DE2724244A1

DE2724244A1 - Geraet zur untersuchung eines patienten mit durchdringender strahlung

Info

Publication number: DE2724244A1
Application number: DE19772724244
Authority: DE
Inventors: Colin Charles Oliver
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1977-12-08
Also published as: FR2353865A1; NL184661C; JPS559218B2; US4123659A; NL7706033A; JPS5313385A; GB1536448A; FR2353865B1; DE2724244C2

Description

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EMI Limited 100/502

Gerät zur Untersuchung eines Patienten mit durchdringender Strahlung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung einer Scheibe des Körpers eines Patienten, mit einer Strahlungsquelle, von deren Anode die Strahlung mit fächerförmiger Verteilung ausgeht und durch den Körper verläuft, mit Detektoren zur Feststellung der Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers, und mit Mitteln zur Abtastung des Ursprungs der Strahlungsquelle in bezug auf die Anode.

Derartige Geräte dienen zur Herstellung einer Darstellung der Absorptionsverteilung in der ebenen Scheibe des Körpers in bezug auf die durchdringende Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung.

Ein Verfahren und ein Gerät zur Herstellung einer solchen Darstellung ist in der DT-OS 1 941 433 beschrieben. Bei einem dort angegebenen Ausführungsbeispiel wird einer Strahlungsquelle und

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einem Detektor eine Abtastbewegung erteilt, um ein Maß für die Absorption zu erzeuqen, die die Strahlung entlang zahlreicher Wege durch den Körper in der Ebene der Scheibe erfährt. Es ist ebenfalls eine Möglichkeit erläutert, wie die gemessenen Absorptionsdaten für die Herstellung der Darstellung verarbeitet werden.

Abtastvorrichtungen, mit denen die gewünschten Daten schneller gewonnen werden können, sind in den DT-Patentanmeldungen P 24 42 009 und P 24 27 418 beschrieben. Ein weiteres Verfahren zur Verarbeitung der Meßwerte ist in der DT-Patentanmeldung P 24 20 500 angegeben.

Weitere Abtasttechniken, die Weiterentwicklungen der in der DT-Patentanmeldung P 24 27 418 beschriebenen Vorrichtung sind, werden in den DT-Patentanmeldungen P 25 51 322 und P 26 48 503 angegeben. Bei den dort beschriebenen Anordnungen wird von der Strahlungsquelle ein fächerförmiges Strahlungsfeld erzeugt, das in einem ebenen, zu untersuchenden Bereich liegt und um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu dem Strahlungsfeld verläuft, um die Strahlung durch den zu untersuchenden Bereich aus zahlreichen Richtungen zu schicken. Es sind dabei zahlreiche Detektoren vorgesehen, die die Messung der Strahlung entlang individueller Strahlenwege innerhalb des Fächers bei unterschiedlichen Winkelpositionen messen. Damit der Bereich mit einer ausreichenden Anzahl von Orientierungen bestrahlt wird, können dem Bestrahlungsfächer zusätzlich Bewegungen auferlegt werden. In den Anmeldungen P 25 51 322 und P 26 48 503 werden Röhtgenstrahlenquellen verwendet, die eine längliche Anode besitzen, die das fächerförmige Strahlungsfeld von einem punktförmigen Ursprung aussendet, und zwar von der Stelle der Anode, auf die ein Elektronenstrahl auftrifft. Durch Erzeugung einer Abtastbewegung des Elektronen-

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Strahls entlang der Anode erfährt der Ursprung der Röntgenstrahlen ebenfalls eine Abtastbewegung, so daß der Umlaufbewegung des Fächers eine laterale Bewegung überlagert wird. Gewünschte Orientierungen des Fächers in bezug auf den Körper können durch eine geeignete Beziehung zwischen den beiden Bewegungen hergestellt werden. In der Anmeldung P 26 48 503 ist eine Anordnung beschrieben, wie die beiden Bewegungen zueinander in Beziehung gesetzt werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Anordnung zur Herstellung dieser Beziehungen zu schaffen. Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß weitere Detektormittel enthaltende Überwachungsmittel vorgesehen sind, die die Strahlung zwischen der Quelle und dem Körper auftasten und Abtastsignale erzeugen, die ein Maß für den Fortschritt der Abtastung sind.

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

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gerät,

Fig. 2 eine Kollimator-Detektor-Anordnung, die in dem in Fig. 1 dargestellten Gerät verwendbar ist,

Fig. 3 das von der Anordnung gemäß Fig. 2 abgegebene Ausgangssignal,

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Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Steuersignale für das Gerät gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine andere Kollimator-Detektor-Anordnung ,

Fig. 6 das Ausgangssignal von der Anordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 4,

Fig. 8 eine weitere Abwandlung und

Fig. 9 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Schaltung gemäß Fig.

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Das in Fig. 1 dargestellte Gerät entspricht weitgehend den in den DT-Patentanmeldungen P 2 648 503 und P 2 551 322 beschriebenen Geräten. Ein zu untersuchender, im Querschnitt dargestellter Körper 1 ruht auf einem ebenfalls im Querschnitt dargestellten Bett 2. Ein Material 3, das für die Strahlung etwa die gleiche Absorption besitzt wie Körpergewebe_/ befindet sich zwischen dem Körper 1 und dem Bett 2, um Luft aus zwischen Bett und Körper vorhandenen Zwischenräumen zu verdrängen, und dieses Material erstreckt sich teilweise um den Körper, um für die Strahlung einen etwa kreisförmigen Querschnitt zu schaffen. Der Körper wird durch Haltegurte 4 in der gewünschten Lage festgehalten.

Das Bett 2 und der Körper 1 werden in eine öffnung 5 innerhalb eines Drehtisches 6 eingeführt, so daß ein gewünschter Teil des Körpers in der öffnung zentriert wird. Der Drehtisch 6 kann um eine Achse 7 gedreht werden, die bei diesem Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des Körpers und senkrecht zur Papierebene verläuft und in der Mitte der öffnung 5 angeordnet ist. Der Drehtisch ist auf drei Zahnrädern 8a, b, c gelagert, die mit nicht dargestellten Zähnen im Umfang des Drehtisches 6 in Eingriff sind. Die Zahnräder 8 sind drehbar in einem Hauptrahmen 9 des Gerätes gelagert. Das Zahnrad 8c wird von einem Motor 10 angetrieben, der ebenfalls auf dem Hauptrahmen 9 gelagert ist, um dem Drehtisch die notwendige Drehbewegung zu erteilen.

Der Drehtisch 6 trägt ferner eine Röntgenstrahlenquelle 11, eine Bank mit Detektoren 12 und zugeordnete Kollimatoren 13. Die Detektoren, von denen bei einer praktischen"Ausführungsform etwa dreihundert bis vierhundert Stück vorhanden sind, können von beliebiger Bauart sein, und beispielsweise bestehen sie aus Scintillationskristallen mit zugeordneten Fotovervielfachern oder Fotodioden. Eine weitere, aus einem Kollimatorblock und einem Detektor bestehende Einheit 14, die nachfolgend noch in Einzel-

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heiten beschrieben wird, ist ebenfalls so auf dem Hauptrahmen angebracht, daß sie von den Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Damit der Empfang von Röntgenstrahlen möglich ist, ohne die Detektoren 12 abzuschirmen, ist die Einheit 14 senkrecht zur Ebene der untersuchung, d.h. senkrecht zur Papierebene verlagert. Der von der Quelle ausgesendete Strahlenfächer ist so ausgelegt, daß er sich in ausreichendem Maße senkrecht zur Papierebene erstreckt.

Ein oder mehrere keilförmige, nicht dargestellte Schwächungskörper können ebenfalls vorgesehen werden, damit trotz des kreisförmigen Querschnittes des Körpers und des Füllmaterials für die Strahlung gleiche Weglängen geschaffen werden.

Die Quelle 11, die wie zuvor erwähnt einen länglichen Fangschirm oder eine Anode 15 enthält, erzeugt ein fächerförmiges Strahlungsfeld 16, dessen Ursprung ein punkt- oder linienförmiger Bereich ist, auf den ein Elektronenstrahl auftrifft. Der Elektronenstrahl kann einer Abtastbewegung entlang der Anode unterworfen werden, so daß die Röntgenstrahlen eine entsprechende Bewegung von der Position 16a zur Position 16b ausführen. Dies erzeugt die Wirkung einer ausgedehnten Röntgenstrahlenquelle, obwohl die gesamte Strahlung nicht gleichzeitig erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bereich, entlang dem der Ursprung der Röntgenstrahlen auf dem Fangschirm 15 eine Abtastbewegung ausführt, etwa 5 cm lang, jedoch kann der Bereich auch kürzer oder größer sein. Die Längsachsen der Kollimatoren verlaufen etwa durch die Mitte der Anode 15.

Die Röntgenstrahlenquelle 11 weist einen Abstand von etwa 50 cm von der Mittelachse 7 auf, und die Detektoren 12 sind ebenfalls etwa 50 cm entfernt auf der anderen Seite der Achse 7 angeordnet, so daß die Strahlung des Fächers 16 in jeder Position des Ursprungs der Röntgenstrahlen bei der lateralen Abtastbewegung entlang dem Fang-

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schirm 16 von den Detektoren empfangen werden kann. Gegebenenfalls können die Abstände zwischen der Quelle und der Achse 7 sowie zwischen den Detektoren und der Achse 7 auch ungleich gemacht werden. Die Kollimatoren 13 müssen jedoch so bemessen sein, daß sie die direkt ausgesendete Strahlung empfangen, einen Empfang von Streustrahlung jedoch bis auf das praktisch größtmögliche Maß verhindern. Die Einheit 14 kann dichter an der Quelle angeordnet werden als dargestellt, vorausgesetzt, daß sie einen Teil der Strahlung an allen Punkten der Abtastung empfangen kann ohne die Detektoren 12 zu beschatten.

Die Anordnung ist so getroffen, daß der Ursprung der Röntgenstrahlen eine stete Abtastbewegung auf dem Fangschirm 15 von der Position 16a zur Position 16b ausführt und vor Wiederholung der Abtastung schnell zum Ausgangspunkt zurückkehrt. Gleichzeitig wird der Drehtisch 6 und das darauf befestigte Zubehör einer Drehbewegung unterworfen. Während dieser Zeit erzeugt jeder Detektor der Gruppe 12 einen Ausgang, der ein Maß für die Intensität der auf ihn auftreffenden Strahlung ist. Diese Ausgänge werden in Verstärkern 17 verstärkt und dann Integratoren 18 zugeführt. In diesen werden die Ausgangssignale über so ausgewählte Zeiträume integriert, daß sich jeder Ausgang auf die Intensität der längs eines Strahlenweges übertragenen Strahlung bezieht, dessen Abmessungen durch die Drehbewegung und die lineare Bewegung der Punktquelle während dieser Periode bestimmt ist. Da diese Bewegungen so gewählt werden, daß die gewünschten Strahlenwege für eine bestimmte Ausführungsform erreicht werden, beispielsweise für die in der DT-Patentanmeldung P 2 551 322 beschriebene Anordnung, werden die gewünschten Integrationsperioden ebenfalls auf diese Bewegungen bezogen. Aus diesem Grunde werden die Integratoren bei diesem Ausführungsbeispiel durch Impulse gesetzt und zurückgestellt, deren Periode auf die Umlaufbewegung bezogen ist. Die Impulse werden durch eine aus einer Lichtquelle und einer

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Fotozelle bestehende, auf dem Hauptrahmen 9 angebrachte Einheit 19 erzeugt. Am Hauptrahmen 9 ist ein weiteres Zahnrad 20 drehbar gelagert, das mit den Zähnen im Umfang des Drehtisches 6 in Eingriff steht. Auf dem Zahnrad 20 ist eine kreisförmige Stricheinteilung 21 angebracht, die mit dem Drehtisch 6 umläuft. Die Stricheinteilung 21 besteht aus undurchsichtigen Linien auf einer durchsichtigen Unterlage, so daß diese Linien einen Lichtweg zwischen der erwähnten Lichtquelle und der Fotozelle unterbrechen, um Impulse zu erzeugen, die ein Maß für den Fortschritt der Drehbewegung sind. Die Impulse werden den Integratoren 18 über eine Einheit 22 zugeführt, die später noch näher erläutert wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Takt der Impulse so bemessen, daß vierundzwanzig Integrationsperioden während der Zeit einer lateralen Abtastbewegung des Röntgenstrahlenfächers 16 von der Position 16a zur Position 16b vorhanden sind. Somit mißt jeder Detektor Strahlung von vierundzwanzig schmalen Strahlenwegen, die von vierundzwanzig verschiedenen Positionen auf dem Fangschirm ausgehen. Die tatsächliche Form der Strahlenwege durch den Körper wird - wie zuvor erwähnt - auch durch die gleichzeitige orbitale Bewegung bestimmt. Signale, die die Intensität der von diesen Wegen empfangenen Strahlung darstellen, werden in Umsetzern 23 in digitale Form und in Umsetzern 24 in logarithmische Form umgesetzt und dann an einem Ausgang 25 für die weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Es sei bemerkt, daß jeweils ein Verstärker 17, ein Integrator 18, ein A/D Umsetzer 23 und ein logarithmischer Umsetzer 24 für jeden Detektor vorgesehen ist und alle diese Elemente synchronisiert betrieben werden. Bei der Verarbeitung werden die Signale zu Gruppen sortiert, die die Absorption von Gruppen paralleler Strahlenwege darstellen, was beispielsweise in der DT-Patentanmeldung P 2 551 322 beschrieben ist, und die Verarbeitung erfolgt beispielsweise gemäß der DT-Patentanmeldung P 2 420 500. um"die gewünschte Darstellung der Absorp-

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tionsverteilung herzustellen. Die erwähnten Schaltungen weisen einen bekannten Aufbau auf.

Wie zuvor erwähnt wurde, ist es erwünscht, die Abtastung der Röntgenstrahlenquelle 11 in einer vorgegebenen Beziehung zu der kontinuierlichen Umlaufbewegung zu halten. Aus diesem Grunde werden Ablenkschaltungen 26, die die Abtastbewegung des auftreffenden Elektronenstrahls auf der Anode 15 steuern, mit Impulsen von der aus Lichtquelle und Fotozelle bestehenden Einheit 19 über Impulsverarbeitungsschaltungen 22 gespeist. Es ist natürlich auch erwünscht, die tatsächliche laterale Bewegung der Röntgenstrahlen zu überwachen, um sicherzustellen, daß die Beziehung auch wirklich erreicht wird. Aus diesem Grunde wird ein Ausgang der Einheit 14 über eine Verarbeitungsschaltung 27 ebenfalls den Ablenkschaltungen 26 zugeführt.

Die Anordnung der aus Kollimatoren und einem Detektor bestehenden Einheit 14 ist in Fig. 2 in größeren Einzelheiten dargestellt. Der Ursprung des Röntgenstrahlenfächers bewegt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Abtastbewegung von der Position 16a zur Position 16b auf der Anode 15 etwa 5 cm. Die leicht außerhalb der Untersuchungsebene angeordnete Einheit 14 besteht aus einem Kollimatorblock 28, dessen Mittelpunkt von der Anode 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel 25 cm entfernt ist und nur Strahlung unter einem vorgegebenen Winkel des Fächers, im vorliegenden Beispiel senkrecht zur Anode, zu einem Scintillatorkristall 29 durchlässt. Die Intensität des vom Scintillator 29 in Abhängigkeit von der auftreffenden Strahlung emittierten Lichtes wird von einem Detektor 30 gemessen, der aus einem Fotovervielfacher oder einer ähnlichen Vorrichtung besteht. Statt dessen kann der Scintillator 29 auch durch einen anderen Detektor ersetzt werden, beispielsweise durch einen mit Xenon gefüllten Proportionalzähler.

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Der Kollimatorblock 28 besteht aus mehreren Blöcken aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material, z.B. aus Blei oder Messing, und vorzugsweise sind bei einem Abstand von 25 cm von der Anode öffnungen von 0.15 nun für die Strahlung über eine Gesamtlänge von 5 cm mit einer Teilung von 2,5 mm vorgesehen. Aus Gründen der Übersicht sind in Fig. 2 jedoch die relativen Abmessungen übertrieben groß dargestellt. Es sei bemerkt, daß bei einer Anordnung des Blockes 28 in einem anderen Abstand von der Röntgenstrahlenquelle (bei einem anderen typischen Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand z.B. 13,5 cm) die relativen Abmessungen geändert werden können. Es sind ferner nicht dargestellte Mittel vorgesehen, um den Kollimatorblock seitlich und/oder winkelmäßig in bezug auf die Anode zu verlagern, um zu Beginn eine Justierung vornehmen zu können. Der Kollimatorblock wird so justiert, daß dann, wenn der Scintillator 29 Strahlung durch eine öffnung empfängt, er nur wenig Strahlung durch benachbarte öffnungen empfängt. Wenn somit der Röntgenstrahlenfächer 16 der lateralen Abtastbewegung unterworfen wird, steigt und fällt der Lichtausgang des Scintillators 29 und damit der Ausgang des Fotovervielfachers 30, wenn die Röntgenstrahlen über aufeinanderfolgende Kollimatoröffnungen verlaufen. In der Praxis besitzt die Röntgenstrahlenintensität über den Bereich des Ursprungs eine Gauss'sehe Verteilung. Aus diesem Grunde ist der Ausgang der Einheit 14 im Verlauf einer Abtastung etwa sinusförmig, wie in Fig. 3a dargestellt ist.

Es sei bemerkt, daß im Falle der Verwendung dieses Ausganges für Taktzwecke eine Sinusform keine geeignete Form darstellt. Daher wird der Ausgang nach Filterung zur Verminderung von Störungen einer Flankendetektorschaltung zugeführt. Derartige Schaltungen sind so ausgelegt, daß sie einen Impuls erzeugen, der die Feststellung einer auflaufenden Flanke wie in Fig. 3b oder einer ablaufenden Flanke anzeigt. Statt dessen kann eine kompliziertere Schaltung vorgesehen werden, die die auflaufenden und ablaufenden

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Flanken feststellt und mit einer entsprechenden Verzögerung Impulse erzeugt, die ein Maß für den relativen Zeitverlauf der Spitzen in der Mitte zwischen den beiden Flanken ist. Solche Impulse würden besser das Vorhandensein des Zentrums des Röntgenstrahlenursprungs angeben.

Ein Blockdiagramm der Taktschaltungen ist in Fig. 4 dargestellt. Der Ausgang des Fotovervielfachers der Einheit 14 wird in der beschriebenen Weise durch ein Tiefpassfilter 31 und eine Flankendetektorschaltung 32, die zusammen die Verarbeitungsschaltung 27 bilden, verarbeitet, um Impulse zu erzeugen, die ein Maß für den Fortschritt der Röntgenstrahlenabtastung sind. Die Gesamtamplitude des Ausganges vom Tiefpassfilter 31 kann zum Fotovervielfacher als Verstärkungsregelung für Stabilisierungszwecke zurückgeführt werden.

Die der Stricheinteilung 21 zugeordnete Fotozelleneinheit 19 erzeugt Taktimpulse, die die erwähnten Integrationsintervalle bestimmen sowie Abtasttaktimpulse, die bei einer gegebenen Abtastbeziehung die richtigen Zeiten der Impulse gemäß Fig. 3b angeben, die eine gewählte Charakteristik des Ausganges der Einheit 14 darstellen. Diese beiden Impulsgruppen können identisch sein, sie können jedoch auch unabhängig voneinander sein, jedoch zeitlich aufeinander bezogen. Im letzteren Fall können sie durch zwei Fotozellen erzeugt werden, die Linien von unterschiedlichen Stricheinteilungen auf dem Rad 20 feststellen.

Die von der Stricheinteilung abgeleiteten Taktimpulse werden Flankendetektorschaltungen 33 zugeführt, die Impulse geeigneter Form für einen Vergleich erzeugen und ferner eine Feineinstellung ihres relativen Taktes zur Verwendung bei Inbetriebnahme des Gerätes erlauben. Die Impulse werden dann in Schaltungen 34 mit den tatsächlichen, von der Einheit 14 abgeleiteten Abtastimpulsen

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verglichen. Fehler im Takt zwischen den beiden Impulsen werden dann Röntgenstrahlenabtastschaltungen 35 zugeführt, die die Ablenkspulen 36 der Röntgenstrahlenröhre steuern, um den Takt der Röntgenstrahlenabtastung zu korrigieren. Die Schaltungen 34 und 35 bilden die zuvor erwähnten Ablenkschaltungen 26.

Der anfängliche Abtastsägezahn kann vor Justierung in den Schaltungen 35 vorgegeben werden. Vorzugsweise wird der Sägezahn jedoch von den von der Fotozelleneinheit 19 erzeugten Impulsen abgeleitet. Diese Impulse werden in Linearitätsschaltungen 37 verwendet, die digital sein können, um einen Sägezahn zu erzeugen, der etwa auf die ümdrehungsrate bezogen ist, wobei die Abtastschaltungen 35 dann eine Feineinstellung bewirken. Wenn die Schaltungen 37 digital sind, besteht ihr Ausgang aus einer Impulskette, die einem Digital/Analog Umsetzer 38 zugeführt wird, um den tatsächlichen Sägezahn zu erzeugen.

In Fig. 5 ist eine andere Ausbildung des Kollimatorblocks 14 dargestellt, der eine größere Ausgangsamplitude bei einer engeren Teilung der Kollimatoröffnungen liefert. Die Kollimatoren 28 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zum Röntgenstrahlenfächer, und die Einheit ist mit zwei Scintillatoren 29a und 29b und zugeordneten, nicht dargestellten Fotovervielfachern versehen. Am einen Ende der Kollimatoröffnungen, durch die Strahlung zum Scintillator 29a durchgelassen wird, ist jede zweite Öffnung durch eine Bleiplatte 39a abgedeckt. Am gegenüberliegenden Ende, durch das Strahlung zum Scintillator 29b verlaufen kann, sind die dazwischenliegenden Öffnungen durch Bleiplatten 39b verdeckt. Hierdurch wird bewirkt, daß jeder Scintillator Strahlung durch jede zweite Ausnehmung empfängt, wobei die Ausnehmungen für die beiden Scintillatoren ineinander verschachtelt sind.

Wenn somit die Strahlungsquelle in Fig. 5 von links nach rechts

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abgetastet wird, verlaufen die Ausgänge der den Scintillatoren 29a und 29b zugeordneten Fotovervielfacher gemäß Fig. 6a und 6b. Die Fig. 5 und 6 sind aufeinander ausgerichtet, um die Öffnungen des Blocks 14 zu zeigen, auf die sich jeder Spitzenwert bezieht. Es ist ersichtlich, daß bei einer Halbierung der Teilung der Kollimatoröffnungen Fig. 6a und 6b die gleiche Amplitude wie in Fig. 3a aufweisen.Die sinusförmigen Ausgänge werden einer unabhängigen Flankenfeststellung unterworfen, und dann kombiniert, so daß ohne Verlust an Genauigkeit die doppelte Frequenz der Taktimpulse erzeugt wird.

Wenn die Teilung der Öffnungen halbiert wird, ohne die Maßnahme gemäß Fig. 5 zu benutzen, ergäbe sich der Ausgang gemäß Fig. 6c, der die doppelte Frequenz mit halber Amplitude aufweist und einen Verlust an Genauigkeit hinsichtlich der Plazierung der davon abgeleiteten Taktimpulse bewirkt.

In Fig. 5 sind aus Gründen der Anschaulichkeit die Bleiplatten vor den Kollimatoren 28 dargestellt. Vorzugsweise sollten sie zwischen dem Kollimatorblock und den Scintillatoren angeordnet werden. Statt dessen können auch entsprechende Teile der Ausnehmung mit strahlungsabsorbierendem Material ausgefüllt werden.

Der Kollimatorblock 14 gemäß Fig. 5 muß in größerem Maß in die

Strahlung eingefügt werden. Er kann in zwei Teile (a und b) unterteilt werden, die beiderseits der durch den

Patienten verlaufenden Strahlung angeordnet und in gleichem Maße wie die Anordnung gemäß Fig. 2 in die Strahlung eingefügt werden. Es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die beiden Seiten richtig ausgerichtet sind und in einer genauen Beziehung zueinander gehalten werden.

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Zur Steuerung der Rontgenstrahlenabtastung vom Ausgang der Einheit 14 können auch andere Schaltungen verwendet werden. Diese können so ausgelegt werden, daß man eine Taktgebung von irgendeiner sich wiederholenden Charakteristik der Wellenform gemäß Fig. 3a oder einer ähnlichen Wellenform erhält, die von einer anderen Ausführungsform der Einheit 14 stammt. Die Taktsignale können auch zur Steuerung der Drehung verwendet werden, um diese zeitlich mit der Rontgenstrahlenabtastung festzulegen statt umgekehrt. Weiterhin kann der einzelne Detektor, der Ausgänge für unterschiedliche Abtastpositionen als Folge der vorhandenen, genau definierten Kollimatoröffnungen liefert, durch mehrere einzelne Detektoren, z.B. durch Fotodioden, die über der Rontgenstrahlenabtastung verteilt sind, ersetzt werden. Es können auch andere, Kollimatoren äquivalente Vorrichtungen verwendet werden, z.B. ausgerichtete Öffnungen von zwei oder mehr Gittern, oder andere Vorrichtungen, die einen modulierten Ausgang als Maß für die Rontgenstrahlenabtastung erzeugen. Ferner sei bemerkt, daß die Kollimatoröffnungen oder entsprechende Mittel nicht parallel zueinander verlaufen müssen, sondern auch anders orientiert sein können, z.B. in Form einer fächerförmigen Verteilung, vorausgesetzt, daß sie Strahlung von der Quelle während der gesamten Abtastung übertragen und daß die Geometrie genau bekannt ist.

Fig. 7 zeigt eine alternative Schaltung zu der in Fig. 4 angegebenen Schaltung. Bei der Schaltung gemäß Fig. 7 werden die von der Kollimatoreinheit 14 abgeleiteten Impulse der Flankendetektorschaltung 27 zugeführt und anschließend unmittelbar in einer Einheit 34 mit den Taktsignalen von der Stricheinteilung 21 verglichen.

Signale, die die Taktdifferenzen als Folge des Vergleichs darstellen, werden einer Einheit 40 zugeführt, die einen justierten Sägezahnausgang liefert. Dieser Sägezahn wird kontinuierlich

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justiert, in der Praxis über diskrete kleine Abschnitte, um einen Sägezahn zu erzeugen, der bestrebt ist, eine Übereinstimmung der Abtastung mit den Taktsignalen herzustellen. Der Sägezahn wird dabei in digitaler Form erzeugt und muß daher in einem Umsetzer 41 in analoge Form umgewandelt werden. Er wird dann in einem Treiberverstärker 42 verstärkt und den Ablenkspulen 36 zugeführt.

Eine weitere alternative,in Fig. 8 dargestellte Schaltung ist für die Verwendung bei einer Kollimatoreinheit 28 mit zwei Öffnungen geeignet, um die Amplitude und die relative Verschiebung der Röntgenstrahlenpunktquelle zu justieren. Es ist bei dieser Schaltung angenommen, daß eine lineare Abtastung erfolgt, da ggfs. vorhandene Nicht-Linearitäten durch bekannte Korrekturnetzwerke beseitigt werden können. Die Schaltung kann an Kollimatoreinheiten mit mehreren Schlitzen angepaßt werden, aber wie dargestellt, sind nur zwei Schlitze vorhanden, von denen einer einen Impuls nach etwa 20% der Abtastung und der andere einen Impuls nach etwa 80% der Abtastung erzeugt. Es ist angenommen, daß ein relativ rascher Rücklauf erfolgt (etwa dreimal so schnell wie die Vorwärtsabtastung) und daß ein Gitterimpuls die Röntgenstrahlen während des Rücklaufes austastet.

Die die Kollimatorschlitze kreuzende Vorwärtsabtastung verursacht zwei Lichtstöße vom Scintillator 29 und zwei anschließende Stromspitzen im Detektor 30, der hier aus einer Fotodiode D1 besteht. Dieser Strom wird in einem Verstärker A1 verstärkt und einer Vergleichsschaltung A2 zugeführt. Die Bezugsspannung für den Vergleich ist proportional der Spitzenspannung am anderen Eingang (beim vorliegenden Beispiel gleich der Hälfte dieser Spannung).

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Fig. 9 zeigt ein Zeitdiagramm, auf das bei der Erläuterung von Fig. 8 Bezug genommen wird. Auf dem Zeitmaßstab sind die Zeiten T und T gezeigt, die den Beginn und das Ende der ge-

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wünschten Abtastung darstellen, die eine ideale Steigung erzeugt. Die Zeiten T und T stellen die Zeiten dar, bei denen die Aus-

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gangsimpulse der Kollimatoreinheit bei einer idealen Abtastung auftreten sollten. Die Zeit T , ist der Start für die nächste

Abtastung. T bis T können ideal festgelegt werden, jedoch er-

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folgt vorzugsweise die Erzeugung durch Impulse, die von der Stricheinteilung 21 abgeleitet worden sind. Die Zeiten T und T verlaufen gestrichelt durch alle Wellenformen.

Die Wellenformen W bis W sind Taktwellenformen, die von be-

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kannten Schaltungen erzeugt werden, die daher nicht dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß W bis W positive Impulse gleicher Amplitude sind, die sich an die eine oder andere Seite der Zeiten T und T anschließen, so daß die abfallende Flanke von W und

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die ansteigende Flanke von W zur Zeit T auftreten, während die

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abfallende Flanke von W und die ansteigende Flanke von W zur

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Zeit T auftreten.

W ist ein Abtaststartimpuls bei T , T , usw, und W ist ein

5 0 0 C

Abtaststoppimpuls ( Rücklaufimpuls ) bei T usw. W ist ein Torimpuls, der zwischen T und T einen positiven Wert aufweist.

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Hierdurch kann auch die Austastung der Röntgenstrahlung beim Rücklauf gesteuert werden. Die anderen dargestellten Wellenformen treten an den in Fig. 8 entsprechend gekennzeichneten Stellen auf. In Fig. 8 läßt ein UND-Tor G nur den Teil der von der Vergleichsschaltung A2 ausgehenden Wellenform durch, der vor T auftritt. In gleicher Weise läßt ein Tor G nur den Teil durch, der nach

T auftritt. Wenn diese Wellenformen integriert und subtrahiert werden, so ist die resultierende Spannung ein Maß für den Zeitfehler des Mittelpunktes der ursprünglichen Impulse in bezug auf

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T . Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist ersichtlich,

daß der erste Impuls nicht auf T zentriert ist, so daß der Impuls am Ausgang von G eine größere Dauer besitzt als der Impuls am Ausgang von G . Zwei gleiche Tore G und G unterteilen den zweiten Impuls in gleicher Weise zur Zeit T .

Ein Verstärker A mit Widerständen R bis R ist in einer

4 8 13

stromerzeugenden Konfiguration angeordnet. Die Ausgänge von G und G bewirken einen konstanten negativen Stromfluß in eine

Kapazität C . Ein positiver Strom fließt über die Ausgänge der

Tore G und G in C . Wenn hinsichtlich der Gesamtimpulsbreite

2 3 2

G t G gleich G t G ist, so ist der Nettostrom in C gleich

14 2 3 2

Null. In diesem Falle wird davon ausgegangen, daß die Amplitude in der Abtastung richtig ist und keine Änderung im Abtaststrom gefordert wird. Wenn die Impulse G und G insgesamt breiter als G und G sind, dann verläuft die Abtastung zu langsam, und der Abtaststrom sollte dann erhöht werden. In diesem Falle wird die Änderung bei C negativer gemacht. Am Ende der Abtastung wird ein Tor S geöffnet, und C wird an eine weitere Kapazität C

2 2 3

angeschlossen. Die Spannung an C wird durch einen Verstärker A

3

gepuffert und bei A , C und R integriert, um die gewünschte

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Abtastwellenform zu erzeugen. Es ist ersichtlich, daß S am Ende jeder Abtastung geöffnet wird, um C für die nächste Abtastung im Lichte von Fehlern der vorangehenden Abtastung zu setzen. Ein Anfangswert wird für die erste Abtastung bei C festgelegt, und die Spannung bei C wird durch Dioden D und D und Spannungspegel V und V in gewünschten Grenzen gehalten.

Der Rücklauf erfolgt, wenn ein Schalter S durch die Wellenform W geschlossen wird. Der invertierende Verstärker A speist einen zusätzlichen Strom von z.B. -4 X des Stroms für die vorwärtsgerichtete Abtastung in den Integrator ein. Die Folge ist eine Inversion der Ausgangssteigung und eine Zunahme der Steigung von

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(4-1)X, d.h. 3X für den Rücklauf.

Verschiebungsfehler werden beim Rücklauf korrigiert. Der Verschiebungsfehler wird durch den Nettozeitfehler G +G - (G +

13 2

G ) dargestellt. Der Integrator besteht aus einem Verstärker A , Widerständen R bis R und dem Kondensator C . Eine Schaltung A

2 7 1 S

speist den resultierenden Fehler in den Verstärker A ein, wo er zu der normalen Rücklaufsteuerung addiert wird.

Nach jeder Rücklaufperiode schließt ein Schalter 51 und leitet einen großen Teil der Ladung des Kondensators C zur Erde ab, wobei ein Teil der vorhergehenden Korrekturspannung an C belassen wird, um der Korrektur für den nächsten Zyklus hinzugefügt werden zu können. Dieser Anordnung erzeugt eine stärkere Glättung, indem jede Fehlerkorrektur über mehr als einen Zyklus ausgedehnt wird.

Es sei bemerkt, daß sowohl für Korrekturen in der Amplitude als auch in der Verschiebung nur kleine Korrekturen für jeden Zyklus durchgeführt werden, so daß eine volle Korrektur etwa 10 Zyklen erfordert. Hierdurch wird das Auftreten von oszillierenden Fehlern verhindert.

Die Schaltung gemäß Fig. 8 kann in beliebiger Weise ausgeführt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die folgenden Schaltungen besonders geeignet sind: Für den Verstärker A die Schaltung LF 357 von National Semiconductor; für den Verstärker A die Schal"

tungcA 3130 von RCA; für die Verstärker A bis A die Schaltung

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LF 356 von National Semiconductor; für die Tore G bis G die

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Schaltung CD'4081 B von RCA, und für die Schalter 51 bis 53 die Elemente CD 4066 von RCA. Es hat sich ferner herausgestellt, daß es für eine wirksame Arbeitsweise erwünscht ist, daß die Widerstände R bis R und R bis R gleich sind, und daß R gleich R ,

2 5 6 11 6 7

R , gleich R ,R ,gleich R und R sowie gleich R ist.

12 1316 15 17 18

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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwar die Abtastüberwachungssignale zur Justierung der Röntgenstrahlenabtastung verwendet, jedoch können sie auch gespeichert und zur Korrektur der endgültigen Daten aufgrund von durch Abtastungenauigkeiten bewirkte Fehler verwendet werden.

Bei bestimmten Anwendungen kann die vollständige Drehung des Röntgenstrahlenfächers durch elektronische Abtastung einer ausgedehnten Quelle erfolgen. In diesem Falle können ein oder mehrere Abtastüberwachungsmittel zur überwachung der Abtastbewegung verwendet werden.

In Abwandlung des beschriebenen Gerätes kann die Abtastbewegung des Ursprungs der Röntgenstrahlung in bezug auf die Quelle auch durch eine rotierende Anode geeigneter Form erfolgen, um den Auftreff punkt des Elektronenstrahls zu bewegen.

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Claims

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Patentansprüche

(1.) Gerät zur Untersuchung einer Scheibe des Körpers eines Patienten, mit einer Strahlungsquelle, von deren Anode die Strahlung mit fächerförmiger Verteilung ausgeht und durch den Körper verläuft, mit Detektoren zur Feststellung der Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers, und mit Mitteln zur Abtastung des Ursprungs der Strahlungsquelle in bezug auf die Anode, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Detektormittel (29) enthaltende Überwachungsmittel (14) vorgesehen sind, die die Strahlung zwischen der Quelle (11) und dem Körper (1) auftasten und Abtastsignale erzeugen, die ein Maß für den Fortschritt der Abtastung sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsschaltung (34) zum Vergleich der Abtastsignale mit Steuersignalen, die ein Maß für einen gewünschten Fortschritt der Abtastung sind, vorgesehen ist, um Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Fortschritt und dem gewünschten Fortschritt zu vermin-

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (34) so ausgelegt ist, daß sie Fehlersignale erzeugt, die ein Maß für Taktdifferenzen zwischen den Abtastsignalen und den Steuersignalen sind, und daß die Abtastmittel auf die Fehlersignale im Sinne einer Verminderung der Differenzen ansprechen.
4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberwachungsmittel (14) Mittel (28) enthalten, um die Intensität der auf die weiteren Detektormittel (29) auftreffenden Strahlung in einer auf die Position des Ursprungs der Quelle (11) bei deren Abtastung bezogenen Weise zu modulieren.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulätionsmittel (28) Mittel enthalten, die wahlweise die Aussendung von Strahlung zu den weiteren Detektormitteln (29) und mehreren, einen Abstand voneinander aufweisenden Positionen auf der Anode (15) zulassen.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Kollimatoren (28) enthalten, die mehrere Öffnungen aufweisen, die den Durchtrift der Strahlung zu den weiteren Detektormitteln (29) zulassen.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoröffnungen weitgehend parallel sind und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ursprungs der Strahlung verlaufen.

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8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoren (28) zwei Gruppen von Öffnungen mit vorgegebenem Abstand aufweisen, und daß die weiteren Detektormittel (29) aus zwei Detektoren (29a,29b) bestehen, die jeweils Strahlung von einer der Gruppen von Öffnungen empfangen.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoren aus einem einzelnen Kollimatorblock bestehen, bei dem jede zweite Öffnung abgedeckt ist, soweit durch sie Strahlung auf den einen Detektor (29ä) fallen würde, während die anderen Öffnungen abgedeckt sind, soweit Strahlung durch sie auf den anderen Detektor (29b) fallen würde.
10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoren so ausgebildet und angeordnet sind, daß die eine Gruppe von Öffnungen auf der einen Seite und die andere Gruppe von Öffnungen auf der anderen Seite der durch den Körper verlaufenden Strahlung angeordnet ist.
11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberwachungsmittel mehrere Detektoren sowie Mittel zur Kombination der Detektorausgänge bzw. darauf bezogener Signale zur Erzeugung der Abtastsignale enthalten.
12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (11) eine Röntgenstrahlenröhre mit langgestreckter Anode (15) ist, die bei Auftreffen eines Elektronenstrahls Röntgenstrahlen emittiert, wobei Mittel (35,36) zur Erzeugung einer Abtastbewegung des Elektronenstrahls in bezug auf die Anode (15) vorgesehen sind. '

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