FI61803B - Straolningsenergiapparat - Google Patents

Description

rZTjiftTTl rBl KUULUTUSJULKAISU n z

Jna LbJ (11) utläggningsskrift o i o U .5 c Patent M ®yonn ott.y II 10 1932

Patent aoddelat (si) Kv.ik.3/int.ci.3 A 61 B 6/00, 6/02 7727^0 SUOM I —Fl N LAN D (21) PMentUhtkemu· — PMMOraeimlnt (22) H»k*ml*pilv«—AiwMcnlngidtf l6.09.77 (23) AlkupHvi—Glkl|k«adtg l6.09.77 (41) Tullut |ulklMk*l — Riivit effmcltg 26.03.78

Patentti· ja rekiiterihalliti» /44) NihtiviiuipMMii|*kuuL|uiktiwnpvm. — 30.06.82

Patent· och regitterstyrelaen AmMcm uthgd och utUkrUtM pubiicund (32)(33)(31) pyydetty «tuoUtotii—Baglrd priorhet 27 · 09 · 76 USA(US) 726556 (71) American Science & Engineering, Inc., 955 Massachusetts Avenue,

Cambridge, Massachusetts 02139, USA(US) (72) Jay Alan Stein, Framingham, Massachusetts, Lawrence Alan Shepp,

South Plainfield, New Jersey, USA(US) (7*0 Oy Kolster Ah (5I+) Säteilyenergialaite - Str&lningsenergiapparat Tämä keksintö kohdistuu yleisesti kuvanmuodostukseen säteily-energian avulla sekä erityisesti säteilyenergialaitteeseen, johon kuuluu läpäisykykyisen säteilyenergian viuhkamaisen säteilylähde joka on sijoitettu kuvattavan alueen ulkopuolelle, vierekkäisten säteilyenergian ilmaisevien elinten rivi, joka on sijoitettu vastapäätä pyörimisakselia osuvan läpäisykykyisen säteilyenergian muuttamiseksi sarjaksi vastaavia havaittuja signaaleja, jotka edustavat aluetta, joka on lähteen ja rivin välissä. Laitteella aikaansaadaan poikkileikkauskuva potilaasta diagnoositarkoituksia varten.

Erilaisia menetelmiä ja mittausgeometrioita voidaan käyttää suurien nopeuksien tietokoneperusteista tomografiaa varten. Eräässä tekniikassa käytetään röntgensädelähdettä ja ilmaisinriviä, jotka on sovitettu toisiinsa nähden kiinteästi ja joita siirretään potilaan ohi. Sädeviuhka, joka osuu ilmaisinriviin aikaansaa mittausten viuhkan eri kulmista kunakin tiettynä hetkenä. Siirtymisen aikana kukin ilmaisin merkitsee muistiin sarjan rinnakkaisia mitta-arvoja yhdellä näistä kulmista. Jotta voitaisiin saada mitta-arvot uudesta kulmaryhmästä säteilylähteen ja ilmaisimien rakenne-eroa pyöritetään ja sitten niitä siirretään jälleen. Tämän kahden liikkeen tekniikan edut ovat: 2 61803 (1) suuri näytteenottoerottelu, koska kukin ilmaisin voi ottaa näytteen lukuisia kertoja sen pyyhkäistessä potilaan ohi, (2) ei tarvita vahvistuskertoimen yhteensovittamista, koska kukin ilmaisin pyyhkäisee koko potilaan yli sekä (3), mahdollisuus taajaan kalibrointiin ennen ja jälkeen kutakin pyyhkäisyä. Haittapuolina on: (1) kahden liikkeen tekniikan mekaanisista rajoituksista johtuva hitaus sekä (2) pieni viuhkamainen sädekulma, mikä tarvitaan nopeamman siirtymisen mahdollistamiseksi ja mikä tuhlaa käyttökelpoisia röntgensäteitä.

Eräs toisenlainen pyyhkäisymenetelmä puolestaan käyttää viuhka-maista sädelähdettä ja ilmaisinriviä toisiinsa nähden kiinteänä, mutta rakennetta pyöritettään potilaan ympäri ilman mitään siirtoliikettä. Kukin ilmaisin merkitsee muistiin röntgensädemittausarvot tangentin suuntaisesti tiettyyn ympyrään nähden. Tällä yhden liikkeen menetelmällä on etuina: (1) suuret pyyhkäisynopeudet, koska tarvitaan vain yksi mekaaninen liike, sekä (2) mahdollisuus käyttää suurta viuhka-kulmaa. Sen haittapuolina on kuitenkin (1) alhainen näytteenoton ero-tustarkkuus lukuisista pienistä, lähellä toisiaan sijaitsevista ilmaisimista johtuen, joita tarvitaan tarkkaan näytteenottoon, (2) vahvis-tuskertoimien yhteensovittamisen tarve, koska jokainen ilmaisin ei pyyhkäise koko potilaan yli sekä (3) kykenemättömyys usein tapahtuvaan kalibrointiin, koska kalibrointi saattaa tapahtua ainoastaan potilaan poistamisen jälkeen, koska jokainen ilmaisin ei pyyhkäise koko potilaan yli.

Tämän keksinnön päätarkoituksena on aikaansaada uusi ja parannettu tietokoneperusteinen tomografiajärjestelmä.

Eräs muu tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada edellä oleva tarkoitus järjestelmällä, jolla toteutetaan korkea näytteenottoerottelu.

Tämän keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on aikaansaada jokin tai jotkin edelläolevista tarkoituksista järjestelmällä, jossa ei tarvita ilmaisimien välisen vahvistuskertoimen tarkkaa yhteensovittamista.

Tämän keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on toteuttaa yksi tai useampia edellä mainituista tarkoituksista järjestelmällä, joka sallii ilmaisimien usein tapahtuvan kalibroinnin.

Tämän keksinnön vielä eräänä tarkaoituksena on aikaansaada yksi tai useampia edellä mainituista tarkoituksista järjestelmällä, jolla toteutetaan nopea pyyhkäisy.

Tämän keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on toteuttaa yksi 3 61803 tai useampia edellä mainituista tarkoituksista järjestelmällä, joka pystyy käyttämään röntgensäteitten viuhkamaista suihkua, jolla on laaja kulma.

Tämän keksinnön mukaiselle säteilyenergialaitteelle on tunnusomaista, että ilmaisinelinten rivi kattaa oleellisen osan täydellisestä ympyrästä akselin ympärillä, ja että laitteessa on välineet, joilla suhteellisesti kierretään lähdettä ja riviä akselin suhteen pitämällä jompaa kumpaa lähdettä tai riviä oleellisesti paikoillaan ilmaisinelinten eri ryhmien perättäiseksi valaisemiseksi, samassa kiertosuunnassa akselin suhteen.

Lukuisat muut keksinnön ominaisuudet, piirteet ja edut ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista ja seuraavasta selityksestä, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on yhdistetty lohkokaavio ja kaaviokuva keksinnön mukaisesta pyörivästä röntgen-sädelähteestä ja paikallaan pysyvästä ilmaisinrivirakenteesta, ja kuvio 2 on graafinen esitys röntgensädemittauksien geometriasta, jotka merkitään muistiin yhdellä ilmaisimella röntgensädelähteen yhden kierroksen aikana.

Viitaten nyt näihin piirustuksiin ja erityisesti sen kuvioon 1 on siinä esitetty yhdistetty lohkokaavio ja kaaviokuva pyörivästä eli kiertävästä röntgensädelähteestä ja paikallaanpysyvästä ilmaisinrivirakenteesta. Röntgensädelähde 11 kiertää akselin 12 ympäri ja lähettää viuhkamaisen sädekimpun 13 röntgensäteitä tiettyyn kulmaan, joka on riittävän laaja valaistaakseen potilaan ympyrän 14, joka on keskitettynä akselille 12. Kun röntgensädelähde 11 kiertää, valaisee viuhkamainen säde 13 samakeskistä, paikallaanpysyvää ympyrämäistä riviä 15 tuikeilmaisimia 16. Tiettynä hetkenä säde 13 valaisee jatkuvaa ryhmää vierekkäisiä yksittäisiä ilmaisimia 16 samanaikaisesti aikaansaaden vastaavan lukumäärän ilmaistuja sähköisiä signaaleja, kunkin näistä edustaessa röntgensäteitten läpäisevyyttä säteilylähteen 11 ja vastaavan ilmaisimen 16 välillä. Signaalin käsittelylaitteet 17 on yhdistetty ilmaisimiin 16 yhdistäen nämä ilmaistut ulostulosignaalit aikaansaaden kuvaa edustavan signaalin röntgensäteitten läpäisevyydestä potilaan poikkileikkauksessa tietyn potilaan ympyrän 14 puitteissa, joka juuri on pyyhkäisty. Kuvanmuodostusosat 21 toimivat tämän kuvasignaalin perusteella aikaansaaden näkyvän kuvan pyyhkäistystä poikkileikkauksesta. Tämä pyyhkäisysysteemi ja potilas ovat siirrettävissä toisiinsa verrattuna akselin suuntaisesti aikaansaamaan sarjakuvia vastaavista akselin suuntaan erillään toisistaan sijaitsevista viipaleista.

4 61803

Viitaten nyt kuvioon 2 esitetään siinä graafinen kuva geometriasta, jossa esitetään säteilyn suuntien 22 vuorottelujärjestys säteilylähteen 11 ja erään ilmaisimista 16' välillä yhden röntgen-sädelähteen 11 kierroksen kuluessa. Ilmaisin 16* valaistaan viuhkamaisella säteellä 13 tietyn osan röntgensädelähteen 11 kierroksesta.

Kun röntgensädelähde 11 siirtyy tämän kierroksen osan ohi, vastaanottaa ilmaisin 16' säteilyä ensisijaisesti pitkin tiettyä sarjaa, suuntia 22, sitä mukaa, kun säteilylähde 11 liikkuu tiettyä kaarta pitkin, joka rajoittaa tietyn kulman, käsittäen koko potilasympyrän 14. Vastaava vuorottelu esiintyy kullekin ilmaisimista 16 yhden täydellisen röntgensädelähteen 11 kierroksen kuluessa. Signaalin käsittelylaitteet 17 yhdistävät signaalin kaikista ilmaisimista 16 aikaansaaden poikkileikkauksesta hyvälaatuisen kuvasignaalin tai akseliin nähden poikittaissuuntaisen tomogrammin, sinänsä tunnettujen menetelmien mukaisesti käyttäen tietokonekäsittelyä. Kuvanmuodostuslait-teet 21 esittävät tomogrammin nähtäväksi.

Keksinnössä on joukko ominaisuuksia, jotka mahdollistavat sen kehittävän korkealaatuisia tietokoneperusteisia tomogrammeja ilman muiden systeemien haittapuolia. Tämä keksintö aikaansaa korkean näytteenottoerottelun, koska kukin ilmaisin 16 on koestettavissa lukuisia kertoja säteilylähteen 11 kiertäessä potilaan ympärillä. Tarkkaa vahvistuskertoimen sovittamista ei tarvita, koska kukin ilmaisin 16 kerää tietoja potilaan poikittaisosuudelta. Vahvistuskertoimien vinoonsovittuminen aikaansaa ainoastaan pienen tasajännitesivuun asettumisen lopulliseen uudelleen rekonstruoituun kuvaan.

Eräs toinen edullinen ominaisuus on, että ilmaisimien 16 kalibrointi voidaan toteuttaa kunkin pyyhkäisyn aikana niin, että potilaan poistaminen ei ole tarpeen kutakin kalibrointia varten ja taajaan tapahtuva kalibrointi on mahdollinen.

Muihin edullisiin ominaisuuksiin sisältyy nopea tietojen kerääminen, mikä seuraa yhdestä ainoasta mekaanisen liikkeen tarpeesta (säteilylähteen 11 pyöriminen) ja edullisuudesta käyttää suurta kulmaa viuhkamaiselle säteelle 13, mikä vähentää käyttökelpoisten röntgensä-teitten hukkaa ja sallii tehokkaamman tietojen keräämisen. Tietojen keräämisen korkea nopeus on toivottavaa, jotta eliminoitaisiin potilaan hengitysliikkeiden ja muiden ruumiinliikkeiden vaikutukset.

Tämän keksinnön esimerkkitapauksen suoritusmuodossa, joka todella on rakennettu ja on onnistuneesti ollut käytössä kehittäen erotustarkkudeltaan hyviä tomogrammeja, käytettiin 600 erillistä iltnaisi'nta rivissä, joita valaistiin röntgensäteitten viuhkamaisella 5 61803 suihkulla, joka levisi kulmaan suuruudeltaan oleellisesti 50 astetta tietyn pyörimisakselin ympärillä ja noin 2-10 mm kyseistä akselia pitkin leveydeltään. Käytettiin röntgensädelähdettä energialtaan jopa 150 kV ja 100 mA virralla, mikä kykeni toteuttamaan pyöritys-pyyhkäisyn 5, 10 tai 20 sekunnin ajassa. Tietokoneena oli Data Generalin Eclipse tyypin tietokone, joka yhdisti 600 ilmaistua ulostulosignaalia, jotka oli muunnettu digitaaliseen muotoon analogia/digitaali-muuntimilla käyttäen menetelmiä, jota on kuvattu State University of New York at Buffalo Computer Scientes Dept. Technical Report n:o 92 julkaisussa päivätty tammikuussa 1975 ja nimeltään "Reconstruction from Divergent Ray Data" kirjoittanut A. V. Lakshminarayanan.

Kun säteilylähde pyörii potilaan mukana ja ympyrämäinen ilmai-sinrivi pysyy paikallaan, on järjestelyä pidettävä edullisimpana keksinnön suoritusmuotona, mutta silti tämän keksinnön periaatteisiin sisältyy röntgensädelähteen salliminen pysyä paikallaan ja tarkasteltavana olevan esineen ja ilmaisimien pyörittäminen yhdessä.

Nyt esitetty uusi säteilyenergiaa käyttävä järjestelmä on tunnettavissa korkeasta erotustarkkuudesta, erittäin nopeasta tietojen keräämisestä sekä muista ominaisuuksista, jotka ovat toivottavia tietokonepohjaisessa tomografiajärjestelmässä. On ilmeistä, että alan asiantuntija pystyy nyt toteuttamaan lukuisia käyttösovellutuksia ja muunnoksia poiketen tässä yhteydessä erityisesti kuvatuista suoritusmuodoista silti poikkeamatta tämän keksinnön periaatteista. Niinpä tämän johdosta keksintö tulee sisältämään jokaisen uuden ominaisuuden ja uuden yhdistelmän niistä ominaisuuksista, joita sisältyy tähän laitteistoon ja menetelmiin, jotka on esitetty ja jotka rajoittuvat vain oheisten patenttivaatimusten puitteisiin ja henkeen.

Claims (5)

6 61 8 G 3

1. Säteilyenergialaite, johon kuuluu läpäisykykyisen säteily-energian (13) viuhkamaisen säteilyn lähde (11), joka on sijoitettu kuvattavan alueen (14) ulkopuolelle, vierekkäisten säteilyenergian ilmaisevien elinten (16) rivi (15), joka on sijoitettu vastapäätä pyörimisakselia (12) osuvan läpäisykykyisen säteilyenergian muuttamiseksi sarjaksi vastaavia havaittuja signaaleja, jotka edustavat aluetta, joka on lähteen (11) ja rivin (15) välissä, tunnettu siitä, että ilmaisinelinten rivi kattaa oleellisen osan täydellisestä ympyrästä akselin ympärillä, ja että laitteessa on välineet, joilla suhteellisesti kierretään lähdettä (11) ja riviä (15) akselin (12) suhteen pitämällä jompaa kumpaa lähdettä tai riviä oleellisesti paikoillaan ilmaisinelinten eri ryhmien perättäiseksi valaisemiseksi, samassa kiertosuunnassa akselin suhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilyenergialaite, tunnettu siitä, että siihen sisältyy osat (17) kaikkien havaittujen signaalien yhdistämiseksi muodostamaan kuvasignaalin, sekä osat (21), jotka riippuvaisesti tästä kuvasignaalista aikaansaavat kyseisen säteilyenergian vastetta edustavan kuvan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilyenergialaite, tunnettu siitä, että ilmaisinrivi (15) ympäröi pyörimisakselia (12) ja että säteilylähde (11) sijaitsee tämän ilmaisinrivin sisäpuolella, mutta tietyllä etäisyydellä kyseisestä akselista (12).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säteilyenergialaite, tunnettu siitä, että ilmaisinrivi (15) on ympyrämäinen sen keskustan ollessa kyseisellä akselilla (12) ja säteilylähteen (11) ja ilmaisinrivin (15) välinen suhteellinen siirtyraäura on ympyrämäinen kyseisen ilmaisinrivin sisäpuolella ja samankeskisenä sen kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen säteilyenergialaite, tunnettu siitä, että ilmaisinrivi (15) on stationäärinen ja että säteilylähde (11) kiertää akselin ympäri. .1. · ·