DE2741874A1

DE2741874A1 - Radiographisches geraet

Info

Publication number: DE2741874A1
Application number: DE19772741874
Authority: DE
Inventors: Colin Charles Oliver
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1976-09-23
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1978-03-30
Also published as: JPS5625138B2; US4377867A; JPS5341990A; US4578801A; NL188618C; NL188618B; GB1589469A; FR2365330A1; NL7710456A; FR2365330B1; DE2741874C2

Description

Radiographisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät mit wenigstens einer Röntgenstrahlungsquelle zur Bestrahlung eines Querschnittsbereiches eines Patienten und mit wenigstens einer für die Strahlung empfindlichen Detektorgruppe zum Empfang der aus dem Querschnittsbereich austretenden Strahlung.

Derartige Geräte werden in einen Zweig der Radiographie eingesetzt, der auch als "computerisierte Tomographie" bekanntgeworden ist. Bei dieser unter Einsatz von Rechnern durchgeführten Tomographie wird eine Darstellung der Änderung der Absorption (oder Durchlässigkeit) der Röntgenstrahlung über einer Querschnittsscheibe eines zu untersuchenden Körpers hergestellt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der DT-AS 1 941 433 beschrieben.

Bei den bekannten tomographischen Geräten führen die Strahlungsquelle und eine oder mehrere Detektoren meist eine hin- und hergehende Bewegung in bezug auf den untersuchten Körper aus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tomographisches Gerät zu schaffen, bei dem diese Bewegung nicht erforderlich ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur gegenläufigen Drehung der Quelle und der Detektorgruppe um eine durch den Querschnittsbereich verlaufende Achse mit derartigen Winkelgeschwindigkeiten vorgesehen sind, daß die Wirkung eines etwa linearen Vorschubs der Quelle und der Detektorgruppe in bezug auf den Querschnittsbereich erzielt wird.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten :

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß

ausgebildeten Gerätes und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung

der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Gerätes.

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Gemäß Fig. 1 ist ein Hauptrahmen 1 auf dem Fußboden eines Gebäudes befestigt. Dieser Rahmen enthält eine kreisförmige Ausnehmung 2, die an einen ersten Ringkörper 3 angepaßt ist, auf dem zwei gleiche Röntgenröhren 4 und 5 einander diametral gegenüberliegend angebracht sind. Der Ringkörper 3 ist drehbar auf einer Lagerfläche gelagert, die sich an einem stationären Ringkörper 6 befindet, der auf dem Hauptrahmen 1 gelagert ist.

Innerhalb des Ringkörpers ist konzentrisch ein weiterer Ringkörper 7 gelagert, auf dem drei Detektorgruppen 8, 9 und 10 angebracht sind. Jede Gruppe enthält sechsunddreißig Detektoren und nimmt einen Winkel von 12° in bezug auf die Position der Röntgenröhre ein. Der Ringkörper 7 ist drehbar auf einer Lagerfläche gelagert, die an einem stationären Ringkörper 11 angebracht ist, der auf dem Hauptrahmen 1 gelagert ist. Der kreisförmige Innenumfang 13 des Ringkörpers 11 bildet die äußere Begrenzung für die Position eines Patienten.

In Fig. 1 ist der Querschnitt 14 durch den Körper eines Patienten dargestellt, der in Rückenlage auf einer gekrümmten Auflageplatte 15 ruht. Die Auflageplatte 15 ist ihrerseits in einer gekrümmten Rille 16 gelagert, die in einem am Hauptrahmen befestigten Tisch 17 angebracht ist. Mittel, die beispielsweise in der DT-OS 2 617 974 beschrieben sind, ermöglichen eine Bewegung der Auflageplatte 15 in der Rille 16 in einer Richtung senkrecht zur Papierebene, so daß eine gewünschte Querschnittsscheibe des Körpers 14 zur Bestrahlung durch die Röntgenröhren 4 und 5 ausgewählt werden kann. Die Röntgenröhren erzeugen ein ebenes, fächerförmiges Strahlungsfeld, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Fächerwinkel von 30° aufweist, wobei die Ebene des Strahlungsfächers parallel zur Papierebene verläuft.

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Zwischen jeder Detektorgruppe und dem Körper sind Gruppen 12_e, 12₉, 121 ο von geneigten Kollimatoren vorgesehen, die an den Detektorgruppen befestigt sind und nach Art der in der DT-Patentanmeldung P 27 09 599 beschriebenen Kollimatoren ausgebildet sind. Diese Kollimatorenbänke dienen dazu, die Wirkungen der Streustrahlung aus dem Körper 14 zu vermindern, jedoch begrenzen sie nicht die auf die Detektoren fallende Strahlung auf einen schmalen Strahl.

Fig. 1 zeigt, daß der von der Röntgenröhre 4 erzeugte Strahlenfächer 18 in Verbindung mit der Ausbildung des Gerätes so bemessen ist, daß die äußeren Strahlen des Fächers 18 tangential zu der kreisförmigen Umfangsflache 13 verlaufen, die die Position des Patienten begrenzt.

Es wurde schon zuvor erwähnt, daß die Ringkörper 3 und 7 drehbar gelagert sind, und Elektromotoren 3a und 7a treiben über entsprechende Zahnräder 3b und 7b, die mit am Umfang der Körper 3 und 7 angebrachten Zähnen in Eingriff stehen, diese beiden Ringkörper in entgegengesetzten Richtungen und mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten an. Bei den im vorliegenden Beispiel verwendeten Abmessungen, bei denen das Verhältnis vom Radius des Kreises 13 zu dem der Verbindungen zwischen den Detektorgruppen 8, 9 und 10 und ihren entsprechenden Kollimatorbanken und zum Radius der Innenfläche des Körpers 3 etwa 2:5:8 beträgt, ist die Winkelgeschwindigkeit des Ringkörpers 7 etwa 50% höher als die Winkelgeschwindigkeit des Körpers 3. Diese Abmessungen und Geschwindigkeiten sind so gewählt, daß bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel die Röhre 4 die Gruppe 8 bestrahlt, während die beiden Komponenten von links nach rechts über die Position des Patienten streichen ( unter der Annahme, daß der Ringkörper 3 im Uhrzeigersinn umläuft ) so daß tatsächlich ein 12°-Sektor der Strahlung über die Position des Patienten streicht

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und dabei zu diesem in der gleichen Winkelorientierung bleibt. Der 12°-Sektor, der jeweils die Detektorgruppe 8 bestrahlt, wird dabei von verschiedenen Winkelbereichen des 30°-Fächers 18 ausgewählt.

Die in Fig. 1 dargestellte Position entspricht dem Mittelpunkt des erwähnten Uberstreichens. Der 12°-Sektor 19, der durch die Detektorgruppe 8 definiert wird, befindet sich dabei natürlich in der Mitte des 30°-Sektors 18. Der mittlere Strahl 20 des Sektors ist vertikal und trifft auf einen mittleren Detektor der Gruppe 8 auf.

Bei einer Drehung des Ringkörpers 3 im Uhrzeigersinn und einer entgegengesetzten Bewegung des Ringkörpers 7 wird man feststellen, daß bei einer genauen Beziehung der beiden Bewegungen zueinander der erwähnte mittlere Detektor die Erzeugung von Ausgangssignalen fortsetzt, die sich auf zum Strahl 20 parallele Strahlen beziehen. Ähnliche Überlegungen gelten auch für die anderen Detektoren in der Gruppe 8, so daß tatsächlich 36 innerhalb des 12°-Sektors angeordnete Strahlen über die Position des Patienten streichen, wobei jeder Strahl während des Uberstreichens etwa parallel zu seiner Position am Beginn des Uberstreichens verbleibt. Die von den Detektoren durch die Strahlen erzeugten Ausgangssignale können in bekannter Weise durch Taktimpulse identifiziert werden, die in Abhängigkeit von den Abtastbewegungen der Ringkörper 3 und 7 erzeugt werden. Die Taktimpulse können von Fotozellen-Detektoreinheiten und mit diesen zusammenwirkenden Stricheinteilungen erzeugt werden. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der DT-OS 2 532 716 beschrieben.

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Die Position des Patienten empfängt somit Strahlung über einen Winkel von 30°, während nur jeweils ein 12°-Sektor der Strahlung gemessen wird. Dies kann dadurch abgeschwächt werden, indem gemäß Fig. 1 ein drehbarer Ring 21 vorgesehen wird, der auf einer Halterung 22 angebracht ist, die an dem Ringkörper 3 befestigt ist. Der Ring wird über ein Getriebe in Drehung versetzt, das ein Zahnrad 23 enthält (das ebenfalls auf der Halterung 22 gelagert ist), das durch nicht dargestellte, im äußeren Umfang des Ringkörpers 7 angebrachte Zähne angetrieben wird. Der Ring 21 enthält einen teilweise dargestellten gelochten Rand 24, der im Weg der Strahlung liegt und außer dem gewünschten 12°- Sektor, der jeweils auf eine Detektorgruppe ausgerichtet ist, alles andere verdeckt.

Der Ring 21 ist in bezug auf die untersuchte Ebene geneigt, so daß Teile des Randes 24, die der Quelle 4 zugekehrt sind, nicht im Weg der von der Quelle ausgesandten Strahlung liegen. Die Löcher im Rand 24 an der der Quelle abgekehrten Seite wirken als Kollimatoren und bewegen sich zwischen der Quelle und dem Körper synchron mit den Bewegungen der Quelle und der Detektoren, so daß stets nur Strahlung durchgelassen wird, die auf Detektoren fällt. Das Zahnrad 23 bewirkt, daß der Ring 21 entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft, d.h. im gleichen Sinn wie der die Detektoren tragende Ringkörper 7. Eine gleiche, nicht in Einzelheiten dargestellte Anordnung 25 ist natürlich für die Röntgenröhre 5 vorgesehen.

Gegebenenfalls können die Ringe 21 die Röntgenröhren 4 und 5 umgeben, so daß dann die Notwendigkeit für die Neigung der Ringe entfällt.

Eine andere mögliche Anordnung besteht darin, 12° auswählende Kollimatoren auf einem Ring anzuordnen, der konzentrisch zu den Ringkörpern

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3 und 7 ist und mit einer geeigneten Geschwindigkeit in bezug auf die Röntgenröhren und Detektoren gedreht wird, um in gewünschter Weise die auf die Position des Patienten auftreffende Strahlung auf die Strahlung zu begrenzen, die eine brauchbare Information liefert. In diesem Falle sind natürlich die Teile 21 bis 25 nicht erforderlich.

Es sei bemerkt, daß in der in Fig. 1 dargestellten Position die Röhre 5 unwirksam ist, denn anderenfalls würde sie nur die Rückseite der Detektorgruppe 8 bestrahlen. Wenn jedoch die Abtastbewegungen fortschreiten, bewegt sich die Detektorgruppe 8 aus dem Weg der Bestrahlung von der Röhre 5 fort, und die Gruppe 9 gelangt in eine Position, in der sie Strahlung von der" Röhre 5 empfängt, nachdem diese durch die Position des Patienten gelaufen ist. Dann streicht erneut Strahlung über den Körper, wobei die Strahlung jetzt von der Röhre 5 ausgeht und von der Detektorgruppe 9 gemessen wird. Irgendwann während dieses zweiten Uberstreichens bewegt sich die Detektorgruppe 9 in den von der Röhre 4 ausgesendeten Strahlungsweg, und diese Röhre wird dann abgeschaltet. Das nächste überstreichen wird durch Zusammenwirkung der Röntgenröhre 4 mit der dritten Detektorgruppe 10 erzeugt und das folgende überstreichen durch das Zusammenwirken der Röntgenröhre 5 mit der Detektorgruppe 8 usw. Es wurde entdeckt, daß nach zwei Umdrehungen des Ringkörpers 3 um die Position des Patienten der Körper entlang von 540 Gruppen paralleler Wege durch die Position des Patienten bestrahlt werden kann, wobei die Wege in Intervallen von 1/3° um die Position des Patienten verteilt sind, wobei darüber hinaus jeder Weg zweimal bestrahlt wird.

Die diesen Wegen entsprechenden Ausgangssignale erlauben bei entsprechender Verarbeitung die Abschätzung des Absorptions-(oder Durchlässigkeits-) Koeffizienten an jeder von zahlreichen

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über der Querschnittsscheibe des Körpers 14 verteilten Stellen. Die Datenverarbeitung kann beispielsweise entweder gemäß der DT-AS 1 941 433 oder gemäß der DT-OS 2 420 500 erfolgen.

Das Zeitdiagramm in Fig. 2 zeigt, wie die verschiedenen Wege mit dem zuvor beschriebenen Gerät bestrahlt werden. Die Winkel stellen Winkelpositionen der beiden Röntgenstrahlenröhren 4 und 5 dar, wobei die Röntgenröhre 4 in Fig. 1 die 0°-Position einnimmt. Die ausgezogenen Linien deuten an, daß die Röhre 4 wirksam ist, während die gestrichelten Linien die Wirksamkeit der Röhre 5 darstellen. Die Zwischenräume stellen natürlich die Drehung dar, die ausgeführt wird, während die jeweiligen Röhren unwirksam sind.

Die die Linien umgebenden Kästen stellen in bezug auf die Position des Patienten die Winkelanordnung der tatsächlichen Gruppe der von den jeweiligen Detektorgruppen zu gegebenen Zeiten festgestellten Wege dar. Es ist ersichtlich, daß die Röntgenröhen 4 und 5 genau in Antiphase zueinander ein- und ausgeschaltet werden müssen, und dies ist eine vorteilhafte Anordnung, weil hierdurch die Belastung der zur Versorgung der Röhren dienenden Hochspannungsquelle stabilisiert wird.

Es hat sich herausgestellt, und dies ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß jede Röhre während einer Drehung des Ringkörpers 3 um 30° aktiv ist und dann während einer Drehung von 18° inaktiv ist usw, wobei die Röhren wie zuvor erwähnt genau in Antiphase zueinander mit Energie versorgt werden, obwohl wegen des ungleichen Verhältnisses von Aktivität zu Inaktivität bei der Bewegung durch den eingeschalteten und nicht-eingeschalteten Zustände Uberlappungsperioden auftreten, in denen beide Röhren eingeschaltet sind. Somit ist in bezug auf Fig. 1 die Röhre 4 in ihrer 0°-Aus-

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gangsposition eingeschaltet und bleibt eingeschaltet, bis sie über einen Winkel von 15° gedreht worden ist. Die Röhre 5 ist andererseits in ihrer 180°-Position nicht eingeschaltet, jedoch wird sie eingeschaltet, wenn sie die 189°-Position einnimmt, d.h. nachdem sich der Ringkörper 3 um 9° gedreht hat und verbleibt so bis zur 219°-Position, wo sich der Ringkörper 3 um 39° aus der Ausgangsposition gedreht hat und wo die Röhre erneut abgeschaltet wird. Die Röhre 4 wird, nachdem sie nach der 15°-Drehung abgeschaltet worden ist, erneut eingeschaltet, wenn sie die 33°-Position einnimmt. Dieses Verfahren setzt sich während des gesamten Abtastvorganges fort.

Wie oben erwähnt wurde, sollen die Kollimatoren in den Banken 12 die Wirkungen der Streuung der Strahlung durch den Körper 14 verhindern, so daß die von den Detektoren erzeugten Ausgangssignale sich auf die Strahlung beziehen, die entlang linearer Wege durch die Position des Patienten verläuft. Die Kollimatoren können ggfs. entfallen, oder sie könnten durch eine andere Anordnung ersetzt werden, die in der Lage ist, die relative Winkelbewegung zu berücksichtigen, die zwischen den Quellen und den Detektorgruppen auftritt, während die erwähnten Uberstreichungen bewirkt werden (d.h. während der Perioden, in denen die Röhren eingeschaltet sind.)

Wenn es statt dessen erwünscht ist, Kollimatoren zu verwenden, die in radialer Richtung länger sind als die Kollimatoren in der Bank 12, können die Röhren 4, 5 und/oder die Detektorgruppen 8 bis 10 so angeordnet werden, daß sie eine Verstellbewegung ausführen, um die relative Winkelbewegung zu eliminieren. Wenn eine solche Bewegung den Röntgenröhren mitgeteilt wird, ergibt sich der Vorteil, daß sie nur einen 12°-Fächer anstelle des bei der Anordnung gemäß Fig. 1 erforderlichen 30°-Fächers erzeugen müssen. Hierdurch wird die Strahlungsmenge verringert, der

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der Patient ausgesetzt ist.

Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit einer Ausführungsform erörtert, bei der zwei Röntgenröhren und drei Detektorgruppen verwendet werden, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Beispielsweise können drei Röhren in Verbindung mit drei oder vier Detektorgruppen verwendet werden. Ferner könnten die Detektorgruppen auf dem Ringkörper 3 und die Röntgenröhren auf dem Ringkörper 7 angeordnet werden.

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ft ο r s e i \ e

Claims

EIKENBERG &BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Ltd. 100/509

Patentansprüche

λ .J Radiographisches Gerät mit wenigstens einer Röntgenstrahlungsquelle zur Bestrahlung eines Querschnittsbereiches eines Patienten und mit wenigstens einer für die Strahlung empfindlichen Detekt&rgruppe zum Empfang der aus dem Querschnittsbereich austretenden Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (3a,b; 7a,b) zur gegenläufigen Drehung der Quelle (4, 5) und der Detektorgruppe (8,9,10) um eine durch den Querschnittsbereich verlaufende Achse mit derartigen Winkelgeschwindigkeiten vorgesehen sind, daß die Wirkung eines etwa linearen Vorschubs der Quelle und der Detektorgruppe in bezug auf den Querschnittsbereich erzielt wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlungsquellen (4, 5) vorgesehen sind, die in bezug auf die Drehachse einander diametral gegenüberliegen.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Detektorgruppen (8,9,10) symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind.

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4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (4, 5) einerseits und die Detektorgruppen (8,9, 10) andererseits jeweils auf einem Ringkörper (3,7) angebracht sind, und daß Mittel (3a,b;7a,b) zur Drehung der Ringkörper in entgegengesetzten Richtungen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorgesehen sind.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (3) für die Strahlungsquellen (4,5) einen größeren Durchmesser aufweist als der Ringkörper (7) für die Detektorgruppen (8,9,10).
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Strahlungsfeld der wenigstens einen Röntgenstrahlungsquelle (4,5) über die Grenzen der wenigstens einen Detektorgruppe hinaus erstreckt und Mittel vorgesehen sind, um die Spreizung auf ein zur Detektorgruppe passendes Maß zu begrenzen.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Position des Patienten und der wenigstens einen Detektorgruppe Kollimatormittel (12§, 12t, 12io) vorgesehen sind.

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