NL193257C

NL193257C - Tomography device.

Info

Publication number: NL193257C
Application number: NL8402331A
Authority: NL
Original assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1999-04-02
Also published as: IL72276A; JPS60106439A; NL193257B; DE3426934A1; DE3426934C2; FR2549711A1; NL8402331A; IL72276A0; FR2549711B1

Description

1 1932571 193257

Tomografie-inrichtingTomography device

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verschaffen van tomografische beelden van een lichaam, met 5 a. een bron van doordringende straling voor overdracht van straling door het lichaam, waarbij de bron ten minste twee gescheiden puntvormige stralingsbronnen omvat, die elk een stralingsbundel leveren; b. een detectorinrichting, die met de bron gekoppeld is, die de door de ten minste twee gescheiden puntvormige bronnen uitgezonden straling na het doorlopen van de straling door het lichaam detecteert, en die een groep met een veelvoud van individuele detectoren omvat die binnen de stralingsbundel geplaatst 10 zijn; c. een roteerbaar gestel waarop de stralingsbron en de detectoren zijn gemonteerd; d. een inrichting voor het verplaatsen van het gestel in een hoekrichting, die ervoor zorgt, dat de door de stralingsbron uitgezonden straling een veelvoud van paden door het lichaam doorloopt en door de detectorinrichting voor opwekking van de aftastgegevens gedetecteerd wordt; 15 e. een inrichting die ervoor zorgt, dat de ten minste twee gescheiden puntvormige stralingsbronnen afwisselend straling uitzenden gedurende een tijdsperiode, die gelijk is aan de tijdsperiode die de bron en detector nodig hebben om een draaibeweging over een hoek uit te voeren, die gelijk is aan de lengte van een enkele detector, en f. een inrichting voor het verwerken van de gedetecteerde straling met de vergrote aftastdichtheid, om een 20 verhoogde ruimtelijke resolutie in de tomografische beelden te verkrijgen.The invention relates to a device for providing tomographic images of a body, comprising a. A source of penetrating radiation for the transmission of radiation through the body, the source comprising at least two separated point-shaped radiation sources, each of which supplies a radiation beam ; b. a detector device coupled to the source, which detects the radiation emitted by the at least two separated point-shaped sources after the radiation has passed through the body, and which comprises a group with a plurality of individual detectors disposed within the radiation beam to be; c. a rotatable frame on which the radiation source and detectors are mounted; d. means for moving the frame in an angular direction which causes the radiation emitted by the radiation source to traverse a plurality of paths through the body and to be detected by the detector device for generating the scan data; 15 e. a device for causing the at least two separate point-shaped radiation sources to emit radiation alternately for a period of time equal to the period of time it takes for the source and detector to perform an angular rotation equal to the length of a single detector, and f. an apparatus for processing the detected radiation with the increased scanning density, to obtain an increased spatial resolution in the tomographic images.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.206.360, dat een radiografische inrichting beschrijft die een veelvoud aan stralingsgevoelige detectoren gebruikt teneinde straling afkomstig van een lichaam langs respectieve paden te kwantificeren, waarbij de inrichting is uitgerust met middelen voor het compenseren van verschillen in gevoeligheid van de verschillende detectoren. De middelen voor 25 het compenseren omvatten een inrichting voor het verplaatsen van de bron van de straling relatief ten opzichte van de detectoren en voor het gebruiken van uitvoersignalen verkregen van een detector wanneer de bron zich in respectievelijk niet-verplaatste en verplaatste positie bevindt om te voorspellen wat de uitvoer van een tweede detector, dicht bij de eerste liggend, zou moeten zijn indien de gevoeligheid van de twee detectors hetzelfde was. Door het vergelijken van de voorspelling met het feitelijke-uitvoersignaal 30 verschaft door de tweede detector, worden verschillen in gevoeligheid geëvalueerd en toegelaten. Tevens wordt een techniek voor het gebruik van verschilsignalen in plaats van totale signalen getoond.Such a device is known from U.S. Patent 4,206,360, which discloses a radiographic device that uses a plurality of radiation sensitive detectors to quantify radiation from a body along respective paths, the device being equipped with means for compensating for differences in sensitivity of the different detectors. The compensation means comprises a device for displacing the source of the radiation relative to the detectors and for using output signals obtained from a detector when the source is in non-displaced and displaced position, respectively, to predict what the output of a second detector, close to the first, should be if the sensitivity of the two detectors were the same. By comparing the prediction with the actual output signal 30 provided by the second detector, differences in sensitivity are evaluated and allowed. A technique for using difference signals instead of total signals is also shown.

De stand van de techniek toont twee stralingsbronnen, die gebruikt worden om ring-artefacten te corrigeren, veroorzaakt door verschillen in gevoeligheid van de detectoren.The prior art shows two radiation sources used to correct ring artifacts caused by differences in detector sensitivity.

Tomografie-aftasters zijn op zichzelf bekend voor het verzamelen van in hoofdzaak plenaire 35 dwarsdoorsnede-afbeeldingen van een levend anatomisch lichaam of het inwendige van een niet levend lichaam. Er zijn drie essentiële eigenschappen die bij kwalitatief hoogwaardige tomografische aftasters worden nagestreefd: (1) hoge spatiele resolutie; (2) een hoge contrastresolutie voor verschillend weefsel; en (3) hoge aftastsnelheid voor het minimaliseren van vervagingseffecten als gevolg van bewegingen van de patiënt en voor het uitvoeren van dynamische studies waarbij diverse aftastingen nodig zijn in snelle 40 opeenvolging. Hoge spatiële resolutie is in het algemeen karakteristiek voor afbeeldingen die verkregen zijn met tomografische aftasters van het translatie-rotatie-type terwijl hoge aftastsnelheden in het algemeen karakteristiek zijn voor tomografische aftaster van het rotatie-rotatie-type.Tomography scanners are known per se for collecting substantially plenary cross-sectional images of a living anatomical body or the interior of a non-living body. There are three essential features that are pursued in high-quality tomographic scanners: (1) high spatial resolution; (2) a high contrast resolution for different fabric; and (3) high scanning speed to minimize blur effects due to patient motion and to perform dynamic studies requiring various scans in rapid succession. High spatial resolution is generally characteristic of images obtained with translation-rotational-type tomographic scanners, while high scanning speeds are generally characteristic of rotational-rotational-type tomographic scanners.

De intrinsieke spatiële resolutie van een tomografische aftaster wordt in hoofdzaak bepaald door twee factoren: (1) effectieve bundeibreedte in het midden van het object, en (2) de bemonsteringsfrequentie. De 45 effectieve bundeibreedte is een functie van de brandpuntafmetingen, de detectoropeningsbreedte, en de vergrotingsfactor (gedefinieerd als de röntgenstraalbuis-objectscheiding versus de röntgenstraalbuis-detectorscheiding); dit geldt ongeacht het feit of de aftaster wordt bedreven in de translatie-rotatie-modus of de rotatie-rotatie-modus. Als verondersteld wordt dat de effectieve bundeibreedte geoptimaliseerd is dan wordt de bemonsteringsfrequentie des te belangrijken Ten aanzien van de bemonsteringsfrequentie kan 50 worden gesteld dat het verschil tussen data verkregen met translatie-rotatie-apparatuur en rotatie-rotatie-apparatuur kritisch is.The intrinsic spatial resolution of a tomographic scanner is mainly determined by two factors: (1) effective beam width at the center of the object, and (2) the sampling frequency. The 45 effective beam width is a function of the focal size, the detector aperture width, and the magnification factor (defined as the X-ray tube object separation versus the X-ray tube detector separation); this is true regardless of whether the scanner is operated in the translation-rotation mode or the rotation-rotation mode. If it is assumed that the effective beam width is optimized, then the sampling frequency becomes all the more important. With regard to the sampling frequency, it can be stated that the difference between data obtained with translation-rotation equipment and rotation-rotation equipment is critical.

In aftasters van het rotatie-rotatie-type zijn de bemonsteringsfrequentie alsmede de effectieve detectoropening begrensd door de afmetingen van de aanwezige detectoren. Dat is het gevolg van de intrinsieke geometrie van de rotatie-rotatie-aftaster waarin de röntgenstralingsbron en de bank van detectoren ten 55 opzichte van elkaar vast staan en beiden rond het object worden geroteerd. Als resultaat daarvan wordt door de geometrie van de rotatie-rotatie-aftasters de kleinst mogelijke bemonsteringsafstand beperkt tot de afstand tussen de detectoren, en de bemonsteringsfrequentie wordt beperkt tot eens per bundeibreedte. In 193257 2 overeenstemming met het Nyquist-criterium echter moet de bemonsteringsfrequentie ten minste twee keer zo groot zijn, dat wil zeggen twee of meer metingen per bundelbreedte. Omdat de geometrie van de rotatie-rotatie-aftaster niet voldoet aan het Nyquist-criterium kunnen verwarrende artefacten worden veroorzaakt door structuren in de afbeelding met een hoog contrast en hoge spatiele frequentie waardoor 5 de afbeelding wordt verslechterd. Om dergelijke verwarrende artefacten te vermijden moet de data tevoren worden gefilterd door gecombineerde maatregelen in de aangrenzende detectorkanalen om hoog spatiële frequenties met een periode kleiner dan twee bundelbreedten te verzwakken. Op deze wijze wordt een nieuwe bundelbreedte geëffectueerd die twee keer zo groot is als de werkelijke bundelbreedte, zodat voldaan wordt aan het Nyquist-criterium. De intrinsieke spatiële resolutiemogelijkheden van de rotatie-10 rotatie-aftaster, gemeten aan de hand van zijn bundelbreedte, moeten dus met een factor twee worden gedegradeerd om verwarring scheppende artefacten te voorkomen.In rotational-rotational-type sensors, the sampling frequency as well as the effective detector opening are limited by the dimensions of the detectors present. This is due to the intrinsic geometry of the rotation-rotation scanner in which the X-ray source and the bank of detectors are fixed relative to each other and are both rotated around the object. As a result, the geometry of the rotary-rotary scanners limits the smallest possible sampling distance to the distance between the detectors, and the sampling frequency is limited to once per beam width. However, in 193257 2 in accordance with the Nyquist criterion, the sampling frequency must be at least twice that, ie two or more measurements per beam width. Because the geometry of the rotation-rotation sensor does not meet the Nyquist criterion, confusing artifacts can be caused by structures in the image with high contrast and high spatial frequency, which deteriorates the image. To avoid such confusing artifacts, the data must be pre-filtered by combined measures in the adjacent detector channels to attenuate high spatial frequencies with a period less than two beam widths. In this way, a new beam width twice that of the actual beam width is effected, so that the Nyquist criterion is met. Thus, the intrinsic spatial resolution capabilities of the rotation-10 rotation sensor, measured by its beam width, must be degraded by a factor of two to avoid confusing artifacts.

In contrast daarmee kan in een translatie-rotatie-aftaster het gestel waaraan de röntgenstraalbuis en de detectoren zijn bevestigd stapsgewijze worden bewogen met stappen die kleiner zijn dan of gelijk zijn aan de halve bundelbreedte waardoor wordt voldaan aan het Nyquist-criterium. Verwarring scheppende 15 artificaten worden dus voorkomen terwijl de intrinsieke spatiële resolutie van het stelsel wordt gehandhaafd.In contrast, in a translation-rotation scanner, the frame to which the X-ray tube and detectors are attached can be moved stepwise in steps less than or equal to half the beam width thereby fulfilling the Nyquist criterion. Confusion creating artifacts are thus avoided while the intrinsic spatial resolution of the system is maintained.

Als compensatie voor de beperkingen in de bemonsteringsfrequentie, opgelegd door de een-straal-per-detector-relatie die inherent is aan conventionele rotatie-rotatie-aftasters wordt in sommige rotatie-rotatie-aftasters gebruik gemaakt van een techniek waarmee het rotatiecentrum wordt verschoven teneinde een verhoging van de bemonsteringssnelheid te simuleren. Gebruikmakend van deze techniek zullen, indien het 20 rotatiecentrum van het gestel (d.w.z. zijn iso-centrum) is verschoven over een afstand gelijk aan een vierde van de effectieve bundelbreedte vanaf zijn iso-centrum, twee aanzichten genomen op 180° van elkaar verschoven zijn over de helft van de detectorafstand. Het zal duidelijk zijn dat, gebruikmakend van deze techniek, nadat het gestel over 180° is geroteerd, de stralen van de diametraal tegenover liggende waarnemingen telkens precies tussen de andere afbeeldingen vallen zodat de bemonsteringsdichtheid 25 effectief wordt verdubbeld en de spatiële resolutie wordt verbeterd. Deze techniek werkt echter alleen in het ideale geval dat de patiënt niet beweegt. Als het af te tasten object beweegt over een fractie van een millimeter gedurende de enkele seconden die nodig zijn voor de rotatie van het gestel dan zal de onderlinge samenhang verloren gaan en zal er geen correcte ineenschuiving van de afbeeldingen worden bereikt. Dit kan verwarrende artefacten introduceren die de afbeelding verslechteren. Alhoewel deze techniek een 30 verdubbeling van de aftastfrequentie in het midden van het object simuleert worden daardoor de rotatie-rotatie-type aftasters niet geheel bevrijd van de in het bovenstaande beschreven nadelen resulterend uitrxie beperkte bemonsteringsfrequenties.To compensate for the sampling frequency constraints imposed by the one-beam-per-detector relationship inherent in conventional rotation-rotation scanners, some rotation-rotation scanners use a center of rotation technique to shift simulate an increase in sampling rate. Using this technique, if the center of rotation of the frame (ie its iso-center) is shifted by a distance equal to a quarter of the effective beam width from its iso-center, two views taken 180 ° apart will be offset half the detector distance. It will be appreciated that, using this technique, after the frame is rotated 180 °, the radii of the diametrically opposed observations always fall exactly between the other images so that the sampling density is effectively doubled and the spatial resolution is improved. However, this technique only works ideally when the patient is not moving. If the object to be scanned moves by a fraction of a millimeter during the few seconds required for the rotation of the frame, the interrelationship will be lost and the images will not be correctly collapsed. This can introduce confusing artifacts that degrade the image. Although this technique simulates a doubling of the scanning frequency in the center of the object, the rotation-rotation type scanners are therefore not completely freed from the disadvantages resulting from the above-described limited sampling frequencies.

Een andere methode voor het verhogen van de bemonsteringsdichtheid is het verzamelen van data van de detectoren in een bepaalde positie en vervolgens de detectoren lateraal te verschuiven (of te roteren 35 rond het iso-centrum) over de halve detector-detector-tussenafstand terwijl de röntgenstralingsbron in dezelfde positie blijft, en verdere data te verzamelen, dit resulteert in een ineenschuiving van de data verzameld bij de eerste 180° rotatie met die data verzameld bij de tweede 180° rotatie zodat de bemonsteringsfrequentie effectief wordt verdubbeld. Deze data wordt dan verwerkt op de gebruikelijke wijze (dat wil zeggen gefilterd en opnieuw geprojecteerd) teneinde een afbeelding op het scherm te verkrijgen. De 40 mechanische middelen voor het bewegen van de detectoren maar niet van de röntgenstralingsbron tijdens een aftasting als in het bovenstaande is beschreven zijn echter lastig in rotatie-rotatie-aftasters en doen het voordeel van de eenvoudige mechanische constructie, die de rotatie-rotatie-aftasters karakteriseert, teniet.Another method of increasing the sample density is to collect data from the detectors in a given position and then shift the detectors laterally (or rotate around the iso center) about half the detector-detector spacing while the X-ray source remains in the same position, and to collect further data, this results in a collapse of the data collected at the first 180 ° rotation with that data collected at the second 180 ° rotation so that the sampling frequency is effectively doubled. This data is then processed in the usual way (i.e. filtered and reprojected) to obtain an image on the screen. However, the mechanical means for moving the detectors but not the X-ray source during a scan as described above are troublesome in rotation-rotation scanners and take advantage of the simple mechanical construction, which uses the rotation-rotation scanners. characterizes, nullifies.

Deze in het bovenstaande beschreven belemmerende bemonsteringsbeperkingen, die optreden in rotatie-rotatie-aftasters hebben geleid tot de ontwikkeling van een gemodificeerde rotatie-stationaire aftaster 45 met een stationaire array van detectoren. In dergelijke stelsels in een complete cirkel van detectoren vast gemonteerd rond het patiëntengebied. De röntgenstralingsbron is gelokaliseerd binnen of buiten het detectorgebied en de data wordt verzameld terwijl de röntgenstralingsbron roteert. Alhoewel rotatie-stationaire stelsels die voorzien zijn van stationaire detectoren een flexibiliteit bezitten wat betreft de bemonstering, creëren ze nieuwe beperkingen zodanig dat uiteindelijk hun intrinsieke spatiële resolutie en 50 totale klinische prestaties ruwweg gelijk zijn aan die van de oorspronkelijke rotatie-rotatie-configuratie. Het meest kenmerkende probleem met rotatie-stationaire systemen is de efficiëntie; d.w.z. ze zijn kostbaar als gevolg van het vereiste grote aantal detectoren. Bovendien hebben rotatie-stationaire systemen structurele moeilijkheden bij het elimineren van verstrooide straling en de daarbij behorende sterke achtergrondruis; dit resulteert in een slechte contrastresolutie. Verder heeft het normale rotatie-stationaire ontwerp, waarin de 55 röntgenstralingsbron gemonteerd is binnen de ring van detectoren, last van een moeilijke optimalisatie van de buis-object versus object-detectorscheiding omdat zowel de röntgenstralingsbron als het object in hun speelruimte beperkt zijn tot de ruimte binnen de detectorring die zo klein mogelijk worden gehouden om 3 193257 ervoor te zorgen dat het aantal detectoren niet bovenmatig toeneemt. Een ander nadeel van rotatie-stationaire systemen is de toenemende dosis op de huid van de patiënt als gevolg van de korte buis-object-afstand. Deze problemen zijn zo ernstig dat ze hebben geleid tot de ontwikkeling van een aftaster waarin de röntgenstralingsbron roteert rond het object buiten de detectorring teneinde de afstand tussen de buis, het 5 object en de detectoren te optimaliseren. Dergelijke stelsels hebben echter last van een buitensporige mechanische complexiteit omdat, om het de ongehinderde bundels mogelijk te maken in te vallen op detectoren aan de tegenover liggende zijde van het afgetaste object, de detectoren die zich het dichtst bij de buis bevinden uit het stralingsveld moeten worden bewogen terwijl de buis roteert. Dat wordt gerealiseerd door de detectorring te knikken.These impeding sampling limitations described above, which occur in rotation-rotation scanners, have led to the development of a modified rotation-stationary scanner 45 with a stationary array of detectors. In such systems in a complete circle of detectors fixedly mounted around the patient area. The X-ray source is located inside or outside the detector area and the data is collected as the X-ray source rotates. Although rotational stationary systems equipped with stationary detectors have sampling flexibility, they create new limitations such that ultimately their intrinsic spatial resolution and 50 overall clinical performance are roughly equal to that of the original rotational rotational configuration. The most characteristic problem with rotary stationary systems is efficiency; i.e. they are expensive due to the required large number of detectors. In addition, rotary stationary systems have structural difficulties in eliminating scattered radiation and the associated strong background noise; this results in poor contrast resolution. Furthermore, the normal rotational stationary design, in which the 55 X-ray source is mounted within the ring of detectors, suffers from a difficult optimization of the tube-object versus object-detector separation because both the X-ray source and the object are limited in space to their space. within the detector ring which are kept as small as possible to ensure that the number of detectors does not increase excessively. Another drawback of rotary stationary systems is the increasing dose on the patient's skin due to the short tube-to-object distance. These problems are so serious that they have led to the development of a scanner in which the X-ray source rotates around the object outside the detector ring in order to optimize the distance between the tube, the object and the detectors. However, such systems suffer from excessive mechanical complexity because in order for the unimpeded beams to attack detectors on the opposite side of the scanned object, the detectors closest to the tube must be removed from the radiation field moved as the tube rotates. This is achieved by buckling the detector ring.

10 Het is derhalve een doelstelling van de onderhavige uitvinding een nieuwe en verbeterde, van een computer voorziene tomografie-inrichting te verschaffen die in hoofdzaak de bovengenoemde aan de stand der techniek klevende nadelen overwint.It is, therefore, an object of the present invention to provide a new and improved computerized tomography apparatus which substantially overcomes the above-mentioned drawbacks of the prior art.

Deze doelstelling wordt volgens de uitvinding bereikt met een inrichting van de bij aanhef gedefinieerde soort, welke het kenmerk heeft dat 15 g. de ten minste twee van elkaar gescheiden puntvormige stralingsbronnen op een vooraf bepaalde afstand opgesteld zijn, die ongeveer gelijk is aan R.VRd x P(N + 1/n), waarbij Rs gelijk is aan de afstand van de op het gestel gemonteerde bron tot aan het middelpunt van het roteerbare gestel, Rd gelijk is aan de afstand van elk van de detectoren tot aan dit middelpunt, P gelijk is aan de steekafstand tussen twee naast elkaar liggende detectoren, n gelijk is aan het aantal gescheiden puntvormige stralingsbronnen en N = 0, 1, 2,... is.This object is achieved according to the invention with a device of the type defined at the beginning, which is characterized in that 15 g. the at least two spaced point radiation sources are arranged at a predetermined distance, which is approximately equal to R. VRd x P (N + 1 / n), where Rs is the distance from the frame mounted source to at the center of the rotatable frame, Rd equals the distance of each of the detectors from this center, P equals the pitch distance between two adjacent detectors, n equals the number of separated point sources of radiation and N = 0 , 1, 2, ... is.

20 De onderhavige uitvinding overwint de bovengenoemde problemen samenhangend met de verbetering van de intrinsieke spatiele resolutie in een rotatie-rotatie-aftaster of aftaster van soortgelijk type. Bovendien verschaft de onderhavige uitvinding een verbeterde spatiele resolutie in translatie-rotatie-aftasters, rotatie-stationaire aftasters, volledig stationaire met een flitsbron werkende aftasters of andere bron-detectorconfiguraties waarin de onderhavige uitvinding kan worden geïmplementeerd.The present invention overcomes the above-mentioned problems associated with the improvement of the intrinsic spatial resolution in a rotation-rotation scanner or scanner of similar type. In addition, the present invention provides improved spatial resolution in translation-rotation scanners, rotation-stationary scanners, full-station flash source scanners, or other source detector configurations in which the present invention can be implemented.

25 In het kort kan gezegd worden dat de onderhavige uitvinding voordelen heeft doordat ze de bemonsteringsdichtheid, die tot nu toe bereikbaar was bij conventionele rotatie-rotatie-aftasters of soortgelijke aftasters ten minste verdubbelt. Zoals in het bovenstaande werd opgemerkt kan de onderhavige uitvinding ook worden gebruikt voor het verhogen van de bemonsteringsdichtheid bij translatie-rotatie-stelsels, rotatie-stationaire stelsels, geheel stationaire met flitsstralingsbronnen werkende stelsels, of andere 30 tomografische stelsels. Dit kan worden bereikt door gebruikt te maken van een röntgenstralingsbron met twee of meer brandpunten die bij voorkeur lateraal ten opzichte van elkaar zijn verschoven. In een buis met twee brandpunten bijvoorbeeld is de verplaatsing tussen de brandpunten zodanig dat wanneer het gestel roteert over de helft van de detectortussenafstand in hoekrichting het tweede brandpunt in principe dezelfde azimuthpositie bezet die aanvankelijk werd bezet door het eerste brandpunt. Dit resulteert in een tussenvoe- 35 ging van stralingsbundels uitgezonden door het tweede brandpunt tussen de aangrenzende bundels uitgezonden door het eerste brandpunt waardoor een verdubbeling van de bemonsteringsdichtheid wordt bereikt. De twee brandpunten worden bedreven in een geschakelde modus met een aan/uit-verhouding van bij benadering 50%. Als een röntgenstralingsbron met drie brandpunten wordt gebruikt dan zijn de verplaatsingen tussen de brandpunten zodanig dat er drie monsters per bundelbreedte worden verkregen.Briefly, it can be said that the present invention has advantages in that it at least doubles the sampling density that has hitherto been attainable with conventional rotary-rotary scanners or similar scanners. As noted above, the present invention can also be used to increase the sampling density in translation-rotation systems, rotation-stationary systems, all-stationary flash source systems, or other tomographic systems. This can be achieved by using an X-ray source with two or more focal points that are preferably offset laterally. For example, in a two-focal tube, the displacement between the focal points is such that as the frame rotates about half the detector spacing in angular direction, the second focal point basically occupies the same azimuth position initially occupied by the first focal point. This results in an insertion of radiation beams emitted by the second focal point between the adjacent beams emitted by the first focal point, thereby doubling the sampling density. The two focal points are operated in a switched mode with an on / off ratio of approximately 50%. If a three-focal X-ray source is used, the displacements between the focal points are such that three samples per beam width are obtained.

40 De ideale verplaatsingen tussen de brandpunten worden berekend aan de hand van de formule:40 The ideal displacements between the focal points are calculated using the formula:

As = Rs/Rd x P(N + 1/n) waarin Rs = afstand vanaf de röntgenstralingsbron naar het iso-centrum, Rd = afstand van de detectoren naar het iso-centrum, P = detectortussenafstand, gedefinieerd als de afstand tussen de middens van de aangrenzende detectoren, n = aantal brandpunten en aantal monsters per bundelbreedte, en N = 0, 1, 2,...As = Rs / Rd x P (N + 1 / n) where Rs = distance from the X-ray source to the iso center, Rd = distance from the detectors to the iso center, P = detector spacing, defined as the distance between the centers of the adjacent detectors, n = number of focal points and number of samples per beam width, and N = 0, 1, 2, ...

45 Alhoewel de verplaatsingen, berekend aan de hand van bovenstaande formule, optimaal zijn, zijn ook andere verplaatsingen mogelijk. Zolang de verplaatsingen zich dicht in de buurt bevinden van de berekende verplaatsingen zal een aanzienlijke verbetering van de spatiële resolutie worden bereikt. Voor het geval dat N = 0, Rs = 630 mm, P = 1,6 mm, Rd = 400 mm, en n / = 2 geldt As = 1,26 mm.45 Although the displacements, calculated using the above formula, are optimal, other displacements are also possible. As long as the displacements are close to the calculated displacements, a significant improvement in spatial resolution will be achieved. In the case that N = 0, Rs = 630 mm, P = 1.6 mm, Rd = 400 mm, and n / = 2, As = 1.26 mm.

De twee brandpunten kunnen afwisselend of in opeenvolging worden geschakeld met een periode die ligt 50 tussen ongeveer een halve milliseconde en enkele milliseconden. Deze schakelsnelheid zal resulteren in de hoofdzakelijke eliminatie van verwarrende artefacten als gevolg van bewegingen van de patiënt. Dit levert een significant voordeel op ten opzichte van de stand der techniek waarin het gestel over 180° moet roteren, waarvoor in het algemeen enkele seconden nodig zijn, om daarbij verdere aanzichten te verkrijgen die kunnen worden tussengevoegd om deze verwarring te compenseren.The two focal points can be switched alternately or in sequence with a period ranging from about half a millisecond to a few milliseconds. This switching speed will result in the major elimination of confusing artifacts due to patient movements. This provides a significant advantage over the prior art in which the frame has to rotate through 180 °, which generally takes a few seconds, thereby obtaining further views that can be interleaved to make up for this confusion.

55 In een uitvoeringsvorm is de bron voorzien van middelen voor het uitzenden van een aftastende stralingsbundel en elke uitgezonden aftastbundel heeft een tophoek α die kleiner is dan de tophoek B welke de reconstructiecirkel definieert. Bij voorkeur is α ongeveer de helft van β en ligt bij benadering het gebied 193257 4 van 15 tot 30°. Het aantal individuele detectoren is aangebracht op een boog op het gestel die de tophoek a omsluit. In een andere uitvoeringsvorm is een van deze individuele detectoren aan het eind van de detectorarray in hoofdzaak diametraal geplaatst tegenover de bron op het gestel zodanig dat de detectorar-ray asymmetrisch is gepositioneerd ten opzichte van het iso-centrum van het gestel. In een andere 5 uitvoeringsvorm kan het aantal individuele detectoren in hoofdzaak symmetrisch aangebracht zijn met betrekking tot het iso-centrum van het gestel. Middelen voor het verplaatsen van het aantal detectoren met betrekking tot het iso-centrum van het gestel kunnen aangebracht zijn teneinde een stelsel op te leveren dat in een willekeurige modus kan functioneren. Deze uitvoeringsvorm kan eveneens voorzien zijn van middelen voor het verschuiven van het iso-centrum van het gestel ten opzichte van de bron en de detectoren.In one embodiment, the source is provided with means for emitting a scanning radiation beam and each transmitted scanning beam has a vertex angle α less than the vertex angle B which defines the reconstruction circle. Preferably, α is about half of β and the range 193257 4 is approximately from 15 to 30 °. The number of individual detectors is arranged on an arc on the frame enclosing the apex angle a. In another embodiment, one of these individual detectors at the end of the detector array is positioned substantially diametrically opposite the source on the frame such that the detector array is positioned asymmetrically with respect to the frame iso-center. In another embodiment, the number of individual detectors may be arranged substantially symmetrically with respect to the iso-center of the frame. Means for displacing the number of detectors relative to the frame iso-center may be provided to yield a system that can operate in any mode. This embodiment may also include means for shifting the iso-center of the frame relative to the source and detectors.

10 Een ander voordeel van de onderhavige uitvinding is dat in plaats van de noodzaak een detectorarray te gebruiken met een volledige boog van detectoren, dat wil zeggen met detectoren gelokaliseerd langs een cirkelvormige boog waarvan het midden zich bevindt in hoofdzaak diametraal tegenover de röntgenstraiings-bron en waarbij de boog de gehele reconstructiecirkeldiameter omvat zodanig dat de detectorarray een aftastbundel over 40 tot 50° vanaf de bron kan ontvangen zoals bij conventionele tomografie-aftasters van 15 het rotatie-rotatie-type nu een gereduceerde detectorboog kan worden gebruikt, dat wil zeggen met detectoren op een boog die zich uitstrekt over minder dan de reconstructiecirkeldiameter zodanig dat bijvoorbeeld de detectorarray een aftastbundel kan ontvangen ongeveer in het gebied van 15 tot 30°, resulterend in een reductie van de kosten. De gereduceerde array kan asymmetrisch zijn aangebracht, zodat de detector aan het ene uiteinde van de boog zich in hoofdzaak diametraal bevindt tegenover de 20 röntgenstralingsbron. De gereduceerde array kan echter ook zijn aangebracht ten opzichte van het iso-centrum. Er kan een twee-modussysteem worden gerealiseerd door het verschaffen van middelen voor het verplaatsen van de semi-array van detectoren op het gestel, waardoor een verschuiving kan plaatsvinden tussen een asymmetrische en een symmetrische configuratie. Het vereiste aantal detectoren kan met de helft worden gereduceerd, of met een willekeurige andere gewenste praktische fractie, terwijl nog steeds 25 een aanvaardbare spatiële resolutie wordt bereikt, gebruikmakend van een röntgenstralingsbuis met twee of meer brandpunten. Alhoewel conventionele tomografie-aftasters van het rotatie-rotatie-type nog een afbeelding kunnen reconstrueren gebaseerd op 360° data zelfs na reductie van het aantal detectoren met de helft, zal een dergelijke aftaster een gereduceerde spatiële resolutie hebben; dat geldt omdat in een dergelijke aftaster de spatiële resolutie gebonden is aan de bemonsteringsfrequentie en er kan geen 30 verschuiving van het gestel-isocentrum over een kwart straal worden gebruikt omdat deze techniek een volledige detectorboog vereist. Als een dergelijke aftaster echter voorzien wordt van een röntgenstralingsbuis met twee of meer brandpunten die afwisselend straling uitzenden in overeenstemming met de onderhavige uitvinding dan wordt de bemonsteringsfrequentie verdubbeld en wordt een tweevoudige verbetering in de spatiële resolutie bereikt. Een aftasting over 360° is nog steeds nodig.Another advantage of the present invention is that instead of the need to use a detector array with a full arc of detectors, ie, detectors located along a circular arc whose center is substantially diametrically opposite the X-ray source and the arc comprising the entire reconstruction circle diameter such that the detector array can receive a scanning beam about 40 to 50 ° from the source as a conventional rotational-rotation type tomography scanner can now be used, ie with detectors on an arc extending less than the reconstruction circle diameter such that, for example, the detector array can receive a scanning beam approximately in the range of 15 to 30 °, resulting in a cost reduction. The reduced array may be arranged asymmetrically so that the detector at one end of the arc is substantially diametrically opposed to the X-ray source. However, the reduced array can also be arranged relative to the iso center. A two-mode system can be realized by providing means for moving the semi-array of detectors on the frame, allowing a shift to be made between an asymmetrical and a symmetrical configuration. The required number of detectors can be reduced by half, or by any other desired practical fraction, while still achieving an acceptable spatial resolution using an X-ray tube with two or more focal lengths. Although conventional rotational-rotation type tomography scanners can still reconstruct an image based on 360 ° data even after reducing the number of detectors by half, such a scanner will have a reduced spatial resolution; this is because in such a scanner the spatial resolution is bound to the sampling frequency and no shift of the frame isocenter by a quarter radius can be used because this technique requires a full detector arc. However, if such a scanner is provided with an X-ray tube having two or more focal points that alternately emit radiation in accordance with the present invention, the sampling frequency is doubled and a two-fold improvement in spatial resolution is achieved. A 360 ° scan is still required.

35 De spatiële resolutie van een aftaster met een röntgenstralingsbuis met een meervoudig brandpunt en een gereduceerd aantal detectoren als in het bovenstaande is beschreven kan worden beschouwd als gelijk aan een conventionele aftaster met een volledige boog met twee keer zoveel detectoren en een conventionele röntgenstralingsbuis met een enkel brandpunt. Voor een dergelijke aftaster levert de onderhavige uitvinding minder verwarrende artefacten op als gevolg van bewegingen van de patiënt omdat de tijdsduur 40 tussen de ineen geschoven monsters slechts milliseconden bedraagt corresponderend met de schakeltijd tussen de brandpunten, terwijl de tijdsduur tussen de ineen geschoven monsters bij conventionele aftasters seconden bedraagt omdat dit tussenschuiven teneinde verdere data te verkrijgen slechts plaats vindt nadat het gestel over 180° is geroteerd.The spatial resolution of a multi-focus X-ray tube scanner with a reduced number of detectors as described above can be considered equal to a conventional full arc scanner with twice as many detectors and a conventional single tube X-ray tube focal point. For such a scanner, the present invention provides less confusing artifacts due to patient motion since the time span 40 between the interleaved samples is only milliseconds corresponding to the switching time between the focal points, while the time interval between the interleaved samples in conventional scanners seconds because this sliding in order to obtain further data takes place only after the frame has been rotated 180 °.

Wanneer een gereduceerde array van detectoren wordt gebruikt dan kan de niet noodzakelijke 45 stralingsdosis worden geëlimineerd door een collimator aan te brengen tussen de röntgenstralingsbron en de patiënt voor het reduceren van de tophoek van de uitgezonden aftastbundel die door de patiënt passeert als aanpassing aan de gereduceerde afmeting van de detectorarray.When using a reduced array of detectors, the unnecessary radiation dose can be eliminated by placing a collimator between the X-ray source and the patient to reduce the apex of the emitted scanning beam passing through the patient as an adjustment to the reduced size of the detector array.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn bij wijze van voorbeeld getoond in de begeleidende 50 figuren.Embodiments of the present invention are shown by way of example in the accompanying 50 figures.

Figuur 1 illustreert een tomografische aftaster van het rotatie-rotatie-type volgens de onderhavige aanvrage.Figure 1 illustrates a rotational-rotation type tomographic scanner of the present application.

Figuur 2 illustreert de spatiële resolutie die bereikbaar is met een conventionele rotatie-rotatie-aftaster, waarbij aangegeven wordt waarom het Nyquist-criterium leidt tot een reductie met een factor twee van de 55 theoretische spatiële resolutie.Figure 2 illustrates the spatial resolution achievable with a conventional rotation-rotation scanner, explaining why the Nyquist criterion results in a factor two reduction from the 55 theoretical spatial resolution.

Figuur 3 illustreert de verschuiving van de detectoren teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.Figure 3 illustrates the displacement of the detectors to increase the sample density.

Figuur 4 illustreert een verschuiving van het brandpunt teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.Figure 4 illustrates a shift of the focal point to increase the sampling density.

5 1932575 193257

Figuur 5 illustreert de geometrie van een rotatie-rotatie-aftaster in polaire coördinaten.Figure 5 illustrates the geometry of a rotation-rotation sensor in polar coordinates.

Figuur 6 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld met een conventionele rotatie-rotatie-aftaster met een enkelvoudige röntgenstralingsbron.Figure 6 illustrates a polar coordinate scheme of the data collected with a conventional rotational-rotation scanner with a single X-ray source.

Figuur 7 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld door verschuiving van het 5 brandpunt teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.Figure 7 illustrates a polar coordinate scheme of the data collected by shifting the focal point to increase the sampling density.

Figuur 8 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld met een conventionele rotatie-rotatie-aftaster waarbij de hoekbemonsteringsafstand en de acquisitietijd zijn vergroot.Figure 8 illustrates a polar coordinate scheme of the data collected with a conventional rotation-rotation sensor with the angular sampling distance and acquisition time increased.

Figuur 9 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld door vergroting van de hoekbemonsteringsafstand en de acquisitietijd en verschuiving van het brandpunt teneinde de bemon-10 steringsdichtheid te vergroten.Figure 9 illustrates a polar coordinate scheme of the data collected by increasing the angular sampling distance and the acquisition time and focal shift to increase the sampling density.

Figuur 10 illustreert het gebruik van collimatoren met hoge resolutie teneinde de spatiële resolutie te vergroten.Figure 10 illustrates the use of high resolution collimators to increase spatial resolution.

Figuur 11 illustreert een tweede uitvoeringsvorm gebruikmakend van collimatoren met hoge resolutie teneinde spatiële resolutie te vergroten.Figure 11 illustrates a second embodiment using high resolution collimators to increase spatial resolution.

15 Figuur 12 illustreert een tomografische aftaster gebruikmakend van een röntgenstralingsbron met meervoudige brandpunten waarmee een aftastbundel wordt uitgezonden met een tophoek α die kleiner is dan de tophoek B welke de reconstructiecirkel definieert.Figure 12 illustrates a tomographic scanner using a multi-focal X-ray source emitting a scanning beam having a vertex angle α less than the vertex angle B which defines the reconstruction circle.

Figuur 13 illustreert een modificatie van de tomografische aftaster uit figuur 12.Figure 13 illustrates a modification of the tomographic scanner of Figure 12.

Figuur 14 illustreert een tomografische aftaster waarvan het iso-centrum is verschoven.Figure 14 illustrates a tomographic scanner with the iso center shifted.

20 Figuur 15 illustreert het gebruik van afbuigingselektroden voor het afbuigen van de elektronenbundel tussen afwisselend onderscheiden brandpunten op een trefplaatelektrode.Figure 15 illustrates the use of deflection electrodes for deflecting the electron beam between alternately distinct focal points on a target electrode.

Verwezen wordt nu naar figuur 1 waarin het referentiecijfer 1 een bron van doordringende straling illustreert zoals een röntgenstralingsbron, bestemd voor het uitzenden van straling door een in hoofdzaak plenaire 25 sectie van een lichaam, en het referentiecijfer 3 illustreert een aantal individuele detectoren die aangebracht zijn in hoofdzaak uniform langs een boog op een roteerbaar, in hoofdzaak cirkelvormig gesteld, geïllustreerd door het referentiecijfer 6, welk gestel op zijn beurt bij voorkeur gemonteerd is op een steunelement 16. Detectoren 3 zijn in hoofdzaak met onderling gelijke tussenafstand aangebracht bij voorkeur langs een boog nabij de rand van het gestel. Data wordt verzameld terwijl het gestel met de daarop gemonteerde bron 1 en 30 detectoren 3 wordt geroteerd in een continue rotationele zwaaibeweging rond de patiënt 5. Het rotatie-centrum van het gestel, dat wil zeggen zijn iso-cerrtrum, wordt aangedutd met ”A”. Het referentiecijfer 17 illustreert een stralingsbundel die uitgezonden wordt door de bron 1. De stralingsbundel 17 is getoond als een gespreide stralingsbundel die ligt in een in hoofdzaak vlakke doorsnede van het te onderzoeken lichaam. Elke gespreide bundel 17, uitgezonden door de bron 1, is in hoofdzaak afkomstig van een 35 onderscheiden puntbron binnen de bron 1. De pijlen ”C” geven de rotatierichting van het stelsel aan. De bron 1 omvat ten minste twee onderscheiden puntstralingsbronnen, zoals schematisch geïllustreerd is in figuur 4.Reference is now made to Figure 1 in which reference numeral 1 illustrates a source of penetrating radiation such as an X-ray source intended to emit radiation through a substantially plenary section of a body, and reference numeral 3 illustrates a number of individual detectors arranged in arranged substantially uniformly along an arc on a rotatable, substantially circular, illustrated by the reference numeral 6, which frame in turn is preferably mounted on a support element 16. Detectors 3 are arranged substantially equally spaced, preferably along an arc near the edge of the frame. Data is collected while the frame with the source 1 and detectors 3 mounted thereon is rotated in a continuous rotational swinging motion around the patient 5. The center of rotation of the frame, ie its iso-cerrtrum, is indicated with "A" . The reference numeral 17 illustrates a radiation beam emitted from the source 1. The radiation beam 17 is shown as a spread radiation beam lying in a substantially planar cross section of the body to be examined. Each spread beam 17 emitted from source 1 mainly comes from a distinct point source within source 1. Arrows "C" indicate the direction of rotation of the array. The source 1 includes at least two distinct point radiation sources, as schematically illustrated in Figure 4.

In figuur 1 verwijst het referentiecijfer 31 naar middelen voor het in hoekrichting verplaatsen van de bron en van de detectoren rond het lichaam 5 zodanig dat de straling verloopt door het aantal coplanaire wegen 40 in de bovengenoemde plenaire sectie en wordt gedetecteerd door de detectors 3. De middelen 31 kunnen voorzien zijn van middelen voor het in hoekrichting verplaatsen van het gestel. Het referentiecijfer 33 verwijst naar middelen die ervoor zorgen dat de ten minste twee puntstralingsbronnen afwisselende straling uitzenden. De middelen 33 kunnen voorzien zijn van middelen die ervoor zorgen dat de puntstralingsbronnen afwisselend straling uitzenden op een frequentie waarvan de periode gelijk is aan de tijdsduur die 45 het gestel nodig heeft om te roteren over een hoek gelijk aan de effectieve detectortussenafstand in het iso-centrum bepaald door een hoek gevormd door twee lijnen die het iso-centrum van het gestel verbinden met het midden van de aangrenzende op het gestel aangebrachte detectoren. In andere gevallen kan deze periode worden vermenigvuldigd met N waarbij N gelijk is aan 2, 4, 8, 16...In Figure 1, the reference numeral 31 refers to means for angularly displacing the source and detectors around the body 5 such that the radiation travels through the number of coplanar paths 40 in the above plenary section and is detected by the detectors 3. The means 31 may be provided with means for angular displacement of the frame. Reference numeral 33 refers to means for causing the at least two point radiation sources to emit alternating radiation. The means 33 may be provided with means for the point radiation sources to alternately emit radiation at a frequency whose period is equal to the time it takes for the frame to rotate through an angle equal to the effective detector spacing in the iso-center determined by an angle formed by two lines connecting the iso-center of the frame with the center of the adjacent detectors mounted on the frame. In other cases, this period can be multiplied by N where N equals 2, 4, 8, 16 ...

Het referentiecijfer 38 verwijst naar middelen voor het verschuiven van het iso-centrum "A” van het 50 gestel met betrekking tot de bron 1 en de detectoren 3.Reference numeral 38 refers to means for shifting the iso-center "A" of the 50 frame with respect to source 1 and detectors 3.

Het referentiecijfer 37 verwijst naar verschuivingsmiddelen voor het verschuiven van de bron 1 ten opzichte van de detectoren 3. De verschuivingsmiddelen 37 kunnen voorzien zijn van middelen voor het periodiek verschuiven van de bron tussen ten minste twee onderscheiden posities met betrekking tot de detectoren terwijl de bron en de detectoren in hoekrichting worden verplaatst rond het lichaam 5. Het 55 referentiecijfer 39 verwijst naar middelen voor het verplaatsen van de detectoren op het gestel. De middelen 39 kunnen voorzien zijn van middelen voor het verplaatsen van de detectoren tussen een eerste positie waarin de detectoren asymmetrisch zijn geplaatst ten opzichte van het iso-centrum en tweede positie waarin 193257 6 de detectoren symmetrisch zijn geplaatst ten opzichte van het iso-centrum. De middelen 39 worden bij voorkeur gebruikt in samenhang met een semi-array van detectoren zoals in het onderstaande nog zal worden besproken.The reference numeral 37 refers to shift means for shifting the source 1 relative to the detectors 3. The shift means 37 may include means for periodically shifting the source between at least two distinct positions with respect to the detectors while the source and the angular detectors are moved around the body 5. The 55 reference numeral 39 refers to means for moving the detectors on the frame. The means 39 may include means for moving the detectors between a first position in which the detectors are placed asymmetrically with respect to the iso center and second position in which the detectors are placed symmetrically with respect to the iso center. The means 39 are preferably used in conjunction with a semi-array of detectors as will be discussed below.

De geometrie van conventionele rotatie-rotatie-aftaster begrenst de kleinst mogelijke bemonsteringsaf-5 stand tot de afstand tussen twee aangrenzende detectoren waardoor de intrinsieke spatiële resolutiemogelijkheden van dergelijke systemen worden begrensd tot twee maal de tussenafstand tussen twee detectoren. Met andere woorden, de bemonsteringsafstand is effectief gelijk aan de bundelbreedte. De consequentie van deze bemonsteringsfrequentie is dat de spatiële resolutie van een rotatie-rotatie-aftaster slechts half zo goed is als theoretisch mogelijk is. Dat wordt aangetoond door het Nyquist-theorema dat 10 vereist dat er ten minste twee monsters per bundelbreedte worden genomen om de maximale spatiële resolutie te verkrijgen.The geometry of a conventional rotation-rotation scanner limits the smallest possible sampling distance to the distance between two adjacent detectors, thus limiting the intrinsic spatial resolution capabilities of such systems to twice the distance between two detectors. In other words, the sampling distance is effectively equal to the beam width. The consequence of this sampling frequency is that the spatial resolution of a rotation-rotation scanner is only half as good as theoretically possible. This is demonstrated by the Nyquist theorem that requires at least two samples per beam width to be taken to obtain the maximum spatial resolution.

Figuur 2 illustreert waarom het Nyquist-criterium leidt tot een reductie met een factor twee van de theoretische spatiële resolutie in een conventionele rotatie-rotatie-aftaster. In deze figuur vertegenwoordigt "a” de bundelbreedte van de stralingsbundel uitgezonden door de röntgenstralingsbron 1 en ”b” vertegen-15 woordigt de bemonsteringsafstand of steek. In overeenstemming met het Nyquist-criterium moet het bemonsteringsinterval ”b” kleiner zijn dan of gelijk zijn aan de helft van de resolutie of bundelbreedte ”a”; dat wil zeggen ”b” moet kleiner zijn dan of gelijk zijn aan a/2. Als ”b” kleiner is dan a/2, dan is de spatiële resolutie gelijk aan ”a”. Als "b” groter is dan a/2 dan moet, voor het vermijden van verwarrende artefacten, de spatiële resolutie worden verminderd en als gevolg daarvan zal ze groter zijn dan ”a”. Voor het geval dat 20 b = a, zoals het geval is bij een conventionele tomografische aftaster van het rotatie-rotatie-type, is de spatiële resolutie ongeveer gelijk aan 2b (en derhalve ook gelijk aan 2a omdat b = a).Figure 2 illustrates why the Nyquist criterion leads to a factor two reduction of theoretical spatial resolution in a conventional rotation-rotation scanner. In this figure, "a" represents the beam width of the radiation beam emitted by the X-ray source 1 and "b" represents the sampling distance or pitch. In accordance with the Nyquist criterion, the sampling interval "b" must be less than or equal to half of the resolution or beam width "a", ie "b" must be less than or equal to a / 2. If "b" is less than a / 2, the spatial resolution is equal to "a" If "b" is greater than a / 2, to avoid confusing artifacts, the spatial resolution must be reduced and as a result it will be greater than "a". In case 20 b = a, as is the case with a conventional rotational-rotation type tomographic scanner, the spatial resolution is approximately equal to 2b (and therefore also equal to 2a because b = a).

Figuur 3 illustreert de methode voor het verschuiven van de detectoren over de halve steekafstand om daarmee de bemonsteringsdichtheïd te vergroten. De verschoven detectoren worden aangeduid met stippellijnen en met het referentiecijfer 3'. In figuur 3 is met a' de bundelbreedte aangegeven en b' 25 vertegenwoordigt de bemonsteringsafstand of steek. Ten opzichte van figuur 2 geldt a' = a en b' = b/2 = a/2. Met de detectoren verschoven over een halve steekafstand treedt er derhalve geen verwarring op omdat voldaan wordt aan het Nyquist-criterium en de spatiële resolutie is gelijk aan "a”. De resolutie is derhalve twee keer zo groot als getoond is in figuur 2.Figure 3 illustrates the method of shifting the detectors half the pitch distance to thereby increase the sampling density. The shifted detectors are indicated by dotted lines and by the reference numeral 3 '. In Figure 3, a 'denotes the beam width and b' 25 represents the sampling distance or pitch. A '= a and b' = b / 2 = a / 2 apply to figure 2. Therefore, with the detectors shifted half a pitch apart, there is no confusion because the Nyquist criterion is met and the spatial resolution is equal to "a". The resolution is therefore twice as large as shown in Figure 2.

Figuur 4 illustreert de stralingsbron 1 in de vorm van een röntgenstralingsbron die voorzien is van twee 30 onderscheiden puntstralingsbronnen 9 en 11. De puntbronnen 9 en 11 kunnen worden gerealiseerd met een enkele röntgenstralingsbron met een paar gloeidraden. Het is ook mogelijk te voorzien in een stralingsbron I met een paar röntgenstralingsbuizen, waarbij elke buis een onderscheiden puntstralingsbron vertegenwoordigt. Verder is het mogelijk om afbuigmiddelen toe te passen voor het afbuigen van een elektronenbundel tussen ten minste twee onderscheiden brandpunten op een trefplaatelektrode zoals getoond is in 35 figuur 15. Middelen 33 zijn aangebracht om ervoor te zorgen dat de onderscheiden puntstralingsbronnen 9 en 11 afwisselend straling uitzenden. Er wordt op gewezen dat de bron 1 voorzien kan zijn van twee of meer onderscheiden puntbronnen die elk op hun beurt straling kunnen uitzenden. Een afwisselende verschuiving van de puntstralingsbron, of van het brandpunt, van positie 9 naar positie 11 in de röntgenstralingsbron 1 levert een toename op van de bemonsteringsdichtheïd. In figuur 4 worden röntgenstralen 40 uitgezonden vanuit de brandpuntpositie 9 terwijl de detectoren 3 zich bevinden in positie 3. De röntgenstralen worden nog steeds uitgestraald vanaf de brandpuntpositie 9 terwijl het gestel roteert over de helft van de detectorsteekafstand in hoekrichting totdat de detectoren 3 zich bevinden in de positie 3' en het brandpunt II nu dezelfde plaats inneemt die aanvankelijk ingenomen werd door het brandpunt 9. Op dat tijdstip worden de röntgenstralen uitgezonden vanaf het brandpunt 11 terwijl het gestel doorgaat met zijn rotatie- 45 beweging over een volgende halve detectorsteekafstand. Nadat het gestel over een gehele detectorsteekafstand is geroteerd worden de röntgenstralen opnieuw uitgezonden vanaf positie 9. Deze cyclus wordt gedurende de gehele aftasting herhaald.Figure 4 illustrates the radiation source 1 in the form of an X-ray source comprising two distinct point radiation sources 9 and 11. The point sources 9 and 11 can be realized with a single X-ray source with a pair of filaments. It is also possible to provide a radiation source I with a pair of X-ray tubes, each tube representing a distinct point source of radiation. Furthermore, it is possible to use deflection means for deflecting an electron beam between at least two distinct focal points on a target electrode as shown in Figure 15. Means 33 are arranged to cause the different point radiation sources 9 and 11 to emit radiation alternately. . It is pointed out that source 1 may be provided with two or more distinct point sources, each of which may in turn emit radiation. An alternate shift of the point radiation source, or of the focal point, from position 9 to position 11 in the X-ray source 1 produces an increase in the sampling density. In Figure 4, X-rays 40 are emitted from the focal position 9 while the detectors 3 are in position 3. The X-rays are still emitted from the focal position 9 while the frame rotates about half the detector pitch in angular direction until the detectors 3 are in the position 3 'and the focal point II now occupy the same place initially occupied by the focal point 9. At that time, the X-rays are emitted from the focal point 11 as the frame continues to rotate through another half detector pitch. After the frame has been rotated through an entire detector pitch, the X-rays are retransmitted from position 9. This cycle is repeated throughout the scan.

De verplaatsing tussen de brandpunten 9 en 11 die nodig is om een tweede brandpunt te verkrijgen dat dezelfde azimuthpositie bezet als aanvankelijk werd bezet door het eerste brandpunt, wanneer de 50 detectoren zijn verschoven over de helft van de detectorsteekafstand kan worden berekend uit de volgende formule:The displacement between the focal points 9 and 11 necessary to obtain a second focal point that occupies the same azimuth position as was initially occupied by the first focal point, when the 50 detectors are shifted by half the detector pitch can be calculated from the following formula:

As = FyRd x P(N + 1/2) waarin Rs = de afstand tussen de röntgenstralingsbron en het iso-centrum van het gestel, d.w.z. het rotationele middelpunt van het gestel, Rd = de afstand vanaf elke detector naar het iso-centrum, P = de 55 detectorsteekafstand gedefinieerd als de afstand tussen de middens van aangrenzende detectoren, en N = 0, 1, 2,... Voor N = 0 geldt As = Rs/Rd x P/2.As = FyRd x P (N + 1/2) where Rs = the distance between the X-ray source and the iso center of the frame, ie the rotational center of the frame, Rd = the distance from each detector to the iso center, P = the 55 detector pitch distance defined as the distance between the centers of adjacent detectors, and N = 0, 1, 2, ... For N = 0, As = Rs / Rd x P / 2.

Het zal duidelijk zijn dat door het realiseren van meervoudige brandpunten op de in het bovenstaande 7 193257 beschreven wijze de bemonsteringsfrequentie ten minste wordt verdubbeld omdat de stralingsbundel 17' als het ware voortdurend tussengeschoven worden tussen de aangrenzende stralingsbundel 17 terwijl de stralingsbron en de detectoren worden geroteerd rond het iso-centrum. Gebruikmakend van een meervoudig brandpuntstelsel wordt deze tussenschuivende bewerking verkregen onafhankelijk van enige wijziging in de 5 ruimtelijke relatie tussen de bron 1 en de detectoren 3 omdat de vaste relatie tussen de röntgenstralings-bron 1 en de detectoren 3 op het gestel over de gehele 360° omwenteling van het gestel wordt gehandhaafd. Verder vindt de tussenschuiving van de stralingsbundels plaats terwijl de stralingsbron en de detectoren worden geroteerd rond de patiënt, het tussenschuiven wordt uitgevoerd door het afwisselend uitzenden van straling door de meervoudige puntstralingsbronnen of brandpunten. De straling wordt 10 afwisselend uitgezonden door de brandpunten op een frequentie waarvan de periode bij voorkeur gelijk is aan de tijdsduur die het gestel nodig heeft om te roteren over de detectorsteekafstand. Deze periode kan eveneens worden vermenigvuldigd met N, waarbij N gelijk is aan 2,4, 8,16...It will be clear that by realizing multiple focal points in the manner described in the above 7 193 257, the sampling frequency is at least doubled because the radiation beam 17 'is, as it were, continuously shifted between the adjacent radiation beam 17 while the radiation source and the detectors are rotated around the iso center. Using a multiple focal system, this interleaving operation is obtained regardless of any change in the spatial relationship between the source 1 and the detectors 3 because the fixed relationship between the X-ray source 1 and the detectors 3 on the frame over the entire 360 ° rotation of the frame is maintained. Furthermore, the interleaving of the radiation beams takes place while the radiation source and detectors are rotated around the patient, the interleaving is performed by alternately emitting radiation through the multiple point radiation sources or focal points. The radiation is alternately emitted from the focal points at a frequency the period of which is preferably equal to the length of time it takes for the frame to rotate over the detector pitch. This period can also be multiplied by N, where N equals 2.4, 8.16 ...

De bron 1 die getoond is in figuur 1 kan ook zodanig worden uitgevoerd dat straling wordt uitgezonden van meer dan een onderscheiden puntbron door verschuivingsmiddelen 37 te verschaffen voor het 15 verschuiven van de bron 1 met betrekking tot de detectormiddelen 3. De verschuivende middelen zijn bij voorkeur voorzien van middelen voor het periodiek verschuiven van de bron 1 tussen ten minste twee onderscheiden posities ten opzichte van de detectormiddelen 3. Dit leidt ertoe dat elke detector straling ontvangt van meerdere puntbronnen terwijl het gestel wordt geroteerd. De verschuivende middelen kunnen willekeurige conventionele middelen zijn voor het verschuiven van de plaats van de bron 1 ten opzichte van 20 de detectorarray 3.The source 1 shown in Figure 1 may also be configured to emit radiation from more than one distinct point source by providing shift means 37 for shifting the source 1 with respect to the detector means 3. The shifting means are preferably provided with means for periodically shifting the source 1 between at least two distinct positions relative to the detector means 3. This results in each detector receiving radiation from multiple point sources while the frame is rotated. The shifting means may be any conventional means for shifting the location of the source 1 relative to the detector array 3.

De toegenomen bemonsteringsdichtheid, resulterend uit de meervoudige brandpunten, alsmede de afwisselende data-acquisitie-schema’s, zullen duidelijk worden tijdens de bespreking van de figuren 5-9 waarin de data in polaire coördinaten is weergegeven.The increased sample density, resulting from the multiple focal points, as well as the alternating data acquisition schemes, will become apparent during the discussion of Figures 5-9 showing the data in polar coordinates.

Verwezen wordt naar figuur 5 waarin de spatiele positie van elke röntgenstralingsmeting is aangeduid 25 met polaire coördinaten (r, 0) ten opzichte van het iso-centrum ”a”. De straal gevormd door de röntgen-stralingsbron 1 en de detector D-, wordt gedefinieerd door de polaire coördinaten (r, Θ) waarin r gelijk is aan de afstand R1 - O, en Θ gelijk is aan Θν De volgende straal in de waaier, gevormd door de bron 1 en detector D2 heeft de polaire coördinaten (r, Θ) waarin r gelijk is aan de afstand R2 - O en Θ gelijk is aan θ2. Het zal derhalve duidelijk zijn dat r evenredig is aan het detectomummer en dat voor een gegeven waaier 30 de Θ voor elke straal toeneemt met ΔΘ waarin ΔΘ de hoek is die wordt bepaald voor de detectorsteekafstand zoals gezien door de bron 1.Reference is made to Figure 5 in which the spatial position of each X-ray measurement is indicated by polar coordinates (r, 0) with respect to the iso center "a". The ray formed by the X-ray source 1 and the detector D-, is defined by the polar coordinates (r, Θ) where r equals the distance R1 - O, and Θ equals Θν The next ray in the impeller, formed by the source 1 and detector D2 has the polar coordinates (r, Θ) where r equals the distance R2 - O and Θ equals θ2. It will therefore be appreciated that r is proportional to the detector number and that for a given impeller 30 the Θ for each radius increases by ΔΘ where ΔΘ is the angle determined for the detector pitch as seen by the source 1.

De data verzameld door een conventionele tomografische aftaster van het rotatie-rotatie-type met een enkelvoudige röntgenstralingsbron zijn getoond in figuur 6. De data van elke waaier ligt in dit r-Θ diagram op een diagonale lijn omdat Θ en r bieden veranderen evenredig met het detectomummer. De in een bepaalde 35 waaier verzamelde data is getoond met ofwel open ofwel gesloten cirkels en dit symbool wisselt af bij opeenvolgende waaiers.The data collected by a conventional rotational-rotational-type tomographic scanner with a single X-ray source is shown in Figure 6. The data of each fan in this r-Θ diagram is on a diagonal line because Θ and r provide change in proportion to the detectomumber. The data collected in a given range is shown with either open or closed circles and this symbol alternates with successive fans.

Omdat het gestel roteert tijdens de data-acquisitie strekt elke meting zich uit over een kleine reeks van waarden voor Θ. De cirkels (open of gesloten) indiceren de gemiddelde waarde van Θ en de verticale lijnen boven of onder de cirkel indiceren het traject van Θ waarin data is verzameld.Because the frame rotates during the data acquisition, each measurement extends over a small range of values for Θ. The circles (open or closed) indicate the mean value of Θ and the vertical lines above or below the circle indicate the trajectory of Θ in which data is collected.

40 Nadat de data is verzameld kan de data worden gecombineerd in nieuwe groepen, gedefinieerd als "aanzichten” die een constante hoek Θ hebben. De data in elke groep bestaat dus uit in hoofdzaak parallelle stralen. In het geval getoond in figuur 6 is de acquisitietijd At voor elke waaier gelijk aan de tijd die het gestel nodig heeft om te roteren over ΔΘ.40 After the data is collected, the data can be combined into new groups, defined as "views" that have a constant angle.. Thus, the data in each group consists of substantially parallel rays. In the case shown in Figure 6, the acquisition time For each impeller, equal to the time it takes for the frame to rotate about ΔΘ.

At is dus evenredig met ΔΘ; At = Ι<ΔΘ, waarin l/k evenredig is met de rotatiesnelheid. Ook de hoekbe-45 monstering die bepaald wordt door de hoekafstand tussen de aanzichten Δα = ΔΘ. Het minimum bemon-steringsinterval is gelijk aan de detectorsteek resulterend in een verslechterde spatiele resolutie omdat zoals boven is beschreven niet voldaan is aan het Nyquist-criterium.So At is proportional to ΔΘ; At = Ι <ΔΘ, where l / k is proportional to the rotational speed. Also the angle-45 sampling which is determined by the angular distance between the views Δα = ΔΘ. The minimum sampling interval is equal to the detector pitch resulting in a deteriorated spatial resolution because the Nyquist criterion is not met as described above.

Gebruikmakend van een röntgenstralingsbron met twee brandpunten die van elkaar zijn gescheiden over een afstand bepaald door de in het bovenstaande gegeven formule en die afwisselend straling uitzenden 50 wordt het resultaat van figuur 7 verkregen. De waaierdata, verzameld wanneer het brandpunt zich bevindt in de positie x(y) zijn getoond met open (gesloten) cirkels. Door het halveren van de integratietijd en door af te wisselen tussen de brandpunten x en y, kan de data worden georganiseerd in aanzichten met een constante Θ, gescheiden door een hoekstand Δα = ΔΘ. Belangrijk is dat de bemonsteringsafstand gelijk is aan de helft van de detectorsteek, waardoor wordt voldaan aan het Nyquist-criterium met als resultaat een 55 sterk verbeterde spatiele resolutie.Using an X-ray source having two focal points separated by a distance determined by the formula given above and emitting radiation alternately 50, the result of Figure 7 is obtained. The fan data collected when the focal point is in position x (y) are shown with open (closed) circles. By halving the integration time and alternating between the focal points x and y, the data can be organized into views with a constant Θ, separated by an angular position Δα = ΔΘ. Importantly, the sampling distance is equal to half the detector pitch, fulfilling the Nyquist criterion resulting in a 55 greatly improved spatial resolution.

Alhoewel in deze uitvoeringsvorm parallelle aanzichten worden verkregen, voldaan wordt aan het Nyquist-criterium en een aanzienlijk verbeterde spatiele resolutie wordt verkregen wordt ze gekenmerkt door 193257 δ een gereduceerde data-acquisitietijd At = (Ι<ΔΘ)/2 omdat de brandpuntpositie wordt gewijzigd telkens wanneer het gestel over de helft van de detectorhoekafstand is geroteerd. Deze verkorte data acquisitietijd beperkt de hoeveelheid van de gedetecteerde röntgenstralingsflux en kan leiden tot een reductie van de signaalQbuis-verhouding en vereist verder een kostbaarder en met hoge snelheid functionerend data-5 acquisitiesysteem.Although in this embodiment parallel views are obtained, the Nyquist criterion is met and a significantly improved spatial resolution is obtained, it is characterized by 193257 δ a reduced data acquisition time At = (Ι <ΔΘ) / 2 because the focal position is changed each time when the frame is rotated by half the detector angular distance. This shortened data acquisition time limits the amount of X-ray flux detected and can lead to a reduction in the signal tube ratio and further requires a more expensive and high-speed data-5 acquisition system.

Dit nadeel kan worden overwonnen door het vergroten van de acquisitietijd en de hoekbemonsteringsaf-stand. Figuur 8 toont het r-Θ diagram voor een conventionele rotatie-rotatie-aftaster met een röntgen-stralingsbuis met een enkel brandpunt die per acquisitie over twee ΔΘ roteert. In vergelijking met figuur 6 is de integratietijd twee keer zo lang en de hoekafstand Δα is twee keer zo groot resulterend in het totaal in de 10 helft van het aantal aanzichten. De minimum bemonsteringsafstand is gelijk aan de detectorsteek evenals in figuur 6, hetgeen niet leidt tot een verbeterde spatiele resolutie. Bovendien zal het aan de hand van figuur 8 duidelijk zijn dat de data niet kan worden georganiseerd in perfect parallelle aanzichten met een constante Θ. Dat resulteert in een klein verlies aan hoekresolutie hetgeen op zijn beurt leidt tot een lichte degradatie van de spatiele resolutie op afstanden die ver verwijderd zijn van het iso-centrum, bijvoorbeeld tot een straal 15 van 200 mm, waar hoge spatiele resolutie minder belangrijk is en over het algemeen vanwege andere redenen in tomografische aftasters zal zij gedegradeerd. De spatiele resolutie in het iso-centrum is echter in dit schema niet verminderd.This drawback can be overcome by increasing the acquisition time and the angular sampling distance. Figure 8 shows the r-Θ diagram for a conventional rotational-rotation scanner with a single focal X-ray tube rotating by two ΔΘ per acquisition. Compared to Figure 6, the integration time is twice as long and the angular distance Δα is twice as long resulting in the total in the half of the number of views. The minimum sampling distance is the same as the detector pitch as in Figure 6, which does not lead to an improved spatial resolution. In addition, it will be apparent from Figure 8 that the data cannot be organized into perfectly parallel views with a constant Θ. This results in a small loss of angular resolution which in turn leads to a slight degradation of the spatial resolution at distances far from the iso center, for example up to a radius of 200 mm, where high spatial resolution is less important and generally for other reasons in tomographic scanners it will be degraded. However, the spatial resolution in the iso center is not reduced in this scheme.

Wanneer de grotere data acquisitietijd wordt gecombineerd met een röntgenstralingsbron met twee brandpunten dan resulteert het r-Θ diagram dat getoond is in figuur 9. In dit geval wordt een langere 20 acquisitietijd At = 2 kA© bereikt die vier keer langer is dan in het voorbeeld van figuur 7. De hoekbemon-steringsafstand is eveneens vier keer groter Δα = 4ΔΘ. Dit resulteert in een kwart van het totaal aantal aanzichten van figuur 7 waardoor de totale belasting, gevormd door de beeldreconstructie, aanzienlijk wordt gereduceerd zonder dat dit ten koste gaat van de beeldkwaliteit. Omdat evenals in figuur 8 gedurende de acquisitie verder roteert dan ΔΘ kan de data niet worden georganiseerd in perfect parallelle aanzichten met 25 een constante Θ. De lichte degradatie in de afbeeldingskwaliteit zal echter beperkt zijn tot de randgebieden ver van het iso-centrum af. Het gebruik van twee brandpunten x en y levert een minimale bemonsteringsafstand op gelijk aan de helft van de detectorsteek, hetgeen voldoet aan het Nyquist-criterium, en resulteert in een aanzienlijk verbeterde spatiële resolutie ongeacht de langere acquisitietijd.When the larger data acquisition time is combined with a two-focal X-ray source, the r-Θ diagram shown in Figure 9 results. In this case, a longer acquisition time At = 2 kA © is achieved which is four times longer than in the example. of Figure 7. The angular sampling distance is also four times greater Δα = 4ΔΘ. This results in a quarter of the total number of views of Figure 7 whereby the total load created by the image reconstruction is significantly reduced without compromising image quality. Because, as in Figure 8, rotates further than ΔΘ during acquisition, the data cannot be organized into perfectly parallel views with a constant Θ. However, the slight degradation in the image quality will be limited to the edge areas far from the iso center. The use of two focal points x and y yields a minimum sampling distance equal to half the detector pitch, which meets the Nyquist criterion, and results in a significantly improved spatial resolution regardless of the longer acquisition time.

Figuur 10 illustreert het gebruik van een polymator 13 met een hoge resolutie teneinde de detector-30 opening te reduceren en de spatiële resolutie te verbeteren. In de voorkeursuitvoeringsvorm reduceert de pencollimator 13 de detectoropening en verhoogt de spatiële resolutie. In figuur 10 is a vijftig procent van de waarde ervan in de figuren 4-6, en b = 2a, terwijl de vereiste waarde voor de bemonsteringssteek gelijk is aan a/2. Een oplossing is het gebruik van een röntgenstraalbuis met drie of meer brandpuntposities teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.Figure 10 illustrates the use of a high resolution polymer 13 to reduce the detector aperture and improve spatial resolution. In the preferred embodiment, the pen collimator 13 reduces the detector opening and increases the spatial resolution. In Figure 10, a is fifty percent of its value in Figures 4-6, and b = 2a, while the required value for the sampling pitch equals a / 2. One solution is to use an X-ray tube with three or more focal positions to increase the sampling density.

35 Ook kan een röntgenstraalbuis met twee brandpunten worden gebruikt en kan het rotatie-iso-centrum worden verschoven over een kleine afstand zodanig dat aanzichten, die over een tussenafstand van 180° worden genomen, kunnen worden tussengevoegd teneinde de bemonsteringsdichtheid te verdubbelen. De geometrie van de verschuiving van het iso-centrum en de locatie van de pencollimatoren met hoge resolutie met betrekking tot de detectoren is aangegeven in twee verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding. 40 In een uitvoeringsvorm zijn de centra van de collimatoren met hoge resolutie uitgelijnd met de centra van de van de detectoren zoals getoond is in figuur 10 zodanig dat de naaldbundels 17' in hoofdzaak invallen op de centra van de detectoren 3, en het iso-centrum van het gestel wordt verplaatst over een achtste van de effectieve detectorsteek in het iso-centrum. In de andere uitvoeringsvorm, geïllustreerd in figuur 11 kunnen de centra van de collimatoren 13 met hoge resolutie worden verschoven vanaf de centra van de tectoren 45 DrDn over een achtste van de detectorsteek zodanig dat de naaldbundels die door de collimator 13 passeren invallen op de detectoren in hoofdzaak op punten die over een achtste van de detectorsteek zijn verschoven ten opzichte van de centra van de detectoren, en het iso-centrum is over een kwart van de effectieve detectorsteek in het iso-centrum verschoven. Zoals getoond is in figuur 11 vertegenwoordigt het referentiesymbool "Δ" de verschuiving van de centra van de collimatoren met betrekking tot de detector-50 centra, welke verschuiving elke gewenste praktische waarde kan aannemen maar bij voorkeur gelijk is aan een achtste of een kwart van de detectorsteekafstand. Het referentiesymbool Δ' vertegenwoordigt de verschuiving van het iso-centrum van het gestel ten opzichte van de effectieve detectorsteekafstand in het iso-centrum, welke verschuiving ook elke gewenste praktische waarde kan aannemen maar bij voorkeur gelijk is aan een kwart van de bundelbreedte in het iso-centrum. In het geval van collimatie achter de 55 patiënt om de detectoropening tot 50% te reduceren wordt de vereiste toename van de bemonsteringsfre-quentie met een factor vier bereikt door dubbele brandpunten (x 2 bemonsteringsfrequentie) en een verschuiving over een achtste tussenafstand (x 2 bemonsteringsfrequentie).Also, a two-focal X-ray tube can be used and the rotational iso center can be shifted a small distance such that views taken 180 ° apart can be interleaved to double the sampling density. The geometry of the iso-center shift and the location of the high-resolution pen collimators with respect to the detectors is indicated in two different embodiments of the invention. 40 In one embodiment, the centers of the high resolution collimators are aligned with the centers of the detectors as shown in Figure 10 such that the needle beams 17 'are substantially incident on the centers of the detectors 3, and the iso center of the frame is moved about one-eighth of the effective detector pitch in the iso center. In the other embodiment, illustrated in Figure 11, the centers of the collimators 13 can be shifted with high resolution from the centers of the detectors 45 DrDn by one-eighth of the detector pitch such that the needle beams passing through the collimator 13 are incident on the detectors in essentially at points offset by one-eighth of the detector pitch from the centers of the detectors, and the iso center shifted by a quarter of the effective detector pitch in the iso center. As shown in Figure 11, the reference symbol "Δ" represents the shift of the centers of the collimators with respect to the detector-50 centers, which shift can take any desired practical value but preferably equals one-eighth or a quarter of the detector pitch. The reference symbol Δ 'represents the shift of the iso-center of the frame relative to the effective detector pitch in the iso-center, which shift can also take any desired practical value but is preferably equal to a quarter of the beam width in the iso -Centre. In the case of collimation behind the 55 patient to reduce the detector opening by up to 50%, the required increase in sampling frequency by a factor of four is achieved by double focal lengths (x 2 sampling frequency) and an eighth spacing shift (x 2 sampling frequency) ).

9 1932579 193257

Figuur 12 illustreert een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding gebruikmakend van een gereduceerde array van detectoren. In figuur 12 is de detectorarray 3 uitgevoerd met een aantal individuele detectoren aangegeven door de symbolen Ο,-D^. De röntgenstralingsbron 1 heeft twee onderscheiden puntstralingsbronnen, alhoewel elk willekeurig aantal puntstralingsbronnen groter dan een kan worden 5 toegepast. De gereduceerde detectorarray 3 is gemonteerd op een bij voorkeur in hoofdzaak cirkelvormige boog waarvan het midden samenvalt met de röntgenstralingsbron 1.Figure 12 illustrates another embodiment of the present invention using a reduced array of detectors. In Figure 12, the detector array 3 is equipped with a number of individual detectors indicated by the symbols Ο, -D ^. The X-ray source 1 has two distinct point radiation sources, although any number of point radiation sources greater than one can be used. The reduced detector array 3 is mounted on a preferably substantially circular arc, the center of which coincides with the X-ray source 1.

In figuur 12 is met het referentiecijfer 15 de reconstructiecirkel aangegeven behorend bij een waaier-bundel met een tophoek gelijk aan β, waarbij de tophoek is gedefinieerd als de hoek tussen de buitenste begrenzingen van de waaierbundel. De uitgestrektheid van de detectorarray die zou passen bij een 10 dergeiijke waaierbundel getoond met de stippellijnen links van de gereduceerde array 3. Zoals getoond is heeft een dergelijke waaierbundel een mediale bundel die verloopt door het vaste iso-centrum ”a” rond welk iso-centrum de bron 1 en de detectoren 3 roteerbaar zijn in het vlak van de detectoren. Tijdens een gehele omwenteling van de bron-detector-samenstelling zal de bron bewegen in een cirkel die concentrisch is met het vaste iso-centrum ”A” en de waaierbundel met de tophoek β zal zwaaien over het oppervlak binnen het 15 vlak van de detectoren dat zich bevindt binnen de cirkel 15. Cirkel 15 valt over het isocentrum ”A” en de omtrek ervan raakt aan de bundels die de rand van de waaierbundel definiëren, welke waaierbundel gecentreerd is als in het bovenstaande is beschreven ten opzichte van het iso-centrum en voorzien is van een tophoek β. Voor een bepaalde aftaster is de diameter van de reconstructiecirkel direct gerelateerd aan de grootte van de tophoek van de waaierbundel.In Figure 12, reference numeral 15 denotes the reconstruction circle associated with a fan beam with a vertex angle equal to β, the vertex angle being defined as the angle between the outer boundaries of the impeller beam. The extent of the detector array that would fit with such a fan beam shown with the dotted lines to the left of the reduced array 3. As shown, such a fan beam has a medial beam extending through the fixed iso center "a" around which iso center the source 1 and the detectors 3 are rotatable in the plane of the detectors. During a complete revolution of the source-detector assembly, the source will move in a circle concentric to the fixed iso-center "A" and the fan beam with the vertex angle β will swing across the surface within the plane of the detectors is within the circle 15. Circle 15 falls over the isocenter "A" and its circumference is tangent to the beams defining the edge of the fan beam, which fan beam is centered as described above with respect to the iso center and is provided with a vertex angle β. For a given scanner, the diameter of the reconstruction circle is directly related to the size of the apex angle of the fan beam.

20 De waaierbundel 17 geïllustreerd in figuur 12 heeft een tophoek α die kleiner is dan β. De bundel 17 is aangepast aan de gereduceerde detectorarray 3, terwijl daarentegen een waaierbundel met een tophoek β zou passen bij de omvang van een volledige detectorarray die zich uitstrekt ook over de stippellijnen in figuur 12. Figuur 12 toont een hoek α ongeveer gelijk aan 20-25° en β ongeveer gelijk aan 40-50°. Er wordt op gewezen dat α en β ook iedere andere praktische waarde kunnen bezitten; bij voorkeur zal α 25 liggen in het gebied van 15-30° en ongeveer gelijk zijn aan de helft van de waarde van β. De tophoek van een waaierbundel kan worden gewijzigd door het wijzigen van de bijbehorende collimatoren of door het veranderen van de röntgenstralingsbron.The fan beam 17 illustrated in Figure 12 has an apex angle α less than β. The beam 17 is adapted to the reduced detector array 3, whereas a fan beam with an apex angle β would fit the size of a full detector array extending also along the dotted lines in Figure 12. Figure 12 shows an angle α approximately equal to 20- 25 ° and β approximately equal to 40-50 °. It is pointed out that α and β can also have any other practical value; preferably α 25 will be in the range of 15-30 ° and approximately equal to half the value of β. The top angle of a fan beam can be changed by changing the associated collimators or by changing the X-ray source.

Het blijkt uit figuur 12 dat de boog die de gereduceerde detectorarray 3 bevat zich uitstrekt over minder dan de diameter van de reconstructie 15. De detectorarray omvat de tophoek α van de waaierbundel 17 30 uitgezonden door de röntgenstralingsbron 1. Deze boog strekt zich bij voorkeur uit over ongeveer de helft van de diameter van de cirkel 15, zodat indien β gelijk was aan ongeveer 40-50° nu α gelijk is aan ongeveer 20-25°. Er wordt echter op gewezen dat α ieder willekeurige praktische waarde kan aannemen. In tegenstelling daarmee is de detectorarray in een conventionele rotatie-rotatie-aftaster aangebracht langs een boog die zich uitstrekt over de gehele reconstructiediameter en die over het algemeen correspondeert met 35 de maximale waaierbundel van ongeveer 40 tot 50°. zoals getoond is in figuur 12 is de röntgenstralingsbron in hoofdzaak diametraal aangebracht met betrekking tot de meest linker detector D-, op het gestel. In de voorkeursuitvoeringsvorm zijn middelen aangebracht voor het verschuiven van het iso-centrum van de rotatie van het gestel bij voorkeur over een afstand die gelijk is aan een kwart van de detectorsteek in het iso-centrum. In de aftaster getoond in figuur 12 is de detectorarray 3 asymmetrisch aangebracht met 40 betrekking tot het iso-centrum van het gestel waarbij de einddetector Dt zich diametraal bevindt tegenover de bron 1.It can be seen from Figure 12 that the arc containing the reduced detector array 3 extends less than the diameter of the reconstruction 15. The detector array includes the apex angle α of the fan beam 17 emitted by the X-ray source 1. This arc preferably extends about half the diameter of the circle 15, so that if β was about 40-50 ° now α is about 20-25 °. However, it is pointed out that α can assume any practical value. In contrast, the detector array is arranged in a conventional rotation-rotation sensor along an arc extending over the entire reconstruction diameter and generally corresponding to the maximum fan beam of about 40 to 50 °. as shown in Figure 12, the X-ray source is arranged substantially diametrically with respect to the leftmost detector D- on the frame. In the preferred embodiment, means are provided for shifting the iso-center of the rotation of the frame preferably by a distance equal to a quarter of the detector pitch in the iso-center. In the scanner shown in Figure 12, the detector array 3 is arranged asymmetrically with respect to the iso-center of the frame with the end detector Dt located diametrically opposite the source 1.

Voor het afbeelden van objecten met kleine diameter, zoals hoofden, kan de halve detectorarray van de inrichting getoond in figuur 12 worden verschoven naar een nieuwe positie die in hoofdzaak symmetrisch gelokaliseerd is met betrekking tot het iso-centrum ”A” op de wijze als getoond in figuur 13. Het middelpunt 45 tussen de middelste detectoren Ds en D6 bevindt zich in hoofdzaak diametraal tegenover de röntgenstralingsbron 1 zoals in de figuur is getoond. Er wordt op gewezen dat de waaierbundel 17 in de figuren 12 en 13 niet de gehele reconstructiecirkel 15 bestrijkt maar slechts ongeveer de helft daarvan.For imaging small diameter objects, such as heads, the half detector array of the device shown in Figure 12 can be shifted to a new position that is located substantially symmetrically with respect to the iso center "A" in the manner as shown in Figure 13. The center point 45 between the center detectors Ds and D6 is substantially diametrically opposite the X-ray source 1 as shown in the Figure. It is noted that the fan beam 17 in Figures 12 and 13 does not cover the entire reconstruction circle 15 but only about half of it.

Er wordt op gewezen dat indien een gereduceerde detectorarray wordt gebruikt een (niet getoonde) collimator voor de patiënt kan worden aangebracht voor het reduceren van de tophoek van de waaierbundel 50 zodanig dat deze correspondeert met de gereduceerde detectorarray waardoor een onnodige stralingsdosis wordt voorkomen.It is noted that if a reduced detector array is used, a patient collimator (not shown) may be applied to reduce the apex of the fan beam 50 such that it corresponds to the reduced detector array thereby avoiding unnecessary radiation dose.

Voor aftastingen van kleine objectvelden met hoge resolutie gebruikmakend van de aftaster getoonde in figuur 13 kan een pencollimator met hoge resolutie na de patiënt worden toegepast op de wijze als geïllustreerd is in figuur 11. De geometrie van de verplaatsing van het iso-centrum en de locatie van de 55 pencollimatoren met hoge resolutie ten opzichte van de detectoren kunnen worden gerealiseerd in twee verschillende uitvoeringsvormen in overeenstemming met de onderhavige uitvinding. In de ene uitvoeringsvorm zijn de centra van de collimatoren met hoge resolutie uitgelijnd met de centra van de detectoren, en is 193257 10 het iso-centrum verplaatst over een achtste van de effectieve detectorsteekafstand in het iso-centrum. In de andere uitvoeringsvorm zijn de centra van de collimatoren met hoge resolutie verplaatst ten opzichte van de centra van de detectoren over een achtste van de detectorsteekafstand, en is het iso-centrum verplaatst over een kwart van de effectieve detectorsteekafstand in het iso-centrum. In het geval van collimatie na de 5 patiënt, bestemd voor het reduceren van de detectoropening tot 50%, wordt de vereiste toename van de .bemonsteringsfrequentie met een factor vier bereikt door een eenvoudig brandpunt (verdubbeling van de bemonsteringsfrequentie) en een verplaatsing over een achtste afstand (verdubbeling van de bemonsteringsfrequentie). In de voorkeursuitvoeringsvorm zijn ook middelen aangebracht voor het verplaatsen van het iso-centrum van de rotatie van het gestel over een afstand die gelijk is aan een kwart van de effectieve 10 detectorsteekafstand in het iso-centrum terwijl de centra van de collimatoren worden verplaatst ten opzichte van de centra van de detectoren over een achtste van de detectorsteekafstand.For high-resolution scanning of small object fields using the scanner shown in Figure 13, a high-resolution post-patient pen collimator can be applied in the manner illustrated in Figure 11. The geometry of the iso-center displacement and location of the 55 high resolution pen collimators relative to the detectors can be realized in two different embodiments in accordance with the present invention. In one embodiment, the centers of the high resolution collimators are aligned with the centers of the detectors, and the iso center is displaced by one-eighth of the effective detector pitch in the iso center. In the other embodiment, the centers of the high resolution collimators are displaced relative to the centers of the detectors by one-eighth of the detector pitch, and the iso center is displaced by a quarter of the effective detector pitch in the iso center. In the case of post-patient collimation, intended to reduce the detector aperture to 50%, the required increase in the sampling frequency by a factor of four is achieved by a simple focal point (doubling of the sampling frequency) and an eighth displacement. distance (doubling of the sampling frequency). In the preferred embodiment, means are also provided for displacing the iso-center of the rotation of the frame by a distance equal to a quarter of the effective detector pitch in the iso-center while moving the centers of the collimators relative to from the centers of the detectors over one-eighth of the detector pitch.

De configuratie getoond in figuur 13 voorzien van de bovenbeschreven pencollimatoren met hoge resolutie is in het bijzonder geschikt voor het aftasten van kleine objecten zoals hoofden, en levert de volgende voordelen op. Allereerst een hogere bemonsteringsfrequentie met een bijbehorende toegenomen 15 spatiele resolutie ten opzichte van conventionele aftasters. In de tweede plaats worden snellere aftastingen verkregen ten opzichte van conventionele aftasters omdat een rotatie over ongeveer 205°, d.w.z. 180° plus de waaierbundel (bij voorkeur ongeveer 25°) voldoende is in plaats van een rotatie over 360°. Ten derde kunnen collimatoren met hoge resolutie worden gebruikt voor het vergroten van de spatiële resolutie terwijl zoals in het bovenstaande is aangegeven bij conventionele rotatie-rotatie-aftasters met een röntgen-20 straalbuis met een enkelvoudig brandpunt collimatoren niet effectief zijn voor het vergroten van de spatiële resolutie. Ten vierde is de aftaster minder gevoelig voor de bewegingen van de patiënt omdat de extra aanzichten, die tussengeschoven moeten worden, binnen milliseconden worden verkregen in plaats van seconden zoals bij conventionele aftasters die over 180° moeten roteren om deze data te verkrijgen.The configuration shown in Figure 13 including the high-resolution pen collimators described above is particularly suitable for scanning small objects such as heads, and provides the following advantages. First of all, a higher sampling frequency with an associated increased spatial resolution compared to conventional scanners. Second, faster scans are obtained compared to conventional scanners because a rotation of about 205 °, i.e. 180 ° plus the fan beam (preferably about 25 °) is sufficient instead of a rotation of 360 °. Third, high-resolution collimators can be used to increase spatial resolution while, as noted above, in conventional rotational-rotation scanners with single-focus X-ray beam collimators are ineffective in increasing spatial resolution. Fourth, the scanner is less sensitive to the patient's movements because the additional views to be interposed are obtained within milliseconds instead of seconds as with conventional scanners that need to rotate 180 ° to obtain this data.

In de figuren 12 en 13 verwijst het referentiecijfer 39 naar middelen voor het verplaatsen van de 25 detectoren 3 op het gestel. Dat levert een bimodale inzetmogelijkheid op, waarbij een enkele aftaster kan worden gebruikt functionerend in een van de modus geïllustreerd in de figuren 12 of 13. Figuur 13 toont de detectoren 3 in een eerste positie waarbij de detectoren asymmetrisch zijn gepositioneerd ten opzichte van het iso-centrum ”A” en figuur 13 toont ze in een tweede positie waarin ze symmetrisch zijn gepositioneerd met betrekking tot het iso-centrum.In Figures 12 and 13, reference numeral 39 refers to means for moving detectors 3 on the frame. This provides a bimodal deployment option where a single scanner can be used operating in one of the modes illustrated in Figures 12 or 13. Figure 13 shows the detectors 3 in a first position with the detectors positioned asymmetrically with respect to the iso- center "A" and figure 13 shows them in a second position in which they are symmetrically positioned with respect to the iso center.

30 Indien een collimator voor de patiënt wordt gebruikt voor het reduceren van de aan de patiënt toegevoerde dosis met ongeveer de helft van hetgeen oorspronkelijk in de waaierbundel wordt uitgestraald dan zal deze ’’voorcollimator” worden gepositioneerd op verschillende posities in de figuren 12 en 13 omdat de detectoren zich in verschillende posities bevinden. Twee van dergelijke collimatoren kunnen worden aangebracht in een bimodaal systeem met manuale verplaatsing wanneer overgang naar een andere 35 modus plaatsvindt of er kunnen ook automatische verschuivingsmiddelen worden aangebracht teneinde de collimatoren te verschuiven.If a patient collimator is used to reduce the dose delivered to the patient by about half of that originally radiated into the fan beam, this "pre-collimator" will be positioned at different positions in Figures 12 and 13 because the detectors are in different positions. Two such collimators can be applied in a bimodal system with manual displacement when transition to another mode takes place, or automatic shifting means can also be provided to shift the collimators.

Een tomografische aftaster als getoond in de figuren 12 of 13, voorzien van een gereduceerde array van detectoren 3 en een röntgenstraalbron 1 met ten minste twee onderscheiden puntstralingsbronnen, kan een bevredigende spatiële resolutie bereiken (d.w.z. kan voldoen aan het Nyquist-criterium). Dat geldt omdat de 40 röntgenstraalbron 1 afwisselend straling kan uitzenden vanuit ten minste twee onderscheiden stralings-puntbronnen. Daardoor wordt de bemonsteringsfrequentie verdubbeld en resulteert een tweevoudige verbetering in de spatiële resolutie ten opzichte van hetgeen bereikbaar is bij een conventionele rotatie-rotatie-aftaster met een röntgenstraalbuis met een enkele puntstralingsbron, gecombineerd met een gereduceerde array van detectoren. Met andere woorden, alhoewel conventionele rotatie-rotatie-aftasters 45 zelfs na reductie van het aantal detectoren nog steeds een afbeelding kunnen reconstrueren gebaseerd op 360° data, zal de afbeelding een verminderde spatiële resolutie hebben omdat in dergelijke aftasters de spatiële resolutie gebonden is aan de bemonsteringsfrequentie. Bovendien is de kwart-afstandverplaatsing van het iso-centrum van het gestel niet beschikbaar in conventionele rotatie-rotatie-aftasters met ene gereduceerde boog van detectoren om de spatiële resolutie te vergroten omdat op conventionele wijze deze 50 verplaatsingstechniek een volledige boog van detectoren vereist die de gehele reconstructiecirkel omvatten. Zoals in het bovenstaande werd opgemerkt wordt, door het realiseren van een aftaster in overeenstemming met de onderhavige uitvinding voorzien van een röntgenstralingsbron 1 met ten minste twee onderscheiden puntstralingsbronnen, middelen voor het afwisselend activeren van de onderscheiden puntstralingsbronnen en bovendien bij voorkeur middelen voor het verplaatsen van het iso-centrum van het gestel over een 55 afstand gelijk aan een vierde van de effectieve detectorsteekafstand in het iso-centrum, de bemonsteringsfrequentie verdubbeld en wordt een tweevoudige verbetering verkregen in de spatiële resolutie.A tomographic scanner as shown in Figures 12 or 13, provided with a reduced array of detectors 3 and an X-ray source 1 with at least two distinct point radiation sources, can achieve a satisfactory spatial resolution (i.e. can meet the Nyquist criterion). This is true because the X-ray source 1 can alternately emit radiation from at least two distinct radiation point sources. Thereby, the sampling frequency is doubled, resulting in a two-fold improvement in spatial resolution over what is achievable with a conventional rotational-rotation scanner with a single-point source X-ray tube, combined with a reduced array of detectors. In other words, although conventional rotation-rotation scanners 45 can still reconstruct an image based on 360 ° data even after reducing the number of detectors, the image will have a reduced spatial resolution because in such scanners the spatial resolution is bound to the sampling frequency. In addition, the quarter-distance displacement of the frame iso-center is not available in conventional rotary-rotation scanners with a reduced arc of detectors to increase spatial resolution because conventionally this displacement technique requires a full arc of detectors that entire reconstruction circle. As noted above, by realizing a scanner in accordance with the present invention, it provides an X-ray source 1 with at least two distinct point radiation sources, means for alternately activating the different point radiation sources, and more preferably, means for displacing the iso-center of the frame over a distance 55 equal to a quarter of the effective detector pitch in the iso-center, the sampling frequency is doubled and a two-fold improvement in spatial resolution is obtained.

In overeenstemming daarmee kan de aftaster van de figuren 12 of 13 een gelijke spatiële resolutieAccordingly, the scanner of Figures 12 or 13 can have an equal spatial resolution

Claims

11 193257 as those from a conventional full arc rotary-rotation scanner of, for example, twice as many detectors and a conventional single-focal cathode ray tube. It is pointed out that both scanners must rotate 360 ° to obtain the same spatial resolution. It is also pointed out that the scanner shown in Figures 12 or 13 will have less confusing artifacts resulting from patient movements because the time between the collapsed samples is on the order of milliseconds, ie the time between switching between the different point radiation sources is on the order of milliseconds, while the time between the interleaved samples on conventional scanners is on the order of seconds because this interleaving to obtain additional data occurs only after the frame is rotated by 180 °. Figure 14 illustrates a system in which the frame iso-center is positioned a distance "5/2" equal to one-fourth of the detector pitch in the isocenter. Figure 14 is similar to Figure 12 except that in Figure 14 the detector array 3 is arranged so that the iso center "A" is displaced by a distance equal to half the beam width in the iso center from a line "L" defined by the center of the detector D, (which is located substantially diametrically opposite the X-ray source 1 on the frame) and a point in the middle between the two distinct point radiation sources 9 and 11 in the X-ray source 1, or at the center of any other number of distinct point radiation sources contained within the X-ray source 1. The iso center position for the scanner of Figure 12 is shown at “A” ”in Figure 14, showing that the detector array 3 has been moved to the right over a distance equal to half the beam width in the iso-center with respect to the position of the detector array 3 in figure 12. Similar geometric relations exist with regard to the systems in which a displacement of the isocenter of the frame is realized by an eighth distance. The term "beam width" in the iso center used above is defined as the width of the X-ray beam that extends from the focal point to a given detector. Figure 15 illustrates an X-ray tube 10 with deflecting means for deflecting an electron beam from a cathode 15 with a single filament 29 on a rotating anode 19. A continuous or intermittent electron beam from the filament 29 can be alternately switched between two or more foci 21 and 23 that are suitably spaced on the rotating anode 19. Switching is accomplished by controlling the voltage applied to deflection plates 25 and 27. Switching between the focal points may be accomplished by other means and in addition always remain within the scope of the present invention. Although the preferred embodiment of the invention includes a rotational-rotation scanner using a rotating anode X-ray tube, an alternative embodiment of the invention includes a stationary anode tube. Furthermore, a two-filament x-ray tube may also be used, each floating with respect to the cathode element, with each filament being pulsed separately with respect to the cathode to obtain a reciprocal shift from the apparent focal point. A number of X-ray tubes can also be used to realize a number of focal points. In addition, two X-ray tubes can each be provided with a grid control. The point beam sources 9 and 11 shown in Figure 4 can be regarded as illustrating, for example, either a single two-filament source or a pair of separate X-ray tubes. Also, the electron beam can be deflected using magnetic means to achieve a multiple focal point. 45 Conclusions

An apparatus for providing tomographic images of a body, having a. A source of penetrating radiation for transmission of radiation through the body, the source comprising at least two separate point-shaped radiation sources, each of which provides a radiation beam; 50 b. a detector device coupled to the source, which detects the radiation emitted by the at least two separated pointed sources after the radiation has passed through the body, and which comprises a group with a plurality of individual detectors disposed within the radiation beam to be; c. a rotatable frame on which the radiation source and detectors are mounted; 55 d. means for moving the frame in an angular direction which causes the radiation emitted by the radiation source to traverse a plurality of paths through the body and to be detected by the detector device for generating the scan data; 193257 12 e. means for causing the at least two separate point-shaped radiation sources to emit radiation alternately for a period of time equal to the period of time it takes for the source and detector to perform an angular rotation equal to the length of a single detector, and 5 f. an apparatus for processing the detected radiation with the increased scanning density to obtain an increased spatial resolution in the tomographic images, characterized in that g. the at least two separated point-shaped radiation sources (9, 11) are arranged at a predetermined distance, which is approximately equal to FVRd x P (N + 1 / n), where Rs is equal to the distance from the frame (6) mounted source (1) up to the center of the rotatable frame (6), Rd is the distance of each of the detectors from this center, P is the pitch distance between two adjacent detectors, n is equal to the number of separated point-shaped radiation sources (9,11) and N = 0, 1, 2, ....

Device according to claim 1, characterized in that the source (1) comprises at least three point radiation sources. Hereby 10 sheets drawing