DE2609925C2

DE2609925C2 - Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption eines Körpers

Info

Publication number: DE2609925C2
Application number: DE2609925A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. 2000 Norderstedt Wagner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1982-06-09
Also published as: SE7702484L; DE2609925A1; NL7702394A; IL51613A; FR2344032B1; JPS52110582A; FR2344032A1; IL51613A0; CA1072688A; GB1579694A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption einer Strahlung in einer Ebene eines Körpers unter Verwendung eines Strahlers, dessen fächerförmig ausgeblendete Strahlung den Körper durchsetzt und von einer Reihe von nebeneinander angeordneten Detektoren gemessen wird, wobei die Messung in einer Vielzahl unterschiedlicher Drehpositionen des Systems Strahler — Detektoren erfolgt, wobei die Ermittlung der Absorption der Strahlung in der Ebene durch eine Recheneinrichtung anhand der dabei ermittelten Meßwerte erfolgt, und wobei zwischen dem Strahler und dem zu untersuchenden Körper ein Dämpfungskörper angeordnet ist, der die Strahlung in einem Bereich (Diagnosebereich) innerhalb der Untersuchungsebene in allen Drehpositionen praktisch nicht schwächt und die Strahlung außerhalb des Diagnosebereiches zwar schwächt, aber nicht unterdrückt.

In der DE-OS 24 39 847 ist eine Anordnung dieser Art beschrieben. Dabei ist angegeben, daß die äußeren Strahlen noch eine beträchtlich geringere Intensität aufweisen können, so daß als zusätzlicher Vorteil die auf den Patienten treffende Röntgenstrahlendosis vermindert wird. Wie erreicht wird, daß die äußeren Strahlen eine beträchtlich geringere Intensität aufweisen als die Strahlen im Zentrum, ist nicht angegeben. Außerdem ist nicht angegeben, wie die Absorptionsverteilung bei dieser inhomogenen Intensitätsverteilung das den Untersuchungsbereich durchsetzenden Strahlenbündels

ίο einwandfrei rekonstruiert werden kann.

Zwar ist in dieser Vorveröffentlichung schon angegeben, daß zwischen dem Strahler und dem zu untersuchenden Körper (sowie zwischen dem zu untersuchenden Körper und den Detektoren) ein Dämpfungskörper angeordnet werden kann, durch den erreicht wird, daß die Strahlung in allen Richtungen des keilförmigen Strahlenbündels jeweils um den gleichen Faktor gedämpft wird. Die Ausgangssignale der Detektoren liegen daher näherungsweise in derselben Größenordnung, was es ermöglicht, sämtliche Detektoren in ihrem günstigsten Arbeitsbereich zu betreiben.

Hierbei wird die Dosis für den Patienten nur teilweise verringert, weil die zwischen dem Körper und den Detektoren angeordneten Teile des Dämpfungskörpers zwar die Strahlung schwächen, nicht aber die Strahlenbelastung für den Patienten verringern können.

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 42 009 ein Computertomographiegerät bekannt mit einem zweiteiligen Dämpfungskörper, der wiederum dazu dient, ungefähr gleich große Ausgangssignale zu erreichen. Der eine Teil des Dämpfungskörpers ist dabei zwischen dem Untersuchungsbereich und den Detektoren angeordnet, trägt also nichts zur Verringerung der Strahlenbelastung des Patienten bei.

Schließlich ist aus der DE-OS 18 00 879 noch eine Primärstrahlenblende für Röntgenuntersuchungsgeräte bekannt, die mehrere, die Röntgenstrahlung vollständig absorbierende Teile umfaßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Strahlenbelastung für den außerhalb des Diagnosebereichs liegenden Bereich des Körpers verringert wird und daß die Lage und die Größe des Diagnosebereichs den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dämpfungskörper aus zwei zusammen mit dem System Strahler — Detektoren drehbaren Teilen besteht, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der Drehposition mittels entsprechend gesteuerter Schrittmotoren auf einem zum Strahlengang nahezu senkrechten Weg verschiebbar sind, und daß die durch die Teile beeinflußten Meßwerte mit einem Faktor beaufschlagt sind, der der Schwächung der Strahlung durch den Dämpfungskörper entspricht. Durch die voneinander unabhängige Steuerung der Dämpfungskörper ist es möglich, daß das Zentrum des Diagnosebereiches nicht mit dem Rotationszentrum zusammenfallen muß und der Diagnosebereich gleichwohl in jeder Drehposition von ungeschwächter Strahlung getroffen wird und der übrige Bereich von durch den Dämpfungskörper geschwächter Strahlung. Die Schrittmotoren können dabei beispielsweise mittels einer Rechenschaltung gesteuert werden, die in Abhängigkeit von der Drehstellung des Systems Strahler — Detektoren von der Lage des Diagnosebereiches in bezug auf das Rotationszentrum und von der Größe des Diagnosebereiches die Schrittmotoren und damit die Lage der

beiden Teile des Dämpfungskörpers steuert

Die Teile des Dämpfungskörpers sind dabei also so ausgebildet, daß die Strahlung im Diagnosebereich nicht gedämpft wird oder allenfalls sehr geringfügig und stark in den jeweils links und rechts an den D.'agnosebereich grenzenden Bereichen. Dabei heißt starke Dämpfung eine Reduktion der Strahlenintensität um einen Faktor 10 bis 1000. Keinesfalls darf die Strahlung in diesen Bereichen vollständig unterdrückt werden, da dann die Ermittlung der Absorption anhand bekannter Rechen- ιυ verfahren stark gestört, wenn nicht gar unmöglich gemacht wird. Wird die Strahlung für die Bereiche außerhalb des Diagnosebereichs aber nur um einen Faktor von z. B. 100 reduziert, so führt dies lediglich zu einer Verschlechterung des durch den Teilchencharakter der Strahlung bedingten Signal-Rauschverhältnisses. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich ein erhöhtes Rauschen bei der Ermittlung von nicht dem Diagnosebereich zugeordneten Meßwerten bei der Ermittlung der Absorption im Diagnosebereich nicht wesentlich auswirkt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht nun vor, daß die Teile des Dämpfungskörpers auf einem Kreis um den (als punktförmig angenommenen) Strahler als Mittelpunkt verschiebbar angeordnet sind. Dabei ändert sich bei einer Verschiebung der Teile des Dämpfungskörpers auf dem Kreisbogen die Dämpfung nicht wesentlich. Wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung darüber hinaus der Dämpfungskörper in seinen beiden Teilen zylinderförmig ausgebildet ist und die vom Strahler ausgehende Strahlung immer senkrecht auf die Oberfläche des Dämpfungskörpers fällt, kann sogar erreicht werden, daß bei konstanter Dicke und homogener Zusammensetzung des Dämpfungskörpers alle vom Strahler ausgehenden Strahlen die gleiche Dämpfung erleiden und seine Schnittflächen parallel zu den Strahlen liegen. Dabei ändert sich die Dämpfung zumindest nicht kontinuierlich, was bei der Rekonstruktion der Absorption in der Ebene anhand der ermittelten Meßwerte den Rechnungsgang wesentlieh vereinfacht.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Dicke der beiden Teile des Dämpfungskörpers stufenförmig oder keilförmig von außen nach innen abnimmt. »Innen« sind dabei die einander zugewandten Seiten der beiden Teile des Dämpfungskörpers. Diese Ausbildung der beiden Teile berücksichtigt, daß bei der Rekonstruktion der Absorption im Diagnosebereich anhand der ermittelten Meßwerte diejenigen Meßwerte stärker eingehen, die längs dem Diagnosebereich unmittelbar benachbarten Strahlenpfaden gemessen wurden. Diese Meßwerte müssen daher genauer ermittelt werden, als die Meßwerte, die längs weiter vom Diagnosebereich entfernten Strahlenpfaden ermittelt wurden, und das bedeutet, daß ihr Signal-Rauschverhältnis besser sein muß, was wiederum erfordert, daß die Schwächung der Strahlung durch die beiden Teile des Dämpfungskörpers an den dem Diagnosebereich zugewandten Seiten geringer sein muß als weiter außen.

Obwohl — wie bereits erwähnt — die Absorptions-Verhältnisse auch längs solcher Strahlenpfade bekannt sein müssen, die den Diagnosebereich nicht schneiden, wenn die Absorption im Diagnosebereich ermittelt werden soll, ist es nicht erforderlich, daß die Absorption außerhalb des Diagnosebereichs (Punkt für Punkt) errechnet und wiedergegeben wird. Man kann darauf sogar vollständig verzichten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei der Diagnosebereich zentrisch zum Rotationszentrum angeordnet ist,

F i g. 2 eine Ausführungsform in zwei verschiedenen Drehpositionen des Systems Strahler — Detektoren, wobei der Diagnosebereich außerhalb des Rotationszentrums liegt und

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform der Teile des Dämpfungskörpers.

In F i g. 1 ist ein Strahler 1 dargestellt, der den Körper 2 mit einem durch den Kollimator 3 keilförmig ausgeblendeten Strahlenbündel bestrahlt, dessen Randstrahlen mit 4 und 5 bezeichnet sind. Die von dem Körper 2 geschwächte Strahlung wird von einer auf einem Kreisbogen um den Strahlermittelpunkt angeordneten Reihe 6 von Detektoren gemessen, die nur schematisch angedeutet sind. Ein zwischen dem Körper 2 und der Reihe 6 der Detektoren angeordnetes Streustrahlenraster 7 unterdrückt die vom Körper 2 ausgehende Streustrahlung. Mit 8 ist dabei der aus zwei Teilen bestehende Dämpfungskörper bezeichnet, dessen beide Teile symmetrisch in bezug auf die Verbindungslinie zwischen dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 angeordnet sind, um das das System Strahler — Detektoren bei der Ermittlung der Meßwerte aus den verschiedenen Positionen gedreht wird. Mit 9 und 10 sind die beiden Randstrahlen des durch den Dämpfungskörper nicht geschwächten Strahlenbündels bezeichnet. Der von ihnen eingeschlossene Kreis 11 um das Rotationszentrum 12 ist daher derjenige Bereich, der stets von ungeschwächter Strahlung getroffen wird (Diagnosebereich). Die Absorption des übrigen Teils der Ebene kann nur fehlerhaft ermittelt werden, da die auf diesen Teil der Ebene fallende Strahlung verrauscht ist.

Der Dämpfungskörper ist so aufgebaut, daß die Dämpfung in Stufen nach außen zunimmt, was sich bei Untersuchungen in zweifacher Hinsicht als vorteilhaft herausgestellt hat. Zum einen wird durch die vergleichsweise geringe Schwächung der Meßwerte, die längs Strahlenpfaden unmittelbar jenseits der Randstrahlen 9 und 10 aufgenommen wurden, erreicht, daß dort das Signal-Rauschverhältnis wesentlich besser ist als das derjenigen Meßwerte, die längs Strahlenpfaden in der Nähe der äußeren Begrenzungsstrahlen 4 und 5 aufgenommen wurden. Dies ist wichtig, denn bei der Rekonstruktion der Absorption im Diagnosebereich 11 geht die Absorption des unmittelbar benachbarten Bereichs (und die Fehler bei ihrer Ermittlung) wesentlich stärker ein als die Absorption des weiter außerhalb liegenden Bereichs. Auf der anderen Seite wird dadurch, daß die Zunahme in Stufen erfolgt, der Rechnungsgang vereinfacht, weil jeweils für eine Gruppe von Meßwerten derselbe Schwächungsfaktor angesetzt werden kann.

Wenn die Teile des zusammen mit dem System Strahler — Detektoren um das Rotationszentrum 12 drehbaren Dämpfungskörpers zueinander nicht verschoben werden können, liegt der Diagnosebereich stets zentrisch zum Rotationszentrum 12. Das gleiche gilt auch, wenn die Teile nur gegensinnig und jeweils um den gleichen Betrag zueinander verschoben werden können, wobei sich allerdings der Radius des Diagnosebereichs verändert. Deshalb muß bei einer derartigen Ausführungsform der Patient in bezug auf das Rotationszentrum verschoben werden, wenn der für die Diagnose

wichtige Bereich im Patientenkörper nicht mit dessen Mittelpunkt zusammenfällt. Diese unsymmetrische Positionierung des Patienten in bezug auf das Rotationszentrum macht es aber erforderlich, daß das Strahlenbündel, definiert durch die Randstrahlen 4 und 5, entsprechend breit ist, so daß alle Teile des Patienten

— wenn auch mit zum Teil gedämpfter Strahlung — erfaßt werden können.

Eine Ausführungsform, bei der dies nicht erforderlich ist, ist in Fig.2 dargestellt, wobei das System Strahler

— Detektoren mitsamt dem Dämpfungskörper, der mit diesem System fest verbunden ist, in zwei zueinander um 90° versetzten Positionen dargestellt ist. Man erkennt deutlich, daß bei exzentrischer Lage des Diagnosebereichs 11 die Teile 81 und 82 ihre Position in bezug auf den Strahler 1 während der Drehung verändern müssen, damit jeweils derselbe Bereich 11 von der ungeschwächten Strahlung getroffen wird. Zu diesem Zweck sind die ebenen Teile des Dämpfungskörpers 81 und 82 unabhängig voneinander längs der Geraden 13 verschiebbar, beispielsweise mit Hilfe zweier Schrittmotoren und je einer Zahnstange.

Der Abstand zwischen dem Rotationsmittelpunkt 12 und dem Mittelpunkt 110 des Diagnosebereichs ist mit d und der Radius des Diagnosebereichs U ist mit r bezeichnet Ferner sei angenommen, daß die Reihe der Detektoren 6 auf einem Kreisbogen mit dem Strahler 1 als Mittelpunkt angeordnet sind. Das Verhältnis der Abstände 1 — 13 und 1 — 12 sei mit ^bezeichnet und der Winkel zwischen der Geraden 1 — 12 und der Geraden 12— 110 mit Θ. Dann ist die Lage, die der Dämpfungsteil 82 einnehmen muß, damit der Diagnosebereich — und nur dieser — von ungeschwächter Röntgenstrahlung getroffen wird, näherungsweise gegeben durch die Beziehung Jt₂ = (—r + dsind) · V und die Lage des Dämpfungsteils 81 ist dann näherungsweise durch die Beziehung An = (d ■ sine + r) ■ V gegeben, wobei k\ bzw. Jt₂ gleich Null durch die Verbindungslinie zwischen dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 gegeben ist Die angegebene Näherung gilt um so besser, je größer der Abstand zwischen dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 im Vergleich zur Entfernung 12— 110 ist Im übrigen läßt sich die Lage der Strahlen 9 und 10 zwischen den beiden einander zugewandten Seiten der Teile des Dämpfungskörpers auch exakt als Funktion der Drehstellung des Systems Strahler — Detektoren berechnen, wenn die Lage des Diagnosebereichs in bezug auf das Rotationszentrum 12 sowie sein Radius vorgegeben wird. Dafür kann beispielsweise eine Rechenschaltung benutzt werden, in die der Benutzer die Lage und den Radius des Diagnosebereichs eingibt und die uic Position der Teile Sl und 32 als Funktion der Drehstellung berechnet und damit während des Drehvorganges die nicht näher dargestellte Steuereinrichtung für die Verschiebung der Teile 81 bzw. 82 steuert.

In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Teile 81 und 82 des Dämpfungskörpers dargestellt. Die beiden Teile 81 und 82 entsprechen dabei Teilen eines Hohlzylinders, wobei die Wandstärke — ausgehend von den einander zugewandten Seiten der Teile — in Stufen zunimmt. Die beiden Teile sind so angeordnet, daß ihr Krümmungsmittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Strahlers 1 zusammenfällt und sie sind auf einem Kreisbogen 130, der durch die Teile hindurchgeht, um den Strahler 1 verschiebbar. Die stufenweise Änderung der Dämpfung für eine Gruppe von Strahlenpfaden hat den Vorteil, daß nur ein für diese Gruppe konstanter

is Dämpfungsfaktor berücksichtigt werden muß und daß die Innenkanten bzw. die Stufenkanteri jeweils parallel zu den Strahlen liegen.

Durch die stufenweise Abschwächung der Strahlung wird, wie erwähnt, erreicht, daß bestimmte Gruppen von Strahlenpfaden jeweils um denselben Faktor geschwächt werden, so daß auch das Ausgangssignal der diesen Strahlenpfaden zugeordneten Detektoren um einen bestimmten Betrag zu klein ist, was durch Addition eines für eine Gruppe konstanten Betrages wieder kompensiert werden kann. Es ist also nicht erforderlich, für jeden Detektor einzeln die Schwächung durch den Dämpfungskörper zu ermitteln.

Es ist bekannt daß man die Dämpfung A, die die Röntgenstrahlung längs eines bestimmten Strahlenpfa des durch den zu untersuchenden Körper erfährt, bestimmen kann aus der Beziehung A = In /₀ — In F. Dabei ist I₀ die Intensität der Strahlung längs dieses Strahlenpfades vor dem Eintritt in den Körper und /die Intensität der Strahlung auf diesem Strahlenweg hinter dem Körper, die von einem der Detektoren der Detektorreihe 6 gemessen wird. (Die Messung der Primärintensität ist z.B. in der DE-OS 19 41433 ausführlich beschrieben.) Wird nun der Dämpfungskörper in den Strahlengang geschoben, so ist der Wert /o zu ersetzen durch einen Wert /o/D, wobei £>der Faktor ist, um den die Primärstrahlung durch den Dämpfungskörper geschwächt wird. Mit einem derartigen Dämpfungskörper im Strahlengang ergibt sich die Absorption der Strahlung durch den zu untersuchenden Körper gemäß der Beziehung A = — In D + In Fo — In I. Um den Einfluß der Dämpfung durch den Dämpfungskörper auszuschalten, muß also der Anteil InD subtrahiert werden. Die Größe D hängt von der Dicke und dem Material des Dämpfungskörpers und von der Lage des Dämpfungskörpers in bezug auf den Strahlenweg, längs dessen jeweils die Intensität / hinter dem Körper gemessen wurde, ab. Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ist sie für jeweils eine Gruppe von Meßwerten konstant

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption einer Strahlung in einer Ebene eines Körpers unter Verwendung eines Strahlers, dessen fächerförmig ausgeblendete Strahlung den Körper durchsetzt und von einer Reihe von nebeneinander angeordneten Detektoren gemessen wird, wobei die Messung in einer Vielzahl unterschiedlicher Drehpositionen des Systems Strahler — Detektoren erfolgt, wobei die Ermittlung der Absorption der Strahlung in der Ebene durch eine Recheneinrichtung anhand der dabei ermittelten Meßwerte erfolgt, und wobei zwischen dem Strahler und dem zu untersuchenden Körper ein Dämpfungskörper angeordnet ist, der die Strahlung in einem Bereich (Diagnosebereich) innerhalb der Untersuchungsebene in allen Drehpositionen praktisch nicht schwächt und die Strahlung außerhalb des Diagnosebereiches zwar schwächt, aber nicht unterdrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (8) aus zwei zusammen mit dem System Strahler (1) — Detektoren (6) drehbaren Teilen (81,82) besteht, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der Drehposition mittels entsprechend gesteuerter Schrittmotoren (14,15) auf einem zum Strahlengang nahezu senkrechten Weg verschiebbar sind, und daß die durch die Teile (81, 82) beeinflußten Meßwerte mit einem Faktor (D) beaufschlagt sind, der der Schwächung der Strahlung durch den Dämpfungskörper (8 bzw. 81,82) entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (81, 82) des Dämpfungskörpers auf einem Kreis um den Strahler (1) als Mittelpunkt verschiebbar angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper in seinen beiden Teilen zylinderförmig ausgebildet ist und die vom Strahler ausgehende Strahlung immer senkrecht auf die Oberfläche des Dämpfungskörpers fällt (F i g. 3).

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der beiden Teile des Dämpfungskörpers stufenförmig von außen nach innen abnimmt.