DE2442009C3 - Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels Röntgenstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels Röntgenstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 19 41 433 ist ein Gerät bekannt, bei dem Strahlung von einer äußeren Quelle in Form eines Nadelstrahls durch einen Teil des Körpers geleitet wird, der in einer Aufnahmevorrichtung positioniert ist. Der Strahl wird einer Abtastbewegung unterworfen, so daß er der Reihe nach eine große Anzahl unterschiedlicher Positionen einnimmt, und ein Detektor stellt das Maß der Absorption des Strahls in jeder dieser Positionen fest, die der Strahl beim Durchqueren des Körpers erfahren hat. Damit der Strahl diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, werden die Strahlungsquelle und der Detektor in einer Ebene seitlich hin- und herbewegt, und zwischen jeder dieser lateralen Bewegungen erfolgt eine orbitale Bewegung um einen kleinen Winkelschritt um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse. Somit können von dem Detektor

Ausgangssignale abgeleitet werden, die die Durchlässigkeit oder Absorption des ebenen Körperabschnittes für die Strahlung entlang einer Anzahl eng benachbarter, innerhalb jedes Winkelschrittes paralleler Strahlenwege darstellen, wobei eine Gruppe solcher Signale jeweils nach jedem Winkelschritt der orbitalen Bewegung abgeleitet wird. Von den zahlreichen so gewonnenen Gruppen von Ausgangssignalen wird mittels einer Auswerteschaltung eine Darstellung der unterschiedlichen Durchlässigkeit oder Absorption in dem untersuchten ebenen Körperquerschnitt rekonstruiert. Bei dem in der erwähnten DE-OS beschriebenen Gerät ist die für die Abtastung benötigte Zeit verhältnismäßig lang, da die laterale Abtastung so langsam erfolgen muß, daß eine ausreichende Zählrate der Detektoren für jeden der eng benachbarten parallelen Strahlenwege erfolgen kann. Bei der Untersuchung des Kopfes hat sich diese bekannte Anordnung als sehr erfolgreich erwiesen, jedoch ergeben sich bei der Untersuchung des Rumpfes Schwierigkeiten, weil bei dem verhältnismäßig langen Abtastprozeß die gewonnenen Ergebnisse teilweise durch die Bewegung^der Organe des Patienten verfälscht werden. Ein rascheres Abtastverfahren ist daher insbesondere bei Untersuchung des Rumpfes erwünscht, jedoch ist es wegen der schon erwähnten Notwendigkeit, eine ausreichende Detektorzählrate zu erzielen, nicht einfach möglich, die Geschwindigkeit des Abtastprozesses zu erhöhen.

Um die Untersuchungszeit zu verkürzen, ist vorgeschlagen worden (DE-OS 24 62 661), die Absorptionsdatensignale dadurch abzuleiten, daß ein von einer Quelle ausgehendes sektorförmiges Feld von Röntgenstrahlen in der zu untersuchenden Ebene durch den Körper geschickt und auf der anderen Seite des Körpers eine Reihe von Detektoren angeordnet wird, um die entlang einer Reihe'von Strahlenwegen innerhalb des Strahlenfeldes übertragene Strahlung zu messen. Das sektorförmige Strahlenfeld kann sich über einen so großen Winkel erstrecken, daß der gesamte interessierende Bereich der Ebene des Körpers erfaßt wird. Bei Verwendung einer solchen Anordnung können die von den einzelnen Detektoren abgeleiteten Absorptionsdatensignale jedoch störende Meßfehler infolge von Empfindlichkeitsunterschieden oder infolge zeitlicher Änderungen der Empfindlichkeit der Detektoren enthalten. In der Praxis hat sich dabei gezeigt, daß auch zeitlich'; Änderungen in beträchtlichem Maße trotz der verhältnismäßig kurzen Zeit, die für die Abtastung benötigt wird, auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der cingsngs genannten Art zu schaffen, das einerseits eine hohe Abtastgeschwindigkeit besitzt, das aber andererseits geeignet ist, Schwierigkeiten unterschiedlicher oder sich ändernder Empfindlichkeiten der Detektoren zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I gelöst.

Durch die Kombination der orbitalen Bewegung eines Sirahlungsfächcrs mit lateralen Abtastbewegungcn ergeben sich wesentliche Vorteile. Einerseits wird durch den Strahlungsfächer, der gleichzeitig mehrere Deiektoren mit Strahlung beaufschlagt, eine zeitliche Verkürzung des Abtastvorganges ermöglicht, weil größere Drehschriüe als bei Verwendung nur eines Detektors möglich sind. Andererseits werden die Wirkungen einer Drift Jer Detektorempfindlichkeit während der Untersuchung, die zu störenden Mustern der rekonstruierten Darstellung führen, über die gesamte Darstellung verteilt und nicht in einzelnen Bereichen konzentriert, und durch die zusätzliche laterale Abtastbewegung des Strahlungsfächers bietet

sich die Möglichkeit, daß die Detektorempfindlichkeit an den Enden der lateralen Abtastungen geprüft werden kann, indem die Strahlung außerhalb des Bereiches, in dem der Körper sich, befindet, durch ein dort angeordnetes Bezugsmedium mit bekannter Schwächung geschickt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebsmittel so gesteuert, daß sie eine Drehung entsprechend dem Öffnungswinkel des Fächers nach mehreren lateralen Abtastungen ausführen, in denen die

iä Positionen der Quelle und der Detektoranordnung relativ zueinander verschoben sind. Hierdurch kann die Zahl der Detektoren und Kollimatoren verringert und der Winkel zwischen benachbarten Kollimatoren verdoppelt werden.

Vorzugsweise ist das Bezugsschwächungsmedium an beiden Enden des lateralen Abtastw^es angebracht und die Länge des Abtastweges so begrenz!, daß nur ein Teil der Strahlen des Fächers an einem Ende der Abtastung und der Rest der Strahlen des Fächers am

2ϊ anderen Ende der Abtastung durch das Schwächungsmedium verläuft. Hierdurch kann einerseits das Bezugsschwächungsmedium eine geringere Breite erhalten, und außerdem kann die Länge der lateralen Abtastbewegung verringert werden, was wiederum der zeitlichen Verkürzung der Abtastung zugute kommt.

Ein zweites an sich bekanntes Bezugsschwächungsmedium, das bei Auftreffen von Strahlung eine vollständige Schwächung bewirkt, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung an den beiden Enden des

lateralen Abtastweges so angebracht, daß auf dieses während einer lateralen Abtastbewegung jeder Strahl des Fächers auftrifft und derjenige Detektor, der jeweils auf einen von dem zweiten Bezugsschwächungsmedium absorbierten Strahl gerichtet ist, ein weiteres Bezu_fe'ssignal erzeugt, das ein Maß für das Nachleuchten des Detektors ist, nachdem dieser vom Körper austretende Strahlung auf anderen Strahlenwegen empfangen hat, wobei die weiteren Bezugssignale für alle Detektoren über die weitere Schaltung der Rechenschaltung zugeführt werden, die Fehler der während der entsprechenden lateralen Abtastung abgeleiteten Ausgangssignale, die von der gespeicherten Restenergie herrühren, korrigiert. Hierdurch läßt sich die Qualität der Darstellung erheblich verbessern.

so Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsge.näben Abtastgerätes,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der zur Verarbeitung der Ausgangssignale dienenden Schaltung,

Fig.3 eine abgewandelte Ausführungsform des Abtastmechanismus und

F i g. 4 einen Teif r*sr Anordnung aus F i g. 3.

bo Gemäß Fig. 1 enthält das Gerät ein innerhalb eines feststehenden Gehäuses 2 drehbares Element 1. Das drehbare Element hat eine mittlere öffnung 3. in <3ie der Körper des zu untersuchenden Patienten eingeführt und auf eine Unterlage 4 gelegt werden kann. Der Körper

t>5 des Patienten ist durc'.· die Umrißlinic5 angedeutet. Zur Positionierung des Patienten dienen Haltemittel in Form eines zweistückigen Kragens 6a, 66, und zwischen dem Kragen und dem Patienten wird ein Wasserbeuiel 7

oder ein anderes absorbierendes Material eingefügt, um einen Luftspalt zu vermeiden.

Auf dem drehbaren Element befindet sich eine Quelle 11, die durchdringende Strahlung - im vorliegenden Beispiel Röntgenstrahlung - erzeugt. Der Quelle 11 gegenüber ist eine Anordnung von Detektoren 12|. 122... 12_n vorgesehen. Die Detektoren, die jeweils aus einem Szintillator und einem Fotovervielfacher bestehen, haben ihre eigenen Kollimaloren I3|, 13j...13,> Die Strahlungsquelle ist eine Punktquelle und hat einen in Kollimator 24. der die austretende Strahlung in einen Fächer mit einem öffnungswinkel von 10° formt, wobei^ der Fächer in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Achse des drehbaren Elements 1 verläuft. Die Kollimatoren 13 sind in der dargestellten Weise geneigt, d.h. auf die r, Strahlungsquelle ausgerichtet. Ihre Anordnung ist so, daß der gesamte öffnungswinkel von 10° am Ausgangspunkt der Strahlung erfaßt ist. Die Detektoranordnung kann beispielsweise 30 Detektoren cntuäiicü. Und es isi dann eine entsprechende Anzahl von Kollimatoren 13 :o vorhanden, von denen jeweils benachbarte unter einem Winkel von !/3° geneigt sind. Um die Detektoren in einem verhältnismäßig begrenzten Bereich unterbringen zu können, kann eine Anordnung verwendet werden, die in einer älteren Patentanmeldung (DE-OS r> 24 39 847) vorgeschlagen ist.

Ein von einem Motor 9 angetriebenes Zahnrad 8 treibt das drehbare Element 1 so an, daß eine orbitale Abtastbewegung der Quelle und der Detektoranordnung um den Patienten erzeugt wird. Das Zahnrad 8 ist dabei mit Zähnen in Eingriff, die am inneren Umfang 10 des Gehäuses 2 angebracht sind.

Die Quelle 11 ist an einem Zahnriemen 14 befestigt, der von einer gezahnten, im drehbaren Element 1 gelagerten Antriebswelle 15 angetrieben wird, wobei 3, sich der Riemen zwischen der Welle 15 und einer ebenfalls im drehbaren EJsrnent 1 drehbsr ^σ€!3^σ?Π6π, nicht angetriebenen Welle 16 erstreckt. Die Welle 15 wird von einem reversiblen Motor (nicht dargestellt) angetrieben, dessen Steuerung mit der Steuerung des Motors verknüpft ist. Wegen des Gewichts der Quelle

11 ist ein Gegengewicht 17 am Riemen 14 befestigt, das sich mit der Quelle hin- und herbewegt. Die Detektoren

12 und die Kollimatoren 13 sind in am drehbaren Element befestigten Führungen 18 bewegbar, und die Führungen verlaufen parallel zu den Längstrums des Zahnriemens. Auch die Quelle 11 läuft auf Führungen. Die Detektoren 12 und die Kollimatoren 13 sind ferner mit der Quelle 11 über ein Joch 19 gekuppelt. Im Betrieb des Gerätes wird der Zahnriemen 14 durch die Antriebswelle IJ des reversiblen Motors hin- und herbewegt, so daß die Strahlung der Quelle 11 eine Qi:erschnittsebene des Körpers des Patienten seitlich durchquert Die Detektoren und Kollimatoren folgen dieser Abtastbewegung, so daß bei jeder lateralen Abtastung von den 30 Detektoren Ausgangssignale abgeleitet werden, die die Durchlässigkeit oder die Absorption von 30 untereinander parallelen Strahlengruppen auf ihrem Weg durch den untersuchten Körperquerschnitt darstellen.

Bei dem aus der DE-OS 19 41 433 bekannten Gerät wird nur ein einzelner Detektor verwendet, und nach jeder lateralen Abtastung erfolgt eine orbitale Bewegung um einen Winkelbetrag, um den die benachbarten Strahlengruppen voneinander abweichen soüen. Dies {.5 wird wiederholt, bis die Quelle und der Detektor beispielsweise 180° durchlaufen haben. Durch Verwendung von 30 Detektoren bei dem erfindungsgemäßen Gerät werden Strahlcngruppcn erzeugt, als wären 30 orbitale Bewegungen erfolgt, im vorliegenden Beispiel um orbitale Bewegungen von jeweils ¹Zi", Λ. h. um den Winkel, unter dem die Detektoren gegeneinander geneigt sind. Somit braucht die laterale Abtastung nur in Intervallen von 10° wiederholt zu werden. Diese 10°-Bewegung wird durch den Motor 9 bewirkt, bevor die nächste laterale Abtastung weitere Gruppen von 30 Ausgangssignalen erzeugt. Diese nächste Abtastung erfolgt im umgekehrten Sinne wie die vorherige Abtastung. Eine schematisch durch den Block 20 dargestellte Fotozellenvorrichtung dient zur Überwachung der lateralen Abtastbewegungen. Somit kann eine orbitale Abtastung um 180° bereits mit 18 Stufen hergestellt werden, anstelle von 540 Stufen, die man benötigen würde, um parallele Strahlengruppen mit einem Abstand von '/j° unter Verwendung nur eines einzigen Detektors zu erzeugen. Die Abtastgeschwindigkeit kann daher vcrhä!tr.;3ms2;g g'cß se:", !π Bedarfsfall kann eine weitere Abtastung über 180" erfolgen, nachdem die Detektoren und Kollimatoren 13 seitlich versetzt worden sind, wie es in der DE-OS 24 34 224 vorgeschlagen ist. Statt dessen kann eine solche seitliche Verschiebung auch nach jeder lateralen Abtastung erfolgen, wobei dann ein orbitaler Bewegungsschritt erst nach zwei Abtastungen erfolgt. Dann würde man für jede orbitale Position zwei versetzte laterale Abtastungen erhalten. Bei Anwendung dieser Maßnahmen kann die Zahl der Detektoren 12 und Kollimatoren 13 verringert und der Winkel zwischen benachbarten Kollimatoren verdoppelt werden.

Die Verwendung einer größeren Zahl von Detektoren ergibt jedoch ein weiteres Problem. Der Detektor besteht üblicherweise aus einem Szintillator, der den Photonen ausgesetzt ist, die auf dem Strahlenweg zu dem hierauf ansprechenden Detektor übertragen werden. Der Szintillator setzt die Rönteenquanten in sichtbare Lichtimpulse um, und der Detektor enthält auch eine Fotovervielfacherröhre zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das ein Maß für die Zahl der auf den Szintillator auftreffenden Röntgenquantcn ist. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß die Empfindlichkeit eines Detektors während der für die Abtastung benötigten Zeit einer Drift unterworfen ist Wenn mehrere Detektoren verwendet werden, kann eine unterschiedliche Drift auftreten. Diese Effekte, die nennenswerte Fehlersignale zur Folge haben können, Sassen sich mit den nachfolgend beschriebenen Mitteln abschwächen.

Gemäß F i g. 1 sind zwei Schwächungsbiöcke 21 und 22 rund um den Kragen 6a, 6b angeordnet Diese blöcke können aus Acrylglas bestehen, das für Röntgenstrahlen einen ähnlichen Absorptionskoeffizienten hat wie Körpergewebe. Die Blöcke sind so ausgeschnitten, daß sie der Rundung des Kragens angepaßt sind; da sie jedoch am drehbaren Element 1 befestigt sind, müssen sie frei um den Kragen drehbar sein. Sie werden durch nicht dargestellte Mittel in ihrer Lage gehalten. Es sei bemerkt, daß der Kragen nicht genau zentral liegen muß, jedoch müssen die Blöcke um ihn drehbar sein. Die Blöcke erstrecken sich seitlich so weit über den Kragen hinaus, daß eine Überwachung stattfinden kann. Ein Bleiblock 23 ist oberhalb des Acrylglas-Blockes 21 nahe einer Seite so angeordnet, daß der von den Kollimatoren 24 ausgehende Fächer der Röntgenstrahlen, wenn die Quelle sich nahe dem einen Ende ihres Weges befindet von dem Bleiblock unterbrochen wird. Nachdem der Fächer der Röntgenstrahlen den Bereich

verläßt, den der Kragen 6a. 66 einnimmt, und bevor er den Bleiblock 23 erreicht, läuft er eine Zeit lang ohne weitere Behinderung durch die Schwächungsblöcke 21 und 22. In gleicher Weise läuft der Fächer der Röntgenstrahlen in der Nähe des anderen Endes seines Weges nur durch die Blöcke 21 und 22. Die strichpunktierten Linien 25 und 26 zeigen jeweils den Fächer Jer Röntgenstrahlen am linken und rechten Ende seines Weges. In der Nähe der Röntgenstrahlenquelle 11 ist ein Bezugsdetektor 27 so angeordnet, daß Strahlung über einen Kollimator 28 auf ihn trifft. Der Bezugsdetektor 27 dient zur Überwachung der Ernergie der Röntgenstrahlcnquelle 11.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild dar, das die Dutenverarbeitungsschaltungen für das in Fig. 1 \^r, dargestellte Abiastgcra'i enthält. 27 stellt den Bezugsdetektor dar, während 12* irgendeinen der Detektoren 12)... 12„ bezeichnet. Das Ausgangssignal des Detektors 12t wird einem Τυί 30 Zügcfüiiri, das Zö vorgegebenen Zeiten durch Auftastimpulse von einer Hauptsteucrschaltung 31 geöffnet wird. Diese Haupnsteuerschaltu.ig erhält unter anderem Impulse von der Fotozellenvorrichtung 20 und speist den reversiblen Motor für die Antriebswelle 15 und den Motor 9 für den Antrieb des drehbaren Elements mit entsprechenden Steuersignalen. Die Auftastimpulse, die die Hauptsteuerschaltung dem Tor 30 und den entsprechenden Toren für die anderen Detektoren des Blocks 12 zuleitet, sind zeitlich so abgestimmt, daß jeder Detektor eine Folge von Ausgangssignalen abgibt, die der Durchlässigkeit einer Gruppe paralleler Strahlenwege entspricht. Die Orientierung der Goippe der Wege für den Detektor 12t ist durch den entsprechenden Kollimator 13t bestimmt, und natürlich durch die Winkellage des drehbaren Elements 1. Während jedes si Auftastintervalls wird der Ausgang des Detektors 12t in einem integrator 32 integriert und dann in einem Analog/Digiial-Umsetzer 33 in eine digital kodierte Form umgesetzt. Das während jedes Auftastimpulses erzeugte Signal wird in seiner digitalen Form in einem Speicher 34 gespeichert. Der Fächer der Röntgenstrahlen wird vom Bleiblock 23 nur während jeder zweiten lateralen Abtastbewegung der Quelle 11 unterbrochen, und daher wird das entsprechende Ausgangssignal von allen Detektoren 12 für die Dauer von zwei lateralen Bewegungen gespeichert. Die Detektorausgangssignale einer bestimmten Gruppe paralleler Strahlen im Speicher 34 bestehen aus den bei der letzten Unterbrechung des Fächers der Röntgenstrahlen durch den BItKk 23 gewonnenen Signalen, aus den bei einem Durchlauf durch die Schwüchungsblöckc 21 und 22 ohne weitere Behinderung gewonnenen Signalen und aus den beim Passieren der den Kragen enthaltenden Zone gewonnenen Signalen. Ein Tor 35 dient zur Auswahl des vom Detektor 12* abgeleiteten Signals zu dem Zeitpunkt, wenn die Röntgenstrahlen vom Blei unterbrochen werden. Ein Tor 36 dient zur Auswahl der zu anderen Zeiten während eines bestimmten Durchlaufes vom Detektor 12* erzeugten Signalen. Die Auswahl wird durch Auftastimpulse gesteuert, die die Haupt- μ steuerschaltung 31 liefert, und die Arbeitsweise ist so. daß bei Auswahl aufeinanderfolgender Signale durch das Tor 36 die »Blei«-Signale wiederholt bei jeder Auftastung vom Tor 35 ausgewählt werden. Es gibt daher bei jeder Auftastung der Tore 35 und 36 zwei κ5 Signale, und diese beiden Signale werden einer digitalen Subtraktionsschaltung 37 zugeführt Diese Schaltung dient zur Subtraktion des »Blei«-Signals von den anderen Signalen, so daß die anderen Signale nach der Subtraktion die Durchlässigkeil oder Absorption der entsprechenden Strahlenwege in dem Maße darstellen, um das sie sich von der Absorption des Bleiblockes 23 unterscheiden. Auf diese Weise wird der Effekt eines »Dunkelstroms« oder einer »Nacheilung« in den Detektoren 12 weitgehend beseitigt. Die gewonnenen Signale werden dann einer Divisionsschaltung 38 zugeführt.

Der zuvor erwähnte Bezugsdetektor 27 hat ein Ausgangstor 40, das Auftastimpulse von der Hauptsteuerschaltung 31 empfängt, die koinzident mit den dem Tor 30 zugeführten Auftastimpulsen sind. Durch das Tor 40 verlaufende Signale werden in einem Integrator 41 integriert und in einem Umsetzer 42 in digitale Form umgesetzt. Diese Elemente entsprechen dem Integrator 32 und dem Umsetzer 33. Die digitalisierten Bezugssignale vom Detektor 27 werden dann einem Speicher 43 zugeführt und für die Dauer der lateralen Abtastung gespeichert. Die im Speicher 43 gespeicherten Signale werden unter Steuerung durch ein Tor gegebenenfalls der erwähnten Divisionsschaltung 38 zugeführt. In der Divisionsschaltung wird jedes Signal vom Detektor 12t durch das entsprechende Signa! vom Speicher 43 dividiert, um Schwankungen der Energie der Quelle 11 zu kompensieren. Die so kompensierten Signale werden dann einer logarithmischen Umsetzerschaltung 45 zugeführt, die jedes Signal vom Detektor 12* in seinen Logarithmus umsetzt. Die logarithmischen Signale werden zwei Toren 46 und 47 zugeführt, die durch Impulse von der Hauptsteuerschaltung 31 gesteuert werden. Das Tor 46 wird geöffnet, wenn der Fächer der Röntgenstrahlen den durch den Kragen begrenzten Bereich während eines bestimmten lateralen Durchlaufs passiert, während das Tor 47 geöffnet wird, wenn die Röntgenstrahlen ohne jede weitere Behinderung durch die Blöcke 21 und 22 am Beginn des gleichen Durchlaufes verlaufen. Die Ausgänge des Tors 46 können daher als »Bildsignale« bezeichnet werden, während die Ausgänge des Tors 27 als »Bezugssignal« betrachtet werden können. Das im Falle des Detektors 12t betrachtete Bezugssignal wird wiederholt in Koinzidenz mit jedem Bildsignal ausgegeben, und es wird vom Bildsignal in einer Subtraktionsschaltung 48 subtrahiert, um das letztere in bezug auf die Durchlässigkeit oder Absorption von Acrylglas zu setzen. Es sei bemerkt, daß es nicht wesentlich ist. die Bildsignale auf die Durchlässigkeit von Acrylglas zu beziehen, vorausgesetzt, daß eine gewisse Beeinträchtigung des Bildes akzeptabel ist. Wenn dieser Schritt entfällt, kann die Schaltung in Fig.2 vereinfacht werden, und die Größe der Acrylglas-Blöcke kann um das Maß der seitlichen Ausdehnung, das für die Überwachung benötigt wird, verringert werden. In Weiterentwicklung können sie völlig entfallen, vorausgesetzt, daß andere Schwächungsmittel vorgesehen sind, um die Absorption über der Abtastung zu egalisieren.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden jedoch die Signale nach ihrer Bezugnahme einer Signalverarbeitungsvorrichtung 50 zugeführt, um an der Rekonstruktion der Durchlässigkeit oder Absorption des untersuchten Querschnitts teilzunehmen. Dies kann wie aus der erwähnten DE-OS 19 41 433 bekannt oder wie in der DE-OS 24 20 500 vorgeschlagen erfolgen. Von den in F i g. 2 dargestellten Komponenten können für die unterhalb der gestrichelten Linie dargestellten Elemente entsprechende Elemente eines digitalen

Rechners verwendet werden, der entsprechend programmiert ist, und dessen Ausgang einer geeigneten Bildrekonstruktionsvorrichtung zugeführt wird. Die Kollimatoren 13 haben bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Breite 2a in der Ebene des Fächers der Röntgenstrahlen, und der entsprechende Integrator 32 für jeden Kollimator ist so ausgebildet, daß er aufeinanderfolgende Zeitintervalle integriert, die etwa der Zeit gleichen, die die Quelle 11 und die Detektoren 12 benötigen, um eine Strecke a zu durchlaufen. Dies ist das Auftastintervall bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Integrationsintervall ist kleiner als a um nur die Zeit, die zur Ausgabe und Rückstellung des Integrators 32 zwischen aufeinanderfolgenden Integrationsperioden erforderlich ist. Es läßt sich zeigen, daß ι j bei einer Breite der Kollimatoren von 2a und bei Durchführung der Integration zur Erzeugung der Ausgangssignale einer Gruppe über aufeinanderfolgenden Strecken a, die von der Schaltung gemäß Fig. 2 abgeleiteten Ausgangssignale so sind, als seien sie von Strahlen abgeleitet, deren Intensität sich über den Strahlenquerschnitt entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig.2a verteilt. Jeder Strahl ist etwa 4a breit und überlappt die beiden benachbarten Strahlen auf jeder Seite. Die Abflachung der Intcnsitätsvcrtcüungskurve über den Strahlenquerschnitt ist Faktoren zuzuschreiben, die auf der Tatsache beruhen, daß die Strahlenintensität der Röntgenquelle 11 nicht vollständig gleichförmig über der öffnung der Quelle ist, sondern vom Zentralstrahl nach außen abfällt. Die )o Intensitätsverteilung des Strahls hat annähernd eine sinusförmige Verteilung und begrenzt das Band der Ausgangssignale auf eine obere räumliche Frequenz

von — .nämlich auf die halbe Auftastfrequenz.
In der älteren deutschen Patentanmeldung P Detektorausgangssignale nach logarithmischcr Umsetzung korrigiert, indem er sie in bezug auf die Menge des Aluminiums im Strahl vom Rand zum Mittelpunkt variiert.

Die Form der bevorzugten Schwächungsglieder ist in F i g. 4 dargestellt. Wenn ein Abtastverfahren mit einem einzelnen Strahl verwendet wird, sollten die Schwächungsglieder die Form des Abschnitts 51 auf einer Seite der gestrichelten Linie annehmen. In diesem Falle wird der Steuerstrahl b im Schwächungsglied um eine Weglänge 2L\ zusätzlich zu dem Anteil des Körpers und des Kragens, durch den der Strahl verläuft, geschwächt. Dieser Abschnitt ist in der dargestellten Weise ausgebildet, um die erforderlichen gleichen Weglängen zu erhalten. Wenn jedoch, wie zuvor beschrieben, die Strahlung einen fächerförmigen Sektor bildet, werde? schräge Strahlen, wie z. B. a und c, die durch denselben Teil des Körpers verlaufen, durch unterschiedliche wegiängen im Te» 5i geuämpu. Aus diesem Grund sind Verlängerungen 5h auf der anderen Seite der gestrichelten Linie vorgesehen und so ausgebildet, daß beispielsweise ein schräger Strahl a durch die Bereiche Z.2 und L3 verläuft, die so bemessen sind, daß £.2 + Z.j —2L| ist. Diese Gleichung wird nicht für alle Strahlen in allen erforderlichen Perioden genau erreicht, aber durch diese Maßnahme kann man dafür sorgen, daß alle Strahlen annähernd die gleiche Schwächungsweglänge durchlaufen.

In Verbindung mit Fig. 1 wurde eine Anordnung beschrieben, bei der die Strahlen an den Enden der lateralen Abtastungen vollständig durch die Acrylglas-Blöcke 21 und 22 verlaufen, um auf die Absorption von Acrylglas bezogene Dämpfungswerte zu erreichen. Bei der beschriebenen Anordnung, bei der Metall-Schwächungsglieder verwendet werden, verlaufen die Strahlen entsprechend nur durch die Schwächungsglieder 51

24 27 4185 sind alternative Mitte! vorgesehen, um und der. zwischen ihnen befindlichen Luftsnali An den

gleiche Weglängen der Strahlung durch absorbierendes Material bei verschiedenen Abtastpositionen zu erhalten, und jede dieser Alternativen kann als Ersatz der .»0 Acrylglas-Blöcke 21 und 22 dienen. Vorzugsweise haben die Blöcke die in F i g. ό dargestellte Form. Hier sind die Blöcke 21 und 22 durch vier Schwächungsglieder 51 ersetzt. Es sei bemerkt, daß die Schwächungsglieder 51 gegebenenfalls miteinander zu einem oberen und unteren, sattelförmigen Schwächungsglied verbunden werden können. In der erwähnten älteren Anmeldung ist bereits darauf hingewiesen worden, daß diese Schwächungsglieder weder in Berührung mit dem Kragen 6a und 6b sein noch diesen umgeben müssen. *) vorausgesetzt, daß sie so genau ausgebildet sind, daß sie etwa die erforderliche Korrektur für alle Strahlenwege besorgen. Unter Umständen kann es unmöglich sein, die Absorption — wenn der Körper durch einen konstanten Bezugsabsorptionskörper ersetzt wird — für alle Wege bei der lateralen Abtastung vollständig konstant zu haken. Der zur Verarbeitung der Ausgangssignale dienende Rechner ist jedoch so programmiert, daß er restliche Schwankungen der Absorption, die nicht vom Körper herrühren, berücksichtigt. w

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Schwächungsglieder 51 aus Aluminium, Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten Material. Es sei bemerkt, daß bei Verwendung von Aluminium-Schwächungsgliedern Änderungen der Frequenzverteilung ?> der bei der Abtastung verwendeten Strahlurg eintreten können. In diesem Falle muß der verarbeitende Rechner außerdem so programmiert werden, daß er die entsprechenden Stellen sind die Schwächungsglieder 51 jedoch mit den Verlängerungen 51j versehen und haben daher für eine solche Bezugnahme nicht die erforderliche Länge für den Strahlenweg. Bei die» :m Ausführungsbeispiel sind daher gemäß Fig.3 vier Bleiblöcke 23 an den Enden der Verlängerungen vorgesehen. Die Schwächungsglieder setzen sich dann über diese Verlängerungen mit parallelen Seiten fort, um Strahlenwege für die Bezugswerte zu erhalten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zur Verminderung der erforderlichen Größe der Schwächungsglieder 51 die Bezugswerte in zwei Teilen an gegenüberliegenden Enden des linearen Abtasibereiches abgenommen. Gemäß Fig.3 werden die Strahlen in der linken Hälfte des Fächers, d. h. links von der Linie 52, sowohl auf Blei als auch auf das Schwächungsmaterial am linken Ende des Abtastbereiches bezogen. Umgekehrt werden die in der rechten Hälfte des Fächers liegenden Strahlen am rechten Ende des Abtastbereiches, d. h. rechts von der Linie 53 bezogen. Die so gewonnenen Bezugswerte werden nicht nur für die nach ihrer Erzeugung folgende Abtastung verwendet, sondern auch für die in einem Speicher festgehaltenen Absorptionswerte der vorherigen Abtastung. Dies ist für die erste Abtastung wichtig, für die es keine früheren Bezugswerte gibt.

Für alle Detektoren 12 werden die Signale in gleicher Weise verarbeitet wie anhand des Detektors J2± beschrieben. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können einige Modifikationen gemacht werden. Anstelle einer Erzeugung der Bezugswerte, die von den

beim Durchdringen des Patienten gewonnenen Werten in der Subtraktionsschaltung 48 subtrahiert werden, •■nter Verwendung von Acrylglas, können beispielsweise die Bezugswerte auch unter Verwendung von Wasser erzeugt werden, das in einem geeigneten Behälter untergebracht ist, oder es können auch andere Medien verwendet werden. Ferner kann der öffnungswinkel des Fächers für die Röntgenstrahlen der Quelle Il von 10° abweichen, und auch die Anzahl der Detektoren 12 und Kollimatoren 13 kann variiert werden. Selbst wenn ihre Anzahl auf 2 reduziert wird, läßt sich noch ein beträchtlicher Vorteil erzielen.

Ferner kann der Wasserbeutel, der zwischen dem

Patienten und dem zweiteiligen Kragen vorgesehen ist. durch andere Mittel zur Vermeidung eines Luftspaltes ersetzt werden. Ein geeigneter Ersatz wäre beispielsweise ein Polystyrol- oder Gummischaum, der iiiit einem absorbierenden Material wie ?.. B. Blei oder Molybdän so imprägniert ist, daß der Schaum die gleiche Absorption wie Wasser bewirkt. Dieser Schaum kann dann um den Patienten gewickelt werden, bevor der Kragen geschlossen wird.

Das massive Schwächungsmaterial außerhalb des Kragens 6a und 66 kann in der beispielsweise in der DE-OS 19 41433 beschriebenen Weise durch ein Wasserreservoir ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Untersuchung des Körpers eines Patienten mittels Röntgenstrahlung, mit einem drehbaren Element, das eine öffnung aufweist, in die der Körper in Richtung der Drehachse des drehbaren Elementes einführbar ist, mit einer Aufnahmevorrichtung zur Positionierung des Körpers in der öffnung, mit einer auf dem drehbaren ι ο Element auf einer Seite der öffnung angebrachten Strahlungsquelle und einer auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung angebrachten Strahlendetektoranordnung, mit Antriebs- und Führungsmittel zur Erzeugung einerseits einer hin- und hergehenden lateralen Bewegung von Strahlungsquelle und Detektoranordnung in einer die Drehachse des drehbaren Elementes schneidenden Ebene derart, daß eine ebene Scheibe des in die öffnung eingeführten Körpers in ihrer vollen Ausdehnung von der Strahlung eriäui wird, und zur Erzeugung andererseits einer schrittweisen Drehbewegung des Elements um seine Drehachse, so daß eine Reihe von lateralen Abtastbewegungen mit jeweils unterschiedlicher Winkelorieniiening in bezug auf den Körper erfolgt, mit einer V?rarbeitungsschaltung, der während jeder lateralen Äbtastbewegung die die Absorptionswerte enthaltenden Ausgangssignale von der Detektoranordnung zugeführt sind, mit einem Ausgangsspeicher und mit einer Rechenschal- jo tung zur si !aktiven Verteilung der Ausgangssignale auf unterschiedliche Speichfstellen des Ausgangsspeichers zur Darstellung der Absorptionswerte der Querschnittsscheibe des Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (11) j5 einen Kollimator (24) zur Beschränkung der Strahlung auf einen Fächer in einer die Drehachse des drehbaren Elementes (I) schneidenden Ebene aufweist, daß die Detektoranordnung aus mehreren Detektoren (12|, 12₃...12„) besteht, die jeweils Strahlung von einem von mehreren gegeneinander geneigten und über dem Spreizwinkel des Fächers verteilten Strahlenwegen empfangen, daß die Verarbeitungsschaltung (30... 34) eine Auflastschaltung (32) enthält, die während jeder lateralen Abtastung von jedem Detektor eine Folge von Ausgangssignalen ableitet, die der Absorption entlang paralleler Strahlenwege entsprechen, so daß entsprechend der Anzahl der Detektoren gleichzeitig mehrere Gruppen von Ausgangssignalen abge- leitet werden, deren zugehörige Strahlenwege einen Winkel zueinander bilden, der dem Winkel zwischen den Strahlenwegen innerhalb des Fächers entspricht, und daß die Antriebsmittel (9, 15) für die schrittweise Drehbewegung des drehbaren EIemems so gesteuert sind, daß sie eine Drehung erzeugen, die dem Spreizwinkel des Fächers nach einer oder zwei lateralen Bewegungen entspricht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (9, J5) so gesteuert sind, &0 daß sie eine Drehung entsprechend dem Spreizwinkel des Fächers nach mehreren lateralen Abtastungen ausführen, in denen die Positionen der Quelle und der Detektoranordnung relativ zueinander verschoben sind.

3. Gerät nach Anspruch I oder 2, bei dem wenigstens ein Bezugsschwächungsmedium in bezug auf das drehbare Element und die Führungsmittel zur Erzeugung der lateralen Abtastbewegung so angeordnet ist, daß der Strahl bei der lateralen Abtastbewegung außerhalb des Bereiches des Körpers das Bezugsschwächungsmedium durchdringt, welches ferner eine Schaltung zur Ableitung eines Bezugssignals von den Detektoren beim Durchdringen des Strahls durch das Bezugsschwächungsmedium zur Ableitung einer Reihe von Ausgangssignalen während jeder der lateralen Abtastbewegungen enthält, und welches eine weitere Schaltung enthält, die die Bezugssignale und Ausgangssignale während aufeinanderfolgender lateraler Abtastungen einer Rechenschaltung zuführt, die Fehler der während der lateralen Abtastungen abgeleiteten Ausgangssignale, die auf Unterschieden oder Änderungen der Empfindlichkeit der Detektoren beruhen, korrigiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsschwächungsmcdium (21, Sl) an beiden Enden des lateralen Abtastweges angebracht ist und die Länge des Abtastweges so begrenzt ist, daß nur ein Teil der Strahlen des Fächers an einem Ende der Abtastung und der Rest der Strahlen des Fächers am anderen Ende der Abtastung durch das Schwächungsmedium verläuft.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem ein zweites Bezugsschwächungsmedium angeordnet ist, das bei Auftreffen von Strahlung eine vollständige Schwächung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bezugsschwächungsmedium (23) an den beiden Enden des lateralen Abtastweges so angebracht ist, daß auf dieses während einer lateralen Abtastbewegung jeder Strahl des Fächers auftrifft und derjenige Detektor, der jeweils auf einen von dem zweiten Bezugsschwächungsmedium (23) absorbierten Strahl gerichtet ist, ein weiteres Bezugssigna! erzeugt, das ein Maß für das Nachleuchten des Detektors ist, nachdem dieser vom Körper austretende Strahlung auf anderen Str&hlenwegen empfangen hat, und daß die weiteren Bezugssignale für alle Detektoren über die weitere Schaltung der Rechenschaltung zugeführt werden, die Fehler der während der entsprechenden lateralen Abtastung abgeleiteten Ausgangssignale, die von der gespeicherten Restenergie herrühren, korrigiert