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"Anordnung zur Darstellung der inneren Struktur eines
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Körpers, insbesondere eines sich bewegenden Körpers" (Zusatz zu Patentanmeldung
P 27 13 581.5) Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der inneren
Struktur eines Körpers, mit wenigstens einer Strahlenquelle zur Erzeugung eines
den Körper durchsetzenden Primärstrahls mit geringem Querschnitt, wenigstens einer
außerhalb des Primärstrahls befindlichen Schlitzblende, deren Schlitzlängsrichtung
quer zum Primärstrahl verläuft, mit einer einen Teil der durch den Primärstrahl
im Körper erzeugten Streustrahlung erfassenden, ortsauflösenden Detektoranordnung,
mit einer elektronischen Einheit zur Verarbeitung und Darstellung der verarbeiteten
Detektorausgangssignale, und mit einer Einrichtung zur Veränderung der Lage des
Primärstrahls relativ zum Körper, nach Hauptpatent ...
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(Patentanmeldung P 27 13 581.5).
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Sollen mit Hilfe der bekannten Anordnung nach der Hauptanmeldung Querschnittsbilder
(Schichtbilder) eines Körpers erzeugt werden, so ist entweder der Körper relativ
zum Primärstrahl oder die gesamte Detektor-Schlitzblendenanordnung gemeinsam mit
dem Primärstrahl relativ zum Körper zu verschieben, damit die Dichteverteilung des
Körpers entlang verschiedener, in der darzustellenden Körperebene liegender Strahlenwege
abgetastet und rekonstruiert werden kann.
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Eine derartige Abtastbewegung erfordert jedoch relativ viel Zeit,
so daß eine Untersuchung von sich schnell bewegenden Körpern, z.B. pulsierenden
Körpern, nicht möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der genannten Art so
weiterzubilden, daß mit ihr auch die innere Struktur von Körpern ermittelt werden
kann, die sich schnell bewegen, z.B. relativ schnell pulsieren.
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Ausgehend vom Oberbegriff des Hauptanspruches wird die Aufgabe der
Erfindung dadurch gelöst, daß die Lageveränderungs-Einrichtung derart ausgebildet
ist, daß die Lage des Primärstrahls relativ zur Schlitzblende bzw.
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der Detektoranordnung veränderbar ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich somit z.B. eine
Ebene eines Körpers in einer verglichen mit der bekannten Anordnung sehr viel kürzeren
Zeit abtasten, so daß z.B. Momentaufnahmen von pulsierenden Körpern hergestellt
werden können. Hierzu wird lediglich der Primärstrahl z.B. abgelenkt oder parallel
verschoben, während eine Verschiebung der gesamten Detektoranordnung bzw Schlitzblendenanordnung,
die aufgrund der entsprechenden Massen nur relativ langsam vorgenommen werden kann,
entfällt.
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Selbstverständlich muß bei der Abtastung des Körpers die Lage des
Primärstrahls relativ zum Körper bzw. relativ zum Aufnahmetisch, auf dem der Körper
liegt, erfaßt werden, damit eine korrekte Bildrekonstruktion der Querschnittsschicht
des Körpers in der elektronischen Einheit mit Hilfe der erhaltenen Detektorausgangssignale
erfolgen kann.
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Bei der Ablenkung des Primärstrahls verlaufen die einzelnen Strahlenwege
in der abgetasteten Körperebene nicht mehr parallel zueinander, sondern fächerförmig.
Die elektronische Einheit muß daher auch so aufgebaut sein, daß sie diese besondere
Strahlenweggeometrie bei der Erzeugung eines
matrixförmigen, rechteckigen
Bildes der durchstrahlten Körperschicht berücksichtigt.
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Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Strahlenquelle
eine Röntgenstrahlenquelle, wobei die Verschiebeeinrichtung aus einer im Röntgenstrahlenbündel
bewegbar angeordneten Blende mit geringer Blendenöffnung zur Erzeugung des Primärstrahls
besteht.
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Vorzugsweise besteht die Blende aus einer feststehenden Blendenplatte
mit schlitzförmiger Öffnung, zu der parallel eine zweite, ebenfalls mit einer oder
mehreren schlitzförmigen Öffnungen versehene Blendenplatte derart drehbar angeordnet
ist, daß sich wenigstens zeitweise jeweils zwei Schlitze zur Erzeugung eines Primärstrahls
mit geringem Querschnitt überschneiden.
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Die Blende wird von hinten mit einem Röntgenstrahlenbündel bestrahlt,
daß z.B. die schlitzförmige Öffnung der feststehenden Blendenplatte vollständig
überdeckt Durch jeweils einen Schlitz der um eine senkrecht zur Blendenplattenebene
verlaufenden Achse rotierenden Blendenplatte wird dann jeweils nur ein kleiner Teil
der ersten schlitzförmigen Öffnung freigegeben, so daß nur ein Röntgenstrahlenbündel
mit geringem Querschnitt, das zudem durch den rotierenden Schlitz abgelenkt wird,
entsteht.
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Mittels einer derartigen Blende ist es möglich, den Röntgen-Primärstrahl
derart schnell abzulenlcen, daß er z.B. zur Erzeugung von Querschnittsbildern des
menschlichen Herzens den Herzquerschnitt in einer hierzu erforderlichen Zeit von
ca. 100 ms abtasten kann.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die
Strahlenquelle eine #-Strahlenquelle, wobei die Verschiebeeinrichtung aus einer
um ihre
Zylinderachse rotierenden Trommel besteht, bei der die Strahlung
der unter der Zylinderoberfläche angeordnetenStrahlenquelle durch einen radialen
Kanal austritt, und die Trommel von einem Strahlenschutzgehäuse umgeben ist, das
lediglich den Durchtritt der t-Strahlung über einen sektorförmigen Bereich gestattet.
Mittels einer derartigen Lageveränderungs-Einrichtung (bzw. Strahlablenkeinrichtung)
ist es ebenfalls möglich, momentan aufgenommene Schichtbilder von sich schnell bewegenden
Körpern herzustellen.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung zur Ermittlung der inneren Körperstruktur mit einer Lageveränderungs-Einrichtung
zur Ablenkung eines Röntgen-Primärstrahls, Fig. 2 eine detaillierte Darstellung
der Lageveränderungs-Einrichtung für den Röntgen-Primärstrahl, und Fig. 3 eine Lageveränderungs-Einrichtung
zur Ablenkung eines #-Strahls.
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In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Untersuchungsan ordnung nach
der Erfindung dargestellt. Sie besitzt z.B.
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eine Röntgenstrahlenquelle 1, deren Strahlenbündel Pa mittels einer
Blende 2 zu einem Primärstrahl 3 mit dünnem Querschnitt ausgeblendet ist, der einen
auf einem Tisch 4 liegenden Körper 5 durchstrahlt. Der Pirmärstrahl 3 verläuft dabei
entlang eines durch ihn definierten Primärstrahlenweges. Die in dem vom Prim.irstrahl
3 durchsetzten Bereich des Körpers 5 erzeugte Streustrahlung 6, 6' erreicht durch
je eine auf gegenüberliegenden Seiten des Primärstrahls 3
angeordnete
Schlitzblende 7, 7', deren schlitzförmige, vorzugsweise in ihrer Breite verstellbare
Öffnungen 8, 8' senkrecht zum Primärstrahl 3 verlaufen, je eine Detektoranordnung
9, 9'. Die Detektoranordnungen 9,9' bestehen aus einzelnen Detektoren 10, 10', die
nebeneinander auf Geraden angeordnet sind, die parallel zueinander und nahezu in
Primärstrahlenrichtung verlaufen bzw. senkrecht zu den Öffnungen 8, 8'.
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Die Detektoren 10, 10' können z.B. streifenförmig und so angeordnet
sein, daß ihre Hauptausdehnungsrichtung parallel zu den schlitzförmigen Öffnungen
8, 8' verläuft.
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Beispielsweise können die Detektoren 10, 10' stabförmige Szintillatoren
mit an ihren Enden angeordneten Photomultipliern, Halbleiterdetektoren oder Ionisationskammer-Detektoren
sein. Die Detektoranordnungen 9, 9' können aber auch aus jeweils einem Röntgenbildverstärker
bestehen.
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Mit Hilfe der Blende 2, z.B. aus Blei bestehend, die den Primärstrahl
3 aus dem Strahlenbündel la ausblendet, wird der Primärstrahl 3 relativ zum Körper
5 bzw. relativ zur Schlitzblende 7, 7' zur Durchstrahlung einer ebenen Schicht des
Körpers 5, beispielsweise der Zeichenebene in Fig. 1, abgelenkt.
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Die Blende 2, die als Lageveränderungs-Einrichtung für den Primärstrahl
3 dient, besteht dazu aus einer mit einer kleinen Öffnung versehenen und im Strahlenbündel
la verschiebbar angeordneten Blendenplatte (nicht dargestellt).
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Die Blende 2 kann aber auch, wenn besonders schnelle Abtastungen des
Körpers 5 vorgenommen werden sollen, aus gegeneinander rotierbaren Blenden, z.B.
aus zwei
gegeneinander verdrehbaren, parallelen Blendenplatten 2a,
b bestehen.
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Die Blendenplatte 2a ist dann fest im Strahlengang angeordnet und
besitzt einen Längsschlitz 2'a, wie in Fig. 2 dargestellt, durch dessen Ausdehnung
der Abtastbereich des Primärstrahls 3 festgelegt ist.
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Die zweite Blendenplatte 2b ist um eine senkrecht zur Blendenplatteneben-e
verlaufende Achse A drehbar angeordnet und besitzt einen radial verlaufenden Schlitz
2'b, der bei Drehung der Blendenplatte 2b den Schlitz 2'a zeitweise schneidet. Die
gemeinsame Schnittfläche beider Schlitze 2'a, 2'b legt dann die Größe des Primärstrahls
3 fest. Sie wandert bei Drehung der Blendenplatte 2b entlang des Schlitzes 2'a,
wodurch die Ablenkung des Primärstrahls 3 zustandekommt.
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Um die Stellung des Schlitzes 2'b und damit die Position bzw. Lage
des Primärstrahls 3 relativ zum Körper 5 bzw. zum Tisch 4 zu erfassen, ist die drehbare
Blendenplatte 2b mit einem Winkel aufnehmer 11 mechanisch verbunden, der ihre jeweilige
Drehstellung ermittelt und an die zur elektronischen Einheit 12 gehörende Bildrekonstruktionseinheit
13 weitergibt. Diese rekonstruiert mit Hilfe der Detektorausgangssignale der Detektoren
10, 10' die Dichteverteilung der abgetasteten Körperschicht, ggf. unter zusätzlicher
Durchführung von Korrekturen hinsichtlich der Schwächung der Pirmär- und der Streustrahlung
auf ihrem Weg durch den Körper 5 (siehe hierzu P 27 13 581.5). Die rekonstruierte
Dichteverteilung ist dann auf einem Monitor 14 in einer Bildmatrix darstellbar oder
kann in einem Massenspeicher 15 gespeichert werden Natürlich muß bei der Bildrekonstruktion,
bei der die durchstrahlte Körperschicht innerhalb einer rechteckigen, ebenen Bildmatrix
rekon-
struiert wird, berücksichtigt werden, daß der den Körper
5 abtastende Primärstrahl 3 im Fall der fächerförmigen Abtastung nicht parallel
zu den Matrixzeilen, sondern unter verschiedenen Winkeln zu ihnen verläuft.
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Zur Abtastung von sich nur langsam bewegenden Körpern kann der Primärstrahl
3 aber auch parallel versclloben werden, indem z.B. die Röntgenstrahlenquelle 1
gemeinsam mit der Blende 2 senkrecht zum Primärstrahl und relativ zur Schlitzblenden-
bzw. Detektoranordnung bewegt werden.
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Im Extremfall können die stabförmigen Detektoren 10, 10' den Körper
5 auch zylinderartig umgreifen. Bei sehr großen Ablenkungen des Primärstrahls 3
iiberstreicllt der vom Primärstrahl 3 erzeugte Streustrahlenkegel 6, 6' aber mehrere
Detektoren 10, 10'. Zur eindeutigen Bestimmung der von jeweils einem Körperpunkt
P ausgehenden Streustrahlung ist es daher zweckmäßig, die Detektoren 10, 10' in
Umfangsrichtung des Zylinders in Unter-Detektoren zu unterteilen, um somit in Zylinderumfangsrichtung
ein Orts auflösungsvermögen zu erhalten.
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Um zu verhindern, daß ein zu großer Anteil an Streustrahlung gemessen
wird, der aufgrund von Vielfachstreuung im Körper 5 erzeugt wird, kann die Detektoranordnung
9, 9' ferner auch mit Streustrahlenblenden (nicht dargestellt), wie sie aus der
deutschen Patentanmeldung P 27 57 320.2 bekannt sind, versehen sein. Die ebenen,
z.B. aus Blei bestehenden Streustrahlenlamellen sind dabei auf den unabgelenkten
bzw. symmetrisch zu beiden Detektoranordnungen 9, 9' verlaufenden Primärstrahl 3
fokussiert, doh. die Ebenen, in denen die Lamellen liegen, schneiden sich in einer
Linie, entlang welcher der unabgelenkte Primärstrahl verläuft.
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Die Abtastung eines Herzquerschnittes kann beispielsweise bei einer
Röntgenröhrenspannung von 2 320 kV und mittels eines Primärstrahls von 5 x 10 mm
Querschnittsfläche vorgenommen werden, wobei die größte Ausdehnung des Primärstrahlquerschnittes
senkrecht zum Herzquerschnitt liegt.
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Der Herzquerschnitt kann 32mal entlang verschiedener Strahlenwege
von dem Primärstrahl durchstrahlt werden, wobei die Strahlenwege fächerförmig nebeneinanderliegen
und die Zeit zur Messung der Streustrahlung für jeden Strahlenweg ca. 3 ms beträgt;
die gesamte Abtastzeit mithin etwa 100 ms. Als Detektoranordnungen 9, 9' können
Szintillationsdetektoren (pro Detektoranordnung 32 Szintillationsdetektoren) eingesetzt
werden, auf die die Streustrahlenpositionen entlang des Primärstrahls im Verhältnis
von ca 1 : 1 abgebildet werden. Zu diesem Zweck befinden sich die Schlitzblendenöffnungen
mit einer Länge von 8 cm und einer Breite von 2,5 mm etwa 20 cm, und die Szintillationsdetektoren
etwa 40 cm vom Herzzentrum entfernt, während die Röntgenstrahlenquelle 40 cm vom
Herzzentrum entfernt angeordnet ist. Die Darstellung des durchstrahlten Herzquerschnittes
kann dann in einer rechteckigen Bildmatrix mit 32 x 32 Bildelementen bei einem räumlichen
Auflösungsvermögen von ca. 5 mm erfolgen.
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Eine weitere Lageveränderungs-Einrichtung für den Primärstrahl 3'
ist in Fig. 3 dargestellt. Bei der Strahlenquelle handelt es sich um eine V aussendende
radioaktive Strahlenquelle 16, die unterhalb der Oberfläche einer zylindrischen
Trommel 17, die um die Zylinderachse 18 drehbar gelagert ist, liegt.
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Die strahlung tritt durch einen in der Trommel 17 radial verlaufenden
Kanal 19 aus. Die Trommel 17 ist dabei von einem Strahlenschutzgehäuse 20 umgeben,
das
lediglich eine sektorförmige Öffnung 21 zum Durchtritt -des
Primärstrahls 3' besitzt. Durch die Größe der sektorförmigen Öffnung 21 ist somit
die Ablenkung des Primärstrahls 3' bzw. die Größe des Abtastbereichs d<s Körpers
5 mitbestimmt.
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