DE2717349A1 - Roentgenschichtgeraet zur herstellung von transversalschichtbildern - Google Patents

Roentgenschichtgeraet zur herstellung von transversalschichtbildern

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DE2717349A1 DE19772717349 DE2717349A DE2717349A1 DE 2717349 A1 DE2717349 A1 DE 2717349A1 DE 19772717349 DE19772717349 DE 19772717349 DE 2717349 A DE2717349 A DE 2717349A DE 2717349 A1 DE2717349 A1 DE 2717349A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 77 P 5036 BRD
Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern
Die Erfindung betrifft ein Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer Röntgenstrahlenmeßanordnung, die eine Röntgenstrahlenquelle, welche ein das Aufnahmeobjekt durchdringendes, fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schichtstärke und in der Schichtebene so groß ist, daß das ganze Aufnahmeobjekt durchsetzt wird, sowie einen Strahlenempfänger enthält, der die Strahlungsintensität hinter dem Objekt ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen und mit einem Meßwertumformer für die Transformation der vom Strahlenempfänger gelieferten Signale in ein Schichtbild, bei dem der Strahlenempfänger aus einer Anzahl einzelner Detektoren besteht.
Bei einem bekannten Röntgenschichtgerät dieser Art besteht der Strahlenempfänger aus einer einzigen Detektorreihe und die Meßanordnung wird um einen Winkel von 360° zur Erzeugung der Eingangssignale des Meßwertumformers gedreht. Ein Röntgenschichtgerät dieser Art ist als sog. Ganzkörper-Scanner zur Aufnahme beliebiger Transversalschichtbilder geeignet. Die Detektorreihe muß so bemessen werden, daß das von ihr erfaßte Röntgenstrahlenbündel jede abzubildende Körperschicht voll durchsetzt. Die Anzahl der Detektoren ist der größten abzubildenden Körperschicht und der hierfür erforderlichen Bildauflösung entsprechend zu bemessen.
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Machteilig ist dabei, daß bei Abbildung einer Körperschicht, die wesentlich kleiner als die größte Körperschicht ist, beispielsweise eines Querschnitts durch den Hals oder den Kopf des Patienten, nur eine geringe Anzahl von Detektoren zur Erzeugung der Eingangssignale des Meßwertumformers wirksam ist. Die Ortsauflösung wird also relativ zur Größe der abzubildenden Körperschicht kleiner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgenschichtgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem innerhalb eines weiten Größenbereichs der abzubildenden Körperschicht eine gute Ortsauflösung gegeben ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlenempfanger zwei parallel zueinander und nebeneinander angeordnete Detektorreihen aufweist, von denen die Detektoren der einen Detektorreihe die Detektoren der anderen Detektorreihe um etwa die halbe Detektorbreite überlappen und daß eine Steuervorrichtung für den Strahlenempfänger vorhanden ist, die die wahlweise Erfassung des Röntgenstrahlenbündels durch jeweils eine Detektorreihe ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Röntgenschichtgerät kann bei großen abzubildenden Körperschichten nur eine Detelctorreihe benutzt werden. Ist die zu erfassende Körperschicht klein, so können wechselweise beide Detektorreihen zur Erzeugung der Eingangssignale für den Meßwertuniformer herangezogen werden. Dadurch verdoppelt sich die Zahl der wirksamen einzelnen Detektoren im Vergleich zu der Benutzung nur einer Detektorreihe und die Bildauflösung ist auch bei kleinen Körperschichten ausreichend gut. Mit der Erfindung sind die zusätzlichen Vorteile verbunden, daß durch die nicht zur Erzeugung der Eingangssignale des Meßwertumformers benutzten Detektoren die Streustrahlung erfaßt werden kann und daß das Abtasttheorem in der nachfolgenden, noch näher erläuterten Weise erfüllt werden kann.
Die Steuervorrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie je eine Detektorreihe mechanisch in das Röntgenstrahlenbündel bewegt. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Strahlenempiängar eine Leuchtdiode aufweist, die von einer Fotokathode überzogen ist und die das gesamte Röntgenstrahlanbündel
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erfaßt, daß dar Fotokathode gegenüberliegend die beiden Detektorreihen angeordnet sind, die aus Detektoren für die von der Fotokathode ausgehende Elektronenstrahlung bestehen und daß eine Elektronenoptik vorhanden ist, die die vom Röntgenstrahlenbündel erzeugte Elektronenstrahlung wahlweise auf je eine Defcektorreihe richtet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt keinerlei mechanische Bewegung des Strahlenempfängers.
Die Er-findung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Röntgenschichtgerät nach der Erfindung,
Fig. 2 den Strahlenempfänger des Röntgenschichtgerätes gemaß Figur 1 in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Meßsignalgewinnung,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Strahlenempfängers
eines Röntgenuntersuchungsgerätes nach der Erfindung, und
Fig. 5 bis 8 Darstellungen zur Erläuterung der Erfindung in Verbindung mit dem Abtasttheorem.
Aus der Figur 1 geht hervor, daß ein Patient 1 auf einer Liege 2 gelagert ist und von einem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 3 durchstrahlt wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 geht vom Fokus 4 einer Röntgenröhre 5 aus und ist durch eine Primärstrahlenblende 6 so eingeblendet, daß seine Querschnittsausdehnung senkrecht zur untersuchten Körperschicht 7 gleich der Schichtstärke und in der untersuchten Körperschicht 7 so groß ist, daß der gesamte Patient 1 durchsetzt wird. In Strahlenrichtung gesehen nach dem Patienten ist ein Strahlenampfanger 8 angeordnet, welcher aus zwei parallel zueinander und nebeneinander angeordneten Detektorreihen 9 und 10 besteht, von denen die Detektoren der einen Detektorreihe 9 die Detektoren der anderen Detektorreihe 10 um etwa die halbe Detektorbreite d (Fig. 2) überlappen. Vor jedem
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der Detektoren 9a, 9b usw. und 10a, 10b usw. ist je ein Kollimator angeordnet. In der Figur 1 sind die Kollimatoren 11 und 12 der Detektoren 9a und 10a schematisch dargestellt.
Die Anzahl der Detektoren 9a usw. sowie 10a usw. ist der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt. Jede Detektorreihe kann z.B. aus 256 Detektoren bestehen. In der Figur 2 sind der Übersichtlichkeit halber nur wenige dieser Detektoren dargestellt. Die Figur 2 zeigt den Öffnungswinkel des Röntgenstrahlenbündels 3 deutlich.
Zur Abtastung des Patienten 1, und zwar der Schicht 7, wird die Meßanordnung 5, 8 um 360° um den Patienten 1 gedreht. Soll eine verhältnismäßig große Körperschicht, beispielsweise im Bauchbereich des Patienten, untersucht werden, so wird nur eine der Detektorreihen, und zwar die Detektorreihe 9, zur Bildung der Meßsignale herangezogen. Die Abtastung kann dabei in der Weise erfolgen, daß beispielsweise die Röntgenröhre 5 pro Winkelgrad einmal gepulst wird, so daß bei 256 Detektoren pro Detektorreihe bei einem Abtastvorgang 256 mal 360 Meßsignale einem Meßwertumformer 13 zugeführt werden. Der Meßwertumformer 13 enthält einen Computer, welcher aus der. Meßwertsignalen ein Bild der durchstrahlten Körperschicht berechnet. Zur Wiedergabe dieses Bildes ist der Meßwertumformer 13 an einem Sichtgerät 14 angeschlossen.
Die Röntgenröhre 5 ist an einem Röntgengenerator 16 angeschlossen, welcher die erforderliche Hochspannung liefert.
Bei der geschilderten Betriebsweise des Röntgenschichtgeräts kann die Detektorreihe 10 zur Erfassung der vom Patienten 1 ausgehenden Streustrahlung benutzt werden. Die Ausgangssignale der Detektorreihe 10 können im Meßwertumformer 13 zur Korrektur der Meßwertsignale der Detektorreihe 9 herangezogen werden. Während eines Abtastvorgangs erfaßt nämlich die Detektorreihe 9 neben der primären Röntgenstrahlung, d.h. dem Röntgenstrahlenbündel 3, ebenfalls die Streustrahlung. Die von dar Detektorreihe 9 erfaßte Streustrahlung ist dabei praktisch gleich der von der Detektorreihe 10 erfaßten Streustrahlung. Eine Korrektur ist daher möglich, indem c£e Signale der De bektorreihe 10 von den entsprechenden Signalen der Detektorreihe 9 abgezogen werden.
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Soll eine kleine Körperschicht, beispielsweise im Hals- oder Kopfbereich des Patienten 1 abgetastet werden, so wird auch die Detektorreihe 10 zur Erzeugung von Meßwertsignalen herangezogen. Dies kann in der Weise erfolgen, daß pro Winkelstellung der Meßanordnung 5, 8 zunächst mittels der Detektorreihe 9 und dann mittels der Detektorreihe 10 Meßwertsignale erzeugt werden, indem zunächst die Detektorreihe 9 und anschließend die Detektorreihs 10 das Röntgenstrahlenbündel 3, das aus dem Patienten 1 austritt^ erfaßt. Hierzu kann eine mechanische Steuervorrichtung vorhanden sein, die die Detektorreihe 9 aus der in der Figur 1 gezeigten Stellung aus dem Röntgenstrahlenbündel 3 heraus- und die Detektorreihe 10 in dieses Röntgenstrahlenbündel 3 hineinschiebt, d.h. an die Stelle der Detektorreihe 9 bewegt. Der Ablauf einer Abtastung der untersuchten Körperschicht des Patienten 1 kann also in der Weise erfolgen, daß bei jeder Winkelstellung zunächst mit der Detektorreihe 9 und dann mit der Detektorreihe 10 die Primärstrahlung gemessen wird. Dabei ist gegenüber der Verwendung einer einzigen Detektorreihe wegen der Versetzung der Detektoren 9 und 10 gegeneinander die doppelte Anzahl von Detektoren wirksam. Auch bei kleinen Körperschichten ist daher eine gute Auflösung gegeben.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, die Meßanordnung 5, 8 kontinuierlich um 360° um den Patienten 1 zur Abtastung einer Körperschicht zu drehen. Bei dieser Drehung kann die Verschiebung der Detektorreihsi9 und 10 periodisch erfolgen. Diese Verschiebung ist natürlich wie bei"dem vorher geschilderten Fall eine Kippbewegung um die Gerade Aa durch den Fokus 4. Da im zuletzt geschilderten Fall der Fokus 4 sich nach einer Verschiebung gegenüber der vorhergehenden Messung weiterbewegt hat, ist eine Korrektur erforderlich. Diese Korrektur ist durch eindimensionale Interpolation der Meßwerte einer Detektorreihe möglich.
Anhand der Figur 3 ist dies nachfolgend näher erläutert. Trägt man die Meßwerte an den Fußpunkten des Lotes τοπ Drehsentrun 2 auf die Integrationsgerade G (Weg der Röntgenstrahlung) auf, so erscheinen die Meßwerte auf dem Thaieskreis durch das Drehsentrum Z und den Fokus 4. Bei Drehung der Meßanordnung 5, Q um den Winkel £ y dreht sich der Thaieskreis um Z um den gleichen Winkel.
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Je dichter die Detektoren in einer Detektorreihe angeordnet sind, desto enger liegen die durch Punkte angedeuteten Meßwerte auf ihrem Thaieskreis. Es ist nun erforderlich, eine möglichst gleichmäßige Belegung der Ebene im Objektbereich mit solchen Meßpunkten zu erhalten. Bei Drehung des Fokus um den Winkel Δ <f in die Stellung 41 um das Drehzentrum Z und Messung mit der anderen Detektorreihe erhält man zwar nicht mehr die Meßwerte auf dem Thaieskreis T1, auf dem alle Meßwerte in der ursprünglichen Position d-es Fokus 4 liegen, sondern auf dem um ^i/ gedrehten Thaleskreis Tp. Der Abstand der Kreise K^, auf denen die Meßwerte des i-ten Detektorelements liegen, sind aber äquidistant, so daß nur eine eindimensionale Interpolation auf jedem zweiten Kreis durchzuführen ist, um die Meßwerte auf dem gewünschten Thaieskreis T1 zu erhalten.
In der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für den Strahlenempfänger dargestellt, bei dem der Strahlenempfänger eine Leuchtdiode 17 aufweist, die von einer Fotokathode 18 überzogen ist. Die Leuchtschicht 17 wird dabei von dem gesamten Röntgenstrahlenbündel 3 getroffen. Der Strahlenempfänger besitzt zwei Detektorreihen 19 und 20, die den Detektorreihen 9 und 10 entsprechen und der Fotokathode 18 gegenüberliegen. Die einzelnen Detektoren der Detektorreihen 19 und 20 sind ebenfalls überlappend angeordnet. Die Detektorreihen 19 und 20 erfassen die von der Fotokathode 18 ausgehende Elektronenstrahlung. Es ist eine Elektronenoptik 21 vorhanden, die an einer Steueranordnung 21a angeschlossen ist, welche bewirkt, daß die Elektronenstrahlung, die von der Fotokathode 18 ausgeht, wahlweise auf der Detektorreihe 19 oder auf der Detektorreihe 20 auftrifft.
In der Figur 4 ist dargestellt, daß die von dem primären Röntgenstrahlenbündel 3 erzeugte Elektronenstrahlung auf der Detektorreihe 19 und die von der Streustrahlung 22 erzeugte Elektronenstrahlung auf der Detektorreihe 20 auftrifft. Zum Wechsel der Detektorreihen muß die Spannung an der Elektronenoptik 21 verändert werden.
Bei einem Strahlenempfänger gemäß den Figuren 1, 2 und 4 ist das Abtasttheorem erfüllt und daher werden durch zu grobes Abtasten
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entstehende Schwebungseffekte vermieden,.wenn beide Detektorreihen wechselweise zur Erfassung der primären Röntgenstrahlung herangezogen werden. Anhand der Figuren 5 bis 8 ist dies nachfolgend näher erläutert.
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Die Figur 5 zeigt eine Kurve a, die den Intensitätsverlauf der Röntgenstrahlung vor einem Strahlenempfänger 22 wiedergibt, welcher von einer einzigen Detektorreihe gebildet ist. Der Strahlenempfänger 22 ist in der Figur 5 teilweise dargestellt. In der Figur 5 sind die einzelnen Detektoren 26 bis 32 des Strahlenempfängers 22 gezeigt.
Der Strahlendetektor 22 mittelt die Intensitätskurve a, d.h. jeder Detektor 26 bis 32 usw. mittelt die Strahlung über seine Eingangsfläche. Das Ausgangssignal der einzelnen Detektoren 26 bis 32 usw. ist somit vorbestimmten Punkten der gemittelten Kurve b gemäß Figur 3 zugeordnet. Diese Punkte sind in der Figur 3 mit 33 bis 38 bezeichnet.
Da die Ausgangssignale der Detektoren 26 bis 32 usw. nur die Punkte 33 bis 38 usw. der gemittelten Kurve b wiedergeben, ist für die Beurteilung, ob aus diesen Ausgangssignalen die Originalkurve a gebildet werden kann, das Abtasttheorem maßgebend. Das Abtasttheorem sagt, daß sich eine Kurve aus ausgewählten Kurvenpunkten dann rekonstruieren läßt, wenn im FrequenzSpektrum der Kurve keine höheren Frequenzen als die zweifache Punktfolgefrequenz enthalten sind. Zur Überprüfung ist davon ausgegangen, daß in der Originalkurve a höhere Frequenzen enthalten sind. Die Mittelung über die Detektorfläche erfolgt nach der in der Figur 7 dargestellten Fensterfunktion, die den Durchlaß eines einzigen Detektors in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz zeigt. Wenn die Breite der einzelnen Detektoren 26 bis 32 usw. gleich ist, und zwar d, so liegt der erste Nulldurchgang der Fensterfunktion gemäß Figur 7 an der Stelle 39 bei 4·. Die örtliche Abtastfrequenz ist aber auch nur -r. Aus der Originalkurve a wird - betrachtet man die Filterfunktion gemäß Figur 7 nur bis zum ersten Nulldurchgang - ein Band der Ortsfrequenz ^ herausgefiltert. Zur Erfüllung des Abtasttheorems müßte der Nulldurchgang aber bei -—~t liegen. Es ergibt sich also, daß die Originalkurve a sich
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durch die Ausgangssignale der einzelnen Detektoren 26 bis 32 usw. bei einer einzigen Detektorreihe als Strahlenempfanger nicht exakt rekonstruieren läßt.
Die Figur 8 zeigt nun einen Strahlenempfänger 40, wie er im Prinzip dem Strahlenempfänger 8 bzw. den Detektorreihen 19, 20 entspricht. Der Strahlenempfänger 40 besteht gemäß Figur 8 aus einer Reihe einzelner Detektoren 41, 42, 43 usw., die so angeordnet sind, daß sie einander überlappen. Zwischen den Ausgängen der Detektoren 41 usw. und einem Computer 50 liegen Integratoren 51, von denen in der Figur 8 nur einer dargestellt ist. Die Integratoren 51 halten das Ausgangssignal des jeweiligen Detektors so lange, bis es vom Computer 50 übernommen worden ist und werden dann gelöscht. Die Abfrage der Ausgangssignale der Integratoren 51 erfolgt durch den Computer 50 in der Weise, daß die Ausgangssignale der Integratoren 51 nacheinander ausgelesen werden, so daß aus den mit der doppelten Signalfrequenz abgetasteten Meßwerten die Originalkurve a gemäß Figur 2 rekonstruiert werden kann. Wesentlich ist also, daß die Ausgangsimpulse der Integratoren 51 usw. sukzessive abgefragt werden, wobei die Schrittweite der Abtastung der Hälfte der Länge entspricht, über die die originale Intensitatsverteilung durch die Detektoren gemittelt worden ist.
Der Strahlenempfänger 40 ist in der Figur 8 von oben gesehen dargestellt.
Die Kurven in den Figuren 5 und 6 stellen selbstverständlich nur Beispiele dar.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist noch dargestellt, daß der Strahlenempfänger 8 auf Rollen 8a verschiebbar gelagert ist, so daß durch eine Steuervorrichtung 8b, beispielsweise einen Elektromagneten, über eine Stange 8c wahlweise die Detektorreihe 9 oder 10 in das Röntgenstrahlenbündel 3 bewegt werden kann.
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Claims (6)

  1. U P 5Ο3β BRD Patentansprüche
    ί1J Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbilaern eines Aufnahmeobjekts mit einer Röntgenstrahlenmeßanordnung, die eine Röntgenstrahlenquelle, welche ein das Aufnahmeobjekt durchdringendes, fächerförmiges Röntgenstrahleribündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schichtstärke und in der Schichtebene so groß ist, daß das ganze .Aufnahmeobjekt durchsetzt wird, sowie einen Strahlenempfänger enthält, der die Strahlungsintensität hinter dem Objekt ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen und mit einem Meßwertumformer für die Transformation der vom Strahlenempfänger gelieferten Signale in ein Schichtbild, bei dem der Strahlenempfänger aus einer Anzahl einzelner Detektoren besteht, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahlenempfänger (8, 17 bis 20) zwei oder mehr parallel zueinander und nebeneinander angeordnete Detektorreihen (9, 10; 19, 20) aifweist, von denen die Detektoren (9a usw.) der einen Detektorreihe (9, 19) die Detektoren (10a usw.) der anderen Detektorreihe (10, 20) um etwa die halbe Detektorbreite (d) überlappen, und daß eine Steuervorrichtung (8b, 21, 21 a) für den Strahlenempfänger (8, 17 bis 20) vorhanden ist, die die wahlweise Erfassung des Röntgenstrahlenbündels (3) durch jeweils eine Detektorreihe (9, 10; 19, 20) ermöglicht.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (8b) so ausgebildet ist, daß sie je eine Detektorreihe (9, 10) mechanisch in das Röntgenstrahlenbündel (3) bewegt.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (8b) so ausgebildet ist, daß sie den Strahlenempfänger (8) periodisch hin- und herbewegt.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Strahlenempfängers (8) und der Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung (5, 8) zur Drehung der Meßanordnung (5, 8) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Meßanordnung (5, 8) um diskrete Winkel gedreht und in jeder Winkelstellung jede Detektorreihe (9, 10) in das Röntgenstrahlenbündel (3) gebracht wird.
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  5. 5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Strahlenempfängers (8) und der Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung (5, 8) zur Drehung der Meßanordnung (5» 8) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Meßanordnung (5, 8) kontinuierlich gedreht und dabei die periodische Bewegung des Strahlenempfängers (8) erfolgt, und daß dem Meßwertumformer (13) Mittel zur Korrektur der Meßwertsignale entsprechend der Bewegung der Röntgenstrahlenquelle (5) zwischen der Gewinnung zweier Meßwertsignalsätze vom Strahlenempfänger (8) zugeordnet sind. 10
  6. 6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenempfänger eine Leuchtschicht (17) aufweist, die von einer Fotokathode (18) überzogen ist und die das gesamte Röntgenstrahlenbündel (3) erfaßt, daß der Fotokathode (18) gegenüberliegend die beiden Detektorreihen (19, 20) angeordnet sind, die aus Detektoren für die von der Fotokathode (18) ausgehende Elektronenstrahlung bestehen und daß eine Elektronenoptik (21) vorhanden ist, die die vom Röntgenstrahlenbündel (3) erzeugte Elektronenstrahlung wahlweise auf je eine Detektorreihe (19, 20) richtet.
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