SE427154B - Medicinsk radiografisk datormograf for undersokning av ett tversnitt av en patients kropp - Google Patents

Description

7so7z1sé7 Ett exempel på en datortomograf enligt uppfinningen beskrives nedan i samband med bifogade ritningar.

Fig. 1 och 2 visar rent schematiskt en datortomograf, sedd frami- från resp. från sidan. ' _ Fig. 3 visar hur strålningen uppfângas av detektorerna.

Fig. 4 och 5 visar ett praktiskt exempel på datortomografen sedd framifrån resp. från sidan.

Fig. 6 visar en monteringsanordning för detektorerna.

Fig. 7 och 8 visar detaljer av en mekanisk styrning för detektorerna.

Fig. 9 visar ett förenklat kopplingsschema för behandlingen av da- ta, som erhålles från tomografen. f Fig. 10 visar en alternativ anordning för att ge den pendlande rö- relsen.

I fig. 1 visas schematiskt en avsökningsanordning, s.k. scanner, vilken är ett alternativ till de fasta detektorsystem, som nämnts längre ovan. Denna anordning utför en annorlunda avsökningsrörelse, men ger absorptionsdata i en form liknande dem som fås av fasta detektorsystem så att databehandlingen sker på liknande sätt som i dessa fall.

I apparaten ingår ett röntgenrör 1 som avger ett solfjäderformigt knippe röntgenstrålar 2. Detta solfjäderformiga strâlknippe ligger här i huvudsak i ritningens plan i fig. 1. Röret 1 kan svängas runt en axel 3, som är vinkelrät mot sagda plan. Detta plan skär en öpp- ning, i vilken patientens kropp 4 kan placeras för undersökning.

Orten för röntgenstrâlningens roterande källpunkt visas av den streckpunkterade cirkeln 5.

Placerad pâ konstant avstând_frân axeln 3 finns en koncentrisk ring 6 av detektorer av vilka endast nâgra visas vid 7. Dessa detekto- rer kan vara scintillatorkristaller, som samverkar med fotomulti- plikatorer eller, som i detta exempel, med fotodioder.

Fastän i detta exempel detektorerna är fördelade utmed en fullstän- dig cirkel på 3600, är detta icke nödvändigt. Det är emellertid önsk- värt att de är fördelade utmed âtminstone 180°n Röntgenknippet 2 enligt fig. 1 har en vinkehmædd på 600 och bestrâ- lar något mindre än'halva totala antalet detektorer. Under rotatio- 7807313-7 nen bestrâlar knippet 2 i tur och ordning olika detektorer så att knippet 2a, om strâlningskällan befinner sig i 1a, bestrålar de- tektorerna mellan de långstreckade pilarna. Sålunda lämnar strål- ningen mellan 1 och 1a detektorerna 9 och bestrålar i stället de- tektorerna 10.

I detta exempel fortsätter strålningen över ett helt rotationsvarv av källa 1. Vid en senare källposition 1b bestrâlar knippet 2b de- tektorerna mellan de kortstreckade pilarna. Självfallet skulle nu några av dessa detektorer hejda strålningen vid tidigare lägen av källan, t.ex. läget 1a, om detektorringen och orten 5 låg i samma plan. Det är för att undvika detta problem som man vid andra an- ordningar placerar källan och dess rörelsebana inuti detektorrin- gen 6.

Enligt uppfinningen placeras källan emellertid utanför denna ring, varigenom både detektorringens storlek och antalet nödvändiga kol- limatorer minskas. Dessutom åstadkommes att de detektorer som an- nansskulle hamna mellan käflans och patientens kropp, hålles undan för att låta strålningen 2 passera obehindrat. Flera olika lösnin- gar kan användas för att få detektorerna att enbart uppfånga den önskade strålningen. Den bästa lösningen enligt detta exempel tor- de vara en detektorring som saknar vinkelrörelse relativt kroppen omkring axeln 3 men i stället pendlas för att uppnå det önskade förhållandet.

Det bör observeras att man icke bara på grund av detektorringens och kollimatorernas mindre storlek uppnår en minskning av storle- ken och komplexiteten hos dessa och andra delar av apparaturen, t.ex. avsökningsstativet, utan även uppnår ett effektivare utnytt- jande av röntgenfotonerna och därmed en mindre energiförbrukning och enklare kylanordningar för röntgenröret. Denna senare förbätt- ring beror pâ minskat avstånd mellan källan och detektorerna ge- nom att detektorringens radie är mindre än källans avstånd från ro- tationsaxeln. Källan är i stort sett så nära patienten som man nor- malt kan godtaga. Anordningen framgår tydligare av fig. 2 som är en sidoprojektion av fig. 1. Vid läget 1 utsänder källan, som rör sig utåt från papperet efter pilens spets, sin strålning längs 2 för att träffa patientens inte visade kropp. En stråle i papperets plan träffar detektor 11. Den 1800 motstâende detektorn 12 är för- 7807313-7 skjuten åt höger för att låta strålningen passera. Alleftersom käl- lan föres runt, pendlas detektorringen i de horisontella dubbel- pilarnas riktning. Härigenom åstadkommes att strålningen från Zc, när källan är 1800 vinkelförskjuten från läge 1c, uppfångas av de- tddrmn12 vid 12c utan att hindras av detektor 11 vid 11c, fastän strålningen fortfarande ligger i samma plan.

Självfallet innebär pendlingen och detektorringens 6 förskjutna läge att detektorerna ligger på en skenbarligen krökt linje, sett från källan 1. För att undvika härav följande problem, bör detekto- rerna vara tillräckligt breda för att kunna mottaga hela det solfjä- derformiga strålknippet i hela dess utsträckning och hela dess tjocklek. I Fig. 3 visar hur detta fungerar sett från källan i 1a. I denna fi- gur visas den infallande strålningen vid 13. Man ser hur hela strål- ningen fullständigt mottages av detektorerna, inklusive de nu be- strålade detektorerna 10, under det att detektorerna 9 som inte skulle träffas av hela den solfjäderformade strålningen ej bestrâ- las. Denna anordning innebär, att den av strålning träffade detek- torns bestrålade detektorområde varierar mellan centrum och motsat- ta kanter. Det är därför önskvärt att använda detektorer med lik- formig känslighet över hela mottagningsytan eller att från början bestämma korrektioner för olika känslighet på olika ställen av de- tektorns verksamma yta.

Fig. 1 visar också att strålningen är tillräckligt bred för att någ- ra detektorer skall kunna mottaga strålning, som ej passerat genom patientens kropp. Detta betyder att alla detektorerna någon gång under källans rotation kommer att motta strålning som ej passerat genom kroppen 4 och som därför kan tjäna för alstring av en kalibre- ringssignal för att korrigera för skillnader i detektorernas käns- lighet. Tydligen behöver strålningen ej nödvändigtvis härröra från en enda källa, förutsatt att inga detektorer tillåts blockera strål- ningen mellan källan och patientens kropp 4.

Det praktiska utförandet av denna datortomograf enligt uppfinning- .en visas'i fig. 4 och 5, vilka visar fram- och sidovyer av hela ap- paraten, och visas vidare i fig. 6-8. Fig. 4-8 visar den basutrust- ning som krävs men utelämnar många detaljer som är brukliga vid da- tortomografer och är välkända för fackmannen. 7807313-7 I den visade tomografen ingår en huvudram 14 tillsammans med en yttre kåpa 15. Dessa kan monteras direkt på golvet, men i det visa- de exemplet är de monterade på en vagga 16 som samverkar med rullar 17 och drivs medelst ett sektorkugghjul 18 av en motor 19 för att kunna svänga axeln 3.

Ramen 14 och kåpan 15 har en med axeln 3 koncentrisk cirkelrund öppning 20 för en liggande patient.

Röntgenröret 1 är fäst i en hållare 21, som i lager 22 kan roteras kring axeln 3.-Hållaren 22 drivs medelst en drivrem 23 och en växel- låda 24 av en motor 25, som är monterad på huvudramen. Kraftförsörj~ ning och kylningsolja till röntgenröret 1 leds genom kablar resp. slangar 26, vilka har tillräcklig längd och lämplig anordning, så att röret kan svängas runt 360° plus exempelvis 180° för att uppnå lämplig arbetsvinkelhastighet och t.ex. 1800 för att stanna.

Detektorringen 6 är monterad runt omkring öppningen 20 i fast vin- kelläge i förhållande till ramen 14 men är kapabel att utföra den förut beskrivna pendlande rörelsen. Denna anordning visas mera de- taljerat i fig.6, som dock visar endast de relevanta detaljerna.

Som man ser av fig. 6 innefattar hâllaren 21 som ej helt visas, en ring 27 med tvâ lager i form av kullager 28 och 29. Lagret 28 är placerat parallellt med strâlningsplanet och är ett extra lager mellan hâllaren 21 och huvudramen 14. Det andra lagret 29 är emel- lertid i vinkel med detta plan, så att axeln 3 är flyttad till 3', och lagrar detektorringen 6.

Lagrets 28 läge bestämmes av hâllaren 21, medan lagrens 28 och 29 relativa lägen bestäms av deras visade relativa lägen på ringen 27. Sålunda tvingar lagret 29 under drift detektorringen 6 och de olika detektorerna såsom 11 och 12 att pendla när ringen 27 roteras med hâllaren 21.

Varje detektor är över en ledare 30 kopplad till en anslutning 31 på huvudramen 14. Från dessa anslutningar 31 leder kablar detekto- rernas utsignaler till icke visade signalbehandlade kretsar. Det är uppenbart att rotation av hâllaren 21 och ringen 27 skulle ge de- tektorringen 6 en rotationsrörelse, pm den inte hindrades av lednin- garna 30. Det är emellertid inte önskvärt att ringen 6 kan vridas, varför den är ovridbart förbunden med huvudramen 14 medelst en serie 7807313-7 6 band 32 som ej är flexibla i vridningsriktningen men väl vinkel- rätt mot denna. Dessa band, varav ett visas i fig. 7, tillåter den _ önskade pendlingen av ringen 6 men förhindrar vridning. Ett lämp- ligt bandmaterial är fjäderstålband.

Kullagret 29 visas närmare i fig. 8. Lagret 29 placerar ring 6 så, att detektorerna fullständigt träffas av det plana strålknippet 2 i hela dess utsträckning enligt fig. 1 och 2, men inte skymmer strål- ningen innan den passerar genom patientens kropp. För att uppnå att strålningen är tillräckligt begränsad till ett plan för att uppfylla det nyssnämnda-villkoret, är röntgenröret 1 försett med en solfjä- derformíg kollimator 33. Inte visade ytterligare kollimatorer kan användas vid detektorerna för att utestänga spridd strålning som härrör från strálspridning i patientens kropp. Dessa kollimatorer måste då släppa in strålningen över hela svepet av källans rörelse under vilket en detektor bestrålas. Detta kan åstadkommas genom att låta kollimatorerna röra sig synkront med källan 1.

Det är önskvärt att kontrollera (övervaka) källans sveprörelse för fatt på bästa sätt kunna organisera data från detektorerna. Detta är möjligt med dels en genomskinlig ring med streckmarkeringar fast- satt på hållaren 21, samt dels en stationär ljuskälla och en foto- cell som detekterar märkstreckens passage. Emellertid markeras oli- ka detektorers successiva bestrâlning direkt av den svepande strål- ningen.

Sâsom tidgare nämnts kan det datamaterial, som detektorerna ger, behandlas på välkänt sätt för att få den önskade representationen av strålningens absorption. Detta kan ske enligt US-patentet 3 778 614 eller med den faltningsprocess som beskrives i US-patentet 3 924 129.

Databehandlingen framgår av fig. 9. Data från detektorerna mottas, allteftersom de uppträder, av förstärkare 34. Separata förstärkare behövs i princip för var sin detektor, men i praktiken är viss mul- tiplexering av detektorsignalerna möjlig, emedan inte alla detekto- rerna bestrålas samtidigt, varför en besparing av utrustning är möj- lig. Datasignalerna integreras sedan i integratorer under en period motsvarande en hel bestràlning per detektor medberäknat källans samtidiga rörelse. De erforderliga takt- eller tidssignalerna ges av lägesgivarna för källan enligt vad som beskrivits ovan. Dator- signalerna omvandlas sedan från analogt till digitalt i A/D-omvand- lare 36 och omvandlas därefter till logaritmisk form av omvandlare 7807313-7 37 för att ge lämpliga signaler för rekonstruktionsbehandling i kretsar 38.

Dessa kretsar 38 kan, såsom ovan nämnts, behandla data enligt US- patentet 3 778 614 eller US-patentet 3 924 129. I det senare fallet kan faltningsbehandlingen vara av en form, som kräver data från pa- rallella serier strålar, i vilket fall data måste försorteras i kor- rekta sekvenser.

Alternativt kan den faltningsprocess avpassas just för data från en solfjäderformig-strâlfördelning så att ingen försortering behövs.

Naturligtvis kan eventuellt vilken annan databehandling som helst användas, som är lämpad för datortomografi.

De behandlade data visas slutligen på en lämplig anordning, t.ex. en TV-skärm eller radskrivare eller bevaras för framtida bruk, genom att lagras i en utrustning 39.

Som nämnts kan andra lösningar användas för den önskade detektorrö- relsen. Till exempel kan detektorringen medelst elastiska element monteras på en fast ring. Dessa element kan anordnas så, att de strävar att flytta detektorringen in i strålningsplanet, men så att varje del av detektorringen kan förskjutas bort ur strålningen genom deformation av de elastiska elementen. Källan kan sedan förses med en kammekanism, för att vid sin rörelse förskjuta ut ur strålningen den del av detektorringen, som annars skulle skymma kroppen. De elas- tiska elementen strävar att återföra den del av ringen, som är motsatt, källan, till sitt ursprungliga läge.

Fig. 10 visar 1 förenklad form en anordning där detektorringen 6 mon- terats på en fast ring 40 medelst elastiska element, av vilka några visas vid 41 i form av fjädrar i elastiska slangar eller bälgar, som begränsar fjädrarnas expansion. Även vid denna begränsade största ex- pansion är fjädrarna fortfarande något hoptryckta. I detta tillstånd ligger detektorerna i strâlningens väg.

Detektorringen 6 är försedd med en perifer kamring 42 som anligger mot en kamföljare 43 på röntgenröret 1. När röntgenröret 1 roterar omkring axeln 3, kommer kamföljarna 43 att tvinga ringen 42 och där- med ringen 6 ut ur röntgenstrâlningen emot fjädrarnas 41 kraft-

Claims (8)

7807313-7 Fiisntkrav ,_. ø-OGQOIQQQUQ

1. l. Medicinsk radiografisk datortomograf för undersökning av ett tvärsnitt av en patients kropp, k ä n n e t e c k n a d av dels en strålningskälla (l) för ett solfjäderformigt strålknippe av genomträngande strålning, såsom röntgenstrålning, dels en anord- ning (33) för att rikta källan i förhållande till patientens kropp så att strålningen riktas mot nämnda tvärsnitt (4), dels en svepanordning (23,24) för att vrida nämnda källa kring patien- tens kropp så att strålningen riktas mot nämnda tvärsnitt från flera olika riktningar, dels en detektoranordning (6) med flera detektorer (7) för nämnda strålning vilka är placerade utmed en cirkelbåge som delvis eller helt sträcker sig runtom patienten, varvid detektorerna är väsentligen orörliga i strålningskällans rotationsriktning, dels en anordning (21) för sådan placering av detektorerna att cirkelbågen under källans hela rotations- rörelse befinner sig närmare patientens kropp än strålnings- källan, och dels en anordning (27, 28,29) för förflyttning av de detektorer, som för tillfället befinner sig på samma sida av patientens kropp som källan, till sådant läge att de inte avbryter detekteringen av strålningen medelst de detektorer, som då råkar befinna sig på andra sidan om patientens kropp som strålningskällan.

2. Datortomograf enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d _av ett ringformat organ (29) på vilket detektorer är monterade för att uppfånga strålningen efter passage genom kroppen, och av medel (27) för att förflytta organet.

3. öatortomograf enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d_ av ett andra ringformat organ (28), anordnat med sin axel samman- fallande med strålningskällans rotationsaxel (3) och länkat (via 21) till strålningskällan för gemensam rotation och vari medlen för rörelse är ett styrdon (29) monterat därpå för att hålla det första ringformade organets axel (3') lutande i för- hållande till strâlningskällans rotationsaxel (3).

4. Datortomograf enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av fjädrande medel (41) anordnade att bringa det ringformiga organet (42) till strâlningsvägen och förflyttningsmedlet är 2_ ett kamorgan (43) länkat till strâlkällan (1), anordnat att av- Z böja det ringformade organet (42) mot det fjädrande medlet. 7807313~7 9

5. Datortomograf enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att de fjädrande medlen är ett antal fjädrar (41).

6. Datortomograf enligt något av föregående krav,'k ä n n e - t e c k n a d av att detektorerna är fördelade över 3600 runt patientens kropp (4).

7. Datortomograf enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att däri ingår ett flertal rotationshâmmande medel (32), vilka är eftergivliga vinkelrätt emot detektor- ringen men ej eftergivliga tangentiellt därtill, som samman- binder detektorringen med aggnæumrens stationära partier för att hålla detektorerna väsentligen orörliga i rotationsrikt- ningen.

8. Datortomograf enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att de rotationshämmande medlen är böjliga metallband (32).