<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der räumlichen Auflösung eines Computer- tomographen.
Die Computertomographie in der Röntgentechnik ist ein Verfahren, um Querschnittsbilder von
Körpern herzustellen. Das Verfahren arbeitet mit an sich bekannten numerischen Rekonstruktions- algorithmen. Es gibt verschiedene Arten der Bildgewinnung, von denen beispielsweise nachstehend eine beschrieben wird. Eine Röntgenröhre sendet einen scharf gebündelten Strahl mit einer bestimm- ten Breite aus, der durch einen Kollimator zusätzlich begrenzt sein kann. In z-Richtung, also senkrecht zur Bildebene, hat der Strahl eine bestimmte Höhe. Beim Durchgang durch das Objekt wird der Strahl geschwächt. Durch den Detektor wird der geschwächte Strahl gemessen. Es kann somit die Summenschwächung der Strecke bestimmt werden. Die Röntgenröhre wird kontinuierlich oder in kleinen Schritten bewegt.
Entweder wird der Detektor parallel mitgeführt, oder es sind in geringen Abständen auf dieser Strecke mehrere Detektoren angeordnet. Beispielsweise kann die kontinuierlich bewegte Röhre gerade wenn sie einem Detektor gegenübersteht, geschaltet werden oder sie kann schrittweise in diese Position gebracht und dann geschaltet werden. Nach Beendigung eines solchen Scans wird die Scanrichtung geringfügig gedreht und der Scan wiederholt, bis eine Drehung von mindestens 1800 durchgeführt ist.
Aus allen diesen Messungen können nun mittels eine Rekonstruktionsalgorithmus die Schwächungswerte in einzelnen Objektpunkten der Scanschicht numerisch ermittelt werden. Durch die endliche Zahl von Abtastungen auf Grund des Linearvorschubes und der Winkeldrehung können die Schwächungswerte allerdings nicht genau für einen Punkt, sondern nur für ein Rasterelement ermittelt werden. Dieses Rasterelement wird Pixel genannt. Eine lineare Abmessung dieses Pixels wird Pixelweite genannt. Berücksichtigt man auch die endliche Ausdehnung in z-Richtung, so wird die mittlere Schwächung in einem Volumselement mit der Grundfläche eines Pixels und der Höhe des Röntgenstrahlss in z-Richtung berechnet. Dieses Element nennt man eine Voxel. Wenn in einem Voxel die röntgengraphische Dichte stark schwankt, z.
B. durch kleine Störobjekte, so entsteht bei der Rekonstruktion abhängig vom Algorithmus eine Art Mittelung. Dieser Effekt wird Partial Volume Effect genannt. Man spricht meist von einem Pixel, wobei in den Zeichnungen nur ein solches zu sehen ist, obwohl die Mitteilung über ein Voxel erfolgt. Der lineare Scanvorgang kann durch Verwendung des Fächerstrahlprinzips, Fan-Beam genannt, verkürzt werden. Die Röhre sendet einen Fächerstrahl aus, der von mehreren Detektoren gemessen wird.
Das Detektorsystem kann feststehend und auf einem geschlossenen Kreis angeordnet sein, so dass nur die Röhre bewegt zu werden braucht. Sonst wird ein in Sektorform angeordnetes Detektorsystem gleichsinnig mit der Röhre mitbewegt. Dadurch kann die Linearbewegung der Röhre stark eingeschränkt werden oder überhaupt entfallen.
Die Pixelform und die Pixelgrösse sind abhängig von der Art der Abtastung und dem Rekonstruktionsalgorithmus.
Um das räumliche Auflösungsvermögen eines Computertomographen, d. h. seine Fähigkeit, zwei räumlich benachbarte, aber im Objekt tatsächlich getrennte Bereiche mit unterschiedlichen Schwächungswerten auch im Bild getrennt darzustellen, der Messung zuzuführen, werden meist Linienmuster abgebildet.
Die Ergebnisse, die durch die Abbildung von Linienmuster erreicht werden, sind aber nicht zufriedenstellend.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Güte einer Auflösung eines Computertomographen eindeutig gemessen werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Grundkörper Körper mit einer geometrischen definierten Form, vorzugsweise Keile, bestehend aus einem Material mit einer gegenüber dem Grundkörper abwechselnd röntgenographischen Schwächung, eingebettet sind und dass diese Körper gleiche Länge und Höhe bzw. Form bei unterschiedlicher Stärke aufweisen.
Der vorzugsweise als runde Scheibe ausgebildete Grundkörper wird derart im Scanner angeordnet, dass beispielsweise eine mit einem Fächerstrahl arbeitende Röntgenröhre nur am Umfang der Scheibe bewegt wird. Durch die endliche Höhe des Röntgenstrahles wird aus dem Grundkörper eine Schicht mit einer bestimmten Dicke abgebildet. Sind nun in der erfindungsgemässen Vorrichtung
<Desc/Clms Page number 2>
die Keile aus einem Material mit abweichender röntgenographischer Schwächung angeordnet, so wird beim Scanvorgang ein immer kleinerer Anteil des Keiles vom Röntgenstrahl erfasst, wenn der
Röntgenstrahl während eines Scanvorganges in Richtung gegen die Keilspitze bewegt wird. Es tritt ein wachsender Partial-Volume-Effekt auf, da ein in einem Voxel ein immer geringerer Anteil des
Keiles, der als Störkörper zu betrachten ist, zu liegen kommt.
Da die Körper bei gleicher Länge und Höhe unterschiedliche Stärke aufweisen, ist auf Grund des Partial-Volume-Effektes die tatsächliche Dimension des Körpers mit der geringsten Stärke nicht abgebildet.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es erstmals möglich, die Güte der Auflösung eines
Computertomographen daran zu messen, wie klein dieser Abbildungsverlust bei gegebener röntgeno- graphischer Schwächung und Dimensionierung der Körper und gegebener röntgenographischer Schwächung des Grundkörpers ist.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Körper gleicher Dimension parallel nebeneinander angeordnet. Dadurch kann die Güte der Auflösung noch besser bestimmt werden.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Parallelabstand der Körper mit geringer Stärke kleiner als der Parallelabstand der Körper mit grösserer Stärke. Auch dadurch wird die Güte der Auflösung weiter verbessert. Bei den Körpern mit geringsten Stärken und dem geringsten Parallelabstand kann es vorkommen, dass sie, abgesehen von ihrer verkürzten Darstellung auf Grund des Partial-Volume-Effektes nicht mehr getrennt voneinander abgebildet sind.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist ein weiterer Körper gleicher Dimension parallel zu den Körpern im Grundkörper angeordnet, der aus einem Material besteht, das gegen- über dem Grundkörper und den Körpern eine starke abweichende röntgenographische Schwächung aufweist. Da am Computertomogramm absolute Längen nur schwer zu messen sind, wird dieser Körper, der beispielsweise aus Aluminium oder Luft besteht, in den Grundkörper eingefügt, so dass im Computertomogramm eine beispielsweise, wenn der Körper ein Keil ist, trapezförmige Figur entsteht. Die Länge dieses Körpers stellt die Länge dar, die die Bilder der Keile haben müssten, wenn sie nicht durch den Partial-Volume-Effekt verkürzt wären.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Körper unter +45 oder-45 gegen die Scanebene geneigt. Durch diese Ausgestaltung kann gleichzeitig die Schichtdicke des Computertomogrammes bestimmt werden.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens ein Körper, vorzugsweise der geneigte Körper in Längsrichtung in regelmässigem Abstand Inhomogenitäten auf. Diese Inhomogenitäten können, wenn sie entsprechend angeordnet sind, als Massstab herangezogen werden.
An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung, Fig. 2 einen Scanvorgang, Fig. 3 ein Diagramm mit dem der Partial-Volume-Effekt näher erklärt wird und Fig. 4 ein skizziertes Computertomogramm.
Gemäss Fig. 1 besteht die Vorrichtung zur Messung der räumlichen Auflösung eines Computertomogrammes aus dem Grundkörper --1--, der als Scheibe ausgebildet ist. Als Material könnte ein gewebeäquivalenter Stoff Verwendung finden, der eine bestimmte röntgenographische Schwächung besitzt. In diesen Grundkörper --1-- sind Körper --2-- parallel nebeneinander angeordnet. Diese Körper --2-- weisen im wesentlichen gleiche Form auf und unterscheiden sich nur in ihrer Stärke. Die Körper --2-- bestehen aus einem Material, das gegenüber dem Material des Grundkörpers--1-- eine abweichende röntgenographische Schwächung besitzt, wobei die Abweichung auch gering, nämlich in der Grössenordnung von 5 bis 10 Haunsfield (HF), liegen kann.
In der Anordnung vor diesen Körpern --2-- ist parallel ein weiterer Körper --3-- gleicher Dimension vorgesehen. Dieser Körper --3-- besteht aus einem Material, das eine starke abweichende röntgenographische Schwächung gegenüber dem Material des Grundkörpers --1-- und der Körper --2-- aufweist. Dieser Körper --3-- kann als Messkeil betrachtet werden und ist um 450 gegen die andern Keile geneigt.
Die nicht dargestellte Röntgenröhre wird für den Scanvorgang am Umfang der Scheibe bewegt.
Nimmt man an, dass die Röntgenröhre einen Fächerstrahl aussendet, müsste sie für ein Computertomogramm um mindestens 180 , vorzugsweise 270 , in kleinen Schritten um die Scheibe bewegt
<Desc/Clms Page number 3>
werden. Selbstverständlich befinden sich gegenüber der Röntgenröhre die Detektoren.
Durch die endliche Höhe h des Röntgenstrahles wird aus dem Probekörper eine Schicht mit der Dicke h abgebildet. Sind in den Grundkörper-l-die Körper bzw. Keile --2-- eingebettet, so wird beim Scanvorgang (Fig. 3) ein immer kleinerer Anteil des Keiles vom Röntgenstrahl --4-- erfasst, wenn der Röntgenstrahl --4-- während eines Scanvorganges gegen die Keilspitze bewegt wird. Es tritt ein wachsender Partial-Volume-Effekt auf, da in einem Voxel ein immer geringerer Anteil des "Störkörpers" Keil zu liegen kommt.
In Fig. 2 ist die Richtung des Röntgenstrahles --4-- senkrecht zu den Seitenflächen --5-- des Keiles und parallel zur Keilfläche angenommen. Die Scanrichtung, mit dem Pfeil 6 angedeutet, ist parallel zur Seitenfläche --5-- des Keiles. Auch bei andern Richtungen des Röntgenstrahles bzw. der Scanrichtung tritt dieser Effekt in ähnlicher Weise auf, wenn man von einzelnen ausgewählten Richtungen absieht. Durch diesen Partial-Volume-Effekt (Fig. 3) wird nicht die gesamte theoretisch in der abgebildeten Schicht enthaltende Länge l abgebildet. Der in Fig. 3 mit --7-bezeichnete theoretisch noch abgebildete Anteil mit der Länge 1 ist auf Grund des Partial-Volume- - Effektes unter Umständen nicht mehr sichtbar bzw. gegen die Bilder der Parallelkeile nicht mehr trennbar.
Die Güte der Auflösung eines Computertomographen kann nur unter anderem daran gemessen werden, wie klein dieser Abbildungsverlust bei gegebener röntgenographischer Schwächung, Breite und Schräge der Keile und gegebener röntgenographischer Schwächung des Materials des Grundkörpers-l-ist und bis zu welchem Prozentanteil der tatsächlichen Länge 1 der Keile diese voneinander im Bild getrennt erscheinen. Da am Computertomogramm aber absolute Längen nur schwer zu vermessen sind, wird der Messkeil --3-- mit relativ grosser oder relativ geringer röntgenographischer Schwächung, beispielsweise aus Aluminium oder Luft, eingefügt, so dass im Computertomogramm eine trapezförmige Figur T, Fig. 4, entsteht, deren Breite b annähernd die Schichtdicke h darstellt ( 2 Pixelweiten).
Die Länge 1 stellt die Länge dar, die die Bilder der Keile haben müssten, wenn sie nicht durch den Partial-Volume-Effekt verkürzt bzw. verschmiert wären.
Die abgebildete Schicht muss nicht in z-Richtung genau positioniert werden, was ein entscheidender Messvorteil ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung der räumlichen Auflösung eines Computertomographen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Grundkörper (1) Körper (2) mit einer geometrisch definierten Form, vorzugsweise Keile, bestehend aus einem Material mit einer
EMI3.1
und dass diese Körper (2) gleiche Länge und Höhe bzw. Form bei unterschiedlicher Stärke aufweisen.