DE3032801C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2. Sollen mit Hilfe der Anordnung nach dem Hauptpatent Querschnittsbilder (Schichtbilder eines Körpers) erzeugt werden, so ist entweder der Körper relativ zum Primärstrahl oder die gesamte Detektor-Schlitzblendenanord­ nung gemeinsam mit dem Primärstrahl relativ zum Körper zu verschieben, damit die Dichteverteilung des Körpers entlang verschiedener in der darzustellenden Körperebene liegenden Strahlenwege abgetastet und rekonstruiert werden kann.

Eine derartige Abtastbewegung erfordert jedoch relativ viel Zeit, so daß eine Untersuchung von sich schnell bewe­ genden Körpern, z. B. pulsierenden Körpern, nicht möglich ist.

Aus der DE-OS 24 61 877 ist eine Anordnung zur Darstellung einer Ebene eines Körpers mit wenigstens einer Gamma- oder Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung eines den Körper durch­ setzenden Primärstrahls durchsetzenden Querschnitt, einer außerhalb des Primärstrahls angeordneten, einen Teil der durch den Primärstrahl im Körper erzeugten Streustrahlung erfassenden, aus mehreren Detektoren bestehenden Detektor­ anordnung sowie mit einer Blendenanordnung zwischen dem Körper und der Detektoranordnung bekannt, bei der die Abtastbewegung durch eine Parallelverschiebung des Primär­ strahles erfolgt. Wie eine solche Parallelverschiebung in der Praxis zu realisieren ist, ist in der Vorveröffent­ lichung allerdings nicht angegeben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine schnelle Verschiebung des Primärstrahls erzielt wird, so daß mit ihr auch die innere Struktur von Körpern ermittelt werden kann, die sich schnell bewegen, z. B. relativ schnell pulsieren. Diese Aufgabe wird für eine Röntgenstrahlenquelle durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen und für eine Gammastrahlenquelle duch die im Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

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 her­ gestellt werden können. Hierzu wird lediglich der Primär­ strahl 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, ent­ fällt.

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 Querschnitts­ schicht des Körpers in der elektronischen Einheit mit Hilfe der erhaltenen Detektorausgangssignale erfolgen kann.

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.

Die Blende wird von hinten mit einem Röntgenstrahlen­ bündel 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.

Mittels einer derartigen Blende ist es möglich, den Röntgen-Primärstrahl derart schnell abzulenken, daß er z. B. zur Erzeugung von Querschnittsbildern des menschlichen Herzens den Herzquerschnitt in einer hier­ zu erforderlichen Zeit von ca. 100 ms abtasten kann.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung zur Ermittlung der inneren Körperstruktur mit einer Lageveränderungs- Einrichtung zur Ablenkung eines Röntgen- Primärstrahls,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Lage­ veränderungs- Einrichtung für den Röntgen-Primärstrahl, und

Fig. 3 eine Lageveränderungs-Einrichtung zur Ablenkung eines γ-Strahls.

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Untersuchungsan­ ordnung nach der Erfindung dargestellt. Sie besitzt z. B. eine Röntgenstrahlenquelle 1, deren Strahlenbündel 1 a mittels einer Blende 2 zu einem Primärstrahl 3 mit dünnem Querschnitt ausgeblendet ist, der einen auf einem Tisch 4 liegenden Körper 5 durchstrahlt. Der Primär­ strahl 3 verläuft dabei entlang eines durch ihn definierten Primärstrahlenweges. Die in dem vom Primärstrahl 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′ be­ stehen aus einzelnen Detektoren 10, 10′, die neben­ einander auf Geraden angeordnet sind, die parallel zueinander und nahezu in Primärstrahlenrichtung ver­ laufen bzw. senkrecht zu den Öffnungen 8, 8′.

Die Detektoren 10, 10′ können z. B. streifenförmig und so angeordnet sein, daß ihre Hauptausdehnungsrichtung parallel zu den schlitzförmigen Öffnungen 8, 8′ ver­ läuft.

Beispielsweise können die Detektoren 10, 10′ stab­ förmige Szintillatoren mit an ihren Enden angeordneten Photomultiplern, Halbleiterdetektoren oder Ionisations­ kammer-Detektoren sein. Die Detektoranordnungen 9, 9′ können aber auch aus jeweils einem Röntgenbildverstärker bestehen.

Mit Hilfe der Blende 2, z. B. aus Blei bestehend, die den Primärstrahl 3 aus dem Strahlenbündel 1 a aus­ blendet, wird der Primärstrahl 3 relativ zum Körper 5 bzw. relativ zur Schlitzblende 7, 7′ zur Durch­ strahlung einer ebenen Schicht des Körpers 5, bei­ spielsweise der Zeichenebene in Fig. 1 abgelenkt.

Die Blende 2 besteht aus zwei gegeneinander verdrehbaren, parallelen Blendenplatten 2 a, b.

Die Blendenplatte 2 a 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. Die zweite Blendenplatte 2 b ist um eine senkrecht zur Blendenplattenebene verlaufende Achse A drehbar angeordnet und besitzt einen radial verlaufenden Schlitz 2′ b, der bei Drehung der Blendenplatte 2 b 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 2 b entlang des Schlitzes 2′ a, wodurch die Ablenkung des Primärstrahls 3 zustandekommt.

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 2 b mit einem Winkelaufnehmer 11 mechanisch verbunden, der ihre jeweilige Dreh­ stellung ermittelt und an die zur elektronischen Einheit 12 gehörende Bildrekonstruktionseinheit 13 weitergibt. Diese rekonstruiert mit Hilfe der Detektor­ ausgangssignale der Detektoren 10, 10′ die Dichtever­ teilung der abgetasteten Körperschicht, ggf. unter zusätzlicher Durchführung von Korrekturen hinsicht­ lich der Schwächung der Primär- und der Streustrahlung auf ihrem Weg durch den Körper 5 (siehe hierzu die DE-PS 27 13 581.5). Die rekonstruierte Dichteverteilung ist dann auf einem Monitor 14 in einer Bildmatrix darstellbar oder kann in einem Massenspeicher 15 ge­ speichert werden. Natürlich muß bei der Bildrekon­ struktion, 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 fächer­ förmigen Abtastung nicht parallel zu den Matrixzeilen, sondern unter verschiedenen Winkeln zu ihnen verläuft.

Im Extremfall können die stabförmigen Detektoren 10, 10′ den Körper 5 auch zylinderartig umgreifen. Bei sehr großen Ablenkungen des Primärstrahls 3 überstreicht der vom Primärstrahl 3 erzeugte Streustrahlenkegel 6, 6′ aber mehrere Detektoren 10, 10′. Zur eindeutigen Be­ stimmung 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 Zylinderumfangs­ richtung ein Ortsauflösungsvermögen zu erhalten.

Um zu verhindern, daß ein zu großer Anteil an Streu­ strahlung gemessen wird, der aufgrund von Vielfach­ streuung im Körper 5 erzeugt wird, kann die Detektor­ anordnung 9, 9′ ferner auch mit Streustrahlenblenden (nicht dargestellt), wie sie aus der deutschen Patent­ anmeldung 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 Primär­ strahl 3 fokussiert, d. h. die Ebenen, in denen die Lamellen liegen, schneiden sich in einer Linie, entlang welcher der unabgelenkte Primärstrahl verläuft.

Die Abtastung eines Herzquerschnittes kann bei­ spielsweise bei einer Röntgenröhrenspannung von 320 kV und mittels eines Primärstrahls von 5 × 10 mm² Querschnittsfläche vorgenommen werden, wobei die größte Ausdehnung des Primärstrahlquerschnittes senkrecht zum Herzquerschnitt liegt.

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 Herz­ zentrum entfernt, während die Röntgenstrahlenquelle 40 cm vom Herzzentrum entfernt angeordnet ist. Die Darstellung des durchstrahlten Herzquerschnittes kann dann in einer rechteckigen Bildmatrix mit 32 × 32 Bildelementen bei einem räumlichen Auflösungsvermögen von ca. 5 mm erfolgen.

Eine weitere Lageveränderungs-Einrichtung für den Primärstrahl 3′ ist in Fig. 3 dargestellt. Bei der Strahlenquelle handelt es sich um eine q-Strahlen aussendende radioaktive Strahlenquelle 16, die unter­ halb der Oberfläche einer zylindrischen Trommel 17, die um die Zylinderachse 18 drehbar gelagert ist, liegt. Die γ-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 sektor­ förmigen Öffnung 21 ist somit die Ablenkung des Primär­ strahls 3′ bzw. die Größe des Abtastbereichs des Körpers 5 mitbestimmt.

Claims (2)

1. Anordnung zur Darstellung einer Ebene eines Körpers mit einer Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung eines den Körper durchsetzenden Primärstrahls mit geringem Querschnitt, einer außerhalb des Primärstrahls ange­ ordneten, einen Teil der durch den Primärstrahl im Körper erzeugten Streustrahlung erfassenden, aus mehreren Detek­ toren bestehenden Detektoranordnung, sowie mit einer zwischen dem Körper und der Detektoranordnung befindlichen Schlitz­ blende mit einer schlitzförmigen Öffnung, deren Hauptaus­ dehnungsrichtung sich in einer zum Primärstrahl ungefähr senkrechten Richtung erstreckt, hinter der die Detektoren derart angeordnet sind, daß sie von der vom Primärstrahl im Untersuchungsbereich erzeugten, die schlitzförmige Öff­ nung durchsetzenden Streustrahlung getroffen werden, und mit einer Einrichtung zur Veränderung der Lage des Primärstrahls relativ zum Körper, nach Hauptpatent 27 13 581, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageveränderungseinrichtung aus einer ersten, feststehenden Blendenplatte (2 a) mit schlitz­ förmiger Öffnung (2′ a) und einer zweiten, ebenfalls mit einer oder mehreren schlitzförmigen Öffnungen (2′ b) versehenen Blendenplatte (2 b) besteht, die parallel zu der ersten der­ art drehbar angeordnet ist, daß sich wenigstens zeitweise jeweils zwei Schlitze zur Erzeugung des Primärstrahls über­ schneiden.

2. Anordnung zur Darstellung einer Ebene eines Körpers mit einer Gamma- oder Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung eines den Körper durchsetzenden Primärstrahls mit geringem Querschnitt, einer außerhalb des Primärstrahls ange­ ordneten, einen Teil der durch den Primärstrahl im Körper erzeugten Streustrahlung erfassenden, aus mehreren Detek­ toren bestehenden Detektoranordnung, sowie mit einer zwischen dem Körper und der Detektoranordnung befindlichen Schlitz­ blende mit einer schlitzförmigen Öffnung, deren Hauptaus­ dehnungsrichtung sich in einer zum Primärstrahl ungefähr senkrechten Richtung erstreckt, hinter der die Detektoren derart angeordnet sind, daß sie von der vom Primärstrahl im Untersuchungsbereich erzeugten, die schlitzförmige Öffnung durchsetzenden Streustrahlung getroffen werden, und mit einer Einrichtung zur Veränderung der Lage des Primärstrahls rela­ tiv zum Körper, nach Hauptpatent 27 13 581, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle eine Gamma­ strahlenquelle ist und daß die Lageveränderungseinrichtung aus einer um ihre Zylinderachse (18) rotierenden Trommel (17) besteht, wobei die Gammastrahlung der unter der Zylinderober­ fläche angeordneten Gammastrahlenquelle durch einen radialen Kanal (19) austritt, während die Trommel von einem Strahlen­ schutzgehäuse (20) umgeben ist, das lediglich den Durchtritt der Gammastrahlung über einen sektorförmigen Bereich (21) gestattet.