NL8102452A - Stralingsenergie afbeeldende inrichting voor het onderzoeken van een lichaam. - Google Patents

Description

t \ ' P & c

W 5724-2 Ned.M/LvD

Stralingsenergie afbeeldende inrichting voor het onderzoeken van een lichaam.

Tot dusverre zijn systemen voorgesteld voor het verkrijgen van 5 door computers bestuurde topografie (CT)aftastingen voor medische en andere doeleinden. In het algemeen zijn deze bekende systemen verhoudingsgewijs van ingewikkelde aard, zeer duur en hebben de neiging de patiënt te onderwerpen aan een relatief hoog doseringsniveau van straling, indien röntgenbeelden van geschikte kwaliteit voor het tot stand brengen 10 van een rOntgenstralingsdiagnose moeten worden verkregen. De onderhavige uitvinding houdt zich bezig met het verschaffen van een inrichting, die indien toegepast als een CT-aftaster, in staat is röntgenbeelden te produceren, die vergelijkbaar zijn met en in sommige gevallen beter zijn dan die, welke worden geproduceerd met de huidige commerciële CT-installa-15 tie en welke deze resultaten bereiken met veel geringere kosten en door de patiënt te onderwerpen aan een veel kleiner doseringsniveau dan te dien tijde gebruikelijk was. Deze voordelen worden verkregen door het verschaffen van een inrichting, die een mechanische aftaster toepast van het algemene type, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 20 RE 28544 ten name van Stein et al( oorspronkelijk Amerikaans octrooischrift nr. 3,780.291 ) dat werkzaam is voor het produceren van een potlood-dunne bundel röntgenstralen die een enkele efficiënte detector aftast.

CT-installaties, die "flighing spot"-aftast technieken toepassen, zijn tot dusverre gesuggereerd. Een dergeljke opstelling wordt bijvoorbeeld 25 beschreven in een artikel getiteld "low dosage X-ray Imaging System employing Flying Spot X-ray Microbeam (Dynamic Scanner)" door Tateno en Tanaka, Radiologie 121, October 1976, biz. 189-195. Het Tateno et al systeem, ofschoon beschreven als te zijn in staat om kwaliteits röntgenbeelden te verkrijgen bij lagere doseringen dan normaal worden toegepast 30 bij CT-installaties, gebruikt een speciale niet-commerciële röntgenbuis, gekenmerkt door een vernuftige .ingewikkelde electrodenoptiek analoog aan die worden toegepast bij hoog spannings electrodenmicroscopen en door een electronenbundel bestuurde installaties voor machinale bewerkingen, is gebaseerd op een electronische aftasttechniek en beoogt het gebruik 35 van een twee-dimensionale detector. Deze eigenschappen van dit eerder beschreven systeem maken het systeem veel duurder dan het systeem van de onderhavige uitvinding, dat een uiterst eenvoudige mechanische aftast-inrichting toepast. Daarnaast, voor zover het Tateno et al systeem een twee-dimensionele detector toepast, is het niet in staat verstrooide stra-40 ling af te wijzen, in tegenstelling tot het systeem volgens de onderhavige 8-1 02 4 52 - 2 - ί Α ν uitvinding, waar, bij gebruik van een enkele, efficiënte een-dimensionele detector, een dergelijke afwijzing automatisch bewerkstelligd wordt.

Er spruiten nog meer voordelen voort uit de onderhavige uitvinding, bij vergelijking met de aftasttechniek van Tateno et al, die een 5 inrichting toepassen, welke een "flying spot" röntgenstralingsbundel produceert door "pinhole"-projectie van een electronisch afgetast brandpunt of -vlek in de röntgenbuis. Teneinde een röntgenstralingsveld te produceren dat groot genoeg is om de doorsnede van een patiënt te onderspannen met een CT-aftasting, moet de bundel over een aanzienlijke afstand 10 vanaf de "pinhole"-collimator divergeren. De vereiste afstand is equivalent aan het plaatsen van de "pinhole" in het brandpunt (röntgenstralingsbron) van de onderhavige uitvinding. Aangezien de doorsnede van de bundel in enig punt een "pinhole"-beeld weergeeft van het brandpunt, resulteert de relatief grote afstand vanaf de "pinhole"-collimator naar de patiënt in 15 een relatief grote doorsnede van de bundel met een daarmee gepaard gaand verlies aan oplossend vermogen. De dichte nabijheid van het collimatie-systeem naar de patiënt bij de onderhavige uitvinding is een belangrijke verbetering, aangezien de bundel grootte in essentieel opzicht een projectie is van de'kleine collimator-apertures vanaf een verre bron.

20 Een ander systeem dat hieraan voorafgaand gesuggereerd werd, voro het produceren van CT-beelden door gebruikmaking van een "flying ' spot"-techniek wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3,866.047 in de naam van Hounsfield. De Hounsfield inrichting beoogt het verschaffen van een mechanische aftastinrichting, bevattende een paar langwerpige 25 sluiters die zodanig gemonteerd zijn, dat zij, synchroon met elkaar, een mechanische reciproke beweging uitvoeren. Elk sluiter-element is voorzien van een aantal sleuven, die met elkaar samenwerken voor het gelijktijdig produceren van een aantal angulair verspreide stralingdxmdaLs, waarbij elke bundelgedwongen wordt een aftasting te verrichten over een betrekkelijk 30 kleine hoek op een betrekkelijk kleine detector, die geassocieerd is met die bundel. De reciproke sluiteropstelling van Hounsfield is in mechanisch opzicht veel ingewikkelder dan de betrekkelijk eenvoudige roterende collimator, die wordt toegepast bij de onderhavige uitvinding, en vereist kritische uitrichtingen van de meervoudige sleuven, die worden toegepast 35 bij de onderling verspreide sluiters van de mechanische aftaster van Hounsfield. Bovendien, aangezien Hounsfield de gelijktijdige opwekking beoogt van een aantal angulair verspreide röntgenstralenbundels, en de gelijktijdige aftasting van al die bundels over een gelijk aantal detectoren , werpt de opstelling problemen op ten aanzien van eventueel verlies van 40 gegevens op de grensvlakken tussen aangrenzende detectoren. Twee specifieke 81 02 4 5 2 * · * - 3- problemen kunne worden geïdentificeerd: 1) de grenzen produceren een geometrische ondoeltreffendheid, hetgeen resulteert in een verspilde dosis aan de patiënt, en 2) de ontbrekende informatie langs de bundelbanen door de grensvlakken 5 kan resulteren in tierelantijntjes ("artifacts") in het gereconstrueerde CT~beeld.

Verdere problemen met de meervoudige bundelopstelling van Houns-field hebben betrekking op de noodzaak voor een nauwkeurig passen of normaliseren van de meervoudige detectoren over het volle dynamische bereik 10 van het signaal, zonder welke ernstige tierelantijnen kunnen ontstaan in het gereconstrueerde deel. Van een aantal verschijnselen, zoals bij'voorbeeld specifieke weerstand van de kathode en dynodevermoeidheid is bekend dat zij niet-lineariteiten produceren alsmede veranderingen in de versterkingsfactor bij foto-vermenigvuldigingsbuizen, waarvan het gebruik 15 door Hounsfield wordt overwogen. Soortgelijke problemen kunnen optreden met andere meervoudige detectoren, die minder efficiënt zijn dan de combinatie van scintillator en fotovermenigvuldiger. Teneinde het dynamische bereik te reduceren en daardoor de normalisatie te verlichten, heeft Hounsfield een "kunststofblok" (26 in zijn figuren) opgenomen en 20 suggereert het gebruik van een waterzak, die de ruimte opvult tussen het kunststofblok en de patiënt. Het gebruik van dergelijke dingen leidt tot extra uitgaven en tot mechanische ingewikkeldheid en resulteert in verspilde dosis wegens fotonen-absorptie (en dientengevolge verlies aan informatie) tussen de patiënt en de detector.

25 De onderhavige uitvinding maakt gebruik van een enkele efficiënte detector en een eenvoudige mechanische aftastopstelling, teneinde al de problemen van de stand der techniek te vermijden.

De stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens de uitvinding bevat een röntgenstralingssysteem, ingericht om rotatorisch te worden 30 bewogen als een eenheid om een ondersteuningsstructuur, die aangebracht is voor het ondersteunen van een lichaam of een ander voorwerp, dat men wil onderzoeken met behulp van doordringende straling. De röntgenstralingseenheid bevat een bron van röntgenstralen, gelegen aan de ene zijde van de steun-toiddelen, een enkele langwerpige stralingsenergiedetector, gelegen aan de 35 andere zijde van de steunmiddelen en zich uitstrekkend in een richting dwars op de rotatieas van het röntgenstralingssysteem, en een mechanische aftastinrichting, gelegen tussen de röntgenstralingsbron en de steunmiddelen voor het configureren van straling uitgezonden door de bron tot een enkele potloot-dunne bundel van röntgenstralen en voor het aftasten van die 40 enkele potloot-dunne bundel in een richting die in het verlengde ligt 8102452 \ * 4 - 4 - van de enkele detector over een hoek, die voldoende groot is om een volledige doorsnede van een lichaam of voorwerp op de steunmiddelen te onderspannen. De mechanische aftastinrichting is van het algemene type beschreven in het Amerikaanse octrooischrift RE 28544 t.n.v. Stein et al 5 op basis van het Amerikaanse octrooischrift 3,780.291, en bevat een eerste collimator voor het in vorm brengen van de straling uitgezonden door een röntgenstralingsbron tot een waaiervormige bundel van röntgenstralen, en een tweede collimator, bevattende een schijfvormig verbrekerwiel ("chopper wheel")gefabriceerd uit een voor straling opaque materiaal en 10 voorzien van een of meer voor röntgenstralen transparante sleuven er in, waar doorheen een potloot-dunne bundel van röntgenstralen kan passeren, welke potloot-dunne bundel afgepast wordt langs de enkele lineaire detector naarmate de tweede collimator roteert. De verbrekerschijf kan de Scsrm aannemen, zoals weergegeven in het hiervoor genoemde octrooi van 15 Stein et al, of in het andere "geval kan zij een trommelvormige structuur bezitten van het type, weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4031.401 van Jacob.

Het röntgenstralingssysteem, bevattende de röntgenstralenbron, mechanische aftastinrichting, en enkele, langwerpige detector, is ingericht 20 om te bewegen in diverse richtingnen voor diverse verschilende doeleinden.

Het systeem kan bijvoorbeeld translatorisch worden bewogen langs een lijn evenwijdig aan de as van de steunmiddelen ter verschaffing van conventionele radiografische projectie op een wijze analoog aan die, verkregen door het Medical MICRO-DOSE Röntgenstralingssysteem van Aanvraagster.

25 Bij deze wijze van werken, wegens het feit dat het rötgensysteem geschikt is om te worden geroteerd over elke gewenste hoek, ten opzichte van de ondersteuningsstructuur voor het lichaam, kunnen gemakkelijk beelden worden verkregen zoals AP, PA, zijdelingse of schuine beelden over elke gewenste hoek.

30 De hierboven beschreven wijze van werken kan eveneens worden toegepast om localiseringsbeelden te localiseren als voorbereiding op de CT-aftasthandeling d.w.z. het röntgensysteem kan translatorisch verplaatst worden als een eenheid evenwijdig aan de as van de ondersteuningsstructuur voor het lichaam, en de conventionele beelden verkregen tijdens 35 deze wijze van werken kunnen worden gecontroleerd om het systeem te localiseren in een speciaal gebied van het lichaam, waar een CT-plak dient te worden genomen, waarna men het röntgensysteem een continue rotatie met in hoofdzaak constante snelheid laat uitvoeren ten opzichte van de ondersteuningsstructuur van het lichaam, ter verkrijging van een CT-aftasting van de geselecteerde 40 plak ("slice"). Deze relatieve rotatie tussen de aftaster en het onderzocht 81 02 4 5 2 « * - 5 - wordende voorwerp kan worden verkregen door hetzij het aftastmechanisme te roteren, het voorwerp, dan wel beide. De as van relatieve rotatie kan bovendien geselecteerd worden voor elke gewenste toepassing en kan hetzij horizontaal zijn, verticaal, dan wel met een geselecteerde hoek 5 daartussen.

Het systeem omvat bij voorkeur middelen vocrhet instellen van de grootte van het CT-aftastveld, hetzij door mechanische manipulatie van de waaierbundel en het verbrekerwiel collimatiesysteem of door verplaatsing van de positie van de röntgenstralingseenheid of geselecteer-10 de gedeelten ervan ten opzichte van de rotatieas teneinde de afstand te variëren tussen de rotatieas en de röntgenstralingsbron en/of detector.

Het systeem kan eveneens worden gebruikt voor het opwekken van verscheidene CT-aftastingen gelijktijdig door gebruik te maken van een of meer waaierbundel collimatiespleten, die alle gelijktijdig worden 15 doorlopen, bijvoorbeeld door een spleet in een roterend verbrekerwiel en door een aantal van evenwijdige "flying -spof-bundels te richten of een enkele bundel van voldoende afmetingen op verscheidene aangrenzende lineaire detectoren. De meervoudige detectoren gebruikt in deze configuratie, waarbij elke langwerpige detector hier dan het volle veld 20 van de CT-doorsnede ervan onderspant, zijn niet onderworpen aan de zelfde ernstige normalisatieproblemen, die werden beschreven met betrekking tot de meervoudige detectoren in het hiervoor genoemde octrooi van Hounsfield. Dit komt omdat a) elke CT-plak wordt verkregen door een enkele detector, en 25 b) elke detector vele malen tijdens een enkele CT-aftasting kan worden geijkt door gegevens te gebruiken, verkregen wanneer de "flying-spot" bundel valt op de detector buiten de cirkel van het CT-beeldveld er van.

De uitgangen van diverse detectoren kunnen worden gebruikt voor het gelijktijdig produceren van een aantal onafhankelijke CT-beelden, waardoor 30 de tijd gereduceerd wordt, die anders vereist zou zijn om een aantal CT-beelden van een patiënt op te wekken. Dit vermogen kan bijzonder nuttig zijn voor opwekking van zogenaamde sagitale en coronale reconstructies uit een veelheid van gegevens van doorsneeplakken, in zoverre het gelijktijdig verkrijgen van de gegevens eventuele problemen vermijdt, 35 die verband houden met beweging van de patiënt tussen opeenvolgende aftastingen. Bij een alternatieve wijze van werken kunnen de uitgangen van twee of meer detectoren in een aangrenzende groep worden gecombineerd om op effectieve wijze de breedte in te stellen van een enkele doorsnedeplak die onderzocht wordt.

40 De uitvinding zal hieronder aan de hand van enige, in de figuren 8102452 >. * « - 6 - der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Fig. 1 is een schematische illustratie van een tot de stand der techniek behorend Medical MICRO-DOSE Röntgensysteem, 5 Fig. 2 stelt eén schematische illustratie voor van de stralings energie afbeeldende inrichting geconstrueerd in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.

Fig. 3 illustreert het systeem van fig. 2 gebruikt als een CT-aftaster, en 10 Fig. 4 stelt een schematische illustratie voor van een gewijzigde detectoropstelling, die kan worden toegepast in de opstelling van fig. 2 ter verkrijging van meervoudige aftastingen van doorsnee-plakken.

Zoals eerder beschreven, houdt de onderhavige uitvinding zich bezig met een stralingsenergie afbeeldende inrichting voor het verkrijgen 15 van CT-aftastingen en andere soorten aftasting voor medische en andere doeleinden. Zij is gebaseerd op het aftastmechanisme en de enkele efficiënte detector toegepast in het Medical MICRO-DOSE Röntgensysteem van Aanvraagster. Dit eerdere systeem wordt geïllustreerd in fig. 1 van de tekeningen.

20 De in fig. 1 weergegeven inrichting bevat een tafel of steun- structuur 10, die ingericht is voor het ondersteunen van het lichaam van een patiënt, die moet worden onderzocht met behulp van doordringende straling, en een bijbehorend röntgensysteem ingericht om een potloot-dunne bundel van röntgenstralen te produceren, die men laat kwispelen over het 25 lichaam van de patiënt. Het röntgensysteem correspondeert in het algemeen met het systeem, dat wordt weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift RE 28544 van Stein et al, en bevat een conventionele roterende anode röntgenbuis 11, waarvan de uitgang gecollimeerd wordt tot een nauwe waaierbundel door middel van een wigvormige collimator 12, die bijvoorbeeld 30 gefabriceerd is als een samenstelling van lood en wolfraam, met een langwerpige betrekkelijk nauwe opening 13 aan het boveneinde er van.

De waaierbundel wordt verder gecollimeerd door een voor röntgenstralen opaque verbrekerwiel 14, vervaardigd bij voorbeeld uit met lood gevuld aluminium met wolfram bekken, die voorzien is van een aantal spleten 15, 35 die zich radiaal naar binnen toe uitstrekken vanaf de buitenrand van het wiel 14. Het verbrekerwiel 14 is roteerbaar geroteerd om een centrale as . . zoals aangegeven door pijl 16, en is zo geplaatst, dat een rand van het wiel gelegen is over sleuf 13, en deze geheel bedekt, in collimator 12, met uitzondering van het overlappingsgebied van de spleten 13, 15.

40 Voor illustratiedoeleinden, d.w.z. om te maken dat de sleuf 13 gemakkelijker .

81 0 2 4 5 2 - 7 - t # * kan worden gezien in figuren 1 en 2, is deze volledig boven de sleuven 13 gelegen rand niet weergegeven in de figuren, welke situatie men desgewenst kan bekijken in de tekeningen, behorende bij het Amerikaanse octrooischrift RE 28.544 van Stein et al.

5 Het lood en wolfram toegepast in collimatorén 12, 14 verzwakken de röntgenstralen volledig, met uitzondering in het overlappingsgebied van de spleten, en de beweging van het wiel 14 maakt dat de spleten 15 de waaierbundel herhaaldelijk doorlopen, waarbij zij een enkele aftastende potloot-dunne bundel van röntgenstralen 17 opwekt, waarvan de dwarsdoor-10 snede afmetingen worden bepaald door de vorm van de spleten 13 en 15 in hun overlappingsgebied. Deze potloot-dunne róntgenbundel wordt gedeeltelijk verzwakt door het voorwerp op de tafel 10, en de onverzwakte röntgenstralen worden geabsorbeerd door een langwerpige fotonendetector 18, bevattende een enkele efficiënte detector van het type, beschreven in het hiervoor ge-15 noemde octrooi van Stein et al, naarmate de potloot-dunne bundel 17 een . aftasting uitvoert vanuit een positie nabij het ene einde van de detector 18 naar een positie nabij het andere einde er van. Tijdens deze aftastingshan-deling wordt het gehele röntgensysteem, inclusief de röntgenstralingsbron, het verbrekerwiel, en de detector, bewogen als een eenheid in de richting 20 aangegeven door pijlen 19, d.w.z. in een richting dwars op de richting in het verlengde van de detector 18, over een lengte van de patiënt, die stationair blijft op de tafel 10, voor het produceren van een veelheid van rijen gegevens in de aard van een TV-raster, welke gegevens worden ontleend aan de detector 18, zoals bij 20. Deze uitgangssignalen produceren een 25 radiogram op de (niet-weergegeven) video (TV-monitor) bijvoorbeeld door intensiteitsmodulatie van de CRT-electronenbundel op een opslagoscilloscope, of op een aftastings omzetter opslagbuis van bekend type.

Anderzijds kunnen de uitgangssignalen in numerieke vorm gebracht worden en opgeslagen worden in een voor een computer toegankelijk geheugen, en 30 bewerkt worden door de computer voor het produceren van een numeriek radiogram op een video-monitor, of een andere afbeeldingsinrichting.

De enkele detector 18 is een scintillatiekristal, gekoppeld met een of meer fotovermenigvuldigers, waarvan de uitgangen worden gecombineerd, en bijna 100% van de röntgenstralen, die niet worden verzwakt 35 door de patiënt, worden gedetecteerd. De electrische signalen verkregen aan de uitgang van de fotovermenigvuldigers, zijn pulsen, waarbij de amplitude van elke puls evenredig is met de energie van een enkel gedetecteerd röntgenfoton. Aangezien de snelheid van röntgenfotonen invallend op de detector groot is, komen deze pulsen bij elkaar om een 40 8102452 - 8 - e » netto-signaal te geven, dat op elk tijdstip evenredig is met de invallende röntgenstralingsflux in de verzwakte potlooddunne röntgenstralingsbundel. Het elektrische signaal afkomstig van de detector, gedurende één aftasting van de potlooddunne bundel vanaf het ene einde van de detector naar het 5 andere einde, komt overeen met een éën-dimensionaal radiografisch lijnbeeld van het voorwerp, analoog aan één aftastlijn op een gewone televisiemonitor. De tweede dimensie van het beeld wordt opgewekt uit hoofde van de beweging van het bron-collimator-detectorvlak ten opzichte van de patient. De reeks lijnbeelden wordt achtereenvolgens opgeslagen 10 in numerieke vorm en, nadat de blootstelling aan röntgenstralen voltooid is, worden de radiografische gegevens uitgelezen lijn voor lijn op de televisiemonitor. Het uitlezen wordt achtereenvolgens geregeld op dezelfde wijze waarop de gegevens ingelezen worden in het geheugen, zodat het beeld op het monitorscherm het röntgenschaduwbeeld is van het 15 onderzocht wordende voorwerp.

In de in figuur 1 weergegeven bekende inrichting is het röntgen-systeem ingericht om slechts translatorisch te worden bewogen, d.w.z. in de richting van pijlen 19. Echter in overeenstemming met de onderhavige uitvinding is het röntgensysteem van figuur 1, waarvan gelijke onderdelen 20 aangegeven zijn met dezelfde verwijzingscijfers in figuur 2, gemonteerd, teneinde een verscheidenheid van bewegingsgraden te vertonen onder de regeling van diverse aandrijfmiddelen, die op zich bekend zijn, en daarom niet zijn weergegeven in figuur 2 om de zaak eenvoudig te houden. De translatorische beweging aangegeven door pijl 19 kan worden behouden in 25 figuur 2, wanneer het gewenst is om het systeem volgens de onderhavige uitvinding de mogelijkheden te laten tonen, die reeds beschreven zijn met verwijzing naar figuur 1 en/of wanneer het systeem van figuur 2 CT aftastingen dient te verschaffen voorafgegaan door de opwekking van localisatiebeelden. In fundamenteel opzicht echter wordt het systeem van 30 figuur 2 gekenmerkt door een opstelling, waarbij de translatorische beweging aangegeven door pijl 19 wordt vervangen door of aangevuld door een rotatiebeweging van de patient ten opzichte van de aftaster, zoals aangegeven door pijlen 21, om een rotatieas 22, die de nominale as van een op tafel 10 ondersteunde patient is. In de praktijk kan zowel 35 de patient als het aftastmechanisme, of beide worden geroteerd. Wanneer het aftastmechanisme geroteerd moet worden om de as 22, wordt het geroteerd als een eenheid, d.w.z. de lijndetector 18 aan één zijde van de tafel 10 is fysisch verbonden met het röntgenstralingsopwekkende mechanisme en collimatorstructuur aan de andere zijde van de tafel, door 81 0 2 4 5 2 ' ί * - 9 - van een geschikte onderling verbindende structuur, die wordt aangegeven met de gebroken lijn 23.

Indien gebruikt als CT-aftaster, is de CT-aftasting verkregen door het systeem van figuur 2 in wezen soortgelijk aan die van de zoge-5 naamde twee-beweging, of translatie-rotatie, CT-aftasters, maar zonder de gebruikelijke mechanische nadelen en ingewikkeldheden van dergelijke bekende inrichtingen, die vereisten, dat reciproke mechanische trans-latorische verplaatsingen van de röntgenstralingsbron, collimator en detector(s) plaatsvinden tussen incrementele rotatorische bewegingen 10 van het samenstel. Bij de onderhavige uitvinding worden de twee- bewegingen (kwispelende bundel en roterend aftastend samenstel) gladjes uitgevoerd, continu en gelijktijdig. Het aantal keren dat de potlood-dunne bundel zwiept van links naar rechts tijdens één rotatie van de aftaster ten opzichte van de patient brengt het aantal "views" van de 15 CT-aftasting tot stand. De uitlezing van de gegevens uit de detector 18 wordt gereconstrueerd door methoden, die algemeen bekend zijn in de CT-techniek, bijvoorbeeld geschikte algoritmen worden beschreven in het artikel "Fan Beam Reconstruction Methods" door B.K.P. Horn, Proceedings IEEE, december 1979, biz. 1616-1623.

20 Eén zwiep van de bundel over de detector 18 kost bij benadering 1/180 seconden en de speciale rotatie van het onderzocht wordende voorwerp ten opzichte van het röntgenstralingsaftastsysteem kan worden bewerkstelligd in ongeveer 5 tot 10 seconden, hetgeen een totaal geeft van tussen 900 en 1800 "views" tijdens een complete rotatie van de 25 röntgenstralingsaf taster ten opzichte van de patiënt. Deze cijfers worden slechts bij wijze van voorbeeld gegeven, en in één uitvoeringsvorm van de uitvinding vond de aftasting plaats met een snelheid van dertig aftastingen per seconde, en de complete relatieve rotatie van het aftastend systeem en onderzocht wordend voorwerp vond plaats in een 30 tijdsperiode van 15 seconden teneinde 450 "views" te produceren. De algemene werking van het systeem in overeenstemming met deze aspecten van de uitvinding, is neergezet in figuur 3, waar opnieuw, gelijke verwijzingscijfers worden gebruikt om dezelfde onderdelen aan te geven.

De punten die van belang zijn om te noteren onder verwijzing naar figuur 3 35 zijn dat de röntgenstralingsbron 11 en de mechanische aftaster 12, 14 samenwerken voor het produceren van een enkel aftastende potlooddunne bundel van röntgenstralen, die lineair wordt afgetast in de richting van de pijl 24 vanaf het ene einde naar het andere einde van de lijndetector 18, en welke, in de loop van deze aftastende handeling, een hoek 8102452 - 10 - onderspant, die een volledige doorsnede omvat van het lichaam of voorwerp, algemeen aangegeven met 25, dat roterend wordt bewogen (zie pijl 21) ten opzichte van de.röntgenstralingsaftaster.

De grootte van het CT-aftastveld kan worden ingesteld door 5 mechanische manipulatie van de waaierbundel en verbrekerwielcollimatie-systeem 12, 14, d.w.z. door de spleetgrootten in de collimatoren te veranderen. Anderzijds kan de veldgrootte worden ingesteld (onder verwijzing naar figuur 3) door de rotatieas van het voorwerp 25 dichter naar de bron 11 te bewegen, waardoor een kleiner veld en een hoger oplossend 10 vermogen tot stand komt, of door de rotatieas dichter naar de detector 18 te bewegen om een groter veld en een lager oplossend vermogen te verkrijgen. Deze mogelijke bewegingen van de röntgenstralingsbron 11 en/of de detector 18 ten opzichte van de tafel 10 zijn aangegeven in figuur 2 met de pijl 26.

15 In een typerend geval bedraagt dé totale dosering, waaraan het afgetaste gebied van het lichaam wordt blootgesteld tijdens het opnemen van een CT-aftasting, ongeveer 100 mR. Deze dosis is 1/10 tot 1/1-00 van de dosis, die plaatsvindt in de huidige commerciële CT-aftasters, maar het beeld, dat wordt verkregen met behulp van de onderhavige uit-20 vinding bij deze zeer lage dosis, blijkt niettemin vergelijkbaar te zijn met, en in bepaalde opzichten beter te zijn dan die, welke worden verkregen tegen veel grotere kosten en tegen veel hogere doseringen door tegenwoordige commerciële aftasters. Daarenboven voor het verkrijgen van deze opvallende voordelen, behoudt de onderhavige uitvinding een aantal van de voordelen 25 van het in figuur 1 weergegeven bekende systeem. Meer in het bijzonder verkrijgt het een ruimtelijk oplossend vermogen kleiner dan een millimeter, vrijwel totale verwerping van verstrooide straling, en een dosis rendement, dat de 100% benadert.

Een ander hoofdvoordeel van het in figuur 2 weergegeven systeem 30 is dat het dient als zijn eigen localisatiesysteem, en de mogelijkheid bezit om de bewerking van numerieke gegevens uit te voeren in één van twee modi, d.w.z. het is een voor een tweeledig doel geschikt numeriek radiogram/CT-systeem. Bovendien, wegens het relatieve rotatiekenmerk weergegeven door pijlen 21, kan het systeem niet alleen worden gebruikt 35 voor het opwekken van zijn eigen localisatiebeelden, en voor het uitvoeren van numerieke radiografie op die beelden, maar kan gemakkelijk beelden verkrijgen zoals AP, PA, zijdelingse of schuine beelden onder elke gewenste hoek.

81 02 4 52 - 11 -

Zoals eerder aangegeven kan de relatieve rotatie tussen het voorwerp of patient en aftaster worden verkregen door of het aftast-mechanisme, het voorwerp, danwel beide te roteren. Bovendien kan de rotatieas worden geselecteerd en georiënteerd naar wens voor enige .

5 aanwezige toepassing en in het bijzonder kan het horizontaal zijn zoals uitgezet in figuren 1 en 2, of vertikaal. Een vertikale oriëntatie van de aftastas vertoont bepaalde voordelen doordat het rotatie vergemakkelijkt door het om zijn eigen as draaiende verbrekerwiel 14 toe te staan een precessie te volvoeren in het zwaartekrachtsveld van 10 de aarde.

De bij de uitvinding toegepaste stralingsbron kan een conventionele röntgenbuis zijn, of een radio-isotopenbron, of een synchrotron. Onverschillig de toegepaste bron resulteren de vereenvoudigingen, die worden verkregen met de onderhavige uitvinding, ten dele uit het gebruik 15 van een roterend type collimator, dat de vorm aan kan nemen weergegeven in de tekening, of de vorm beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.031.401, of welke, desgewenst de vorm kan aannemen van een roterende cilinder, waarin zich schroeflijnvormige voor straling transparante sleuven bevinden.

20 De toegepaste detector heeft in wezen een detectierendement van 100% en een geometrisch rendement van 100%, geheel anders dan de meeste CT-aftastdetectorrangschikkingen. Het ruimtelijk oplossend vermogen van het CT-beeld is hoog. Dwarsresolutie (in het vlak van de doorsnee-plak) en axiale resolutie (de dikte van de plak) zijn beide kleiner dan 25 een millimeter, en deze resolutie (oplossend vermogen) wordt verkregen zonder op te offeren aan het doseringsrendement. Bovendien kunnen radiografische beelden en CT-beelden worden verkregen door de detectoren te plaatsen buiten het vlak van de aftasting, en vervolgens de gedetecteerde verstrooide straling gebruiken om een beeld op te wekken, zoals 30 beschreven bijvoorbeeld in het hiervoor genoemde octrooi van Stein et al. Een dergelijke naar achteren verstrooiende beeldvorming is mogelijk in de onderhavige uitvinding aangezien er een enkele bekende geometrische positie is van de aftastende potlooddunne bundel op elk tijdstip, en de verstrooiing uit de baan ervan via het voorwerp in hoofdzaak de 35 sterkte regelt van het verstrooide signaal op dat tijdstip.

Het in figuur 2 weergegeven systeem kan bovendien worden gebruikt om verscheidene CT-aftastingen gelijktijdig op te wekken. Dit wordt bewerkstelligd door een opstelling van het type, algemeen uitgezet, in figuur 4, waar een aantal lijndetectoren zoals 18a, 18b en 18c naast 81 0 2 4 5 2

F

- 12 - elkaar staan opgesteld, evenwijdig, grenzen aan elkaar, en de potlood-dunne bundel (weergegeven in doorsnede 17a in figuur 4) zo gedimensioneerd is dat hij gelijktijdig valt op het aantal detectoren als hij wordt gezwiept in de richting 24 van het ene einde naar het andere einde van 5 de aangrenzende detectoren. De potlooddunne bundel 17a kan een aantal evenwijdige bundels bevatten, die samenwerken respectievelijk met de detectoren 18a-18c of een enkele bundel die verlengd is in doorsnede in een richting dwars op de aftastrichting 24, en deze bundel-configuraties kunnen worden verkregen door het verschaffen van één of meer waaierbundel-10 collimatiespleten in de mechanische aftaster 12, 14 of door de breedte van de sleuf 13 in collimator 12 te vergroten, en dienovereenkomstig de lengte van de sleuf 15 in de collimator 14 te vergroten.

Door een opstelling van het in figuur 4 weergegeven type te gebruiken, wordt een aantal uitgangen 20a gelijktijdig verkregen uit de 15 meervoudige detectoren 18a-18c, en deze gelijktijdige meervoudige uitgangen kunnen worden bewerkt op verschillende manieren om diverse verschillende resultaten te verkrijgen. Bijvoorbeeld kunnen de meervoudige uitgangen individueel worden bewerkt om gelijktijdig een veelheid aan plakbeelden te produceren. Anderzijds kunnen de uitgangen van twee of 20 meer detectoren in een naburige groep worden gecombineerd en daardoor worden bewerkt, in feite om de breedte van een onderzocht wordende speciale plak in te stellen.

De onderhavige uitvinding leent zich even goed voor andere technieken. Bijvoorbeeld door gebruikmaking van verschillende filter-25 of detectoreigenschappen voor aangrenzende vlakken, of door gebruikmaking van een lage energiedetector geruggesteund door een hoge energie-detector in hetzelfde vlak, kunnen gelijktijdig tweeledige energie-gegevens wordm verkregen. Dit kan worden gebruikt voor hetzij CT-bf numerieke radiografische beelden. Het aftrekken van twee beelden 30 genomen met verschillende energieresponsies kan worden gebruikt om met jodium behandeld contrastmateriaal te benadrukken. Door deze eigenschap te gebruiken in combinatie met een veelheid van doorsneeplakken is men in staat een beeld samen te stellen van bijvoorbeeld bloedvaten in een volume in plaats van in een vlakke plak.

35 Ofschoon voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uit- ..vinding zijn beschreven, zal hst duidelijk zijn, dat de voorafgaande beschrijving bedoeld is ter illustratie en niet ter beperking van de onderhavige uitvinding. Vele variaties zijn reeds beschreven en andere 81 0 2 4 5 2 > * - 13 - zullen de deskundige zonder meer duidelijk zijn. Bijvoorbeeld ofschoon de realisatie van de uitvinding beschreven is in samenhang met medische diagnostische beeldvorming, kan de uitvinding eveneens toegepast worden op willekeurige non-destructieve testtoepassingen. Al dergelijke variaties 5 en wijzigingen worden geacht te vallen binnen de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding.

10 81 02 4 52

Claims (14)

1. Stralingsenergie afbeeldende inrichting voor het onderzoeken van een lichaam door middel van doordringende straling, welke inrichting steunmiddelen bevat voor het ondersteunen van .een te onderzoeken lichaam, een röntgenstralingssysteem ingericht om rotatorisch te worden bewogen 5 als een eenheid ten opzichte van het lichaam om een rotatieas bepaald door de steunmiddelen, welk röntgenstralingssysteem een bron van röntgenstralen bevat gelegen aan één zijde van de steunmiddelen, een enkelvoudige langwerpige stralingsenergiedetector gelegen aan de tegenover gelegen zijde van de steunmiddelen en zich uitstrekkend in een richting dwars op 10 de rotatieas, en een mechanische aftastinrichting gelegen tussen de röntgenstralingsbron en de steunmiddelen voor het configureren van de straling uitgezonden door de bron tot een enkele potlooddunne bundel van röntgenstralen en voor het aftasten van de enkele potloodbundel over een hoek ten opzichte van de bron in de richting, waarin de enkele 15 detector langwerpig is, waarbij de lengte van de enkele detector en posities van de enkele detector en mechanische aftastinrichting gekozen zijn om te maken dat de enkele potlooddunne bundel van röntgenstralen een hoek onderspant, welke een complete doorsnede omvat van een lichaam op de steunmiddelen wanneer de potlooddunne bundel van röntgenstralen 20 wordt gezwiept over de enkele detector, en aandrijf middelen voor het uitvoeren van de rotatie van de röntgenstralingsbron, de mechanische aftastinrichting en de enkele detector als een eenheid ten opzichte van het te onderzoeken lichaam om de rotatieas.

2. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 1, met 25 het kenmerk, dat de mechanische aftastinrichting een eerste collimator bevat voor het in de vorm brengen van de straling uitgezonden door de bron tot een waaiervormige bundel van röntgenstralen, welke bundel een langwerpige doorsnede bezit, die zich uitstrekt in een richting evenwijdig aan de richting, waarin de enkele detector langwerpig is, een 30 tweede collimator bevattende een voor röntgenstralen opaak élement, en middelen voor het roteren van het element door de waaiervormige bundel om een tweede as dwars op de richting, waarin de enkele detector langwerpig is:; welke, tweede collimator tenminste één voor röntgenstralen transparante spleet daarin bezit, waardoor, als dit element wordt geroteerd 35 over de waaiervormige bundel om de tweede rotatieas, een gedeelte van de waaiervormige bundel uit de spleet uittreedt in de vorm van een potlooddunne bundel van röntgenstralen, dat loopt door een lichaam dat ligt op de 81 02 4 5 2 % 5 » - 15 - ondersteuningsmiddelen en zwiept over de enkele langwerpige detector.

3. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat van het element een aantal voor röntgenstraling transparante spleten angulair van elkaar verwijderd zijn om de tweede 5 rotatieas.

4. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het element een schijfvormig verbrekerwiel bevat.

5. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het aandrijf middel werkzaam is om een continue 10 rotatie van de eenheid om de eerstgenoemde rotatieas met nagenoeg constante snelheid te bewerkstelligen.

6. Stralingsenergieafbeeldende inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het röntgensysteem werkzaam is om het lichaam bloot te stellen aan een totale röntgendosis van nagenoeg 100 mR tijdens een 15 volledige relatieve rotatie van de eenheid en het te onderzoeken lichaam.

7. c:Stralingsenergie-afbeeldende inrichting volgens conclusie 5, gekenmerkt door middelen, die werkzaam zijn voorafgaande aan de werking van de aandrijfiniddelen voor het translatorisch bewegen van 20 de eenheid in een richting evenwijdig aan de eerstgenoemde rotatieas teneinde de eenheid nabij een speciale doorsnede van het te onderzoeken lichaam te plaatsen.

8. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een aantal van de langwerpige detectoren opgesteld 25 is naast elkaar in evenwijdige positie, waarbij de enkele potlooddunne bundel röntgenstralen een doorsnede bezit, die zodanig gedimensioneerd is dat de bundel gelijktijdig op een aantal detectoren valt, waardoor het aantal detectoren gelijktijdig uitgangssignalen produceert die elk representatief zijn voor de röntgenstralingsresponsie van aangrenzende 30 doorsnedeplakken van het te onderzoeken lichaam naarmate de aandrijf-middelen de eenheid continu roteren om de eerstgenoemde rotatieas.

9. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede collimator samenwerken voor het produceren van een enkele bundel röntgenstralen, waarvan de doorsnede 35 langwerpig is in een richting dwars op de richtingen waarin de naburige detectoren langwerpig zijn, terwijl de bundel gezwiept wordt respectievelijk vanuit een positie nabij de eerste overeenkomstige einden van de langwerpige detectoren naar een positie nabij de tegenover gelegen corresponderende einden van de langwerpige detectoren over een aftastingsbaan, 81 02 4 52 v - 16 - die dwars staat op de richting, waarin de bundel langwerpig is.

10. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk dat tenminste sommige van de langwerpige detectoren aan elkaar grenzen, en middelen aanwezig zijn voor het combineren van de 5 uitgangssignalen, die geproduceerd worden door tenminste twee aangrenzende detectoren voor het instellen van de breedte van de doorsnedeplak, die onderzocht wordt in het lichaam.

11. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aandrijfmiddel werkzaam is om de eenheid 10 te roteren om de rotatieas naar een gewenste angulaire positie ten opzichte van het te onderzoeken lichaam, en middelen aanwezig zijn die in vervolg op de handeling van de aandrijfmiddelen werkzaam zijn om de eenheid trans-latorisch te bewegen en met nagenoeg constante snelheid in een richting evenwijdig aan de rotatieas.

12. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor het instellen van de positie van de röntgen-stralingsbron ten opzichte van de rotatieas in een richting dwars op de rotatieas teneinde daardoor de grootte in te stellen van het door de inrichting afgetast wordende veld.

13. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor het instellen van de positie van de detector ten opzichte van de rotatieas in een richting dwars op de rotatieas teneinde daardoor de grootte in te stellen van het door de inrichting afgetast wordende veld.

14. Stralingsenergie afbeeldende inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor het instellen van de positie van de eenheid ten opzichte van de rotatieas in een richting dwars op de rotatieas teneinde daardoor de grootte in te stellen van het door de inrichting afgetast wordende veld. 30 8102452