DE2732073A1

DE2732073A1 - Tomographievorrichtung

Info

Publication number: DE2732073A1
Application number: DE19772732073
Authority: DE
Inventors: Kiyoto Saito
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1978-01-19
Also published as: NL7707884A; DE2732073C2; US4200799A; GB1577172A

Description

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., Möhlstraße 37

D-8000 München 80

Kawasaki-shi, Japan

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

,15. Juli 1977

Tomographievorrichtung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Tomographievorrichtung bzw. ein Schichtröntgen- oder Schichtaufnahmegerät.

Eine Tomographievorrichtung, z.B. ein Rechner-Tomographieabtaster (im folgenden als CT-Abtaster bezeichnet), der aus den US-PSen 3 983 398, 3 965 357 u.a. bekannten Art, dient als Vorrichtung zum Photographieren des Querschnitts eines Aufnahmeobjektes, etwa eines Menschen o.dgl. Kurz gesagt, wird mlttelts einer Tomographievorrichtung Strahlung in mehreren Richtungen (multidirectionwise) gegen die Außenfläche des Bereichs eines Aufnahmeobjektes, von dem eine tomographische Aufnahme hergesteHt werden soll, ausgestrahlt und die Dosis der das Aufnahmeobjekt durchdringenden Strahlung mit Hilfe von hochempfindlichen Strahlungs-Detektorzellen gemessen, um entsprechende Flächendaten bzw. -meßwerte für die Strahlungsabsorptionsfähigkeit oder -durchlässigkeit zu erhalten, worauf diese Meßwerte durch einen elektronischen Rechner verarbeitet werden, um auf einer Kathodenstrahlröhre ein entsprechendes tomographisches Datenbild darzustellen.

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Ein derartiges Abtastsystem der Tomographievorrichtung ist in der US-PS 3 965 357 offenbart, bei welcher ein Querindex-Abtastsystem unter Verwendung eines durchdringenden Strahlenbündels vorgesehen ist. Die derzeitige Entwicklung ist andererseits auf ein Indexabtastsystem unter Verwendung eines fächerförmigen Bündels durchdringender Strahlung der Art gemäß US-PS 3 983 393 gerichtet. Da die Tomographievorrichtung des Indexabtasttyps einen Strahlungsdetektor aus einer Anzahl von Strahlungsmeßzellen aufweist, kann eine Vielzahl von Daten bezüglich der Strahlungsabsorptionsfähigkeit oder -durchlässigkeit gewonnen werden, indem die Oberfläche des Aufnahmeobjekts mit einem fächerförmigen Strahlungsbündel bestrahlt wird. Auf diese Weise wird es möglich, die betreffenden, mehrseitig gerichteten Daten oder Meßwerte während einer kurzen

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Zeitspanne zu gewinnen, wieVfUr die Lieferung eines tomographischen

Bilds des Aufnahmeobjekts möglich ist.

Hierbei besteht jedoch das Problem, daß dann, wenn sich die zu untersuchende Fläche des Aufnahmeobjekts oder der interessierende, zu untersuchende Bereich ändert, die Zahl der die Wiedergabe eines ausgezeichneten Bilds ermöglichenden Daten variiert. Bei der Tomographievorrichtung vom Indexabtasttyp sind eine Strahlungsquelle, das Aufnahmeobjekt und ein Strahlungsdetektor so angeordnet, daß ein von der Strahlungsquelle emittiertes, im wesentlichen fächerförmiges Bündel durchdringender Strahlung durch den zu untersuchenden Bereich des Aufnahmeobjekts hindurchdringt und auf den Strahlungsdetektor auftrifft. Wenn ein kleiner Bereich, z.B. der Kopf eines Menschen, tomographiert wird, verringern sich die bei einer Bestrahlung mit dem fächerförmigen Strahlenbündel gewonnene Daten, weil nicht das ganze Strahlenbündel, sondern nur ein Teil davon z.B.

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den Kopf durchdringt, so daß auf der Kathodenstrahlröhre kein zufriedenstellendes tomographisches bild wiedergegeben werden kann.

Wenn also ein zufriedenstellendes tomograph!sches UiId des Kopfes erhalten werden soll, muli die Zahl der effektiven Daten durch Vergrößerung der Zahl der Emissionen des Strahlenbündels erheblich vergrößert werden. Hierdurch wird jedoch der Kopf des Untersuchten einer entsprechenden Strahlungsmenge ausgesetzt, was selustverständlich zu vermeiden ist. Außerdem erfordert eine trhönung der Strahlendosis eine entsprechend lange Zeitspanne für die Wiedergabe eines tomographischen Bilds. Während dieser Zeitspanne bestent die Gefahr dafür, daß sich das Aufnahmeobjekt, d.h. der Untersuchte, bewegt, wenn auch nur geringfügig. Seiost eine geringe Bewegung bewirkt aber andererseits eine starke Beeinträchtigung der Auflosung des Bilds.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Tomographievorrichtung, mit deren Hilfe ein ausgezeichnetes Bild unabhängig von der Größe der Oberfläche eines Aufnahmeobjekts oder von der Größe des Untersucnungsbereichs wiedergegeben werden kann.

Uiese Vorrichtung soll dabei effektive Daten bezüglich der tomographischen Meßwerte innerhalb einer kurzen Zeitspanne liefern.

Außerdem soll mit dieser Vorrichtung die Strahlendosis auf ein Mindestmaß herabsetzbar sein.

Die genannte Aufgabe wird bei einer Tomographievorricntung der angegebenen Art erfindungsgeinäß gelöst durch eine Strahlungsquelle, um ein Untersuchungsobjekt mit einem praktisch fächer-

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förmigen Strahlenbündel durchdringender Strahlung zu bestrahlen, durch einen der Strahlungsquelle mit dazwischen angeordnetem Untersuchungsobjekt gegenüberliegenden Strahlungsdetektor zur Messung der durch das Untersuchungsobjekt hindurchgedrungenen Strahlung und zur Umwandlung der gemessenen Strahlungsintensität in ein elektrisches Signal« durch eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Auswertung des Strahlungsabsorptionskoeffizienten jeder Querschnittsfläche des Untersuchungsobjekts anhand des vom Strahlendetektor abgegebenen elektrischen Signals, durch einen Drehmechanismus zum Drehen der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors um das Untersuchungsobjekt herum und durch einen Antriebsoder Verstellmechanismus zum Verschieben der Lirehorte bzw. -kreise von Strahlungsquelle und -detektor relativ zum Unter sucnungsobjekt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine scheinati sehe Darstellung einer Ausführungsform einer Tomographievorrichtung,

Fig. 2A üis 2ti, 3 und 4 A bis 4B scnenia ti sehe Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Tomograph!evorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine scheinati sehe Vorderansicnt einer Tomographie-

vorrichtunq gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einor Ausfiinrungsweise eines variaDlen Scnlitzes in der Abtasteinheit der Tomographievorrichtung,

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Fig. 8 eine schematische perspektivische Darstellung

einer anderen Art eines variablen Schlitzes für die Abtasteinheit der Tomographievorrichtung,

Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Hauptteile des variablen Schlitzes gemäß Fig. 8,

Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung

einer Ausführungsform einer variablen Blende für die Tomographievorrichtung,

Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der variablen Blende gemäß Fig. und

Fig. 12 eine schematische perspektivische Darstellung eines

variablen Kollimators bei der Tomographievorricntung.

Im folgenden ist zunächst eine ein fächerförmiges Bündel durchdringender Strahlung verwendende Tomographievorrichtung anhand der schematisclun Darstellung von Fig. 1 erläutert.

Gemäß Fig. 1 ist eine Strahlungsquelle 2, etwa eina Röntgenstrahlungsquelle, eine Gammastrahlungsquelle o.dgl., vorgesehen. Eine Blende 6 und ein Schlitz 7 sind in einem nicht dargestellten Emissionsauslaß für Strahlung angeordnet, um das fächerförmige Bündel der durchdringenden Strahlung 4 (im folgenden auch einfach als Fächerbündel bezeichnet) mit einem vorbestimmten Einschlußwinkel Λ austreten zu lassen. Die Blende ist hierbei eine Vorrichtung zur Festlegung des Einschlußwinkels et · auf den das Fächerbündel beschränkt 1st, während der

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Schlitz 7 zur Begrenzung der Breite des Fächerbündels 4 dient. Ein Strahlungsdetektor 10 umfaßt eine Anzahl von Strahlungsmeßzellen 8 in einer der Strahlungsquelle 2 gegenüberliegenden Lage. Ein Kollimator 11 ist auf der Oberfläche des Strahlungsdetektors 10 angeordnet, auf welche das divergierende Fächerbündel auftrifft. Der hierbei vorgesehene Kollimator 11 dient dazu, das fächerförmige Strahlungsbündel von der Strahlungsquelle 2 in mehrere Einzelstrahlen aufzuteilen, so daß diese auf die betreffenden Meßzellen 8 des Strahlungsdetektors 10 auftreffen können. Wenn es sich bei der Strahlungsquelle 2 um ein Röntgenstrahlungsgerät handelt, bestehen die Meßzellen 8 aus einem Röntgenmeßelement in Form einer Kombination aus Szintillationszähler (scintillator) und Photo(elektronen)vervielfacher. Der Strahlungsdetektor 10 kann z.B. ein Gasdetektor oder ein Halbleiterdetektor sein. Die Strahlungsquelle 2 und der Strahlungsdeteltor 10 sind in einem vorbestimmten Abstand voneinander an einem Träger oder einer Halterung 12 montiert und durch einen Verstellmechanismus 14 unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten gegenseitigen Abstands verschiebbar. Wenn der Träger 12 durch einen Drehmechanismus 16 verdreht wird, bleiben Strahlungsquelle 2 und Strahlungsdetektor 10 während der Drehbewegung irvfeiner vorbestimmten Relativstellung zueinander. Der Drehmittelpunkt des Trägers 12, d.h. das Rotationszentrum der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors 10 ändert sich dann nicht, wenn der Träger 12 durch den Verstellmechanismus 14 verschoben wird. Der Träger 12 ist an einem in Fig. 1 nicht dargestellten Socke) o,dgl. so gehaltert, daß die Rotationsorte oder -kreise (loci) der Strahlungsquelle 2 und des Strahlungsdetektors 10 auf dem Träger 12 bei dessen Bewegung geändert werden können. Im Bereich des Drehmittelpunkts des Trägers ist eine öffnung vorgesehen, in welche eine Auflage (coach) Zi eingesetzt ist, auf welcher Untersuchungsobjekte verschiedener Größe angeordnet werdenjkönnen.

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Bei der erfindun^sgemäßen Tomographievorrichtung kann die Blende 6 eine festeingestellte Blende sein» weiche den Einschlußwinkel ei des Facherbündels 4 konstantes 11. Der Schlitz 7 kann zur Konstanthaltung der breite des Faserbündel s ebenfalls ein unveränderbarer Scnlitz sein. Ebenso kann der Kollimator festeingestellt sein, um die drei te der auf den Strahlungsdetektor 8 fallenden Einzelstrahlen des Fächerbündels konstant zu halten. Wie noch näher erläutert werden wird, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Blende 6 eine variable oder verstellbare blende zur Änderung des Einschlußwinkels χ des Facherbündels 4, als Scnlitz ein variabler Schlitz zur Ermöglichung einer Einstellung der Breite des Fächerbündels 4 und als Kollimator 11 ein variabler Schlitz bzw. Kollimator vorgesehen, der im Zusammenwirken mit dem variablen Schlitz eine Änderung der Breite des Fächerbündels 4 ermöglicht.

Anstatt zwischen Strahlungsdetektor 10 und Auflage 22 angeordnet zu sein, kann der Kollimator auch zwischen Strahlungsquelle 2 und Auflage 22 angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem oeschriebenen Aufbau umfaßt weiterhin^Rechner— Steuer- bzw. -Verarbeitungseinheit zur Auswertung der vom Strahlungsdetektor gelieferten Daten und ein Kathodenstrahlröhren-Anzeigegerät zur Miedergabe eines tomographischen Bilds des Untersuchungsobjekts auf Grund der ausgewerteten Daten.

Die beschriebene Tomographie-Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn das zu untersuchende Objekt 20 oder der zu untersuchende Bereich einer bestimmten Größe, beispielsweise ein menschlicher Körper, auf der Auflage 22 plaziert worden ist, wird der Träger 12 mittels des Verstellmechanismus 14 verschoben und in einer vorbestimmten Position angehalten, in welcher das fächer·

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förmige Strahlenbündel 4 von der Strahlungsquelle 2 zur Ermöglichung der Gewinnung eines entsprechenden tomographischen Bilds einen vorbestimmten Bereich des menschlichen Körpers zu durchdringen vermag. Sodann wird der Träger 12 mit Hilfe des Dreh mechanismus 14 gedreht, so daß sich Strahlungsquelle und Strahlendetektor 10 auf die in Fig. 2A dargestellte Meise drehen und dabei einen vorbestimmten Rotationsort bzw. -kreis um den menschlichen Körper bzw. das Untersuchungsobjekt 20 herum beschreiben. Mährend der Drehung des Trägers 12 wird das Fächerbündel 4 intermittierend von der Strahlungsquelle 2 in vorbestimmten Intervallen, beispielsweise je einmal für jeden Drehwinkel γ°, in Richtung auf das Untersuchungsobjekt 20 emittiert. Der größte Teil d»s so emittierten Fächerbündels 4 durchdringt den Körper bzw. das Untersuchungsobjekt 20 und fällt auf eine Anzahl von z.B. DN Strahlungsmeßzellen 8. Indem das Fächerbündel 4 mit einem vorbestimmten Einschlußwinkel bei jedem Drehwinkel \(° einmal emittiert wird, stellt der Strahlungsdetektor 10 eine Zahl DN von Strahlungsintensität-Meßwerten fest. Da das Fächerbündel 4 mit einer Frequenz von f> / { bei einer Drehung von ß°des Trägers 12 emittiert wird, mißt der Strahlungsdetektor 10 eine Zahl von N=DN χ -ί- von Strah lungs intensität-Meßwerten.

Die so ermittelte Zahl N von Intensitäts-Meßwerten bzw. -Daten des Strahlungsdetektors 10 wird zur Rechner-Steuereinheit 24 geliefert, in welcher diese Daten bezüglich der Strahlungsabsorptionsfähigkeit in dem Bereich des Untersuchungsobjekts 20, von welchem ein tomographisches Bild erhalten werden soll, ausgewertet bzw. verarbeitet werden. Die Rechner-Steuereinheit wandelt diese Strahlungsabsorptionsfähigkeitsdaten in ein zur Kathodenstrahlröhre 26 zu übermittelndes Videosignal um.

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Die Kathodenstrahlröhre 26 gibt ein tomographisches Bild anhand des Videosignals entsprechend dem untersuchten Bereich des Untersuchungsobjekts wieder. Ls ist darauf hinzuweisen, dal3 die Auswertung des Strahlungsabsorptionsvermögens unter Verwendung einer speziellen Speicherröhre der Art gemäß US-PS 4 021 673 erfolgen kann.

Durch die Rechner-Steuereinheit werden jedoch nicht alle vom Strahlungsdetektor 10 festgestellten Strahlungsintensitätdaten in voller Zahl N als effektive Daten oder Meßwerte fUr die Wiedergabe eines tomographischen Bilds verarbeitet« Vielmehr werden nur die Heßwerte entsprechend der durch das Untersuchungsobjekt 20 hindurchgedrungenen Strahlungsintensität als effektive Daten bzw. Meßwerte verarbeitet. Die Meßwerte entsprechend der Strahlung, welche ohne Durchgang durch das Untersuchungsobjekt 20 auf die Strahlungsmeßzellen 8 auftrifft, werden von der tinneit 24 als unwirksamejbzw. ungültige Daten behandelt. Dieser Teil der Meßwerte wird jedoch wirksam für die Kompensation der Ansprechempfindlichkeit des Detektors ausgenutzt. Dies Deruht darauf,^daß die Meßwerte entsprechend der unmittelbar auf die Strahlungsmeßzellen fallenden Strahlung keine Angaben bezüglich des Tomogramms des menschlichen Körpers bzw. des Untersuchungsobjekts enthalten, weil die betreffende Strahlung das Untersuchungsobjekt 20 nicht durchdrungen hat.

Wenn gemäß Fig. 2A der größte Teil des fächerförmigen Strahlenbündels 4 z.B. durch den Rumpf des menschlichen Körpers 20 hindurchgedrungen ist, wird am Strahlungsdetektor 10 eine Vielzahl effektiver Meßwerte erhalten. Wenn dagegen die zu untersuchende Fläche des Untersuchungsobjekts bzw. der Untersuchungsbereich klein wird, beispielsweise beim Obergang vom Rumpf auf

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am Kopf oder Leber, nimmt die Zahl derVStrahlungsdetektor lü gelieferten effektiven Meßwerte bzw. -daten beträchtlich ab, was zu einer Erhöhung der Zahl der unwirksamen bzw. ungültigen Daten führt. Hierdurch wird die Güte bzw. die Auflösung des auf der Kathodenstrahlröhre 26 wiedergege'>enen tomographischen Bilds verschlechtert.

Wenn sich bei der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung der Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjekts 20 beim Obergang z.B. vom Rumpf auf Kopf oder Leber verkleinert, wird der Verstellmechanismus 14 betätigt und dadurch der Träger 12 auf die in Fig. 2B dargestellte Meise so verschoben, daß sich die Relativstellung der Strahlungsquelle 2 und des Strahlungsdetektors 10 gegenüber dem Aufnahmeobjekt ändert, ohne daß sich aer Abstand zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Strahlungsdetektor 10 verändert. Infolgedessen tritt der größte Teil des fächerförmigen Strahlenbündels 4 von der Strahlungsquelle 2 gemäß Fig. 26 durch das Untersuchungsobjekt 20 bzw. den Untersuchungsbereich hindurch, so daß der Strahlungsdetektor 10 eine ausreichende Zahl von Oaten bzw. Meßwerten erfassen kann, die sich für die Zusammenstellung des tomographischen Bilds eignen.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Blende variabel bzw. verstellbar ausgelegt. Bei der mit dein Verstellmechanismus 14 versehenen Tomographievorrichtung kann der Abstand zwischen dem Untersuchungsobjekt 20 und der Strahlungsquelle 2 eingestellt werden. Dieser Abstand muß jedoch innerhalb der gesetzlichen Vorschriften bezüglich der höchstzulässigen Strahlungsdosis liegen. Wenn nämlich beispielsweise ein Untersuchungsobjekt 2O₇ etwa ein Kopf, mittels einer Strahlungsquelle 2 in Form einer Röntgenstrahlungsquelle untersucht werden soll, darf das Kopfgeweoe nicht

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deshalb durch die von der Köntgenstrahlungsquei Ie emittierte Röntgenstrahlung geschädigt werden, weil die Strahlungsquelle 2 zu dicht an den Kopf herangeführt wird. Ua jedoch die Größe der Änderung des Abstands zwischen Strahlungsquelle und Untersucnungsobjekt 20 auf einen vorbestimmten Bereich festgelegt ist, ist es unmöglich, die unwirksamen Meßwerte aus den vom Strahlungsdetektor gelieferten Meßwerten oder -daten zufriedenstellend auszusondern, d.h., das Verhältnis zwischen effektiven Meßwerten und unwirsamen bzw. unwesentlichen Meßwerten ausreichend zu erhöhen. Dies stellt den Grund dafür dar, weshalb bei dieser bevorzugten Ausführungsform eine verstellbare Blende vorgesehen ist. Wenn der Untersuchungsbereich vergleichsweise groß ist, beispielsweise im Fall des Rumpfes gemäß Fig. 3, begrenzt die verstellbare Blende 6 das von der Strahlungsquelle 2 emittierte fächerförmige Strahlenbündel 4 auf einen tinschlußwinkel ■■* . Wenn es sich andererseits beim Untersuchungsobjekt um eine kleine Fläche bzw. einen kleinen Gegenstand, z.b. den Kopf 21 handelt, wird die Strahlungsquelle 2 durch den Verstellmechanismus 14 bis auf einen vorbestimmten Abstand L zwischen Strahlungsquelle 2 und Kopf 21 dicht an letzteren herangeführt, wobei gleichzeitig die Öffnung der Blende 6 verkleinert wird. Hierdurch wird das von der Strahlungsquelle 2 emittierte Fächerbündel b durch die verstellbare Blende 6 so eingeengt, daß ein Einschlußwinkel & erhalten wird, der kleiner ist als der Einschlußwinkel ,^ . Das Fächerbündel 5 mit Einscnlußwinkel ° trifft in der Weise auf den Strahlungsdetektor 10 auf, daß das Verhältnis zwischen den vom Strahlungsdetektor 10 gelieferten unwirksamen Meßwerten und den wirksamen bzw. effektiven Meßwerten auf ein sehr kleines Maß verringert werden kann. Intern die Öffnungsgröße der verstellbaren

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Blende 6 im voraus in die Rechner-Steusreinhei t 24 eingegeben wird, kann letztere a*i scheii den vom Strahlungsdetektor IU gelieferten effektiven und unwirksamen Meßwerten entsprechend der Öffnungsgröße unterscheiden, wodurch die BiIdzusammenstellung bzw. -erzeugung vereinfacht wird.

In bevorzugter Ausführungsform der trfindung sind sowohl der Schlitz 7 als auch der Kollimator 11 variabel bzw. verstellbar ausgelegt. Wenn sich gemäß den Fig. 4A und 4B die Unters_wuchungsflache ändert und infolgedessen der Abstand zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Untersuchungsobjekt 20 geändert wird, wird die Breite des durch das Untersuchungsobjekt 20 hindurchfallenden fächerförmigen Strahlenbündels 4, d.h. die Schichtbreite des Untersuchungsobjekts, von welcher ein tomographisches Bild erhalten werden soll, von Wq auf W, geändert. Wenn die Strahlungsquelle 2 unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstands L dicht an das Untersuchungsobjekt 20 herangeführt wird, wird die öffnungsweite des verstellbaren Schlitzes vergrößert, so daß die Schichtbreite W„ stets konstant bleibt, üa eine deutliche Übereinstimmung zwischen dem erhaltenen Bild und der anatomischen Position am Untersuchungsobjekt vorhanden ist, kann eine Diagnose auf der Grundlage des gelieferten Bilds getroffen werden, ohne daß die Änderung der Schichtbreite berücksichtigt zu werden braucht. Ua jedoch auch bei stets konstant gehaltener Schichtbreite der ein vorbestimmtes Stück von der Strahlungsquelle 2 entfernte Strahlungsdetektor 10 ebenfalls durch den Verstellmechanismus 14 verschoben wird, besteht eine geringere Möglichkeit dafür, daß das ganze, durch das Untersuchungsobjekt 20 bzw. den Untersuchungsbereich hindurchgedrungene Strahlungsbündel auf den Strahlungsdetektor 10 auftrifft. Infolgedessen werden die tomographischen üildmeßwerte für das Untersuchungs-

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objekt ungenau. Wenn daher der verstellbare Schlitz 7 gemäß Fig. 4B erweitert wird, wird auch die Breite des verstellbaren Kollimators 11 in Anpassung an die öffnungsweite des verstellbaren Schlitzes 7 vergrößert. Da somit beim öffnen des verstellbaren Schlitzes 7 zur Vergrößerung der Breite des Strahlenbündels auch die Breite oder Weite des verstellbaren Kollimators 11 vergrößert wird, fällt das so verbreiterte Strahlenbündel in seiner Gesamtheit durch den verstellbaren Kollimator 11 auf den Strahlungsdetektor 10.

Die Konstruktionseinzelheiten der vorstehend beschriebenen verstellbaren Blende 6, des verstellbaren Schlitzes 7 und des verstellbaren Kollimators 11 sind nachstellend anhand der Fig. 7 - 12 im einzelnen erläutert.

Im folgenden ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tomographievorrichtung anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben.

In Fig. 5 und 6 ist eine Tomographievorrichtung dargestellt, bei welcher die Abdeckung, die Auflage 22 und das Untersuchungsobjekt 20 weggelassen sind. Dabei sind den Teilen von Fig. 1-4 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet. Line Röntgenstrahl röhre 2 (Strahlungsquelle), ein Röntgendetektor 10 und ein Kollimator 11 sind an einem Träger 12 in der Weise montiert, daß die Röntgenstrahlröhre 2 dem Röntgendetektor 10 und dem Kollimator 11 gegenüberliegt. Üer Träger 12 ist mittels eines Schiebemechanismus an der Stirnfläche einer scheibenförmigen Drehlagerung 28 verschiebbar montiert, üer Verstellmechanismus weist zwei Paare von Leitrollen 30, 32 und 34, 3b auf, die an der Drehlagerung 28 befestigt sind und von denen das eine Paar an der einen Seite des Trägers 12 und das andere Paar an seiner anderen Seite angeordnet ist. An der Innen-

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fläche des einen Seitenteils des Trägers b^zw. des Tragrahmens 12 ist eine Zahnstange 38 befestigt; mit der ein an der Drehlagerung 28 gelagertes Zahnrad kämmt. Ein erstes Kettenrad 42 ist einstückig mit demZahnrad 40 verbunden, und am Tragrahmen 12 ist ein Motor 44 angebracht, der ein zweites Kettenrad 46 tragt. Eine Antriebskette 48 ist über die beiden Kettenräder 44 und 46 hinabgeführt. Beide Seitenflächen bzw. Seitenteile des Tragrahmens 12 liegen parallel zu einer den Brennpunkt der Strahlungsquelle 2 mit dem Zentrum der Öffnung 64 verbindenden Linie, und die Leitrollen 30, 32 und 34, 36 sind parallel zu den Seitenflächen des Tragrahmens 12 angeordnet. Die Öffnung 64 ist im Mittelteil der Drehlagerung 28 angeordnet. Ein sich konisch erweiterndes, kegelstumpfförmiges Element 66 ist an der Drehlagerung 28 in Obereinstimmung mit der Öffnung 64 montiert, wobei es sich von der Drehlagerung 28 aus nach rückwärts erweitert und dabei einen Hohlraum 18 festlegt. Das sich erweiternde Element 66 ist mit Hilfe von Lagern 68, 69 an einem festen Teil 70 drehbar gelagert, der seinerseits an einem Sockel 72 montiert ist. Da das sich erweiternde Element 66 drehbar am festen Element 70 gelagert ist, sind die einheitlich bzw. einstückig mit dem sich erweiternden Element 66 verbundene Drehlagerung 28 und der an deren Vorderseite angebrachte Tragrahmen 12 drehbar gelagert. Ein zwischen dem Außenrand 74 des Elements 66 und/feiner Riemenscheibe 78 eines Motors 76 gespannter Riemen 80 ermöglicht die übertragung einer Drehkraft vom Motor auf das Element 66.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht eine ruckfreie bzw. stufenlose Verschiebung und Drehung des Tragrahmen s 12 sowie eine Änderung der Rotationsorte bzw. Drehkreise des Strahlungsdetektors 10 entsprechend der Größe der Flä che bzw. des Bereichs des Untersuchungsobjekts ohne Verla-

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gerung des Drehmittelpunktes. Bei laufendem Hotor 44 wird dessen Drehkraft Über das zweite Kettenrad 46, die Antriebskette 48 und das erste Kettenrad 42 auf das Zahnrad 40 übertragen. Das Drehmoment des Zahnrads 40 wird durch die Zahnstange 38 am Tragrahmen 12 in eine Linearbewegung umgewandelt. Infolgedessen wird der Tragrahmen 12 längs der Leitrollen 30, 32 und 34, 36, d.h. längs einer den Brennpunkt der Strahlungsquelle 2 mit dem Zentrum der Öffnung verbindenden Linie verschoben. Wenn der Tragrahmen 12 in eine vorbestimmte Stellung verschoben worden ist, wird der Motor 76 eingeschaltet, so daß ein Drehmoment über die Riemenscheibe auf das sich erweiternde Element 66 übertragen wird und dadurch die Drehlagerung 28 und der verschiebbar an ihr montierte Tragrahmen 12 mit einer vorbestimmten Drehzahl in Drehung versetzt werden können. Der Drehmittelpunkt bleibt auch bei Verschiebung des Tragrahmens 12 unverändert, während die Rotationsorte bzw. Drehkreise der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors 10 am Tragrahmen 12 geändert werden.

Die veränderbare Blende bzw. der verstellbare Schlitz 7 gemäß Fig. 7 weist eine von Hand abnehmbare Schlitzplatte 142 mit einer Schlitzöffnung 140 vorbestimmter Große auf, die durch eine andere Schlitzplatte mit einer Schlitzöffnung 140 anderer Größe ersetzt werden kann. Die Schlitzblende 7 umfaßt die Schlitzplatte 142, einen Rahmen mit einem sich nach innen öffnenden U-Profil 144, In welches die Schlitzplatte 142 gemäß Flg. 7 einschiebbar 1st, und einen am Einschubende für die Schlitzplatte angelenkten Scharnierteil 148, welcher die eine Seite des Rahmens bildet: und aus einem sich nach innen öffnenden U-Profil 150 besteht. Die Schlitzplatte 142 ist einwandfrei 1m Rahmen 146 festlegbar, 1n_v/dem sie in das Profil 144 des Rahmens 146 bis in Anlage an das gegenüberliegende

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Profilelement des Rahmens 146 eingeschoben und der Scharnierteil 148 refetiv zum Rahmen in die Schließstellung verschwenkt wird, so dali sein U-Profil 150 das freie tnde der Sch Heizplatte 142 umgreift. Im Fall des verstellbaren bzw, veränderbaren Schlitzes 7 gemäß Flg. 7 kann eine Schlitzplate 142 durch eine andere mit einer Schlitzöffnung unterschiedlicher Größe ersetzt werden, so daß durch diesen Schlitz ein Strahlenbündel 4 unterschiedlicher Breite gebildet werden kann.

7. Im Fall des verstellbaren Schlitzes/gemäß Fig. 8 kann die Größe der Schlitzöffnung 152 mit Hilfe eines nicht dargestellten Motors automatisch variiert werden. Der Hauptteil des Schlitzes 7 ist in Fig. 9 darqestellt. Gemäß Fig. 9 besteht der Schlitz 7 aus praktisch L-förmigen Blöcken 154 und 156, zwei Rahmenelementen 158 und 160 praktisch derselben Konfiguration sowie einem dritten und einem vierten Rahmenelement 174 bzw. 176 von ebenfalls praktisch gleicher Form. Das erste Rahmenelement 158 weist einander gegenüberliegende, abgebogene Abschnitte 155 und 157 auf, während das zweite Rahmenelement 160 mit einander gegenüberliegenden, abgebogenen Abschnitten 161 und 159 versehen ist. Das dritte Rahmenelement 174 weist einander gegenüberliegende, abgewinkelte Abschnitte 166 und 168 mit Drahtseilbeschlägen 170 bzw. 172 auf, während das vierte Rahmenelement 176 einander gegenüberliegende, abgewinkelte Abschnitte 167 und 169 mit Drahtseilbeschlägen 173 und 171 aufweist. An den Beschlagen 170 und 171 des dritten bzw. vierten Rahmenelements sind gemäß Fig. 8 zwei Drahtseile verankerbar, während an den Beschlagen 172 und 173 des dritten und vierten Rahmenelements 174 bzw. 176 gemäß Fig. 8 ein Drahtseil (mit jeweils einem Ende) verankerbar ist. Die beiden Blöcke 154 und 156 sind so zusammengesetzt, daß in der Mitte der 61ockanordnung eine rechteckige öffnung, d.h. ein "Schlitz", gebildet wird. Die

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Bücke 154 und 156 sind dabei so gehaltert, daß sie nur in einer Richtung bewegbar sind. Außerdem werden die Blöcke 154 und 156 durch das dritte und vierte Rahmenelement 174 bzw. 176 in ihrer Lage gehalten. Das am Beschlag 171 des vierten Ranmenelements 176 verankerte Drahtseil 178 verläuft zum Beschlag 170 des dritten Rahmenelements 174 über eine erste Seilscheibe 182, eine mit dem Motor verbundene Aufwickelrolle 184 und eine Seilscheibe 186. Das andere, am Beschlag 171 des vierten Rahmenelements 176 befestigte Drahtseil 180 verlätft zum Beschlag 17Udes dritten Rahmenelements 174 über eine dritte und eine vierte Seilscheibe 188 bzw. 190. Ein über eine fünfte und eine sechste Seilscheibe 192 bzw. 194 verlaufendes Drahtseil 191 ist zwischen die Beschläge 173 und 172 eingeschaltet.

Bei der verstellbaren Schlitzanordnung 7 gemäß Fig. 8 wird beim Einschaltendes Motors die Aufwickelrolle 184 in Drehung versetzt, so daß die Blöcke 154 und 156 mittels des Drahtseils 178 auf der Aufwickelrolle 184 jeweils über eine gleich große Strecke gegeneinander oder auseinander bewegbar sind, wobei der Mittelpunkt 196 der Schlitzöffnung In fester Lage verbleibt. Wenn beispielsweise ^a^ Drahtseil über die erste Seilscheibe 182 in die durchVPfeil 198 angedeutete Richtung gezogen wird, wird das Drahtseil 178 auf der Seilscheibe 186 1n die durch den Pfeil 200 angedeute Richtung gezogen. Gleichzeitig mit der Bewegung des Drahtseils 178 wird das Drahtseil 180 in die Richtung der Pfeile 202 und 204 gezogen. Das Drahtseil 191 bewegt sich ebenfalls über dt Seilscheiben 192 und 194 in die durch die Pfeile und 208 angedeutete Richtung. Infolgedessen wird der erste Block 154 relativ zum Block 156 in Richtung des Pfeils 210 verschoben, während der zweite Block 156 gleichzeitig relativ zum ersten Block 154 in Richtung des Pfeils 212 bewegt wird,

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Infolge dieser Bewegung wird die Größe, d.h. die Breite, der Schlitzöffnung 152 ohne Verschiebung ihres Mittelpunkts 196 verkleinert. Auf diese Weise ist es möglch, die Breite des fächerförmigen Strahlenbündels 4 an der veränderbaren Schlitzöffnung 152 zu verengen. Wenn die Schlitzöffnung 152 andererseits verbreitert werden soll, wird die Aufwickelrolle 184 so gedreht, daß die Drahtseile 178, 180 und 191 jeweils entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Drahtseile 178 und 180 bewegt werden.

Die in Fig. 10 dargestellte veränderbare bzw. verstellbare Blende 6 umfaßt 4 Blendenplatten 214, 116, 218 und 220. Der Einschlußwinkel & des fächerförmigen Strahlenbündels 4 kann dabei durch Verschiebung der Blendenplatten - 220 relativ zueinander variiert werden. Bei der Konstruktion gemäß Fig. 10 liegen die beiden rechteckigen Blendenplatten 214 und 216 in derselben Ebene, während zwei Rahmen 222 und 224 relativ zueinander festgelegt sind. Die beiden Rahmen 222 und 224 liegen parallel zu einer anderen Ebene, in welcher die rechteckigen Blendenplatten 218 und 220 relativ zueinander verschiebbar sind. Die Enden der Blendenplatten 214 und 216 sind dabei jeweils ein gleich großes StUck, ζ.ό. über eine Strecke t, gegenüber einer Ebene verschoben, welche den Brennpunkt der Strahlungsquelle einschließt und senkrecht zu derjenigen Ebene liegt, in welcher die Blendenplatten 214 und 216 angeordnet sind. Die Blendenplatten 214 und 216 weisen Endflächen 226 und auf, die parallel zu der genannten, den Brennpunkt der Strahlenquelle 2 einschließenden Ebene 240 liegen. Ebenso sind die Enden der Blendenplatten 218 und 220 jeweils in einem Abstand t-, von der genannten Ebene 24U angeordnet.

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Die Blendenplatten 218 und 220 weisen dabei tndflächen 2JO bzw. 232 auf, die parallel zur genannten tbene 240 liegen. Die Abstande t^ und t^ bestimmen sich durch beispielsweise die Brennweite der Strahlungsquelle 2 und den Abstand der paarweise angeordneten Blendenplatten vom Brennpunkt der Strahlungsquelle 2. tin am anderen Endabschnitt der Ulendenplatte 214 angeordnetes Ritzel 236 kämmt mit einer Zahnstange 234₍ die in einer Fläche, beispielsweise der Unterseite der Blendenplatte 214 ausgebildet 1st. Das Ritzel 236 ist durch einen Motor 238 in Drehung versetzt.

Am anderen Endabschnitt der anderen Blendenplatte 218 ist ein Ritzel 236a angeordnet, das mit einer an der Blendenplatte 216 angeformten Zahnstange 234a kämmt und mit dem Motor 238 verbunden ist. Auf ähnlicne Weise sind andere, nicht dargestellte Ritzel an den anderen bzw. äußeren Endabschnitten der anderen Blenaenplatten 21» und 220 in Eingriff nit an diesen blendenplatten ausgeoi 1 cieten Zahnstangen 234b und 234c angeordnet. Jedes Ritzel ist dabei mit einem Motor verbunden. Zur Verschiebung der einzelnen Blendenplatten kann anstelle des Motors auch eine andere Einrichtung verwendet werden. Die verstellbare Blende 6 gemäß Fig. 10 weist eine Einrichtung zur Feststellung der Größe der Verschiebung der einzelnen Blendenplatten 214 bis 220, beispielsweise in Form einer Laser-LicntqueiIe 215, eines lichtempfangenden Elements 217 und einer nic»t dargestellten Licht-Abschirmeinrichtung auf. Wenn bei dieser verstellbaren Blende 6 die betreffenden Motoren eingeschaltet werden, drehen sich die jeweiligen Ritzel 236, 236a, 236b und 236c, so daß die Blendenplatten 214 bis 220 über die zugeordneten Zahnstangen 234, 234a, 234b, 234c verschoben werden. Durch diese Verschiebung der Blendenpl^tten werden

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die Größen der Abstande bzw. der Strecken t, _und t~ verändert.

Sobald die Größe dieser Abstände t und t„ einen vorbestimmten Wert erreicht, werden die Verstellmotoren abgeschaltet, worauf ein von der Strahlungsquelle 2 emittiertes Strahlenbündel durch den Spalt 2t. zwischen den Blendenplatten 214 und 216 sowie den Spalt 2t~ zwischen den Blendenplatten 218 und 220 hindurchfällt und ein fächerförmiges Strahlenbündel 4 mit dem Einschlußwinkel φ bildet. Durch Verschiebung der Blendenplatten kann der Einschlußwinkel dieses Strahlenbündels geändert werden. Der Grund für die Ausbildung der verstellbaren Blende 6 mit paarweise angeordneten Blendenplatten 214 bis 220 liegt darin, daß die Strahlungsquelle 2 eine Brennebene, nicht aber einen Brennpunkt besitzt. Wenn die verstellbare Blende 6 nur aus zwei Blendenplatten 218, 220 bestehen würde, würden auf die in Fig. 11 dargestellte »leise ein direktes Strahlenbündel 242 und ein Halbschatten 244 von der Strahlungsquelle 2 zum Untersuchungsobjekt ausgesandt werden, wodurch die Genauigkeit der gewonnenen tomographischen Bilddaten bzw. -meßwerte beeinträchtigt werden würde.

Die Breite des verstellbaren Kollimators 11 gemäß Fig. 12 kann variiert werden, um das auf die betreffenden Strahlungsmeßzellen 8 des Strahlungsdetektors 10 auftreffende Strahlenbündel entsprechend der Breite des verstellbaren Schlitzes 7 zu begrenzen. Der Kollimator 11 ist bogenförmig ausgebildet, so daß seine Oberseite an allen Stellen gleich weit von der Strahlungsquelle 2 entfernt 1st, und er ist außerdem mit Abschirmplatten 246, 248 versehen, die über ihre Gesamtfläche hinweg eine praktisch gleichbleibende Dicke besitzen. Auf der einen Abschirmplatte 248 sind mehrere Trennwände 250 montiert, deren Höhe der Dicke der Abschirmplatten entspricht, üer Abstand zwischen den Trennwänden 250 entspricnt der Breite jeder Strahlungsmeßzelle 8 des Strahlungsdetektors IU, auf den

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der verstellbare Kollimator 11 aufgesetzt 1st. In der anderen Abschirmplatte 248 sind Nuten 252 In einer Zanl entsprecnend derjenigen der Trennwände 250 ausgebildet. Die an der einen Abschirmplatte 246 angebrachten Trennwände 250 sind dabei in die jeweils zugeordneten Nuten der anderen Abschirmplatten 248 eingeführt, wobei diese Abschirmplatten durch einen Antriebsmechanismus 258 In die durch Pfeile 254, 256 angedeuteten Richtungen verstelloar sind, so daß die Endflächen 262 und 264 der Abschirmplatten 246 bzw. 248 jeweils gleich weit von einer Mittellinie 260 des Strahlungsdetektors 10 angeordnet sind. Der Antriebsmechanismus 258 wird entsprechend dir (Jffnungsbreite des verstellbaren Schlitzes 7 in Betrieb gesetzt. Als Antriebsmechanismus 258 kann eine manuelle oder eine mechanische Antriebseinrichtung, z.B. ein tlektromotor, verwendet werden, üie größte Strecke eines Spalts 2t, zwischen den Abschirmplatten 246 und 248 kann auf einen kleineren Wert als die Länge 1 der Meßebene auf den Strahlungsmeßzellen 8 festgelegt werden. Der Spalt 2to zwischen den Abschirmplatten 246, 248 wird durch Verschiebung dieser Platten 246 und 248 variiert, um dadurch eine Änderung der Kollimatorbreite, d.h. der Breite der einzelnen, durch die verschiedenen Trennwände 250 voneinander getrennten Strahlen zu ermöglichen. Wenn bei dieser Anordnung die Breite des Schlitzes 7 entsprechend eingestellt wird, kann somit jede Mebzelle 8 des Strahlungdetektor* 10 das gesamte, durch das Untersuchungsobjekt 20 hindurchgegangene Strahlenbündel abgreifen.

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-Zf-

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

2732Ü73

Möhlstraße 37 D-8000 München

Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd.

. . ■ . , Tel.: 089/982085-87

Kawasaki-Shl , Japan Telex: 0529802 hnkld

Telegramme: ellipsoid

15. Juli 1977

PATtrtTANSPRÜCHL

. l.^! Tomographievorrichtung, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (2), um ein Untersuchungsobjekt (<ίϋ) mit einem praktisch fächerförmigen Strahlenbündel (4) durchdringender Stranlung zu bestrahlen, durch einen der Strahlungsquelle mit dazwischen angeordnetem Untersuchungsobjekt gegenüberliegenden Strahlungsdetektor (10) zur Messung der durch das Untersuchungsobjekt hindurchgedrungenen Strahlung und zur Umwandlung der gemessenen Strahlungsintensität in ein elektriscnes Signal* durcn eine Signalverarbeitungseinrichtung (έ4) zur Auswertung des Strahlungsabsorptionskoeffizienten jeder Querschnittsflache des Untersuchungsobjekts anhand des vom Strahlungsdetektor abgegebenen elektrischen Signals, durch einen Drehmechanismus (16) zum Drehen der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors um das Untersuchungsobjekt herum und durch einen Antriebs- oder Verstellmechanismus (14) zum Verschieben der ürenorte bzw. -kreise (loci) von Strahlungsquelle und -detektor relativ zum Untersuchungsobjekt.

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ORIGINAL INSPECTED

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Z. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab eine veränderbare bzw. verstellbare Blende vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Ausbreitungswinkel des praktisch fächerförmigen S traulenbündels der Strahlungsquelle veränderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein veränderbarer bzw. verstellbarer Scrilitz zur Lrniögl i chung einer Änderung der Strahlbreite des praktisch fächerförmigen Strahlenbündels der Strahlungsquelle vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein veränderbarer bzw. verstellbarer Kollimator vorgesehen ist, miwJessen Hilfe das praktisch fächerförmige Stran lenbündel in mehrere Einzelstrahlen unterteilbar und die breite der tinzelstranlen änderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus einen Tragrahmen zur Halterung der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors sowie eine tinrichtung zum Verschieben des Tragrahmens senkrecht zur Ureliacnse

von Strahlungsquelle und -detektor aufweist.

6. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e κ e η η -

zeichnet, daß der urehmechanismus ein Drehlager zur Lagerung des Tragrahmens und einen Drehantrieb zum ürehen des ürehlagers aufweist.

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