DE2732073C2

DE2732073C2 - Computertomograph

Info

Publication number: DE2732073C2
Application number: DE2732073A
Authority: DE
Inventors: Kiyoto Yokohama Saito
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB1577172A; NL7707884A; US4200799A; DE2732073A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Computeriomograph. dessen Meßanordnung eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines fächerförmigen Strahlenbündels durchdringender Strahlung und eine Strahlendetektoranordnung zur Messung der durch einen Körper hindurchgedrungenen Strahlung enthält, wobei die Ausgänge der einzelnen Strahlendetektoren der Detekioranordnung einer Datenverarbeitungseinrichtung zur Rekonstruktion der Strahlenabsorptionskoeffizienten der Körperquerschnittsfläche zugeführt werden, mit einem Drehmechanismus /um Drehen der Meßanordnung um den Körper.

Ein derartiger Computertomograph ist beispielsweise aus der DEAS 19 41433 bekannt. Auch bei dieser bekannten Konstruktion ist die Strahlungsquelle und eine Strahlendetektoranordnurg an einem Abtastrahmen bezüglich eines /ur Aufnahme eines lebenden Körpers dienenden Hohlraumes gegenüberliegend angeordnet und ferner ist wenigstens die Strahlendetektoranordnung seitlich bewegbar /ur Ausführung einer seitlichen Abtastbewegung ausgebildet und sowohl die Strahlungsquelle-,als. auch dieiStrahlendctektöranördnung ist zur Änderung der Richtung der seitlichen Abtastbewegung um eine Achse senkrecht zu der Schnittebene drehbar gelagert. Der Abtastrahmen wird dabei so gesteuert, daß für jeden eine Reihe aufeinanderfolgender Drehschritte eine seitliche Abtastbewegung erfolgt, von der eine Gruppe von

■>■> Ausgangssignalen abgeleitet wird, die der Durchdringung oder Absorption der benachbarten Strahlenbündel entspricht, wobei aufeinanderfolgende Gruppen solcher Ausgangssignale nach aufeinanderfolgenden Drehschritten abgeleitet werden. Die bei dieser bekannten Vorrichtung verwendete Röntgenstrahlenröhre emittiert einen fächerförmigen Röntgenstrahl.

Aus der DE-OS 24 39 847 ist ein Verfahren und ein Computertomograph zur Untersuchung eines Patienten bekannt. Ein besonderes Merkmal dieser bekannten Konstruktion besteht darin, daß die interessierende Zone oder der interessierende Bereich eines Patienten zum Drehzentrum einer Röntgenstrahlenquelle bewegt werden kann. Dies ist jedoch für den Fall unvorteilhaft, wenn es sich beispielsweise um einen schwerverletzten Patienten handelt, der nach Möglichkeit nicht bewegt werden soll. Bei dieser bekannten Konstrukt.un ist jedoch ebenfalls das Drehzentrum und der Drehradius der Röntgenstrahlenquelle nicht veränderbar.

Aus der US-PS 39 83 398 ist ein Computertomograph bekannt der eine Röntgenstrahlenqueüe. einen Strahlendetektor, einen Kollimator und einen Detektorkollimator enthält. Die Röntgenstrahlenquelle emittiert einen fächerförmigen Röntgenstrahl und sie wird zusammen mit einer Detektorvorrichtung um eine Achse bewegt, die durch den Körper des betreffenden Patienten verläuft. Aich bei dieser bekannten Konstruktion ist jedoch weder der Drehkreis der Röntgenstrahlenquelle noch der Drehkreis der Detektorvorrichtung in irgendeiner Weise verschiebbar.

Einen älteren Vorschlag nach der DE-OS 26 09 925 umfaßt einen Computertomographen, bei dem ein fächerförmiges Strahlenbündel erzeugt wird. Im Bereich des fächerförmigen Strahlenbündels zwischen Strahlenquelle und dem zu untersuchenden Objekt bzw. Körper ist eine relativ zur Strahlenquelle verschiebbare Strahlenabschirmeinrichtung angeordnet, die in ihrem mittleren Bereich eine Öffnung aufweist, durch die ein Teil des fächerförmigen Strahlenbündel hindurchtreten kann. Vom Rand der Öffnung aus nimmt die Abschirmwirkung radial schrittweise zu. so daß es mit Hilfe dieser bekannten Anordnung möglich ist. einen Bildausschnitt innerhalb eines zu untersuchenden Körpers mit voller Strahlenintensität zu bestrahlen, während die Randabschnitte dieses interessierenden Bereiches mit stufenförmig abnehmender .Strahlenintensität bestrahlt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Computertomographen der eingangs definierten Art zu schaffen, bei dem die Auflösung mit kleiner werdender Querschnittsfläche verbessert werden kann. Eine solche Situation ist /.. B. dann gegeben, wenn man von einer Aufnahme des Rumpfquerschnitts eines Patienten auf eine Aufnahme eines Kopfquerschnittes übergeht.

Ausgehend von dem Computertomographen der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß die Drehachse der Meßanordnung entlang dem Mittelstrahl des Strahlenfächers durch einen Verstellmechanismus verschiebbar ist, wobei die Drehachse innerhalb des zu untersuchenden Körpers verbleibt.

Durch diese Verschiebbarkeit der Drehachse der Meßanordnung entlang dem Mittelstrahl des Strahlenfachers steht effektiv mit kleiner werdender Querschnittsfläche eine größere Anzahl von Strahlen pro Längeneinheit zur Verfügung, während bei größer werdender Querschnittsfläche diese Zahl abnimmt. Es

sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dieser Art der Verschiebung der Drehachse der Meßanordnung nicht um die bekannte laterale Verschiebung handelt Bei der Verschiebungsmöglichkeit nach der Erfindung kann vielmehr der Querschnitt näher an die Strahlenquelle versetzt werden, so daß der Strahlenfächer der Strahlenquelle und die zugehörige Detektoranordnung für die Erzeugung des Bildes voli genutzt werden.

Im einzelne .1 kann die Erfindung auch dadurch eine vorteilhafte Ausgestaltung erfahren, daß der Antriebs- " mechanismus einen Tragrahmen zur Halterung der Strahlenquelle und des Strahlendetektors sowie eine Einrichtung zum Verschieben des Tragrahmens senkrecht zur Drehachse von Strahlenquelle und -detektor aufweist. '

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt -'·

F i g. i eine schematisdie Darstellung einer Au.sführungsform eines Computertomographen.

F i g. 2A bis 2B, 3 und 4A bis 4B schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Computertomographen mit Merkmalen nach der -' Erfindung.

Fig. 5 eine schematische Vorderansicht eines Computertomographen gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie Vl-Vl in F i g. 5 i» Im folgenden ist zunächst ein ein fächerförmiges Bündel durchdringender Strahlung verwendender Computertomograph anhand der schematischen Darstellung von F i g. 1 erläutert.

Gemäß Fig.! ist eine Strahlenquelle 2. etwa eine '· Röntgenstrahlenquelle. eine Gammastrahlenquelle o. dgl. vorgesehen. Eine Blencle 6 und ein Schlitz 7 sind irr einem nicht dargestellten En'issionsauslaß für Strahlung angeordnet, um das fächerförmige Bündel der durchdringenden Strahlung 4 (im folgenden auch einfach als ⁴' Strahlenfächer bezeichnet) mit einem vorbestimmten Öffnungswinkel λ austreten /m lassen. Die Blende 6 legt hierbei den Öffnungswinkel ix des Strahlenfächers fest, während der Schlitz 7 zur Begrenzung der Dicke des Strahlenfächers 4 dient. Eine Strfhlendetektoranord- ^! nung 10 umfaßt eine Anzahl von Strahlendetektoren 8 in einer der Strahlenquelle 2 gegenüberliegenden Lage. Ein Kollimator 11 ist voi der Strahlendetektoranordnung 10 angeordnet, 3uf welcher der divergierende Sirahlenfächer auftrifft. Der Kollimator II dient dazu. "' das fächerförmige Strahlungsbündel von der Strahlenquelle 2 in mehrere Einzelstrahlen aufzuteilen, so daß diese auf die betreffenden Detektoren 8 der Strahlendetektoranordnung 10 auftreffen können. Die Detektoren 8 bestehen aus Szintillationszählern. oder Gasdeteklo- ' ren oder aus Halbleiterdetektoren. Die Strahlenquelle 2 und die Strahlendetektoranordnung 10 sind in einem vorbestimmten Abstand voneinander an einem Tragrahmen 12 montiert und durch einen Verstellmechanismus 14 unter Aufrechterhaltung eines vorbestimmten ^b!! gegenseitigen Abstands verschiebbar. Wenn der Tragrahmen 12 durch einen Drehmechanismus 16 verdreht -wird, bleiben Strahlenquelle 2 und Strahlendetektoranordnung 10 während der Drehbewegung in einer vorbestimmten ftelctivstellung zueinander. Der Dreh' ^b5 mittelpunkt des Tragrahmens 12 bleibt ortsfest, wenn der Tragrahmen 12 durch den Verstellmechanismus 14 verschoben wird. Der Tragrahmen 12 ist an einem in F i g. I nicht dargestellten Sockel od. dgl. so gehaltert, daß die Rotationsachse der Strahlenquelle 2 uno rier Strahlendetektoranordnung 10 auf dem Tragrahmen 12 bei dessen Bewegung geändert werden kann. Im Bereich des Drehmittelpunktes des Tragrahmens ist eine Öffnung 18 vorgesehen, in welche eine Patientenauflage 22 eingesetzt ist, auf welcher Untersuchungsobjekte verschiedener Größe angeordnet werden können. Bei dem Computertomographen kann die Blende 6 eine festeingestellte Blende sein, weiche den öffnungswinkel λ des Strahlenfächers 4 konstant hält. Der Schlitz 7 kann zur Konstanthaltung der Dicke des Strahlenfächers ebenfalls unveränderbar sein. Ebenso kann der Kollimator festeingestellt sein, um die Breite der auf die Strahlendetektoren 8 fallenden Einzelstrahlen des Strahienfächers konstant zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jedocn die Blende 6 zur Änderung des Öffnungswinkels a. des Strahlenfächers 4 verstellbir, der Schlitz zur Einstellung der Dicke des Sirahlenfächers 4 einstellbar un·' der Kollimator 11 Vcriäuci, wodurch iiTi ZüSürniTicitV'U'kcri IiIIi deilt einstellbaren Schlitz eine Änderung der Breite eines Einzelstrahls Strahlenfächer 4 ermöglicht wird.

Anstatt zwischen Strahlendetektoranordnung 10 und Auflage 22 kann der Kollimator auch zwischen Strahlungsquelle 2 und Auflage 22 angeordnet sein.

Der Computertomograph mit dem beschriebenen Aufbau umfaßt weiterhin eine Rechner- bzw. Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung de; von der Strahlendetektoranordnung gelieferten Daten und ein Kathodenstrahlröhren-Sichtgerät zur Wiedergabe eines tomographischen Schichtbilds des Untersuchungsobjekts auf Grund der ausgewerteten Daten.

Der beschriebene ComDUtertomograph arbeitet wie folgt:

Wenn das zu untersuchende Objekt 20 auf der Auflage 22 plaziert worden ist. wird der Tragrahmen 22 mittels des Verstellmechanismus 14 verschöbe.! und in einer vorbestimmten Position gebracht, in welcher das fächerförmige Strahlenbündel 4 von der Strahlenquelle 2 einen vorbestimmten Bereich des menschlichen Körpers 20 zu durchdringen vermag. Sodann wird der Tragrahmen 12 mit Hilfe des Drehmechanismus 16 gedreht, so daß sich Strahlenquelle 2 und Strahlendetektoranordnung 10 auf die in Fig. 2A dargestellte Weise drehen und dabei eine vorbestimmte Rotation um den menschlichen Körper 20 herum beschreiben. Während der Drehung des Tragrahmens 12 wird der Strahlenfächer 4 intermittierend von der Strahlenquelle 2 in vorbestimmten Intervallen, beispielsweise je einmal für jeden Drehwinkel γ³ in Richtung auf den Körper 20 emittiert. Der größte Teil des so emittierten Strahlenfächer 4 durchdringt den Körper 20 und fällt auf eine Anzahl DN von Strahlendetektoren 8. Indem der Strahlenfächer 4 .rtit einem vorbestimmte ι Öffnungswinkel bei jedem Drehwinkel γ' einmal emittiert wird, mißt die Strahlcndetektoranordnung 10 eine Zahl DN von Strahlungsintensität-Meßwerten. Da der Strahlenfächer 4 mit einer Frequenz von β/γ bei einer Drehung von ß" des Tragrahmens 12 emittiert wird, mißt die Strahlendetektoranordnung 10 eine Zahl vop <·

= DNX

von Strahlungsintensität-Meßwerten.

Die so ermittelten Intensitätswerte bzw. -Daten der Strahlendetektoranordnung 10 werden zum Rechner 24

geliefert, in welchem diese Daten bezüglich der Strahlenabsorption in dem Bereich des Untersuchungsobjekts 20, von welchem ein tomographisches Bild erhalten werden soll, ausgewertet bzw. verarbeitet werden. Der Rechner 24 wandelt diese Strahlungsabsorptionsdaten in ein zur Kathodenstrahlröhre 26 zu übermittelndes Videosignal um. Die Kathodenstrahlröhre 26 gibt ein (omographisches Bild anhand des Videosignals entsprechend der untersuchten Körperschicht wieder. Die Auswertung des Strahlungsabsorptfonsvermögens kann unter Verwendung einer bekannten speziellen Speicherröhre der Art gemäß US-PS 40 21 67 3 erfolgen.

Durch den Rechner werden jedoch nicht alle von der Strahlendetektoranordnung 10 gemessenen Strahlungsintensitätsdaten in voller Zahl Λ/für die Rekonstruktion eines tomographischen Bilds verarbeitet, sondern nur die Meßwerte entsprechend der durch den Körper 20

15 zu dicht an den Kopf herangeführt wird. Da jedoch die Größe der Änderung des Abstands zwischen der Strahlenquelle und dem Körper 20 auf ejperi vorbestimmten Bereich festgelegt ist, ist es unmöglich, die unwirksamen Meßwerte aus den vom Strahlendetektor gelieferten Meßwerten oder -daten zufriedenstellend auszusondern, d. h. das Verhältnis zwischen effektiven Meßwerten und unwirksamen bzw. unwesentlichen Meßwerfen 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 Strahlenquelle 2 emittierte fächerförmige Strahlenbündel 4 auf einen öffnungswinkel. Wenn es sich andererseits beim Untersuchungsobjekt um eine kleine Fläche bzw. einen kleinen Gegenstand z. B. den Kopf 21

werte entsprechend der Strahlung, welche ohne Durchgang durch das Untersuchungsobjekt 20 auf die Str.ihlungsmeßzellen 8 auftrifft, werden von der Einheit 24 als unwirksame bzw. ungültige Daten behandelt.

Wenn gemäß F1 g. 2Λ der größte Teil des fächerförmigen Strahlenbündels 4 7. B. durch den Rumpf des Ά menschlichen Körpers 20 hindurchgedrungen ist wird an der Strahlendetektoranordnung 10 eine Vielzahl effektiver Meßwerte erhalten. Wenn dagegen die zu untersuchende Fläche des Untersuchungsobjekts bzw. der Untersuchungsbereich klein wird, beispielsweise so beim Übergang vom Rumpf auf den Kopf, nimmt die Zahl der an der Strahlendetektoranordnung 10 gelieferten effektiven Meßwerte bzw. -Daten beträchtlich ab. was zu einer Erhöhung der Zahl der unwirksamen bzw. ungültigen Daten führi. Hierdurch wird die Güte bzw. J5 die Auflösung des auf der Kathodenstrahlröhre 26 wiedergegebenen tomographischen Bilds verschlechtert.

Wenn sich bei dem Computertomographen der Untersuchungsbereich des Körpers 20 beim Übergang w z. B. vom Rumpf auf den Kopf verkleinert, wird der Verstellmechanismus 14 betätigt und dadurch der Tragrahmen 12 auf die in F i g. 28 dargestellte Weise so verschoben, daß sich die Relativstellung der Strahlenquelle 2 und der Strahlendetektoranordnung 10 gegenüber dem Aufnahmeobjekt ändert, ohne daß sich der Abstand zwischen der Strahlenquelle 2 und der Strahlendetektoranordnung 10 verändert. Infolgedessen tritt der größte Teil des fächerförmigen Strahlenbündels 4 von der Strahlenquelle 2 gemäß F i g. 2B durch » den Körper 20 bzw. den Untersuchungsbereich hindurch, so daß die Strahlendetektoranordnung 10 eine ausreichende Zahl von Daten bzw. Meßwerten erfassen kann, die sich für die Zusammenstellung des tomographischen Bilds eignen. ss

In bevorzugter Ausführungsform ist die Blende 6 variabel bzw. verstellbar ausgelegt Bei dem mit dem Verstellmechanismus 14 versehenen Computertomographen kann der Abstand zwischen dem Untersuchungsobjekt 20 und der Strahlenquelle 2 eingestellt f>o werden. Dieser Abstand muß jedoch innerhalb der gesetzlichen Vorschriften bezüglich der höchstzulässigen Strahlendosis liegen. Wenn nämlich beispielsweise ein Körper 20 etwa ein Kopf, mittels einer Strahlenquelle 2 in Form einer Röntgenstrahlenquelle untersucht t>5 werden soll, darf das Kopfgewebe nicht deshalb durch die von der Röntgenstrahlenquelle emittierte Röntgenstrahlung geschädigt werden, weil die Strahlenquelle 2 chanismus 14 bis auf einen vorbestimmten Abstand L zwischen Strahlenquelle 2 und Kopf 21 dicht an letzteren herangeführt, wobei gleichzeitig die Öffnung der Blende 6 verkleinert wird. Hierdurch wird der von der Strahlenquelle 2 emittierte Strahlenfächer 5 durch die verstellbare Blende 6 so eingeengt, daß ein öffnungswinkel 6 erhalten wird, der kleiner ist als der öffnungswinkel α. Der Strahlenfächer 5 mit dem Öffnungswinkel ö trifft in der Weise auf die Strahlendetektoranordnung 10 auf. daß das Verhältnis zwischen den von der Strahlendetektoranordnung 10 gelieferten unwirksamen Meßwerten und den wirksamen bzw. effektiven Meßwerten auf ein sehr kleines Maß verringert werden kann. Indem die Öffnungsgröße der verstellbaren Blende 6 im voraus in den Rechner 24 eingegeben wird, kann letztere zwischen den von der Strahlendetektoranordnung 10 gelieferten effektiven und unwirksamen Meßwerten entsprechend der Öffnungsgröße unterscheiden, wodurch die Bildzusammenstellung bzw. -erzeugung vereinfacht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl der Schlitz 7 als auch der Kollimator 11 verstellbar ausgelegt. Wenn sich gemäß den Fig.4A und 4B die Untersuchungsfläche ändert und infolgedessen der Abstand zwischen der Strahlenquelle 2 und dem Körper 20 geändert wird, wird die Dicke des durch den Körper 20 hindurchfallenden fächerförmigen Strahlenbündels 4, d. h. die Dicke der Körperschicht, von welcher ein tomographisches Bild erhalten werden soll, von W₀ auf Wi geändert. Wenn die Strahlungsquelle 2 unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstands L dicht an den Körper 20 herangeführt wird, wird die Öffnui.gsweite des verstellbaren Schlitzes vergrößert, so daß die Schichtdicke W₀ stets konstant bleibt. Da 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 Schichtdicke berücksichtigt zu werden braucht Da jedoch auch bei stets konstant gehaltener Schichtdicke die ein vorbestimmtes Stück von der Strahlenquelle 2 entfernte Strahlendetektoranordnung 10 ebenfalls durch den Verstellmechanismus 14 verschoben wird, besteht eine geringere Möglichkeit dafür, daß das ganze durch den Körper 20 bzw. den Untersuchungsbereich hindurchgedrungene Strahlenbündel auf die Strahlendetektoranordnung 10 auftrifft. Infolgedessen werden die tomographischen Bildmeßwerte für das Untersuchungsobjekt ungenau. Wenn

daher der verstellbare Schlitz 7 gemäß Fig.4B erweitert wird, wird auch die Brei te. des verstellbaren Kollimators IJ in Anpassung an die Öffnungsweite des verstellbaren Schlitzes 7 vergrößert. Da somit beim Öffnen des-verstellbaren Schlitzes 7 zur Vergrößerung der Breite des Sirahlenbündels 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 die Slrahlendelekloranordnung 10.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Computertomograph, dessen Meßanordnung eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines fächertormigen Strahlenbündels durchdringender Strahlung und eine Strahlendetektoranordnung zur Messung der durch einen Körper hindurchgedrungenen Strahlung enthält, wobei die Ausgänge der einzelnen Strahlendetektoren der Detektoranordnung einer w Datenverarbeitungseinrichtung zur Rekonstruktion der Strahlenabsorptionskoeffizienten der Körperquerschnittsfiäche zugeführt werden, mit einem Drehmechanismus zum Drehen der Meßanordnung um den Körper, dadurch gekennzeichnet, daC die Drehachse der Meßanordnung (2, 10) entlang dem Mittelstrahl des Strahlenfächers (4) durch einen Verstellmechanismus verschiebbar ist, wobei die Drehachse innerhalb des zu untersuchenden Körperspo, 21) verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus einen Tragrahmen (12) zur Halterung der Strahlenquelle (2) und des Strahlendetektors (10) sowie eine Einrichtung (38, 40, 42, 44, 46, 48) zum Verschieben -'3 des Tragrahmens (12) senkrecht zur Drehachse von Strahlenquelle (2) und -detektor (ϊΌ) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (12) an der Stirnfläche einer scheibenförmigen Drehlagerung Jo (28) verschiebbar angeordnet ist, wobei die scheibenförmige Drehlagerung (28) auf der der Stirnfläche abgewandten Seite ein sich .richterförmig erweiterndes Lagerelement (S6) aufweist, welches in einem ortsfesten gleichartig gesia eten Lagerele- i"> ment (70) drehbar gelagert ist.