DE2525270B2

DE2525270B2 - Radiologisches Gerät zur Untersuchung einer Querschnittsscheibe eines Körpers mittels Röntgenstrahlung und zur Darstellung der Absorptionsverteilung in der Querschnittsscheibe

Info

Publication number: DE2525270B2
Application number: DE2525270A
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Newark Nottinghamshire Hounsfield (Grossbritannien)
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-06-05
Publication date: 1979-12-20
Also published as: FR2273506B1; US4028554A; HK2979A; DE2525270C3; JPS5116889A; SU576011A3; FR2273506A1; JPS5444598B2; GB1509528A; NL177979B; MY7900015A; DE2525270A1; NL177979C; NL7506787A

Description

Die Erfindung betrifft ein radiologisches Gerät: zur Untersuchung einer Querschnittsscheibe des Körpers eines Patienten mittels Röntgenstrahlung, mit dem eine sichtbare Darstellung der Änderung der Absorption in der Querschnittsscheibe in bezug auf die Strahlung mit hoher Auflösung herstellbar ist, nach dem Gberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB-PS 12 83S15 ist ein solches Gerät bekannt, das die folgenden Mittel enthält: eine Positionierungsvorrichtung zur Aufnahme des Körpers, eine Strahlungsquelle, die Röntgenstrahlung durch den Körper in der Ebene der Querschnittsscheibe entlang

ίο wenigstens eines linearen Weges schickt, eine aus einem oder mehreren Detektoren bestehende Detektoranordnung zum Empfang der Röntgenstrahlung nach Durchqueren des Körpers und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die ein Maß für die Absorption sind, die die Röntgenstrahlung jeweils beim Durchqueren eines, jeden Weges erfährt, Abtastmittel zur Bewegung der Strahlungsquelle relativ zum Körper, um Ausgangssignale für weitere, durch die Querschnittsscheibe verlaufende lineare Strahlenwege zu erzeugen, eine Datenverarbeitungsschaltung und eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer Darstellung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten in der Querschnittsscheibe aus den Signalen, und Dämpfungsmittel zwischen der Quelle und der Detektoranordnung, die aus Bereichen unterschiedlicher Dicke bestehen, um Unterschiede in den Ausgangssignalen als Folge von Wogen unterschiedlicher Länge durch den Körper zu veiinindern.

Die Dämpfungsmittel sind auf Grund der Tatsache erforderlich, daß der Körper im Querschnitt eine ovale

jo Form aufweist, so daß der Anteil des Strahlenweges, der durch den Körper hindurchverläuft, bei den einzelnen Strahlen unterschiedlich ist. Zu den Rändern des Körpers hin ist der Weganteil, der durch den Körper hindurchverläuft, kleiner als in der Mitte des Körpers.

Diese Unterschiede in der Weglänge innerhalb des Körpers führen zu großen Unterschieden der Absorptionswerte für unterschiedliche Wege in derselben Gruppe von Strahlen, und es ist daher aus praktischen Gründen zweckmäßig, diese großen Unterschiede zu kompensieren.

Die in der GB-PS 12 83 915 beschriebenen Dämpfungsglieder haben eine solche Form, daß die Strahlung an den Stellen an denen sie nur einen kurzen Weg durch den Körper hindurchverläuft, einen langen Weg in den Dämpfungsgliedern zurücklegen muß und umgekehrt. Wenn die Dämpfungsglieder aus einem Material bestehen, das die gleiche Absorption aufweist wie normales Körpergewebe, dann läßt sich durch diese Maßnahme erreichen, daß die Absorptionswerte bei allen Wegen einer Gruppe gleich sind, wenn der Körper homogen ist. Dadurch weiß man, daß Abweichungen von diesem Normalwert der Absorption auch eine Abweichung in der Körperstruktur beinhalten, z. B. eine Knochenstruktur oder eine Krebsgeschwulst. Diese Abweichungen der Absorption von dem Normalwert sind die interessierenden Daten, die festgehalten oder aufgezeichnet werden sollen.

Wenn das Material, aus dem die Dämpfungsglieder bestehen, Strahlung im gleichen Maße absorbiert wie das Körpergewebe, dann sind diese Dämpfungsglieder in der Praxis ziemlich groß, und es besteht daher der Wunsch, kompaktere Dämpfungsglieder zu verwenden. Solche kompakteren Dämpfungsglieder sind aber nur möglich, wenn für sie Material verwendet wird, das die

*>■> Strahlung in einem größeren Ausmaß als das Körpergewebe absorbiert. Bei diesen Dämpfungsgliedern ergibt sich aber dann dadurch, daß die Strahlung auf den einzelnen Wegen unterschiedliche Dicken der Dämp-

fungsglieder durchlaufen muß, ein unerwünschter Nebeneffekt, denn das Frequenzspektrum der Strahlung, die verhältnismäßig lange Wege durch die Dämpfungsglieder durchquert, ist anders als das Spektrum der Strahlung, die nur auf vei hältnismäßig kurzen Wegen durch die Dämpfungsglieder verläuft Diese Unterschiede im Spektrum können so groß sein, daß sie die tatsächliche Absorption der Strahlung durch den Körper beeinträchtigen, so daß insgesamt falsche Absorptionswerte für die einzelnen Wege gewonnen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Art den Einfluß von durch die Dämpfungsmittel verursachten Härteunterschieden der Röntgenstrahlung auf die zu ermittelnde Absorptionsverteilung zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Detektoranordnung und der Datenverarbeitungsschaltung weitere datenverarbeitende Mittel vorgesehen sind, die die von der Detektoranordnung abgeleiteten Ausgangssignale hinsichtlich von Fehlern kompensieren, die auf Änderungen der Härte der aus dem Körper entlang der verschiedenen Wege austretenden Röntgenstrahlung ?> beruhen, und daß die weiteren datenverarbeitenden Mittel einen Speicher, in dem vorgegebene Härtebewertungsfaktoren für die einzelnen Strah.enwege gespeichert sind, sowie eine Multiplikationsschaltung zur Multiplikation des sich jeweils auf einen gegebenen jo Strahlenweg beziehenden Signals mit dem zu dierem Strahlenweg gehörenden Härtebewertungsfaktor enthalten, wobei die Multipiikationsschaltung die Datenverarbeitungsschaltung speist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthalten r, die weiteren datenverarbeitenden Mittel einen weiteren Speicher, in dem vorgegebene Wegänderungs-Bewertungsfaktoren für die einzelnen Strahlenwege gespeichert sind, und eine Subtraktionsschaltung zur Subtraktion des jeweiligen Wegänderungs-Bewertungsfaktors von dem zum entsprechenden Strahlenweg gehörenden Ausgangssignal, wobei die Subtraktionsschaltung der Multiplikationsschaltung vorgeschaltet ist.

Die Dämpfungsmittel können aus Aluminium oder auch aus Kohlenstoff oder Bor bestehen. Kohlenstoff 4-, und Bor weisen eine vergleichsweise geringere unterschiedliche Härte im Vergleich zu Aluminium auf. Die Dämpfungsmittel können eine einfache Keilform aufweisen und, falls sie aus Kohlenstoff oder Bor bestehen, so kann ihre genauere Form durch eine dünne Schicht aus Akrylglas oder einem anderen Kunststoffmaterial gewährleistet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispic'en näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet -,<-,

F i g. 1 ein Beispiel mit Dämpfungsmitteln aus Aluminium,

F i g. 2 eine Ausführungsform der Dämpfungsmittel bei Verwendung von Kohlenstoff oder Bor an Stelle von Aluminium, _bo

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Geräts und

F i g. 4 ein gegenüber den F i g. 1 und 2 abgewandeltes Dämpfungsmittel, das insbesondere für Geräte geeignet ist, in denen eine Vielzahl von Detektoren Verwendung b^r> findet.

F i g. 1 zeigt ein 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 am Umfang 7 des Drehtisches 1 angeordnet sind.

Der Körper 3 verbleibt in seiner Lage, während sich der Drehtisch 1 und sein nachfolgend noch erläutertes Zubehör um den Körper drehen- Ein zweiteiliger Ring 8i, 82 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 Teil 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 Teii 9 der Konstruktion dargestellt. Um den Patienten herum ist in den interessierenden Bereich in einem Beutel ein Material 10 eingeschlossen, ζ. 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 des Ringes 8t, 82 durch einen Körper ausgefüllt werden kann.

Der Drehtisch 1 trägt zwei Teile 11 und 12, die die erwähnten Dämpfungsmittel bilden. Die Teile 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 Teile 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 81, 82 durch Spitzen ersetzt werden, die am Schnittpunkt der gekrümmten Teile und der die innere Begrenzung der Bereiche 14 bestimmenden vertikalen Linien gebildet werden. 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 Zahnriemen 16 ist ein Endlosriemen und läuft über eine Umlenkrolle 18, die unmittelbar gegenüber der Antriebswelle 17 auf dem Drehtisch 1 gelagert ist. Am Zahnriemen 16 ist eine Quelle 19 befestigt, die ein fächerförmiges, ebenes Strahlungsfeld 20 von Röntgenstrahlen aussendet, und die Quelle 19 wird mittels des Zahnriemens 16 lateral über den Drehtisch 1 hin- und herbewegt, wobei die Quelle 19 in einer linearen Führung 21 läuft. An der der Quelle 19 gegenüber liegenden Seite des Zahnriemens 16 ist ein Gegengewicht 22 befestigt, so daß dieses sich in entgegengesetzter Richtung wie die Quelle bewegt und die Kräfte ausgleicht, die anderenfalls durch die Bewegung der Quelle auftreten würden. Das Gegenge-

wicht 22 bewegt sich in einer linearen Führung 23.

Mit der Quelle 19 ist über ein leichtes aber steifes Joch 24 eine Kollimator/Detektoranordnung verbunden, die aus einer Bank 25 aus Szimtillatorkristallen und Fotovervielfacherröhren besteht, wobei jeder Kristall in optische Verbindung mit einer entsprechenden Fotovervielfacherröhre angeordnet ist Die Kollimatoren 26 liegen im Strahlenweg davor. Die Bank 25 enthält beispielsweise 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 lichtundurchlässigen Strichen 29 auf einem durchscheinenden Streifen vorgesehen sind. Die Siricheinteilung dient dazu, den Fortschritt der lateralen Abtastbewegung mittels einer von der Detektor/Kollimatoranordnung getragene Fotozellen/Detektoreinheit 30 überwachen zu lassen. Die Einheit 30 liefert elektrische Impulse, die ein Maß für die Querbewegung der Quelle und der Detektoranordnung sind, und diese Impulse dienen zur Steuerung von elektronischen Schaltungen (in F i g. 1 nicht dargestellt) die dazu dienen, die von den Fotovervielfacherröhren gewonnenen Ausgangssignale zu verarbeiten.

Im Betrieb wird bei Betätigung 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 beispielsweise einen Winkel von 10° einnimmt, den Körper in der interessierenden Ebene durchquert. Die in der Bank 25 vorgesehenen Detektoren erzeugen Ausgangssignale, die ein Maß für die nach Durchquerung des Körpers auf sie auftreffende Strahlungsmenge sind, und es sei bemerkt, daß jeder Detektor Ausgangssignale erzeugt, die sich auf die während eines Durchlaufs der Quelle 19 und der Detektoren 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 Integrationsschaltung (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 den Winkel des Strahlungsfeldes 20 entspricht, d. h. im vorliegenden Beispiel um 10°. Dann wird der Motor 15 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 Strahlungsfeldes 20.

Es hat sich in der Praxis als notwendig erwiesen, zur Anpassung an große Unterschiede bei der Größe der Patienten drei Ringe 8i, 82 mit unterschiedlichem Durchmesser vorzusehen. Dabei sind jeweils zwei Teile 11 und 12 für jeden Ring vorgesehen, und die entsprechende Anzahl von Gliedern muß jedesmal angebracht werden, wenn der Ring zur Anpassung an die Körperabmessungen eines Patienten ausgewechselt werden muß.

Wie zuvor erwähnt wurde, können die Teile 11 und 12 ^r, 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 werden, unterschiedlich sein. Beispielsweise können die

ι ο Teile 11 und 12 in Geräten eingesetzt werden, bei denen eine Quelle einen einzelnen dünnen Strahl erzeugt, der auf einen einzelnen Detektor gerichtet wird. Ferner können aber Kompensationsglieder auch bei Geräten angewendet werden, bei denen eine Strahlungsquelle

,5 einen Strahlungsfächer erzeugt, der so breit ist, daß er den gesamten Ring 81 und 8₂ erfaßt. In diesem Falle erfolgt die Abtastung des Patienten lediglich durch Rotation des Strahlungsfächers in bezug auf den Körper, während eine Translationsbewegung entbehrlieh ist. Bei einer solchen Anordnung ist eine Bank von Detektoren vorgesehen, die sich über die Breite des Strahlungsfächers erstreckt, und die wesentliche Wirkung der Verwendung der Teile 11 und 12 besteht in diesem Falle darin, daß alle Detektoren veranlaßt werden, mit etwa gleichen Strahlungsmengen zu arbeiten.

Fig. 2 zeigte ein Teil 31, das an Stelle des Teils 11 verwendet werden kann, wobei ein gleiches, nicht dargestelltes Teil 31 als Ersatz des Teils 12 dient. Das

jo Teil 31 besteht aus zwei keilförmigen Abschnitten 32 und 33 aus Kohlenstoff oder Bor, wobei die erforderliche Form mittels einer Schicht 34 aus Akrylglas auf den Abschnitten 32 und 33 hergestellt wird.
Es ist dabei nicht erforderlich, den Kompensations-

J-) gliedern 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. Eine ungefähre Kompensation ist ausreichend.

Das durch die Kompensationsteile 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, wenn keine Kompensation vorgesehen wird; deshalb ist eine solche Kompensation erforderlich. Eine Technik zur Bewirkung dieser Kompensation wird an Hand der F i g. 3 nachfolgend beschrieben, die in einem Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zeigt, die für eine Kompensation des unterschiedlichen Härteeffektes bei den von der Bank 25 (Fig. 1) von Detektoren abgeleiteten Ausgangssignalen sorgt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind nur die einem einzelnen Detektor, dem r-ten der Bank 25 zugeordneten Schaltungselemente sowie bestimmte, allen Detektoren gemeinsame Komponenten dargestellt In der Zeichnung sind die einem bestimmten Detektor zugeordneten Komponenten durch den Index r bezeichnet, und diese Komponenten müssen für jeden Detektor vorhanden sein. Die in F i g. 3 keinen Index tragenden Komponenten sind für alle Detektoren gemeinsam.

Bevor die F i g. 3 in Einzelheiten beschrieben wird, sei bemerkt daß ein Signal S_n 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 Verarbeitungsschaltung 43 zugeführt wird. Die erste

Behandlung des Signals S_r ist subtraktiv und so bemessen, daß der Tatsache Rechnung getragen wird, daß selbst bei richtiger Anordnung der Kompensationsglieder und bei Ersatz des Ringes 81,82 des Materials 10 und des Körpers 3 durch eine homogene Masse von Wasser oder dergleichen alle von 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 Teil 11, das Wasser und das Teil 12 erfährt, unvermeidbare Schwankungen vorhanden sind. Somit wird eine einzelne lineare Abtastung durchgeführt, wobei Wasser oder dergleichen die in der Ausnehmung 2 in F i g. 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 gelöst werden, weil eine sehr stark nichtlineare Beziehung zwischen der Weglänge durch ein Kompensationsglied und der Absorption der Strahlung besteht. Die Kompensation hierfür wird durch die zweite, multiplikative 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 F i g. 1 so angeordnet wird, daß seine Seiten parallel zu den linearen Führungen 21, 23 und der Platte 27 verlaufen, worauf der Stab mit Wasser umgeben wird und eine zweite 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.

Gemäß Fig.3 wird das Signal S_r in digitaler und logarithmischer Form einer Subtraktionsschaltung 35_r zugeführt

Ein digitaler Speicher 36_r enthält die zuvor 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. Der zu dem in Frage stehenden Weg zugehörende Bewertungsfaktor sei mit ^bezeichnet Wenn das Signal 5_rder Subtraktionsschaltung 35_r zugeführt wird, wird der Wert a_r vom Speicher 36/- über ein Tor 37_r unter der Steuerung durch einen dem Tor 37_r über eine entsprechende Leitung 38_r zugeführten Zeitimpuls abgezogen. Dieser Zeitimpuls wird von der Einheit 30 (s. F i g. 1) und einer nicht dargestellten Zählschaltung abgeleitet Bei Auswahl durch das Tor 37_r wird der Wert a_r der Differenzschaltung 35_r zugeführt, die ihn von dem Wert des Signals S_r subtrahiert und die Differenz einer Multiplikationsschaltung 39_r zuführt

Ein zweiter Digitalspeicher 40_r 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 in Frage stehenden Weg gehörende Faktor sei b_n und wenn die Differenzschaltung 35_r die Werte S_r- a_r zur Multiplikationsschaltung 39r überführt, wählt ein Tor 41 _r unter Steuerung durch einen über eine nicht dargestellte Verzögerungsleitung mit fester Verzögerungszeit vom

ι ο Leiter 38_r dem Tor 41 _r über einen Leiter 42_r abgeleiteter Zeitgeberimpuls den Wert b_r vom Speicher 40_r aus und führt dieser der Multiplikationsschaltung 39_r zu. Das Produkt (Sr — a_r) b_r wird der Datenverarbeitungsschaltung 43 zugeführt, die in bekannter Weise arbeitet, beispielsweise wie in der GB-PS 12 83 915 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 einem Matrixspeicher 44 je nach Bedarf für eine Anzeige gespeichert.

Die Werte a_rund b_r stellen jeweils die Bewertungsfaktoren für die Wegänderung und die unterschiedliche Härte dar. In der vorangehenden Beschreibung wurde erläutert, wie die Bewertungsfaktoren a_r und b_r durch ein empirisches Verfahren abgeschätzt werden können. Dieses Verfahren liefert Faktoren, die für die meisten Zwecke ausreichend genau sind; wenn jedoch eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, läßt sich zeigen, daß

in es vorzuziehen ist, die Bewertungsfaktoren auf der Basis einer vorangehenden Abtastung oder einer vorherigen Kenntnis des Körpers an Stelle von Wasser abzuschätzen. Die folgende mathematische Erläuterung, die diese Feststellung untermauert, ist theoretisch abgeleitet

Es sei angenommen, daß der Parameter rden Ort des vom r-ten Detektor ermittelten Strahles darstellt wenn dieser den Körper abtastet Es sei ferner angenommen, daß das Spektrum des Strahles sich über den Frequenzbereich f\ bis h erstreckt und daß in dem elementaren Frequenzbereich at in diesem Band die Photonenenergie

E(0df

ist.

Beim Durchdringen der Kompensationsteile wird diese Energie auf die Energie

verringert, wobei AJf) den Absorptionseffekt des Durchgangs der Strahlung durch die Kompensationsteile darstellt Insoweit, wie die Strahlung auch durch den zu untersuchenden Körper verläuft, wird diese Energie durch einen weiteren Faktor FJf) vermindert, so daß der Detektorausgang proportional ist zu

J2

Es ist erforderlich, diese Größe so zu interpretieren, daß sie eine Information ergibt, die zumindest in guter Annäherung sich nur auf die Materialstruktur des untersuchten Querschnittes bezieht
Es ist bekannt, daß die Röntgenstrahlenabsorption auf zwei Wirkungen beruht, nämlich der Absorption durch Compton-Streuung, und der Photo-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. Für eine gute Annäherung ist es somit ausreichend, den Absorptionsfaktor FJf)\n der Form

anzunehmen, worin <x(f) ein von dem untersuchten Material bestimmter Frequenzfaktor ist, und v/obei angenommen ist, daß dieser mit ausreichender Genauigkeit auf dieses Material angewendet wird, während M_r ein Linienintegral der Masse oder Dichte entlang dem Weg des Strahls durch den Körper ist.
Der Absorptionsfaktor Λ//? hat die Form

worin w(f) der lineare Absorptionskoeffizienn für Aluminium (wenn Aluminium zur Kompensation verwendet wird) für die Frequenz f und R die Länge des Weges im Aluminium ist R ist eine vorgegebene Funktion des Parameters r.

Es ist eine plausible Annahme, daß Ffl) sich mit r nur wenig ändert so daß der Detektorausgang in sehr enger Annäherung gegeben ist durch

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d. h. durch

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Wenn man das Spektrum der Quelle kennt, wird die der r-ten Strahlposition entsprechende Größe A_r bestimmt Wenn die Eigenschaften des Durchgangs durch das Aluminium gegeben und vorbestimmt sind, ist die ebenfalls der r-ten Strahlposition entsprechende Größe B_r bekannt Wenn demzufolge beispielsweise das Gehirn abgetastet wird, kann die Frequenzcharakteristik Ot(I) deswegen als bekannt angenommen werden, weil das betroffene Körpermaterial bekannt ist Wenn man Ar und B_r kennt, kann der Detektorausgang für die r-te Strahlposition durch ein Datenverarbeitungsverfahren interpretiert werden, um das Massenabsorptionslinienintegral M_r 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-Rekon-ο struktion ermittelt werden, bei der keine Kompensation der unterschiedlichen Härte vorgenommen wird. Die Frequenzcharakteristik oc(f), die geeignet ist, kann dann in einer nachfolgenden Rekonstruktion eingeführt werden, um ein rekonstruiertes Absorptionsschema

ι '■> größerer Genauigkeit zu gewinnen.

Es ist bereits erwähnt worden, daß die Form der Kompensationsteile geändert werden kann, um sie an die Form des Gerätes anzupassen, in dem sie benutzt werden, und Fig.4 zeigt eine Konfiguration, die insbesondere für ein Gerät der in F i g. 1 beschriebenen Art geeignet ist. In dieser Figur hat der Kreis 49 die gleiche Bedeutung wie die Ausnehmung 2 in F i g. 1. Die Teile 45, 46, 47 und 48 sind Kompensationsglieder für den Dynamikbereich und bestehen beispielsweise aus

2> Kohlenstoff. Die Teile 45, 46, die symmetrisch zu dem von dem Kreis 49 umschlossenen Bereich angeordnet sind, entsprechen dem Teil 11 in Fig. 1, während die Teile 47 und 48 dem Teil 12 entsprechen. Alle diese Teile sind durch die zweifache konkave, dem Kreis 49

jo zugekehrte Form charakterisiert Hierdurch können die unterschiedlichen Detektorausgänge besser als mit der einfacheren Form der Glieder in F i g. 1 ausgeglichen werden. Die Teile 45, 46, 47 und 48 können zwar aus Aluminium bestehen, jedoch wird durch Verwendung

j > von Kohlenstoff an Stelle von Aluminium erreicht, daß die hierdurch eingeführten Fehler bezüglich unterschiedlicher Härte nur in der Größenordnung von 5% kompensiert werden müssen, während im Felle von Aluminium Fehler in der Größenordnung von 25% zu kompensieren sind.

Bei der beschriebenen Technik wird der zu untersuchende Körper, beispielsweise der Kopf eines Patienten während der Abtastung mit einer den Körper fest umschließenden Einspannung, deren Umfang mit der

4> Form des Kreises 49 übereinstimmt, festgehalten. Die Einspannung kann aus Akrylglas bestehet:, 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 An Stelle 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, enthalt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radiologisches Gerät zur Untersuchung einer Querschnittsscheibe des Körpers eines Patienten mittels Röntgenstrahlung, mit einer Positionierungsvorrichtung zur Aufnahme des Körpers, mit einer Strahlungsquelle, die Röntgenstrahlung durch den Körper in der Ebene der Querschnittsscheibe entlang wenigstens eines linearen Weges schickt, mit einer aus einem oder mehreren Detektoren bestehenden Detektoranordnung zum Empfang der Röntgenstrahlung nach Durchqueren des Körpers und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die ein Maß für die Absorption sind, die die Röntgensurahlung jeweils beim Durchqueren eines jeden Weges erfährt, mit Abtastmitteln -».ur Bewegung der Strahlungsquelle relativ zum Körper, um Ausgangssignale für weitere, durch die Querschnittsscheibe verlaufende lineare Strahlenwege zu erzeugen, mit einer Datenverarbeitungsschaltung und einer Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer Darstellung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten in der Querschnittsscheibe aus den Signalen, und mit Dämpfungsmitteln zwischen der Quelle und der Detektoranordnung, die aus Bereichen unterschiedlicher Dicke bestehen, um Unterschiede in den Ausgangssignalen als Folge von Wegen unterschiedlicher Länge durch den Körper zu vermindern, wobei durch die Dämpfungsmittel als Folge der unterschiedlichen Dicke Unterschiede im Spektrum der Strahlung hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Detektoranordnung (25) und der Datenverarbeitungsschaltung (43) weitere datenverarbeitende Mittel (39,-, 40_r, 41 r) vorgesehen sind, die die von der Detektoranordnung (25) abgeleiteten Ausgangssignale hinsichtlich von Fehlern kompensieren, die auf Änderungen der Härte der aus dem Körper entlang der verschiedenen Wege austretenden Röntgenstrahlung beruhen, und daß die weiteren datenverarbeitenden Mittel einen Speicher (40_r), in dem vorgegebene Härtebewertungsfaktoren für die einzelnen Strahlenwege gespeichert sind, sowie eine Multiplikationsschaltung (39_r>J zur Multiplikation des sich jeweils auf einen gegebenen Strahlenweg beziehenden Signals mit dem zu diesem Strahlenweg gehörenden Härtebewertungsfaktor enthalten, wobei die Multiplikationsschaltung (39_r) die Datenverarbeitungsschaltung (43) speist.

2. Radiologisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren datenverarbeitenden Mittel einen weiteren Speicher (36_rJl in dem vorgegebene Wegänderungs- Bewertungsfaktoren für die einzelnen Strahlenwege gespeichert sind, und eine Subtraktionsschaltung (3S₀)ZUr Subtraktion des jeweiligen Wegänderungs-Bewertungsfaktors von dem zum entsprechenden Strahlenweg gehörenden Ausgangssignal enth?!t, und daß die Subtraktionsschaltung (35_r^ der Multiplikationsschaltung (39^ vorgeschaltet ist.