DE2339758B2 - Röntgendiagnostikeinrichtung zur Herstellung eines Transversal-Schichtbildes - Google Patents

Description

beitung an.

4S Der besondere Vorteil dieser sogenannten »Computer-Tomographie« besteht darin, daß die Kontrastauf-

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ter-Tomographie« besteht d,

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Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikein lösung auf Ko J der J ^.^

richtung zur Herstellung eines Trasversal-Schich bildes^ ^^ηεΓ^Χ _{den v} ⁸ _{erfahren mit} optischer Bilderbestehend aus einer Röntgenstrahlenmeßanordnung '°*""?„^gS" rd_enUi_ch gesteigert werden kann. Damit einer Röntgenstrahlenquelle. die «" Röntgen,tr.h- 5«> zeugung auBe« rdenUK* ^ « _{rt jedes ejnze},. lenbündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung dure ι ist es mog . _Sc^_{htebene mit einer Ge}. senkrecht zur Schicht gleich der Sch.chtstarke und par- nen I'unktcsjnnerna _{immen A}„_erdings kön-BlIeI zur Schicht gleich der Schichtstärke oder gennger nau.gke t von unter I/o ζ _{sQ jon d h} ist als diese, und einem Strahlungsempfänger, der die "^^^^,^„, spezifischen Absorptions-Strahlungsintensität hinter dem Objekt m aufe.nander- >5 über das ™^fluKt J" _Dichte des Objektmaterials in folgenden äquidistanten Punkten mißu sowie aus einer ko f ,enten und der D^ ^ _{werdep njch(} Antriebsvorrichtung für die M^nordnun^r Er«j. denfeinen ^.^ ^ ^ gung einer geradlinigen, senkrecht zur Richtung; des j^aoen c _t ^ ^.^ _Qrdmngs.

Zentralstrahls über die gesamte O^bJf^ki^ausde.^hnun _m ^g _it ^ge; _fc 21_hTSw die chemische Zusammensetzung des Mateführten Abtastbewegung in wechselnder Fohje mit je 6o zah bzw ^^{e cne} . _{h b es sich bei einem} einer Drehbewegung um kleine äqu.distante W.nkclbe- rials. Man we .Β a^soζ B. n^ _{chwarzten Be}. träge, deren Summe 180° beträgt, um emen etwa im gegenüber der Umg bung we,W* _aho

bekannten Einrichtung Aussagen über das Material selbst in der. einzelnen Matrixelementen zu gewinnen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine der ersten Meßanordnung gleichartige, in Richtung der geradlinigen Bewegung para.iel versetzt angeordnete zweite Meßanordnung vorhanden ist, deren Röntgenstrahlenquelle eine Strahlung mit einer gegenüber demjenigen der ersten Röntgenstrahlenquelle geänderten Wert der Strahlungsenergie erzeugt, und der Rechner aus den Meßsignalen beider Anordnungen für jeden Bildpunkt für die zwei verschiedenen Werte der Strahlungsenergie die beiden Absorptionskoeffizienten oder diesen proportionalen Größen bestimmt, deren jeweilige Quotienten bildet und daraus mittels einer eingespeicherten Eichtabelle die mittlere Ordnungszahl oder eine entsprechende Größe für jeden Bildpunkt ermittelt. Die dazu erforderlichen Mittel sind beispielsweise in der DT-OS 20 42 009 beschrieben. Der besondere Vorteil einer Einbeziehung dieser sogenannten »Zwei-Spektren-Methode« in die Computer-Tomographie besteht vor allem darin, daß im Falle der Computer-Tomographie wegen der langen Aufnahmedauer in Verbindung mit der geforderten Genauigkeit hochkonstante elektrische Werte an der Röntgenröhre vorhanden sein müssen, daß darüber hinaus zur Erzielung einer hohen Bildauflösung mit eng eingeblendetem Strahlenbündel gearbeitet werden muß und daß schließlich wegen der Benutzung von Bremsstrahlung ein ausreichender Abstand von der charakteristischen Strahlung der im Körper vorhandenen Materialien gehalten werden muß. Diese Bedingungen sind auch eine Voraussetzung für die Anwendung der Zwei-Spektren-Methode. Durch die Vereinigung der beiden Methoden, die jede für sich zur Lösung ganz unterschiedlicher Aufgabenstellungen dienen gemäß der vorliegenden Erfindung ist also erreicht, daß für die Computer-Tomographie ein erweitertes Anwendungsfeld ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand erreicht worden ist.

Die der Erfindung zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge einschließlich der prinzipiellen Gestaltung der erwähnten Eichtabelle sind in dem Buch: »Röntgenphysik« von Liechti und Minder, erschienen 1955 im Springer-Verlag Wien, insbesondere S. 69 bis 74 beschrieben.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbeispieles näher erläutert. Darin zeigt

F i g. I eine Prinzipdarstellung der Röntgendiagnostik-Einrichtung, und

F i g. 2 das Abtastschema zur Schichtbildgewinnung.

In der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung bewegt sich ein am Rahmenteil 1 drehbar gelagerter Tragring 2 und die etwa mit dem Körperstamm 3 eines Patienten 4 zusammenfallende Drehachse 5. Auf dem Tragring sind zwei gleichartige Röntgenstrahlenmeßvorrichtungen. bestehend aus den Röntgenröhren 6, 7 und den Strahlungsempfängern 8, 9, in Richtung ihrer linearen Bewegung parallelversetzt angeordnet. Die Drehbewegung des Tragrings 2 um den zu durchstrahlenden Körperteil des auf der Lagerstatt 10 ruhenden Patienten 4 wird von der Antriebsvorrichtung 11 erzeugt. Die Antriebs-.vorrichtung 12 dient dazu, die lineare Scan-Bewegung der miteinander gekoppelten und auf den Schienen 13, 14 gleitenden Meßanordnungen 6, 7, 8, 9 zu erzeugen. Die beiden Röntgenröhren 6, 7 sind elektrisch mit dem Röntgengenerator 16 verbunden, der so mil hochkonstanter elektrischer Spannung unterschiedlicher Höhe versorgt. Die Antriebsvorrichtungen 11 für die kreisförmige und 12 für die Lineare Bewegung sind mit einer Steuervorrichtung 18 verbunden, welche die beiden Bewegungen in ihrer wechselnden Folge und die Einschaltdauer der Röntgenröhren 6, 7 miteinander koordiniert. Die Strahlungsempfänger sind über eine Anpassungsschaltung 17 mit einem Computer 19 verbunden. Der Ausgabe der vom Computer errechneten Daten dienen ein Blattschreiber 20 und ein Sichtgerät 21.

Im folgenden wird die Funktion der Einrichtung an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Nach dem Einschalten wird zunächst die Antriebsvorrichtung 11 betätigt und bewegt den Tragring 2 in seine gegenüber der dargestellten Lage etwa um 90° versetzte Ausgangsposition. Nach deren Erreichen beginnt die Abtastung in der Weise, daß die Antriebsvorrichtung 12 die Meßanordnung 6, 7, 8, 9 in die üneare Scan-Bewegung versetzt, bei der die gewünschte Transversal-Schicht des Patienten 4 durchstrahlt und gleichzeitig abgetastet wird (Scan I). Dazu wird zunächst die Röntgenröhre 7. dann die Röntgenröhre 6 beim Erreichen des zu durchstrahlenden Bereiches eingeschaltet und das Meßsignal drr Strahlungsempfänger 9 bzw. 8 in äquidistanten Abständen, die der gewünschten Kantenlänge eines Bildpunktes 21 (Matrix-Elementen) entsprechen, vom Computer 19 über die Anpassungsschaltung 17 übernommen und gespeichert. Sobald die Röhre 7 den zu durchstrahlenden Bereich verlassen hat. wird sie abgeschaltet und die Übernahme des Meßsignals des Strahlungsempfängers 9 in den Speicher des Computers beendet. Sobald die Röhre 6 den zu durchstrahlenden Bereich verlassen hat, wird auch sie abgeschaltet, die Übernahme des Meßsignals des Strahlungsempfängers 8 in den Speicher des Computers ebenfalle beendet und schließlich die Antriebsvorrichtung 12 ausgeschaltet. Damit ist der Scan I abgeschlossen. Anschließend wird die Meßanordnung in ihre Ausgangsposition zurückgeführt. Gleichzeitig wird die Antriebsvorrichtung 11 so lange betätigt, bis der Tragring 2 um den gewünschten Winke! (etwa Γ) weiterbewegt worden ist. Dann erfolgt ein neuer Abtastvorgang (Scan II) analog zu dem beschriebenen Scan I. Danach wird der Tragring wiederum um den gleichen Winkelbetrag gedreht und der weitere Scan III vorgenommen. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Tragring eine Gesamtdrehung von 180° ausgeführt hat. Es ist natürlich auch möglich, auf die Rückführung der Meßanordnung nach jedem Scan zu verzichten und statt dessen das Objekt mäanderförmig abzutasten.

Nach Beendigung des Abtastvorgangs befinden sich im Computer zwei lineare Gleichungssysteme von je m ■ w Gleichungen mit je n² Unbekannten, wobei η die Anzahl der Matrixpunkte, m die Anzahl der Meßwerte je Scan und w die Anzahl der Scans bezeichnen. Der Rechner bestimmt aus diesen beiden Gleichungssystemen für jeden Matrixpunkt zunächst die beiden Absorptionskoeffizienten für die beiden verschiedenen Werte der Strahlungsenergie, bildet dann jeweils den Quotienten aus den beiden Absorptionskoeffizienten und ermittelt schließlich mit Hilfe einer eingespeicherten Eichtabelle die entsprechende mittlere Ordnungszahl für jedes Matrix-Element. Die so gefundenen Werte der mittleren Ordnungszahl erscheinen dann sowohl auf dem Blattschreiber 20 als Digitalwerte wie auf dem Sichtgerät 21 in analoger Form als Grauwerte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

¹ bekannt. Grundlage dieser Einrichtung ist ein in der

deutschen Patentschrift 6 03 374 beschriebenes TransPatentanspruch: v^rsal-Schichtverfahren, bei dem ein bis auf die ge-

.. Tünschte Schichtdicke eingeblendetes Bündel paralle-

Röntgendiagnostikeinrichtung zur Herstellung Röntgenstrahlen das Objekt in der Schichtebene

eines Transversal-Schichtbildes bestehend aus einer 5 rer ^ _{md die hinter dern} Objekt auftretende Pro-

Röntgenstrahlenmeßanordnung mit einer Röntgen- au ^ _{GestaU e}ines streifenförmigen Strahlenrelief-

strahlenquelle, die ein Röntgenstrahlenbundel er- je ^^ Bildträger gespeichert wird. Durch

zeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht dhu _)ativ._Drehbewegung von Objekt und Strahler-

zur Schicht gleich der Schichtstärke und parallel zur ^ _{dnung um} einen Winkelbetrag von wenigen Grad

Schicht gleich der Schichtstärke oder geringer jsi i° - ^ erneute Durchstrahlung wird ein weiteres

als diese, und einem Strahlungsempfänger, der die u gewonnen. Dieser Vorgang wiederholt sich

Strahlungsintensität hinter dem Objekt in aufeinan- ^^re" _bis ⁶ _ein Gesamtdrehwinkel von 180° erreicht

derfolgenden äquidistanten Punkten mißt, sowie aus so _a ^_{hließend wer}den alle Streifenbilder entspre-

einer Anlriebsvorrichtung für die Meßanordnung «. ■ Objektausdehnung in der Schichtebene ge-

zur Erzeugung einer geradlinigen, senkrecht zur 15 cne ^ _nd ^ _jeweiHgen Winkellage bei der

Richtung des Zentralstrahls über die gesamte ud- *h _teh deckungsgleich aufeinanderkopiert Da-

jektausdehnung geführten Abtastbewegung m °· -_- _{Abbild der} gewünschten Schicht in

jektausdehnung geführten Abtasgg ^_{1 ejn Abbi}|_d der gewünschten Schicht in wechselnder Folge mit je einer Drehbewegung um ο ^ _Zeitschrift »journal of Applied Phykleine äquidistante Winkelbeträge, deren Summe Jj™"™, _{34 Nn9f 196}3 und Vol.35, Nr. 10, 1964 ist 180° beträgt, um einen etwa im Zentrum der w * ^ ^^ _))Rep_resentation of a Function by its Schichtebene auf dem Zentrahlstrahl liegenden Intervals with some Radiological Applications« Drehpunkt, und schließlich aus einem Rechner, der " _AMCormack eine Methode angegeben woraus den gemessenen Strahlenintensitätswerten in vo ^ ^ ^ _{jn def deulschen} Patentschrift Verbindung mit der Abtastgeometrie das Schicht- " -^ _bescnriebene Verfahren, bei dem die Bildentbild auf Grund eines Rechenprogramms konstruiert, 25 ° _{mit optiscnen} Mitteln auf einem Röntgenfilm dadurch gekennzeichnet, daß eine der er- *e_{durch ejn mathe}matisches Bildentstehungsversten Meßanordnungen (7, 9) gleichartige, in Rieh- f"u"_en'ersetzt werden kann, bei dem als Strahlungstung der geradlinigen Bewegung parallel versetzt _{fänger an} Stelle eines Filmstreifens ein Strahlungsangeordnete zweite Meßanordnung (6, 8) vornan- ß_ger|_{t tre}ten soll. Dabei werden die den streifenförden ist, deren Röntgenstrahlenquelle (6) eine Stran- 3° e _{Strahlenbildern} entsprechenden gemessenen lung mit einem gegenüber demjenigen der ersten ^fLlenintensitätswerte und die sich daraus ergeben-Röntgenstrahlenquelle (7) geänderten Wert der a Schwächungswerte, die der Röntgenstrahl an den Strahlungsenergie erzeugt, und der Rechner U») ^treffenden Meßorten durch die im Objekt stattfinaus den Meßsignalen beider Meßanordnungen (6, 7, oeir _h, _{b tion} erlitten hat, in Abhängigkeit 8,9) für jeden Bildpunkt für die zwei verschiedenen 35 «na^ _{etrjschen Zuor}dnung erfaßt. Die daraus Werte der Strahlungsenergie die beiden Absorp- _ents,_ehende Gleichungsmatrix wird dann mit bekanntionskoeffizienten oder diesen proportionalen oro- c - ^ Mathematik ausgewertet, so daß ein Ben bestimmt, deren jeweiligen Quotienten bildet ^_atlv,_matisches Punktbild entsteht, welches mit eben- und daraus mittels einer eingespeicherten bicnta- ■"* " . _{t M}i_tteln in ein optisch sichtbares Bild belle die mittlere Ordnungszahl oder eine entspre- 4° ^tal'^s ^_{deU werden kann}. Die zu Anfang genannte Einchende Größe für jeden Bildpunkt ermittelt. richtung bedient sich dieser Bildauswertungsmethode

und wendet die Mittel der elektronischen Datenverar-