DE2842787A1

DE2842787A1 - Anordnung zur ermittlung oertlicher absorptionswerte in einer ebene eines koerpers mit einer detektorreihe

Info

Publication number: DE2842787A1
Application number: DE19782842787
Authority: DE
Inventors: Cornelius Berthold Jo Albrecht; Roland Anton Johan O Witteveen; Frans Wessel Zonneveld
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-09-30
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS58108812U; IL55694A; US4747117A; SE430121B; GB2005955B; FR2405697B1; FR2405697A1; GB2005955A; BE871103A; CA1118537A; NL7711120A; IT7828541A0; DE2842787C2; JPS5464987A; IL55694A0; SE7810521L; IT1159926B

Description

PHN. .V. pPSi-.KJ -ν..ί·::^!.ν-.!=_:.:υ..-=·Λ-Π, t:ilu;V.-·.:: DEEN/EVII.

₇ 10.4.1978.

Anordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines Körpers mit einer Detektorreihe

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines Körpers, mit wenigstens einem Strahler zum Erzeugen eines fächerförmigen, den Körper durchsetzenden Strahlenbündels und einer Detektorreihe zur Detektion von Strahlung, die den Körper in mehreren in der Ebene

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liegenden Richtungen durchstrahlt, der Strahler und die Detektorreihe an beiden Seiten einer Zentralachse für den zu untersuchenden Körper einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die Detektoren auf und nahe einer Verbindungslinie zwischen Strahler-Zentralachse-Detektorreihe eine geringere Detektionsflache als die Detektoren aufweisen, die weiter von der Verbindungslinie entfei*nt liegen, wobei ein Detektorsignal eines Detektors elektrisch vom Detektorsignal eines jeden anderen Detektors isoliert ist.

Eine Anordnung nach obiger Beschreibung ist aus der US-PS 3 973 128 bekannt. In der Patentschrift wird ein Detektoraufbau angegeben, durch den die räumliche Auflösung in der zu rekonstruierenden Absorptionsverteilung der durchstrahlten Ebene ortsabhängig ist. Der Detektoraufbau zeigt Detektoren mit gegenseitig in der Grosse verschiedenen, dem Körper zugewandten Detektionsflachen. Am Rande der Detektorreihe sind die Detektionsflachen grosser als die Detektionsf lachen in der Reiherunitte, wodurch die räumliche Auflösung in der Mitte der rekonstruierten Absorptionsverteilung grosser als am Rande ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, in der die Grosse der Detektionsflächen der Detektoren (also faktisch die räumliche Auflösung in der endgültigen Rekonstruktion der Absorptionsverteilung) an die Natur des zu untersuchenden Körpers angepasst werden kann.

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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch, gelöst, dass die Detektorreihe eine Folge benachbarter Detektorelemente enthält, die grössen- und verhaltensmässig einheitlich sind, und die Detektionsfläche eines Detektors einem Vielfachen der Detektionsfläche eines Dejfcjaktpr— elementes proportional ist.

Da die Detektorelemente alle einheitlich sind, ■wird die Herstellung einer aus derartigen Detektorelementen aufgebauten Detektorreihe preisgünstiger sein als die Herstellung einer Detektorreihe mit gegenseitig in der Grosse verschiedenen Detektionsflächen. Der Parallelbetrieb der Detektorelemente braucht nicht ständig zu sein. Dadurch können Detektorelementgruppen je nach der Natur des zu untersuchenden Korpers und nach der gewünschten BildgSte im zu rekonstruierenden Bild der zu untersuchenden Korperebene parallel betrieben werden. Bas ist besonders vorteilhaft, da bei der Untersuchung des menschlichen Torsos oft- eine niedrigere Auflösung genügt als z.B. beim Untersuchen der Schädelbasis.

- Die Verwendung einer Reihe von Detektoren mitgegenseitig verschiedenen Grössen gibt besonders dann Probleme, wenn unterschiedlich grosse Ionisationskammern als Detektoren verwendet werden. Ionisationskammern, die gegenseitig in der Grosse verschieden sind, weisen gegenseitige Unterschiede in der Messzeit und in

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der N±chtl±near±tät auf, wodurch die Kalibrierung und Verarbeitung der Detektorsignale erschwert wird.

Nach, einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung sind die Detektorelemente als Ionisationskammern aasgebildet.

Der Aufbau von Detektoren mit in der Grosse ver— schiedenen Detektionsflächen aus einer oder mehreren. Ionisationskammern mit je einheitlichem Verhalten ergibt, dass jeder Detektor eine gleiche Messzeit und Nicht—

TO linearität aufweist, was bei der notwendigen Kalibrierung der Detektorreihe vorteilhaft ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung sind die Ausgänge der einem Detektor zugeordneten Detektorelemente (lonisationskammern) über elektrisch leitende Verbindungsmittel miteinander verbunden. Das vom Detektor erzeugte Signal ist die Summe der lonisationsströme der gesonderten, parallel gesclial Lo ten Ionisationskammern. An die l'arallelschaltung der Ionisationskammern kann ein an sich bekannter, als Integrator geschalteter Vorverstärker angeschlossen werden.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsforra der Erfindung ist jedes Detektorelement an einen Integrator angeschlossen und pro Detektor eine Addierschaltung vorgesehen,"an die Ausgänge der Integratoren

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der dem Detektor zugeordneten Ionisationskammern über elektrische Verbindungsmittel angeschlossen sind.

Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, die Verbindungsmittel als Schalter auszuführen. Ein derartiger Aufbau der an die Detektorelemente angeschlossenen elektrischen Schaltung bietet den Vorteil, dass er im Vergleich zu einer Ausführung, bei der Schalter direkt an die Ionisationskammern angeschlossen sind, weniger störanfällig ist. Da die Ionisationsströme bereits vor ihrer Zufuhr an eine Addierungsschaltung über Schalter integriert sind, ist die Schaltung für die elektrischen Unregelmässigkeiten, die die Schalter darin auslösen, weniger anfällig.

Eine Detektorreihe, aufgebaut aus einer Reihe einheitlicher Ionisationskammern, wobei über das Umlegen von Schaltern die räumliche Auflösung geändert wird, ist besonders dann vorteilhaft, wenn viele verschiedene Untersuchungsarten durchgeführt werden. So kann mit der erfindungsgemässen Anordnung ein Teil der zu untersuchenden Ebene mit einer hohen räumlichen Auflösung und die darum herumliegenden Teile mit einer niedrigeren räumlichen Auflösung untersucht werden. Weiter kann mit der gleichen Anordnung die ganze Ebene mit einer niedrigen Auflösung (wie bei der Röntgenuntersuchung an grosse.n Organen, beispielsweise Lunge oder Leber)

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oder mit einer hohen Auflösung (wie bei der Röntgenuntersuchung der Schädelbasis) untersucht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgeraässe Anordnung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils eines AnschlusSchaltbildes einer Reihe von Ionisationskammern für eine Anordnung nach Fig. T

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines elektrisehen Anschlusschaltbildes einer Reihe von Detektorelementen nach einer Anordnung gemäss Fig. 1.

Eine erfindungsgemässe Röntgenuntersuchungsanordnung ist skizziert in Fig. 1 dargestellt und enthält eir.en Strahler 1, der vorzugsweise aus einer Röntgenröhre besteht, der jedoch beispielsweise auch aus einem radioaktiven Isotop wie Am24i oder Gd153 bestehen kann. Eine Reihe 3 von Detektoren j>, 5a, ^h (beispielsweise 300 insgesamt) misst stellenweise die Intensität eines vom Strahler 1 auszusendenden Röntgenstrahlungsbündels Der Strahler bildet hier ein fächerförmiges Bündel 2 mit einem Öffnungswinkel (£ , der beispielsweise 6o° beträgt. Das Bündel 2 ist in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene nahezu parallel und hat in dieser Richtung eine geringe Dicke, beispielsweise eine Dicke von 3 bis 15 mm Zur Bildung eines derartigen Bündels 2 ist

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eine schlitzförmige Blende k angebracht. Die Breitenabmessung der Detektoren 51 5a, 51» und ihre gegenseitigen Abstände bestimmen die mögliche räumliche Auflösung innerhalb eines gewissen Öffnungswinkels <C des Fächertündels 2. Ein Untersuchungstisch 7> auf dem ein zu untersuchender Körper 8 liegt, ist entlang einer Zentralachse 91 die senkrecht zur Zeichenebene liegt, in seiner Längsrichtung verschiebbar. Das System Röntgenquelle 1-Detektorreihe 3 ist mit Hilfe eines Zahnringes 10, der von einem Motor 11 angetrieben und von Lagern 12 unterstützt wird, um den Körper 8 drehbar angeordnet. Eine Drehung des Systems Röntgenstrahier 1-Detektorreihe kann sowohl ununterbrochen als intermittierend ausgeführt werden. Im letzten Fall wird nach jeder Messung ein Rotationsschritt ausgeführt. Ein Zähler 18 zählt die Anzahl der von der RechenanOrdnung 15 empfangenen Detektorsignale pro Messung. Beim Erreichen einer der Detektoranzahl entsprechenden Anzahl von Detektorsignalen wird die Steuerschaltung I9 des Motors 11 für eine kurze Zeit erregt, so dass ein Rotationsschritt gemacht wird. Das System Röntgenstrahier 1-Detektorreihe 3 ist in einem Gestell 20 aufgehängt. Das Gestell 20 ist mit Hilfe eines Motors 22 längs Führungsrollen 21 bewegbar, so dass der Strahler 1 längs einer zentralen Verbindungslinie 6 vom Körper 8 weg oder zum Körper 8 hin bewegt

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werden kann. Hiermit wird erreicht, dass das im Strahler

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erzeugte Bündel 2 mit dem Öffnungswinkel cC stets den Körper 8 genau erfassen kann, so dass die Detektorreihe während der Untersuchung optimal ausgenutzt wird. Vor Messbeginn wird der Abstand zwischen dem Strahler 1 und dem Körper 8 beispielsweise durch Einschaltung der Steuerschaltung 2k von Hand eingestellt.

Die Detektoren 5> 5a und 5t> sind über ein Kabelbündel 13 an je einen Verstärkex-umformer 14 angeschlossen, in dem die Detektorsignale gesondert verarbeitet werden. Der Verstärkerumformer 14 kann beispielsweise eine Multiplexschaltung und einen Analog-Digitalwandler enthalten. Der Ausgang des Verstärkerumformers 14 ist an eine Rechenanordnung I5 angeschlossen, mit der aus den verstärkten und umgeformten DetektorSignalen die örtliche Absorption berechnet wird. Die ermittelten Absorptionswerte werden in einer Speicheranordnung 16 gespeichert und nach Bedarf mit einer Wiedergabeanordnung 17 abgebildet, Die Detektorreihe 3 ist erfindungsgemäss aus einer Reihe beachbarter Detektorelemente aufgebaut, die grössen- und verhaltensmässig einheitlich sind. Vorzugsweise sind die Detektorelemente Ionisationskammern, die mit einem Edelgas, wie Xenon, und einem Löschgas gefüllt sind. Die Ionisationskammern sind beispielsweise in einem gasdichten Gehäuse aufgebaut und werden durch

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plattenförmige, parallel angeordnete elektrisch leitende Elektroden gebildet, wie bereits in der deutschen ^-atentanoieldun-? ~° 28 ^ 3 ^7^,5 der Anmeld-3r,tn beschrieben wurde.

Die um die zentrale Verbindungslinie 6 in der Mitve des Röntgenbündels 2 aufgestellten Detektoren 5 enthalten beispielsweise nur eine Ionisationskammer. Einige an beiden Seiten benachbarte Detektoren 5a enthalten je zwei parallel geschaltete Ionisationskammern. Die am Rande der Detektorreihe 3 liegenden Detektoren 5b enthalten je vier parallel geschaltete Ionisationskammern. Enthält die Detektorreihe 3 beispielsweise 384 Ionisationskammern un·] beträgt der Öffnungswinkel 48°, so ist ein praktischer Aufbau der Detektoren 5j 5&> 5b folgender: an beiden Seiten der zentralen Verbindungslinie 6 von 0° - 15°5 pro Grad 8 Detektoren (1 Ionisationskammer/Detektor), 15° - 18°: pro Grad 4 Detektoren (2 Ionisationskammern/ Detektor),
18°- 21°: pro Grad 2 Detektoren (4 Ionisationskammern/ Detektor),

21° - 24°: pro Grad 1 Detektor (8 Ionisationskammern/ Detektor).

Die Gesamtanzahl der Detektoren 5» 5a, 5b beträgt dabei 282, während die Gesamtanzahl der Ionisationskammern 3.84 beträgt.

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Die■signalführenden Elektroden der einem

Detektor 5« 5a» 5t> zugeordneten Ionisationskammern können ohne weiteres elektrisch miteinander verbunden werden. Eine andere Möglichkeit zur Verwirklichung eines Parallelbetriebs von Detektorelementen ist in Fig. 2 dargestellt. Die zu verwendenden Detektorelemente sind

bereits in der deutschen Patentanmeldung

P 28 11. 382.8 der Anmelderin

beschrieben. Eine Reihe von Detektorelementen 30a bis e, die je eine Halbleiterdiode enthalten, sind an eine
Speisequelle 29 angeschlossen. Die wiedergegebenen
Detektorelemente 3Ca- bis e sind nur ein Bruchteil der Anzahl von Detektorelementen 30a bis 3Oe, die benutzt werden. Die Detektorelemente 30a bis d, die zusammen

einen Detektor bilden, sind an je einen Integrator 31a bis d angeschlossen, wobei jeweils ein Integrator 31a bis 31d einen Operationsverstärker und einen Kondensator enthält. Die Ausgänge der Integratoren 31a bis d sind an eine Addierungsschaltung 33 angeschlossen. Die

Addierungsschaltung 33 enthält Eingangswiderstände 3.5a bis d, die alle gleichen Widerstandswert haben, einen. Operationsverstärker 37 und einen Rückkopplungswiderstand 39< Das Ausgangssignal der Addierungsschaltung 33 ist das Ausgangssignal eines Detektors mit einer Grosse von

vier Detektorelementen 30a bis 3Od, die parallel betrieben

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P !

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werden. Je nach der Position'eines Detektors in der Detektorreihe 3 werden 1, 2, 4 oder 8 Detektorelemente an eine Addierungsschaltung 33 in der obenbeschriebenen Weise angeschlossen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines elektrischen Anschlusschaltbildes für eine Reihe von Ionisationskammern 4ia, b} 43a, bj 45a bis h; 47a, b und 49a, b für eine erfindungsgemässe Anordnung dargestellt. In Fig. 3 ist nur eine geringe Anzahl (i6) im Vergleich zu den oft über 300 Ionisationskammern, die in der Wirklichkeit benutzt werden, dargestellt. Von den Ionisationskammern 4ia, bj 43a, b; 47a, b und 49a, b sind die a-Teile mit den b-Teilen direkt parallel geschaltet und bilden 4 Detektoren. Die Ionisationskammern sind in bezug auf die zentrale Verbindungslinie 6, die auch in Fig. 1 dargestellt ist, symmetrisch angeordnet. Mit einem Zweistellungenschalter 40 können die Ionisationskammern auf zwei Weisen an Integratoren 51a bis h angeschlossen werden. Bei der gezeichneten Stellung des Schalters 4θ bilden die Ionisationskammern 45a und b einen Detektor, der an den Integrator 51c angeschlossen ist. Die Ionisationskammern 45c und d, e und f, g und h bilden ebenfalls je einen Detektor und sind an die Integratoren 51d, e bzw. f angeschlossen. Die Detektorreihe enthält somit 8 Detektoren mit je zwei parallel geschalteten Ionisationskammern.

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Durch das Umlegen des Schalters 40 werden die Ionisationskammern 45a,b,c,d,e,f,g und h an die Integratoren 51a,b,c,d,e,f,g bzw. h angeschlossen. Die Detektorreihe enthält in diesem Falle 8 Detektoren mit je einer lonisationskammer. Durch den Umlegevorgang kann also zwischen einer langen Detektorreihe (niedrigere Auflösung) und einer kurzen Detektorreihe (hohe Auflösung) gewählt werden, wobei die Detektoranzahl in beiden Detektorreihen gleich ist. Die kurze Detektorreihe schliesst einen kleineren Winkel OC ein (siehe Fig. 1) als eine lange Detektorreihe. Der Öffnungswinkel '^ des Strahlenbündels 2 kann an die Länge der Detektorreihe 3 durch die Verwendung der geeigneten Blenden angepasst werden.

In Fig. 3 ist der Schalter 4θ direkt an die Detektorelemente (Ionisationskammern) angeschlossen. Selbstverständlich ist es möglich, an jedes Detektorelement einen Integrator (Fig. 2) und jeweils am Integratorausgang einen Schalter anzuschliessen, der die gewünschte Verbindung mit anderen Ausgängen von Integratoren und mit den Addierungsschaltungen herstellt und unterbricht. Selbstverständlich kann auch an jedem Ausgang der Integratoren bereits direkt der Widerstand der Addierungsschaltung angeschlossen sein, an welchem weitere Widerstände und ein Schalter, wie Schalter 4θ, zur Herstellung der gewünschten Verbindungen zum restlichen Teil der Addierungsschaltung angeschlossen sind.

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Claims

I5HN. 8904 6-9-1978 PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines Körpers, mit wenigstens einem Strahler zum Erzeugen eines fächerförmigen, den Körper durchsetzenden Strahlungsbündels und einer Detektorreihe zur Detektion von Strahlung, die den Körper in mehreren in der Ebene liegenden Richtungen durchstrahlt, der Strahler und die Detektorreihe an beiden Seiten einer Zentralachse für den zu untersuchenden Körper einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die Detektoren auf und nahe einer Verbindungslinie zwischen Strahler-Zentralachse-Detektorreihe eine kleinere Detektionsflache aufweisen als die Detektoren, die weiter entfernt von der Verbindungslinie liegen, wobei ein Detektorsignal eines Detektors vom Detektorsignal eines jeden anderen Detektors elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorreihe (3) eine Folge benachbarter Detektorelemente enthält, die grössen- und verhaltensmässig einheitlich sind, und die Detektionsflache eines Detektors·(5, 5a, 5b) einem Vielfachen der Detektionsflache eines Detektorelementes proportional ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Detektorelemente Ionisationskammern sind.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der einem Detektor (5, 5a, 5b) zugeordneten Detektorelemente über elektrisch leitende Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.

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MN. 89O4. 10.4.78.

4. Anordnung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der Detektorelemente an einen Integrator (31a,..., 31d; 51a-,..., 51b.) angeschlossenen und pro Detektor eine Addierungsschaltung (33) vorgesehen ist, an die Ausgänge der Integratoren der dem Detektor zugeordneten Ionisationskammern über elektrische Verbindungsmittel angeschlossen sind.

5· Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch, gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel Schalter (4o) sind.

6. Aus einer Folge grössen- und verhaltensmässig einheitlicher Ionisationskammern aufgebaute Detelctorreihe, von denen wenigstens ein Teil gruppenweise über elektrische Verbindungen parallel schaltbar ist, welche Detektorreihe in einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis verwendbar' ist.

7·- Aus einer Folge grössen- und verhaltensmässig einheitlicher Ionisationskammern aufgebaute Detektorreihe, deren Ionisationskammern an je einen Integrator anschliessbar sind, wobei mindestens teilweise ihre Ausgänge gruppenweise über elektrische Verbindungsmittel mit Addierungsschaltungen verbindbar sind, und die Detektorreihe in einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendbar ist.

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