DE2525270A1

DE2525270A1 - Radiologisches geraet

Info

Publication number: DE2525270A1
Application number: DE19752525270
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-06-05
Publication date: 1975-12-18
Also published as: FR2273506B1; US4028554A; DE2525270C3; SU576011A3; MY7900015A; JPS5444598B2; FR2273506A1; NL177979C; NL7506787A; JPS5116889A; DE2525270B2; NL177979B; GB1509528A; HK2979A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Limited 100/462

Radiologisches Gerät

Die Erfindung "befaßt sich mit der Tomografie und insbesondere mit einem radiologischen Gerät, mit dem eine sichtbare Darstellung der Änderung der Absorption in einer Scheibe eines untersuchten Körpers in bezug auf die durchdringende Strahlung mit hoher Auflösung herstellbar ist.

Ein solches Gerät enthält in der Regel Mittel zur Bestrahlung einer ebenen Scheibe entlang einer Vielzahl von Wegen von einer Röntgen- oder Gamma-Strahlungsquelle aus_s sowie auf die Strahlung ansprechende Detektormittel, die die aus dem Körper entlang der Wege austretende Strahlung empfangen. Dabei wird die Menge der Absorption bestimmt, die die Strahlung beim Durchlauf durch jeden der Wege erfährt, und anschließend werden die Daten so verarbeitet, daß der Koeffizient der linearen Absorption der Strahlung für die Elemente

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einer In der ebenen Scheibe angenommenen Matrix von Elementen abgeschätzt wbü daraus eise sichtbare Barstellung gewonnen kann»

In der Praxis haben dabei die einzelnen Wege eine unterschiedliche Länge innerhalb des Körpers, lind dies führt 211 breiten Schwankungen der auf die IDetektorinittel auftreffenden Strahlungsinenge* Om diese Unterschiede der Weglange zn kompensieren und daäurob eine weitgehend gleichförmige Bestrahlüßg der BetektorläBge unabhängig vom Weg zu erzielen» wurde bereits eine Kompensationsanordnung vorgeschlagen, bei äer wenigstens ein ¹Seil der Wege zusätzlich zu dem untersuchten Körper ein Dämpfungsmittel durchquert. Als Material für das Dämpfungsmittel kann Wasser dienen und in diesem Falle Ist die dadurch verlaufende Weglänge so ge\fählt, daß sie komplementär hut länge des Weges durch den Körper verläuft, so daß eine weitgehend konstante sittlere Dämpfung auf jedem Weg erzielt wird, Hierdurch wird der Synasiikbereicfa der von den Hetektoriaitteln und von den nachfolgenden Datenverarbeitungsschaltungen zu verarbeitenden Information verringert.

Zur Erzielung der gleichen Wirkung, aber mit einem in der Anwendung bequemeren Material als Wasser sind auch andere Materialien wie das unter dem Handelsnamen "Perspex" bekannte Akrylglas und Aluminium verwendet worden. Im G-egensats su Wasser besitzen diese Materialien (und insbesondere Aluminium) eine unerwünschte, als "unterschiedliche Härte" bekannte Eigenschaft, die dazu führt, daß das durchgelassene Energiespektrum der Strahlung je nach Dicke des verwendeten Materials geändert wird. Da sich die Dicke des Materials von Weg zu. Weg verändert * um die Änderung der Weglänge durch den Körper zu

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kompensieren, erfordern die von den Detektormitteln gewonnenen Absorptionsdaten eine unterschiedliche Interpretation für unterschiedliche Wege, weil die Absorption der Strahlung mit der unterschiedlichen Härte schwankt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeit zu überwinden.

Die Erfindung geht aus von einen radiologiachen Gerät, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Körpers entlang einer Vielzahl von koplanaren Wegen, mit Detektormitteln zur Feststellung der aus den Körper auf jedem dieser Wege austretenden Strahlungsmenge und zur Erzeugung von ein Haß dafür darstellenden Ausgangssignalen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Dämpfungsmittel zwischen der Quelle und den Detektormitteln vorgesehen sind, die die Strahlung in einem Ausmaß kompensieren, das für jeden Weg etwa komplementär zur Strahlungsabsorption durch den Körper ist, daß die Dämpfungsmittel zur Bewirkung der komplementären Absorption eine unterschiedliche Dicke für die durch sie hindurchlaufende Strahlung aufweisen, daß das Material der Dämpfungsmittel so gewählt ist, daß als Folge der unterschiedlichen Dicke das Spektrum der Strahlung geändert wird, und daß auf die Ausgangesignale einwirkende Mittel vorgesehen sind, um zumindest teilweise Änderungen der Ausgangssignale zu kompensieren, die auf von den Detektormitteln festgestellten Änderungen der Strahlungsmenge beruhen, die der Änderung des Spektrums zuzuschreiben sind.

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Für die Dämpfungsnittel kann Aluminium verwendet werden, jedoch besteht das Material vorzugsweise aus Kohlenstoff oder Bor. Kohlenstoff und Bor weisen eine vergleichsweise geringere unterschiedliche Härte im Vergleich zu Aluminium auf. Die Dämpfungsmittel können eine einfache Keilform aufweisen und aus Kohlenstoff oder Bor "bestehen, wobei dann eiBe genauere Fora durch eine öiirnie Schicht ans Äkrylglas oder einem anderen Kunststoffmaterial hergestellt wird.

Die iärirndrmg wird nachfolgend anband von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, Xn der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 ein Beispiel für die Verwendung von Aluminium als Dämpfungsmittel;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Dämpfungsmittel bei Verwendung von Kohlenstoff oder Bor austeile von Aluminium,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung, die in einem erfindungsgemäßeη Gerät Verwendung findet und

Fig. 4- ein gegenüber Fig. 1 und 2 abgewandeltes Dämpfungsmittel» das insbesondere für Geräte geeignet ist, in denen eine Vielzahl von Detektoren Verwendung findet.

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Pig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät in Stirnansicht. Ein Drehtisch 1 mit einer mittleren Öffnung 2, in der ein zu untersuchender Körper 3 angeordnet werden kann, ist um eine Achse 4 drehbar, die senkrecht zu der Ebene des Drehtisches und in der Mitte der Ausnehmung angeordnet ist. Die Drehung wird durch einen Motor 5 bewirkt, der ein Zahnrad 6 antreibt, das mit Zähnen in Eingriff ist, die an Umfang 7 des Drehtisches 1 angeordnet sind.

Der Körper 3 verbleibt in seiner Lage, während der Drehtisch 1 und sein nachfolgend noch erläutertes Zubehör um den Körper drehen. Ein zweiteiliger Ring 8,., 8p umgibt den zu untersuchenden Bereich des Körpers, und der Ring ist an einer als Auflage für den Patienten dienenden Konstruktion befestigt, die aus einem zweiteiligen Bett besteht, wobei das eine Teil des Bettes an der einen Seite und das andere Heil des Bettes an der anderen Seite des Drehtisches angeordnet ist, so daß der Patient sicher in einer Lage gehalten wird, in der die untersuchende Strahlung die interessierende Ebene des Körpers 3 durchqueren kann. In der Zeichnung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der sich hinter dem Drehtisch 1 befindende Seil 9 "3er Konstruktion dargestellt. Um den Patienten herum ist in dem interessierenden Bereich in einem Beutel ein Material 10 eingeschlossen, z.B. Wasser, das die Strahlung in gleicher Weise absorbiert wie Körpergewebe. Das Material 10 sorgt dafür, daß Luft aus dem den Körper umgebenden Bereich verdrängt wird, und ferner ermöglicht das Material eine Anpassung des Gerätes an unterschiedliche Körperabmessungen der Patienten ohne daß hierfür besondere Maßnahmen erforderlich sind, da der gesamte Inhalt de3 Ringes 8.., 8₂ durch einen Körper ausgefüllt werden kann.

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Der Drehtisch 1 trägt zwei Kompensationsglieder 11 und 12, die die erwähnten Dämpfungsmitte1 bilden. Die Glieder 11 und 12 sind am Drehtisch 1 befestigt und enthalten gekrümmte Bereiche, die an die Krümmung der Ausnehmung 2 angepaßt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Glieder 11 und 12 mit so geformten Bereichen 13 und 14 versehen, daß Bezugspegel für die Dämpfung der Strahlung erzeugt werden, die nicht durch den Körper 3 verläuft. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Bereiche 13 dadurch abgewandelt, daß die Abflachungen an den beiden Seiten des Ringes 8.., 8p durch Spitzen ersetzt werden, die am Schnittpunkt der gekrümmten Teile und der die innere Begrenzung der Bereiche 14 bestimmenden vertikalen Linien gebildet v/erden. Eine sich an die Spitze des oberen Gliedes an einer Seite des Ringes anschließende und auf derselben Seite des Ringes zur Spitze an dem anderen Glied verlaufende Linie verläuft in diesem Falle tangential zur Ausnehmung 2.

Am Drehtisch 1 ist ferner ein mit diesem umlaufender, umsteuerbarer Motor 15 befestigt, der einen Zahnriemen 16 mittels einer gezahnten Antriebswelle 17 antreibt. Der Riemen 16 ist ein Endlosriemen und läuft über eine Umlenkrolle 18, die unmittelbar gegenüber der Antriebswelle 17 auf den Drehtisch 1 gelagert ist. Am Riemen 16 ist eine Strahlungsquelle 19 befestigt, die ein fächerförmiges, ebenes Feld 20 von Röntgenstrahlen aussendet, und die Quelle 19 wird mittels des Riemens 16 lateral über den Drehtisch 1 hin- und herbewegt, wobei die Quelle 19 in einer linearen Lagerung 21 läuft. An der der Quelle 19 gegenüber liegenden Seite de3 Riemens 16 ist ein Gegengewicht 22 befestigt, so daß dieses sich in entgegengesetzter Richtung wie die Quelle bewegt und

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die Kräfte ausgleicht, die anderenfalls durch die Bewegung der Quelle auftreten würden. Das Gegengewicht 22 bewegt sich in einer linearen Lagerung 23.

Mit der Quelle 19 ist über ein leichtes aber steifes Joch 24 eine Kollimator/Detektoranordnung verbunden, die aus einer Bank 25 aus Szintillatorkristallen und Fotovervielfacherröhren besteht, wobei jeder Kristall in optische Verbindung mit einer entsprechenden Fotovervielfacherröhre angeordnet ist. Die Kollimatoren liegen innerhalb der Umrißlinien 26. Die Bank 25 enthält vorzugsweise dreißig Kristall/ Fotovervielfacherkombinationen. Eine am Drehtisch 1 befestigte Platte 27 dient als Führung für die Bewegung der Detektor/ Kollimatoranordnung. Die Platte 27 ist mit einer Stricheinteilung 28 versehen, die in Form von undurchlässigen Strichen 29 auf einem durchscheinenden Streifen vorgesehen sind. Die Stricheinteilung dient dazu, den Fortschritt der lateralen Abtastbewegung mittels einer von der Detektor/Kollimatoranordnung getragenen Fotozellen/Detektoreinheit 30 überwachen zu lassen. Die Einheit 30 liefert elektrische Impulse, die ein Maß für die Querbewegung der Quelle und der Detektoran~ Ordnung sind, und diese Impulse dienen zur Steuerung von elektronischen Schaltungen (in Fig. 1 nicht dargestellt) die dazu dienen, die von den FotoVervielfacherröhren gewonnenen Ausgangssignale zu verarbeiten.

Im Betrieb wird bei Einspeisung des Motors 15 die Quelle 19 und die Detektor/Kollimatoranordnung 25, 26 von links nach rechts über den Drehtisch 1 bewegt, so daß das Strahlungsfeld 20, das an der Quelle 19 vorzugsweise einen Winkel von 10 ° einnimmt, den Körper in der interessierenden

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Ebene durchquert. Die in der Bank 25 vorgesehenen Detektoren erzeugen Ausgangesignale, die ein Maß für die nach Durchquerung des Körpers auf sie auf treffende. Strahlungsmenge sind, und es sei bemerkt, daß jeder Detektor Ausgangssignale erzeugt, die sich auf die während eines Durchlaufs der Quelle 19 und der Detektoren 20 über den Drehtisch 1 entlang einer Vielzahl von parallelen Wegen vom Körper austretende Strahlung beziehen. Die Breite der Wege wird im voraus durch die Impulse von der Einheit 30 bestimmt und gesteuert, durch die die Integrationszeiten einer entsprechenden Integrations— schaltung (nicht dargestellt), die an jeden der Detektoren in der Bank 25 angeschlossen ist, gesteuert werden. Nachdem ein linearer Durchlauf von links nach rechts abgeschlossen ist, wird der Motor 5 erregt, um den Drehtisch um einen Winkel weiterzudrehen, der dem Winkel des Feldes 20 entspricht, d.h. im vorliegenden Beispiel um 10°. Dann wird der Motor erregt, um die Quelle 19 und die Detektor/Kollimatoranordnung 25, 26 zur Durchführung einer linearen Bewegung von rechts nach links über den Drehtisch 1 zu veranlassen. Diese Folge von abwechselnden linearen Querbewegungen und Drehschritten wird fortgesetzt, bis der Drehtisch 1 sich um einen Winkel von 180° oder mehr gedreht hat.

Die bei dieser Abtastung in bezug auf den Patienten gewonnenen Daten werden - wie zuvor erwähnt - verarbeitet, um die gewünschte Darstellung einer ebenen Scheibe des Körpers des Patienten zu erzeugen. Die Scheibe liegt natürlich in der Ebene des Feldes 20.

Es hat sich in der Praxis als notwendig erwiesen, zur Anpassung an große Unterschiede bei der Größe der Patienten drei Ringe 8.., 8p mit unterschiedlichem Durchmesser vorzu-

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sehen. Datei sind jeweils zwei Glieder 11 und 12 für jeden Ring vorgesehen, und die entsprechende Anzahl von Gliedern nuß jedesmal angebracht werden, wenn der Ring zur Anpassung an die Körperabmessungen eines Patienten ausgewechselt werden muß.

Wie zuvor erwähnt wurde, können die Glieder 11 und 12 beispielsweise aus Aluminium, Bor oder Kohlenstoff bestehen, und ferner kann die Form der Glieder insbesondere der Randbereiche 13 und 14 in Abhängigkeit von der Form des Gerätes, in dem sie verwendet v/erden, unterschiedlich sein. Beispielsweise können die Kompensationsglieder 11 und 12 in Geräten eingesetzt werden, bei denen eine Quelle einen einzelnen dünnen Strahl erzeugt, der auf einen einzelnen Detektor gerichtet wird, (entsprechend Fig. 2a und 3 der DT-OS

I 941 433), Ferner können aber Kompensationsglieder auch bei Geräten, die in der älteren Anmeldung P 24 27 41S beschrieber sind, angewendet werden, d.h. bei Geräten, bei denen eine Strahlungsquelle einen Strahlungsfächer erzeugt, der so breit ist, daß er den gesamten Ring S^ und 8₂ erfaßt. In diesem Falle erfolgt die Abtastung des Patienten lediglich durch Rotation des Strahlungsfächers in bezug auf den Körper, während eine Translationsbewegung entbehrlich ist. Bei einer solchen Anordnung ist eine Bank von Detektoren vorgesehen, die sich über die Breite des Strahlung^fächers erstreckt, und der wesentliche Vorteil der Verwendung von Gliedern 11 und besteht in diesem Falle darin, daß alle Detektoren veranlaßt werden, mit etwa gleichen Strahlungamengen zu arbeiten.

Fig. 2 zeigt ein Glied 31, das anstelle des Gliedes

II verwendet werden kann, wobei ein gleiches, nicht dargestelltes Glied 31 als Ersatz des Gliedes 12 dient. Das Glied

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31 besteht aus zwei keilförmigen Teilen 32 und 33 aus Kohlenstoff oder Bor, wobei die erforderliche Form mittels einer Schicht 34 aus "Perspex" auf den Teilen 32 und 33 hergestellt wird. Der Zweck für die Verwendung der Glieder 31 besteht wie oben erwähnt wurde - darin, den unterschiedlichen Härteeffekt soweit wie möglich zu vermindern.

Es ist dabei nicht erforderlich, den Kompensationsgliedern eine solche Form zu geben, daß eine genaue Kompensation erzeugt wird, d.h. eine Kompensation derart, daß im Falle einer Ausfüllung der Ausnehmung 1 mit Wasser alle Detektorausgänge gleich sind. Sine ungefähre Kompensation ist ausreichend.

Das durch die Kompensationsglieder eingeführte Problem der unterschiedlichen Härte führt zu Fehlern bei der Abschätzung der Änderung der Absorption der Strahlung in der ebenen Scheibe des zu untersuchenden Körpers, \-/enn keine Kompensation vorgesehen wird, und der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine solche Kompensation zu bewirken. Eine Technik zur Bewirkung dieser Kompensation wird anhand der Fig. 3 nachfolgend beschrieben, die in einem Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zeigt, die für eine Kompensation des unterschiedlichen Härteeffektes bei den von der Detektorbank 25 (Fig. 1) abgeleiteten AusgangsSignalen sorgt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind nur die einen einzelnen Detektor, dem r-ten der Bank 25 zugeordneten Schaltungselemente sowie bestimmte, allen Detektoren gemeinsame Komponenten dargestellt. In der Zeichnung sind die einen bestimmten Detektor zugeordneten Komponenten durch den Index r bezeichnet, und diese Komponenten müssen für jeden Detektor vorhanden sein.

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Die in Fig. 3 keinen Index tragenden Komponenten sind für alle Detektoren gemeinsam.

Bevor die Fig. 3 in Einzelheiten "beschrieben wird, sei bemerkt, daß ein Signal S ,das vom r-ten Detektor zu einer gegebenen Zeit während einer lateralen Abtastung abgeleitet wird und sich somit auf einen bestimmten Weg einer Gruppe von durch den r-ten Detektor betrachteten parallelen Wegen durch den Körper bezieht, zweimal behandelt wird, bevor es einer Terarbeitungsschaltung 4-3 zugeführt wird. Die erste Behandlung des Signals S ist subtraktiv und so bemessen, daß der Tatsache Rechnung getragen wird, daß selbst bei richtiger Anordnung der Kompensationsglieder und bei Ersatz des Ringes 8^, 8p des Materials 10 und des Körpers 3 durch eine homogene Masse von Wasser oder dergleichen alle vom r-ten Detektor während eines linearen Durchlaufs abgeleiteten Ausgangssignale selbst bei Fehlen des unterschiedlichen Härteproblems nicht gleich sind. Dies rührt daher, daß in der Gesamtabsorption, die die Strahlung beim Durchlauf von unterschiedlichen aber parallelen Wegen durch das Kompensationaglied 11, das Wasser und das Kompensationsglied 12 erfährt, unvermeidbare Schwankungen vorhanden sind. Somit wird eine einzelne lineare Abtastung durchgeführt, wobei Wasser oder dergleichen die in der Ausnehmung 2 in Fig. 1 dargestellten Komponenten ersetzt, und die Abweichungen der Ausgänge aller Detektoren werden aufgezeichnet und zur Erzeugung von Wegänderungsbewertungsfaktoren verwendet, die von den bei der Abtastung eines Körpers 3 abgeleiteten Signalen subtrahiert werden.

Mit dieser Maßnahme kann jedoch nicht das Problem der unterschiedlichen Härte kompensiert v/erden,weil eine sehr

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stark nicht-lineare Beziehung zwischen der Weglänge durch ein Kompensationsglied und der Absorption der Strahlung "besteht. Die Kompensation hierfür wird durch die zweite, inultiplikative Behandlung bewirkt, bei der Bewertungsfaktoren für die unterschiedliche Härte verwendet werden, die dadurch gewonnen werden, daß ein Stab aus absorbierendem Material (z.B. Aluminium, Kohlenstoff oder Bor) in der Ausnehmung 2 gemäß Fig. 1 so angeordnet wird, daß seine Seiten parallel zu den linearen Lagern 21, 23 und 27 verlaufen, worauf der Stab mit Wasser umgeben wird und eine zx^eite lineare Abtastung des Joches 24 und des Zubehörs in bezug auf den Drehtisch durchgeführt wird. Von den während dieser zweiten Abtastung gewonnenen Ausgangssignalen sind die zuvor gewonnenen Wegänderungsbewertungsfaktoren subtrahiert, und die Änderungen der von jedem Detektor während der Abtastung abgeleiteten Ausgangssignale werden aufgezeichnet und dazu verwendet, .Bewertungsfaktoren für die unterschiedliche Härte abzuschätzen, die mit geeigneter zeitlicher Abstimmung dazu dienen, die gewünschte Kompensation für die unterschiedliche Härte zu bewirken, wenn ein Körper 3 in die Ausnehmung 2 eingeführt wird.

ÖemäS Fig. 3 wird das Signal S₇, in digitaler und lomi
führt,

garithmischer lorm einer Subtraktionsschaltung 35_r zugeEin digitaler Speicher 3& enthält die suvor erwähnten Bewertungsfaktoren für die Wegunterschiede, und zwar einen für jeden der Wege des Körpers, die von dem r—ten Detektor während einer einzelnen lateralen Abtastung untersucht werden, lter zu des infrage stehenden Weg zugeliörende Bewer— tungsfaktor sei sit a_r bezeichnet. ¥erm das Signal S

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der Subtraktionsschaltung 35_r zugeführt wird, wird der Wert a vom Speicher 36 über ein Tor 37.» unter der Steuerung

durch einen dem Tor 37_r über eine entsprechende Leitung zugeführten Zeitgeberimpuls abgezogen. Dieser Impuls wird von der Einheit 30 (s. Fig. 1) und einer nicht dargestellten Zählschaltung abgeleitet. Bei Auswahl durch das Tor 37_r wird der Wert a der Differenzschaltung 35 zugeführt, die ihn von dem Wert des Signal3 S subtrahiert und die Differenz einer Multiplikationsschaltung 39_r zuführt.

Ein zweiter Digitalspeicher 40 enthält die erwähnten Bewertungsfaktoren für die unterschiedliche Härte, von denen ebenfalls je einer zu jedem der von dem r-ten Detektor während einer einzelnen lateralen Abtastung untersuchten Wege gehört. Der zu dem infrage stehenden Weg gehörende Faktor sei b , und wenn die Differenzschaltung 35_r die Wer fco ^ ~a 2ur Multiplikationsschaltung 3SL. überführt, wählt ein Tor 41_r unter Steuerung durch einen über eine nicht dargestellte Verzögerungsleitung mit fester Versögerungüseit von Leiter 33 dem Tor. 41 über den Leiter 42 abgeleiteter 3eitgeberimpul3 den Wert b vom Speicher 40 aus und führt diese:? der Ilultiplikationssehaltung 39_r zu. Das Produkt (3 - a ) b_r wird der Datenverarbeitungsschaltung 45 zugeführt, die in bekannter Weise arbeitet (beispielsweise wie in der GB-PS 1 283 915) beschrieben, um ein Muster der linearen Absorptionswerte zu konstruieren, die die Änderung der Absorption über der durch die untersuchende Strahlung abgetasteten Ebene des Körpers darstellen. Diese Werte werden in einen Matrixspeicher 34 je nach Bedarf für eine Anzeige gespeichert.

Die Vierte a und b_r stellen jeweils die Be./grturgsfaktoren für die Wegänderung und die unterschiedliche Härte dar. In der vorangehenden Beschreibung wurde erläutert;, wie

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die Bewertungsfaktoren a und b durch ein empirisches Verfahren abgeschätzt werden können. Dieses Verfahren liefert Paktoren, die für die meisten Zwecke ausreichend genau sind', wenn jedoch eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich i3t, läßt sich zeigen, daß es vorzuziehen ist, die Bewertungsfaktoren auf der Basis einer vorangehenden Abtastung oder einer vorherigen Kenntnis des Körpers anstelle von Wasser abzuschätzen. Die folgende mathematische Erläuterung, die diese Feststellung untermauert, ist aus theoretischer Sicht richtig.

Es sei angenommen, daß der Parameter r den Ort des vom r-ten Detektor ermittelten Strahles darstellt, wenn dieser den Körper abtastet. E3 sei ferner angenommen, daß das Spektrum des Strahles sich über den Frequenzbereich (f^» fρ) erstreckt und dass in den elementaren .Frequenzbereich df in ά ie3em. Band die Photonanenergie

E(f)df
isb.

Beim Durchdringen der Kompensationsglieder wird diese Energie auf die Energie

gedämpft, wobei A_r(f) den Absorptionseffekt des Durchgangs der Strahlung durch die Kompensationsglieder darstellt. In soweit, wie die Strahlung auch durch den su untersuchenden Körper verläuft, wird diese Energie -äureh einen weiteren Faktor F ff), geschwächt, so üaB äer DstektorausgaBg propor tion's.! ist zu

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Es ist erforderlich, diese Größe so zu interpretieren, daß sie eine Information ergibt, die zumindest in guter Annäherung sich nur auf die Haterialstruktur des untersuchten Querschnittes "bezieht.

Es ist bekannt, daß die Röntgenstrahlenabsorptlon zwei Wirkungen nach sich zieht, nämlich die Absorption durch "Compton Scattering", und die Absorption, die von der Kernladungszahl des durchdrungenen Materials abhängt. Die erste Wirkung ist von untergeordneter Bedeutung, zumal angenommen werden kann, daß sie zumindest annähernd einer gleichmäßigen Verteilung eines linearen Absorptionskoeffizienten entspricht. Die zweite Wirkung spiegelt die Verteilung der Dichte des durchdrungenen Materials wieder. Pur eine gute Annäherung ist es somit ausreichend, den Absorptionsfaktor F (f) in der Form

e-Hp* (f)

anzunehmen, worin (f) ein von dem untersuchten Material bestimmter Frequenzfaktor ist, und wobei angenommen ist, daß dieser mit ausreichender Genauigkeit auf dieses Material angewendet wird, während M ein Linienintegral der Masse oder Dichte entlang dem Weg des Strahls durch den Körper ist.

Der Absorption3faktor A^(f) hat die Form _e-v(f) R

worin w(f) der lineare Absorptionskoeffizient für Aluminium (wenn Aluminium zur Kompensation verwendet wird) für die Fre quenz f und R die länge des Weges im Aluminium ist. R ist eine vorgegebene Funktion des Parameters r.

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Es ist eine tragbare Annahme, daß P₃₇Cf) sich nit r nur in kleinem Umfang ändert, so daß der Detektorausgang in sehr enger Annäherung gegeben ist durch

^f1

d.h. durch

^Ar - ^Br * «r ·

Γ E(f)e"~^w(f)'^Rj 1 - MpOi (f)j df,

B = f E(f)e"^wvi;eIW (f)df

Wenn man das Spektrum der Quelle kennt, wird die der r-ten Strahlposition entsprechende Größe A "bestimmt. Y/enn die Eigenschaften des Durchgangs durch das Aluminium gegeben und vorbestimmt sind, ist die ebenfalls der r-ten Strahlposition entsprechende Größe B bekannt. Wenn demzufolge das Gehirn abgetastet wird,'kann die Frequenzcharakteristikoi'© deswegen als bekannt angenommen werden, weil das betroffene Körpermaterial bekannt ist. Wenn man A und B kennt, kann der Detektorausgäng für die r-te Strahlposition durch ein Datenverarbeitungeverfahren interpretiert werden, um das Kassenab-

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sorptionslinienintegral ΓΙ für diese Position zu gewinnen. Das Massenabsorptionsschema über dem gesamten untersuchten Querschnitt oder einem Teil dieses Querschnittes kann dann aus diesem Linienintegralwert und allen anderen gleichen, "beim Abtastverfahren gewonnenen Werten errechnet werden.

Wenn das untersuchte Körpermaterial im voraus nicht "bekannt ist, kann dieses mit ausreichender Genauigkeit durch eine Absorptionsschema-Rekonstruktion ermittelt werden, bei der keine Kompensation der unterschiedlichen Härte vorgenommen wird. Die Frequenzcharakteristik «i(f), die geeignet ist, kann dann in einer nachfolgenden Rekonstruktion eingeführt werden, um ein rekonstruiertes Absorptionsschema größerer Genauigkeit zu gewinnen.

Es ist bereits erwähnt worden, daß die Form der Konpensat ionsglieder geändert werden kann, um sie an die Form des Gerätes anzupassen, in dem sie benutzt v/erden, und Fig. zeigt eine Konfiguration, die insbesondere für ein Gerät der in Fig. 1 beschriebenen Art geeignet ist. In dieser Figur hat der Kreis 49 die gleiche Bedeutung wie die Ausnehmung 2 in Fig. 1. Die Teile 45, 46, 47 und 48 sind Kompensationsglieder für den Dynamikbereich und bestehen beispielsweise aus Kohlenstoff. Die Teile 45, 46, die symmetrisch zu dem von dem Kreis 49 umschlossenen Bereich angeordnet sind, entsprechen dem Glied 11 in Fig. 1, während die Teile 47 und 48 dem Teil entsprechen. Alle diese Teile sind durch die zweifache konkave, dem Kreis 49 zugekehrte Form charakterisiert. Hierdurch können die unterschiedlichen Detektorausgänge besser als mit der einfacheren Form der Glieder in Fig. 1 ausgeglichen werden. Die Teile 45» 46, 47 und 48 können aus Aluminium bestehe, jedoch wird vorzugsweise Kohlenstoff verwendet, da die hierdurch eingeführten Fehler bezüglich unter-

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schiedlicher Härte nur in der Größenordnung von 5 $ kompensiert werden müssen, während im Falle von Aluminium Fehler in der Größenordnung von 25 i» zu kompensieren sind.

Bei der beschriebenen 2echnik wird der au untersuchende Körper, "beispielsweise der Kopf eines Patienten während der Abtastung mit einer den Körper fest umschließenden Einspannung, deren Umfang mit der Form des Kreises 49 übereinstimmt, festgehalten. Die Einspannung kann aus "Perspex" bestehen, das sehr ähnliche Strahlungsabsorptionseigenschaften wie Wasser aufweist, oder es kann aus irgendeinem anderen Material bestehen, das die Wirkung hat als würde der Raum zwischen dem untersuchten Körper und dem Kreis 49 mit Wasser gefüllt. Anstelle von Wasser als den Körper umgebendes Material können auch andere Stoffe verwendet werden. Hierzu gehört beispielsweise Schaumkunststoff oder Gummi, das Röntgenstrahlen absorbierendes Material wie Bleistaub oder Bleiverbindungen enthält.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche

Radiologisches Gerät, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Körpers entlang einer Vielzahl von koplanaren Wegen, mit Detektormitteln zur Feststellung der aus dem Körper auf jedem dieser Wege austretenden Strahlungsmenge und zur Erzeugung von ein Maß dafür darstellenden AusgangsSignalen, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsmittel (11, 12, 31» 45 "bis 48) zwischen der Quelle (19) und den Detektormitteln (25) vorgesehen sind, die die Strahlung in einem Ausmaß kompensieren, das für jeden Weg etwa komplementär zur Strah-Iungsab3orption durch den Körper ist, daß die Dämpfungsmittel zur Bewirkung der komplementären Absorption eine unterschiedliche Dicke für die durch sie hindurchlaufende Strahlung aufweisen, daß das Material der Dämpfungsmittel so gewählt ist, daß als Folge der unterschiedlichen Dicke das Spektrum der Strahlung geändert wird, und daß auf die Ausgangssignale einwirkende Mittel vorgesehen sind, um zumindest teilweise Änderungen der Ausgangssignale zu kompensieren, die auf von den Detektormitteln festgestellten Änderungen der Strablungsmenge "beruhen, die der Änderung des Spektrums zuzuschreiben sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (11, 12, 3I, 45 bis 48) aus Aluminium bestehen.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (11, 12, 31, 45 bis 48) vollständig oder überwiegend aus Kohlenstoff oder Bor bestehen.

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4. Gerät nach Anspruch 1 "bis 3, dadurch gekennzelehnet, daß die Dämpfungsmittel (11, 12, 31) aus einem ersten, zwischen der Quelle (19) und dem Körper (3) angeordneten Kompensationsglied und einem zweiten, zwischen dem Körper (3) und den Detektormitteln (25) angeordneten Kompensation3glied "bestehen.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (19) einen einzelnen dünnen Strahl aussendet und die Detektormittel (25) aus einem einzelnen Detektor "bestehen.
6. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (19) ein ebenes, fächerförmiges Strahlungsfeld aussendet, und daß die Detektormittel (25) mehrere in der Ebene des Feldes angeordnete Detektoren enthalten.
7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Quelle (19) und die Detektormittel (25) zur Durchführung von miteinander verknüpften linearen und umlaufenden Abtasfbewegungen in bezug auf den Körper (3) zu veranlassen und dadurch die Bestrahlung längs einer Vielzahl von Wegen zu bewirken.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Ausgangssignale einwirkenden Mittel eine Serienanordnung aus einer Subtraktionsschaltung (35) und aus einer Multiplikationsschaltung (39) enthalten, und daß jede der Schaltungen aus einem Speicher (36 bzw. 40) mit Bewertungsfaktoren vorgegebener Größe gespeist wird.

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9. Verfahren zum Betrieb eines radiologischen Gerätes, gemäß einen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a. Gev7innung einer ersten Gruppe von Eichsignalen durch Ersatz des Körpers (3) durch ein honogenes Medium mit der gleichen mittleren Absorption und Bestrahlung des Mediums entlang einer Vielzahl von Wegen;

D. Gewinnung einer zweiten Gruppe von Eichsignalen durch Ersatz des homogenen Hediums durch ein absorbierendes Medium mit "bekannten Profil und Bestrahlung des absorbierenden Hediums entlang einer Vielzahl von Wegen und

c. Verv/endung der "beiden Eichsignalgruppen in entsprechenden Stufen bei der Einwirkung auf die Ausgangs s ignale.

Bs / dm

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