DE2705925C2 - Computer-Tomograph - Google Patents
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Description
divergierender Wege bei jeder der Richtungen austretenden Strahlen und zur Erzeugung elektrischer
Ausgangssignale, die ein Maß für die Intensität der gemessenen Strahlen sind, mit einer Vorrichtung zur
Erzeugung von Taktsignalen mit einer ersten Phase, die ein Maß für das Fortschreiten der von der Röntgenquelle
ausgeführten Umlaufbewegung sind, mit einer Schaltung, die die Ausgangssignale in Abhängigkeit von
den Taktsignalen auftastet und dadurch die Detektoranordnung zur Erzeugung diskreter elektrischer Signale
für jede Richtung veranlaßt, und mit Mitteln, die, während die Röntgenquelle einen Teil ihrer Umlaufbewegung
ausführt, die Detektoranordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen veranlassen, die sich auf
Wege beziehen, die zwischen den Wegen liegen für die die Detektoranordnung Ausgangssignale erzeugt, während
die Quelle einen anderen Teil ihrer Umlaufbewegung ausführt.
Bei einem derartigen Computer-Tomographen wird die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Mittel Komponenten zur Erzeugung von Taktimpulsen mit einer zweiten, gegenüber der ersten
Phase derartig verschobenen Phase enthalten, daß die Ausgangssignale für die Zwischenwege erhalten werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Mittel eine jedem Detektor zugeordnete Schalteranordnung,
wobei jede Schalteranordnung einen ersten Zustand, in dem den Auftastmitteln Taktimpulse mit der
ersten Phase zugeführt werden und einen zweiten Zustand, in dem den Auftastmitteln Taktimpulse mit der
zweiten Phase zugeführt werden, besitzt, und wobei eine Taktsteuerschaltung vorhanden ist, die entsprechend
dem Fortschreiten der Umlaufbewegung der Reihe nach die Schalteranordnungen vom ersten in den
zweiten Zustand überführt und dadurch zu verschiedenen Zeiten eine Änderung der Phase der Taktimpulse
für verschiedene Detektoren bewirkt. Hierdurch wird eine rasche und wirtschaftliche Erstellung der Daten
ermöglicht, da eine unnötige Duplizierung von Daten vermindert wird.
Zweckmäßigerweise überführt die Taktsteuerschaltung die den Detektoren zugeordneten Schalteranordnungen
vom ersten in den zweiten Zustand unmittelbar vor dem Zeitpunkt, bei dem der jeweilige Detektor mit
fortschreitender Umlaufbewegung ohne Phasenänderung beginnen würde, eine doppelte Information zu
erzeugen. Hierdurch kann die Duplizierung von Daten völlig vermieden werden.
Eine sehr einfache und zuverlässige Ausführungsform besteht darin, daß die Taktsteuerschaltung eine
Zählschaltung enthält, die die Taktimpulse mit der ersten Phase zählt und den Zustand der Schalte-anordnungen
ändert, wenn die Zählschaltung einen wählbaren Zählerstand erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt
F i g. 1 in Vorderansicht einen Teil eines Gerätes, in dem die Erfindung anwendbar ist,
F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Teils einer Schaltung zur Durchführung der Erfindung und
F i g. 3 eine Tabelle zur Erläuterung des Zustandekommens der zusätzlichen Strahlenwege.
In F i g. 1 ruht der im Querschnitt dargestellte Körper 1 eines Patienten auf einem ebenfalls im Querschnitt
dargestellten Bett 2. V-'m Material 3, das eine gleiche
Absorption für die Strahlung beritzt wie Körpergewebe,
ist zwischen dem Körper 1 und dem Bett so angeordnet, daß es teilweise die Auflage für den Patienten bildet und
teilweise lediglich Luft aus dem Zwischenraum zwischen dem Körper und dem Bett verdrängt Das Material
erstreckt sich etwas um den Körper herum, so daß für die Strahlung ein etwa kreisförmiger Querschnitt
geschaffen wird. Das Material 3 kann aus Wasser, einem viskosen oder einem partikelförmigen Material bestehen,
das in einem oder mehreren flexiblen Beuteln untergebracht ist. Der Körper 1 wird durch Haltegurte 4
to fest in einer gewünschten Lage gehalten.
Das Bett 2 und der Körper 1 werden in eine öffnung 5
eines drehbaren Elements 6 eingeführt, so daß eine ausgewählte Transversalschicht des Körpers in der
öffnung liegt. Das Bett 2 enthält Auflagen an einer oder beiden Seiten des drehbaren Elements 6, jedoch ist aus
Gründen der Übersichtlichkeit in F i g. 1 nur eine Auflage an der Rückseite dargestellt. Das Element 6 ist
um eine Achse 7 drehbar, die in Längsrichtung des Körpers 1 und senkrecht zur Papierebene verläuft. Das
drehbare Element 6 ist durch drei Zahnräder Sa, b, c, gelagert und/oder geführt, wobei die Zahnräder mit
nicht dargestellten Zähnen im Umfang des Elements 6 in Eingriff stehen. Die Zahnräder 8 sind drehbar in einem
Hauptrahmen 9 des Gerätes gelagert. Ein weiteres Zahnrad 10, das ebenfalls mit der Außenverzahnung des
Elements 6 in Eingriff steht, wird durch einen Elektromotor 11 angetrieben und ist wie dieser auf dem
Hauptrahmen 9 gelagert. Durch den Motor 11 wird die
erforderliche Drehbewegung erzeugt.
Auf dem drehbaren Element 6 befindet sich ferner eine Röntgenquelle 12, die ein fächerförmiges Röntgenstrahlenfeld
aussendet, eine Bank mit Detektoren 13 und eine Bank mit diesen zugeordneten Kolimatoren 14. Die
Detektoren, von denen vorzugsweise 120 Stück vorhanden sind, bestehen beispielsweise aus Szintillationskristallen
mit zugeordneten Fotovervielfachern oder Fotodioden.
Als Röntgenquelle 12 kann eine bekannte Strahlungsquelle verwendet werden, die ein fächerförmiges
Röntgenstrahlenfeld 15 erzeugt, und die Röntgenquelle kann auch so beschaffen sein, daß der punktförmige
Brennfleck eine Abtastbewegung entlang der Oberfläche der Anode ausführt, um die Position des
Röntgenstrahlenfächers zu verändern. Die in F i g. 1 dargestellte Quelle ist jedoch ortsfest in bezug auf die
Detektoren 13. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Röntgenquelle 12 und die Detektoren 13
von der Achse 7 den gleichen Abstand von jeweils 50 cm, jedoch können diese Abstände auch variiert
werden, vorausgesetzt, daß die Geometrie der Anordnung genau bekannt ist.
Im Betrieb bestrahlt die Röntgenquelle 12 den Körper 1 mit dem Röntgenstrahlenfächer 15. Die
Röntgenstrahlen werden teilweise von dem Körper absorbiert, und die Intensität wird nach der Absorption
durch die Detektoren 13 gemessen. Jeder Detektor empfängt Strahlung, die den Körper entlang eines
Weges durchquert, der zu einer Gruppe von divergierenden Strahlenwegen gehört. Die Abmessungen der
Wege sind auf die Abmessungen der zugehörigen Kollimatoren 14 bezogen. Der Ausgang jedes Detektors
wird einem entsprechenden Kanal zugeführt, von denen in dei Zeichnung nur einer dargestellt ist, und jeder
Kanal enthält in Reihe geschaltet einen Verstärker 16, einen Integrator 17, einen Analog/Digital-Umsetzer 20
und einen logarithmischen Umsetzer 21. Jeder Integrator integriert das Signal seines Kanals während eines
Zeitraums, der ein vorgegebenes Maß der Drehbewe-
gung darstellt, um ein analoges Signal zu erzeugen, das die Gesamtintensität der Strahlung darstellt, die in
dieser Zeit auf den entsprechenden Detektor auftrifft und durch den Körper 1 entlang einem von diesem
Detektor gemessenen Weg verläuft (wobei die Drehbewegung berücksichtigt wird). Um die Information
hinsichtlich der Drehung zu erzeugen, ist eine kreisförmige Stricheinteilung 18 koaxial auf der Welle
des Zahnrades 10 angebracht. Diese Stricheinteilung ist auf einem durchsichtigen Ring in Form von eingravierten
radialen Linien vorgesehen. Die Linien können einen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer
Fotozelle unterbrechen, wobei die Lichtquelle und die Fotozelle in einer Einheit 19 untergebracht sind, die
ebenfalls auf dem Hauptrahmen 9 befestigt ist. Wenn sich also das das Element 6 antreibende Zahnrad iö
dreht, unterbrechen aufeinanderfolgende Linien den Lichtweg, und die Fotozelleneinheit 19 erzeugt Impulse
mit einer Wiederholungsrate, die ein Maß für den Fortschritt der Drehbewegung ist. Die Impulse werden
den Integratoren 17 zugeführt, um diese mit den gewünschten Intervallen zu setzen und zurückzustellen,
um die erwähnten Analog-Signale zu erzeugen. Über Ausgangsleitungen 22 werden die Signale aller Kanäle
einer in F i g. 1 nicht dargestellten Datenverarbeitungs-Schaltung zugeführt, die die Signale verarbeitet, um die
Absorptionskoeffizienten für jede von zahlreichen über den untersuchten Bereich des Körpers 1 verteilten
Stellen in bezug auf die von der Röntgenquelle 12 ausgesandte Strahlung zu ermitteln.
Es ist ersichtlich, daß wegen der etwa kreisförmigen Querschnittsform des Körpers und des diesen umgebenden
Materials nicht alle Strahlenwege durch den Körper 1 die gleiche Länge haben. Aus diesem Grunde erzeugen
die äußeren Detektoren der Gruppe höhere Ausgangssignale als die in der Mitte befindlichen Detektoren,
selbst wenn der Körper eine gleichmäßige Absorption besäße. Dem läßt sich begegnen, indem beispielsweise
so geformte Schwächungskörper zwischen der Röntgenquelle 12 und dem Körper 1 und/oder dem Körper 1
und den Detektoren 13 vorgesehen werden, daß diese die unterschiedlichen Weglängen ausgleichen. Statt
dessen können die Verstärkungen der Detektoren und/oder der Verstärker in geeigneter Weise eingestellt
werden. Statt dessen oder zusätzlich können Korrekturfaktoren anhand eines künstlichen Körpers mit
gleichmäßiger Absorption gemessen werden, beispielsweise in Form von Wasser, das sich in einem Behälter
geeigneter Form befindet, oder in Form einer Körpernachbildung aus Kunststoff. Die Korrekturfaktoren
können später von allen Meßwerten für den Körper 1 subtrahiert werden.
Jedes von einem der Detektoren erzeugten Ausgangssignale bezieht sich auf die Absorption, die die
Strahlung der Röntgenquelle 12 beim Durchqueren des Körpers 1 auf einem entsprechenden Strahlenweg
erfährt. Es sei bemerkt, daß die von den verschiedenen Integratoren 17 nach einem vorgegebenen Takt
abgeleiteten Ausgangssignale sich auf eine Gruppe von divergierenden Strahlenwegen beziehen, und daß
Signale, die sich auf weitere Gruppen von divergierenden Strahlenwegen beziehen, in Abhängigkeit von
aufeinanderfolgenden Taktimpulsen abgeleitet werden. Die Beziehung zwischen den Taktimpulsen und dem
Winkelabstand benachbarter Strahlenwege ist so, daß bei Vorhandensein von η Detektoren (n — 1) der
Detektoren in Abhängigkeit von einem Taktimpuls Ausgangssignale erzeugen, die sich auf Strahlenwege
beziehen, die parallel zu Strahlenwegen liegen, von denen andere Detektoren Ausgangssignale bei dem
vorhergegangenen Taktimpuls erzeugt haben. Somit können im Verlaufe einer Drehung des Elements 6 um
einen größeren Winkel Gruppen von Ausgangssignalen aufgebaut werden, die sich auf Gruppen paralleler
Strahlenwege beziehen. Einige dieser parallelen Gruppen werden dabei früher als andere vollständig, und
beispielsweise ist eine Gruppe von Ausgangssignalen, die sich auf Strahlenwege beziehen, die parallel zur
linken äußeren Begrenzung des Strahlenfächers 15 verlaufen, vollständig, sobald das Element 6 sich um
einen Winkel im Uhrzeigersinn dreht, der gleich der Spreizung des Strahlenfächers 15 ist (z. B. 40°). Einige
Gruppen jedoch, nämlich die Gruppen, die parallel zu Strahlen zwischen den Begrenzungen des Fächers 15
liegen, werden erst vollständig, nachdem das Element 6 sich um mehr als 180° gedreht hat. Wenn Signale
benötigt werden, die sich auf diese Gruppen beziehen, dann muß die Drehung fortgesetzt werden, bis der
Winkel (180° + [Fächerwinkel] - [Winkel zwischen den Strahlen]) erreicht ist. In diesem Falle enthält die
Information jedoch einen Überschuß, d. h. man erhält in bezug auf einige Strahlenwege doppelte Signale. Man
kann dann von den doppelten Signalen entweder den Durchschnitt bilden oder eines der beiden für einen
gegebenen Strahlenweg erhaltenen Signale unterdrükken.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin. die Taktimpulse in einer konstanten Phasenbeziehiing
zur Drehung des Elements 6 zu halten, während sich das Element 6 über einen ersten nennenswerten Winkel
bewegt, so daß jeder Detektor der Reihe nach Ausgangssignaie erzeugt, die sich auf Sirahlenwege in
unterschiedlichen parallelen Gruppen beziehen, worauf dann bei einem geeigneten Abschnitt der Drehbewegung
die Phase der Taktimpulse in bezug auf die Drehung des Elements 6 so verschoben wird, daß jeder
Detektor während der weiteren Bewegung des Elements über einen weiteren nennenswerten Winkel
veranlaßt wird, Ausgangssignale zu erzeugen, die sich auf Strahlenwege von parallelen Gruppen beziehen, die
hinsichtlich ihres Winkels zwischen den zuerst erwähnten parallelen Gruppen liegen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden die erwähnten Umstände der Vollständigkeit von sich auf
bestimmte parallele Gruppen von Strahlenwegen beziehenden Ausgangssignalen und der Redundanz der
Information mittels einer Art von Auftasttechnik in Betracht gezogen, die in der Phasenschieber-Stufe
angewendet wird, um zu erreichen, daß die Verschiebung nicht gleichzeitig auf die Takiirripuise für alle
Detektoren angewendet wird. Statt dessen wird die Phasenverschiebung auf die Taktimpulse für jeden
Detektor unmittelbar vor dem Stadium angewendet, bei dem der jeweilige Detektor begonnen haben würde,
redundante Informationen zu liefern. Auf diese Weise werden Ausgangssignale gewonnen, die sich auf
vollständige Gruppen von sowohl ursprünglichen als auch zwischengeschalteten Strahlenwegen bei einer
Gesamtdrehung von (360° — [Winkel zwischen den Strahlen]) beziehen.
Aus Gründen der Einfachheit ist angenommen, daß nur fünf Strahlen vorhanden sind, deren Mittellinien
einen gleichen Winkelabstand (von z. B. 10°) innerhalb des Strahlenfächers 15 aufweisen. In diesem Falle sind
natürlich nur fünf Detektoren 13i bis 13s in der Bank 13
vorhanden, und dementsprechend werden auch nur fünf
Gruppen von Schaltungen 16,17,20 und 21 benötigt.
In Fig. 2 sind fünf Gruppen der Schaltungen 17, 20
und 21 dargestellt, deren Index jeweils den Detektor kennzeichnet, an den die Schaltung angeschlossen ist.
Die Indices 1 bis 5 beziehen sich auf die Detektoren, die den äußeren Strahlen auf der linken und rechten Seite
des Fächers (in der in F i g. 1 dargestellten Position) zugeordnet sind, der Index 3 bezieht sich auf den
Detektor für den mittleren Strahl, der immer durch die Drehachse verläuft, und die Indices 2 und 4 beziehen
sich auf die Detektoren der Strahlen, die zwischen dem mittleren Strahl und den äußeren Strahlen liegen.
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß jeder Integrator 17 die Taktimpulse von der Einheit 19 jeweils über einen
Schalter 23 empfängt, wobei die Schalter 23 als einpolige mechanische Umschalter dargestellt sind, in
der Praxis aber natürlich Transistor- oder Dioden-Schalter sind. Die von der Einheit 19 gelieferten
Taktimpulse, von denen zwei Impulse 25 und 26 dargestellt sind, sind nadeiförmig und bewirken das
Lesen und Rückstellen der Integratoren 17, wobei aufeinanderfolgende Impulse einen zeitlichen Abstand
Γ voneinander haben. Diese Impulse werden unmittelbar an den einen Umschaltkontakt jedes der Schalter 23
und über ein Verzögerungselement 27 an den anderen Umschaltkontakt jedes Schalters geleitet. Die Pole aller
Schalter 23 sind jeweils an ihre zugehörigen Integratoren angeschlossen. Das Verzögerungselement 27 erteilt
den ihm zugeführten Impulsen 27 eine Verzögerung, die halb so groß wie die Zeitdauer 7ist.
Die unverzögerten Taktimpulse werden ferner einer Haupttaktgeber-Schaltung 28 zugeführt, die die Schalter
23 und einige andere Komponenten steuert, was nachfolgend erläutert wird.
Die an den Ausgängen 22 aller fünf Kanäle erscheinenden Signale werden einer Sortier-Schaltung
29 zugeführt, die die Ausgangssignale in Gruppen sortiert, die sich auf etwa parallele Strahlenwege durch
den Körper 1 beziehen. Aus Gründen der Geometrie beziehen sich die ausgewählten Signale nicht auf
parallele Strahlenwege mit gleichmäßigen Abständen, und da die Technik zur Verarbeitung der Ausgangssignale
zwecks Ermittlung der Koeffizienten (die in der DE-OS 24 20 500 beschriebene Konvolutions-Technik)
erfordert, daß aus Gründen einer hohen Genauigkeit Signale angeliefert werden, die sich auf parallele
Strahlenwege mit gleichmäßigem Abstand beziehen, ist eine Ausgleichsschaltung 30 vorgesehen, die die
Ungleichmäßigkeit der Abstände kompensiert. Die Schaltung 30 kann beispielsweise eine Interpolationsschaltung sein, die die sortierten Signale empfängt und
neue Signale erzeugt, die Strahlenwegen mit gleichmäßigen Abständen entsprechen, jedoch ist es günstig,
wenn wenigstens einige der neuen Signale synthetisch durch Kombination geeigneter Teile von zwei oder
mehr der tatsächlichen Ausgangssignale gebildet werden.
Die Schaltung 30 speist eine Datenverarbeitungsschaltung 31 in der die Absorptionskoeffizienten
ermittelt werden, und die ermittelten Koeffizienten werden dann mittels einer Fensterhöhen- und -breiten-Steuerschaltung
32 einer Einheit 33 zur sichtbaren Anzeige zugeführt Die Einheit 33 besteht vorzugsweise
aus einer Kathodenstrahlröhre, die zugleich die Möglichkeit zum Fotografieren des darauf angezeigten
Bildes besitzt Die ermittelten Koeffizienten werden ferner von der Schaltung 31 einem Langzeitspeicher 34
zugeführt, der aus einem Magnetband oder einer Magnetscheibe bestehen kann. Zumindest die Arbeitsweise
der Einheiten 29, 30 und 31 wird von der Haupttaktgeberschaltung 28 gesteuert.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes anhand der in Fig.3 dargestellten Tabelle erläutert, die zeigt, wie Gruppen von Ausgangssignalen, die sich ujf parallele Strahlenwege beziehen, bei Drehung des Elementes 6 um den Körper 1 aufgebaut werden. Zum leichteren Verständnis ist
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes anhand der in Fig.3 dargestellten Tabelle erläutert, die zeigt, wie Gruppen von Ausgangssignalen, die sich ujf parallele Strahlenwege beziehen, bei Drehung des Elementes 6 um den Körper 1 aufgebaut werden. Zum leichteren Verständnis ist
ίο angenommen, daß die einzelnen Strahlenwege bei
bestimmten Winkelpositionen des Tisches 6 gewonnen werden, vahrend in der Praxis die Signale in einer
endlichen Zeit während der Drehung des Elements 6 abgeleitet werden. Es wird angenommen, daß Gruppen
von Ausgangssignalen jeweils gewonnen werden, wenn sich das Element 6 um 10°, d. h. um den Betrag des
Winkels zwischen den Strahlen, gedreht hat.
In der Tabelle gemäß Fig.3 geben die Reihen die
aufeinanderfolgenden Winkelpositionen des Elements 6 in bezug auf die in F i g. 1 dargestellte Ausgangsposition
an, und die Spalten enthalten den Winkel eines Strahls zum äußeren rechten Strahl des Fächers in der
Ausgangsposition. Die Ziffern 1 bis 5, die jeweils an den Schnittstellen der Reihen und Spalten eingetragen sind,
geben denjenigen Detektor 13 an, der gerade ein Ausgangssignal erzeugt, das ein Maß für den Strahlenweg
durch den Körper für die jeweiligen Ordinaten- und Abzissenwerte darstellt.
Wenn somit das Element 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird, erfolgt der Aufbau einer kompletten parallelen Gruppe von fünf Strahlen bei 40° gegenüber der Winkellage des äußeren rechten Strahles erst, nachdem der Körper 6 eine Drehung von 40° vollzogen hat. Dies ist zu erkennen durch die vollständige Reihe der Ziffern 1 bis 5 in der zugehörigen Spalte. Die Gruppen bei 0°, 10°, 20° und 30° bleiben zunächst unvollständig, was durch die unvollständigen Ziffern in den zugehörigen Spalten erkennbar ist. Durch weitere Drehung des Elements 6 werden weitere vollständige Gruppen von Ausgangssignalen der Reihe nach aufgebaut, was aus der Tabelle ersichtlich ist, und dieses Verfahren wird unverändert fortgesetzt, bis das Element 6 sich um 140° gedreht hat. Wenn jetzt die dem Integrator 17 zugeführten Taktimpulse ihre Phase beibehielten, würde der Detektor 13i (der den Integrator 17i speist) ein Ausgangssignal liefern, das sich auf denselben Strahlenweg bezieht, für den der Detektor 135 (der den Integrator 17s speist) ein Ausgangssignal erzeugt hatte, als sich das Element 6 in seiner Ausgangsposition (0°) befand. Dies ist eine Eigenschaft der Geometrie des Gerätes, und bei der verwendeten Bezeichnung in der Tabelle sind doppelte Strahienwege durch die beiden Detektor-Indices charakterisiert, die zusammengezählt sechs ergeben. Dies trifft natürlich nur auf Strahlenwege zu, die in Winkelpositionen des Elements 6 bestrahlt werden, die absolut gesehen einen größeren Abstand voneinander haben als der Fächerwinkel. Um eine Verdoppelung von Ausgangssignalen, die sich auf die erste Gruppe von Strahlenwegen beziehen (d. h. bei 0°, 10°, 20° etc.) zu vermeiden, ist die Zeitgeberschaltung 28 so ausgelegt, daß der Schalter 23 betätigt wird, so daß dem Integrator 17 die verzögerten Taktimpulse zugeführt werden und der relevante Detektor 13i zur Erzeugung eines Ausgangssignals veranlaßt wird, das ein Maß für einen Strahlenweg ist, der einen Winkel von 175° zum äußeren rechten Strahl des Fächers aufweist, und es beginnt die Ableitung von Signalen für eine zweite Gruppe von Strahlenwegen, die genau zwischen
Wenn somit das Element 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird, erfolgt der Aufbau einer kompletten parallelen Gruppe von fünf Strahlen bei 40° gegenüber der Winkellage des äußeren rechten Strahles erst, nachdem der Körper 6 eine Drehung von 40° vollzogen hat. Dies ist zu erkennen durch die vollständige Reihe der Ziffern 1 bis 5 in der zugehörigen Spalte. Die Gruppen bei 0°, 10°, 20° und 30° bleiben zunächst unvollständig, was durch die unvollständigen Ziffern in den zugehörigen Spalten erkennbar ist. Durch weitere Drehung des Elements 6 werden weitere vollständige Gruppen von Ausgangssignalen der Reihe nach aufgebaut, was aus der Tabelle ersichtlich ist, und dieses Verfahren wird unverändert fortgesetzt, bis das Element 6 sich um 140° gedreht hat. Wenn jetzt die dem Integrator 17 zugeführten Taktimpulse ihre Phase beibehielten, würde der Detektor 13i (der den Integrator 17i speist) ein Ausgangssignal liefern, das sich auf denselben Strahlenweg bezieht, für den der Detektor 135 (der den Integrator 17s speist) ein Ausgangssignal erzeugt hatte, als sich das Element 6 in seiner Ausgangsposition (0°) befand. Dies ist eine Eigenschaft der Geometrie des Gerätes, und bei der verwendeten Bezeichnung in der Tabelle sind doppelte Strahienwege durch die beiden Detektor-Indices charakterisiert, die zusammengezählt sechs ergeben. Dies trifft natürlich nur auf Strahlenwege zu, die in Winkelpositionen des Elements 6 bestrahlt werden, die absolut gesehen einen größeren Abstand voneinander haben als der Fächerwinkel. Um eine Verdoppelung von Ausgangssignalen, die sich auf die erste Gruppe von Strahlenwegen beziehen (d. h. bei 0°, 10°, 20° etc.) zu vermeiden, ist die Zeitgeberschaltung 28 so ausgelegt, daß der Schalter 23 betätigt wird, so daß dem Integrator 17 die verzögerten Taktimpulse zugeführt werden und der relevante Detektor 13i zur Erzeugung eines Ausgangssignals veranlaßt wird, das ein Maß für einen Strahlenweg ist, der einen Winkel von 175° zum äußeren rechten Strahl des Fächers aufweist, und es beginnt die Ableitung von Signalen für eine zweite Gruppe von Strahlenwegen, die genau zwischen
den Wegen der ersten Strahlengruppe liegen. Der Rest der Detektoren liefert jedoch weiterhin Informationen,
die sich auf die ersten Strahlweggruppen beziehen.
Der nächste Integrator, der hinsichtlich der Phase der ihm zugeführten Taktimpulse eine Änderung erfährt, ist
der Integrator 172. Dies tritt ein, wenn das Element 6
sich um 160° gedreht hat, und es wird verhindert, daß das für den 10°-Strahlenweg bei der 0°-Position vom
Detektor 134 gewonnene Signal, das den Integrator 174
speist, durch das Ausgangssignal des Detektors 132
verdoppelt wird.
Das Verfahren der Phasenänderung der den einzelnen Integratoren zugeführten Taktimpulse zu vorgegebenen
Zeiten wird fortgesetzt, bis alle Integratoren mit den verzögerten Taktimpulsen versorgt sind. Dieser
Zustand bleibt dann unverändert bis /um Ende der Drehbewegung des Elements 6, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel bei 350°. Die Schalter 23 können dann in ihre Ausgangspositionen geschaltet werden
(d. h. es werden die unverzögerten Taktimpulse an die Integratoren angeschlossen), was entweder durch eine
mechanische Rückstellvorrichtung oder durch ein Signal von der Taktgeberschaltung 28 erfolgen kann,
wenn das Element 6 seine Drehung vollendet und seine Startposition bei 0° einnimmt. Durch die beschriebene
Maßnahme werden Ausgangssignale erzeugt, die sich auf zweite Gruppen von Strahlenwegen beziehen, die
hinsichtlich des Winkels in die ersten Strahlweggruppen eingeschachtelt sind.
Es sei bemerkt, daß zur Steuerung der Schalter 23 die Taktgeberschaltung 28 einen Ringzähler enthalten
kann, der die Zählung in Abhängigkeit vom Empfang der Taktimpulse von der Einheit 19 ansammelt und
Ausgangssignale an entsprechenden Klemmen erzeugt, wenn die angesammelte Zählung ausgewählte Beträge
erreicht. Das Umschaltverfahren ist natürlich durch die Geometrie des Gerätes bestimmt und ist für alle
Untersuchungen gleich.
Gegebenenfalls kann das Gerät ohne die Einschachtelung
betrieben werden und die Drehung nur um 210° erfolgen (d.h. 180" +[Fächerwinkel 40°] - [Winkel
zwischen den Strahlen von 10°]). In diesem Falle können
die jeweiligen Ausgänge der Taktgeberschaltung 28 zur Zurückweisung der verdoppelten Ausgangssignale
verwendet werden, die von den Detektoren 13t bis 134,
die die Integratoren 17| bis 174 speisen, in der Rotationsperiode von 140° bis 210° abgeleitet wurden.
Die Erfindung läßt sich auch mit Vorteil auf Geräte der in den älteren Anmeldungen P 25 51 322 und
P 26 48 503 beschriebenen Art anwenden, in denen die Röntgenquelle 12 so ausgebildet ist, daß der Elektronenstrahl
über einer länglichen Anode abgelenkt wird, so daß der Strahlenteiler 15 in bezug auf den Körper
verschiebbar ist. Die Abtastung des Elektronenstrahls verläuft natürlich synchron mit der Drehung des
Elements 6.
Wenn man daher annimmt, daß im Betrieb fünf Detektoren über der Breite von 40° des Strahlenfächers
verteilt sind, so daß der Winkel zwischen den Strahlen (d.h. der Winkel zwischen den Mittellinien benachbarter
Strahlen) 10° ist, erzeugen die Integratoren 17 Ausgangssignale, die sich auf eine Gruppe von fünf
divergierenden, durch den Körper verlaufenden Strahlenwegen beziehen, in Abhängigkeit vom Empfang
eines jeden Taktimpulses 25, 26. Es wird jeweils ein Taktimpuls pro 10" Drehung des Elements 6 erzeugt,
ίο und die Stricheinteilung und die Fotozellenanordnung
18, 19 sind entsprechend ausgebildet. Derartige Anordnungen sind zur Überwachung nicht nur einer
Drehbewegung sondern auch einer linearen Bewegung eines Körpers bekannt. Eine Anordnung aus Fotozelle
und Stricheinteilung, die als linearer Bewegungswandler arbeitet, ist auf den Seiten 6-31 und 6-32 nebst Fig. 6 bis
14 des Buches »Analog-Digital Conversion Techniques« beschrieben, das von Alfred K. Suskind herausgegeben
und 1957 gemeinsam von der »Technology Press of the Massachusetts Institute of Technology« und »John
Wiley and Sons, Inc.« herausgegeben wurde.
Hinsichtlich des Abtastverfahrens ist aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich, daß bei einer
Drehung des Elements 6 in die 140°-Position ohne
:5 Änderung der Phase der dem Integrator 17| zugefühlten
Taktimpulse dieser Integrator beginnen würde, eine doppelte Information zu liefern. Wenn somit der
Integrator 17| das Signal für den Strahl bei 170° erzeugt
hat, wird der zugehörige Schalter 23 durch die Taktgeberschaltung 28 betätigt, damit dem Integrator
17i die vom Element 27 verzögerten Taklimpulse zugeführt werden. Dieser Integrator erzeugt dann
Signale, die sich auf Strahlen bei 175°, 5°, 15° usw. beziehen, die mit den Strahlen verschachtelt sind, für die
der Detektor zuvor Ausgangssignaie erzeugt hat. In gleicher Weise wird der Schalter 232 umgeschaltet,
nachdem der Integrator 172 ein Signal erzeugt hat, das
sich auf einen Strahl bei 0° bezieht (nach 150° Drehung
des Elements 6) und dieses Verfahren wird mit den dem Integrator 173 zugeführten Taktimpulsen fortgesetzt, für
den die Phase nach einer Drehung des Elements 6 von 170° geändert wird usw. Die Phase von allen den
Integratoren zugeführten Taktimpulsen ist geändert, wenn das Element 6 sich um 220° gedreht hat und von
dieser Zeit bis zu einer Drehung des Elements 6 um 350° werden alle Integratoren mit den verzögerten Taktimpulsen
gespeist und erzeugen somit Ausgangssignaie, die ein Maß für Strahlenwege sind, die hinsichtlich ihres
Winkels zwischen den Strahlenwegen liegen, für die Ausgangssignale in Abhängigkeit von unverzögerten
Taktimpulsen erzeugt wurden.
Als Folge läßt sich bei Anwendung der Erfindung bei
einer Drehung von 350° und unter Verwendung von fünf Detektoren die gleiche Information gewinnen als
würde man ohne Verwendung der Erfindung eine Drehung von 210° durchführen und zehn Detektoren
verwenden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Computer-Tomograph mit einer Röntgenquelle für einen ebenen divergierenden Röntgenstrahlen/ächer, mit einer Abtastanordnung zur Erzeugung
einer Umlaufbewegung der Röntgenquelle um eine Transversalschicht eines zu untersuchenden Patienten, so daß die Röntgenquelle während der
Umlaufbewegung Strahlen durch die Transversalschicht aus vielen unterschiedlichen Richtungen
hindurchsendet, mit einer aus mehreren Detektoren bestehenden Detektoranordnung zur Messung der
aus dem Körper entlang zahlreicher divergierender Wege bei jeder der Richtungen austretenden
Strahlen und zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale, die ein Maß für die Intensität der
gemessenen Strahlen sind, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Taktsignalen mit einer ersten Phase,
die ein Maß für das Fortschreiten der von der Röntgenquefle ausgeführten Umlaufbewegung sind,
mit einer Schaltung, die die Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Taktsignalen auftastet und
dadurch die Detektoranordnung zur Erzeugung diskreter elektrischer Signale für jede Richtung
veranlaßt, und mit Mitteln, die, während die Röntgenquelle einen Teil ihrer Umlaufbewegung
ausführt, die Detektoranordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen veranlassen, die sich auf Wege
beziehen, die zwischen den Wegen liegen, für die die Detektoranordnung Ausgangssignale erzeugt, während die Quelle einen anderen Teil ihrer Umlaufbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Komponenten (19, 27) zur
Erzeugung von Taktimpulsen mit einer zweiten, gegenüber der ersten Phase derartig verschobenen
Phase enthalten, daß die Ausgangssignale für die Zwischenwege erhalten werden.
2. Computer-Tomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine jedem
Detektor (13) zugeordnete Schalteranordnung (23) enthalten, daß jede Schalteranordnung (23) einen
ersten Zustand, in dem den Auftastmitteln (17) Taktimpulse mit der ersten Phase zugeführt werden,
und einen zweiten Zustand, in dem den Auftastmitteln (17) Taktimpulse mit der zweiten Phase
zugeführt werden, besitzt, und daß eine Taktsteuerschaltung (28) vorhanden ist, die entsprechend dem
Fortschreiten der Umlaufbewegung der Reihe nach die Schalteranordnungen vom ersten in den zweiten
Zustand überführt und dadurch zu verschiedenen Zeiten eine Änderung der Phase der Taktimpulse für
verschiedene Detektoren bewirkt.
3. Computer-Tomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsteuerschaltung
(28) die den Detektoren (13) zugeordneten Schalteranordnungen (23) vom ersten in den zweiten
Zustand unmittelbar vor dem Zeitpunkt überführt, bei dem der jeweilige Detektor mit Fortschreiten
der Umlaufbewegung ohne Phasenänderung begin nen würde, eine doppelte Information zu erzeugen.
4. Computer-Tomograph nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsteuerschaltung (28) eine Zählschaltung enthält, die die
Taktimpulse mit der ersten Phase zählt und den Zustand der Schalteranordnungen (23) ändert, wenn
die Zählschaltung einen wählbaren Zählerstand erreicht.
Mit einem Computer-Tomographen ist es möglich, die Absorbtionskoeffizienten für zahlreiche elementare,
über einer Transversalschicht des untersuchten Körpers verteilte Orte zu ermittein und eine sichtbare Darstel
lung der ermittelten Koeffizienten zu erzeugen.
Für die Ermittlung der Absorbtionskoeffizienten wird die Intensität der Strahlung nach Durchqueren der
Transversalschicht entlang einer großen Zahl von Sfrahlenwegen gemessen.
Aus der DE-OS 19 41433 ist es bekannt, diese
Meßsignale dadurch abzuleiten, daß von einer Röntgenquelle die Strahlung durch die Ebene der Transversalschicht zu einer Detektoranordnung verläuft, wobei die
Röntgenquelle und die Detektoranordnung einer
Abtastbewegung relativ zum Körper unterworfen
werden, bei der abwechselnd laterale und umlaufende Bewegungen von Röntgenquelle und Detektoranordnung ausgeführt werden, so daß die Transversalschicht
aus zahlreichen unterschiedlichen Richtungen bestrahlt
wird.
Es ist natürlich erwünscht, daß die Signale so schnell wie möglich zur Verfügung stehen, denn je schneller die
Signale erzeugt werden können, um so geringer ist die Gefahr, daß der Körper, ein darin befindliches Organ oder eine Körperflüssigkeit sich bewegt und dadurch bei der Ermittlung der Koeffizienten Fehler auftreten. Es
sind daher auch Computer-Tomographen bekannt, bei
denen die Röntgenquelle einen ebenen divergierenden Röntgenstrahlenfächer aussendet, wobei eine Vielzahl
jo von Detektoren über dem Strahlenfächer verteilt auf der der Röntgenquelle gegenüberliegenden Seite des
Körpers angeordnet ist, so daß die Möglichkeit besteht, eine große Anzahl von Wegen gleichzeitig zu
bestrahlen und die entsprechenden elektrischen Ausgangssignale abzuleiten. Falls die Fächersprcizung so
breit ist, daß sie wenigstens einen nennenswerten Teil des Körpers erfaßt, können alle Signale allein durch eine
Umlaufbewegung der Röntgenquelle und der Detektoren um den Körper erzeugt werden.
Die von einem Detektor abgeleiteten Ausgangssigna-
Ie werden voneinander durch Auftastimpulse unterscheidbar gemacht, die von der fortschreitenden
Drehbewegung abgeleitet werden. Während der Drehung der Röntgenquelle und der Detektoren um den
Körper werden zahlreiche solcher Impulse erzeugt. Aus der DE-OS 24 34 224 ist es bereits bekannt, die Zahl der
Gruppen von bestrahlten Strahlenwegen zu erhöhen, indem die Detektoren physikalisch in bezug auf die
Röntgenquelle entweder abrupt bei einer geeigneten Stufe der Drehbewegung oder allmählich während der
Drehbewegung verschoben werden. Eine solche Verschiebung ist kompliziert und dementsprechend aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zahl der Gruppen von Ausgangssignalen zu erhöhen, ohne
daß eine solche physikalische Verschiebung erforderlich ist.
Die Erfindung geht dabei aus von einem Computer-Tomographen
mit einer Röntgenquelle für einen ebenen divergierenden Röntgenstrahlenfächer. mit einer Abtastanordnung
zur Erzeugung einer Umlaiifhewogung der
Rönlgenquelle um eine Transversalschicht eines /u untersuchenden Patienten, so daß die Röntgenquelle
während der Umlaufbewegung Strahlen durch die e5 Transversalschicht aus vielen unterschiedlichen Richtungen
hindurchsendet, mit einer aus mehreren Detektoren bestehenden Detektoranordnung zur Messung
der aus dem Körner entlaus? /nhlrrirhpr
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