategorien: groß, mittel und klein, eingeteilt wird, solange die Anzahl der gemessenen Bereiche eben falls drei ist, werden maximal neun Filter benötigt. Man nehme an, dass die Filter mit f1, f2, ..., f9 bezeichnet werden.
Der Bediener gibt als erstes die Größe und das Gewicht eines zu scannenden Objektes ein und führt dann den Schritt aus, um den zu messenden Bereich auszuwählen. Folglich wird ein geeigneter Filter unter den Filtern f1, f2, ..., f9 bestimmt, und ein Anweisungsbefehl für die Filterauswahl wird an die Gantry-Einrichtung 100 gesendet. Es ist leicht zu erkennen, dass die HDD 54 auf der Bedienungskonsole 200 mit derselben Anzahl der Korrekturdatensätze wie der Anzahl der Filter eingerichtet ist.
Beim Bestimmen des zu verwendenden Filters, kann eine Tabelle, wie die in 7 beispielhaft gezeigte, in der HDD 54 gespeichert werden, um den Filter in Bezug darauf auszuwählen.
Als ein Ergebnis wird die Bestrahlungsdosis auf das Objekt weiter verringert, da der verwendete Filter zusätzlich unter Einbeziehung der Größe des Objektes bestimmt wird, und ein Röntgentomogramm-Bild kann mit großer Genauigkeit rekonstruiert werden.
Es sollte bemerkt werden, dass obwohl nur ein Beispiel der Schaltstruktur der Filtereinheit der Gantry-Einrichtung 100 beschrieben wurde, andere Strukturen in Betracht gezogen werden können. Der Punkt ist der, dass es möglich sein sollte, einen Scan durchzuführen, indem ein gewünschter Filter aus den Filtern mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften verwendet wird.
Darüber hinaus, obwohl die zu scannenden Bereiche als drei Bereiche beschrieben wurden: der Kopf, der Thorax und der Abdomen, sind mindestens zwei Bereichen als Minimum notwendig: der Kopf und der Abdomen. Darüber hinaus, können die zumessenden Bereiche vier oder mehr Bereiche zur Feindefinition enthalten.
Darüber hinaus, obwohl der Filter in den Ausführungsformen als aus Aluminium hergestellt beschrieben wurde, gibt es keine Beschränkung des Materials. Der Punkt ist der, dass die Filter-Transmissionseigenschaften, wie solche in 2 beschriebenen, verwendet werden sollten, und andere Materialien, wie beispielsweise Kupfer oder ähnliches verwendet werden können.
Darüber hinaus, ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die Vorrichtungen und das Verfahren zur Implementierung der vorstehenden Ausführungsformen, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung enthält den Fall, in dem die vorstehenden Ausführungsformen durch Softwareprogramm-Codes erreicht werden, die auf einem Rechner (CPU oder MPU) in der vorstehenden Vorrichtung oder dem System angewendet werden, und der Rechner des Systems oder der Vorrichtung bedient die verschiedenen Einrichtung entsprechend dem Programm-Code.
In diesem Fall, wird das Softwareprogramm per se so betrachtet, dass es die Funktionen der Ausführungsformen erreicht. Deshalb liegen der Programm-Code per se also für sich genommen und die Mittel, insbesondere eine Speichermedium zum Speichern des Programm-Codes zum zur Verfügungsteilen des Programm-Codes an den Computer, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
Als Speichermedium zum Speichern eines derartigen Programm-Codes können eine Diskette, eine Festplatte, eine optische Platte, eine magnetooptische Platte, ein CD-Rom, ein Magnetband, permanente oder nicht löschbare Speicherkarten, beispielsweise ein ROM (read only memory: ROM) verwendet werden. Darüber hinaus kann der Programm-Code mittels eines Mediums, das ein Netzwerk ist (beispielsweise das Internet) herunter geladen werden.

Claims

Vorrichtung (100) zum Regeln/Steuern von Röntgenstrahlen in einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung, wobei die Steuereinrichtung (100) eine einen Röntgenstrahl erzeugende Quelle (4), eine einen Röntgenstrahl detektierenden Einrichtung (17), eine erste Filtereinheit (9), die am nächsten zu der Detektionseinrichtung (17) angeordnet ist, und eine zweite Filtereinheit (6) aufweist, die am nächsten zu der Quelle und zwischen der Quelle und der ersten Filtereinheit (9) angeordnet ist, wobei die erste Filtereinheit (9) einen schmalen zentralen Bereich und dicke Endbereiche aufweist, um die Abschwächung der Röntgenstrahlen in dem zentralen Bereich zu verringern und die Abschwächung der Röntgenstrahlen in den Endabschnitten zu verstärken, wobei die zweite Filtereinheit (6) eine flache Platte ist, die darin mindestens zwei Filter (6a, 6b) aufweist, von denen jeder unterschiedliche Röntgentransmissionseigenschaften aufweist, und ferner Positionierungseinrichtungen (7, 31, 32) zum gezielten Bewegen der zweiten Filtereinheit (6) aufweist, sodass die Röntgenstrahlen gezielt erst durch ein ausgewähltes der mindestens zwei Filter (6a, 6b) und dann durch die erste Filtereinheit (9) gerichtet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Positionierungseinrichtung (7, 31, 32) einen Motor (7) und ein Zahnrad (31) aufweist, das mit einer Kante der flachen Platte der zweiten Filtereinheit (6) in Eingriff steht und Einrichtungen zum Einschalten des Motors (7) aufweist, wobei das Zahnrad (31) eingreift, um die flache Platte selektiv zu verfahren und ein ausgewähltes der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) zu veranlassen die Röntgenstrahlen zu filtern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin eines der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) verwendet wird, um einen Kopf eines Objektes zu scannen und ein zweites der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) genutzt wird, um einen Abdomen des Objektes zu scannen, und worin das erste und das zweite Filter der zweiten Filtereinheit (6) jeweils einen Röntgentransmissionsfaktor F1 und F2 haben, wobei F2 kleiner als F1 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die zweite Filtereinheit (6) ein drittes Filter zur Verwendung beim Scannen eines Thorax des Objektes aufweist, wobei das dritte Filter einen Röntgentransmissionsfaktor F3 aufweist, der kleiner ist als der Röntgentransmissionsfaktor F2.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin das erste, das zweite und das dritte Filter der zweiten Filtereinheit (6) unterschiedliche Stärken oder Dicken haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Bedienungs- und Betreibereinrichtung zum Senden von Anweisungssignalen an die Quelle, die Detektionseinrichtung (17) und die Positionierungseinrichtung aufweist, um eine Rekonstruktionsbearbeitung für ein Röntgenstrahltomographiesignal auf der Basis von Daten durchzuführen, die von den Röntgenstrahlen erhalten werden, die die erste (9) und die zweite Filtereinheit (6) passiert haben und durch die Detektionseinrichtung (17) detektiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Bedienungs- und Betreibereinrichtung aufweist: eine Darstellungenseinrichtung, zum Darstellen eines Menüs zum Auswählen eines Scanbereiches eines Objektes und mindestens ein Feld zum Eingeben einer Größe des Objektes; eine Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden auf der Basis des ausgewählten Scan-Bereichs und der eingegebenen Größe des Objektes welcher der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) verwendet wird und eine Einrichtung zum Unterstützten einer Anweisung, die die Filterauswahl anzeigt, die durch die Entscheidungseinrichtung für die Positionierungseinrichtung ausgewählt wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ferner aufweist: eine Speichereinrichtung zum Speichern der jeweiligen Korrekturdaten, die zu den mindestens zwei Filtern (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) gehören; eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Daten, die das Ergebnis eines Scans repräsentieren, der unter Verwendung der Korrekturdaten gesendet wurde, die zu dem Filter gehören, der durch die Entscheidungseinrichtung ausgewählt wurde, und worin die Bedienungs- und Betreibereinrichtung die Wiederherstellung eines Röntgenstrahlentomogramm-Bildes unter Verwendung der Daten veranlasst, die durch die Korrektureinrichtung korrigiert wurden.
Verfahren zum Steuern einer Steuereinrichtung in einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung, wobei die Steuereinrichtung eine einen Röntgenstrahl erzeugende Quelle (4), eine einen Röntgenstrahl detektierenden Einrichtung (17), eine erste Filtereinheit (9), die am nächsten zu der Detektoreinrichtung (17) angeordnet ist, und eine zweite Filtereinheit (6) aufweist, die am nächsten zu der Quelle und zwischen der Quelle und der ersten Filtereinheit (9) angeordnet ist, wobei die erste Filtereinheit (9) einen schmalen zentralen Bereich und dicke Endebereiche aufweist, um die Abschwächung des Röntgenstrahles in dem zentralen Bereich zu verringern und die Abschwächung des Röntgenstrahls in den Endbereichen zu verstärken, worin das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer flachen Platte als zweite Filtereinheit (6), die darin mindestens zwei Filter (6a, 6b) aufweist, wobei jedes unterschiedliche Transmissionseigenschaften für Röntgenstrahlen aufweist; und selektives Bewegen der zweiten Filtereinheit (6), während die erste Filtereinheit (9) so fest gehalten wird, dass die Röntgenstrahlen selektiv durch eine der ausgewählten von diesen mindestens zwei Filtern (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) und dann durch die zweite Filtereinheit (9) gerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner die Schritte aufweist: Bereitstellen der Positionierungseinrichtung mit einem Motor (7) und einem Zahnrad (31), das an einer Kante der flachen Platte der zweiten Filtereinheit (6) angeordnet ist und Ineingriffbringen des Motors (7) mit dem Zahnrad (31), um die flache Platte gezielt zu bewegen und ein ausgewähltes der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) zu veranlassen die Röntgenstrahlen zu filtern.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner die Schritte aufweist: Bereitstellen der ersten und der zweiten Filtereinheit mit den jeweiligen Transmissionsfaktoren F1 und F2 für Röntgenstrahlen, wobei F2 kleiner als F1 ist; Verwenden eines der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6), um den Kopf eines Objektes zu scannen, und Verwenden eines zweiten der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6), um einen Abdomen des Objektes zu scannen.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner die Schritte aufweist: Bereitstellen der zweiten Filtereinheit (6) mit einem dritten Filter, der einen Transmissionsfaktor F3 für Röntgenstrahlen aufweist, der kleiner als F2 ist, und Scannen eines Thorax des Objektes unter Verwendung des dritten Filters.
Verfahren nach Anspruch 12, worin das erste, das zweite und das dritte Filter der zweiten Filtereinheit (6) unterschiedliche Stärken oder Dicken aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner die Schritte aufweist: Bereitstellen von Anweisungssignalen an die Quelle, die Detektionseinrichtung (17) und die Positionierungseinrichtung; Durchführen einer Wiederherstellungsbearbeitung für ein Röntgenstrahlentomogramm-Signal auf der Basis der Daten, die von den Röntgenstrahlen erhalten wurden, die die erste (9) und die zweite Filtereinheit (6) passiert haben und mittels der Detektionseinrichtung (17) detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner die folgenden Schritte aufweist: Darstellen eines Menüs zur Auswahl eines zu scannenden Bereiches des Objektes und mindestens eines Feldes zum Eingeben einer Größe des Objektes; Entscheiden auf der Basis des ausgewählten Bereiches und der eingegebenen Größe des Objektes, welche der mindestens zwei Filter (6a, 6b) von der zweiten Filtereinheit (6) verwendet werden, und Bereitstellen einer Anweisung an den Positionierungsschritt, der die Filterauswahl anzeigt, die in dem Entscheidungsschritt entschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner die Schritte aufweist: Speichern der jeweiligen Korrekturdaten, die zu den mindestens zwei Filtern (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) gehören; Korrigieren der Daten, die ein Ergebnis des Scans repräsentieren, der unter Verwendung der Korrekturdaten des Filters, der in dem Auswahlschritt ausgewählt wurde, gesendet sind; und Veranlassen einer Rekonstruktion eines Röntgenstrahlenbildes unter Verwendung der Daten, die durch den Korrekturschritt korrigiert wurden.
Speichermedium zum Speichern eines Programmcodes zum Bereitstellen von Anweisungssignalen an eine Vorrichtung zum Beeinflussen von Röntgenstrahlen in einer Röntgenstrahlen CT-Vorrichtung, wobei die Steuereinrichtung eine einen Röntgenstrahl erzeugende Quelle (4), eine einen Röntgenstrahl detektierende Einrichtung (17), eine Bedienungs- und Betreibereinrichtung, eine erste Filtereinheit (9), die am nächsten an der Detektionseinrichtung (17) angeordnet ist, und eine zweite Filtereinheit (6) aufweist, die am nächsten an der Quelle und zwischen der Quelle und der ersten Filtereinheit (9) angeordnet ist, wobei die erste Filtereinheit (9) einen schmalen zentralen Bereich und dicke Endbereiche aufweist, um die Abschwächung der Röntgenstrahlen in dem Zentrumsbereich zu verringern und um die Abschwächung der Röntgenstrahlen in den Endbereichen zu verstärken, worin die zweite Filtereinheit (6) eine flache Platte ist, die darin mindestens zwei Filter (6a, 6b) aufweist, wobei diese unterschiedliche Transmissionseigenschaften für Röntgenstrahlen haben, und die Positionierungseinrichtung zum selektiven Bewegen der zweiten Filtereinheit (6) aufweist, so dass die Röntgenstrahlen selektiv durch ein ausgewähltes der mindestens zwei Filter (6a, 6b) und dann durch die erste Filtereinheit (9) gerichtet werden, worin die CT-Vorrichtung die Rekonstruktionsbearbeitung für ein Röntgenstrahlentomogramm-Bild auf der Basis von Daten durchführt, die von der Detektionseinrichtung (17) transferiert sind, wobei das Speichermedium einen Programmcode zum Anzeigen eines Menüs, zum Auswählen eines Scan-Bereichs eines Objektes, einen Programmcode für einen Entscheidungsschritt zum Entscheiden welcher der mindestens zwei Filter (6a, 6b) der zweiten Filtereinheit (6) verwendet wird, um einen ausgewählten Bereich des Objektes zu scannen, und einen Programmcode eines Schrittes zum Bereitstellen einer Anweisung speichert, die anzeigt welches Filter in dem Entscheidungsschritt ausgewählt wurde.