DE2503979B2

DE2503979B2 - Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung

Info

Publication number: DE2503979B2
Application number: DE2503979A
Authority: DE
Inventors: Christopher Archibald Gordon Osterley Middlesex Lemay (Grossbritannien)
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US4035651A; FR2260251B1; GB1493148A; NL184866C; NL7501208A; DE2503979A1; NL184866B; JPS5557B2; DE2503979C3; JPS50124688A; FR2260251A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder y-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung eines ebenen, fächerförmigen, in der Ebene einer zu untersuchenden Querschnittsscheibe des Körpers liegenden Strahlungsfeldes, mit einer aus meheren Detektoren bestehenden, im Abstand von der Strahlungsquelle in der Ebene des Strahlungsfeldes angeordneten Detektoranordnung zur Messung der Intensität der Strahlung nach Durchqueren des Körpers, mit einer Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers im Zwischenraum zwischen der Strahlungsquelle und der Detektoranordnung, mit. Antriebs- und Führungsmitteln an der Aufnahmevorrichtung zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Strahlungsquelle und der Detektoranordnung um eine gemeinsame, senkrecht zur Ebene des Strahlungsfeldes verlaufende Achse, mit einer einen Rechner und einen Matrixspeicher enthaltenden Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Darstellung der Absorptionsverteilung in der Querschnittsebene des Körpers, wobei die Verarbeitungsschaltung mit den Detektorausgangssignalen gespeist wird, die die Absorption darstellen, die die Strahlung beim Durchqueren des Körpers entlang zahlreicher Wege erfährt.

Die mit dem Gerät erzeugte Darstellung kann auf einer Kathodenstrahlröhre, auf einer von der Kathodenstrahlröhre aufgenommenen Fotographie erfolgen, oder es kann eine Abbildung der von einem Digitalrechner erzeugten Absorptionskoeffizienten von einem an den Rechner angeschlossenen Peripheriegerät ausgedruckt werden.

Bei der aus der DE-OS 19 41433 bekannten Anordnung ist eine Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers vorhanden, wobei Strahlung von einer äußeren, an der einen Seite der Aufnahmevorrichtung angeordneten Quelle in Form eines feinen Strahlenbündels durch den Körper auf einen auf der anderen Seite der Aufnahmevorrichtung angeordneten Detektor gerichtet wird. Das Strahlen-

bündel wird einer Abtastbewegung unterworfen, so daß es der Reihe nach eine große Zahl unterschiedlicher Positionen einnimmt. Der Detektor stellt den Wert der Absorption des Strahlenbündels in jeder dieser Positionen fest, nachdem das Strahlenbündel den Körper durchlaufen hat. Damit das Strahlenbündel diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, werden die Strahlungsquelle 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, für die die Verteilung der Absorptionskoeffizicnten für die verwendete Strahlung durch Verarbeitung der vom Detektor abgeleiteten Strahlabsorptionsdaten unter Verwendung eines Rechners gewonnen wird. Die Verarbeitung durch den Rechner erfolgt so, daß die schließlich angezeigte Verteilung der Absorption das Ergebnis von iterativen Annäherungen ist.

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

Um die Untersuchungszeit zu verkürzen, ist entsprechend der DE-OS 24 27 418 vorgeschlagen worden, die Absorptionsdatensignale dadurch abzuleiten, daß ein fächerförmiges Feld von Röntgenstrahlen, die von einer Quelle ausgehen, durch den Körper in der zu untersuchenden Ebene geschickt und auf der anderen Seite des Körpers eine Reihe von Detektoren angeordnet wird, um die entlang einer Reihe von Strahlenwegen innerhalb des Strahlenfeldes durchgehende Intensität der Strahlenbündel zu messen. Das fächerförmige Strahlenfeld erstreckt sich über einen so großen Winkel, daß der gesamte interessierende Bereich 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 und damit die in der DE-OS 19 41433 beschriebene laterale Abtastbewegung entbehrlich wird. Bei Verwendung einer solchen Anordnung können die von den einzelnen Detektoren abgeleiteten Absorptionswerte jedoch störende Abweichungen von den tatsächlichen Absorptionswerten infolge von Unterschieden oder Änderungen der Empfindlichkeit der Detektoren enthalten. In der Praxis hat sich gezeigt, daß solche Änderungen in beträchtlichem Maße trotz der verhältnismäßig kurzen Zeit, die für die Abtastung benötigt wird, auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Folgen dieser unterschiedlichen oder sich ändernden Empfindlichkeit der Detektoren zu vermindern oder zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Hilfsstrahlungsquelle zur Bestrahlung der Detektoren der Detektoranordnung mit einer Strahlung konstanter Intensität an wenigstens zwei Stellen der Umlaufbewegung vorhanden ist, daß an die Detektoren eine einen Teil der Verarbeitungsschaltung bildende Vergleichsschaltung zum Vergleich der an den beiden Stellen abgeleiteten Detektorsignale und zur Erzeugung von Korrektursignalen bei unterschiedlicher Empfindlichkeit der Detektoren sowie zur Zuführung der Korrektursignale zur Korrekturschaltung zwecks Korrektur von Fehlern der bei der Bestrahlung durch die erste Strahlungsquelle abgeleiteten Daten, die auf einer unterschiedlichen Empfindlichkeit der Detektoren beruhen, angeschlossen ist, wobei die korrigierten Daten der Signalverarbeitungsschaltung zugeführt sind.

Die in der Praxis unvermeidlichen Änderungen der Empfindlichkeit der Detektoren führen in der Darstellung der Absorptionsverteilung zu Störungen, die die Diagnose erschweren. Dadurch, daß die Detektoren an zwei vorgegebenen Stellen der Umlaufbewegung mit einer Strahlung konstanter Intensität beaufschlagt werden, kann festgestellt werden, ob sich zwischen diesen beiden Stellen die Intensität geändert hat, und wenn dies der Fall sein sollte, ist eine Korrektur der für ίο die Darstellung der Absorptionsverteilung erzeugten Signale möglich, so daß die erwähnten Verfälschungen in der Darstellung vermieden werden können.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Datenspeicher zur zeitweiligen Speicherung der für die Darstellung der Absorptionsverteilung von den Detektoren abgeleiteten Daten den Detektoren nachgeschaltet, wobei die Korrektursignale eine Korrektur der gespeicherten Daten mit einem Faktor bewirken, der auf die Änderung der gemessenen Strahlungsintensität der Hilfsstrah-2» lungsquelle während der Umlaufbewegung und auf die verstrichene Zeit zwischen dem Beginn der Umlaufbewegung und der Speicherung bezogen ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Korrektur in der erforderlichen Zuordnung zu den Strahlen wegen durchgeführt wird.
2> Vorzugsweise ist die Hilfsstrahlungsquelle so am Umfangsweg der Detektoren angeordnet, daß diese zuerst am Anfang und ein zweites Mal am Ende der Umlaufbewegung bestrahlt werden. Dabei ist zweckmäßigerweise die Hilfsstrahlungsquelle in und gegen die in Umlaufrichtung auf einer Führung um einen solchen Winkel bewegbar, daß zwischen ihren beiden Endlagen ein voller Umlauf der ersten Strahlungsquelle durchführbar ist. Auf diese Weise kann mit einer einzigen Hilfsstrahlungsquelle festgestellt werden, ob sich zwi-): > sehen dem Beginn und dem Ende der Umlaufbewegung die Empfindlichkeit der Detektoren geändert hat.

Die Hilfsstrahlungsquelle wird gemäß einer weiteren

Ausgestaltung der Erfindung nur dann wirksam, wenn sie benötigt wird, und zu diesem Zweck ist sie parallel

4» zur Umlaufachse der Detektoren in die Meßebene der Detektoren hineinbewegbar.

Damit die Korrektur mit ausreichender Genauigkeit

erfolgt, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Hilfsstrahlungsquelle so bemessen und/oder ausgebil-

4-5 det, daß die Detektoren bei der Messung der Strahlung dieser Quelle eine um etwa eine Größenordnung stärkere Strahlung empfangen als bei der Messung der Strahlung der ersten Quelle. Vorzugsweise besteht die Hilfsstrahlungsquelle aus Americium, um zu gewährlei-

>o sten, daß pro Zeiteinheit eine genau bekannte Zahl von Quanten ausgesendet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet
ν-, Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gerätes,

Fig. la eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1,

F i g. 2 eine Stirnansicht des in F i g. 1 dargestellten W) Gerätes in Richtung der Pfeile H-II in F i g. 1, wobei ein Teil des Gerätes winkelmäßig über der Darstellung in F i g. 1 versetzt ist und

Fi g. 3 eine Veranschaulichung der Arbeitsweise des Digitalrechners zur Kompensation der Drift der bi Empfindlichkeit der die Daten erzeugenden Detektoren.

In F i g. 1 liegt ein Patient 1 auf einer aus zwei Teilen 2 und 3 bestehenden Auflage. Sein Körper ist einer

Untersuchung durch eine durch die gestrichelte Linie 4 angedeutete Röntgenstrahlung ausgesetzt. Die Strahlung wird durch eine Röntgenstrahlungsquelle 5 erzeugt und bildet ein fächerförmiges Feld, das in der F i g. 1 in einer zur Papierebene senkrechten Ebene liegt. Die Auflage ist so lang bemessen, daß jeder gewünschte Abschnitt des Körpers des Patienten in die Ebene der Röntgenstrahlung gebracht werden kann. Im zu untersuchenden Bereich ist der Körper des Patienten von einer Flüssigkeit 6, beispielsweise Wasser, umgeben, die einen Absorptionskoeffizienten für die Strahlung hat, der etwa gleich dem Absorptionskoeffizienten des Körpergewebes ist. Die Flüssigkeit 6 befindet sich in einer Umhüllung oder in einem Beutel 7. Die Umhüllung ist innerhalb eines ringförmigen Körpers 8 angeordnet, der aus Metall, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, besteht. Der ringförmige Körper 8 wird von in der Zeichnung nicht dargestellten Haltemitteln getragen.

Der Teil 2 der Auflage ist an einem Pfosten 9 befestigt, der einen Teil des Hauptrahmens 9/4 bildet. Der Teil 3 der Auflage ruht an seinem vom ringförmigen Körper 8 abgekehrten Ende auf einem Lager 10, das an dem Achskörper 11 angebracht ist, um dessen Achse die orbitale Bewegung der Röntgenstrahlungsquelle 5 stattfindet. Die Teile 2 und 3 sind über den ringförmigen Körper 8 miteinander verbunden.

Der in dem Gerät lagernde Körper des Patienten wird von einem zylindrischen Rahmen 13 umgeben, dessen Längsachse mit der Achse des Achskörpers 11 zusammenfällt. Der Rahmen 13 ist an seinem dem jo Achskörper zugekehrten Ende geschlossen, und mit 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. An diesem offenen Ende ist der Rahmen r> 13 auf Rollen 15 gelagert, die ihrerseits ortsfeste Lager aufweisen. Diese Rollen sind so angeordnet, daß der Rahmen 13 frei um seine Achse rotieren kann. Diese Achse fällt mit der Achse zusammen, um die die orbitale Bewegung der Röntgenstrahlungsquelle 5 stattfindet. Die Röntgenstrahlungsquelle 5 ist auf dem Rahmen 13 mittels eines Lagers 16 gelagert. Unmittelbar gegenüber der Röntgenstrahlungsquelle 5 ist mittels eines Lagers 17 auf dem Rahmen 13 eine Detektoranordnung 18 gelagert, um die Strahlungsabsorptionswerte des Körpers des Patienten in der von der Röntgenstrahlungsquelle 5 überstrichenen Ebene zu messen.

Der Achskörper 11 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. Um ihn sind Leitungen 21 und 22 gewickelt, über die die Absorptionswerte von der Detektoranordnung 18 zur Datenverarbeitungseinheit und die Versorgungsenergie für die Röntgenstrahlungsquelle 5 geschickt wird. Bei der Umlaufbewegung der Röntgenstrahlungsquelle und der Detektoranordnung wickeln sich die Leitungen auf den Spulenkörper 20 auf, oder von diesem ab. Die Leitungen werden dem Spulenkörper über Führungen 23 und 24 zugeführt, die am Rahmen 13 angebracht sind. Am Spulenkörper sind wi die Leitungen befestigt, und sie verlaufen von dort zu ihren entsprechenden Anschlußeinheiten, nämlich zu der erwähnten Datenverarbeitungseinheit und zu einer Stromversorgungseinheit. Die Umlaufbewcgung des Rahmens 13 und damit der Röntgenstrahlungsquellc 5 hi und der Dctekloranordnung 18 wird durch einen Motor 25 über Zahnräder 26 und 27 bewirkt, wobei das Zahnrad 27 als Zahnkranz auf dem Rahmen 13 angeordnet ist.

Das in soweit beschriebene Gerät entspricht etwa dem in der DE-OS 24 27 418 beschriebenen Gerät. Die vorliegende Erfindung befaßt sich primär mit der Kompensation der Änderung der Empfindlichkeiten der in der Detektoranordnung vorhandenen Detektoren, die während der Zeit einer Untersuchung stattfinden kann. Wie in F i g. 2 dargestellt ist, wird die Strahlung der Röntgenstrahlungsquelle 5 so gebündelt, daß sie ein fächerförmiges Feld bildet, das gerade den ringförmigen Körper 8 umfaßt. Die Detektoranordnung besteht aus einer Reihe von mit individuellen Kollimatoren versehenen Detektoren IS₁ ... 18* ... IS_n, die so angeordnet sind, daß jeder von ihnen nur die Strahlungsintensität eines feinen Strahlenbündels innerhalb des Strahlungsfeldes feststellt. Zwei solcher Strahlenwege 5* und 5*+i, die auf entsprechende Detektoren 18* und 18*+1 fallen, sind in Fig.2 dargestellt. Jeder Detektor besteht vorzugsweise aus einem Szintillationskristall und einem Fotovervielfacher. Es können aber auch andere Arten von Detektoren verwendet werden. Für die Korrektur von Empfindlichkeitsänderungen der Detektoren 18] ... 18, ist das Gerät mit einer Hilfsstrahlungsquelle versehen die sich in einer als Kasten 29 ausgebildeten Abschirmung befindet, wobei für den Strahlenaustritt nur an der den Detektoren 18 zugekehrten Seite der Kasten mit einem Kollimator ausgestattet ist. Der Kasten 29 wird von einer Stange getragen, die sich in der Hülse 30 einer aus Schraube und Mutter bestehenden Einstellvorrichtung befindet, wobei die Mutter der Einstellvorrichtung von einem kleinen Elektromotor 31 (siehe Fig. la) angetrieben wird. Der Elektromotor kann betätigt werden, um den Kasten 29 von der in F i g. 1 in durchgehenden Linien gezeigten Stellung in die durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung 29' zu bewegen. In der in durchgehenden Linien gezeigten zurückgezogenen Stellung ist die den Kollimator enthaltende Seite des Kastens durch eine Strahlungsabschirmung 32 geschlossen, die ein Entweichen von Strahlung praktisch verhindert. Wenn der Kasten 29 in die durch die gestrichelte Linie angedeutete Stellung 29' bewegt wird, liegt er in der Meßebene der Detektoren 18, so daß die Detektoren sich unter dem Kasten sehr dicht an dessen Kollimator vorbei bewegen können und dort seiner Strahlung ausgesetzt werden. Die Strahlungsquelle in dem Kasten ist eine y-Strahlungsquelle konstanter Aktivität, beispielsweise Americium, so daß jeder Detektor 18i... 18, während der normalen Rotation des Rahmens 13 beim Passieren des Kastens 29 einer genau bekannten Zahl von Quanten ausgesetzt wird. In Fig. 3 erstreckt sich die >'-Strahlungsquelle 240 über das volle Winkelmaß des Kastens 29 in Fig. 2, um die von jedem Detektor beim Passieren des Kastens gemessene Quantenzahl zu vergrößern, damit die statistischen Schwankungen aul vernachlässigbare Größen reduziert sind. Der Kasten 2S und die Einstellvorrichtung zum wahlwcisen Herausfahren oder Zurückziehen ist auf einem Wagen 33 mil Rädern 34 gelagert, die in gekrümmten Schienen 35 laufen, wobei zwei Räder 34 durch einen Elektromotor 36 angetrieben werden, so daß der Wagen zwischen det in Fig. 2 in durchgehenden Linien gezeigten Stellung und der durch gestrichelte Linien angedeuteten Stellung 33' hin- und hergefahren werden kann. Nicht dargestellte elektromagnetische Mittel dienen dazu, den Wagen ir jpdcr Stellung für eine vorgegebene Zeit arretieren zi können. Die Stromversorgung für die Elektroinotorcr

31 und 36 und die elektromagnetischen Arretierungsmittel erfolgt über eine Leitung 37, die von einem durch einen Nocken betätigten Zeitgeberschalter 38 ausgeht, wobei der Nocken vom Elektromotor 25 angetrieben wird. Der Arbeitsablauf geht folgendermaßen vor sich.

F i g. 2 zeigt die Position des Gerätes bei Beginn der Untersuchung eines Patienten. Der Hauptschalter wird betätigt, um den Motor 25 einzuschalten, der nun mit der Drehung des Rahmens 13 mit der Röntgenstrahlungsquelle 5 und der Detektoranordnung 18 im Uhrzeigersinn beginnt. Zugleich wird die Stromversorgung für den Motor 31 durch die Zeitgeberschaltung 38 eingeschaltet, so daß der Kasten 29 mit der /-Strahlenquelle 240 rasch in die mit den Detektoren 18] ... 18„ zusammenwirkende Stellung ausgefahren wird. Wenn der letzte Detektor 18„ sich an der /-Strahlungsquelle 240 vorbeibewegt hat, wird der Motor 31 durch die Zeitgeberschaltung 38 in umgekehrtem Sinne betätigt, so daß der Kasten 29 und die /-Strahlungsquelle 240 zurückgefahren werden. Zugleich wird die Röntgenstrahlungsquelle 5 eingeschaltet, deren Strahlung durch den Patienten auf die Detektoren 18i... 18„ gerichtet ist. Die Untersuchung wird fortgesetzt, bis der Rahmen 13, die Röntgenstrahlungsquelle 5 und die Detektoranordnung 18 eine volle Umdrehung ausgeführt haben. Zu einer passenden Zeit während dieser Umdrehung (die tatsächliche Zeit ist unwesentlich) wird die Stromversorgung für den looter 36 durch die Zeitgeberschaltung 38 eingeschaltet, um den Wagen 33 in die in Fig.2 gestrichelt dargestellte Stellung 33' zu bewegen. Hierdurch gelangt der Wagen in eine Lage, in welcher er unmittelbar vor der Detektoranordnung 18 steht, wenn der Untersuchungszyklus abgeschlossen ist. Bei Beendigung des Untersuchungszyklus wird über die Zeitgeberschaltung 38 die Röntgenstrahlungsquelle 5 abgeschaltet und der Motor 31 eingeschaltet, durch den der Kasten 29 mit der /-Strahlungsquelle 240 erneut rasch in die mit den Detektoren 18| ... 18„ zusammenwirkende Stellung ausgefahren wird. Wenn der letzte Detektor 18„ an der Quelle 240 vorbeigelaufen ist, wird der Kasten 29 wieder eingefahren. Anschließend werden alie Teile in ihre Ausgangslage zurückgebracht und das Gerät abgeschaltet.

Die von den einzelnen Detektoren 18| ... 18„ erzeugten Impulse werden individuellen Verstärkern zugeführt, die in F i g. 2 durch den Block 231 dargestellt sind. Die Ausgänge der Verstärker werden ihrerseits Integratoren 232 zugeführt, von denen jedem Detektor einer zugeordnet ist. Diese Integratoren sind Miller-Integratoren und so bemessen, daß sie den verstärkten Ausgang des jeweiligen Detektors, beispielsweise des Detektors 18* über aufeinanderfolgende kurze Zeitintervalle integrieren, im vorliegenden Fall über die Zeit, die der Rahmen benötigt, um sich um einen Winkel von weniger als Γ zu drehen. Wenn während dieser Zeit die Detektoren 18|... 18„der Strahlung der Röntgenstrahlungsquellc 5 ausgesetzt sind, erzeugt der integrator jeweils ein Ausgangssignal, welches einem durch den Patienten längs eines einzelnen, stationären, fingerähnlichen Strahlungswegcs hindurch verlaufenden Strahl der Röntgenstrahlungsquelle 5 entspricht. Jedes dieser Signale, das als Strahldatensignal bezeichnet wird, und die Durchlässigkeit eines einzelnen Strahlenwcgcs darstellt, wird als individuelles Signal gespeichert, so daß während einer Untersuchung zahlreiche Signale von jedem Detektor 18|... 18« abgeleitet werden. Diese Signale können jedoch fehlcrbehaftet sein, we^n die Empfindlichkeit der Detektoren 18 währciK. einer Untersuchung oder während einer Reihe von Untersuchungen driften sollte. Die Integratoren arbeiten in der gleichen Weise während der Intervalle, in denen die Röntgenstrahlungsquelle 5 abgeschaltet ist, und die Detektoren statt dessen der Strahlung der /-Strahlungsquelle 240 ausgesetzt sind. Alle Ausgangssignale irgendeines Integrators, die von der Strahlung der /-Strahlungsquelle 240 abgeleitet werden, während diese sich in der in Fig. 2 in durchgehenden Linien

ίο gezeigten Stellung befindet, werden für jeden Detektor in einer einzigen Adresse eines Speichers gesammelt, so daß die Resultierende ein Korrektursignal bildet. Das gleiche geschieht, wenn die /-Strahlungsquelle 240 die in F i g. 2 gestrichelte Lage 240' einnimmt. Somit werden von jedem der Detektoren 18t ·■· 18„ zwei Korrektursignale abgeleitet, und zwar eines vor und eines nach der Untersuchung des Patienten. Die Strahldatensignale und die Korrektursignale werden einem Digitalrechner 234 zur Driftkorrektur über einen Analog-Digital-Umsetzer 233 zugeführt. Wie anhand von Fig.3 noch beschrieben wird, korrigiert der Rechner die Strahldatensignale hinsichtlich der Drift in den Detektoren, und die korrigierten Strahldatensignale werden in digitaler Form einem Strahldatenspeicher 239 zugeführt. Dann werden sie in einer in einem Adressenwähler 251 programmierten vorgegebenen Reihenfolge einem Bildrekonstruktionsrechner 252 zugeführt, der in Abhängigkeit von den Strahldatensignalen eine genaue Darstellung der unterschiedlichen Durchlässigkeit oder der Strahlungsdichte der durch die Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlungsquelle 5 während des Untersuchungszyklus bestrahlten Querschnittsebene des Patienten erzeugt. Das Verfahren, nach dem die Bildrekonstruktion durchgeführt wird, ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und kann beispielsweise das in der DE-OS 24 20 500 beschriebene Verfahren sein. Auf einer Anzeigevorrichtung 134 erfolgt die resultierende Darstellung. Die Elemente 234,239,251 und 252 können in der Praxis durch einen entsprechend programmierten Digitalrechner gebildet werden.

Wenn die Detektoren 18| ... 18„ bei einem Untersuchungszyklus verschiedene Empfindlichkeiten haben oder ihre Empfindlichkeit während eines Zyklus schwankt, erscheint im Bild ein ringförmiges Muster, das die Genauigkeit der Bildwiedergabe erheblich beeinträchtigen kann. Um solche Muster zu vermeiden, werden die Detektorempfindlichkeiten für jede orbitale Abtastung wenigstens zweimal bestimmt, vorzugsweise unmittelbar vor und unmittelbar nach der Durchführung der Abtastbewegung. Es ist dann möglich, eine Anfangseinstellung der Verstärkung der Verstärker 231 vorzunehmen, so daß die ursprünglichen, unterschiedlichen Empfindlichkeiten korrigiert werden, und durch Prüfung der Empfindlichkeiten am Ende der Abtastung kann eine Drift, die während der Abtastbewegung eingetreten sein kann, unter der Annahme eines angenäherten Gesetzes der Drift, beispielsweise eines linearen Gesetzes, berücksichtigt werden.

Fig.3 zeigt die Arbeitsweise des Drift-Korrektur-

bo rcchners für einen einzelnen Dctektorkanal, z. B. den Kanal des Detektors 18*. Genau das gleiche Verfahren wird für alle anderen Detektorkanäle durchgeführt. Der Leiter 230* führt den Ausgnng des Verstärkers 18* zum Verstärker 231*, dessen Verstärkung durch die Verstär-

b5 kungsregelungseinheit 235 geregelt wird, Der Ausgang des Verstärkers 231* wird einem Analog-Spcicher 232* zugeführt. Bei diesem Speicher handelt es sich um den oben erwähnten Miller-Integrator. Die Operationen des

Miller-Integrators oder Speichers 232* werden von einer Zeitgebereinheit 236 gesteuert, die in bekannter Weise mit der Operation des in F i g. 1 dargestellten Gerätes synchronisiert ist. Der Ausgang des Speichers wird durch einen Analog/Digital-Umsetzer 233* in digitale Form umgesetzt. In F i g. 3 ist in durchgehenden Linien die Detektoranordnung in einer Stellung dargestellt, kurz bevor sie der y-Strahlung der y-Strahlungshilfsquelle 240 ausgesetzt wird, wobei die Röntgenstrahlungsquelle noch nicht eingeschaltet ist. Wenn die Detektoren der Detektoranordnung 18 der y-Strahlungshilfsquelle 240 ausgesetzt werden, sind sie einer etwa zehnmal so großen oder noch darüber liegenden Zahl von y-Quanten pro Zeiteinheit ausgesetzt als sie im Durchschnitt pro Strahlenabsorptionsmessung während der Untersuchung eines Patienten erhalten. Sie werden somit einer Empfindlichkeitsprüfung unterworfen, deren Genauigkeit erheblich größer ist als bei der normalen Strahlungsmessung. Es sei bemerkt, daß die y-Strahlungshilfsquelle 240 keine langgestreckte Form haben muß, vorausgesetzt, daß sie eine ausreichende Aktivität besitzt, um eine solche Zählrate zu erzielen.

Der Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 233* wird einer Leit- oder Routenschaltung 241* zugeführt, die von der Zeitgebereinheit 236 gesteuert wird, und bei Annäherung der Detektoranordnung 18 an die Hilfsstrahlungsquelle 240 während der orbitalen Bewegung wird der Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 233* einem Speicher 237 zugeleitet, der in bezug auf jeden der Detektoren eine Adresse verfügbar hat. Die in diesen Adressen gespeicherten Größen stellen die angesammelten Ausgänge der einzelnen Detektoren dar, wenn sie der Quelle 240 ausgesetzt werden.

Das in der Adresse k des Speichers 237 gespeicherte Signal wird der Verstärkungsregelungseinheit 235 zugeführt, um die Verstärkung des entsprechenden Verstärkers 231* einzustellen, bevor die Röntgenstrahlungsquelle 5 eingeschaltet wird und die Detektoren 18| ... 18_n deren Strahlung ausgesetzt werden. Da diese Verstärkungseinstellung für alle Verstärker bewirkt wird, werden Unterschiede in der Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren kompensiert, bevor die Untersuchung beginnt.

Wenn alle Adressen im Speicher 237 mit Prüfwerten gefüllt sind, wird die Röntgenstrahlungsquelle 5 eingeschaltet, um den zu untersuchenden Querschnitt des Körpers zu bestrahlen, und der Ausgang des Umsetzers 230*, der nun Strahldatensipnale umsetzt, wird über die Schaltung 241* geleitet und nach logarithmischer Umsetzung in einer Logarithmierschaltung 242 zu einem Vorspeicher 239-4 geleitet, der individuell die Ausgänge jedes Detektors bei jeder Position während der orbitalen Abtastung in logarithmischer Form speichert. Da die orbitale Abtastung kontinuierlich erfolgt, sind diese Positionen jeweils eine mittlere Position während der Erzeugung eines Detektorausgangssignals. Die gestrichelt gezeigte Stellung 18' der Detektoranordnung 18 ist die Stellung, die die Detektoranordnung beim Einschalten der Röntgenstrahlungsquelle 5 einnimmt, und es ist zugleich die Stellung, in die die Detektoranordnung nach einem vollständigen Umlauf der Strahlungsquelle 5 zurückkehrt.

Bei Beginn dieser Umdrehung wird, wie oben erwähnt, die Hilfsstrahlungsquelle 240 zurückfahren, und wenn sich die Umdrehung ihrem Ende nähert, wird die Hilfsstrahlungsquelle 240 in die gestrichelte Stellung 240' bewegt, so daß bei Fortsetzung der orbitalen Bewegung nach Beendigung des der Untersuchung dienenden Umlaufs die Detektoren erneut der Reihe nach der Strahlung der Hilfsstrahlungsquelle ausgesetzt j werden. Die Ausgänge der Umsetzer, wie z. B. 233* werden nun nicht mehr zum Datenspeicher 239A sondern zu den Adressen eines Speichers 243 geleitet, anstatt zum Speicher 237, zu dem sie vor der untersuchenden Abtastung geleitet wurden. Somit wird

ίο der Ausgang der Schaltung 233* durch die Leit- oder Routenschaltung 241* und die Leitung 243* einer entsprechenden Adresse des Speichers 243 zugeleitet. Ein Vergleich der im Speicher 243 gespeicherten Daten mit den im Speicher 237 gespeicherten Daten ergibt

Adresse für Adresse die Änderung der Empfindlichkeit des entsprechenden Detektors im Verlauf der Umdrehung, in der die Röntgenstrahlunsgquelle 5 wirksam wird. Nachdem dieser Vergleich für jeden Detektor durchgeführt worden ist, können die Ausgänge aller Detektoren unter Annahme eines gesetzmäßigen Verlaufs der Drift, beispielsweise eines linearen Verlaufes, in ihren Stellungen bei der Messung der Strahlung der Strahlungsquelle 5 nachträglich korrigiert und die im Speicher 239,4 gespeicherten Ausgänge entsprechend modifiziert werden. Wenn also die Detektoren der Detektoranordnung 18 erneut der Hilfsstrahlungsquelle ausgesetzt und alle dabei abgeleiteten Daten im Speicher 243 gespeichert werden, werden ihrerseits die im Vorspeicher 239/4 gespeicherten Daten in bezug auf die einzelnen Detektoren korrigiert. Nimmt man als typisch die im Vorspeicher 239/4 für den i-ten Detektor gespeicherten Daten, so werden diese Daten für jede Position des Detektors im Verlauf der untersuchenden Abtastung korrigiert, und

j-> zwar in bezug auf die für diese Position maßgebende Zeit t und in bezug auf die an den Adressen k in den Speichern 237 und 243 vor und nach der untersuchenden Abtastung als Folge der Bestrahlung durch die Hilfsstrahlungsquelle 240 gespeicherten Prüfwerte xo* und jfi*. Als Zeit t wird die Zeit genommen, die zwischen der Ableitung und Speicherung des Prüfwertes xo* und der Ableitung des Abtastwertes verstrichen ist.

Zur Korrektur des Speicherwertes im Vorspeicher 239/4 bei der in Frage stehenden Position werden die

•r> Prüfwerte xo* und xu jeweils aus dem Speicher herausgezogen und der Differenzschaltung 243/4 zugeführt, um die Differenz xu-xm zu bilden. Diese Differenz wird von der Schaltung 243/4 einer Driftkorrekturschaltung 244 zugeführt, der ebenfalls getrennt

■>ii vom Speicher 237 der Prüfwert X₀* zugeführt wird. Die Zeitgeberschaltung 236 führt ferner über eine Leitung 245 getrennt ein Signal mit dem Wert t/T der Driftkorrekturschaltung 244 zu, wobei Tdie Zeit ist, die zwischen der Ableitung und Speicherung eines Prüfwertes, z. B. Xo* und der Ableitung und Speicherung des entsprechenden Wertes χι* verstreicht. Die Driftkorrekturschaltung 244 erzeugt in der Leitung 246 ein Ausgangssignal mit dem Wert

wofür von bekannten Operationen eines Digitalrechners Gebrauch gemacht wird. Das Ausgangssignal von der Schaltung 244 wird über eine Leitung 246 der Logarithmierschaltung 242 zugeführt, deren Ausgang subtraktiv dem Datenspeicher zugeführt wird, um den gespeicherten Wert für den Λ-ten Detektor durch eine

lineare Korrektur zu korrigieren, d. h. unter der Annahme, daß die Drift dem Detektor nach einem linearen Gesetz folgt. Es sei bemerkt, daß die Drift entweder im Szintillationskristall oder im zugeordneten Fotovervielfacher oder in beiden auftreten kann.

Der beschriebene Korrekturvorgang wird auch für alle anderen Adressen im Vorspeicher 239/4 durchgeführt, die den anderen Detektoren der Detektoranordnung 18 und den Positionen, die diese Detektoren im Verlauf der untersuchenden Abtastung einnehmen, entsprechen.

Gegebenenfalls kann der gesamte Zyklus ein zweites Mal wiederholt werden. Unabhängig davon, ob das Gerät für einen oder mehrere Zyklen ausgelegt ist, werden die in dem Vorspeicher 239/4 gespeicherten Daten, wenn sie vollständig sind, durch Verteiler, von denen der Verteiler 234* als typisch dargestellt ist, zu den Abschnitten 1, 2, 3 ... η des Speichers 239 verteilt. Der Verteiler 234a wird von der Zeitgeberschaltung 236 gesteuert. Bei den vom Vorspeicher 239/4 entnommenen Daten, die dem Verteiler 234* zugeführt werden sollen, handelt es sich um alle den Detektor k der Detektoranordnung 18 betreffenden Daten, und diese ι Daten werden von den sie speichernden Adressen des Vorspeichers 239/4 dem Verteiler über die Leitung 230Ά zugeführt.

In der Zeichnung sind zahlreiche Einzelteile und Schaltungen nur schematisch dargestellt, weil sie bei der

K) praktischen Ausführung des Gerätes im Rahmen eines entsprechend programmierten Digitalrechners vorgesehen werden können. Ein großer Teil des Zeitablaufes ist durch die Geometrie und die Geschwindigkeit der Operation des Gerätes vorgegeben, so daß die durch die

Ii Zeitgebereinheit gegebenen zeitlichen Informationen im Rechner vorprogrammiert werden können.

Die Erfindung ist auch bei anderen Anordnungen zur Ableitung der notwendigen Absorptionsdatensignale anwendbar.

Hierzu 3 Bhitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder ^-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle zur Erzeugung eines ebenen, fächerförmigen, in der Ebene einer zu untersuchenden Querschnittsscheibe des Körpers liegenden Strahlungsfeldes, mit einer aus mehreren Detektoren bestehenden, im Abstand von der Strahlungsquelle in der Ebene des Strahlungsfeldes angeordneten Detektoranordnung zur Messung der Intensität der Strahlung nach Durchqueren des Körpers, mit einer Aufnahmevorrichtung zur Plazierung des zu untersuchenden Körpers im Zwischenraum zwischen der Strahlungsquelle und der Detektoranordnung, mit Antriebsund Führungsmitteln an der Aufnahmevorrichtung zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Strahlungsquelle und der Detektoranordnung um eine gemeinsame, senkrecht zur Ebene des Strahlungsfeldes verlaufende Achse, mit einer einen Rechner und einen Matrixspeicher enthaltenden Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Darstellung der Absorptionsverteilung in der Querschnittsebene des Körpers, wobei die Verarbeitungsschaltung mit den Detektorausgangssignalen gespeist wird, die die Absorption darstellen, die die Strahlung beim Durchqueren des Körpers entlang zahlreicher Wege erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß eine jo Hilfsstrahlungsquelle (29, 240) zur Bestrahlung der Detektoren (18) der Detektoranordnung mit einer Strahlung konstanter Intensität an wenigstens zwei Stellen der Umlaufbewegung vorhanden ist, daß an die Detektoren (18) eine einen Teil der Verarbei- J5 tungsschaltung bildende Vergleichsschaltung (237, 243) zum Vergleich der an den beiden Stellen abgeleiteten Detektorsignale und zur Erzeugung von Korrektursignalen bei unterschiedlicher Empfindlichkeit der Detektoren sowie zur Zuführung der Korrektursignale zu Korrekturschaltungen (235, 244,234) zwecks Korrektur von Fehlern der bei der Bestrahlung durch die erste Strahlungsquelle (5) abgeleiteten Daten, die auf einer unterschiedlichen Empfindlichkeit der Detektoren (18) beruhen, angeschlossen ist, wobei die korrigierten Daten der Signalverarbeitungsschaltung zugeführt sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenspeicher (239A) zur zeitweiligen Speicherung der für die Darstellung der Absorptionsverteilung von den Detektoren (18) abgeleiteten Daten den Detektoren nachgeschaltet ist, und daß die Korrektursignale eine Korrektur der gespeicherten Daten mit einem Faktor bewirken, der auf die Änderung der gemessenen Strahlungsintensität der Hilfsstrahlungsquelle (29,240) während der Umlaufbewegung und auf die verstrichene Zeit zwischen dem Beginn der Umlaufbewegung und der Speicherung bezogen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29, 240) so am Umfangsweg der Detektoren (18) angeordnet ist, daß diese zuerst am Anfang und ein zweites Mal am Ende der Umlaufbewegung bestrahlt werden.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29, 240) in und gegen die Umlaufrichtung auf einer Führung (35) um einen solchen Winkel bewegbar ist, daß zwischen ihren beiden Endlagen ein voller Umlauf der ersten Strahlungsquelle (5) durchführbar ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29, 240) so ausgebildet ist, daß sie zu den Zeiten, an denen sie zur Messung dient, in unmittelbarer Nähe der Detektoren (18) liegt und zu den übrigen Zeiten abgeschirmt ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29, 240) parallel zur Umlaufachse der Detektoren in die Meßebene der Detektoren (18) hineinbewegbar ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29,240) so bemessen und/oder ausgebildet ist, daß die Detektoren (18) bei der Messung der Strahlung dieser Quelle eine um etwa eine Größenordnung stärkere Strahlung empfangen als bei der Messung der Strahlung der ersten Quelle (5).

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlungsquelle (29,240) aus Americium besteht.