SE431802B - Anordning for bestemning av den spatiella absorptionsfordelningen i ett foremal - Google Patents

Description

790409347 *Ä avskärmad gentemot strålning som passerar längs räta linjer mellan källan och detek- torn, samt för alstring av en andra signal innefattar en intilliggande andra zon rik- tad tvärs undersökningsplanet för att detektera strålning som passerar längs räta linjer mellan källan och detektorn, varvid båda nämnda signaler utnyttjas för alst- ring av en differenssignal.

Uppfinningen grundar sig på iakttagelsen av att utsignalen från den andra detek- torzonen, vilken exponeras direkt för strålningen från en strålningskälla, innefattar en användbar komponent som är oberoende av absorptionen av strålningen i undersök- ningsplanet, samt även en störningskomponent som är överlagrad därpå och som alstras genom den spridda strålningen. Utsignalen från den första detektorzonen,på vilken den användbara strålningen ej kan infalla,är proportionell mot störningskomponenten ef- tersom den första detektorzonen exponeras för spridd strålning av väsentligen samma styrka som den andra detektorzonen. Den spatiella fördelningen av den spridda strål- ningen varierar endast litet i den aktuella riktningen. Den genom spridd strålning alstrade störningskomponenten kan elimineras från utsignalen från den andra detektor- zonen genom subtraktion och under hänsynstagande till en eventuell faktor avseende förhållandet mellan zonerna.

Nämnda två signaler kan i princip erhållas genom en särskild mätning. Emellertid måste i så fall den första och den andra detektorzonen vara oberoende av varandra, d. v.s. varje gång måste åtminstone två separata detektorelement utnyttjas. Detta innebär en fördyring av anordningen. Enligt ett ytterligare uppfinningssärdrag behö- ver antalet detektorer ej ökas om varje detektor innefattar endast en utgång och om en bländare anordnas förskjutbart vinkelrätt mot undersökningsplanet, varvid blända- ren frilägger den andra detektorzonen i ett första läge och avskärmar denna zon i ett andra läge, medan utsignalen från varje detektor under en första mätning, då blända- ren intager ettdera av de två lägena, lagras för alstring av di fferensen med avseende I på_utsignalen som erhålles under en andra mätning då bländaren intager det andra lä- get. De två detektorzonerna har företrädesvis samma diameter i varje plan som är parallellt med undersökningsplanet. Under en första mätning bestrålas den andra zonen av detektorn, d.v.s. det anråde som har till uppgift att alstra en signal som inne- håller såväl användbar strålning som spridd strålning, medan det första området, som har till uppgift att alstra en signal innehållande enbart spridd strålning, bestrålas under den andra mätningen. Sistnämnda signal blir väsentligen oberoende av lokala absorptionsvariationer, exempelvis förorsakade genom organs rörelser, vilket innebär att det är tillräckligt om kroppen kan bringas till ett viloläge mellan de två mät- ningarna. Styrkan av den primära strålningen kan vara väsentligt lägre under den andra mätningen, då enbart den spridda strålningen uppmätes, än under den första mät- ningen, eftersom den spridda strålningen ej innehåller högre övertoner av den spa- tiella frekvensen. Detta innebär att strålningsdosen för patienten ökas endast i 7904093-7 ringa mån genom den andra mätningen.

Ett utföringsexempel på anordningen enligt uppfinningen kommer att beskrivas i det följande under hänvisning till ritningen, där: fig 1 visar det geometriska arrangemanget av strålningskällorna och detektorerna; fig 2 och 3 visar strålnings- banan vid mätningen av användbar strålning och spridd strålning; fig 4 visar sche- matiskt ett modifierat utföringsexempel på anordningen enligt uppfinningen; fig 5 visar ett ytterligare utföringsexempel.

I anordningen som är schematiskt visad i fig 1 är strålningskällorna och detek- torerna anordnade på en gemensam cirkelbåge, varvid en del av cirkelbågen som uppta- ges av strålningskällorna, vilka företrädesvis utgöres av röntgenrör, är betecknade 7, medan en del som upptages av detektorerna är betecknad 8. De ytterst belägna strålningskällorna 70 och 71 avger strålknippen 700 och 710, vilka fullständigt be- strålar en undersökningszon 61 som är koncentrisk med ringen 7,8 eller dess centrum 6. En patient som skall undersökas placeras innanför undersökningszonen. En anordning av detta slag är förut känd.

Fig 2 visar en tvärsnittsvy längs en axel 62, varvid endast en detektor på ring- en 7,8 är visad. Strålknippet 73, som emitteras av en (ej visad) strålningskälla, passerar genom en bländare 91, vilken består av flera strålningsabsorberande, plana plattor som är anordnade på ett och samma avstånd från varandra och av är liten tjocklek i förhållande till detta avstånd. Till följd härav kommer det emitterade strälknippet att passera genom undersökningsplanet huvudsakligen parallellt med un- dersökningsplanet eller under en jämförelsevis liten vinkel med avseende därpå.

Strålningen som passerar genom bländaren 91 passerar dessutom.genom en fast anordnad, bländaranordning 92 i fonn av en hålcylinder som är koncentrisk med ringen 7,8 (fig 1) och innefattar en ringformig öppning med bredden d, som exakt överensstämmer med avståndet mellan den översta och den nedersta bländarplattan i bländaren 91. Strål- ningen passerar genom kroppsdelen 60 av en patient belägen inom den cirkulära, cy- linderbländaranordningen 92 och når via den motstâende delen av anordningen 92 fram till en av detektorerna 83 som är anordnad på ringen. Detektorn innefattar en zon 830 som exponeras direkt för röntgenstrålningen eller gammastrâlningen som passerar genom undersökningsplanet utan spridning. Såväl ovanför som under denna zon innefattar de- tektorn eh ytterligare zon 831 respektive 832, vilka ej kan träffas av strålningen som passerar genom undersökningsplanet utan spridning och vilka är skyddade mot spridd strålning från undersökningsplanet genom delarna 930 och 931 av en bländaran- ordning 93, vilken är förskjutbar vinkelrätt mot undersökningsplanet och varav endast en del är visad i fig 2. Detektorn 83 anger sålunda ett enskild detektorelement vars mätyta, som exempelvis kan bestå av framsidan av en scintillationskristall, omfattar zonerna 830,831 och 832 och som exempelvis genom en fotomultiplikator alstrar en (elektrisk) utsignal som är beroende av den zon av mätytan som träffas av strålning 790Åf093- 7 och strålningens styrka. Denna bländaranordning är formad som en cirkel båge och är anordnad koncentriskt med bländaranordningen 92 eller ringen 7,8 (fig 1). Dess ut- sträckning är emellertid begränsad till enbart området framför den del av ringen som upptages av detektorerna.

'Bländaren 91 är så konstruerad att strålning som passerar mellan den översta plattan och intilliggande platta eller mellan den nedersta plattan och intilliggande platta även kan nå fram till zonen 830. Av ritningen framgår att detektorzonen 830 har en utsträckning vinkelrätt mot undersökningsplanet som är större än vad som mot- svaras av tjockleken d av strålknippet. Denna utsträckning beror ej endast av tjock- leken d utan även av bländaranordningens 92 diameter och diametern av ringen på vil- ken strålningskällorna och detektorerna är anordnade. För tydlighetens skull har tjockleken d av det bestrålade skiktet (i praktiken ungefär 1 cm) kraftigt överdri- vits i fig 2 i förhållande till diametern av undersökningsplanet som definieras genom bländaranordningen 92.

Fig 3 visar samma anordning som i fig 2 med den skillnaden att bländarsystemet 93 har förskjutits vinkelrätt mot undersökningsplanet så att delen 932 därav håller den totala direkta strålningen, d.v.s. den strålning som ej undergår spridning, borta från detektorn 83 och i synnerhet dess zon 830. I praktiken skiljer sig emellertid proportionerna något från de visade eftersom den verkliga tredimensionella geometrin ersatts med en tvådimensionell för att förenkla beskrivningen. Emellertid träffas zonerna 831 och 832, som är belägna ovanför och under zonen 830 och som ej kan träf- fas av den direkta strålningen i något läge för bländarsystemet 93, av den spridda strålningen som alstras i undersökningsplanet i detta läge. Den spridda strålningen påverkar utsignalen från en detektor 83 på olika sätt i varje aktuellt fall, varvid den spridda strålning som alstras i det skuggade området 611 når fram till såväl zo- nen 831 som zonen 832, medan den spridda strålning som alstras i båda områdena 612 kan infalla på endast endera av de två zonerna.

Som redan nämnts kan styrkan av strålningen 73 vara väsentligt lägre i det läge av bländarsystemet 93 som är visat i fig 3 än i läget som är visat i fig 2, eftersom Iden spridda strålningen huvudsakligen innehåller enbart mindre komponenter av den spatiella frekvensen. Med antagande av att utsignalen från detektorn 83 är lika med Il under den första mätningen (enligt fig 2) och att utsignalen från denna detektor är lika med Iz under den andra mätningen (fig 3), så erhålles mätvärdet I, från avilket inverkan av den spridda strålningen eliminerats, genom ekvationssambandet I = Il - C 12. I detta samband anger C en faktor som tar hänsyn till den olika de- tekteringssannolikheten för spridd strålning genom zonen 830 under den första mät- ningen (fig 2) i första hand och i andra hand zonerna 831 och 832 under den andra mätningen (fig 3), liksom även de olika strålningsstyrkorna under de tvâ mätningarna.

Faktorn C kan bestämmas genom en serie av testmätningar som utföres på fantomkroppar 7904093-7 U t med känd geometri och kända absorptionsegenskaper. Den profil för den spridda strål- ningen som kan förväntas för fantomkroppen kan vid varje tillfälle jämföras med pro- filen för den spridda strålningen som erhålles i bländarsystemets 93 två lägen och därur kan faktorerna C beräknas och därefter lagras.

Under en mätning lagras sålunda mätvärdet Il temporärt efter den första mät- ningen och därefter sker multiplikation av mätvärdet 12, som erhålles under den andra mätningen, med faktorn C och produkten subtraheras från värdet Il.

För korrigering av mätvärdet Il från en detektor är det emellertid möjligt att inte bara ta hänsyn till mätvärdet I2 från samma detektor erhålles under den andra mätningen, utan även mätvärdena för de intilliggande detektorerna sun erhålles under denna andra mätning. Mätvärdena för detektorn och för de intilliggande detektorerna som erhålles under den andra mätningen behandlas då genom en faltningsoperation som åstadkommer glättning av spektrumet för den spridda strålningen och sålunda minskar kvantiseringsbrusets inverkan på mätvärdena från den andra mätningen.

Fig 4 visar bländarsystemet 93 i en datortomografiapparat efter förskjutning vinkelrätt mot undersökningsplanet, varvid dess basdel 25 uppbär ringen med strål- ningskällorna 7 och detektoerna 8. I varje förekommande fall finns mellan två strål- ningsogenomträngliga zoner 930 och 931, 931 och 932 samt 932 och 933, zoner som be- står av strålningsgenomträngligt material (t.ex. epoxiplast) så att den användbara respektive spridda strålningen, vilken är visad i figurerna 2 och 3, kan passera ge- nom bländaren 93. Bländarsystemet 93 är förskjutbart på skenor (ej visade) vinkelrätt mot undersökningsplanet, d.v.s. i pilens Z riktning, och förskjutes genom en stegmo- tor (ej visad). Bländarsystemet 93, som sträcker sig över en cirkelbåge motsvarande exempelvis 200° (se fig 1) kan kompletteras till att bilda en fullständig hålcylin- der genom en del som består av strålningsgenomträngligt material. Bländarna 92 och 91 (fig 3) är ej visade för tydlighetens skull.

Sun framgår av fig 5, vilken visar ett ytterligare utföringsexempel för bestäm- ning av den spridda strålningen, är det ej något absolut krav att längden av detek- -torerna skall vara större än tjockleken av skiktet som skall undersökas. I så fall skall bländarsystemet 93 innefatta i varje fall två delar (932 och 935) som är beläg- na på olika avstånd från undersökningsplanets centrum. Området 932, som är beläget omedelbart framför detektorn 380 och vars längd utsträckning motsvarar ungefär halva tjockleken d av strålknippet, avskärmar en central zon 830 gentemot direkt röntgen- strålning (användbar eller spridd strålning). Bländardelen 935 är belägen på ett större avstånd från detektorn 83 och består av två strålningsogenomträngliga delar som bildar en bländaröppning s mellan sig, varvid öppningen är så dimensionerad att detektorzonerna 831 och 832, som ej är avskärmade genom bländardelen 932, ej kan träffas av den direkta röntgenstrålningen utan exponeras för spridd strålning. Som

Claims (4)

7904093-7 4 framgår av ritningen avkännes strålningen som alstras inom det skuggade området 62 i undersökningsplanet av enbart zonerna 831 och 832, medan spridd strålning som alstras i det jämförelsevis stora mellanliggande området 613 ej alls kan avkännas av detek- torzonerna 831 och 832. Sålunda föreligger i detta utföringsexempel en totalt låg detekteringssannolikhet för den spridda strålningen och detekteringssannolikheten är beroende av uppträdandestället för den spridda strålningen i större grad än i det föredragna utföringsexempel som är visat i fig 2-4. Uppfinningen är även tillämpbar i anordningar av annan uppbyggnad än den som är visad i fig 1. Exempelvis kan detektorerna och strålningskällorna anordnas på två fulständiga, koncentriska ringar, t.ex. på det sätt som är beskrivet i den tyska pa- tentansökningen P 2817912. I så fall måste delarna 930, 931 och 933 av bländarsyste- met 93 utformas till att täcka hela 3600, medan delen 932 kan begränsas till en halvcirkel (se fig 4). Dessutom måste bländarsystemet 93 förses med en andra stegmo- tor (ej visad) som kan vrida systemet kring en axel med utsträckning vinkelrätt mot undersökningsplanet genom undersökningsplanets centrum 6. För alstring av de första detektorsignalerna vrides då bländarsystemet 93 och de strålningskällor som är beläg- na mittemot delen 932 av bländarsystemet 93 aktiveras i tur och ordning. Även om tidsåtgången för alstring av samtliga första detektorsignaler uppgår till ungefär ls, så innebär denna tidsåtgång ej någon väsentlig nackdel eftersom organs rörelser har mycket liten inverkan på den spatiella fördelningen av den spridda strålningens styr- ka under denna tid under förutsättning att kroppen som helhet befinner sig i vila. Patentkrav.

1. Anordning för bestämning av den spatiella absorptionsfördelningen i ett föremål, innefattande ett antal strålningskällor, vilka är anordnade i ett undersökningsplan för att bestråla undersökningsplanet från olika riktningar, samt även innefattande ett stort antal detektorer, vilka är anordnade på en cirkelbåge i undersökningsplanet med ändamål att uppmäta strålningsstyrkan på andra sidan av föremålet, varvid åtmin- stone en del av detektorerna träffas av strålning med olika riktningar, k ä n n e - tue c k n a d av att för alstring av en första signal detektorerna innefattar en första zon (831,832) som är avskärmad gentemot strålning som passerar längs räta lin- jer mellan källan och detektorn, samt för alstring av en andra signal innefattar en intilliggande andra zon (830) riktad tvärs undersökningsplanet för att detektera strålning som passerar längs räta linjer mellan källan och detektorn, varvid båda nämnda signaler utnyttjas för alstring av en differenssignal. 7904093-7 ~4

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje detektor innefattar endast en utgång, varvid en bländaranordning (93) är anordnad förskjutbart vinkelrätt mot undersökningsplanet och att frilägga den andra detektorzonen (830) i ett första läge samt avskärma denna zon i ett andra läge, medan utsignalen från varje detektor under en första mätning, då bländaranordningen (93) intager ettdera av nämn- da två lägen, lagras för alstring av differensen relativt utsignalen son erhålles under en andra mätning då bländaranordningen (93) intager det andra läget.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, i vilken strålningskällorna är anordna- de utmed en första del (7) av en cirkelbåge, medan detektorerna är anordnade på en andra del (8) av samma cirkelbåge, k ä n n e t e c k n a d av att bländaranordningen (93) innefattar en del (93) med formen av en hålcylinder som är anordnad innanför nämnda cirkelbâge (7,8) och som täcker den del av cirkelbågen som uppbär detektorerna (fis 4).

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att en ytterligare hålcylinder (93) är fast anordnad koncentriskt med detektorerna och strålningskällan, varvid cylindern består av tvâ koncentriska delar, vilka är anordnade ovanför och under undersökningsplanet och är strålningsogenomträngliga, varvid en strålningsge- nomtränglig del är belägen mellan de ogenomträngliga delarna.