DE2648503C2

DE2648503C2 - Computer-Tomograph

Info

Publication number: DE2648503C2
Application number: DE2648503A
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Winthorpe Newark Nottinghamshire Hounsfield
Original assignee: EMI LTD HAYES GB
Current assignee: EMI LTD HAYES GB
Priority date: 1975-10-25
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB1558062A; AU499187B2; JPS5267284A; US4115698A; DE2648503A1; HK49980A; CA1070858A; JPS5523616B2; DD126587A5; NL7611823A; MY8100168A; AU1888976A; NL183924C; NZ182393A; FR2328444B1; FR2328444A1; NL183924B

Description

wirksame Weise Empfindlichkeitsunterschiede der Detektoren korrigiert werden können.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Steuerschaltung vorhanden ist, die die wiederholte Verschiebung der Straidenquelle so steuert, daß während jeder Verschiebung jeder der Detektoren eine Folge elektrischer Ausgangssignale erzeugt, die sich auf mehrere, gegeneinander geneigte Strahlenwege beziehen, daß Schaltungen zur Kombination von elektrischen Ausgangssignalen oder αενοη abgeleiteten Signalen vorhanden sind, die von unterschiedlichen Detektoren für jeweils etwa dieselben Strahlenwege erzeugt werden, die den Verarbeitungsschaltungen zugeführt werdea

Durch die Erfindung wird erreicht, daß Fehler infolge von Empfindlichkeitsdifferenzen der Detektoren in aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen verteilt werden und sich dadurch in der endgültigen Darstellung nicht mehr schädlich auswirken können.

In der eigenen DE-Patentanmeldung P 25 51322.8 wurde bereits vorgeschlagen, den den Röntgenstrahlenfächer erzeugenden Brennfleck wiederholt in Umfangsrichtung in bezug auf die Detektoranordnung zu verschieben. Hierbei muß jedoch die Beziehung zwischen der Verschiebung und der Abtastbewegung so sein, daß bei einer vorgegebenen Verschiebung jeder einzelne Detektor Strahlung entlang einer Gruppe von parallelen Wegen von der Quelle empfängt Bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch die von jedem Detektor während einer einzelnen Verschiebung empfangenen Strahlenwege gegeneinander geneigt Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität hinsichtlich der Verarbeitungstechnik und der Menge der zu verarbeitenden Daten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerschaltung zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung so ausgebildet, daß für einen gegebene geometrische Anordnung der Quelle und der Detektoren bei jeder einzelnen Verschiebung zwei oder mehr Detektoren Ausgangssignale erzeugen, die sich auf etwa parallele Strahlenwege beziehen. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei Betrachtung irgendeiner Gruppe von parallelen Strahlenwegen, die vollständig über der Transversalschicht verteilt sind, diese Gruppe Beiträge von unterschiedlichen Detektoren enthält, so daß die Verteilung von Empfindlichkeitsunterschieden der einzelnen Detektoren weiter verbessert wird.

Vorzugsweise ist die Steuerschaltung zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung so ausgebildet daß für eine gegebene geometrische Anordnung der Quelle und der Detektoren bei verschiedenen Verschiebungen Detektor-Ausgangssignale für Strahlenwege erzeugt werden, die parallel zu allen gegeneinander geneigten Strahlenwegen verlaufen, für die Ausgangssignale von einem Detektor bei einer anderen Verschiebung erzeugt werden.

Bei der Steuerschaltung zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung ist ferner eine Ausbildung von Vorteil, bei der die Winkelverlagerungen zwischen aufeinanderfolgenden Strahlenwegen während einer Verschiebung aus der Sicht eines Detektors im gleichen Sinne erfolgen wie die Drehbewegung der Detektoranordnung. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Winkelabstand zwischen benachbarten Strahlenwegen klein bleibt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Computer-Tomographen,

Fig.2 eine Röntgenstrahlenquelle zur Verwendung in dem Computer-Tomographen,

Fig.3 eine vereinfachte Darstellung der Abtastbewegung der Röntgenstrahlenquelle,

F i g. 4 α 5 Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen den relativen Bewegungen bei dem Computer-Tomographen und
Fig.6 ein Blockschaltbild für eine Anordnung für eine Datenverarbeitung der Ausgangssignale.

Bei dem in F i g. 1 in Stirnansicht dargestellten erfindungsgemäßen Gerät befindet sich ein zu untersuchender Körper 1 auf einem Bett 2. Der Körper 1 und das Bett 2 sind im Querschnitt dargestellt Zwischen dem Körper 1 und dem Bett 2 befindet sich ein Material 3, das für die Strahlung etwa die gleiche Absorption hat wie Körpergewebe, um Luft aus dem Zwischenraum zwischen Körper und Bett zu verdrängen und zugleich den Patienten zu stützen. Das Material erstreckt sich teilweise um den Körper herum, so daß ein etwa kreisförmiger Querschnitt für die Strahlung gebildet wird. Als Material 3 kann Wasser oder ein viskoses oder partikelförmiges Material verwendet werden, das in einem oder mehreren flexiblen Beuteln untergebracht wird, Der Körper wird mittels eines Haltegurtes 4 in der gewünschten Lage festgehalten.

Das Bett 2 und der Körper 1 befinden sich in einer öffnung 5 eines drehbaren Elements 6, so daß ein gewünschter Teil des Körpers in der öffnung zentriert wird. Das Element 6 kann sich um eine Achse 7 drehen, die in Längsrichtung des Körpers und senkrecht zur Papierebene durch die öffnung 5 verläuft Das Element 6 ist auf drei Zahnräder 8a, b, c gelagert, die mit nicht dargestellten, am Umfang des Elements 6 angebrachten Zähnen in Eingriff sind. Die Zahnräder 8 sind in einem Hauptrahmen 9 des Gerätes gelagert, der so ausgebildet ist, daß er das Gerät aufnehmen kann und die erforderliche Drehung ermöglicht. Mit den Zähnen des Elements 6 ist ein weiteres Zahnrad 10 in Eingriff, das von einem ebenfalls auf dem Rahmen 9 gelagerten Elektromotor 10 angetrieben wird und das die erforderliche Drehbewegung erzeugt

Auf dem drehbaren Element 6 ist ferner eine Röntgenstrahlenquelle 12 und eine Bank mit Detektoren 13 und zugehörigen Kollimatoren 14 gelagert Es sind vorzugsweise 240 Detektoren vorhanden, die von beliebiger Bauart sein können und beispielsweise aus Scintillationskristallen mit zugeordneten Fotovervielfachern oder Fotodioden bestehen.

Die Quelle weist eine längliche Anode 14 auf, die nachfolgend noch näher erläutert wird, und die Quelle erzeugt einen Röntgenstrahlenfächer 16, der von einem in etwa punktförmigen Brennfleck ausgeht. Durch elektronische Mittel kann der Brennfleck eine Abtastbewegung zwischen den Positionen 16a und \%b ausführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Fächer über 40° und die Abtastbewegung des punktförmigen Brennfleckes auf der Anode hat eine Länge von 10 cm, jedoch kann diese Länge im Bedarfsfall auch kleiner sein. Die Kollimatoren besitzen Längsachsen, die sich in der Mitte der Anode 15 schneiden. Die Detektoren sind so angeordnet, daß die Strahlung des Fächers 16 in jeder Position des punktförmigen Brennflecks bei der Abtastbewegung auf der Anode 15 auf sie trifft. Dieses wird durch entsprechende Abmessungen der Kollimatoren 14 ermöglicht, die zugleich in einem praktisch möglichen Ausmaß den Empfang der Streustrahlung verhindern.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Röntgenstrahlenquelle 12 etwa 50 cm von der Drehachse 7 entfernt, und die Detektoren 13 befinden sich ebenfalls in einer Entfernung von 50 cm auf der gegenüberliegenden Seite der Achse 7. Gegebenenfalls können die Abstände der Quelle und der Detektoren zur Achse 7 ungleich sein, was jedoch voraussetzt, daß die Geometrie der Anordnung genau bekannt ist.

Wenn man zunächst die oben erwähnte Drehbewegung außer acht läßt, führt der Brennfleck eine stetige Abtastbewegung auf der Anode 15 von der Position 16a zur Position 166 aus, worauf eine rasche Rückkehr zum Ausgangspunkt erfolgt, bevor die Abtastbewegung wiederholt wird. Während einer solchen Abtastbewegung erzeugt jeder Detektor der Detektorgruppe 13 ein Ausgangssignal, das ein Maß für die Intensität der auf ihn auftreffenden Strahlung ist Diese Ausgangssignale werden in Verstärkern 17 verstärkt und dann Integratoren 18 zugeführt. Jedes Ausgangssignal wird dann über einen Zeitraum integriert, der so gewählt ist, daß er ein Analog-Signal erzeugt, das die Gesamtintensität der während dieser Zeit auf den jeweiligen Detektor auftreffenden und durch den Körper 1 entlang eines Weges unter. Berücksichtigung der Drehbewegung verlaufenden Strahlung darstellt In der Zeichnung ist zur deutlicheren Darstellung der Beziehungen angenommen, daß während einer Abtastbewegung des Röntgenstrahlenfächers 16 von 16a nach 166 sieben Integrationsintervalle vorhanden sind. In der Praxis ist deren Zahl jedoch erheblich größer, und vorzugsweise sind für eine Abtastbewegung fünfzig Integrationsintervalle vorgesehen. Bei der dargestellten Anordnung mißt daher jeder Detektor Strahlung von sieben schmalen Strahlenwegen, die den Detektor mit sieben, einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisenden Positionen auf der Anode 15 verbinden. Die Breite der Wege ist natürlich durch die Integrationsintervalle und die statische Strahlengeometrie bestimmt, und die Form der Wege ist durch die Geometrie der Abtastbewegungen in diesen Intervallen bestimmt Aus Gründen der Anschaulichkeit sind sie jedoch als einzelne Linien dargestellt, die tatsächlich ihre Mittellinien sind. Die die Begrenzungen des Fächers 16 darstellenden Linien sind somit die Mittellinien der äußeren St^rahlen des Fächers.

Die Analog-Signal für diese Wege werden dann in Umsetzern 19 in digitale Form und anschließend in Umsetzern 20 in logarithmische Form umgesetzt und dann am Ausgang 21 einer weiteren Verarbeitung unterworfen. Es sei bemerkt, daß jedem Detektor ein Verstärker 17, ein Integrator 18, in A/D-Umsetzer 19 und ein logarithmischer Umsetzer 20 zugeordnet ist, und daß alle diese Elemente synchron betrieben werden. Alle diese Schaltungen 17 bis 20 sind von bekanntem Aufbau. Die Datenverarbeitung bewirkt eine Sortierung der Signale in Gruppen, die die Absorption entlang von Gruppen paralleler Wege darstellen, was nachfolgend noch näher erläutert wird, wobei das in der DE-OS 24 20 500 beschriebene Verfahren zur Erzeugung der gewünschten Darstellung verwendet werden kann.

Um den nachfolgend in Einzelheiten beschriebenen Effekt der Erfindung zu erreichen, erzeugt der Motor 11 eine kontinuierliche Drehbewegung des Elements 6 und der darauf gelagerten Teile um die Achse 7 und damit um den Körper 1 des auf dem Bett 2 befindlichen Patienten. Die Drehbewegung und die la'erale Abtastbewegung des Röntgenstrahlenfächers 16 müssen in genauer Beziehung zueinander stehen, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Aus diesem Grunde ist auf der Welle des Zahnrades 10 koaxial eine kreisförmige Stricheinteilung 22 in Form eines durchscheinenden Ringes mit darauf eingravierten radialen Linien angebracht Die Linien können einen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer Fotozelle unterbrechen, die in Form einer Einheit 23 auf dem Hauptrahmen 9 gelagert sind_; so daß die Fotozelle Impulse erzeugt, die ein Maß für die Drehbewegung des Elements 6 sind. Diese Impulse werden sowohl zur Betätigung der Integratoren 18 als auch zur Steuerung der Röntgenstrahlenquelle 12 verwendet, was nachfolgend noch beschrieben wird. Es ist ersichtlich, daß aufgrund des etwa kreisförmigen Querschnittes des Körpers und des diesen umgebenden Materials nicht alle Strahlenwege durch den Körper 1 die gleiche Länge haben. Aus diesem Grunde liefert der äußere Detektor der Gruppe höhere Ausgänge als in der Mitte angeordnete Detektoren, selbst wenn der Körper eine gleichmäßige Absorption besitzt Dieser Effekt kann dadurch vermindert werden, daß zwischen der Quelle 15 und dem Körper 1 und/oder zwischen dem Körper 1 und den Detektoren 13 nicht dargestellte Schwächungskörper vorgesehen werden, die die absorbierenden Weglängen gleichmachen. Statt dessen können auch die Verstärkungen der Detektoren und/oder der Verstärker in entsprechender Weise eingestellt werden. Statt dessen oder zusätzlich können Korrekturfaktoren unter Verwendung eines künstlichen Körpers mit gleichmäßiger Absorption, wie z. B. Wasser in einem entsprechend geformten Behälter oder einem Phantom aus Kunststoff gemessen werden. Diese Korrekturfaktoren können später von den gemessenen Ausgangssignalen für den Körper 1 subtrahiert werden.
Die in Fig.2 in größeren Einzelheiten dargestellte Röntgenstrahlenquelle 12 enthält eine Elektronenkanone 24, die in üblicher, nicht dargestellter Weise mit Energie versorgt wird und einen Elektronenstrahl 25 erzeugt, der auf die Anode 15 auftrifft, um den Röntgenstrahlenfächer 16 zu erzeugen. In Fig.2 verläuft die Längsausdehnung der Anode 15 senkrecht zur Papierebene, so daß auch der Röntgenstrahlenfächer 16 senkrecht zur Papierebene liegt Ein Kollimator 26 begrenzt die Röntgenstrahlen auf die gestrichelt dargestellte Ebene 27 des Fächers, und dies ist auch die zu untersuchende Transversalschichtebene des Körpers 1. Die Untersuchung braucht jedoch nicht auf eine Ebene beschränkt zu werden, falls dies nicht erwünscht ist Die Elektronenkanone und die Anode sind in einem evakuierten Kolben 28 angeordnet, der einen Halsabschnitt aufweist, um den Ablenkspulen 29 angeordnet sind, die ein Sägezahnsignal von einem Ablenkgenerator 30 erhalten. Die Sägezahnspannung des Generators 30 bewirkt eine Ablenkung des Auftreffpunktes des Elektronenstrahls 25 auf der Anode 15 von einem Ende in Richtung senkrecht zur Papierebene, so daß die in Fig. 1 dargestellte Abtastbewegung des Brennflecks bewirkt wird. Anstelle des dargestellten bleistiftförmigen Elektronenstrahls kann auch ein bandförmiger Strahl in Verbindung mit einer entsprechend geformten Anode 15 verwendet werden. Ferner wird die Anode 15 vorzugsweise in üblicher Weise mit öl gekühlt (nicht dargestellt). Anstelle der in F i g. 2 dargestellten Ablenkspulen können auch ggfs. Ablenkplatten verwendet werden. Es können auch andere Mittel eingesetzt werden, mit denen die Abtastbewegung des Röntgenstrahlenfächers 16 erzeugt werden kann.

Wie oben erwähnt, erzeugt der Ablenkgenerator 30 die Sägezahnspannung in üblicher Weise, und uti die

gewünschte Abtastbeziehung zu erzielen, muß dieser Sägezahn in einer richtigen Phase mit der Drehung gehalten werden. Diese genaue Beziehung wird durch die Impulse von der Fotozelle 23 bestimmt Da die Impulse auch den Integratoren 18 zugeführt werden, erhält man Integrationszeiten, die in der gewünschten Beziehung zur Abtastbewegung des Röntgenstrahienfächers 16 stehen, so daß die benötigten Strahlenwege gewonnen werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Datenverarbeitung bei Verwendung des beschriebenen Röntgengerätes nach dem in der DE-OS 24 20 500 beschriebenen Verfahren erfolgen kann und vorzugsweise mit Daten arbeitet, die die Absorption entlang zahlreicher Gruppen von parallelen Strahlenwegen in der Ebene der Untersuehung darstellen. Die vorliegende Erfindung erzeugt derartige Daten und erlaubt eine Korrektur der relativen Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den einzelnen Röntgenstrahlendetektoren.

F i g. 3 zeigt die Abtastvorrichtung in vereinfachter Form, wobei die Drehbewegung des Elements 6 unberücksichtigt bleibt Es sind drei Röntgenstrahlenfächer dargestellt, und zwar die Fächer 16a und 16f> entsprechend F i g. 1 und ein weiterer mittlerer Fächer 16c, die von der Anode 15 ausgehen und auf die Detektoren 13 auftreffen. Es ist ersichtlich, daß jeder durch die Lage seiner Mittellinie definierte Strahl durch Werte von r und ©beschrieben werden kann, wobei rder senkrechte Abstand der Mittellinie zur Drehachse 7 und Θ der Winkel zwischen der senkrechten und einer beliebig in der Fächerebene zerlegbaren .^-Richtung ist Dabei besitzt eine Gruppe von parallelen Strahlenwegen unterschiedliche Werte von rund den gleichen Wert Θ. Mehrere solcher Gruppen mit verschiedenen Werten von Θ müssen für die erwähnte Datenverarbeitung vorhanden sein.

Wie oben erwähnt wurde, sind bei dem angenommenen Beispiel sieben Integrationsintervalle vorgesehen, während sich der Brennfleck auf der Anode 15 von einem Ende zum anderen Ende bewegt, so daß jeder Detektor Ausgangssignale für sieben Strahlenwege erzeugt Somit liefert der Detektor 13i in F i g. 3 Daten für Strahlenwege, deren Mittellinien zwischen 31a und 31£ jeweils einen gleichen Winkelabstand voneinander haben.

Das Diagramm in F i g. 4 zeigt die Position von Strahlen-Mittellinien in Abhängigkeit von Θ und /-für eine laterale Abtastbewegung des Fächers 16. Aus Gründen der Klarheit sind in dem //Θ-Diagramm in F i g. 4 für die Strahlen-Mittellinien die in F i g. 1 bzw. 3 verwendeten Bezugsziffern verwendet Die beiden strichpunktierten Linien sind Ortsiinien der Funkte, die Strahien-Mittellinien der Strahlenfächer 16a und 166 darstellen. Obwohl erwähnt wurde, daß sieben solcher Fächer entsprechend der sieben Integrationsintervalle für die Abtastung von sieben Positionen benötigt werden, sind nur die äußeren Fächer und der mittlere Fächer 16c im Diagramm dargestellt, während für die dazwischen liegenden Fächer jeweils nur der Anfangspunkt eingezeichnet ist Die Krümmung der durch 16a bis 16c in F i g. 4 gegebenen Linien rührt daher, daß r sich nicht linear mit Θ ändert, sondern daß eine sinusförmige Beziehung zwischen diesen Parametern besteht Jede Linie besteht also aus zahlreichen Punkten, und zwar einem für jeden Detektor. Die in Fig.4 von allen Punkten umschlossene Fläche wird nachfolgend als Streifen bezeichnet Der Streifen ist also eine Matrix von Punkten, die die Position der bei einer lateralen Abtastung der Röntgenstrahlenquelle 12 erzeugten einzelnen Strahlenwege in Form von rund ©darstellt.

Bei der bisherigen Erläuterung ist die Drehbewegung der Detektoren und der Röntgenstrahlenquelle unberücksichtigt geblieben. Eine kontinuierliche Drehbewegung während einer Abtastung bewirkt eine Verzerrung des Streifens, was durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Diese Linien zeigen die Form eines typischen Streifens, wie man ihn in der Praxis erhält, und von dem anschließend ausgegangen wird. Alle anderen Betrachtungen hinsichtlich des Streifens sind wie beschrieben. Die Form des durch gestrichelte Linien angegebenen Streifens trifft für den vorliegenden Fall zu, jedoch hängt seine Lage in bezug auf den die Drehung der Quelle nicht berücksichtigenden Flecken von der Wahl der Ausgangsposition für die Drehbewegung ab. Bei dem Beispiel in F i g. 4 liegt die Achse der Drehung in der Mitte des Streifens, so daß der tatsächliche Streifen an seinen Enden gleichmäßig gegenüber dem ursprünglichen Streifen verschoben ist Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die laterale Abtastbewegung des Brennflecks und die Drehung der Strahlenquelle in derselben Richtung verlaufen (gegen den Uhrzeigersinn wie in F i g. 3 dargestellt). Es sei jedoch bemerkt, daß die laterale Abtastbewegung des Brennflecks und die Drehbewegung gegebenenfalls in entgegengesetzten Richtungen erfolgen können, so daß eine Verzerrung bewirkt wird, die in entgegengesetztem Sinn verläuft wie in F i g. 4 dargestellt Unter der Voraussetzung, daß die zeitlichen Beziehungen richtig sind, können auch bei einer solchen entgegengesetzten Bewegung die gleichen wirksamen Beziehungen hergestellt werden.

Die zeitliche Beziehung zwischen der lateralen Abtastbewegung der Röntgenstrahlenquelle und der Drehbewegung erfüllt erfindungsgemäß zwei Bedingungen. Diese sind aus F i g. 5 ersichtlich, die einen Ausschnitt des Streifens aus dem r/0-Diagramm mit von einigen der Detektoren 13i, 132 etc. für sechs aufeinanderfolgende laterale Abtastpositionen untersuchten Orten der Strahlenwege im r/0-Diagramm zeigt Alle Integrationsintervalle sind durch nachfolgend erläuterte Symbole für drei Abtastungen und einige Integrationsintervalle für drei weitere Abtastungen angegeben. Am Beginn einer Abtastung erzeugen die ersten sieben Detektoren 13i bis 137 Daten für die angegebenen Punkte. Die von diesen Punkten beginnende Abtastung wird als »erste Abtastung«, bezeichnet, jedoch gilt dies allgemein und man muß nicht von einer bestimmten Ausgangsposition ausgehen. Es können nämlich auch Daten schon für andere Positionen links von der »ersten Abtastung« in F i g. 5 erzeugt worden sein.

Im Verlauf von den bei diesem Ausführungsbeispiel angenommenen sechs Integrationsintervallen erzeugt der Detektor 13i Daten für Wege, deren Mittellinien durch die Punkte auf der mit einem Pfeil versehenen Linie angedeutet sind. Die anderen Detektoren erzeugen Daten für die durch die anderen Punkte angegebenen Orte, wobei für rund Θ die gleichen Schritte wie bei 13i gemacht werden. Aus nachfolgend noch erläuterten Gründen ist bei diesem Ausführungsbeispiel der sechste Ort der letzte des Streifens, und dann erfolgt der Rücklauf, so daß der Detektor 13i die durch einen offenen Kreis angegebene Startposition für die »zweite Abtastung« einnimmt Die anderen Detektoren nehmen entsprechende Positionen ein. Es ist zu erkennen, daß diese Positionen die gleichen Werte von r aufweisen wie bei Beginn der »ersten Abtastung«, und daß sie nahebei,

aber versetzt in bezug auf Θ, den zweiten Integrationsintervallen der »ersten Abtastung« sind. Somit ist der Detektor 132 nun nahe bei der Position, die zuvor der Detektor 13₍ eingenommen hat, und der Detektor 13e ist nun in das Diagramm nahe bei einer früheren Position von 137 eingetreten. Im Verlauf der nächsten lateralen Abtastung erzeugen die Detektoren nun Daten von Strahlwegorten in dem Streifen, die durch die offenen Kreise gekennzeichnet sind.

In aufeinanderfolgenden lateralen Abtastbewegungen folgt der Detektor 13i der mit dem Pfeil versehenen Linie, wobei der Rücklauf durch die unterbrochene Linie angedeutet ist, während die Detektoren aufeinanderfolgende Streifen erzeugen, in denen die Strahlwegorte jeweils durch diagonale Kreuze für die »dritte Abtastung«, durch Dreiecke für die »vierte Abtastung«, durch auf dem Kopf stehende Dreiecke für die »fünfte Abtastung« und durch vertikale Kreuze für die »sechste Abtastung« angegeben sind. Streifen für weitere Abtastungen werden natürlich erzeugt, sind jedoch in F i g. 5 nicht mehr dargestellt.

Die Beziehung der Rücklaufzeit des Ursprungs in bezug auf die Umlaufbewegung ist so gewählt, daß ein geeigneter Versatz aufeinanderfolgender Streifen erfolgt, der bei diesem Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Verteilung der Strahlwegorte in dem Diagramm gewährleistet, was aus dem unteren Teil von F i g. 5 in einem Bereich ersichtlich ist, in dem alle Streifenpunkte dargestellt sind Diese Beziehung sieht ferner vor, daß in dem Diagramm Strahlwegorte in vertikalen Spalten liegen und Gruppen mit konstantem Θ bilden, die somit die Datengruppen für die oben erwähnten parallelen Strahlenwege darstellen. Die gleichmäßige Verteilung und die vertikalen Spalten sind die beiden oben erwähnten Bedingungen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung jedoch auch so erfolgen, daß der Rücklauf bewirkt, daß die Strahlenwege zuvor von anderen Detektoren abgetastete Wege überlagern und nicht dicht neben ihnen liegen, aber wie zuvor beschrieben versetzt sind. Bei einer solchen abgewandelten Ausführungsform würde jedes Strahlwegsignal die Summe mehrerer für denselben Weg durch mehrere unterschiedliche Detektoren gewonnener Signale sein.

Unter Berücksichtigung der Beziehungen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sieht man, daß von einem weiteren Integrationsintervall vor dem Rücklauf für die durch Punkte angedeutete »erste Abtastung« unnötigerweise Daten für Strahlwegorte erzeugt würden, die später durch die durch vertikale Kreuze angedeutete »sechste Abtastung« erzeugt werden. Der erste Streifen wird daher an dem dargestellten Punkt beendet, um vollständige und keine doppelten Daten zu erzeugen. Gegebenenfalls könnten diese doppelten Daten aber auch mit eingeschlossen werden, beispielsweise um die relativen Empfindlichkeiten der beiden Detektoren zu prüfen.

Bei der bisherigen Beschreibung ist angenommen worden, daß jeder Ort in dem Diagramm einen einzelnen Strahlenweg darstellt, jedoch sind in der Praxis die Detektoren eng nebeneinander angeordnet, so daß sich verhältnismäßig schmale Strahlenwege ergeben. Bei dem Ausführungsbeispiel werden daher die Daten für mehrere Orte mit konstantem r kombiniert, um zusammengesetzte Strahlenwege zu gewinnen, die jeweils die Daten von mehreren Detektoren kombinieren. Dies ist im unteren Teil von F i g. 5 dargestellt, wo Daten zwischen den strichpunktierten Linien für jede Reihe mit konstantem r kombiniert werden, um eine Spalte mit konstantem Θ zu gewinnen, die eine Gruppe von parallelen Strahlenwegen darstellt, von denen jedem bei diesem Beispiel kombinierte Daten von sechs Detektoren zugeordnet sind. Die Θ-Positionen dieser Strahlenwege werden in der Mitte zwischen den strichpunktierten Linien angenommen. Natürlich können auch größere Anzahlen von Detektoren im Bedarfsfall kombiniert werden. Es ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal für jeden Strahlenweg die Kombination der Ausgangssignale von einer unterschiedlichen Verteilung von Detektoren aus unterschiedlichen lateralen Abtastungen ist, so daß Fehler infolge von Empfindlichkeitsdifferenzen der Detektoren in aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen verteilt werden. Im Hinblick auf die Probleme als Folge der Verwendung von Kollimatoren, die in der Lage sind, unterschiedliche Positionen des Ursprungs bei seiner Abtastbewegung zu »sehen« können weitere Empfindlichkeitsunterschiede für eine Detektor/Kollimator-Kombination in Abhängigkeit von der Lage des Ursprungs der Röntgenstrahlenquelle für jeden Strahlenweg eingeführt werden. Die unterschiedliche Verteilung der Detektoren in den erwähnten Kombinationen gewährleistet, daß solche zusätzlichen Empfindlichkeitsunterschiede ebenfalls über die Daten jeder Gruppe von parallelen Wegen verteilt werden, so daß derartige Fehler vermindert werden.

Wie bereits oben erwähnt wurde, rührt die geringe Zahl von Daten für Strahlwegorte im linken Teil des Diagramms von F i g. 5 daher, daß in dieser Figur frühere Abtastdaten nicht dargestellt sind. Man sieht jedoch, daß in der Figur oben die Daten für die äußeren Detektoren der Gruppe Zwischenräume ergeben, die von der Art der Überlappung herrühren. Das gleiche gilt für Detektoren am anderen Ende. Da diese Zwischenräume in weniger wichtigen äußeren Bereichen des Körpers liegen, können die zusammengesetzten Wege für diese Bereiche aus weniger Daten erzeugt werden, ohne daß sich ein nennenswerter Fehler für die mittleren Bereiche ergibt Statt dessen kann aber die Geometrie auch so angeordnet werden, daß die fehlenden Daten für Bereiche außerhalb des Körpers gelten, wobei sie in diesem Fall lediglich zur Korrektur beim Konvolutionsprozeß dienen oder im Bedarfsfall weggelassen werden.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Integrationsintervalle zeitlich so bemessen, daß die aufeinanderfolgenden Strahlwegorte einer »Abtastung« die gleiche Verteilung in der r-Richtung haben wie die Detektoren. Es können jedoch weitere mittlere Positionen vorgesehen werden, und dies können die bei der ersten Abtastung des Detektors 13i durch Sterne gekennzeichneten Stellen sein. Obwohl weitere solcher Stellen aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt sind, ist zu erkennen, daß diese Stellen Strahlwegorte in /•-Richtung zwischen den dargestellten Orten mit derselben gleichmäßigen Verteilung darstellen würdea Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rücklauf verzögert, um einen letzten Strahlwegort am äußeren,

unteren, rechten Stern zu erzeugen, und es erfolgt eine Beschleunigung, um die zweite Abtastung zu beginnen.

Es ist ersichtlich, daß solche Zwischenorte von

bei den endgültigen Daten für parallele Gruppen eine

leichte Abweichung in ©-Richtung bewirkt wird. Diese Abweichung ist jedoch klein im Vergleich mit dem Bereich von Θ, der durch die Kombination der zuvor erwähnten Daten umfaßt wird und kann daher vemach-

lässigt werden. Vorzugsweise wird die Abweichung so gewählt, daß sie wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine verhältnismäßig hohe räumliche Frequenz besitzt und nicht die Form einer niederfrequenten Drift annimmt

Obwohl die Kombination von Daten die Empfindlichkeitsdifferenzen verteilt und damit Fehler verringert, kann die Tatsache, daß Daten für eng benachbarte Strahlenwege von unterschiedlichen Detektoren verwendet werden, zur Korrektur solcher Empfindlichkeitsdifferenzen durch entsprechende Einstellung der Verstärkung der Verstärker ausgenutzt werden. Vorzugsweise sollte eine solche Einstellung jedoch nicht nach einzelnen Datenwerten erfolgen sondern nach ermittelten Empfindlichkeiten aus einer Anzahl von ständig auf neuesten Stand gebrachten Datenwerten.

Aus F i g. 5 ist erkennbar, daß die gleiche erwünschte Verteilung von Strahlwegorten gewonnen werden kann, wenn die Abtastbewegung des Ursprungs der Quelle und die Drehbewegung in entgegengesetztem Sinn verlaufen. Dabei ändern sich natürlich bestimmte Beziehungen, so daß beispielsweise bei einer Drehung in positiver Richtung von Θ der Ursprung eine Abtastbewegung in negativer Richtung von Θ und dementsprechend der Rücklauf umgekehrt ausführt In der Zeichnung weisen die Quelle und die Detektoren jeweils den gleichen Abstand von der Achse auf, jedoch können diese Abstände auch ungleich sein.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde ferner davon ausgegangen, daß das Element 6 eine vollständige Drehung um 360° ausführt Obwohl dies zu gleichen Strahlenwegen bei der Untersuchung aus entgegengesetzten Richtungen führt, kann dies erwünscht sein, weil die Streuung der Strahlung bei einem Versatz der Detektorpositionen um 180° unterschiedlich sein kann und damit hierdurch erzeugte Fehler vermindert werden. Im Bedarfsfall kann die Abtastung jedoch auch über einen kleineren Winkelbereich erfolgen, sofern genügend parallele Gruppen für die Verarbeitung der Daten gewonnen werden.

Die Verhältnisse der lateralen Abtastbewegung und der umlaufenden Bewegung und der Integrationsintervalle liegen für jede spezifische Ausführungsform des Gerätes als Konstruktionsparameter fest, jedoch können auch Mittel zur Einstellung dieser Parameter vorgesehen werden. Demzufolge gelten die von den Detektoren erzeugten Daten für eine vorgegebene Folge von Strahlenwegen. In gleicher Weise erfolgt die Kombination von Daten zur Erzeugung der erwähnten zusammengefaßten Strahlenwege in vorgegebener Art Eine entsprechende Schaltung ist als Blockschaltbild in F i g. 6 dargestellt

Die Fotozelle 23 erzeug! eine Reihe von impulsen mit gleichem zeitlichen Ablauf wie die Datensignale, und diese dienen daher als Taktimpulse, um die bei 20 in F i g. 1 in logarithmische Form umgesetzten Signale in einen Speicher 32 mit direktem Zugriff (RAM) in der richtigen Reihenfolge in vorgegebene Speicherstellen einzugeben. Die Speicherstellen werden durch einen Adressenwähler 33 bestimmt, der die Taktimpulse von der Fotozelle benötigt Jedes Datensignal wird zu dem an der jeweiligen Speicherstelle vorhandenen Datensignal addiert, so daß die Signale für jeden zusammengesetzten Strahlenweg angesammelt werden. Aus den gegebenen Gründen ist es für jeden Strahlenweg bekannt, wieviele Signale einen Beitrag zu den Daten geleistet haben. Somit können die Gesamtsignale gleich gemacht werden, wenn sie in Gruppen mit konstantem Θ zur Verarbeitung in Verarbeitungsschaltungen 34 freigegeben werden, wie z. B. in der erwähnten DE-OS 24 20 500 beschrieben. Die Schaltungen 34 verlangen die Daten der Reihe nach, indem geeignete Impulse zum Adressenwähler 33 gesandt werden, um die vorgegebenen Ausgangsreihenfolgen auszulösen. Es sei bemerkt, daß die Übertragung von Informationen in Abhängigkeit von Taktimpulsen beispielsweise aus der Rechnertechnik bekannt ist, und daß die hier in Blockform dargestellten Schaltungen von beliebiger Art sein können, vorausgesetzt, daß sie Daten in der richtigen Reihenfolge ansammeln können.

In der Praxis erfordert diese Verarbeitung Daten für eine Gruppe von parallelen Strahlenwegen, die weitgehend gleichmäßig über den untersuchten Körperquerschnitt verteilt sind. Wie man aus der gekrümmten Form der Flecken in F i g. 4 sieht, sind die gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnenen Gruppen nicht so gleichmäßig verteilt Demzufolge sollte dieser Fehler korrigiert werden. Daher werden die Daten von Gruppen paralleler Strahlenwege aus dem ÄAM-Speicher von der vorgegebenen Speicherstelle ausgegeben und dann einer Interpolation unterworfen, um weitere Gruppen von Daten zu erzeugen, die für angenommene Strahlenwege verwendbar sind, die gleichmäßig verteilt sind. Die Daten für diese angenommenen Gruppen sind die bei der erwähnten Verarbeitung verwendeten Daten. Es kann jede geeignete Form von Interpolation-verwendet werden, um die gleichmäßig verteilten Daten zu gewinnen.

Es sei bemerkt, daß der oben erwähnte Zustand, daß die Daten gleichmäßig in 6>-Richtung für jeden Wert von r verteilt sind, eine Bequemlichkeit ist, die eine leichte Kombination in der erwünschten Weise erlaubt Die Verteilung braucht jedoch nicht gleichmäßig zu sein, wenn man entsprechende Zugeständnisse für die tatsächliche Verteilung bei der Datenverarbeitung macht

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Computer-Tomograph mit einer Strahlenquelle, die ein weitgehend ebenes, fächerförmiges, in der Ebene der ausgewählten Transversalschicht verlaufendes Strahlungsfeld erzeugt, mit einer mehrere Detektoren enthaltenden Detektoranordnung zur Messung der durch die Transversalschicht entlang zahlreicher Strahlenwege verlaufenden Strahlung, deren elektrische Ausgangssignale ein MaB für die entlang der jeweiligen Strahlenwege empfangenen Strahlungsintensität sind, mit Antriebsmitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Strahlenquelle und der Detektoranordnung um den Körper, mit Verarbeitungsschaltungen zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale zwecks Ermittlung der Absorptionsverteilung der Strahlung in der Transversalschicht, und mit Mitteln zur Erzeugung einer zusätzlichen wiederholten Verschiebung der Strahlenquelle in Umfangsrichtung in bezug auf die Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (23,30) vorhanden ist, die die wiederholte Verschiebung der Strahlenquelle so steuert, daß während jeder Verschiebung jeder der Detektoren (13) eine Folge elektrischer Ausgangssignale erzeugt, die sich auf mehrere, gegeneinander geneigte Strahlenwege (31a-31b) beziehen, daß Schaltungen (32, 33) zur Kombination von elektrischen Ausgangssignalen oder davon abgeleiteten Signalen vorhanden sind, die von unterschiedlichen Detektoren (13) für jeweils etwa dieselben Strahlenwege erzeugt werden, die den Verarbeitungsschaltungen zugeführt werden.

2. Computer-Tomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23, 30) zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung so ausgebildet ist, daß für eine gegebene geometrische Anordnung der Quelle (12) und der Detektoren (13) bei jeder einzelnen Verschiebung zwei oder mehr Detektoren Ausgangssignale erzeugen, die sich auf etwa parallele Strahlenwege beziehen.

3. Computer-Tcmograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23, 30) zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung so ausgebildet ist, daß für eine gegebene geometrische Anordnung der Quelle (12) und der Detektoren (13) bei verschiedenen Verschiebungen Detektor-Ausgangssignale für Strahlenwege erzeugt werden, die parallel zu allen gegeneinander geneigten Strahlenwegen verlaufen, für die Ausgangssignale von einem Detektor bei einer anderen Verschiebung erzeugt werden.

4. Computer-Tomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23, 30) zur Erzeugung der wiederholten Verschiebung so ausgebildet ist, daß die Winkelverlagerungen zwischen aufeinanderfolgenden Strahlenwegen während einer Verschiebung aus der Sicht eines Detektors im gleichen Sinne erfolgen wie die Drehbewegung der Detektoranordnung.

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomographen mit einer Strahlenquelle, die ein weitgehend ebenes, fächerförmiges, in der Ebene der ausgebildeten Transversalschicht verlaufendes Strahlungsfeld erzeugt, mit einer mehrere Detektoren enthaltenden Detektoranordnung zur Messung der durch die Transversalschicht entlang zahlreicher Strahlenwege verlaufenden Strahlung, deren elektrische Ausgangssignale ein Ma3 für die entlang der jeweiligen Strahlenwege empfangenen Strahlungsintensität sind, mit Antriebsmitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Strahlenquelle und der Detektoranordnung um den Körper, mit Verarbeitungsschaltungen zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale zwecks Ermittlung der Absorptionsverteilung der Strahlung in der Transversalschicht, und mit Mitteln zur Erzeugung einer zusätzlichen wiederholten Verschiebung der Strahlenquelle in Umfangsrichtung in bezug auf die Detektoranordnung.
Aus der DE-OS 19 41 433 ist ein Computer-Tomograph bekannt, bei dem eine Strahlenquelle einer Abtastbewegung unterworfen wird, um zahlreiche parallele Strahlen unter jeweils unterschiedlichen Neigungen in der Ebene der untersuchten Transversalschicht zu erzeugea Mittels eines Detektors, der einer entsprechenden Abtastbewegung unterworfen wird, wird die Absorption festgestellt, die jeder Strahl beim Durchlauf durch den Körper erfährt Diese Messungen der Absorption verden dann einer Datenverarbeitung unterworfen, bei der unter Verwendung aufeinanderfolgender Annäherungen eine Verteilung der linearen Absorptions-Koeffizienten für die Transversalschicht erzeugt wird. Um die erforderliche Anzahl von Strahlen zu erzeugen, werden die Quelle und der Detektor in der Ebene der Transversalschicht hin- und herbewegt und stufenweise um eine gemeinsame, zu dieser Schicht senkrecht verlaufende Achse gedreht

Ein anderer Computer-Tomograph, bei dem von einer Konvolution Gebrauch gemacht wird, ist in der DE-OS 24 20 500 beschrieben.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der DE-OS 19 41433 hat sich bei der Herstellung von Querschnittsdarstellungen von Teilen des lebenden Körpers, beispielsweise des Kopfes, als erfolgreich erwiesen. Jedoch ist die Anordnung zur Durchführung der Abtastbewegung verhältnismäßig langsam, und eine höhere Abtastgeschwindigkeit ist für bestimmte Körperteile erwünscht In der DE-OS 24 27 4*8 ist ein Verfahren und ein Gerät beschrieben, das eine schnellere Abtastung ermöglicht. Hier wird ein Strahlungsfächer durch den Körper geschickt, und es sind mehrere Detektoren auf der anderen Seite des Körpers angeordnet, die die entlang einer Reihe von Strahlen innerhalb des Fächers übertragene Strahlung messen. Der Fächer nimmt dabei einen Winkel von solcher Größe ein, daß der gesamte interessierende Bereich in der Transversalschicht des Körpers erfaßt wird, so daß eine vollständige Abtastung allein durch eine Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um eine entsprechende Achse möglich ist.

Bei dem in der DE-OS 24 27 418 beschriebenen Gerät treten jedoch Schwierigkeiten auf, weil aufgrund von Unterschieden in der Empfindlichkeit zwischen den zahlreichen Detektoren Fehler in die endgültige Darstellung der Absorptionsverteilung eingeführt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computer-Tomographen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf einfache und