DE102004003882A1

DE102004003882A1 - Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Schnittbildern eines sich periodisch bewegenden Objektes mit einer Fokus-Detektor-Kombination

Info

Publication number: DE102004003882A1
Application number: DE102004003882A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Bruder; Thomas Dr. Flohr; Karl Dr. Stierstorfer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-18
Also published as: CN1647768A; US7020234B2; JP2005205220A; US20050169424A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zur Verbesserung von CT-Bilddaten von einem sich bewegenden Untersuchungsobjekt, insbesondere einem schlagenden Herzen (15), ein Fokus (13) auf einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt bewegt wird und parallel und zueinander korreliert gemessene Scan-Datenströme aus einem Vielzeilendetektor (3) und Bewegungsdaten des Untersuchungsobjektes gesammelt, aus mehreren Bewegungszyklen winkelkomplementäre Teildatensätze der gleichen Bewegungsphase retrospektive selektiert, die Teildatensätze zu unvollständigen CT-Bildern rekonstruiert und reformatiert und anschließend die unvollständigen CT-Bilder zu vollständigen CT-Bildern aufaddiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Schnittbildern, insbesondere von Röntgen-CT-Bildern, eines sich periodisch bewegenden Objektes mit periodisch wiederkehrenden Zyklusphasen, wobei zur Abtastung des Untersuchungsobjektes ein, ein konusförmiges Strahlenbündel erzeugender, Fokus mit einem dem Fokus gegenüberliegenden Vielzeilendetektor auf einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt bewegt wird, und gleichzeitig Bewegungssignale des Untersuchungsobjektes zur Bestimmung von Bewegungs- und Ruhephasen gemessen und korreliert zu den Detektorausgangssignalen gespeichert werden.

Aus der Patentanmeldung DE 102 07 623.5 , deren vollständiger Offenbarungsgehalt ausdrücklich in diese Anmeldung übernommen wird, ist bekannt, wie aus unvollständigen Spiraldatensätzen, die für sich nur einen Teil eines 180°-Segmentes einer Spiralabtastung umfassen, Segmentbilder erstellt werden, die dann durch Addition mehrerer Segmentbilder eines Segmentstapels zu vollständigen Tomographiebildern führen.

Das Problem dieses bekannten SMPR-Verfahren's liegt darin, dass zwar die erreichte Zeitauflösung für die Abtastung eines sich periodisch bewegenden Herzens weitgehend ausreicht, jedoch ist die Bildqualität aufgrund von nicht vollständig zu beseitigender Streifenbildung nicht ausreichend.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Schnittbildern periodisch bewegter Untersuchungsobjekte mit verbesserter Bildqualität zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig soll auch ein hierfür geeignetes Tomographie-Gerät vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Die Erfinder haben erkannt, dass es zur Verbesserung der Bildqualität vorteilhaft sein kann, das an sich aus der Patentanmeldung DE 10207623.5 bekannte Verfahren der Segmented Multiple Plane Reconstruction einer Spiralabtastung auch für eine Kreisabtastung, in der kein Tischvorschub ausgeführt wird, in Verbindung mit einem großflächigen Vielzeilendetektor zu verwenden. Ist der Detektor ausreichend breit, so kann das Abtastvolumen eines Kreisumlaufes ausreichen, eine weitgehend vollständige Darstellung eines bewegten Herzens zu ermöglichen, wobei die Rekonstruktion auf Basis eines bekannten 2D-Verfahrens stattfindet. Allerdings ist es hierbei auch für eine ausreichende Zeitauflösung zur Darstellung des Herzens in einer Ruhephase notwendig, die Daten, die zur Darstellung verwendet werden, aus mehreren Bewegungsperioden zu sammeln.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren können parallel zur Aufzeichnung des Patienten-EKGs in mehreren aufeinanderfolgende Herzzyklen sequentiell Mehrschicht-Projektionen gemessen werden. Der sequentiell gemessene Datenstrom lässt sich dabei pro Umlauf in N_seg disjunkte Datensegmente einteilen, wobei in jedem Datensegment ein Bildstapel (booklet) von geneigten Rekonstruktionsschichten (pages) definiert werden kann. Das Zentrum jedes Datensegments kann dabei durch einen entsprechenden Referenzprojektionswinkel Φ_ref bestimmt werden, wobei die Ebenen im jeweiligen Referenzprojektionswinkel an die Kreisbahn angeheftet und in bezug auf den N-zeiligen Detektor geneigt sind, so dass bei der Rekonstruktion von M äquidistanten Rekonstruktionsschichten alle Detektordaten genutzt werden, sobald die Anzahl der äquidistanten Rekonstruktionsschichten größer oder gleich der Anzahl der Detektorzeilen des Vielzeilendetektors ist.

Im allgemeinen können die Rekonstruktionsschichten auch von gekrümmter Gestalt sein. Nach der Rekonstruktion der Segmentbildstapel kann dann segmentweise in Richtung der Systemachse eine Reformatierung auf die gewünschten Ziel-Bildebenen einheitlicher Orientierung durchgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise ein an sich bekanntes Gewichtungsverfahren verwendet werden.

Da die Messdaten des Vielzeilendetektors eindeutig den gemessenen Bewegungsdaten des sich bewegenden Objektes zugeordnet sind, besteht auch eine eindeutige Zuordnung zwischen der Bewegungssituation des beobachteten Untersuchungsobjektes, vorzugsweise den Herzphasen im EKG, und den reformatierten Segmentbildstapeln, so dass die Bildschichten der Segmentbildstapel nun zu einer bestimmten Zyklusphase, beziehungsweise einer selektierten Herzphase, beispielsweise einer Ruhephase, phasenrichtig zu einem vollständigen CT-Bild aufsummiert werden können.

Betrachtet man den speziellen Fall einer zweisegmentigen Rekonstruktion an einem Herzen, bei der Segmente zweier aufeinanderfolgender Herzzyklen zum Bildaufbau verwendet werden, ergibt sich die folgende Situation:
Ein Datenintervall der Länge θ_scan ≥ π wird von in zwei aufeinanderfolgenden Herzzyklen gewonnene Sektoren zusammengesetzt, wobei die Sektoren s₁ und s₂ so bestimmt werden, dass sie sich komplementär zu einem Datenintervall der Länge θ_scan ergänzen. Die zeitliche Position in den aufeinanderfolgenden Herzzyklen ist dabei exakt phasengleich zu bestimmen. In der Regel ergeben sich dadurch Segmente s₁, s₂ unterschiedlicher Länge.

Zum Aufbau des jeweiligen Bildvolumens werden die für jedes Datensegment separat bestimmten Bildstapeln (booklets) rekonstruiert und reformatiert, und anschließend schichtweise zu einem vollständigen CT-Bild aufaddiert.

Die Zeitauflösung Δt ist dabei abhängig von der lokalen Herzrate und beträgt im günstigsten Fall bei gleicher Länge der beiden Sektoren s₁ und s₂ gleich

mit T_rot der Zeit für einen vollständigen Kreisumlauf des Fokus. Im ungünstigsten Fall beträgt die Zeitauflösung

denn in diesem Fall hat einer der beiden Sektoren die Länge Null.

Im Fall von getriggerten Aufnahmen, bei denen die Röntgenstrahlung situationsabhängig ein- und ausgeschaltet beziehungsweise variiert wird, wird nur zu einer ausgewählten Herzphase ein Datenstrom der Länge θ_scan gescannt. Dieser Datenstrom kann dann in der oben angegebenen Weise in N_seg disjunkte Segmente eingeteilt werden, wobei in jedem dieser Segmente in obigem Sinne ein Segmentbildstapel definiert wird. Jeder Segmentbildstapel wird dann separat rekonstruiert und zu neuen Segmentbildstapeln einheitlicher Orientierung, vorzugsweise in Axialschichten, reformatiert. Zur schichtweisen Bildberechnung müssen dann entsprechende Segmentschichtbilder zu einem vollständigen CT-Bild addiert werden.

Auf Basis dieser grundsätzlichen Ausführungen schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Schnittbildern, insbesondere Röntgen-CT-Bildern, eines sich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes mit periodisch wiederkehrenden Zyklusphasen, vor, welche zumindest die folgenden Verfahrensschritten aufweist:

– zur Abtastung des Untersuchungsobjektes wird ein, ein konusförmiges (konusförmig = in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen fächerförmig ausgebildet) Strahlenbündel erzeugender, Fokus mit einem dem Fokus gegenüberliegenden Vielzeilendetektor auf einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt bewegt und sektorenweise abgetastet, wobei die einzelnen Sektoren einen Winkel von weniger als 180° überstreichen, und das Strahlenbündel so weit aufgefächert ist, dass das Volumen des sich bewegenden Untersuchungsobjektes vollständig durch eine kreisförmige Abtastung ohne zusätzliche Lateralbewegung erfasst wird,
– gleichzeitig werden Bewegungssignale des sich bewegenden Objektes zur Detektion einer zu betrachtenden Zyklusphase oder eines Zyklusphasenintervalls gemessen und gespeichert, wobei auch die zeitliche Korrelation zwischen den Bewegungsdaten und den Detektorausgangsdaten gespeichert wird,
– anschließend werden mit den sektorenweise gespeicherten Detektorausgangsdaten unabhängig voneinander Segmentbildstapel rekonstruiert und daraus axiale Segmentbilder reformatiert, worauf
– aus den axialen und unvollständigen Segmentbildern schichtweise winkelkomplementär sich zu 180°-Tomographie-Schnittbildern ergänzende vollständige CT-Schnittbilder aufsummiert werden,
– wobei nur Detektorausgangsdaten aus Sektoren verwendet werden, die in der zu betrachtenden Zyklusphase oder dem zu betrachtenden Zyklusphasenintervall abgetastet wurden.

Vorzugsweise werden hierbei Detektorausgangsdaten aus mehreren aufeinander folgenden Zyklen verwendet, um eine entsprechend hohe Zeitauflösung zu erreichen. Weiterhin wird meist als sich zyklisch bewegendes Untersuchungsobjekt ein Herz eines Lebewesens, vorzugsweise eines Patienten mit periodisch sich abwechselnden Bewegungs- und Ruhephasen, abgetastet werden, wobei als Bewegungssignale beispielsweise die EKG-Signale des Herzens zur Detektion der Zyklusphase, vorzugsweise zur Detektion von Bewegungs- und/oder Ruhephasen, gemessen werden. Es ist dabei darauf hinzuweisen, dass zwar meist lediglich die Ruhephasen des Herzens betrachtet werden, jedoch können auch mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit des Fokus andere Zyklusphasen des Herzens oder allgemein eines Untersuchungsobjektes betrachtet werden, bei denen das Untersu chungsobjekt in akuter Bewegung ist. Hierdurch können sogar Bildsequenzen über den gesamten Zyklus hergestellt werden.

Es werden also parallel und zueinander korreliert Scan-Datenströme aus dem Vielzeilendetektor und Bewegungsdaten gesammelt, aus mehreren Bewegungszyklen winkelkomplementäre Teildatensätze der gleichen Zyklusphase retrospektive selektiert, die Teildatensätze zu unvollständigen CT-Bildern rekonstruiert und reformatiert und anschließend die unvollständigen und axial reformatierten CT-Bilder zu vollständigen CT-Bildern aufaddiert.

Erfindungsgemäß kann vor den Rückprojektionen ein Parallel-Rebinning, vorzugsweise ein zeilenweises Parallel-Rebinning, durchgeführt werden.

Vorteilhaft kann die Rotationszeit T_Rot des Fokus derart eingestellt werden, dass gleich lange und sich nahtlos ergänzende Untersegmente aus mehreren hintereinander folgenden Zyklusphasen der Bewegungsperioden zu vollständigen CT-Bildern aufaddiert werden. Hierdurch wird eine immer maximale Zeitauflösung erreicht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn aus den Detektordaten jeweils Segmentbildstapel für M äquidistante Rekonstruktionsschichten gebildet werden, wobei M ≥ N gilt, mit N der Anzahl der Detektorzeilen, und eine Reformatierung auf parallele und äquidistante Bildebenen durchgeführt wird.

Soll ein größeres Objekt abgetastet werden, so kann nach Beendigung eines Kreisumlaufes des Fokus ein Vorschub in Richtung Systemachse getätigt werden und die Abtastung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erneut stattfinden. Hierbei können dann die je Abtastsequenz erhaltenen CT-Schichtbilder phasenrichtig aneinandergereiht werden, um das gesamte abgetastete Objekt darzustellen.

Außerdem kann auch zur Verringerung der Dosisbelastung des Untersuchungsobjektes die von mindestens einem Fokus ausgehende Strahlung über zumindest den größeren Teil der Bewegungsphase, mittelbar oder unmittelbar gesteuert, durch die gemessenen Bewegungssignale ausgeschaltet oder zumindest reduziert werden.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich auch Verfahren der Spiralrekonstruktion eignen, die auf variabel einstellbarem Vorschub basieren, allerdings muss hierbei ein Vorschub von 0 einstellbar sein und diese muss bei der Auswertung entsprechend berücksichtigt werden.

Insgesamt zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, dass es vorteilhaft möglich ist, verbesserte CT-Bilddaten von einem sich bewegenden Objekt, insbesondere einem schlagenden Herzen, zu erhalten, indem ein Fokus auf einer Kreisbahn um das Objekt bewegt wird und parallel und zueinander korreliert gemessene Scan-Datenströme aus einem großen Vielzeilendetektor und Bewegungsdaten des Objektes gesammelt, aus mehreren Bewegungszyklen winkelkomplementäre Teildatensätze der gleichen Bewegungsphase retrospektive selektiert, die Teildatensätze zu unvollständigen CT-Bildern rekonstruiert, reformatiert und anschließend die unvollständigen CT-Bilder zu vollständigen CT-Bildern aufaddiert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei die folgenden Bezugszeichen verwendet werden. 1: CT-Gerät; 2: Röntgenröhre; 3: Vielzeilendektor; 4: Patiententisch; 5: Systemachse/z-Achse; 6: Gantry; 7: Patient; 8: EKG-Messleitung; 9: Steuer-/Messleitung; 10: Steuer-/Auswerteinheit; 11: Bildschirm; 12: Tastatur; 13: Fokus; 14: Strahlenbündel; 15: Herz; 16: EKG-Linie; 17.x: Schnittebenen; 18: Ruhephase; 19: Kreisbahn des Fokus; 20.x: Strahlebenen; 21.x: Parallel-Strahlen; 22: Physikalischer Detektor; 23: R-Zacke; 24: Be ginn der Ruhephase; m: Anzahl der Detektorzeilen; n: Anzahl der Detektorelemente pro Detektorzeile; P_x: Programm-Modul; T_rot: Rotationszeit; Θ₁: 1. Abtastsektor; Θ₂: 2. komplementärer Abtastsektor; Θ₃: 3. komplementärer Abtastsektor; Θ₄: 4. komplementärer Abtastsektor.

Es zeigen im Einzelnen:
1: Darstellung eines Computertomographen;
2: Schematische Darstellung eines Computertomographen im Querschnitt;
3: Schematische Darstellung eines Computertomographen im Längsschnitt;
4: Darstellung des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens mit sektorenweiser Datensammlung über 2 Herzperioden;
5: Schematische Darstellung möglicher Sektorenzusammenstellung für vollständige CT-Bilder mit Datensammlung in 2 gleich langen Sektoren über 2 Herzperioden;
6: Schematische Darstellung möglicher Sektorenzusammenstellung für vollständige CT-Bilder mit Datensammlung in 2 unterschiedlich langen Sektoren über 2 Perioden;
7: Darstellung des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens für den Fall sequentieller Abtastung mit Vorschub in z-Richtung;
8: Darstellung des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens mit sektorenweiser Datensammlung über 4 Herzperioden;
9: Schematische Darstellung möglicher Sektorenzusammenstellung für vollständige CT-Bilder mit Datensammlung in 4 gleich langen Sektoren über 4 Perioden;
10: Schematische Darstellung eines Stapels von Rekonstruktionsschichten in Parallelgeometrie bei kreisförmiger Abtastung.
Die 1 zeigt einen Computertomographen 1 mit einer Gantry 6, in dem sich eine kreisförmig umlaufende Röntgenröhre 2 mit einem gegenüberliegenden Vielzeilendetektor 3 befinden. Weiterhin ist ein Patient 7 dargestellt, der auf einer Patientenliege 4 liegt und zum Abtastvorgang in die Öffnung des CT's 1 eingefahren wird, wobei während des Abtastvorganges, bei dem sich die Röntgenröhre kreisförmig um den Patienten bewegt, keine Bewegung des Fokus in Richtung der Systemachse 5 stattfindet. Die Steuerung des Computertomographen 1 geschieht durch die Steuer- und Auswerteeinheit 10 über die Steuer-/Messleitung 9, über die auch die durch den Vielzeilendetektor 3 gesammelten Daten übertragen werden.
Integriert in der Steuer- und Auswerteinheit 10 ist des weiteren ein EKG, welches über die EKG-Messleitung 8 die vom Herzen hervorgerufenen Potenzialströme misst, um die aktuelle Bewegungssituation des Herzens zu erkennen oder die jeweiligen Zyklusphasen zu bestimmen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 10 verfügt über interne Speicher und Rechenprozessoren, über die die Programme P₁ bis P_n zur Steuerung des Computertomographen und zur Auswertung der gesammelten Daten erfolgt. Außerdem ist an die Steuer- und Auswerteinheit eine Tastatur 12 zur Dateneingabe und ein Monitor 11 zur Datendarstellung angeschlossen.
Die 2 zeigt den Computertomographen der 1 im Querschnitt und in schematischer Darstellung. Innerhalb der Röntgenröhre 2 befindet sich ein Fokus 13, von dem ein Strahlenbündel 14 fächerförmig aufgeweitet ausgeht und auf den gegenüberliegenden Vielzeilendetektor 3 auftrifft. Beim Durchgang der Röntgenstrahlung durch den Patienten 7 werden die Röntgenstrahlen entsprechend dem zwischendurch getroffenen Gewebe unterschiedlich geschwächt und die Schwächung durch die einzelnen Detektoren des Detektors in einer n x m-zeiligen Matrix gemessen und über die Messleitung 9 an die Steuer- und Auswerteeinheit 10 weitergegeben. Erfindungsgemäß werden auch während des Messvorganges mittelbar oder unmittelbar Positionsdaten über die aktuelle Drehposition der Gantry 6 gespeichert, wie auch die EKG-Daten über die EKG-Messleitung 8 in der Steuer- und Auswerteeinheit 10 gespeichert werden.
Die 3 zeigt nochmals das Computertomographiegerät 1 aus der 1, diesmal jedoch im Längsschnitt. Schematisch ist dabei die durch Strahlung eines im Patienten 7 schlagenden Herzens 15 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in den 2 und 3 lediglich ein Detektor mit wenigen Zeilen und wenigen Detektorelementen je Zeile dargestellt. Erfindungsgemäß handelt es sich jedoch um Vielzeilendetektoren, die über eine große Anzahl von Detektorzeilen und Detektorelementen je Detektorzeile verfügen, so dass mit einem einzigen kreisförmigen Abtastvorgang, ohne einen gleichzeitigen Vorschub des Patienten in Systemachsenrichtung, zumindest das sich bewegende Herz vollständig abgetastet werden kann.
Die 4 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf eines erfindungsgemäßen kreisförmigen Abtastvorganges eines Herzens. Dabei ist auf der Abszisse die Zeitachse dargestellt, während die Ordinate einerseits die Systemachse oder z-Achse wiedergibt und andererseits die gemessene Herzaktivität des EKG-Schreibers in Millivolt dargestellt ist.
Die EKG-Linie trägt das Bezugszeichen 16, wobei erfindungsgemäß retrospektive auf Basis der R-Zacke 23 der Beginn der Ruhephase 24 bestimmt wird. Die Ruhephase selbst ist in dem Balken 18 dargestellt. Zur Auswertung von CT-Bildern in den Schnittebenen 17.x werden mehrere hintereinander folgende Schlagperioden des Herzens verwendet. In der 4 sind insgesamt vier Herzperioden dargestellt, wobei zwei aneinandergrenzende Herzperioden mit zwei Ruhephasen 18 zur Datensammlung verwendet werden.
Die sektorenweise Datensammlung ist in der 5 dargestellt. Hier durchläuft der Fokus beziehungsweise das Strahlenbündel während der ersten Ruhephase 18 einen ersten Kreissektor Θ₁ und in der nachfolgenden Ruheperiode 18 einen zweiten Kreissektor Θ₂. Idealerweise ist die Rotationsgeschwindigkeit des Fokus dabei so eingestellt, dass beide Sektoren jeweils 90° überdecken und, wie es in der 5 dargestellt ist, sich komplementär ergänzen, so dass insgesamt ein vollständiger Sektor von mindestens 180° abgetastet wird. Hierfür kann beliebig entweder der direkt nach oder vor dem ersten Kreissektor Θ₁ liegende zweite Kreissektor Θ₂ verwendet werden.
Für den Fall einer nicht optimalen Abstimmung der Rotationszeit der Gantry auf die Herzfrequenz kann die Datensammlung entsprechend der in der 6 dargestellten Situation erfolgen. Hier ist die Rotationsgeschwindigkeit relativ hoch eingestellt, so dass der erste Kreissektor Θ₁ eine Winkel von über 90° überstreicht. Entsprechend wird dann für den zweiten Kreissektor Θ₂ ein angrenzender Winkel kleiner 90° verwendet, so dass insgesamt wieder ein vollständiger Halbumlauf gemessen wird.
Für den Fall, dass trotz der breiten Fächerung des abtastenden Strahlenbündels und der großen Ausdehnung des Vielzeilendetektors in Richtung der z-Achse durch ein einziges kreisförmiges Abtasten das zu untersuchende Objekt nicht vollständig abgetastet werden kann, besteht auch die Möglichkeit, sequentiell mehrere erfindungsgemäße Kreisabtastungen aneinanderzureihen und zwischen den einzelnen Abtastungen einen Vorschub in Systemachsenrichtung vorzunehmen. Die 7 zeigt schematisch einen derartigen Vorgang.
Eine weitere Erhöhung der Zeitauflösung ist in den 8 und 9 dargestellt. Diese Abbildungen zeigen eine Abtastung über 4 Herzperioden und 4 Kreissektoren Θ₁ – Θ₄ hinweg. Entsprechend der Vervielfachung der Scan-Sektoren ist auch die überstrichene Zeitspanne innerhalb der Ruhephase kleiner und kann dadurch noch besser in eine tatsächlich bewegungslose Phase des Herzens eingepasst werden, so dass die Bildqualität aufgrund der höheren Zeitauflösung wesentlich verbessert werden kann. Durch die höhere Zeitauflösung besteht auch die Möglichkeit nicht nur Aufnahmen aus Ruhephasen zu erhalten, sondern es können auch aus beliebigen Zyklusphasen, die auch Herzaktionen darstellen können, Abbildungen gewonnen werden.
Die 8 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Abtasten mit sektorenweiser Datensammlung über 4 Herzperioden, wobei in der 9 die mögliche komplementäre Sektorenzusammenstellung dargestellt ist, die notwendig ist, um aus den einzelnen unvollständigen CT-Bildern, die aus den Daten der komplementären Sektoren rekonstruiert und reformatiert wurden, durch Addition vollständige CT-Bilder entstehen können.
Die 10 zeigt einen Stapel von nicht axialen Rekonstruktionsschichten in Parallelgeometrie bei kreisförmiger Abtastung eines Sektors. Auch hier sind zur übersichtlichen Darstellung nur sechs fächerförmige Rekonstruktionsschichten gezeichnet. Das Rekonstruktionssegment beträgt für jeden Stapel nur einen Bruchteil des Vollumlaufs. Gut zu erkennen ist hier auch, dass der physikalische Detektor 22 nach dem Parallel-Rebinning konkav gekrümmt ist.
Wie in der 10 dargestellt ist, werden bei allen oben dargestellten Datensammlungsverfahren aus jedem der Scan-Sektoren erfindungsgemäß solche fächerförmige Bildstapel 20.1–20.n rekonstruiert, die anschließend in an sich bekannter Weise zu axialen Bildschichten reformatiert werden. Diese axialen Bilder stellen jedoch keine vollständige Darstellung eines Schnittes des untersuchten Objektes dar. Um ein voll-ständiges Bild zu erhalten, ist es zusätzlich notwendig, aus dem Datenpaket des zweiten komplementären Sektors ebenfalls auf gleiche Weise unvollständige Schichtbilder zu errechnen, so dass diese anschließend aufaddiert werden können und auf grund ihres insgesamt vollständigen Informationsgehaltes über einen gesamten Halbkreissektor ein erkennbares Schichtbild ergeben.
Ergänzend ist zu bemerken, dass die verwendeten Kreissektoren nicht unbedingt gleich groß sein müssen, sondern auch unterschiedlich große Sektoren verwendeten werden können, solange die letztlich aufaddierten Bilder aus insgesamt 180°-umfassenden komplementären Sektoren bestehen. Zur Verbesserung der Zeitauflösung kann es teilweise vorteilhaft sein, nicht nur über zwei Herzperioden, sondern über drei oder vier Herzperioden, die Datensammlung durchzuführen, wobei eine zu große Anzahl verwendeter Herzperioden wiederum zu Unschärfen führen kann.
Insgesamt wird also durch die Erfindung ein Verfahren und ein Computertomograph dargestellt, bei dem durch eine kreisförmige Abtastung eines sich bewegenden Objektes CT-Bilder hoher Auflösung ergeben, indem in mehreren hintereinander folgenden Ruhephasen des Herzens Teilsegmente abgetastet werden, die Teilsegmente jeweils für sich rekonstruiert und reformatiert werden, um anschließend mehrere Schichtbilder der Teilsegmente aufzuaddieren, wobei die Summe der Teilsegmente insgesamt ein komplementäres Halbsegment eines Kreisumlaufes des Fokus um das Untersuchungsobjekt wiedergeben.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von tomographischen Schnittbildern, insbesondere Röntgen-CT-Bildern, eines sich periodisch bewegenden Untersuchungsobjektes (15) mit periodisch wiederkehrenden Zyklusphasen mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten: 1.1. zur Abtastung des Untersuchungsobjektes (15) wird ein, ein konusförmiges Strahlenbündel (14) erzeugender, Fokus mit einem dem Fokus (13) gegenüberliegenden Vielzeilendetektor (3) auf einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt (15) bewegt und das Untersuchungsobjekt sektorenweise abgetastet, wobei die einzelnen Sektoren einen Winkel von weniger als 180° überstreichen, und das Strahlenbündel (14) so weit aufgefächert ist, dass das Volumen des sich bewegenden Untersuchungsobjektes (15) vollständig durch eine kreisförmige Abtastung ohne zusätzliche Lateralbewegung erfasst wird, 1.2. gleichzeitig werden Bewegungssignale des sich bewegenden Untersuchungsobjektes zur Detektion einer zu betrachtenden Zyklusphase oder eines Zyklusphasenintervalls gemessen und gespeichert, wobei auch die zeitliche Korrelation zwischen den Bewegungsdaten und den Detektorausgangsdaten gespeichert wird, 1.3. anschließend werden mit den sektorenweise gespeicherten Detektorausgangsdaten unabhängig voneinander Segmentbildstapel (20.1–20.n) rekonstruiert und daraus axiale unvollständige Segmentbilder reformatiert, worauf 1.4. aus den axialen und unvollständigen Segmentbildern schichtweise winkelkomplementär und sich zu 180° ergänzende vollständige CT-Schnittbilder aufsummiert werden, 1.5. wobei ausschließlich Detektorausgangsdaten aus Sektoren verwendet werden, die in der zu betrachtenden Zyklusphase oder dem zu betrachtenden Zyklusphasenintervall abgetastet wurden.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass Detektorausgangsdaten aus mehreren aufeinander folgenden Zyklen verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als sich zyklisch bewegendes Untersuchungsobjekt ein Herz (15) eines Lebewesen, vorzugsweise eines Patienten (7) mit periodisch sich abwechselnden Bewegungs- und Ruhephasen, abgetastet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewegungssignale EKG-Signale des Herzens (15) zur Detektion der Zyklusphase, vorzugsweise zur Detektion von Bewegungs- und/oder Ruhephasen, gemessen werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Rückprojektionen ein Parallel-Rebinning durchgeführt wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Parallel-Rebinning zeilenweise durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationszeit (T_Rot) des Fokus (13) derart eingestellt wird, dass gleich lange und sich nahtlos ergänzende Untersegmente aus mehreren hintereinander folgenden Zyklusphasen der Bewegungsperioden zu vollständigen CT-Bildern aufaddiert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass aus den Detektordaten jeweils Segmentbildstapel für M äquidistante Rekonstruktionsschichten gebildet werden, wobei M ≥ N gilt, mit N der Anzahl der Detektorzeilen, und eine Reformatierung auf parallele und äquidistante Bildebenen durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung eines Kreisumlaufes des Fokus (13) ein Vorschub in Richtung Systemachse stattfindet und die Abtastung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche erneut stattfindet.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung der Dosisbelastung des Patienten (7) die vom Fokus (13) ausgehende Strahlung über zumindest den größeren Teil der Bewegungsphase entsprechend den gemessenen Bewegungssignalen ausgeschaltet oder reduziert wird.
Computertomographiegerät zur Erzeugung tomographischen Schnittbilder, insbesondere Röntgen-CT-Bilder, von einem sich zumindest teilweise periodisch bewegenden Untersuchungsobjekt mit periodisch wiederkehrenden Zyklusphasen mit: 11.1. einem Fokus (13) zur Abtastung des Untersuchungsobjektes (15), der ein konusförmiges Strahlenbündel (14) erzeugt, und einem dem Fokus (13) gegenüberliegenden Vielzeilendetektor (3), wobei zumindest der Fokus auf einer Kreisbahn um das Untersuchungsobjekt bewegbar angeordnet ist, wobei 11.2. Speichermittel (10) zur Sammlung von Detektorausgangsdaten, welche die Schwächung von vom Fokus ausgehender Strahlen beim Durchgang durch das Untersuchungsobjekt repräsentieren, zusammen mit räumlichen Orientierungsdaten der Strahlen vorgesehen sind, und 11.3. das Strahlenbündel (14) so weit aufgefächert ist, dass das Volumen des sich bewegenden Untersuchungsobjektes (15) weitgehend vollständig durch eine kreisförmige Abtastung ohne zusätzliche Lateralbewegung erfasst werden kann, 11.4. Erfassungs- und Speichermitteln (10) zur gleichzeitigen Sammlung von Bewegungssignalen des Untersuchungsobjektes zur Detektion der zu betrachtenden Zyklusphase oder des zu betrachtenden Zyklusphasenintervalls vorgesehen sind, wobei die zeitliche Korrelation zwischen den Bewegungsdaten und den Detektorausgangsdaten gespeichert wird, 11.5. Mitteln zur retrospektiven Zusammenfassung der Detektorausgangssignale einzelner Subsegmente der Detektorzeilen, die zusammen je ein zumindest 180° überstreichendes Vollsegment ergeben und eine Ruhephase des sich bewegenden Objektes repräsentieren, und 11.6. Mitteln, vorzugsweise Programm-Mitteln (P_x), zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.