DE2602742A1

DE2602742A1 - Radiographisches geraet

Info

Publication number: DE2602742A1
Application number: DE19762602742
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Hounsfield; Anthony Michael Williams
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1975-02-04
Filing date: 1976-01-26
Publication date: 1976-08-05
Also published as: NL7601053A; JPS51100690A; FR2299845A1

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Limited . 100/469

Radiographisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät/ bei dem an einem ringförmigen Körper, der eine mittlere Öffnung zur Einführung eines Körpers enthält, eine durchdringende Strahlung aussendende Quelle und auf die Strahlung ansprechende Detektormittel so angeordnet sind, daß die Detektormittel dj__e Strahlung nach Durchlaufen des Körpers empfangen, wobei Mittel vorgesehen sind, um dem ringförmigen Körper eine Drehbewegung mitzuteilen. Ein Verfahren und eine Vorrichtung der beschriebenen Art zur Bestrahlung eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. Röntgen- oder fi -strahlung zur Erzeugung einer Darstellung der Unterschiede der Absorption in einer ebenen Scheibe des Körpers in bezug auf die Strahlung ist in der DT-OS 1 941 433 beschrieben.

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Bei einem in dieser OS beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Quelle einer Abtastbewegung unterworfen, so daß sie Strahlung durch den Körper entlang zahlreicher Gruppen von dünnen Strahlen schickt, wobei die Strahlen jeder Gruppe parallel sind, und wobei jede Gruppe durch den Körper unter einem unterschiedlichen Winkel oder einem unterschiedlichen mittleren Winkel geschickt wird. Ein Detektor führt eine entsprechende Abtastbewegung aus, so daß er Meßwerte der Absorption liefert, die jeder Strahl beim Durchlaufen des Körpers erfährt. Diese Meßwerte der Absorption werden dann einer Datenverarbeitung unterworfen, um die Verteilung der Absorptionskoeffizienten für diese ebene Scheibe zu ermitteln. Um die erforderliche Zahl von Strahlen zu erzeugen, werden die Quelle und der Detektor in der Ebene der Scheibe hin- und herbewegt und stufenweise um eine zu dieser Ebene senkrechte gemeinsame Achse bewegt, so daß sie eine Umlaufbewegung um den Körper ausführen.

Ein Ausführungsbeispiel für die Verarbeitung der Absorptionsmeßwerte ist in der erwähnten DT-OS 1 941 433 beschrieben. Ein weiteres Ausführungsbeispiel· ist in der DT-OS 2 420 500 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung kann die Ermittlung der Verteilung der Absorptionskeoffizienten rascher erfolgen als bei der in der DT-OS 1 941 433 beschriebenen Anordnung. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der DT-OS 1941 433 hat sich als zufriedenstellend für die Erzeugung von Querschnittsdarstellungen von Teilen des lebenden Körpers, beispielsweise des Kopfes erwiesen. Jedoch ist die Anordnung zur Durchführung der Abtastbewegung verhältnismäßig langsam, und für bestimmte Körperteiie ist dne raschere Abtastung erwünscht. In der DT-OS 2 442 009 ist ein Gerät beschrieben, mit dem der Abtastvorgang auf verhältnismäßig rasche Weise durchgeführt werden kann. Bei dieser Anordnung wird die Ableitung der Datensdgnale dadurch erzielt, daß ein

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Röntgenstrahlenfächer durch den Körper in der zu untersuchenden Ebene geschickt wird und auf der anderen Seite des Körpers eine Bank von Detektoren angeordnet ist, die die Strahlung messen, die entlang einer Gruppe von Strahlenwegen innerhalb des Fächers übertragen werden. Auch hier werden die Strahlungsquelle und die Detektoren den beschriebenen Abtastbewegungen unterworfen. Im Vergleich mit dem in der DT-OS 1 941 433 beschriebenen Gerät kann die Umlaufbewegung jedoch mit verhältnismäßig größeren Stufen erfolgen, so daß die Abtastung in entsprechend kürzerer Zeit durchführbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiographisches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die stufenförmige Umlaufbewegung auf einfache und präzise Weise durchführbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Umfang des ringförmigen Körpers zahlreiche radial verlaufende Schlitze angebracht sind, und daß ein um eine zur Drehachse des ringförmigen Körpers parallele Achse umlaufendes Antriebsglied mit Antriebsmitteln zur Erzeugung seiner Umlaufbewegung vorgesehen ist, das so ausgebildet und angeordnet ist, daß es nacheinander folgende Schritte ausführt:

Eintreten in einen der Schlitze radial zum ringförmigen Körper, Bewirkung einer Drehbewegung des ringsförmigen Körpers, Verlasssen des Schlitzes radial zum ringförmigen Körper und Eintreten in einen weiteren Schlitz, der sich an der Stelle befindet, die der erste Schlitz zuvor eingenommen hatte, derart,daß die Quelle eine intermittierende Umlaufbewegung in einer zu den Achsen senkrechten Ebene ausführt.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, in der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungs

gemäßen Gerätes,

Fig. 2 .. einen Teil des Gerätes in Vorder

ansicht und

Fig. 3 einen Teil eines Malteser-Mecha

nismus, der zur Erzeugung der Drehbewegung des ringförmigen Körpers des radiographischen Gerätes verwendet wird.

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In Fig. 1 ruht ein Patient 1 auf einer aus zwei Teilen 2 und 3 bestehenden Unterlage, und der Körper des Patienten ist einer durch die gestrichelte Linie 4 angedeuteten Untersuchung durch Röntgenstrahlung ausgesetzt. Die von einer Quelle 5 erzeugte Strahlung bildet einen Fächer, der in einer zur Papierebene einen rechten Winkel bildenden Ebene liegt. Die Unterlage für den Patienten muß so lang sein, daß durch eine Verschiebung jeder gewünschte Querschnitt des Körpers in die Ebene der Röntgenstrahlung gebracht werden kann.

Im Bereich der untersuchenden Strahlung ist rund um den Körper des Patienten ein Medium 6 angeordnet, das etwa den gleichen Absorptionskoeffizienten für die Strahlung wie Körpergewebe besitzt, damit die Strahlung einen etwa kreisförmigen Querschnitt durchläuft. Dieses Medium kann gemäß der DT-OS 2 442 009 in einer^Umhüllung enthaltenes Wasser sein und besteht vorzugsweise aus einem viskosen oder partikelförmigen Material mit gleichen Absorptionseigenschaften wie Wasser, das in einem oder mehreren Beuteln angeordnet ist. Der Körper und das Medium 6 werden durch Haltebänder 7, die zur Einführung des Patienten geöffnet werden können, in der vorgegebenen Lage festgehalten. Stattdessen kann auch zur Lokalisierung des Patienten in der vorbeschriebenen Lage ein in der DT-OS 2 442 009 beschriebener zweiteiliger Ring verwendet werden. Da der Körper 1 einschließlich des Materials einen etwa kreisförmigen Querschnitt bildet, werden ferner in den Strahlenweg kompensierende, sattelförmige Glieder 8 eingefügt damit die Länge der Strahlenwege durch den Körper 1, wie in der erwähnten Anmeldung beschrieben ist, annähernd gleich ist. Durch einen künstlichen Körper mit konstanter Absorption können Eichwerte geschaffen werden, die in einen Speicher der zugehörigen Datenverarbeitungsschaltung eingegeben werden, so daß im voraus kleine Unterschiede in der Weglänge durch einen Körper 1 und die Glie-

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der 8 berücksichtigt werden können.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Kompensationsglieder 8 unterschiedlicher Größe vorgesehen, um großen Unterschieden in den Körperabmessungen der Patienten Rechnung tragen zu können. Die vorherige Eichung und die den einzelnen Körpergrößen entsprechenden Glieder 8 werden als entsprechende Daten im Speicher der Datenverarbeitungsschaltung gespeichert und können am Steuerpult dann je nach Erfordernis ausgewählt werden. Stattdessen können auch Mittel vorgesehen sein, die die Größe der verwendeten Glieder abtasten und automatisch die erforderliche Eichung auswählen.

Der obere Teil 3 der Unterlage ist gleitbar auf dem unteren Teil 2 gelagert, so daß er aus dem Gerät so weit herausgezogen werden kann, daß die Einführung des Patienten erleichtert wird. Ggfs. kann der Teil 3 vollständig z.B. auf einem Wagen herausgezogen werden, um den Patienten in seine vorgeschriebene Lage zu bringen.

Der untere Teil 2 der Unterlage ist über ein Gelenk beiderseits der Unterlage an einem Teil 10 gelagert, das eine Verschiebung der Unterlage 2, 3 mit dem Patienten senkrecht zur Ebene der Untersuchung ermöglicht, so daß ein zu untersuchender Bereich genau in die Ebene der Röntgenstrahlen gebracht werden kann. Dies ist in der Zeichnung durch auf entsprechenden Teilen des Hauptrahmens 12 angebrachte Schienen 11 angedeutet. Natürlich können auch andere Mittel zur Erzeugung der gewünschten Bewegung verwendet werden. Die Bewegung wird durch ein Betätigungselement 13 bewirkt, das aus einem eine Spindel antreibenden, auf dem Hauptrahmen 12 gelagerten Elektromotor bestehen kann. Ein weiteres, an einer Quertraverse des Teils 10 angebrachtes Betätigungselement 14 ist gelenkig mit dem Teil 2 der Unterlage

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verbunden, so daß eine Drehbewegung um das Gelenk 9 durchgeführt werden kann. Hierdurch kann die Neigung der Ebene der Röntgenstrahlen durch den Körper 1 eingestellt werden. Die Betätigungselemente können von einem Steuerpult aus in einem abgeschirmten Bereich ferngesteuert werden.

Mit den beschriebenen Mitteln können Untersuchungen mit zur Horizontalen in Fig. 1 geneigtem Patienten vorgenommen werden, so daß Darstellungen der Absorption für geneigte Ebenen in dem Körper gewonnen werden können.

Nach Durchlauf durch den Körper wird der Strahlungsfächer durch Kollimatoren 15 in zahlreiche einzelne dünne Strahlen aufgeteilt, und die Intensität dieser Strahlen wird durch einzelne Detektoren in einer Detektoreinheit 16 festgestellt.

Während der durch das Gerät ausgeführten Abtastbewegurigen werden die erforderlichen Versorgungskabel, Kühlanschlüsse und andere elektrische Verbindungen vom Patienten durch Führungen 17 ferngehalten, die zugleich dafür sorgen, daß bewegte Teile nicht behindert werden, die aber trotzdem eine Verbindung mit festen Anschlüssen und mit der Datenverarbeitungsschaltung ermöglichen.

Wie zuvor schon erwähnt wurde, wird die aus der Quelle und den Detektoren bestehende Einheit einschließlich der Kollimatoren 15 einer Hin- und Herbewegung in der Ebene der Untersuchung unterworfen. Diese Bewegung erfolgt bei der Darstellung in Fig. 1 senkrecht zur Papierebene. Die Bewegung wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Motor bewirkt. Die Quelle und die Detektoren sind mit anderen an der Abtastung beteiligten Teilen über ein Joch 18 verbunden, so daß die Bewe-

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gungen die erforderliche Beziehung zueinander aufweisen. Das Joch bewegt sich auf Lagern 19 und 20 eines Ringes 21 oder auf Verlängerungen davon. Die Einheit wird ferner einer orbitalen Bewegung unterworfen, an der andere Teile der Abtastvorrichtung teilnehmen, wie die Glieder 8, die sich nicht hin- und herbewegen und unmittelbar durch nicht dargestellte Mittel auf dem Ring 21 befestigt sind. Die Drehung erfolgt um eine Achse 22, die senkrecht zur Ebene der Strahlung und etwa in der Mitte eines Bereiches des Körpers 1, der vorwiegend interessiert, verläuft.

Für die orbitale Bewegung sind die bewegten Teile auf dem Ring 21 gelagert, der auf Lagern 23 um einen festen Ring 24 umläuft. Der Ring 24 ist fest am Hauptrahmen 12 und damit an der Basisplatte des Gerätes über Halterungen 25 gelagert. In fester Beziehung zum Ring 21 sind ferner zwei Stangen 26 angeordnet, auf denen ein Gegengewicht 27 gleitbar gelagert ist. Das Gegengewicht 27 ist an einem nicht dargestellten Zahnriemen befestigt, der dem Joch 18 die gewünschte laterale Bewegung mitteilt. Es ist gegenüber dem Joch 18 angeordnet, um Unwuchtkräfte bei der lateralen Bewegung auszugleichen.

Wie in den erwähnten Offenlegungsschrxften erfolgt die orbitale Bewegung intermittierend während der Umkehrperiode der hin- und hergehenden Bewegung. Um eine solche Bewegung zu erzeugen, bildet der Ring 21 den angetriebenen Teil eines sogenannten "Malteser-Mechanismus", der im vorliegenden Beispiel 36 Stellungen besitzt. Fig. 2 zeigt in einer Stirnansicht die zur Darstellung dieses Antriebs erforderlichen Teile des Gerätes, wobei die Kompensationsglieder 8 zur Veranschaulichung von dessen Form ebenfalls eingezeichnet sind. Der Umfang des Ringes 21 ist mit Schlitzen 28 versehen, von denen nur drei dargestellt sind. Das Antriebsglied des Malteser-Mechanismus besteht aus einer Scheibe 29 mit einem Stift 30, der mit den Schlitzen 28 zur Bewegung des

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angetriebenen Gliedes zusammenwirkt, und aus einem Arretierungskörper 31, der mit entsprechend geformten Bereichen 32 zwischen den Schlitzen zur Arretierung des angetriebenen Gliedes zusammenwirkt.

Die Schlitze des Malteser-Mechanismus könnten aber auch am inneren Umfang des Ringes 21 vorgesehen werden.

Die wesentlichen Teile des Malteser-Mechanismus sind in Fig. 3 in größeren Einzelheiten von der anderen Seite her dargestellt. Im Betrieb läuft die Scheibe 29 in Richtung des Pfeiles mit etwa konstanter Geschwindigkeit um. Der Stift 30 tritt in einen der Schlitze 28 ein und bewegt das angetriebene Glied um einen Schritt weiter, und der Stift verläßt den Schlitz in der gestrichelt dargestellten Position 30a. An dieser Stelle gelangt der Arretierungskörper 31 in Eingriff mit dem Bereich 32 des angetriebenen Gliedes, so daß dieses sich nicht bewegen kann. Der Eingriff des Körpers 31 mit dem Bereich 32 wird beendet, wenn der Stift 30 in den Schlitz 28 eintritt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen des Mechanismus und die Umlaufgeschwindigkeit so bemessen, daß die orbitalen Bewegungsstufen in 1/3 Sekunden stattfinden und das angetriebene Glied für die Dauer von 2/3 Sekunden, in der die Hin- und Herbewegung stattfindet, stationär bleibt. Zwischen den beiden Bewegungen ist eine Servo-Verbindung vorgesehen, die sicherstellt, daß die Hin- und Herbewegung und die orbitalen Bewegungen genau aufeinander abgestimmt werden. In der Praxis gibt es eine kurze Periode, in der weder der Stift 30 noch der Körper 31 voll mit dem angetriebenen Glied in Eingriff sind, und daher sind nicht dargestellte Bremsmittel vorgesehen, die von beliebiger Ausbildung sein können, und die eine unbeabsichtigte Bewegung zu diesem Zeitpunkt unterbinden. Die Scheibe 29 wird gemäß Fig. 1 durch

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einen Motor 33 über ein Getriebe 34 angetrieben.

Bezüglich der Bewegung sei vermerkt, daß die erforderliche orbitale Bewegung 360° beträgt, während die folgende ^Be~ wegung im entgegengesetzten Sinn erfolgt, so daß die Kabel sich nicht miteinander verwickeln können. In der Praxis ist jedoch eine volle Drehung um 360° für eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung nicht erforderlich, und es genügt eine geringere Drehung. Es besteht daher keine Gefahr, daß die Führungen 17 den Patienten oder die Unterlage 2, 3 behindern. Wenn die orbitale Bewegung verkürzt wird, braucht der Ring 21 nicht vollständig als Malteser-Ring ausgebildet zu sein, sondern diese Ausbildung kann nach einem vorgegeben Winkel aufhören. Vorzugsweise sollten zur Erhöhung der Steifigkeit Verstärkungsmittel vorgesehen werden.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche :

T) Radiographisches Gerät, bei dem an einem ringförmigen Körper, der eine mittlere öffnung zur Einführung eines Körpers enthält, eine durchdringende Strahlung aussendende Quelle und auf die Strahlung ansprechende Detektormittel so angeordnet sind, daß die Detektormittel die Strahlung nach Durchlaufen des Körpers empfangen, wobei Mittel vorgesehen sind, um dem ringförmigen Körper eine Drehbewegung mitzuteilen, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des ringförmigen Körpers (21) zahlreiche radial verlaufende Schlitze (28) angebracht sind, und daß ein um eine zur Drehachse (22) des ringförmigen Körpers (21) parallele Achse umlaufendes Antriebsglied (30) mit Antriebsmitteln zur Erzeugung seiner Umlaufbewegung vorgesehen ist, das so ausgebildet und angeordnet ist, daß es nacheinander folgende Schritte ausführt:

Eintreten in einen der Schlitze (28) radial zum ringförmigen Körper 21, Bewirkung einer Drehbewegung des ringförmigen Körpers, Verlassen des Schlitzes radial zum ringförmigen Körper und Eintreten in einen weiteren Schlitz, der sich an der Stelle befindet, die der erste Schlitz zuvor eingenommen hatte, derart, daß die Quelle (5) eine intermittierende Umlaufbewegung in einer zu den Achsen senkrechten Ebene ausführt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die der Quelle und den Detektormitteln in der Untersuchungsebene zwischen den Drehschritten eine laterale Abtastbewegung erteilen.

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3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (30) auf einer Scheibe (29) angeordnet ist, die um die zur Achse (22) des ringförmigen Körpers (21) parallele Achse umläuft.
4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine Drehbewegung des ringförmigen Körpers (21) unterbinden, wenn sich das Antriebsglied (30) nicht in einem der Schlitze (28) befindet.
5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des ringförmigen Körpers (21) zwischen wenigstens einigen Schlitzen (28) mit einer konkaven Fläche (32) versehen ist, und daß die Scheibe (29) einen Arretierungskörper (31) enthält, der mit der konkaven Fläche (32) in Eingriff kommt, wenn sich das Antriebsglied (31) nicht in einem der Schlitze (28) befindet und dadurch eine Drehbewegung des ringförmigen Körpers (21) verhindert.
6. Radiographisches Gerät mit einer Öffnung zum Einführen eines Körpers, mit einer durchdringende Strahlung erzeugenden Quelle und mit auf die Strahlung nach Durchlaufen des Körpers ansprechenden Detektormitteln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Quelle und der Detektormittel um die Öffnung ein Malteser-Mechanismus vorgesehen ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mittel (2, 3) zur Lagerung des Körpers in der Öffnung enthält, und daß ferner Mittel vorgesehen sind, um die Lagermittel derart zu bewegen, daß der Körper in bezug auf die Strahlung unterschiedliche Orientierungen einnimmt.

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