DE102004052089A1 - Systeme und Verfahren zur Reduzierung der Strahlungsdosierung - Google Patents

Systeme und Verfahren zur Reduzierung der Strahlungsdosierung Download PDF

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Steven Gerard Waukesha Ross
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Willi Walter Hartland Hampel
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/04Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers

Abstract

Ein Bildgebungssystem ist beschrieben worden. Das Bildgebungssystem enthält eine zum Erzeugen eines Strahlenbündels eingerichtete Strahlungsquelle, einen zum Einblenden des Strahlenbündels zum Erzeugen eines eingeblendeten Strahlenbündels eingerichteten Kollimator und einen zum Erkennen des eingeblendeten Strahlenbündels eingerichteten Detektor (18). Der Kollimator ist entweder erster Kollimator (122) mit einer gekrümmten Kontur, die proportional zu einer Kontur des Detektors (18) ist, oder ein zweiter Kollimator (150) mit Blenden (152, 154), wobei die Schrägen von zwei gegenüberliegenden Flächen (160, 162, 156, 158) wenigstens einer der Blenden (152, 154) voneinander unterschiedlich sind, oder ein dritter Kollimator (180), der wenigstens zwei Sätze von Platten (184, 186, 190, 192) aufweist, wobei die Platten (184, 186, 190, 192) eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildgebungssysteme und spezieller auf Systeme und Verfahren zum Reduzieren der auf einem Objekt einfallenden Strahlungsdosis.
  • Ein Computertomographie (CT)-Scanner der dritten Generation enthält eine Röntgenstrahlenquelle und einen Detektor, die zusammen um den Patienten gedreht werden. Ein Röntgenstrahlenbündel wird durch den Patienten geleitet und die Intensität des Röntgenstrahls wird von dem Detektor gemessen. In einigen CT-Bildgebungssystemen wird eine Röntgenröhre verwendet, um die Röntgenstrahlen zu erzeugen. Röntgenstrahlen werden erzeugt, indem Elektronen durch eine hohe Spannungsdifferenz zwischen einer Anode und einer Katode der Röntgenröhre gegen einen Brennfleck oder die Anode beschleunigt werden. Diese Röntgenstrahlen laufen typischerweise von dem Brennfleck konisch auseinander und das auseinander laufende Röntgenstrahlenbündel wird typischerweise durch einen objektnahen Kollimator geleitet, um ein Röntgenstrahlprofil auf dem Detektor abzugrenzen. Einige CT-Bildgebungssysteme enthalten Detektorzellen, die auf einem Bogen mit konstantem Radius um die Quelle angeordnet sind. Wenn der Kollimator linienförmig oder rechteckig ist, wird das Röntgenstrahlenbündelprofil auf dem Detektor entlang eines Detektorkranzes gekrümmt, wenn eine Kollimatoröffnung in Richtung einer Z-Achse geöffnet wird. Die Krümmung kann sowohl zu einer ungenutzten Röntgenstrahlendosis als auch zur Verschlechterung eines CT-Bildes führen, das aus dem gekrümmten Röntgenstrahlenbündelprofil gebildet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • In einer Ausführungsform wird ein Bildgebungssystem geschaffen. Das Bildgebungssystem enthält eine zum Erzeugen eines Strahlenbündels eingerichtete Strahlungsquelle, einen zum Einblenden des Strahls zum Erzeugen eines eingeblendeten Strahls eingerichteten Kollimator und einen zum Erfassen des eingeblendeten Strahls eingerichteten Detektor. Der Kollimator ist entweder ein erster Kollimator mit einer gekrümmten Kontur, die proportional zu einer Kontur des Detektors ist, oder ein zweiter Kollimator mit Blenden, wobei die Schrägen von zwei gegenüberliegenden Flächen von wenigstens einer der Blenden voneinander unterschiedlich sind, oder ein dritter, wenigstens zwei Plattensätze aufweisender Kollimator, wobei die Platten eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Computertomographiebildgebungssystem geschaffen. Das Computertomographiebildgebungssystem enthält eine zum Erzeugen eines Strahlenbündels eingerichtete Röntgenstrahlenquelle, einen zum Einblenden des Röntgenstrahlenbündels zum Erzeugen des eingeblendeten Röntgenstrahlenbündels eingerichteten Kollimator und einen zum Erfassen des eingeblendeten Röntgenstrahlenbündels eingerichteten Detektor. Der Kollimator ist entweder ein erster Kollimator mit einer gekrümmten Kontur, die zu einer Kontur des Detektors proportional ist, oder ein zweiter Kollimator mit Blenden, wobei die Schrägen von zwei gegenüberliegenden Flächen wenigstens einer der Blenden voneinander unterschiedlich sind, oder ein dritter, wenigstens zwei Plattensätze aufweisender Kollimator, wobei die Platten eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.
  • In noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verringern Strahlendosis geschaffen, die auf ein Objekt einfällt. Das Verfahren enthält das Übertragen eines Strahlenbündels in Richtung auf ein Objekt, das Einblenden des Strahlenbündels bevor das Bündel das Objekt erreicht, und das Erfassen des eingeblendeten Strahlenbündels. Das Einblenden wird ausgeführt von einem ersten Kollimator mit einer gekrümmten Kontur, die zu einer Kontur des das eingeblendete Strahlenbündel erfassenden Detektors proportional ist, einem zweiten Kollimator mit Blenden, wobei die Schrägen von zwei gegenüberliegenden Flächen wenigstens einer der Blenden voneinander unterschiedlich sind, oder einem dritten, wenigstens zwei Plattensätze aufweisenden Kollimator, wobei die Platten eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Computertomographie (CT)-Bildgebungssystems, in dem Systeme und Verfahren zur Reduzierung der Strahlungsdosierung angewandt werden.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm des CT-Bildgebungssystems in 1.
  • 3 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform eines Kollimators und eines Teils des CT-Bildgebungssystems.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das Ausführungsformen verschiedener Typen von Kollimatoren, die in dem CT-Bildgebungssystem angewandt werden können, und Effekte beim Anwenden der unterschiedlichen Typen von Kollimatoren zeigt.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines Systems zur Reduzierung der Strahlungsdosierung und die Auswirkungen des Systems zeigt.
  • 6 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform eines Kollimators, der in dem CT-Bildgebungssystem aus 1 verwendet wird.
  • 7 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform eines Kollimators, der in dem CT-Bildgebungssystem aus 1 benutzt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • In einigen bekannten CT-Bildgebungssystemanordnungen projiziert eine Röntgenstrahlenquelle ein fächerförmiges Strahlenbündel, das so eingeblendet ist, dass es in der X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt und als "Abbildungsebene" bezeichnet wird. Das Röntgenstrahlenbündel durchdringt ein Objekt, das abgebildet wird, wie z. B. einen Patienten. Nachdem das Bündel durch das Objekt abgeschwächt worden ist, trifft es auf ein Feld von Strahlungsdetektoren. Die Intensität des an dem Detektorfeld empfangenen, abgeschwächten Strahlungsbündels ist abhängig von der Abschwächung des Röntgenstrahlenbündels durch das Objekt. Jedes Detektorelement des Feldes erzeugt ein separates elektrisches Signal, das eine Messung der Bündelabschwächung am Ort des Detektors ist. Die Abschwächungsmessungen von allen Detektoren werden separat erfasst, um ein Durchgangsprofil zu erzeugen.
  • Bei CT-Bildgebungssystemen der dritten Generation werden die Röntgenstrahlenquelle und das Detektorfeld mit einem Gantry-Rahmen innerhalb der Abbildungsebene und um das abzubildende Objekt gedreht, so dass sich der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlenbündel das Objekt schneidet, gleichmäßig ändert. Eine Gruppe von Messungen der Röntgenstrahlenabschwächung, z.B. Projektionsdaten von dem Detektorfeld bei einem Gantry-Rahmenwinkel wird als "Projektion" bezeichnet. Eine "Aufnahme" des Objekts umfasst einen Satz von bei unterschiedlichen Gantry-Winkeln oder Projektionswinkeln während einer Umdrehung der Röntgenstrahlenquelle und des Detektors angefertigten Projektionen.
  • Bei einer axialen Aufnahme werden die Projektionsdaten verarbeitet, um ein Bild zu konstruieren, das einer zweidimensionalen durch das Objekt aufgenommenen Schicht entspricht. Ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Bildes aus einer Menge von Projektionsdaten wird in der Fachwelt als gefilterte Rückprojektionstechnik bezeichnet. Dieses Verfahren wandelt die Abschwächungsmessungen einer Aufnahme in "CT-Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" genannte ganze Zahlen um, die verwendet werden, um die Helligkeit eines entsprechenden Pixels bei einer Katodenstrahlröhrenanzeige zu steuern.
  • Um die gesamte Abtastzeit zu verringern, kann eine "helikale" Aufnahme durchgeführt werden. Um eine "helikale" Aufnahme durchzuführen, wird das Objekt bewegt, während die Daten für die vorgeschriebene Anzahl von Aufnahmen erfasst werden. Ein solches System erzeugt eine einzelne Schraubenlinie aus einer helikalen Aufnahme mit einem fächerförmigen Strahlenbündel. Die durch das fächerförmige Bündel aufgezeichnete Schraubenlinie liefert Projektionsdaten, aus denen Bilder in jeder geforderten Schicht rekonstruiert werden können.
  • Rekonstruktionsalgorithmen für helikales Abtasten verwenden typischerweise Algorithmen zur helikalen Gewichtung, die die gesammelten Daten als eine Funktion aus Ansichtswinkel und Detektorkanalindex gewichten. Spezieller werden die Daten vor einem gebildeten Rückprojektionsprozess gemäß einem helikalen Gewichtungsfaktor gewichtet, der eine Funktion sowohl des Gantry-Winkels als auch des Detektorwinkels ist. Die helikalen Gewichtungsalgorithmen skalieren auch die Daten gemäß einem Skalierungsfaktor, der eine Funktion des Abstands zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Objekt ist. Die gewichteten und skalierten Daten werden danach verarbeitet, um die CT-Zahlen zu bestimmen und ein Bild zu erstellen, das einer durch das Objekt aufgenommenen zweidimensionalen Schicht entspricht.
  • Wenn hierin ein Element oder Schritt verwendet wird, das/der in der Einzahl genannt wird und dem das Wort "ein" vorausgeht, sollte es so verstanden werden, dass die Mehrzahl dieses Elements oder Schrittes nicht ausgeschlossen wird, sofern ein solcher Ausschluss nicht ausdrücklich genannt ist. Weiterhin ist nicht beabsichtigt, dass Bezüge zu "einer Ausführungsform" so verstanden werden, dass die Existenz weiterer Ausführungsformen, die die genannten Merkmale ebenfalls enthalten, ausgeschlossen ist.
  • Wenn hierin der Ausdruck „Wiederherstellen eines Bildes" verwendet wird, ist ebenfalls nicht beabsichtigt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auszuschließen, bei denen die ein Bild repräsentierenden Daten, nicht aber ein sichtbares Bild erzeugt werden. Viele Ausführungsformen erzeugen jedoch wenigstens ein sichtbares Bild (oder sind zum Erzeugen eingerichtet).
  • Indem auf die 1 und 2 Bezug genommen wird, ist ein Vielschicht-Aufnahmebildgebungssystem, z.B. ein Computertomographie (CT)-Bildgebungssystem 10 gezeigt, das einen für ein CT-Bildgebungssystem der „dritten Generation" typischen Gantry-Rahmen 12 enthält. Der Gantry-Rahmen 12 weist eine Röntgenstrahlenquelle 14 auf, die ein Röntgenstrahlenbündel 16 auf ein Detektorfeld 18 auf der gegenüber liegenden Seite des Gantry-Rahmens 12 wirft. Das Detektorfeld 18 ist aus einer Vielzahl von Detektorzeilen (nicht dargestellt) aufgebaut, die eine Vielzahl von Detektorelementen oder -zellen 20 enthalten, die zusammen die durch ein Objekt 22, wie z. B. einen Patienten, durchdringenden Röntgenstrahlen erfassen. Zum Beispiel ist die Breite jedes Detektorelements 20 entlang einer Z-Achse größer als 40 mm, gemessen zu einem Isozentrum des Röntgenstrahlenbündels 16. Jedes Detektorelement 20 erzeugt ein elek trisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und dadurch die Abschwächung eines das Objekt 22 durchdringenden Röntgenstrahls wiedergibt. Während einer Aufnahme zum Erfassen der Röntgenstrahlenprojektionsdaten rotieren der Gantry-Rahmen 12 und die daran montierten Komponenten um ein Rotationszentrum 24. 2 zeigt nur eine einzelne Reihe von Detektorelementen 20 (z.B. eine Detektorzeile). Das Vielschicht-Detektorfeld 18 enthält jedoch eine Vielzahl von parallelen Detektorzeilen aus Detektorelementen 20, sodass während einer Aufnahme, die zu einer Vielzahl von quasiparallelen oder parallelen Schichten gehörenden Projektionsdaten gleichzeitig erfasst werden können.
  • Die Drehung des Gantry-Rahmens 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 14 werden von einer Steuerungsvorrichtung 26 des CT-Bildgebungssystems 10 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung 26 enthält eine Röntgenstrahlensteuerung 28, die der Röntgenstrahlenquelle 14 und einer Gantry-Motorsteuerung 30, die die Rotationsgeschwindigkeit und Position des Gantry-Rahmens 12 steuert, Energie und Steuersignale liefert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuerungsvorrichtung 26 nimmt die analogen Daten von den Detektorelementen 20 auf und wandelt die Daten zur anschließenden Verarbeitung in digitale Signale um. Eine Bildwiederherstellungseinrichtung 34 empfängt die aufgenommenen und digitalisierten Röntgenstrahlendaten vom DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildwiederherstellung aus. Das wiederhergestellte Bild wird als Eingangssignal einem Rechner 36 zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.
  • Der Rechner 36 empfängt Befehle und Aufnahmeparameter von einem Bediener über eine Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Eine angeschlossene Katodenstrahlröhrenanzeige 42 er laubt dem Bediener, das wiederhergestellte Bild und andere Daten aus dem Rechner 36 zu betrachten. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden von dem Rechner 36 verwendet, um Steuersignale und Informationen an das DAS 32, die Röntgenstrahlensteuerung 28 und die Gantry-Motorsteuerung 30 auszugeben. Zusätzlich bedient der Rechner 36 eine Tischmotorsteuerung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zum Positionieren des Objekts 22 in dem Gantry-Rahmen 12 steuert. Speziell bewegt der Tisch 46 Teile des Objekts 22 durch eine Gantry-Öffnung 48.
  • In einer Ausführungsform enthält der Rechner 36 eine Einrichtung 50, z.B. ein Diskettenlaufwerk, CD-Rom-Laufwerk, DVD-Laufwerk, magnetisch-optische Platten (MOD)-Laufwerk oder eine andere digitale Einrichtung, einschließlich einer mit einem Netzwerk verbindenden Einrichtung, wie einer Ethernet-Einrichtung zum Lesen von Befehlen und/oder Daten von einem computerlesbaren Medium 52, wie z.B. einer Diskette, einer CD-Rom, einer DVD oder einer anderen digitalen Quelle, wie z. B. einem Netzwerk oder dem Internet ebenso wie noch zu entwickelnden digitalen Mitteln. In einer anderen Ausführungsform führt der Rechner 36 Befehle aus, die in Firmware (nicht dargestellt) gespeichert sind. Der Rechner 36 ist zum Umsetzen der hierin beschriebenen Funktionen programmiert, und wie hierin verwendet, ist der Ausdruck Rechner nicht nur auf solche integrierten Schaltungen beschränkt, die in der Fachwelt als Rechner bezeichnet werden, sondern bezieht sich allgemein auf Computer, Prozessoren, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare logische Steuerungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und andere programmierbare Schaltungen, und diese Ausdrücke werden hierin austauschbar verwendet.
  • 3 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform eines vor dem Patienten angeordneten Kollimators 62 und einem Teilbereich des Gantry-Rahmens 12 des CT-Bildgebungssystems 10. Das Röntgenstrahlenbündel 16 geht von einem Brennfleck 60 aus, bei dem sich die Röntgenstrahlenquelle 14 befindet. Das Röntgenstrahlenbündel 16 wird durch den Kollimator 62 eingeblendet und ein eingeblendetes Fächerbündel 64 wird durch ein Objekt 66 auf das Detektorfeld 18 entlang einer innerhalb des eingeblendeten Bündels 64 zentrierten Fächerbündelachse projiziert. Das Detektorfeld 18 ist mit einem festen Radius um den Brennfleck 60 gekrümmt.
  • 4 ist ein Diagramm, das Ausführungsformen von verschiedenen Typen von Kollimatoren, die in dem CT-Bildgebungssystems 10 eingesetzt werden können, und Effekte beim Einsatz der verschiedenen Typen von Kollimatoren zeigt. Wenn der Kollimator 62 eine linienförmige oder rechteckige Öffnung 70 von geringer Größe, wie z.B. einer Breite entlang der Z-Achse erzeugt, bildet die Projektion des eingeblendeten Bündels 64 ein Röntgenstrahlenbündelprofil 72 auf dem Detektorfeld 18. Wenn die breite der Öffnung 70 des Kollimators 62 in Richtung der Z-Achse vergrößert wird, bildet das Röntgenstrahlenbündelprofil 72 entlang einer X-Achse eine konvexe Kurve, so dass ein Röntgenstrahlenbündelprofil 74 erzeugt wird. Jeder Röntgenstrahl in dem eingeblendeten Bündel 64 trifft auf Detektorelemente 20 in dem Detektorfeld 18 an einem Ort bezüglich der Z-Achse. Weil die Detektorelemente 20 jedoch gewöhnlich rechteckig sind, treffen die schattierten Bereiche 76 und 78 des Röntgenstrahlenbündelprofils 74 nicht auf Detektorelemente 20. Folglich ist das Objekt 66 unnötig dem Röntgenstrahlenbündel 16 ausgesetzt, das die ungenutzten Bereiche 76 und 78 hervorruft.
  • Weiterhin können die Bereiche 76 und 78 auch Bildfehler auf einem Bild erzeugen, dass von dem Röntgenstrahlenbündelprofil 74 wieder hergestellt worden ist. Ein Abstand 80 zwischen dem Brennfleck 60 und dem Kollimator 62 entspricht einem Punkt 82 auf dem Röntgenstrahlenbündelprofil 74, und ein Abstand 84 zwischen dem Brennfleck 60 und dem Kollimator 62 entspricht einem Punkt 86 auf dem Röntgenstrahlenbündelprofil 74. Der Abstand 80 ist kürzer als der Abstand 84, wodurch Bildfehler erzeugt werden. Darüber hinaus wird ein Röntgenstrahlenbündelprofil 88 mit den schattierten Bereichen 90 und 92 gebildet, die ein höheres Maß an Bildfehlern als diejenigen einbringen, die von dem Röntgenstrahlbündelprofil 74 eingebracht worden sind.
  • Wenn der Kollimator 62 eine sich verjüngende oder schräge Öffnung 94 mit einer Schräge enthält, bildet die Projektion des eingeblendeten Bündels 64 entlang der X-Achse, z.B. ein Röntgenstrahlenbündelprofil 96 auf dem Detektorfeld 18. Die Verjüngung der Öffnung 94 wird so festgesetzt, dass das Röntgenstrahlenbündelprofil 96 für eine vorbestimmte Größe, wie z.B. eine Breite der Öffnung entlang der Z-Achse rechteckig ist. Außerdem kann die Verjüngung der Öffnung 94 verändert werden, um die Verjüngung für verschiedene Größen der Öffnung 94 zu optimieren. Es ist jedoch schwierig, eine Öffnung 94 herzustellen, die eine variable Verjüngung aufweist, weil ein Maß der Glattheit der Oberflächen der Öffnung 94 nicht einfach erreicht werden kann. Wenn ein Röntgenstrahlbündelprofil 98 durch Einblenden des Röntgenstrahlenbündel 16 mit dem Kollimator 62 erzeugt wird, das das Maß an Glattheit nicht aufweist, enthält das Röntgenstrahlenbündelprofil 98 die schattierten Bereiche 100, 102, 104 und 106. Die Bereiche 100, 102, 104 und 106 bringen Bildfehler in die aus dem Röntgenstrahlenbündelprofil 98 erzeugten Bilder ein.
  • Darüber hinaus wird ein Röntgenstrahlenbündelprofil 108 mit den schattierten Bereichen 110 und 112 erzeugt, wenn die Größe der Öffnung 94 des Kollimators 62 vergrößert wird. Die Bereiche 110 und 112 haben eine größeren Fläche als die Fläche der Bereiche 100, 102, 104 und 106. Die Bereiche 110 und 112 bringen mehr Bildfehler in ein aus dem Röntgenstrahlenbündelprofil 108 erzeugtes Bild als die in ein aus dem Röntgenstrahlbündelprofil 98 erzeugtes Bild eingebrachten Bildfehler ein. Die Einbringung von mehr Bildfehlern bei einer Vergrößerung der Öffnungsgröße des Kollimators macht es schwierig, einen angemessenen Bereich von Größen der Öffnung 94 des Kollimators 62 zu schaffen. Darüber hinaus wird die Masse des zum Absorbieren des Röntgenstrahlenbündels 16 verwendeten Kollimators 62 übermäßig, wenn die Größe der Öffnungen 70 und 94 vergrößert wird.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 120 zur Reduzierung der Strahlungsdosierung. Das System 120 enthält eine Röntgenstrahlenquelle 14 an einem Brennfleck 60, einen Kollimator 122 und ein Detektorfeld 18. Der Kollimator 122 ist in einer Richtung entlang einer Y-Achse gebogen. Der Kollimator 122 enthält Blenden, die linear entlang der Z-Achse angetrieben werden, um Öffnungen verschiedener Größe wie z.B. Breite zu erzeugen. Die Öffnung 124 ist ein Beispiel für eine durch die Blenden des Kollimators 122 gebildete Öffnung. Vor dem Aufnehmen werden die Blenden durch eine lineare Antriebsvorrichtung wie z.B. eine Schraube in eine vorbestimmte Position bewegt, um eine vorbestimmte Öffnung zwischen den Blenden zu bilden. Um die Größe der vorbestimmten Öffnung während einer Aufnahme zu verändern, wird ein piezoelektrischer Antriebsmechanismus zum Positionieren der Blenden verwendet.
  • Die Röntgenstrahlenquelle 14 überträgt das Röntgenstrah lenbündel 16 auf den Kollimator 122. Der Kollimator 122 blendet das Röntgenstrahlenbündel 16 ein oder beschränkt es, um ein eingeblendetes Bündel 126 zu erzeugen. Das eingeblendete Bündel 126 fällt auf die Detektorelemente 20 und erzeugt ein Röntgenstrahlenbündelprofil 128. Das Röntgenstrahlenbündelprofil 128 ist eine Projektion des eingeblendeten Bündels 126. Die Krümmung des Röntgenstrahlenbündels 128 ist für alle Größen, wie z.B. Breiten der Öffnungen, die von den Blenden des Kollimators 122 gebildet werden, minimal.
  • Ein Krümmungsradius des Kollimators 122 ist proportional zu dem Krümmungsradius des Detektorfeldes 18. Zum Beispiel beträgt der Krümmungsradius des Detektorfeldes 18 an dem Punkt 130 x + y cm, wobei x der Krümmungsradius des Kollimators 122 in einem Abstand 132 von dem Brennfleck 60 ist und wobei x und y realle Zahlen größer als Null sind. In diesem Beispiel beträgt der Krümmungsradius des Detektorfeldes 18 an einem Punkt 134 m + y cm, wobei m der Krümmungsradius des Kollimators 122 in einem Abstand 136 vom Brennfleck 60 ist und wobei m eine reelle Zahl größer als Null ist. Ein Krümmungsradius des Kollimators und des Detektorfeldes 18 wird vom Brennfleck 60 aus gemessen. Im Gegensatz zu den Abständen 80 und 84 ist der Abstand 132 ungefähr gleich dem Abstand 136, weil eine Kontur des Kollimators 122 zu einer Kontur des Detektorfeldes 18 passt.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform eines Kollimators 150, der in Systemen und Verfahren zur Strahlungsdosierung verwendet wird. Der Kollimator 150 enthält Blenden oder Platten 152 und 154. Die Blenden 152 und 154 können von der Form her quadratisch, rechteckig, polygonal, kreisförmig und oval sein. Jede Blende 152 und 154 hat eine entsprechende äußere Fläche 156 und 158 und eine entsprechende innere Fläche 160 und 162.
  • Die innere Fläche 160 der Blende 152 hat eine andere Verjüngung oder Schräge als die äußere Fläche 156 und die innere Fläche 162 der Blende 154 hat eine andere Verjüngung oder Schräge als die äußere Fläche 158. In einer alternativen Ausführungsform hat jede der Fläche 156, 158, 160 und 162 eine andere Verjüngung als die übrigen Flächen. Die Blenden 152 und 154 können von derselben oder unterschiedlicher Größe sein. Ein Dreharm 163 trägt die Blende 152 und ein Dreharm 165 trägt die Blende 154.
  • Die Blenden 152 und 154 sind teilweise geschlossen, aber überlappen sich nicht, wie in der isometrischen Ansicht 164 gezeigt ist, um zwischen den inneren Flächen 160 und 162 der Blenden 152 und 154 eine Öffnung mit großer Breite zu bilden. Ein Beispiel für eine Öffnung mit großer Breite ist eine Öffnung, deren Röntgenstrahlenbündelprofil auf dem Detektorfeld 18 eine Breite größer als 30 mm aufweist. Wenn die Blenden 152 und 154 teilweise geschlossen sind, um die Öffnung mit der großen Breite zu erhalten, ist der Abstand zwischen den äußeren Flächen 156 und 158 größer als der Abstand zwischen den inneren Flächen 160 und 162. Die Verjüngungen der inneren Flächen 160 und 162 können für Öffnungen von großer Breite optimiert sein.
  • Alternativ sind die Blenden 152 und 154 teilweise geschlossen, aber überlappen sich nicht, um zwischen den äußeren Flächen 156 und 158 der Blenden eine Öffnung mit einer mittleren Breite zu bilden. Wenn die Blenden 152 und 154 in der in der isometrischen Ansicht 164 dargestellten Position sind, wenn die Blenden überlappt und überkreuzen einander, so dass zwischen den äußeren Flächen 156 und 158 der Blenden eine Öffnung mit mittlerer Breite gebildet wird. Ein Beispiel für eine Öffnung mit mittlerer Breite ist eine Öffnung, deren Röntgen strahlenbündelprofil auf dem Detektorfeld 18 eine Breite von 1 mm bis 30 mm aufweist. Wenn die Blenden 152 und 154 teilweise geschlossen sind, um die Öffnung mit der mittleren Breite zu erhalten, ist der Abstand zwischen den inneren Flächen 160 und 162 größer als der Abstand zwischen den äußeren Flächen 156 und 158. Die Verjüngungen der äußeren Flächen 156 und 158 können für Öffnungen von mittlerer Breite optimiert werden.
  • In noch einer anderen alternativen Ausführungsform enthält die Blende 154 einen Schlitz 166 oder eine eine geringe Breite aufweisende Öffnung, durch die das Röntgenstrahlenbündel 16 durchtritt, um auf dem Detektorfeld 18 ein Röntgenstrahlenbündelprofil zu bilden. Ein Beispiel für eine Öffnung mit einer schmalen Breite ist eine Öffnung deren Röntgenstrahlenbündelprofil auf dem Detektorfeld 18 eine Breite von ungefähr 1 mm aufweist. Alternativ kann die Blende 152 den Schlitz 166 aufweisen.
  • Jede Blende 152 und 154 ist mit einer entsprechenden mit einem entsprechenden Motor 172 und 174 verbundenen Stange 168 und 170 verbunden. Die Motoren 172 und 174 versetzten die Blenden 152 und 154 in Drehbewegung, so dass die Blenden einander überlappen und überkreuzen können. Alternativ wird ein linearer Antriebsmechanismus verwendet, um die Blenden 152 und 154 zu betätigen. Die Motoren 172 und 174 weisen jedoch verglichen mit dem linearen Antriebsmechanismus eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Verschleiß und Abnutzung auf.
  • 7 zeigt eine andere alternative Ausführungsform eines Kollimators 180, der in Systemen und Verfahren zum Verringern der Strahlungsdosierung verwendet wird. Der Kollimator 180 enthält einen ersten Satz 182 von Platten oder Blenden 184 und 186 und einen zweiten Satz 188 von Platten oder Blenden 190 und 192. Die Platten 184 und 186 können von einer Form, wie z.B. quadratisch, rechteckig, polygonal, kreisförmig und oval sein. Die Platten 184 und 186 sind miteinander durch ein Scharnier 194 verbunden, so dass sich die Platten 184 und 186 mit Bezug zueinander bewegen. Die Platten 190 und 192 sind in einer ähnlichen Weise verbunden wie die Platten 184 und 186. Die inneren Antriebe, die als Pfeile 196 und 198 dargestellt sind und die Rechtecke 200 und 202 steuern eine Nennbreite, z.B. eine Breite an den Enden von einer Öffnung, die zwischen den Sätzen 182 und 188 gebildet wird. Äußere Antriebe, die als Pfeile 204, 206, 208 und 210 und Rechtecke 212, 214, 216 und 218 dargestellt sind, passen eine Verjüngung oder Schräge an, z.B. entlang der Z-Achse von einer Öffnung, die zwischen den Sätzen 182 und 188 gebildet wird. Ein optimales Röntgenstrahlbündelprofil kann auf dem Detektorfeld 18 zwischen den Sätzen 182 und 188 für alle Nennöffnungen gebildet werden.
  • Die technischen Effekte der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren schließen das Reduzieren einer Krümmung eines auf einem Detektorfeld 18 gebildete Röntgenstrahlbündelprofils ein, während sie gleichzeitig einen weiten Bereich von Öffnungen zulassen. Zum Beispiel bietet der Kollimator 150 Öffnungen von größerer, mittlerer und kleinerer Breite während er gleichzeitig die Krümmung des Röntgenstrahlenbündelprofils reduziert. Obwohl das hierin beschriebene CT-Bildgebungssystem 10 ein System der „dritten Generation" ist, bei dem sowohl die Röntgenstrahlenquelle 14 als auch das Detektorfeld 18 mit dem Gantry-Rahmen 12 rotieren, wird festgehalten, dass viele andere CT-Bildgebungssysteme einschließlich Systemen der „vierten Generation", bei denen ein Detektor ein stationärer Vollkreisdetektor ist, und eine Röntgenstrahlquelle mit dem Gantry-Rahmen rotiert, verwendet werden. Obwohl ein gekrümmtes Detektor feld in den 1, 2, 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird ebenfalls festgehalten, dass stattdessen ein lineares oder gerades Detektorfeld verwendet werden kann. Zum Beispiel blendet Kollimator 150 ein Röntgenstrahlenbündel 16 ein, um ein Röntgenstrahlenbündelprofil auf das lineare Detektorfeld zu werfen. Als anderes Beispiel blendet der Kollimator 180 ein Röntgenstrahlenbündel 16 ein, um ein Röntgenstrahlenbündelprofil auf das lineare Detektorfeld zu werfen. Während die Erfindung anhand verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Veränderungen innerhalb des Geistes und Schutzbereichs der Ansprüche angewandt werden kann.
  • Ein Bildgebungssystem ist beschrieben worden. Das Bildgebungssystem enthält eine zum Erzeugen eines Strahlenbündels eingerichtete Strahlungsquelle, einen zum Einblenden des Strahlenbündels zum Erzeugen eines eingeblendeten Strahlenbündels eingerichteten Kollimator und einem zum Erkennen des eingeblendeten Strahlenbündels eingerichteten Detektor 18. Der Kollimator ist entweder erster Kollimator 122 mit einer gekrümmten Kontur, die proportional zu einer Kontur des Detektors 18 ist, oder ein zweiter Kollimator 150 mit Blenden 152, 154, wobei die Schrägen von zwei gegenüber liegenden Flächen 160, 162, 156, 158 wenigstens einer der Blenden 152, 154 voneinander unterschiedlich sind, oder ein dritter Kollimator 180, der wenigstens zwei Sätze von Platten 184, 186, 190, 192 aufweist, wobei die Platten 184, 186, 190, 192 eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.
  • 10
    Bildgebungssystem
    12
    Gantryrahmen
    14
    Röntgenstrahlenquelle
    16
    Röntgenstrahlenbündel
    18
    Detektorfeld
    20
    Detektorelement
    22
    Objekt
    24
    Rotationszentrum
    26
    Steuerungsvorrichtung
    28
    Röntgenstrahlensteuerung
    30
    Gantry-Motorsteuerung
    32
    Datenerfassungssystem
    34
    Bildwiederherstellungseinrichtung
    36
    Rechner
    38
    Massenspeichereinrichtung
    40
    Konsole
    42
    Kathodenstrahlröhrenanzeige
    44
    Tischmotorsteuerung
    46
    motorisierter Tisch
    48
    Gantryöffnung
    50
    Einrichtung
    52
    computerlesbares Medium
    60
    Brennfleck
    62
    Kollimator
    64
    Fächerbündel
    66
    Objekt
    70
    Öffnung
    72
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    74
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    76
    schattierte Bereiche
    78
    schattierte Bereiche
    80
    Abstand
    82
    Punkt
    84
    Abstand
    86
    Punkt
    88
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    90
    schattierte Bereiche
    92
    schattierte Bereiche
    94
    Öffnung
    96
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    98
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    100
    schattierte Bereiche
    102
    schattierte Bereiche
    104
    schattierte Bereiche
    106
    schattierte Bereiche
    108
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    110
    schattierte Bereiche
    112
    schattierte Bereiche
    120
    System
    122
    Kollimator
    124
    Öffnung
    126
    eingeblendetes Bündel
    128
    Röntgenstrahlenbündelprofil
    130
    Punkt
    132
    Abstand
    134
    Punkt
    136
    Abstand
    150
    Kollimator
    152
    Blende
    154
    Blende
    156
    äußere Fläche
    158
    äußere Fläche
    160
    innere Fläche
    162
    innere Fläche
    163
    Dreharm
    164
    Isometrische Ansicht
    165
    Dreharm
    166
    Schlitz
    168
    Stange
    170
    Stange
    172
    Motor
    174
    Motor
    180
    Kollimator
    182
    Satz von Platten
    184
    Platten
    186
    Platten
    188
    Satz von Platten
    190
    Platten
    192
    Platten
    194
    Scharnier
    196
    Pfeile
    198
    Pfeile
    200
    Rechtecke
    202
    Rechtecke
    204
    Pfeile
    206
    Pfeile
    208
    Pfeile
    210
    Pfeile
    212
    Rechtecke
    214
    Rechtecke
    216
    Rechtecke
    218
    Rechtecke

Claims (10)

  1. Bildgebungssystem, das – eine Strahlungsquelle, die zum Erzeugen eines Strahlenbündels eingerichtet ist, – einen Kollimator, der zum Einblenden des Strahlenbündels und zum Erzeugen eines eingeblendeten Strahlenbündels eingerichtet ist, und – einen Detektor (18), der zum Erkennen des eingeblendeten Strahlenbündels eingerichtet ist, aufweist, wobei der Kollimator – ein erster Kollimator (122) mit einer gekrümmten Kontur, die proportional zu einer Kontur des Detektors (18) ist, – ein zweiter Kollimator (150) mit Blenden (152, 154), wobei die Schrägen von zwei gegenüber liegenden Flächen (160, 162, 156, 158) wenigstens einer der Blenden (152, 154) voneinander unterschiedlich sind, oder – ein dritter Kollimator (180) ist, der wenigstens zwei Sätze von Platten (184, 186, 190, 192) aufweist, wobei die Platten (184, 186, 190, 192) eines Satzes gegeneinander drehbar gelagert sind.
  2. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem die gekrümmte Kontur des ersten Kollimators (122) und die Kontur des Detektors (18) konzentrisch sind.
  3. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, das ferner – einen zum Bilden einer Öffnung (124) des ersten Kollimators (122) eingerichteten linearen Antriebsmechanismus, wobei die Öffnung (124) eine Größe aufweist, und – einen zum Verändern der Größe der Öffnung (124) des ersten Kollimators (122) eingerichteten piezoelektrischen Antriebsmechanismus aufweist.
  4. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Blenden (152, 154) des zweiten Kollimators (150) zum Bilden einer Öffnung eingerichtet sind, die eine Größe aus einer ersten Größe, einer zweiten Größe und einer dritten Größe aufweist, wobei die erste Größe größer als die zweite Größe ist und die zweite Größe größer als die dritte Größe ist.
  5. Bildgebungssystem nach Anspruch 4, wobei die blenden (152, 154) des zweiten Kollimators (150) äußere Flächen (156, 158) enthalten, die verjüngt sind, um eine Öffnung der zweiten Größe zu bilden.
  6. Bildgebungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Blenden (152, 154) des zweiten Kollimators (150) innere Flächen (160, 162) enthalten, die verjüngt sind, um die Öffnung der ersten Größe zu bilden.
  7. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Blenden (152, 154) des zweiten Kollimators (150) einen Schlitz (166) aufweist.
  8. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Platten (184, 186, 190, 192) jedes Satzes um einen Drehpunkt drehbar gelagert sind und bei dem jeder Satz von Platten (184, 186, 190, 192) so eingerichtet ist, dass er durch Anwenden einer Kraft an dem Drehpunkt angetrieben wird, um die Breite der zwischen den Sätzen gebildeten Öffnung zu verändern.
  9. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem jeder Satz von Platten (184, 186, 190, 192) so eingerichtet ist, dass er durch Anwenden einer Kraft an den Rändern jedes Satzes angetrieben wird, um eine Schräge einer zwischen den Sätzen gebildeten Öffnung zu verändern.
  10. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kollimator zwischen einem Objekt und der Strahlungsquelle angeordnet ist.
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