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Die
Erfindung betrifft ein medizinisches, bilderzeugendes Diagnosegerät, insbesondere
eine Einrichtung zur Durchführung
von Mammographien, die gepulste Infrarotlaser als Strahlungsquelle
verwendet.
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Brustkrebs
ist eine Haupttodesursache der weiblichen amerikanischen Bevölkerung.
Eine wirksame Behandlung dieser Krankheit ist erst nach einer Früherkennung
bösartiger
Tumorgeschwüre
möglich.
Die Hauptanstrengungen konzentrieren sich gegenwärtig darauf, Massenuntersuchungen
der Bevölkerung
auf Symtome von Brusttumorgeschwüren
durchzuführen.
Derartige Massenuntersuchungen erfordern hochentwickelte, automatische
Einrichtungen, um zuverlässig
den Untersuchungsprozeß durchzuführen.
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Die
Auflösung
absorbierter Röntgenstrahlen
der gegenwärtigen
Röntgenfotografieverfahren
ist ungenügend,
um eine ausreichende Früherkennung
von bösartigen
Brusttumorgeschwüren
zu gewährleisten.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die Wahrscheinlichkeit der
Metastasenbildung bei Brusttumorgeschwüren über 1 cm Größe stark zunimmt. Tumorgeschwüre dieser
Größe erzeugen
selten ausreichenden Kontrast in einer Mammographie, um erfaßt zu werden.
Um einen erfaßbaren
Kontrast in einer Mammographieaufnahme zu erhalten, sind Abmessungen
von 2-3 cm erforderlich. Kalziumeinlagerungen, die zur indirekten
Erfassung von Tumorgeschwüren
bei der kon ventionellen Mammographie verwendet werden, treten nur
in Zusammenhang mit Tumorgeschwüren
großer
Größe auf.
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Aus
diesen Gründen
ist unter diesen Bedingungen die bildgebende Mammographie relativ
ineffektiv bei der Erfassung.
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Die
meisten Mammographieeinrichtungen, die zur Zeit in Kliniken und
Hospitälern
verwendet werden, erfordern Brustkompressionstechniken, die unkomfortabel
und häufig
schmerzvoll für
die Patientinnen sind. Zusätzlich
erzeugen Röntgenstrahlen
ionisierende Strahlung, die einen weiteren Risikofaktor bei der
Verwendung von Mammographietechniken, wie sie heute generell verwendet
werden, einführt.
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Die
Verwendung von Ultraschall wurde in der
US 4,075,883 vorgeschlagen, was erfordert,
daß die Brust
in einer mit Flüssigkeit
gefüllten
Untersuchungskammer eingetaucht ist.
US
3,973,126 erfordert ebenfalls, daß die Brust in eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Kammer für
ein Röntgenstrahlabtastverfahren
eingetaucht ist.
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Aus
Mitig Gerhard: "Time-gated
transillumination of biological tissues and tissue-like phantoms", Applied Optics,
Optical Society of America, Washington, US, Vol. 33, no. 28, 1 October
1994 (1994-10-01), S. 6699-6710, XP000473142, ISSN: 0003-6935, ist
eine Durchleuchtungsvorrichtung bekannt, die einen durch eine Laserquelle
erzeugten Laserstrahl für
einen Durchgang durch ein Gewebe und Photodetektoren aufweist, die
daran angepaßt
sind, auf den aus dem Gewebe austretenden Laserstrahl anzusprechen.
Die bekannte Vorrichtung umfaßt
ferner Photodetektoren mit einer Ansprechkurve mit einer Vorderflankenkomponente
und eine Schaltung mit einem Zeitgatter-Schalter, die zum Abtasten
der genannten Vorderflankenkomponente der genannten Antwortkurve
für jeden
Photodetektor vorgesehen ist.
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US 4,819,752 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Zusammensetzung von Blut.
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US 5,371,368 offenbart eine
Vorrichtung für
eine ultraschnelle Abbildung von Objekten in einem Streuungsmedium.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine bildgebende Einrichtung bereitzustellen,
die Licht und/oder Nahinfrarot in Verbindung mit einem Hochgeschwindigkeitslaser
verwendet, so daß die
Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Röntgeneinrichtungen
vermieden werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mammographieeinrichtung
bereitzustellen, bei der die Patientin auf dem Bauch in einer nach
unten gerichteten Position liegt, um die weibliche Brust in der
Untersuchungskammer derart aufzunehmen, so daß das maximale Gewebevolumen
ausgehend von der Behälterwand
aufgenommen ist, um dadurch eine maximale exponierte Fläche ohne
Kompression der Brust bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine bildgebende Lasereinrichtung
bereitzustellen, die eine Avalanche-Fotodiode verwendet, die mit
einem hochgenauen Integrator mit geringen Verlustströmen für ein empfindliches
Erfassungssystem verbunden ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine bildgebende Lasereinrichtung
mit einer Multiplextechnik bereitzustellen, um ein effektives Sammeln
der Untersuchungsdaten zu ermöglichen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine bildgebende Lasereinrichtung
bereitzustellen, die nahinfrarote Laserimpulse mit Femtosekunden
Pulsweite verwendet.
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Erfindungsgemäße Mammographieeinrichtungen
umfas sen eine nichtionisierende Strahlungsquelle mit sehr kurzen
Impulsen im Nah-Infrarot-Wellenlängenbereich
ausgehend von einem Festkörperlaser,
der von einem Gaslaser angeregt wird. Der Patient liegt nach unten
gerichtet auf einer horizontalen Plattform, wobei eine Brust sich
durch eine Öffnung
in der Plattform erstreckt, um frei in eine Abtastkammer herabzuhängen. Ein
optisches System wandelt die Laserimpulse in einen horizontal fächerförmig geformten
Strahl um, der das Brustgewebe durchdringt. Die Brust wird um volle
360 Grad, beginnend an dem Abschnitt der Brust abgetastet, der am
nahesten des Körpers
der Patientin ist, und wird schrittweise nach unten vertikal fortgeführt, wobei
die Abtastung bei jedem vertikalen Schritt wiederholt wird, bis
eine komplette Abtastung der vollständigen Brust komplettiert wurde.
Diese Lichtimpulse werden nach dem Durchdringen des Brustgewebebes
erfaßt,
in ein elektrisches Signal umgewandelt und aufgezeichnet und/oder
angezeigt, um ein normales oder abnormales Bild des Brustgewebes
bereitzustellen.
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Diese
und andere Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung offensichtlich.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der Erfindung und zeigt die einen Patienten
tragende Plattform und die Bedienkonsole;
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2 ist
eine teilweise als Schnittdarstellung ausgeführte Seitenansicht der Patiententragplattform der 1 und
zeigt eine Patientin, die für
eine mammographische Untersuchung angeordnet ist, wobei eine der
Brüste
in der Abtastkammer angeordnet ist;
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3A ist
eine teilweise Schnittdarstellung einer Seitenansicht der Abtastkammer;
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3B ist
eine schematische Darstellung der Abtastkammer in 3A;
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4 ist
eine Draufsicht auf die Abtastkammer, die die Brust der Patientin
umläuft;
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5 ist
eine perspektivische Darstellung eines obersten Abschnitts der Abtastkammer
in 4;
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6 ist
eine vergrößerte Darstellung
der Abstützvorrichtung
für die
drehbare Platte, die Teile der Abtasteinrichtung trägt;
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7 ist
eine schematische perspektivische Darstellung eines Fotodiodendetektorenarrays,
das in der Erfindung verwendet wird;
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8A und 8B sind
schematische Schaltdiagramme der Detektorschaltkreise, die in der
Erfindung verwendet werden;
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9 ist
ein Funktionsblockdiagramm des elektrischen Systems, das in der
Erfindung verwendet wird;
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10 ist
ein Funktionsblockdiagramm der Detektorelektronik und Multiplexer
in 9;
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11 ist
eine schematische Aufsicht auf eine drehbare Platte, die den drehenden
Polygonspiegel trägt
und zeigt einen fächerförmigen Laser strahl,
der durch den rotierenden Spiegel an einer von 4000 Positionen der
rotierenden Platte erzeugt wird;
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12 ist
ein Ablaufdiagramm der Datenerfassung, die in der Erfindung verwendet
wird;
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13 ist
ein Ablaufdiagramm der in der Erfindung verwendeten Datenrekonstruktion;
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14 ist
ein Beispiel eines Abbildes einer weiblichen Brust unter Verwendung
der Erfindung;
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15 ist
ein elektrisches Schaltkreisdiagramm eines Halte- und Zeitgatterschaltkreises;
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16 ist
ein Schaltkreisdiagramm eines Laserimpulsaufnahmeschaltkreises,
der in der Erfindung verwendet wird;
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17A ist ein Funktionsblockdiagramm eines Haltekontrollschaltkreises,
der einen Ausgang für
den Halte- und Zeitgatterschaltkreis der 15 bereitstellt;
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17B ist eine typische Antwortkurve eines Fotodetektors
und zeigt die Anstiegskante der Kurve, an der die Messung während der
Datenerfassung durchgeführt
wird;
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18A ist eine Darstellung einer Folge von Laserimpulsen;
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18B ist eine Darstellung der Antwort des Avalanche-Fotodiodendetektors auf
die Pulsfolge der 18A;
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18C ähnelt 18B und zeigt die Auswahl eines Komparatorschwellwertes;
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18D ist eine Darstellung einer Impulsfolge, basierend
auf dem Komparatorschwellwert der 18C;
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19 ist
eine Darstellung der Antwort der Avalanche-Fotodetektoren auf eine
Laserimpulsfolge, die Luft durchdrungen hat;
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20 ist
eine Darstellung der Antwort der Avalanche-Fotodiodendetektors auf
eine ein Medium verlassende Laserimpulsfolge, wie Brustgewebe;
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21 ist
eine schematische Darstellung des Abstandes, der zur Kalkulation
der Ankunftszeit der Laserimpulse verwendet wird;
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22 ist
eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Tragstruktur für
eine orbitalförmige
Platte, die in der Erfindung verwendet wird;
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23 ist
eine perspektivische Darstellung mit entfernten Bestandteilen des
Antriebsmechanismus' zum
Absenken oder Anheben der Stützplatte,
die in 22 gezeigt ist;
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24 ist
ein Querschnitt durch die Stützplatte
der 22 mit einer orbitalförmigen Platte, die in der Montageposition
eingebaut ist;
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25 ist
eine perspektivische Darstellung mit entfernten Abschnitten der orbitalförmigen Platte,
die in der. Stützstruktur
der 22 verwendet wird und zeigt die Anordnung der
Optik, die in der Erfindung verwendet wird;
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26A ist eine schematische Darstellung von das
Gewebe durchdringenden Photonen und zeigt die ballistischen, schlangenförmigen oder
diffusen Bahnen der Photonen durch das Gewebe;
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26B ist eine typische Antwortkurve eines Avalanche-Fotodetektors
und zeigt die von ballistischen, schlangenförmigen oder diffusen Photonen
erzeugte Abschnitte nach dem Verlassen des Gewebes;
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27A ist eine schematische Darstellung der Ankunftszeit
des Laserstrahls an dem Detektor im freien Raum; und
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27B ist eine schematische Darstellung der Ankunftszeit
des Laserstrahls an den Detektoren beim Durchdringen von Gewebe.
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28 ist
eine schematische Darstellung, die einen oszillierenden Spiegel
zeigt, der durch ein Galvanometer angetrieben wird, um einen Laserstrahl über den
Abtastkreis zu verschwenken.
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Bezugnehmend
auf die 1 und 2 umfaßt eine
erfindungsgemäße Einrichtung
R gemäß der Erfindung
eine Bedienkonsole 10, die Bildschirme 12 und 14 umfassen kann.
Eine Tragplattform 16 für
Patienten liegt über
eine Verkleidung 18, die die Elektronik und Optik der Erfindung
aufnimmt. Die Plattform 16 weist eine Öffnung 20 auf, die
es erlaubt, eine der Brüste 15 einer
Patientin durch die Öffnung
zu positionieren und in der Abtastkammer 22 herabzuhängen. Ein
von einem Argon-Ion-Pumplaser 21 und
einem Ti:Saphirlaser erzeugter Laserstrahl wird verwendet, um die
Brust der Patientin in der Abtastkammer 22 abzutasten.
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Eine
detaillierte Beschreibung des Abtastmecha nismus' in der Abtastkammer 22 wird
nun gegeben. Bezugnehmend auf die 3A, 4, 5 und 6 ist
eine offene Oberseite, wobei ein Kastenbauteil 24 unmittelbar
unterhalb der Öffnung 20 in
der Plattform 16 angeordnet und beinhaltet die Abtastkammer 22,
deren vertikale Achse an der Mitte der Öffnung 20 ausgerichtet
ist. Eine ringförmige
Platte 26 ist für
Drehungen in der Kammer 22 auf Stützen 28 und 30 (6)
getragen, die ihr erlauben, schrittweise oder indiziert um das Innere
der Abtastkammer 22 zu rotieren. Der indizierte Antrieb
zum Erzeugen dieser Drehung ist mit Bezugszeichen 32 in 4 versehen.
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Ein
Tellerrad 33, das an dem Umfang der ringförmigen oder
orbitalförmigen
Platte 26 befestigt ist, wirkt mit dem Antrieb 32 zusammen,
um die orbitalförmige
Platte 26 indiziert zu drehen, wie in 4 gezeigt.
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Die
Abtastkammer 22 kann vertikal abwärts von der obersten Position,
wie in 3 gezeigt, durch Mittel wie
mit Gewinde versehenen Antriebsstangen 34 bewegt werden,
die wirksam an dem Kastenbauteil 24 an Verbindungspunkten 36 und
Muttern 37 befestigt sind. Die Antriebsmotoren 39 sind
wirksam mit den mit Gewinde versehenen Stangen 34 durch
konventionelle Mittel wie Treibriemenanordnung 41 verbunden,
wie in 3 ge zeigt. Drehung der mit
Gewinde versehenen Stangen 34, bewirkt das Absenken oder
Anheben der Abtastkammer 22. Die Antriebsmotoren 39 sind
an dem Kastenbauteil 24 durch Standardmittel, wie Klammern, befestigt
und werden durch einen Motor 43 gesteuert.
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Bezugnehmend
auf die Optik der Einrichtung R trägt die ringförmige Platte 26 an
ihrer oberen Oberfläche
einen Polygon-Multifacetten-Spiegel 38, wie in den 3, 4 und 5 gezeigt.
Der Spiegel 38 ist um seine eigene vertikale Achse drehbar.
Ein Ring 45 von Fotodetektor-Arrays 40 ist an
der oberen Oberfläche der
Abtastkammer 22 angeordnet und umläuft den Pfad, der von dem Spiegel 38 zurückgelegt
wird, wenn er sich entlang des orbitalförmigen Pfades bewegt, der durch
die Umdrehung der Platte 26 erzeugt wird. Die Arrays 40 sind
befestigt und stationär
angeordnet in bezug zu der Abtastkammer 22. Der Ring 45 ist
vorzugsweise konzentrisch zu der orbitalen Bahn des Spiegels 38.
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Die
Schrittmotoren 39 werden verwendet, um die Schrauben 34 zu
drehen, um die Abtastkammer 22 nach jeder kompletten orbitalen
Bewegung des Polygon-Spiegels 38 durch sukzessive Zunahme
oder in dünnen
Schichten vertikal abwärts
zu bewegen, um sukzessive die exponierten Abschnitte der Brust des
Patienten der gepulsten Laserstrahlung auszusetzen, bis die gesamte
Brust bestrahlt wurde.
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Die
Laser 23 und 21, die die Strahlung für das Abtasten
der Brust liefern, können
in der Verkleidung 18 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt.
Das kohärente
gepulste Licht von den Festkörperlasern
wird von den Lasern auf den Polygon-Multifacetten-Spiegel 38 durch
Mittel wie eine Reihe von Spiegeln und Prismen gelenkt. Der drehende
Polygon-Spiegel 38 erhält
die Laserstrahlintensität,
aber verursacht keine Divergenz des Strahls und hält die kontrollierte
Ausrichtung zwischen dem projizierten Laserstrahl und dem jeweiligen.
Detektor 62 aufrecht. Ein Spiegel 46 richtet den
ankommenden Laserstrahl 44 auf einen Spiegel 48,
der den Strahl zu einem Stapel von keilförmigen Prismen 50 lenkt,
die den Strahl an einem Winkel drehen und ihn durch eine Öffnung 52 in
der orbitalförmigen
Platte 26 richten. Zwei zusätzliche Spiegel 54 und 56,
die an der Platte 26 befestigt sind, lenken den Strahl
zu dem drehenden Polygon-Spiegel 38 um, der einen fächerförmigen Strahl 55 für jede Umlaufposition
des Spiegels 38 erzeugt, wie in den 4 und 5 gezeigt.
Ein Gestell 35 wird von der Platte 26 getragen
und trägt
die Kantenprismen 50. Das Gestell 35 rotiert mit
der Platte 26, so daß die
Kantenprismen 50 immer auf die gleiche Art in bezug zu
der Platte 26 ausgerichtet sind, wenn sie rotieren.
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Bezugnehmend
auf 3B wird die Drehgeschwindigkeit des Multifacetten-Spiegels 38 verwendet, um
den fächerförmigen Laserstrahl
zu erzeugen, der durch Systemelektroniken 55 kontrolliert
wird und auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten wird. Eine
hohle Gleitring-Baugruppe 53 wird verwendet, um die Elektroniksignale
dem Polygon-Antriebsmotorcontroller 55 zuzuführen. Während der
Polygon-Spiegel 38 im Inneren des Gehäuses rotiert, wird die ganze
Spiegel-Baugruppe um die Umlaufbahn im Inneren des Rings der Detektor-Arrays 40 gedreht.
Die Umlaufgeschwindigkeit der Polygon-Spiegel-Baugruppe (nicht die
Geschwindigkeit der Umdrehung des Spiegels selbst) wird durch den
Antriebsmotor 32 kontrolliert und seinen Motorcontroller.
Die orbitale Position der Polygon-Spiegel-Baugruppe wird durch die
Verwendung eines Heim-Detektor 57 und eines Dreh-Encoders
des Antriebsmotors 32 bestimmt. Der Heim-Encoder stellt
einen starren Referenzpunkt zur Verfügung, der in Verbindung mit
dem Dreh-Encoder verwendet wird, um die Position der Polygon-Baugruppe 38 zu
bestimmen. Daher sind für
jeden Ort an der Umlaufbahn der Polygon-Baugruppe 38 die Detektoren 62 in
dem Detektor-Ring, die durch den fächerförmigen Laserstrahl 55 bestrichen
werden, bestimmt.
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Femtosekundenlange
Impulse (annäherungsweise
106 fs Dauer) Nah-Infrarot-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen
800 bis 900 Nanometer (nm) werden von dem Ti:Saphir-phasengesteuerten
Laser 23 produziert. Die durchschnittliche Laserleistung
beträgt
750 Milliwatt (mw) mit einer Wiederholungsrate von annäherungsweise
76,5 Megahertz (MHz). Die Energie, die in jedem Laserimpuls enthalten
ist, beträgt
annäherungsweise
9,9 Nanojoules (nj) und die Impulsenergie beträgt 67 Kilowatt (kw). Der Ti:Saphirlaser 23 wird durch
einen 7 Watt Argonlaser 21 unter Verwendung aller Spektrallinien
angeregt.
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Durch
Drehen des Polygon-Spiegels 38 mit hoher Geschwindigkeit,
z.B. in der Größenordnung
von 6000 Umdrehungen pro Minute, wird der fächerförmig geformte Strahl 55 erzeugt,
und die Weite des Fächers ist
derart, daß annäherungsweise
25% des Fotodioden-Detektor-Arrays 40 an
jeder indizierten Drehposition der Platte 26 beleuchtet
werden. Vorzugsweise ist der Spiegel 38 an 4000 Positionen
um den 360-Grad-Kreis indiziert. Dieses Abtastmuster wird dann in
verschiedenen vertikalen, niedrigeren Positionen sukzessive oder in
dünnen
Scheiben wiederholt, bis die Abtastkammer von dem Antriebsmotor 39 nach
unten indiziert abgesenkt ist.
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Die
Laserstrahl-Detektor-Arrays 40 sind in den Ring 45 an
der oberen Oberfläche
der Abtastkammer 22 und um die herabhängende Brust angeordnet, wie
in 3 4 und 5 gezeigt.
Jedes Array 40 umfaßt
eine Anzahl von Avalanche-Fotodioden 62, wie in 7 gezeigt.
Die Anzahl der Fotodioden 62 gibt die Anzahl der fächerförmigen Laserstrahlprojektionen
vor, die erfaßt
werden können,
wenn der fächerförmige Laserstrahl 55 über die
Brust schwenkt.
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Die
Detektoren 62 von jedem Array 40 sind auf einem
Substrat 64 angeordnet. Die Arrays 40 sind als Band
eines Kreises um die orbitalförmige
Platte 26 angeordnet, wie in 4 gezeigt.
Jedes Array 40 hat 25 individuelle Avalanche-Fotodiodendetektoren 62.
Es sind 24 Detektor-Arrays 40, die einen Ring von Laserstrahldetektoren
bilden, die 600 Avalanche-Fotodiodendetektoren bereitstellen.
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Jede
der Fotodioden 62 ist mit einem Detektorschaltkreis 39 verbunden,
wie in 8A gezeigt. Die Avalanche-Fotodioden 62 sind
umgekehrt gebiased, um eine Verstärkung des detektierten Signals
zu bewirken. Jeder umgekehrt gebiaste Detektor 62 wird
als Stromquelle verwendet, wobei die bereitgestellte Stromstärke eine
Funktion der Anzahl der Photonen 66 des Laserlichts ist,
die auf jeden Detektor 62 auftreffen. Die Anzahl der Photonen,
die jeden Detektor 62 erreichen, bilden einen großen dynamischen
Bereich von ungeschwächt,
wenn die Photonen nicht durch das Brustgewebe blockiert werden,
bis zu signifikanter Schwächung, wenn
die Photonen durch und eventuell aus der Brust heraustreten. Ein
strombegrenzender Widerstand 68 wird verwendet, um die
Stromstärke
zu kontrollieren, die durch den Detektor 62 fließen kann
und dadurch einen übergroßen Stromfluß verhindert,
wenn der Laserstrahl unbeachtlich ist, was den Detektor 62 sonst
zerstören
könnte.
Ein Entkopplungskondensator 70 geeigneter Größe wird
verwendet, um Ladung zu speichern, um die für den Detektor 62 erforderliche
Energie bereitzustellen, der auf eine schnelle steigende Folge von Impulsen
der Photonintensität
antwortet.
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Der
an jedem Detektor 62 bereitgestellte Strom wird an jedem
Array 40 ein- oder ausgeschaltet an einen Operationsverstärkerschaltkreis 72 oder
einen elektronischen Integrator 73, wie in den 8A und 8B gezeigt.
Der Operationsverstärkerschaltkreis 72 wird
als Stromspannungswandler verwendet, um eine direkte Stromspannung
am Ausgang 74 bereitzustellen, die proportional zu dem
Eingangsstrom ist, die an jedem Detektor 62 bereitgestellt
ist. Daher kann eine DC-Spannung erzeugt werden, um die Intensität des auf den
einzelnen Detektor 62 auftreffenden Laserstrahls wiederzugeben.
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Eine
schnelle Schottky-Diode 76 bildet einen Schalter für jeden
Detektor 62. Die Schottky-Diode 76 wird ein- oder
ausgeschaltet durch Leitung des Halteschaltkreises und wird untenstehend
beschrieben, wobei sie am Punkt 77 verbunden ist.
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Der
Detektorschaltkreis 69 und verschiedene Kontrollschaltkreise,
die erforderlich sind, um das Ausgangssignal jedes Detektors 62 zu
kontrollieren, sind als Detektorelektronik 82 bezeichnet,
wie in 9 gezeigt. Der Ausgang dieser Detektorelektronik 82 wird
einem Multiplexer 84 zugeführt, wobei der Ausgang einem
Analog/Digitalkonverter 86 zugeführt wird. Der Ausgang des Konverters 86 wird
dann einem Computer 88 zugeführt. Die von der Detektorelektronik 82 aufgenommenen
Daten werden von dem Computer 88 verwendet, um ein Bild
der abgetasteten Brust durch Rekonstruktionsalgorithmen zu bilden,
die unten beschrieben werden und aus der Computertomographietheorie
abgeleitet sind. Die digitalisierten Scheibendaten werden zu einem
Bild durch den Computer 88 unter Verwendung von Rekonstruk tionsalgorithmen
gewandelt, das dann an einem Monitor 90 in Monochrom oder
Pseudo-Color wiedergegeben wird. Die unaufbereiteten Scheibendaten
und Bilddaten können
auf einer Festplatte 92 oder in einem anderen Speichermedium,
unter Verwendung eines Diskettenlaufwerkes 94, eines Bandlaufwerkes 96 oder
eine CD-ROM-Laufwerkes 98 gespeichert werden.
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Bezugnehmend
auf 10, umfassen die Detektorelektronik 82 Detektorschaltkreise 69,
die von einem Halte- und Zeitgatterschaltkreis 102 kontrolliert
werden, der durch einen Haltekontrollschaltkreis 104 kontrolliert
wird. Der Haltekontrollschaltkreis 104 wird durch den Computer 88 und
einen Impulsaufnahme-Schaltkreis 106 synchronisiert zu
den Ausgangsimpulsen des phasengesteuerten Ti:Saphirlasers 23.
Nur die Anstiegskantenkomponente der Detektorantwortkurve der von
dem fächerförmigen Laserstrahl 55 stimulierten Detektoren,
die durch die Brust durchdringen, werden von dem elektronischen
Integrator 72 oder einem Operationsverstärker mit
dem Detektorschaltkreis 69 aufgezeichnet, wie untenstehend
beschrieben. Diese Technik erlaubt die Auswahl nur weniger, bestimmter
Photonen und ist bedeutsam für
die wirksame Arbeitsweise der Einrichtung R.
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Es
sind zwei Halte- und Zeitgatterschaltkreise 102 für jedes
Detektor-Array 40 vorgesehen, wobei jeder Detektor 62 in
einem Detektorschaltkreis 100 enthalten ist.
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Ein
Multiplexer-Schaltkreis 108 ist für jedes Detektor-Array 40 vorgesehen.
Jedes Detektor-Array hat 25 Fotodiodendetektoren 62. Der
Ausgang von jedem Multiplexer-Schaltkreis 108 ist zu einem
Multiplexer-Schaltkreis 110 zugeführt. Jeder Multiplexer-Schaltkreis 108 wird
verwendet, um die Detektorausgangssignale auszu wählen, die zu der orbitalen
Position des drehenden Polygon-Spiegels 38 passen. Die
Detektorausgänge
von dem Multiplexer-Schaltkreis 110 werden durch den Analog/Digital-Konverter 86 zu
einem 12-Bit-Digitalwort umgewandelt. Der digitale Wert jeder Detektorausgangsspannung
wird für
jede Orbitalposition des drehenden Spiegels 38 abgespeichert.
Ein Pufferschaltkreis 112 ist zwischen den Multiplexer-Schaltkreisen 108 und 110 zwischengeschaltet.
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Bezugnehmend
auf 11 werden Daten bei jeder Vertikal- oder Scheibenposition
der Abtastkammer 22 an 4000 Positionen des Polygon-Spiegels 38 auf
seiner Umlaufbahn um die Brust aufgenommen, wenn die orbitalförmige Platte 26 zu
jeder dieser 4000 Positionen rotiert, allgemein gekennzeichnet durch
den Pfeil 114. Ein Kreis wird dann von der Umlaufbahn des
Polygonspiegels 38 gezeichnet. Der Kreis der Detektor-Arrays 40 bleibt
fixiert an seinem Ort, während
der Spiegel 38 um seine eigene Achse rotiert, generell
gekennzeichnet durch den Pfeil 116, und wird um die Brust
der Patientin gedreht. Der Spiegel 38 ist in einer seiner
4000 Positionen in 11 gezeigt. In jeder der 4000
Positionen wird durch die Drehung des Polygon-Spiegels 38 der Laserstrahl über ein
Sichtfeld 118 geschwenkt, das einen Abtastdurchmesser 120 umfaßt, in dem
die Brust angeordnet sein muß.
Das Sichtfeld 118 umfaßt
ein Viertel oder 150 der Detektoren 62. Praktisch wird
eine Über-Abtastung,
die 152 oder mehr Detektoren für
jede Umlaufposition umfaßt,
für eine
verbesserte Datenerfassung verwendet.
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Der
Computer 88 synchronisiert die Rotation des Polygon-Spiegels 38,
die Auswahl der spezifischen Detektoren 62 durch die Multiplexer-Schaltkreise 108 und 110,
und des Analog/Digital-Konverters 86 Umwandlungs kreises,
um die Laserstrahlintensität
bei jedem angestrahlten Detektor 62 zu messen. Durch diesen
Prozeß wird
an jeder der 4000 Positionen in einem Umlauf des Spiegels 38 der
Ausgang der wenigstens 150 ausgewählten Detektoren 62 gemessen,
in ein digitales Format umgewandelt und als Teil der digitalisierten
Scheibendaten gespeichert. Die digitalisierten Scheibendaten enthalten
außerdem
Umcodierungsinformationen in bezug zu den 4000 Positionen, an welchen
Detektoren 62 gemessen wurden.
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Da
nur 600 Detektoren 62 und Daten von 4000 Positionen bei
jeder Vertikal- oder Scheibenposition der Abtastkammer 22 gesammelt
werden, ist eine Technik nötig,
um auszuwählen,
welche der 600 Detektorausgangssignale aufgezeichnet werden. Die
Multiplexer-Schaltkreise 108 und 110 werden verwendet,
um auszuwählen,
welchen der individuellen Detektoren 62 in jedem Detektor-Array 40 als
Teil der 150 oder mehr Detektoren für jede der 4000 Positionen
verwendet werden.
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Bezugnehmend
auf 4 sind für
die gezeigten Positionen des Spiegels 38 150 Detektoren
für die Messung
ausgewählt.
Das Verhältnis
zwischen den 4000 Positionen des Spiegels 38 und den 600
Detektoren ist 6,67. Aufgrund dieses Verhältnisses werden für 7 folgende
Positionen des Spiegels 38 die gleichen 150 Detektoren 62 für eine Messung
ausgewählt.
Für die
nächsten
7 Positionen des Spiegels 38 können 2 durch 151 der Detektoren 62 ausgewählt werden.
Die Schrittweite, mit der die Detektoren 62 durch den Analog/Digital-Konverter 86 ausgewertet
werden, wird durch einen Datensammelalgorithmus überwacht, der unten beschrieben
wird, und den Computer 88. Die genaue Beziehung zwischen
den Positionen des drehenden Spiegels 38 und dem spezifischen
Detektor 62 ist durch die mathematische Beziehung zwi schen
der Polygon-Spiegel-Befestigungsposition und dem fixierten Ring
der Detektor-Arrays 40 und dem individuellen Zählsystem
gegeben, das für
das Programm adaptiert ist.
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Die
aufgenommenen Daten für
jede vertikale Position des drehenden Spiegels 38 werden
als Scheiben-Daten bezeichnet. Diese Daten werden verwendet, um
ein Bild (14) der abgetasteten Brust durch
Rekonstruktionsalgorithmen zu erzeugen, die aus der Computertomographietheorie
abgeleitet wurden, wie untenstehend beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 12 wird nun der Aufnahmealgorithmus erläutert, der
in der Erfindung verwendet wird, um die Daten für jede Scheibe zu sammeln.
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Der
die Abtastung durchführende
Bediener plaziert die zu untersuchenden Patientin auf dem Abtasttisch 16,
wobei eine Brust durch die Öffnung 20 in
der Abtastkammer 22 herabhängt, wie in 2 gezeigt.
-
Wenn
der Bediener die Abtastung startet, werden verschiedene vorgegebene
Parameter in das Programm geladen. Die Drehgeschwindigkeit und die
Anzahl der Facetten des Spiegels 38 sind zwei Basiswerte. Die
Anzahl der Spiegelfacetten ist ein physikalischer Parameter, der
nicht einfach geändert
werden kann, ohne daß die
Polygon-Spiegel-Baugruppe gewechselt wird. Die Möglichkeit, die Drehgeschwindigkeit
bei Schritt 122 zu verändern,
ist in dem Fall gegeben, daß zukünftige Ereignisse
diesen Wechsel wünschenswert
machen und ein Wechsel der Geschwindkeit schnell erfolgen kann.
Die mögliche
Rotationsgeschwindigkeiten sind 6000, 8000, 10000 und 12000 Umdrehungen
pro Minute (n/min).
-
Die
Einrichtung R verwendet einen 12-Facetten-Spiegel 38 und eine Spiegeldrehgeschwindigkeit
von 6000 Umdrehungen pro Minute, oder 100 Umdrehungen pro Se kunde
(n/sek). Die Zeit, die eine Facette benötigt, um den auftreffenden
Laserstrahl durch einen Fächerstrahl 55 zu
bewegen, kann wie folgt berechnet werden:
Drehgeschwindkeit:
100 n/sek. 1 n = 1/100 n/sek. = 0,01 sek./n
-
Zeit
für 1 Facette: 0,1 sek./12 Facetten = 8,33 × 10–4 sek.
(833 μsek.)
-
Die
Möglichkeit,
den Polygonspiegel 38 mit einer anderen Anzahl von Facetten
auszuwechseln, wird erleichtert durch die Möglichkeit, die Fächerzeit
in Schritt 124 vorzugeben.
-
Da
eine Differenz zwischen der mechanischen Position, dem bestreichenden
Laserstrahl 55 und der elektronischen Position gegeben
ist, ist ein anderer Parameter, FACET DELAY, in Schritt 126 vorgebbar.
Dieser Parameter wird während
des Initialscanner-Setup etabliert und kann von einem Wert von 0
bis 833 μsek. reichen.
-
Der
Laserstrahlfächer
beschreibt einen Winkel (etwas mehr als 90°) der Detektoren 62.
Mit 600 Detektoren in einem Detektorring repräsentieren
90° ein
Viertel des Detektors 62 oder 150 Detektoren.
-
Da
die benachbarten Facetten des Polygon-Spiegels 38 nicht
eine scharfe Kante an der Linie des Übergangs bilden, aber durch
den Radius verbunden sind, ist eine größere Anzahl als Detektoren 62 vorgesehen
im Betrieb. Die Zeit, die der fächerförmige Laserstrahl über einen
Detektor schwenkt, (im folgenden Facet Dwell) wird wie folgt berechnet: 833 μsek./150
Detektoren = 5,6 μsek./Detektor.
-
Der
aktuelle Facet Dwell wird während
des Initialscanner-Setup bestimmt und in Schritt 128 eingeführt.
-
Idealerweise
sind alle Detektoren 62 wirksam. Je doch können in
einer Praxissituation bestimmte Detektoren 62 defekt sein.
Die Bedingung, die innerhalb bestimmter Grenzen toleriert werden
kann, solange die spezifische Position des defekten individuellen
Detektors bekannt ist, ist bekannt. Der defekte Detektor kann während eines
Qualitätskontrollabtast-Vorganges
identifiziert werden. Der defekte Detektor kann dann bei Schritt 130 ignoriert
werden.
-
Der
Rekonstruktionsalgorithmus, der nun beschrieben wird, erfordert
die Überabtastung
von einem ideal 90°-Fächer der
Detektoren 62. Die Größe der Überabtastung
wird während
des Initialscanner-Setup bestimmt und in Schritt 132 eingeführt.
-
Die
individuelle Verstärkung
der Detektoren 62 kann variieren, und diese Variation wird
für jeden
Rekonstruktionsalgorithmus angepaßt. Jedoch wird ein Gesamt-Verstärkungswert
während
des initialen Scanner-Setup
bestimmt, und dieser wird in Schritt 134 eingeführt.
-
Dem
Bediener ist es möglich,
bestimmte Informationen betreffend die spezielle Patientin, wie
beispielsweise Name etc, einzugeben, wie auch ausgewählte spezielle
Positionen, an denen eine Abtastung durchgeführt werden soll. Dies erlaubt
ein wiederholtes Abtasten einer speziellen Position ohne ein wiederholtes
Abtasten der gesamten Brust: Dieser Schritt ist allgemein mit 136 gekennzeichnet.
-
Nachdem
diese Parameter und Daten eingegeben sind, wird die Bedienperson
in Schritt 138 gefragt, ob die eingegebenen Informationen
korrekt sind. Wenn "ja" eingegeben wird,
beginnt die Abtastung.
-
Der
erste Schritt der Abtastung ist das Zurückfahren der Abtastkammer 22,
die den drehenden Spiegel 38 und den Ring von Detektor-Arrays
trägt,
zu einer Aus gangsposition, die eine maximale Höhenstellung ist, wie in 3A gezeigt.
Der Motorcontroller, die den Motor 39 steuert, sind zu
der Hochstellung geschaltet und verbleiben in diesem Modus, bis
die Ausgangspositionsschalter aktiviert sind. Dieser Schritt ist
allgemein mit Schritt 140 und 142 gekennzeichnet.
-
Nachdem
die Ausgangsposition erreicht wurde, überprüft der Computer bei Schritt 144,
ob der Laser eingeschaltet ist. Der Laser wird wieder gestartet
bei Schritt 146, wenn der Laser nicht eingeschaltet ist.
Die Drehung des Polygon-Spiegels 38 wird in Schritt 148 initiiert
und der Spiegel fährt
fort zu rotieren mit der in Schritt 122 vorgegebenen Geschwindigkeit.
-
Das
Programm fährt
fort und setzt die Multiplex-Schaltkreise 108 und 110,
um die Detektoren 62 auszuwählen, die den Schritt 150 als
Teil des Initialdatensammlungs-Fächers
verwendet werden. Da Daten an 4.000 individuellen Positionen in
der Umlaufbahn des Polygon-Spiegels 38 aufgenommen
werden und da nur 600 Detektoren vorgesehen sind, wird der ausgewählte Detektorsatz
für die
Datenaufnahme während
jedes Fächers
für die
Abtastgemoetrie bestimmt. Die unten stehende Tabelle illustriert
dieses Konzept, wobei die aktuelle Indentifikationsnummer für jeden
Detektor zu Erläuterungszwecken
vereinfacht wurde. Index = 4.000 Orbitalpositionen/600
Detektoren = 6,67 Fächer/Index
-
Das
bedeutet, daß für jede Position
oder Index des rotierenden Spiegels 38 und seinen Umlauf
um die Patientinnenbrust sieben Laserstrahlfächer erzeugt werden, wobei
jeder Fächer
von den gleichen 150 Detektoren aufgenommen wird.
-
In
der untenstehenden Tabelle sind die Detektoren 62, die
in dem Ring der Detektor-Arrays 40 angeordnet sind, mit
1, 2, 3, ... n ...600 gekennzeichnet.
-
-
Für jeden
Index oder Umlaufposition des drehenden Spiegels 38 beträgt die absolute
Detektoranzahl 62 in dem Fächer 150. Zum Beispiel
für die
Fächer-Nummer
1 ist die Anzahl der Detektoren (600 – 525) + 75 = 150. Für die Fächer-Nummer
3999 ist die Anzahl der Detektoren (600 – 496) + 46 = 150.
-
Nachdem
die Multiplex-Sequenz programmiert ist, beginnt der Fächerstrahl
in Schritt 152 umzulaufen, aber die Datenaufnahme beginnt
nicht, bis das Orbit- Flag-Signal
in Schritt 154 erfaßt
wurde. Das Orbit-Flag-Signal
identifiziert die mechanische Position in der Umlaufbahn, wobei
die Datenaufnahme über
die Multiplex-Sequenz der abgetasteten Detektoren beginnt. Der Status
für das
Orbit-Flag ist 0 (Umlauf fortfahren) oder 1 (initiieren einer Datenaufnahmesequenz).
Schritt 156 wird fortgeführt, bis das Orbit-Flag gleich
1 ist.
-
Die
vorgegebene Facet-Period und die Facet-Delay- Period werden in Schritt 158 und 160 abgewartet, nachdem
der erste Detektor 62 in dem Fächer ausgewählt wurde, um in Schritt 162 ausgelesen
zu werden. Jedoch wird vor dem aktuellen Auslesen in Schritt 164 die
Ignore-Detector-Table
ausgelesen. Wenn der jeweilige Detektor für das Auslesen akzeptiert wird,
wird der Abtastvorgang fortgesetzt. Wenn der jeweilige Detektor defekt
ist, wird die Detektoradresse zu dem nächsten Detektor in der Multiplex-Sequenz
in Schritt 168 inkrementiert.
-
Das
Abtasten wird weitergeführt
für die
Wait-Facet-Dwell
in Schritt 170. Die Daten werden in Schritt 172 in
eine jeweilige Position in dem Datensatz geschrieben. Die Anzahl
der abgetasteten Detektoren in diesem Kreis wird in Schritt 174 untersucht,
um zu bestimmen, ob der letzte Detektor in dem Fächer ausgelesen wurde. Wenn
der letzte Detektor ausgelesen wurde, wird in Schritt 176 der
Datensatz für
einen teilweisen Datensatz für
die Scheibe geschlossen, und das Programm bewegt sich zu der nächsten Scheibenposition.
Wenn der letzte Detektor nicht erfaßt wurde, dann wird die Detektorzahl
in Schritt 168 inkrementiert und die nächsten Fächerdaten aufgenommen. In Schritt 178 bewegt
das Programm sich zu der nächsten
Scheibenposition, nachdem in Schritt 164 der letzte Detektor
ausgelesen wurde.
-
Nachdem
der Scheibendatensatz geschlossen wurde, werden die Abtastkammer 22 mit
dem Polygon-Spiegel 30 und dem Ring von Detektor-Arrays 40 nach
unten zu der nächsten
Scheibenposition bewegt. Der Computer 88 überwacht
die Abwärtsbewegung:
Der Zustand der nächsten
Scheibenposition wird in Schritt 180 überwacht. Wenn die nächste Scheibenposition
erreicht ist, ist festgelegt, ob die nächste Scheibenposition das
Ende der Abtastposition in Schritt 182 ist. Der Computer 88 überwacht
die Scheibenposition und überprüft, um festzulegen,
ob der letzte Scheibendatensatz aufgezeichnet wurde. Wenn die Endscheibenposition
erfaßt ist,
dann ist dies das Ende der Brustabtastung. Wenn die Endscheibenposition
nicht erfaßt
ist, dann beginnt die nächste
Scheibendatenaufzeichnung in Schritt 150. Der Zyklus wiederholt
sich dann, bis Daten für
die Endscheibe aufgezeichnet wurden.
-
Bezugnehmend
auf 13 wird ein Rekonstruktionsalgorithmus offenbart,
der in der Erfindung verwendet wird. Der Rohdatensatz wird während des
Datenaufzeichnungsprozesses, wie in 12 offenbart, aufgenommen.
Die Rohdaten werden in Schritt 184 eingegeben, um Detektorfächer in
Schritt 186 zu erzeugen. Um Verstärkungs- und Offsetvariationen
für die
verschiedenen Detektoren zu korrigieren, werden Polynominal-Linearisierungs-Korrekturen
unter Verwendung der erhaltenen Information von der vorherigen Phantom-Abtastung
in Schritt 188 verwendet. Der Linearisierungsdatensatz
ist mit 190 gekennzeichnet.
-
Weil
ein potentieller Offset zwischen der elektronischen und der mechanischen
Mittelung gegeben ist, wird die Mittelungskorrektur in Schritt 192 für individuelle
Detektoren und Detektor-Arrays durchgeführt. Zentrierungsinformationen
sind von einer vorherigen Phantomabtastung, die allgemein mit r gekennzeichnet
ist, erhalten worden.
-
Die
Empfindlichkeit der individuellen Avalanche-Fotodioden 92 variiert, und
diese Variation muß bei der
Detektorempfindlichkeitskorrektur in Schritt 196 berücksichtigt
werden. Einstellungen der Empfindlichkeit werden unter Verwendung
der aufgenommenen Daten während
der ersten Phantomabtastung durchgeführt, die allgemein mit 198 bezeichnet
ist.
-
Eine
Cosinuskorrektur wird durchgeführt
aufgrund des Abfalls von jedem Detektorfächer im Schritt 200.
Andere Korrekturen für
Verstärkungskontrolle
und Anpassung werden ebenso hier durchgeführt. Jeder Detektorfächer ist
mit einem Kernfilter umgeben in Schritt 202, um den Datensatz
für eine
Rückprojektion
weiterzuverarbeiten.
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Der
Rückprojektionsschritt 204 projiziert
die Fächerdaten
in eine Bildmatrix mit einer 1/r2-Gewichtung, die
auf die Daten angewendet wird.
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Nachdem
die Daten in die Matrizen projiziert wurden, werden in Schritt 206 Korrekturen
für jedes
systematische Artefakt und rekonstruierte Dichtwerte durchgeführt. Die
Korrektur-Faktoren wurden bei vorherigen Phantomabtastungen in Schritt 208 aufgezeichnet.
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Nach
Vervollständigung
der Rekonstruktionsschritte wird ein Datensatz für das rekonstruierte Bild in Schritt 110 erzeugt
und zur sofortigen oder späteren
Wiedergabe abgespeichert.
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Ein
Beispiel eines von einem Scheibendatensatz einer Brust erzeugten
Bildes ist in 14 offenbart. Das äußere Band 212 ist
Rauschen. Das Brustgewebe 214 ist umgeben von einer Prothesis 216 für eine vergrößerte Brust.
-
Der
Halte- und Zeitgatterschaltkreis 102 wird im folgenden
detailliert beschrieben.
-
Bezugnehmend
auf 15 umfaßt
der Schaltkreis 102 einen Halteschaltkreis 194 und
einen Zeitgatterschalter 196. Der Halteschaltkreis 194 ist
vorgesehen, um den Operationsverstärker 72 (oder Integrator)
vor Spannungen zu bewahren, die oberhalb der sicheren Betriebsparameter
der Einrichtung liegen. Als Antwort auf die Stimulation durch den
Femtosekunden dauernden Laserpuls, generell mit 66 bezeichnet,
erzeugen die umgekehrt gebiasten Avalanche-Fotodioden 62 einen
positiven Stromstoß,
generell mit 198 bezeichnet. Die Größe dieses Impulses 198 kann
potentiell die Design-Parameter des Operationsverstärkers 72 übersteigen, der
verwendet wird, um eine Spannung in Antwort auf den Stromimpuls
zu erzeugen. Um vorteilhafterweise dieses zu verhindern, ist die
Diode 200 mit einem umgekehrten Bias von +0,8 VDC durch
eine +5 VDC-Versorgungsspannung 202 und zwei Widerstände 204 und 206 versehen.
Wenn die durch den Detektor 62 erzeugte Impulsamplitude über die
Bias-Spannung der
einen Diode (annäherungsweise
0,7 VDC) liegt, ist die Diode 200 vorwärts gerichtet mit einem Bias
versehen und schließt
jede weitere Zunahme der Signalamplitude kurz. Der Kurzschlußeffekt
hält wirksam
das Signalniveau an der Anode der Diode 76 auf einem Niveau
gemäß den Entwurfsparametern
des Operationsverstärkers 72.
-
Der
Zeitgatterschalter 196 wird durch Differential-Emitter-gekoppelte
Logik (ECL)-Signale gesteuert, die auf die Eingänge 208 und 210,
wie in 15 gezeigt, wirken. Wenn der
Transistor 220 eingeschaltet ist, verändert sich die an der Verbindung
der Widerstände 204 und 206 entwickelte
Spannung von einem positiven Niveau auf ein negatives Niveau. Die
negative Spannung biast die Diode 200 und umgekehrt biast
die Diode 76. Wenn die Diode 76 mit einem umgekehrten
Bias versehen ist, kann kein von dem Detektor 62 bereitgestellter
Strom den Operationsverstärker 72 erreichen.
Die Dioden und Transistoren, die in dieser Schaltanordnung verwendet
werden, sind vorteilhafterweise ausgewählt nach ihrer Fähigkeit,
mit hohen Geschwindigkeiten zu schalten. Die Wirkung des Schaltkreises 176 ist,
den Strom auszuschalten, der von dem Operationsverstärker 72 bei
hoher Geschwindigkeit bereitgestellt wird.
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Der
Laserimpulsaufnahmeschaltkreis 106 wird nun detaillierter
beschrieben.
-
Bezugnehmend
auf 16 wird das Auftreten eines Laserimpulses durch
eine Zunahme des fließenden
Stromes in den umgekehrt gebiasten Avalanche-Fotodioden 222 erfaßt. Eine
Folge von Laserimpulsen mit Femtosekundendauer ist in 18A offenbart. Die Antwortkurve der Avalanche-Fotodioden 222 und
die Verzögerung
des Scheitelwertes, der von dem Detektor 222 erzeugt wird,
sind in 18B gezeigt. Eine Wiedergabe
des Punktes der Anstiegskante des Avalanche-Fotodioden-Pulses wird
als Bezugspunkt für
einen Hochgeschwindigkeits-Signalkomparator, wie in 18C gezeigt, verwendet. Ein Widerstand 224 bewirkt
eine Strombegrenzung, um eine Beschädigung des Detektors 222 durch
hohe Ströme
zu verhindern, die als Antwort zu Laserimpulsen 66 erzeugt
werden. Eine Kapazität 226 ist
ein Entkopplungskondensator, der Energie bereitstellt, die über den
Widerstand 228 abgeleitet wird. Der durch den Widerstand 228 fließende Strom
erzeugt eine Spannung über
den Widerstand. Die Spannung ist direkt auf einen Komparatorschaltkreis 230 gekoppelt.
Ein Widerstand 232 wird verwendet, um den Schwellenwert
zu justieren, bei dem der Komparator 230 schaltet. Der
Ausgang des Komparators 230 ist mit einem Speicher 234 verbunden
und stellt ein ECL-Ausgangssignal zur Verfügung. Das ECL-Signal ist mit
dem Erscheinen von jedem Laserpuls synchronisiert. Der Ausgang des
Schaltkreises 106 ist in 18D gezeigt.
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Bezugnehmend
auf die 17A und 17B wird
der Haltekontrollschaltkreis 104 nun detailliert beschrieben.
Der Laserimpulsaufnahmeschaltkreis 106 wird verwendet,
um ein zusätzliches
Signal in Synchronisation mit jedem Laserimpuls zu erzeugen. Das
Signal wird verwendet, um den Zeitamplitudenkonverter 236 zu
starten. Die Zeit-Amplituden-Umwandlung wird zu geeigneter Zeit
durch ein Signal eines anderen Laseraufnahmeschaltkreises 106 gestartet.
Der Detektor 222 für
die beiden Laserimpulsaufnahmeschaltkreis 106 ist mit einem
geeigneten Abstand nahe dem Detektor-Array 40 angeordnet.
Die Ankunftszeit t2 durch den Gewebe umfassenden
Pfad wird während
der Suchabtastphase gemessen und zu einem Digitalwort umgewandelt
mit einem geeigneten Digitalwert, um die Speicheradresse zu kontrollieren,
an der der Zeitwert gespeichert ist. Während der Datenaufnahmephase
der Datenaufnahmesequenz wird die Speicheradressekontrolle 241 verwendet,
um einen Wert von der Look-up-Tabelle 250 auszuwählen. Die
Look-up-Tabelle 250 stellt einen Wert für einen Addition/Substraktionsschaltkreis 243 bereit.
Zu geeigneter Zeit wird der digitale Zeitwert t2 aus
dem Speicher 240 gelesen und durch den von der Look-up-Tabelle 250 bereitgestellten
Wert modifiziert. Die Netzwirkung ist, den aus dem Speicher ausgelesenen
Wert t2 zu verwenden, Subtrahieren oder
Addieren eines wertes hierzu, um ein neues digitales Wort zu produzieren,
das einem Komparator 246 bereitgestellt wird. Der andere
Eingang des Komparators 246 ist ein digitaler Zeitwert,
der von dem Analog-Digital-Konverter 236 produziert wird,
und durch das Wort B repäsentiert
ist. Wenn die Bedingung A=B gegeben ist, stellt der Komparator 246 einen
digitalen Ausgang zu dem Digi tal/Analog-Feinverzögerungsschaltkreis 248 bereit.
Bei der Bedingung A=B beginnt das Meßintervall für die Anstiegskante
der Detektorantwortkurve, wie in 17B gezeigt. Die
analoge Feinverzögerung
bestimmt die Zeitdauer, während
der die Anstiegskante der Detektorantwortkurve gemessen werden kann.
Am Ende dieses analogen Verzögerungsintervalls
wird ein Digitalsignal erzeugt, das das Meßintervall stoppt. Die Look-up-Tabelle 250 erzeugt
ein Signal, das die Feinverzögerung
kontrolliert. Die Datenaufnahmesequenz läuft weiter für das vorstehend
diskutierte 5,3-μsek.-Intervall.
Die oben genannte Sequenz fährt
fort, bis der Fächerstrahl über die
Brust streicht.
-
Ein
Ausgangsspeicher 252 erzeugt ein ECL-Ausgangssignal wie
ein Zeitgatter-Kontrollsignal. Der Ausgang des Speichers 252 ist
mit den Schaltkreisen 102 an 208 und 210 verbunden,
wie in 15 gezeigt.
-
Unter
Verwendung des Flugzeit-Ansatzes wird die Abstimmung der Datenaufnahmen
automatisch zu den Laserimpulsen synchronisiert, die an jeder der
Fächerpositionen
in die Brust einstrahlen. Andere Ansätze wie Laseröffnung durch
einen optischen Kerr-Shutter oder variable optische Verzögerungslinien
sind nicht praktisch für
eine gegebene Anzahl von Messungen, die innerhalb einer Sekunde
erfolgen sollen.
-
Der
Laser 23 erzeugt Impulse nahe infraroter Energie mit einer
relativ fixen Wiederholungsrate. Die Laserimpulse pflanzen sich
mit Lichtgeschwindigkeit in Luft fort, einer Konstante. Die benötigte Zeit
für einen Impuls,
um eine gegebene Entfernung zu durchqueren, wird wie folgt kaluliert: Zeit = Distanz/Lichtgeschwindigkeit
-
Daher
kann für
bekannte Distanzen die erforderliche Zeit für einen Impuls einfach berechnet
werden, die zum Durchqueren einer Distanz erforderlich ist.
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Die
Antwort der Fotodioden-Detektoren zu den Laserimpulsen ist in 19 offenbart.
Zu beachten ist die Verzögerung
in der Antwort des Detektors auf die Laserstimulierung.
-
Die
Antwort der Fotodioden auf eine Impulsfolge in einem Medium ist
in 20 offenbart. Zu beachten ist die Fortpflanzungsverzögerung aufgrund
des relativen Brechungsindex' des
Gewebes.
-
Das
Verhältnis
von Lichtgeschwindigkeit in Luft im Vergleich zu der Lichtgeschwindigkeit
in einem Medium wird als relativer Brechungsindex bezeichnet und
wie folgt berechnet: Relativer Brechungsindex
= Lichtgeschwindigkeit in Luft/Lichtgeschwindigkeit in Medium
-
Das
Flugzeit-Meßkriterium
muß die
Lichtgeschwindigkeit in Luft, die Lichtgeschwindigkeit in einem komplexen
Medium menschlichen Gewebes und die Dicke des Mediums berücksichtigen.
-
Der
Impulsaufnahmeschaltkreis 106 ist in einer Position, wo
er einen Teil von den Ti:Saphirlaser 23 produzierten Photonen
abfängt.
Der Impulsaufnahmeschaltkreis 106 erzeugt eine reguläre Folge
von Impulsen, basierend auf der Komparatorschaltschwelle, wie in 18D gezeigt.
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Der
Abstand zwischen individuellen Komponenten in dem Pfad des Laserstrahls
sind bekannt und fixiert, wie in 21 gezeigt.
Deshalb ist die erforderliche Zeit für einen individuellen Impuls
um eine fixierte Distanz zwischen individuellen Komponenten, für die zur
Positionierung des Laserstrahls verwendeten Spiegel leicht bestimmbar.
Daher kann die Ankunftszeit eines indivuduellen Impulses an einer
ausgewählten
Position akkurat vorhergesagt werden. Die Ankunftszeit für einen
Luft schuß,
d.h. nichts zwischen dem Polygon-Spiegel 38 und und dem
Detektor 62, ist bekannt, wie in 21 gezeigt.
-
Die
erforderliche Zeit, um die Pfadlänge
in Luft zu durchlaufen, berechnet sich wie folgt: Zeitin Luft = Pfadlängein Luft/Lichtgeschwindigkeitin Luft
-
Die
Ankunftszeit, wenn das Medium Luft ist und die Ankunftszeit, wenn
das Medium humanes Gewebe ist, kann gemessen werden. Die Differenz
zwischen diesen beiden Ankunftszeiten und der Pfadlänge in menschlichem
Gewebe kann verwendet werden, um die relative Lichtgeschwindigkeit
in menschlichem Gewebe wie untenstehend gezeigt zu bestimmen: Lichtgeschwindigkeitin menschlichem
Gewebe = Pfadlängein menschlichem Gewebe/Δtwobei Δt = tin menschlichem Gewebe – tin Luft
-
Die
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in menschlichem Gewebe erlaubt
Zeitabtastung des Abschnitts der Avalanche-Fotodiodenimpulsantwort,
deren Messung gewünscht
ist und für
die Bildrekonstruktion verwendet wird.
-
Die
ersten wenigen Impulse der Laserenergie-Photonen, die das menschliche
Gewebe durchlaufen haben, werden bei der Suchphase der Datenaufnahme
erfaßt.
Der Zeitunterschied zwischen der erwarteten Ankunft der Photonen,
wie durch die vorher laufende Kalibrierung bestimmt, und der aktuellen
Ankunftszeit der Photonen ist bestimmt. Zum Beispiel, Gemessene
Ankunftszeit – Erwartete
Ankunftszeit = Δt t2 – t1 = Δt
-
ΔT wird verwendet,
um zu bestimmen, wann die Messung mit den Impulsen der Detektorantwortkurve beginnt,
die nach der Suchphase auftreten. Eine Look-up-Tabelle oder ein ähnliches
Verfahren wird verwendet, um auszuwählen, wann die Detektormessung
anfängt,
z.B. kurz vor t1 + Δt, bei Δt oder Δt + t3,
wobei t3 als Systemkalibrierungswert bestimmt
ist.
-
Die
zweite Phase der Datenaufnahme ist die Überwachung der Zeitdauer der
gemessenen steigenden Kante der Detektorantwortkurve, und die Anzahl
der für
jede Messung verwendeten Laserimpulse. Der Startpunkt und der Endpunkt
des Meßintervalls
beeinflußt
direkt die Kontrastauflösung
des resultierenden rekonstruierten Bildes. Aufgrund der physikalischen
Variabilität
der optischen und mechanischen Charakteristiken der Einrichtung
sind die Anfangs- und Endpunkte des Meßintervalls während der
Kalibrierung bestimmt worden. Ein Verfahren ist für die Feinjustage
der Weite des Meßintervalls
bereitgestellt.
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In
einer zweiten Abtastung wird die Datenaufnahmeabtastung durchgeführt. Während dieser
Abtastung wird der Zeitgatterkontrollfaktor verwendet, um den ECL-Schaltkreis 104 zu
kontrollieren, der den Zeitgatterschalter 196 und Schaltkreis 102 aktiviert.
So wird für
jede Projektion des Laserstrahls nur ein ausgewählter Abschnitt der jeweiligen
Avalanche-Fotodioden-Impuls-Antworten
aufgenommen und als Daten für
die Bildrekonstruktion verwendet.
-
Eine
andere Ausführungsform
der Tragstruktur 254 zur Stützung der orbitalförmigen Platte 26 und
des Polygon-Spiegels 38 ist in 22 offenbart.
Die Tragstruktur 254 umfaßt vier fixierte, mit Gewinde
versehene Stangen 256, die quer durch entsprechende Ecken
einer quadratischen oder rechteckigen Platte 258 verlaufen.
Jede mit Gewinde versehene Stange 256 wird in einer Position
durch ein Gewindestangen-Halteklammern 260 gehalten, die
am vertikalen Seitenelement 262 der U-förmigen
Baugruppe 264, wie in 23 gezeigt,
einge fügt
sind. Die U-förmige
Baugruppe 264 erhält
vorteilhafterweise die Trennung zwischen den Gewindestangen-Halteklammern 260 und
der vertikalen Ausrichtung der mit Gewinde versehenen Stangen 256 aufrecht. Jede
mit Gewinde versehene Stange 256 hat einen Zahnkranz 266 oder
eine Rolle mit einem mit Gewinde versehenen Loch in der Mitte. Die
Steigung der mit Gewinde versehenen Stange und des Zahnkranzes ist gleich,
so daß die
Drehung des Zahnkranzes 266 eine Auf- oder Abbewegung der
mit Gewinde versehenen Stange 256 verursacht. Die einzelnen
Zahnkränze 266 sind
durch eine kontinuierliche Antriebskette 268 oder einen
Gurt verbunden.
-
Die
kontinierliche Antriebskette 268 ist ebenfalls mit dem
Zahnkranz 270 (oder Rad) durch den Motor 272 verbunden.
Drehung der äußeren Welle 274 des
Antriebsmotors 272 dreht den Zahnkranz 270 und
treibt die Kette 268 in die Richtung der Rotation an. Die
kontinuierliche Bewegung dreht vorteilhafterweise synchron die einzelnen
Zahnkränze 266 auf
jeder mit Gewinde versehenen Stange 256. In Abhängigkeit
von der Steigung der Gewinde und der Drehrichtung werden alle vier
Zahnkränze 266 und 270 abwärts oder
aufwärts
angetrieben.
-
Die
Platte 258 ist an der Spitze der oberen Oberfläche von
jedem der vier Zahnkränze 266 angeordnet. Eine
Befestigungsplatte 276 für den Antriebsmotor 272 ist
an der Unterseite der Platte 258 angefügt, wie in 22 gezeigt.
Diese Anordnung bewirkt eine konstante Position des Antriebsmotors 272 in
bezug zur sich bewegenden Platte 258, was die Ausrichtung
des ganzen Antriebssystems aufrechterhält.
-
Die
Tragstruktur 254 bietet verschiedene Vorteile. Wenn die
Kette 268 reißt,
wird der Aufwärts-
oder Abwärtsantrieb
vorteilhafterweise von allen Antriebszahnkränzen 266 entfernt.
Die fixierten, mit Gewinde verse henen Stangen 256 wirken
als lineare Stützen
für eine
Aufwärts-
oder Abwärtsbewegung
und eliminieren daher das Bedürfnis
nach vertikalen Positionshilfsstützen.
Ferner stellt die Stützstruktur 254 die
letzte Grenze der Gesamthöhe
für die
Kompaktheit dar.
-
Die
Platte 258 hat eine Öffnung 278.
Die Kante der Öffnung 278 hat
einen einwärts
gerichteten Flansch oder Schritt 228, der ausgebildet ist,
um eine äußere Bahn 282 der
Tragbaugruppe 284 aufzunehmen und zu tragen. Eine orbitalförmige Platte 286 ist
in Preß-Fassung
in die Öffnung
eingebracht, die durch die äußere Bahn 288 der
Stützbaugruppe 284 bestimmt
wird, wie in 24 gezeigt. Ein Rückhaltering 290 sichert
die orbitalförmige
Platte 286 an der inneren Bahn 288. Ein Rückhaltering 292 sichert
die äußere Bahn 282 der
Platte 258, wie in 24 gezeigt.
-
Die
orbitalförmige
Platte 286 ist mit einem Außenzahnring 294 versehen,
der mit einem Antriebsrad 296 in Eingriff steht, das durch
einen Orbit-Antriebsmotor 298 angetrieben wird. Der Antriebsmotor 298 ist durch
konventionelle Mittel an der Unterseite der Tragplatte 258 gesichert.
Drehung der äußeren Welle 300 des
Orbital-Antriebsmotors 298 erzeugt
die entgegengesetzte Drehung der Tragplatte 286. Die Drehgeschwindigkeit
der Tragplatte 286 ist eine Funktion des Verhältnisses
der Anzahl der Zähne
des Ringzahnrades 294 und der Anzahl der Zähne des
Antriebsrades 296 und der Drehgeschwindigkeit des Orbital-Antriebsmotors 298.
-
Es
versteht sich von selbst, daß das
Stützen
der orbitalförmige
Platte 286 mit der Stützbaugruppe 284 vorteilhafterweise
das einfachste Verfahren zur Aufrechterhaltung der Konzentrizität zwischen
der Orbitalförmige
Platte 286 und den Detektor-Arrays 40 darstellt,
die an der Platte 258. befestigt sind. Ferner ist der erforderliche
vertikale Raumbedarf minimal.
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Die
mit der orbitalförmigen
Platte 286 assoziierte optische Anordnung ist in 25 offenbart.
Ein Befestigungskörper 302 ist
an der Unterseite der orbitalförmigen
Platte 286 befestigt und rotiert damit. Der Befestigungskörper 302 hat
eine zentrale Öffnung 304,
durch die der Laserstrahl in den Körper 302 eintritt.
Drehspiegel 308 und 310, die innerhalb des Körpers 302 angeordnet
sind, sind ausgebildet, um den vertikalen Laserstrahl 306 zu
einem horizontalen Laserstrahl zu drehen, nachdem er von dem Spiegel 308 reflektiert
wurde und dann zu einem vertikalen Strahl, nachdem er von dem Spiegel 310 reflektiert
wurde, und durch die Öffnung 312 in
der orbitalförmigen
Platte 286 austritt. Ein Drehspiegel 314 verändert den
vertikalen Laserstrahl zu einem horizontalen Strahl und richtet
ihn auf den drehenden Polygon-Spiegel 38, von dem ein Fächerstrahl 316 erzeugt
wird. Ein Drehspiegel 318 dreht den horizontal eintretenden
Laserstrahl vertikal in den Körper 302 durch
die Öffnung 304.
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Es
versteht sich von selbst, daß die
Drehspiegel 308, 310 und 314 in bezug
zu der orbitalförmigen
Platte 286 fix sind und dadurch mit der orbitalförmigen Platte 286 derart
drehen, daß der
Laserstrahl immer in der richtigen Richtung orientiert ist, wenn
er den drehenden Polygon-Spiegel 38 trifft.
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Photonen,
die durch das Gewebe dringen, folgen im wesentlichen drei Pfaden.
Wenn ein Photonenstrahl auf das Gewebe gerichtet ist, wird die Vorwärtsrichtung
des Photons geändert – der Strahl
wird abgelenkt durch die Atome und Moleküle in dem Gewebe. Bezugnehmend
auf 26A erfährt das erste, in das Gewebe 320 eindringende
Photon, eine starke vorwärts
gerichtete Ablenkung und verläßt das Gewebe
nach der minimalsten Zeit, die zum Durchqueren des Gewebes erforderlich
ist. Diese Photonen werden als ballistische oder früh ankommende
Photonen 322 bezeichnet. Da diese Photonen im wesentlichen
entlang einer geraden Linie sich durch das Gewebe bewegen, stellt
der Unterschied in der Absorption dieser Photonen die beste räumliche Auflösung dar,
z.B. wahre Repräsentation
der Gebiete mit Änderungen
der Absorption in den Bahnen dieser Photonen. Das vom ballistischen
Photon 322 erzeugte Signal ist auf der Anstiegskante der
Detektorantwortkurve, wie in 26B gezeigt.
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Die
Photonen, die das Gewebe nach den ballistischen Photonen verlassen
haben, sind einem längeren
Pfad während
des Durchquerens des Gewebes gefolgt, und dieser Pfad ist weniger
geradlinig, als der, der von den früh ankommenden ballistischen
Photonen verfolgt wurde. Diese spät ankommenden Photonen werden
schlangenartige Photonen 324 genannt, wie in 26A gezeigt. Diese Photonen können als signaldegradiert angesehen
werden, die zu einer reduzierten räumlichen Auflösung führen, und
das Signal, das sie erzeugen, erscheint später auf der Detektorantwortkurve
als das der balistischen Photonenkomponente, wie in 26B gezeigt.
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Die
Photonen, die später
als die schlangenartigen Photonen austreten, sind einem diffusen
Pfad gefolgt und verlassen das Gewebe an vielen Stellen. Diese Photonen
werden als diffuse Photonen 226 bezeichnet und bilden die
letzte Komponente der Detektorantwortkurve, wie in 26B gezeigt. Diese Photonen degradieren schwer
die räumliche
Auflösung
und werden als Rauschen eingestuft.
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Wenn
die gesamte Detektorantwort von allen Photonen (ballistisch, schlangenähnlich und
diffus) verwen det wird, ist die Möglichkeit, geringe Differenzen
im Gewebe zu erfassen, schwer kompromittiert. Nur der Teil der Detektorantwortkurve,
der von ballistischen Photanen erzeugt wird, wird für die Datenaufzeichnung aufgenommen,
wie in 26B gezeigt. Die Technik, die
verwendet wird, um die frühen
Anteile der Photonenankunftsantwortkurve, wie in 26B gezeigt, auszuwählen, wird Zeitabtastung genannt,
implementiert durch die Schaltkreise 102 und 104 (15 und 17). Da der Abstand vom Drehspiegel 38 zu
jedem Fotodetektor 62 bekannt ist, ist jede Änderung
in der benötigten
Zeit für
die Photonen, um die Detektoren zu erreichen, eine Repräsentation
der erforderlichen Zeit, um einen Abschnitt der Bahn zu durchlaufen,
z.B. des Gewebes. Bezugnehmend auf 27A ist
die Ankunftszeit für
jeden auf jeden Detektor in dem Ring 45 auftreffenden Laserimpuls
durch den bekannten Abstand und die Lichtgeschwindigkeit bestimmt.
Eine Look-up-Tabelle wird aus diesem Freiraum-Flugzeiten-Daten erzeugt.
Die Pfeile in 27A und 27B repräsentieren
die Ankunftszeit von jedem Laserimpuls. Wenn ein Gewebe 328 in
den Abtastdurchmesser 120 eingefügt ist, ist die Ankunftszeit
für jeden
durch das Gewebe dringenden Laserstrahl verzögert, wobei der Betrag der
Verzögerung von
der Pfadlänge
durch das Gewebe abhängt,
wie in 27B gezeigt, wobei zum Zwecke
der Vereinfachung angenommen ist, daß die Geschwindigkeit der durch
das Gewebe durchlaufenden Laserimpulse konstant ist. Die Ankunftszeit
für jeden
durch das Gewebe durchlaufenden Laserstrahl ist durch Beobachten
bestimmt, wenn eine Antwort an den individuellen Detektoren erzeugt
wird. Die Flugzeit durch das Gewebe kann durch Abziehen der Frei-Pfades-Flugzeit
(kein Gewebe zugegen) von der Zeit bestimmt werden, die erforderlich
ist, um den Pfad bei vorhandenem Gewebe zu durchlaufen. Die hinzuaddierte
Flugzeit ist in der Look-up-Tabelle 250 gespeichert und
wird weiter erhöht
um die Verzögerung
in der Größenordnung
von 0-40 Picosekunden, vorzugsweise 15-20 Picosekunden, um die Zeit
zu modulieren, zu der die Detektorantwortkurve bei folgenden Laserimpulsen
gemessen wird, so daß die
Messung auf den Teil der Detektorantwortkurve begrenzt ist, die den
ballistischen Photonen zuzuschreiben ist. Die Feinverzögerung von
0-40 Picosekunden wird durch den Schaltkreisblock 248 bereitgestellt.
Der resultierende Strom, der an den Detektoren durch die ballistischen Photonen
erzeugt wird, wird nach Umwandlung zu einer Spannung verwendet,
um ein Bild des Gewebes unter Verwendung von Standard-Computertomographietechniken
zu erzeugen.
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Während die
Erfindung beschrieben wurde für
eine Struktur, bei der die Detektor-Arrays 40 in einem Kreis
um das Gewebe und der Spiegel 38 oder die Laserstrahlquelle
orbital in dem Kreis umlaufend angeordnet sind, um eine 360 Grad-Abtastung
um das Gewebe vorzunehmen, liegt es ebenfalls im Bereich der Erfindung,
einen Satz von Detektoren bereitzustellen, der synchron mit dem
Spiegel 38 oder der Laserstrahlquelle um das abzutastende
Gewebe bewegt wird. In bezug auf die Detektoren, die in einem Bogen
oder einer anderen geometrischen Konfiguration angeordnet sind,
um den Strahlenfächer 55 aufzufangen,
sind sie an der orbitalförmigen
Platte 286 angeordnet. Der Spiegel 38 und der
Bogen von Detektoren laufen dann durch die 4000 Positionen in dem
Kreis um das Gewebe.
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Die
Funktion des drehenden Spiegels 38, die es ist, den Laserstrahl über die
Brust zu schwenken, kann ebenso durch einen oszillierenden Spiegel 332 bewirkt
werden, der durch ein Galvanometer 334 angetrieben wird,
wie in 28 gezeigt. Der Galvanometermechanismus
erzeugt eine oszillierende Bewegung des Spiegels 332. Zum
Beispiel dreht er das Galvanometer in eine Richtung aus einer Ruheposition
zu einer bestimmten Anzahl von Grad, z.B. 10° und wendet die Richtung und
dreht zu der gleichen Gradanzahl in die andere Richtung. Die Drehung
und umgekehrte Richtungsdrehung wiederholt sich so lange, wie das
Antriebssignal am Galvanometer bereitgestellt ist.
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Ein
Laserstrahl 336, der auf den Spiegel 332 gerichtet
ist, der an das Galvanometer 334 angefügt ist, wird zurück und vor über die
Brust innerhalb des Abtastkreises 120 schwenken. Weil der Einfallswinkel
gleich dem Reflexionswinkel ist, verursachen 20° totale Galvanometerdrehung,
in diesem Fall +10° bis –10° Drehung),
daß der
Laserstrahl über
einen Winkel schwenkt, der dem Zweifachen des Galvanometerdrehwinkels entspricht.
Durch Auswahl einer geeigneten Position des Galvanometers und Spiegel
in bezug zu dem Abtastkreiszentrum wird ein 90°-Schwenk 338 über den
Abtastkreisdurchmesser leicht erhalten, wie in 28 gezeigt.
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Die
Galvanometer/Spiegel-Kombination ist vorteilhafterweise weniger
teuer als der Multifacetten-Spiegel. Geringfügige Modifikationen der Datenaufzeichnungssequenz
sind zur Anpassung an das Vor- und Rückschwenken des Detektor-Arrays 40 durch
den Laserstrahl erforderlich.
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Es
versteht sich für
den Fachmann, daß durch
Schwenken des Laserstrahls über
die Brust anstelle der Verwendung eines Linsensystems, um den Laserstrahl
in einen Fächer
zu verwandeln, die Laserausgangsleistung signifikant abnimmt, um
das gleiche Energieniveau an jedem Detektor aufrechtzuerhalten.
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Während diese
Erfindung unter Bezugnahme auf be vorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht
es sich von selbst, daß weitere
Modifikationen, Verwendungen und schriftliche und/oder Adaptionen der
Erfindung unter Beibehaltung des allgemeinen Prinzips der Erfindung
und unter Einschluß derartiger
Abwandlungen der offenbarten Erfindung möglich sind, die bekannt sind
oder übliche
Praxis sind, und auf die im wesentlichen Merkmale angewandt werden
können,
und in den Bereich der Erfindung wie in den angefügten Ansprüchen definiert,
fallen.
