DE3426934A1

DE3426934A1 - Computergesteuerte tomographieeinrichtung und verfahren zu ihrem betreiben

Info

Publication number: DE3426934A1
Application number: DE19843426934
Authority: DE
Inventors: David Haifa Freundlich; Robert Sohval
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Philips Medical Systems Technologies Ltd
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1984-07-21
Publication date: 1985-05-23
Anticipated expiration: 2004-07-22
Also published as: IL72276A; IL72276A0; FR2549711A1; NL8402331A; DE3426934C2; FR2549711B1; NL193257C; NL193257B; JPS60106439A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. A.Wasmeier Dipl.-Ing. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt ■ Professional Representatives before the European Patent Office Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1

An das Deutsche Patentamt Zweibrückenstraße

8000 München D-8400 REGENSBURG GREFLINGER STRASSE Telefon (09 41) 5 47 Telegramm Begpatent Rgb. Telex β 5709 repat d

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E/p 11.587 Tag Date

16. Juli 1984 W/He

Anmelder: Elscint Ltd.

Advanced Technology Center P.O. Box 5258 Haifa 31051, Israel

Titel: "Computergesteuerte Tomographieeinrichtung und Verfahren zu ihrem Betreiben".

Priorität: USA - Ser.No. 518.121 vom 28. Juli 1983

Erfinder: 1. Robert Sohval

2. David Freundlich Wissenschaftler Wissenschaftler

Vereinsbank (BLZ 75020073) 5839300

Gerichtsstand Regensburg

Computergesteuerte Tomographieeinrichtung und Verfahren zu ihrem Betreiben.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen und Verfahren zum Prüfen eines Körpers mit Hilfe durchdringender Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung.

CT-Abtastv/orrichtungen haben sich in der Technik zur Erzielung von im wesentlichen ebenen Querschnittsbildern der Anatomie eines lebenden Körpers oder des Inneren eines leblosen Objektes durchgesetzt. Es gibt drei maßgebliche Faktoren, die bei hochqualitativen CT-Abtastvorrichtungen zu erfüllen sind:

(1) Hohes räumliches Auflösungsvermögen;

(2) kontrastreiches Auflösungsvermögen für Gewebeunterschiede ;

(3) hohe Abtastgeschwindigkeit, um ein Verwischen aufgrund der Bewegung eines Patienten zu minimieren und um dynamische Studien durchzuführen, in denen mehrere Abtastungen in rascher Folge vorgenommen werden. Ein hohes räumliches Auflösungsvermögen ist im allgemeinen charakteristisch für Bilder, die bei Translations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen erhalten '!/erden, während hohe Abtastgeschwindigkeiten im allgemeinen charakteristisch für Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen sind.

Das spezifische räumliche Auflösungsvermögen einer CT-Abtastvorrichtung wird hauptsächlich durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich 1. die effektive Strahlbreite in der Mitte des Objektes und 2. die Schalt- bzw. Prüffrequenz. Die effektive Strahlbreite ist eine Funktion der Brennfleckgröße, der Detektoröffnungsbreite und des Verstärkungsfaktors (definiert als Röntgenröhren-Objekt-Trennung gegenüber Röntgenröhren-Detektor-Trennung); dies ist zutreffend, unabhängig davon, ob die Abtastvorrichtung im Translations-Rotations-oder Rotations-Rotations-Betrieb arbeitet. Geht man davon aus, daß die

effektive Strahlbreite optimiert worden ist, wird die Schaltbzw. Prüffrequenz ausschlaggebend. In Hinblick auf diese Schaltfrequenz ist die Differenz zwischen den durch Translation-Rotation und Rotation-Rotation gewonnen Daten kritisch .

Bei Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen sind sowohl die Schalt- bzw. Prüffrequenz als auch die effektive Detektoröffnung durch die Größe der verwendeten Detektoren begrenzt. Dies ist bedingt durch die spezifische Geometrie einer Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung, bei der die Röntgenquelle und die Gruppe von Detektoren in bezug aufeinander fest sind und beide um das Objekt gedreht werden. Infolgedessen begrenzt die Geometrie der Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen den kleinstmöglichen Prüfabstand zum Abstand zwischen den Detektoren sowie die Schaltfrequenz auf einmal pro Strahlbreite. Nach dem Nyquist-Kriterium jedoch soll die Schaltfrequenz mindestens doppelt so groß sein, d.h. zwei oder mehr Messungen pro Strahlbreite betragen. Da die Geometrie der Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung das Nyquist-Kriterium nicht erfüllt, können durch kontrastreiche hohe räumliche Frequenzstrukturen im Bild die Bildqualität verschlechterndeverfälschende (aliasing) Artefakte verursacht werden. Um derartige Artefakte zu vermeiden, müssen die Daten durch Kombinieren von Messungen in benachbarten Detektorkanälen vorgefiltert werden, damit die hohen räumlichen Frequenzen mit einer Periode kleiner als zwei Strahlbreiten gedämpft werden. Auf diese Weise wird eine neue Strahlbreite erzielt, die doppelt so groß ist wie die tatsächliche Strahlbreite, so daß das Nyquist-Kriterium erfüllt wird. Somit muß das spezifische räumliche Auflösungsvermögen der Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung, gemessen durch die Strahlbreite, um einen Faktor 2 verringert werden, um verfälschende Artefakte zu verhindern.

Im Gegensatz hierzu wird bei einer Translations-Rotations-Abtastvorrichtung das Portal (gantry),an dem die Röntgenröhre und die Detektoren befestigt sind, in Zuwachsanteilen weitergeschaltet, die kleiner oder gleich der Hälfte der

Strahlbreite sind, so daß das Nyquist-Kriterium erfüllt wird. Dadurch v/erden verfälschende Artefakte eliminiert, während das spezifische räumliche Auflösungsvermögen der Einrichtung beibehalten wird.

Ferner würde bei Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen das vorbeschriebene Fehlen der Flexibilität bei der Einstellung der Schaltfrequenz bewirken, daß eine nachträgliche Kollimation hinter dem Patienten (post-patient collimation)zur Verringerung der Strahlbreite zwecklos wäre, weil der Abstand zwischen den Detektoren konstant ist und schmale Strahlen das äußerste räumliche Auflösungsvermögen über den Grenzwert hinaus, der durch die Schaltfrequenz gesetzt ist, nicht verbessern würde.

Zum Vergleich kann bei Translations-Rotations-Abtastvorrichtungen die Kollimation hinter dem Patienten verwendet werden, um die Strahlbreite zu reduzieren und das räumliche Auflösungsvermögen zu verbessern, weil das Portal in entsprechend kleineren Zuwachsanteilen weitergeschaltet werden kann, um eine Schaltfrequenz von mindestens dem Doppelten pro Strahlbreite aufrechtzuerhalten.

Um Beschränkungen in der Schaltfrequenz zu kompensieren, die durch die Beziehung von einem Strahl pro Detektor in herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen eingeprägt ist, zu kombinieren, benutzen manche Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen eine Technik, nach der der Mittelpunkt der Rotation versetzt ist, um eine Erhöhung der Meßgeschwindigkeit zu simulieren. Wenn unter Verwendung dieser Technik der Rotationsmittelpunkt des Portals (d.h. sein Isozentrum) um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Strahlbreite am Isozentrum versetzt ist, werden zwei Ansichten, die um 180° versetzt genommen werden,um eine Hälfte der Detektorteilung verschoben. Daraus ergibt sich bei Verwendung dieser Technik, daß nach einer Drehung des Portals um 180° die Strahlen aus den diametral gegenüberliegenden Ansichten so ineinander verschleift sind, daß die Prüfdichte (sampling density) effektiv verdoppelt und das räumliche Auflösungs-

vermögen verbessert wird. Diese Technik arbeitet jedoch nur ideal, wenn keine Bewegung des Patienten stattfindet. Bewegt sich das abzutastende Objekt um einen Bruchteil eines Millimeters während der wenigen Sekunden, die für eine Drehung des Portals erforderlich sind, geht die Registerhaltung verloren und es wird keine einwandfreie Verschleifung der Ansichten mehr erreicht. Dies kann verfälschende Artefakte einführen, die die Qualität des Bildes verschlechtern. Obgleich diese Technik eine Verdopplung der Schaltfrequenz (sampling frequency) am Zentrum des Objektes simuliert, enthebt sie Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen nicht vollständig von den vorbeschriebenen Nachteilen, die sich aus begrenzten Schaltfrequenzen ergeben.

Eine weitere Methode zur Erhöhung der Prüfdichte besteht darin, Daten aus den Detektoren in einer gegebenen Position zu sammeln und dann die Detektoren seitlich um die Hälfte der Teilung von Detektor zu Detektor zu verschieben (oder sie um das Isozentrum zu drehen), während die Röntgenquelle die gleiche Position einnimmt, und zusätzliche Daten zu sammeln; dies ergibt ein Einschleifen der Daten, die bei der ersten Drehung um 180° gesammelt wurden, mit denen, die bei der zweiten Drehung um 180° gesammelt wurden, so daß die Schaltfrequenz effektiv verdoppelt wird. Diese Daten werden dann in üblicher Weise verarbeitet (z.B. durch Filtern und Rückprojizieren), so daß ein CT-BiId erstellt wird. Die Mechanik der Bewegung der Detektoren, jedoch nicht der Röntgenquelle, während einer Abtastung in der vorbeschriebenen Weise ist unzweckmäßig bei Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen und bewirkt, daß der Vorteil der einfachen Mechanik, die Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen auszeichnet, verlorengeht .

Aus US-PS 4.149.079 ist eine Anordnung für die Erhöhung der Datendichte zur Erzielung einer exakteren Rekonstruktion in einer Anordnung mit einer reduzierten Detektorgruppe bekannt, d.h. eine Anordnung, bei der der Spitzenwinkel des Fächerstrahles kleiner ist als der Spitzenwinkel des Rekonstruktionskreises. Bei dieser bekannten Anordnung wird der

Fächerstrahl relativ zu dem ortsfesten Mittelpunkt des Rekonstruktionskreises entweder gedreht oder in linearer Richtung verschoben, um einen zn/eiten Datensatz zu erzielen, nachdem ein erster Datensatz während einer vollständigen Drehung erzielt worden ist. Diese Anordnung ist insoferne nachteilig, als sie zwei getrennte Drehungen sowie ferner eine mechanische Vorrichtung zum Verschieben des Fächerstrahles erforderlich macht.

Aus der US-PS 4.266.136 ist eine CT-Einrichtung bekannt, die ebenfalls eine reduzierte Detektorgruppe verwendet. Die Quelle emittiert eine Strahlung in Form eines Fächerstrahles mit einem Spitzenwinkel, der sich über weniger als den Durchmesser des Rekonstruktionskreises erstreckt, so daß nur eine Hälfte der Objektscheibe zu einem bestimmten Zeitpunkt bestrahlt wird. Ein Prozessor wandelt die von den Detektoren erzeugten Daten in parallel geschaltete Profilsignale um, die für die Verarbeitung nach einem herkömmlichen Rekonstruktions-Algorithmus geeignet sind. Diese Anordnung ist insoferne nachteilig, als die erhaltene Datendichte nicht ausreicht, um das Nyquist-Kriterium zu erfüllen, so daß damit nur schlechte rekonstruierte Bilder erhalten werden.

Diese vorbeschriebenen hindernden Prüf- bzw. Meßbeschränkungen, die bei Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen vorliegen, haben zur Entwicklung einer modifizierten Rotations-Stationär-Abtastvorrichtung mit einer stationären Gruppe von Detektoren geführt. Bei derartigen Anordnungen ist ein vollständiger Kreis von Detektoren starr um den Patientenbereich befestigt. Die Röntgenquelle ist innerhalb oder außerhalb der Detektor fläche angeordnet, und es werden Daten gewonnen, wenn die Röntgenquelle rotiert. Obgleich Rotations-Stationär-Systeme mit stationären Detektoren eine Flexibilität in der Prüfung ergeben, schaffen sie neue Beschränkungen, so daß letzten Endes ihr spezifisches räumliches Auflösungsvermögen und die gesamte klinische Leistung etwa gleich der der ursprünglichen Rotations-Rotations-Anordnung sind. Das wichtigste Problem bei Rotations-Stationär-Systemen ist der Wirkungsgrad; d.h., sie sind kostspielig aufgrund der großen

Anzahl von erforderlichen Detektoren. Zusätzlich ergeben Rotations-Stationär-Systeme eine bauliche Schwierigkeit bei der Eliminierung von Streustrahlung und zugeordnetem hohem Hintergrundgeräusch; dies ergibt ein schlechtes Kontrast-Auflösungsvermögen. Ferner ist die übliche Rotations-Stationär-Konstruktion, bei der die Röntgenquelle innerhalb des Ringes von Detektoren befestigt ist, durch die Schwierigkeit der Optimierung der Röhren-Objekt- zu Objekt-Detektor-Trennung belastet, weil sowohl die Röntgenquelle als auch das Objekt innerhalb eines Detektorringes begrenzt sein müssen, der so klein wie möglich gehalten werden soll, so daß die Anzahl von Detektoren nicht besonders groß sein kann. Ein weiterer Nachteil bei Rotations-Stationär-Systemen ist eine erhöhte Hautdosis für den Patienten aufgrund des kleinen Abstandes zwischen Röhre und Objekt.

Diese Schwierigkeiten sind so gravierend, daß die Entwicklung einer Abtastvorrichtung betrieben worden ist, bei der die Röntgenquelle um das Objekt außerhalb des Detektorringes rotiert, um den Abstand zwischen der Röhre, dem Objekt und den Detektoren zu optimieren. Derartige Anordnungen jedoch haben den Nachteil, daß sie mechanisch außerordentlich kompliziert sind, weil die Detektoren, die der Röhre am nächsten liegen, aus dem Strahlungsfeld während der Drehung der Röhre herausbewegt werden müssen, damit die unbehinderten Strahlen auf die Detektoren auf der entgegengesetzten Seite des abgetasteten Objektes fallen können. Dies wird dadurch erreicht, daß der Detektorring nutiert (nutate) wird.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Einrichtung für die computergesteuerte Tomogrpahie zu schaffen, die die vorbeschriebenen Nachteile bekannter Anordnungen vermeidet.

Mit vorliegender Erfindung werden die vorbeschriebenen Probleme in Verbindung mit der Verbesserung des spezifischen räumlichen Auflösungsvermögens in einer Rotations-Rotations-(rotate-rotate scanner) oder ähnlichen Abtastvorrichtung gelöst. Mit vorliegender Erfindung wird ferner ein verbesser-

tes räumliches Auflösungsvermögen bei Translations-Rotations-(translate-rotate), Rotations-Stationär-(rotate-stationary), voll stationären, mit getasteter Quelle arbeitenden (fully stationary strobed source) Abtastvorrichtungen (scanners)oder eine beliebige andere Quellen-Detektor-Konfiguration, bei der vorliegende Erfindung angewendet werden kann, verwendet.

Nach vorliegender Erfindung weist eine Anordnung zur Prüfung eines Körpers mit Hilfe durchdringender Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, eine Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung von Strahlung durch einen zu prüfenden Körper auf, die mindestens zwei unterschiedliche punktförmige Strahlungsquellen, eine Detektorvorrichtung zur Anzeige der Strahlen nach Passieren des Körpers, eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Quelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durch den Körper durchläuft und durch die Detektorvorrichtung angezeigt wird, und eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die getrennten punktförmigen Quellen abwechselnd Strahlung emittieren, auf. Die getrennten punktförmigen Strahlungsquellen sind vorzugsweise computergesteuert. Die Quelle kann eine Targetelektrode zum Emittieren von Strahlen in Abhängigkeit von einem Elektronenstrahl, der auf das Target auftrifft, und eine Ablenkvorrichtung zur Ablenkung des Elektronenstrahles zwischen mindestens zwei getrennten Brennflecken auf die Targetelektrode aufweisen. Ferner kann die Quelle abwechselnd eine Röntgenröhre mit mindestens zwei Heizfäden besitzen, deren jede eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle hat. Die Quelle kann andererseits mindestens zwei Röntgenröhren besitzen, deren jede eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle hat. Die Quelle kann entweder eine stationäre oder eine rotierende Anode besitzen.

Es kann ein dem Patienten nachgeschalteter Kollimator vorgesehen sein, der ein Stiftkollimator mit hoher Auflösung sein kann. Ferner können Mittel vorgesehen sein, um das Isozentrum des Portals um einen Abstand gleich einem Achtel der effektiven Teilung der Detektoren am Isozentrum des Portals zu versetzen. Andererseits kann der Mittelpunkt eines jeden Kollimators von der Mitte eines entsprechenden Detek-

tors um ein Achtel der Detektorteilung versetzt sein, und es können Vorrichtungen vorgesehen sein, um das Isozentrum der Drehung des Portals um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum zu ersetzen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Quelle eine Vorrichtung zur Übertragung einer Strahlung in Fächerform auf und jeder übertragene Fächerstrahl hat einen Spitzenwinkel O£_;

der kleiner ist als der Spitzenwinkel β , welcher den Rekonstruktionskreis definiert. Vorzugsweise ist oC etwa halb so groß wie β und liegt etwa im Bereich von 15 bis 30°. Die Vielzahl individueller Detektoren ist in einem Bogen auf dem Portal angeordnet, der sich über den Spitzenwinkel ^c erstreckt. Bei einer Alternative ist einer dieser individuellen Detektoren am Ende der Detektorgruppe im wesentlichen diametral gegenüber der Quelle auf dem Portal angeordnet, derart, daß die Detektorgruppe asymmetrisch in bezug auf das Isozentrum des Portals angeordnet ist. Bei einer anderen Alternative kann die Vielzahl von individuellen Detektoren im wesentlichen symmetrisch in bezug auf das Isozentrum des Portals angeordnet sein. Um eine Anordnung zu erreichen, die in beiden Betriebsarten arbeiten kann, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die die Vielzahl von Detektoren in bezug auf das Isozentrum des Portals verschiebt. Diese Ausführungsform kann ferner eine Vorrichtung aufweisen, mit der das Isozentrum des Portals in bezug auf die Quelle und die Detektoren versetzt wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist eine Einrichtung zur Prüfung eines Körpers mit Hilfe durchdringender Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, eine Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung von Strahlung durch einen Körper, eine Detektorvorrichtung, die so angeordnet ist, daß sie die Strahlung nach Passieren des Körpers anzeigt, eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Quelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden in dem Abschnitt durchläuft sowie durch die Detektorvorrichtung angezeigt wird, und eine Verschiebevorrichtung zum Verschieben der Quelle gegenüber der Detektorvorrichtung auf. Die Vorrichtung zur

Verschiebung der Quelle kann eine Vorrichtung zum periodischen Verschieben der Quelle zwischen mindestens zwei getrennten Positionen in bezug auf die Detektoranordnung aufweisen, wenn die Quelle und die Detektorvorrichtung im Winkel um den Körper versetzt sind.

Gemäß der Erfindung wird ferner bei einer Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung mit einer Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung der Strahlung durch einen im wesentlichen ebenen Abschnitt eines Körpers, mit einr Detektorvorrichtung, die die Strahlung nach Passieren des Körpers anzeigt, einer Vorrichtung zur Winkelverschiebung der Quelle und des Detektors um den Körper, damit eine Strahlung erzeugt wird, die eine Vielzahl von koplanaren Pfaden in dem von der Detektorvorrichtung anzuzeigenden Abschnitt durchläuft, ein Verfahren zur Verbesserung des räumlichen Auflösungsvermögens von Bildern, die durch die Abtastvorrichtung rekonstruiert werden, vorgeschlagen, bei dem die Prüfdichte dadurch erhöht wird, daß die Strahlung zwischen benachbarten Strahlen kontinuierlich eingeschleift wird, wenn die Quelle und die Detektorvorrichtung um den Körper gedreht werden.

Mit vorliegender Erfindung wird erreicht, daß die Prüfdichte gegenüber herkömmlichen Rotations-Rotations- oder ähnlichen Abtastvorrichtungen mindestens verdoppelt werdsn kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch verwendet werden, um die Prüfdichte in Translations-Rotations-, Rotations-Stationär-, vollstationären, mit getasteter Quelle arbeitenden Anordnungen oder anderen tomographischen Anordnungen eingesetzt werden kann. Dies wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Röntgenröhre mit zwei oder mehr Brennflecken verwendet wird, die relativ zueinander versetzt, vorzugsweise seitlich versetzt sind. Beispielsweise ist bei einer Röhre mit zwei Brennpunkten die Verschiebung zwischen den Brennpunkten so gewählt, daß dann, wenn das Portal sich um ein halbe Winkeldetektorteilung dreht, der zweite Brennpunkt im wesentlichen die gleiche Azimuth-Position einnimmt, wie sie der erste Brennpunkt ursprünglich eingenommen hatte. Dies ergibt ein

Einschleifen von Strahlen, die durch den zweiten Brennpunkt emittiert «/erden, zwischen benachbarte Strahlen, die durch den ersten Brennpunkt emittiert werden, um eine Verdopplung der Prüfdichte zu erzielen. Die beiden Brennpunkte arbeiten im Kippbetrieb mit jeweils etwa 50% relativer Einschaltdauer. Wenn eine Röntgenröhre mit drei Brennpunkten verwendet wird, sind die Verschiebungen zwischen Brennpunkten so beschaffen, daß drei Prüfungen pro Strahlbreite erzielt werden.

Die idealen Verschiebungen zwischen Brennpunkten können nach folgender Formel berechnet werden:

A_s = R_s/Rd x P (N + l/n)

wobei R₃ = Abstand der Röntgenquelle zum Isozentrum, R(j = Abstand der Detektoren zum Isozentrum, P = Detektorteilung, definiert als der Abstand zwischen den

Mittelpunkten benachbarter Detektoren, η = Anzahl von Brennpunkten und Anzahl von Prüfungen pro Strahlbreite, und

N = 0, 1, 2

Obgleich die Verschiebungen, die nach der obigen Formel berechnet werden, optimal sind, sind auch andere Verschiebungen möglich. Solange die Verschiebungen nahe denen liegen, die nach obiger Gleichung berechnet werden, wird eine entscheidende Verbesserungen im räumlichen Auflösungsvermögen erreicht. Für den Fall von N = 0, R₃ = 630 mm, P = 1,6 mm, Rj = 400 mm und η = 2 ergibt sich /\s ⁼ 1»26 mm.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Brennpunkten können die Brennpunkte abwechselnd oder nacheinander innerhalb einer Periode von etwa einer halben Millisekunde bis wenige Millisekunden geschaltet werden. Diese Schaltgeschwindigkeit ergibt die wesentliche Eliminierung von verfälschenden Artefakten, die durch die Bewegung des Patienten bedingt sind. Dies ergibt einen entscheidenden Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen, bei denen das Portal um 180° gedreht werden muß, was üblicherweise einige Sekunden

erforderlich macht, um die zusätzlichen Ansichten zu sammeln, die eingeschleift werden, damit die Verfälschung kompensiert wird.

Ein weiterer Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß Stiftkollimatoren verwendet werden können, um die Detektoröffnung zu reduzieren und um das räumliche Auflösungsvermögen zu erhöhen, während, wie oben erwähnt, bei bekannten Rotations-Rotations-Anordnungen Stiftkollimatoren nicht zweckmäßig sind. Wenn die Detektoröffnung beispielsweise um die Hälfte verringert wird, gibt es zwei Techniken, um die Prüfdichte entsprechend zu vergrößern, damit das Nyquist-Kriterium erfüllt wird. Eine dieser Techniken besteht darin, eine Röntgenröhre mit drei oder mehr Brennpunktpositionen zu verwenden. Obgleich vier Positionen erforderlich sind, um das Nyquist-Kriterium zu erfüllen, wird eine Verbesserung mit diesen drei Brennpunkten erzielt. Die zweite Technik besteht darin, den Mittelpunkt der Rotation (d.h. das Isozentrum) des Portals zu versetzen und eine Röntgenröhre mit zwei Brennpunkten zu verwenden. Die Geometrie der Versetzung des Isozentrums und der Stiftkollimatoren mit hohem Auflösungsvermögen kann nach zwei unterschiedlichen Techniken erzielt werden. Bei einer werden die Mitten der Kollimatoren hohen Auflösungsvermögens mit den Mitten der Detektoren ausgerichtet, und das Isozentrum wird urn ein Achtel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt. Bei der anderen Technik werden die Mittelpunkte der Kollimatoren hoher Auflösung gegenüber den Mittelpunkten der Detektoren um ein Achtel der Detektorteilung versetzt, während das Isozentrum um ein Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt wird. Bei diesen beiden letztgenannten Techniken werden Ansichten, die um 180° versetzt aufgenommen werden, verschleift, um die Prüfdichte in dem zentralen Bereich des Patienten zu verdoppeln, damit das Nyquist-Kriterium erfüllt wird. Die Möglichkeit, Stiftkollimatoren und eine erhöhte Schalt- bzw. Prüffrequenz zu verwenden, um das räumliche Auflösungsvermögen zu verbessern, stellen eine erhebliche

Verbesserung gegenüber bekannten Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen dar, in denen eine räumliche Auflösung durch die Prüfdichte begrenzt ist.

Ein weiterer Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß anstelle einer Detektorgruppe mit einem vollen Kreisbogen von Detektoren, d.h., bei der die Detektoren längs eines Kreisbogens mit einem Mittelpunkt angeordnet sind, der im wesentlichen diametral gegenüber der Röntgenstrahlquelle liegt, wobei der Bogen sich über den gesamten Rekonstruktionskreisdurchmesser erstreckt, derart, daß die Detektoranordnung einen Fächerstrahl von etwa 40 bis 50° aus der Quelle aufnehmen kann, wie dies bei herkömmlichen Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen der Fall ist, mit vorliegender Erfindung ein verringerter Bogen von Detektoren verwendet werden kann, d.h., daß die Detektoren in einem Bogen angeordnet sind, der sich über weniger als den Rekonstruktionskreisdurchmesser erstreckt, derart, daß beispielsweise die Detektorgruppe einen Fächerstrahl etwa im Bereich von 15 bis 30° aufnehmen kann, was eine erhebliche Reduzierung der Kosten darstellt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die reduzierte Gruppe asymmetrisch so angeordnet, daß der Detektor am einen Ende des Bogens im wesentlichen diametral gegenüber der Röntgenstrahlquelle angeordnet ist, während bei einer anderen Ausführungsform die reduzierte Gruppe symmetrisch in bezug auf das Isozentrum angeordnet ist. Ein bimodales System kann dadurch erreicht werden, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Halbgruppe von Detektoren auf dem Portal verschiebt, so daß eine Verschiebung zwischen einer asymmetrischen und einer symmetrischen Konfiguration auftreten kann. Die erforderliche Anzahl von Detektoren kann um die Hälfte oder um einen anderen erwünschten, praktikablen Bruchteil verringert werden, während gleichzeitig eine einwandfreie räumliche Auflösung erzielt wird, indem eine Röntgenröhre mit zwei oder mehr Brennpunkten verwendet wird. Obgleich herkömmliche Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen ein Bild auf der Basis von 360° von Daten selbst nach einer Verringerung der Anzahl von Detektoren um die Hälfte rekonstruieren können, hat eine solche

Abtastvorrichtung ein verringertes räumliches Auflösungsvermögen, u/eil bei einer solchen Auflösungsvorrichtung die räumliche Auflösung schaltfrequenzgebunden ist und eine Viertelstrahl-Versetzung des Portal-Isozentrums nicht verwendet werden kann, da diese Technik einen vollen Kreisbogen von Detektoren erforderlich macht. Wenn eine derartige Abtastvorrichtung mit einer Röntgenröhre mit zwei oder mehr Brennpunkten versehen wird, die abwechselnd Strahlung emittieren, wie dies mit vorliegender Erfindung der Fall ist, wird die Schaltfrequenz verdoppelt und eine zweifache Verbesserung der räumlichen Auflösung erreicht. Eine Abtastung über 360° ist erforderlich.

Das räumliche Auflösungsvermögen einer Abtastvorrichtung mit einer Röntgenquelle mit Mehrfach-Brennpunkten mit verringerter Anzahl von Detektoren in der vorbeschriebenen Weise käme einer herkömmlichen Abtastvorrichtung gleich, die einen vollen Kreisbogen mit doppelt so vielen Detektoren und eine herkömmliche Röntgenstrahlquelle mit einem einzigen Brennpunkt benutzt. Für eine derartige Abtastvorrichtung nach vorliegender Erfindung treten weniger verfälschende Artefakte auf, die sich aus einer Bewegung des Patienten ergeben, weil die Zeitdauer zwischen verschleiften Prüfungen Millisekunden beträgt, entsprechend der Zeitdauer zwischen dem Schalten zwischen Brennpunkten, während die Zeitdauer zvischen verschleiften Prüfungen bei herkömmlichen Abtastvorrichtungen Sekunden beträgt, weil das Verschleifen zur Erzielung der zusätzlichen Daten nur auftritt, nachdem das Portal um 180° gedreht worden ist. Wird eine verringerte Anzahl von Detektoren verwendet, kann eine nichtnotwendige Strahlungsdosierung eliminiert werden, indem ein Kollimator zwischen der Röntgenquelle und dem Patienten eingesetzt wird, um den Spitzenwinkel des übertragenen Fächerstrahles, der durch den Patienten geht, so zu verringern, daß er der reduzierten Größe der Detektorgruppe entspricht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 die räumliche Auflösung, die bei einer herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung erzielt werden kann,wobei dargestellt ist, warum das Nyquist-Kriterium eine Verringerung um den Faktor Zwei der theoretischen räumlichen Auflösung bewirkt,

Fig. 3 die Verschiebung der Detektoren zur Erhöhung der Meßbzw. Prüfdichte,

Fig. 4 die Verschiebung des Brennpunktes zur Vergrößerung der Meß- bzw. Prüfdichte,

Fig. 5 die Geometrie einer Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung in Polarkoordinaten,

Fig. 6 eine Polarkoordinaten-Darstellung der Daten, die von einer herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung mit einer einzigen Röntgenquelle gesammelt werden,

Fig. 7 eine Polarkoordinaten-Darstellung der Daten, die durch Verschiebung des Brennpunktes zur Erhöhung der Prüfdichte gesammelt werden,

Fig. 8 eine Polarkoordinaten-Darstellung der Daten, die durch eine herkömmliche Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung gesammelt werden, wobei der Winkelprüfabstand und die Erfassungsdauer vergrößert sind,

Fig. 9 eine Polarkoordinaten-Darstellung der Daten, die durch Vergrößerung des Winkelprüfabstandes und der Erfassungsdauer gesammelt werden, sowie eine Verschiebung des Brennpunktes zur Erhöhung der Prüfdichte,

Fig. 10 die Verwendung von Kollimatoren hohen Auflösungsvermögens, um die räumliche Auflösung zu vergrößern,

Fig. 11 eine zweite Ausführungsform, die Kollimatoren hoher Auflösung verwendet, um die räumliche Auflösung zu erhöhen,

Fig. 12 eine CT-Abtastvorrichtung, die eine Röntgenquelle mit Mehrfach-Brennpunkten verwendet und einen Fächerstrahl mit einem Spitzenwinkel von überträgt, der kleiner ist als der Spitzenwinkel ρ , der den Rekonstruktionskreis definiert,

Fig. 13 eine Modifikation der CT-Abtastvorrichtung nach Fig. 12,

Fig. 14 eine CT-Abtastvorrichtung mit versetztem Isozentrum, und

Fig. 15 die Verwendung von Ablenkelektroden zur Ablenkung des Elektronenstrahles zwischen abwechselnden getrennten Brennpunkten an einer Targetelektrode.

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 eine Quelle durchdringender Strahlung, z.B. eine Röntgenquelle, die Strahlung durch einen im wesentlichen ebenen Abschnitt eines Körpers überträgt, und Ziffer 3 eine Vielzahl von individuellen Detektoren, die im wesentlichen gleichförmig längs eines Bogens auf einem drehbaren, im wesentlichen kreiförmigen Portal angeordnet sind, das mit 6 bezeichnet ist und das vorzugsweise auf einem Support 16 befestigt ist. Die Detektoren 3 sind im wesentlichen in gleichem Abstand vorzugsweise längs eines Bogens in der Nähe des Umfanges des Portals 6 angeordnet. Daten werden gewonnen, wenn das Portal mit der Quelle 1 unc den daran befestigten Detektoren 3 in einer kontinuierlichen Drehschwenkung um den Patienten 5 gedreht wird. Die Rotationsmitte des Portals 6, d.h. sein Isozentrum, ist mit A bezeichnet. Die Quelle 1 emittiert Strahlung 17, die als Fächerstrahl dargestellt ist, der in einem im wesentlichen ebenen Abschnitt des zu prüfenden Körpers liegt. Jeder Fächerstrahl, der von der Quelle 1 emittiert wird, stammt im wesentlichen aus einer getrennten Punktquelle innerhalb der Speisequelle 1. Die Pfeile C stellen die Rotationsrichtung der Anordnung dar. Die Quelle 1 weist mindestens zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen auf, wie schematisch in Fig. 4 gezeigt ist.

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 31 eine Vorrichtung zur Winkelversetzung der Quelle und der Detektoren um den Körper 5, um zu erreichen, daß eine Strahlung eine Vielzahl von koplanaren Pfaden in dem vorerwähnten ebenen Abschnitt durchläuft und durch Detektoren 3 angezeigt wird. Die Vorrichtung 31 kann eine Vorrichtung zur Winkelversetzung des Portals aufweisen. Mit 33 ist eine Vorrichtung bezeichnet, die bewirkt, daß die mindestens zwei punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren. Die Vorrichtung 33 kann eine Vorrichtung aufweisen, die bewirkt, daß die punktförmigen Energiequellen abwechselnd Strahlung mit einer frequenz emittieren, deren Periode gleich der Zeitdauer ist, die das Portal benötigt, damit es um einen Winkel gleich der effektiven Detektorteilung am Isozentrum gedreht wird, die durch einen aus zwei Linien gebildeten Winkel festgelegt ist, welche das Isozentrum des Portals mit dem Mittelpunkt benachbarter Detektoren, die am Portal angeordnet sind, verbinden. Andererseits kann diese Periode mit N multipliziert werden, wobei N gleich 2, 4, 8, 16, ... ist.

Die Bezugsziffer 35 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums A des Portals 15 in bezug auf die Quelle 1 und die Detektoren 3.

Mit 37 ist eine Verschiebevorrichtung zum Verschieben der Quelle 1 gegenüber den Detektoren 3 dargestellt. Diese Verschiebevorrichtung 37 kann eine Vorrichtung zum periodischen Verschieben der Quelle zwischen mindestens zwei getrennten Positionen in bezug auf die Detektoren als die Quelle aufweisen, und die Detektoren werden im Winkel um den Körper 5 verschoben. 39 bezeichnet eine Vorrichtung zum Verschieben der Detektoren auf dem Portal. Diese Vorrichtung 39 kann eine Vorrichtung zum Verschieben der Detektoren zwischen einer ersten Position, bei der die Detektoren unsymmetrisch in bezug auf das Isozentrum angeordnet sind, und einer zweiten Position, bei der die Detektoren symmetrisch in bezug auf das Isozentrum angeordnet sind, aufwei-

sen. Die Vorrichtung 39 wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Halbgruppe von Detektoren verwendet, wie weiter unten ausgeführt wird.

Die Geometrie herkömmlicher Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen begrenzt den kleinsten möglichen Prüfabstand zum Abstand zwischen zwei benachbarten Detektoren, so daß das spezifische räumliche Auflösungsvermögen solcher Systeme auf den doppelten Abstand zwischen zwei Detektoren begrenzt ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Meß- bzw. Prüfabstand effektiv gleich der Strahlbreite ist. Die Konsequenz dieser Schalt- bzw. Prüffrequenz ist, daß die räumliche Auflösung einer Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung nur halb so gut ist wie theoretisch möglich. Dies wird durch das Nyquist-Theorem gezeigt, das erfordert, daß mindestens zwei Prüfungen pro Strahlbreite vorhanden sind, um eine maximale räumliche Auflösung zu erzielen.

Fig. 2 zeigt, warum das Nyquist-Kriterium eine Verringerung um einen Faktor zwei im theoretischen räumlichen Auflösungsvermögen bei einer herkömmlichen Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung ergibt. In Fig. 2 stellt "a" die Strahlbreite der von der Röntgenquelle 1 übertragenen Strahlung und "b" den Prüfabstand oder die Teilung dar. Nach dem Nyquist-Kriterium soll das PrüfIntervall "b" kleiner oder gleich der Hälfte der Auflösung oder Strahlbreite "a" sein; d.h., daß "b" kleiner als oder gleich a/2 sein muß. Wenn "b" kleiner als a/2 ist, ist die räumliche Auflösung gleich "a". Ist "b" größer als a/2, muß die räumliche Auflösung zur Vermeidung von verfälschenden Artefakten verringert werden, und wird infolgedessen größer als "a". Für den Fall b = a, wie er in einer herkömmlichen Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung gegeben ist, ist das räumliche Auflösungsvermögen etwa gleich 2b (und damit auch gleich 2a, weil b = a).

Fig. 3 zeigt die Technik der Verschiebung der Detektoren um eine halbe Teilung, um die Prüf- bzw. Meßdichte zu vergrößern. Die verschobenen Detektoren sind durch gestrichelte Linien und die Bezugszeichen 3' dargestellt. In Fig. 3 stellt

a' die Strahlbreite und b' den Prüfabstand oder die Teilung dar. In bezug auf Fig. 2 ist a' = a und b' = b/2 = a/2. Sind die Detektoren nun um eine halbe Teilung verschoben, tritt kein Verfälschung auf, weil das Nyquist-Kriterium erfüllt ist, und die räumliche Auflösung wird "a". Die Auflösung ist deshalb doppelt so groß wie in Fig. 2.

Fig. A zeigt eine Strahlungsquelle 1 in Form einer Röntgenstrahlquelle, die zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen 9 und 11 besitzt. Die punktförmigen Quellen 9 und 11 können durch eine einzige Röntgenröhre mit zwei Heizfäden dargestellt sein. Andererseits können sie durch eine Strahlungsquelle 1 mit zwei Röntgenröhren gebildet werden, deren jede eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle besitzt. Nach einer anderen Alternative können sie durch eine Ablenkvorrichtung gebildet sein, die einen Elektronenstrahl zwischen mindestens zwei getrennten Brennpunkten auf einer Targetelektrode ablenkt, wie in Fig. 15 gezeigt. Eine Vorrichtung 33 bewirkt, daß die getrennten punktförmigen Strahlungsquellen 9 und 11 abwechselnd Strahlung emittieren. Die Quelle 1 kann mit zwei oder mehr getrennten punktförmigen Quellen versehen sein, die abwechselnd Strahlung emittieren. Eine abwechselnde Verschiebung der punktförmigen Strahlungsquelle oder des Brennpunktes aus der Position 9 in die Position 11 in der Röntgenquelle 1 ergibt eine Zunahme der Meßdichte. In Fig. 4 werden Röntgenstrahlen aus der Brennpunktposition 9 emittiert, während Detektoren 3 in einer Position 3 angeordnet sind. Aus der Brennpunktposition 9 werden weiter Röntgenstrahlen emittiert, wenn das Portal um die Hälfte der Winkel-Detektorteilung gedreht wird, bis die Detektoren 3 die Position 3 ' einnehmen und der Brennpunkt 11 die gleiche Lage einnimmt, wie der Brennpunkt 9 ursprünglich eingenommen hatte. An dieser Stelle werden Röntgenstrahlen aus dem Brennpunkt 11 emittiert, wenn das Portal sich um eine weitere halbe Detektorteilung dreht. Nachdem das Portal sich um eine vollständige Detektorteilung gedreht hat, werden noch einmal Röntgenstrahlen aus der Position 9 emittiert. Dieser Zyklus wird über die Dauer der Abtastung wiederholt.

Die Verschiebung zwischen den Brennpunkten 9 und 11, die erforderlich ist, um einen zweiten Brennpunkt zu erhalten, der die gleiche Azimuth-Position einnimmt, wie sie der erste Brennpunkt zu Beginn eingenommen hatte, als die Detektoren um die Hälfte der Detektorteilung verschoben worden waren, kann nach folgender Gleichung errechnet werden:

A₃= R_s/Rd xP(N+ 1/2)

wobei R₃ = der Abstand der Röntgenquelle zum Isozentrum des Portals, d.h. der Mittelpunt der Drehung des Portals, R(j = der Abstand eines jeden Detektors zum Isozentrum, P = die Detektorteilung, definiert als der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Detektoren, und

N =0,1, 2,

Für N = O ergibt sich A_s = R_s/R(j x P/2.

Durch Erzielung von Mehrfach-Brennpunkten in der vorbeschriebenen Weise wird die Prüf- bzw. Schaltfrequenz mindestens verdoppelt, da die Strahlen 17' zwischen benachbarte Strahlen 17 kontinuierlich eingeschleift werden können, wenn die Strahlungsquelle und die Detektoren um das Isozentrum gedreht werden. Unter Verwendung einer Anordnung mit Mehrfachbrennpunkten wird dieses Einschleifen unabhängig von irgendwelchen Änderungen der räumlichen Beziehungen zwischen Quelle 1 und Detektoren 3 erreicht, da die starre Beziehung zwischen Röntgenquelle 1 und Detektoren 3 auf dem Portal über eine volle Drehung von 360° des Portals aufrechterhalten wird. Ferner werden die Strahlen eingeschleift, wenn die Strahlungsquelle und die Detektoren um den Patienten gedreht werden. Das Einschleifen wird durch abwechselndes Emittieren der Strahlung aus den Mehrpunktquellen der Strahlung oder Brennpunkten erzielt. Eine Strahlung wird abwechselnd zwischen Brennpunkten mit einer Frequenz emittiert, deren Periode vorzugsweise gleich der Zeitdauer ist, die erforderlich ist, um das Portal über die Detektorteilung zu drehen. Diese Periode kann auch mit N multipliziert werden, wenn N = 2, 4, 8, 16, ....

Andererseits kann nach vorliegender Erfindung die Quelle 1 nach Fig. 1 so ausgelegt sein, daß sie Strahlung aus mehr als einer getrennten Punktquelle emittiert, indem eine Verschiebevorrichtung 37 vorgesehen wird, die die Quelle 1 gegenüber der Detektorvorrichtung 3 verschiebt. Die Verschiebevorrichtung weist vorzugsweise eine Vorrichtung zum periodischen Verschieben der Quelle 1 zwischen mindestens zwei getrennten Positionen in bezug auf die Detektorvorrichtung 3 auf. Dies ergibt, daß jeder Detektor Strahlung aus Mehrfachpunktquellen aufnimmt, wenn das Portal gedreht wird. Die Verschiebevorrichtung kann eine herkömmliche Vorrichtung zum Verschieben der Lage der Quelle 1 relativ zu der Detektorgruppe 3 sein.

Die erhöhte Meßdichte, die durch Mehrfachbrennpunkte sowie alternative Datenerfassungsmethoden erzielt wird, ergibt sich in Verbindung mit den Figuren 5 - 9, in denen die Daten in Polarkoordinaten angegeben sind.

In Fig. 5 kann die räumliche Lage einer jeden Röntgenstrahlmessung in Polarkoordinaten (r, Θ) relativ zum Isozentrum A bezeichnet werden. Beispielsweise ist der Strahl, der durch die Röntgenstrahlquelle 1 und den Detektor ϋχ gebildet wird, durch die Polarkoordinaten (r, Θ) definiert, wobei r gleich dem Abstand R^-O und θ = Q± ist. Der nächste Strahl im Fächer, der durch die Quelle 1 und den Detektor D2 gebildet ist, hat Polarkoordinaten (r, Θ), bei denen r gleich dem Abstand R2 - 0 und 8 = &2 ist. Es ergibt sich, daß r proportional der Detektorzahl ist, und daß bei einem gegebenen Fächer θ für jeden Strahl um Δ.Θ zunimmt, wobei Δ θ der Viinkel ist, der von der Detektorteilung, von der Quelle 1 aus gesehen, eingeschlossen wird.

Die Daten, die durch eine konventionelle Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung mit einer einzigen Röntgenstrahlquelle gesammelt werden, sind in Fig. 6 gezeigt. Die Daten von jedem Fächer liegen längs einer Diagonalen in diesem r-B-Diagramm, da 8 und r beide sich proportional zu der Detektorzahl ändern. Die Daten, die in einem bestimmten Fächer gesammelt

werden, sind entweder durch offene oder geschlossene Kreise dargestellt, und dieses Symbol wechselt auf aufeinanderfolgenden Fächern.

Da das Portal während der Datenerfassung rotiert, erstreckt sich jede Messung über einen kleinen Bereich von Werten von Θ. Die Kreise (entweder offen oder geschlossen) geben den Mittelwert von θ an und die vertikalen Linien oberhalb oder unterhalb des Kreises zeigen den Bereich in θ an, über den Daten eingesammelt werden.

Nachdem die Daten erfaßt worden sind, können die Daten in neuen Gruppierungen kombiniert werden, die als "Ansichten" bezeichnet werden, die einen konstanten Winkel θ haben. Die Daten in jedem Satz sind somit im wesentlichen parallele Strahlen. In dem in Fig. 6 gezeigten Fall ist die Erfassungsdauer Λ> t für jeden Fächer die Zeitdauer, die das Portal benötigt, um sich um den Winkel ZAB zu drehen.

ZIt ist somit proportional Δ θ: ZJt - k Δθ, wobei l/k proportional der Rotationsgeschwindgkeit ist. Ferner ist die Winkelprüfung, die durch den Winkelabstand zwischen den Ansichten Δαί gegeben ist, gleich Δ θ. Das minimale Prüfintervall gleicht der Detektorteilung, die in einer verringerten räumlichen Auflösung resultiert, da dae Nyquist-Kriterium nicht erfüllt ist, wie weiter oben erläutert.

Bei Verwendung einer Röntgenstrahlquelle mit zwei Brennflecken, die um einen Abstand voneinander versetzt sind, der durch obige Formel gegeben ist, und die abwechselnd Strahlung emittieren, ergibt sich die in Fig. 7 gezeigte Anordnung. Die Fächerdaten, die gesammelt v/erden, wenn der Brennfleck die Position χ (y) einnimmt, sind mit offenen (geschlossenen) Kreisen dargestellt. Durch Halbieren der Integrationsdauer und abwechselnd zwischen den Brennflecken χ und y können die Daten in Ansichten von konstantem 8 organisiert werden, die durch einen Winkelabstand -Δοί = Δ. & voneinander getrennt sind. Es ist ausschlaggebend, daß der Meßabstand gleich der Hälfte

der Detektorteilung ist, was das Nyquist-Kriterium erfüllt und was zu einer erheblich verbesserten räumlichen Auflösung führt.

Obgleich diese Ausführungsform parallele Ansichten ergibt, das Nyquist-Kriterium erfüllt und zu einer wesentlich verbesserten räumlichen Auflösung führt, ist es durch eine verringerte Datenerfassungsdauer Z^t = (|<Δθ)/2 gekennzeichnet, da die Brennfleckposition jedesmal geändert wird, wenn sich das Portal um die Hälfte der Winkel-Detektorteilung dreht. Diese verkürzte Datenerfassungsdauer begrenzt die Qualität des angezeigten Röntgenstrahl lusses und kann das Signal-Geräusch-Verhältnis verringern, wie auch eine kostspieligere, mit höherer Geschwindigkeit arbeitende Datenerfassungsanordnung erforderlich machen.

Dieser Nachteil läßt sich dadurch vermeiden, daß die Erfassungsdauer und der Winkelmeßabstand vergrößert wird. Fig. zeigt das r-8-Diagramm für eine herkömmliche Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung mit einer Röntgenstrahlröhre mit einem einzigen Brennfleck, der eine Drehung von 2Δθ pro Erfassung dreht. Im Vergleich zu Fig. 6 ist die Integrationsdauer zweimal so lang und der Winkelabstand Δ ^ doppelt so groß, was zu halb so vielen Gesamtansichten führt. Der minimale Meßabstand ist gleich der Detektorteilung, wie in Fig. 6, was keine verbesserte räumliche Auflösung bringt. Zusätzlich ergibt sich aus Fig. 8, daß die Daten nicht in genau parallele Ansichten mit der Konstanten θ organisiert werden können. Dies ergibt einen geringen Verlust an Winkelauflösung, was wiederum die räumliche Auflösung bei Abständen in größerem Abstand von dem Isozentrum, z.B. mit einem Radius von 200 mm verschlechtert, wobei eine hohe räumliche Auflösung weniger wichtig ist und üblicherweise aus anderen Gründen in CT-Abtastvorrichtungen verringert wird. Die räumliche Auflösung am Isozentrum ist jedoch bei diesem Schema nicht verringert.

Kombiniert man die größere Datenerfassungsdauer mit einer Röntgenstrahlquelle mit zwei Brennflecken, ergibt sich das r-8-Diagramm nach Fig. 9. In diesem Fall \i/ir.d die größere Erfassungsdauer Δ t = 2!<^θ erzielt, die viermal größer ist als das Beispiel nach Fig. 7. Der Winkelmeßabstand ist ebenfalls viermal größer, 2\oi = 4Δ Θ. Dies ergibt ein Viertel der Gesamtanzahl von Ansichten nach Fig. 7, so daß der Rechenaufwand der Bildrekonstruktion ohne Verlust an Bildqualität entscheidend reduziert werden kann. Wie im Falle der Fig. 8 können, weil das Portal sich während der Erfassung um mehr als Δ θ dreht, die Daten nicht in exakt parallele Ansichten mit der Konstanten θ organisiert werden. Die resultierende leichte Verringerung der Bildqualität ist auf die peripheren Bereiche beschränkt, die weit von dem Isozentrum wegliegen. Die Verwendung der beiden Brennflecke χ und y ergibt einen minimalen Meßabstand gleich der Hälfte der Detektorteilung, was das Nyquist-Kriterium erfüllt und was eine wesentlich verbesserte räumliche Auflösung trotz der längeren Erfassungsdauer ergibt.

Fig. 10 zeigt die Verwendung eines Kollimators 13 hoher Auflösung, um die Detektoröffnung zu reduzieren und die räumliche Auflösung zu verbessern. Bei der bevorzugten Ausführungsform verkleinern Stiftkollimatoren 13 die Detektoröffnung und verbessern die räumliche Auflösung. In Fig. hat "a" 50% seines Wertes nach den Figuren 4-6, und b = 2a, während der gewünschte Wert für die Meßteilung a/2 ist. Eine Lösung besteht darin, eine Röntgenstrahlröhre mit drei oder mehr Brennfleckpositionen zu verwenden, um die Meßdichte zu erhöhen.

Andererseits kann eine Röntgenstrahlröhre mit zwei Brennflecken verwendet werden, und das Isozentrum der Rotation kann um einen kleinen Abstand versetzt werden, so daß Ansichten, die 180° auseinanderliegen, eingeschleift werden, um die Meßdichte zu verdoppeln. Die Geometrie der Isozentrum-Versetzung und die Lage der Stiftkollimatoren hoher Auflösung relativ zu den Detektoren sind in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen nach der Erfindung vorgesehen. Bei einer

Ausführungsform sind die Mittelpunkte der Kollimatoren hoher Auflösung mit den Mittelpunkten der Detektoren ausgerichtet, wie in Fig. 10 gezeigt, so daß Stiftstrahlen 17' im wesentlichen auf die Mitten der Detektoren 3 auftreffen, und das Isozentrum des Portals ist um ein Achtel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt. Bei der anderen Ausführungsform, die in Fig. 11 gezeigt ist, können die Mitten der Kollimatoren 13 hoher Auflösung aus den Mitten der Detektoren D^ - D_n um ein Achtel der Detektorteilung versetzt sein, derart, daß Stiftstrahlen, die die Kollimatoren 13 passieren, auf die Detektoren im wesentlichen an Stellen auftreffen, die um angenähert ein Achtel der Detektorteilung von den Mitten der Detektoren versetzt sind, und das Isozentrum ist um ein Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt. Wie in Fig. 11 gezeigt, stellt das Bezugssymbol "Ä" die Versetzung der Kollimätormittelpunkte relativ zu den Detektormittelpunkten dar, die einen gewünschten, praktisch brauchbaren Wert haben kann, vorzugsweise jedoch ein Achtel oder ein Viertel der Detektorteilung beträgt. Das Bezugssymbol Δ stellt die Versetzung des Isozentrums des Portals relativ zu der effektiven Detektorteilung am Isozentrum dar, das ebenfalls einen gewünschten, praktisch brauchbaren Wert haben kann, vorzugsweise jedoch ein Viertel der Strahlbreite am Isozentrum beträgt. Im Falle der Kollimation hinter dem Patienten zur Verringerung der Detektoröffnung auf 50% wird die geforderte Erhöhung der Meßfrequenz um den Faktor 4 durch Doppelt-Brennflecke (x2 Meßfrequenz) und eine Strahlversetzung um ein Achtel (x2 Meßfrequenz) erreicht.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die eine reduzierte Detektorgruppe verwendet. In Fig. 12 ist die Detektorvorrichtung 3 aus einer Vielzahl von individuellen Detektoren gebildet, die durch die Symbole Dj - Djg dargestellt sind. Die Röntgenstrahlquelle 1 besitzt zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen, obgleich eine beliebige Anzahl von Punktquellen größer als 1 verwendet werden kann.

Die reduzierte Detektorgruppe 3 ist längs eines vorzugsweise irn wesentlichen kreisförmigen Bogens angeordnet, dessen Mittelpunkt an der Röntgenstrahlquelle 1 liegt.

In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen 15 den Rekonstruktionskreis, der einem Fächerstrahl mit einem Spitzenwinkel gleich β zugeordnet ist, wobei der Spitzenwinkel als der Winkel zwischen den Extremitäten des Fächerstrahles definiert ist. Die Erstreckung der Detektorgruppe, die mit einem solchen Fächerstrahl in Einklang steht, ist durch die gestrichelten Linien links von der reduzierten Gruppe 3 dargestellt. Ein derartiger Fächerstrahl hat einen mittleren Strahl, der durch das feste Isozentrum "A" geht, um welches die Quelle 1 und die Detektoren 3 in der Ebene der Detektoren drehbar sind. Während einer vollständigen Umdrehung der Anordnung aus Quelle und Detektor bewegt sich die Quelle in einem Kreis, der konzentrisch mit dem festen Isozentrum "A" ist, und der Fächerstrahl mit einem Spitzenwinkel β überstreicht eine Fläche in der Ebene der Detektoren, die innerhalb des Kreises 15 angeordnet ist. Der Kreis 15 fällt mit dem Isozentrum "A" zusammen, und sein Umfang verläuft tangential zu den Strahlen, die den Umfang des Fächerstrahles definieren, der in der vorbeschriebenen Weise relativ zu dem Isozentrum zentriert ist und einen Spitzenwinkel ρ enthält. Für eine gegebene Abtastvorrichtung ist der Durchmesser des Rekonstruktionskreises direkt auf die Größe des Spitzenwinkels des Fächerstrahles bezogen.

Der Fächerstrahl 17, der in Fig .12 dargestellt ist, hat einen Spitzenwinkel <^ , der kleiner ist als /3 . Der Strahl steht in Einklang mit der reduzierten Detektorgrupe 3, während ein Fächerstrahl mit einem Spitzenwinkel /3 im Ausmaß in Einklang mit einer vollen Detektoranordnung steht, die sich soweit wie die gestrichelten Linien in Fig. 12 erstreckt. Fig. 12 zeigt, daß αί etwa 20 - 25° und β etwa 40 50° beträgt. Beide WinkelOi und ρ können andere erwünschte, praktisch brauchbarte Werte haben; vorzugsweise liegt CX. im Bereich von 15 - 30°, und der Wert vonoC ist etwa halb so

groß wie der Viert von ρ . Der Spitzenwinkel eines Fächerstrahles kann dadurch geändert werden, daß zugeordnete Kollimatoren, oder aber die Röntgenquelle geändert v/erden.

Aus Fig. 12 ergibt sich, daß der Bogen, der die reduzierte Detektorgruppe 3 enthält, sich weniger weit erstreckt als der Durchmesser des Konstruktionskreises 15. Die Detektorgruppe schließt den Spitzenwinkel O^ des Fächerstrahles 17, der von der Röntgenstrahlquelle 1 emittiert wird, ein. Dieser Bogen erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen über die Hälfte des Durchmessers des Kreises 15, so daß dann, wenn ß etwa gleich 40 - 50° ist, oC einen Wert von etwa 20 - 25° hat. kann jedoch einen erwünschten, praktisch brauchbaren anderen Wert haben. Im Gegensatz hierzu ist die Detektorgruppe bei herkömmlichen Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen längs eines Bogens angeordnet, der sich über den gesamten Rekonstruktionsdurchmesser erstreckt, und der üblicherweise einem maximalen Fächerstrahl von etwa 40 - 50° entspricht. Wie in Fig. 12 gezeigt, ist eine Röntgenstrahlquelle 1 im wesentlichen diametral gegenüber dem äußersten linken Detektor D^ auf dem Portal angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorrichtung vorgesehen, die das Isozentrum der Drehung des Portals vorzugsweise um einen Abstand versetzt, der gleich einem Viertel der Detektorteilung am Isozentrum ist. Bei der Abtastvorrichtung nach Fig. 12 ist die Detektorgruppe 3 relativ zu dem Isozentrum des Portals asymmetrisch angeordnet, und der Enddetektor D^ liegt diametral der Quelle 1 gegenüber.

Zur Abbildung von Objekten kleinen Durchmessers, z.B. Köpfen, kann die halbe Detektorguppe auf der Einrichtung nach Fig. in eine neue Position verschoben werden, die im wesentlichen symmetrisch in bezug auf das Isozentrum "A" verschoben werden kann, wie in Fig. 13 gezeigt. Der" Hittelpunkt zwischen den mittleren Detektoren D5 und D₆ liegt im wesentlichen diametral gegenüber der Röntgenstrahlquelle 1, wie dargestellt. Der Fächerstrahl 17 in den Figuren 12 und 13 erstreckt sich nicht über den gesamten Rekonstruktionskreis 15, sondern nur über dessen Hälfte.

Wenn eine reduzierte Gruppe von Detektoren verwendet wird, kann ein Kollimator (nicht dargestellt) vor dem Patienten (pre-patient collimator) vorgesehen werden, urn den Spitzenwinkel des FächerstrahlBS soweit zu verringern, daß er der reduzierten Detektorgruppe entspricht, und damit eine nicht notwendige Strahlungsdosierung vermieden wird. Für Abtastungen hoher Auflösung von kleinen Objektfeldern unter Verwendung der Abtastvorrichtung nach Fig. 13 kann ein hinter dem Patienten angeordneter Stiftkollimator (post-patient pin collimator) hoher Auflösung, wie er in Fig. 11 gezeigt ist,

verwendet werden. Die Geometrie der Isozentrum-Versetzung und die Lage der Stiftkollimatoren hoher Auflösung relativ zu den Detektoren kann in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen nach vorliegender Erfindung ausgebildet sein. Bei der einen Ausführungsform sind die Mittelpunkte der Kollimatoren hoher Auflösung mit den Mittelpunkten der Detektoren ausgerichtet, und das Isozentrum wird um ein Achtel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt. Bei der anderen Ausführungsform sind die Mittelpunkte der Kollimatoren hoher Auflösung aus den Mitten der Detektoren um ein Achtel der Detektorteilung versetzt, und das Isozentrum ist um ein Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt. Im Falle einer Kollimation hinter dem Patienten wird zur Verkleinerung der Detektoröffnung auf 5Ο5ό die gewünschte Erhöhung der Meßfrequenz um den Faktor 4 durch doppelte Brennflecke (X2-Meßfrequenz) und eine Strahlversetzung um ein Achtel (X2-Mefrequenz) erreicht. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Versetzen des Isozentrums der Drehung des Portals um einen Abstand gleich ein Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum vorgesehen, während die Mittelpunkte der Kollimatoren von den Mittelpunkten der Detektoren um ein Achtel der Detektorteilung versetzt sind.

Die in Fig. 13 gezeigte Konfiguration mit Stiftkollimatoren hoher Auflösung, wie sie oben beschrieben wurden, ist besonders geeignet für die Abtastung von kleinen Gegenständen, z.B. Köpfen, und ergibt folgende Vorteile. Erstens wird eine höhere Meßfrequenz und in Zusammenhang damit eine bessere räumliche Auflösung gegenüber herkömmlichen Abtastvorrichtungen erreicht. Zweitens werden schnellere Abtastungen im Vergleich zu herkömmlichen Abtastvorrichtungen erreicht, weil eine Drehung von etwa 205°, d.h. 180° plus Fächerstrahl (vorzugsweise etwa 25°) anstelle einer Drehung um 360° ausreichend ist. Drittens können Stiftkollimatoren hoher Auflösung verwendet werden, um die räumliche Auflösung zu vergrößern, während - wie oben ausgeführt - bei herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen mit einer Röntgenstrahlröhre mit einem einzigen Brennfleck Stiftkolli-

matoren nicht geeignet sind, um die räumliche Auflösung zu erhöhen. Viertens ist die Abtastvorrichtung weniger empfindlich gegenüber einer Bev/egung des Patienten, da die zusätzlichen Ansichten, die eingeschleift werden, innerhalb von Millisekunden gewonnen werden, anstatt innerhalb von Sekunden, wie dies bei herkömmlichen Abtastvorrichtungen der Fall ist, die um 18Ü° gedreht werden müssen, damit diese Daten gewonnen werden.

In den Figuren 12 und 13 ist eine Vorrichtung 39 zur Verschiebung der Detektoren 3 auf dem Portal vorgesehen. Dies stellt eine bimodale Möglichkeit dar, bei der eine einzige Abtastvorrichtung in der Lage ist, alternativ in einer der beiden in den Figuren 12 und 13 gezeigten Betriebsarten zu arbeiten. Fig. 12 zeigt Detektoren 3 in einer ersten Position, in der die Detektoren asymmetrisch in bezug auf das Isozentrum "A" angeordnet sind, und Fig. 13 zeigt sie in einer zweiten Position, in der sie symmetrisch in bezug auf das Isozentrum angeordnet sind.

Wenn ein dem Patienten vorgeschalteter Kollimator zur Verringerung der Patientendosis um etwa die Hälfte des emittierten Fächerstrahles verwendet wird, wird dieser "Vorkollimator" an unterschiedlichen Stellen in den Figuren 12 und 13 angeordnet, da die Detektoren unterschiedliche Positionen einnehmen. Es können zwei derartige Kollimatoren in einem bimodalen System mit einem Austausch von Hand beim Auftreten einer Verschiebung der Betriebsart vorgesehen sein, oder aber es kann andererseits eine selbsttätig arbeitende Verschiebevorrichtung zum Verschieben der Kollimatoren vorgesehen werden.

Eine CT-Abtastvorrichtung nach den Figuren 12 oder 13 mit einer verringerten Gruppe von Detektoren 3 und einer Röntgenstrahlquelle 1 mit mindestens zwei getrennten punktförmigen Strahlungsquellen kann eine zufriedenstellende räumliche Auflösung ergeben (d.h. kann das Nyquist-Kriterium erfüllen). Dies ist deshalb der Fall, weil die Quelle 1 abwechselnd Strahlung aus ihren mindestens zwei getrennten punktförmigen Strahlungsquellen emittieren kann. Damit wird die Heßfrequenz

verdoppelt und es wird eine zweifache Verbesserung in der räumlichen Auflösung gegenüber herkömmlichen Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen mit einer Röntgenröhre mit einer einzigen punktförmigen Strahlungsquelle, die mit einer verringerten Gruppe von Detektoren kombiniert ist, erreicht. Mit anderen Worten heißt dies, daß, obgleich herkömmliche Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtungen sogar nach Verringerung der Anzahl von Detektoren immer noch ein Bild auf der Basis von 360° von Daten rekonstruieren können, das Bild eine verringerte räumliche Auflösung hat, weil bei derartigen Abtastvorrichtungen die räumliche Auflösung meßfrequenzgebunden ist. ferner ist eine Versetzung des Portal-Isozentrums um ein Viertel des Strahles bei herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtungen mit einem verringerten Bogen von Detektoren zur Erhöhung der räumlichen Auflösung nicht möglich, weil in herkömmlicher Weise diese Versetzungstechnik einen vollen Kreisbogen von Detektoren erforderlich macht, der sich über den gesamten Rekonstruktionskreis erstreckt. Wie oben erwähnt, wird durch Verwendung einer Abtastvorrichtung nach der Erfindung mit einer Röntgenstrahlquelle 1, die mindestens zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen besitzt, eine Vorrichtung, die die getrennten, punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd zum Emittieren von Strahlung bringt, und zusätzlich vorzugsweise eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums des Portals um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung an dem Isozentrum die Meßfrequenz verdoppelt und eine zweifache Verbesserung der räumlichen Auflösung erzielt.

Die Abtastvorrichtung nach den Figuren 12 oder 13 kann somit die gleiche räumliche Auflösung wie die einer herkömmlichen Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung mit einem vollen Bogen mit z.B. doppelt so vielen Detektoren und einer herkömmlichen Röntgenstrahlröhre mit einem einzigen Brennfleck ergeben. Beide derartigen Abtastvorrichtungen müssen um 360° gedreht werden, um die gleiche räumliche Auflösung zu erzielen. Die Abtastvorrichtung nach den Figuren 12 oder 13 hat weniger verfälschende Artefakte, die sich aus einer Bewegung des Patienten ergeben, weil die Zeitdauer zwischen eingeschleif-

ten Teilbildern bzw. Proben Millisekunden beträgt, d.h. die Zeitdauer zwischen dem Schalten zwischen getrennten punktförmigen Strahlungsquellen, während die Zeitdauer zwischen cingeschleiften Teilbildern in herkömmlichen Abtastvorrichtungen Sekunden beträgt, weil das Einschleifen zur Erzielung der zusätzlichen Daten nur auftritt, nachdem das Portal um 100° gedreht worden ist.

Fig. 14 zeigt eine Anordnunbg, bei der das Isozentrum des Portals um einen Abstand " »/2" gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum versetzt ist. Fig. 14 ist ähnlich der Fig. 12, mit der Ausnahme, daß in Fig. die Detektorgruppe 3 so angeordnet ist, daß das Isozentrum "A" um einen Abstand gleich der Hälfte der Strahlbreite am Isozentrum von einer Linie "L" ,die durch den [Mittelpunkt des Detektors Dj definiert ist (der im wesentlichen diametral gegenüber der Röntgenstrahlquelle 1 auf dem Portal positioniert ist) und einer Stelle in der Mitte zwischen den beiden getrennten punktförmigen Strahlungsquellen 9 und 11 in der Röntgenstrahlquelle 1 oder im Mittelpunkt der jeweiligen Anzahl von getrennten punktförmigen Quellen, die in der Röntgenstrahlquelle 1 vorgesehen sind, versetzt ist. Die Position des Isozentrums für die Abtastvorrichtung nach Fig. 12 ist mit "A'" in Fig. 14 dargestellt, so daß die Detektorgruppe 3 nach rechts um einen Abstand gleich der Hälfte der Strahlbreite am Isozentrum aus der Position der Detektorgruppe 3 in Fig. 12 versetzt worden ist. Ähnliche geometrische Beziehungen bestehen in bezug auf Anordnungen, bei denen eine Achtel-Strahlversetzung des Isozentrums des Portals vorgesehen ist. Wie oben ist der Ausdruck "Strahlbreite" am Isozentrum als die Breite des Röntgenstrahles definiert, der von dem Brennfleck zu einem gegebenen Detektor wandert.

Fig. 15 zeigt eine Röntgenstrahlröhre 10 mit einer Ablenkvorrichtung zum Ablenken eines Elektronenstrahles aus einer Kathode 15 mit einem einzigen Heizfaden 29 auf eine rotierende Anode 19. Ein kontinuierlicher oder intermittierender Elektronen-trom aus dem Heizfaden 29 kann abwechselnd zwischen zwei oder mehr Brennstellen 21 und 23 geschaltet

werden, die entsprechend auf der rotierenden Anode 19 voneinander versetzt sind. Die Schaltung wird durch Steuerung der Spannung erzielt, die an die Ablenkplatten 25 und 27 gelegt wird. Das Schalten zwischen Brennstellen kann im Rahmen vorliegender Erfindung auch durch andere Vorrichtungen erzielt werden.

Obgleich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung ist, die eine rotierende Anoden-Röntgenröhre verwendet, kann eine stationäre Anodenföhre als alternative Ausführungsform verwendet werden. Ferner kann auch eine Röntgenstrahlröhre mit zwei Heizfäden verwendet werden, deren jeder in bezug auf die Kathodenkappe schwimmt, wobei jeder Heizfaden relativ zur Kathode getrennt und abwechselnd gepulst wird, um auf effektive Weise den jeweiligen Brennfleck nach rückwärts und vorwärts zu verschieben. Ferner kann eine Vielzahl von Röntgenstrahlröhren verwendet werden, um eine Vielzahl von Brennflecken zu erzielen. Zusätzlich können zwei Röntgenstrahlröhren jeweils mit einer Gittersteuerung vorgesehen werden. Punktförmige Strahlungsquellen 9 und 11 nach Fig. k können abwechselnd entweder eine einzige Quelle mit doppeltem Heizfaden oder zwei Röntgenstrahlquellen bilden. Ferner kann der Elektronenstrahl unter Verwendung magnetischer Mittel zur Erzielung der Mehrfach-Brennflecke abgelenkt werden.

Während die bevorzugte Anwendung vorliegender Erfindung bei einer Rotations-Rotations-Abtastvorrichtung liegt, kann die Erfindung auch bei anderen Arten von Abtastvorrichtungen eingesetzt werden, z.B. Translations-Rotations-, Rotations-Stationär-(mit oder ohne Nutation des Detektor ringes) oder vollstationäre, durch Vielfachquellen getastete Anordnungen eingesetzt werden, um eine gröSere Heßdichte und eine verbesserte räumliche Auflösung zu erzielen.

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Claims

Patentansprüche:

Einrichtung zum Prüfen eines Körpers mit Hilfe durchdringender Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, gekennzeichnet durch

a) eine Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung von Strahlung durch einen Körper, wobei die Quelle mindestens zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen au fweist,

b) eine Detektovorrichtung zur Anzeige der Strahlung nach dem Durchgang durch den Körper,

c) eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Quelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durch den Körper durchläuft und von der Detektorvorrichtung angezeigt wird, und

d) eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die mindestens zwei getrennten punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbares Portal (gantry) vorgesehen ist, auf welchem die Quelle und die Detektorvorrichtung befestigt sind, und daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Quelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durchläuft, eine Vorrichtung aufweist, die das Portal im Winkel versetzt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die im wesentlichen gleichförmig längs eines Bogens auf dem Portal angeordnet sind, und daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die mindestens zwei punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren, eine Vorrichtung aufweist, die bewirkt, daß die punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung mit einer Frequenz emittieren, deren Periode im wesentlichen gleich der Zeitdauer ist, die das Portal benötigt, um sich um die Detektorteilung zu drehen.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die im wesentlichen gleichförmig längs eines Bogens auf dem Portal angeordnet sind, und daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren, in der Lage ist, zu bewirken, daß die punktförmigen Quellen abwechselnd Strahlung mit einer Frequenz emittieren, deren Periode etwa gleich der Zeitdauer ist, die das Portal benötigt, um sich über die Detektorteilung multipliziert mit N (wobei N = 2, 4, 8, 16, ...) zu drehen.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei punktförmige Strahlungsquellen um einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, daß der vorbestimmte Abstand etwa gleich Rs/Rd x P (N + l/n), wobei R₃ = der Abstand von der auf dem Portal befestigten Quelle zum Isozentrum des drehbaren Portales, R₀- = der Abstand eines jeden der Detektoren zum Isozentrum, P = die Detektorteilung, η = die Anzahl von getrennten punktförmigen Strahlungsquellen, und N = 0, 1, 2, ...ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Targetelektrode zum Emittieren von Strahlung in Abhängigkeit von einem Strahl von darauf auftreffenden Elektronen und eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahles zwischen mindestens zwei getrennten Brennflecken auf der Targetelektrode aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mindestens zwei Röntgenstrahlröhren aufweist, deren jede eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle darstellt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Röntgenstrahlröhre mit mindestens zwei Heizfäden aufweist, wobei jeder Heizfaden eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle darstellt.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine stationäre Anode aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine rotierende Anode aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle einen Fächerstrahl emittiert, und daß eine Kollimatorvorrichtung zur Verringerung der Breite des Strahles vorgesehen ist, der von der Detektorvorrichtung angezeigt wird.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorvorrichtung eine Kollimatorvorrichtung mit hoher Auflösung ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorvorrichtung hoher Auflösung einen Stiftkollimator besitzt.
14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mindestens drei getrennte punktförmige Strahlungsquellen besitzt.
15. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung auf einem drehbaren Portal befestigt sind, daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durchläuft, eine Vorrichtung zur Winkelverschiebung des Portals aufweist, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren besitzt, die im wesentlichen

gleichförmig längs eines Bogens auf dem Portal angeordnet sind, daß die Kollimatorvorrichtung eine entsprechende Vielzahl von Kollimatoren aufweist, wobei der Mittelpunkt eines jeden Kollimators mit dem Mittelpunkt des Detektors ausgerichtet ist, und daß eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums des Portals um einen Abstand gleich einem Achtel der effektiven Teilung der Detektoren an dem Isozentrum vorgesehen ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung auf einem drehbaren Portal befestigt sind, daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durchläuft, eine Vorrichtung zur Winkelverschiebung des Portals aufweist, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren besitzt, die im wesentlichen gleichförmig längs eines Bogens auf dem Portal angeordnet sind, daß die Kollimatorvorrichtung eine entsprechende Vielzahl von Kollimatoren aufweist, wobei der Mittelpunkt eines jeden Kollimators von dem Mittelpunkt des Detektors um ein Achtel der effektiven Detektorteilung versetzt ist, und daß eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums der Portaldrehung um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung an dem Isozentrum vorgesehen ist.
17. Einrichtung zum Prüfen eines Körpers mit durchdringender Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, gekennzeichnet durch

a) eine Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung von Strahlung durch einen Körper,

b) eine Detektorvorrichtung, die so angeordnet ist, daß sie die Strahlung nach dem Durchgang durch den Körper anzeigt,

c) eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die von der Quelle emittierte Strahlung eine Vielzahl von Pfaden durch den Körper durchläuft und von der Detektorvorrichtung angezeigt wird, und

d) eine Verschiebevorrichtung zum Verschieben der Quelle gegenüber der Detektorvorrichtung.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebevorrichtung eine Vorrichtung zum periodischen Verschieben der Quelle zwischen mindestens zwei getrennten Positionen in bezug auf die Detektorvorrichtung aufweist, wenn die Quelle und die Detektorvorrichtung im Winkel um den Körper versetzt sind.
19. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Vorrichtung zum Emittieren eines Fächerstrahles aus jeder der mindestens zwei punktförmigen Strahlungsquellen aufweist, wobei jeder Fächerstrahl einen Spitzenwinkel besitzt, der kleiner als der Spitzenwinkel ist, welcher den Rekonstruktionskreis definiert.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß

etwa die Hälfte des Wertes von hat.
21. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß

etwa im Bereich von 15 - 30° liegt.
22. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der den Spitzenwinkel einschließt, und daß ein individueller Detektor am Ende des Bogens im wesentlichen diametral gegenüber der Quelle auf dem Portal angeordnet ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums der Rotation des Portals in bezug auf die Quelle und die Detektoren um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum.
24. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren, in der Lage ist, die punktförmigen Quellen so zu beeinflussen, daß sie abwechselnd Strahlung mit einer Frequenz emittieren, deren Periode im wesentlichen gleich der Zeitdauer ist, die das Portal benötigt, um sich über die Detektorteilung zu drehen.
25. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die bewirkt, daß die punktförmigen Strahlungsquellen abwechselnd Strahlung emittieren, in der Lage ist·, die punktförmigen Quellen so zu beeinflussen, daß sie abwechselnd Strahlung mit einer Frequenz emittieren, deren Periode im wesentlichen gleich der Zeitdauer ist, die das Portal benötigt, um über die Detektorteilung multipliziert mit N (wobei N = 2, 4, 8, 16, ....) zu rotieren.
26. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei punktförmige Strahlungsquellen um einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, daß der vorbestimmte Abstand etwa gleich R_s/Rd χ Ρ (N + l/n), wobei R₃ = der Abstand von der auf dem Portal befestigten Röntgenstrahlquelle zum Isozentrum des drehbaren Portals, R₀) = der Abstand von jedem der individuellen Detektoren zum Isozentrum, P = die Detektorteilung, η = die Anzahl von getrennten punktförmigen Strahlungsquellen und N=O, 1 , 2 , ... ist
27. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Targetelektrode zum Emittieren von Strahlung in Abhängigkeit von einem Strahl von darauf auftreffenden Elektronen und eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahles zwischen mindestens zwei getrennten Brennflecken auf der Targetelektrode aufweist.
28. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mindestens zwei Röntgenstrahlröhren aufweist, deren jede eine getrennte punktförrnige Strahlungsquelle darstellt.
29. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Röntgenstrahlröhre aufweist, die mindestens zwei Heizfäden besitzt, wobei jeder Heizfaden eine getrennte punktförmige Strahlungsquelle darstellt.
30. Einrichtung nach Anspruch 27 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine stationäre Anode aufweist.
31. Einrichtung nach Anspruch 27, 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein rotierende Anode aufweist.
32. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der den Spitzenwinkel einschließt, wobei der Bogen im wesentlichen symmetrisch in bezug auf das Isozentrum des Portals angeordnet ist.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollimatorvorrichtung die Breite eines von der Detektorvorrichtung angezeigten Strahles reduziert.
34. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorvorrichtung eine Kollimatorvorrichtung mit hohem Auflösungsvermögen ist.
35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorvorrichtung mit hohem Auflösungsvermögen einen Stiftkollimator aufweist.
36. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mindestens drei getrennnte punktförmige Strahlungsquellen besitzt.
37. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von individuellen Detektoren im wesentlichen gleichförmig längs des Bogens auf dem Portal angeordnet ist, daß die Kollimatorvorrichtung eine entsprechende Vielzahl von Kollimatoren aufweist, wobei der Mittelpunkt eines jeden Kollimators mit dem Mittelpunkt des Detektors ausgerichtet ist, und daß eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums des Portals um einen Abstand gleich einem Achtel der effektiven Teilung des Detektors am Isozentrum besitzt.
38. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Detektoren im wesentlichen gleichförmig längs des Bogens auf dem Portal angeordnet ist, daß die Kollimatorvorrichtung eine entsprechende Vielzahl von Kollimatoren aufweist, wobei die Mitte eines jeden Kollimators von dem Mittelpunkt des Detektors um ein Achtel der Detektorteilung versetzt ist, und daß eine Vorrichtung zur Versetzung des Isozentrums der Portaldrehung um einen Abstand gleich einem Viertel der effektiven Detektorteilung am Isozentrum aufweist.
39. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die auf einem Bogen auf dem Portal angeordnet sind, der den Spitzenwinkel einschließt, und daß eine Vorrichtung die Vielzahl von individuellen Detektoren auf dem Portal verschiebt.
40. Einrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Verschieben der Detektoren zwischen einer ersten Position, bei der die Detektoren asymmetrisch in bezug auf

das Isozentrum angeordnet sind, und einer zweiten Position, in der die Detektoren symmetrisch in bezug auf das Isozentrum angeordnet sind, aufweist.
41. Verfahren zur Verbesserung der räumlichen Auflösung von Bildern, die durch eine Rotations-Rotations-CT-Abtastvorrichtung mit einer Quelle durchdringender Strahlung zur Übertragung der Strahlung durch einen im wesentlichen ebenen Abschnitt eines Körpers, einer Anzeigevorrichtung, die die Strahlung nach dem Durchgang durch den Körper anzeigt, und einer Vorrichtung zur Winkelverschiebung der Quelle und des Detektors um den Körper, damit die eine Vielzahl von koplanaren Pfaden in dem Abschnitt durchlaufende Strahlung von der Detektorvorrichtung angezeigt wird, rekonstruiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdichte dadurch erhöht wird, daß Strahlen zwischen benachbarten Strahlen kontinuierlich eingeschleift werden, wenn die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung um den Körper gedreht werden.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle mindestens zwei getrennte punktförmige Strahlungsquellen aufweist, und daß abwechselnd Strahlung aus mindestens zwei punktförmigen Strahlungsquellen emittiert wird.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von individuellen Detektoren aufweist, die im wesentlichen gleichförmig längs eines Bogens auf einem Portal angeordnet sind, daß die Strahlungsquelle auf dem Portal angeordnet ist, und daß abwechselnd Strahlung aus mindestens zwei punktförmigen Strahlungsquellen mit einer Frequenz emittiert werden, deren Periode im wesentlichen gleich der Zeitdauer ist, die das Portal zur Drehung um die Detektorteilung benötigt.
44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode mit N multipliziert wird, wobei N = 2, 4, 8, 16, ··..