DE2623965C3

DE2623965C3 - Computer-Tomograph

Info

Publication number: DE2623965C3
Application number: DE2623965A
Authority: DE
Inventors: Peter George Gerrards Cross Buckinghamshire Langstone
Original assignee: EMI Ltd HAYES MIDDLESEX GB
Current assignee: EMI Ltd HAYES MIDDLESEX GB
Priority date: 1975-06-11
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1986-06-19
Also published as: US4066906A; JPS522188A; FR2313901A1; FR2313901B1; GB1551736A; NL7605979A; NL182617C; DE2623965B2; DE2623965A1; NL182617B; JPS5426879B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomographen mit Antriebs- und Führungsmitteln zur Erzeugung einer lateralen Abtastbewegung der Quelle und der Detektoranordnung mit konstanter Geschwindigkeit in bezug auf eine Ausnehmung, in der sich ein zu untersuchender Körper befindet, bei zahlreichen unterschiedlichen Winkelstellungen der Quelle und der Detektoranordnung in bezug auf die Ausnehmung, wobei alle Abtastbewegungen in derselben Ebene erfolgen, mit Mitteln zur Erzeugung von Taktimpulsen, die ein Maß für den Fortschritt der lateralen Abtastbewegungen sind, wobei durch die Taktimpulse jedes von der Detektoranordnung erzeugte Ausgangssignal einem zugehörigen linearen Strahlenweg zugeordnet wird, wobei die wirksame Breite der einzelnen Strahlenwege durch die Taktimpulse wenigstens teilweise festgelegt ist.

In der DE-OS 19 41 433 und der DE-OS 24 42 009 sind radiographische Geräte beschrieben, bei denen die Strahlungsquelle und die aus einem oder mehreren Detektoren bestehende Detektoranordnung eine Abtastbewegung relativ zum Körper in der interessierenden Ebene ausführen. Die Abtastung erfolgt dabei so, daß der Körper entlang zahlreicher koplanarer Wege bestrahlt wird, von denen sich zahlreiche Wege innerhalb des Körpers schneiden. Die Absorption, die die Strahlung beim Durchlaufen jedes Weges erfährt, wird gemessen und in einem Rechenprozeß ausgewertet, bei dem der Absorptionskoeffizient jedes einzelnen Elementes einer in der interessierenden Ebene des Körpers angenommenen zweidimensionalen Matrix von Elementen ermittelt wird.

Um den Körper entlang dieser unterschiedlichen Wege bestrahlen zu können, führen die Quelle und die Detektoranordnung eine lineare Relativbewegung in

ίο bezug auf den Körper aus, worauf die Quelle und die Detektoranordnung um einen vorgegebenen Winkel um eine Achse gedreht werden, die senkrecht zur interessierenden Ebene liegt, worauf die Strahlungsquelle und die Detektoranordnung erneut eine lineare Relativbewegung in bezug auf den Körper, jedoch nun in entgegengesetzter Richtung wie bei der vorangehenden linearen Abtastung ausführen. Diese abwechselnden linearen Abtastbewegungen mit den dazwischen vorgenommenen Drehschritten werden fortgesetzt, bis insgesamt eine Drehung von etwa 180° oder mehr erreicht worden ist

Damit die Rechnung mit der erforderlichen Genauigkeit erfolgen kann, ist es erforderlich, daß die Lage der Quelle und der Detektoranordnung während des Abtastprozesses genau überwacht wird, so daß die sich auf die Absorption der Strahlung beim Durchqueren der einzelnen Wege beziehenden Signale identifiziert und an der richtigen Stelle des Rechenprozesses verwendet werden können. Zu diesem Zweck werden bei den bekannten Geräten Taktimpulse erzeugt, die ein Maß für den Fortschritt der lateralen Abtastbewegungen sind, wobei durch die Taktimpulse den Detektoren nachgeschaltete Integratoren gesteuert werden und dadurch die wirksame Breite der einzelnen Strahlcnwege festgelegt wird.

Insbesondere bei einem Gerät, das z. B. in der DE-OS 24 42 009 beschrieben ist und zur Untersuchung des Rumpfes von menschlichen Patienten dient, müssen beträchtliche Unterschiede in den Querschnittsabmessungen des Körpers bei den Patienten berücksichtigt werden. Um die Lage des Patienten in bezug auf das Gerät festlegen zu können, wurde vorgeschlagen, mehrere Ringe verschiedener Größe zu verwenden, von denen einer geeigneter Größe auszuwählen ist, der um den Körper im Bereich der interessierenden Ebene gelegt wird. Dabei wird für jeden Patienten jeweils ein Ring mit Übergröße ausgewählt und der Bereich zwischen dem Ring und dem Körper wird mit einem Medium ausgefüllt, das etwa die gleichen Absorptionseigenschaften hat wie menschliches Körpergewebe.

Wenn das Gerät ohne weitere Modifikation benutzt wird, werden die Körperschichtdarstellungen bei kleinen Körpern mit der gleichen räumlichen Auflösung wie bei großen Körpern gewonnen, während es erwünscht wäre, daß sich die Auflösung mit den Abmessungen des Körpers ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Auflösung je nach Abmessungen des untersuchten Körpers veränderbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse Vorrichtungen zur Einstellung der Frequenz dieser Impulse in Abhängigkeit von der gewünschten wirksamen Breite des Strahlenweges und damit der Auflösung der Schichtdarstellung entsprechend den Querschnittsabmessungen des untersuchten Körpers enthalten.

Bei einem solchen Gerät, bei dem die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse eine Stricheinteilung, eine Lampe und eine Fotozelleneinheit enthalten, welche mit den lateralen Abtastbewegungen der Quelle und der Detektoranordnung eine Relativbewegung zwischen der Stricheinteilung einerseits und der Lampe und Fotozellenschaltung andererseits vollziehen, enthalten in Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse mehrere auswählbare Stricheinteilungen mit in sich jeweils konstantem, voneinander jedoch unterschiedlichem Strichabstand.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gerätes und

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung wird der interessierende Teil des zu untersuchenden, nicht dargestellten Körpers in einem Ring oder Kragen 1 festgelegt. Der Kragen 1 besteht aus einer unteren Hälfte 2, die lösbar an einem festen Teil des Gerätes befestigt ist, beispielsweise mittels Bolzen 3, und aus einer oberen Hälfte 4, die an der unteren Hälfte befestigt wird, nachdem der Patient in dieser seine vorgegebene Lage eingenommen hat. Ein nicht dargestellter Beutel, der einen Stoff enthält, der Strahlung in gleicher Weise absorbiert wie menschliches Körpergewebe, wird um den Körper gewickelt und zwischen dem Körper des Patienten und dem Kragen 1 eingeschlossen, so daß Luft so weit wie möglich vom Umfang des zu untersuchenden Körperquerschnitts verdrängt wird.

Auf einer Seite des Kragens 1 ist eine Röntgenstrahlenquelle 5, und auf der gegenüberliegenden Seite eine Detektoranordnung 6 mit zugehörigen Kollimatoren 7 angeordnet. Diese Teile können umlaufende und translatorische Abtastbewegungen in bezug auf den Kragen ausführen, wobei als Antrieb nicht dargestellte Elektromotoren dienen, die jeweils die Wellen 8 bzw. 9 antreiben. Die Welle 8 treibt einen Stift iO an, der Teil eines Malteser-Mechanismus zur Ausführung von Drehungen ist, wobei diese Drehbewegung in Winkelstufen von wenigen Grad durchgeführt wird. Der Rest des Malteser-Mechanismus besteht aus einem feststehenden Ring U, der ein ringförmiges Lager 12 trägt, um das sich ein Zahnring 13 bewegen kann. Diese Bewegung erfolgt in F i g. 1 senkrecht zur Papierebene. Mit dem Ring 13 ;äuft ein Rahmen um, auf dem die Komponenten für die Durchführung der translatorisehen Abtastbewegung einschließlich des die Welle 9 antreibenden Elektromotors gelagert sind. Dieser Motor ist ein in seiner Drehrichtung umsteuerbarer Motor.

Die Welle 9 treibt einen endlosen Zahnriemen 14 aus Gummi mittels eines Zahnrades 15 an. Der Zahnriemen 14 erstreckt sich über die Papierebene hinaus und verläuft über eine gezahnte Umlenkrolle (nicht dargestellt). Am Zahnriemen 14 ist an einer Seite des Zahnrades 15 und der Umlenkrolle ein Joch 16 angebracht, das eine längliche, ovale Form aufweist und die Röntgenstrahlenquelle 5 sowie die Detektor/Kollimatoranordnung 6 und 7 trägt. Auf dem Joch 16 befindet sich ein Rahmen 17, der Rollen 18 trägt, die in linearen, rillenförmigen Spuren 19 in einem am Ring 13 angebrachten Teil 20 laufen. Das Teil 20 läuft somit mit dem Ring 13 um, nimmt jedoch nicht an der translatorischen Abtastbewegung teil. Das Joch 16 ist so ausgebildet, daß es relativ daza translatorische Bewegungen ausführen kann. Die Hin- und Rückbewegung des Joches 16 (d. h. die Bewegung senkrecht zur Papierebene in Fig. 1) wird durch zwei Rollen 21 begrenzt, die auf einer Platte rollen, die wie das Teil 20 umläuft, aber an der translatorischen Abtastbewegung nicht teilnimmt

Um eine gleichmäßige Massenverteilung auch während der translatorischen Abtastbewegung der Quelle 5 zu erzielen, ist ein Gegengewicht 23 an der bezüglich des Joches 16 gegenüberliegenden Seite des Zahnriemens 14 angebracht, welches somit Bewegungen in entgegengesetzter Richtung wie die Quelle 5 ausführt Das Gegengewicht 23 läuft auf zwei Stangen 23a und 23Z>.

Der Bewegungsablauf ist folgendermaßen: zunächst wird das Joch 16 mit seinem Zubehör (einschließlich der Quelle 5 und der Detektoranordnung 6) zu einer ersten lateralen Abtastbewegung relativ zum Kragen 1 veranlaßt Dann wird der Ring 13 und sein Zubehör (einschließlich des Joches 16) um einen Winkel von z. B. 10° relativ zum Kragen gedreht Danach führen das Joch und sein Zubehör eine zweite laterale Abtastbewegung relativ zu der Ausnehmung aus, wobei diese Abtastbewegung in entgegengesetzter Richtung wie die erste laterale Abtastbewegung verläuft. Anschließend folgt ein zweiter Drehschritt des Ringes 13 und seines Zubehörs. Die^e Bewegungsfolge setzt sich fort, bis der Ring 13 insgesamt eine Drehbewegung von etwa 180° oder mehr ausgeführt hat

Die Quelle 5 ist so ausgebildet, daß sie einen Strahlungsfächer erzeugt, dessen Winkel beispielsweise 10° beträgt. Die Detektoranordnung 6 enthält zahlreiche für die Strahlung empfindliche Detektoren, von denen jeder auf die Strahlung anspricht, die entlang einem radialen Weg innerhalb des Fächers auf ihn trifft, beispielsweise dreißig Detektoren. Die Strahlung, die von jedem Detektor empfangen werden kann, wird durch einen ihm zugeordneten Kollimator der Kollimatoren 7 definiert. Mit Fortschreiten der lateralen Abtastbewegung erzeugt jeder Detektor Ausgangsignale, die ein Maß für die Strahlungsintensität sind, die von den Körper entlang zahlreicher unterschiedlicher Wege jeweils hindurchgelassen wird. Die Breite jedes Weges wird durch elektrische Taktimpulse bestimmt, die während jeder lateralen Abtastbewegung erzeugt werden und dazu dienen, die Integrationszeit von Integrationsschaltungen 24 (F i g. 2) zu steuern, die für jeden der Detektoren vorgesehen sind. Die Integrationsschaltungen 24 speisen Datenverarbeitungsschaltungen (nicht dargestellt), in denen die Daten so verarbeitet werden, daß die Verteilung der Absorption, die die Röntgenstrahlung von der Quelle 5 in der interessierenden ebenen Scheibe des Körpers des Patienten erfährt, dargestellt werden kann. Diese Datenverarbeitung wird nicht weiter erläutert, da sie bekannt ist und nicht zur Erfindung gehört. Solche geeignete Datenverarbeitungsanordnungen sind in der DE-OS 19 41 433 und 24 20 500 beschrieben.

Die erwähnten Taktimpulse werden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein Element 25 erzeugt, das aus einem durchsichtigen Teil mit darauf im Abstand voneinander angebrachten undurchsichtigen Linien sowie aus einer Lampen/Fotozelleneinheit 26, 27 beste!:!. Das Element 25 ist mittels eines Armes 31 an einem Teil des Gerätes angebracht, das umläuft, aber nicht an der translatorischen Abtastbewegung teilnimmt. Die Lampen/Fotozelleneinheit 26,27 ist am Joch

16 befestigt Auf diese Weise überstreicht die Lampen/ Fotozelleneinheit während jeder lateralen Abtastbewegung die Stricheinteilung auf dem Element 25.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Element 25 drei Stricheinteilungen 28, 29 und 30 enthält, bei denen der Abstand der Striche jeweils unterschiedlich ist. Die Einheit 26,27 enthält demzufolge drei Lampen und drei Fotozellen, und zwar eine Lampe und eine Fotozelle für jede Stricheinteilung. Der Grund dafür, daß drei Stricheinteilungen und drei Lampen/Fotodetektoreinheiten vorgesehen sind, besteht darin, daß es üblich ist, in einem Gerät drei Kragen 1 zu verwenden, um eine Anpassung an unterschiedliche Körperabmessungen des Patienten zu erzielen. Die Durchmesser der Kragen sind beispielsweise 42, 33 und 25 cm. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es erwünscht, daß sich die räumliche Auflösung der von dem Gerät erzeugten Darstellung mit den Abmessungen des untersuchten Körpers ändert. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die Frequenz der von der Einheit 26, 27 erzeugten Taktimpulse in Abhängigkeit von der Größe des verwendeten Kragens geändert wird. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Taktimpulse jeweils von einer der drei Stricheinteilungen 28, 29 und 30 je nach Kragengröße abgeleitet werden. Der 42-cm-Kragen ist der Stricheinteilung 28, der 33-cm-Kragen der Stricheinteilung 29 und der 25-cm-Kragen der Stricheinteilung 30 zugeordnet Die Auswahl erfolgt dadurch, daß jeweils nur die der jeweiligen Stricheinteilung zugeordnete Lampen/Fotozelleneinheit in Betrieb ist, während die beiden anderen Einheiten abgeschaltet sind.

Im praktischen Betrieb wird der Motor für die laterale Abtastung bei den beiden Kragen mit 42 und 33 cm Durchmesser mit der gleichen Geschwindigkeit betrieben, und das Joch 16 mit seinem Zubehör führt die volle laterale Abtastbewegung aus. Die Taktimpulsfrequenz ist dabei für den Kragen mit 33 cm Durchmesser größer als für den Kragen mit 42 cm Durchmesser, weil die Teilung der undurchsichtigen Linien der Stricheinteilung 29 kleiner ist als bei der Stricheinteilung 28. Dies bedeutet, daß die Integrationszeiten für den 42-cm-Kragen etwas länger sind als die Integrationszeiten für den 33-cm-Kragen, so daß die Auflösung im ersteren Fall etwas niedriger ist als im letzteren Fall. Dies ist jedoch im Hinblick auf die größeren Abmessungen des Körpers in dem 42-cm-Kragen zulässig.

Bei dem 25-cm-Kragen kann die Abtastung mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei den Kragen mit den größeren Durchmessern durchgeführt werden, jedoch kann gegebenenfalls auch eine geringere Abtastgeschwindigkeit verwendet werden. Die lineare Abtastung erfolgt dabei jedoch unter gar keinen Umständen bis zu den äußeren Enden, denn die Ausdehnung der Strahlung außerhalb der Grenzen des Körpers würde dann eine unerwünschte Zeitverschwendung bedeuten. Die frühere Beendigung und Umkehr der linearen Abtastbewegung kann unter diesen Umständen beispielsweise durch einen mechanischen Anschlag oder dergleichen bewirkt werden, der manuell in seine Betriebslage gesetzt wird, wenn ein 25-cm-Kragen verwendet wird, jedoch kann die Begrenzung auch elektrisch durch die Stricheinteilung bewirkt werden, wenn bei Abtastung der letzten Marke ein Signal erzeugt wird, das die Drehrichtungsumkehr des Motors für die laterale Abtastbewegung erzeugt. Die Teilung der undurchsichtigen Linien ist bei der Stricheinteilung 30 feiner als bei den beiden anderen Stricheinteilungen, und unabhängig davon, ob die Abtastung mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei den beiden größeren Kragen oder mit einer geringeren Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist die Anordnung so, daß die Taktimpulse eine höhere Frequenz aufweisen als bei den Stricheinteilungen 28 und 29, so daß eine höhere räumliche Auflösung erzielt wird. Ein Vorteil bei der Verwendung einer geringeren Abtastgeschwindigkeit besteht darin, daß mehr Röntgenstrahlung durch den Körper geschickt werden kann — wobei natürlich die zulässige Strahlendosis nicht überschritten wird — und somit eine größere Genauigkeit bei der abschließenden Darstellung erzielt werden kann.

Ein nicht dargestellter Zähler üblicher Art kann vorgesehen werden, um die Taktimpulse zu zählen und die Umkehr der lateralen Abtastbewegung einzuleiten, wenn eine vorgegebene Zahl von (z. B. 160) Impulsen gezählt worden ist

Der Zähler kann auch dazu verwendet werden, der Datenverarbeitungsschaltung die Zahl der während jeder lateralen Abtastung bestrahlten Strahlenwege anzugeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Computertomograph mit Antriebs- und Führungsmitteln zur Erzeugung einer lateralen Abtastbewegung der Quelle und der Detektoranordnung mit konstanter Geschwindigkeit in bezug auf eine Ausnehmung, in der sich ein zu untersuchender Körper befindet, bei zahlreichen unterschiedlichen Winkelstellungen der Quelle und der Detektoranordnung in bezug auf die Ausnehmung, wobei alle Abtastbewegungen in der selben Ebene erfolgen, mit Mitteln zur Erzeugung von Taktimpulsen, die ein Maß für den Fortschritt der lateralen Abtastbewegungen sind, wobei durch die Taktimpulse jedes von der Detektoranordnung erzeugte Ausgangssignal einem zugehörigen linearen Strahlenweg zugeordnet wird, wobei die wirksame Breite der einzelnen Strahlenwege durch die Taktimpulse wenigstens teilweise festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse Vorrichtungen (25—30) zur Einstellung der Frequenz dieser Impulse in Abhängigkeit von der gewünschten wirksamen Breite des Strahlenweges und damit der Auflösung der Schichtdarstellung entsprechend den Querschnittsabmessungen des untersuchten Körpers enthalten.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse eine Stricheinteilung, eine Lampe und eine Fotozelleneinheit enthalten, welche mit den lateralen Abtastbewegungen der Quelle und der Detektoranordnung eine Relativbewegung zwischen der Stricheinteilung einerseits und der Lampe und der Fotozellenschaltung andererseits vollziehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Taktimpulse mehrere auswählbare Stricheinteilungen (28, 29, 30) mit in sich jeweils konstantem, voneinender jedoch unterschiedlichem Strichabstand enthalten.