DE2807998A1

DE2807998A1 - Radiographisches geraet

Info

Publication number: DE2807998A1
Application number: DE19782807998
Authority: DE
Inventors: Richard Miller Waltham
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1978-08-31
Also published as: US4171476A; NL185750B; NL185750C; JPS572021B2; NL7802098A; JPS53134388A; FR2382057B1; FR2382057A1; GB1595805A; DE2807998C2

Description

Radiographisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät

und insbesondere ein Gerät, das unter der Bezeichnung "Computer-Tomograph" bekannt geworden ist.

Derartige Computer-Tomographen ermöglichen die Herstel-. lung einer Darstellung der Absorptionsverteilung in einer Quer- ! schnittsscheibe eines zu untersuchenden Körpers in bezug auf

; durchdringende Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung. Derartige Dar-

! Stellungen liefern einen beträchtlichen Beitrag zu einer klinisch

nützlichen Information und ermöglichen insbesondere die Identifi-

Ί zierung und genaue Lokalisierung von Tumoren oder Gewebeschaden,

ohne daß chirugische oder ähnliche diagnostische Eingriffe er-

'; forderlich sind.

In der DT-AS 1 941 433 ist ein derartiges Gerät beschrieben, und andere Techniken sind u.a. in der DT-OS 2 442 009 und in der GB-PS 1 430 089 beschrieben. Die beiden zuletzt genannten Druckschriften befassen sich vorwiegend mit der Erzeugung der Daten, die für Darstellung benötigt werden, und die GB-PS 1 4 30 089 beschreibt eine Möglichkeit, die Daten sehr rasch zu erfassen. Eine schnelle Datenerfassung ist von Bedeutung, weil dann eine geringere Gefahr besteht, daß die Darstellung durch Artefakte infolge einer Bewegung des untersuchten Körpers oder von Organen bzw. darin befindlicher Flüssigkeiten während der Zeit der Datenerfassung beeinträchtigt oder verdorben wird.

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Bei dem in der GB-PS 1 430 089 beschriebenen Gerät geht die Strahlung von einem kleinen Quellenbereich in Form eines fächerförmigen Feldes aus. Der Winkel des Fächers ist so groß bemessen, daß er zumindest einen wesentlichen Teil der Querschnittsscheibe des Körpers erfaßt, und die Quelle wird um den Körper um eine Achse gedreht, die die Scheibe schneidet. Eine Gruppe von Detektoren dient zum Empfang der Strahlung nach Durchqueren des Körpers und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die mit einer schnellen Rate aufgetastet werden, um individuelle Ausgangssignale zu erzeugen, die linearen, durch den Körper verlaufenden Strahlenwegen zuzuordnen sind.

Die winkelmäßige Ausdehnung der Detektoren kann gerade so groß bemessen sein, daß sie mit der Spreizung des fächerförmigen Strahlenfeldes übereinstimmt, und in diesem Fall laufen alle Strahlenwege, auf denen Strahlung zu irgendeinem Detektor ausgesendet wird, tangential zu einem entsprechenden, gemeinsamen Kreis. Aus diesen Gründen kann unter bestimmten Umständen die nach Verarbeitung der durch die beschriebene Technik bereitgestellten Daten gewonnene Darstellung durch Artefakte infolge von Empfindlichkeitsunterschieden und/oder relativen Änderungen in der Empfindlichkeit zwischen den einzelnen Detektoren beeinträchtigt oder verdorben werden.

: Es sind zwar schon in den DT-Patentanmeldungen P 25 51 322 ι und P 26 48 503 Vorschläge gemacht worden, um dieses Problem zu ' überwinden oder zu vermindern, trotzdem aber die rasche Bereit- : stellung der Daten zu erhalten. Bei diesen Techniken führt die Erzeugung von beträchtlichen Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit ' und die Verarbeitung dieser Daten zu großen Schwierigkeiten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computer-Tomographen zu schaffen, der eine schnelle Datenerfassung erlaubt, bei dem die erzeugte Darstellung weitgehend frei von Artefakten aufgrund von Empfindlichkeitsunterschieden und/oder relativen Änderungen in der Empfindlichkeit zwischen einzelnen Detektoren ist, ohne daß die Erzeugung der Daten mit einer Geschwindigkeit erfolgen muß, die zu hoch für eine bequeme Datenverarbeitung sind.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Gerät mit den folgenden Merkmalen gelöst:

a. eine Aufnahmevorrichtung zur Positionierung des Patienten;

b. eine Quelle für durchdringende Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, zur Erzeugung eines divergierenden Strahlenfeldes, das durch den in der Aufnahmevorrichtung befindlichen Patienten verläuft;.

c. mehrere Detektoren zum Empfang der durch den Patienten entlang verhältnismäßig schmaler, voneinander einen Winkelabstand aufweisender Strahlenwege ver- ^f laufenden Strahlung und zur Erzeugung von Signalen,

j die ein Maß für die empfangene Strahlung sind;

ι · i

d. Abtastmittel,

; i) die bewirken, daß die Strahlung während erster

Zeitperioden eine Reihe unterschiedlicher '

; Winkelpositionen einnmitt, wobei der Ursprung [

: des Strahlenfeldes während dieser ersten Perio-

\ den effektiv stationär bleibt,

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ii) die bewirken, daß sich das Strahlenfeld von einer der Winkelpositionen zu den nächsten während zweiter Zeitperioden, die mit den ersten Zeitperioden verknüpft sind, bewegt, so daß das Strahlenfeld eine Scheibe des Körpers winkelmäßig abtastet, wobei die Scheibe quer zur Achse der Winkelbewegung verläuft,

iii) die bewirken, daß sich die Detektoren während der ersten Zeitintervalle derart in bezug auf das Strahlenfeld bewegen, daß eine Aufeinanderfolge der Detektoren Strahlung entlang jedes der Strahlenwege empfängt;

e. Mittel zur Erzeugung einer Darstellung einer die

Strahlung in Abhängigkeit von den durch die Detektoren erzeugten Signalen beeinflussenden Eigenschaft.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Detektoren auf einem Rahmen gelagert, der um die genannte Achse dreh- . bar ist, und die Abtastmittel enthalten Mittel zur gleichförmi- ; gen Drehung des Rahmens um seine Achse und zur Hin- und Herbewe- j gung des Ursprungs des Strahlenfeldes derart, daß periodisch die Bewegung des Strahlenfächers arretiert wird, die sonst als Folge der gleichförmigen Bewegung des Rahmens eintreten würde.

Bei einer anderen Ausführungsform enthält die Quelle Mittel zur Erzeugung von Röntgenstrahlung an mehreren winkelmäßig um die Achse verteilten Stellen, und die Detektoren sind aui^: einem Rahmen gelagert, der um die Achse drehbar ist, wobei die Ab-

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ι
tastmittel Mittel enthalten, um die Strahlung der Reihe nach von

^; mehreren der genannten Stellen auszusenden, während sich der Rahi men gleichförmig um seine Achse dreht. Gemäß einem weiteren Aspekt

der Erfindung sind die Abtastmittel so ausgebildet, daß sich ei-■ nerse'its das Strahlenfeld um diskrete Winkel schritte dreht und : an jeder Winkelposition verweilt und andererseits die Detektoran-Ordnung eine gleichförmige Bewegung um den Patienten ausführt, ; wobei die Bewegung oder die wirksame Bewegung des Strahlenfächers und die Bewegung der Detektoranordnung so bemessen sind, daß wäh- ! rend des Verweilens des Strahlenfeldes in jeweils einer Winkelposition die Detektoranordnung sich relativ zu diesem bewegt, so daß der Reihe nach eine Anzahl verschiedener Detekoren mit jeder Winkelposition des Strahlenfeldes fluchtet.

^; Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich-

• nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der

ι Zeichnung bedeuten:

! Fig. 1 eine Stirnansicht eines erfindungsgemäß ausge-

: bildeten radiographischen Gerätes,

^! Fig. 2 ein Blockschaltbild, das veranschaulicht, wie i von dem in Fig. 1 dargestellten Gerät erzeug

te Daten für die Verarbeitung zusammengefaßt werden können, !

Fig. 3 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten radiographischen Gerätes und

Fig. 4 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten

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radiographischen Gerätes.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gerätes. Dieses Ausführungsbeispiel wird als erstes Beispiel beschrieben, da es ein rein mechanisches Antriebssystem aufweist und daher einfacher zu übersehen ist als andere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Eine Quelle 1, die ein weitgehend ebenes, fächerförmiges Rontgenstrahlenfeld 2 aussendet, ist auf einem Ring 3 befestigt, der in Stufen um einen Ort 4 gedreht werden kann, an dem eine ausgewählte Querschnittsscheibe 5 des Körpers eines Patienten angeordnet werden kann. Die Quelle 1 kann aus einer bekannten Röntgenröhre mit Drehanode bestehen, und die Drehbewegung des Ringes 3 (und damit der Quelle 1) um den Ort 4 erfolgt um eine Achse 6, die die Scheibe 5 des Körpers schneidet.

Der Körper des Patienten befindet sich in Rückenlage auf einer Auflage 7, die vorn und hinten auf gewölbten Stützen gleitbar gelagert ist. Eine derartige Auflage ist beispielsweise in der DT-OS 2 617 974 beschrieben. Der Körper wird auf der Auflage mit _; Hilfe von Gurten 8 festgelegt. Zwischenräume zwischen dem Körper des Patienten und der Auflage werden vorzugsweise mit nicht dar- : gestellten Beuteln ausgefüllt, die ein Material enthalten, das Röntgenstrahlung in etwa dem gleichen Ausmaß absorbiert wie menschliches Körpergewebe. Die Beutel können sich auch über die Seiten des Körpers bis auf dessen Oberfläche erstrecken, so daß mit dem Körper zusammen für die Strahlung ein etwa kreisförmiger Gegenstand gebildet wird.

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Die stufenweise Drehbewegung des Ringes 3 um den Ort 4 wird bei diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Malteser-Antriebs bewirkt. Der Umfang des Ringes 3 ist mit Zinken 9 und Schlitzen 10 versehen, wobei in den Zinken 9 gekrümmte Ausnehmungen

11 vorgesehen sind. Mittels eines Elektromotors 13 wird ein Antriebsrad 12, das mit einem Stift 14 und einer Arretiernocke 15 versehen ist, in ständige Drehung versetzt. Der Stift 14 ist exzentrisch am Rad 12 so angeordnet, daß bei Bewegung des Rades

12 gegen den Uhrzeigersinn der Stift radial in einen Schlitz zwischen zwei Zinken eintritt, mit einem von diesen in Eingriff gelangt, den Ring 3 im Uhrzeigersinn um einen vorgegebenen Winkel dreht und dann den Schlitz radial wieder verläßt. Damit der Ring 3 zwischen aufeinanderfolgenden Drehstufen festgehalten wird, kommt die Arretiernocke 15 mit der Ausnehmung 10 des Zinkens in Eingriff, mit dem der Stift 14 anschließend zur Ausführung des nächsten Drehschrittes in Eingriff kommt. :

Der Ring 3 ist auf einem ringförmigen Lager 16 gelagert, das an einem festen Rahmen 17 angebracht ist. Auf dem Rahmen 17 sind auch der Motor 13 und das Antriebsrad 12 gelagert.

Innerhalb des Ringes 3 und konzentrisch zu diesem ist '■

ein zweiter Ring 18 gelagert, der eine Gruppe 19 strahlungsem- j

ι pfindlicher Detektoren trägt. Die Gruppe kann einhundert oder mehr Detektoren enthalten, und jeder Detektor enthält vorzugsweise in optischer Kombination einen Caesium-Jodid-Szintillations-· kristall und eine Fotodiode. Es können aber auch andere Detektorausführungen verwendet werden. Das Blickfeld jedes Detektors wird durch einen zugehörigen Kollimator bestimmt, so daß dieser zu einer gegebenen Zeit Strahlung empfängt, die durch den Ort 4 entlang eines weitgehend linearen Strahlenweges verläuft, und die

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einzelnen Kollimatoren sind in einer auf dem Ring 18 gelagerten Bank 20 angeordnet. Die Detektorgruppe 19 und die Kollimatorbank 20 erstrecken sich über die Grenzen des Röntgenstrahlenfeldes 2 hinaus. Dies ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein wichtiges Merkmal, worauf später noch näher eingegangen wird.

Der Ring 18 ist auf einem Lager 21 gelagert, das seinerseits auf dem Rahmen 17 gelagert ist, und der Ring 18 wird gleichmäßig um die Achse 6 durch einen nicht dargestellten direkten Antrieb vom Motor 13 gedreht.

Die Beziehung zwischen den Drehschritten des Ringes 3 und der gleichmäßigen Drehung des Ringes 18 ist so, daß während einer Periode, in der der Strahlenfächer in einer der durch den Maltesermechanismus 10-15 bestimmten Winkelposition in bezug auf den Ort 4 verweilt, die Detektorgruppe 19 sich im Uhrzeigersinn durch das Strahlenfeld von der Position, in der der äußere linke Detektor der Gruppe mit dem äußeren linken Rand des Strahlenfächers 2 fluchtet zu der Position bewegt, in der der äußere rechte Detektor der Gruppe 19 mit dem äußeren rechten Rand des Strahlenfächers 2 fluchtet. Wenn die zuletzt erwähnte Position erreicht worden ist, dreht der ilaltesermechanismus den Ring 3 um den erwähnten vorgegebenen Winkel, der so groß gewählt ist, daß anschließend erneut der äußere linke Rand des Strahlenfächers 2 mit dem äußeren linken Detektor der Gruppe 19 fluchtet. Der er-

wähnte Bewegungsablauf der Gruppe 19 durch das Strahlenfeld 2 wird dann wiederholt usw. bis eine Gesamtdrehung von wenigstens ; 180° oder von wenigstens 180° plus der Winkelspreizung des Feldes 2 - was von der Art der verwendeten Verarbeitung abhängt - von den Ringen 3 und 18 ausgeführt worden ist.

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j ;

ι In Fig. 1 ist der Zustand dargestellt, in dem die halbe j Verweilzeit des Strahlenfächers 2 in der dargestellten Winke1-position verstrichen sind.

Die von jedem Detektor der Gruppe 19 erzeugten Ausgangssignale werden während jeder Verweilzeit des Strahlenfächers 2 (d.h. in den Perioden, in denen sich die Gruppe 19 durch das Strahlenfeld 2 bewegt) mehrere Male aufgetastet, so daß jeder Detektor unterscheidbare Ausgangssignale erzeugt, die sich auf eine Anzahl von in bezug aufeinander divergierenden Strahlenwegen [ durch den Ort 4 während jeder dieser Perioden beziehen. Bei dem ; dargestellten Ausführungsbeispiel liegen stets acht Detektoren ' außerhalb der Grenzen des Strahlenfeldes 2, und jeder Detektorausgang wird während jeder der genannten Perioden achtmal oder mehr aufgetastet. Vorzugsweise wird bei diesem Ausführungsbeispiel jeder Detektorausgang pro Periode sechzehnmal aufgetastet, damit Daten gewonnen werden, die sich auf einander überlappende Strahlen beziehen. Wenn somit der Strahlenfächer zu einer Zeit insgesamt η Detektoren bestrahlt (die Gruppe 19 besteht somit aus (n + 8) -Detektoren), werden bei einer gegebenen Auftastperiode von diesen η Detektoren Signale für eine Gruppe von η weitgehend ; linearer und in bezug aufeinander divergierender Strahlenwege ! durch den Ort 4 erzeugt. Während der übernächsten Auftastperiode werden Signale für dieselben η Strahlenwege durch (n - 1) derselben Detektoren und eines neuen Detektors erzeugt, der sich nun in das Strahlenfeld 2 bewegt hat. Jeder der noch von dem Strahlenfeld bestrahlten (n-1) Detektoren empfängt Strahlung von einem Strahlenweg, von dem vor der vorangehenden Auftastperiode ein benachbarter Detektor Strahlung empfangen hat. Daher wird im Verlauf einer vollständigen Verweilperiode die entlang eines Strah-

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lenweges verlaufende Strahlung nacheinander von acht verschiedenen Detektoren empfangen. Um Wirkungen von Empfindlichkeitsänderungen innerhalb der Detektoren zu vermindern, werden die zu jedem VJeg gehörenden acht Ausgangs signale kombiniert. Dann können die kombinierten Signale durch acht geteilt werden, um einen Durchschnitt der Beiträge der einzelnen Detektoren zu gewinnen.

Ggfs. können die erwähnten acht Ausgangssignale, die sich auf einen gegebenen Weg beziehen, zur Feststellung differentieller Fehler verglichen werden, worauf diese Fehler korrigiert werden (wobei einer der Detektoren als Maßstab dient, auf den die anderen normiert werden), und worauf dann erst die Kombination erfolgt. Normalerweise reicht jedoch die bloße Kombination aus.

Wenn die Detektoren beginnend von links in Fig. 1 mit D1, D2, D3 usw. bezeichnet werden, dann wird ersichtlich, daß das Netto-Ausgangssignal, das zu dem Strahlenweg gehört, der am äußeren linken Rand des Strahlenfeldes 2 den Ort 4 durchquert, ein Achtel der Summe der von den Detektoren D1 - D8 während der Verweilzeit des Strahlenfächers 2 in der in Fig. 1 dargestellten Winkelposition erzeugten Ausgangssignale ist. In gleicher Weise ist das Ausgangssignal für den Strahlenweg durch den Ort 4 am äußeren linken Rand des Strahlenfächers 2 ein Achtel der Summe der von den Detektoren D2 - Ό9 während derselben Verweilzeit gewonnenen Signale usw. Wenn die erwähnte Normierung bewirkt wird ■ und der Detektor D1 als Maßstab betrachtet wird, kann, da die : Detektoren D2 - D8 in bezug auf den Detektor Dl korrigiert werden» der Detektor D9 ebenfalls in bezug auf den Detektor D1 korrigiert werden, und dies kann auch für alle anderen Detektoren erfolgen. Dabei schreiten die Korrekturen von einer Detektorgruppe zur anderen fort.

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Es sei bemerkt, daß die in Richtung auf die η Detektoren verlaufenden Strahlenwege innerhalb des Strahlenfeldes 2 divergieren, wobei der Winkel β zwischen den Mittellinien benachbarter Strahlen α/η ist, wobei α den Winkel darstellt, den das Strahlenfeld 2 bei der Detektorgruppe einnimmt (vorzugsweise 30° - 40°).

Der Maltesermechanismus kann so ausgelegt werden, daß das Strahlenfeld in Stufen von mß° gedreht wird, wobei m eine ganze Zahl ist. Wenn m den Wert eins annimmt, dann sind (n - 1) der Strahlenwege,in bezug auf die während einer Verweilperiode Ausgangssignale gewonnen werden, parallel zu Strahlenwegen, in bezug auf die Ausgangssignale während der vorangehenden Verweilperiode gewonnen wurden. In diesem Falle ermöglicht die Drehung des Strahlenfeldes (in Stufen von ß°) um einen beträchtlichen Winkel (über den Winkel von a° hinaus) die Gewinnung von Ausgangssignalen inbezug auf eine Gruppe von parallelen Strahlenwegen bei jedem Winkel in bezug auf den Ort 4, wobei benachbarte Gruppen von Wegen einen Winkelabstand von ß° aufweisen.

Wenn allerdings m einen Wert größer als eins annimmt, wird die Anzahl von Strahlenwegen in jeder Gruppe vermindert, wenn aber m nicht größer wird als n, geht keine Gruppe vollständig verloren. In der Praxis ist es jedoch unüblich, m größer als zehn zu machen, wenn η einen Wert von etwa hundert besitzt, weil der Verlust von Strahlenwegen in jeder Gruppe zu einer nicht mehrj akzeptablen Verringerung der Auflösung des Gerätes führt, wenn m größer als zehn wird. j

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät können auch im Rahmen der Erfindung Abwandlungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann das Strahlenfeld 2 durch eine mit der Detektorengruppe 19 fluch tende, nicht dargestellte Gruppe von Kollimatoren vor dem Auftref-

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fen auf die Querschnittsscheibe 5 in einzelne Strahlen aufgespalten werden. Ferner können Schwächungsglieder mit vorgegebener Form zwischen der Quelle und dem Körper und/oder zwischen dem Körper und der Detektorgruppe angeordnet werden, um die Absorption, die die Strahlung erfährt, an allen Stellen innerhalb des Strahlenfeldes 2 zu vergleichmäßigen.

Bekannterweise können nicht dargestellte Stricheinteilungen auf den Ringen 3 und 18 vorgesehen werden, die mit entsprechenden Fotozelleneinheiten zusammenwirken, um den Fortschritt der Drehbewegungen der Ringe durch von den Fotozelleneinheiten erzeugte Taktimpulse zu überwachen. Diese Taktimpulse dienen zu der oben erwähnten Auftastung der Detektorausgangssignale, um den Synchronismus zwischen der stufenförmigen Drehung des Ringes 3 und der gleichförmigen Drehung des Ringes 18 herzustellen und die Verteilung der aufgetasteten Detektorausgangssignale auf die Speicheradressen eines Digitalspeichers zu steuern.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm für einen Detektor in der , Gruppe 19, nämlich den r-ten-Detektor. Der Detektor 19r speist einen Verstärker 21r, an den ein Integrator 22r angeschlossen ist/ der in bekannter Weise periodisch durch die von der dem Ring 18 | zugeordneten Stricheinteilung abgeleiteten Taktimpulse gelesen und zurückgestellt wird. Dieses periodische Lesen und Zurückstellen des Integrators 22r bewirkt die erwähnte Auftastung der Detektorausgangssignale und wird bei diesem Ausführungsbeispiel während jeder Verweilperiode des Strahlenfeldes 2 achtmal durchgeführt. Es sei bemerkt, daß die Bewegung des Strahlenfächers 2 von einer Verweilsposition in die nächste nicht augenblicklich erfolgt,

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und vorzugsweise wird die Auftastung der Integratoren und damit auch des Integrators 22r während der Winkelbewegung des Ringes 3 fortgesetzt, dabei die Strahlung jedoch unterbrochen. Hierdurch istes möglich, den Null-Pegel bei den Detektoren zu prüfen (d.h. , zu prüfen, ob die Detektoren Ausgangssignale mit endlicher Amplitude erzeugen, obwohl sie bei unterbrochener Strahlung keine Ausgangssignale erzeugen sollen) und ferner wird hierdurch die Kompensation eines Nachleuchtens in den Kristallen ermöglicht. Der Begriff "Nachleuchten" bezieht sich dabei auf ein als Phosphoressenz bekanntes Phänomen, das sich als Verzögerung im Ansprechen der Detektoren auswirkt und im Falle einer fehlenden Korrektur bewirkt, daß ein sich auf einen Weg beziehendes Ausgangssignal durch Anteile der Strahlung verfälscht wird, die zuvor zu den Detektoren entlang eines oder mehrerer anderer Wege geschickt wurde. Alle Integratoren, und damit auch der Integrator 22r werden gleichzeitig gelesen und zurückgestellt.

Die vom Integrator 22r aufgetasteten Ausgangssignale werden einem Analog/Digital-Umsetzer 23r bekannter Bauart zugeführt und von dort einer Schaltung für Null- und Verstärkungskorrektur, einem Kurzzeitspeicher, Sortier- und Kombinationsschaltungen, wobei alle diese auf den Umsetzer 22r folgenden Elemente in einer ι Schaltung 24r zusammengefaßt sind. Der Schaltung 24r ist ein lo- i garithmischer Umsetzer 25r bekannter Art nachgeschaltet. Jedes von der Schaltung 25r kommende Signal bezieht sich auf einen entsprechenden Strahl durch den Ort 4. Das Signal wird dann unter dem Einfluß der von den den beiden Ringen 3 und 18 zugeordneten Stricheinteilungen abgeleiteten Taktimpulse (da der betreffende Strahl durch die Winkelposition des Strahlenfeldes 2 als auch durch die Position der Detektorgruppe 19 in bezug auf die Spreizung bei der relevanten Auftastzeit charakterisiert ist) zu ei-

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ner Speicheradresse in einem Digitalspeicher 26 geleitet, der für jeden Strahlenweg eine Speicheradresse enthält.

Wenn der Detektor 19r ein Ausgangssignal erzeugt hat, das sich auf einen gegebenen Strahlenweg während einer Auftastzeit bezieht, bewirkt (vorausgesetzt, daß eine weitere Auftastzeit innerhalb der relevanten Verweilperiode des Strahlenfeldes 2 vorhanden ist) die folgende Auftastzeit bei einem Detektor 19r + 1 die Erzeugung eines Ausgangssignales in bezug auf denselben Strahlenweg. Dieses Ausgangssignal wird der Schaltung 24r zwecks Kombination mit dem Ausgangssignal vom Detektor 19r, das bei der vorherigen Auftastzeit abgeleitet wurde, zugeführt. Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel im Verlauf der Drehung der Ringe 3 und 18 über wenigstens einen Winkel von (180° + a°) jede Adresse des Speichers 26 mit einer Kombination von acht digitalisierten Ausgangssignalen versorgt. Diese, auf eine entsprechende Adresse verteilten Signale werden erforderlichenfalls durch acht geteilt, um aus ihnen den Durchschnitt zu bilden. Die Division durch acht - wenn sie überhaupt ausgeführt wird - braucht nicht im Speicher 26 zu erfolgen, sondern sie kann in nicht dargestellten gesonderten äußeren Schaltungen bewirkt werden. Die Speicheradressen im Speicher 26 sind vorzugsweise in Zeilen und Spalten angeordnet, und jede Zeile bezieht sich auf eine Gruppe paralleler Strahlen- ΐ wege, während sich die Spalten auf unterschiedliche Positionen j (gemessen senkrecht von der Achse 6) der Mittellinien der Strahlenwege in den parallelen Gruppen beziehen. Das Sortieren der Daten, die für Gruppen von in bezug aufeinander divergierender Strahlenwege abgeleitet werden, in sich auf parallele Strahlenwege beziehende Gruppen, ist in der DT-OS 2 503 980 beschrieben.

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Es ist bekannt, daß der Abstand der Mittellinien der Strahlenwege in jeder parallelen Gruppe unterschiedlich ist, und eine Vorverarbeitungsschaltung 27 dient dazu, um mit einer bekannten Technik, z.B. durch eine Interpolation, diesen Abstand zu vergleichmäßigen. Eine solche Interpolation ist in der DT-OS 2 648 543 beschrieben.

Die Daten, die nun zu Gruppen zusammengefaßt sind, die sich auf Gruppen von parallelen Strahlenwegen beziehen, deren Mittellinien einen gleichen Abstand voneinander aufweisen, werden dann in einer Verarbeitungsschaltung 28 verarbeitet, die beispielsweise aus einer Anordnung bestehen kann,wie sie in der DT-OS 2 420 500 beschrieben ist, um eine Darstellung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten in der Querschnittsscheibe 5 des Körpers in bezug auf die verwendete Röntgenstrahlung herzustellen.

Es ist beispielsweise möglich, durch Verwendung der in der DT-AS 9 141 433 beschriebenen Technik die Daten in der Torrn zu verarbeiten, in der sie (als Fächergruppen) abgeleitet werden, und in diesem Falle ist die Sortierung zu parallelen Gruppen und die :

Interpolation nicht erforderlich. ]

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gerätes. In diesem Falle wird die Röntgenstrahlung durch eine Röntgenstrahlenröhre 29 erzeugt, die eine längliche Anode 30 aufweist und mit Ablenkspulen 31 versehen ist, die den Elektronenstrahl 32 der Röhre entlang der Anode 30 ablenken. Die Ablenkung des Strahls 32 entlang der Anode wird mit der gleichmäßigen Drehung eines einzelnen Ringes 33 synchronisiert, der sowohl die Quelle 29 als auch eine Detektor/Kollimator-Anordnung

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34 trägt, so daß der Ursprung des fächerförmigen Strahlenfeldes

35 an einer Stelle verbleibt, während der Ring 33 sich wie zuvor um einen gegebenen Winkel dreht und dann schnell zu einer neuen Winkelposition in bezug auf die Drehachse 36 zurückläuft. Die Ablenkung des Strahls entlang der Anode 30 ist also erforderlich, um genau der Drehung des Ringes 33 während jeder Verweilzeit des Feldes 35 entgegenzuwirken und dann schnell in Richtung der Drehung des Ringes 33 zurückzulaufen, so daß das Feld 35 wieder beim ersten Detektor der Anordnung 34 beginnt.

Die tatsächlichen Strahlenwege, die unter Verwendung der anhand der Fig. 3 beschriebenen Technik untersucht werden können, und die Art, in der die sich auf die Strahlenwege beziehenden Ausgangssignale verarbeitet werden, können gleich sein wie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Ein zusätzlicher Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 3 besteht jedoch darin, daß die Röntgenstrahlen während der Rücklaufperioden der den Ablenkspulen 31 zugeführten Wellenformen unterdrückt werden können, und daß die Detektorausgänge in diesen Zeiten aufgetastet werden können, um das "Nachglühen" der Detektoren festzustellen und zu kompensieren.

Die Auflösung der schließlich erzeugten Darstellung erfordert, daß der Winkel ß, oder (α/η) zwischen den Linien von benachbarten Strahlenwegen (1/15)° ist, jedoch können auch andere Winkel verwendet werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die schrittförmige Winkelbewegung des Strahlenfeldes durch aufeinanderfolgende Erregung einer Anzahl von ein ι fächerförmiges Feld aussendenen Strahlenquellen bewirkt wird, die mit dem erforderlichen Winkelabstand um die Drehachse 37

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j einer Detektoranordnung 38 verteilt sind. Bei diesem Ausführungs-

' beispiel wird die erforderliche Zahl von Strahlenquellen mittels einer statischen, toroidförmigen Röntgenröhre 39 erzeugt, die

- zahlreiche Röntgenstrahlen emittierende Anoden 40 besitzt, die mit dem erforderlichen Winkelabstand auf einem Kreisboden angeordnet sind. Die Anoden emittieren der Reihe nach Strahlung, während sich die Detektorgruppe 38 und eine zugehörige Kollimatorbank 41 gleichmäßig drehen. Die Detektoren und die Quelle müssen sich in unterschiedlichen Ebenen befinden, jedoch beeinträchtigt dies nicht die erzeugte Darstellung. Stattdessen können - wie in der Zeichnung dargestellt - die Detektoren sich innerhalb des Ortes der Quellenpunkte drehen. Die Detektorgruppe 38 und die Kollimatorbank 21 sind auf einem Ring 42 gelagert, der auf einem

; festen Lager 43 umlaufen kann, das am Hauptrahmen 44 angebracht ist. Die Drehung des Ringes 42 wird mittels eines auf dem Rahmen 44 gelagerten Elektromotors 45 bewirkt, der ein Zahnrad 46 antreibt, das mit nicht dargestellten, am äußeren Umfang des Ringes

• 42 angebrachten Zähnen zusammenwirkt. Jeder Anode 40 kann eine

: entsprechende ortsfeste Kathode zugeordnet sein. In diesem Falle werden die Kathoden der Reihe nach mit Strom versorgt,um während ei-

; ner gewünschten Dauer Elektronenstrahlen mit ihrem entsprechenden Winkel auszusenden.

Die Vorteile der Anordnung gemäß Fig. 4 gegenüber den zuvor beschriebenen Anordnungen bestehen darin, daß für die Rönt-. genstrahlenquelle keine drehbaren Hochleistungskabel oder Schleifringe zur Zuführung von Energie oder eines Kühlmittels benötigt j werden, und daß eine bessere Abführung der durch die Röntgen- ' Strahlenemission erzeugten Wärme möglich ist.

Bei einer von der in Fig. 4 dargestellten Anordnung abweichenden Ausführungsform können die Röntgenstrahlen emittie-

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renden Anoden unter einem größeren Winkelabstand angeordnet werden. Die Detektoren können dann gleichmäßig eine Umdrehung bei stationärer Röhre ausführen, wobei die Anoden in gleicher Reihenfolge wie zuvor beaufschlagt werden. Das Toroid wird dann (z.B. durch einen Malteser-Mechanismus) um einen kleinen Winkel gedreht, worauf die Detektoren eine weitere Umdrehung ausführen. Diese Reihenfolge wird fortgesetzt, bis durch die Verlagerung der toroidförmigen Röhre die Winkelschritte zwischen den Anodenabständen ausgefüllt sind.

Auch bei diesen zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Strahlenwege, für die Ausgangssignale erzeugt werden und die Ausgangssignale in gleicher Weise behandelt und verarbeitet wie dies anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Für eine genaue Verarbeitung ist es erwünscht, daß die Quelle und die Detektoren auf dem Umfang eines gemeinsamen Kreises angeordnet sind. Der Mittelpunkt dieses Kreises muß jedoch nicht notwendigerweise auch die Drehachse des Gerätes sein.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht die Möglichkeit durch Eichung Fehler zu kompensieren, die beispielsweise von unterschiedlichen Weglängen der Strahlung durch das Material herrühren, indem die erwähnten Schwächungsglieder vorgesehen werden. Die Eichung wird durch Ersatz des Körpers durch ein Phantom mit bekannten Eigenschaften bewirkt,

und mit den gewonnenen Eichsignalen werden Fehler bei der Ermitt-■ lung dieser Eigenschaften kompensiert. Diese Eichsignale werden in bekannter Weise in Nach schlag tabellen oder an den verschiedenen ι Speicherstellen eines Speichers, z.B. des Speichers 26 gespeichert.

; Bs/dm

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3 .

Leerse ite

Claims

EIKENBERG 8e BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Limited 100/513

Patentansprüche

1J Radiologisches Gerät, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a. eine Aufnahmevorrichtung (7) zur Positionierung des Patienten (5);

b. eine Quelle (1) für durchdringende Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, zur Erzeugung eines divergierenden Strahlenfeldes (2), das durch den in der Aufnahmevorrichtung (7) befindlichen Patienten (5) verläuft;

c. mehrere Detektoren (19, 34, 38) zum Empfang der durch den Patienten entlang verhältnismäßig schmaler, voneinander einen Winkelabstand aufweisender Strahlenwege verlaufender Strahlung und zur Erzeugung von Signalen, die ein Maß für die empfangene Strahlung sind;

β0983Β/080β

d. Abtastmittel (9 - 15, 3,18,31, 45, 46)

i) die bewirken, daß die Strahlung während erster Zeitperioden eine Reihe unterschiedlicher Winkelpositionen einnimmt, wobei der Ursprung des Strahlenfeldes während dieser ersten Perioden effektiv stationär bleibt,

ii) die bewirken, daß sich das Strahlenfeld von einer der Winkelpositionen zu den nächsten während zweiter Zeitperioden, die mit den ersten Zeitperioden verknüpft sind, bewegen, so daß das Strahlenfeld eine Scheibe des Körpers winkelmäßig abtastet, wobei die Scheibe quer zur Achse (6) der Winkelbewegung verläuft,

iii) die bewirken, daß sich die Detektoren während der ersten Zeitintervalle derart in bezug auf das Strahlenfeld bewegen, daß eine Aufeinanderfolge der Detektoren Strahlung entlang jedes der Strahlenwege empfängt;

e. Mittel zur Erzeugung einer Darstellung einer die

Strahlung in Abhängigkeit von durch die Detektoren erzeugten Signalen beeinflussenden Eigenschaft.

ι 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ί
Rahmen (33) vorgesehen ist, auf dem die Quelle (29) und die De-

; tektoren (34) gelagert sind, und daß Antriebsmittel zur Drehung , des Rahmens um seine Achse (36) vorgesehen sind.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel Mittel zur gleichförmigen Drehung des Rahmens (33)

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: um seine Achse, und zur Hin- und Herbewegung des Ursprungs des

Strahlenfeldes derart enthalten, daß periodisch die Bewegung des . Strahlenfeldes arretiert wird, die sonst als Folge der gleich-

■ förmigen Bewegung des Rahmens eintreten würde.

; 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ; Quelle (39) Mittel zur Erzeugung von Röntgenstrahlung an mehreren ^: winkelmäßig um die Achse (37) verteilten Stellen (40) enthält, daß

■ ein Rahmen (42) zur Lagerung der Detektoren (38) sowie Mittel zur Drehung des Rahmens um die Achse (37) vorgesehen sind, und daß

. die Abtastmittel Mittel enthalten, die bewirken, daß die Strahlung ; der Reihe nach von mehreren der genannten Stellen (40) ausgesen- ' det wird, während sich der Rahmen (4 2) gleichförmig um seine ! Achse (37) dreht.

; 5. Radiographisches Gerät mit einer Quelle zur Aussendung [ eines ebenen, fächerförmigen Feldes durchdringender Strahlung, ! insbesondere Röntgenstrahlung, durch einen Ort, an dem sich eine

■ ausgewählte Querschnittsscheibe eines zu untersuchenden Körpers

■ befindet, von zahlreichen, winkelförmig um den Ort verteilten Positionen aus, mit einer aus mehreren Detektoren bestehenden Detektoranordnung zum Empfang der Strahlung nach Durchqueren des Ortes, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung des Strahlenfeldes und der Detektoranordnung um den Ort, dadurch ge-

! kennzeichnet, daß die Äbtastmittel so ausgebildet sind, daß sich einerseits der Strahlenfächer um diskrete Winkelschritte dreht und an jeder Winkelposition verweilt und andererseits die Detektoranordnung eine gleichförmige Bewegung um den Ort ausführt, wobei die Bewegung oder die wirksame Bewegung des Strahlenfeldes und die Bewegung der Detektoranordnung so bemessen sind, daß während j des Verweilens des Strahlenfeldes in jeweils einer Winkelposition ι die Detektoranordnung sich relativ zu diesem bewegt, so daß der

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^: Reihe nach eine Anzahl verschiedener Detektoren mit jeder Winkelposition des Strahlenfeldes fluchtet.

-Beschreibung-

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