HU176639B - Apparatus for generating image by means of radiating energy - Google Patents

Description

A találmány tárgya sugárzási energia felhasználásán alapuló képalkotással kapcsolatos, közelebbről meghatározva pedig olyan új berendezés és módszer, amelynek segítségével páciensekről diagnosztikai célokból keresztmetszeti képet nyerhetünk. A találmányt nagy felbontóképesség, gyors működés és számos egyéb olyan tulajdonság jellemzi, melyek miatt a számítógépes rétegfelvételekhez (tomográfiához) alkalmazható.

Nagysebességű számítógépes rétegfelvételek készítéséhez már számos módszert és mérési elrendezést alkalmaztak. Az egyik ilyen módszernél egymáshoz képest rögzített helyzetű röntgen sugárforrást és detektorrendszert használnak, és ezt a pácienshez képest közelítik és/vagy távolítják. A detektorrendszerre beeső legyező alakú sugár minden adott időpontban változó szögkiterjedésű legyező alakú sávban mérést tesz lehetővé. A mozgatás közben minden detektor ezen szögek egyikében több párhuzamos mérést rögzít. Ahhoz, hogy új szögtartományban végezzük a mérést, a jelforrásdetektorrendszert el kell forgatni, és az ide-oda irányuló mozgatást ismét el kell indítani. Ezen kétszeresen mozgatott módszer előnyei a következők:

1. nagy mintavételi felbontóképességet biztosít, mert minden detektort több alkalommal lehet mintavételezni, miközben a pácienset vizsgálja,

2. nincs szükség az erősítés utánállítására, mert minden detektor a vizsgálatot a páciens teljes keresztmetszetén áthaladó sugarakkal végzi, és

3. minden vizsgálat előtt és után gyakori hitelesítésre nyílik lehetőség.

Ezen módszer hátrányai:

1. a kétirányú mozgatásos módszer mechanikai korlátáiból adódó lassúsága, és

2. a keskeny vizsgálati szög, amelyre a gyorsabb mozgatás megvalósításához van szükség, ugyanakkor hasznos röntgensugarakat pazarol el.

Egy másik vizsgálati módszer szintén egymáshoz rögzített helyzetű legyező alakú sugarakat kibocsátó sugárforrást és detektorrendszert használ, és ezt az elrendezést a páciens körül forgatják, de ahhoz képest közelítő vagy távolító mozgást nem végez. Minden detektor egy álló helyzetű körhöz képest érintőirányú röntgensugarakat mér. Ennek az egyirányú mozgatást alkalmazó módszernek az előnye:

1. nagy letapogatási sebességet biztosít, mert csak egyirányú mechanikai mozgatást igényel, és

2. alkalmas nagyobb nyalábszélességű legyezőszerű sugárzás használatára.

A módszer hátránya azonban, hogy

1. a kedvező mintavételhez szükséges nagyszámú egymáshoz közel elhelyezett kisméretű detektor alkalmazása miatt alacsony mintavételi felbontóképessége van,

2. erősítés utánállítására van szükség, mert nem minden detektor végez a páciens teljes keresztmetszetén áthatoló sugarakkal vizsgálatot, és

3. nincs lehetőség a hitelesítés gyakori elvégzésére, mert hitelesítést csak akkor lehet végezni, ha a páciens már a vizsgálat helyét elhagyta, mivel nem minden detektor vizsgálja a teljes keresztmetszetet.

A találmány feladata tökéletesített számítógépes rétegfelvéteit készítő rendszer kidolgozása, amely nagy mintavételi felbontóképességet tesz lehetővé, a detektorok között gondos erősítés utánállítást nem igényel, lehetővé teszi a detektorok sűrű hitelesítését, gyors vizsgálati sebességgel működtethető, és nagyobb nyalábszélességű legyező alakú röntgensugarakkal használható.

A találmány szerint a berendezés a vizsgáit személyen vagy tárgyon áthatoló sugárzási energiát, például gamma vagy röntgensugárzást kibocsátó sugárforrást tartalmaz, amely kör alakban elrendezett álló detektorokhoz képest koncentrikusan elforgatható, és a forgatás a detektorok által meghatározott körön belül vagy kívül egyaránt megoldható. A sugárforrás olyan legyező alakú sugárnyalábot bocsát ki, amely keresztülhalad a forgási tengelyre eső középpontú páciens körön és egyidejűleg több detektort világít meg, hogy ezáltal a detektoroknak megfelelő több detektált jelet keltsen, ahol minden ilyen detektált jel a sugárforrás és a megfelelő detektor közötti útszakasz sugárzási energia iránt tanúsított átbocsátó képességére jellemző. A detektált jeleket jelfeldolgozó egység egymással összekapcsolja, és ezáltal a vizsgált tartomány sugárzási energia iránt tanúsított átbocsátó képességére jellemző keresztmetszeti képet hoz létre.

A találmányt a továbbiakban egy kiviteli példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti forgó röntgen sugárforrás és az álló detektor elrendezés vázlata, és a

2. ábra a röntgen sugárforrás egy fordulata során egy detektorral rögzített röntgen mérések geometriai viszonyait szemléltető vázlat.

Az 1. ábrán forgó röntgen sugárforrás és az álló detektorokból álló rendszer egyszerűsített vázlatát tüntettük fel. A 11 röntgen sugárforrás 12 tengely körül forog és röntgen sugarakból álló 13 legyező alakú nyalábot bocsát ki, amelynek szélessége elegendően nagy ahhoz, hogy teljesen besugározza a 14 páciens kört, melynek középpontja a 12 tengelyre esik. A 11 röntgen sugárforrás forgása közben szcintillációs 16 detektorokból alkotott álló, kör alakú koncentrikus 15 rendszert sugároz be. A 13 legyező alakú nyaláb minden időpontban egyszerre több szomszédos egyedi 16 detektorból képzett csoportot sugároz be, és ezzel a 16 detektorok számával megegyező számú detektált villamos jelet kelt. A jelek mindegyike all röntgen sugár forrás és a megfelelő egyedi 16 detektor között tapasztalható röntgen átbocsátóképességnek felel meg. A 16 detektorokhoz 17 jelfeldolgozó egység csatlakozik, amely az észlelt kimeneti jeleket egymással összefüggésbe hozza, és ilyen módon az éppen vizsgált 14 páciens körben levő személy egy keresztmetszetének röntgen átbocsátóképességére jellemző képjelet hoz létre. A képjelből 21 képalkotó egység a vizsgált keresztmetszet látható képét állítja elő. A páciens és a vizsgáló rendszer egymáshoz viszonyított tengelyirányú helyzetét változtathatjuk, és ilyen módon az egymás utáni tengelyirányban elmozdított helyzetekre vonatkozó képsorozatot készíthetünk.

A 2. ábrán all röntgen sugárforrás egy fordulata alatt egy kiválasztott 16’ detektor és a 11 röntgen sugárforrás között kialakuló 22 sugárzási irányok sorozatát szemléltető geometriai viszonyokat tüntettük fel. A 16’ detektort a 13 legyező alakú nyaláb a 11 röntgen sugárforrás mozgásának csak egy szakaszán sugározza be. Miközben a 11 röntgen sugárforrás ezen a szakaszon végighalad, a 16’ detektor sugárzást elsősorban a 22 sugárzási irányokból kap. Eközben all röntgen sugárforrás olyan ívet ír le, amely teljes egészében magában foglalja a 14 páciens kört. A II röntgen sugárforrás minden fordulata alatt az összes 16 detektor hasonló jelsorozatot észlel. A 17 jelfeldolgozó egység az összes 16 detektor jelét felhasználva jó minőségű keresztmetszeti képjelet vagy tranzverzális axiális rétegfelvételt készít a digitális számítógépet alkalmazó jelfeldolgozáson alapuló jól ismert módszer alapján. A 21 képalkotó egység a rétegfelvétel látható képét megjeleníti.

A találmányt számos olyan tulajdonság jellemzi, amely lehetővé teszi jó minőségű számítógépes rétegfelvételek készítését az ismert rendszerekkel járó hátrányok megjelenése nélkül. A találmány jó mintavételi felbontóképességet biztosít, mert a 11 röntgen sugárforrásnak a páciens körüli elmozdulása során minden 16 detektor többszörös mintavételt végez. A gondos erősítés után állításra nincs szükség, mert az összes 16 detektor a páciens minden keresztmetszetéről adatokat gyűjt. Az erősítésben keletkező eltérések a végső megszerkesztett képnél csak kismértékű egyenáramú szinteltolódást okozhatnak.

Másik előnyös tulajdonság, hogy a 16 detektorok hitelesítését minden letapogatási ciklus során elvégezhetjük, ezért a páciensnek a felvétel helyét minden hitelesítéskor nem kell elhagynia, ugyanakkor pedig a gyakoribb hitelesítés is megoldható.

Másik kedvező tulajdonságként jelentkezik, hogy az egyszerű mechanikai mozgás (a 11 röntgen sugárforrás forgása) és a széles szögben kisugárzott 13 legyező alakú nyaláb nagysebességű adatgyűjtést tesz lehetővé. Mindez megjavítja a röntgensugarak kihasználását és hatásosabb adatgyűjtést tesz lehetővé. A nagysebességű adatgyűjtés abból a szempontból is előnyös, hogy a páciens lélegzése és egyéb testmozgásai a képalkotást nem zavaiják.

A találmány egy ténylegesen megépített példaként! kiviteli alalgát sikeresen alkalmaztuk nagy felbontású rétegfelvétel készítésére, és ennél hatszáz egyedi detektor helyezkedett el a rendszerben, és ezeket mintegy 50 fokos szélességű röntgen sugárnyaláb világította meg, amelynek tengelyirányú kiterjedése 2-10 mm között volt. A röntgen sugárforrás energiáját lOOmA áram mellett legfeljebb 150 kV feszültségig lehetett növelni, forgási sebessége pedig 5,10 vagy 20 másodpercre volt beállítva körülfordulásonként. A hatszáz detektált kimeneti jelet digitális alakba való átalakítás után a Data Generál Vállalat Eclipse típusú számítógépével dolgoztuk fel. Az analóg-digitál átalakítást A. V. Lakshminarayanan „Reconstruction from Divergent Ray Data” (divergens sugáradatok rekonstrukciója) című cikke alapján végeztük el, amelyet 1975 januárjában a State University of New York at Buffalo Computer Sciences Dept. Technical Report No. 92 közleményben hoztak nyilvánosságra.

Bár a találmány előnyös megvalósítását a páciens körül elforduló sugárforrás és az ekörül elhelyezett álló detektor elrendezés képezi, a találmány alapgondolatán belül van az álló röntgen sugárforrás alkalmazása is, amikor a vizsgált páciens vagy tárgy a detektorokkal együtt végzi a forgó mozgást.

A fentiekben új sugárzási energiát leképező rendszert írtunk le, amelyet a nagy felbontóképesség a nagysebességű adatgyűjtés és egyéb olyan tulajdonságok jellemeznek, amelyek hasznosak a számítógépes rétegfelvételt készítő rendszerekben. Érthető ezért, hogy a fentiek alapján szakemberek a leírt példaként! kiviteli alakhoz képest számos eltérő felhasználást, módosítást vagy változtatást eszközölhetnek anélkül, hogy eközben a találmányi gondolattól eltávolodnának. A találmány ezért minden olyan új jellemzőre vagy jellemző kombinációra vonatkozik, amelyek a berendezésben megtalálhatók és az igénypontok által meghatározott oltalmi körbe esnek.

Claims (5)

1. Berendezés sugárzási energia felhasználásával kép létrehozására, amely a vizsgált tárgyon átha-

5 toló sugárzási energiájú sugarakat legyező alakú nyalábban kibocsátó sugárforrást, valamint a sugárzási energiát detektáló és egy forgási tengely körül egymás mellett elrendezett detektorokból álló rendszert tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a detekto0 rok (16) egymás utáni csoportjait megvilágító, a sugárforrás, előnyösen röntgen sugárforrás (11), és a detektorok (16) rendszere (15) között levő szö* get változtató szerkezete van, ahol az említett szöget a sugárforráson (11) és a forgási tengelyen 5 (12) átmenő első képzeletbeli egyenes, valamint a detektorok rendszerének (15) egy tetszőleges pontján és a forgási tengelyen (12) átmenő második képzeletbeli egyenes záija be.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli 0 alakja, azzal jellemezve, hogy a detektorokból (16) álló rendszer (15) a forgási tengelyt (12) teljesen körülveszi, és a sugárforrás a detektorok (16) rendszerén (15) belül, a forgási tengelytől (12) működés közben állandó távolságra helyezkedik el.

5

3. A 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a detektorokból (16) álló rendszer (15) a forgási tengelyre (12) eső középpontú körpálya mentén van elrendezve, és a sugárfonás (11), valamint a detektorokból (16) 0 alkotott rendszer (15) egymáshoz viszonyított elmozdulási pályája olyan körpálya, amely a detektorok (16) körpályájával koncentrikus és annak belsejében helyezkedik el.

4. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli

5 alakja, azzal jellemezve, hogy a detektorokból (16) álló rendszer (15) rögzítetten, a sugárforrás (11) pedig a tengely (12) körül elforgathatóan van elrendezve.