CH616581A5

CH616581A5 -

Info

Publication number: CH616581A5
Application number: CH581677A
Authority: CH
Inventors: Simon Duinker; Hendrik Mulder
Original assignee: Optische Ind De Oude Delft Nv
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1980-04-15
Also published as: IL52083A0; JPS52140287A; SE423787B; IT1116634B; NL7605253A; CA1081373A; FR2351639B1; SE7705729L; FR2351639A1; US4164657A; IL52083A; GB1574934A; DE2720993A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für Tomographie.

Eine solche Vorrichtung wird in der Röntgentechnik für medizinische Diagnostik angewendet, um eine Abbildung eines scheibenförmigen Querschnitts eines Patienten zu erhalten, worin die Dichte des Gewebes mit den sich in diesem befindenden Organen und Knochen für Röntgenstrahlung oder Gammastrahlen als Funktion der Stelle innerhalb des Querschnitts wiedergegeben wird.

Es ist dabei üblich, die Röntgentransmission in der Ebene dieses Querschnitts in einer Vielzahl von Richtungen zu messen, die dadurch erhalten werden, dass entweder die Röntgenquelle und der Detektor oder die Detektoren in bezug auf den Patienten gedreht werden oder der Patient in bezug auf die genannten Teile gedreht wird. Die dabei erhaltenen Messwerte werden normalerweise durch eine Rechenvorrichtung verarbeitet, um das gewünschte Querschnittsbild zu rekonstruieren.

Es ist klar, dass es von wesentlicher Bedeutung ist, dass jedes Element des Querschnitts einen Beitrag zur Absorption der Röntgenstrahlung liefern kann.

Wenn dies nämlich nicht der Fall ist, so ist die Information unvollständig und es ist keine genaue Bildrekonstruktion möglich. Um eine möglichst genaue Bildrekonstruktion zu erreichen, kann man eine Vielzahl von Detektoren benutzen oder man kann eine Anzahl Detektoren neben einer eventuellen Rotationsbewegung eine Translationsbewegung ausführen lassen. Es ist klar, dass eine solche kombinierte Bewegung zeitraubend ist und dass die Konstruktion dadurch kompliziert wird.

Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl notwendiger Transmissionsmessungen im wesentlichen proportional der gewünschten Gesamtzahl an Bildelementen des rekonstruierten Bildes ist, während die für die Bildrekonstruktion erforderliche Rechenzeit mindestens proportional der Anzahl Bildelemente zunimmt.

Die obengenannte Konstruktion mit einer stationären Reihe diskreter Detektoren hat den Nachteil, dass der Kom-promiss zwischen Auflösungsvermögen und Rechenzeit nur für eine Grösse des Querschnitts optimal ist; bei einem variierenden Abstand zwischen dem Objekt und der Deektoren-reihe ändert sich nämlich die Rechenzeit nicht, wohl aber das Auflösungsvermögen infolge der variierenden geometrischen Vergrösserung in einem divergierenden Röntgenbündel.

Da bei einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art nur jeweils eine Abbildung eines dünnen, scheibenförmigen Querschnitts des Patienten erhalten wird, wird im allgemeinen eine Anzahl solcher Querschnitte erforderlich sein, um ein Gesamtbild von einem grösseren Gebiet des Patienten zu erreichen. Dazu kann man den Patienten in bezug auf die Röntgenquelle und die Detektoren in axialer Richtung über einen Abstand bewegen, der mit der Dicke des betreffenden Querschnitts übereinstimmt. Diese Dicke bestimmt die Anzahl erforderlicher Querschnitte, und die Wahl dieser Dicke ist wieder ein Kompromiss zwischen der gesamten Besetzungszeit der Vorrichtung und dem Auflösungsvermögen.

Ein Nachteil einer solchen diskreten Bewegung des Patienten in bezug auf die Röntgenquelle und die Detektoren liegt darin, dass das Auflösungsvermögen in axialer Richtung über den ganzen Querschnitt konstant ist und deshalb keine lokale Verfeinerung möglich ist. So wird ein Gewebeteil, der gegenüber der Umgebung desselben einen grossen Unterschied der Röntgenabsorption aufweist und beispielsweise auf halbem Wege in einem rekonstruierten Querschnitt endigt, das radiale Auflösungsvermögen in diesem Querschnitt nachteilig beeinflussen.

Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen schrittweisen Querschnittserfassung liegt darin, dass es sich oft erst in einem späteren Stadium zeigt, was die optimale Schrittgrösse hätte sein müssen. Wenn z. B. in der betreffenden axialen Richtung nur eine geringe Objektänderung auftritt, kann ein grösserer Schritt und eine längere Messzeit pro Querschnitt

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und folglich ein besseres Signal-Rauschverhältnis zu einer genaueren Bildrekonstruktion führen.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist und ausserdem noch eine Anzahl zusätzlicher Vorteile bietet, wie z. B. eine billige Konstruktion, eine schnelle und zuverlässige Wirkung, eine niedrige Strahlungsdosis usw., welche Vorteile später näher besprochen werden.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.

Unter einem «kontinuierlichen Detektor» wird dabei ein Detektor verstanden, der eine einzige, zusammenhängende Detektionsfläche hat bzw. aus einer Vielzahl einzelner Detektorelemente besteht, deren Abmessungen und gegenseitige Abstände klein gegen das Auflösungsvermögen der Vorrichtung sind. Das Auflösungsvermögen der Vorrichtung ist durch den Abstand gegeben, den zwei Volumenelemente des Objekts mindestens haben müssen, um bei einer bestimmten Differenz ihrer Strahlungsabsorptionskoeffizienten gerade noch voneinander unterscheidbar zu sein.

Der Detektor kann erfindungsgemäss aus einem Röntgenschirm bestehen.

Erfindungsgemäss kann weiter die Anodenseite der Bildverstärkerröhre optisch mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung gekoppelt sein, welch letztere am Ausgang mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung verbunden ist.

Dabei kann erfindungsgemäss die Bildverstärkerröhre faseroptisch mit der Fernsehaufnahmevorrichtung gekoppelt sein. Es ist erfindungsgemäss jedoch auch möglich, die Bildverstärkerröhre über ein Linsensystem mit der Fernsehaufnahmevorrichtung zu koppeln.

Erfindungsgemäss kann weiter der Schirm konkav gegen die Strahlungsquelle gebogen sein. Der Schirm kann weiter auswechselbar ausgebildet sein.

Weiter kann erfindungsgemäss mit dem Ausgang der Aufnahmevorrichtung auch ein Fernsehmonitor gekoppelt sein.

Schliesslich kann erfindungsgemäss an den Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung oder eines mit deren Ausgang verbundenen logarithmischen Verstärkers eine Anzahl Bildrekonstruktionsvorrichtungen angeschlossen werden, mit denen gleichzeitig Abbildungen verschiedener Objektquerschnitte erhalten werden können.

Eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, zeigt eine Anzahl Vorteile gegenüber den früher für den angegebenen Zweck vorgeschlagenen Vorrichtungen.

Beispielsweise ist dadurch, dass bei der erfindungsgemäs-sen Vorrichtung die kombinierte Translations- und Rotationsbewegung der üblichen Vorrichtungen vermieden wird, zum Erhalten aller Information, die für die Rekonstruktion eines vollständigen tomographischen Querschnitts erforderlich ist, eine kürzere Zeit erfordert, infolgedessen die Bewe-gungsunschärfe reduziert wird. Dieser Vorteil einer geringen Bewegungsunschärfe, die z. B. durch die Atmung eines Patienten verursacht wird, wird noch grösser, wenn beim Betrieb nicht die Vorrichtung um den Patienten, sondern der Patient um seine Längsachse gegenüber der ortsfesten Vorrichtung gedreht wird, da durch das dann viel geringere Trägheitsmoment in billiger Weise eine verhältnismässig kurze Umdrehungsdauer verwirklicht werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber den üblichen CAT-Abtastern liegt darin, dass eine kontinuierliche Relativbewegung des Patienten gegenüber der Quelle und dem Detektor möglich ist; dies heisst, dass nicht notwendigerweise Stichproben entnommen zu werden brauchen, wie bei einer Digitalverarbeitung mit diskreten Detektorsystemen.

Noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt darin, dass mit dieser eine Anzahl Querschnitte gleichzeitig abgetastet werden können. Dies ist ein sehr wesentlicher Unterschied gegenüber den üblichen CAT-Abtast-vorrichtungen, der durch die zweidimensionale Ausdehnung der Detektoroberfläche ermöglicht wird.

Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung versehen ist, kann infolge der dabei auftretenden Integration nach der Zeit bei der Abtastung mit einer niedrigeren Dosis gearbeitet werden, als wenn beispielsweise eine Anzahl diskreter Detektoren verwendet wird.

Weiter kann man bei der Verwendung einer Fernsehaufnahmevorrichtung die Dicke des Querschnitts mittels der Anzahl Bildzeilen wählen, die zusammengenommen wird. Wenn in einem Querschnitt stellenweise weniger Bildzeilen zusammengenommen werden, kann dort das Auflösungsvermögen verbessert werden.

Dagegen können in einem Querschnitt auch stellenweise mehrere Bildzeilen zusammengenommen werden, wodurch es möglich ist, in Bereichen, in denen die axialen Änderungen gering sind, das Signal-Rauschverhältnis zu verbessern. Das alles kann z. B. einfach dadurch geregelt werden, dass das abtastende Bündel in vertikaler Richtung zu einer Linie der gewünschten Breite defokussiert wird.

Dadurch, dass die horizontale Abtastung immer genau auf die wirkliche Grösse des Querschnitts beschränkt wird, erhält man eine optimale Anpassung des Auflösungsvermögens.

Weitere Vorteile werden später noch bei der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung genannt werden.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 3 eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 und

Fig. 4 eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, 2 oder 3.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung abgebildet, die mit einer Röntgenstrahlungsquelle 1 und einem Röntgenschirm 2 versehen ist, auf welchem Schirm während der Betätigung der Vorrichtung ein Transmissionsbild eines scheibenförmigen Querschnitts eines zwischen der Quelle 1 und dem Schirm 2 befindlichen Patienten 3 erhalten wird.

Auf der der Quelle 1 abgewandten Seite des Schirmes befindet sich weiter ein sehr lichtstarkes optisches System 4, das dazu bestimmt ist, das Bild auf dem Röntgenschirm 2 auf der Photokathode eines Bildverstärkers 5 abzubilden.

Dieser Bildverstärker 5 ist bei der in Fig. 1 abgebildeten, erfindungsgemässen Ausführungsform, wie bei 12 angegeben, direkt faseroptisch mit einer sich dahinter befindenden Fernsehaufnahmeröhre 6 gekuppelt. Diese Fernsehröhre dient dazu, das auf dem Anodenschirm des Bildverstärkers 5 während des Betriebes der Vorrichtung erscheinende Bild auf die in der Fernsehtechnik übliche Weise abzutasten, wobei die Aufnahmeröhre 6 dann ein Videosignal liefert, das einem Monitor 9 zugeführt wird und einem logarithmischen Videoverstärker 7, der seinerseits, wie aus der Zeichnung erhellt, mit einer oder mehreren Bildrekonstruktionsvorrichtungen 8 gekuppelt ist. Durch jede Bildrekonstruktionsvorrichtung 8 wird dann aus den empfangenen Videosignalen ein Tomogramm des betreffenden Querschnitts des Patienten hergestellt. Bei Verwendung von mehr als einer Bildrekonstruktionsvorrichtung 8, wie schematisch in Fig. 1 und 2 wiedergegeben, kann man eine Anzahl gleichzeitiger Abbildungen verschiedener Querschnitte eines Objekts erhalten.

Es ist klar, dass zum Erhalten eines Tomogramms während des Betriebes der Patient um seine Längsachse gedreht werden

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muss oder dass die ganze Vorrichtung um den Patienten gedreht werden muss; das ist in der Zeichnung schematisch durch einen Pfeil angegeben.

In Fig. 2 der Zeichnung findet man eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Bildverstärkerröhre 5 und die Fernsehaufnahmeröhre 6 nicht wie bei der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform, faseroptisch miteinander gekuppelt sind, sondern über ein Linsensystem 10 miteinander gekuppelt sind. Wo diese Variantausführungsform denselben Aufbau wie die erstgenannte Ausführungsform aufweist, wird von einer Aufführung der weiteren, dabei vorhandenen Teile abgesehen. Auch die Wirkung dieser zweiten Ausführungsform entspricht der der erstgenannten Ausführungsform. Entsprechende Teile sind übrigens mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 3 der Zeichnung ist eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 abgebildet, wobei der Röntgenschirm 2 nicht, wie bei der eher beschriebenen Ausführungsform, durch ein Linsensystem 4 mit der Photokathode des Bildverstärkers 5 gekuppelt ist, sondern durch eine Faseroptik 11. Da der Aufbau dieser Ausführungsform im übrigen ganz dem der beiden früher beschriebenen Ausführungsformen entspricht, ist in Fig. 3 nur der relevante Teil der Vorrichtung abgebildet, wobei dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 zur Angabe entsprechender Teile verwendet sind.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass dadurch, dass mit der beschriebenen Vorrichtung ein grösserer Teil des Patienten gleichzeitig durchleuchtet wird als mit den bekannten Vorrichtungen mit einer Reihe diskreten Strahlungsdetektoren, ein günstigerer Belastungszustand für die Röntgenquelle und/ oder den Patienten erhalten wird. Weiter ist im Zusammenhang damit, dass alle Information für die Bildrekonstruktionsvorrichtung in einem einzigen Videosignal enthalten ist, nur ein logarithmischer Verstärker 7 erforderlich, um das Rönt-genabschwächungssignal in ein Röntgendichtesignal umzuwandeln.

Ausserdem ist es dabei möglich, die Videosignale vorzube-s arbeiten, wodurch die Nachbearbeitung in einer bequemeren und einfacheren Weise erfolgen kann.

Obgleich in Fig. 1, 2 und 3 der Röntgenschirm 2 als ein ebener Schirm wiedergegeben ist, kann dieser Schirm konkav zum Patienten 3 und zur Quelle 1 gebogen sein, wie in Fig. 4 xo angegeben. Bei einer solchen Konstruktion erhält man eine einheitlichere Verteilung des Auflösungsvermögens, was gegenüber einer direkten Röntgenbildverstärkerröhre ein Vorteil ist.

Ein weiterer Vorteil, den man mit einem äusseren Schirm gegenüber der direkten Röntgenbildverstärkerröhre erhält, 15 liegt darin, dass der Schirm auswechselbar ausgebildet werden kann, was die Möglichkeit bietet, in gewissen Fällen einen speziellen Schirm zu verwenden, z. B. einen kompartimentier-ten Röntgenschirm, gegebenenfalls in Kombination mit einem Streustrahlungsraster.

20 Eine andere Möglichkeit die die Anordnung von zwei Röntgenschirmen nacheinander, wobei in dem einen Schirm im wesentlichen die weiche Strahlung und in dem zweiten Schirm die harte Strahlung absorbiert wird, wodurch eine genauere Bildrekonstruktion erhalten werden kann. Das Licht 25 der zwei Schirme kann dabei durch Polarisatoren oder dadurch, dass die Emission mit verschiedenen Wellenlängen erfolgt, voneinander getrennt werden.

Aus dem Obenstehenden geht hervor, dass man mit der erfindungsgemässen Vorrichtung in verhältnismässig einfacher 30 und billiger Weise Signale, aus denen Tomogramme hergestellt werden können, erhalten kann, wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen mehrere Vorteile besitzt, die die Wirkung der betreffenden Vorrichtung optimal machen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung für Tomographie, gekennzeichnet durch eine Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle, einen Träger für das zu untersuchende Objekt, wenigstens einen kontinuierlichen, zweidimensionalen Detektor zum Empfang der das Objekt durchdringenden Strahlung, ein mit dem Detektor zusammenwirkendes, optisches System und eine Bildrekonstruktionsvorrichtung, wobei die Strahlungsquelle, der Detektor und das optische System einerseits und der Träger anderseits in bezug aufeinander um eine Achse drehbar sind, die Abmessungen des Detektors in bezug auf die gegenseitige Anordnung des Trägers mit dem getragenen Objekt, der Strahlungsquelle und des Detektors so gross gewählt sind, dass die Querschnittsprojektion eines kontinuierlichen Transmissionsbildes, welche einen zur Achse transversalen Schnitt des Objekts darstellt, zumindest hinsichtlich der längsten Dimension vollständig auf den Detektor abgebildet wird, und das optische System eine Bildverstärkerröhre und optische Mittel aufweist, um ein Bild, welches dem kontinuierlichen Transmissionsbild entspricht und an der der Strahlungsquelle abgewandten Seite des Detektors erzeugt wird, auf die Kathodenfläche der Bildverstärkerröhre abzubilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel eine Faseroptik aufweisen, welche das Eingangsfenster für die Bildverstärkerröhre bildet und deren eine Faserenden an die Detektorseite, welche der Strahlungsquelle abgewandt ist, und deren andere Faserenden an die Kathodenfläche geführt sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel ein Linsensystem aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor aus einem Röntgenschirm besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite der Bildverstärkerröhre optisch mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung gekoppelt ist, deren Ausgang mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverstärkerröhre faseroptisch mit der Fernsehaufnahmevorrichtung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverstärkerröhre über ein Linsensystem mit der Fernsehaufnahmevorrichtung verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor konkav gegen die Quelle gebogen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auswechselbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung ein Fernsehmonitor verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung oder eines mit deren Ausgang verbundenen logarithmischen Verstärkers eine Anzahl Bildrekonstruktionsvorrichtungen angeschlossen ist, mit denen gleichzeitig Abbildungen verschiedener Objektquerschnitte erhalten werden können.