SE526371C2

SE526371C2 - Anordning och förfarande för att erhålla tomografi-, tomosyntes- och stillbildsdata för ett objekt

Info

Publication number: SE526371C2
Application number: SE0303226A
Authority: SE
Inventors: Tom Francke
Original assignee: Xcounter Ab
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-08-30
Also published as: JP2007512872A; EP1689297B1; SE0303226L; AU2004294881A1; JP4567005B2; US20050117694A1; KR20060130050A; WO2005053535A1; SE0303226D0; US7016458B2; CN1886093A; EP1689297A1; CA2546699A1

Description

15 20 25 30 526 371 2 informationen. Komplexa tekniker måste användas om man önskar utföra en undersökning med större känslighet för spatiala variationer i strâlningsabsorption och färre allvarliga överlagringseffekter.

Vid en undersökningsmetod med datoriserad tomografi (CT) känd som spiralgående skanning anordnas en strålkälla och en detektor (fotografisk film eller digital detektor) för att bestråla undersökningsobjektet med ett strålknippe och detektera mängden strålning som passerat genom (dvs. ej absorberats eller spridits av) objektet. Strålkällan och detektorn roteras längs en cirkulär eller annan bana runt kroppen, medan objektet kan förflyttas linjärt i en riktning vinkelrät mot rotationsplanet, och utläsningar av detektorn utförs vid flera positioner längs strålkällans och detektorns varv, och valfritt vid flera positioner längs objektets linjära förflyttning. Alternativt roteras strålkällan och detektorn på ett spiralgående vis medan kroppen hålls stilla. Sedan utförs en tredimensionell rekonstrueringsprocess av kroppen, varvid olika kroppsstrukturer, tex. mjukvävnad, ben, vätskefyllda håligheter, etc. blir urskiljbara, eftersom dessa strukturer uppvisar olika absorption.

Detektoranordningar för att detektera strålning i tomografiska anordningar av den typ som ovan beskrivits innefattar olika typer av scintillatorbaserade detektorer, gasjoniseringsdetektorer och halvledardetektorer. uppfinningen i sammandrag Nackdelar med tidigare kända detektoranordningar använda i tomografiska anordningar är att de är dyra och små, vilket medför omfattande skanning av större objekt.

Detektoranordningarna har en begränsad känslighet, relativt 10 15 20 25 526 371' 3 dålig spatial upplösning och är brusiga. Tidigare kända tomografiska anordningar innebär också en hög dos till patienten.

Vidare används de tomografiska anordningarna typiskt för ett enda ändamål, dvs. för CT, och således är användningsområdet begränsat till detta.

Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning och ett förfarande för att erhålla tomografidata för ett stort objekt, såsom en människas torso, vilka är billiga och som använder sig av en detektor med stor yta, så att skanning kan utföras ett väldigt kort avstånd medan objektet avbildas för att åstadkoma data tillräckliga för att utföra spiralgående skanningsbaserad CT, tomosyntes respektive stillbildsvisualisering.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkoma sådana anordningar och förfaranden, vilka är känsliga, effektiva, snabba, noggranna, tillförlitliga, flexibla, lättanvända, tämligen billiga och som kan arbeta vid väldigt låga röntgenflöden och ändå åstadkomma registrering av data med hög spatial resolution.

Dessa och andra syften uppnås enligt den föreliggande uppfinning genom anordningar och förfaranden enligt de bifogade patentkraven.

Enligt en första aspekt på föreliggande uppfinning åstadkoms en anordning för att erhålla tomografi-, tomosyntes- och stillbildsdata för ett objekt, varvid anordningen innefattar en divergent strålkälla som emitterar strålning, en A strålningsdetektor innefattande en tvådimensionell gruppering linjedetektorer, ett objektområde anordnat i strålgången mellan 10 15 20 25 5264 371 den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn och en anordning inrättad att förflytta den divergenta strålkällan och strâlningsdetektorn relativt objektet.

Strålningen emitteras centrerat kring en symmetriaxel, t.ex. x- axeln, och inom en rymdvinkel så att strålning riktas mot hela utsträckningen av objektet i åtminstone en dimension, som är vinkelrät mot symetriaxeln, dvs. t.ex. längs y-axeln Var och en av linjedetektorerna har ett detektionskänsligt område riktat mot den divergenta strålkällan och åstadkommer endimensionell avbildning av strålning som komer in i det strålningskänsliga området. Linjedetektorerna är placerade i rader och kolumner i den tvådimensionella grupperingen, varvid linjedetektorerna i varje rad är placerade kant i kant längs en linje, och är av ett antal och har var och en en längd så att de tillsamans definierar en öppningsvinkel för detektering stor nog att detektera strålningen riktad mot objektets hela utsträckning i åtminstone en dimension.

Förflyttningsanordningen är inrättad att: (i) förflytta den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn relativt objektet spiralgående runt en andra axel som är i huvudsak vinkelrät mot symmetriaxeln och den ena dimensionen, medan var och en av linjedetektorerna är inrättade att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet för att erhålla tomografidata för objektet, (ii) förflytta den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn relativt objektet linjärt i ett plan vinkelrätt mot symmetriaxeln, medan var och en av linjedetektorerna är inrättade att registrera ett flertal lO 15 20 25 526 371 5 linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet för att erhålla tomosyntesdata för objektet, och (iii) förflytta den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn relativt objektet linjärt längs den andra axeln ett avstånd motsvarande avståndet mellan två intilliggande detektorer i en kolumn i den tvådimensionella grupperingen, medan var och en av linjedetektorerna är inrättade att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet för att erhålla stillbildsdata för objektet.

Denna anordnings förflyttningsanordning är företrädesvis inrättad att förflytta den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn relativt objektet längs den andra axeln ett avstånd motsvarande objektets hela utsträckning i en andra dimension, som är parallell med den andra axeln för att erhålla tomosyntesdata för objektet. För detta ändamål är linjedetektorerna i den tvådimensionella grupperingen riktade i riktningar, vilka var och en definierar en olik vinkel med avseende på symetriaxeln. De olika vinklarna fördelas fördelaktigt över ett vinkelomfång på åtminstone 5°, hellre åtminstone 15° och allra helst åtminstone 25°.

Tomosyntesdata kan alternativt erhållas genom att rotera den divergenta strålkällan och strålningsdetektorn relativt objektet runt den andra axeln mindre än ett halvt varv, medan var och en av detektorerna är inrättade att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet. Valfritt utförs skanningen spiralgående med en stigningsvinkel, som företrädesvis är större än den som används när tomografidata skapas, för att skanna objektet. lO 15 20 25 30 age 371 Vidare har grupperingen av linjedetektorer företrädesvis en stor yta så att avståndet från skuldra till skuldra hos en människa, företrädesvis en vuxen människa, kan täckas av en enda av linjedetektorraderna. Således mäter den tvådimensionella grupperingen av linjedetektorer åtminstone 50 cm x 25 cm, företrädesvis cirka 100 cm x 50 cm och innefattar åtminstone 10 x 50, eller till och med 20 x 100 linjedetektorer.

Linjedetektorerna är, var och en, företrädesvis en detektor, som är riktningskänslig för att undvika behovet av en kollimator för spridningseliminering framför linjedetektorn.

Ett föredraget exempel på en sådan detektor är den gasbaserade joniseringsdetektorn, vari elektroner frigjorda som ett resultat av jonisering medelst strålning accelereras i en riktning huvudsakligen vinkelrät mot riktningen för den strålningen, valfritt lavinförstärkt, och därefter detekteras.

Sådana linjedetektorer är tämligen billiga att tillverka och kan därför åstadkomas i det antal som specificerats ovan för att täcka den önskade ytan.

En fördel med anordningen enligt den andra aspekten på föreliggande uppfinning är att radiologen har en möjlighet att antingen registrera tomografidata för CT med användning av en relativt högre dos till objektet (beroende på många detekteringar/projektioner), eller att registrera tomosyntesdata med användning av en relativt lägre dos till objektet (tack vare färre detekteringar/projektioner).

Ytterligare särdrag hos och fördelar med uppfinningen framgår nedan av den detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer av den föreliggande uppfinningen, vilka visas i de bifogade figurerna 1-5, som endast är âskådliggörande och således inte begränsande för uppfinningen. 10 15 20 25 526 7 ,Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. la-b visar schematiskt, i perspektivvyer, en datoriserad tomografianordning för medicinska radiologitillämpningar enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar schematiskt, i en vy ovanifrån, en tvådimensionell gruppering linjedetektorer för användning i tomografianordningen i Fig. la-b.

Fig. 3 visar schematiskt, i en vy ovanifrån, en kollimator för användning i tomografianordningen i Fig. la-b.

Fig. 4a visar schematiskt, i en sidovy i tvärsnitt, en linjedetektor för användning i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer i Fig. 2.

Fig. 4b visar schematiskt, i en vy framifrån med ett ingångsfönster delvis avlägsnat, linjedetektorn_i Fig. 4a.

Fig. 4c visar schematiskt en tvärsnittsvy av linjedetektorn i Fig. 4a tagen längs linjen A-A.

Figs. Sa-b visar schematiskt, i sidovyer i tvärsnitt, alternativa linjedetektorer för användning i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer i Fig. 2.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Med hänvisning till Fig. la-b, vilka schematiskt visar en datoriserad tomografianordning 54 för medicinska radiologitillämpningar, kommer en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning att beskrivas. Den tomografiska anordningen 54 innefattar en divergent strâlkälla 50, som emitterar strålning 1 centrerad kring en symmetriaxel, som sammanfaller med x-axeln såsom visas. strålningen 1 emitteras 10 15 20 25 30 526 371 inom en rymdvinkel definierad av de plana vinklarna a i xy- planet och i xz-planet för att träffa en strålningsdetektor 42 innefattande en svängd, tvådimensionell gruppering linjedetektorer, vilka är placerade i rader 71 och kolumner 72, varvid linjedetektorerna i varje rad 71 är placerade kant i kant längs en linje. Om linjedetektorerna har möjlighet att detektera vid sina yttersta kanter, detekterar en rad linjedetektorer samtidigt en lång samanhängande endimensionell avbildning av strålning. Om linjedetektorerna inte har möjlighet att detektera vid sina yttersta kanter, innehåller den endimensionella avbildningen av strålning ej mätta områden mellan områden täckta av två intilliggande linjedetektorer i raden.

Detektorgrupperingen, av vilken ett exempel schematiskt visas i en vy ovanifrån i fig. 2, innefattar ett stort antal linjedetektorer 41, varvid var och en har ett detektionskänsligt område 43 riktat mot den divergenta strålkällan 50 och är inrättad för endimensionell avbildning av strålning som komit in i det detektionskânsliga området 43. För detta ändamål är var och en av linjedetektorerna 41 riktade i en riktning, som definierar en olik vinkel med avseende på symmetriaxeln, eller x-axeln, och är riktningskänslig. Härigenom undviks behovet av kollimatorer för spridningsdämpning framför detektorerna 41.

I strålgången mellan den divergenta strålkällan 50 och strålningsdetektorn 42, åstadkoms ett område 53 för att inrymma undersökningsobjektet. Objektet, vilket typiskt är en människa, anordnas på bordet 55, vilket är förflyttningsbart in i och ut ur området 53 längs z-axeln.

I 10 15 20 25 30 526 3715 9 Om objektet är en levande organism kan det vara.fördelaktigt att anordna en kollimator 51 i strålgången mellan strâlkällan 50 och området 53, där kollimatorn 51 förhindrar strålning, som inte är riktad mot linjedetektorerna, från att träffa objektet, varigenom strålningsdosen till objektet reduceras. I detta syfte är kollimatorn 51, vilken schematiskt visas i en vy ovanifrån i Fig. 3, av ett strålningsogenomskinligt material och innefattar ett antal långsträckta spalter 52, vilka motsvarar antalet detekteringsrader 71 i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer 41, varvid var och en av spalterna är linjerade med en respektive av raderna 71 med linjedetektorer. Således bestrålas objektet enbart av strålning som bidrar till detekteringen.

Tomografianordningen 54 innefattar en integrerad förflyttningsmekanism eller anordning för att förflytta strâlkällan 50, kollimatorn 51 och strâlningsdetektorn 42 relativt undersökningsobjektet. Förflyttningsmekanismen kan företrädesvis ha möjlighet att rotera strâlkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 i xy-planet, dvs. i 9-riktningen om cylindriska koordinater används, varvid objektet kan förflyttas linjärt i z-riktningen, genom att förflytta bordet 55, på vilket objektet är anordnat. Den samtidiga roterande förflyttningen av strâlkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 i xy-planet och translativ förflyttning av objektet i z-riktningen resulterar i en spiralgående förflyttning av strâlkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet. Det skall inses av en fackman att den tomografiska anordningens 54 förflyttningsmekanism enligt föreliggande uppfinning kan åstadkommas på andra vis så länge den åstadkomer en spiralgående, och valfritt linjär, förflyttning av strâlkällan 10 15 20 25 30 526 3710 l0 50, kollimatorn 51 och strâlningsdetektorn 42 relativt objektet.

Medan strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 förflyttas relativt undersökningsobjektet är var och en av linjedetektorerna 41 inrättad att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom objektet för att erhålla en skannande mätning av objektet.

Enligt föreliggande uppfinning är strålkällan 50 inrättad att emittera strålning inom en vinkel a i xy-planet så att strålning riktas mot objektets hela utsträckning i åtminstone en dimension, t.ex. längs y-axeln,'som är vinkelrät mot symetriaxeln eller x~axeln, och linjedetektorerna 41 i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer är av ett antal och har var och en en längd l så att de tillsammans definierar en öppningsvinkel a för detektering som är stor nog att detektera strålningen riktad mot objektets hela utsträckning i den dimension som visas ovan, t.ex. längs yëaxeln. Hur stor yta som måste täckas, hur stora linjedetektorer som måste användas och hur många av dem som behövs är frågor som diskuteras mer i detalj nedan .

Enligt föreliggande uppfinning är tomografianordningens 54 förflyttningsmekanism eller -anordning inrättad att förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet spiralgående runt z-axeln, som är huvudsakligen vinkelrät mot symmetriaxeln eller xfaxeln och y- axeln för att erhålla tomografidata för objektet, varvid den spiralgående förflyttningen innefattar en rotation mindre än i huvudsak summan av ett halvt varv och strålningsdetektorns 42 öppningsvinkel a i xy-planet och ett avstånd längs z-axeln, som motsvarar ett avstånd mellan två intilliggande detektorer i 10 15 20 25 526 371 ll en kolumn i den tvådimensionella grupperingen. Härigenom erhålls tillräckliga tomografidata för att utföra en rekonstruktionsprocess använd för spiralgående CT-skanning. Den spiralgående skanningen kan genomföras medelst rotation motsvarande summan av ett helt varv och strâlningsdetektorns 42 öppningsvinkel a i xy-planet.

Den divergenta strålkällan 50 är företrädesvis inrättad att emittera strålning inom en vinkel ß i xz-planet så att strålning riktas mot objektets hela utsträckning i z- riktningen, och linjedetektorerna i varje kolumn 72 är placerade med ett avstånd mellan varandra och är av ett antal så att de tillsammans är kapabla att detektera strålningen -riktad mot objektets hela utsträckning i z-riktningen.

Linjedetektorerna 41 i varje kolumn 72 bör inte vara åtskilda av ett större avstånd än cirka 28 gånger linjedetektorernas spatiala resolution i z-riktningen. Således, förutsatt att den spatiala upplösningen i z-riktningen är cirka 100-500 mikroner, bör inte avståndet mellan linjedetektorerna 41 i varje kolumn 72 vara mer än cirka 3-15 mm. I en alternativ version är linjedetektorerna 41, som visas i Fig. 2, placerade mot varandra för att åstadkomma en tät tvådimensionell gruppering linjedetektorer.

Den tomografiska anordningen 54 med detektorn med stor yta kan modifieras för att ha möjlighet att detektera strålning för olika tillämpningar, dvs. för att erhålla tomografi-, tomosyntes- och stillbildsdata för objektet. Således kan den tomografiska anordningens 54 förflyttningsmekanism eller anordning vara inrättad att: 10 15 20 25 30 526 371 12 (i) förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet spiralgående runt z-axeln för att erhålla tomografidata för objektet, (ii) förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet linjärt i ett plan yz vinkelrätt mot symmetriaxeln x för att erhålla tomosyntes- eller laminografidata för objektet och (iii) förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet linjärt längs z- axeln ett avstånd motsvarande åtminstone ett avstånd mellan två intilliggande detektorer 41 i en kolumn i den tvådimensionella grupperingen för att erhålla stiilbilasdata för objektet. W För att erhålla tomosyntes- eller laminografidata är det viktigt att linjedetektorerna 41 i den tvådimensionella grupperingen är riktade i olika riktningar med avseende på symmetriaxeln eller x-axeln, eller med avseende på y-axeln.

Företrädesvis definierar riktningarna olika vinklar med avseende på x-axeln, varvid de olika vinklarna är fördelade över ett vinkelomfång på åtminstone 5° grader, hellre åtminstone l5° grader och allra helst åtminstone 25° grader.

Förflyttningsmekanismen eller -anordningen är företrädesvis inrättad att förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet längs x-axeln ett avstånd motsvarande objektets hela utsträckning i z-dimensionen eller -riktningen för att erhålla tomosyntesdata för objektet.

Således skapas ett flertal tvådimensionella avbildningar vid olika vinklar i en enda skanning, vilket reducerar I detekteringstiden med en faktor motsvarande antalet skapade tvådimensionella avbildningar. 10 15 20 25 30 526 371 13 När stillbildsdata för objektet erhålls kan förflyttningsmekanismen eller anordningen vara inrättad att förflytta strålkällan 50, kollimatorn 51 och strålningsdetektorn 42 relativt objektet linjärt längs z-axeln ett avstånd längre än ett avstånd mellan två intilliggande detektorer 41 i en av kolumnerna 72 i den tvådimensionella grupperingen för att erhålla översamplade stillbildsdata för objektet. Genom översampling kan effekten av rörelseoskärpa ytterligare reduceras, dvs. genom att registrera ett flertal avbildningar i varje läge så att varje del av en tvådimensionell avbildning av objektet som skapas, är uppbyggt av bidrag från ett flertal linjeavbildningar registrerade vid olika tidpunkter, varvid objektet högst osannolikt inte rör sig under flertalet registreringar av linjeavbildningar. Överlappningen vid skanningen kan vidare användas för att undvika mätproblem i början och/eller i slutet av skanningen.

Om skanningen utförs över ett totalt avstånd, som är åtminstone tvâ gånger avståndet mellan varje två intilliggande linjedetektorer 41 i en kolumn, används mer än en linjedetektor 41 för att skanna samma area av objektet, och mätproblem beroende på att enskilda utläsningsremsor är skadade och inte fungerar, kan undvikas.

Strålningsdetektorn 42 är, som har visats ovan, en detektor med stor yta. Företrädesvis är strålningsdetektorn 42 stor nog för att ögonblickligen detektera ett objekt helt i y-riktningen, där objektet mäter åtminstone 30 cm, hellre åtminstone 40 cm, och allra helst åtminstone 50 cm. Självfallet måste strålkällan 50 vara inrättad att emittera strålning inom en rymdvinkel för att täcka ett sådant objekt, och kollimatorn 51 måste vara utformad för att tillåta att strålning, som är riktad mot strålningsdetektorns 42 linjedetektorer 41, passerar igenom. Om 10 15 20 25 526 371 14 objektet är en människa motsvarar den hela utsträckningen av människan i y-riktningen avståndet från skuldra till skuldra.

Den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer kan mäta åtminstone 50 cm x 25 cm, hellre åtminstone 75 cm x 40 cm och allra helst åtminstone cirka 100 cm x 50 cm i y- och z- riktningarna. Varje kolumn 72 i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer kan innefatta åtminstone 5 linjedetektorer, hellre åtminstone 10 linjedetektorer och allra helst åtminstone cirka 20 linjedetektorer, och varje kolumn 72 i den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer kan innefatta åtminstone 25 linjedetektorer, hellre åtminstone 50 linjedetektorer och allra helst åtminstone cirka 100 linjedetektorer i varje kolumn.

Vidare kan anordningen enligt föreliggande uppfinning utrustas med vad som helst av en PET-skanner, en anordning för ultraljudsundersökning och en SPECT-skanner för att åstadkomma mätningar, vilka kan fungera som ett komplement för diagnos.

Med hänvisning till Fig. 4a-c, vilka är en sidovy i tvärsnitt, en vy framifrån med delar av ingångsfönstret avlägsnade, respektive en tvärsnittsvy ovanifrån av en linjedetektor för användning i tomografianordningen i föreliggande uppfinning, kommer denna linjedetektor kortfattat beskrivas.

Linjedetektorn är orienterad så att strålning 1 kan komma in sidledes mellan en katodanordning 3 och en anodanordning 5. Ett ingångsfönster 43 är åstadkommet i främre delen av linjedetektorn för att skapa en ingång för strålningen 1 till linjedetektorn. Ingångsfönstret 43 är av ett plast- eller kolfibermaterial. 10 15 20 25 526 371 15 Var och en av elektrodanordningarna 3, 5 innefattar-ett elektriskt ledande elektrodskikt 11, 13, uppburet av ett respektive dielektriskt substrat 12, 14, varvid anordningarna är orienterade så att katodskiktet ll och anodskiktet 13 är vända mot varandra. Elektrodanordningarna 3 och 5 är företrädesvis plana, rektangulära och parallella med varandra.

Ingångsfönstret 43 och den bakre väggen 15 är inrättade att hålla isär elektrodanordningarna 3, 5.

Elektrodanordningarna 3 och 5 är anordnade inuti ett externt gastätt hölje (ej visat), som är fyllt med en joniserbar gas eller gasblandning 19, t.ex. innefattande krypton, koldioxid och/eller xenon. Gasen kan vara under tryck, företrädesvis i intervallet 1-20 atm.

En strömförsörjningsenhet med högspänd likström (ej visad) är åstadkommen för ändamålet att hålla katoden ll och anoden 13 vid lämpliga elektriska potentialer för att skapa ett elektriskt fält i interelektrodinneslutningen 19 för drivning, och valfritt förstärkning, av elektronerna och jonerna däri.

Katoden ll hålls, vid drift, lämpligen vid en negativ spänning -4%, nædan anoden 13 är jordad.

Vidare innefattar linjedetektorn en utläsningsanordning för detektering av elektroner drivna mot anoden 13 och/eller joner drivna mot katoden ll. Utläsningsanordningen innefattas företrädesvis i själva anodanordningen 5.

För att åstadkomma endimensionella avbildningsmöjligheter utgörs anod-/utläsningsskiktet 13 av en gruppering ledande eller halvledande element eller remsor 23, anordnade sida vid» sida och elektriskt isolerade från varandra på det dielektriska substratet 14. För att kompensera för parallaxfel i detekterade 10 15 20 25 30 526 371 16 avbildningar, och för att därigenom åstadkoma en ökad spatial upplösning, sträcker anod-/utläsningsremsorna ut sig huvudsakligen i riktningar parallella med riktningen hos Ainfallande fotoner i strålningen 1 i varje läge. Var och en av anod-/utläsningsremsorna är företrädesvis förbunden med en utläsnings- och signalbehandlingsanordning (ej visad) varvid signalerna från varje remsa kan behandlas separat. Eftersom remsorna också utgör anoden behövs lämpliga kopplingar för separation.

Det skall inses att avståndet mellan elektrodlagren ll och 13 är starkt överdrivet i Fig. 1 och Q i belysande syfte.,Som en exempelgeometri kan linjedetektorn vara 40 m bred eller lång (hänvisat med l i Fig. 4b), 2m tjock och 35 mm djup, medan avståndet mellan elektroderna kan vara mellan 0,05 och 2 m.

Varje utläsningsremsa 23 kan vara 10 um - 2 mm bred, vilket innebär att flera hundra eller tusen remsor kan anordnas sida vid sida i en enda linjedetektor, dvs. många fler än visat.

Vid drift förs röntgenstrâlar in i linjedetektorn genom kollimatorspalten, parallella och nära katodanordningen 3.

Röntgenstrålarna kommer att interagera med gasen i linjedetektorn i enlighet med en exponentiell sannolikhetsfördelning, där majoriteten av röntgenstrålarna omvandlas tidigt i gasvolymen. Medelvärdet av interaktionslängden kan typiskt vara 10-100 mm.

Vid en interaktion överför en röntgenfoton 25 sin energi till en elektron i en gasatom, varvid elektronen frigörs från atomen genom processer kända som fotoeffekt, Comptonspridning och/eller Augereffekt. Denna elektron färdas genom gasen och kolliderar med nya gasatomer, och frigör därigenom fler A elektroner tills den slutligen har tappat all sin energi och 10 15 20 25 30 526 571 17 stannar. I denna process skapas ett moln 27 av typiskt omkring tusen elektroner.

Genom att påföra en spänning U mellan katoden ll och anoden 13, attraheras dessa elektroner mot anoden i en riktning 29 (vertikal i Fig. 142), som är huvudsakligen vinkelrät mot den inkommande röntgenfotonbanan. Om det påförda elektriska fältet är starkt nog erhåller elektronerna tillräckligt med energi för att slå ut ytterligare elektroner från gasen, vilka i sin tur accelereras och slår ut ännu fler elektroner i en lavinprocess.

Denna process är känd som gaslavinförstärkning. Vid anoden inducerar elektronerna elektriska signaler i remsan 23a närmast molnet 27.

Den elektroniska signalen detekteras av utläsningselektroniken förbunden med remsan. I elektroniken förstärks signalen och jämförs med en tröskelspänning. Om signalen överskrider tröskelspänningen aktiveras en räknare specifik för denna remsa och adderar ett till ett tidigare lagrat värde. På så vis räknas antalet röntgenstrålar som träffar varje anodremsa från ovan. Förfarandet benämns fotonräkning.

Det har ganska nyligen upptäckts att linjedetektorerna i Fig. 4a-c är extremt riktningskänsliga. Enbart kollimerade fotoner som kommer in i linjedetektorn i ett väldigt tunt plan närmast katodelektroden kommer att förstärkas tillräckligt för att väsentligt bidra till signalen som detekteras. Linjedetektorn behöver således inte någon sorts kollimator för spridningsdämpning framför detektorn.

Den ovan beskrivna gasbaserade detektorn är rimligt prissatt, och är således väldigt lämplig att använda i föreliggande" uppfinning. Så många som 1000 eller fler linjedetektorer kan enkelt anordnas tillsammans i ett gastätt hölje, som kan fyllas 10 15 20 25 30 526 371 18 med en joniserbar gas för att skapa den tvådimensionella grupperingen linjedetektorer som visas i Fig. la-b.

Det skall observeras att linjedetektorn i Fig. 4a-c har möjlighet att detektera längs hela sin bredd eller längd l eftersom de multipla utläsningsremsorna 23 är anordnade från sida till sida (se Fig. 4c), och linjedetektorn saknar sidoväggar. I detta avseende måste ingångsfönstret 43 vara tillräckligt genomskinligt för den infallande strålningen så att tillräckligt högt strålningsflöde erhålls inuti detektorn, men vara tillräckligt starkt för att hålla isär elektroderna även vid höga spänningar (då de elektrostatiska attraktionskrafterna kan vara höga).

I Fig. Sa visas en alternativ linjedetektor för användning i föreliggande uppfinning, varvid linjedetektorn är identisk med linjedetektorn i fig. 4a-c förutom att fönstret 43 är anordnat ett visst avstånd från linjedetektorns ingång, dvs. elektrodanordningarna 3, 5 är utsträckta på bägge sidor om fönstret 43. Eftersom absorptionen i den joniserbara gasen inuti detektorn minskar exponentiellt, blir den totala absorptionen i fönstret 43 lägre ju längre fönstret 43 avlägsnas från linjedetektorns ingång. Ã andra sidan minskar stödet för att hålla isär elektrodanordningarna 3, 5 i den främre ändan av linjedetektorn.

I Fig. Sb visas ytterligare en alternativ linjedetektor för användning i föreliggande uppfinning. Denna föredragna utföringsform saknar fönstret 43. Istället är den bakre väggen 15 en struktur som sträcker ut sig avsevärt i den infallande strålningens 1 riktning för att ge stöd åt _ elektrodanordningarna 3, 5. I andra avseenden skiljer sig inte denna utföringsform från de utföringsformer som innefattas i V Fig. 4a-c och Sa. 10 526 371 19 Andra linjedetektorer för användning i föreliggande uppfinning är de beskrivna i följande U.S. patent av Tom Francke med flera och överlåtna till XCounter AB i Sverige, vilka patent härmed innefattas genom dessa referenser: Nr. 6,l18,154; 6,373,065; 6,337,482; 6,385,282; 6,4l4,3l7; 6,476,397; 6,477,223; 6,5l8,578; 6,522,722; 6,546,070; 6,556,650; 6,600,804; och 6,627,e97.“ Ytterligare alternativt kan var och en av linjedetektorerna använda i föreliggande uppfinning vara något av en diodarray, en PIN~diodarray av halvledartyp, en scintillatorbaserad array, en CCD-array, en TFT- eller CMOS-baserad detektor eller en vätskedetektor.

Claims

10 15 20 25 526 571 20 PAEENTKRHV

1. Anordning för att erhålla tomografi-, tomosyntes- och stillbildsdata för ett objekt, innefattande: - en divergent strålkälla (50) inrättad att emittera strålning (1) centrerad kring en symetriaxel (x), - en strålningsdetektor (42) innefattande en tvådimensionell gruppering linjedetektorer (41), varvid var och en har ett detektionskänsligt område (42) riktat mot den divergenta strålkällan och är inrättad för endimensionell avbildning av strålning som kommer in i nämnda strålningskänsliga omrâde, - ett område (53) anordnat i strålgången mellan nämnda divergenta strâlkälla och nämnda strålningsdetektor och inrättad att inrymma nämnda objekt och - en anordning (54) inrättad att förflytta nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt, varvid var och en av nämnda linjedetektorer är inrättad att registrera ett flertal linjeavbildningar av strålning som transmitterats genom nämnda objekt, k ä n n e t e c k n a d a v att - nämnda divergenta strålkälla är inrättad att emittera strålning inom en rymdvinkel (a, ß) så att strålning riktas mot hela utsträckningen av nämnda objekt i åtminstone en första dimension (y), som är vinkelrät mot nämnda symmetriaxel (x), - linjedetektorerna (6a) i nämnda tvådimensionella gruppering linjedetektorer är placerade i rader (71) och kolumner (72), varvid linjedetektorerna i varje rad är placerade kant i kant längs en linje, och är av ett antal och har var och en en längd (1) så att de tillsammans har möjlighet att detektera nämnda 10 15 20 25 526 371 21 strålning riktad mot hela utsträckningen av nämnda objekt i nämnda första dimension (y), och - nämnda förflyttningsanordning är inrättad att - förflytta nämnda divergenta strâlkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt spiralgående runt en andra axel (Z), som är i huvudsak vinkelrät mot nämnda symetriaxel (x) och riktningen för nämnda första dimension (y) för att erhålla tomografidata för nämnda objekt, - förflytta nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt linjärt iﬂett plan (yz) vinkelrätt mot nämnda symmetriaxel (x) för att erhålla tomosyntesdata för nämnda objekt och - förflytta nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt linjärt längs nämnda andra axel (z) ett avstånd motsvarande ett avstånd mellan två intilliggande linjedetektorer i en kolumn i nämnda tvådimensionella gruppering för att erhålla stillbildsdata för nämnda objekt.

2. Anordning enligt patentkrav 1, varvid nämnda spiralgående förflyttning innefattar en rotation mindre än huvudsakligen summan av ett helt varv och nämnda öppningsvinkel (d), och ett avstånd längs nämnda andra axel (z) motsvarande ett avstånd mellan tvâ intilliggande linjedetektorer i en kolumn i nämnda tvådimensionella gruppering.

3. Anordning enligt patentkrav 2, varvid nämnda rotation är i huvudsak lika med summan av ett halvt varv och nämnda öppningsvinkel (a). 10 15 20 25 30 52,6, 571 22

4. Anordning enligt något av patentkraven 1-3, varvid nämnda linjedetektorer i nämnda tvådimensionella gruppering är riktade i riktningar, vilka var och en definierar en olik vinkel med avseende på nämnda symmetriaxel (x).

5. Anordning enligt patentkrav 4, varvid de olika vinklarna fördelas över ett vinkelomfång av åtminstone 5°, hellre åtminstone l5°, och allra helst 25°.

6. Anordning enligt något av patentkraven 1-5, varvid nämnda förflyttningsanordning är inrättad att förflytta nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt längs nämnda andra akel (Z) ett avstånd motsvarande hela utsträckningen av nämnda objekt i en andra dimension (z), som är vinkelrät mot riktningen för nämnda första dimension (y) och nämnda symetriaxel (X), för att erhålla nämnda tomosyntesdata för nämnda objekt.

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-6, varvid nämnda förflyttningsanordning är inrättad att förflytta nämnda divergenta strâlkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt roterande runt nämnda andra axel (Z) för att erhålla tomosyntesdata för nämnda objekt, varvid nämnda spiralgående förflyttning innefattar en rotation som är mindre än i huvudsak summan av ett halvt varv och nämnda öppningsvinkel (a).

8. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, varvid nämnda förflyttningsanordning är inrättad att förflytta nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor relativt nämnda objekt linjärt längs nämnda andra axel (Z) ett avstånd längre än avståndet mellan två intilliggande linjedetektorer i en kolumn i nämnda tvådimensionella gruppering för att erhålla översamplade stillbildsdata för nämnda objekt. 10 15 20 25 526 371 23

9. Anordning enligt något av patentkraven 1-8, varvid - nämnda divergenta strålkälla (50) är inrättad att emittera strålning inom en rymdvinkel så att strålning riktas mot hela utsträckningen av nämnda objekt i en andra dimension (z), som är vinkelrät mot nämnda första dimension (y) och nämnda symetriaxel (x), - linjedetektorerna i varje kolumn (72) är placerade med ett avstånd (d) från varandra och är av ett antal så att de tillsamans har möjlighet att detektera nämnda strålning riktad mot hela utsträckningen av nämnda objekt i nämnda andra a dimension (z).

10. Anordning enligt patentkrav 9, varvid linjedetektorerna i varje kolumn (72) är placerade mot varandra för att åstadkomma en kompakt tvådimensionell gruppering linjedetektorer.

11. Anordning enligt något av patentkraven 1-10, varvid hela utsträckningen av nämnda objekt i nämnda första dimension (y) mäter åtminstone 30 cm, hellre åtminstone 40 cm, och allra helst åtminstone 50 cm.

12. Anordning enligt något av patentkraven 1-10, varvid hela utsträckningen av nämnda objekt i nämnda första dimension (y) motsvaras av avståndet från skuldra till skuldra hos en människa, företrädesvis en vuxen människa.

13. Anordning enligt något av patentkraven 1-12, varvid nämnda tvådimensionella gruppering linjedetektorer mäter åtminstone 50 cm x 25 cm, hellre åtminstone 75 cm x 40 cm, och allra helst åtminstone cirka 100 cm x 50 cm.

14. Anordning enligt något av patentkraven 1-13, varvid åtminstone 5 linjedetektorer, hellre åtminstone 10 10 15 20 25 526 371 24 linjedetektorer, och allra helst åtminstone cirka 20 linjedetektorer innefattas i varje rad (71) i nämnda tvådimensionella gruppering linjedetektorer.

15. Anordning enligt något av patentkraven 1-14, varvid åtminstone 25 linjedetektorer, hellre åtminstone 50 linjedetektorer, och allra helst åtminstone cirka 100 linjedetektorer innefattas i varje kolumn (72) i nämnda tvådimensionella gruppering linjedetektorer.

16. Anordning enligt något av patentkraven 1-15, varvid nämnda tvådimensionella gruppering linjedetektorer är krökt.

17. Anordning enligt något av patentkraven 1-16, innefattande en kollimator (51) anordnad i strålgângen mellan nämnda strålkälla och nämnda område, varvid strålning, som inte riktas mot nämnda linjedetektorer, förhindras av nämnda kollimator från att träffa nämnda objekt, varigenom stråldosen till nämnda objekt minskas.

18. Anordning enligt något av patentkraven 1-17, varvid var och en av nämnda linjedetektorer (41) är en detektor, som är riktningskänslig för att undvika behovet av en kollimator för spridningsdämpning framför detektorn.

19. Anordning enligt något av patentkraven 1-18, varvid - nämnda divergenta strålkälla är en röntgenkälla (50), och - var och en av nämnda linjedetektorer är en gasbaserad joniseringsdetektor (41), vari elektroner frigjorda som ett resultat av jonisering genom strålning accelereras (29) i en riktning i huvudsak vinkelrät mot riktningen för den strålningen. 10 15 20 25 526 571

20. Anordning-enligt patentkrav 19 varvid nämnda gasbaserade joniseringsdetektor är en elektronlavindetektor.

21. Anordning enligt något av patentkraven 18-20, varvid var och en av nämnda linjedetektorer (41) är en detektor, som har möjlighet att detektera längs hela sin längd (l),

22. Anordning enligt något av patentkraven l-18, varvid var och en av nämnda linjedetektorer är vad som helst av en diodarray, en PIN-diodarray av halvledartyp, en scintillatorbaserad array, en CCD-array, en TFT- eller CMOS-baserad detektor eller en vätskedetektor.

23. Anordning enligt något av patentkraven 1-22, varvid nämnda anordning innefattar något av en PET-skanner, en anordning för ' ultraljudsundersökning eller en SPECT-skanner.

24. Förfarande för att erhålla tomografi-, tomosyntes- och stillbildsdata för ett objekt innefattande att: - ett divergent strålknippe (1) centrerat kring en symmetriaxel (x) emitteras, - nämnda emitterade strålning fås att passera genom nämnda objekt, - nämnda emitterade strålning detekteras som ett flertal linjeavbildningar efter ha passerat genom nämnda objekt av en strålningsdetektor (42) innefattande en tvådimensionell gruppering linjedetektorer (41), vilka är placerade i rader (71) och kolumner (72), varvid linjedetektorerna i varje rad är placerade kant i kant längs en linje, och var och en av nämnda linjedetektorer har ett detekteringskänsligt område (42) riktat mot den divergenta strålkällan och är inrättad för endimensionell avbildning av strålning som kommer in i nämnda 10 15 20 25 526 371 26 detekteringskänsliga område, medan nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor förflyttas relativt nämnda wÜæn,kännetecknat av mm: - nämnda divergenta strålknippe fås att passera genom hela utsträckningen av nämnda objekt åtminstone i en första dimension (y), som är vinkelrät mot nämnda symetriaxel (x), - strålning från nämnda divergenta strålknippe som fås att passera genom hela utsträckningen av nämnda objekt i nämnda första dimension (y) detekteras instantant av en av nämnda rader av linjedetektorer, - nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor förflyttas relativt nämnda objekt spiralgående runt en andra axel (Z), som är i huvudsak vinkelrät mot nämnda symetriaxel (x) och riktningen för nämnda första dimension (y) under detektering medelst nämnda strålningsdetektor för att erhålla tomografidata för nämnda objekt, - nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektorv förflyttas relativt nämnda objekt linjärt i ett plan (yz) vinkelrätt mot nämnda symmetriaxel (x) under detektering medelst nämnda strålningsdetektor för att erhålla tomosyntesdata för nämnda objekt och - nämnda divergenta strålkälla och nämnda strålningsdetektor förflyttas relativt nämnda objekt linjärt längs nämnda andra axel (z) ett avstånd motsvarande ett avstånd mellan två intilliggande linjedetektorer i en kolumn i nämnda tvådimensionella gruppering, under detektering medelst nämnda strålningsdetektor för att erhålla stillbildsdata för nämnda objekt.