DE2503978C3

DE2503978C3 - Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung

Info

Publication number: DE2503978C3
Application number: DE2503978A
Authority: DE
Inventors: Christopher Archibald Gordon Osterley Lemay
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE2503978A1; JPS50124687A; DE2503978B2; NL183336B; NL7501209A; US4071760A; GB1493593A; FR2260252B1; JPS5441398B2; NL183336C; FR2260252A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, die im Abstand voneinander eine Strahlenquelle und eine wenigstens einen Detektor enthaltende Meßanordnung für die Strahlung der Strahlenquelle sowie eine Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers in dem Zwischenraum zwischen der Strahlenquelle und der Detektoranordnung aufweist, und die Antriebs- und Führungsmittel für laterale und/oder orbitale Abtastbewegungen der Strahlenquelle und der Meßanordnung enthält, die so ausgebildet sind, daß die Meßanordnung zahlreiche Strahlenbündel mißt, die entlang unterschiedlich orientierter Wege den zu untersuchenden Querschnittsbereich des Körpers durchlaufen, und die eine einen Rechner und einen Matrixspeicher enthaltende AuswertschalCung aufweist, der die Detektor-Ausgangssignale, die die Schwächung der Strahlen auf dem Wege durch den Körper darstellen, zugeführt werden, wobei die Auswertschaltung eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem untersuchten Querschnittsbereich herstellt

Eine solche Vorrichtung ist in der DE-OS 19 41 433 beschrieben. Dort wird Strahlung von einer äußeren Quelle in Form eines dünnen Strahls durch einen Teil des Körpers geleitet. 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 nachdem der Strahl den Körper durchlaufen hat Damit der Strahl diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, werden die Strahlenquelle und der Detektor in einer Ebene hin- und herbewegt und ferner um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse gedreht. Die Positionen liegen somit in einer durch den Körper verlaufenden Ebene, über der

die Verteilung der Äbsorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung durch Verarbeitung der vom Detektor abgeleiteten Strahlabsorptionsdaten gewonnen· wird. Die Verarbeitung erfolgt so, daß die schließlich angezeigte Verteilung der Absorption das Ergebnis eines linearen Superpositionsprozesses in Verbindung mit sukzessiven Annäherungen ist.

Die bekannte Anordnung hat sich ab sehr erfolgreich bei der Herstellung von Querschnittsdarstellungen von Teilen des lebenden Körpers, beispielsweise des Kopfes, erwiesen.

In der DE-OS 24 27 418 ist ein Gerät beschrieben, mit dem die Ableitung der Absorptionsdatensignale verhältnismäßig rasch durchführbar ist Bei dieser Anordnung werden die Signale dadurch gewonnen, daß ein von einer Quelle ausgehendes, sektorförmiges Feld von Röntgenstrahlen durch den Körper in der zu untersuchenden Ebene geschickt und auf der anderen Seite des Körpers eine Reihe von Detektoren vorgesehen wird, mn die entlang einer Reihe von Strahlenwegen innerhalb des Strahlenfeldes übertragene Strahlung zu messen. Das sektorförmige Strahlenfeld erstreckt sich über einen so großen Winkel, daß der gesamte interessierende Bereich in der Ebene des Körpers erfaßt wird, so daß eine vollständige Abtastung allein durch eine Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um den Körper bewirkt werden kann. Bei Verwendung einer solchen Anordnung ist es wichtig, daß die Absorptionsdatensignale keine Unterschiede infolge unterschiedlicher Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren besitzen.

In der Praxis ergibt sich jedoch das Problem, daß solche Unterschiede in beträchtlichem Maße trotz der verhältnismäßig kurzen Zeit, die für die Abtastung benötigt wird, auftreten können. Ein weiteres, sich ebenfalls in der Praxis ergebendes Problem besteht darin, daß einzelne Detektoren zu einer Drift ihrer Empfindlichkeit während des Zeitraums neigen, in dem die Untersuchung durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fehler in der Rekonstruktion der Absorptionsverteilung infolge unterschiedlicher oder sich ändernder Empfindlichkeiten von Detektoren zu vermindern oder zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Antriebs- und Führungsmittel so ausgelegt sind, daß ein von der Strahlenquelle zu einem Detektor verlaufendes Strahlenbündel den Querschnittsbereich des Körpers auf demselben Weg zu verschiedenen Zeiten während der orbitalen Bewegung durchquert, daß die während der verschiedenen Zeiten gewonnenen Absorptionsmessungen Speicher- und Auswahlschaltungen zugeführt werden, daß eine Vergleichsschaltung zum Vergleich dieser Messungen und eine Schaltung zur Erzeugung eines Fehlersignals bei Feststellung eines Driftunterschiedes in der Empfindlichkeit des Detektors in dem Zeitraum zwisenen dem Durchlauf des Strahlenbündels durch den Weg vorhanden sind, und daß eine Schaltung vorhanden ist, um die Fehlersignale den Absorptionsmessungen zwecks Fehlerkorrektur zuzuführen.

Vorzugsweise sind die Antriebs- und Führungsmittel so ausgelegt, daß jeder Detektor durch den Querschnittsbereich geschickte Strahlung während der Orbitalen Bewegung entlang jedes Weges wenigstens dreimal empfängt, so daß die Fehlersignale eine Driftkorrektur nach einefh parabolischen Gesetz ermöglichen.

Eine alternative Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin, daß eine so ausgelegte Umschalt- und Verschiebevorrichtung vorhanden ist, daß ein Detektorpaar relativ zur Strahlenquelle um einen solchen Betrag verschiebbar ibt, daß einer der Detektoren die entlang einem Weg durch den Querschnittsbereich verlaufende Strahlung und der andere Detektor die durch denselben Weg verlaufende Strahlung nach der Verschiebung empfängt, daß Empfindlichkeits- Vergleichsschaltungen vorhanden sind, um die Messungen des Detektorpaares für denselben Weg zu vergleichen und die festgestellten Empfindlichkeitsunterschiede zu speichern, und daß eine Schaltung vorhanden ist, um die festgestellten Unterschiede der Empfindlichkeiten den Absorptionsmessungen zwecks Fehlerkorrektur zuzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bedeutet

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gerätes, in dem die Erfindung verwirklicht ist,

F i g. 2 Einzelheiten eines Teils der in F i g. 1 dargestellten Anordnung mit einem Blockschaltbild für die Verarbeitung der Absorptionsdaten,

F i g. 3{a)—(f) schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der für die Korrektur der Daten verwendeten Mitte! und

Fig.4 ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Wirkungsweise eines Digitalrechners, der in der Schaltung von F i g. 2 enthalten ist

In F i g. 1 liegt ein Patient 1 auf einer aus den beiden Teilen 2 und 3 bestehenden Auflage, und sein Körper ist einer Untersuchung durch die als gestrichelte Linie 4 angedeutete Röntgenstrahlung ausgesetzt. Die Strahlung wird von einer Quelle 5 erzeugt und erstreckt sich fächerförmig in einer Ebene, die im rechten Winkel zur Papierebene verläuft Die Auflage für den Patienten ist so lang bemessen, daß jeder gewünschte Abschnitt des Körpers in die Ebene der Röntgenstrahlung gebracht werden kann.

Im Bereich der untersuchenden Strahlung ist der Körper des Patienten von einem flüssigen Medium umgeben, das z. B. aus Wasser besteht und einen .Absorptionskoeffizienten für die Strahlung besitzt, der etwa gleich dem Absorptionskoeffizienten des Körpergewebes ist. Die in F i g. 1 dargestellte Flüssigkeit 6 befindet sich in einer Umhüllung oder einem Beutel 7. Die Umhüllung ist innerhalb eines ringförmigen Körpers 8 angeordnet, der aus Metall, beispielsweise aus Duraluminium besteht. Der ringförmige Körper 8 wird von in der Zeichnung nicht dargestellten Haltemitteln getragen. Der Teil 2 der Auflage ist an einem Pfosten 9 des Hauptrahmens 9A des Gerätes befestigt, während der Teil 3 der Auflage an seinem vom ringförmigen Körper 8 abgekehrten Ende auf einem Lager 10 ruht, das an einem Achskörper 11 angebracht ist, um dessen Achse eine orbitale Bewegung der Röntgenstrahlenquelle 5 stattfindet. Der in dem Gerät lagernde Körper des Patienten wird von einem Rahmen 13 umgeben, der zylindrisch ausgebildet ist, und dessen Längsachse mit der Achse des Achskörpers 11 zusammenfällt. Das eine Ende des Rahmens 13 ist geschlossen und mjt einem Lager 14 versehen, das seinerseits auf dem Achskörper 11 gelagert ist Am anderen Ende ist der Rahmen 13 offen, so daß dort der Patient eingeführt werden kann, und an diesem Ende ist der Rahmen 13 auf Rollen 15 gelagert, die ihrerseits in ortsfesten Lagern gelagert sind. Diese Rollen sind so angeordnet, daß der Rahmen 13 frei um seine Achse rotieren kann, die mit der Achse zusammenfällt, um die

die orbitale Bewegung der Röntgenstrahlenquelle 5 stattfindet. Die Quelle 5 ist auf dem Rahmen 13 mittels eines Lagers 16 gelagert. Unmittelbar gegenüber der Quelle 5 ist mittels eines Lagers 17 auf dem Rahmen 13 ein Detektorsystem 18 gelagert, um die Strahlungsabsorptionsdaten des Körpers des Patienten in der von der Quelle 5 überstrichenen Ebene festzustellen. Das Detektorsytem 18 erstreckt sich über die ganze Öffnungsbreite des von der Quelle 5 ausgesendeten Strahlenfächers. In Fig.2 ist die Öffnungsbreite des Fächers, innerhalb der das Detektorsystem 18 angeordnet ist, schematisch dargestellt. Die Lagerungen für das Detektorsytem erlauben eine begrenzte V/inkelbewegung des Systems in bezug auf den Rahmen 13, was noch nachfolgend näher erläutert wird.

Der Achskörper U ist in einer Stütze 19 gelagert, und neben der Stütze 19 befindet sich ein den Achskörper 11 umgebender Spulenkörper 20. Der Spulenkörper 20 ist an der Stütze 19 befestigt, und um ihn sind Leitungen 21 und 22 gewickelt über die die Absorptiorsdaten vom Detektorsystem 18 zur Datenverarbeitungseinheit und die Versorgungsenergie für die Röntgenstrahlenquelle 5 geschickt wird. Ober die Leitungen 21 und 22 wird ebenfalls die Stromversorgung für Elektromagnete geleitet, die die obenerwähnten Winkelbewegungen des Detektorsystems 18 erzeugen. Bei der Umlaufbewegung der Röntgenstrahlenquelle und des Detektorsystems wickeln sich die Leitungen auf den Spulenkörper 20 auf oder von diesem ab. Sie werden dem Spulenkörper über Führungen 23 und 24 zugeführt, die am Rahmen 13 angebracht sind. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel führt der Rahmen 13 bei jedem Untersuchungszyklus, der in wenigen Sekunden abläuft, drei Umdrehungen aus. Die Leitungen 21 und 22 wickeln sich dabei auf den Spulenkörper auf oder von diesem ab und kehren am Ende der Untersuchung in ihre Ausgangslage zurück. Am Spulenkörper sind die Leitungen befestigt Sie verlaufen von dort zu ihren entsprechenden Anschlußeinheiten, nämlich zu der erwähnten Datenverarbeitungseinheit und zu einer Stromversorgungseinheit

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Detektorsystem aus einer Reihe von individuellen Detektoren 18_t... 18*... 18n besteht von denen jeder die entlang einem

schmalen, fingerartigen Strahlenweg 29i 29_n+i

übertragene Strahlung mißt wobei die Grenzen 29 des Strahlensektors durch der Strahlenquelle 5 zugeordnete Kollimatoren bestimmt werden.

Die Detektoren 18i... 18„ bestehen in- bekannter Weise aus einem Kristall, der szintilliert wenn auf ihn ein Röntgenquant oder eine andere hochenergetische Strahlung auftrifft und aus einem Photovcfvieliachef, um die lichtszintillation in einen elektrischen Stromimpuls umzusetzen, wobei die umgesetzten Impulse dann die Ausgangssignale der einzelnen Detektoren darstellen. Es können aber auch andere Arten von Detektoren verwendet werden. Jeder Szintillator ist mit einem Kollimator versehen, so daß auf ihn jeweils nur die vom zugehörigen Strahlenweg stammende Strahlung treffen kann. Der Aufbau des Gerätes ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt and entspricht im wesentlichen dem Aufbau, wie er in der DE-OS 24 27 418 beschrieben ist

Die umlaufende Bewegung des Rahmens 13 und damit der Röntgenstrahlenqueile 5 und des Detektorsystems 18 wird durch einen Elektromotor 30 bewirkt, der auf dem Hauptrahmen 9A gelagert ist und den Rahmen 13 über Zahnräder 31 und 32 antreibt wobei das Zahnrad 32 am Rahmen 13 befestigt ist. Der Motor treibt ferner einen Schaltmechanismus 33 an, der — wie noch weiter unten näher erläutert wird — die Stromversorgung für die Elektromagnete steuert, die die Winkelbewegung der Quelle 5 und des Detektorsystems 18 bewirken. Der Schaltmechanismus 33 steuert ferner andere Versorgungsrichtungen. F i g. 2 zeigt die Anordnung der Elektromagnete für das System. Dieses besteht aus zwei Spulen 35 und 36, die einen am Detektorsystem 18 angebrachten Anker betätigen. Die Spulen 35 und 36 sind in Reihe mit einem im Schaltmechanismus 33 angeordneten Umschalter 38 geschaltet. Das als Einheit ausgebildete Detektorsystem 18 ist in Führungen 39 gelagert und am Rahmen 13 befestigt wobei die Führung eine begrenzte aber genaue Winkeibewegung des Systems IS erlaubt. Wenn der den Spulen 35 und 36 zugeführte Strom in einer bestimmten Richtung verläuft wird das System 18 in einer seiner Grenzlagen in den Führungen 39 gehalten und bei Umkehr der Stromrichtung wird das System 18 in seine andere Grenzlage bewegt und dort gehalten. Der Schaltmechanismus 33 ist so angeordnet, daß er den Schalter 38 nach der ersten und der zweiten der drei Umdrehungen, die einen Untersuchungszyklus bilden, betätigt Die Bewegung des Detektorsystems ist sehr klein, und sie entspricht nur dem Winkelabstand zwischen benachbarten Detektoren 18i... 18»

Durch Betätigung des Umschalters 18 müssen die Detektoren 18|... 18„ die entlang der Strahlenwege 29₂... 29_n+1 während der ersten und dritten Umdrehung eines Untersuchungszyklus empfangene Strahlung und die entlang der Strahlenwege 29|... 29„ während der zweiten Umdrehung des Untersuchungszyklus empfangene Strahlung messen.

Die im Verlauf der orbitalen Bewegung vom Detektorsystem 18 erzeugten Ausgangssignale werden Verstärkern 231 zugeführt Die Ausgangsströme der Verstärker werden jeweils in Miller-Integratoren 232 über aufeinanderfolgende kurze Zeitintervalle inte griert, und die Ausgänge dieser Integratoren werden jeweils durch Umsetzer 233 von analoger Form in digitale Form umgesetzt und dann dem Digitalrechner 234 zugeführt dessen Wirkungsweise anhand von F i g. 4 erläutert wird. Gegebenenfalls kann die Verstär kung der Verstärker 231 gemeinsam so gesteuert werden, daß in der Emissionsintensität der Röntgenstrahlungsquelle auftretende Schwankungen kompensiert werden. Die Ausgänge des Digitalrechners sind korrigierte Strahldatensignale, die jeweils die Durchlässigkeit der Strahlung entlang einem der Strahlenwege 19j... 19*... IS_n während eines Zeitintervaüs darstellen, das ausreichend kurz ist um unbeschadet von der Umlaufbewegung der Quelle 5 und dem Detektorsystem 18 als Durchlässigkeit entlang dem stationären Strahlenweg bei einer bestimmten Winkellage angesehen werden zu können. Die Strahlenweg-Datensignale werden einem Strahldatenspeicher 239 zugeführt und von dort über einen Adressenwähler 251 einer Büdrekonstruktions schaltung 252, die vom Digitalrechner 234 Gebrauch macht Die Bildrekonstruktion wird hier nicht näher beschrieben. Sie kann auf verschiedene Weise erfolgen, vorzugsweise jedoch wie sie in der DE-OS 24 20 500 beschrieben ist Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung genügt die Angabe, daß der Adressenwähler 251 vom Speicher 239 Daten in Gruppen abzieht die Ausgangssignalen entsprechen, die von parallelen Gruppen von Strahlenwegen abgeleitet werden, wobei

7 8

jede Gruppe in der Schaltung 252 verarbeitet wird. Aus sind jeweils neben den Figuren angegeben. Die während

F ι g. 2 ist ersichtlich, daß die Strahlenwege 29i... 29*... der ersten und dritten Umdrehung abgeleiteten

29„+i in keinem Zeitpunkt (d.h. bei keiner Winkellage Absorptionsdaten dienen zur Bildrekonstruktion unter

des Fächers 29) parallel verlaufen. Die Integrations- Verwendung bereits beschriebener Techniken.

Intervalle der Integratoren 232 sind jedoch so auf die 5 In allen Teilen der Fig.3 ist angenommen daß die Umlaufbewegung der Quelle S und der Detektoren 18 nicht dargestellte Strahlungsquelle in der Figurenebene

bezogen, daß während aufeinanderfolgender Integra- vertikal über oder unter der Umlaufachse O liegt In

tionsintervalle von den aufeinanderfolgenden Detekto- F i g. 3(a) stellt der Weg ρ eine bestimmte Spur eines den

ren 18,... 18„ abgeleitete Strahlenweg-Datensignale die Körper durchlaufenden Strahles dar, der auf den Jt-ten

Durchlässigkeit entlang paralleler Gruppen von Strah- io Detektor 18* des Detektorsystems 18 auftrifft. Der

lenwegen darstellen. Bei Kenntnis der Ordnung der Detektor k+1 ist der nächstfolgende Detektor, und auf

Speicherung im Speicher 239 können ohne Schwierig- diesen Detektor fallende Strahlung durchquert den

keiten Gruppen von Ausgangssignalen ausgewählt Körper auf dem Weg q. F i g. 3(c) zeigt eine identische

werden, die Gruppen von parallelen Strahlenwegen Situation bei der Vollendung einer Umdrehung der

entsprechen. Wenn die Operationen für die Bildrekon- 15 Abtastvorrichtung, jedoch können infolge eines Drif-

siruktiön vollzogen sind, wird das Bild auf einem tens der Empfindlichkeiten der Detektoren die von den

Anzeigesystem 134 dargestellt, beispielsweise mittels beiden Detektoren abgeleiteten Absorptionsdaten nun

einer Kathodenstrahlröhre oder eines Druckers, und das unterschiedlich sein.

Bild kann zusätzlich oder als Alternative auf einem F i g. 3(b) zeigt die Lage der beiden Detektoren nach Magnetband gespeichert werden. 20 gerade einer halben Umdrehung der Abtastvorrichtung Die Verstärkungen der Verstärker 231 sind so und p' und q' bezeichnen die Wege, auf denen die

eingestellt, daß sie Unterschiede in der Empfindlichkeit Strahlung durch den Körper auf die beiden Detektoren

der Strahlungsdetektoren kompensieren. Diese Korn- Jt und Jt-M in der Lage, die sie nun einnehmen, trifft. Die

pensation ist insbesondere wichtig, wenn eine hohe Wege liegen in antisymmetrischer Beziehung zu den

Genauigkeit der Bildrekonstruktion gefordert wird, 25 Wegen ρ und q.

beispielsweise eine Genauigkeit von 1 Promille. Die Wege p' und q' sind auch in Fig. 3(d) gezeigt,

Unterschiede der Empfindlichkeit machen sich in der aber nun trifft aufgrund einer Verschiebung des Rekonstruktion als feines, ringförmiges Muster bemerk- Detektorsystems der Strahlenweg p' anstelle des

bar. In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine vorgegebene Strahlenwegs g'auf den Detektor A-+1. Dieser Wechsel

Einstellung der Verstärkung nicht genügt, um die 30 der beiden Detektoren in bezug auf den Weg p' Unterschiede der Empfindlichkeiten zu kompensieren. ermöglicht einen Vergleich der Empfindlichkeiten der Die Erfindung befaßt sich mit einer wirksamen beiden Detektoren. Es ist natürlich notwendig, das Maß Kompensation dieser Unterschiede, die vorhanden sein der Drift der Detektorempfindlichkeit im Intervall

oder bei der Untersuchung entstehen können. zwischen der Zeit t Tin Fig.3(b) und der Zeit

Es kann angenommen werden, daß Fehler in der 35 r = 0 in Fig.3(d) in Betracht zu ziehen. Fig.3(e) und Empfindlichkeit der Detektoren 18 zwei Komponenten 3{f) beziehen sich auf den Beginn und das Ende der

haben, wobei die eine Komponente von der Lage des dritten Umdrehung des Untersuchungszyklus. Diese

Detektors (das ist ein Unterschied in der Empfindlich- Figuren sind ähnlich wie F i g. 3(a) und 3(c), jedoch sind

keit des Detektors zu einem benachbarten Detektor) hier die auf die Detektoren Jt und Jt+1 auftreffenden

und die andere von der Zeit (das ist die Drift der 40 Sirahlenwege mit r und s bezeichnet, um der geringen

Empfindlichkeit eines Detektors während der für einen Differenz des Startwinkels, welche aus dem Versatz des Untersuchungszyklus benötigten Zeit) abhängt. Starts um 1° bei jeder Umdrehung resultiert, bei der F1 g. 3(a) bis 3(0 zeigen, wie diese beiden Fehlerkompo- dritten Umdrehung gegenüber der ersten Umdrehung

nenten annähernd für jeden Detektor berechnet und zur Rechnung zu tragen.

Korrektur der Ausgangsdatensignale bei der Bildrekon- 45 Zum besseren Verständnis des Korrekturverfahrens

struktion verwendet werden können. In diesen Figuren sei angenommen, daß S^t) das Signal darstellt, das vom

ist der Bereich, in dem der zu untersuchende Körper Jt-ten Detektor zu einer beliebigen Zeit t während des

angeordnet sein muß, mit 13' bezeichnet Die Figuren Abtastvorganges abgeleitet wird. Dieses Signal ist

zeigen die Strahlenwege, auf denen die Strahlung auf proportional dem Maß der Absorption f(t). die die

zwei Detektoren 18* und 18_i+i zu unterschiedlichen 50 Strahlung auf dem Weg zum Detektor zur Zeit f

Zeiten während drei vollständiger Umläufe eines erleidet, und es ist auch proportional der Drift Di/t) der UntersiiGhijngsryklus auftrifft Fig.3(d) zeigt etwa die Empfindlichkeit des Detektors zur Zeit t Somit kann

Mitte der zweiten Umdrehung zu einem Zeitpunkt, bei man schreiben dem aufgrund der Verschiebung des Detektorsystems

18 mittels der Elektromagneten 35 und 36 die 55 St(t) = A_kDi{t)f(t). Detektoren iund *+l im Vergleich zu ihrer Lage zu

anderen Zeitpunkten versetzt sind. Der Versatz A_k kann als Empfindlichkeitskonstante des Detektors

entspricht einem Versatz der Umlaufachse von ObisO'. Jt bezeichnet werden. Eine gleiche Feststellung kann

Es wird angenommen, daß eine Umdrehung aus 361 auch für den Jt+l-ten Detektor getroffen werden. Die Schritten besteht, nämlich von 0° bis 360° einschließlich, eo Ausgänge des Detektors k in Fig.3(b) und des

wobei eme Umlaufbewegung von 1° während jedes Detektors Jt+1 in F ig.3(d) sind dann Integrationsintervalls der Integratoren 232 erfolgt Das

Intervall kann jedoch auch kleiner sein. Die bei der ^s*(- V = A_kDt(- T)T₀

orbitalen Bewegung für jede Umdrehung benötigte Zeit St₊₁(O) = A₄₊₁ Dt₊1(0)&

ist mit T bezeichnet und zur Vereinfachung der es -

mathematischen Rechnung ist die in Fi g. 3(d) darge- wobei f₀ der tatsächliche Wert der Absorption auf dem

stellte Zeit als ί = 0 angenommen. Die in den anderen Weg p' in F i g. 3(b) und ebenso auf dem Weg p' in

Figuren 3(a), 3(b), 3fc), 3(e) und 3{f) dargestellten Zeiten F i g. 3(d) ist Zur Vereinfachung kann der Driftfaktor für

IO

einen Detektor zur Zeit t = 0 als 1 angenommen werden, und es folgt dann, daß

1OgS₄₊₁(O)-Das Verhältnis

diese Situationen gilt jeweils

sJ- _ύτ) = αΜ- 4

S₄(- 1 τ) = /1₄D₄(- ± τ) /, .

wobei /ι das Absorptionsmaß auf dem Weg ρ ist. ίο Betrachtet man die entsprechenden Situationen gemäß F i g. 3{e) und 3(f), dann gilt

kann dann bestimmt werden und kann weiterhin auch für jedes Detektorpaar bestimmt werden, wenn die Größe der Drift D*f- T) bestimmt werden kann. Daher können die relativen Empfindlichkeiten der verschiedenen Detektoren annähernd kompensiert werden, vorausgesetzt, daß λ und D(t) in jedem Falle bestimmt werden können.

Um die zur Abschätzung von D(t) benötigte wobei Z₂ das Maß der Absorption auf dem Weg r ist. Aus Information zu gewinnen, werden zunächst die Situatio- 20 den ersten Gleichungen der beiden Gleichungspaare nen entsprechend den F i g. 3{a) und 3(c) betrachtet Für folgt daß

^ (±_ j\ = A D_k(— T) f
\ 2 / V 2 /

_c /_3_ yA — 4 r>. /Ά j\ /·_

= log

D₄(- Ir)-

logS₄(- Ir)-1OgS₁ (- |
und aus den zweiten Gleichungen

log S₄ (j Τ) - log S₄ (i- τ) = log D_k (j τ) - log D₄ (-1 r)

Diese Ergebnisse lassen sich kompakter darstellen, ausdrücken lassen als wenn A_kl zur Kennzeichnung der Steigung einer dem ^₁ |_og _Sk ₌ ^₁ |_og _Dk '

k-\tn Detektor über die Umdrehung (-\τ), {-\τ) ZJ₄₂IOgSt = ^t₂IOgDt.

zugeordneten Funktion eingeführt wird, und ebenso Δια 35 Unter der Annahme, daß die Drift klein ist und daß sich

•u j- 11 j u 1 1t·3τ·ι JO-UJ-C i_ · der Logarithmus parabolisch ändert kann man schrei-

uber die Umdrehung (-7, \T), so daß sich die Ergebnisse ⁶ ^v

J. 2. DcIl

log D₄(t) = (I₄₁ log S₄ + I₄₂ log S₄) r + y I₄₁₂ log S₁ · r².

worin A^₂ die von den Steigungen At\ und Δ& erster Ordnung abgeleitete Steigung zweiter Ordnung bedeutet Somit ist die Drift Dt(t) für alle Zeiten t während des Untersuchungszyklus in Form der vier Signalausgänge

bestimmt Alle Signalausgänge aller Detektoren können bezüglich der Drift korrigiert werden, und wenn man die Drift insbesondere für die Zeit t = —T kennt, können die relativen Empfindlichkeiten der Detektoren zugelassen werden. Somit können die zeitlichen Schwankungen der Detektorempfindlichkeit bei den Bildrekonstruktionsdaten kompensiert werden.

Die Ausgänge von den Integratoren 232 (Fig.2) werden Analog/Digital-Umsetzern 233 zugeführt, von denen in F i g. 4 eine Einheit 233t dargestellt ist In diese Einheit wird der Ausgang vom Detektor k eingespeist, und anschließend wird das Signal über eine Logarithmier-Schaltung 242 und andere nachfolgend noch erläuterte Schaltelemente einem Datenspeicher 239 zugeführt, in dem die Fehler der ursprünglich gespeicherten Strahldatensignale, die von den unterschiedlichen Detektorenempfindlichkeiten herrühren, korngiert werden müssen. Nach Korrektur werden die Daten vom Speicher in gewünschter Reihenfolge vom Adressenwähler 251 (Fig.2) ausgewählt Die Zeitgeberschaltung 236 des Rechners, eine Routen-Wähler- schaltung 241t und die Logarithmier-Schaltung 242 werden in bekannter Weise vom Rechnerprogramm gesteuert

Um die Art der Rechneroperationen zu verdeutlichen, wird die Beziehung zwischen einem korrigierten und einem nicht korrigierten, im Speicher 239 gehaltenen Datensignal wie folgt ausgedrückt:

5s

log f(t) = log Sift)-log Ak-

In dieser Gleichung ist i(t) das wahre Maß der Absorption der Strahlung auf dem Weg durch den Körper, die zur Zeit r auf den Detektor k auftrifft Der tatsächlich vom Detektor gemessene Wert ist St(t). Dieser Wert wird zunächst in seiner logarithmischen Form im Datenspeicher 239 gespeichert, und die Korrektur wird durchgeführt, indem vom nicht korrigierten Strahldatensignal die Korrekturen log Ai und log Dt(t) subtrahiert werden.

Nach dem oben Gesagten ergibt sich, daß für die Korrektur der ursprünglich im Speicher 239 gespeicher-

ten Signale Detektorausgangssignale zu den folgenden Zeiten benötigt werden:

•-

t = -τ.

f = 0,

■-τ'·

Der Einfachheit halber werden
it-ten Detektors zu diesen Zeiten

Kl

die Ausgänge des

- ^T- - -τ ^T< -τ ^T ^und i

2 2 2

bezeichnet:

S_k(-T) = x_n.

JO

t^t) ⁼ ^Xbk

und der Ausgang des Detektors Jt+1 zur Zeit t+ 0 wird bezeichnet als

Addierschaltung 254t t'nd dann subtraktiv zugehörigen Adressen im Datenspeicher 239 zugeführt. Die zugehörigen Werte von t werden der Syntheseschaltung 253* über eine Leitung 245* mitgeteilt. Auf diese Weise werden die im Speicher 239 befindlichen, vom Detektor k herrührenden Datensignale für alle Werte des bei der Bildrekonstruktion verwandten Parameters t korrigiert. Die gleiche Verarbeitung erfolgt in gleichen Schaltungsanordnungen für alle Detektorkanäle, so daß die gesamten Daten im Speicher 239 im Hinblick auf Driftfehler der Detektoren korrigiert werden.

Bei dem Verfahren zur Kompensation von lageabhängigen Fehlern der Speicherdaten, d. h. ungleichen Detektorempfindlichkeiten gilt zunächst

und als Folge davon, falls

>·ν = —-.— >

ergibt sich daß

A- I'

log A_k = 2 log λ, + log A₁

Die Kompensation der ungleichen Detektorempfindlichkeiten schließt die zugehörige Subtraktion der differierenden Werte von log Ak ein, die für unterschiedliche Werte von k von den im Speicher 239 gespeicherten Daten abweichen. Da der Wert log A\ für alle Korrekturen gemeinsam ist, bleibt dieser Wert unberücksichtigt, denn er würde nur eine einheitliche Komponente in die Bildrekonstruktion einführen. Wenn daher auf den Wert von log Ak nachfolgend bezug genommen wird, so hat er die Bedeutung

Diese Werte, die am Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 233* erscheinen, werden von der Routen-Wahlschaltung 24t *, die von der Zeitsteuerschaltung 236 gesteuert wird, zur jt-ten Adresse von entsprechenden Speichern 25O₀,250,, 25O₂,25O₃,25O₄,25O₆ geschickt. In diesen Speichern ist eine Adresse, die jeweils allen Detektorkanälen, für die der k-ie Kanal typisch ist, entspricht Die in Frage stehenden Werte mit Ausnahme von Xu- stellen ebenfalls Bildrekonstruktionsdaten dar und werden ebenfalls im Datenspeicher 239 gespeichert. Nachdem die Signale sich in den Speichern 250ο, 250ι, 25O₂,25Oj, 25O₄,25O₆ befinden, zieht eine Wahlschaltung 25U die Werte xok, Xu, xaic und X₆* nacheinander unter Steuerung der Zeitgcbcrschaitung 23S heraus, und diese Werte werden dann nacheinander der Logarithmier-Schaltung 242 zugeführt. Sie kommen aus der Schaltung 242 in logarithmischer Form und werden der Differenzschaltung 252* zugeführt, die die obenerwähnten Steigungen erster und zweiter Ordnung bildet, und diese Steigungswerte zur Driftfunktions-Syntheseschaltung 253jt überführt. Diese Schaltung erzeugt aus diesen eo Werten und Werten des Zeitparameters t Werte der logarithmischen Driftftinktion log Di/t) entsprechend der Annahme, daß diese Funktion sich, wie schon oben erwähnt, parabolisch mit t ändert Die bei der Erzeugung der Werte der Funktion verwendeten Werte von r sind die Werte, die zu der Erzeugungszeit der dem Speicher 239 zugeführten Datensignale gehören. Entsprechende Werte der Funktion log D₁Jt) werden einer Aus den früheren Erörterungen des Problems ist ersichtlich, daß der Wert von log λ* durch die Gleichung gegeben ist

log

- log.v_lt = log/.* - logD_k(-T).

worin, wie schon früher festgestellt wurde
k'=

Die von der Zeitgeberschaltung 236 gesteuerte Auswahlschaltung 255t wählt der Reihe nach den im Speicher 25O₃ gespeicherten Wert x₃* und den im Speicher 25Oi gespeicherten Wert x\ k aus und führt diese der Logarithmier-Schaltung 242 und dann einer Empfindlichkeitsvergleichsschaltung 256* zu. Diese Schaltung verwendet die zugeführten Werte zusammen mit dem von der Driftfunktions-Syntheseschaltung 253* und durch die Zeitsteuerschaltung 236 der Schaltung 256* zugeführten Wert von log Dk(— T) um den Wert von log Λ* gemäß der obigen Gleichung künstlich herzustellen. Der künstlich hergestellte Wert von log λ* wird der Jt-ten Adresse des Empfindlichkeitsspeichers 257 zugeführt, der allmählich die Werte von log λ* für alle Werte von Jt empfängt und SDeichert. Alle Werte

von log Xk werden durch entsprechende Schaltungen der angegebenen Art synthetisch hergestellt

Um den Wert von log A* zu erzeugen, zieht die Addierschaltung 258* vom Speicher 257 alle gespeicherten Werte für log /.„ für Werte von ν im Bereich 1,2,3,... k—i mittels der Zeitsteuerschaltung 236 über einen Leiter 245't ab Und summiert sie zur Erzeugung des erforderlichen Wertes von log A_k. Dieser Wert wird der Addierschaltung 254* und dann subtraktiv den zugehörigen Adressen im Speicher 239.A zugeführt Bei Verwendung gleicher Verfahren für alle Werte von Ar erfolgt eine Kompensation der ungleichen Empfindlichkeiten der Detektoren für die in allen Adressen des Datenspeichers 239 gespeicherten Daten.

In F i g. 4 sind die Komponenten und Schaltkreise nur schematisch dargestellt, da sie zu einem entsprechend programmierten Digitalrechner bekannter Bauart gehören.

Die bei der beschriebenen Datensignalkorrektur verwendeten Detektorwerte stellen zwar nur Werte einer Detektorposition dar, jedoch können diese Werte Durchschnittswerte von einer Gruppe von Positionen sein. Auf diese Weise können statistische Fehler von begrenzten Photonenstößen beträchtlich reduziert werden.

Ferner brauchen die bei der Korrektur verwendeten Detektorwerte nicht zu den angegebenen Zeiten gewonnen zu werden, vorausgesetzt, daß die Zeitsteuerung der Schaltung entsprechend ist. Kürzere Abtastungen und andere Zeitprogramme können verwendet werden, wenn die Gesamtzeit der Abtastung vermindert werden soll.

Während des zweiten Umlaufs des Untersuchungszyklus werden Signale von den Detektoren 18 nur zur Zeit f = 0 abgeleitet Während des Restes der Umdrehung können die Röntgenstrahlen unterbrochen werden, um die Strahlungsdosis für den Patienten zu vermindern. Statt dessen können jedoch auch Datensignale während des zweiten Umlaufes erzeugt und zur Bildrekonstruktion verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß die Korrektur von in der Zeit variablen Fehlern der Detektorenempfindlichkeit da durch erzielt wird, daß von dem jeweiligen Detektor zu aufeinanderfolgenden Zeiten Ausgangssignale abgeleitet werden, wenn die Strahlung auf den Detektor auf demselben Strahlenweg durch den zu untersuchenden Körper auftrifft Diese Ausgangssignale werden zur Erzeugung einer Funktion verwendet, die die Form der Drift der Empfindlichkeit darstellt, und diskrete Werte dieser Funktion, die für entsprechende Augenblicke ausgewählt werden, dienen zur Korrektur der in den entsprechenden Augenblicken erzeugten Ausgangssignale. In Abhängigkeit von der Zahl der zur Erzeugung der Driftfunktion verwendeten Ausgangssignale kann die Funktion linear, parabolisch, kubisch oder sogar von höherer Ordnung sein. In der Praxis gibt jedoch eine parabolische Funktion eine ausreichende Korrektur. Dieser Aspekt der Erfindung kann bei jeder Zahl vors Detektoren angewendet werden, da eine individuelle Driftfunktion für jeden Detektor erzeugt wird. Eine Anwendung ist auch möglich, wenn nur ein Detektor in jeder untersuchten Ebene verwendet wird, beispielsweise wie bei dem in der DE-OS 19 41 433 beschriebenen Anordnung.

Die positionsabhängige Korrektur beruht dagegen auf dem Empfang von Strahlung auf demselben Weg durch bestimmte Detektorpaare (die in der Praxis nicht durch benachbarte Detektoren gebildet sein müssen) eines Detektorsystems, wobei ein Weg für jedes Paar vorgesehen ist Insoweit ist die Erfindung nur anwendbar, wenn zahlreiche Detektoren verwendet werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das gewünschte Ergebnis dadurch erreicht, daß Strahlung zweimal durch den Körper von weitgehend identischen Richtungen geschickt und die vom Körper austretende Strahlung das erste Mal von den Detektoren in einer bestimmten Lage in bezug auf den Körper und das zweite Mal von denselben Detektoren in einer demgegenüber versetzten Lage zum Körper abgetastet wird. Die gleiche Wirkung kann natürlich auch erreicht werden, wenn der Körper in bezug auf die Detektoren verlagert wird, oder durch eine Kombination dieser Bewegungen. Ferner kann der »Blick« durch den Körper mit den gegenüber ihrer Position, die sie bei der normalen Abtastung einnehmen, versetzten Detektoren entweder vor oder nach der Abtastbewegung und nicht wie beschrieben an einer mittleren Stelle erfolgen. Vorzugsweise werden jedoch die relativen Empfindlichkeiten der Detektoren an einer mittleren Stelle des Abtastprozesses geprüft.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, die im Abstand voneinander eine Strahlenquelle und eine wenigstens einen Detektor enthaltende Meßanordnung für die Strahlung der Strahlenquelle sowie eine Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers in dem Zwischenraum zwischen der Strahlenquelle und der Detektoranordnung aufweist, und die Antriebs- und Führungsmittel für laterale und/oder orbitale Abtastbewegungen der Strahlenquelle und der Meßanordnung enthält, die so ausgebildet sind, daß die Meßanordnung zahlreiche Strahlenbündel mißt, die entlang unterschiedlich orientierter Wege den zu untersuchenden Querschnittsbereich des Körpers durchlaufen, und die eine einen Rechner und einen Matrixspeicher enthaltende Auswertschaltung aufweist, der die Detektor-Ausgangssignale, die die Schwächung der Strahlen auf dem Wege durch den Körper darstellen, zugeführt werden, wobei die Auswertschaltung eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem untersuchten Querschnittsbereich herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Führungsmittel (30, 31, 32) so ausgelegt sind, daß ein von der Strahlenquelle (5) zu einem Detektor (18*) verlaufendes Strahlenbündel den Querschnittsbereich des Körpers auf demselben Weg zu verschiedenen Zeiten während der orbitalen Bewegung durchquert, daß die während der verschiedenen Zeiten gewonnenen Absorptionsmessungen Speicher- und Auswahlschaltungen (250,251) zugeführt werden, daß eine Vergleichsschaltung (252) zum Vergleich dieser Messungen und eine Schaltung (253) zur Erzeugung eines Fehlersignals bei Feststellung eines Driftunterschiedes in der Empfindlichkeit des Detektors (18*) in dem Zeitraum zwischen dem Durchlauf des Strahlenbündel durch den Weg vorhanden sind, und daß eine Schaltung (254) vorhanden ist, um die Fehlersignale den Absorptionsmessungen zwecks Fehlerkorrektur zuzuführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Führungsmittel (30, 31, 32) so ausgelegt sind, daß jeder Detektor durch den Querschnittsbereich geschickte Strahlung während der orbitalen Bewegung entlang jedes Weges wenigstens dreimal empfängt, so daß die Fehlersignale eine Driftkorrektur nach einem parabolischen Gesetz ermöglichen.

3. Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gamma-Strahlung, die im Abstand voneinander eine Strahlenquelle und eine wenigstens einen Detektor enthaltende Meßanordnung für die Strahlung der Strahlenquelle sowie eine Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers in dem Zwischenraum zwischen der Strahlenquelle und der Detektoranordnung aufweist, und die Antriebs- und Führungsmittel für laterale und/oder orbitale Abtastbewegungen der Strahlenquelle und der Meßanordnung enthält, die so ausgebildet sind, daß die Meßanordnung zahlreiche Strahlenbündel mißt, die entlang unterschiedlich orientierter Wege den zu untersuchenden Querschnittsbereich des Körpers durchlaufen, und die eine einen Rechner und einen Matrixspeicher enthaltende Auswertschaltung aufweist, der die Detektorausgangssignale, die die Schwächung der Strahlen auf dem Wege durch -den Körper darstellen, zugeführt werden, wobei die Auswertschaltung eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem untersuchten Querschnittsbereich herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine so ausgelegte Umschalt- und Verschiebevorrichtung (3S—38) vorhanden ist, daß ein Detektorpaar (18*. 18*+1) relativ zur Strahlenquelle (5) um einen solchen Betrag verschiebbar ist daß einer der Detektoren (18t) die entlang einem Weg durch den Querschnittsbereich verlaufende Strahlung und der andere Detektor (18*+1) die durch denselben Weg verlaufende Strahlung nach der Verschiebung empfängt, daß Empfindlichkeits-Vergleichsschaltungen (256) vorhanden sind, um die Messungen des Detektorpaares für denselben Weg zu vergleichen und die festgestellten Empfindlichkeitsunterschiede zu speichern, und daß eine Schaltung (254) vorhanden ist, um die festgestellten Unterschiede der Empfindlichkeiten den Absorptionsmessungen zwecks Fehlerkorrektur zuzuführen.