NL8802556A - Computertomografiescanner met tomosynthetisch scanogram. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Computertomografiescanner met tomosynthetisch scanogram.

De uitvinding betreft een computertomografie-inrichting voor het bepalen van een stralingsabsorptieverdeling in een dwarsdoorsnede van een objekt, welke inrichting een röntgenbron en detektormiddelen bevat voor het doorstralen van het objekt uit een veelvoud van verschillende richtingen en het detekteren van de het objekt gepasseerde straling, een objektdrager en verplaatsingsmiddelen voor het verplaatsen van het objekt en objektdrager in een richting dwars op de stralingsrichting van de röntgenbron.

Een dergelijke computertomografie-inrichting is bekend uit de Duitse octrooiaanvrage 26 13 809. Het objekt wordt met de objektdrager door de verplaatsingsmiddelen dwars op de stralingsrichting van de stralingsbron verplaatst waarbij de stralingsbron en detektormiddelen een stationaire positie innemen om een tweedimensionaal schaduwbeeld van het objekt te verkrijgen. Met behulp van dit twee-dimensionaal schaduwbeeld is de positie van het objekt te bepalen waar in een schijf van het objekt ligt, waarvan een absorptieverdeling dient te worden bepaald. Zo een twee-dimensionaal schaduwbeeld wordt hierna scanogram genoemd. Een scanogram heeft net als elk ander schaduwbeeld dat met een conventionele röntgenapparaat wordt gemaakt het nadeel dat de verschillende gezien in de richting tussen detektor en röntgenbron boven elkaar liggende objektdelen in een schaduwbeeld gesuperponeerd worden afgebeeld. Hierdoor kan het ene objektdeel een ander objektdeel volkomen overschaduwen. Het gevolg van zo een overschaduwing is dat het scanogram toch niet voldoende informatie geeft om van het objekt op de gewenste plaats een doorsnedebeeld te maken.

De uitvinding heeft tot doel om in een computertomografie-inrichting te voorzien waarmee een scanogram kan worden gemaakt, waarin de informatie in een bepaalde laag die zich uitstrekt tot dwars op de stralingsrichting van de röntgenbron, kan worden benadrukt.

De computertomografie-inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de röntgenbron en detektormiddelen aan een zijde van het objekt vanuit verscheidene richtingen na een translatie van het objekt het objekt doorstraalt, waarbij de inrichting verder van rekenmiddelen is voorzien voor het kombineren van de detektorsignalen, die zijn opgewekt in de genoemde verschillende richtingen, tot een semi-scanogram, waarin een van te voren te kiezen laag in het objekt, die nagenoeg dwars op het vlak van de stralingsrichtingen staat, wordt benadrukt.

Opgemerkt dient te worden dat een computertomografie-inrichting met een röntgenbuis met een langwerpige anode, die met een elektronenstraal wordt afgetast, bekend is uit de Duitse octrooiaanvrage 25 51 322 echter moet hierbij worden opgemerkt dat de aftastende beweging van de elektronenbundel op de anode tegelijkertijd plaatsvindt met de roterende beweging van de röntgenbron met de detektormiddelen rond het objekt om zodoende een gewenste meetwegverdeling binnen dat objekt te verkrijgen ter rekonstruktie van een dwarsdoorsnede ervan.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2 een geometrische schets weergeeft voor de berekening van een tomosynthetisch scanogram, en figuur 3 een schets van de geometrie van de uitvinding geeft voor het bepalen van de verwissingsfaktor in een tomosynthetisch scanogram.

In figuur 1 is een computertomografie-inrichting volgens de uitvinding weergegeven, die bevat een röntgenbron 1 met een langwerpige anode 2 voor het opwekken van een divergerende platte stralingsbundel 1 welke na het passeren van een objekt 2 dat op een objektdrager 7 is geplaatst, wordt gedetekteerd door een rij van detektoren 9. De detektoren 1 wekken door het detekteren van röntgenstraling signalen op die door een verwerkingsinrichting H worden opgeslagen. De objektdrager 7 is in een richting die met L is aangegeven en die dwars op de straling van de röntgenstralingsbron 1 is gericht, verplaatsbaar is door de translatiemiddelen 13. De computertomografie-inrichting JO bevat verder een besturingseenheid 15. die stuursignalen opwekt voor de hoogspanningseenheid Jl, de translatiemiddelen 12 en de verwerkingseenheid Jl voor het afstemmen van het opwekken van de röntgenbundel, de translatie en het verwerken van de meetsignalen die door de detektoren 9. worden opgewekt. De verwerkingseenheid JJ. berekent uit de detektorsignalen een scanogram dat op een weergeefeenheid 19. wordt weergegeven. Uiteraard beschikt de tomografie-inrichting 10 op zich bekende rotatiemiddelen voor het roteren van de röntgenbron 1 en de detektormiddelen 9 rond het objekt 5 voor het maken van een doorsnedebeeld van de stralingsabsorptieverdeling van een vlak 8 dat door de platte divergente bundels 4 wordt bepaald. Dergelijke rotatiemiddelen en de signaalverwerking van de op die manier opgewekte signalen zijn op zich bekend en worden niet verder toegelicht noch weergegeven in deze figuur.

In figuur 2 is een schematisch aanzicht van de langwerpige anode 3, de rij van detektoren £, het objekt 5 en de objektdrager 7 weergegeven, gezien in de richting van de langsbeweging L (zie figuur 1). Verder zijn in figuur 2 drie divergerende röntgenbundels I, II en III weergegeven die na elkaar steeds op een ander punt van een door de langwerpige anode 3. af te leggen weg f worden opgewekt. Deze drie punten 3-1, 3-II, 3-III liggen respektievelijk aan het ene einde, in het midden en aan het andere einde van de door de langwerpige anode 3 af te leggen weg f. Kiest men in het objekt 5 in vak V op een afstand A van de detektorrij 9. dan wordt een centraal punt c van dat vlak door de centrale röntgenstralen vanuit de punten 3-1, 3-2 en 3-3 respektievelijk afgebeeld op de detektorelementen 9-1, 9-2 en 9-3. De afstand tussen de langwerpige anode 3 en detektorrij 9 bedraagt D. Indien de lengte van de door de anode 3 afgelegde weg f bedraagt dan is de afstand W tussen de uiterste detektorelementen 9-1 en 9-3 gelijk aan Axf/(D-A).

Uit de drie schaduwprofielen die in de bronposities 3-1, 3-2 en 3-3 zijn verkregen door detektie van de stralingsbundels I, II en III door de rij van detektoren 9. is van de laag V een semi-scanogram te konstrueren waarin de delen welke in de laag V van het objekt 5 liggen, duidelijk weergegeven worden en de delen van het objekt boven en beneden de laag V worden verwist. Deze benadrukte afbeelding van de laag V wordt verkregen door de drie verschillende met de meetbundels I, II en III verkregen profielen ten opzichte van elkaar te verschuiven en te superponeren. Indien het profiel I naar rechts wordt verschoven over een halve afstand W en het profiel III naar links wordt geschoven over een halve afstand W dan zal de afbeelding van punt c van die drie profielen samenvallen. Aangetoond kan worden dat dit ook geldt voor andere punten die in het vlak V liggen. Het is natuurlijk ook mogelijk om bijvoorbeeld het profiel gemeten met bundel I niet te verschuiven, het profiel gemeten met de bundel II en III te verschuiven over respektievelijk een half W en over W. Algemeen kan worden gesteld dat indien het aantal met verschillende bronposities gemeten profielen N bedraagt, de verschuiving van een profiel om tot dekking te komen met andere profielen om zo een semi-scanogram met een duidelijkere afbeelding van het vlak V te verkrijgen, verschoven moet worden over een afstand gelijk aan i x S / N. Daarbij is 1 het profielnummer gemeten bij de i bronpositie waarbij één extreme bronpositie, in dit geval 3-1 of 3-3, het indexnummer 0 verkrijgt.

In figuur 3 is een geometrische afbeelding weergegeven van de röntgenbron en rij van detektoren aan de hand waarvan de verwissing in een semi-scanogram van een onder of boven het gekozen vlak liggend punt kan worden afgeleid. In figuur 3 zijn twee bronposities op de langwerpige anode 3 weergegeven. De posities met een onderlinge afstand f zijn 3-1 en 3-3 welke ook in figuur 2 zijn gebruikt. Van een centraal punt c in het vlak V worden twee afbeeldingen gedetekteerd met de detektoren 9-1 en 9-3 zoals eveneens in figuur 2 is weergegeven. De afstand tussen deze twee afbeeldingen bedraagt W1. Van een punt P dat in een vlak tf ligt boven het vlak V, worden eveneens twee afbeeldingen verkregen bij de bronposities behorend bij de bronposities 3-1 en 3-3 worden afbeeldingen verkregen op de detektorposities 9-1P respektievelijk 9-3P. De afstand tussen deze twee afbeeldingen 9-1P en 9-3P bedraagt W2. De afstand tussen de anode 3 en de rij van detektoren 1 is D, de afstand tussen het vlak V en de rij van detektoren is A en de afstand tussen het af te beelden vlak V en het te verwissen vlak W bedraagt a. De afstand W1 tussen de afbeeldingsposities 9-1 en 9-3 is Axf/(D-A). De afstand W2 tussen de twee afbeeldpunten 9-1P en 9-3P is (A+a)xf/(D(-(A+a)). Er kan nu een verwissingsfaktor worden uitgerekend die aangeeft hoe sterk de verwissing van het vlak tf is. Wordt de verwissingsfaktor DF gedefinieerd als het verschil tussen W2-W1 dan is uit te rekenen dat DF gelijk is aan fxaxD/(D-A-a)(D-A). Hieruit is af te leiden dat de verwissing DF sterker wordt naarmate de afstand f tussen de uiterste bronposities 3-1 en 3-3 toeneemt, de afstand a tussen het te verwissen vlak W en het gewenste vlak V toeneemt en de verhouding tussen de afstand A van het vlak V en de rij van detektoren 9 en de afstand D tussen de langwerpige anode 3 en de detektorrij 9 toeneemt.

De computertomografie-inrichting volgens de uitvinding heeft het voordeel dat een tomosynthetisch scanogram kan worden gemaakt van een vlak V waarin delen van het objekt in dat vlak scherp worden afgebeeld waarbij daarentegen objekten buiten dat vlak V minder of sterker verwist worden weergegeven. De inrichting volgens de uitvinding heeft verdere voordelen omdat bij het maken van het tomosynthetisch scanogram de anode 3 van de röntgenbuis niet op een plaats continu wordt aangestraald maar sekwentieel op verschillende posities wordt aangestraald. Vanwege deze beweging van de focal-spot over die röntgenanode wordt de aan de anode toegevoerde energie verdeeld op een aantal plaatsen zodat de lokale belasting van de anode daardoor zal afnemen. Een eventueel lokaal inbranden van de anode door het te sterke bombardement met elektronenstraal wordt hierdoor vermeden. Een verder voordeel is het volgende. Indien een scanogram werd gemaakt volgens de stand van de techniek zal bij uitval van één of meer detektoren zich dit uiten als rechte lijnen in het scanogram die oftewel helemaal donker oftewel helemaal licht worden weergegeven. Bij de computertomografie-inrichting volgens de uitvinding kan indien een detektor uitvalt met behulp van een nieuwe kalibratie vermeden worden dat de door de uitgevallen detektor geleverde foutieve signalen het tomosynthetisch scanogram bederven. Eén van de mogelijkheden om bij het optreden van een foutief detektorsignaal een ongestoord scanogram te realiseren, is het volkomen te negeren van deze signalen en de sterkte van de signalen in de beeldpunten van het scanogram te normeren op het aantal in detektoren dat aan dat beeldpunt in de signaalsterkte heeft bijgedragen.

In een computertomografie-inrichting met een röntgenbron met een langwerpige anode, die tijdens rotatie van de röntgenbron om het objekt wordt aangestraald voor het realiseren van een tomosynthetisch scanogram, is de aftastrichting van de elektronenstraal over die langwerpige anode bij voorkeur tegengesteld aan de rotatierichting van de röntgenbuis, omdat dan de onderlinge afstand f maximaal is en daardoor ook de verwissing van de objektelementen, die buiten het vlak V liggen.

Claims (6)

1. Computertomografie-inrichting voor het bepalen van een stralingsverzwakkingsverdeling in een dwarsdoorsnede van een objekt, welke inrichting een röntgenbron en detektormiddelen bevat voor het doorstralen van het objekt uit een veelvoud van verschillende richtingen en voor het detekteren van de het objekt gepasseerde straling, en verder een objektdrager en verplaatsingsmiddelen voor het verplaatsen van het objekt en objektdrager in een richting dwars op de stralingsrichting van de röntgenbron, met het kenmerk, dat de röntgenbron en detektormiddelen aan een zijde van het objekt vanuit verscheidene richtingen na een translatie van het objekt het objekt doorstraalt, waarbij de inrichting verder van rekenmiddelen is voorzien voor het kombineren van de detektorsignalen, die zijn opgewekt in de genoemde verschillende richtingen, tot een semi-scanogram, waarin een van te voren te kiezen laag in het objekt, die nagenoeg dwars op het vlak van de stralingsrichtingen staat, wordt benadrukt.

2. Computertomografie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de richtingen, waarlangs het objekt wordt doorstraald, na elke translatie dezelfde zijn.

3. Computertomografie-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de translatie een monotone beweging is.

4. Computertomografie-inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de röntgenbron en de detektormiddelen een monotone rotatie uitvoeren.

5. Computertomografie-inrichting volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de röntgenbron een röntgenbuis met een langwerpige anode is, die zich dwars op de translatierichting uitstrekt en die op verscheidene plaatsen met een elektronenstraal wordt aangestraald.

6. Computertomografie-inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de anode wordt aangestraald tijdens een rotatie van de röntgenbron rond het objekt, waarbij de aftastrichting van de elektronenstraal op de langwerpige anode tegengesteld is aan de rotatierichting van de röntgenbuis.