NL192971C - CT-aftaster met een om de as daarvan draaibare stralingsbron en een op die as gerichte rij detectoren. - Google Patents

Description

1 192971 CT-aftaster met een om de as daarvan draaibare stralingsbron en een op die as gerichte rij detectoren

De uitvinding heeft betrekking op een CT-aftaster met een aantal in een gesloten ring geschikte röntgen-5 straalbronnen voor het telkens met een van de bronnen leveren van een waaierbundel die ten opzichte van een as van de CT-aftaster draaibaar is in een vlak loodrecht op de as, en met een aantal röntgenstraalde-tectoren welke detectoren in een vlak dat een sector is van een met de as coaxiaal cilindervlak die vanuit de as een hoek Θ beslaat, in een rij tegenover de röntgenstraalbron die de waaierbundel levert, in een door de ring omgeven houder zijn gemonteerd.

10 Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.129.783. In de bekende inrichting beslaan de röntgenstraalbronnen in de gesloten ring een hoek van 180°-Φ tegenover een rij röntgenstraal-detectoren die vanuit de as in het vlak van de röntgenstraalbronnen een hoek van 180° beslaat. De hoek Φ die de hoek van een waaierbundel is, vertegenwoordigt dus een dode hoek die verhindert dat de bronnen en de detectoren samen ten minste een volle cirkel beslaan en dat aldus in een enkele opname met niet om 15 de as draaibare detectoren over een maximaal aantal significante gegevens kan worden beschikt.

De uitvinding beoogt een inrichting waarin de röntgenstraalbronnen en de röntgenstraaldetectoren bij een opname samen ten minste een volle cirkel kunnen beslaan.

Het boven gestelde doel wordt bereikt doordat een rij detectoren de vorm heeft van een deel van een schroeflijn om de as, doordat de houder in de richting van de as ten opzichte van de röntgenstraalbronnen 20 verplaatsbaar is en doordat een inrichting aanwezig is om de verplaatsing van de houder en de draaiing van de waaierbundel zo op elkaar af te stemmen dat de waaierbundel de schroeflijn volgt.

De detectorrij is zodanig op de aftaster gemonteerd, dat deze axiaal kan worden verplaatst, welke verplaatsing synchroon is met het inschakelen van de bronnen op de bronring. Dat wil zeggen dat de uitvinding voorziet in middelen die reageren op de axiale positie van de detectorrij om een stuursignaal op 25 te wekken, dat wordt gebruikt voor het besturen van het inschakelen van de bronnen. De axiale positie van de detectorrij zal een groep detectoren identificeren, die zijn uitgelijnd met het vlak van een waaierbundel die afkomstig is van een daarbij behorende bron op de bronring met een bepaalde hoek- of azimutpositie, waarbij de groep detectoren een duidelijk zicht heeft op de bron door de windingsvlakken van de schroeflijn. Door de axiale verplaatsing van de detectorrij wordt de azimutpositie van de bron verschoven, die behoort 30 bij de groep detectoren die zijn uitgelijnd met het vlak, zodat door de verplaatsing van de detectorrij over een spoed, de detector alle bronnen kan ’’zien” die over 360° rondom de as van de aftaster zijn verdeeld.

Indien de spoed van de schroeflijn van de detectorrij P is, is de hoekpositie in graden van de bron die moet worden ingeschakeid om een waaierbundel op te wekken, die in een gemeenschappelijk vlak loodrecht op de as van de detectorrij ligt, bepaald door (360D)/P, waarbij D de axiale verplaatsing van de 35 detectorrij is.· De-deviatie van het reconstructievlak dat dus volgens de uitvinding wordt bereikt, ten opzichte van het gewenste vlak is verkleind door toepassing van een betrekkelijk eenvoudige oplossing om een lineaire verplaatsing van de detectorrij te bereiken. Door het detecteren van de werkelijke positie van de detectorrij en door gebruikmaking van de gedetecteerde positie om het inschakelen van de juiste bron in te leiden, zal elke onregelmatigheid in de beweging niet de mogelijkheid van het stelsel om juiste gegevens te 40 verkrijgen, beïnvloeden.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn in tekeningen getoond, waarin: figuur 1 een doorsnede van een CT-aftaster volgens de uitvinding is; figuur 2 een doorsnede volgens de lijn 2-2 van figuur Tis; 45 figuren 3 en 4 verdere uitvoeringsvormen van de bron en detectororganen volgens de uitvinding zijn; figuur 5 een tijddiagram is dat de sequentiële groepinschakeling toont; en figuur 6 een tijddiagram is dat de relatie tussen sequentieel optredende inschakelpulsen illustreert.

In figuur 1 is met het verwijzingsnummer 10 een CT-aftaster van het beschreven type aangegeven, waarin 50 de uitvinding is toegepast. De aftaster 10 omvat een cirkelvormig bronorgaan 11 dat de as 12 van de aftaster bepaalt, een niet-draaibaar detectorringorgaan 13 waarvan de as nagenoeg samenvalt met de as 12, en middelen 14 voor het lineair verplaatsen van het ene orgaan ten opzichte van het andere.

Het bronorgaan 11 omvat een cirkelvormig huis 15 dat op de basis 16 is gemonteerd, die voorzien is van geschikte ondersteuningen 17 (figuur 2) om het huis stevig vast te houden, dat een aantal röntgenstraal-55 bronnen 18 bevat, die uniform over 360° verdeeld rondom de as 12 zijn geplaatst. Elke bron 18 kan selectief worden ingeschakeld door middel van de inschakelbesturingsketen 19. Dat wil zeggen dat elke bron 18 kan worden ingeschakeld om een waaierbundel van straling voort te brengen, zoals met het 192971 2 verwijzingsnummer 20 in figuur 2 is gesuggereerd. Door de sequentieel inschakelen van de bronnen 18 kan een roterende waaierbundel van doordringende straling worden voortgebracht, waarbij de rotatie-as van de waaierbundel de as 12 is.

Het detectorringorgaan 13 omvat een aantal röntgenstraaldetectoren 21 die rondom de as van het 5 ringorgaan zijn gerangschikt. Elke detector bevat een combinatie 33 van een scintillatiekristal en foto-detector voor het ontvangen van röntgenstralen die door een cirkel loodrecht op de as 12 verlopen en die zijn omgeven door de buitenste grenzen van de waaierbundel 20. De detectoren 21 hebben een bekende constructie en worden niet in bijzonderheden beschreven. Er kan ook een vaste concentrische collimator in of buiten de detectorrij worden aangebracht.

10 De uitvinding is ten dele gericht op de rangschikking van de röntgenstraaldetectoren op de detectorrij. In het bijzonder zijn de detectoren volgens een schroeflijn om de as van het ringorgaan gerangschikt. Het binnenvlak van het detectorringorgaan dat naar de as van de schroef is gekeerd, wordt gevormd door de collimatorlenzen van de detectoren, zodat de scintillatiekristallen (niet getoond) naar de as 12 zijn toegekeerd.

15 De detectorrij 13 is vast verbonden met de montage-inrichting 22 om de axiale positie van de detectorrij ten opzichte van de as 12 vast te leggen. In het bijzonder omvat de montage-inrichting 22 een bus die röntgenstralen doorlaat en niet om de as 12 kan roteren, maar axiaal verplaatsbaar is. De bus is op leirollen 23 gemonteerd die draaibaar op leiblokken 24 worden ondersteund, die aan het frame 25 zijn bevestigd. De bus kan dus slechts in axiale richting worden verplaatst in responsie op de activatie van de verplaatsingsin-20 richting 14.

De bus wordt in een gekozen axiale positie aangebracht door middel van een axiale aandrijfinrichting 27 die is ingericht voor het axiaal verplaatsen van de detectorrij 13 over een spoed P (figuur 1) van de schroeflijn met een betrekkelijk uniforme snelheid. De aandrijfinrichting 27 is dus ingericht voor het axiaal verplaatsen van de detectorrij vanaf de rustpositie naar zijn werksnelheid in een gebied waar de schroeflijn 25 buiten de waaierbundel ligt, om de detectorrij met een in hoofdzaak constante snelheid te verplaatsen, wanneer de schroeflijn door het vlak van de waaierbundel beweegt en om daarna de detectorrij af te remmen nadat de schroeflijn het vlak van de waaierbundel verlaat. Gedurende de verplaatsing van de schroeflijn door het vlak van de waaierbundel, zal de hoek- of azimutpositie van de detectoren die de bronnen 18 door de windingsvlakken van de schroeflijn ’’zien”, variëren over een hoek die afhangt van de 30 totale hoek van de detectoren.

In het algemeen moet de totale hoek Θ van de schroeflijnvormige configuratie van detectoren gelijk zijn aan de som van de waaierbundelhoek 0 en de totale hoek van de configuratie van bronnen. Met andere woorden moeten de bronnen rondom de as over de hoek Θ-0 worden aangebracht. Indien bijvoorbeeld de hoek van de waaierbundel 30° is, en de bronnen over 180° zijn verdeeld, moeten de detectoren over 210° 35 worden verdeeld; -

De verplaatsingsinrichting is voorzien van een positiedetector 28, zoals een foto-elektrische of magnetische positiedetector om de axiale positie van de detectorrij te bepalen en deze informatie terug te voeren naar de aandrijfinrichting. De detector 28 voor de axiale positie levert dus aan zijn uitgang stuursignalen die functioneel verband houden met de axiale positie van de bus. Wanneer deze signalen aan de inschakei-40 besturingsinrichting 19 worden toegevoerd, zal een stuursignaal een gekozen bron 18 inschakelen. Zoals uit figuur 1 blijkt, zal bij een bepaalde axiale positie van de detectorrij een bepaalde groep detectoren die qua hoekpositie ten opzichte van de eerste groep is verplaatst, een onbelemmerd zicht op bepaalde röntgen-straalbronnen hebben door de ruimte tussen aangrenzende windingsvlakken van de schroeflijn, zoals in figuur 2 is getoond. Wanneer de detectorrij zich axiaal verplaatst, zullen verschillende groepen detectoren 45 een onbelemmerd zicht op verschillende bronnen hebben. Wanneer de detectorrij over een afstand is verplaatst, die gelijk is aan de spoed van de schroeflijn van de detectorrij, zullen de detectoren alle bronnen hebben ’’gezien” die rondom de as van de aftaster over 360° verdeeld zijn aangebracht.

Het huis 25 voorziet in een stijve montage voor een tafel of bed, dat in axiale richting is georiënteerd voor het ondersteunen van een lichaam in de reconstructiecirkel bepaald door een cirkel in de waaierbundel 50 met het middelpunt op de as van de aftaster.

De uitgangssignalen van de fotodetectoren die bij de op de ring 13 gemonteerde detectoren behoren, worden verzameld en op bekende wijze toegevoerd aan de elektronische detectorschakeling 34 om gedurende een aftasting gegevens te verkrijgen. Omdat de detectorrij niet roteert, zijn geen sleepringen nodig om datasignalen af te nemen die door de op de detectorrij gemonteerde detectoren worden geleverd. 55 Tijdens werking kan de axiale aandrijfinrichting 27 de detectorrij op zijn werksnelheid brengen alvorens de opening in de schroeflijn het vlak bereikt, dat door een waaierbundel wordt gedefinieerd, die door de bronnen 18 wordt voortgebracht. Wanneer de opening in de schroeflijn het vlak van de waaierbundel 3 192971 bereikt, zal de axiale positie van de detectorrij een bron 18 identificeren, die een waaierbundel levert, die tussen de windingsvlakken van de schroeflijn verloopt en invalt op een groep detectoren op de detectorrij.

De axiale positie van de detectorrij wordt door de detector 28 bepaald en gebruikt voor de inschakel-besturingsinrichting 19 om de juiste bron 18 in te schakelen. Wanneer de detectorrij zich axiaal verplaatst, 5 levert de detector 27 extra stuursignalen die het inschakelen van de bronnen 18 verschuift synchroon met de axiale positie van de ring. Op deze wijze zal een axiale verplaatsing van de detectorrij over de spoed van de schroeflijn voldoende zijn om alle bronnen in te schakelen.

Deze inrichting heeft voordelen ten opzichte van bekende CT-aftasters van het beschreven type. Er is slechts een lineaire verplaatsing van de detectorrij nodig in plaats van de rotatie van een veel zwaardere en 10 complexere bronring. Omdat de flux die door röntgenstraalbuizen met een koude kathode wordt geleverd, nagenoeg viermaal groter is dan de flux die door een bekende röntgenstraalbuis met een warme kathode wordt voortgebracht, kan informatie die voldoende is voor het voortbrengen van een beeld met dezelfde kwaliteit als een beeld dat door een roterende bron wordt voortgebracht, in nagenoeg een vierde van de tijd worden verkregen. Dat wil zeggen dat indien een bekende CT-aftaster van het beschreven type waarbij een 15 roterende röntgenstraalbuis wordt gebruikt, informatie in een seconde kan verzamelen, die voldoende is om een beeld voort te brengen, de inrichting volgens de uitvinding dezelfde resultaten in ongeveer 250 ms zou kunnen leveren. Voorts heeft de uitvinding het voordeel, dat een beeld nog vlugger kan worden verkregen door het verhogen van de snelheid van de axiale verplaatsing van de detectorrij en door toepassing van elke andere bron. Een beeld met meer ruis zou worden verkregen, echter zou dit sneller kunnen worden 20 verkregen en om die reden worden toegepast.

De beeldkwaliteit kan worden verbeterd door toepassing van sequentieel voortschrijdende groepinscha-keling van de bronnen, waardoor de verplaatsingssnelheid van het detectororgaan kan worden verlaagd en de dosering kan worden verhoogd. De term "sequentieel voortschrijdende groepinschakeling” betekent een stelsel voor het inschakelen van de bronnen, waarbij de inschakeling sequentieel wordt uitgevoerd, doordat 25 alle bronnen in een eerste groep worden ingeschakeld, waarna deze volgorde wordt afgebroken en een sequentiële inschakeling in een tweede groep wordt uitgevoerd, die de eerste groep overlapt. De sequentieel voortschrijdende groepinschakeling wijkt dus af van de hierboven beschreven methode van het sequentieel inschakelen van de bronnen, die een speciale vorm van de sequentieel voortschrijdende groepinschakeling vormt, waarbij alle bronnen de groep vormen.

30 Indien de bronnen worden aangegeven door de telgetallen, dan wordt de regelmatige sequentiële ontsteking uitgevoerd in de volgorde: 1, 2, 3, ..., N, waarbij N het totale aantal van de bronnen is en elke bron eenmaal wordt ingeschakeld. Anderzijds wordt de sequentieel voortschrijdende groepontsteking ais volgt uitgevoerd: 1, 2, 3, ..., n, 2, 3, 4, ..., n+1, 3, 4, 5, .... n+2, enzovoort, waarbij n het aantal malen is, dat elke bron in een volledige cyclus wordt ingeschakeld. De bronnen 1,2, 3.....n vormen een eerste groep, de 35 bronnen 2, 3,-4,-,-.., n+2 vormen een tweede groep, enzovoort.

De sequentieel voortschrijdende groepinschakeling is in figuur 5 voor n = 3 getoond. Elke bron na de tweede bron wordt dus driemaal ingeschakeld. Indien de röntgenstraalsalvo een duur heeft van 50 μ sec, met een interval van 10 μ/usec tussen twee salvo’s, zoals in figuur 6 is getoond, is het inschakelschema in figuur 5 terug te vinden. De eerste groep bronnen wordt dus gevormd door de bronnen "1-3”, de tweede 40 groep door de bronnen "2-4”, enzovoort. De inschakelbesturingsinrichitng is geprogrammeerd om sequentieel de bronnen ”1-3” in te schakelen met intervallen van 60 μ/usec, waardoor intervallen van 10 μ/usec tussen opeenvolgende röntgenstraalsalvo’s ontstaan. De tweede groep bronnen ”2-4” wordt daarna sequentieel op dezelfde wijze ingeschakeld, daarna de derde groep, enzovoort. Zoals uit figuur 5 blijkt, wordt de bron "3" driemaal ingeschakeid, waarbij de periode 120 μ/usec is. In het algemeen is de periode 45 voor het meervoudig inschakelen van de bronnen 60(n-1) μ/usec.

Teneinde een aantal schijven door een lichaam te verkrijgen, kan de aftaster 50 volgens figuur 3 worden toegepast. De aftaster 50 omvat een aantal stationaire bronorganen 11A, 11B, 11C (die elk lijken op de bron 11 van figuur 1), en een axiaal verplaatsbare schroeflijnvormige detectorrij 13A (zoals de ring 13). Tijdens gebruik wordt de detectorrij 13A axiaal verplaatst langs de drie bronorganen naar de axiale positie 50 die door de onderbroken lijn wordt aangegeven, teneinde in volgorde gegevens te kunnen verkrijgen, die behoren bij drie axiaal verschoven secties door een lichaam binnen de detectorrij. In de in figuur 4 getoonde aftaster 100 wordt een enkelvoudige detectorrij 11D toegepast, echter is in dit geval de ring schroeflijnvormig en kan axiaal worden verplaatst onafhankelijk van de schroeflijnvormige detectorrij 13B, echter synchroon daarmee. In de aftaster 100 worden de bron en de detectorringen in dezelfde richting verplaatst 55 om axiaal verschoven schijven door een patient tegelijkertijd te verkrijgen.

Claims (1)

192971 4 CT-aftaster met een aantal in een gesloten ring geschikte röntgenstraalbronnen voor het telkens met een van de bronnen leveren van een waaierbundel die ten opzichte van een as van de CT-aftaster draaibaar is 5 in een vlak loodrecht op de as, en met een aantal röntgenstraaldetectoren welke detectoren in een vlak dat een sector is van een met de as coaxiaal cilindervlak die vanuit de as een hoek Θ beslaat, in een rij tegenover de röntgenstraalbron die de waaierbundel levert, in een door de ring omgeven houder zijn gemonteerd, met het kenmerk, dat een rij detectoren (13) de vorm heeft van een deel van een schroeflijn om de as, dat de houder (22) in de richting van de as ten opzichte van de röntgenstraalbronnen (18) 10 verplaatsbaar is en dat een inrichting (27, 28) aanwezig is om de verplaatsing van de houder (22) en de draaiing van de waaierbundel (20) zo op elkaar af te stemmen dat de waaierbundel de schroeflijn volgt. Hierbij 2 bladen tekening