DE2434224C3

DE2434224C3 - Radiographisches Gerät mit einer Quelle durchdringender Strahlung, Kollimatoren zur Aufteilung der Strahlung in Strahlenbündel, die einen zu untersuchenden Körper als ebenes Feld durchsetzen und dann auf Detektoren treffen, wobei die Quelle, die Kollimatoren und die Detektoren eine Umlaufbewegung relativ zu dem Körper ausführen

Info

Publication number: DE2434224C3
Application number: DE2434224A
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Newark Nottinghamshire Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-07-21
Filing date: 1974-07-13
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS5439117B2; FR2237607A1; NL7409839A; DE2434224B2; US3934142A; NL178220B; GB1478121A; JPS5071285A; FR2237607B1; NL178220C; CA1017465A; DE2434224A1

Description

anzuordnen, daß die einzelnen Strahlenbündel aneinander angrenzen. Im Interesse einer Genauigkeit der bildlichen Darstellung der Absorptionskoeffizienten kann aber auf die Information nicht verzichtet werden, die durch die Zwischenräume zwischen den Strahlenbündeln verloren geht

Die erwähnte GB-PS 12 83 915 zeigt zwar eine Lösung zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen benachbarten Strahlenbündeln, jedoch müssen dort die Kollimatoren und Detektoren eine oszillierende Bev/egung ausführen, die für jeden Drehwinkel wiederholt werden muß. Diese oszillierende Bewegung erfordert einen beträchtlichen Zeitaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiographisches Gerät der eingangs genannten Art so aus- ^|5 zubilden, daß ohne das Erfordernis einer großen Anzahl von Detektoren die störende Wirkung der Zwischenräume beseitigt und die Meßzeit verringert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aus der US-PS 35 85 387 ist es bei einer Szintillationskamera bekannt, deren Yielkanai-Kollimator eine Drehbewegung ausführen zu lassen; jer':och erfolgt dabei keine Umlaufbewegung von Strahlungsquelle, Kollimator und Detektor um den untersuchten Körper.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Gemäß der Zeichnung befindet sich ein zu untersuchender Körper in einem kurzen flexiblen Schlauch 1, der die eine Wand eines Wasserreservoirs 2 bildet Der im Querschnitt dargestellte Schlauch 1, der beispielsweise aus Gummi besteht ist jeweils an beiden Enden an einem steifen Ring angebracht der am Rahmen des Gerätes befestigt ist und einer dieser Ringe 3 ist in der Zeichnung sichtbar. Der Schlauch 1 ist so groß bemessen, daß der zu untersuchende Körper eines Patienten in ihn eingeführt werden kann, so daß der Schlauch beispielsweise den Bauch umgibt Die anderen Wände des Reservoirs 2, nämlich die Stirnwände 4 und die im Sci.nitt dargestellte Außenwand 5 sind an einem Drehtisch 6 befestigt und um sicherzustellen, daß das Reservoir wasserdicht ist, sind Dichtungen 7 zwischen den Ringen 3 des Schlauches und den Stirnwänden 4 des Reservoirs vorgesehen. Nachdem der Körper in den Schlauch 1 eingeführt worden ist, wird durch einen Einlaß 6 Wasser in das Reservoi^r gepumpt, bis der Schlauch einen strammen Sitz rund um den Patienten hat. wobei zwischen dem Patienten und dem Schlauch befindliche Luft verdrängt wird. Die Wände 4 und 5 des so Reservoirs 2 bestehen aus Kunststoffmaterial, das weitgehend für die zur Untersuchung des Körpers verwendete Strahlung durchlässig ist

Eine Quelle 9 durchdringender Strahlung in Form von Röntgen- oder Gammastrahlung dient zur Erzeugung eines weitgehend ebenen, sektorförmigen Strahlungsfeldes 10 und ist auf dem Drehtisch 6 befestigt Es ist ersichtlich, daß die Weglängen für alle Strahlen innerhalb des Strahlungsfeldes 10 durch das Reservoir weitgehend gleich sind, obwohl ein Teil der Wege einiger Strahlen durch den Körper und nicht durch das Wasser verläuft Die Quelle 9 kann durch Drehung des Drehtisches 6 in der Ebene des Strahlungsfeldes um den Körper umlaufen, was durch einen Elektromotor 11 bewirkt wird, der ein Zahnrad 12 antreibt, welches mit nicht dargestellten Zähnen am inneren Umfang eines itationären Teils 13 in Eingriff ist Dieses Teil 13 ist Teil eines Rahmens des Gerätes, an dem die Ringe 3 angebracht sind. Da die Außenwand 5 des Reservoirs 2 am Drehtisch befestigt ist, läuft sie mit diesem um und präsentiert dem Strahlungsfeld 50 stets dasselbe Profil.

Auf dem Drehtisch 6 ist eine Reihe von strahlungsempfindlichen Kristallen 14|, 142 bis 14_r so angeordnet, daß die Kristalle der Ouelle 9 auf der anderen Seite des Körpers gegenüber liegen. Jeder Kristall kann über einen entsprechenden Kollimator 15i, 15j bis 15_Λ der die Strahlung in mehrere Strahlenbündel aufteilt durch den Körper hindurch empfangen. Es sind zwei Strahlenbündel Ib^ 16„*, dargestellt Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Kristalle jeweils aus einem Szintillator-Kmtall der bei auftreffenden Strahlungs-Photonen Lichtimpulw abgibt. Diese Lichtimpulse werden von den KnvaUen jeweils über einen entsprechenden Lichtleiter 17 kis 17- zu einem entsprechenden Fotovervielfacher 18 , 18; bis 18, übertragen. Die Fotovervielfacher erzeugen elektrische Ausgangssignale, die von dem Licht abhängen, das \cn den entsprechenden Kristallen auftrfft. und diese elektrischen Ausgangssignale werden u^u-:r Leiter 19,. 19₂ bis 19_reiner Daienverarbeitunssschaf.i-n.e 20 zugeführt.

Im Betrieb wird der Ausgang jeaes Fotovervielfacher in aufeinanderfolgenden kurzen Zeltintervallen integriert und während jedes Intervalls beweg sich der Drehtisch 6 nur um einen kleinen Winkel weiter. Somit wird für jedes kleine Inkrement der Umlaufbev»egung des Drehtisches von den Fotovervielfachern eine Gruppe von Ausgangssignalen erzeugt die von der Absorption der jeweiligen Strahlenbündel 16, in dem irr Schlauch 1 eingeschlossenen Körper abhängen. Der zeitliche Ablauf der Integrationen wird von einer Taktsteuerungsschaltung 21 bestimmt die die Rota tionsgeschwindägkeit des Elektromotors 11 steuert. Die Datenverarbeitungsschaltung 20 dient zur Rekons'njk tion eines Abbiides der unterschiedlichen Absorption der Elemente in dem Querschnitt des Körpers, der von dem Strahlungsfeld 10 durchquert wird. Die Schaltung 20 kann einen digitalen Rechner enthalten, nvt dem die Bildrekonstruktion entsprechend der erwähnten GB-PS 12 83915 oder in sonstiger bekannter Weise durchgeführt wird. Zur Unterstützung der Bildrekonstruktion kann die Datenverarbeitungsschaltung 20 Mittel enthalten, um die Ausgangssignale, die in Gruppen entsprechend den von den Kollimatoren 15i bis ij_r definierten Strahlenbündeln abgeleitet werden, in Gruppen zu sortieren, die parallelen Strahlenbündeln entsprechen.

In der Zeichnung sind nur einige der aus den Kristallen 14, bis 14_r den Lichtleitern 17, bis 17, und Fotovervielfachern 18i bis 18_r bestehenden Detektoren dargestellt und es sei bemerkt daß in dem Gerät selbst wesentlich mehr Detektoren vorhanden sind. Beispielsweise können hundert oder mehr Detektoren verwendet werden. In der Zeichnung ist jedoch übertrieben dargestellt daß durch die physikalische Größe der Kollimatoren zwischen den Strahlenbündel^ ίδ_π und 16„ +1 Zwischenräume gebildet werden, die zwar von der Strahlung durchquert werden, aber zu den Ausgangssignalen nicht beitragen. Dies führt zu einer Verringerung der Zahl der A .sgangssignale. die bei einer gegebenen Strahlbündelbreite zur Bildrekonstruktion verwendet werden können, und hierdurch wird die Qualität der Bildrekonstruktion beeinträchtigt Beispielsweise leistet der schraffierte Bereich 22 zwischen den Strahlenbündeln 16„ und 16„₊/ keinen Beitrag zu den Ausgangssi' gnalen der Gruppe, die abgeleitet wird, wenn sich der Drehtisch 6 in der in der Zeichnung dargestellten Winkelstellung befindet Natürlich besteht ein gleicher

Zwischenraum zwischen allen benachbarten Strahlenbündeln. Wie jedoch noch erläutert wird, ist das dargestellte Gerät in der Lage, auch aus den Bereichen 22 Informationen abzuleiten, so daß die wirksame Zahl der durch die ebene Scheibe des Körpers aufgenommenen Meßergebnisse erhöht werden kann, ohne daß die Zahl der Detektoren vergrößert werden muß.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Gruppe der Kollimatoren 15i bis 15, und der Kristalle 14| bis 14_rin zwei Laufschienen 23 gleitend bewegbar ist, die fest am Drehtisch 6 gelagert sind, und die Gruppe kann linear in Richtung des Pfeiles 24Λ um einen Weg verschoben werdet. der etwa dem halben Abstand der Eingangsöffnungen der Kollimatoren entspricht.

Diese lineare Bewegung kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Bewegung durch eine Kurbel 24 erzeugt, die mit der Bank der Kollimatoren über einen Hebel 25 verbunden ist, und die Kurbel wird von einen Motor 26 angetrieben, dessen Beirieb durch die Taktsteuerschaltung 21 zeitlich auf den Betrieb des Elektromotors 11 abgestimmt ist. Die Fotovervielfacher 18i bis 18r nehmen an dem »Seitwärtsschritt« der Kollimatoren und Kristalle nicht teil, und die Lichtleiter 17, bis 17_r, die die Kristalle optisch mit den entsprechenden Fotovervielfachern koppeln, sind so flexibel, daß sie diese seitliche Bewegung zulassen. Die lineare Bewegung der Kollimatoren und der Kristalle ist mit der Drehung des Drehtisches 6 so korreliert, daß die erwähnte Verlagerung der Bank mit dem Detektoren bewirkt wird, nachdem der Drehtisch 6 eine Drehung um 360° durchgeführt hat. Das volle Maß der linearen Bewegung der Bank mit den Detektoren erfolgt in einem Schritt, d. h. der Drehtisch 6 dreht sich um 360°, während sich die Bank mit den Kollimatoren und Kristallen in der in der Zeichnung dargestellten Lage befindet. Dann wird die Bank linear um eine Weglänge verschoben, die der Hälfte des Kollimatorabstandes entspricht Daraufhin dreht sich der Drehtisch 6 erneut um 360°. wobei die Bank in ihrer neuen Position verbleibt. Anschließend wird die Bank mit den Kollimatoren und Kristallen in die zuerst erwähnte Lage zurückbewegt und ist damit bereit für den Beginn einer weiteren Untersuchung.

Es sei hervorgehoben, daß während der zweiten Umdrehung die relativen Positionen der Strahlenbündel 16„ und der Bereiche 22 gegenüber der ersten Umdrehung vertauscht sind.

Bei der zweiten Drehung hängen die Ausgangssignale in den Gruppen für entsprechende Winkelstellungen von der Absorption ab, die in den Bereichen auftritt, die von den bei der et jten Drehung abgeleiteten Ausgangssignalen nicht erfaßt wurden. Diese zusätzlichen Signale verbessern die Qualität der durch die Datenverarbeitungsschaltung 20 bewirkten Bildrekonstruktion. Im allgemeinen können die Strahlenbündel 16„ breiter als die Zwischenräume sein, so daß sich die Strahlenbündel bei der ersten und zweiten Umdrehung des Drehtisches 6 etwas überlappen.

Die seitliche Verschiebung der Kollimatoren 15i bis 15_rund Kristalle 14i bis 14_rkann auch schon nach einer Drehung von 180° und nicht erst nach 360° erfolgen. Wenn die Verschiebung bei 360° erfolgt, stimmen die Strahlenbündel bei einer vollständigen Umdrehung während der zweiten 180° mit den Strahlenbündeln der ersten 180°-Drehung überein, haben jedoch entgegengesetzte Richtung. Dieser Lösung kann daher der Vorzug gegeben werden, da es möglich ist, die von den entgegengesetzt gerichteten Paaren der weitgehend übereinstimmenden Strahlenbündel abgeleiteten Ausgangssignale zu kombinieren.

Die Bank mit den Detektoren braucht um den erwähnten Betrag nicht erst verschoben werden, nachdem der Drehtisch 6 eine Drehung von 360°

ίο ausgeführt hat, sondern anstelle der beschriebenen, in einem Schritt vorgenommenen vollständigen Linearbewegung kann die Bank auch linear mit einer geringen Geschwindigkeit synchron mit der Drehung des Drehtisches 6 bewegt werden, während diese ihre Drehung von 360° ausführt, so daß die Bank die lineare Bewegung um den erforderlichen Betrag (d. h. den halben Kollimatorabstand) bei Abschluß der 360° Drehung erfahren hat. Der Drehtisch 6 führt dann eine weitere Drehung um 360° aus, während der sich die Bank ciTicüi ϋΠΊ cificn GciTäg bewegt, der dein halben Detektorabstand entspricht. Praktisch läßt sich dies dadurch erreichen, daß die Kurbel 24 kontinuierlich vom Elektromotor 11 über ein Zwischengetriebe angetrieben wird, das für eine große Verminderung der Drehgeschwindigkeit sorgt. Die gleiche Modifikation kann natürlich auch zur Anwendung kommen, wenn die erforderliche lineare Bewegung vollzogen wird, während sich der Drehtisch 6 um 180° dreht. Es wurde entdeck . daß bei einer Anordnung, bei der die lineare Bewegung der Bank der Kollimatoren klein aber kontinuierlich während einer vollen Umdrehung des Drehtisches 6 ist, die geringe, kontinuierliche Präzession der Detektoren in bezug auf die Quelle 9 auf die Bestimmung der erwähnten Absorptions-(oder Durch-

lässigkeits-) Koeffizienten praktisch keinen Einfluß hat.

Unter Umständen brauchen nur die Kollimatoren 15i

bis 15_r an der zusätzlichen Verschiebung teilzunehmen, vorausgesetzt, daß jeder Kristall die Strahlung von seinem zugehörigen Kollimator in dessen verschiedenen Stellungen empfangen kann. Andererseits können die Fotovervielfacher und die Kristalle beide an der zusätzlichen Verschiebung teilnehmen. Es können auch andere Arten von Detektoren verwendet werden.

Bei einer Modifikation der Erfindung kann die Anzahl der pro Detektor abgeleiteten Absorptionswerte weiter dadurch erhöht werden, daß die Bank mit den Detektoren sich linear mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegt, beispielsweise so, daß die Bank mit den Kollimatoren und Kristallen die dem halben Detektorabstand entsprechende Weglänge während beispielsweise vier Umdrehungen des Drehtisches 6 durchläuft Hierdurch ist es möglich, für jede Winkellage des Strahlungsfeldes Ausgangssignale zu gewinnen, die sich weitgehend überlappenden Strahlen entsprechen, was spezielle Vorteile hat, die an dieser Stelle nicht beschrieben zu werden brauchen. In diesem Falle ist es darüberhinaus zweckmäßig, zwischen der Quelle 9 und dem Körper eine Lochblende vorzusehen. Die Blende wird linear synchron mit der linearen Bewegung der Kollimatoren und Kristalle bewegt und unterteilt das sektorförmige Strahlungsfeld 10 in diskrete Strahlenbündel 16» 16_n+/, die sich relativ zum Körper bewegen, wenn die Bank mit den Kollimatoren und Kristallen sich bewegt Hierdurch svird die Strahkmgsmenge, der der Körper ausgesetzt wird, vermindert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radiographisches Gerät mit einer Quelle zur Erzeugung durchdringender Strahlung, mit Mitteln zur Beschränkung der Strahlung auf ein ebenes Feld, das einen zu untersuchenden Körper durchläuft, mit Kollimatoren (15) zur Aufteilung des Strahlungsfeldes in zahlreiche, jeweils durch Abstände voneinander getrennte Strahlenbündel (16), mit zahlreichen, jeweils einem der Strahlenbündel (16) zugeordneten Detektoren (14,17,18) zur Erzeugung von der empfangenen Strahlung entsprechenden Ausgangssignalen, mit Mitteln (11, 12) zur Bewirkung einer kreisförmigen Umlaufbewegung der Quelle (9), der Detektoren (14,17,18) und der Kollimatoren (15) relativ zu dem Körper um eine senkrecht zum Strahlungsfeld verlaufende Umlaufachse, mit Mitteln (20), die aus einer Folge von Ausgangssignalen jedes Detektors Werte für die Absorption ableiten, die ein Strahlenbündel (16) bei aufeinanderfolgenden Orien aerungen innerhalb eines Bereiches der Urniäufbewegüng erfährt, und rr.it einer Verschiebe einrichtung (24,25,26) zur Erzeugung einer der Umlaufbewegung überlagerten Verschiebungsbewegung der Kollimatoren (15) quer zur Umlaufachse und zur Richtung der Strahlenbündel (16), d a durch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (24, 25, 26) über eine Synchronisationsvorrichtung (21) mit den Mitteln (11, 12) zur Bewirkung der Umlaufbewegung derart gekoppelt ist. daß jeweils nach einer Umlaufbewegung von 180° ( der 360" und ganzzahligen Vielfachen davon die Mittellinien de·· Strahlenbündel (16„, 16„-i) durch einsinnige Verschiebung während oder nach Abschluß der jeweiligen Umlaufbewegung in den Bereich der Abstände (22; zwischen den Strahlenbündeln gelangen und umgekehrt.

2. Radiographisches Gerät nach Anspruch 1, dessen Detektoren aus jeweils einem Szintillator und einem fotoelektrischen Wandler bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Szintillaloren (14, bis 14_r) an der Verschiebebewegung der Kollimatoren (15| bis 15_r) teilnehmen, nicht aber ^ie fotoelektrischen Wandler (18i bis 18_r).

3. Radiographisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Verschiebebewegung der Kollimatoren (15, bis 15,) und gegebenenfalls der Szintillatoren (14_t bis 14_r) so ausgebildet sind, daß die Verschiebung jeweils am Ende einer Umlaufbewegung von 180° oder 36O^e oder einem ganzzahligen Vielfachen davon in einem einzelnen Schritt erfolgt.

4. Radiographisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Verschiebung der Kollimatoren (15₍ bis 15r) und gegebenenfalls der Szintillatoren (14i bis 14-) so ausgelegt sind, daß die Verschiebung wahrend einer Umlaufbewegung von 180° oder 360° oder ganzzahligen Vielfachen davon allmählich erfolgt

5. Radiograph.i.sches Gerät nagh einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß «ach jeder Umlaüfbewegung von 180* oder 360° oder ganzzahligen Vielfachen davon die Mittellinien der Strahlenbündel (16„, 16_Λ+;) in die Lage der Mittellinien der Abstände (22) zwischen den Strahlenbündeln gelangen und timgekehrt.

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gerät zur Untersuchung einer dünnen ebenen Scheibe des menschlichen Körpers ist in der GB-PS 12 83 915 beschrieben. Bei einer Ausführungsform des bekannten Gerätes erzeugt eine Röntgenstrahlungsquelle einen Fächer von Strahlenbündel, die durch den Körper auf eine Vielzahl von Detektoren gerichtet werden, die der Quelle auf der anderen Seite des Körpers gegenüber liegen. Die Detektoren bestehen aus Szintillatoren und fotoelektrischen Wandlern. Der Quelle und den Detektoren werden Abtastbewegungen so mitgeteilt, daß das Strahlenbündel sukzessive im rechten Winkel zu seiner Längsrichtung eine Querbewegung ausführt und damit durch die zu untersuchende Scheibe in deren Ebene streicht Nach jeder Querbewegung werden die Quelle und die Detektoren um einen kleinen Winkel von beispielsweise 1° gedreht worauf die anschließende Querbewegung des Strahlenbündels in einer nunmehr geänderten Winkellage erfolgt Der Ausgang der Detektoren wird während jeder Querbewegung abgefragt, so da" aufeinanderfolgende Ausgangssignale gewonnen werden, die von der Durchlässigkeit des Strahlenbündels in aufeinanderfolgenden schmalen Wegen, die bei jedem Querverlauf parallel zueinander liegen, abhängen. Die Abfrage wird so durchgeführt daß d^:e während eines Querverlaufs abge.eiteten Signale von der Durchlässigkeit oder Absorption aller Elemente des Körpers in der ebenen Scheibe, die das Strahlenbündel bei dem jeweiligen Querverlauf überstreicht, abhängen. Aus den zahlreichen, so gewonnenen Gruppen von Ausgangssignalen, die Gruppen von parallelen Strahlbündelwegen entsprechen, die winkelmäßig unterschiedlich orientiert sind, wird eine Rekonstruktion der Verteilung der Absorption oder Durchlässigkeit der Elemente in der ebenen Scheibe erzeugt. Das oben erwähnte Abtastverfahren ist jedoch verhältnismäßig langsam, und zur Untersuchung von Teilen des Körpers, die sich aufgrund von Herzschlägen oder durch die \»mung bewegen, ist eine schnellere Abtasttechnik erforderlich.

Im Hinblick auf die Genauigkeit der Rekonstruktion wäre es erwünscht eine große Anzahl von Detektoren mit möglichst geringem Abstano so anzuordnen, daß die divergierenden Strahlenbündel, die die von der Quelle ausgesendete Strahlung bei einer gegebenen Umlaufposition um die Scheibe des Körpers bildet möglichst durchgehend sind.

In der Praxis ist dies jedoch nicht möglich. Um beispielsweise zu verhindern, daß die Detektoren Streustrahiung empfangen, (also Strahlung, die nicht entlang einem linearen Weg durch die Scheibe verläuft), muß jedem Detektor ein Kollimator zugeordnet werden, der verhindert, daß Streustrahlung auf den Detektor trifft. Diese Kollimatoren haben endliche Abmessungen, so daß dadurch zwischen den divergierenden Strahlenbündel Zwischenräume auftreten. Die Verwendung einer großen Anzahl von Detektoren führt zu weiteren Problemen, nämlich (a) zu erhöhten Kosten, (b) zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten und einer Drift der Empfindlichkeit zwischen den einzelnen Detektoren und (c) zu Schwierigkeiten bei der Unterbringung der Detektoren und ihres Zubehörs in dem verfügbaren begrenzten Raum.

Aus den genannten Gründen wäre es selbst für den Fall, daß die Kollimatoren keine Zwischenräume zwischen den Strahlenbündeln erzeugen würden, nicht möglich, die Detektoren so dicht nebeneinander