DE2819237C2

DE2819237C2 - Anordnung zur Ermittlung der Absorption von Röntgenstrahlung in einem dreidimensionalen Untersuchungsbereich

Info

Publication number: DE2819237C2
Application number: DE2819237A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 2084 Rellingen Kowalski
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1986-09-11
Also published as: GB2026277A; DE2819237A1; FR2425083A1; US4309615A; GB2026277B; CA1126418A; JPS632607B2; NL7903287A; SE7903773L; BE875973A; JPS54146588A; FR2425083B1

Description

kannten Anordnung in einer zur ersten Ebene (Kreisebene) senkrechten Ebene,

F i g. 3 die geometrische Konfiguration bei der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

F i g. 4 die geometrische Konfiguration bei der Erfindung senkrecht zu den beiden Ebenen,

F i g. 5 die Seitenansicht einer schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 6 diese Ausführungsform in der Vorderansicht

In F i g. 1, die die geometrische Konfiguration bei der bekannten Anordnung in perspektivischer Darstellung zeigt, ist mit 1 ein Kreis bezeichnet, auf dem sich die Positionen la bis IA befinden, aus denen der Körper bei der Untersuchung durchstrahlt wird. Die Strahlung wird bei der Anordnung nach dem Aufsatz von R. E. Sturm von einer Vielzahl von Strahlenquellen (Röntgenröhren) erzeugt, die sich in den Positionen la bis IA befinden, jedoch kann auch eine einzige Strahlenquelle benutzt werden, die nacheinander in die Positionen la bis IA gebracht wird. In der Zeichnung sind der Einfachheit halber cur acht verschiedene Positionen dargestellt, jedoch sind für eine hinreichende räumliche Auflösung wesentlich mehr Positionen erforderlich. In F i g. 1 ist ein in der Position ic einer nicht näher dargesellten Strahlenquelle ausgeblendetes Strahlenbünde! mit 4c bezeichnet Es hat die Form einer Pyramide, und die Ebene, in der der Kreis 1 liegt, ist eine Symmetrieebene dieser Pyramide. Das Strahlenbündel wird von einer zweidimensionalen Detektoranordnung 3 erfaßt, die gegenüber der Position Ic angeordnet ist Sie ist um die Mittelachse des Kreises 1 gekrümmt und erstreckt sich senkrecht zu der den Kreis 1 enthaltenden Ebene.

F i g. 2 zeigt die geometrische Konfiguration in einer zur Ebene des Kreises 1 senkrechten, durch das Zentrum des Untersuchungsbereiches bzw. den Körper 2 verlaufenden Ebene, wobei das in der Position Ic ausgeblendete Strahlenbündel 4c sowie die Detektoranordnung 3 in ausgezogenen Linien und das in der Position ig ausgeblendete Strahlenbündel 4g und die zugehörige Detektorpoütion 3' gestrichelt dargestellt sind. Deutlich ist zu sehen, daß es Bereiche II gibt, die nur sehr schwach von Strahlen durchsetzt sind und einen Bereich I, der etwa doppelt so dicht mit Strahlen durchsetzt wird. Außen liegende Punkte, wie z. B. der Punkt 5, werden nur in einer Position der Strahlenquelle erfaßt, in diesem ¹FaIl in der Position ig. ßie anderen in den anderen Positionen ausgeblendeten Strahlenbündel berühren diesen Punkt 5 nicht Objektdetails, die hier liegen, können die Rekonstruktion erheblich erschweren, da nur wenig Information über sie gemessen wird. Treten dabei auch noch Meßfehler ζ. Β. aufgrund nichtidentischer Detektoren in der zweidimensionalen Detektoranordnung 3 auf, dann wird die Rekonstruktion nachhaltig verfälscht.

In F i g. 3 und 4 sind die geometrischen Verhältnisse bei einer Anordnung nach der Erfindung skizziert Anstelle eines Kreises sind dabei zwei in zueinander parallelen Ebenen 6', T liegende gleiche Kreise 6,7 vorgesehen, die entlang ihrer Mittelpunktachse 8 (Rotationsachse) senkrecht gegeneinander versetzt sind. Auf diesen Kreisen 6,7 sind einzelne Detektoren D enthaltene Detektorreihen angeordnet, von denen nur jeweils acht Detektoren D mit Detektorpositionen 6a bis 6A, 7a bis 7A dargestellt sind. Im allgemeinen sind jedoch wesentlich mehr Detektoren D, etwa 50 bis 2000, auf jeweils einem Kreis 6,7 angeordnet, so daß teilkreis- oder kreisförmige Detektorringe R (F i g. 5) entstehen. Auf einer gedachten, die Kreise 6, 7 verbindenden Zylindermantelfläche 9 (nur teilweise eingezeichnet) befindet sich eine aus einzelnen Strahlenquellen. 10 bestehende Strahlenquellen.eihe 11, die parallel zur Mittelpunktachse 8 verläuft Der Übersicht wegen ist nur eine Strahlenquellenreihe 11 eingezeichnet Natürlich kann die Zylindermantelfläche 9 mit einer Vielzahl parallel liegender Strahlenquellenreihen 11 bedeckt sein. Eine Strahlenquellenreihe 11 kann selbstverständlich auch um die Mittelpunktachse 8 gedreht werden, so daß die einzelnen Strahlenquellen 10 nacheinander verschiedene Strahlenquellenpositionen auf der Zylindermantelfiäche 9 einnehmen können. Es is selbstverständlich auch möglich, eine einzelne Strahlenquelle 10 auf der Zylindermantelfiäche 9 zu verschieben, so daß von ihr nacheinander die erforderlichen Strahlenquellenpositionen eingenommen werden. Die Strahlung der einzelnen, zeitlich nacheinander blitzbaren Strahlenquellen 10 ist so gerichtet, daß von einer Strahlenquellenreihe 11 nur jeweils ein Detektorring R bestrahlt wird. Dies wird durch geeignete Kollimatoren erreicht Die hierbei aus einer Strahlenquelle 10 austretende Straining trifft sodann auf eine Vielzahl benachbarter Detektoren D einer Detektorreihe R, z. B. auf die in F i g. 3 dargestellten Detektoren D mit den Detektorpositionen 6b bis 6d. Der Obersicht wegen ist nur die Strahlung eingezeichnet, die auf den Detektor D mit der Position 6c trifft Durch eine geeignete Kollimatoranordnung (nicht dargestellt) vor den Detektoren D und/oder den Strahlenquellen 10 kann zusätzlich erreicht werden, daß wenigstens einige wenige Strahlenquellen 10 (Strahlenquellenpositionen) einer Strahlenquellenreihe 11 gleichzeitig strahlen dürfen, wobei die verschiedenen Strahlenbündel jedoch auf unterschiedliche Detektoren D eine Detektorreihe R fallen. In Fig.4 sind einzelne Strahlenbündel (gestrichelt bzw. ausgezogen) dargestellt, die sich ergeben, wenn die den Körper 2 durchdringende Strahlung durch die Detektoren D mit den Positionen 6c und Tg gemessen wird. Die Strahlenquellenreihen U und 11a sind hierbei in zwei verschiedene, um 180° gedrehten Positionen gezeichnet und bestrahlen jeweils einen Detektorr*ng R. Es ist deutlich zu erkennen, daß eine dicke Scheibe des Körpers 2 weitgehend homogen durchstrahlt wird, und daß jeder Punkt in dem Untersuchungsbereich, der sich als zwischen den Kreisen 6 und 7 liegender Zylinder mit ebenen Abschlußflächen definieren läßt, von Strahlung, erfaßt wird. Für eine Vielzahl von Richtungen, entsprechend der Anzahl der sich auf einem Kreis 6,7 befindenden Detektoren D läßt sich ein derartiges um 180° gegeneinander versetztes Paar von Detektorpositionen 6c, 7g"angeben.

Es ist an sich nicht erforderlich, daß zu jeder Position auf dem einen Kreis 6 auf dem anderen Kreis 7 eir,e Position existiert, die genau 180° in bezug auf die Mittelpunktachse 8 der Kreise 6,7 gedreht ist. Die Konfiguration nach F i g. 4 l«t dann zwar nicht ganz gegebeil, da keine direkt gegenüberliegende Position existiert, aber es gibt stets zwei Positionen, die fast einander gegenüber angeordnet sind. Da im allgemeinen stets sehr viele Positionen auf einem Kreis 6,7 vorhanden sein müssen, ergeben sich daraus keine Verfälschungen.

Es ist auch nicht erforderlich, daß die Positionen über den gesamten Umfang der beiden Kreis« 6, 7 verteilt sind, sondern es ist im allgemeinen hinreichend, wenn nur ein Teil eines Kreises 6, 7 der größer ist als ein Halbkreis, mit derauigen Positionen belegt ist, wenn sich dabei nur zu jeder Position auf dem einen Kreis eine dazu komplementäre, d. h. um etwa 180° versetzte Position auf dem anderen Kreis angeben läßt.

Es ist für den Erfindungsgedanken unerheblich, ob die Detektorringe R vollständig mit Detektoren D belegt werden, oder ob durch mechanische Bewegung wenige Detektoren D in die erforderliche Position bewegt werden. Ebenso ist es unerheblich, ob auf der Quellenfläche (Zylindermantelfläche 9) eine große Zahl von einzelnen Strahlenquellen 10 angeordnet ist, oder ob wenige Strahlenquellen 10 durch mechanische Bewegung von einer Vielzahl von Positionen strahlen.

{Zin vernünftiger Kompromiß besteht darin, zwei Detektorringe R zu schaffen, die aus einzelnen benachbarten Detektoren D, z. B. Sziniillatoren und Photodioden, bestehen. Die Strahlenquellenpositionen werden hierbei durch mechanische Bewegung der Strahlenquellenreihe

11 in Umfangsrichtung verändert, während die Ansteuerung der einzelnen Strahlenquellen 10 elektronisch vorgenommen wird.

In den Fig.5 und 6 ist die Seitenansicht bzw. die Vorderansicht einer solchen Anordnung dargestellt An einem Haltering 14 sind die beiden Detektorringe R, die in den Ebenen 6' und T liegen, befestigt Durch die Lager ISa bis \5d wird ein drehbarer Träger 16 gehalten, an dem mittels zweier Ausleger 17a und 176 Röntgenstrahlenquellen 18a und 186 angebracht sind. Vor den Röntgenstrahlenquellen 18a, 186 sind Kollimatoren

12 fest angeordnet, die die auf der Anode 21 erzeugte Röntgenstrahlung zum Strahlenbündel S (gestrichelt eingezeichnet) bündeln, derart daß die Strahlung der Strahlenquelle 18a nur den in der Ebene 6' und die Strahlung der Strahlenquelle 186 nur den in der Ebene T liegenden Detektorring R trifft Diese Kollimatoren 12 sind hierbei nötig, damit keine Röntgenstrahlung in den Körper 2 gestrahlt wird, die hinter ihm nicht zur Messung benutzt wird. Die Strahlenquellen 18a und 186 sind in gleiche Weise aufgebaut und bestehen aus einer Elektronenquelle 19, Ablenkspulen 20 und einer stabförmigen Anode 2i, auf der durch Auftreffen des Elektronenstrahls 22 Röntgenstrahlung erzeugt wird. Der Brennfleck wird durch geeignete Ablenkspannungen schnell auf der Anode 21 hin- und herbewegt, während die Strahlenquellen 18a, 186 sich mechanisch in Umfangsrichtung um den Körper 2 drehen. Durch die Überlagerung der mechanischen Bewegung mit der elektronischen Bewegung des Brennflecks der Röntgenstrahlenquellen 18a, 186 wird eine gleichmäßige BeIe- gung der Zylindermantelfläche 9 mit Strahlenquellenposition (Brennfleckpositionen) hervorgerufen.

In einer Modifizierung der Anordnung braucht nur jeweils ein Teil der beiden Detektorringe R verwendet zu werden, wenn dieses Teil fest mit der Strahlenquelle 18a, 186 rotiert, so daß es sich stets gegenüber der zugehörigen Strahlenquelle 18a, 186 befindet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

'—

65

Claims

1 2

verfälscht.

Patentanspruch: Es sind ferner bereits Geräte für die sog. Computer-

Tomographie bekannt, bei denen die Absorptionsver-

Anordnung zur Ermittlung der Absorption von teilung in einer (zweidimensionalen) Ebene rekonstru-Röntgenstrahlung in einem dreidimensionalen Un- 5 iert wird (DE-OS 24 42 809). Dabei wird der Untersutersuchungsbereich chungsbereich von einer Röntgenstrahlenquelle durch

strahlt, von der ein in Richtung senkrecht zur Untersu-

a) mit einer, den Untersuchungsbereich durchset- chungsebene schmales Strahlenbündel ausgeblendet zende Röntgenstrahlung erfassenden Detektor- wird, das den gesamten Untersuchungsbereich durchanordnung, deren Detektoren auf dem Umfang 10 strahlt und von einer jenseits des Untersuchungsbereieines in einer Ebene senkrecht zu einer Mittel- ches in der Untersuchungsebene angeordneten Detekpunktachse vorgesehenen Kreises angeordnet toranordnung erfaßt wird. Das System Röntgenstrahier sind, und — Detetoranordnung wird dabei um eine zur Untersu-

b) mit einer Strahlenquellenreihe für Röntgen- chungsebene senkrechte Achse gedreht, und aus den strahlen, deren Strahlen so gerichtet sind, daß 15 dabei gewonnenen Ausgangssignalen der Detektorandie auf dem Umfang des Kreises angeordneten Ordnung wird die Absorptionsverteilung in der Ebene Detektoren bestrahlt werden, rekonstruiert.

Mit einem derartigen Gerät kann aber immer nur die

dadurch gekennzeichnet, daß Absorptionsverteilung in einer bzw. — wenn eine zwei-

20 te Detektoranordnung vorgesehen ist — in maximal

c) zwei gleich große, zueinander parallele Ebenen zwei benachbarten Schichten sines dreidimensionalen (6', T) aufweisende Kreise (6,7\ auf deren Um- Objektes ermittelt werden. Werden mit einem solchen fang Detektoren (D) angeordnet sind und die Gerät benachbarte Schichten nacheinander abgetastet, die gleiche Mittelpunktachse (8) aufweisen, vor- können sich aufgrund von Körperbewegungen Vergesehen sind, 25 Schiebungen ergeben, so daß die anhand der Detektor-

d) zwei Strahlenquellenreihen (11) auf der die Um- ausgangssignale rekonstruierten Absorptionsverteilunfänge der zwei Kreise (6,7) verbindenden Zylin- gen nicht aneinander anschließen, dermantelfläche (9) parallel zur Mittelpunkt- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur achse (8), bezüglich der Mittelpunktachse (8) Ermittlung der Absorptionsverteilung in einem dreidigegeneinander versetzt und um die Mittel- 30 mensionalen Untersuchungsbereich zu schaffen, bei der punktachsc',8) drehbar angeordnet sind, und die Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion aufgrund

e) die Strahlung der beiden Strahlenquellenreihen unterschiedlich stark durchstrahlter Bereiche des Un-(11) so gerichtet ist, daß von einer Strahlenquel- tersuchungsbereichs vermindert werden.

lenreihe (U) jeweils nur die auf dem Umfang Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung

eines Kreises (6, 7) angeordneten Detektoren 35 der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die

(D) bestrahlt werden. im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen

Maßnahmen gelöst

Hierdurch wird erreicht, daß der Untersuchungsbereich bzw. ein in ihm liegender Körper v/eitgehend ho-40 mögen durchstrahlt wird, so daß jeder Punkt innerhalb

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem des Untersuchungsbereichs von einem Strahlenbündel

Oberbegriff des Patentanspruchs. erfaßt wird.

Eine derartige Anordnung ist in einem Aufsatz von Durch diese homogene Durchstrahlung wird erreicht, R. E Sturm et al in »Cardiovascular Imaging and Image daß die Informationsmenge, die über die Absorption Processing, Theory and Practice 1975«, Vol. 72, Seiten 45 eines Punktes innerhalb des Untersuchungsbereiches 103 bis 122 beschrieben. Sie ist zur Rekonstruktion einer erhalten¹ wird, weitgehend unabhängig von der Lage Absorptionsverteilung in einem dreidimensionalen Un- dieses Punktes innerhalb des Untersuchungsbereiches tersuchungsbereich bestimmt, der aus einer Vielzahl ist. Dies erleichtert die Rekonstruktion wesentlich und von in einer Ebene angeordneten Positionen durch- außerdem gehen Meßfehler weniger stark bei der Restrahlt wird. Aus den dabei gewonnenen Sätzen von 50 konstruktion ein. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Unter-Ausgangssignalen der Detektoranordnung wird dann suchungsbereich ein mathematisch einfach zu definiedie dreidimensionale Absorptionsverteilung rekonstru- render Raum (ein Zylinder mit ebenen Abschlußflächen) iert. Die Detektoranordnung ist hierbei zweidimensio- ist Der Körper kann somit bei der Rekonstruktion nal ausgebildet und derart angeordnet, daß auch die durch ein Zylinderkoordinatensystem beschrieben wer-Intensitätsverteilung in Richtung senkrecht zu der Ebe- 55 den.

ne, in der sich die Positionen befinden und aus denen der Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß aus der älteren

Untersuchungsbereich durchstrahlt wird, gemessen Anmeldung P 27 26 635 bereits eine Anordnung be-

werden kann. Bei der Ermittlung der dreidimensionalen kannt ist, bei der ein Untersuchungsbereich aus Strah-

Absorptionsverteilung ergeben sich jedoch Schwierig- lenquellenpositionen durchstrahlt wird, die auf zwei

keiten bei der Rekonstruktion, wenn der öffnungswin- 60 Kreisringen um eine gemeinsame Mittelpunktachse an-

kel des Strahlenbündels in Richtung senkrecht zu der geordnet sind, wobei die von jedem der beiden Kreisrin-

erwähnten Ebene zu groß ist. ge ausgehende Strahlung jenseits des Untersuchungs-

In diesem Fall gibt es verschiedene Bereiche im Un- bereiches von je einer Detektoranordnung erfaßt wird,

tersuchungsbereich (Körper), die unterschiedlich stark Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Er-

von Strahlung durchsetzt werden. Über Strukturen, die 65 findung dar. Es zeigt

in einem schwach durchstrahlten Bereich liegen, erhält F i g. 1 die geometrische Konfiguration bei der be-

man somit relativ wenig Information. Treten dabei auch kannten Anordnung in perspektivischer Darstellung,

noch Meßfehler auf, wird die Rekonstruktion nachhaltig Fig. 2 die geometrische Konfiguration bei der be-