DE2834934A1

DE2834934A1 - Strahlendiagnostikgeraet fuer die erzeugung von schichtbildern

Info

Publication number: DE2834934A1
Application number: DE19782834934
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Rer Nat Schittenhelm; Guenter Ing Grad Schmitt; Guenter Dr Rer Nat Schwierz; Edgar Ing Grad Tschunt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1980-02-21
Also published as: GB2028053B; FR2432860B1; JPS5524100A; US4455667A; US4297582A; GB2028053A; FR2432860A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 78 P 5084 BRD

Strahlendiagnostikgerät für die Erzeugung von Schicht-Mldern

Die Erfindung betrifft ein Strahlendiagnostikgerät für die Erzeugung von Schichfbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer Lagerstatt, mit einer Meßanordnung zur

Durchstrahlung des Aufnahmeobjekts aus verschiedenen
Richtungen, bestehend aus einer Strahlenquelle, welche ein die zu untersuchende Schicht durchdringendes Strahlenbündel aussendet, dessen Abmessung senkrecht zur

Schichtebene gleich der Schichtstärke ist und einem
■ Strahlenempfänger, welcher der gemessenen Strahlenintensität entsprechende elektrische Ausgangssignale
liefert und mit einem am Strahlenempfänger angeschlossenen Rechner zur Berechnung der Schwächungswerte be-

stimmter Bildpunkte der durchstrahlten Körperschicht
aus den AusgangsSignalen des Strahlenempfängers.

Es sind Strahlendiagnostikgeräte dieser Art, sog. Computer-Tomographen, bekannt, bei denen die Meßanordnung um eine Achse drehbar ist, die in der Längsrichtung der

Tp 5 Ler / 17.7.1978

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Lagerstatt liegt. Die Röntgenstrahlenquelle erzeugt dabei ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel, das von einer Reihe von Detektoren, die den Strahlenempfänger bilden, empfangen wird. Wird die Meßanordnung, deren Röntgenstrahlenquelle auf der einen und deren Strahlenempfänger auf der anderen Seite der Lagerstatt liegt, um das auf der Lagerstatt liegende Aufnahmeobjekt gedreht, so ist es möglich, aus den dabei erzeugten Ausgangssignalen des Strahlenempfängers die Schwächungswerte vorbestimmter Punkte der untersuchten Schicht des Aufnahmeobjekts zu berechnen und bildlich wiederzugeben. Mit den bekannten Strahlendiagnostikgeräten der eingangs genannten Art ist es aufgrund der Lage der Drehachse der Meßanordnung nur möglich, Schichtbilder von Schichten des Aufnahmeobjekts zu erzeugen, die quer zur Längsachse des Aufnahmeobjekts und der Längsrichtung der Lagerstatt liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computer-Tomographen so auszubilden, daß mit ihm Bilder von Schichten erzeugt werden können, die in der Längsrichtung des Aufnahmeobjekts und damit der Lagerstatt liegen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehachse des Strahlenbündels sich mit der Längsrichtung der Lagerstatt schneidet, insbesondere senkrecht dazu angeordnet ist, derart, daß der abgetastete Schichtbereich, in dem das Aufnahmeobjekt liegt, ausschließlich von Strahlen durchsetzt wird, bei denen jeder Strahlenweg über seine ganze Länge im Objekt von vielen anderen Strahlenwegen gekreuzt wird und der von jedem Objektpunkt aus gesehene Winkelbereich für die Abtaststrahlen kleiner als TT sein darf. Die Erfindung geht davon aus, daß mit einem Schichtgerät der

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eingangs genannten Art eine rechnerische Bildrekonstruktion möglich ist, wenn der abgetastete Schichtbereich unbekannter Strahlenschwächung ausschließlich von Strahlen durchsetzt wird, bei denen jeder Strahlenweg auf seiner ganzen Länge von vielen anderen Strahlenwegen gekreuzt wird, und daß es möglich ist, durch geeignete Anordnung der Drehachse der Meßanordnung auch bei Schichtaufnahmen, bei denen die untersuchte Schicht in der Längsrichtung der Patientenlagerstatt liegt, diese Forderung zu erfüllen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Meßanordnung auf einem Drehkranz angeordnet ist, der auf einem Sockel außer um die senkrecht zur Längsrichtung der Lagerstatt liegende Drehachse zur Einstellung der Lage der abgetasteten Schicht auch um eine horizontale Drehachse drehbar ist und daß die Lagerstatt auf einem zweiten Sockel höhenverstellbar gelagert ist. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, Schichten des Aufnahmeobjekts zu untersuchen, die in der Längsrichtung der Lagerstatt liegen und einen beliebigen Winkel zu der Lagerstatt sowie einen beliebigen Abstand von ihr haben.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Strahlenquelle und der Strahlenempfänger an je einem Ausleger befestigt sind, die die Lagerstatt umgreifen, und daß der Strahlenquelle eine Blende zugeordnet ist, die während eines Abtastvorganges so bewegt wird, daß die Randstrahlen der zur Bildberechnung dienenden Strahlen des in der zu untersuchenden Schicht fächerförmigen Strahlenbündels immer tangential zu zwei konvexen Kurven, vorzugsweise Kreisbögen, verlaufen, deren Mittelpunlcte außerhalb des vom Röntgenstrahlenbündel überstrichenen Bereiches liegen. Bei dieser

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Ausgestaltung können ausgedehnte Längsschichten in dem zu untersuchenden Körper dargestellt werden. Wird die Lagerstatt um eine Tertikaie Achse schwenkbar angeordnet, so daß sie in eine Lage gebracht werden kann, in der die Drehachse des Strahlenbündels parallel zur Längsrichtung der Lagerstatt liegt oder mit dieser zusammenfällt, so können mit einem solchen Gerät auch übliche Computer-Tomogramme von Schichten angefertigt werden, die quer durch das Aufnahmeobjekt verlaufen. 10

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Strahlendiagnostikge-

rätes nach der Erfindung von oben,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Strahlendiagnostik-

gerätes gemäß Figur 1, 20

Fig. 3 bis 5 verschiedene Ansichten einer anderen Ausführungsform eines Strahlendiagnostikgerätes nach der Erfindung, und

Fig. 6 bis 8 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Gerätes gemäß den Figuren 3 bis 5.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Patient 1 dargestellt, der auf einer Lagerstatt 2 liegt. Die Lagerstatt 2 ist auf einem Sockel 3 höhenverstellbar und längsverschiebbar gelagert. Zur Untersuchung des Patienten 1, und zwar bei dem Beispiel des Kopfes, ist eine Meßanordnung mit einer Röntgenstrahl-.π quelle 4uod einem Strahlenempfanger 5 vorgesehen. Der Str .LiIenempfanger 5

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besteht aus einer Reihe einzelner Detektoren, beispielsweise größenordnungsmäßig aus über 100 Detektoren, die von einem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 6 getroffen werden. Das Röntgenstrahlehbündel 6 ist in seiner Abmessung senkrecht zur untersuchten Schicht 7 des Patienten 1 gleich der Schichtstärke. Die Meßanordnung 4, 5 ist auf einem Drehkranz 8 befestigt, der auf einem Träger 9 um eine Achse 10 mittels eines Motors 10a drehbar ist. Der Träger 9 ist seinerseits um eine horizontale Achse 11 drehbar mit einem Fuß 12 verbunden. Für die Drehung des Trägers ist ein Motor 13 vorgesehen.

Aus der Figur 1 geht hervor, daß die Meßanordnung 4, durch Drehung des Drehkranzes 8 um die Achse 10 aus ihrer gezeichneten Ausgangsstellung in eine Endstellung gebracht werden kann, die für die Röntgenstrah- * lenquelle mit 4' und für den Strahlenempfänger mit 5' bezeichnet ist. Der eine Begrenzungsstrahl 14 des Röntgenstrahlenbündels 6 wälzt sich dabei auf einem Kreisbogen 15 und der andere Begrenzungsstrahl 16 auf einem Kreisbogen 17 ab. Die Drehachse 10 ist in bezug auf die Lagerstatt 2 mit dem Patienten 1 so gelegt, daß der schraffiert gezeichnete Kopfbereich des Patienten 1, also der zu untersuchende Schichtbereich 7 unbekannter Strahlenschwächung, ausschließlich von Strahlen durchsetzt wird, bei denen jeder Strahlenweg im Patienten auf seiner ganzen Lange von einer Vielzahl anderer Strahlenwege während der Drehung des Drehkranzes 8 gekreuzt wird. Der von jedem Objektpunkt aus gesehene Winkelbereich, um den die Röntgenstrahlenquelle 4 bewegt wird, darf wesentlich kleiner als *ίΐ sein, er liegt vorzugsweise zwischen IT und 1/2 IT . Diese Forderung ist dann erfüllt, wenn der Kreisbogen 17 außerhalb des Kopfes des Patienten 1 liegt. Während

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eines Abtastvorgangs, d.h. während der Bewegung der Meßanordnung 4, 5bis in die durch die Zeichen 4¹, 5' festgelegte Endlage kann die Röntgenstrahlenquelle 4, die von einem Röntgengenerator 18 gespeist wird, in periodischen Intervallen gepulst werden. Dadurch erhält man vom Strahlenempfänger 5 eine der Pulszahl entsprechende Anaahl von Gruppen von Ausgangssignalen, die einem Rechner 19 zugeführt werden. Der Rechner 19 ist aufgrund der Tatsache, daß jeder Strahlenweg in dem Schichtbereich 7 auf seiner ganzen Länge von einer Vielzahl anderer Strahlenwege gekreuzt wird, in der Lage, aus den AusgangsSignalen des Strahlenempfängers 5 die Strahlenschwächungskoeffizienten vorbestimmter Punkte im Schichtbereich 7 zu berechnen. Dadurch ist es möglich, durch entsprechende Steuerung eines Sichtgerätes 20 ein Bild des Schichtbereichs 7 nach der Abtastung wiederzugeben.

In der gezeichneten Lage des Drehkranzes 8 mit der Meßanordnung 4, 5 wird eine Schicht, nämlich der Schichtbereich 7, abgetastet, die etwa parallel zur Lagerstatt 2 liegt. Durch Drehung des Drehkranzes 8 um die horizontale Achse 11 ist es möglich, auch Schichten zu untersuchen, deren Ebenen sich mit der Ebene der Lagerstatt 2 schneiden. Aufgrund der Höhenverstellbarkeit der Lagerstatt 2 können die untersuchten Schichten jeweils beliebige Höhenlage haben.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel liegt der untersuchte Schichtbereich 7 zwischen den beiden Kreisbögen 15 und 17. Wichtig ist, daß der Kreisbogen 17 außerhalb des untersuchten Schichtbereichs, also des Schädels des Patienten 1 verläuft, denn nur in dem Fall ist die Forderung erfüllt, daß in der Schicht unbekannter Strahlenschwächung jeder Strahlenweg auf seiner ganzen

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Länge im Untersuchungsobjekt von einer Yielzahl anderer Strahlenwege gekreuzt wird. In dem Fall, in dem der Kreisbogen 17 durch den Kopf des Patienten verlaufen würde, würde der Schichtbereich außerhalb des Kreisbogens 17 von Strahlenwegen durchsetzt werden, die keine Kreuzungspunkte im obigen Sinne haben. Es wäre • also in diesem Fall keine Rekonstruktion eines Bildes des Schichtbereichs 7 möglich.

Das Gerät gemäß den Figuren 3 bis 5 weist zwei Ausleger 21 und 22 auf. Am Ausleger 21 ist eine Röntgenröhre 23 und am Ausleger 22 ein Strahleneinpfänger 24 befestigt, welcher ebenfalls aus einer Reihe einzelner Detektoren besteht. Die Ausleger 21 und 22, die die Lagerstatt 30 umgreifen, sind über Arme 25, 26 mit einer Hohlwelle 27 verbunden, die an einem Sockel 28 um eine Achse 29 drehbar gelagert ist. Die Lagerstatt 30 für die Patienten 1 ist auf einem Träger 31 allseitig verschiebbar angeordnet. Der Träger 31 mit der Lagerstatt 30 ist höhenverstellbar. Ferner kann die Lagerstatt 30 gegenüber dem Träger 31 um eine vertikale Achse 32 gedreht werden.

In der gezeichneten Stellung kann durch seitliches Verschieben der Lagerstatt 30 eine zu untersuchende Längsschicht des Patienten 1 gewählt werden. Bei dem Beispiel geht diese Längsschicht etwa durch die Symmetrieachse des Patienten 1. Wird zur Abtastung des Patienten 1 die Meßanordnung 23, 24 um die Achse· 29 gemäß Figur· 6 geschwenkt, so tastet das Röntgenstrahlenbündel 33 gemäß Figur 6 die Längsschicht 34 des Patienten 1 ab. Eine Primärstrahlenblende 35 wird bei diesem Abtastvorgang so verstellt, daß die Randstrahlen des in der zu untersuchenden Schicht fächerförmigen Strahlenbündels 33 immer tangential zu zwei Kreisbögen 36, 37

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verlaufen, deren Mittelpunkte außerhalb des Tom Röntgenstrahl enbündel 33 überstrichenen Bereichs liegen. In den beiden in der Figur 6 gezeichneten Endstellungen dieses Röntgenstrahlenbündels wird dieses auf einen schmalen Strahl eingeblendet, während es in der gezeichneten Mittelstellung seine größte Breite hat. Durch diese Verstellung der Primärstrahlenblende 35 erhält man gewissermaßen ein atmendes Röntgenstrahlenbündel und die Bedingung, daß der abgetastete Schichtbereich 34 ausschließlich Ton Strahlenwegen durchsetzt wird, bei denen jeder Strahlenweg auf seiner ganzen Länge im Objekt von einer Vielzahl anderer Strahlenwege gekreuzt wird, ist erfüllt.

Die Figur 7 zeigt eine Einstellung, bei der der Kopf des Patienten 1 abgebildet werden soll. Hierzu wird nur die eine Hälfte der Primärstrahlenblende 35, nämlich die Hälfte 35a, verstellt, so daß der Randstrahl 38 immer tangential zu einem Kreis 39 verläuft, der die untersuchte Schicht im Kopf des Patienten 1 begrenzt.

Wird die Lagerstatt 30 um 90° aus der in den Figuren 3 bis 7 gezeichneten Stellung geschwenkt, so kann gemäß Figur 8 in bekannter Weise ein Computer-Tomogramm einer Transversalschicht des Patienten 1 dargestellt werden.

Der Röntgengenerator sowie der Rechner und das Sichtgerät sind in den Figuren 3 bis 8 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 liegt die Theorie zugrunde, daß zur Abbildung einer Körperschicht mit Hilfe eines C.uputer-Tomographen Projektionen aus einem Abtastwinkelbereich, der

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kleiner als 180 ist, dann ausreichen, wenn die Abtastung so erfolgt, daß der Drehpunkt des Röntgenstrahlenbündels außerhalb dieses Röntgenstrahlenbündels liegt. Im Rahmen der Erfindung ist es bei dem Beispiel gemäß den Figuren 3 bis 8 nicht erforderlich, den Strahlenempfänger 24 mitzubewegen. Es ist möglich, einen Strahlenempfänger einer solchen Ausdehnung zu verwenden, daß er immer von Röntgenstrahlung getroffen Wird und nur diejenigen Detektoren des Strahlenempf angers zu benutzen, die das Röntgenstrahlenbündel jeweils erfassen. Ferner ist es denkbar, die Röntgenröhre auch linear zu verschieben oder auf eine mechanische Bewegung der Röntgenröhre zu verzichten, wenn eine Röntgenröhre benutzt wird, bei der eine elektronische Bewegung des Röntgenstrahlenbündels im Sinne einer Drehung seines Zentralstrahls möglich ist.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, zur Abbildung von Schichten, die schräg zur Längsrichtung des Patienten liegen, die Drehachse des Röntgenstrahlenbündels unter einem von 90 abweichenden Winkel zu dieser Längsrichtung anzuordnen, wobei sie auch dabei diese Längsrichtung, insbesondere die Patienten-Längsachse, schneidet.

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Claims

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Patentansprüche

( 1^ Strahlendiagnostikgerät für die Erzeugung von Schichtbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer Lagerstatt, mit einer Meßanordnung zur Durchstrahlung des Aufnahmeobjekts aus verschiedenen Richtungen, bestehend aus einer Strahlenquelle, welche ein die zu untersuchende Schicht durchdringendes Strahlenbündel aussendet, dessen Abmessung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schichtstärke ist und einem Strahlenempfänger, welcher der gemessenen Strahlungsintensität entsprechende elektrische Ausgangssignale liefert und mit einem am Strahlenempfänger angeschlossenen Rechner zur Berechnung der Schwächungswerte bestimmter Bildpunkte -der durchstrahlten Körperschicht aus den Ausgangssignalen des Strahlenempfängers, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (10, 29) des Strahlenbündels (6, 33) sich mit der Längsrichtung der. Lagerstatt (2, 30) schneidet, insbesondere senkrecht dazu angeordnet ist, derart, daß der abgetastete Schichtbereich (7, 34), in dem das Aufnahmeobjekt (1) liegt, ausschließlich τοη Strahlen durchsetzt wird, bei denen jeder Strahlenweg auf seiner ganzen Länge im Objekt von einer Vielzahl anderer Strahlenwege gekreuzt wird und der von jedem Objektpunkt aus gesehene Winkelbereich für die Abtaststrahlen kleiner als ΊΓ sein darf.
2. Strahlendiagnostikgerät nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich zwischen ^ und 1/2 TC liegt.
3. Strahlendiagnostikgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (10) des Strahlenbündels (6) außerhalb des

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BAD ORIGINAL

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"vom Strahlenbündel (6) überstrichenen, genutzten Bereiches liegt.
4. Strahlendiagnostikgerät nach Anspruch 3, d a durch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (4, 5) auf einem Drehkranz (8) angeordnet ist, der auf einem Sockel (9_S 12) außer um die senkrecht zur Längsrichtung der Lagerstatt (2) liegende Drehachse (10) zur Einstellung der Lage des abgetasteten Schichtbereichs (7) auch um eine horizontale Drehachse (11) drehbar ist und daß die Lagerstatt (2) auf einem zweiten Sockel (3) höhenverstellbar gelagert ist.
5- Strahlendiagnostikgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (23) und der Strahlenempfänger (24) an je einem Ausleger (21, 22) befestigt ist, die die Lagerstatt (30) umgreifen, und daß der Strahlenquelle

(23) eine Blende (35) zugeordnet ist, die während eines Abtastvorganges so bewegt wird, daß die Randstrahlen der zur Bildberechnung dienenden Strahlen des in der zu untersuchenden Schicht (34) fächerförmigen Strahlenbündels (33) immer tangential zu zwei konvexen Kurven, vorzugsweise Kreisbögen (36, 37) verlaufen, deren Mittelpunkte außerhalb des vom Strahlenbündel (33) überstrichenen Bereiches liegen.
6. Strahlendiagnostikgerät nach Anspruch 5, d a durch gekennzeichnet, daß die Lagerstatt (30) um eine vertikale Achse (32) schwenkbar ist, so daß sie in eine Lage gebracht werden kann, in der die Drehachse (29) des Strahlenbündels (33) parallel zur Längsrichtung der Lagerstatt (30) liegt oder mit dieser zusammenfällt.

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