DE2950780A1

DE2950780A1 - Schichtgeraet zur herstellung von transversalschichtbildern

Info

Publication number: DE2950780A1
Application number: DE19792950780
Authority: DE
Inventors: Ivar 8521 Marloffstein Naujoks; Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Karlheinz 8520 Erlangen Pauli
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1979-12-17
Publication date: 1981-06-25

Description

Schichtgerät zur Herstellung von Transversalschicht-
bildern Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern eines Aufnahmeobjektes mit mehreren Strahlenquellen, mit einer Strahlenmeßanordnung, die aus einer der Zahl der Strahlenquellen gleichen Zahl von Strahlenempfängern besteht, welche die Strahlungsintensität hinter dem Objekt ermitteln, mit einer Antriebsvorrichtung, die einen Drehrahmen für die Strahlenquellen und die Strahlenempfänger antreibt sowie mit einem Meßwertumformer für die Transformation der von den Strahlenempfängern gelieferten Signale in ein Schichtbild.
Es sind Schichtgeräte, sogenannte Computertomographen, bekannt, bei denen eine Transversalschicht eines Patienten dadurch abgetastet wird, daß eine Meßeinheit aus einer Röntgenröhre und einem Strahlenempfänger wechselweise lateral verschoben und um einen Drehschritt von beispielsweise 10 gedreht wird. Nach dem Durchlaufen eines Drehwinkels von mindestens 1800 besitzt der Meßwertumformer so viele Informationen, daß er daraus ein Bild der abgetasteten Transversalschicht berechnen und seine Wiedergabe auf einem Sichtgerät bewirken kann. Es sind auch Computertomographen bekannt, bei denen auf die Lateralverschiebung der Meßeinheit verzichtet wird. Bei diesen Computertomographen besteht die Meßeinheit aus einer auf dem Drehrahmen ortsfest angeordneten Röntgenröhre und einem ebenfalls auf dem Drehrahmen ortsfesten Strahlenempfänger, der aus einer Detektorreihe von beispielsweise 256 Einzeldetektoren aufgebaut ist. Für eine Projektion liefert der Strahlenempfänger so viele Einzelsignale, daß es zur Abtastung der Transversalschicht genügt, die Meßeinheit um einen Winkel von beispielsweise 3600 um die Transversalschicht zu drehen und in vorbestimmten Winkelstellungen, z.B. bei jedem Winkelgrad, die Ausgangssignale der Einzeldetektoren abzufragen.
Für die Untersuchung ausgedehnter Transversalschichten ist es bei einem Computertomographen der zweitgenannten Art erforderlich, einen Strahlenfächer zu verwenden, der einen verhältnismäßig großen Fächerwinkel aurweist, daüiit 41b gësamte Transversalschicht gleichzeitig von Röntgenstrahlung durchsetzt wird. Die Ausdehnung des Strahlenfächers senkrecht nur Schichtebflle ist dabei etwa gleich der Schichtstärke. Die Anvendurlg solcher großer Strahlenfächer mit einem großen Fächerwinkel hat Jedoch den Nachteil eines großen projizierten optischen Brennfleckes. Im Interesse einer guten Ortsauflösung ist ein möglichst kleiner Brennfleck erwünscht. Es ist Jedoch technisch aus thermischen Gründen nicht möglich, den elektronischen Brennfleck unter gewisse Grenzen zu verkleinern.
Die Verkleinerung eines z.B. strichförmig ausgedehnten elektronischen Brennflecks ist durch Kippung möglich.
Allerdings ist diese in der Praxis nur innerhalb enger Grenzen sinnvoll, weil der Brennfleck bei Betrachtung aus unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich groß erscheint.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schichtgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Anwendung fächerförmiger Strahlung mit einem verhältnismäßig kleinen Fächerwinkel und bei kleinem lateralen Verstellweg für den Fall, daß eine Lateralverschiebung zur Meßwertaufnahme vorgesehen wird, die Abtastung einer großen Transversalschicht möglich ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Drehrahmen zwei um 180° gegeneinander versetzte Meßeinheiten so angeordnet sind, daß von den Strahlenbündeln der Meßeinheiten zwei sich ergänzende Teile der zu untersuchenden Transversalschicht abgetastet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Schichtgerät tastet jede Meßeinheit nur einen Teil der Transversalschicht ab. Auch bei großen Transversalschichten kommt man daher mit kleinem Fächerwinkel bei Anwendung fächerförmiger Strahlung und damit mit einem kleinen proJizierten optischen Brennfleck aus.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Drehrahmen 1 dargestellt, auf dem zwei Meßeinheiten angeordnet sind. Die erste Meßeinheit besteht aus einer Röntgenröhre 2 und einem Strahlenempfänger 3, der aus einer Reihe mehrerer Ein- zeldetektoren besteht. Die zweite Meßeinheit besteht aus einer Röntgenröhre 4 und einem ebenfalls aus einer Einzeldetektorreihe aufgebauten Strahlenempfänger 5. Die Röntgenröhren 2 und 4 senden fächerförmige Strahlenbündel 6 und 7 aus, deren Stärke senkrecht zur zu untersuchenden Transversalschicht etwa gleich der Schichtstärke ist. Die Strahlenbündel 6 und 7 werden durch Blenden 8 und 9 eingeblendet. Die Strahlenempfänger 3 und 5 sind an einem Computer 10 angeschlossen, der aus deren Ausgangssignalen ein Bild der untersuchten Transversalschicht eines Aufnahmeobjektes, das in einer Öffnung 11 des Drehrahmens 1 liegt, berechnet und die Wiedergabe dieses Bildes auf einem Sichtgerät 12 bewirkt. Die Röntgenröhren 2 und 4 werden von einem Röntgengenerator 13 gespeist.
Zur Erzeugung eines Bildes der zu untersuchenden Transversalschicht des Aufnahmeobjektes wird der Drehrahmen 1 mit den Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 um einen Winkel von 3600 gedreht. Nach dem Durchlaufen des Drehwinkels von 3600 hat der Computer 10 von den Strahlenempfängern 3, 5 so viele Informationen, daß er ein Bild der untersuchten Transversalschicht in Form von Strahlenschwächungswerten für eine Matrix von Bildpunkten der Transversalschicht berechnen kann.
Die auf dem Drehrahmen 1 um 180° gegeneinander versetzten Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 erlauben, weil sie jeweils nur einen Teil der zu untersuchenden Transversalschicht abtasten, bei kleinem Fächerwinkel der Strahlenbündel 6, 7 die Abtastung einer großen Transversalschichtfläche.
Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Computertomographen beschrieben, bei dem zur Abtastung der Transversalschicht die Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 auf dem Drehrahmen 1 nicht ortsfest sind, sondern bei dem eine Lateralverschiebung der Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 vorgesehen ist. In diesem Fall ergibt sich folgende Wirkungsweise: Zunächst werden beide Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 seitlich so verschoben, daß durch die Strahlenbündel 6 und 7 die vollständige Transversalschicht mit Röntgenstrahlung abgetastet wird. Dabei erfolgt jeweils eine gemeinsame Verschiebung der Röntgenröhre 2 und des Strahlenempfängers 3 sowie der Röntgenröhre 4 und des Strahlenempfängers 5. Danach erfolgt eine Drehung des Drehrahmens 1 um beispielsweise 10 mittels einer Drehvorrichtung 14, dann wieder eine seitliche Verschiebung der Meßeinheiten 2, 3; 4, 5, dann wieder ein Drehschritt usw.
Aus der erfindungsgemäßen Anordnung von zwei aus je einer Röntgenröhre 2, 4 und einem Strahlenempfänger 3, 5 bestehenden Meßeinheiten ergibt sich außerdem die Möglichkeit der Anwendung der sogenannten Zweispektren-Methode.
Gewöhnlich liefert ein Computertomograph zwar die den einzelnen Bildpunkten zugeordneten Schwächungswerte, jedoch ist es nicht möglich, eine zuverlässige Information über die mittlere Ordnungszahl oder die chemische Zusammensetzung in den einzelnen Matrixelementen des untersuchten Objektes zu erhalten, da die Dichteverteilung des Objektes nicht bekannt ist.
Betreibt man die beiden Röntgenröhren 2, 4 mit verschiedenen Spannungen, so daß sich die mittleren Strahlungsenergien der beiden Röntgenröhren 2, 4 voneinander unterscheiden, so erhält man für Jeden Bildpunkt - entsprechend der verschiedenen Strahlungsenergien der beiden Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 - zwei verschiedene Schwächungswerte, aus denen durch Quotientenbildung und eine entsprechende vorhergehende Eichung die mittlere Ordnungszahl ermittelt werden kann.
Verwendet man die beiden Meßeinheiten 2, 3; 4, 5 zur Bestimmung von zwei verschiedenen Schwächungswerten pro Bildpunkt, so wird jedoch der für die Datensammlung wirksame Fächerwinkel halbiert, da in diesem Fall nur Jeweils eine Meßeinheit Daten für die Berechnung eines Bildes liefert. Es geht in diesem Falle der Vorteil des doppelten Fächerwinkels verloren, man erhält Jedoch eine zusätzliche Information über das Objektmaterial.
Die Anordnung zweier Meßeinheiten in der oben beschriebenen Weise bietet daher die Möglichkeit, wahlweise entweder die Aufnahniezeit gegenüber einer Meßeinheit auf die Hälfte zu verkürzen oder mit Hilfe der Zweispektren-Methode eine zusätzliche Information über das Objektmaterial zu erhalten.
Die Halbierung des wirksamen Fächerwinkels beim Betrieb der Röntgenröhren 2, 4 mit unterschiedlichen Spannungen muß bei einem Gerät mit wechselweiser Drehung und Lateralverschiebung der Meßeinheit dadurch kompensiert werden, daß der seitliche Abtastweg entsprechend größer gemacht wird.

Claims

Patentans#rUche Schichtgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern eines Aufnahmeobjektes mit mehreren Strahlenquellen, mit einer Strahlenmeßanordnung, die aus einer der Zahl der Strahlenquellen gleichen Zahl von Strahlenempfängern besteht, welche die Strahlungsintensität hinter dem ObJekt ermitteln, mit einer Antriebsvorrichtung, die einen Drehrahmen für die Strahlenquellen und die Strahlenempfänger antreibt, sowie mit einem Meßwertumformer für die Transformation der von den Strahlenempfängern gelieferten Signale in ein Schichtbild, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Drehrahmen (1) zwei um 1800 gegeneinander versetzte Neßeinheiten (2, 3; 4, 5) so angeordnet sind, daß von den Strahlenbündeln (6, 7) der Meßeinheiten (2, 3; 4, 5) zwei sich ergänzende Teile der zu untersuchenden Transversalschicht abgetastet werden.
2. Schichtgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Jede Meßeinheit (2, 3; 4, 5) zur Abtastung des ihr zugeordneten Bereiches der Transversalschicht auf dem Drehrahmen (1) lateral verschiebbar gelagert ist.