DE2611303A1

DE2611303A1 - Vorrichtung und verfahren zur wiederholten abtastung des inneren eines koerpers

Info

Publication number: DE2611303A1
Application number: DE2611303A
Authority: DE
Inventors: Jun Jerome Rockhold Cox; Donald Lee Snyder
Original assignee: Picker Corp
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1975-03-18
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1976-09-30
Also published as: NL7602609A; US3983399A; JPS5210688A; FR2304319A1

Description

MANITZ, FINSTERWALD & CRÄMKOW

München, den^iZ ¹W. /fi/ff P/ri - P 3036

Picker Corporation

595 Miner Road, , Cleveland, Ohio 44143, USA

Vorrichtung und Verfahren zur wiederholten Abtastung des Inneren eines Körpers

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Untersuchung eines Patienten mittels Strahlung und im besonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur tomografischen Untersuchung eines inneren Bereiches eines Patienten durch Abtasten eines Röntgensfcrahlenbündels, das von einer Strahlungsquelle stammt, während die Quelle um den Patienten umläuft.

Eine übliche Radiografie ist ein zweidimensionales Schattenbild eines dreidimensionalen Gegenstandes. Die Tiefe erscheint

DR. C. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. C R A M KO W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEr*

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO «BAD CANNSTATT) ' MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. 1089) 22 42 II. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25.TEL.(O7!I)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77Ο62-80S

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nicht, da alle inneren Teile des Objektes in einer einzigen Ebene zu liegen scheinen. Folglich kann eine gebräuchliche Radiografie nötige Einzelheiten wie die räumlichen Gegebenheiten eines Zustandes nicht bringen; sie ist schwierig zu deuten und gibt möglicherweise keinen Aufschluß über einen bestehenden Zustand.

Es entwickelte sich dann die Wissenschaft der Tomografie, welche Querschnittsebenen eines Prüflings untersuchte, indem dieser Prüfling aufeinanderfolgend mit Röntgenstrahlen aus vielen Richtungen bestrahlt wurde. Herkömmliche tomografische Systeme benutzten eine strahlungsempfindliche Aufnahmeplatte, deren Bewegung mit der der Strahlungsquelle koordiniert wurde. Das Paar Strahlungsquelle-Aufnahmeplatte bewegte sich um eine durch den Prüfling gehende Systemachse und zeichnete ein Querschnittsbild des Prüflings in einer quer zur Achse des Röntgenstrahl enbildes liegenden Ebene auf. Die Bewegung des Paares Strahlungsquelle-Aufnahmeplatte war so, daß Elemente in der ausgewählten Querschnittsebene des Prüflings kontinuierlich von dem Strahlungsbündel abgetastet wurden. Diese Abtasttechnik hatte zur Folge, daß Bilder von außerhalb der Ebene gelegenen Elementen über den Film wanderten, verschmierten, mit dem Ergebnis, daß ein Abbild in einer Seitenebene hervorgerufen wurde.

Herkömmliche tomografische Techniken ergaben einen Informationsverlust, da Elemente aus den anderen Ebenen in die ausgewählte Querschnittsebene des Patienten Schatten warfen. Diese Schatten vermindern die Qualität des auf dem Röntgenfilm aufgezeichneten Bildes im VergMch zu der transachsialen Technik, wie sie bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird.

Änderungen bei der Erzeugung des Abbildes wurden entwickelt, welche sich aus der herkömmlichen tomografischen Abtasttechnik ergaben. Die Aufzeichnungsplatte wurde durch einen

strahlungsempfindlichen Detektor ersetzt, der gleichlaufend zur Strahlungsquelle ausgerichtet mit dieser umlief. Ein- . gehender beschrieben: Das Paar Strahlungsquelle-Detektor wurde in einer Ebene durch einen Winkelbereich bewegt, während das Strahlungsbündel den Patienten durchdrang. Der Patient und die Strahlungsquelle wurden relativ zueinander periodisch in der Drehungsebene bewegt und die Drehung dann wiederholt. Die Drehung um einen Winkelbereich erfolgte um eine durch den Prüfling gehende Systemachse, und das Strahlungsbündel ging durch die Systemachse. Ein kleiner Zentralbereich innerhalb des Prüflings konnte isoliert werden, weil die Auswirkungen aller von diesem Zentralbereich entfernt liegenden Gebiete infolge des Durchtritts des Strahlungsbündels durch die Systemachse sich aufhoben. Verschieben des Prüflings erlaubte es, daß als eine Zusammen- , fassung der Information von einer Reihe von kleinen Zentralbereichen eine Schirmbildwiedergabe eines(in der Drehungsebene)Abschnitts des Prüflings rekonstruiert werden konnte. Tomografie, die ein Bild in einer Ebene erzielt, die die Röntgenstrahlachse einschließt, ist als Querschnitts-Tomografie bekannt.

Ein anderer Vorschlag regte an, eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren, in einer Linie in Richtung der Verschiebung angebracht, zu benutzen, um die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese Vorschläge, die eine kreisförmige Abtastbewegung mit einer geradlinigen Verschiebung verbanden, erforderten auch bei Verwendung einer Vielzahl von Detektoren lange Abtastzeiten und lieferten Bilder von begrenzter Größe und Qualität.

Ein ähnliches Abtastsystem wird in Kühl, et al., "Transmission Scanning, A Useful Adjunct to Conventional Emission Scanning For Accurately Keying Isotope Deposition To Radiographic Anatomy«" Radiology, 1966, Vol. 87, pp. 278-284 beschrieben.

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Das angeführte "Emissions-" Abtastsystem benutzt einen Detektor, um einen Patienten, dem ein Radioisotop eingegeben wurde, abzutasten. Der Detektor mißt Intensitätswerte der emittierten Strahlung. Transmissions-Abtastung unterscheidet sich von Emissions-Abtastung darin, daß eine Strahlungsquelle benutzt wird, die Strahlungsbündel durch den Patienten schickt ^ statt der Strahlung von eingegebenen Radioisotopen. Ein tomografisches Emissions-Abtast-.system wird beschrieben in D.E. Kühl and R. Q. Edwards, "Cylindrical and Section Radioisotope Scanning of the Liver and Brain," Radiology, Vol. 83, No. 5, pp. 926-936; 1964. ~

Die Wissenschaft von der Rekonstruktions-Tomografie unter Benutzung von Querschnitts-Abtastung hat sich zu einem System entwickelt, bei dem ein aus Strahlungsquelle und -Detektor bestehendes Paar einen Patienten mit einem ausgesandten Strahlungsbündel abtastet, während das Quellen-Detektor-Paar in einer Ebene, die den zu untersuchenden Querschnitt des Patienten enhält, versetzt wird. Der Richtungswinkel des Bündels wird von einem Abtastvorgang zum anderen geändert. Die gemessene Strahlungsintensität wird aufgezeichnet für die Berechnung der Röntgenstrahlen-Durchlässigkeits- oder Röntgenstrhalenabsorption-Charakteristiken im ganzen abgetasteten Querschnitt. Eine Zusammenstellung dieser Charakteristiken liefert ein verläßliches Bild der internen Struktur des Patienten in der abgetasteten Ebene. Querschnittsabtastung wird auch in den oben angegebenen Zitaten von Kühl et al. beschrieben.

In einem vorgeschlagenen Rekonstruktions-Tomografie-System unter Benutzung von Querschnitts-Abtastung, mußte eine An-

zahl von längs einer Geraden angeordneten, aus Strahlungsquelle und Detektor bestehenden Paaren einen Gegenstand

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geradlinig längs einer Spur abtasten, wobei ein bestimmter Winkel gegen eine durch den Gegenstand gehende Achse, eingehalten wurde. Strahlungsintensitätswerte sollten während dieser geradlinigen Abtastung aufgezeichnet werden. Nach Vollendung eines geradlinigen Abtastvorganges des Gegenstandes mit dem ersten Winkel mußte der nächste Winkelwert der Quellen/Detektor-Paare gewählt werden. Eine zweite geradlinige Abtastung entlang einer zweiten Spur mit einem zweiten Winkel zu der Achse mußte an dem Gegenstand durchgeführt werden, und so weiter.

Wurden geradlinige Abtastungen nach Spuren durchgeführt, die auf die Achse bezogen einen Winkel von 180° überstreichen, mußten die bei dei? Strahlungsmessung gesammelten Intensitätsdaten nach der Methode der sukzessiven Approximation verarbeitet werden. Ein rekonstruiertes Bild wurde erhalten, das die Durchlässigkeits- oder die Absorptions-Koeffizienten für Röntgenstrahlen, die in einem Querschnitt des Gegenstandes vorhanden waren, darstellte.

Der Apparat zur Ausführung der geradlinigen Abtastung war schwer und erforderte übermäßige Antriebskräfte zur linearen Beschleunigung, Abbremsung und Richtungsänderung der Anordnung der Quelle/Detektor-Paare. Dies ist besser, abzuschätzen wenn man erfährt, daß zu einen/vo11ständigen Studie 180 Abtastungen erforderlich waren. Eine vollständige Studie erforderte so 180 Längs- und 180 Dreh-Beschleunigungen und -Abbremsungen, sowie 180 Richtungsänderungen während der Längsbewegung. Dazu führten die große Anzahl von Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen sowie Richtungsä^nderungen zu einem System, das eine ungebührlich lange Abtastzeit beanspruchte. Eine möglichst kleine Abtastzeit ist wichtig, um die für die Vollendung einer Studie erforderliche Zeit möglichst kurz zu halten, um so den Patienten vor übergroßen Strahlendosen zu schützen und die Wirkungen der wechselnden Zustände im Patienten möglichst zu verringern.

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Ein früherer Vorschlag regte die Querschnittsabtastung eines Prüflings mittels eines Quellen/Detektor-Paares an, das um eine den Prüfling durchstoßende Umlaufsystemachse umlief. Die Systemachse lief selbst wiederum langsam auf einem Kreis mit kleinem Durchmesser um, während das Quellen/Detektor-Paar die Systemachse umkreiste. Der Vorschlag enthüllte nicht, wie ein System verwirklicht werden sollte, das die erforderliche Kreisbewegung der Systemachse ermöglicht. Ein Apparat zur Drehung des Quellen/Detektor-Paares in solch einem Vorschlag ist wegen der Masse des Strahlen-Detektoir-Paares außerordentlich großen Trägheitskräften unterworfen. Die Ausführbarkeit erfordert es, daß die Systemachse stillsteht, solange das Quellen-Detektor-Paar mit der für die exakte Bildrekonstruktion erforderlichen Präzision geschwenkt wird. Weiterhin ließ der Vorschlag nicht die Zusammenhänge zwischen der Drehung um die Systemachse, den für die Strahlenmessung optimalen Winkeln, der Umlaufgeschwindigkeit um die Systemachse und der Drehgeschwindigkeit der Systemachse in ihrer Kreisbewegung erkennen.

Stand der Technik ist auch der Vorschlag eines Querschnitts-Abt ast sy st ems mit Strahldurchdringung, wobei ein Quellen-Detektor-Paar um eine durch den Prüfling gehende Systemachse läuft. Gleichzeitig mit dem Umlauf muß das Quellen-Detektor-Paar in der Umlauf ebene um eine UmI auf-Quellen-Achse gedreht werden, die durch die Strahlungsquelle geht und selbst um die Systemachse läuft. Die Anwendung einer Anzahl in der Umlaufebene verteilter Strahlungsdetektoren wurde auch vorgeschlagen. Der Vorschlag ließ sich über die Zusammenhänge zwischen der Drehung der Systemachse, der Drehung der Quellenachse und den Ausrichtungen der Quellen/Detektoren, bei welchen Messungen vorgenommen werden müssen, um eine exakte Rekonstruktion zu erhalten, nicht aus. Ebenso fehlt ein Vorschlag, mit welcher Vorrichtung das vorgeschlagene System verwirklicht werden kann. Weiterhin war aus dem Vorschlag

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nicht zu ersehen, daß die durch die zweifache Achsenbewegung gesammelten Daten sich'nicht in der für den in diesen Vorschlag enthaltenen ßekonstruktionsrechengang erforderlichen Reihenfolge befanden. Ohne diese Erkenntnis und einen Vorschlag zur Lösung dieses Problems wurden die durch diese Abtastbewegung gesammelten Daten keine klinisch verwertbaren Ergebnisse liefern.

Die oben angeführten und andere Mängel werden durch die vorliegende Erfindung dadurch überwunden, daß ein auf einen Querschnitt bezogenes tomografisches Rekonstruktionssystem geschaffen wird, das den Patienten mit einer umlaufenden Strahlungsquellen-Detektor-Anordnung abtastet. Ein Strhlenbündel wird zum Abtasten über Wege geschickt, die exakte Rekonstruktion ergeben und die die Zahl der erforderlichen Richtungsänderungen der Abtastbewegung und¹ die Zahl der erforderlichen Beschleunigungs- und Bremsvorgänge der Quellen-Detektor-Anordnung so klein wie möglich halten. Durch die Reduzierung der Anzahl der Beschleunigungs-, Brems- und Richtungsänderungsvorgänge minimaliert die Erfindung die für die Vollendung einer Untersuchung nötige Zeit.

Das tomografische Rekonstruktionssystem tastet ein durch den inneren Breich eines Patienten geschicktes Röntgenstrahlenbündel ab. Die Intensität des Strahlenbündels wird gemessen, um die Röntgen-Absorptions- oder -Durchlässigkeitskoeffizienten in dem inneren Bereich des Patienten zu bestimmen. Ein Bild wird dann rekonstruiert aus den Röntgen-Absorptions- oder -Durchlässigkeitskoeffizienten an um einen in der den Bereich enthaltenen Ebene gelegenen Ursprung befindlichen koplanaren Punkten (t_kj^ö _n)«

Eine Strahlenquellen-Detektor-Anordnung ist schwenkbar angebracht und so gehalten, daß sie um den Ursprung und in der Schnittebene umlaufen kann. Ein oder mehrere kollimierte Strahlenbündel von verhältnismäßig kleinem Querschnitt werden

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von der Strahlungsquelle zu einem oder mehreren ausgerichteten Detektoren durch den Patienten ausgesandt. Das Datensammelgerät, das den Strahlungsdetektor mit einschließt, mißt die Intensitätsvrerte der Strahlenbündel an einer Anzahl von Meßpunkten, die durch einen Schwenkwinkel /6 und einen Umlauf winkel $"im wesentlichen charakterisiert werden als

6 = sin (^P) und ^ = 6 + ηΔΟ ,

wobei d den Abstand zwischen dem Ursprung und dem Drehpunkt des schwenkbaren Quelle-Detektör-Paares bedeutet, und k und η ganze Zahlen sind.

Ein im allgemeinen C-förmiges Tragegestell besitzt zwei Arme und ist um einen zentral gelegenen Zapfen drehbar. Die Quellen-Detektor-Anordnung ist so befestigt, daß sie um eine durch einen der Arme des Tragegestells gehende Achse geschwenkt werden kann. Eine Drehung des Tragegestells läßt die Quellen-Detektor-Anordnung um den Zapfen umlaufen. Während sich das Tragegestell um den Zapfen dreht, überstreicht gedes Bündel aus der Quellen-Detektor-Anordnung einen Abtastweg, der die Meßpunkte des Gebietes mit umfaßt. Die Schwenk- und Umlaufbewegungen werden gesteuert und synchronisiert, um eine exakte Rekonstruktion eines Bildes zu ermöglichen, das die Röntgenstrahlen-Absorptions- und - Durchlässigkeits-Koeffizienten der inneren Gebiete des Patienten wiedergibt.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung für die tomografische Abtastung eines Patienten mit einem umlaufenden Strahlungsquellen-Detektor-Paar zu schaffen, das exakte Bildrekonstruktionen in kleinstmöglichem Zeitaufwand und mit kl-einstmöglicher Anzahl von Beschleunigxuigen und Bremsungen des Paares liefert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert $ in der Zeichnung zeigt:

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Pig. 1 eine gleichzeitig perspektivische wie funktioneile Darstellung eines erfindungsgemäßen tomografischen Rekonstruktionssystems mit Abtastmechanismus;

Fig. 2 einen Seitenriß des Abtastgerätes mit einem gegen Fig. 1 vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Grundriß des Jochs und der Strahlenquelle/ Detektor-Anordnung;

Fig. 4 einen Aufriß der Strahlenquelle;

Fig. 5 ein Schnittbild des Joches und einen Grundriß des Detektors, wie sie von der durch die Linie 5-5 der Fig. 2 bezeichneten Ebene aus erscheinen;

Fig.6a ein schematisch dargestelltes Pplarkoordinatensystem um einen in einer QuerschnittsebBne des Patienten liegenden Ursprung;

Fig.6b eine Aufzeichnung der Meßpunkte..im Koordinaten-System der Fig. 6a, die für. eine exakte Bildrekonstruktion notwendig sind;

Fig.7a eine funktionale Darstellung, wie mit herkömmlicher Abtasttechnik die Meßpunkte der Fig. 6b abgetastet werden; .

Fig.7b eine funktionale Darstellung, wie mit einer erfindungsgemäßen achsialen Verbund-Abtasttechnik die Meßpunkte der Fig. 6b abgetastet werden;

Fig.8a und 8b grafische Darstellungen der Meßpunkte der Fig. 6b, neu auf getragen nach den Koordinaten jd, y der Verbund-Vinkelbewegungen;

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Fig. 9a-e Diagramme, die eine Betriebsweise des tomo-

grafischen Systems nach Fig. 1 erläutern, bei der nichtgleichlaufende achsiale Verbund-Abtastbewegungen erhalten werden;

Fig. 10a-c Diagramme, welche eine bevorzugte Ausführung ¹ des nichtgleichlaufenden Verbund-Abtastens dar-

[ stellen;

; Fig. 11a-b Diagramme, die eine Betriebsart des tomografischen ; Systems nach Fig.. 1 erläutern, die gleichlaufende

'■. "Verbund-Abtastbewegungen liefert.

! In den Fig.. 1-5 ist ein tomografisches Querschnitts-Rekon- \ struktions-System allgemein bei 10 dargestellt. Das tomo-

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j grafische System 10 umfaßt eine Abtasteinrichtung 12, eine

Patiententragbahre 14, ein Motorsteuergerät 16, ein Datenverarbeitungsgerät 18 und eine Ausgabeeinheit.19· Die Abtasteinrichtung 12 kann durch das Steuergerät 16 so betrieben i werden, daß die Röntgenstrahlen einen Querschnitt eines auf der Bahre 14· liegenden (nicht dargestellten) Patienten aus einer Vielzahl koplanarer Winkel durchdringen. Die Abtasteinrichtung 12 leitet von den kollimierten Röntgenstrahlenj bündeln nach deren Durchtritt durch den Querschnittsbereich i des Patienten Strahlungsintensitätsdaten ab. Die „gesammelten i Daten werden durch das Datenleitkabel 20 in das Datenverarbeitungsgerät 18 eingespeist. Das Datenverarbeitungsgerät i 18 rekonstruiert aus den Absorptions- oder Durchlässigkeitsi koeffizienten für Röntgenstrahlen ein Bild des inneren Abi Schnitts des Patienten, Das rekonstruierte Bild wird als Koeffizientenaufzeichnung am Ausgabegerät 19 geliefert.

Die Bahre 14 trägt den Patienten beweglich in der Untersuchungslage nahe der Abtasteinrichtung. Die Bahre 14 ist auf Rollen

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montiert und in Abhängigkeit von Signalen des Steuergerätes 16, die durch die Leitungen 22 übertragen werden, motorisch angetrieben, um den Patienten nach Höhe und translatorisch in die richtige Lage zu bringen.

Die Abtasteinrichtung 12 umfaßt eine Strahlungsquelienanordnung 24, eine Strahlungsdetektoranordnung 26 und eine T'rageeinrichtung 28, die die Stranrungsquellen-und ~Dibektoranordnung 24,26 diametral in Bezug auf den Patienten hält. Die Strahlungsquellenanordnung 24 liefert eine Vielzahl von koilimierten, koplanaren Röntgenstrahlenbündeln zu der Strahlungsdetektoranordnung 26. Die Strahlungsdetektoranordnung 26 hat für jedes Strahlenbündel, das von der Strahiungsqueiienanördhttng 24 kommt, einen darauf ausgerichteten Strahlungsdetektor. Jeder Strahlungsdetektor gibt Ausgangssignale ab*die die Intensität des jeweiligen Röntgenstrahlerigündeis nach Durchgang durch den Patienten anzeigen. ^ '

Die Trageeinrichtung 28 wird um eine Folge von Wiiikeischritten mit zusammen mindestens 180° oder kontinuierlich um 360° geschwenkt, wobei in Abhängigkeit von dem Steuergerät 16 mittels der Leitungen 22 Geschwindigkeiten bis zu 15 U/min auftreten; Schwenken der Trageeinrichtung 28 ruft eine Bewegung der Strahlenbündel von der Strahlungsquelle 24^ die den Patienten durchdringen, relativ zu dem Patienten auf der Bahre 14 hervor. Die Trageeinrichtung 28 hält die Strahlungädetektoranprdnung 26 so zur Strahlungsquelle 24 ausgerichtet,- daß die Strahlungsbündel immer gleichmäßig von dieser Detektoranordhung 26 aufgenommen werden·

Die Trageeinrichtung 28 besteht aus einem schwenkbar auf dem Standfußteil 38 gelagerten C-förmigen Jochteil36; Die Quellenanordnung 24 und die Detektoranordnung 26 sind jeweils drehbar an dem Jochteil 36 angebracht«. Das G-förmige Jochteil 36 hält die Strahlungsquelle 24 und die Strahlungsdetelrtoranordnüng

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jeweils drehbar und in einer zueinander festen Ausrichtung. Schwenken des C-förmigen Jochteils 36 läßt die Strahlungsquellenanordnung 24 und die Strahlungsdetektoranordnung 26 in einer festen Ebene um den Patienten umlaufen.

Die Anordnungen 24, 26 drehen sich um das Jochteil 36 mittels Motorantrieb. Der Motorantrieb dreht die Anordnungen um das Jochteil mit einer Geschwindigkeit von 20 Bogengraden pro Sekunde in der Umlaufebene um das Jochteil. Schwenkung um nur ein Grad genügt für einen hohen Auflösungsgrad, wenn die Anordnungen 24-, 26 mit einer Vielzahl von koplanaren Strahlenbündeln abtasten. Es leuchtet ein, daß die Anordnungen 24,26 einen größeren Winkel zu durchlaufen haben, wenn nur ein Strahlenbündel durch den Patienten gesandt wird. Die für Einen größeren Schwenkbereich am Jochteil 36 anzubringenden Änderungen sind offensichtlich.

Die Anordnungen 24,26 werden um das C-fürmige Jochteil 36 und das Jochteil 36 wird um den Lagerzapfen durch Schrittmotore bewegt, die durch das Steuergerät 16 gesteuert werden. Das Motorsteuergerät 16 enthält gebräuchliche Schaltungen zur Steuerung von Schrittmotoren und zur Abgabe kodierter Signale, die die Winkelstellung der Ausgangswellen der Schrittmotore bezeichnen. Beliebige Thyristor-Motorantriebe und Relais-Schritt Steuerungen können für den Antrieb dieser Abtasteinrichtung erfindungsgemäß verwendet werden. Gleicherweise kann jeder der gebräuchlichen numerischen Wellenstellungsanzeiger, vorzugsweise die absolut anzeigenden, an die in der Einrichtung 12 befindlichen Motore angebracht werden, um die absolute Winkelstellung jeder Motor-Ausgangswelle zu definieren. Die absolute Winkelstellung der jeweiligen Motorausgangswelle zeigt direkt den Betrag der durch den betreffenden Motor verursachten Drehung an.

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Das Datenverarbeitungsgerät 18 übernimmt die Ausgangssignale der Strahlungsdetektorenordnung 26 und die kodierten Lagewerte der Motorwellenanzeige, um für ein rekonstruiertes Bild zu sorgen, das die Absorptionskoeffizienten in dem Querschnitt des Patienten darstellt, der in der Ebene des Umlaufkreises von Strahlungsquelle-Detektor liegt. Das Verarbeitungsgerät 18 ist von der gebräuchlichen, für Röntgen-Abtasteinrichtungen verwendeten Art und wird nur kurz beschrieben. Das Datenverarbeitungsgerät 18 besteht aus einem Ladungsintegrator/Verstärkergerät 30» einem Analog-Digital-Wandler 31» einem Winkelsensor 32, einem Digitalspeicher 33 und dem Bildaufbaugerät 34. Der Zeitabschnitt, während dessen die Datensignale gemittelt werden, wird durch die von dem Winkelsensor 32 erzeugten Start- und Haltesignale bestimmt, oder durch eine Zeitdauer, die mit der Abtastgeschwindigkeit der Anordnungen 24,26 zusammenhängt. Der Integrationsverstärker 30 übernimmt die Ausgangssignale der Strahlungsdetektoren 26 und verarbeitet sie zu gemittelten, analogen Signalen. Die Werte dieser Signale stellen die Intensität der Röntgenstrahlbündel nach Durchgang und Schwächung durch den Patienten dar. Der A/D-Wandler 31 übernimmt die gemittelten Analogsignale und wandelt sie zu Digitalsignalen. Der Digitalspeicher ist vorzugsweise der Speicher eines Digitalrechners und speichert die Digitalsignale mit den Daten des Winkelsensors 32 abrufbereit ein. Genauer: Der Winkelsensor 32 spricht auf die digitalen Wellenkodiereinheiten im Motorsteuergerät16 an und sorgt für Orientierungsdaten, die die jeweiligen Eichtungen der Anordnungen 24,26 anzeigen. Diese Orientierungsdaten werden mit einer Reihe eingegebener Daten verglichen, die Stellungen bezeichnen, bei denen Messungen gemächt werden sollen. Als Ergebnis dieses "Vergleichs steuert der Digitalrechner entweder die Stellung an, bei der die Digitalsignale gespeichert werden sollen, oder er bezeichnet die gespeicherten Signale mit der zugehörigen Stellung. Der Digitalrechner, der das Bildaufbaugerät 34 enthält, ist für ein tomografisches

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Rekonstruktionsverfahren nach, irgendeinem aus der Vielzahl der bekannten Rechnerprozesse programmiert. Gut bekannte Rechnerprozesse enthalten Verfahren wie gefilterte Rückprojektionen, Matrixmultiplikation und sukzessive Approximationen. Die Rekonstruktion ergibt Werte, aufgetragen und ausgegeben, die Schwächlings- oder Durchlässigkeitskoeffizienten für Röntgenstrahlen des durchstrahlten Querschnitts des Patienten wiedergeben. Genauer: Die digitalen Signale, die den Absorptionswerten bei vorgegebenen Winkeln von Umlauf und Drehung der Quellen-Detektor-Anordnung 24, entsprechen, werden aus dem Speicher 33 wiedergewonnen. Diese Werte werden in dem Bildaufbaugerät 34 verarbeitet und erscheinen als Punkte des rekonstruierten Bildes, das im Ausgabegerät 19 angezeigt wird.

Im Detail enthält das C-förmige Jochteil 36 ein oberes Trägerteil 4-0 und ein unteres Trägerteil 4-6. Das untere Trägerteil 4-6 ist mittels der Welle 4-8 drehbar auf dem Standfußteil montiert. Das untere Trägerteil 46 ist in Form eines kreisbogenförmig geschwenkten L ausgeführt, so daß es einen kreisbogenförmigen Ansatz 50 bildet. Dieser Ansatz 50 weist kreisbogenförmige Schlitze 52 auf, durch welche die Strahlungsdetektoranordnung 26 mittels einer Halteeinrichtung 54 beweglich montiert ist.

Das obere Trägerteil 4-0 besitzt einen Arm 42, der mit einem um einen Zapfen drehbaren Schwenkbügel 44 verbunden ist. Dieser Schwenkbügel 44- ist durch eine Haltevorrichtung 45 mit der Strahlungsguellenanordnung 24 gekoppelt. Dub±l den Schwenkbügel 44 ist es möglich, die Strahlungsquellenanordnung 24 um den Arm 24 um einen Winkel φ (im folgenden Drehwinkel φ genannt) in der Umlaufebene zu drehen. Wird eine Vielzahl von koplanaren Strahlungsbündeln zum Abtasten benutzt, so wird der Drehwinkel φ von dem Ursprung des Strahlenbereichs aus gemessen, und der Wert bezeichnet den durch die Strahlenbündel insgesamt aufgespannten Winkel.Z.B. wird ein Dreh-

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winkel φ von 20 verkörpert durch eine Vielzahl von feststehenden Strahlen, die den Winkel von 20° überspannen. Andererseits durchläuft ein einzelner Strahl, der über 20 um den Arm 42 geschwenkt wird, auch einen Drehwinkel φ von 20°.

Die Trageeinrichtung 28 besitzt eine Vielzahl von Motoren, die die verschiedenen Bewegungen der Quellenanordnung 24 und der Detektoranordnung 26 ermöglichen. Ein Jochschwenkmotor 60, ein Drehmotor 62 für die Strahlungsdetektoranordnung und ein Motor 64 zum Drehen des Schwenkbügels sind vorhanden und werden in Abhängigkeit von dem Motorsteuergerät 16 betrieben. Obwohl nicht gezeigt, ist es offensichtlich, daß die vielen Motore ihre Energie durch Schleifringverbindungen zwischen jedem Motor und den Leitungen 22 erhalten. Schleifringverbindungen sind gebräuchlich und kein Teil der Erfindung, deshalb werden sie nicht im Detail beschrieben.

Der Jochschwenkmotor 60 wird in Fig. 2 gezeigt und ist durch die Verbindung 80 mit dem C-förmigen Jochteil 36 verbunden. Wird der Motor 60 erregt, so schwenkt das Jochteil 36 um die Welle 48 um einen Winkel J". Das Schwenken des C-förmigen Jochteils 36 bewirkt einen Umlauf der Quellen-Detektor-Anordnung 24,26 um den Winkel Wim folgenden als Umlauf winkel ψ bezeichnet) um die durch die Welle 48 gehende Systemachse.

Der Schwenkmotor 62 für die Detektoranordnung ist in Fig. 5 dargestellt und treibt die Detektorhalteeinrichtung 54 über ein Kettengetriebe 82 an. Wird der Detektorantriebsmotor 62 erregt, so bewegt sich die Detektoreinheit auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt in dem Schwenkbügel 44 liegt.

Der Motor 64 zum Drehen des Schwenkbügels ist in Fig. 3 dargestellt und treibt den Schwenkbügel 44 mittels des Getriebes 84 an. Der Antrieb des Schwenkbügelmotors 64 ist mit dem des

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Detektorantriebsmotors 62 synchronisiert, damit Strahlungsquellenanordnung 24 und Strahlungsdetektoranordnung 26 immer zueinander ausgerichtet bleiben.

Die Strahlungsquellenanordnung 24 und die Haltevorrichtung 45 sind in Fig. 2 und 3 zu sehen. EineRöntgenstrahlunganelle, wie etwa eine 120 kV-Röntgenröhre 100 ist zusammen mit einer Quellenblendenanordnung 102 'in einem Gehäuse 104 eingebaut. Die Röntgenröhre besitzt ein Target, das einen üblichen Strahlungskegel aussendet. Die Blendenanordnung 102 wirft eine Vielzahl diskreter Strahlungsbündel in Richtung der Detektoranordnung 26. In einer bevorzugten Ausführung liefert die Blendenanordnung 102 zwanzig kollimierte Strahlungsbündel mit einem Abstandswinkel (im folgenden Winkelocgenannt) von 1° zwischen benachbarten Bündeln. Jedes Bündel ist auf einen öffnungswinkel von 0,2° begrenzt, was einen Strahl von 2-3 mm ergibt. Der Abstand zwischen Blende und Röhrentarget ist so, daß die Strahlenbündel wirklich paralleler elektromagnetischer Strahlung sehr nahekommen.

Die Röntgenröhre 100, die damit verbundene Kühlhaube und die Installation sind, weil üblich, nur funktionell dargestellt. Ähnlicherweise sind auch die elektrischen Verbindungen zu der Röhre 100 nicht gezeigt, da sie üblich und nicht Teil der Erfindung sind. Passende Röntgenröhreneinrichtungen, einschließlich Kühlhauben und elektrischer Verbindungen, welche ungehindertes Drehen und Schwenken der Röntgenröhre wie oben beschreiben erlauben, sind wohl bekannt und werden speziell bei der Untersuchung von Kraftwagenreifen verwendet.

Die Haltevorrichtung 45 für die Quelle besitzt zwei Haltestäbe 106. Die Haltestäbe 106 sind an dem Schwenkbügel 44 befestigt, um die Strahlungsque^lenanordnung 24 zu halten.

Die Strahlungsdetektoranordnung 26 wird in Fig. 2 gezeigt und enthält ein Gehäuse 109, das durch die Halteeinrichtung 54

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durch die Schlitze 52 hindurch mit dem unteren Trägerteil 4-6 gekuppelt ist. Das Gehäuse 109 enthält eine Blendenanordnung 112, Sätze von Szintillationskristallen 110 und Fotovervielfacherröhren 114·. Jeder Szintillationskristall ist vorzugsweise ein Thallium-aktivierter Natriumjodidkristall und sitzt zwischen der detektorseitigen Blendenanordnung 112 und einer zugehörigen Fotovervielfacherröhre 114-, Die Strahlungsbündel von der Quellenanordnung treffen auf den Szintillationskristall 110, und unter dem Einfluß der Strahlen werden Lichtblitze erzeugt. Die Lichtblitze werden von den Fotovervielfacherröhren aufgenommen, welche elektrische Ausgangssignale repräsentativ für die auf den Szintillationskristall fallenden Strahlungsdosis liefern. Die beschriebene Strahlungsdetektoranordnung 26 ist auf dem Gebiet der Röntgenstrahlungsabtastung üblich.

Die Blendenanordnung 112 enthält eine gleichgroße Anzahl von Blendenöffnungen wie Quellenblendenanordnung 102. Für die bevorzugte Ausführung, welche zwanzig Strahlenbündel benutzt, sind zwanzig Blendenöffnungen in der Blendenanordnung 112 enthalten. Die Achsen benachbarter Blendenöffnungen sind um den Winkel oC von 1° voneinander entfernt, übereinstimmend mit der Trennung der Durchlässe in der Quellenblendenanordnung 102. Es hat sich herausgestellt, daß ein Abstand von einem Grad zwischen den Blendendurchlässen den Streustrahleneffekt zufriedenstellend auf ein.annehmbares Niveau reduziert.

Die Halteeinrichtung 54- hält die Detektoranordnung 26 so, daß diese eine bogenförmige Bewegung um den Schwenkbügel 44 ausführen kann. Sie enthält eine Anzahl von Trägern 116 und eine Mehrzahl Haltestäbe 120. Die Haltestäbe 120 sind an den Trägern 116 angebracht und halten die Detektoranordnung 26. Die Träger 116 erstrecken sich durch die Schlitze 52 und sind mit dem Kettengetriebe 82 gekuppelt. Ein Paar Führungen 118 sind im unteren Halteteil 4-6 angebracht durch welche die Träger 116

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hindurclitreten. Die Führungen 118 lassen die Detektoranordnung 26, wenn durch den Schwenkmotor 62 für die Detektoren angetrieben, in einem Bogen laufen.

Die Rekonstruktions-Tomografie benutzt gemeinhin bei der Rekonstruktion des Bildes eine Rückprojektions-Rechnertechnik, um die Strahlungsintensitätsdaten zu verarbeiten. Der nach dem Strahldurchgang durch den Patienten gemessene Intensitätswert wird auf den Weg des Strahls, den dieser bei der Erreichung des gemessenen Wertes genommen hat, zurückprojiziert. Die Strahlungsdurchgangswerte, die bei jedem Abtastvorgang gemessen werden, bauen durch diese Rückprojektion Zeile für Zeile das Bild auf. Genauer ausgedrückt: Jeder Strahlungsdurchgangswert wird während seiner Rückprojektion konstant gehalten, und die jeweiligen Werte jeder Rückprojektion werden an den Schnittpunkten addiert. Diese Technik wird in Kühl, A Clinical Radioisotope Scanner For Cylindrical And Section Scanning, PROC. SYMP., Athens 1964, Medical Radioisotope Scanning, I.A.E.A., Vienna, 1, 273» 1964.

Die Rückprojektionstechnik wurde verbessert mit der Einführung der gefilterten Rückprojektionen, die aus einer theoretischen Betrachtung mit Hilfe der Fourieranalyse abgeleitet wurde. Eine Formel zur Anwendung des Fourieraufbaus mit gefilterter Rückprojektion wird abgeleitet in Chesler, Positron Tomography and Three Dimensional Technique, PROC. SYMP. on Radionuclei Tomography, New York, N.Y. 1972.

Die Methode,gefilterte Rückprojektionen zur Rekonstruktion eines tomografisehen Bildes zu verwenden basiert auf der unten dargestellten Gl. (1). Diese Gleichung ähnelt sehr der, die gefunden wird in Sweeney, Interferometrie Measurement of Three Dimensional Temperature, PhD Thesis, University of Michigan; 1972.

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a(x,y) = Ci^/N_ü) y f(x cos ^θ _η + y sin O_n; Q_n) Gl. (1)

wobei ;

(i)a(x,y) der Rekonstruierte oder geschätzte Wert der gesuchten Absorptionsdichte am Punkt (x,y) ist. Die Abschätzung muß an einer diskreten Punkteschar (x^,y^), Cx₂,y₂), ...... der (x,y)-

Ebene entwickelt werden,
(ii)f(x cos O_n+ y sin O_n; O_n)= f(t,O) ist, welches eine Funktion in Polarkoordinaten der Translationsvariablen t, aus den Messungen m(t,0) nach Gl. (2) gewonnen, darstellt, wobei der Winkel 0 in einer durch den Patienten gehenden Ebene liegt.

Gleichung (zwei) lautet:

f(t,O) = J h(t-f)m(r, 0) dor, Gl. (2),

-OO

wobei dabei ist h(t) die Filter-Impuls-Antwort, die für die rekonstruktive Tomografie erforderlich ist. Nq die Anzahl der Winkel ist, bei denen Daten gesammelt wurden, wobei wieder

O=TnZN -fiiT· η = Π Ί (TJ — A ^

— Ii XX/ -"Q J- LlX XX — 9 9 #····.·, n"*-'q ■ • ·

In der Praxis wird die kontinuierliche Summe oder das Integral in (2) ersetzt durch eine diskrete Summe der Form

f(t,O) = y* h(t -t^)m(OMt, Gl. (3)

wobei Nj. die Zahl der Translationslagen bedeutet, bei denen Messungen gemacht wurden. Die Lösung der Gleichung (2) mit eingesetzter Gleichung (3) ist bald bewerkstelligt, wenn das System 10, ein Digitalrechner und der Rechner-Prozess aus der Veröffentlichung von Sweeney zu Hilfe genommen werden.

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Eingehende Beschreibungen und Vergleiche der verschiedenen Rechnerprozesse sind zu finden in CHO, Generalized Views on 3-D linage Reconstruction and Computerized Transverse Axial Tomography, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-21, June, 1974.

Die Bedeutung der verbundenen achsialen Abtastbewegungen des Systems 10 für das Gewinnen der Punktion f(t,O) kann am besten verstanden werden.beim Betrachten der Fig. 6 Fig. 6a stellt einen hypothetischen Querschnitt 15O eines zu untersuchenden Körpers dar. Seine Innenpunkte werden in Polarkoordinaten mit Ct₁ ,Q) bezeichnet in Bezug auf einen Ursprung 160, der in der QuerSchnittsebene liegt.

Pig. 6b stellt eine Schar von Meßpunkten m(t_v,0 ) dar, die im

ic η

wesentlichen in der (0,t)-Ebene gleichförmig verteilt sind. Strahlungsintensitätsmessungen werden an diesen Punkten genommen, oder doch so genügend nahe an diesen Punkten, daß genaue Interpolationen möglich sind, um eine exakte Rekonstruktion des Querschnittes in der (O,t)-Ebene zu liefern.

Pur Messungen, die im (0,t)-Koordinatensystem gleichmäßig verteilt sind an mit k und η indizierten Punkten

max V » ·"· » At ]

0(n) = ηΔθ , η£|θ,....,(Τ/Δθ) - i| haben wir insgesamt |c*_max-*_min) C^ -Δθ) /

Meßpunkte. Um die Gleichung (2) zur Erzeugung der Meßpunkte m(t_k,Q_n) in Pig. 6b zu erfüllen, müssen die Meßpunkte bei k= 1,2,„._e.N_t und η = 0,1, ..., (ng - 1) genommen werden.

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26113UiJ

Die Zuwachsschritte^ Ο,Δ t werden in Übereinstimmung mit dem bei dem rekonstruierten Bild erwünschten Auflösungsgrad gewählt. Z.B. wird bei einer Gehirnaufnahme ein höherer Auflösungsgrad erforderlich sein als bei einer Leberaufnahme.

Eine Abtasttechnik, die für die Gewinnung der zu Rekonstruktion nötigen Daten an den Meßpunkten m(t, ,0 ) entwickelt wurde, zeigt Fig. 7a. Diese Technik ist die geradlinige Ablasttechnik, die in einem früheren Abschnitt der vorliegenden Patentanmeldung und in der zitierten Veröffentlichung von Cho beschrieben wurde. Eine Strahlungsquelle 24a richtet ein Strahlenbündel b. zum Strahlungsdetektor 26a. Das Quellen-Detektor-Paar 24a, 26a ist bei Drehung und Verschiebung immer zueinander ausgerichtet. Das Paar 24a, 26a wird bei einer ausgewählten Orientierung ö gegen den Ursprung verschoben und eine Vielzahl von Messungen werden gemacht. Wenn dieser Verscbiebe-Abtast-Vorgang beendet ist, wird das Quellen-Detektor-Paar 24a, 26a zu einem anderen Winkel 0 geschwenkt und es werden wieder während einer geradlinigen Verschiebung bei den gleichen Verschiebungswerten t Messungen gemacht.

Die geradlinige Abtasttechnik der Fig. 7a mißt Daten an einem der Meßpunkte m(t, ,Q ) für jede Messung während eines translatorischen Abtastvorganges. Deshalb erzeugt ein translatorischer Abtastvorgang eine Reihe von Meßpunkten in I¹Ig. 6b.

Wie schon früher bemerkt, erfordert diese geradlinige Abtasttechnik Beschleunigung, Bremsung und Richtungsänderung des Quellen-Detektor-Paares 24a, 26a am Ende jedes translatorischen Abtastvorganges vor der Drehung des Quellen-Detektor-Paares um den Ursprung 160, um einen neuen Winkel 0 zu bekommen. Die Beschleunigung, Abbremsung und Richtungsänderung eines Quellen-Detektor-Paares mit für sie typisch großer Masse begrenzt die Geschwindigkeit, mit der die nötigen Daten ge-

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sammelt werden können. Wenn 180 Abtastvorgänge für die Untersuchung festgesetzt sind, müssen insgesamt 179 Beschleunigungs- Brems- und Eichtungsänderungsvorgänge für eine komplette Rekonstruktion ausgeführt werden. Nicht nur ist ein störend schweres massives System nötig, um diese Bewegungen zu ermöglichen, sie verschlingen auch unnötig viel Zeit. . '

ι Fig. 7b schildert eine andere Abtastbewegung, die die für ! die Messungen an den Meßpunkten m(t, ,0 ) nötigen Orientierungen

<_r. κ η

j für das Röntgenstrahlbündel liefert. Fig. 7b verdeutlicht die verbundene achsiale Abtastbewegung des Systems 10 der

° " " gen

■ Fig. 1, die die Zahl der erforderlichen Beschleunigung Bremsungen und Richtungsänderungen möglichst verkleinert. Das Quellen 24 - Detektor 26 - Paar ist in der Ebene, die den Querschnitt des Prüflings 150 enthält, drehbar. Das Paar 24, 26 Schwenkt j um eine senkrecht zur Querschnittsebene durch die Strahlungsquelle gehende Achse, die um den Ursprung 160 umläuft. Das sich axial bewegende Paar 24, 26 liefert ein Strahlenbündel (oder mehrere) in der QuerSchnittsebene, durch welche der Prüfling 15Ο aus einer Vielzahl von Richtungen abgetastet wird. Der Umlauf des Quellen-Detektor-Paares 24, 26 um den Ursprung 160 definiert den Umlaufwinkeljf. Schwenken des Quellen-Detektor-Paares 24, 26 um die durch die Quelle gehende Achse definiert den Schwenkwinkel /S.

Wie oben bemerkt können die Meßpunkte m(t, ,Q ),üi der Fig. 6b dargestellt, abgetastet werden unter Benutzung der Verbundwinkel-Abtasteinrichtung der Fig. 7b, die mit Hilfe des Systems 10 der Fig. 1 verwirklicht werden kann. Die Messung bei einem Schwenkwinkel /6 von im Uhrzeigersinn laufender Zählung um den Wellenzapfen der Quellenaufhängung und bei dem im Gegenuhrzeigersinn um den Ursprung gezählten UmlaufwinkelJfist identisch mit der Messung m(t, ,0 ) bei t, und 0 im Ursprung-

xL Xx IC Xl

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lichen Koordinatensystem, wenn t = d sin j6 und O= ^- j6 sind, wobei d den Abstand der Quellendrehachse vom Ursprung bedeutet.

Um die gleichen Daten in der neuen Geometrie zu erhalten, müssen die Messungen genommen werden bei

(k) = sini^) = sin"¹ φ Gl. (4)

(k,n) = ηΔΟ + ₃±_η'^Λ(^Δΐ) = _{ηΔο + sin}-1( k) Gl.(5)

J¹Ur kleine Werte des Winkels 16 vereinfachen sich die Gleichungen (4) und (5) zu ,

(k) = ^M ; y(k,n) = ηΛθ + ^ Gl. (6)

Eine Vielzahl von verbundenen Winkelabtastbewegungen sind wirksam, um entweder das Strahlenbündel von der Quelle 24 durch die Meßpunkte der Fig. 6b zu leiten oder genügend nahe an diesen Punkten vorbei, um den gewünschten Genauigkeitsgrad bei der Rekonstruktion zu erhalten. Genauer gesagt, die Abtastwege können, wie beschrieben werden wird, entweder exakt durch die Meßpunkte gehend festgelegt werden, oder sie können den Meßpunkten angenähert werden, so daß eine Interpolation der gemessenen Intensitätswerte einen durch die Meßpunkte gehenden Strahl angenähert darstellt. Ist eine geringere Genauigkeit annehmbar, kann die Interpolation sogar wegfallen. Alle so beschriebenen Abtastwege werden als durch die Meßpunkte führend bezeichnet.

Bevorzugte Ausführungen des Abtastvorgangs sind gekennzeichnet durch nicht-gleichlaufende 16 und ^Winkelbewegungen um den Ursprung 160 und um die durch die Quelle gehende Achse und werden unter Bezugnahme auf die Fig. 9a - β und iOa-b erklärt. Ein anderer Abtastvorgang, durch gleichlaufende Abtastbewegungen um den Ursprung 160 und um die Quellenachse gekennzeichnet, wird unter Besaitung der Fig.11a - b erklärt.

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Bei beiden Ausführungsformen werden die Abtastbewegungen in der (jo, yO-Ebene unter Berücksichtigung der jeweils anderen Komponente und des Winkels 0 gesteuert, und die Rb'ntgen-Intensitätsmessungen werden so vorgenommen, daß die Winkelbeziehungen

6 = sin"¹(t/d); f - /6 = 0 erfüllt sind.

Um das Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Abtastwinkeln j6,v^und den Meßpunkten πιζΐ^,Ο^)' in Fig. 6b zu erleichtern, wurden die Meßpunkte als Funktion von (0,fl") und (0,/0 in Fig. 8a und als Funktion von ()f i/0 in Fig. 8b noch einmal aufgetragen. Fig. 8a unterstützt das Verständnis der Methode mit nichtgleichlaufenden Abtastbewegungen, Fig. 8b unterstützt das Verständnis der Methode der gleichlaufenden Abtastbewegungen.

Wie man in Fig. 8a sehen kann, lassen sich die Meßpunkte m(t_k,ö_n) im allgemeinen in der (O,/S)-Ebene als eine Punkteschar mit Punktre'lhen parallel zur /6-Achse auftragen. Die Punkte erscheinen als mit in der /S-Richtung im wesentlichen gleichen Abständen versehen, solange der Winkel j6 kleine Werte besitzt. Dies ist eine für die bevorzugte Abtastung vernünftige Annäherung, da der Schwenkwinkel /6 im allgemeinen auf einen relativ kleinen Bereich von etwa - 10° beschränkt ist. Genauer gesagt, eine typische Röntgenstrahlungsquelle 100 erzeugt einen Strahl in Form eines Fächers von zwanzig Grad Spannwinkel. Da der Winkel j6 vom Mittelpunkt der Detektoranordnung aus gemessen wird, wenn ein fächerförmiger Strahl verwendet wird, bildet der Strahl einen Schwenkwinkel von - 10 Grad. Die Näherung, daß sin 0 = 6 für kleine Werte von /$, ist deshalb gültig. Wegen.

des Zusammenhangs zwischen dem Umlaufwinkel jfund dem Schwenkwinkel /S ( )f = 6 + 0) kann die Darstellung in Fig. 8a auch

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als verallgemeinerte Darstellung der Meßpunkte m(t, ,0 )

ic η

im (ö,^O Koordinatensystem mit dem Winkel /6 als einer Konstanten angesehen werden.

Die Meßpunkte lassen sich in der (^, /O-Ebene als eine Punkteschar mit 45° gegen die /-Achse geneigten Reihen auftragen, siehe Fig. 8b. Die Meßpunkte sind in der ( Ebene in der f- Richtung mit gleichen Abständen gereiht, während sie in der /-Richtung ungleiche Abstände aufweisen. Diese Art der Darstellung ist für Abtastvorgange, bei denen der Schwenkwinkel / mehr als 25° beträgt, gut geeignet, was verständlicherweise nicht zu den bevorzugten Bauarten gehört. Für Abtastvorgänge, die einen Winkel / von weniger als 20° ergeben, haben die Punkte allgemein gleiche Abstände, wie es in Fig. 8a gezeigt wird.

Fig. 9a zeigt eine Ausführung der nichtgleichlaufenden Winkelbewegung des Quellen-Detektor-Paares 24, 26 um die Quellenachse, während diese um den Ursprung 160 umläuft. Bei einem ausgewählten Wert des UmIaufwinkels Ψ wird das Quellen-Detektor-Paar 24, 26 um die umlaufende Systemachse geschwenkt, und bei den Schwenkwinkeln / =jf_ ο wird gemessen. Ist ein Winkel ρ von mehr als 20 erwünscht, wird das System 10 in Fig. 1 der gewünschten Bewegung angepaßt. Zum Beispiel könnte der Ansatz 50 kreisbogenförmig um die Welle 48 erweitert werden. Eine Vollkreisabtastung von 360° oder zwei 180°- Abtastungen in der /-Richtung können so ermöglicht werden.

Fig. 9c zeigt die resultierenden Meßpunkte. Die die Meßpunkte verbindende Linie ist im wesentlichen eine Gerade mit der Neigung C-"2j~). Läßt man den Umlauf winkel Jf um A ό wachsen, so schneidet die Linie eine Schar neuer Meßpunkte (durch χ gekennzeichnet) etwas rechts von. der vorhandenen Meßpunktreihe. Aufeinanderfolgende Zuwachsschritte des

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Winkels )f ergeben Messungen an allen erforderlichen Punkten in der (/$,O)-Ebene mit den Winkeln ^= sin" — und O_n .

. 9d stellt einen Programmablaufplan für die Reihenfolge dar, in der die Winkel /S, Jf zu verändern sind, um den Abtastweg zu erzeugen, der die gewünschten Meßpunkte durchläuft. Das System 10 wird so eingerichtet, daß der Umlaufwinkel Y gleich ist einem extremen Schwenkwinkel jo , wobei das zu untersuchende Objekt von den Winkeln (-/$ ,/$ ) in seiner Ausdehnung erfaßt wird. Daraufhin werden für -i6 < & < 6 Daten bei den die Gleichungen (Λ) und (5) erfüllenden Werten von j6 gesammelt. Ist dieser Abtastvorgang für einen festen Winkel ^"beendet _Y so wird der Winkel ^um (/d, y,)-i6, ^vergrößert, und der Abtastvorgang wiederholt. Dieses Aufeinanderfolgen von Abtastvorgängen wird fortgesetzt, bis der Umlaufwinkel gleich dem Winkel /S + 180° ist.

9e zeigt ein Diagramm der Meßpunkte, die von einer Vielzahl von 360°-Abtastwegen in der 6-Richtung für ausgewählte UmI auf winkel ^herrühren.

Pig. 9b erläutert die praktische Realisierung des Quellen-Detektor-Paares 24, 26 in Fig. 9a. Ein fächerförmiges Strahlenbündel wird von der Quelle geliefert, um daraus die Vielzahl von Einzelbündeln zu der Vielzahl von in der Ebene verteilten, entsprechend ausgerichteten Detektoren hin zu erzeugen. Ist ein rekonstruiertes Bild von geringer Auflösung ausreichend, oder kann das fächerförmige Strahlungsbündel in genügend kleinem Abstand ausgeblendet werden, so daß eine große Anzahl von Einzelstrahlen ermöglicht wird, so ist eine zusätzliche Schwenkung des Quellen-Detektor-Paares in der /^-Richtung um die durch die Quelle gehende Achee unnötig. Ist jedoch eine höhere Auflösung erforderlich, oder muß zur Verhütung von Streustrahl effekt en ge-

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nauer ausgeblendet werden, so wird die das Mehrfachbündel abgebende Quelle 24 um die Quellenachse geschwenkt, und es werden an den gewünschten Meßpunkten zusätzliche Messungen gemacht.

Die bevorzugte Abtastmethode für das System 10, welche nichtgleichlaufende Abtastbewegungen in den Winkeln χ$,^benutzt, wird in Fig. 10a-c erläutert. Fig. 10a erläutert zwei aufeinanderfolgende Abtastungen durch das Quellen-Detektor-Paar 24, 26 die die Strahlungsbündel bT bzw. b2 liefern. Fig. 10b stellt eine Aufzeichnung der Abtastwege dar, die während einer Vielzahl von Abtastungen von dem Quellen-Detektor-Paar 24, 26 erzeugt und in der (0,j^)-Ebene aufgetragen wurden. Fig. 10c stellt ein Flußdiagramm dar, das einen vollständigen Arbeitsablauf zur Sammlung der Daten zeigt, die an den für eine exakte Rekonstruktion nötigen Meßpunkten genommen werden.

In der in Fig. 10a dargestellten bevorzugten Ausführung liefert die Quelle 24 ein fächerförmiges Strahlenbündel, das den Schwenkwinkel 6 von 20° überspannt. Es leuchtet ein, daß in Fig. 10a die Strahlungsbündel b1, b2 die Mittelbündel einer Bündelvielfalt darstellen, und demgemäß jeder von dem mittleren Detektor der Anordnung aufgenommen wird. Die Röhre ist so ausgerichtet, daß sie das 20°-Bündel durch den Querschnitt schickt, und viele Quellenblenden teilen den Strahlungsfächer in 20 kollimierte Strahlungsbündel. Jeses Bündel ist auf eine Weite von 0,2° kollimierti Eine Anordnung von 20 ausgerichteten Detektoren ist durch den Winkel OC zwischen benachbarten Detektoren von einem Grad gekennzeichnet. Diese Kombination erlaubt Messungen über einen Bogen von 20° bei jedem Grad des Schwenkwinkels j6, ohne das Paar 24,26 wirklich zu drehen. Für eine erhöhte Auflösung wird das Paar 24, 26 in kleinen Schritten durch einen Winkel von einem Grad geschwenkt. Vorzugsweise werden Messungen bei einem Winkel Q

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V-/ ■ ■ **S *~ W

von einem Grad und bei Winkeln φ von 0,2 Grad vorgenommen. Dies ergibt eine den Querschnitt des Patienten überdeckende Matrix von 100x180 Punkten. Wachsende Zahl der Zuwachsschritte im Schwenkwinkel φ erhöht die Matrixdichte und liefert so eine erhöhte Auflösung.

Bei der Untersuchung liegt der zu beobachtende Patient auf der Bahre 14 zwischen den Quelle-Detektor-Anordnungen 24,26. Fig. 10a zeigt einen hypothetischen Querschnitt des Patienten, dessen Mitte sich im wesentlichen in der Gegend der Welle 48 befindet, um sicherzustellen, daß eine wirksame Systemachse, um welche die Quellen-Detektor-Anordnung 24, 26 umläuft, durch den Patienten geht. Die Tabelle I setzt die Winkel #, tf'fest, bei denen für eine Anordnung von 20 Detektoren, mit einem Abstandswinkel OC von 1° zwischen benachbarten Detektoren, mit der Entfernung d zwischen dem Ursprung und der Quellenachse von 70 cm Messungen erfolgen sollen. Der Zuwachs im Schwenkwinkel φ ist ein ganzzahliger Teiler des Winkels(X; z.B. -^l = 0,2°. Diese Tabelle ergibt eine Matrix von 100x180 Punkten, entsprechend einem Δ θ von einem Grad unddt von 0,203 cm.

	Tabelle I	!f ⁼	.179° ...0,2° Λ° o,6° 8°
φ	Messen bei	. 179 , · · · .179,
O 0,2 0,4 0,6 0,8	0°,1°,2°, 3°, 179,2°, 178,2° 0,4°, 1,4°, .. 179,6°, 178,6° 1

Fürot« 1°, ~- « 0,2°, d « 70 cm

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Bei dem in rig. 10c abgebildeten Programmablaufplan ist das Quelle-Detektor-Paar 24, 26 ursprünglich so eingerichtet, daß die Winkel % , φ = O⁰ sind. Mit dem Winkel φ = 0°, wird

das Quelle-Detektor-Paar durch einen Bogen von 180 in der Richtung gedreht.

Während der ersten Abtastung, werden Messungen bei den Winkeln

NoO gemacht, wobei N = O, 1, ,179 ist. Demnach werden bei

der ersten Abtastung Messungen bei jeder ganzen Zahl von Graden zwischen 0° und 179° gemacht. Wenn der Winkeljf180° erreicht, wird der Schwenkwinkel φ um den Winkel Αφ = <x/n vergrößert, wobei η eine ganze Zahl ist; wird η =5 gewählt, ergibt sich, wie gezeigtΛ Φ = 0,2. Das Quelle-Detektor-Paar 24,26 ist bis zum Winkel ~tf =180 umgelaufen, es läuft nun weiter von -180 bis 0° um den Prüfung, oder es reversiert und läuft zurück von 180° bis 0°. Messungen werden bei den Winkeln Y^ = -179,2°, -178,2 , .... 0,2 gemacht. Der Schwenkwinkel φ wird dann um weitere 0,2° erhöht, und der Vorgang wird fortgesetzt bis der Schwenkwinkel φ oCoder 1° erreicht. Der Abtastweg der Fig. 10b ist der eines andauernden Umlaufs ohne Richtungsumkehr. Dies ist die bevorzugte Abtastbewegung, da Richtungsumkehrungen vollständig beseitigt wurden. Wird jedoch das System 10 nach jedem 180 -Abtastvorgang in die entgegengesetzte ^-Richtung gesteuert, so sind nur 4 Umkehrungen für n=5 nötig. Dies ist der in Tabelle I erläuterte Fall.

Fig. 11a und 11b stellen die Abtastwege in der ( V";jzO-Ebene dar, die das Quellen-Detektor-Paar 24, 26 der Fig. 7b bei gleichlaufender Ψ,φ -Bewegung des Quelle-Detektor-Paares zurückliegt. Das Quelle-Detektor-Paar schwenkt um den Arm 42, während es gleichzeitig um die Welle 48 umläuft. In die Fig. 11a und 11b sind die Meßpunkte ^(^ίθ-), bei denen Messungen gewünscht werden, von Fig. 8b übertragen. In Fig. 11a sind die Bewegungen des Quelle-Detektor-Paares so koordiniert, daß der Winkel θ konstant bleibt. Der sich ergebende Abtastweg ist eine Geradenschar mit einer Steigung

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von 4-5° die durch die Meßpunkte πι(ΐ,,θη) geht. Messungen werden gemäß Gl. (4) und (5) vorgenommen, um eine exakte Rekonstruktion zu erhalten. Um die Trennung vonΔθ zwischen den einzelnen Abtastwegen zu erhalten, die die Koinzidenz mit den Meßpunkten ermöglicht, muß das Quelle-Detektor-Paar 24,.26 beschleunigt und gebremst werden. Diese Geschwindigkeit sänderungen kann man nach einem Durchgang des Strahlenbündels durch den Prüfling und vor Beginn des nächsten Durchgangs leicht erreichen, da keine Richtungsumkehr erforderlich ist.

Fig. 11b stellt die Abtastwege dar, die zusammen mit den Meßpunkten π^ΐ,,θ ) eingetragen wurden, wobei der Winkel θ während der gleichlaufenden ^,jzi-Bewegungen nicht konstant gehalten wurde. Durch Wahl einer Beziehung zwischen den φ- und ^-Bewegungen, die den Wert des Winkels θ während des Abtastens beeinflussen, weicht die Steigung des Abtastweges von. 4-5 ab. In Abhängigkeit von der gewählten Steigung kann der Abtastweg durch vüLe Meßpunkte hindurchgehen. Trifft der Weg die erforderlichen Meßpunkte nicht, so wird er genügend nahe an den Meßpunkten vorübergehen, so daß eine Interpolation, wie z.B. der lineare Mittelwert, zwischen den Datenpunkten von dem Datenverarbeitungsgerat 18 gebildet, für eine exakte Rekonstruktion genügen.

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Claims

Patentansprüche

.!Einrichtung zum Abtasten eines inneren Teiles eines Lebewesens mit einem Strahlungsbündel durch Punkte £t (k), θ (η) J um einen Ursprung in einer durch das Lebewesen gehende Ebene, mit einer Haltevorrichtung; einer Strahlungsquelle, die so an die Haltevorrichtung montiert ist, daß sie um eine Systemachse umlaufen und um eine Quellenachse verschwenkt werden kann, und die geeignet ist, ein Strahlungsbündel durch das Lebewesen in einem die Ebene umfassenden Gebiet auszusenden; und einem Strahlendetektor, der mit der Quelle zusammen in dem Umlaufkreis bewegt werden kann zum Aufnehmen des Strahlungsbündels, nachdem es das Lebewesen durchstrahlt hat, gekennzeichnet durch Datensammeleinrichtungen (18, 24) einschließlich des Strahlendetektors zum Messen der Intensitätswerte des durch das Lebewesen geschickten Strahlenbündels bei Werten eines Quellenschwenkwinkels ^, um die Quellenachse gemessen, und bei Werten eines Umlaufwinkels 3* ι welche im wesentlichen definiert sind durch die Beziehungen φ = für kleine Werte des Winkels φ und t = φ + ηΔθ, wobei d den Abstand zwischen dem Ursprung und dem Punkt bedeutet, um den die schwenkbare Strahlungsquelle geschwenkt wird, und k und η ganze Zahlen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellenachse quer zur Systemachse liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Quellenachse im wesentlichen senkrecht zu der Systemachse steht.

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4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle ein Strahlenbündel erzeugt, das eine im Verhältnis zu den Abmessungen des Lebewesens kleine Querschnittsfläche besitzt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle ein Strahlungsbündel erzeugt, das eine verglichen mit den Abständen benachbarter Punkte kleine Querschnittsfläche besitzt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Haltevorrichtung einen ersten Motor für den steuerbaren Umlauf der Quelle um die Systemachse an der Haltevorrichtung besitzt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Haltevorrichtung einen zweiten Motor zur steuerbaren Schwenkung der Quelle um die Schwenkachse besitzt.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle eine Röntgenröhre zur Erzeugung eines fäherf örmigen Strahlungsbündels in dem Bereich der Ebene und eine Blendeneinrichtung zur Erzielung einer Vielzahl divergierender Strahlungsbündel aus dem fächerförmigen Strahlungsbündel besitzt.

). Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahlungsdetektor eine Detektorblendenanordnung mit einer Vielzahl von Blendendurchgängen und eine Vielzahl jeweils

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von
mit der Tößllzahl/Blendendurchgängen ausgerichteter Szintillatoren

besitzt. L

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , . daß Steuereinrichtungen mit der Haltevorrichtung verbunden sind, die eine vorherbestimmte Beziehung zwischen Umlauf—und Schwenkbewegungen der Strahlungsquelle herstellen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η -

ζ ei chnet , daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Beschleunigen und Abbremsen der Umlaufbewegung der Strahlungsquelle enthält.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

eine

gekennz ei chnet durch/Detektorsteuereinrichtung, die mit dem Strahlungsdetektor verbunden ist, zur Aufrechterhaltung einer vorherbestimmten räumlichen Beziehung zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor während der UmIaufbewegung.

13· - Verfahren zum Abtasten eines inneren Teiles eines Lebewesens mittels eines aus einer Strahlungsquelle stammenden Eöntgenstrahlenbündels zur Bestimmung der Strahlenabsorptionskennwerte des Lebewesens an Punkten [t(k), θ (η)J unreinen Ursprung in einer durch das Lebewesen gehende Ebene, das das Aussenden eines Strahlungsbündels von der Strahlungsquelle durch das Lebewesen zu dem Strahlungsdetektor, das gesteuerte Umlaufen der Strahlungsquelle und des Detektors in der Ebene um eine vorbestimmte Systemachse, und das Schwenken der Strahlungsquelle um eine Quellenachse einschließt, dadurch gekennzeichnet , daß die Intensitätswerte des durch das Lebewesen hindurchgetretenen Strahlungsbündels bei Winkeln φ, cTgemessen werden, welche im wesentlichen definiert sind durch die

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Beziehungen φ = sin"¹ und t= Φ + η Δ θ, wobei d den Abstand zwischen dem Ursprung und der Quellenachse bezeichnet und k und η ganze Zahlen sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß zum Umlaufen das Beschleunigen und Abbremsen der Umlaufbewegungen des. Strahlendetektors und der Strahlenquelle gehören.

15· Vorrichtung zum Abtasten eines inneren Teils eines Lebewesens mit einem Strahlungsbündel, bei der das Strahlungsbündel durch das Lebewesen geschickt und seine Absorption durch das Lebewesen gemessen wird, mit einer Strahlungsquelle, die in einer vorbestimmten Ebene um das Lebewesen umlaufen kann; einem Strahlungsdetektor, der zusammen mit der Quelle umläuft und die Strahlung von der Quelle nach deren Durchgang durch das Lebewesen empfängt; Einrichtungen zur gesteuerten Schwenkung der Strahlenquelle um eine Achse unabhängig von der Umlaufbewegung der Quelle, Antriebseinrichtungen für die Umlauf- und Schwenkbewegungen der Strahlenquelle; und mit dem Strahlungsdetektor verbundenen Datenverarbeitungseinrichtungen zur Erzeugung einer Darstellung der von dem Detektor empfangenen Strahlung, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkachse der Quelle im wesentlichen senkrecht auf der Umlaufebene steht.

16. Vorrichtung zum wiederholten Abtasten eines inneren Abschnittes eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch koplanare Punkte ft(k), Ö(n)J um einen Ursprung in einer durch den Körper gehenden Ebene, gekennzeichnet durch:

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(a) eine schwenkbare Haltevorrichtung;

(b) schwenkbar montierte Strahlungsquellen, die durch die Vorrichtung so gehalten werden, daß sie in der genannten Ebene um einen den Ursprung umfassenden Bereich umlaufen können, wobei die Quelle geeignet ist, ein Strahlungsbündel innerhalb der Ebene und durch den zu prüfenden Körper auszusenden und das Strahlungsbündel einen im Vergleich zu dem Körper kleinen Querschnitt besitzt;

(c) Strahlungsdetektoren, mit der Anordnung verbunden und so auf die schwenkbar montierte Strahlungsquelle hin ausgerichtet, daß sie die Strahlungsbündel aufnehmen, nachdem diese den Körper durchdrungen haben; und

(d) Datensammeleinrichtungen einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung der Strahlungsbündel bei Werten eines Schwenkwinkels φ und Werten eines Umlaufwinkels ö\ welche im wesentlichen gekennzeichnet sind als φ - (ϊ^ί.) für kleine Werte

, des Winkels φ und ö « φ + ηΔθ, wobei d den Abstand zwischen dem Ursprung und dem Punkt, um den die schwenkbare Strahlungsquelle geschwenkt wird, bedeutet, und k, η ganze Zahlen sind.

17· Vorrichtung zum wiederholten Abtasten eines inneren Abschnittes eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch im wesentlichen in einer den Körperabschnitt enthaltenden Ebene um einen Ursprung gleichmäßig verteilte koplanare

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Punkte t(k),G(n)J , gekennzeichnet durch:

(a) eine Haltevorrichtung, die eine quer zu der Ebene verlaufende und um den Ursprung umlauffähige Achse für die Strahlungsquelle ergibt;

(b) eine Strahlungsquelle, die schwenkbar mit der Haltevorrichtung so verbunden ist, daß sie mit der Strahlungsquellenachse in der Ebene um den Ursprung umlaufen kann, wobei die Strahlungsquelle geeignet ist ein Strahlungsbündel in der Ebene durch den zu untersuchenden Körper auszusenden und das Strahlungsbündel einen im Vergleich zu dem Körper kleinen Querschnitt besitzt,

(c) Strahlungsdetektoren, die mit der Strahlungsquelle koordiniert und zur Aufnahme des Strahlungsbündels nach Durchgang durch den Körper geeignet sind, und

(d) Datensammeleinrichtungen einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung der Strahlungsbündel bei Werten der Winkel ff, )f, jeweils um die Quellenachse beziehungsweise die Systemachse gemessen, die im wesentlichen gekennzeichnet sind durch φ - () für kleine

Werte des Winkels jzf und ^ « φ + nAQ , wobei d den Ab- - stand zwischen Quellen- und Systemachse bedeutet und k und η ganze Zahlen sind.

Vorrichtung zum wiederholten Abtasten eines inneren Abschnittes eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch im wesentlichen gleichmäßig um einen Ursprung in einer den inneren Abschnitt des Körpers enthaltenden Ebene verteilte koplanare Punkte [t(k),O(n2 , gekennzeichnet durch:

(a) eine Haltevorrichtung, die eine im wesentlichen zu der Ebene senkrechte und um eine Umlaufachse durch den Ursprung umlaufende Quellenachse ergibt,

(b) eine Strahlungsquelle, die schwenkbar mit der Haltevorrichtung verbunden und mit der Quellenachse in der Ebene um den Ursprung umlaufen kann, wobei die Strahlungs-

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quelle zum Aussenden eines Strahlungsbündels durch einen teilweise in der Ebene gelegenen Körper bestimmt ist, und das Strahlenbündel bei relativ kleiner Querschnittsfläche einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als der Abstand benachbarter koplanarer Punkte,

(c) Strahlungsdetektoren, die mit der Haltevorrichtung verbunden und mit Strahlungsquelle ausgerichtet sind, wobei die Strahlungsdetektoren zur Aufnahme des Strahlungs bündeis nach dessen Durchtritt durch einen solchen Körper ausgebildet sind, und

(d) Datensammeleinrichtungen einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung an den Strahlungsbündeln bei Werten der Winkel jzf_t }f, jeweils um die Quellenachse bzw. die Systemachae gemessen, die im wesentlichen gekennzeichnet sind als φ = sin ( ) und ff = φ + ηΛθ, wobei d den Abstand zwischen Quellen- und Systemachse bedeutet und k und η ganze Zahlen sind.

19· Abtastvorrichtung nach Anspruch 1§ dadurch gekennzeichnet , daß die Haltevorrichtung einen ersten Motor zum gesteuerten Umlauf der Quellen- um die Systemachse besitzt.

20. Abtastvorrichtung nach Anspruch19> dadurch gekennzeichnet , daß die Haltevorrichtung einen zweiten Motor zur steuerbaren Schwenkung der Strahlungsquelle um die Quellenachse einschließt.

21. Abtastvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle besitzt:

(a) eine Röntgenröhrei die ein fächerförmiges Strahlungsbündel in der erwähnten Ebene erzeugt; und

(b)' eine Blendenanordnung, die aus dem fächerförmigen Strah-^v lungsbündel eine Vielzahl von Einzelbündeln erzeugt.

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22. Abtastvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahlungsdetektor besitzt:

(a) eine Blende mit einer Vielzahl von Blendendurchgängen; und

(b) eine Vielzahl von Szintillatoren, die jeweils mit der Vielzahl den von Blendendurchgängen ausgerichtet sind.

Vorrichtung zur wiederholten Abtastung des inneren Abschnittes eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch um einen Ursprung in einer den Körperabschnitt enthaltenden Ebene im wesentlichen gleichmäßig verteilte koplanare Punkte ft(k),©(n)| ,^ g e k e 11 η ζ e i c h η e t durch:

(a) eine Strahlungsquelle, die einen Abtaststrahl durch den Körper schickt, wobei das Strahlungsbündel einen im Vergleich zu dem Körper kleinen Querschnitt besitzt;

(b) Strahlungsdetektoren, die das Strahlungsbündel nach Durchtritt durch den Körper aufnehmen können;

(c) schwenkbare Halteeinrichtungen, die die Strahlungsquelle und Strahlungsdetektoren so gegenseitig ausgerichtet tragen und halten, daß der Detektor den Strahl aufnehmen kann, wobei die Halteeinrichtung besitzt:

i) Dreheihrichtungen, die die Strahlungsquelle in der Ebene gesteuert um den Ursprung einen Umlaufwinkel Ϋ zurückzulegen gestatten und die Strahlungsquelle gesteuert um einen Winkel φ um die senkrecht auf der Ebene stehende und im wesentlichen durch die Strahlungsquelle gehende Strahlungsachse schwenken.; und ii) Steuerorgane, die mit der Dreheinrichtung verbunden eine gesteuerte Beziehung zwischen Umlauf- und Schwenkbewegungen der Strahlungsquelle herstellen, während das Strahlenbündel bei aufeinanderfolgenden Abtastungen den Körper durchläuft; und

(d) Datensammeleinrichtungen, einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung an den Strahlungsbündeln bei den Winkeln ^, V', jeweils um die Quellen-

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achse bzw. um den Ursprung gemessen, die im wesentlichen

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gekennzeichnet sind als rf - sin (—3—- ) und. v" = φ + η/\θ, wobei d den Abstand zwischen der Quellenachse und dem Ursprung bedeutet, und k und η ganze Zahlen sind.

24*. Abtastvorrichtung nach Anspruch 23s dadurch gekennnze ichnet , daß die Steuereinrichtungen einen Motor zum Beschleunigen und Abbremsen der Strahlungsquelle zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen einschließen.

25. Vorrichtung zum wiederholten Abtasten des inneren Abschnitts eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch im wesentlichen um einen Ursprung in einer den Körperabschnitt enthaltenden Ebene gleichmäßig verteilte koplanare Punkte rt(k)_i9(n)l , gekennzeichnet durch:

(a) eine Strahlungsquelle, die ein Strahlungsbündel

durch den Körper schickt, der verglichen mit dem Körper

einen kleinen Querschnitt besitzt;

(b) Strahlungsdetektoren, die zur Aufnahme degStrahlenbündels nach dessen Durchgang durch den Körper geeignet sind;

(c) eine schwenkbare Halteeinrichtung, die die Strahlungsquelle und die Strahlungsdetektoren in solcher gegenseitiger Ausrichtung trägt und hält, daß die Strahlungsdetektoren die Strahlungs_bündel aufnehmen können, wobei die Halteeinrichtung einschließt

i) eine Dreheinrichtung, die die Strahlungsquelle und die Strahlungsdetektoren gleichzeitig in der Ebene um einen Umlaufwinkel % um den Ursprung und um einen Schwenkwinkel jzf um eine effektiv durch die Strahlungsquelle gehende und senkrecht auf der Ebene stehende Quellenachse bewegen; und

ii) Steuerorgane, die mit der Dreheinrichtung verbunden einen linearen Zusammenhang zwischen den Schwenkbewegungen der Quelle und der Detektoren herstellen, während das Strahlen-

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bündel bei aufeinanderfolgenden Abtastungen durch den Körper läuft; und

(d) Datensammeleinrichtungen einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung an den Strahlungsbündeln bei Winkeln φ, tf⁷, jeweils um die Quellenachse bzw. um den Ursprung gemessen, die im wesentlichen gekennzeichnet sind als φ = sin ( ) und ^= φ + η4θ, wobei d den Abstand zwischen dem Ursprung und der Quellenachse bedeutet, und k und η ganze Zahlen sind.

Vorrichtung zum wiederholten Abtasten eines inneren Abschnittes eines Körpers mit einem Strahlungsbündel durch im wesentlichen gleichmäßig verteilte koplanare Punkte [t(k),Q(nj]| um einen Ursprung in einer den Körperabschnitt enthaltenden Ebene, gekenn ze ich η et durch:

(a) ein Strahlungsquellen-Detektor-Paar, das ein Strahlungsbündel durch den Körper zu schicken in der Lage ist;

(b) eine Haltevorrichtung, die eine Quellenachse ergibt, welche um den Ursprung umläuft, wobei das Quellen-Detektor-Paar schwenkbar mit der umlaufenden Quellenachse verbunden ist; und

(c) Datensammeleinrichtungen einschließlich der Strahlungsdetektoren, zur Intensitätsmessung des Strahlungsbündels bei Winkeln jrf, }fum die Quellenachse bzw. um den Ursprung die im wesentlichen charakterisiert sind als φ =sin~ (—-*—) und Jfβ φ + η Λ θ, wobei d den Abstand zwischen Quellenachse und Ursprung bedeutet und k und η ganze Zahlen sind.

Verfahren zum aufeinanderfolgenden Abtasten eines inneren Körperabschnittes mit einer ein Eöntgenstrahlbündel liefernden Strahlungsquelle, um den Absorptionskoeffizienten an um einen Ursprung in einer den Körperabschnitt enthaltenden Ebene liegenden _i;i Punkten jjb(k),0(n)[ zu bestimmen, gekennz e ichne t durch die folgenden Verfahrensschritte:

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(a) Abtasten mit einem von der Quelle durch den Körper zu dem Detektor gesandten Strahlenbündel;

(b) Gesteuerten Umlauf der Quelle in der Ebene durch einen WinkelvTum eine virtuelle Systemachse durch den Ursprung;

(c) Gesteuertes Schwenken der Quelle in der Ebene um einen Winkel φ um eine virtuelle Quellenachse;

(d) Messung der Intensität des Bündels an den Winkeln φ, ^T, die im wesentlichen charakterisiert sind als φ =sin (—·*—) und ψ = φ + ηΔθ, wobei d. den Abstand zwischen dem Ursprunf und der Quellenachse bedeutet und k und η ganze Zahlen sind.

28« Verfahren zum aufeinanderfolgenden Abtasten eines inneren Körperabschnittes mit einem Röntgenstrahl, um die Absorptionskoeffizienten an im wesentlichen um einen in einer Ebene durch den Körper errichteten Ursprung gleichmäßig verteilten Punkten [jt(k),G(n)~| zu bestimmen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Hindurchschicken eines RöntgenstrahlenbündeIs von der Strahlungsquelle durch den Körper;

(b) Aufnehmen des Bündels mit dem Strahlungsdetektor, nachdem es den Körper durchstrahlt hat;

(c) Aufeinanderfolgende Umläufe der Quelle und des Detektors in der Ebene um den Ursprung über einen Winkel "fr und gesteuertes Schwenken der .Quelle und. des Detektors über einen Winkel φ um eine effektiv durch die Quelle gehende, und mit ihr umlaufende Quellenachse; und

(d) Messen der Intensität des Bündels bei den Winkeln Φ, ^, die im wesentlichen charakterisiert sind als φ =sin ( / und ^= φ + ηΔθ, wobei d den Abstand zwischen Quelle und Syst em-Achse bedeutet und k und η ganze Zahlen sind.

29. Verfahren zum Abtasten nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η r· zeichnet , daß der Schritt des gesteuerten Schwenkens auch einen Schritt des Beschleunigens und Abbremsens der Quelle und des Detektors zwischen aufeinanderfolgenden Umläufen mit einschließt.

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