NL193257C

NL193257C - Tomografie-inrichting.

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: DE3426934C2; NL193257B; IL72276A0; DE3426934A1; FR2549711A1; JPS60106439A; NL8402331A; IL72276A; FR2549711B1

Description

1 193257

Tomografie-inrichting

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.

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.

De stand van de techniek toont twee stralingsbronnen, die gebruikt worden om ring-artefacten te corrigeren, veroorzaakt door verschillen in gevoeligheid van de detectoren.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

40 De ideale verplaatsingen tussen de brandpunten worden berekend aan de hand van de formule:

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,...

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn bij wijze van voorbeeld getoond in de begeleidende 50 figuren.

Figuur 1 illustreert een tomografische aftaster van het rotatie-rotatie-type volgens de onderhavige aanvrage.

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.

Figuur 3 illustreert de verschuiving van de detectoren teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.

Figuur 4 illustreert een verschuiving van het brandpunt teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.

5 193257

Figuur 5 illustreert de geometrie van een rotatie-rotatie-aftaster in polaire coördinaten.

Figuur 6 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld met een conventionele rotatie-rotatie-aftaster met een enkelvoudige röntgenstralingsbron.

Figuur 7 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld door verschuiving van het 5 brandpunt teneinde de bemonsteringsdichtheid te vergroten.

Figuur 8 illustreert een polair coördinatenschema van de data verzameld met een conventionele rotatie-rotatie-aftaster waarbij de hoekbemonsteringsafstand en de acquisitietijd zijn vergroot.

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.

Figuur 10 illustreert het gebruik van collimatoren met hoge resolutie teneinde de spatiële resolutie te vergroten.

Figuur 11 illustreert een tweede uitvoeringsvorm gebruikmakend van collimatoren met hoge resolutie teneinde spatiële resolutie te vergroten.

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.

Figuur 13 illustreert een modificatie van de tomografische aftaster uit figuur 12.

Figuur 14 illustreert een tomografische aftaster waarvan het iso-centrum is verschoven.

20 Figuur 15 illustreert het gebruik van afbuigingselektroden voor het afbuigen van de elektronenbundel tussen afwisselend onderscheiden brandpunten op een trefplaatelektrode.

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.

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...

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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:

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.

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...

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

9 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

In overeenstemming daarmee kan de aftaster van de figuren 12 of 13 een gelijke spatiële resolutie

Claims

11 193257 opleveren als die vanuit een conventionele rotatie-rotatie-aftaster met een volledige boog van bijvoorbeeld twee keer zoveel detectoren en een conventionele kathodestraalbuis met een enkel brandpunt. Er wordt op gewezen dat beide aftasters moeten roteren over 360° om dezelfde spatiële resolutie te verkrijgen. Er wordt eveneens op gewezen dat de aftaster getoond in de figuren 12 of 13 minder verwarrende artefacten zal 5 hebben resulterend uit bewegingen van de patiënt omdat de tijdsduur tussen de ineen geschoven monsters in de orde van milliseconden ligt, dat wil zeggen de tijd tussen het omschakelen tussen de onderscheiden puntstralingsbronnen ligt in de orde van milliseconden, terwijl de tijdsduur tussen de ineen geschoven bemonsteringen bij conventionele aftasters ligt in de orde van seconden omdat dit tussenschuiven ter verkrijging van extra data slechts plaatsvindt nadat het gestel is geroteerd over 180°. 10 Figuur 14 illustreert een stelsel waarin het iso-centrum van het gestel is geplaatst over een afstand ”5/2” gelijk aan een vierde van de detectorsteekafstand in het isocentrum. Figuur 14 is soortgelijk aan figuur 12 met uitzondering van het feit dat in figuur 14 de detectorarray 3 zodanig is aangebracht dat het iso-centrum ”A” is verplaatst over een afstand die gelijk is aan de helft van de bundelbreedte in het iso-centrum vanaf een lijn "L” gedefinieerd door het midden van de detector D, (die zich bevindt in hoofdzaak diametraal 15 tegenover de röntgenstralingsbron 1 op het gestel) en een punt in het midden tussen de twee onderscheiden puntstralingsbronnen 9 en 11 in de röntgenstralingsbron 1, of in het middelpunt van een eventueel ander aantal onderscheiden puntstralingsbronnen aanwezig binnen de röntgenstralingsbron 1. De positie van het iso-centrum voor de aftaster van figuur 12 is getoond bij ”A'” in figuur 14, waaruit blijkt dat de detectorarray 3 is verplaatst naar rechts over een afstand gelijk aan de helft van de bundelbreedte in het 20 iso-centrum ten opzichte van de positie van de detectorarray 3 in figuur 12. Soortgelijke geometrische relaties bestaan er met betrekking tot de systemen waarin een verplaatsing van het isocentrum van het gestel over een achtste afstand wordt gerealiseerd. De in het bovenstaande gebruikte term ’’bundelbreedte” in het iso-centrum wordt gedefinieerd als de breedte van de röntgenstralingsbundel die verloop vanaf het brandpunt naar een bepaalde detector. 25 Figuur 15 illustreert een röntgenstralingsbuis 10 met afbuigmiddelen voor het afbuigen van een elektronenbundel vanaf een kathode 15 met een enkele gloeidraad 29 op een roterende anode 19. Een continue of intermitterende elektronenbundel vanaf de gloeidraad 29 kan afwisselend worden geschakeld tussen twee of meer brandpunten 21 en 23 die op geschikte afstand van elkaar aanwezig zijn op de roterende anode 19. Het schakelen wordt gerealiseerd door het besturen van de spanning die aangeboden 30 wordt aan de afbuigplaten 25 en 27. Het schakelen tussen de brandpunten kan worden gerealiseerd door andere middelen en daarbij nog steeds blijven binnen het kader van tie onderhavige uitvinding. Alhoewel de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding een rotatie-rotatie-aftaster omvat die gebruik maakt van een röntgenstralingsbuis met roterende anode is een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding voorzien van een buis met een stationaire anode. Verder kan ook een röntgenstralingsbuis met 35 twee gloeidraden worden gebruikt die elk zwevend zijn met betrekking tot het kathode-element waarbij elke gloeidraad afzonderlijk pulserend wordt geactiveerd ten opzichte van de kathode teneinde een heen en weer verschuiving te krijgen van het schijnbare brandpunt. Ook kan een aantal röntgenstraalbuizen worden gebruikt om een aantal brandpunten te realiseren. Bovendien kunnen twee röntgenstraalbuizen elk voorzien worden van een roostersturing. De puntstraalbronnen 9 en 11 getoond in figuur 4 kunnen worden 40 beschouwd als illustratie van bijvoorbeeld ofwel een enkele bron met twee gloeidraden ofwel een paar afzonderlijke röntgenstraalbuizen. Ook kan de elektronenbundel worden afgebogen gebruikmakend van magnetische middelen voor het realiseren van een meervoudig brandpunt. 45 Conclusies

1. Inrichting voor het verschaffen van tomografische beelden van een lichaam, met 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; 50 b. een detectorin richting, 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 zijn; c. een roteerbaar gestel waarop de stralingsbron en de detectoren zijn gemonteerd; 55 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; 193257 12 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 5 f. een inrichting voor het verwerken van de gedetecteerde straling met de vergrote aftastdichtheid, om een verhoogde ruimtelijke resolutie in de tomografische beelden te verkrijgen, met het kenmerk, dat g. de ten minste twee van elkaar gescheiden puntvormige stralingsbronnen (9, 11) op een vooraf bepaalde afstand opgesteld zijn, die ongeveer gelijk is aan FVRd x P(N + 1/n), waarbij Rs gelijk is aan de 10 afstand van de op het gestel (6) gemonteerde bron (1) tot aan het middelpunt van het roteerbare gestel (6), 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 (9,11) en N = 0, 1, 2,... is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bron (1) ten minste drie puntstralingsbronnen 15 omvat. Hierbij 10 bladen tekening