DE3817148A1

DE3817148A1 - COMPUTER TOMOGRAPH WITH PERIODIC FOCUS DEFLECTION

Info

Publication number: DE3817148A1
Application number: DE3817148A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl Ing Baer; Horst Dr Rer Nat Bruening; Julius Dr Rer Nat Brunner; Guenter Dipl Ing Hahn
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1989-10-26
Anticipated expiration: 2008-05-20
Also published as: DE3817148C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Computertomographen mit einem eine Meßöffnung umschließenden Drehrahmen, auf dem ein von einer Reihe von Detektorelementen gebildeter Strahlendetektor und ein Röntgenstrahler für ein fächerförmiges, auf dem Strahlendetektor auftreffendes Röntgenstrahlenbündel angeordnet sind und welcher zur Durchstrahlung des Untersuchungsobjektes unter verschiedenen Richtungen um eine senkrecht zur Fächerebene liegende, die Meßöffnung durchsetzende Achse drehbar ist, bei dem ein Rechner zur Erzeugung eines Querschnittsbildes des Untersuchungsobjektes aus den mit Hilfe eines Datenerfassungssystems erzeugten Meßwerten des Strahlendetektors vorhanden ist und bei dem eine Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung des Fokus des Röntgensstrahlers in der Fächerebene senkrecht zur Mittelsenkrechten des Strahlendetektors vorgesehen ist.The invention relates to a computer tomograph with a Rotating frame surrounding the measuring opening, on which one of a Row of detector elements and a radiation detector X-ray emitter for a fan-shaped, on the radiation detector incident X-ray beam are arranged and which for irradiating the examination object under different Directions around a perpendicular to the fan plane, the axis passing through the measuring opening is rotatable, in which a Computer for generating a cross-sectional image of the examination object from with the help of a data acquisition system generated measured values of the radiation detector is present and at which a deflection unit for periodically deflecting the focus of the X-ray emitter in the fan plane perpendicular to the perpendicular the radiation detector is provided.

In einem Computertomographen der genannten Art werden die Meßwerte durch folgende zwei Parameter beschrieben:
α kennzeichnet die Winkelposition des Fokusschwerpunktes gegenüber einer festen Achse.
β ist der Winkel zwischen dem Zentralstrahl des Röntgenstrahlenbündels und der Verbindungslinie zwischen dem jeweiligen Fokus und dem betrachteten Detektorelement.In a computer tomograph of the type mentioned, the measured values are described by the following two parameters:
α indicates the angular position of the focal point in relation to a fixed axis.
β is the angle between the central beam of the X-ray beam and the connecting line between the respective focus and the detector element under consideration.

Wenn der Fokus in dem Drehrahmen eine feste Position hat, also nicht abgelenkt wird, gibt es so viele verschiedene β-Werte wie Detektorelemente. Bei Realisierung einer periodischen Ablenkung des Fokus um einen Punkt auf der Mittelsenkrechten des Detektors in Richtung senkrecht zu dieser Mittelsenkrechten kann man mit einem bestimmten Detektorelement Meßwerte für mehrere β-Werte gewinnen, also die Gesamtzahl der Meßwerte und damit die Bildauflösung erhöhen.If the focus has a fixed position in the rotating frame, i.e. is not deflected, there are as many different β values as there are detector elements. If a periodic deflection of the focus around a point on the perpendicular of the detector in the direction perpendicular to this perpendicular is realized, measurement values for several β values can be obtained with a certain detector element, that is to say the total number of measurement values and thus the image resolution can be increased.

Es sei S(t) die mit der Zeit t periodische Auslenkung des Fokus. Dann ist S(t+T) = S(t) und S(t+) = -S(t), wenn T die Periodendauer der Fokusablenkung ist. Der Fokusschwerpunkt im Intervall Ot ist also verschieden von dem Fokusschwerpunkt im Intervall t T.Let S (t) be the periodic deflection of the focus over time t . Then S (t + T) = S (t) and S (t + ) = -S (t) if T is the period of the focus deflection. The focus in the interval O t is therefore different from the focus in the interval t T.

Mit Hilfe von Integratoren kann je Detektorelement ein Meßwert im ersten Intervall und ein weiterer Meßwert im zweiten Intervall gebildet werden. Bei geeigneter Wahl der Amplitude von S(t) in Abhängigkeit von der Form von S läßt sich erreichen, daß die β-Werte des zweiten Intervalls zwischen den β-Werten des ersten Intervalls liegen.With the help of integrators, a measured value can be formed in the first interval and a further measured value in the second interval for each detector element. With a suitable choice of the amplitude of S (t) depending on the shape of S, it can be achieved that the β values of the second interval lie between the β values of the first interval.

Werden alle Meßwerte eines Intervalls gleichzeitig gebildet, müssen Speichermittel vorgesehen werden, in denen die am Ende eines Intervalls verfügbaren Meßwerte bis zur Ableitung eines jeweils dem Meßwert proportionalen Digitalwertes gespeichert werden. Hierzu kann z. B. je ein Doppelintegrator für ein Detektorelement verwendet werden, der in den Zeitpunkten n · mit n = 1, 2,. . . umgeschaltet wird (n numeriert die Meßdatensätze). Ein solches Datenerfassungssystem ist aufwendig.If all measured values of an interval are formed at the same time, storage means must be provided in which the measured values available at the end of an interval are stored until a digital value proportional to the measured value is derived. For this, e.g. B. a double integrator can be used for a detector element, which at times n · with n = 1, 2 ,. . . is switched ( n numbers the measurement data records). Such a data acquisition system is complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computertomographen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich ein einfach aufgebautes Datenerfassungssystem ergibt.The invention has for its object a computer tomograph of the type mentioned in such a way that a simple data acquisition system results.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Daten erfassungssystem so ausgebildet ist, daß die Meßwertbildung von Detektorelement zu Detektorelement zeitlich versetzt er folgt.This object is achieved in that the data Detection system is designed so that the measurement value formation it is offset in time from detector element to detector element follows.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Computertomographen nach der Erfindung, und Fig. 1 shows a computer tomograph according to the invention, and

Fig. 2 eine Einzelheit des Computertomographen nach Fig. 1. FIG. 2 shows a detail of the computer tomograph according to FIG. 1.

In der Fig. 1 ist ein Drehrahmen 1 dargestellt, der eine Meß öffnung 2 umschließt und einen aus einer Reihe von Detektorelementen 3 a usw. bestehenden Strahlendetektor 3 sowie einen Röntgenstrahler 4 für ein fächerförmiges, auf dem Strahlendetektor 3 auftreffendes Röntgenstrahlenbündel 5 trägt. Der Drehrahmen 1 ist zur Durchstrahlung eines Meßfeldes 6, in dem sich ein Unter suchungsobjekt, z. B. ein Patient auf einer Liege, befindet, unter verschiedenen Richtungen des Röntgenstrahlenbündels 5 die Meß öffnung 2 und damit das Meßfeld 6 durchsetzt. Ein Rechner 7 erzeugt aus den dabei mit Hilfe eines Datenerfassungssystems 8 gewonnenen Meßwerten des Strahlendetektors 3 ein Querschnittsbild des Untersuchungsobjektes. Dieses wird auf einem Sichtgerät 9 wiedergegeben.In FIG. 1, a rotating frame 1 is shown, of a measuring port 2 encloses and bears from a series of detector elements 3a, etc. existing ray detector 3 and an X-ray source 4 for a fan-shaped, light incident upon the radiation detector 3 X-ray beam 5. The rotating frame 1 is for irradiating a measuring field 6 , in which a research object, z. B. a patient on a couch, is under different directions of the X-ray beam 5, the measurement opening 2 and thus the measurement field 6 passes through. A computer 7 generates a cross-sectional image of the examination object from the measurement values of the radiation detector 3 obtained with the aid of a data acquisition system 8 . This is shown on a display device 9 .

Der Fokus 10 des Röntgenstrahlers 4 wird zur Erhöhung der Zahl der Meßwerte mit Hilfe einer Ablenkeinheit 11 in einem Röntgengenerator 12 periodisch in Richtung des Doppelpfeils 13, also senkrecht zur Mittelsenkrechten 14 des Strahlendetektors 3, ab gelenkt.The focus 10 of the X-ray source 4 is directed to increase the number of the measured values with the aid of a deflection unit 11 in an X-ray generator 12 periodically in the direction of the double arrow 13, ie perpendicular to the perpendicular bisector 14 of the radiation detector 3 from.

In Fig. 1 ist für einen Fokusschwerpunkt der Winkel α und für das Detektorelement 3 n der Winkel β eingezeichnet.In Fig. 1, the angle α for a focus of gravity and for the detector element 3, the angle β n located.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des Röntgenstrahlers 4 zur periodischen Ablenkung des Röntgenstrahlenbündels 5. Eine Kathode 15 sendet einen Elektronenstrahl 16 auf eine Anode 17, von der das Röntgenstrahlenbündel 5 so ausgeht, daß die Fächerebene senkrecht zur Zeichenebene liegt. Mit Hilfe von Ablenkspulen 18, die an der Ablenkeinheit 11 angeschlossen sind, erfolgt die periodische Fokusablenkung senkrecht zur Zeichenebene. Fig. 2 shows the structure of the X-ray source 4 for the periodic deflection of the x-ray beam. 5 A cathode 15 sends an electron beam 16 to an anode 17 , from which the X-ray beam 5 extends so that the fan plane is perpendicular to the plane of the drawing. With the help of deflection coils 18 , which are connected to the deflection unit 11 , the periodic focus deflection takes place perpendicular to the plane of the drawing.

Es werden nicht alle Meßwerte gleichzeitig gebildet. Not all measured values are generated at the same time.

In einer ersten Ausführungsform werden je Detektorelement 3 a usw. zwei Meßwerte innerhalb der Zeit einer Fokusablenkperiode gebildet. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß im Datenerfassungssystem 8 nur ein einziger Analog/Digital-Umsetzer vorhanden ist, dem die Analogsignale der einzelnen Meßkanäle der Reihe nach zugeführt werden. Der n-te Meßwert des Detektorelementes mit der Nummer v wird dann im ZeitbereichIn a first embodiment each detector element 3 are formed a two measured values, etc. within the time of a Fokusablenkperiode. For simplification, it is assumed that only a single analog / digital converter is present in the data acquisition system 8 , to which the analog signals of the individual measuring channels are supplied in sequence. The nth measured value of the detector element with the number v is then in the time domain

gebildet mit v = 1, 2, . . . N _D, wobei N _D die Zahl der Detektor elemente ist. T ist die Periodendauer der Fokusablenkung, t die Zeit. Der Zeitabstand Δ t zwischen zwei aufeinanderfolgenden A/D-Umsetzungen muß so klein sein, daß N _D · Δ t die Zeit T nicht wesentlich überschreitet.formed with v = 1, 2,. . . N _D , where N _{D is} the number of detector elements. T is the period of focus deflection, t is time. The time interval Δ t between two successive A / D conversions must be so small that N _D · Δ t does not significantly exceed the time T.

Die zu den verschiedenen v gehörenden Phasen der Meßwertbildung bezüglich der Fokusbewegung S(t) sind verschieden, es entstehen aber Meßwerte für 2 N _D verschiedene β-Werte: je Detektorelement eine Menge von Meßwerten, bei denen der Fokusschwerpunkt in der einen Richtung ausgelenkt ist (z. B. Meßwerte mit geraden n) und eine zweite Menge von Meßwerten, bei denen der Fokusschwerpunkt in der anderen Richtung ausgelenkt ist (Meßwerte mit ungeraden n). Durch eine geeignete Interpolation zwischen diesen Werten kann man Projektionen erzeugen (das sind Meßwertsätze für einen festen Wert α und für viele äquidistant liegende β-Werte), die mehr als N _D Werte enthalten (z. B. 2 N _D Werte). Damit ergeben sich weniger Abtastfehler, als sie mit Projektionen gegeben sind, die N _D Meßwerte enthalten.The phases of the measurement value formation relating to the focus movement S (t) belonging to the different v are different, but measurement values are produced for 2 N _D different β values: a set of measurement values for each detector element in which the focus point of gravity is deflected in one direction ( e.g. measured values with even n) and a second set of measured values for which the focus is deflected in the other direction (measured values with odd n) . A suitable interpolation between these values can be used to generate projections (these are measured value sets for a fixed value α and for many equidistant β values) which contain more than N _D values (e.g. 2 N _D values). This results in fewer scanning errors than are given with projections that contain N _D measured values.

Wesentliches Merkmal ist also die Kombination einer periodischen Ablenkung des Fokus 10 mit einer von Detektorelement zu Detektorelement zeitlich versetzten ( Δ t) Meßwertbildung.The essential feature is therefore the combination of a periodic deflection of the focus 10 with a ( Δ t) measurement value formation which is staggered in time from detector element to detector element.

Bei einer zweiten Ausführungsform werden je Detektorelement Meßwerte gebildet mit einer Frequenz, die mindestens gleich der vierfachen Fokusablenkfrequenz ist (bei der ersten Ausführungs form ist die Frequenz der Meßwertbildung exakt gleich der doppelten Fokusablenkfrequenz). Die Zeitpunkte tvn, in denen die analogen Meßwerte eines Meßkanals v einem der vorhandenen A/D- Umsetzer zugeführt werden, müssen keine feste Phasenlage zur Fokusablenkung haben. Durch Messung der zeitlichen Lage von tvn bezüglich der periodischen Funktion S(t) wird festgestellt, wie groß die mittlere Fokusablenkung für das im Zeitpunkt tvn beendete Meßintervall ist. Durch eine geeignete Zusammenfassung der zur gleichen Halbperiode der Fokusablenkung gehörenden Daten eines Meßkanals und gegebenenfalls eine Interpolation der so erzeugten Daten in β-Richtung können wiederum Projektionen mit mehr als N _D (z. B. 2 N _D) Werten je Projektion erzeugt werden.In a second embodiment, measured values are formed for each detector element at a frequency which is at least four times the focus deflection frequency (in the first embodiment, the frequency of the measured value formation is exactly twice the focus deflection frequency). The times tvn at which the analog measured values of a measuring channel v are fed to one of the existing A / D converters need not have a fixed phase position for focus deflection. By measuring the temporal position of tvn with respect to the periodic function S (t) , it is determined how large the average focus deflection is for the measurement interval ended at the time tvn . By a suitable combination of the data of a measuring channel belonging to the same half-period of the focus deflection and possibly an interpolation of the data thus generated in the β direction, projections with more than N _D (e.g. 2 N _D ) values per projection can be generated.

Claims

1. computed tomography (. N 3 a... 3..) With a a measuring aperture (2) surrounding the rotary frame (1) on which one of a number of detector elements formed radiation detector (3) and an X-ray source (4) for a fan-shaped , on the radiation detector ( 3 ) impinging x-ray beam ( 5 ) are arranged and which can be rotated to radiate the examination object under different directions about an axis ( 19 ) passing through the measurement opening ( 2 ) perpendicular to the fan plane, on which a computer ( 7 ) for generating a cross-sectional image of the examination object from the measured values of the radiation detector ( 3 ) generated with the aid of a data acquisition system ( 8 ) and in which a deflection unit ( 11 ) for periodically deflecting the focus ( 10 ) of the x-ray emitter ( 4 ) in the Fan plane perpendicular to the perpendicular ( 14 ) of the radiation detector ( 3 ) are provided, characterized in that the data acquisition system ( 8 ) is designed so that the measurement value formation from detector element to detector element takes place at different times.

2. Computer tomograph according to claim 1, characterized in that the measurement value formation in the offset time ranges takes place with v = 1, 2.. . N _D, whereby the focus is deflected for the measured values with even n in one direction and for the measured values with odd n in the other direction. N _D = number of detector elements
v = number of the detector element
n = number of the respective measured value
T = period of focus deflection
t = time
Δ t = time interval between two successive A / D conversions.

3. Computer tomograph according to claim 1 or 2, characterized characterized in that during the period of A / D conversions no focus deflection.

4. Computer tomograph according to claim 1, characterized in that each detector element ( 3 a ... 3 n ...) Measured values are formed with a frequency that is at least four times as large as the focus deflection frequency that the times tvn in which the analog measured values of the v -th measuring channel must have no fixed phase relation to the focus deflection existing in the data acquisition system (8) a / D converter are fed, that, by measuring the temporal position of tvn with respect to the periodic function S (t) is determined, how large the average focus deflection is for the measurement interval ended at the time tvn , and that projections with more than N _D values per projection are generated by a suitable combination of the data of a measurement channel belonging to the same half period of the focus deflection and, if appropriate, an interpolation of the data thus generated.