DE2525270A1 - Radiologisches geraet - Google Patents
Radiologisches geraetInfo
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Description
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 auss 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,
führt,
garithmischer lorm einer Subtraktionsschaltung 35r 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 ar bezeichnet. ¥erm das Signal S
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der Subtraktionsschaltung 35r zugeführt wird, wird der Wert
a vom Speicher 36 über ein Tor 37.» unter der Steuerung
durch einen dem Tor 37r 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 37r
wird der Wert a der Differenzschaltung 35 zugeführt, die
ihn von dem Wert des Signal3 S subtrahiert und die Differenz einer Multiplikationsschaltung 39r 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 35r die Wer fco ^ ~a 2ur
Multiplikationsschaltung 3SL. überführt, wählt ein Tor 41r
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 39r zu. Das Produkt (3 - a ) br
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 br stellen jeweils die Be./grturgsfaktoren
für die Wegänderung und die unterschiedliche Härte
dar. In der vorangehenden Beschreibung wurde erläutert;, wie
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-H-
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.
isb.
Beim Durchdringen der Kompensationsglieder wird diese
Energie auf die Energie
gedämpft, wobei Ar(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-
509851/0840
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-
509851/OB AO
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-
803851/0840
Claims (9)
- PatentansprücheRadiologisches 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.509851 /0840
- 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.50985 1/0840
- 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 undc. Verv/endung der "beiden Eichsignalgruppen in entsprechenden Stufen bei der Einwirkung auf die Ausgangs s ignale.Bs / dm50985 1/0840
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DE2525270B2 DE2525270B2 (de) | 1979-12-20 |
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