DE2439847A1

DE2439847A1 - Verfahren und vorrichtung zur untersuchung eines koerpers mit durchdringender strahlung

Info

Publication number: DE2439847A1
Application number: DE2439847A
Authority: DE
Inventors: Christopher Archibald Go Lemay
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-08-18
Filing date: 1974-08-17
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL174427B; FR2240710B1; JPS5635455B2; CA1048167A; US3973128A; DE2439847C3; JPS5493389A; NL7411077A; JPS5558444A; HK7978A; GB1478123A; FR2240710A1; MY7800139A; DE2439847B2; SU657731A3; NL174427C

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EIiI Limited . IOO/446

Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder Gammastrahlung, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Bereiches des Körpers mit mehreren koplanaren Gruppen von Strahlen, wobei jede Gruppe von Strahlen eine unterschiedliche Winkellage in bezug auf den Körper aufweist, und mit Detektormitteln zur Bestimmung der Absorption der Strahlen, wobei die Strahlenquelle· und die Detektormittel um eine gemeinsame Achse rotieren, die in und senkrecht zu dem Körperbereich liegt.

Das Yerfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zur Unterstützung bei der Herstellung von Radiographien; in beliebiger Art verwendet werden, beispielsweise bei " Herstellung eines Bildes auf einer Kathodenstrahlröhre öder einer anderen bilderzeugenden Vorrichtung, bei einer fotografie eines solchen Bildes, oder bei einem Plan von Absorp— tionskoeffizienten, der von einem Digitalrechner erzeugt werden kann, und auf dem anschließend Umrisse gezeichnet werden können.

Bei dem Verfahren und dem Gerät zur Untersuchung eines Körpers, das in der GB-PS 1 283 915 beschrieben ist, wird Strahlung durch einen Seil des Körpers von einer äußeren Quelle in Form eines dünnen Strahls geschickt. Den Strahlen wird eine

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Abtastbewegung erteilt, so daß sie nacheinander eine große Anzahl von verschiedenen lagen einnehmen, und ein Detektor dient zur Erzeugung eines Masses der Absorption des Strahles in jeder dieser Positionen, nachdem der Strahl den Körper passiert hat. Damit der Strahl diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, v/erden die Strahlungsquelle und der Detektor in einer Ebene hin und her bewegt und um eine zu dieser Ebene normale Achse gedreht» Die verschiedenen Positionen liegen somit in einer Ebene des Körpers, über der die "Verteilung des Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung durch die von dem Detektor gelieferten Strahlabsorptionsdaten durch Datenverarbeitung abgeleitet werden.,Die Datenverarbeitung erfolgt so, daß die schließlich angezeigte Verteilung der Absorption das Ergebnis von aufeinanderfolgenden Annäherungen ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung, die in der erwähnten britischen Patentschrift beschrieben ist, hat sich zur Erzeugung von Querschnittsdarstellungen des Körpers, beispielsweise des Kopfes als erfolgreich erwiesen· In der älteren deutschen Patentanmeldung P 24 20 500.3 ist ein weiteres Verfahren und ein Gerät beschrieben, bei dem das Verfahren der Datenerfassung das gleiche ist wie bei der erwähnten britischen Patentschrift, während die Verarbeitung der Daten flexibler ist und sich insofern von der britischen Patentschrift unterscheidet, als die Datenverarbeitung auf einer Konvolutionstechnik beruht.

Ein Vorteil bei Verwendung einer Konvolutionstechnik· zur Ableitung eines Bildes der Absorptionsverteilung der untersuchten Ebene besteht darin, daß im Gegensatz zu der iterativen Methode der Rekonstruktion, die in der britischen Patentschrift beschrieben ist, keine Notwendigkeit besteht, das

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gesamte Absorptionsschema in der untersuchten Ebene zu rekonstruieren, wenn nur ein üeilbereich dieser Ebene von Interesse ist, so daß auf wirtschaftliche Weise nur der interessierende Bereich rekonstruiert zu werden braucht. Die Möglichkeit der Rekonstruktion des Absorptionssehemas über einen interessierenden begrenzteüBareich ist insbesondere von Torteil bei der Untersuchung von Körperteilen, die einen großen Querschnitts-*· bereich aufweisen, wie beispielsweise der Rumpf des menschlichen Körpers.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch unerwünscht, daß für den EaIl, daß der Bereich, in dein eine ge-' naue Untersuchung erforderlich ist, sich nicht mehr als über einen kleinen Bruchteil des gesamten Querschnittsbereiches erstreckt, das Gerät so arbeitet, daß es den gesamten Querschnittsbereich in Einzelheiten auflöst. Dies ist jedoch bei der in der erwähnten älteren DS-Anmeldung erwähnten !Technik der Pail.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die von den einzelnen Strahlen erzeugte Informationsmenge eine Punktion der Strahlenposition in der Gruppe ist, die von der Gleichmäßigkeit wenigstens teilweise abweicht, und daß ferner Mittel zur Ableitung einer Rekonstruktion der AbsorptionsVerteilung der Strahlung in einem Eeil des Körpers aus den ermittelten Absorptionsdaten der Gruppen vorgesehen sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Yer-

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fahren zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder Gammastrahlung durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

Bestrahlung eines Bereiches des Körpers mit mehreren koplanaren Gruppen von parallelen Strahlen, von denen jede Gruppe eine unterschiedliche Winkellage in "bezug auf den Körper aufweist; ' Bestimmung der Absorption der Strahlen; Drehung der Strahlenquelle und eines die Absorption bestimmenden Detektors um eine gemeinsame Achse, die in und senkrecht zu dem Körperbereich liegt;

Veranlassung daß die von den einzelnen Strahlen erzeugte Informationsmenge eine Punktion der Strahlenposition in der Gruppe ist, die von der Gleichmäßigkeit wenigstens teilweise abwe ic ht;

Ableitung einer Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in einem Ieil des Körpers aus den ermittelten Absorptionsdaten der Gruppen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Pig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gerätes ;

Pig. 2 das Gerät in Vorderansicht;

Pig. 3 und 4 !eile des Gerätes in Verbindung mit der Verwendung eines flüssigen Mediums, das den Körper des Patienten in der "Nachbarschaft des untersuchten Bereiches umgibt;

Pig. 5 und 6 Detektormittel zur Peststellung der

Strahlung nach Durchtritt durch den Körper des Patienten;

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Fig. 7 ein Diagramm, das sich auf die Verteilung der zahlreichen Bestrahlungs-Peststellungsvorrichtungen bezieht, die "bei den in 'Fig, 5 und 6 beschriebenen Detektormitteln verwendet werden;

ein Blockschaltbild des gesamten Gerätes einschl. der leile, die zur Verarbeitung der Absorptionsdaten dienen;

Pig. 9 ein Merkmal des Gerätes und

Pig. 10 ein Blockschaltbild zur Ableitung der Absorptionsdaten in geeigneter Porm für die Datenverarbeitung.

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Iq Pig. 1 liegt ein Patient 1 auf einer aus zwei !Teilen 2 und 3 bestehenden Unterlage, und sein Körper wird einer Untersuchung durch die mit der gestrichelten Line, A angedeutete Röntgenstrahlung unterworfen. Diese Strahlung wird von einer Quelle 5 erzeugt und bildet einen Fächer, der sich in einer zur Papierebene senkrechten Ebene ausbreitet. Es sei bemerkt, daß die Unterlage für den Patienten so lang ist, daß jeder gewünschte Querschnitt des Körpers eines Patienten in die Ebene der Röntgenbestrahlung gebracht werden kann.

Im Bereich der untersuchenden Strahlung ist der Körper des Patienten von einem flüssigen Medium umgeben, das aus Wasser bestehen kann, und das einen Absorptions-Koeffizienten für die Strahlung hat, der sehr ähnlich dem Absorptions-Koeffizienten des Körpergewebes ist. Die Flüssigkeit 6 befindet sich in einer Umhüllung oder einem Beutel 7. Die Umhüllung 7 befindet sich in einem ringförmigen Körper 8 aus Metall, beispielsweise aus Duraluminium.

Der ringförmige Körper 8 wird von in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln festgehalten, und ein wesentliches Merkmal dieser Mittel besteht darin, daß sie eine Yerschiebung des ringförmigen Körpers 8 zusammen mit dem Patienten in Achsrichtung des Ringes zulassen und darüberhinaus auch eine Verschiebung dieses Körpers in der Ebene der untersuchenden Strahlung in jeder Richtung ermöglichen. Somit kann ein bestimmter Querschnitt des Körpers eines Patienten für die Untersuchung durch Iiängsverschiebung des Ringkörpers 8 und des Patienten ausgewählt werden.Dis in Sichtung senkrecht zur Achse des Ringes mögliche Yerschiebung erlaubt die Untersuchung eines örtlichen Bereiches des ausgewählten Querschnittes in Einzelheiten, was nachfolgend näher erläutert wird.

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Bei Verschiebung des Ringkörpers 8 im rechten Winkel zur Achse der längsverschiebung wird durch geeignete Mittel dafür gesorgt, daß die Teile 2 und 3 der Auflage für den Patienten eine ähnliche Verschiebung erfahren, und eine unterstützung 9 ermöglicht dies für den Teil 2 durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel· Der Teil 3 ist an seinem vom Ringkörper 8 entfernten Ende auf einer oder mehreren Rollen 10 gelagert. Die Rollen 10 sitzen auf einem Achskörper 11, um dessen Achse die Umlaufbewegung der Röntgenstrahlenquelle 5 erfolgt, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Auflage des Teils 3 auf der Rolle 10 erlaubt die Verschiebung des Teils 3 gemeinsam mit dem Ringkörper 8, wenn der örtliche Untersuchungsbereich ausgewählt wird. Der Teil 3 ist an seinem von der Rolle 10 abgekehrten Ende bei 12 an den Haltemitteln für den Ringkörper angelenkt, so daß eine vertikale Verlagerung des Ringkörpers 8 für die Auswahl des örtlichen Bereiches möglich ist.

Wenn sich der Körper des Patienten in dem Gerät befindet, wird er von einem zylindrischen Rahmen 13 umgeben, dessen Achse mit der Achse des Achskörpers 11 übereinstimmt. Der Rahmen ist an seinem dem Achskörper benachbarten Ende geschlossen und über ein lager 14 auf dem Achskörper 11 gelagert. Am anderen Ende ist der Rahmen 13 offen, so daß der Patient eingeführt werden kann, und an diesem Ende ruht er. auf Rollen 15, die geeignete ortsfeste lager haben. Die RoIrlen 15 sind so angeordnet, daß der Rahmen 13 frei um seine Achse rotieren kann, die zugleich die Achse ist, um die die Umlaufbewegung der Röntgenstrahlenquelle 5 stattfindet. Die Quelle 5 ist am Rahmen 13 über eine Halterung 16 befestigt. Unmittelbar gegenüber der Quelle 5 ist mittels einer Halterung 17 am Rahmen 13 ein Detektor 18 angebracht, der die Strahlungs-Absorptionsdaten des Körpers des Patienten in der von der

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Quelle 5 überstrichenen Strahlungsebene empfängt.

Der Achskörper 11 sitzt in einem lager 19 und neben dem Lager 19 ist ein den Achskörper 11 umgebender Spulenkörper 20 vorgesehen. Her Spulenkörper 20 ist am Lager 19 befestigt und auf ihn sind Drähte 21 und 22 aufgewickelt, über die die Absorptionsdaten von den Detektormitteln 18 zur Yerarbeitungseinheit und die Energieversorgung für die Röntgenstrahl ungsquelle 5 geleitet werden. Bei der Umlaufbewegung der Quelle und der Detektormittel wickeln sich die Drähte auf den Spulenkörper auf bzw. ab. Sie werden dem Spulenkörper über Führungen 23 und 24 im Rahmen 13 zugeführt. Der Rahmen kann eine oder mehrere Umlaufbewegungen durchführen, und die. Drähte wickeln sich entsprechend auf den Spulenkörper 20 auf oder von diesem ab. Die Drähte sind am Spulenkörper befestigt und verlaufen von dort zu ihren entsprechenden Anschlußeinheiten, nämlich zu der erwähnten Datenverarbeitungseinheit und zu einer Stromversorgungseinheit.

Pig. 2 zeigt eine Endansicht auf die in Pig. 1 dargestellte Vorrichtung, und die Elemente 5, 8, 13, 15, 16, 17 und 18.haben hier die gleiche Bedeutung wie in Pig. 1. In Pig. 2 ist der Ort der Umlaufachse 30 und der Umriß 31 des der Strahlung ausgesetzten Querschnitts des Körpers des Patienten dargestellt. Der in diesem Querschnitt liegende Kreis 32, dessen Mittelpunkt mit der Umlaufachse 30 zusammenfällt, bestimmt einen ausgewählten örtlichen Bereich, nämlich den in ihm enthaltenen Bereich, über den die Yerarbe itungseinhe it, die die von den Detektormitteln 18 abgeleiteten Absorptionsdaten verarbeitet, wirkt,um eine Information mit hoher Auflösung zu gewinnen, die der Absorptionsverteilung in dem untersuchten Querschnitt des Körpers

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de3 Patienten entspricht. Die Auswahl dieses örtlichen Bereiches wird - wie schon zuvor erwähnt wurde - durch einen geeigneten Versatz des Körpers des Patienten in einer Richtung senkrecht zur Umlaufachse des Gerätes bewirkt, wobei der Versatz gemäß Pig. 2 im wesentlichen seitlich erfolgt.

Pig. 2 zeigt von der Quelle 5 ausgehende Strahlen 33, 34, 35 und 36. Die Strahlen 33 und 34 verlaufen tangential zum Kreis 32 und schließen den ausgewählten örtlichen Bereich ein, während die Strahlen 35 und 36 an den Außenrändern des Strahlungsfächers der Quelle 5 liegen. Hierbei werden die zwischen den durch die Strahlen 33 und 34 gesetzten Grenzen liegenden Strahlen in schmale, zur Erzeugung der Absorptionsdaten dienende Strahlen unterteilt, während außerhalb dieser Grenzen die Strahlung in breitere Strahlen unterteilt wird. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Detektormittel sich über die gesamte Pächerbreite der Strahlung erstrecken, nämlich vom Strahl 35 am einen Ende bis zum Strahl 36 am anderen Ende.

In Pig. 3 ist der Ringkörper 8 und das flüssige Medium 6 zur Positionierung des Patienten in dem Gerät in bezug auf den Rahmen 13 gegenüber Pig. 1 in größeren Einzelheiten dargestellt. Gemäß Pig. 3 ist der Körper 8 an seinen Enden mit Planschen 40 versehen, um seine Steifigkeit zu erhöhen, und er ist bei 41 in zwei Hälften unterteilt, nämlich in eine untere Hälfte 8^ und in eine obere Hälfte 8₂ wobei die Hälften durch geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel, z.B. Stifte zusammengehalten werden. Das flüssige Medium 6, das wie zuvor erwähnt, aus Wasser bestehen kann, befindet sich innerhalb einer Umhüllung oder eines Beutels 42 entsprechend dem Beutel 7 in Pig. 1. Dieser Beutel 42 wird durch den zylindrischen Teil des Ringkörpers 8 zwischen den mit Planschen versehenen Enden lokalisiert. Der innerhalb des

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!Beutels und des Ringkörpers enthaltene Körper des Patienten nimmt zwangsläufig innerhalb des Rahmens 13 die versetzte Position ein,wenn zur Untersuchung bestimmter Einzelheiten der entsprechende Bereich ausgewählt wird.

In Pig. 4 ist die obere Hälfte 8₂ des Ringkörpers 8' entfernt und der Beutel 42 liegt unaufgewickelt auf der unteren Hälfte 8^ des Ringkörpers, die in bezug auf den Rahmen 13 nicht exzentrisch verlagert ist. Die dargestellte Anordnung entspricht etwa dem Zustand unmittelbar vor der Einführung des Patienten in das Gerät. Nach der Einführung wird der Beutel 42 um den für die Untersuchung benötigten Bereich des Patienten gewickelt, die obere Hälfte des Ringes 8 aufgesetzt und in ihrer Lage gesichert und der Beutel mit dem flüssigen Medium gefüllt, so daß das Medium den gesamten Raum zwischen dem Körper des Patienten und dem Ring ausfüllt. Der Patient wird dann zusammen mit dem Ring in Achsrichtung des Rahmens bewegt, bis der Untersuchungsbereich sich unter der Röntgenstrahlenquelle 5 befindet, und anschließend werden der Patient und der Ring senkrecht zur Achse des Rahmens 13, d.h. zur orbitalen Achse des Gerätes, verlagert, um den benötigten örtlichen Bereich auszuwählen. Es können mehrere solcher Ringkörper 8 mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet werden, wobei der jeweils dem Umfang des Patienten am besten angepaßte Körper verwendet wird, so daß eine minimale Absorption der Röntgenstrahlenphötonen im flüssigen Medium 6 auftritt.

Insbesondere bei einem extremen Yersatz des untersuchten Querschnittes in einer von der Umlaufachse des Gerätes fortweisenden Richtung neigen bestimmte Strahlen des Strahlungsfächers dazu, im Verlauf der orbitalen Bewegung des Gerätes starken Änderungen der Gesamtabsorption unterworfen zu werden. Um diese Wirkung abzuschwächen, sind absorbierende Mit-

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tel in Form von profilierten Blöcken 69 aus unter dem Handelsnamen "Perspex" bekannten Material vorgesehen (Pig. 8). Weitere Abwandlungen dieses Gerätes sind ebenfalls in der erwähnten älteren Patentanmeldung P 24 20 500.3 beschrieben.

Fig. 5 zeigt die Anordnung der in Verbindung mit Fig. 1 und 2 erwähnten Detektormittel 18. Diese Detektormittel dienen zur Erzeugung von Absorptionsdaten, die nach geeigneter Verarbeitung in der nachfolgend beschriebenen Weise die Möglichkeit geben, ein Abbild des Querschnitts des Körpers eines Patienten zu rekonstruieren, der durch die von einer Punktquelle ausgehende Strahlung untersucht wird. In Fig. 5 läuft der Ausgangspunkt X der Strahlung um die Achse 0 des Gerätes um. In dieser Figur ist durch eine gestrichelte Linie die äußere, den Mittelpunkt 0 aufweisende kreisförmige Begrenzung 13¹ dargestellt,in der der Körper des Patienten sich in irgendeiner möglichen Stellung befindet. Der Kreis 32 stellt die Begrenzung des Bereiches dar, in dem die Bildrekonstruktion mit hoher Auflösung bewirkt wird. Der Kreis 32 hat ebenfalls den Mittelpunkt 0, und alle Querschnittsbereiche des Körpers des Patienten, die mit hoher Auflösung rekonstruiert werden sollen, müssen notwendigerweise innerhalb des Kreises 32 liegen.

Schematisch sind mehrere Strahlen dargestellt, die von der Punktquelle X ausgehen und nach Passieren des Bereiches innerhalb der Begrenzung 13' auf zahlreiche strahlungsempfindliche Vorrichtungen 43 und 44 fallen. In der Darstellung verlaufen verhältnismäßig viele Strahlen von der Quelle X durch den vom Kreis 32 begrenzten Bereich, während die nicht durch den Kreis 32 verlaufenden und mehr an den Grenzen des Fächers liegenden Strahlen zahlenmäßig geringer sind und einen größeren Abstand aufweisen. In soweit zeigt diese Figur schematisch das zuvor erwähnte Prinzip, daß der

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ausgewählte Querschnittsbereich des Körpers des Patienten, von dem genaue Informationen benötigt werden, durch eng "benachbarte, schmale Strahlen untersucht wird, während Bereiche außerhalb dieses ausgewählten Bereiches durch verhältnismäßig breite Strahlen mit großem Abstand untersucht v/erden. Hierbei definieren die strahlungsempfindlichen Torrichtungen 43 und 44, auf die die Photonen der Strahlung auftreffen, jeweils einen Strahl.

Tor den strahlungseztpf indliehen Vorrichtungen sind Kollimatoren angeordnet, die die Aperturen der Vorrichtungen und die entsprechenden Strahlen definieren. Die strahlungsempfindlichen Vorrichtungen 43 haben Aperturen von verhältnismäßig geringer Breite aber sind mit großer Dichte angeordnet. Sie definieren zahlreiche, durch den ausgewählten Bereich in Kreis verlaufende Strahlen. Die restlichen strahlungsempfindlichen

Vorrichtungen 44 haben Aperturen mit verhältnismäßig großer Breite und definieren breitere Strahlen. Die Breite der verschiedenen, in der zuvor beschriebenen Weise definierten Strahlen wird nachfolgend in Einzelheiten erläutert.

Die äußeren Strahlen können auch eine beträchtlich geringere Intensität aufweisen, so daß als zusätzlicher Vorteil die auf den Patienten treffende Röntgenstrahlendosis vermindert wird. Hierdurch und durch die Rekonstruktion eines detaillierten Absorptionsscheinas in nur einem begrenzten Bereich wird die Dosis im Vergleich mit der Rekonstruktion des gesamten Querschnittsbereiches etwa im Verhältnis 4 : 1 vermindert.

Die strahlungsempfindlichen Vorrichtungen 43 und 44 bestehen aus sogenannten Scintillationskristallen, die jeweils bei Bestrahlung von der Quelle 5 Licht erzeugen, das auf ei-

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nen zugeordneten Fotovervielfacher auftrifft. Die entsprechenden Fotovervielfacher sind in Fig. 5 der Einfachheit halber nicht dargestellt, jedoch haben sie die Aufgabe, den Lichtausgang der entsprechenden Kristalle in elektrisch© Ströme umzuwandeln, die der Verarbeitungsvorrichtung für die Bildrekonstruktion zugeführt werden. Die Sc intillationskr istalle können aus Hatriumjodit bes'tehen, das üblicherweise für Scintillationszwecke verwendet wird.

Die jeweils den Scintillationskristallen der Detektormittel zugeordneten Fotovervielfacher sind verbaltnismässig massig, und es ergibt sich dadurch das Problem, sie bequem im Gerät unterzubringen.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit, wie die Fotovervielfacher angeordnet werden können»

Bei dieser Figur ist angenommen, daß die Strahlungsquelle rechts liegt, wobei die -Strahlen-101,-102, 103, ... als repräsentativ für die verhältnismäßig schmalen, in Fig. auf die Scintillationskristalle 43 fallenden Strahlen angesehen werden. Der Strahl 101 kann als ein äußerer Strahl der Strahlengruppe betrachtet werden. Der auf ihm markierte Ort 111 ist als der Ort des Scintillationskristails anzusehen, auf den der Strahl auftrifft. Zentriert auf diesen Ort 111 ist der Fotovervielfacher 11t¹., der durch die Scintillation des Kristalls bei 111 erregt wird. Der Fotovervielfacher 111* ist mit voll ausgezogener Linie dargestellt, und hierdurch soll angezeigt werden, daß der Fotovervielfacher auf einer bestimmten Seite der Ebene der untersuchenden Strahlen liegt. Der benachbarte Strahl 102 fällt auf einen entsprechenden Scintillationskristall, der am Ort 112 angeordnet ist und einen Fotovervielfacher 112' erregt. Dieser Fotovervielfacher ist in gestrichelten linien dargestellt, um anzuzeigen, daß

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er auf der anderen Seite der Ebene der untersuchenden Strahlen wie der Fotovervielfacher 11* liegt. Der Strahl 103 fällt auf einen Seintillationskriställ am Ort 113, um den Fotovervielfacher 113* zu erregen. Dieser Potovervielfacher liegt auf derselben Seite der untersuchenden Strahlen wie 111». Der Strahl 104 fällt auf einen Scintillationskristall am Ort 114, wodurch der Fotovervielfacher 114¹ erregt wird. Dieser Fotovervielfacher ist auf der Seite der Strahlen angeordnet, die vom Fotovervielfacher 111' und 113' abgekehrt ist· Das Schema dieser Anordnung setzt sich in gleicher Weise für die Strahlen 105, 106, 107, 108 fort, aber beim Strahl 109 ist der Scintillationskristall in gleicher ¥eise wie der Scintillationskristall beim Strahl 101 angeordnet. In soweit wiederholt sich der Zyklus der Anordnung der Fotovervielfacher, und diese Wiederholung setzt sich fort, bis alle die schmalen Strahlen darstellenden Strahlen berücksichtigt sind.

Fig. 7 zeigt die Verteilung von relativ schmalen und relativ breiten Strahlen über dem von der Quelle 5 ausgesendeten Strahlungsfächer. Dabei ist zu beachten, daß die verschiedenen Strahlen verhältnismäßig divergent sind, aber wie nachfolgend noch näher erläutert wird, werden die Daten in Gruppen aufgestellt, die der Absorption entspricht, die paral-Ie Strahlen erleiden, und die Datenverarbeitung erfolgt auf der Basis von parallelen Strahlengruppen. Aus diesem Grunde ist in Fig. 7 die Anordnung der Strahlen auch so dargestellt, als seien sie tatsächlich parallel. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes veranschaulicht die Fig. 7 den Durchgang einer Gruppe paralleler Strahlen durch den Bereich innerhalb eines Umkreises 13^!, in dem der Querschnitt des Patienten liegen muß.

Wie in Fig. 5 bezeichnet der Punkt 0 den Ort der Achse der orbitalen Drehung und 32 den Kreis, innerhalb von welchem

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die Bildrekonstruktion eines ausgewählten Bereiches des Querschnitts des Körpers in Einzelheiten erfolgen soll. Konzentrisch zum Kreis 32 und innerhalb dieses Kreises befindet sich ein Kreis 45» und innerhalb dieses Kreises besitzt die Bildrekonstruktion ein besonderes Maß an Genauigkeit unabhängig davon, ob absorbierendes Material außerhalb der Grenzen des Kreises 32 vorhanden ist.

Die Linie 46 stellt eine Begrenzung dar, die tangential zum Kreis 45 verläuft, und in gleicher Weise die Linie 46' eine zum Kreis 45 tangentiale Begrenzung auf der gegenüberliegenden Seite. Zwischen den Begrenzungen 46 und.46¹ befinden sich insgesamt achtzig parallele Strahlen, die jeweils bei diesem Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung eine mittlere Breite von 1 mm besitzen. Die zur Begrenzung 46 parallele Begrenzung 47 verläuft tangential zum Kreis 32 auf derselben Seite des Punktes 0 wie die Begrenzung 46.' In gleicher Weise verläuft die zur Begrenzung 46' parallele Begrenzung 47' tangential zum Kreis 32 auf der der Begrenzung 47 gegenüberliegenden Seite. Zwischen den Begrenzungen 46 und 47 und zwischen den Begrenzungen 46' und 47' sind bei dem vorliegenden Beispiel insgesamt jeweils dreizehn parallele Strahlen mit einer mittleren Breite von 1 mm. vorhanden. Parallel zur Begrenzung 47 ist auf derselben Seite der Umlaufachse 0 eine Begrenzung 48 dargestellt und auf der anderen Seite der Achse befindet sich in gleicher Beziehung zur Begrenzung 47' die Begrenzung 48% Zwischen diesen beiden Paaren von Begrenzungen befindet sich jeweils ein einzelner Strahl mit einer mittleren Breite von 3 mm. Ferner liegt parallel zur Begrenzung 48 auf derselben Seite der Achse 0 eine Begrenzung 49» während eine Begrenzung 49' auf der anderen Seite der Achse in gleicher Beziehung zur Begrenzung 48? angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Paaren von Begrenzungen befindet sich jeweils

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ein Strahl mit einer mittleren Breite von 10 mm. Schließlich berührt die zur Begrenzung 49 parallele äußere Begrenzung gerade den Kreis 13' auf derselben Seite der Achse, während auf der anderen Seite die Begrenzung 50' in gleicher Beziehung zur Begrenzung 49' angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Paaren von Begrenzungen befindet sich ein Strahl mit einer mittleren Breite von 55 mm· Bei den in Verbindung mit Pig. als parallel bezeichneten Strahlen soll unter der Parallelität die Parallelität der Strahlen untereinander verstanden werden und nicht, daß geder Strahl selbst ein genau paralleler Strahl ist. Die zuvor erwähnte Breite der Strahlen ist die von den Kollimatoren bestimmte Breite gemessen entlang einer Linie, die senkrecht zu einem durch den Punkt O verlaufenden mittleren Strahl liegt. Die Mittellinien von benachbarten schmalen Strahlen in der mittleren Zone sind ferner 2 mm voneinander entfernt, und die Zwischenräume zwischen ihnen v/erden durch andere Strahlen ausgefüllt, was nachfolgend noch erläutert wird. Tatsächlich ist die wirksame Strahlenbreite größer als 1 mm, v/eil eine Spreizung durch das Vorhandensein einer "Abtast-Apertur" verursacht wird.

Es sei hervorgehoben, daß andere Verteilungen von schmalen und breiten Strahlen verwendet werden können. Ferner kann jeder breite Strahl durch einen einzelnen schmalen Strahl ersetzt werden. In diesem Falle würde die durch einen solchen schmalen Strahl gemessene Absorption als Absorptionswert für die einzelnen Strahlen dienen, die sonst den Bereich des breiten Strahls bedeckt haben würden. Eine solche Anordnung würde ebenfalls zu der oben erwähnten Verminderung der Röntgenstrahlen intensität führen.

Pig. S zeigt schematisch die allgemeine Anordnung des gesamten Gerätes, von dem der Abtastteil in Fig. 1-4 dargestellt ist.

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Auch in dieser Figur "bedeuten wiederum: der Punkt X den Emissionspunkt der Röntgenstrahlung von der Quelle 5, der Punkt 0 den Ort der Umlaufachse, der Kreis 32 den Bereich hoher Auflösung, der Bereich 13* den Bereich, innerhalb von dem der interessierende Querschnitt angeordnet werden muß, 18 Detektormittel zur Erzeugung von Absorptionsdaten für die Verarbeitung und 69 die bereits erwähnten aber in den beschriebenen Figuren nicht dargestellten Absorptionsmittel.

Der Block 51 stellt einen Speicher und Hilfskoiaponenten zum Empfang und zur Speicherung der Absorptionsdaten dar, die von den Detektormitteln 18 im Verlauf der orbitalen Bewegung des Gerätes erzeugt x\rerden. Der Block 51 enthält entsprechende Verstärker 56 für die Ausgangsströme von den verschiedenen Fotovervielfachern der Detektormittel 18, die der Einheit 51 zugeführt werden. Die Verstärkung ist individuell so eingestellt, daß die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Scintillationskristalle der Detektormittel 18 kompensiert sind. Die Ausgangeströme der einzelnen Verstärker werden in Miller-Integratorschaltungen 57 integriert, und die Ausgänge dieser Schaltungen werden jeweils vor der Speicherung durch Umsetzer 58 von analoger in digitale Form umgesetzt. Gregebenenfalls können die Verstärkungen der Verstäräang gemeinsam gesteuert werden, um etwaige Schwankungen der Emissions intensität der Röntgenstrahlungsquelle zu kompensieren.

Es ist erwünscht, daß die endgültige Bildrekonstruktion die Verteilung des Absorptionskoeffizienten über dem Bereich des untersuchten Querschnitts darstellt· Dieser Absorptionskoeffizient ist die Absorption pro Längeneinheit in der unmittelbaren Nachbarschaft eines gegebenen Punktes, die ein durch diesen Punkt laufender Strahl erfährt. Um das

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erforderliche Ergebnis zu erzielen, müssen die yon den Detektormitteln 18 abgeleiteten Ausgangssignale in ihre logarithmische Form umgesetzt werden. Hierfür enthält die Einheit 51 einen logarithmischen Umsetzer 59, der die bekannten · logarithmischen lachschlagetabellen umfaßt. Jedes vom Integrator kommende und in digitalen Code umgesetzte Signal wird somit durch den Umsetzer 59 in seinen Logarithmus umgesetzt und dann in den Speicher 61 als Logarithmus in digitalem Code eingegeben. Die Adresse im Speicher wird durch einen Adressenwähler 60 ausgewählt.

!fach Beendigung der logarithmischen Speicherung in der Einheit 51 werden Daten aus dem Speicher durch die Verarbeitungseinheit 52 abgerufen. Beschaffenheit und Wirkungsweise dieser Einheit ist vollständig in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschrieben. Die darin erläuterte Technik für die Verarbeitung durch die Einheit 52 kann als Erzeugung eines korrigierten Schicbtdiagramms angesehen werden. Die Einheit ruft Daten vom Speicher 61 in parallelen Gruppen wie zuvor erwähnt mittels des Adressenwäblers 62 ab und verarbeitet diese Gruppen gleichzeitig, wobei jede Gruppe gliedweise in einem Datenverarbeiter 63 verarbeitet wird. Da die Verarbeitung jeder Gruppe stattfindet, werden die verarbeiteten Daten gliedweise in einem Speicher 64 für verarbeitete Daten in einer Einheit 53 gespeichert, wobei der Speicher verschiedene Abschnitte hat, die jeweils zur Annahme der von einer entsprechenden Gruppe abgeleiteten Daten dienen·

Die Einheit 54 zur Aufnahme der gespeicherten Daten von der Einheit 53 enthält einen sogenannten Ausgangsmatrizspeicher 65, in dem die Daten nach vollständiger Verarbeitung in einer Form gespeichert werden, die unmittelbar die Verteilung der Absorptionskoeffizienten über dem untersuchten Querschnitt aber eich darstellen. Die Adressen des Speichers ent—

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sprechen den !'laschen eines "beispielsweise cartesiscben Netzwerkes, wobei jede Masche unmittelbar einen "bestimmten elementaren Bereich des untersuchten Querschnittes darstellt und alle Maschen zusammen ohne Diskontinuietat angeordnet sind, so daß sie den gesamten, zumindest aber den interessierenden Bereich des untersuchten Querschnittes erfassen. An der Adresse jeder Masche ist schließlich ein Signal gespeichert, das entsprechend dem durch das Gerät zugelassenen Grad an Genauigkeit den Absorptionskoeffizienten des Körpermaterials darstellt, das in diesem elementaren Bereich der jeweiligen Masche liegt. Wenn die Speicherung für alle Maschen vollständig ist, kann das Bild beispielsweise durch eine Kathodenstrahlröhre oder durch eine Druckvorrichtung dargestellt werden und zusätzlich oder als Alternative auf einem Magnetband gespeichert werden. Bei jeder dieser Möglichkeiten oder einer Kombination davon bewirkt die Einheit 55 bestimmungsgemäß den Abruf von Daten aus dem Netzwerkspeicher 65 und deren Verwendung für die gewählte Form der Darstellung.

Da bei der Bildrekonstruktion ein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist, wird in der Einheit 54 eine Interpolation durch einen Interpolator 66 durchgeführt, von dem die in den jeweiligen Speichern 64 der Einheit 53 gespeicherten verarbeiteten Daten dem Ausgangsmatrixspeicher 65 zugeführt werden. Die Interpolation wird durch Zusammenwirkung zwischen einem Adressenwähler 67 und einem Strahlenweg-Datenspeicher 68 bewirkt, was in der erwähnten älteren Anmeldung beschrieben ist.

Bei dem beschriebenen Gerät sind die schmalen, 1 mm breiten Strahlen 2/15 eines Grades voneinander getrennt, und Ausgangssignale werden von den Detektoren nach jeder Winkelverschiebung der Quelle 5 um 2/15 Grad um den.Mittelpunkt

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abgeleitet. Bach jeder Drehung um eine Stufe dieser Größe nimmt jeder schmale Strahl eine lage ein, die parallel zu der lage ist, die einer seiner "benachbarten Strahlen vor der Drehung um diese Stufe eingenommen hat.

Es ist daher durch geeignete zeitliche Wahl möglich, Strablabsorptions-Datensignale für Gruppen von parallelen Strahlen zusammenzustellen. Eine Auswahl dieser Art könnte Signale erzeugen, die parallelen Gruppen von Strahlen entsprechen, die winkelmäßig um 2/5 eines Grades voneinander getrennt sind. Die bei dem beschriebenen Beispiel verwendete Datenverarbeitung ist jedoch so ausgerichtet, daß die Gruppen voneinander um 2/3 eines Grades getrennt sind. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.

Das Signalverarbeitungssystem, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedient sich des Konvolutionsverfahrens, das in verschiedenen Formen in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschrieben ist. Diese Sechnik besteht im wesentlichen darin, die untersuchenden Strahlen in Gruppen anzuordnen, die auf Zonen bezogen sind, welche konzentrisch zu einem Punkt liegen, für den ein Absorptionswert berechnet werden soll. Diese Gruppen werden so gewählt, daß eine erste Gruppe durch alle solche Zonen verläuft, eine zweite Gruppe durch alle Zonen mit Ausnahme der mittleren Zone, eine dritte Gruppe durch alle Zonen mit Ausnahme der beiden inneren Zonen verläuft usw. Die Absorptionen der Strahlen in jeder Gruppe werden dann für diese Gruppe zusammengezählt und mit entsprechenden Zonenfaktoren, die auch "1-Paktoren" genannt werden, multipliziert· Die Summe der zusammengezählten, so bewerteten Größen ist proportional zur Absorption des Materials in der untersuchten

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Ebene und bei dem gewählten Auswertungspunkt. Mehrere solcher 'vierte für eine geeignete Anzahl von Auswertungspunkten dienen dann zum Aufbau des gexvünschten Abbildes.

In der erwähnten älteren Anmeldung wurde nur der Pail betrachtet, daß zur Erzeugung einer brauchbaren Bildrekonstruktion aus den bei der Verarbeitung gewonnenen Strahlabsorptionsdaten nur Strahlen von jeweils gleicher Breite verwendet wurden· Die angegebene iDechnik kann bei den schmalen Strahlen, die anhand der Pig. 9 beschrieben werden, angewendet werden.

Die erwähnten breiteren Strahlen dienen dazu, kleine endgültige Korrekturen hinzuzufügen, und auf sie brauchen keine Terfahren großer Genauigkeit angewendet zu werden. Ein Ver-· fahren zu ihrer Behandlung besteht darin, daß jeder als eine Gruppe von aneinander angrenzenden dünnen Strahlen behandelt wird, wobei die Absorption des breiten Strahls gleichmäßig auf die angenommenen dünnen Strahlen verteilt wird. Stattdessen kann in der zuvor erwähnten Weise auch ein einzelner dünner Strahl zur Gewinnung eines Absorptionswertes verwendet werden, der jedem der angenommenen Strahlen zugeordnet wird. Dieser einzelne dünne Strahl kann vorzugsweise in der Mitte des äquivalenten breiten Strahls angeordnet werden. Die Gruppe der !-Faktoren für die dünnen Strahlen wird dann auf die angenommenen dünnen Strahlen erstreckt. Wenn die Multiplikation der Absorptionswerte mit den 1-Paktoren sehr rasch durchgeh führt werden kann, beispielsweise mit einer speziellen Schaltung, die in der erwähnten älteren Anmeldung beschrieben ist, dann sollte dieses Verfahren angewendet werden. Andererseits kann mit langsameren Verfahren der Rechnung -Verarbeitungszeit eingespart werden, indem bestimmte L-Iaktoren breiten Zonen zugeordnet werden, die breiten Strahlen entsprechen· *"

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Ein bestimmter Fall tritt bei dieser Technik dann ein, wenn der Punkt im Querschnitt, bei dem die Absorption abgeschätzt v/erden soll, auf der Umlaufachse liegt· In diesem Fall erstrecken sich entsprechend Pig. 7 die der dünnen Strahlbreite entsprechenden ringförmigen Zonen vom Punkt 0 bis zum Kreis 32. Die nächste Zone hat eine Breite, die gleich dem Abstand zwischen den Begrenzungen 47 und 48 ist. Die nächste Zone hat eine Breite, die dem Abstand zwischen den Begrenzungen 48 und 49 entspricht und schließlich folgt eine Zone, deren Breite gleich dem Abstand der Begrenzung 50 von der Begrenzung 49 ist.

Betrachtet man zunächst die innere breite Zone, so kann diese als drei um den Punkt 0 konzentrische Zonen angesehen werden, die sich innerhalb des Kreises 32 befinden. In diesem angenommenen Sinne wird die Folge der L-Faktoren der dünnen Strahlen entsprechend ausgedehnt. Dann wird jedoch anstelle der unmittelbaren Verwendung dieser Faktoren ihr Durchschnittswert zur Multiplikation der inneren Absorption des breiten Strahls verwendet und dient somit als Ii-Faktor für die erste breite Zone.

In der gleichen Weise wird auch ein L-3?aktor der nächsten breiten Zone zugeordnet, und in gleicher Weise wird auch ein entsprechender L-Faktor für die breite Zone am Ende bestimmt. Ein Beispiel für einen typischen Wert des L-Faktors für die erste breite Zone ist 0,001, während der L-Faktor für die nächste Zone 0,0006 und für die letzte Zone 0,0005 i3t. Weil das Maß der von dem breiten Strahl bewirkten Korrektur klein ist, brauchen nur die !-Faktoren für die breiten Strahlen nicht mit großer Präzision bestimmt zu werden. Wenn man ferner nur wenige breite Strahlen in Betracht zieht, ist es nicht schwierig, Werte für die L-Faktoren für breite

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Zonen ggflls. durch "Versuchs- und Pehlerverfahren zu finden.

Die Situation ist im allgemeinen nicht so einfach wie in dem gerade "betrachteten Pail, wenn nämlich der Abschätzungspunkt nicht auf der TJmlaufachse liegt. Das "Verfahren, das auch dann noch eine "brauchbare Zeiteinsparung bei der Verarbeitung erlaubt, kann sehr einfach durch Annahme der äquivalenten I-Paktor-Hultiplikation erklärt werden, die zweckmäßigerweise in der Praxis angewendet wird und die nachfolgend näher erläutert wird. Es wurde bereits erklärt, daß die L-Paktor-Multiplikation ein "Verfahren darstellt, bei dem die Absorptionen in Zonen summiert und die Absorptionssummen jeweils mit dem entsprechenden 1-Paktor multipliziert werden, worauf alle s-o bewerteten Summen dann addiert werden. Es ist ein äquivalentes "Verfahren, die L-* Paktorgruppen nicht auf der oben erwähnten zonalen Basis auszumultiplizieren, sondern jeweils zur Zeit eine ,parallele Gruppe von Absorptionsdaten zu nehmen, um die 1-Paktorgruppen mit den Absorptionswerten der Gruppe in einer sonst identischen Weise auszumultiplizieren. Es ist dann notwendig, die MuItiplikationsprodukte in Zwischenspeichern zu speichern. Im Augenblick genügt jedoch die Betrachtung, daß beim Vorgehen mit einer parallelen. Gruppe lineare Intervalle vorhanden sind, die den zonalen Intervallen entsprechen und gleich den Zonenbreiten sind, wobei die L—Faktoren nun in bezug auf die linearen Intervalle und nicht in bezug auf die Zonen verteilt sind. Mit der Einführung von L-Paktoren für breite Strahlen werden diese Paktoren den Breitstrahl inter-* vallen zugeordnet, so wie die Ii-Paktoren für die schmalen Strahlen den Intervallen für die schmalen Strahlen zugeordnet werden.

Es ist ersichtlich, daß es bei der Multiplikation nit einer parallelen Gruppe geschehen kann, daß eine Gruppe von

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Intervallen schmaler Strahlen vollkommen auf einem breiten Strahl liegt. In diesem Falle wird der Absorptionswert des breiten Strahls in eine Folge von angenommenen Absorptionsdaten für feine Strahlen aufgelöst» deren Wert insgesamt gleich dem ¥ert des breiten Strahls ist. ¥enn die Gruppe von feinen Strahlen nur teilweise auf dem breiten Strahl liegt, dann wird der breite Strahl nur hinsichtlich dieses !Teils in bezug auf die Gruppe schmaler Strahlen für die Multiplikation der feinen Strahlen aufgelöst, wobei ein Rest und ein benachbarter angenommener breiter Strahl übrigbleibt. Der Absorptionswert, der diesem angenommenen breiten Strahl zugeordnet werden soll, wird dementsprechend bei der I-Faktor-Multiplikation für den breiten Strahl verwendet. Beispielsweise kann der Strahlabsorptionswert einem anderen, von einem benachbarten breiten Strahl abgeleiteten konstruierten Wert hinzugefügt werden, wobei der Summenwert durch einen entsprechenden !-Faktor für einen breiten Strahl multipliziert wird. Wenn ein Intervall für einen breiten Strahl über schmale Strahlen fällt, werden die Daten der feinen Strahlen summiert um eine Absorption zu konstruieren, die einem angenommenen breiten Strahl mit der Breite des Intervalls entspricht, und diese Absorption wird dann mit dem L-Faktor für das Intervall multipliziert. Auf diese Weise kann die Absorption in bezug auf jeden Punkt des untersuchten Querschnittes abgeschätzt werden, und zwar mit einer Zeitersparnis für die Verarbeitung im Vergleich zur Verarbeitung von nur dünnen Strahlen.

Unabhängig davon, ob bei der Datenverarbeitung von Ii-Faktoren für breite Strahlen Gebrauch gemacht wird oder nicht, kann festgestellt werden, daß die Verwendung von breiten Strahlen deswegen besonders vorteilhaft ist, weil sie zu einer Einsparung der Zahl der Scintillationskristalle und der entsprechenden Fotovervielfacher führt.

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Hinsichtlich des in Pig· 7 dargestellten Strahlenscheinas sei "bemerkt, daß von den Strahlen nicht nur angenommen x-rarde, daß sie parallel sind, sondern daß sie auch eine gleichförmige Breite "besitzen. Bei dem in Pig. 1 und 2 dargestellten Gerät haben die durch die Detektoren bestimm-T-ten Strahlen jedoch nicht diese Eigenschaft, sondern sie sind auf der einen Seite des untersuchten Bereiches "breiter als auf der anderen. Die Wirkung dieser Abweichung wird jedoch "bei dem beschriebenen Gerät dadurch auf ein Minimum reduziert, daß die orbitale Bewegung nicht auf den theoretischen Bereich von 180 Grad beschränkt wird sondern sich bis zu 360 Grad fortsetzen kann, so daß sich für jede Strablanordnung bei den ersten 180 Grad der Abtastung eine zweite Anordnung ergibt, die mit Ausnahme der umgekehrten Richtung der Strahlung und damit des Sinnes der Abweichung identisch ist. Es wird dann der Durchschnitt der beiden Strahlabsorptionen verwendet, um Daten zu erzeugen, die einem Strahl von scheinbar gleichförmiger Breite entsprechen.

Die weitere Ausdehnung der orbitalen Bewegung dient ferner zur Verringerung der Zahl der Scintillationskristalle und der entsprechenden Fotovervielfacher, die in Verbindung mit der großen Zahl der schmalen Strahlen verwendet wird· Die Zahl der Paare von Kristallen und Potovervielfacbern wird halbiert, indem ein Spalt mit einer Strahlbreite zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar gelassen wird, und die demzufolge in der Gruppe der schmalen Strahlen vorhandenen Zwischenräume werden durch einen seitlichen Versatz der Röntgenstrahlungsquelle und der Detektormittel um das Maß eines schmalen Strahls ersetzt. Eine weitere orbitale Drehung um 360 Grad besorgt dann die fehlende Information· Dies zeigt Pig. 9, in der für die erste von zv/ei orbitalen Umläufen die Lage der Röntgenstrahlungsquelle 5 und der Kollimatoren 18 für die Scintillatoren dargestellt sind· Diese Pigur zeigt

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ferner in gestrichelten Linien die Position 5-. der Röntgenstrahlenquelle und die Position 8.. der Kollimatoren bei der zweiten orbitalen Drehung, und die gestrichelten linien zeigen den Versatz der Strahlen, die den Zwischenraum zwischen den durch voll ausgezogene Linien dargestellten Strahlen ausfüllen.

Diese !Technik kann jedoch entfallen, wenn dicht nebeneinander angeordnete Fotovervielfacher und Kristalle oder Mehrkanalvorrichtungen verwendet werden. Umgekehrt kann diese !Technik aber auch dahingehend ausgedehnt werden, daß das Weglassen weiterer Kristalle und Fotovervielfacher ausgeglichen wird. Beispielsweise kann ein Verfahren mit einer dreifachen Umdrehung verwendet werden. Wenn jedoch das Gerät zur Untersuchung von Bereichen des Körpers eines Patienten verwendet werden soll, in denen die Atmung des Patienten unerwünschte Körperbewegungen des untersuchten Querschnitts verursachen kann, wenn der Patient nicht zeitweilig den Atem anhält, sollte die Umlaufzeit kurz sein. Damit ist die Zahl der möglichen Umläufe stark begrenzt. Die in Fig. 9 dargestellte lechnik bildet einen Seil der '"" ' älteren Patentanmeldung. P 24 34 224.3.

lach Entscheidung über die Verwendung einer bestimmten Gruppe von L-Faktoren und unter der Annahme der in loga— rithnischer Form in der zuvor beschriebenen Weise gewonnenen Strahlabsorption und der Verfügbarkeit in Form paralleler Gruppen kann die von der Einheit 131 in Fig. 8 durchzuführende Verarbeitung mittels eines entsprechend programmiertenχ Rechners · oder den speziellen Schaltungen durchgeführt werden, die in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschrieben sind.

Wie zuvor in Verbindung mit den schmalen Strahlen erwähnt wurde, wird für den Winkel Intervall zwischen den ei—

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nen gleichmäßigen Atistand voneinander aufweisenden parallelen Datengruppen 2/3 Grad gewählt. Es sei angenommen, daß die Detektoren in Intervallen von 2/3 Grad um die orbitale Achse angeordnet sind. Es ist ersichtlich, daß sich dann die Ausgänge der aufeinanderfolgenden Detektoren auf eine parallele Gruppe beziehen, wenn diese jeweils nach aufeinanderfolgenden Bev/egungen von 2/3 Grad ausgewertet werden. Eine weitere parallele Gruppe kann vom ersten Detektor nach der ersten Bewegung von 2/3.Grad gestartet werden, wobei diese zweite Gruppe um 2/3 Grad zur ersten Gruppe geneigt ist usw. bis schließlich bei allen erforderlichen Winkeln Gruppen gewonnen worden sind. Bei den verhältnismäßig schmalen Strahlen, die bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden, sind vier Detektoren zwischen jedem Paar mit einem Winkelabstand von 2/3 Grad angeordnet, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß zwischen den Detektoren ein Winkelintervall von 2/15 Grad besteht. Es sei nun Pig. 10 betrachtet, die die Komponenten der Einheit 51 in Pig. 8 in näheren Einzelheiten darstellt. Ton den Detektoren 18 wird angenommen, daß sie in eine von fünf verschiedenen Kategorien fallen. Die Kategorie eins kann als Anfangsfolge von Detektoren betrachtet werden, zwischen der die anderen vier Detektoren angeordnet sind. Die Detektoren der Kategorie eins bilden somit die erste von aufeinanderfolgenden Gruppen mit fünf Detektoren. Die Detektoren der Kategorie zwei bilden die zweite Gruppe,, die Detektoren der Kategorie drei die dritte Gruppe usw. Die Ausgänge der Detektoren von unterschiedlichen Kategorien werden dann entsprechend ihrer Kategorie zu verschiedenen Zeiten aufgetastet. Detektoren der Kategorie zwei werden um eine Zeit !E später als die der Kategorie eins aufgetastet, während die Detektoren der Kategorie drei um eine. Zeit 2Ϊ später aufgetastet werden usw., wobei der Auftastzyklus die Zeit 5Ϊ umfaßt. Die-

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se Zeit ist gleich der Dauer der Abtastung der orbitalen Bewegung über 2/3 Grad. Man sieht, daß bei Verwendung der Daten von den Detektoren, die nun als Detektoren der Kategorie 1 eingestuft sind, parallele Gruppen von Daten mit einem Winkelintervall von 2/3 Grad konstruiert werden können. In jeder auf diese Weise konstruierten Gruppe entsprechen die Daten Strahlen, die voneinander durch Intervalle getrennt sind, deren Größe der Ausdehnung von vier dazwischen liegenden Strahlen mit dem Abstand von dünnen Strahlen entspricht. Daten, die den Orten der dazwischen liegenden Strahlen entsprechen, v/erden durch Auftastung der Ausgänge der Detektoren der Kategorien 2, 3, 4 und 5 abgeleitet, um volle Gruppen zu erzeugen.

- Im allgemeinen können Strahlen eines Fächers mit einem winkelmäßigen Abstand von ^- in η-Kategorien zusammengefaßt werden, um parallele Gruppen mit einem Winkelabstand noc zu erzeugen. Jede solche Gruppe hat die n-faehe Zahl von Strahlen, die mit gleichem Abstand bei einem Fächer mit Strahlen des Abstandes n<*s vorhanden sind. Bei dem oben beschriebenen Fall ist η gleich 1 und°<i beträgt 2/15 Grad. Daher ist nc< ebenfalls 2/15 Grad. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 10 ist η = 5 und η^c beträgt daher 2/3 Grad. Die Dauer der Auftastung beim Auftasten der Detektorausgänge ist jeweils so, daß sie dem Abstand dünner Strahlen entspricht, um unter Berücksichtigung des "Apertur-Effektes" die wirksame Verteilung der Strahlungsdichte über dem Strahl so auszudehnen, daß die gesamte wirksame Ausdehnung des Strahls doppelt so groß wie der Abstand der Strahlen einer schließlich abgeleiteten parallelen Gruppe ist. Die Auftastung wird dadurch bewirkt, daß die oben erwähnten Miller-Integratoren veranlaßt werden, die Integration zu gegebenen Zeiten zu beginnen und zu beenden und ihre integrierten Ausgänge abzulei-

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ten. Die Hiller-Integratoren v/erden somit für ihre bekannte Rolle als Analog-Speicher verwendet, in der sie-auftasten . und halten und anschließend zurückgestellt werden, um für eine weitere Auftastung wieder verfügbar zu sein. Die abgeleiteten parallelen Datengruppen v/erden in entsprechenden Speichern gespeichert, so daß sie unmittelbar für die Eonvolution verfügbar sind.

In Pig. 10 übertragen die von den Detektormitteln 18 ausgehenden Leiter 70 die die Absorptionsinformation für schmale Strahlen bildenden Ausgänge dieser Detektoren, wobei jedem Detektor ein Leiter zugeordnet ist. Die Leiter 70 sind entsprechend den Detektorkategorien 1, 2, 3, 4, 5 getrennt dargestellt. In dieser Klassifizierung verlaufen die Leiter in die Yerarbeitungs- und Speichereinheit 51.

Die Ausgänge der Detektoren für die breiten Strahlen entsprechen jeweils den angenommenen feinen Strahlen, in die man sich die breiten Strahlen aufgelöst, vorstellt. Beispielsweise wird ein breiter Strahl von 10 mm Breite als in zehn angenommene feine Strahlen aufgelöst betrachtet. Im Prinzip führt der Detektor, der die=Absorption feststellt, die der breite Strahl erleidet, Ausgänge zehn getrennten Kanälen für feine Strahlen zu, wobei jedem Kanal die Signale über einen getrennten Ausgangsleiter zugeführt werden. Da jedoch alle diese Signale gleich sein müssen,, weil kein Grund dafür besteht, den Detektorausgang anders als gleich anzusehen, speist in der Praxis jeder Breitstrahl-Detektor nur einen Ausgangsleiter und einen entsprechenden Kanal. Bei. dieser Betrachtungsweise wird die Arbeitsweise dieser Kanäle bei der weiteren Beschreibung des Gerätes in bezug auf die Ausgänge der Detektoren, die Informationen über die Absorption der dünnen Strahlen geben, klar. Der Einfachheit halber sind daher Detektorausgangsleiter, die sich auf die breiten Strahlen

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beziehen, in Pig. 10 nicht dargestellt, und aus dem gleichen Grunde ist nur ein typischer Kanal für einen dünnen Strahl in dieser Figur dargestellt. Dieser entspricht den Ausgangsleiter 70 des Detektors für einen dünnen Strahl.

Hach anfänglicher Verarbeitung werden die Daten auf die Abschnitte 1, 2, 3, ... u des Speichers 61 (Pig. 10) verteilt, dem entsprechend die von allen anderen Leitern abgeleiteten Daten zugeführt werden, so daß in jedem Speicher die Daten einer parallelen Gruppe gehalten werden, wobei für jede Gruppe ein Speicher verwendet wird.

Der in Pig. 10 mit 70g bezeichnete typische leiter führt dem Eingang des in seiner Verstärkung geregelten Verstärkers 56-rr Ströme zu. Die Verstärkung dieses Verstärkers ist, wie schon früher erwähnt wurde - einstellbar, so daß die relativen Empfindlichkeiten der verschiedenen Detektoren kompensiert- und auch die Schwankungen in der Emission von der Rontgenstrahlenquelle kompensiert werden können. Die Verstärkungsregelung kann auch ggflls. Mittel zur Kompensation einer Drift der relativen Empfindlichkeiten im Verlauf der Abtastung enthalten. Die Verstärkung der Verstärker 5β·£ wird von einer Verstärkungsregeleinheit 71 gesteuert.

Der Ausgang des Verstärkers 56.~ wird dem Analogspeicher 57g zugeführt, der, wie oben erwähnt, aus einem Miller-Integrator zum Auftasten und Halten besteht. Die Auftastung durch die Schaltungen 57_E erfolgt durch zeitliche Steuerung der Zeitgebereinheit 72, die auch die Zeit der Ausgabe und der Rückstellung dieser Schaltungen steuert. Die Ausgabe von der Schaltung 57-g- wird durch die Schaltung 58g. von analoger in digitale Porm umgesetzt und der Verteilerschaltung 60g zugeführt, die mit den verschiedenen Abschnitten 1, 2, 3, ... η des Speichers 61 in Verbindung steht· Pur den Pail, daß alle von den verschiedenen Detektoren abgelei~

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teten aufgetasteten Daten sich auf parallele Strahlen "beziehen - was tatsächlich nicht der Fall ist., da die Strahlen entsprechend dem Strahlungsfächer divergieren -würden alle Verteiler, für die 60g typisch ist, zu irgendeiner Zeit nur an einen Speicherabschnitt entsprechend einem bestimmten ¥inkel der umlaufenden Abtastung verteilen. Dieser Speicher würde dann zu dieser Zeit vollständig gefüllt, wobei der Einfachheit halber die beschriebenen Entwicklungen unbeachtet bleiben, die die Nicht-Parallelität der einzelnen Strahlen in Betracht ziehen, und durch die die Zahl der verwendeten Detektoren um den Paktor 2 reduziert werden kann. Diese Maßnahmen führen - wie oben erwähnt wurde- zu einer Abtastung über zwei Umdrehungen anstelle einer Abtastung von 180 Grad, wobei im Prinzip nur die letztere notwendigist. Jedoch wird kein Speicherabscbnitt bei einem einzelnen IHillverfahren gefüllt, selbst wenn die angenommenen Maßnahmen das Gerät auf eine einfache 180 Grad Abtastung reduzieren. lieber werden Beiträge zu einer gegebenen parallelen Gruppe über einen Bereich von Auftastzeiten in der erwähnten Weise von einem Bereich unterschiedlicher Detektoren gemacht. Bei. einem solchen zeitlichen Programm leisten die Verteilerschaltungen wie z.B. 60g unter der Steuerung der Einheit 72 einen Beitrag zur · Speicherung der parallelen Gruppen.

Die so in den Speicherabschnitten 1, 2, 3, ·«· ⁿ S^e~ speicherten Daten der parallelen Gruppen stehen für die Veiterle itung zur Konvolutionsverarbeitungseinheit nach logarithmischer Umsetzung zur Verfügung. Um diese Umsetzung durchzuführen, und da die Daten in den Adressen der Speicher für die parallelen Gruppen vorliegen, werden diese der logarithm mischen Umsetzereinheit 59 zugeführt,um sie 3n dieselbe Adresse, aus der sie abgerufen wurden, in logarithmischer Eorm neu einzuschreiben. Dies wird unter der Zeitsteuerung der Einheit durchgeführt. Es sei bemerkt, daß bei dem beschriebenen Gerät

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jede Adresse zwei Beiträge erhält, von denen einer der einen Übertragungsriohtung des relevanten Strahls und der andere dein Strahl mit 180 Grad Versatz entspricht. Die Daten sind an einer Adresse nicht vollständig, bis beide Beiträge geliefert worden sind,und die logarithmische Umsetzung kann vorher nicht bewirkt werden.

Es sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung bei jeder Abtastvorrichtung anwendbar ist, die für Geräte geeignet ist, die in der oben erwähnten GB-PS und der DT-Anmeldung beschrieben sind, insbesondere bei einer Überlagerung einer linearen Abtastung und einer orbitalen Abtastung. Wenn man als weiteres Beispiel die beschriebene Technik zur Auswahl von Gruppen paralleler Strahlen aus einer größeren Gruppe bei zahlreichen Winkelstellungen betrachtet, sind auch andere Verfahren zum Aufbau solch eine größeren Gruppe bekannt. Bei einem Verfahren wird einer fächerförmigen Verteilung von Strahlen einer linearen Abtastung unterzogen und ferner einem Umlauf, um die Abtastung bei verschiedenen Winkeln zu wiederholen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß extreme Positionen der linearen Abtastung nicht genug individuelle Strahlen liefern, um alle parallelen Gruppen zu vervollständigen. In solchen Fällen wird gemäß der Erfindung eine Absorptionsinformation, die für eine Anordnung nötig ist, bei der ein Strahl fehlt, durch einen anderen Strahl aufgefüllt, der ausreichend nahe bei der erforderlichen Anordnung liegt»

Ferner kann die Erfindung in Verbindung mit jedem Signalverarbeitungssystem kombiniert werden.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentanspruch

1 ·i Gerät zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder Gammastrahlung, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Bereiches des Körpers mit mehreren koplanaren Gruppen von Strahlen, wobei jede Gruppe von Strahlen eine unterschiedliche Winkellage in bezug auf den Körper aufweist, und mit Detektormitteln zur.Bestimmung der Absorption der Strahlen, wobei die Strahlenquelle und die Detektormittel um eine gemeinsame Achse rotieren, die in und senkrecht zu dem Körperbereich, liegt, dadurch gekennzeichnet» daß die von den einzelnen Strahlen erzeugte Informationsmenge eine Punktion der Strahlenposition in der Gruppe ist, die von · der Gleichmäßigkeit wenigstens teilweise abweicht, und daß ferner Mittel zur Ableitung einer Rekonstruktion der Absorptions verteilung der Strahlung in einem Teil des Körpers aus den ermittelten Absorptionsdaten der Gruppen vorgesehen sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle so angeordnet ist, daß sie linear in der Ebene des Bereiches abtastet und den Körper mit den Strahlen einer der Gruppen bestrahlt, und daß sie um die Achse drehbar ist, um den Körper mit den anderen Strahlengruppen zu bestrahlen.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle so ausgebildet ist, daß sie eine fächerförmige Yerteilung der Strahlen in der Ebene der Gruppen liefert, und daß ferner Datenverarbeitungsmittel vorgesehen sind, um für jede der Gruppen geeignete Strahlintensitätsdaten aus Detektorinessungen der Absorption der Strahlen bei dieser Verteilung abzuleiten.

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4. . Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Strahlen einer Gruppe die Funktion der Position bildet.

5* Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch ge- ' kennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Strahlen einer Gruppe die Fanktion der Position bildet.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auftreffende Intensität der Strahlen einer Gruppe die Punktion der Position bildet.

7» Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Eollimatormittel zur Bestimmung der Abmessungen der Strahlen vorgesehen sind.

8. Gerät nach einem .der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ableitung der Verteilung der Absorption die ermittelten Absorptionsdaten gemäß einer Kon— volutionstechnik verarbeiten.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel mehrere Scintillationskristalle enthalten, die jeweils mit einer Fotovervielfacherröhre gekuppelt sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotovervielfacherröbren in versetzter Formation angeordnet sind, um bei der Größe ihrer Abmessungen die Parallelität zur Ebene der Gruppe zu erhalten.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß einige Fotovervielfacherröhren auf der einen Seite und einige

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'Fotovervielfacherröhren auf der anderen Seite der Ebene angeordnet sind.

12. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der Gruppen parallel oder wirkungsmäßig parallel sind.

15. Verfahren zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. mit B-öntgen- oder Gammastrahlung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bestrahlung eines Bereiches des Körpers mit mehreren koplanaren Gruppen von parallelen Strahlen, von denen 3ede Gruppe eine unterschiedliche Winkellage in "bezug auf den Körper aufweist;

Bestimmung der Absorption der Strahlen; Drehung der Strahlenquelle und eines die Absorption bestimmenden Detektors um eine gemeinsame Achse, die in und senkrecht zu dem Körperbereich liegt;

Veranlassung, daß die von den einzelnen Strahlen erzeugte Informationsmenge eine Funktion der Strahlenposition in der Gruppe ist, die von der Gleichmäßigkeit wenigstens teilweise abweicht;

Ableitung einer Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in einem Teil des Körpers aus den ermittelten Absorptions daten der Gruppen. ·

Bs / dm

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