DE2538517A1

DE2538517A1 - Radiologisches geraet

Info

Publication number: DE2538517A1
Application number: DE19752538517
Authority: DE
Inventors: Bernard Joseph Mayo
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1976-03-11
Also published as: DE2559658A1; US4002917A; JPS5154793A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

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Radiologisches Gerät

Die Erfindung "betrifft ein radiologisches Gerät mit einer Röntgenstrahlungsquelle, die eine Zielelektrode enthält,, von der bei Auftreffen eines Elektronenstrahls Röntgenstrahlen ausgesendet werden.

In der GB-PS 1283915 ist ein abtastendes radiologisohes Gerät beschrieben, das eine Darstellung des Absorptionskoeffisienten (in Bezug auf die verwendete Strahlung) an jeden von zahlreichen Orten . . erzeugen kann, die über eine ebene Scheibe eines untersuchten Körpers verteilt sind. Um die Erzeugung einer solchen Darstellung zu ermöglichen, wird bei einen in der genannten Schrift beschriebenen Gerät ein einseiner bleistiftförmiger Röntgenstrahl verwendet, der von einer entsprechenden Quelle erzeugt und nach Durchlauf

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durch den Körper in der Ebene der Scheibe von einem mit Kollimator versehenen Detektor empfangen wird. Die Quelle und der Detektor führen dann eine Abtastbewegung in Be'zug auf den Körper durch, so daß der bleistiftförmige Strahl nacheinander auf verschiedenen Wegen durch den Körper läuft, die alle in der Ebene der Scheibe liegen, und der Detektor erzeugt Ausgangssignale, die ein Maß für die Absorption sind, die die Strahlung beim Durchlaufen einen jeden Weges durch den Körper erfährt. Die Ausgangssignale werden einer Datenverarbeitung unterworfen, um die erwähnten Absorptionskoeffizienten zu gewinnen, und dann wird die gewünschte Darstellung erzeugt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des Gerätes führen die Strahlungsquelle und der Detektor bei Abtastung des Körpers eine physikalische Bewegung aus, und sie müssen abwechselnd lineare Querbewegungen und Drehschritte ausführen, wobei die Drehschritte um eine Achse erfolgen, die senkrecht zu der Scheibe durch den Körper verläuft.

Wenn die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangssignale gewonnen werden, von Bedeutung ist, führt die im vorhergehenden Absatz beschriebene Abtastung nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Es sind auch andere Abta3ttechniken vorgeschlagen worden, z.B. in der DiD-OS 24-42009, in der der einzelne Strahl durch eine fächerförmige Gruppe von Strahlen ersetzt wird, die von einer Punktquelle ausgehen, wobei für jeden Strahl der Gruppe ein Detektor vorgesehen ist. Die Strahlungsquelle und die Detektoren müssen zwar hier auch translatorische und kreisende Abtastbewegungen durchführen, jedoch erfolgt der Abtastvorgang schneller als bei dem zu-vor beschriebenen Ausführungsbeispiel, weil die Drehbewegungen jeweils über einen Winkel erfolgen können, der dem von dem Strahlenfächer gebildeten Winkel entspricht, und nicht über den wesentlich kleineren Winkel zwischen zwei benachbarten Strahlen der fächerförmigen Gruppe, der etwa den Drehwinkel darstellt," der bei Verwendung eines einzelnen Strahles erforderlich ist.

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Der erfindnag liegt die Aufgate zugrunde, die Abtastgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird genäS einem Aspekt der Erfindung
dadurch gelöst, daß eine Reihe von Detektoren zur Feststellung der von der Quelle ausgesendeten,den Körper entlang koplanarer . Wege durchlaufenden Strahlung vorgesehen sind, dass Mittel zur
Drehung der Quelle und der Detektoren um den Körper un eine
zur Ebene der Strahlenwege senkrechte Achse vorgesehen sind, ^; und dass Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls in ; Bezug auf die Zielelektrode derart vorgesehen sind, daß die ;

i Röntgenstrahlung eine laterale Abtastbewegung in der genannten

Ebene relativ zum Körper durchführt. I

Bei den erfindungsgenäßen Gerät wird die Verwendung einer j mechanischen lateralen Abtastbewegung vermieden, v/eil eine
elektrisch abgetastete Röntgenstrahlenquelle (die wiederum
eine fächerförmige Gruppe von Strahlen erzeugt) und eine
feste Bank von [Detektoren vorliegt, die für alle Positionen der elektrisch bewirkten lateralen Abtastung breiter ist als der
auf sie auftreffende Strahlenfächer. Die Drehbewegung der
Quelle und der Detektoren ist natürlich weiterhin erforderlich. Da jedoch die laterale Abtastung elektrisch bewirkt wird, \

kann sie so schnell erfolgen, daß die Drehbewegung nioht ! nehr stufenweise durchgeführt werden muß. Die Abtastvorrichtung¹ wird dadurch auf eine Drehbewegung mit stetiger Geschwindigkeit'

reduziert. ' j

/ j

Anstelle der Verwendung der elektrisch bewirkten Abtastung ;

i der Strahlung sur Durchführung der lateralen Abtastung kann j

die elektrische Abtastung beispielsweise auch in Verbindung j

nit einer Anordnung verwendet v/erden, die in der erwähnten j

D2-0S beschrieben Jst, um nacheinander parallele Scheiben !

des Körpers untersuchen zu können, ohne daß eine Verstellung |

der Vorrichtung oder eine mechanische Bewegung des Patienten i

in der Abtastvorrichtung notwendig wird. Dies wird genäß einem ;

weiteren Aspekt der Erfindung erreicht durch Detektormittel ■

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zur Peststellung der Strahlung nach Durchlauf durch eine ebene Scheibe eines Körpers, durch'Hittel zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Quelle und der Detektormittel relativ zum Körper, damit die Strahlung mehrere koplanare, von den Detektormittel festzustellende Wege in der Scheibe durchqueren kann, und durch Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls in einer zur Ebene der liege senkrechte Richtung, 'um eine benachbarte Scheibe des Körpers zu bestrahlen.

Hierbei vnirde die elektrische Abtastung nicht kontinuierlich erfolgen, sondern sie würde in Stufen nach oder 360° der Drehbewegung bewirkt werden.

erfolgen, sondern sie würde in Stufen nach jeweils z.B. 1S0°

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Pig. 1 in vereinfachter Form die wesentlichen Merkmale einer elektrisch abgetasteten Röntgenstrahlenquelle, die in einem erfindungsgemäßen radiologischen Gerät verwendbar ist,

Pig. 2 eine Kollimatoranordnung für- die in Pig. 1 dargestellte Röntgenstrahlungsquelle,

Pig. 3 eine Ausfuhrungsform eines Gerätes gemäß dein ersten Aspekt der Erfindung.

Pig. 1 zeigt nur die Elemente einer Röntgenstrahlenröhre, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind. Demzufolge sind aus Gründen der Klarheit der Röhrenkolben und andere bekannte und zum Betrieb einer Röntgenstrahlenröhre notwendige !eile fortgelassen.worden. Ton einer Elektronenkanone 2 wird ein Elektronenstrahl 1 erzeugt. Der Strahl wird so fokussiert, daß er an'einer einzelnen Stelle auf eine Zielelektrode trifft.j Die Zielelektrode 3, die aus Wolfram bestehen kann, ist in ^! einen Anodeljkörper 4 eingesetzt, der auf einem gegenüber der Elektronenkanone 2 positiven Potential liegt. Der Anodenkörper4| kann aus Kupfer bestehen und wird durch in der Zeichnung nicht dargestellte'Mittel gekühlt. Der Anodenkörper und die Zielelektrode können einen der in bekannten R.öntgenstrahlenquellen

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üblichen Querschnitte aufweisen. Sei der Erfindung
liegt jedoch eine größere Länge in der mit χ gekennzeichneten
Richtung vor. Abtastmittel 5 für den Elektronenstrahl, die
aus den dargestellten elektrostatischen Ablenkplatten bestehen, aber auch von anderer Art sein können, dienen zur Abtastung
des Elektronenstrahls auf der Zielelektrode 3 in s-Richtung,
so daß er nacheinander darauf verschiedene Positionen einnimmt, von denen die Positionen 1a, 1b und 1c eingezeichnet
sind. An allen Punkten der Zielelektrode, auf die der Elektronenstrahl trifft, werden Röntgenstrahlen 6 überwiegend
unter einen "Winkel von etwa 50° sum Elektronenstrahl ausgesendet, und zwar durch Elektronen, deren Energie im Bereich
von etwa 10 HLq-Elektronen-Volt liegt. Durch nachfolgend' noch
näher erläuterte Mittel v/erden die von der Quelle auagessn- ; deten Röntgenstrahlen auf die gewünschte Richtung, die durch
Pfeile angedeutet ist, begrenzt, und diese Röntgenstrahlen
können die Röhre durch ein geeignetes Fenster verlassen.

Die lineare Abtastbewegung, die bei dem Verfahren gemäß
der oben erwähnten GB-PS erforderlich ist, wird durch die
Ablenknittel 5 ersielt, die den Elektronenstrahl 1 auf der

Zielelektrode 3 entlangbewegen. Es sei bemerkt, daß - falls ^;

eine mechanische Abtastbewegung des Detektors nicht erfolgen _;

soll -eine Reihe von einzelnen Detektoren vorgesehen werden j

nuß, um den von der Quelle abgetasteten Bereich zu erfassen. '

Die Quelle und die Detektoranordnung werden, wie zuvor be- |

schrieben, mn eine gemeinsame, in y-Richtung verlaufende '

Achse gedreht. ;

In Fig. 2 ist eine Kollimatoranordnung zur Abgrenzung der ^;

ausgesendeten Röntgenstrahlen auf den gewünschten Bereich ;

dargestellt. Die Orientierung von Fig. 2 in Bezug auf Fig. 1 :■ ist durch die Koordinaten x, j und ζ angegeben. Der Bareich,

in dem der zu untersuchende Körper sich befindet, ist mit T \ bezeichnet. Die Abtastung des Röntgenstrahl in der x-Richtung '

ist mit 6a, 6b und 6c in 'Anpassung an die Bezugsziffern 1a, '

1b und 1c bezeichnet. Der Röntgenstrahl wird durch einen j Schlitz 8 in einem absorbierenden Schirm 9 so begrenzt, daß

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er in der y-Richtung. nur einen Bereich bestrahlt, der nicht
größer als die Dicke der Scheibe 7 ist. Der absorbierende
Schirm 9 kann ggf. in der.Wandung der Röntgenstrahlenröhre
vorgesehen oder innerhalb oder auSerhalb der Röhre angeordnet
werden. Die Länge des Schlitzes 8 ist so bemessen, daß der
benötigte Abtastbareich gewährleistet wird. Es ist ersichtlich, daß diese Eollimatoranordnung eine gewisse Spreizung ; der Strahlen in der x-Richtung zuläßt. Diese Fächerstrahlen—
Geometrie kann jedoch teilweise in den Rechnungen kompensiertwerden und teilweise dadurch berücksichtigt werden, daß die
einzelnen Detektoren ausreichend klein sind und daß eine
weitere Bündelung der einzelnen Strahlen bei der Detektoranordnung vorgenommen wird. Der Schlitz 8 kann stattdessen ! auch durch eine Reihe von einzelnen Kollimatoren ersetzt : werden. Ferner können Fehler infolge der Winkelmaßigen Verteilung der Energie im Strahlungsfächer des Röntgenstrahlensystens bei der Errechnung des Feldes der Absorptionskoeffizienten kompensiert werden. Für diesen Zweck wird das System
zunächst geeicht, d.h. die Röntgeiistrahlenverteilung wird
mit einer bekannten Absorption zwischen der Quelle und den
Detektoren genessen.

Die Form des Anodenkörpers 4 und der Zielelektrode 3 kann an ; jede erforderliche Anwendung der abtastenden Röntgenstrahlen-

quelle angepaßt werden. Beispielsweise kann die Form so ge- '

wählt v/erden, <iaß ein fächerförmiger Strahl erzeugt wird. ;

In Fig. J liegt ein zu untersuchender Körper 10 mit den Kopf ' nach oben auf einem zweiteiligen Ruhebett 11, von dem nur ; der sichtbare Seil hinter dem Gerät in der Zeichnung aus j Gründen der Klarheit dargestellt ist. Der zu untersuchende I Teil des Körpers ist von einem zweiteiligen Kragen 7 umgeben, ; der den Bereich des Körpers 10 festlegt, der untersucht * werden soll. Der Kragen 7 besteht aus einem Material, das ^! weitgehend durchlässig für Röntgenstrahlung ist, und ein j geeignetes Material für den Kragen 7 ist das unter dem Handels-· Oamen "Perspex" bekannte Acrylglas. Der untere Ieil des Kragens'. 7 ist am Ruhebett 11 über einen lArm 12 befestigt, und der ;

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obere Seil des Kragens 7, der vom unteren Seil abnehmbar oder
abklappbar ist, um die Einführung des Körpers 10 zu ermöglichen, wird an unteren Seil "befestigt, nachdem der Körper sich in ; seiner vorgegebenen Lage "befindet.

Da in allgemeinen die Außenabmessungen des Körpers nicht der
inneren Pom des Kragens 7 entsprechen, wird ein flexibler
Beutel 13 un den Körper gewickelt, wo Öieser von Kragen umgeben ist, und nachdem die Kragenteile fest miteinander verbunden

worden sind, wird der Beutel mit ¥asser oder einen anderen ■

flüssigen Hediuri gefüllt, van. so weit wie möglich das Yorhanden-j sein von Lufttaschen zwischen den Kragen 7 und den Körper 10
zu verhindern. I

Der Kragen 7 und damit der interessierende Seil des Körpers
befinden sich in einer Ausnehmung 14 eines Drehtisches 15» ■ der um den Kragen 7 um eine Achse 16 umläuft, die sich senkrecht zur Papierebene erstreckt. An Drehtisch 15 ist eine i Eöntgenstrahlenquelle 17, eine Gruppe 18 mit Strahlungs- \ detektoren und eine Bank 19 mit Kollimatoren angebracht, und ; der Drehtisch 15 wird mit seinem Zubehör über ein von einen ι Elektromotor 21 angetriebenes Zahnrad 20 in Drehung. Versetzt. \ Das Zahnrad 20 ist mit nicht dargestellten Zähnen an Umfang ^! des Drehtisches 15 in Eingriff. Die Detektoren 18 können ι

beispielweise aus Szintillationskristallen mit zugeordneten ; Fotovervielfachern, Szintillationskristallen mit zugeordneten [ Fotodioden usw. bestehen. ^ I

Auf der vfelle des Motors 21 sitzt eine Scheibe 22, die mit
einer ringförmigen .Stricheinteilung 23 versehen ist. Die
Stricheinteilung wirkt mit einer Fotozelle 24 und einer zugeordneten Lichtquelle 25 in bekannter ¥eise zusammen, um
Impulse zu erzeugen, die ein Maß für das Fortschreiten der
Drehbewegung des Drehtisches 15 sind. Die Fotozelle 24 und
die Lichtquelle 25 sind an Armen 26 und 27 gelagert, die
an einem Lagerrahmen 23 für den Motor 21 befestigt sind,
natürlich benötigt auch der Drehtisch 15 eine Halterung, und
hierfür dient ein Rahmen, der jedoch nicht dargestellt ist,

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weil er jede beliebige Form aufweisen kann und von einem Fachmann ohne Schwierigkeiten konstruiert v/erden kann. Darüber ^; hinaus ist die Form des Rahmens für aas Verständnis der Sr- j findung ohne Bedeutung und eine Darstellung der Zeichnung j würde nur für das Yerständnis wichtige Merkmale verdecken.

Die Quelle 17 weist eine längliche Zielelektroden-VAnoden- | struktur 3, 4, eine Elektronenkanone 2, die einen Elektronen- j strahl 1 erzeugt und Ablenkplatten 5 auf, obwohl stattdessen

auch Ablenkspulen verwendet werden können. In Fig. 3 sind j zwei Extremlagen 6a und 6c der Quelle dargestellt, und es ist j zu erkennen, daß in jeder Position der Quelle ein Strahlungs- j fächer auf den Körper 10 gerichtet wird. Es ist ebenfalls zu sehen, daß die Detektoranordnung 18 an der lateralen Bewegung nicht teilnimmt, da diese Anordnung ausreichend breit ist, um bei der Abtastung alle Strahlenfächer zu erfassen.

Es sei bemerkt, daß einige Detektoren, z. B. der Detektor an j der Stelle 29 in der Lage sein muß, Strahlung aus mehreren j unterschiedlichen Richtungen zu empfangen, beispielsweise ι

wie dargestallt die Strahlen 30 und 31» die sich jeweils auf i die Positionen 6a und 6c der Quelle beziehen. Die Kollimatoren!

in der Bank. 19 sind so ausgebildet, daß dies möglich ist. i

■ ■ ι

Die von der Fotozelle abgeleiteten Ausgangssignalimpulse werden! einer Zeitgeber-Impulsformschaltung 32 zugeführt, die ebenfalls Start- und Stopp-Kommandoimpulse von einem Fernsteuerschalter 33 empfängt. Die geformten Impulse werden von der Schaltung 32 einer Hauptzeitgeberschaltung 34 zugeführt, die Ablenkimpulse für die Ablenkplatten 5 der Röhre 17 erzeugt, so daß die laterale Abtastung der Strahlung mit der Drehung des Drehtisches 15 synchronisiert wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Elektronenstrahl 1 die. Entfernung von 6a - 6c in der Zeit abtastet, in der der Drehtisch eine Drehung um einen kleinen Winkel (z.B. 1/2°) durchführt, und dann wird erneut von 6a - 6c abgetastet, während sich der Drehtisch 15 um die nächsten 1/2° dreht, und dieseB Terfahren wird wiederholt, bis die Gesamtdrehung des Drehtisches 15 ein gewünschtes Maß

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-9-erreicht hat.

Die von der Detektoranordnung 18 gelieferten Signale werden einer Datenverarbeitung unterworfen, "beispielsweise wie in der erwähnten GB-PS oder DT-OS beschrieben, wobei die Tatsache zugelassen wird, daß die Wege, die die Strahlung durch den Körper durchläuft, aufgrund der Wirkungen der stetigen Drehung des Drehtisches 15 nicht streng linear sind.

Bei der Verwirklichung des zweiten Aspektes der Erfindung kann das in Eig. 3 dargestellte Gerät verwendet werden, wobei jedoch die Röhre 17 um 90° gedreht wird, so daß der Zielelektroden-/Anodenkörper 3» 4 senkrecht zur Papierebene liegt. In diesen Falle wird - es sei denn, daß die von der Röhre ausgesendete Strahlung breit genug ist, um den gesamten Bereich des Kragens 7 ohne laterale Abtastung zu erfassen die Detektoranordnung so verkürzt, daß sie mit der Spreizung der von der Röhre 17 erzeugten Strahlung im Einklang steht, und dann werden die Röhre 17 und die Detefctoranordnung 18 (mit der Kollimatorbank 19) gemeinsam einer mechanisch bewirkten lateralen Abtastbewegung unterworfen.

Die Abtastung des Elektronenstrahls 1 dient dann dazu, nacheinanderfolgende parallele Scheiben des Körpers zu untersuchen, und es sei bemerkt, daß es erforderlich ist, entweder die Detektoranordnung 17 mechanisch in einer Richtung . im rechten Winkel zur Papierebene in Fig. 3 zu verlagern, wenn die Abtastung des Elektronenstrahls 1 erfolgt, oder mehrere Banken mit Detektoren für die jeweiligen Ebenen vorzusehen.

-Patentansprüche-

Bs/V/n

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Claims

P a t e ρ t a η s ρ r ü c be

1.,) Radiologisches Gerät mit einer Röntgenstrahlungsc[uelle, lie eine Zielelektrode enthält, an der "bei Auftreffen eines Elektronenstrahls Röntgenstrahlen ausgesendet werden, gekennzeichnet durch eine Reihe von Detektoren zur feststellung der von der Quelle ausgesendeten, den Körper entlang koplanarer Wege durchlaufenden Strahlung, durch Mittel zur Drehung der Quelle und der Detektoren um den Körper um eine zur Ebene der Strahlenwege senkrechte Achse, und durch Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls in Bezug auf die Zielalektrode derart, daß die Röntgenstrahlung eine laterale Abtastbewegung in der genannten Ebene relativ zum Körper durchführt.

2. Radialogisch.es Gerät mit einer Röntgenstrahlungsquelle, die eine Zielelektrode enthält, an der bei Auftreffen eines Elektronenstrahls Röntgenstrahlen ausgesendet werden, gekennzeichnet durch Detektormittel zur Peststellung der Strahlung nach Durchlauf durch eine ebene Scheibe eines Körpers, durch Mittel zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Quelle und der Detektormittel relativ zum Körper, damit die Strahlung mehrere koplanare, von den Detektormitteln festzustellende Wege in der Scheibe durchqueren kann, und durch Ablenknittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls in einer zur Ebene der Wege senkrechte Richtung, um eine benachbarte Scheibe des Körpers zu bestrahlen.

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