NL9520008A - Modulaire detector opstelling voor röntgen-tomografisch stelsel. - Google Patents

Description

Titel: Modulaire detector opstelling voor röntgen-tomogra-fisch stelsel.

Verwante aanvragen

Deze aanvrage is verwant aan de nog hangende Amerikaanse octrooiaanvrage serie Nr. 08/191,428, die tegelijktijdig hiermee is ingediend ten name van Bernard M. Gordon; John Dobbs en David Banks en overgedragen is aan de huidige rechtverkrijgende (Attorney’s Docket Nr. ANA-44); en de Amerikaanse octrooiaanvrage serie Nr. 08/191.426, gelijktijdig hiermee ingediend ten name van John Dobbs; David Banks en Leonhard Katz, en overgedragen aan de huidige rechthebbende (Attorney's Docket Nr. ANA-47).

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op röntgen-computer- geassisteerde tomografie (CAT), en meer in het bijzonder op tomografische detector stelsels.

Achtergrond van de uitvinding

De huidige CAT scanapparatuur is groot, zwaar en duur.

Deze eigenschappen zijn tenminste gedeeltelijk verantwoordelijk voor het beperkte inzetten ervan, en derhalve de beperkte beschikbaarheid. Tot nu toe zijn deze ongewenste fysieke eigenschappen echter noodzakelijk geweest vanwege de eisen van het CAT scanproces.

CAT scanners van de derde generatie omvatten een röntgen-bron en een röntgen detectorstelsel, die bevestigd zijn respectievelijk op diametraal tegengestelde zijden van een ringvormige schijf. Deze laatste is roteerbaar gemonteerd binnen een portaalsteun zodat gedurende een scanning de schijf roteert rond een rotatieas terwijl röntgenstralen vanaf de bron naar het detectorstelsel gaan via een object dat geplaatst is binnen de opening van de schijf.

Het detectorstelsel bevat een reeks detectoren, aangebracht als een enkele rij in de vorm van een cirkelboog met een krommingscentrum op het punt dat wordt aangeduid als "brandpunt", waar de straling uitgaat van de röntgenbron. De röntgenbron en reeks detectoren zijn alle zodanig geplaatst, dat de banen van de röntgenstralen tussen de bron en elke detector allen in hetzelfde vlak liggen (hierna aangeduid als het "snedevlak", "rotatievlak" of "scanvlak") dat loodrecht staat op de rotatieas van de schijf. Omdat de straalbanen uitgaan van in wezen een puntbron en zich met verschillende hoeken naar de detectoren uitstrekken, lijken de straalbanen op een waaier, en derhalve wordt de term "waaier" bundel dikwijls gebruikt om alle straalbanen op een tijdstip te beschrijven. De röntgenstralen die worden gedetecteerd door een enkele detector op een meetogenblik gedurende een scanning worden beschouwd als een "straal". De straal wordt gedeeltelijk verzwakt door alle massa in de baan ervan en wekt zo een meting met enkele intensiteit op als funktie van de verzwakking, en derhalve de dichtheid van de massa in de desbetreffende baan. Projekties, dat wil zeggen, de röntgenintensiteitsmetingen worden gedaan op elke hoekpositie van de schijf.

Een beeld dat wordt gereconstrueerd uit gegevens die verkregen zijn bij alle projektiehoeken gedurende de scaning zal een schijf langs het scanvlak zijn door het voorwerp dat wordt gescand. Om een dichtheidsbeeld van de sektie of "schijf" van het voorwerp in het bepaalde rotatievlak te "reconstrueren", wordt het beeld gereconstrueerd in een pixelopstelling, waarbij iedere pixel in de opstelling een waarde krijgt die een weergave is voor de verzwakking van alle stralen die gedurende een scanning daar doorheen gaan. Wanneer de bron en de detectoren rond het voorwerp roteren, gaan stralen door het object vanuit verschillende richtingen, of projektiehoeken, en passeren verschillende combinaties van pixelplaatsen. De dichtheidsverdeling van het objekt in het snedevlak wordt mathematisch voortgebracht uit deze metingen, en de helderheidswaarde van iedere pixel wordt ingesteld om deze verdeling weer te geven. Het resultaat is een reeks pixels met verschillende waarden, die een dichtheidsbeeld van het snede-vlak weergeven.

Om het beeldreconstructieproces te laten werken, moet de positie van de stralen nauwkeurig bekend zijn. Het is bekend om de detectoropstelling te monteren op de roteerbare schijf, zodat deze met betrekking tot de röntgenbron ruimtelijk wordt gecompenseerd binnen het scanvlak met een hoek die equivalent is met één-vierde van de afstand tussen de centra van naburige detectoren. Met een dergelijke compensatie worden de resulterende tweede 180° metingen gedaan bij een verplaatsing van één-vierde detectorafstand vanaf die van de eerste 180° , zodat de tweede halve rotatie stralen plaatst op radii die zich halfweg tussen de stralen van de eerste halve rotatie bevinden. Dit maakt de plaats van de straal nog kritischer.

Om de stralen nauwkeurig te positioneren zonder een onhanteerbare calibratie en correctie, is het derhalve zeer nuttig om nauwkeurig geplaatste detectoren te hebben, en metingen die nauwkeurig op tijd plaatsvinden, zodat de hoekpositie van elke detector voor iedere projektie vooraf is bepaald.

Daar dichte materie de neiging heeft om röntgenstralen te verstoren, is het verder van belang dat iedere straling die niet een rechte lijn vanaf de bron naar elke detector aflegt, wordt uitgesloten van de metingen door een dergelijke detector. Om deze verstrooide straling te verwijderen, wordt een reeks zeer dunne anti-verstrooiingsplaten ingebracht tussen de detectoren en het voorwerp en uitgericht om op deze wijze in wezen slechts die stralen die een rechte radiale lijn tussen de bron en de detector afleggen, te collimeren of te laten passeren. Ongelukkigerwijze brengt de behoefte aan anti-verstrooiingsplaten bijkomende moeilijkheden met zich mee omdat deze, indien ze een röntgen "schaduw" op een detector werpen, zullen interfereren met de metingen ervan. Niet alleen zal de uitgang van iedere beschaduwde detector worden gereduceerd, maar deze zal ook worden gemoduleerd door de geringste vibratie of laterale beweging van de bron, verstrooiingsplaten en/of detectoren.

De moeilijkheid om aan deze eisen tegemoet te komen wordt duidelijk wanneer men in ogenschouw neemt, dat om het soort oplossend vermogen te verschaffen dat wordt verwacht van moderne röntgen- tomografische scanners, het aantal detectoren in de honderden loopt waarbij verscheidene detectoren binnen een enkele graad van de waaierbundelboog zijn geplaatst. Dit maakt de breedte van een typerende detector van de orde van een millimeter, en de afmetingen van een typerende anti-verstrooi-ingsplaat ongeveer 38 mm lang in de radiale richting met een dikte van ongeveer 0,1 mm, hetgeen een zeer nauwkeurige detector en anti-verstrooiingsplaat-plaatsing en uitrichting vereist. Om het probleem nog ingewikkelder te maken, wordt het gehele samenstel gewoonlijk geroteerd rond het gescande voorwerp met een snelheid van ongeveer 15 tot ongeveer 60 toeren per minuut, hetgeen wezenlijk variërende krachten opwekt en moeilijke monteringstechnieken vereist.

Vroegere pogingen om aan deze moeilijke eisen te voldoen hebben geresulteerd in machines met een zeer grote massa, die zeer kostbare, moeilijke monteringstechnieken vereisen, waarbij veel inspanning is gestoken in het uitrichten van anti-verstrooiingsplaat en detector. Indien om een of andere reden een of meer elementen moesten worden vervangen of opnieuw uitgericht, is het hermontage- en heruitrichtproces gewoonlijk te moeilijk om in het veld te kunnen worden uitgevoerd, en de machine moest dikwijls teruggebracht worden naar de fabriek.

Doeleinden van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een verbeterd röntgen-tomografisch detectorstelsel, dat voorziet in de vereiste nauwkeurigheid voor plaats en uitrichting met een zeer gereduceerde montageinspanning en relatief lagere kosten.

Het is een ander doel van de uitvinding om te voorzien in een tomografisch detectorstelsel, dat componenten bevat die gemakkelijk in het veld kunnen worden vervangen.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een tomografisch detectorstelsel, waarin de componenten zodanig zijn ontworpen, dat zij gemakkelijk kunnen worden vervaardigd met standaardmachines, die zeer nauwkeurig werken volgens rechthoekige coördinatenstelsels, en toch zodanig worden gemonteerd dat zij voorzien in een grote plaatsingsnauwkeurigheid die vereist is door het poolcoördinatensysteem van een tomografische scanner.

Ander doeleinden van de uitvinding zullen gedeeltelijk duidelijk zijn en zullen gedeeltelijk hierna worden beschreven. De uitvinding omvat derhalve de inrichting die de constructie, combinatie van elementen, en opstelling van onderdelen bevat, die bij wijze van voorbeeld in de volgende gedetailleerde beschrijving is uiteengezet, en waarvan de beschermingsomvang wordt aangegeven door de conclusies.

Samenvatting van de uitvinding

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding, omvat het detectorstelsel een basis dragerelement in de vorm van een uitsteeksel, verscheidene anti-verstrooiingsmodulen en verscheidene detectormodulen voor bevestiging aan het uitsteeksel en organen voor het monteren van het uitsteeksel aan de rotatieschijf van het portaal. Het uitsteeksel heeft een vlak referentieoppervlak dat parallel aan het scanvlak kan worden geplaatst wanneer het uitsteeksel op de juiste wijze is bevestigd aan de rotatieschijf. Het vlakke referentievlak maakt de nauwkeurige postionering mogelijk van een aantal referentie-openingen. Elk anti-verstrooiingsmoduul en detectormoduul heeft een vlak referentieoppervlak dat met het referentievlak van het uitsteeksel in kontakt is om zo de module met betrekking tot het referentievlak van het uitsteeksel (en derhalve het scanvlak) te fixeren. Elk moduul omvat ook bij voorkeur een ronde referentieopening en een referentiesleuf die loodrecht staat op het referentievlak van de moduul om de moduul met betrekking tot het uitsteeksel en met betrekking tot elkaar nauwkeurig te positioneren. De anti-verstrooiingsmoduul omvat verscheidene anti-verstrooiingsplaten die nauwkeurig geplaatst en georiënteerd zijn met betrekking tot de referentieopening, sleuf en referentievlak van de moduul. Elk detectormoduul omvat een aantal detectoren die nauwkeurig geplaatst en georiënteerd zijn met betrekking tot de referentieopening, sleuf en referentievlak van de moduul. De referentieopeningen en sleuven van het uitsteeksel en elk van de modulen kunnen nauwkeurig worden gepositioneerd met betrekking tot de respectieve vlakke referentievlakken van uitsteeksel en moduul met gebruikmaking van het rechthoekige coördinatorstelsel van commercieel verkrijgbare machines. De plaats van elk anti-verstrooiings-moduul en elk detectormoduul op het uitsteeksel wordt nauwkeurig bepaald door een stelpen die is ingebracht door de ronde referentieopening van de moduul en een referentieopening van het uitsteeksel, dat is aangebracht in het referentieoppervlak van het uitsteeksel, en het uitrichten van elke anti-verstrooi-ingsmoduul en elke detectormoduul wordt bepaald door een stelpen in zowel de referentiesleuf ervan als een referentieopening in het uitsteeksel. Voor een opbouw met minder tolerantie, kan de plaats van zowel een anti-verstrooiingsmoduul als een detectormoduul worden bepaald door een gemeenschappelijke stelpen en referentieopening van het uitsteeksel, en elk anti-verstrooiingsmoduul kan worden geplaatst door een primaire referentieopening van het uitsteeksel.

Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekeningen en de beschrijving in het volgende nader worden toegelicht, waarbij: Fig. 1 is een axiaal aanzicht van een CAT scanner volgens de voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 is een uit elkaar getrokken perspectivisch bovenaanzicht, gedeeltelijk weggesneden, en toont de modulaire opstelling van de voorkeursuitvoeringsvorm van het detector-stelsel volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 3 is een perspectivisch onderaanzicht van de voorkeursuitvoeringsvorm van de detectormoduul volgens de onderhavige uitvinding?

Fig. 4 is een axiaal aanzicht van de voorkeursuitvoeringsvorm van een uitsteeksel voor het gefixeerd ondersteunen van de detector- en anti-verstrooiingsmodulen, en voor het monteren van het detectorsamenstel aan het portaal zodat de modulen op de juiste wijze zijn uitgericht met het scanvlak van de scanner;

Fig. 5 is een axiaal aanzicht van drie detectormodulen en een anti-verstrooiingsmoduul, bevestigd aan het uitsteeksel van de voorkeursuitvoeringsvorm van het detectorsamenstel;

Fig. 6 is een tangentiale dwarsdoorsnede langs de lijn 6-6 in figuur 5;

Fig. 7 is een axiaal aanzicht van de drager voor het bevestigen van het uitsteeksel aan de roterende schijf;

Fig. 8 is een tangentiaal zijaanzicht van de drager, getoond in fig. 7;

Fig. 9 is een radiaal aanzicht van de drager getoond in fig. 7 en 8;

Fig. 10 is een partieel, tangentiaal aanzicht van de drager getoond in fig. 7-9;

Fig. 11 is een bij benadering radiale dwarsdoorsnede langs de lijn 11-11 van fig. 10; en

Fig. 12 is een gedeeltelijk uit elkaar getrokken perspectivisch aanzicht van de drager getoond in fig.

7-11.

Gedetailleerde beschrijving van de tekeningen

Onder verwijzing naar de tekeningen voor een meer volledig begrip van de opstelling volgens de uitvinding, geeft fig. 1 een CAT scanner 8 weer, die de principes van de uitvinding belichaamt. Om te voorzien in de gegevens voor een CAT scanning, omvat de scanner 8 een röntgenbron 12 en een detectorsamenstel 14, gemonteerd op een schijf 10. De bron 12 en het detectorsamenstel 14 worden geroteerd om de rotatieas 16 (die zich loodrecht op het aanzicht, getoond in fig. 1 uitstrekt) om te roteren rond het voorwerp 18 dat zich uitstrekt door de centrale opening van de schijf gedurende de CAT scaning. Het voorwerp 18 kan een deel van een levende menselijke patiënt zijn, zoals het hoofd of de romp. De bron 12 zendt binnen het scanvlak (loodrecht op de rotatieas 16) een continue waaiervormige bundel 20 röntgenstralen uit, die worden geregistreerd door de detectoren van het samenstel 14 nadat ze door het voorwerp 18 zijn gegaan. Een reeks anti-verstrooiings— platen 22 is geplaatst tussen het voorwerp 18 en de detectoren van het samenstel 14 om te voorkomen dat verstrooide stralen worden geregistreerd door de detectoren. In de voorkeursuit— voeringsvorm is het aantal detectoren 384 over een boog van 48» hoewel het aantal en de hoek kunnen variëren. De schijf 10, die op voordelige wijze van lichtgewicht materiaal zoals aluminium kan zijn, laat men snel en geleidelijk roteren rond de as 16.

De schijf 10 heeft een open frameconstructie zodat het voorwerp 18 door de opening van de schijf kan worden gepositioneerd. Het voorwerp 18 kan bijvoorbeeld worden gedragen op een bed of tafel 32, die natuurlijk zo doorzichtig mogelijk moeten zijn voor röntgenstralen. Wanneer de schijf 10 roteert, worden de detectoren van het samenstel 14 periodiek bemonsterd om discrete metingen van röntgenstralen te geven, die in het scanvlak door het voorwerp 18 gaan vanuit vele projektiehoeken. De metingen worden vervolgens elektronisch verwerkt met geschikte signaalverwerkingsinrichtingen (niet getekend), in overeenstemming met bekende mathematische technieken, om op deze wijze de uiteindelijke beeldinformatie voort te brengen. De beeldinformatie kan vervolgens in een geheugen worden geplaatst, en kan worden geanalyseerd in een computer, of kan op geschikte wijze worden weergegeven.

Vroeger was een grote inspanning vereist om elke detector en de anti-verstrooiingsplaten uit te richten om een juiste plaatsing van deze componenten op de roterende schijf volgens bekende tomografische stelsels te verzekeren. Het komt ons voor dat een reden voor de problemen ten aanzien van de uitrichting is te wijten aan het feit dat de opstelling van de detectoren met betrekking tot de bron een poolcoördinaten probleem is, waarbij het centrum van de poolcoördinaten is geplaatst in het brandpunt van de röntgenbron 12. Daarentegen werken machines voor het aanbrengen van monteringsopeningen in de schijf gewoonlijk in het rechthoekige coördinatenstelsel.

volgens de uitvinding is derhalve het detectorsamenstel zodanig ontworpen dat de componenten ervan gemakkelijk kunnen worden vervaardigd met standaardmachines die werken in rechthoekige coördinatenstelsels, en, wanneer gemonteerd en bevestigd aan de schijf 10, nauwkeurig zijn uitgericht met de röntgenbron in het poolcoördinatenstelsel van het tomografische stelsel.

Met verwijzing wederom naar fig. 1 bevat meer in het bijzonder volgens de uitvinding het detectorsamenstel 14 een basis dragerelement in de vorm van een steunreferentie uitsteeksel 28 dat voorzien is van een vlak uitgangs- of referentieoppervlak dat gemakkelijk en nauwkeurig kan worden bewerkt in het rechthoekige coördinatenstelsel van machines. De detectoren en antiverstrooiingsplaten worden elk samengesteld tot een aantal identieke modulen 24 en 26 respectievelijk, en de modulen worden ook nauwkeurig bewerkt binnen de rechthoekige coördinaten van standaardmachines. De modulen worden vervolgens nauwkeurig uitgericht en bevestigd aan de referentievlakken van het uitsteeksel 28, en het uitsteeksel, dat wordt gedragen door de schijf 10 met geschikte dragers, zoals de dragers 30, zodat de detectoren allen in het scanvlak liggen en een gelijke hoek met betrekking tot het brandpunt van de röntgenbron 12 onderspannen.

Een opstelling volgens de uitvinding die de gewenste nauwkeurige plaatsing en uitrichting van de anti-verstrooiings-platen en detectoren tot stand brengt, wordt in groter detail in fig. 2-12 weergegeven. Met verwijzing in het bijzonder naar fig. 2, omvat het detectorsamenstel het uitsteeksel 28, de detectormodulen 24 en anti-verstrooiingsmodulen 26. Bij gebruik wordt het volledige detectorsamenstel bevestigd aan de schijf 10 en kan bijvoorbeeld één uitsteeksel, acht anti-verstrooi-ingsmodulen en vierentwintig detectonnodulen omvatten waarbij elk detectormoduul zestien detectoren draagt. Het uitsteeksel 28, waarvan een bovenaanzicht is getoond in fig. 4, is bij voorkeur boogvormig met een krommingscentrum dat samenvalt met het brandpunt van de bron 12 wanneer dit op de juiste wijze aan de schijf 10 is bevestigd. Zoals goed te zien is in fig. 6 omvat het uitsteeksel ook twee vlakke parallelle oppervlakken 40 en 42, waarvan het oppervlak 40 kan worden beschouwd als een voorste, referentie- of uitgangsoppervlak. Deze vlakke oppervlakken maken het zeer nauwkeurig boren van referentieopeningen in het uitsteeksel 28 mogelijk uit en loodrecht op het referen-tievlak 40 met gebruikmaking van in de handel verkrijgbare standaardmachines. Zoals goed te zien is in fig. 2 en 4, wordt een reeks primaire referentieopeningen 44, een voor elk anti-verstrooiingsmoduul (en derhalve 8 in getal in de weergegeven uitvoeringsvorm) aangebracht op een boog 46 met een voorafbepaalde kromming, die de openingen op gelijke afstanden laat staan van de röntgenbron 12 wanneer het uitsteeksel op de juiste wijze is bevestigd aan de schijf 10, dat wil zeggen waarbij de bron zich bevindt in het krommingscentrum van de boog 46. De plaatsen van de openingen 44 worden nauwkeurig gestuurd met betrekking tot het boogcentrum en met betrekking tot elkaar. Verbonden met elke primaire referentreopening 44 zijn twee secundaire referentieopeningen 48, die zijn aangebracht op dezelfde boog 46 en die nauwkeurig zijn geplaatst met betrekking tot de primaire referentieopeningen. Ook zijn met elke primaire referentieopening 44 drie extra secundaire referentieopeningen 50 verbonden, die zijn aangebracht op een boog 52, concentrisch met die van de boog 46, en nauwkeurig geplaatst met betrekking tot elke respectievelijke primaire referentieopening 44. Bovendien kunnen er, zoals goed te zien is in fig. 2, verbonden met elke primaire referentieopening 44, monteringsopeningen 54 en getapte blinde monteringsopeningen 56 zijn (zie fig. 2). Een paar doorvoer-openingen 58 (zie fig. 4) zijn van nut om het uitsteeksel 28 vast te klemmen met betrekking tot boorapparatuur die gebruikt wordt voor het boren van alle referentieopeningen. Een stelpen 60 wordt bij voorkeur ingestoken in elke referentieopening 44, 48 en 50 van het uitsteeksel 28. Alle referentieopeningen hebben een zodanige grootte dat zij goed passen met de stelpennen, zodat de pennen vast bevestigd zullen blijven binnen de openingen, terwijl zij zich uitstrekken boven het referentie-vlak 40. De stelpennen 60 bevinden zich derhalve in nauwkeurige klusters van zes (zoals weergegeven door de gestreepte lijnen 62 in fig. 4), drie langs de boog 46 en drie langs de boog 52 met één in elke kluster in een primaire referentieopening 44. Bij voorkeur zal elke stelpen langs de boog 46 een paar vormen met een stelpen langs de boog 52 langs een gemeenschappelijke radiale lijn, zoals de lijn 46, die gaat door het krommings-centrum van de bogen 46 en 52.

Voor een nauwkeurige positionering worden de anti-verstrooiingsplaten 22 eerst samengesteld tot anti-verstrooi-ingsmodulen 26. Een anti-verstrooiingsmoduul 26 kan bijvoorbeeld achtenveertig anti-verstrooiingsplaten 22 bevatten die zijn gemonteerd tussen een basisplaat 70, die, zoals getoond in fig. 2 en 6 een vlak buitenvlak 72 heeft, dat wordt beschouwd als referentievlak, en een bovenplaat 74. De onderling tegenover elkaar liggende vlakken van de basisplaat 70 en de bovenplaat 74 bevatten bij voorkeur elk organen voor het dragen van de platen 22 zodat elke plaat radiaal zal worden gericht met het brandpunt wanneer het detectorsamenstel op de juiste wijze is gemonteerd en bevestigd aan de schijf. De organen zijn bij voorkeur zeer dunne opgestoken randen 76 die zijn voorzien van positioneringssleuven voor het opvangen de respectieve anti-verstrooiingsplaten 22. De basis 70 is ook voorzien van een lip 78 om op deze wijze te voorzien in ruimte voor de positione-ringsopeningen 80 en 82 en de positioneringssleuf 84. De centra van de openingen 80, 82 en de sleuf 84 liggen langs een boog die gecentreerd is op het brandpunt van de röntgenbron, waarbij de lengteafmeting van de sleuf georiënteerd is langs de lijn die zich uitstrekt van de opening 80 en de sleuf 84. De openin gen 80 en 82 en de sleuf 84 zijn zodanig aangebracht, dat zij in lijn staan respectievelijk met een primaire referentie-opening 44 en de twee naburige openingen 48 van het uitsteeksel, zodat de verstrooiingsplaten op de juiste wijze zullen worden gepositioneerd met betrekking tot het brandpunt wanneer het uitsteeksel aan de schijf is bevestigd. De opening 80 heeft een zodanige grootte dat deze goed passend een stelpen 60Ά opvangt, en kan worden beschouwd als een primaire referentie-opening. De smalste breedte van de sleuf 84 heeft een zodanige grootte dat deze goed passend een stelpen 60C opvangt om zo de anti-verstrooiingsmoduul nauw te positioneren langs de radiale lijnen die zich uitstrekken naar het brandpunt, maar de langwerpige lengte van de sleuf maakt toleranties mogelijk in de afstand tussen de twee stelpennen. De centrumopening 82 heeft een extra grote maat om zonder aanraking de derde centrum-stelpen 60B die is gepositioneerd in de tweede referen-tieopening 48 langs de boog 46, te herbergen. De basisplaat 70 en de plaat 74 kunnen van aluminium zijn voor doeleinden als stabiliteit, lage massa en hoge thermische geleiding, hoewel andere materialen kunnen worden gebruikt. De anti-verstrooi-ingsplaten 22 zijn gewoonlijk van wolfraam, hoewel andere materialen kunnen worden gebruikt, en kunnen worden vervaardigd van materialen uit voorraad.

De geprefereerde detectormoduul 24 is in fig. 3 in meer detail getoond. Deze moduul bevat een metalen blok 90 met een reeks halfgeleider detectoren 92 en een multi-geleider-lint-kabel 94, of andere flexibele verbinding, gemonteerd op een vlak ervan. Het blok 90 kan op voordelige wijze ook van geëxtrudeerd aluminium zijn, hoewel andere materialen kunnen worden gebruikt. De detectoren 92 kunnen elk een scintillatie-kristal bevatten om de röntgenenergie om te zetten in licht en een fotodiode om het licht om te zetten in een elektrische stroom. De dioden kunnen worden gevormd door bekende technieken op een substraat 96 en de kristallen kunnen direkt op de bovenzijde van de dioden worden aangebracht. De multi-geleider-lintkabels 94 kan worden bevestigd door solderen of op andere wijze aan het substraat 96 zodat de uitgang van elke detector afzonderlijk naar een corresponderende geleider in de lintkabel wordt gevoerd naar de signaalverwerkingscomponenten van de scanner. Het voltooide substraatsamenstel kan worden bevestigd op het blok 90. De moduul 24 kan bijvoorbeeld 16 detectoren bevatten. Indien ze worden gemonteerd met boogintervallen van 1/8 graad, zullen hun centra een afstand hebben van minder dan twee millimeter. De uniformiteit van de detectorafstand is, zoals in het voorafgaande besproken, belangrijk voor het toewijzen van metingen aan de juiste pixels in het gereconstrueerde beeld. Terwijl uniformiteit van detectorkarakteristieken wenselijk is, wordt in de praktijk elke detector bij voorkeur gecalibreerd over het verwachte temperatuurgebied. Derhalve is een goede thermische binding voor uniforme detectortemperatuur wenselijk.

Het blok 90 heeft een vlak oppervlak 98 voor montage tegen het uitsteekseloppervlak 40. Het oppervlak 98 kan worden beschouwd als een referentieoppervlak. Een sektie van het blok nabij de detectoren is teruggeweken om een ander vlak oppervlak 100 te vormen parallel aan het oppervlak 98. De mate van terugwijking overschrijdt de dikte van de lip 78 van de moduul 26, zodat het oppervlak 100 de bovenzijde van de lip zal vrijmaken wanneer beide oppervlakken 98 en 72 van de detector-moduul en antiverstoringsmoduul respectievelijk tegen het referentieoppervlak van het uitsteeksel 28 liggen. Voor een nauwkeurige plaatsing van de detectormoduul 24, is een ronde referentieopening 102 aangebracht in en loodrecht op het oppervlak 100 en heeft een zodanige grootte dat deze nauwsluitend een stelpen 60A, 60B of 60C opvangt, die zijn gepositioneerd in het uitsteeksel 28 en zich uitstrekken door een respectievelijke opening 80, 82 of sleuf 84 van de lip 78. De lengteafmeting van een referentiesleuf 104 in het oppervlak 98 is aangebracht op een lijn met de opening 102 die loodrecht staat op de reeks detectoren. De breedte van de sleuf 104, is in de richting, parallel aan de detectoropstelling, zodanig gedimensioneerd dat een nauwsluitende passing over een stelpen 60D aanwezig is, maar er is voorzien in een speling in de lengterichting ervan om toleranties in de ruimte tussen de respectieve pen 60A, 60B of 60C waarmee de pen 60D een paar vormt, onder te brengen. Een opening 106 door het blok 90 is aangebracht en heeft een zodanige grootte dat deze een monteringsbout 110 (zie fig. 6) opneemt en is overmatig uitgevoerd met betrekking tot de getapte blinde monterings-opening 56 om op deze wijze elke tolerantie tussen de openingen 48, 56 en 50 van het uitsteeksel 26 onder te kunnen brengen langs de radiale lijn waaraan de detector is bevestigd. De detectoren 92 zijn zeer nauwkeurig gepositioneerd met betrekking tot de referentieopening 102 en de referentiesleuf 104.

Wanneer de opstelling volgens de uitvinding wordt samengesteld zoals aangegeven in fig. 2, rusten het vlakke oppervlak 72 van elke anti-verstrooiingsmoduul 26 en het vlakke oppervlak 98 van elke detectormoduul 24 tegen het referentievlak 40 van het uitsteeksel. Elk anti-verstrooiingsmoduul wordt geplaatst door de stelpen 60A die zich uitstrekt door de referentieopening 80 ervan in een primaire referentieopening 44 en wordt uitgericht door de stelpen 60C die zich uitstrekt door de referentiesleuf 84 ervan in een referentieopening 48 van het uitsteeksel. De stelpen 60B, die zich uitstrekt door de vergrote opening 82 raakt de moduul 26 niet. Elke detectormoduul 24 wordt geplaatst door een stelpen 60A, 60B of 60C, die zich uitstrekken van de respectieve referentieopening 102 ervan via een opening in de lip 78 van een anti-verstrooiingsmoduul 26 naar een respectieve referentieopening 44 of 48 in het uitsteeksel 28. Deze wordt evenzo uitgericht door een stelpen 60C die zich uitstrekt vanuit de referentiesleuf 104 ervan naar een referentieopening 50 in het uitsteeksel 28. Een bout 110 door de detectormoduulopening 106 naar een van schroefdraad voorziene opening 56 van het uitsteeksel 28 bevestigt elk moduul 24 stevig aan het uitsteeksel 28, terwijl anti-verstrooiingsmodulen worden bevestigd door vier bouten (niet getekend) aan het uitsteeksel. Dit modulaire samenstel is getoond in fig. 5 en 6.

In deze opstelling volgens de uitvinding wordt aan het doel van de uitvinding, te weten het uniform apart en op gelijke afstanden plaatsen vanaf de röntgenbron van de detectoren en het zodanig opstellen van de anti-verstrooiingsplaten dat zij tussen de detectoren vallen en hierop geen schaduw werpen, voldaan door een combinatie van factoren: ten eerste, in plaats van het radiaal positioneren van de monteringsopenin-gen naar de monteringsstruktuur van de schijf zoals in de stand der techniek, wordt voorzien in een boogvormig uitsteeksel met vlakke oppervlakken loodrecht op de as van de boog. Dit geeft een uitgangsvlak, waarnaar openingen parallel aan de as van deze boog kunnen worden aangebracht. Deze vlakke oppervlakken maken een veel nauwkeuriger plaatsing van referentieopeningen mogelijk.

Ten tweede wordt elk moduul op zijn juiste plaats gehouden door twee pennen die worden ingebracht in de geboorde referentieopeningen. Slechts één pen komt echter in een ronde opening in de moduul; de ander komt in een sleuf die langwerpig in lijn met de ronde opening staat. Deze opstelling van opening en sleuf in plaats van een opstelling met twee ronde openingen is mogelijk, zoals bekend uit de techniek voor het ontwerpen van machines.

Ten slotte plaatsen dezelfde pennen die een anti-verstrooiingsmoduul positioneren, ook twee van de drie daarmee verbonden detectormodulen. De verbonden detectoren en anti-verstrooiingsplaten zijn derhalve aangepast aan dezelfde primaire referentieplaats, en elk anti-verstrooiingsmoduul is aangepast aan een primaire referentieopening in het uitsteeksel. De nauwkeurigheid van de geboorde referentieopeningen wordt derhalve overgebracht op de moduulplaatsing zonder geaccumuleerde toleranties. Het resultaat is dat de nauwkeurigheid waarmee de afzonderlijke modulen worden vervaardigd, minimaal is verminderd bij het samenstellen van de acht anti-verstrooiingsmodulen en vierentwintig detectormodulen op het uitsteeksel. Vervanging in het veld van een of meer modulen wordt derhalve mogelijk zonder dat de behoefte bestaat om de gehele opstelling opnieuw uit te richting. Ten slotte worden beide modulen 24 en 26 gemakkelijk vervaardigd uit materiaal uit voorraad, waarbij de plaatsing van de anti-verstrooiings-platen en openingen gemakkelijk tot stand wordt gebracht met gebruikmaking van het rechthoekige coördinatenstelsel van standaardmachines.

Een geschikte opstelling voor de dragers 30 om elk uiteinde van het uitsteeksel 28 te bevestigen aan de schijf 10, is getoond in fig. 7-11, en de gedeeltelijk uiteengetrokken samensteltekening van fig. 12. Het uiteinde van de drager 30 nabij de röntgenbron is getoond als de bovenzijde in deze tekeningen. De voornaamste component van een drager 30 zijn een dragerlichaam 120, die, zoals te zien is in fig. 7, aan de schijf 10 een dunne flexibele monteringsplaat 122 bevestigt, die aan tegengestelde uiteinden is bevestigd aan het lichaam 120 en het uitsteeksel 28.

zoals beschreven in de nog hangende Amerikaanse octrooiaanvrage serie Nr. 08/191.428, die tegelijktijdig hiermee is ingediend ten name van Bernard M. Gordon; John Dobbs en David Banks en overgedragen is aan de huidige rechthebbende (Attorney's Docket Number ANA-44), ligt de flexibele plaat 122 als een sandwich tussen drie paren stijve oppervlakken, waarvan er vijf zich bevinden op afzonderlijke verstijvingsstukken 126, 128, 130, 132 en 134. Zoals goed te zien is in fig. 8, houdt een eerste verstijvingsstuk 126 de bovenste sektie van de plaat 122 tegen het lichaam 120 door middel van bouten 125. Een paar verstijvingsstukken 128 en 130 kunnen worden aangebracht op tegengestelde zijden van de middensektie van de plaat 122 door middel van bouten 129 door het verstijvingsstuk 128 en de plaat 122 aan het verstijvingsstuk 130. Op dezelfde wijze kan een paar verstijvingsstukken 132 en 134 worden bevestigd aan tegengestelde zijden van een onderste sektie van de plaat 122 door middel van bouten 133. Zoals goed te zien is in fig. 7 en 8 bevestigen extra bouten 135 via het centrum van de verstijvingsstukken 132 en 134 en de plaat 122 in van schroefdraad voorziene openingen in het uiteinde van het uitsteeksel 28 het uitsteeksel 28 stevig aan het verstijvingsonderdeel 134, en derhalve aan de drager 30.

Zoals goed te zien is in fig. 7 en 12, kan een fijn instelling van de positie van het uitsteeksel 28 in radiale richting, naar en vanaf de bron 12, om te verzekeren dat alle detectoren dezelfde afstand hebben vanaf het brandpunt, zijn aangebracht door een hefboom 140, een draaikogel 142, een schroef 144, geplaatst aan de bovenzijde van iedere drager 120. Een uiteinde van de hefboom 140 steekt naar voren via een rechthoekige opening 146 (zie fig. 12) in de plaat 122. De schroef 144 strekt zich uit door de hefboom 140 aan het andere uiteinde en is van schroefdraad voorzien aan de bovenzijde van het lichaam 120. De kogel 142, die gedeeltelijk is teruggeweken in het lichaam 120 en in de hefboom 140, dient als draaipunt, zodat wanneer de schroef 144 in het lichaam 120 wordt gedreven, de plaat 122 omhoog komt, en vice versa. De langwerpige openingen 148 in de plaat 122 waar doorheen zich de bouten 125 uitstrekken, geven ruimte voor deze instelling, die gedaan wordt, alvorens het verstijvingsstuk 122 stevig wordt bevestigd. Een paar stelpennen 147 in het lichaam 120 en daarmee verbonden sleuven 149 in de plaat 122 en het verstij-vingsstuk 126 verzekeren een radiale instelling waarin de breedte van iedere sleuf zodanig is, dat deze de corresponderende pen nauwsluitend opvangt.

De plaat 122 kan onder constante spanning worden gehouden om beweging te vermijden wanneer deze wordt onderworpen aan werkende krachten door een paar spanningshefbomen 150, die vooruitsteken door sleuven 151 die zijn aangebracht in het lichaam 121, en in openingen 152 in de plaat 122. Beide hefbomen 150 draaien op en neer in sleuven op een gemeenschappelijke zwenkstaaf 154, die gaat door het lichaam 120 en de hefbomen 150. Zoals goed te zien is in fig. 10, kan het aandrijven van elke spanningshefboom 150 geschieden door een duwstaaf 156, een geschikte opeenstapeling van compressie drukringen 158 en een spanningsschroef 160. De compressie druk-ringen handhaven een constante druk op de duwstaven 156 en derhalve een constante spanning op de plaat 122 over een beperkt bewegingsgebied. De grootte van de drukring wordt al > naar gelang de gewenste hoeveelheid spanning gekozen, en het aantal drukringen in de opeenstapeling wordt zodanig gekozen, dat het bewegingsgebied dat gewenst wordt voor uiteindelijke instelling, kan worden ondergebracht.

Om ten slotte te voorzien in de zeer fijne tangentiale I instelling van het uitsteeksel 28 en derhalve het detector-samenstel, duwt de instelbout 162 in een van schroefdraad voorziene opening langs de centrumlijn van het lichaam 120 tegen het verstijvingsstuk 132. Om de positie van het verstij-vingsstuk 132 te stabiliseren, is een paar spanningsbouten 164 > (zie fig. 7 en 10) van schroefdraad voorzien naar de verstijvingsstukken 132 en 134. Een opeenstapeling van compres-siedrukringen 166 op iedere bout 164 tussen de bovenzijde ervan en het lichaam 120 dient om de positie van het uitsteeksel 28 te houden zoals ingesteld door de bout 162 onder constante ) spanning via zijn microinstelgebied. De dragers 30 voorzien derhalve in een stevige positionering voor het uitsteeksel 28 met de benodigde instelcapaciteit.

Op deze wijze is een modulaire opstelling beschreven voor een detectorsamenstel voor een tomografiestelsel, zodanig, dat > de opstelling voorziet in een nauwkeurige plaatsing en uitrich-ting van de detectoren en anti-verstrooiingsplaten bij gereduceerde vervaardigings- en montagekosten, en die een gemakkelijke vervanging in het veld van beiden ondersteunt. Hoewel slechts één dergelijke opstelling is weergegeven, zullen l aan deskundigen andere opstellingen duidelijk zijn, die het kader en de beschermingsomvang van de uitvinding zoals uiteengezet in de volgende conclusies niet te boven gaan.

Daar zekere veranderingen kunnen worden aangebracht in de bovenstaande inrichting zonder de beschermingsomvang van de > uitvinding te boven te gaan, dient alle materie die is vervat in de bovenstaande beschrijving of weergegeven in de begeleidende tekeningen, te worden geïnterpreteerd als illustratief en niet beperkend.

Claims (21)

1. Modulaire opstelling voor een röntgendetectorsamenstel voor gebruik met een röntgenbron in een röntgenstelsel, waarbij de opstelling omvat: ten minste een detectormoduul, waarbij dit detectormoduul omvat een referentieoppervlak en een of meer detectoren, die bevestigd zijn met betrekking tot het referentieoppervlak, voor het detecteren van röntgenstralen die zijn opgewekt door de bron; ten minste een anti-verstrooiingsmoduul, dat een tweede referentieoppervlak omvat en organen die bevestigd zijn met betrekking tot het tweede referentieoppervlak, voor het reduceren van de hoeveelheid verstrooide röntgenstralen die worden opgevangen door de detector; basis dragerorganen, die kunnen worden bevestigd aan het röntgenstelsel, voor het dragen van de detector en de anti-verstrooiingsmodulen en met een basisreferentieoppervlak en die positioneringsorganen omvatten voor het op de juiste wijze positioneren en fixeren van elk van de genoemde modulen aan het basisdragerorgaan, zodat de referentieoppervlakken van elk van de modulen onderling tegen elkaar komen te staan met het basisreferentieoppervlak en zodanig dat de detectormoduul en de anti-verstrooiingsmoduul nauwkeurig zijn gepositioneerd met betrekking tot de bron wanneer de modulen en het basisdragerorgaan zijn bevestigd aan het röntgenstelsel.

2. Opstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk referentieoppervlak vlak is.

3. Opstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het positioneringsorgaan twee pennen bevat voor het positioneren van elk van de modulen met betrekking tot het basisdragerorgaan.

4. Opstelling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elk van de modulen een gemeenschappelijke pen deelt.

5. Opstelling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elk van de modulen een opening omvat voor het nauwsluitend opvangen van een pen en een sleuf met een breedte die smaller is dan de lengte ervan, en dat de lengte van de sleuf in lijn staat met de opening, waarbij de breedte van de sleuf zodanig is bemeten, dat deze nauwsluitend de andere pen opvangt terwijl de lengte van de sleuf toleranties toelaat tussen de pennen.

6. Opstelling volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de anti-verstrooiingsmoduul en de detectormoduul een gemeenschappelijke pen delen.

7. Opstelling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de gemeenschappelijke pen wordt opgevangen in de opening van de antiverstrooiings- en detectormodulen.

8. Opstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een van de modulen een lip omvat voor het uitstrekken van zijn referentieoppervlak en dat de andere moduul een terugwerking bevat voor het opvangen van deze lip zodat de referentieopper-vlakken van de modulen coplanair zijn en in kontakt zijn met het referentieoppervlak van het basisdragerorgaan wanneer de modulen zijn bevestigd aan het basisdragerorgaan door het positioneringsorgaan.

9. Opstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de opstelling een aantal detectormodulen en een aantal anti-verstrooiingsmodulen bevat.

10. Opstelling volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de positioneringsorganen twee pennen bevatten voor het positioneren van elk van de modulen met betrekking tot het basisdragerorgaan, en dat twee van de detectormodulen respectievelijk de twee pennen delen die worden gebruikt voor het dragen van één van de corresponderende anti-verstrooiingsmodulen.

11. Opstelling volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat voorts bevestigingsorganen aanwezig zijn voor het bevestigen van het basisdragerorgaan aan het röntgenstelsel.

12. Opstelling volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het bevestigingsorgaan organen bevat voor het instellen van de positie van het basisdragerorgaan met betrekking tot de bron.

13. Modulaire opstelling voor een röntgen detectorsamenstel dat wordt gedragen tegenover een röntgenbron op een roterende schijf van een tomografisch stelsel, waarbij de opstelling omvat: (A) een uitsteeksel met een in wezen vlak referentieopper-vlak en een aantal uitsteeksel-referentieopeningen in en loodrecht op het uitsteeksel-referentieoppervlak; (B) een aantal anti-verstrooiingsmodulen voor bevestiging aan het uitsteeksel, waarbij elk anti verstrooiingsmoduul omvat: (a) organen die een in wezen vlak referentieoppervlak bepalen voor het kontakt met het uitsteeksel-referentieoppervlak; (b) een referentieopening die loodrecht staat op het anti-verstrooiingsmoduul-referentieoppervlak; (c) een referentiesleuf die loodrecht staat op het anti-verstrooiingsmoduul-referentieoppervlak en met de langwerpige opening ervan in lijn met de ronde referentieopening; en (d) een aantal anti-verstrooiingsplaten, die nauwkeurig geplaatst en georiënteerd zijn met betrekking tot de referentieopening, referentiesleuf en referentieoppervlak van de anti-verstrooiingsmoduul; (C) een aantal detectormodulen voor bevestiging aan het uitsteeksel, waarbij elk detectormoduul omvat: (a) organen die een in wezen vlak referentieoppervlak bepalen voor kontakt met het referentieoppervlak van het uitsteeksel; (b) een referentieopening die loodrecht staat op het referentieoppervlak van de detectormoduul; (c) een referentiesleuf die loodrecht staat op het referentieoppervlak van de detectormoduul, waarbij de referentiesleuf van de detectormoduul met zijn langwerpige afmeting in lijn staat met de ronde referentieopening van de detec tormoduu1; en (d) een aantal röntgendetectoren die nauwkeurig geplaatst en georiënteerd zijn met betrekking tot de referentieopening, referentiesleuf en referentieoppervlak van de detectormoduul; en (D) uitsteeksel-montageorganen voor het monteren van het uitsteeksel aan het tomografische stelsel; (E) een aantal stelpennen; (F) de plaatsing op het referentieoppervlak van het uitsteeksel van elk van de anti-verstrooiings- en detector-modulen is bepaald door een van de stelpennen respectievelijk in elk van de respectieve ronde referentieopening en een referentieopening van het uitsteeksel; en (G) het in lijn stellen van elk van de anti-verstrooiings-en detectormodulen wordt bepaald door een van de stelpennen respectievelijk in elk van de respectieve referentiesleuf en een referentieopening van het uitsteeksel.

14. Opstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de plaatsen van zowel een anti-verstrooiingsmoduul als een eerste detectormoduul worden bepaald door dezelfde stelpen en referentieopening van het uitsteeksel.

15. Opstelling volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het aantal referentieopeningen van het uitsteeksel omvat: een eerste aantal primaire referentieopeningen, die nauwkeurig geplaatst zijn met betrekking tot elkaar; en een tweede aantal secundaire referentieopeningen die verbonden zijn met en nauwkeurig geplaatst zijn met betrekking tot elke respectieve referentieopening, waarbij de plaats van elk van de anti-verstrooiingsmodulen wordt bepaald door een van de stelpennen in een primaire referentieopening; en waarbij de uitrichting van elk van de anti-verstrooiingsmodulen wordt bepaald door een van de stelpennen in een tweede referentieopening.

16. Opstelling volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de stelpen en de referentieopening van het uitsteeksel die de plaats van de tweede detectormoduul bepalen, ook de uitrichting van een anti-verstrooiingsmoduul bepalen.

17. Opstelling volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de stelpen die de plaats van een derde detectormoduul bepaalt, geen anti-verstrooiingsmoduul raakt.

18. Opstelling volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat er meer detectormodulen zijn dan anti-verstrooiingsmodulen.

19. Opstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de monteringsorganen zijn bevestigd aan tegengestelde uiteinden van het uitsteeksel en aan de schijf van het tomografische stelsel.

20. Opstelling volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de monteringsorganen omvatten eerste instelorganen voor het uitvoeren van fijn-instellingen in de afstand tussen elk van de uiteinden van het uitsteeksel en de röntgenbron.

21. Opstelling volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de monteringsorganen omvatten tweede instelorganen voor het uitvoeren van fijn-instellingen in de hoekrotatie van het uitsteeksel met betrekking tot de röntgenbron.