DE2551322A1 - Geraet zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung - Google Patents

Geraet zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung

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DE2551322A1 DE19752551322 DE2551322A DE2551322A1 DE 2551322 A1 DE2551322 A1 DE 2551322A1 DE 19752551322 DE19752551322 DE 19752551322 DE 2551322 A DE2551322 A DE 2551322A DE 2551322 A1 DE2551322 A1 DE 2551322A1
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Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT
PATENTANWÄLTE IN HANNOVER
EMI LIMITED 100/466
Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung eines ebenen Abschnittes eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder V- -Strahlung, mit einer Punktquelle zur Aussendung eines in der Ebene des Abschnittes liegenden Strahlenfächers, mit mehreren Detektoren zur Feststellung der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers entlang zahlreicher, einen unterschiedlichen Winkel innerhalb des Fächers aufweisender Wege, und mit Mitteln zur winkelmäßigen Verlagerung der Quelle und der Detektoren um eine zu der Ebene des Abschnittes senkrechte Achse.
Ein Verfahren und ein Gerät zur Öerstellung einer Darstellung der Änderung der Absorption in dem ebenen Körperabschnitt ist in der DT-OS 1 941 433 beschrieben. Bei einer in dieser Druckschrift angegebenen Ausfuhrungsform wird· eine Strahlungsgualle einer Abtastbewegung unterworfen, um mehrere Gruppen paralleler, bleistiftförmiger Strahlen mit jeweils unterschiedlicher Neigung in der Ebene des Abschnittes zu erzeugen. Diese Strahlen werden von
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einem Detektor empfangen, dessen Ausgang ein Maß für die Absorption ist, die jeder der Strahlen beim Durchlaufen des Körpers erfahren hat. Diese gemessenen Absorptionswerte werden dann einer Datenverarbeitung unterworfen, um eine Verteilung von linearen Absorptionskoeffizienten für den ebenen Abschnitt zu erzeugen. Um jeweils die Strahlengruppen zu gewinnen, werden die Quelle und der Detektor in der Ebene des Abschnittes hin- und herbewegt und stufenweise um eine zu dieser Ebene senkrechte gemeinsame Achse gedreht.
Ein anderes Datenverarbeitungsverfahren, das auf dem Prinzip der Konvolution arbeitet, ist in der DT-OS 2 420 500 beschrieben.
In der DT-OS 2 442 009 ist eine Abwandlung des durch die obengenannte DT-OS 1 941 433 bekannten Geräts beschrieben. Dort erzeugt die Quelle einen Strahlenfächer, der eine große Spreizung in der untersuchten Ebene aufweist. Kollimatoren dienen zur Unterteilung des Strahlenfächers in zahlreiche bleistiftförmige Strahlen, und eine Gruppe von Detektoren diemt zur Feststellung der Intensität jedes dieser Strahlen nach Durchlauf durch den Körper. Die aus der Quelle und den Detektoren bestehende Einheit führt wiederum eine Abtastbewegung aus. Als Ergebnis der lateralen Abtastbewegung erzeugt die Gruppe von Detektoren eine Information über die Absorption mehrerer Gruppen von parallelen Strahlen, wobei die Gruppen einen Winkelabstand voneinander aufweisen, der durch den Winkelabstand der Strahlen gegeben ist. Somit kann die Stufe bei der Umlaufbewegung zwischen jeder lateralen Bewegung über einen verhältnismäßig größeren Winkel erfolgen. Diese Ausführungsform des Gerätes ist daher in der Lage, mit einer schnelleren Abtastbewegung als die Anordnung gemäß der DT-OS 1 941 433 zu arbeiten. Zur Untersuchung bestimmter Teile des Körpers ist jedoch eine weitere Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit erwünscht.
8 21/0926
In der DT-OS 2 427 418 ist ein Verfahren und Gerät für die Herstellung der Darstellung der Absorptionsverteilung beschrieben, bei dem bzw. bei der der Spreizwinkel des Strahlenfächers so groß bemessen ist, daß er den gesamten interessierenden Bereich in der Ebene des Körpers erfaßt, so daß eine vollständige Abtastung allein durch e"ine Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um die gemeinsame Achse bewirkt werden kann.
Bei den beiden Anordnungen gemäß den DT-OSn 2 427 418 und 2 442 009 wird eine kontinuierliche Umlaufbewegung anstelle einer stufenförmigen Umlaufbewegung zwischen den Bestimmungen der Absorption vorgezogen. Eine derartige kontinuierliche Bewegung führt jedoch zu Daten von verzerrten Strahlenwegen, was aus der Bewegung während der Strahlenbeaufschlagung der Detektoren resultiert, und bei der Anordnung gemäß der DT-OS 2 442 009 werden im Verlauf der lateralen Abtastung Daten für Gruppen von parallelen Strahlen gewonnen, die nicht in der erwünschten Weise parallel sondern fächerförmig verteilt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das für die beiden oben erwähnten Abtastprinzipien mit kontinuierlicher Umlaufbewegung arbeiten kann, ohne daß verfälschte Daten gewonnen werden.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, um den Ausgangspunkt der Quelle in der Ebene des Abschnittes und relativ zu den Detektoren derart einer periodischen Verlagerung zu unterwerfen, daß bei jedem Inkrement der winkelmäßigen Verlagerung die periodische Verlagerung eine weitere winkelmäßige Verlagerung der Strahlen von gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung wie die erste winkelmäßige Verlagerung bewirkt, so daß die Strahlen jeweils parallel zu ihrer Lage zu Beginn des Inkrements bleiben.
£09821/0 9 2
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines die
Erfindung verkörpernden Röntgengerätes,
Fig. 2 eine für das erfindungsgemäße
Gerät geeignete Röntgenstrahlenquelle,
Fig. 3 eine Veranschaulichung der Abtast
bewegungen bei einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 eine Veranschaulichung der Abtast
bewegungen bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der
Gliederung der bei dem Beispiel gemäß Fig. 4 abgeleiteten Daten,
Fig. 6 eine andere Ausführungsform eines
die Erfindung verkörpernden Röntgengerätes und
Fig. 7 eine vereinfachte Form einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgengerätes mit einem Bett 2, auf dem sich ein zu untersuchender Körper 1 befindet. Der Körper 1 und das Bett 2 sind in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Zwischen dem Körper 1 und dem Bett 2 befindet sich ein Material 3, das für die Strahlung eine gleiche Absorption besitzt, wie Körpergewebe, um Luft aus dem Zwischenraum zu verdrängen, und dieses Material erstreckt sich teilweise um den Körper, um für die Strahlung einen etwa kreisförmigen Querschnitt zu bilden. Der Körper ist fest in der gewünschten Lage durch einen Haltestreifen 4 gehalten. Erforderlichenfalls kann auch ein steifer Haltering verwendet werden, beispielsweise der in der DT-OS 2 427 418 beschriebene zweiteilige Ring.
Das Bett 2 und der Körper 1 werden in eine Ausnehmung 5 eines drehbaren Körpers 6 eingeführt, so daß ein gewünschter Teil des Körpers in der Ausnehmung zentriert wird. Der drehbare Körper 6 ist um eine Achse 7 drehbar, die in Längsrichtung des Körpers 1 und senkrecht zur Papierebene verläuft sowie in der Mitte der Ausnehmung 5 liegt. Der Körper 6 ist auf drei Zahnrädern 8a, b, c gelagert, die mit nicht dargestellten Zähnen zusammenwirken, die am Umfang des Körpers 6 vorgesehen sind.
Die Zahnräder 8 sind drehbar in einem Hauptrahmen 8d so gelagert, daß die erforderliche Drehbewegung erfolgen kann. Das Zahnrad 8a wird von einem Synchronmotor 9 angetrieben, der ebenfalls auf dem Hauptrahmen angebracht ist, und dessen Wirkungsweise weiter unten noch näher erläutert wird.
Auf dem drehbaren Körper 6 ist ferner eine Röntgenstrahlenquelle 10 und eine Bank mit Detektoren 11 und zugeordneten Kollimatoren 12 angebracht. Die Detektoren, deren Zahl in einem typischen Ausführungsbeispiel 200 beträgt, bestehen beispielsweise aus Szintillationskristallen mit zugeordneten Fotovervielfachern oder Fotodioden.
ρ η q R 2 1 / 0 f* 2 ß
— ο —
Die Quelle 10 enthält eine nachfolgend noch näher erläuterte längliche Anode 13, die einen Röntgenstrahlenfächer 14 erzeugt, dessen Ursprung durch elektronische Mittel zwischen den Positionen 14a und 14b abtastbar ist. 3ei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Abtastbewegung der Punktquelle der Röntgenstrahlen etwa 10 cm, jedoch kann diese Abtastbewegung auch kleiner sein. Die Kollimatoren besitzen Längsachsen, die einander im Mittelpunkt der Anode 13 schneiden, wobei die Achsen einen Winkelabstand von etwa 1/3° von einander aufweisen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Röntgenstrahlenquelle 10 etwa 40 cm von der Mittelachse 7 entfernt angeordnet, während der auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers angeordnete Detektor von der Achse 7 einen Abstand von etwa 80 cm aufweist, so daß der von der Punktquelle ausgehende Strahlungsfächer 14 im gesamten Abtastbereich auf die Detektoren trifft. Die Detektoren und die Quelle liegen vorzugsweise auf einem Kreisbogen, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht konzentrisch zur Achse 7 liegt. Die Kollimatoren sind so bemessen, daß sie die Strahlen des Fächers 14 durchlassen, den Empfang von Streustrahlung jedoch weitmöglichst unterbinden. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß der Abstand zwischen der Quelle 10 und der Achse 7 halb so. groß ist wie der Abstand zwischen dem Detektor und der Achse 7, jedoch hat sich diese Beziehung in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Erforderlichenfalls können die Quelle und die Detektoren auch im gleichen Abstand zur Achse oder in anderen Beziehungen angeordnet werden.
Sieht man im Augenblick von der oben erwähnten Drehbewegung ab, ist die Anordnung so getroffen, daß der Ursprung der Röntgenstrahlen stetig entlang dear Anode 13 abgetastet wird, wobei der Röntgenstrahlenf ächer sich von der Pos. 14a zur Pos. 14b bewegt,
c nc Q1-) 1 /
und anschließend erfolgt eine rasche Rückkehr zum Ausgangspunkt,-bevor die Abtastung wiederholt wird. Während einer solchen Abtastbewegung erzeugt jeder Detektor der Bank 11 einen Ausgang, der ein Maß für die auf ihn auftreffende Strahlungsintensität ist. Die Ausgänge werden in einem Verstärker 15 verstärkt und dann Integratoren 15 zugeführt. Hierin werden die Ausgänge über Zeiträume integriert, die durch eine Reihe von Impulsen der Impülsformschaltungen 17 bestimmt sind. Im vorliegenden Beispiel ist der Zeitverlauf der Impulse so, daß elf Integrationsperioden während einer lateralen Abtastung des Röntgenstrahlenfächers von der Pos. 14a zu Pos. 14b vorliegen. Somit mißt jeder Detektor die Strahlung von elf schmalen Strahlen, die von elf Stellen mit gleichmäßigem Abstand von der Anode 13 ausgehen. Nachfolgend wird mit dem Wort "Strahl" ein auf einen Detektor auftreffender und der Abtastbewegung unterworfener Strahl bezeichnet.
Umgekehrt wird der in Bezug auf den Körper feste Weg eines Strahls als Strahlenweg bezeichnet. Die Wege haben natürlich eine Breite, die durch die Integrationsintervalle bestimmt ist, und deren Form durch die Geometrie der Abtastbewegungen in diesen Intervallen bestimmt ist. Aus Gründen der Anschaulichkeit können sie jedoch als einzelne Linien angenommen werden, die tatsächlich ihre Mittellinien darstellen. Die die Grenzen des Fächers 14 darstellenden Linien sind tatsächlich die Mittellinien der äußeren Strahlen des Strahlenfächers. Signale, die die Intensität der auf diesen Wegen empfangenden Strahlung darstellen, werden in Umsetzern 18 in digitale Form und in Umsetzern 19 in logarithmische Form umgesetzt und einem Ausgang 20 für die weitere Verarbeitung zugeführt. Es sei bemerkt, daß ein Verstärker 15, ein Integrator 16, ein Analog/Digital-Umsetzer 18 und ein logarithmischer Umsetzer 19 für jeden Detektor vorgesehen sind, wobei alle diese Elemente synchron arbeiten. Die Datenverarbeitung bewirkt, daß die Signale in Gruppen sortiert werden, die die
r. 0 9 P. 2 1 / Π 1I ? 6
Absorption entlang von Gruppen paralleler Strahlen darstellen, was nachfolgend noch näher erläutert wird, die dann beispielsweise in der in der DT-OS 2 420 500 beschriebenen Weise verarbeitet werden, um die gewünschte Darstellung zu erzeugen. Die Schaltungen 15 bis 19 besitzen einen bekannten Aufbau.
Um die durch die Erfindung angestrebte Wirkung zu erzielen, sorgt der Motor 9 für eine kontinuierliche Bewegung des Körpers 6 und der darauf befestigten Teile in Richtung des Pfeiles um die Achse 7 und damit um den Körper 1 des auf dem Bett 2 befindlichen Patienten. Die Drehbewegung und die laterale Abtastbewegung des Rontgenstrahlenfächers 14 müssen in einer genauen Beziehung zueinander stehen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Der Synchronmotor 9 wird durch eine periodische Sinusspannung von einer Stromversorgungsquelle 21 versorgt und gelangt nach einer vorgegebenen Zeitspanne in Synchronismus mit der sinusförmigen Spannung. Unter Last eilt zwar die Bewegung des Motors 9 der Phase der Sinusspannung nach, jedoch ist dies ohne Bedeutung, sofern sich die Last nicht ändert und daher die Nacheilung konstant ist. Die sinusförmige Spannung von der Stromversorgungseinheit 21 wird einem Kippgenerator 28 (Fig. 2) zugeführt, der eine periodische Sägezahnspannung erzeugt, um die Abtastung der Quelle 10 zu bewirken und um die Impuls formschal tung 17 zu betätigen, die die Sägezahnimpulse in gleichphasige Rechteckimpulse umwandelt und daraus eine Reihe von Impulsen erzeugt, die in genauer Phasenbeziehung mit der Sinusspannung sind, um die Integratoren 16 in der zuvor beschriebenen Weise zu beaufschlagen. Die Impulsformschaltung 17 ist von bekannter Bauart. Der Rücklauf der Sägezahnwellenform erfolgt während ausgewählter Rückstellperioden der Integratoren.
Die Röntgenstrahlenquelle 10 ist in größeren Einzelheiten in Fig.2 dargestellt, und zwar enthält die Quelle im vorliegenden
609821 /Q92ß
Ausführungsbeispiel eine Elektronenkanone 22, die von einer üblichen, nicht dargestellten Stromversorgungsquelle gespeist wird, und die einen Elektronenstrahl 23 erzeugt, der auf den Fangschirm bzw. die Anode 13 auf trifft, urn den Röntgenstrahlenf ächer 14 zu erzeugen. In Fig. 2 verläuft die Verlängerung des Fangschirms 13 senkrecht zur Papierebene, so daß der Röntgenstrahlenfächer 14 ebenfalls senkrecht zur Papierebene orientiert ist. Ein Kollimator 24 dient dazu, die Röntgenstrahlen auf die Ebene des Fächers zu beschränken. Die Fächerebene ist durch die gestrichelte Linie 25 angedeutet, und diese Ebene ist zugleich die Querschnittsebene des zu untersuchenden Körpers 1. Die Elektronenkanone und der Fangschirm sind in einer evakuierten Hülle 26 angeordnet, um deren Hals Abtastspulen 27. angeordnet sind. Im Betrieb wird nach einer vorgegebenen Zeit nach Einschaltung der Stromversorgungseinheit 21 durch den Schalter 21s in Fig. 1 (damit der Motor 9 seine Sollgeschwindigkeit erreichen kann) der Kippgenerator 28 durch ein verzögertes Signal von der Stromversorgungseinheit 21 eingeschaltet. Dieses Signal schaltet außerdem die Elektronenkanone 22 ein. Die Sägezahnspannung vom Generator 28 tastet den- Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 23 auf dem Fangschirm 13 vom einen Ende in einer Richtung senkrecht zur Papierebene ab, so daß der Ausgangspunkt der Röntgenstrahlenquelle die in Fig. 1 dargestellte Bewegung ausführt. In der Zeichnung ist zwar ein dünner Elektronenstrahl dargestellt, jedoch kann der Strahl auch in Verbindung mit einer geeigneten Form des Fangschirms 13 streifenförmig ausgebildet sein. Ferner wird der Fangschirm 13 wie üblich in nicht dargestellter Weise mit öl gekühlt. In Fig. 2 sind zwar Ablenkspulen dargestellt, jedoch können stattdessen auch Ablenkplatten verwendet werden. Als Röntgenstrahlenquelle können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, mit denen eine Abtastung des Röntgenstrahlenfächers 14 durchgeführt werden kann.
Wie bereits erwähnt wurde, erzeugt der Kippgenerator 28 in bekann-
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ter Weise eine Sägezahnspannung, die gleichphasig mit der von der Stromversorgungseinheit 21 für den Synchronmotor erzeugten Sinusspannung ist, und hierdurch wird die gewünschte Beziehung zwischen der lateralen Abtastung und der Drehbewegung gewährleistet. Die genaue Beziehung wird durch die Übersetzung des Motors 9 bestimmt, der den Körper 6 in jedem Zyklus der sinusförmigen Spannung um einen vorgegebenen Winkel dreht. Da die sinusförmige Spannung ebenfalls den Impulsformschaltungen 17 zugeführt wird, werden die Integrationszeiten in der gewünschten Beziehung zu der Abtastung des Röntgenstrahlenfächers 14 gehalten, um die erforderlichen Strahlenwege zu erzeugen.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Datenverarbeitung für das be-^ schriebene Röntgengerät, die beispielsweise in der DT-OS 2 420 500 beschrieben ist, vorzugsweise Daten verarbeitet, die die Absorption entlang mehrerer Gruppen paralleler Strahlenwege in der Ebene der Untersuchung darstellen. Die Art, in der durch die vorliegende Erfindung solche Daten trotz der kontinuierlichen orbitalen Bewegung erzeugt werden, wird nachfolgend anhand" der Figuren 3 und 4 erläutert.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Form einer Abtastanordnung, bei der die Detektoren 11 und die Anode 13 der Quelle im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auf demselben Kreis liegen und daher den gleichen Abstand von der Achse 7 aufweisen. Bei dieser vereinfachten Anordnung sind 34 Detektoren vorgesehen, und es wird davon ausgegangen, daß die auf die Detektoren auf treffenden Strahlen durch ihre Mittellinien dargestellt sind. Die Quelle und die Detektoren nehmen in der Darstellung eine zufällige Startposition ein, in der die Punktquelle der Röntgenstrahlen sich am äußeren rechten Ende der Anode 13 befindet und einen Fächer 14a entsprechend Fig. 1 erzeugt. Wenn man jetzt die Wirkung der Örbitalbewegung und der lateralen Bewegung der Röntgenstrahlenpunkt-
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quelle auf der Anode 13 betrachtet, so läßt sich diese durch die gestrichelte Linie darstellen. In der Zeit, in der der Punkt auf der Anode 13 von rechts nach links verläuft, bewirkt die Drehung des Körpers 6, daß die Anode 13 die gestrichelte Stellung 13' einnimmt, so daß der Fächer 14b in Bezug auf einen festen Rahmen oder auf den Körper 1 von einem Punkt ausgeht, der ursprünglich in der Mitte der Anode 13 lag. Die gleiche orbitale Bewegung wird natürlich auch den Detektoren 11 mitgeteilt, so daß diese die gestrichelte Lage einnehmen, in der jeder Detektor noch den gleichen Strahl des Fächers 14 empfängt. Es ist zu beachten, daß die beiden äußeren Strahlen des Fächers 14 sowie die dazwischen liegenden und nicht dargestellten Strahlen sich lateral bewegt haben, sich jedoch parallel zu ihrer ursprünglichen Lage befinden. Somit erzeugen sie zwei Strahlenwege der erforderlichen parallelen Gruppe von Strahlenwegen. Im Hinblick auf die in der Zeit einer lateralen Abtastung der Röntgenstrahlenpunktquelle gewählte: Anzahl von Integrationsintervallen wird eine weitere Zahl von parallelen Strahlenwegen zwischen den dargestellten Strahlenwegen erzeugt.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Strahlenquelle einem schnellen Rücklauf zur äußeren rechten Seite 13' der Anode unterworfen, um den strichpunktiert dargestellten · Röntgenstrahlenächer zu erzeugen. Die Röntgenstrahlenpunktquelle ist dann in der Lage, die sie im Verlauf der Drehung ohne laterale Abtastung erreicht haben würde und ist demzufolge geneigt. Es ist jedoch ersichtlich, daß dann,· wenn der äußere linke Strahl eine neue Neigung einnimmt, ein anderer Strahl - im vorliegenden Beispiel der 5. Strahl 29 von links - eine Position einnimmt, die parallel zu der Position verläuft, die zuvor von dem äußeren Strahl, eingenommen wurde. Eine ähnliche Änderung erfahren alle anderen Strahlen des Fächers. Im Verlauf der folgenden lateralen Abtastbewegung der Röntgenstrahlenpunktquelle und der orbitalen Bewegung bewegt sich der Fächer 14 in die Position, von der der Fächer 14a ausging,jedoch
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mit der neuen Neigung infolge der dazwischen liegenden Bewegung der Detektoren 11. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Strahl 2 in die äußere linke Lage des Fächers 14a und verbleibt in derselben Neigung wie zuvor. Somit erzeugt der Strahl 2 9 Daten für weitere Strahlenwege der mit dem äußeren linken Strahl begonnenen ■ parallelen Gruppe. Im Verlauf weiterer lateraler Abtastungen der Röntgenstrahlenpunktquelle steuern weitere Detektoren hierzu und zu anderen parallelen Gruppen in der erforderlichen Weise Daten in dem den Körper 1 vollständig einschließenden Bereich bei.
Es sei bemerkt, daß an Grenzen '-" zwischen Teilen einer parallelen Gruppe, beispielsweise an der Grenze . - zwischen den durch den Strahl 29 untersuchten Wegen und den durch den äußeren linken Strahl untersuchten Wegen ein Weg zweimal durch zwei Strahlen untersucht wird. In der Praxis untersuchen jedoch infolge der endlichen Rücklaufzeit der Punktquelle die beiden Strahlen nicht genau den gleichen Weg, so daß eine brauchbare Prüfung zwischen den Empfindlichkeiten der einzelnen Detektoren unterbleibt.
Um die Überlappung zwischen durch unterschiedliche Detektoren erzeugten Teilen einer parallelen Gruppe zu bewirken, die solche Vergleiche zwischen Detektoren erlaubt, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ungleiche Abstände der Quelle und der Detektoren vorgesehen, was in vereinfachter Form in Fig. 4 dargestellt ist.
Die Darstellung gemäß Fig. 4 entspricht weitgehend der Darstellung gemäß Fig. 3, jedoch liegen die Anode 13 und die Detektoren auf ■ einem Kreis, der nicht konzentrisch zur Achse 7 verläuft. Der Abstand zwischen der Achse 7 und dem Detektor ist doppelt so groß wie der Abstand zwischen der Achse und der Quelle. Um in der Praxis einen Abstand für den Körper 1 zu gewährleisten, könnte man die Detektoren mit einem doppelt so großen Radius wie bei
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der Anordnung gemäß Fig. 3 bewegen. Der Unterschied der Fig. 4 würde dann lediglich im Maßstab liegen. Die Abtastbewegungen der Anordnu-ng gemäß Fig. 4 sind weitgehend die gleichen wie die anhand der Fig. 3 beschriebenen Bewegungen, wobei die Überlappung vollkommen als Ergebnis der angenommenen Geometrie erzeugt wird. Im Verlauf der anfänglichen orbitalen Bewegung wird die Röntgenstrahlen-Punktquelle von der Anode 13 von rechts außen nach links außen abgetastet, um die Neigung der Strahlen des Fächers 14 in bezug auf das feste Bezugsobjekt in der zuvor beschriebenen Weise unabhängig von der orbitalen Bewegung gleichzuhalten. Da die Detektoren alle auf gleichem Radius liegen, ist die zu kompensierende Winkelbewegung weitgehend gleich, obwohl die Detektoren aufgrund der exzentrischen Lage der Achse die in der Zeichnung angedeutete Präzession erfahren. Da jedoch die Anode 13 sich auf halbem Radius befindet, bewegt sie sich bei derselben Winkeländerung nicht um die gleiche Weglänge. Demzufolge befindet sich die Punktquelle, die in der Position 13' am linken Ende der Anode angelangt ist, nicht wie in Fig. 3 an einer Stelle, die der Mitte der Ausgangslage der Anode entspricht, sondern der Abstand vom Ausgangspunkt beträgt in dieser Lage 2/3 des gesamten Abtastweges, d.h. die Punktquelle befindet sich in der Position 30. Wie zuvor werden wieder durch die kombinierte Abtast- und Umlaufbewegung Daten für parallele Gruppen von Strahlen abgeleitet. Natürlich erfährt auch die Anode 13 eine Präzession, jedoch ist diese kleiner als bei den Detektoren, so daß hierdurch die Abtastbewegung nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Wie zuvor läuft der Abtastpunkt bei 13' wieder zur 'rechte Seite der Anode und erzeugt einen neuen Fächer mit einer neuen Neigung, der durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Wie zuvor ist ein Strahl 29 - im vorliegenden Falle der vierte von links parallel zu den vorhergehenden Positionen des äußeren linken Strahls und liefert einen neuen Teil für die parallele Gruppe. Der Abtastpunkt erreicht jedoch nun das Ende der Anode auf 2/3
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des Weges in die Position 13', nämlich bei 30' und erzeugt einen Strahlenweg 29' zum vierten Detektor, der in der dargestellten Weise verlagert ist. Wie zuvor folgt dann der Rücklauf, um die nächste Reihe von lateralen Abtastbewegungen zu beginnen. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Beiträge zu der parallelen Gruppe zwischen den äußeren linken Strahlen von 14a und 14b von den Beiträgen zwischen den Strahlenwegen 29 und 29' überlappt werden. Somit können bei diesem angenommenen Beispiel die Empfindlichkeiten des ersten und dritten Detektors von links für alle Strahlenwege zwischen 29' und dem äußeren linken Strahl von 14a verglichen werden. Das gleiche gilt für alle anderen Detektoren des Fächers und alle anderen Beiträge zu den parallelen Gruppen bei weiteren lateralen Abtastungen der Punktquelle.
In Fig. 3 verhindert zwar die endliche Rücklaufzeit die in der Zeichnung dargestellte vollständige Überlappung, jedoch wird bei diesem Ausführungsbeispiel trotzdem eine Überlappung mehrerer Strahlen erzielt. Im Verlauf zahlreicher lateraler Abtastungen werden bei dieser Anordnung alle Strahlenwege mit Ausnahme einiger äußerer Strahlen der parallelen Gruppen durch zwei Detektoren untersucht, und die Geometrie kann leicht so eingestellt werden, daß dies trotz der endlichen Rücklaufzeit gewährleistet ist. Wegen der durch die exzentrische Achse bewirkten stetigen Präzession von Quelle und Detektor werden die identischen Strahlenwege zwar an ihren Enden in der Nähe der Quelle und der Detektoren unterschiedlich, jedoch sind sie weitgehend identisch im Bereich des Körpers 1 und erfüllen damit die erforderlichen Bedingungen. -
Gegebenenfalls kann die Quelle auch zwischen den in Fig. 3 bzw. angegebenen Positionen angeordnet werden. Wenn man die Quelle in Fig. 3 in einem etwas geringerem Abstand von der Achse 7 anordnet, erreicht man eine ausreichende Überlappung, um die Wirkungen der endlichen Rücklaufzeit dieser Anordnung zu bewältigen.
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Aus den Anordnungen gemäß Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß auch zahlreiche andere Anordnungen der Position von Quelle und Detektor, der Detektorzahl, des Fächerspreizwinkels usw. vorgesehen werden können, die das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip, erfüllen, vorausgesetzt, daß die laterale Abtastung der Punktquelle ausreicht, um bei einer vorgegebenen Zahl von Integrationsintervallen die orbitale Bewegung des Röntgenstrahlenfächers weitgehend aufzuheben, so daß die orbitale Bewegung in ihrer Wirkung durch einen lateralen Versatz ersetzt wird.
Die Anordnung gemäß Fig. 4 ist aus Gründen der Anschaulichkeit vereinfacht worden, jedoch entsprechen die relativen Radien der Quelle und der Detektoren der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform. Die Zahl und der relative Abstand der Detektoren in Fig. 4 weichen von den bevorzugten Ausführungsformen ab.
Die Geometrie und die Beziehungen zwischen den beiden Abtastbewegungen des Gerätes sind zwar zu bevorzugen, jedoch kann hier auch eine Abänderung erfolgen. Demzufolge sind die Strahlenwege, die von den Detektoren im Verlauf einer vollständigen Abtastung untersucht werden, im voraus bekannt und werden vorgegebenen Stellen in einem Speicher - im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Speicher mit willkürlichem Zugriff (RAM) - in Abhängigkeit der von den Zeitgeberschaltungen 17 gelieferten Signale, die die Integrationsintervalle bestimmen, zugeführt. Jede Stelle in dem Speicher, die einen Strahlenweg darstellt, kann durch ein geeignetes Koordinatensystem identifiziert werden, beispielsweise als Größe r, die den Abstand des Strahlenweges von der Achse 7 senkrecht zum Weg definiert, und als Größe Θ, die den Winkel definiert, den die Senkrechte mit einem beliebigen Nullpunkt bildet.
In Fig. 5 ist der Speicher 31 schematisch dargestellt. Von den logarithmischen Umsetzern 19 gelieferte Daten werden über indi-
viduelle Leitungen einem Adressenwähler 32 zugeführt, der in Abhängigkeit von den Impulsen der Schaltungen 17 die Daten in vorgegebener Reihenfolge den jeweiligen Adressen zuführt.
Innerhalb des in Fig. 5 den Speicher 31 darstellenden Kastens 5 ist ein Teil einer Matrix gezeigt, der die Speicherstellen darstellt von denen eine jeweils zu einem Strahlenweg gehört, und die zur Veranschaulichung der Verteilung der Daten entsprechend den Koordinaten r und θ angeordnet sind. Es sei jedoch bemerkt, daß die Daten in der Praxis keine bestimmte physikalische Verteilung im Speicher 31 haben müssen, vorausgesetzt, daß die entsprechenden Speicherstellen bekannt sind. Aus Gründen der Anschaulichkeit sind nur fünf IntegrationsIntervalle für jede laterale Abtastung der Punktquelle angenommen, obwohl in der Praxis die Zahl erheblich größer ist. Im Hinblick auf die endliche Rücklaufzeit der Punktquelle wird eine vollständige Überlappung nicht erzielt. Die Rücklaufzeit ist jedoch gleich einem Integrationsintervall bemessen, so daß die Strahlen aufeinanderfolgender Teile einer parallelen Gruppe um genau einen Strahlenweg verschoben sind und in Flucht mit den überlappenden Teilen bleiben. Die Daten sind durch die Zahlen der Detektoren 11, von denen sie abgeleitet werden, identifiziert worden, und die Numerierung beginnt bei den Detektoren 11«. auf der linken Seite in Fig. 4.
Im Verlauf der ersten Abtastung der Punktquelle liefert der Detektor 11 für die gewählten Koordinaten Daten für fünf Strahlenwege mit konstantem θ aber abnehmendem r, und die Daten werden vom Adressenwähler 32 in der Reihenfolge ihrer Ableitung in die entsprechenden fünf Stellen eingegeben. Zugleich werden die Daten der anderen Detektoren in Speicherstellen für andere Gruppen mit konstantem θ eingegeben, die gegenüber den Daten von 1 T«. versetzt sind. Die Daten von Detektoren außerhalb H4 sind in dem in Fig. 5 dargestellten Teil der Speichermatrix nicht sichtbar. Während der nächsten Abtastung der Punktquelle l'iefert der De-
COO «■ 21/09 2 θ
2bb1322
tektor 11. Daten für Strahlenwege mit einem Winkel Θ, der zu zuvor durch H1 untersuchten Wegen gehört, die jedoch mit einem höheren Wert von r beginnen. Diese werden ebenfalls nacheinander in ihre zugehörigen Speicherstellen eingegeben, die durch II41 gekennzeichnet sind. Man sieht, daß zwei dieser Stellen bereits Daten für H1 enthalten. Die neuen Daten werden zu den vorherigen Daten addiert, beispielsweise durch Rezirkulation und Addition der vorherigen Daten. Zugleich werden Daten der anderen Detektoren in die durch Striche gekennzeichneten Speicherstellen eingegeben. Bei der nächsten lateralen Abtastung der Punktquelle wird eine weitere Änderung durch drei Detektoren für einen Wert von θ bewirkt, was durch 11-,, und 11O„ gezeigt ist.
/ O
Wie man sieht, wird als Ergebnis des durch die endliche Rücklaufzeit bewirkten Versatzes der Strahlenwege jeder Strahlenweg mit Ausnahme einiger Wege am Ende der Abtastung durch zwei Detektoren untersucht. Bei fehlender Rücklaufverzögerung würden die Strahlenwege im Bereich der Überlappung durch drei Detektoren untersucht. Die Daten für jeden Strahlenweg brauchen erforderlichenfalls nur kombiniert zu werden. Daten für diese nur einmal untersuchten Wege können verdoppelt oder ausgeschieden werden, oder ihre Auswertung kann durch entsprechende Beschneidung von Anfang und Ende der Abtastung unterbunden werden. Stattdessen können auch in eine bereits besetzte Speicherstelle eingegebene Daten mit den bereits gespeicherten Daten gemittelt werden.
Die Zuordnung der Daten von zwei Detektoren zu jedem Strahlenweg ermöglicht eine Reduzierung von Fehlern, die von relativen Unterschieden in der Empfindlichkeit benachbarter Detektoren herrühren. Da sich ferner die verwendeten Detektoren bei einer parallelen Gruppe abwechselnd ändern, werden Unterschiede bei einer parallelen Gruppe abgeschwächt, was sich bei der endgültigen Darstellung günstig auswirkt. Dadurch, daß zwei Detektoren denselben Weg untersuchen, für den sie den gleichen Wert abgeben
sollten, ergibt sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit, daß die Verstärkung der zugehörigen Verstärker so eingestellt werden kann, daß der Empfindlichkeit der Detektoren Rechnung getragen wird. Ein solcher Ausgleich kann aufgrund der aufeinanderfolgenden Überlappungen für die gesamte Detektorbank 11 durchgeführt werden.
Mit Vollendung der Abtastbewegungen enthält der Speicher 31
Daten für zahlreiche parallele Gruppen von Strahlenwegen mit
unterschiedlicher Neigung, die für die erwähnte Datenverarbeitung benötigt werden. Diese Daten werden dann der Reihe nach dem Prozeßrechner 33 zugeführt, der die Daten beispielsweise entsprechend der DT-OS 2 420 500 verarbeitet.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Erfindung auch in Verbindung mit einem Gerät verwendbar ist, das in der DT-OS 2 442 009 beschrieben ist, um die in dieser Anmeldung beschriebene stufenförmige orbitale Bewegung zu beseitigen. Die darin beschriebene Anordnung verwendet einen Strahlungsfächer mit einem verhältnismäßig schmalen öffnungswinkel in Verbindung mit einer mechanischen lateralen Bewegung der Quelle und der Detektoren, so daß der Fächer den Körper abtastet, um die erforderliche Zahl von
Strahlenwegen zu gewinnen. Es ist ersichtlich, daß eine solche laterale Abtastung, wenn man diese in bezug auf die Bewegung
eines einzelnen Strahls des Fächers betrachtet, lediglich eine Bewegung mit konstantem θ bewirkt. Somit wird das Prinzip der
Erfindung, durch die Abtastung der Röntgenstrahlen-Punktquelle
zeitweilig die durch die orbitale Bewegung bewirkte' Anordnung von θ zu beseitigen, durch die zusätzliche laterale Äbtastbewegung
von Strahlenquelle und Detektor nicht beeinträchtigt. Die oben erwähnte Beziehung gilt auch daher auch für diese Geräteart,
obwohl die Wirkungen der überlagerten Bewegung mit konstantem θ berücksichtigt werden sollten, wenn die abgeleiteten Daten ihren zugehörigen Speicherstellen zugeordnet werden.
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Fig. 6 zeigt eines Ausführungsform eines Gerätes gemäß der erwähnten DT-OS 2 442 009, wobei mit der Anordnung von Fig. 1 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern belegt sind. Der drehbare Körper 6 trägt bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Kompensationsglieder 34 und 35. Diese Glieder dienen dazu, eine weitgehend gleichmäßige Absorption für alle Strahlen unabhängig von dem durch den Körper bedingten kreisförmigen Querschnitt zu erzeugen. Damit ist sichergestellt, daß Änderungen der Absorption nur durch Änderungen im Körper 1 verursacht sein können. Derartige Kompensationsglieder können auch gegebenenfalls bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung vorgesehen werden.
Am Körper 6 ist ferner ein reversibler Motor 36 befestigt, der einen Zahnriemen 37 über eine im Körper 6 drehbar gelagerte Achse 38 antreibt. Der Riemen 37 läuft über eine im Körper 6 drehbar gelagerte Umlenkrolle 39. Am Riemen 37 ist die Quelle 10 befestigt. Die Quelle wird durch den Riemen 37 in einer Führung 40 hin- und herbewegt. An der gegenüberliegenden Seite des Riemens 37 ist ein Gegengewicht 41. befestigt, das die bei der lateralen Bewegung auftretenden Kräfte kompensiert.
Mit der Quelle 10 ist über ein steifes, aber leichtgewichtiges Joch 42 die Kollimator/Detektoreinheit 12/11 verbunden. Die Detektoren 11 und die Kollimatoren 12 bewegen sich ebenfalls in einer Führung 43 auf dem Körper 6.
Als Alternative zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung für die Steuerung der relativen Bewegungen ist auf dem drehbaren Körper 6 eine nur teilweise dargestellte Stricheinteilung 44 vorgesehen, die aus einem durchsichtigen Streifen mit eingravierten Strichen besteht. Diese Striche unterbrechen einen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer Photozelle in einer Einheit 45, wodurch Impulse erzeugt werden, die den Fortschritt der orbitalen Bewegung anzeigen. Diese Impulse dienen dazu, den
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Motor 36 periodisch in der erforderlichen Weise in seiner Drehrichtung umzukehren. Das Joch 19 enthält ebenfalls eine Stricheinteilung 46, die mit einer aus einer Lichtquelle und einer Photozelle bestehenden Einheit 47 zusammenwirkt und Signale erzeugt, die den Fortschritt der lateralen Abtastbewegung der Quelle 10 und der Detektoren 11 anzeigt. Diese Impulse werden den Integratoren 16 zur Steuerung der Integrationsintervalle und dem Kippgenerator 28 zur Steuerung der Abtastung der Punktquelle auf der Anode in der erforderlichen Beziehung zugeführt. Die Impulse können ferner einem nichtdargestellten Zähler zugeführt werden, der den Fortschritt der Abtastung für die Datenverarbeitung oder den erforderlichen zeitlichen Ablauf aufzeichnet.
Eine Kombination aus Photozelle und Stricheinteilung könnte auch dazu verwendet werden, um bei der Anordnung gemäß Fig. 1 Zeitgeberimpulse zu erzeugen, wobei Impulse von einer Kombination 44/45, die die Drehbewegung überwacht, unmittelbar den Integratoren 16 und dem Kippgenerator 28 zugeführt werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die erforderliche Bewegung der Röntgenstrahlen ohne die zuvor beschriebene Abtastung der Anode der Rontgenstrahlenquelle erzielt werden kann.
In Fig. 7 bestehen die Detektoren 11 aus individuellen Szintillatorkristallen 48 und Photovervielfachern 49. Die Rontgenstrahlenquelle 10 ist bei dieser Ausführungsform eine Punktquelle, die . ihre Strahlen zu den Kristallen 48 aussendet. Der Einfachheit halber sind nur vier Detektoren dargestellt. Zahlreiche Kollimatoren 50 sind auf einem Ring 51 vorgesehen, der um eine Achse 52 umläuft, die in bezug auf die Quelle und die Detektoren ortsfest ist. Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Gerätes ist die Achse 52 identisch mit der Achse 7. Das in Fig. 7 dargestellte
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Gerät stimmt jedoch nicht mit dem in Fig. 6 dargestellten Gerät überein, da sich die Achse 52 mit dem Joch 42 bewegt.
Die Kollimatoren 50, von denen nur zwei dargestellt sind, haben eine solche Breite, daß sie einen bleistiftförmigen Strahl bilden, obwohl bei dieser Ausfuhrungsform die Detektoren beträchtlich größer sind. Der Kollimatorring läuft in entgegengesetzter Richtung wie die Quelle und die Detektoren mit einer Geschwindigkeit um, die an die Umlaufbewegung der Quelle angepaßt ist. Wenn somit ein Kollimator an einem Detektor vorbeiläuft, verbleibt er in einer solchen Beziehung zur Quelle 10, daß der bleistiftförmige Strahl keiner Drehung unterworfen wird, sondern durch eine translatorische Bewegung ersetzt wird. Dies ist die gleiche Wirkung wie die zuvor beschriebene Abtastung der Anode. Wenn sich der Kollimator zum nächsten Detektor bewegt, nimmt der folgende Kollimator seinen Platz ein. Somit tritt eine plötzliche winkelmäßige Änderung entsprechend dem Rücklauf der Abtastung der Anode ein.
Es sei bemerkt, daß die Kollimatoren an der gegenüberliegenden Seite des Ringes 51 zwischen der Quelle 10 und dem Körper 1 vorbeilaufen können. Der Ring 51 muß daher leicht in bezug auf die Ebene der Scheibe geneigt werden, so daß derartige Störungen vermieden werden.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß in bezug auf die Röntgenstrahlenquelle 10 ortsfest angeordnete Kollimatoren so dicht wie möglich beim Körper 1 angeordnet werden können, so daß der Körper soweit wie möglich keiner Strahlung ausgesetzt ist, die nicht von den Kollimatoren 50 empfangen wird.
Stattdessen können die Kollimatoren 50 auch so angeordnet werden, daß sie zwischen dem Körper und der Quelle vorbeilaufen und nicht zwischen dem Körper und den Detektoren* In diesem Falle würde
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die beschriebene relative Bewegung die gleiche Wirkung erzielen, jedoch würde der Körper nicht einer Strahlung ausgesetzt, die nicht festgestellt werden soll.
- Patentansprüche -
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Claims (7)

  1. Paten tansprüche
    1 .J Gerät zur Untersuchung eines ebenen Abschnittes eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder '^-Strahlung, mit einer Punktquelle zur Aussendung eines in der Ebene des Abschnittes liegenden Strahlenfächers, mit mehreren Detektoren zur Feststellung der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers entlang zahlreicher, einen unterschiedlichen Winkel innerhalb des Fächers aufweisender Wege, und mit Mitteln zur winkelmäßigen Verlagerung der Quelle und der Detektoren um eine zu der Ebene des Abschnittes senkrechte Achse, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Ausgangspunkt der Quelle (10) in der Ebene des Abschnittes und relativ zu den Detektoren (11) derart einer periodischen Verlagerung zu unterwerfen, daß bei jedem Inkrement der winkelmäßigen Verlagerung die periodische Verlagerung eine weitere winkelmäßige Verlagerung der Strahlen von gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung wie die erste winkelmäßige Verlagerung bewirkt, so daß die Strahlen jeweils parallel zu ihrer Lage zu Beginn des Inkrements bleiben.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (10) eine Röntgenstrahlenquelle mit einer länglichen Anode (13) ist, die bei Auftreffen von Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt, und daß die periodische Verlagerung des Ausgangspunktes der Quelle durch periodische Verlagerung des Auftreffpunktes der Elektronen auf der Anode (13) erfolgt.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (10) näher an der Achse (7) für die winkelmäßige Verlagerung angeordnet ist als die Detektoren (11).
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  4. 4. ■ Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Quelle (10) und der Achse (7) halb so groß ist wie der Abstand zwischen der Achse (7) und den Detektoren (11).
  5. 5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (36-43) für eine laterale Verlagerung der Quelle (10) und der Detektoren (11) in einer gemeinsamen Richtung innerhalb der Ebene des Abschnittes vorgesehen sind.
  6. 6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während eines der Inkremente einer der Strahlen eine Reihe von Strahlenwegen bestrahlt, von denen wenigstens einige weitgehend identisch mit Strahlenwegen sind, die von einem anderen Strahl in einem anderen Inkrement bestrahlt werden.
  7. 7. Gerät zur Untersuchung eines ebenen Abschnittes eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B. mittels Röntgen- oder ^-Strahlung, mit einer Punktquelle zur Aussendung eines in der Ebene des Abschnittes liegenden Strahlenfächers, mit mehreren Detektoren zur Peststellung der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers entlang zahlreicher, einen unterschiedlichen Winkel innerhalb des Fächers aufweisender Wege, und mit Mitteln zur winkelmäßigen Verlagerung der Quelle und der Detektoren um eine zu der Ebene des Abschnittes senkrechte Achse, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur periodischen winkelmäßigen Verlagerung der Strahlen in der Ebene des Abschnittes und relativ zu den Detektoren derart vorgesehen sind, daß während jedes Inkrements jeder Strahl für eine vorgegebene laterale Verlagerung die gleiche Neigung in bezug auf den Körper (1) behält.
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