DE2503980A1 - Verfahren und geraet zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung - Google Patents
Verfahren und geraet zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlungInfo
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Description
EMI Limited Ioο/452
Verfahren und Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender
Strahlung
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines
Körpers durch Bestrahlung mit einer fächerförmig ausgebreiteten,
durchdringenden Strahlung, z.B. Röntgen- oder Jf-Strahlung, wobei die Strahlungsquelle und eine aus mehreren, auf die
Strahlung ansprechenden Detektoren "bestehende Detektoranordnungeine
A"btast"bewegung um eben Körper ausführen, so daß
ein ebener Abschnitt des Körpers aus zahlreichen Winkelpositionen durch die in der Ebene des Abschnittes verlaufenden
Strahlen bestrahlt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.
Das Verfahren und das Gerät gemäß der Erfindung kann bei der
Herstellung von Röntgenaufnahmen beliebiger Art Anwendung finden, z.B. bei Abbildung auf einer Kathodenstrahlröhre oder
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einer anderen Abbildungsvorrichtung, bei Abbildung auf einer Photographie oder bei Abbildung von Absorptionskoeffizienten,
die von einem Digitalrechner erzeugt werden.
Bei der in der DT-OS 1 941 433 beschriebenen Anordnung.wird
Strahlung von einer äußeren Quelle in Form eines Hadelstrahls durch einen Teil des Körpers geleitet. Der Strahl wird einer
Abtastbewegung unterworfen, so daß er der Reihe nach eine große Zahl unterschiedlicher Positionen einnimmt, und ein
Detektor stellt das Maß der Absorption des Strahls in jeder dieser Positionen fest, nachdem der Strahl den Körpers durchlaufen
hat. Damit der Strahl diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, werden die Strahlungsquelle und der Detektor
in einer Ebene hin- und herbewegt und ferner um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse gedreht. Die Positonen liegen somit
in einer durch den Körper verlaufenden Ebene, über der die Verteilung der Absorptionskoeffizienten für die verwendete
Strahlung durch Verarbeitung der vom Detektor abgeleiteten Strahlabsorptionsdaten gewonnen wird. Die Verarbeitung erfolgt
so, daß die schließlich angezeigte Verteilung der Absorption das Ergebnis sukzessiver Annäherungen ist.
Die bekannte Anordnung hat sich als sehr erfolgreich bei der Herstellung von Querschnittsdarstellungen von Teilen des lebenden
Körpers, beispielsweise des Kopfes, erwiesen. Die in der erwähnten Anmeldung beschriebene Anordnung zur Durchführung
des Abtastvorganges ist jedoch verhältnismäßig langsam, und bei der Abtastung bestimmter Körperteile ist eine erheblich
schnellere Abtastgeschwindigkeit erwünscht und erforderlich. In der DT-OS 2 427 418 ist ein Gerät beschrieben, mit
dem die Ableitung der Absorptionsdatensignale verhältnismäßig rasch durchführbar ist. Bei dieser Anordnung werden die Signale
dadurch gewonnen, daß ein von einer Quelle ausgehendes fächerförmiges Feld von Röntgenstrahlen durch den Körper
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•7. _
geschickt und auf der anderen Seite des Körpers eine Reihe
Ton Detektoren vorgesehen wird, um die entlang einer Reihe von Strahlenwegen innerhalb des Strahlenfeldes übertragene
Strahlung zu messen. Das fächerförmige Strahlenfeld erstreckt
sich über einen so großen Winkel, daß der gesamte interessierende Bereich in der Ebene des Körpers erfaßt wird, so daß
eine vollständige Abtastung allein durch eine UmIaufbewegung
der Quelle und der Detektoren um den Körper bewirkt werden . kann. ~
In der DT-OS 2 42o 5oo ist ein Gerät zur Verarbeitung der
Absorptionsdaten durch ein Konvolutionsverfahren beschrieben.
Dieses Verfahren erlaubt eine raschere Verarbeitung als das in der DT-OS 1 941 433 beschriebene iterative Verfahren.
In den erwähnten älteren Anmeldungen wurde stets davon ausgegangen,
daß die Strahlenwege über ihre Länge eine konstante Breite aufweisen. Dies ist jedoch in der Praxis nicht der
Pail. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der unterschiedlichen Strahlwegbreite herrührenden Nachteile zu
beseitigen.
Die gestellte Aufgabe bei dem eingangs angegebenen Verfahren wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß von den Detektoren
erzeugte Strahldatensignale von um 18o° gegeneinander
versetzten Strahlen kombiniert und daraus Datensignale abgeleitet werden, die auf eine Strahlung mit Strahlwegen
gleichmäßiger Breite bezogen sind, und daß diese Daten dann
verarbeitet und daraus eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem Abschnitt abgeleitet wird.
Ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens mit einer Quelle
zur Bestrahlung des Körpers mit einer fächerförmig ausgebildeten Strahlung, mit aus mehreren Detektoren bestehenden De-
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tektormitteln zur Feststellung der Strahlung nach. Durchlaufen
des Körpers, wobei jeder Detektor jeweils eine entlang eines schmalen aber divergierenden Strahlenwegs verlaufende Strahlung
empfängt, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Quelle und der Detektormittel um den Körper, um
einen ebenen Abschnitt des Körpers aus zahlreichen Winkelpos itonen durch in der Ebene des Abschnittes verlaufende
Strahlen zu · bestrahlen, so daß eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung
der Strahlung in dem Abschnitt in Abhängigkeit von durch die Detektoren abgeleiteten S-trahldatensignale :
erzeugt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Er- ■
zeugung von Absorptionsdatensignalen, die die Absorption der
Strahlung auf Wegen miτ gleichförmiger Breite darstellen,
Mittel vorgesehen sind, durch die die Ausgangssignale, die
zu 18o° gegeneinander versetzten Strahlwegen gehören, kombinierbar sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel
zur Auswahl von Signalen von den Detektoren vorgesehen, die auf entsprechende Positionen der Detektoren bei der Abtastbewegung
bezogen sind, um Signalfolgen zu erzeugen, die sich auf parallele Gruppen von Strahlen beziehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In der Zeichnung bedeuten:
Pig. 1 eine schematische Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Gerätes,
Pig. 2 eine Stirnansicht des Gerätes,
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Fig. 3 ein Blockschaltbild für die
Yerarbeitung der Absorptionsdaten t
Fig. 4a und 4"b Strahlendiagramme zur Erläuterung
der Erfindung,
Fig. 5 die Anordnung der Ahsorptions-
daten in einem Speicaer und
Fig. 6 eine spezielle Schaltung zur
Erzeugung einer geeigneten Form der Absorptionsdaten für
d as KonTolut i onsTe rfahren .
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-s-
In Pig. liegt ein Patient 1 auf einer Auflage 2, und sein Körper ist einer Untersuchung durch, die mit einer gestrichelten
Linie 5 angedeutete Röntgenstrahlung unterworfen. Diese Strahlung wird "von einer Quelle 4 erzeugt und bildet einen
Fächer, der sich in einer Ebene ausbreitet, die im rechten
Winkel zur Papierebene liegt. Die Auflage für den Patienten
ist so lang bemessen, daß jeder Abschnitt des Körpers des Patienten in die Ebene der Röntgenstrahlung gebracht werden
kann.
Im Bereich, der untersuchenden Strahlung ist der Körper des
Patienten mit einem Medium umgeben, das im vorliegenden 3?all aus Wasser besteht und für die Strahlung einen Absorptionskoeffizienten "besitzt, der etwa gleich dem Absorptionskoeffizienten
des Körpergewebes ist. Das Wasser 5 befindet sich in einer Umhüllung oder einem Beutel 6. Der Beutel 6
ist in einer ringförmigen Konstruktion 7 angeordnet, die aus Metall, beispielsweise aus Duraluminium besteht.
Der Ringkörper 7 besteht aus zwei !eilen entsprechend der
Beschreibung in. der DI-OS 2 427 418 und ist beim vorliegenden Ausfübirungsbeispiel an der Auflage 2 befestigt. Der
Ringkörper 7 kann gegebenenfalls beweglich in bezug auf die Auflage 2 gelagert werden, um die Einführung des Patienten
zu erleicbiteriijUnd ferner kann die; Auf lage 2 aus dem gleichen
Grunde beweglich in bezug auf andere Teile des Gerätes angeordnet
werden., und um eine genaue Positionierung in bezug auf die Röntgenstrahlen durchführen zu können.
Die Auflage 2 ruht am einen Ende auf einem Lager 8 und am andere Ende auf einem Arm eines Achskörpers 9. Die Achse des
Achskörpers 9 ist zugleich die Achse, um die die Umlauf bewegung der Röntgenstrahl entquelle 4 erfolgt.
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Der in das Gerät eingeführte Körper des Patienten wird von
einem zylindrischen Rahmen Io umgeben, dessen Längsachse
zugleich die Achse des Achskörpers "bildet- An seinem dem
Achskörper zugekehifcen Ende ist der Rahmen Io geschlossen und
mit einem Lager 11 versehen, das seinerseits auf der Achse des Achskörpers 9 gelagert ist. Am anderen Ende ist der
Rahmen Io offen, so daß dort der Patient eingeführt werden kann, und an diesem Ende ruht der Rahmen Io auf Rollen 12,
die ortsfest gelagert sind. Diese Rollen sind so angeordnet, 'daß der Rahmen Io frei um seine Achse rotieren kann, die
zugleich die Achse ist, um die die Röntgenstrahlenquelle 4 umläuft. Die Quelle 4 ist auf dem Rahmen Io mittels eines
Lagers 13 "befestigt, "unmittelbar gegenüber der Quelle 4
sind mittels eines Lagers 14 Detektormittel 15 "befestigt,
die Strahlungsabsorptionsdaten vom Körper des Patienten in der Ebene der von der Quelle 4 ausgehenden Strahlung liefern.
Die Achse des Achskörpers 9 ist in einem Lager 16 gelagert,
und neben dem Lager 16 befindet sich auf der Achse des Achskörpers
ein Spulenkörper 17. Der Spulenkörper 17 ist am Lager 16 befestigt, und auf ihn sind Leitungen 18 aufgewickelt,
über die Absorptionsdaten von den Detektormitteln 15 zur Datenverarbeitungseinheit geleitet werden, und ferner sind
Leitungen und Anschlüsse 19 für die Stromversorgung, für Steuersignale und für Kühlflüssigkeit für die Röntgenstrahlenquelle
4 vorgesehen. Bei der Umlaufbewegung der Quelle und
der Detektormittel wickeln sich die Leitungen entsprechend auf den Spulenkörper 17 auf oder von diesem ab. Sie werden
dem Spulenkörper über Führungen G18 und G19 zugeführt, die am Rahmen Io befestigt sind. Am Spulenkörper sind die Leitungen
und die anderen "Verbindungen befestigt und verlaufen dann zu ihren entsprechenden Anschlußeinheiten einschließlich
der erwähnten Datenverarbeitungseinheit und einer Stromversorgungseinheit
.
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Zur Erzeugung der Umlaufbewegung ist der Rand des Rahmens Io
an seinem offenen Ende mit einem Zahnkranz 2o versehen. Mit diesem Zahnkranz ist ein Zahnrad 21 in Eingriff, das auf
einer Achse sitzt, die in Lagern 22 gelagert ist. Das Zahnrad 21 wird durch einen reversiblen Motor 23 über ein Getriebe
24 angetrieben. Es sei hervorgehoben, daß der Zahnkranz
2o auch an jeder anderen Stelle des Rahmens Io angeordnet,
werden kann. Eine Zeitgebereinheit 4o für die Abtastbewegung erzeugt Signale, die den Verlauf der Drehung
der Quelle 4 anzeigen. Hierfür kann eine Stricheinteilung auf der Welle des Zahnrades 21 dienen, die mit einer Lichtquelle
und Photozelle zusammenwirkt, stattdessen kann aber auch eine Kurvensteuerung verwendet werden.
•"•o
Pig. 2 zeigt eine Stirnansicht des in Pig. I dargestellten
Gerätes, und die Bezugsziffern sind die gleichen wie in Fig. 1. In Pig. 2 ist mit 25 die Umlaufachse und mit 26 der
Umriss des Querschnittes des Körpers des Patienten in der Ebene der untersuchenden Strahlung dargestellt.
Die Strahlen 27 und 28 geben die Begrenzungen des von der Strahlungsquelle 4 ausgesendeten Pächers an. Es ist erkennbar,
daß die Detektormittel 15 sich über die gesamte Pächerbreite zwischen den Strahlen 27 und 28 erstrecken. Entsprechend
der DT-OS 2 439 847 können Mittel vorgesehen werden, um einen gewünschten Bereich im Körper des Patienten in
größeren Einzelheiten zu untersuchen, jedoch sind beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel hierfür keine Vorkehrungen getroffen. Weitere Einzelheiten der Ringkonstruktion 7 und
der zugeordneten Haltemittel sind außerdem in der DT-OS 2 427 418 beschrieben.
Pig. 3 zeigt schematisch die allgemeine Ausbildung der Datenverarbeitung
für das in Pig. I und 2 dargestellte Gerät.
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In dieser Abbildung stellt der Punkt X den Emissionspunkt
der Röntgenstrahlung von der Quelle 4 dar, der Punkt 25 "bezeichnet wiederum die Lage der Umlauf achse, der Kreis 7
die Lage des Ringkörpers und der Abschnitt 15 die Detektormittel, die die Absorptionsdaten für die Datenverarbeitung
erzeugen.
Die Detektormittel 15 bestehen aus mehreren Detektoren und diesen zugeordneten Kollimatoren zur Definition individueller
Strahlen, was in den erwähnten älteren Anmeldungen beschrieben
ist. Im Verlauf der orbitalen Bewegung des Gerätes werden die Absorptionsdaten als Ausgangsströme von den den Detektoren
zugeordneten Photovervielfachern gewonnen. Die Daten werden in Verstärkern 29 verstärkt. Die Verstärkung
der Verstärker ist individuell so eingestellt, daß unterschiedliche
Empfindlichkeiten der Scinüllationskristalle
der Detektoren kompensiert werden. Gegebenenfalls können die Verstärkungen der Verstärker gemeinsam geregelt werden,
um irgendwelche Änderungen zu kompensieren, die in der Emissionsintensität der Röntgenstrahlungsquelle 4 auftreten
können. Die verstärkten Ströme werden in Miller-Integratoren 3o integriert. Die Integratoren sind in Abhängigkeit von
der Zeitgebereinheit 4o so bemessen, daß sie für eine solche
Zeitdauer arbeiten, daß jeder einzelne, einem Detektor zugeordnete
Strahl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sich aufgrund der orbitalen Bewegungen über einen Winkel von etwa
2/15 erstreckt. Dementsprechend sind die Detektoren in einem solchen Abstand angeordnet, daß die Mittellinien dieser
Strahlen jeweils einen Abstand von etwa 2/15° besitzen und
alle auf die Punktquelle X zentriert sind. Die Ausgänge der Integratoren werden durch Umsetzer 31 von analoger Form in
digitale Form umgesetzt.
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- Io -
Es ist erwünscht, daß die Bildrekonstruktion die Verteilung der Absorptionskoeffizienten über dem untersuchten Q'uerschnittsbereich
darstellt, wobei der Absorptionskoeffizient die Absorption pro Längeneinheit eines untersuchenden
Strahls in der unmittelbaren Bähe eines gegebenen Punktes ist,
den der Strahl passiert, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten,
ist es erforderlich, daß alle von den Detektornitteln
15 abgeleiteten Ausgangssignale in ihre logarithmische
Form umgesetzt werden. Aus diesem Grunde werden die digitalen
Daten von den Analog/Digital-Umsetzern 31 einem logarithmischen Umsetzer 32 zugeführt. Der logarithmische Umsetzer
32 enthält die üblichen Logarithmentabellen. Die Daten werden in Abhängigkeit von einem Adressenwähler 33 in einen
Speicher 34 in der nachfolgend beschriebenen Weise eingegeben, und von dort werden die Daten einem Konvolution3-prozeß
und einer Interpolation in einer Einheit 35 unterworfen, bevor sie in einer Anzeige- und Steuereinheit 36
sichtbar gemacht werden. Arbeitsweise und Eigenschaft der Datenverarbeitungseinheit 35 sind in Einzelheiten in der
DT-OS 2 42o 5oo beschrieben. Die darin beschriebene Technik kann als Erzeugung eines korrigierten Schichtdiagramms bezeichnet
werden und erfordert, daß die Daten in Gruppen erzeugt werden, die sich jeweils auf eine Gruppe von weitgehend
parallelen Strahlen beziehen, wobei die Daten jeder Gruppe Stück für Stück erzeugt werden. Demzufolge sind der
Adressenwähler. 33 und der Speicher 34,die Teil eines Digitalrecherns
bilden können, so programmiert, daß die Daten solche "parallele" Gruppen bilden.
Bei dem beschriebenen Gerät arbeiten die Integratoren 3o über eine solche Zeit, daß unter Berücksichtigung der Umlaufbewegung
während der Integrationsgrade die wirksame
Ausdehnung des Strahlv/eges 2/15° beträgt und damit Ausgangs-
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signale nach, jeder Bewegung von 2/15° gewonnen werden.
Perner ist der Abstand der Strahlen in dem Päoher so gewählt,
daß die Mittellinien "benachbarter Strahlen einen Abstand von etwa 2/15° besitzen. Somit nimmt nach jedem Drehschritt
dieser Größe jeder Strahl eine Lage ein, die parallel zu der Lage ist, die einer seiner Uachbarn vor
diesem Drehschritt eingenommen hat. Es ist daher durch geeignete Auswahl der Daten vom Speicher 34 möglich, Signale
zu erzeugen, die Gruppen von parallelen Strahlen mit einem Abstand von 2/15° entsprechen.
Dies zeigt Pig. 4, in. der ein Fächer mit drei Strahlen,
deren Mittellinien einen Abstand von 15° besitzen, dargestellt ist. Die Strahlen sind der mittlere und die äußeren
Strahlen eines 3o°-Strahlenfächers, jedoch ist hier der Einfaohheit halber angenommen, daß es sich um die Strahlen
eines dreistrahligen Fächers handelt. In Pig. 4, in der die
Detektoren nicht dargestellt sind, sind die drei Strahlen a, b und c auf eine Lage der Punktquelle Xo bezogen, in der
der mittlere Strahl b einen Winkel von O0 mit einer willkürlichen,
in der Zeichnung vertikalen Null-Linie bildet, während die Mittellinien der beiden anderen Strahlen die dargestellte
Winkellage einnehmen. Wenn jetzt die Quelle entsprechend dem Abstand der Strahlmittellinien um 15° in die
Position X..,- gedreht wird, nimmt der Strahl a eine- zu der
vorherigen Position des Strahls b parallele Lage, ein, und
in gleicher Weise wird b parallel zu σ ..-Der Strahl c nimmt
eine neue Ueigung ein. Bei einer weiteren Bewegung um 15
liegt der Strahl a parallel zur ursprünglichen Position des Strahls c usw.,und somit werden Gruppen von parallelen Strahlenpositionen
aufgebaut.
Wenn man dies berücksichtigt, wird ersichtlich, daß bei Einspeicherung der Daten von den Umsetzern 32 an Orten des
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Speichers, die eine Winkellage des entsprechenden Strahls bezeichnen, die Strahlen als Gruppen von Daten für jeden
solchen Winkel herausgezogen werden können.
Dies ist für die angenommene Gruppe von drei Strahlen in Pig. 5 dargestellt. Diese Figur entspricht einer Matrix von
Orten im Speicher 34, wobei jeder Ort durch den auf die willkürliche Hull-Iinie bezogenen Winkel des Strahls gekennzeich
net ist, für den der Datenwert an diesem Ort abgeleitet wurde. Jeder Detektor gibt Daten an die Elemente der Spalten a
bzw. b oder c, die den Strahlen in Fig. 4 entsprechen. Da der mittlere Strahl b sich um 36o° dreht, drehen sich alle
Strahlen über eine Reihe von Winkeln einschließlich der dargestellten Winkel. Die 36o -Position, die die gleiche ist wie
die 0°-Position, ist nicht dargestellt. Ferner sind auch die -18o°-Position und die +18o°-Position gleich, und demzufolge
sind positive Winkel, die größer als ISo0 sind, als die entsprechenden
negativen Winkel dargestellt. Die abgeleiteten Daten werden in Reihen in den Speicher eingegeben, wobei jede
Reihe den Ausgangswerten aller Detektoren bei der jeweiligen
Winkelposition entspricht. Der Übersicht halber sind nicht alle Reihen angegeben. Wie man sieht, enthalten diagonale
Gruppen von Orten die Daten für Strahlen, die denselben Winkel bilden und daherparallel liegen. Die denselben
Winkel aufweisenden Strahlen liegen zwar parallel, jedoch sind sie nicht identisch. Die O°-Gruppe von Strahlen, die
durch die voll ausgezogene Diagonallinie gekennzeichnet ist,
bildet eine vollständige parallele Gruppe, obwohl die Daten · aus den ersten beiden Reihen und der letzten Reihe gewonnen
werden müssen.. Diese Gruppe ist daher nicht vollständig, bis alle Daten abgeleitet worden sind. Die Daten von den Orten
für solche prallelen Gruppen werden vom Speicher 34 ausgewählt und der Reihe nach der Einheit 35 für den in der
DT-OS 2 42o 5oo beschriebenen Konvolutionsprozeß zugeführt.
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Die Daten können der Einheit 35 zugeführt werden, nachdem alle Daten abgeleitet und gespeichert worden sind, oder
gegebenenfalls kann auch jede "parallele" Datengruppe zugeführt werden, sobald sie vollständig ist. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel in Fig. 5 ist die 15°-Gruppe
die erste, die vollständig ist.
Bei der in I?ig. 1 bis 3 dargestellten praktischen Ausführungsform des Gerätes hat der Speicher 34 natürlich erheblich
mehr Orte bzw. Speicherstellen als in Pig. 5 dargestellt sind. Es sind Reihen für jede der 2/-15°-Umlaufpositi~
onen und eine Spalte für jeden Detektor der Detektormittel 15 vorgesehen.
Hinsichtlich der in den Dl-Offenlegungsschriften 2 42o 5oo
und 2 439 847 beschriebenen Anordnung der Strahlen sei bemerkt, daß in diesen älteren Anmeldungen die Strahlen stills
schweigend als gleich breit angenommen werden. Bei dem in Pig. 1 und 2 dargestellten Gerät haben die von den Detektoren
definierten Strahlen jedoch nicht diese Eigenschaft, sondern sie sind an der der B.öntgenstrahlenquelle zugekehrten
Seite des untersuchten Bereichs schmaler als an der den
Detektoren zugekehrten Seite. Die ¥irkung dieser Unstimmigkeit
wird bei dem beschriebenen Gerät dadurch weitgehend beseitigt, daß die Umlaufbewegung nicht auf 18o° beschränkt
wird, was theoretisch ausreichend wäre, sondern daß der Umlauf bis zu 36o° fortgesetzt wird, so daß für jede Strahllage bei
der ersten Hälfte der Umdrehung eine zweite identische
Strahllage bei der zweiten Hälfte der Umdrehung vorhanden ist, wobei aber die Richtung der Strahlung und damit der erwähnten
Unstimmigkeit entgegengesetzt ist. Von den beiden Strahlabsorptionen
wird dann zur Erzeugung der Daten der Durchschnittswert der beiden Strahlen genommen, der dann einem
Strahlenweg von gleicher Breite entspricht und die kleine
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winke !mäßige Spreizung jedes Strahls be rücksicht igt.
Die Verwendung von zwei um 18o° gegeneinander versetzten Strahlen zur Bestrahlung eines Strahlweges hat den weiteren
Vorteil, daß die "Hautdosis" der Strahlung, die sioh aus der erforderlichen gesamten Röntgenstrahlenintensität für diesen
Weg ergibt, gleichmäßig zwischen den Oberflächen an den gegenüberliegenden Enden des ¥eges geteilt wird und nicht,
konzentriert an einem Ende wirkt.
Es sollten jedoch nur Daten von Strahlen kombiniert werden, die eine Beziehung von 18o zueinander : haben. Bei einem
Strahlenfächer entsprechend Pig. 4 und 5 können nur die Daten des mittleren Strahls b mit den Daten des inversen
Strahls kombiniert werden, so daß die Daten für die 18o°- Gruppe (gestrichelte Diagonallinie) mit den Daten für die
O°-Gruppe kombiniert werden.
Die Position für die anderen Strahlen der Gruppe ist in Fig. 4b dargestellt. Es sind drei Positionen der Punktquelle X gezeigt,
deren Indizes die Winkellage des mittleren Strahls b darstellen. Wie man sieht, hat bei X-,,- der Strahl c den-
ipo
selben Weg wie der Strahl a von Xo, und diese beiden Strahlen können daher zur Erzeugung eines Strahls gleichmäßiger Breite
kombiniert werden. Ebenso hat c bei Xo denselben Weg wie a
bei ^1C0· Berücksichtigt man dieses in bezug auf den Speicherort
in Pig. 5, so ist ersichtlich, daß die Daten der 18o°- Strahlengruppe mit den Daten der O°-Strahlengruppe kombiniert
werden können, vorausgesetzt daß die beiden Gruppen aus dem Speicher in umgekehrter Reihenfolge herausgezogen
werden. Die Kombinationen sind dann folgendermaßen:
(ao + 0ISo5' (bo + ^W 1^ (co + a18o}·
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Aus diesem Grunde sind der Adressenwähler 33 und der Speicher
34 in Pig. 3, die den digitalen Rechner "bilden, so ausgebildet,
daß sie die Daten von den Orten in der "beschriebenen Weise ableiten, sie kombinieren und dann der Einheit 35
zuführen. I1Ur die Kombination ist eine Addierschaltung 4-1 ■
zwischen dem Speicher 34 "und der Einheit 35 vorgesehen.Diese
Schaltung kann ebenfalls in den Digitalrechner einbezogen
v/erden. Der Adressenwähler 33 erzeugt die Daten für die beiden Gruppen, die paarweise kombiniert werden sollen. Die Addierschaltung
41 ist mit einer Speicherstelle für ein Strahldatensignal versehen, um die Daten des ersten Paares zu speichern
und addiert dann die Daten des zweiten Paares zu den Daten des ersten Paares, bevor die kombinierten Daten der Einheit 35 zugeführt werden. Es können aber auch andere Mittel
zur Kombination der Daten eingesetzt werden. Beispielweise kann eine individuelle Rekonstruktion von Absorptionskoeffizienten
für jedes Paar von entgegengesetzt parallelen Gruppen (z.B. von 8o° und O0) abgeleitet und die beiden
Bilder auf der Anzeigevorrichtung oder anderweitig kombiniert werden. Die Bezeichnung "Kombination'1 der Daten" soll daher
auch derartige Kombinationen einschließen.
Entsprechend der Beschreibung in der DT-OS 2 42o 5oo kann
die in Pig. 3 dargestellte Einheit 35 als programmierter
Digitalrechner ausgebildet sein. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung können die Punktionen der Einheiten
33, 34» 41 und 35 von einem einzigen Digitalrechner durchgeführt werden. In Pig. 3 sind diese Einheiten jedoch als getrennte Einheiten dargestellt, um ihre Punktionen deutlicher
voneinander unterscheiden zu können.
Anstelle der Verwendung eines digitalen-Mehrzweckrechners
zur Durchführung der Punktion des Sortierens der Daten in
"parallele" Gruppen, kann ein Spezialrechner verwendet werden.
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Ein Beispiel für einen solchen Rechner ist in Fig. 6 dargestellt.
Sieht man im Augenblick von der Vielzahl der in fünf Kategorien unterteilten leiter 39 ab, so kann der Leiter 39-^.,
der Ausgangssignale von einem Detektor k überträgt, als typisch für alle von den Detektoren ausgehenden Leiter betrachtet
v/erden.
Wie schon erwähnt wurde, ist die Dauer der Auftastung des
Ausganges jedes Detektors so, daß die von der orbitalen Bewegung herrührende wirksame Strahlbreite die gewünschte
Größe hat. In der Praxis bewirkt ein "Apertur-Effekt", daß die Strahlbreite etwas größer ist, so daß eine gewisse Überlappung
entsteht. Der Ausgang wird in einem Verstärker 29^,
dessen Verstärkung von der Einheit 37 gesteuert wird, verstärkt. Ein Analogspeicher-3Oj5. stellt den zuvor erwähnten
Miller-Integrator dar, der in seiner bekannten -"Olle als
Analogspeicher arbeitet und zum Auftasten und Halten dient,
um anschließend wieder zurückgestellt zu werden, damit er für die nächste Auftastung wieder zur Verfügung steht. Der
Analog/DigitalrrUmsetzer 31V arbeitet ebenfalls wie in Pig.
In Abhängigkeit vom Adressenwähler 33 werden die Daten auf den Speicher 34 verteilt, der in diesem Falle in Abschnitte
1, 2, 3...η unterteilt ist. Alle Daten von den Leitern 39 werden auf diese Abschnitte des Speichers 34 verteilt. Bei
diesem Ausführungsbeispiel hält jedoch'jeder Abschnitt des
Speichers 34 die Daten einer "parallelen" Gruppe, die einer Diagonale in ^ig. 5 entspricht. Somit unterscheidet sich diese
Schaltung von der Schaltung in Fig. 3, die die Daten nach Wunsch annimmt und die Sortierung in parallele Gruppen als
eine von der Abtastung losgelöste zeitliche Steuerung durchführt. Die Schaltung gemäß Fig. 6 erfordert, daß die Daten
auf die Abschnitte des Speichers 34 verteilt und damit bei
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ihrer Ableitung "parallele" Gruppen gebildet werden, und
dahermuß die zeitliche Steuerung mit der Abtastung koordiniert werden. Aus dieses Grunde wird der Adressenwähler 35
durch, eine Zeitsteuereinheit 38 gesteuert, die Eingangssignale
Ton der Zeitgebereinheit 4o für die Abtastung empfängt. Die
Zeitsteuereinheit 38 dient ferner zur Steuerung der Integratoren 3o.
ITm Daten für Strahlen mit der 18o°-BeZiehung der Abtastung
zu kombinieren}sei bemerkt, da3>
obwohl die Daten für die ersten 18o° der Abtastung den Abschnitten des Speichers 34
in einer Reihenfolge zugeführt werden, die Daten für die zweiten 18o (d.h. τοη den parallelen Gruppen und nicht von
der Abtastposition) in der umgekehrten Reihenfolge zugeführt werden, um die anhand von Fig. 4b beschriebene Kombination
zu bewirken. Aus diesem Grunde ist der Adressenwähler 33 entsprechend
programmiert. Nachdem alle Abschnitte des Speichers
34 die Daten für ihre parallele Gruppe empfangen haben, werden diese Daten der Reihe nach der Konvolutionseinheit
zur Verarbeitung zugeführt.
Der logarithmische Umsetzer 32 kann bei diesem Ausführungsbeispiel wie in Fig. 3 zwischen dem Umsetzer 31 und dem
Adressenwähler 33 angeordnet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet er jedoch mit dem Speicher 34
zusammen, um Daten von den entsprechenden Speicherorten herauszuziehen, diese in logarithmische Form umzusetzen und
sie an den gleichen Speicherorten wieder einzuspeichern. Auf diese ¥eise ist es möglich, einen logarithmischen Umsetzer vorzusehen, der jeweils auf ein Signal zu einer Zeit
anspricht und nicht auf mehrere gleichzeitig wie in Fig. 3-.-Daher wird der logarithmische Umsetzer 32 von der Zeitsteuer-reinheit
38 gesteuert.
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Wenn man die Ausgänge der Detektormittel 15 in Fig. 6 "betrachtet,
sieht man, daß sie in fünf Kategorien gruppiert sind. Durch, dieses fakultative Merkmal kann die Zahl der
Integratoren auf eifi Fünftel reduziert werden, obwohl jeder
Kanal nach wie vor seinen eigenen Verstärker "besitzen sollte.
Bei dieser Anordnung sind die Detektoren unterteilt, so daß der erste, sechste, elfte usw. der Kategorie 1 zugeordnet
sind, während der zweite, siebte usw. der Kategorie 2,der dritte usw. der Kategorie 3, der vierte usw. der Kategorie
und der fünfte usw. der Kategorie 5 zugeordnet ist. Somit sind die Detektoren der fünf Kategorien ineinander verschachtelt.
Die Daten werden von diesen Detektoren in Verbindung mit der orbitalen Bewegung von 2/15° wie folgt abgeleitet.
Während der ersten 2/15 werden alle Detektoren der Kategorie 1 auf ge tastet. Während der nächsten 2/15° werden
alle Detektoren der Kategorie 2 für Strahlenwege auf ge tastet,
die parallel zu den Strahlen verlaufen, die bei den Detektoren der Kategorie 1 verwendet wurden. Bei den folgenden
2/15° werden die Detektoren der Kategorie 3 aufgetastet usw. Bei der sechsten 2/15°-Bewegung werden die Detektoren der
Kategorie 1 erneut für Strahlenwege aufgetastet, die von denen zuvor für alle fünf Kategorien verwendeten Strahlenwegen
um 2/3° versetzt sind. Somit werden Daten für parallele Gruppen mit einem Abstand von 2/3° abgeleitet, jedoch mit
der fünffachen Zahl an Strahlenwegen für die vorhandene Zahl von Integratoren. Zu diesem Zweck erhält jeder Integrator
einen entsprechenden Strahl von jeder Kategorie (z.B. alle Strahlen der fünften Position). Alle Verstärker werden durch
die Zeitgebereinheit 38 auf und zu getastet, damit der Integrator nur die benötigten Daten erhält. Die Tastung kann
gegebenenfalls auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise'
können die Photovervielfacher der Detektoren auf diese Weise getastet werden, oder es können unabhängige Tore oder Schalter
vorgesehen werden.
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Die Merkmale der Erfindung können in Verbindung mit "beliebigen Signalverarbeitungsanordnungen verwirklicht werden,
"beispielsweise mit der in der DT-OS 1 941 433 "beschriebenen
Anordnung. !Ferner können bei der Erfindung von der beschriebenen
.Anordnung abweichende Abtastanordnungen verwendet werden. Beispielsweise braucht nicht die beschriebene, einfache Bewegung ausgeführt zu werden, sondern es kann gegebenenfalls
für andere Zwecke auch eine kompliziertere Bewegung vorgesehen werden. Hinsichtlich der beschriebenen Abtastanordnung
können die Strahlbreiten und Strahlabstände anders sein, vorausgesetzt, daß die richtige Beziehung zueinander
aufrechterhalten bleibt. Auch kann jeder -Strahl gegebenen-,
falls von mehr als einem Detektor untersucht werden.
- Patentansprüche -
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Claims (1)
- - 2ο -Patentansprüche1. Verfahren zur Untersuchung eines Körpers durch Bestrahlung mit einer fächerförmig ausgebreiteten, durchdringenden Strahlung, z.B. Röntgen- oder ^-Strahlung, wobei die Strahlungsquelle und eine aus mehreren, auf die Strahlung ansprechenden Detektoren bestehende Detektoranordnung eine Abtastbewegung um den Körper ausführen, so daß ein ebener Abschnitt des Körpers aus zahlreichen Winkelpositionen durch die in der Ebene des Abschnittes verlaufenden Strahlen bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von den Detektoren erzeugte Strahldatensignale von um 18o° gegeneinander versetzten Strahlen kombiniert und daraus Datensignale abgeleitet werden, die auf eine Strahlung mit Strahlwegen gleichmäßiger Breite bezogen sind, und daß diese Daten dann verarbeitet und daraus eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem Abschnitt abgeleitet wird.Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Quelle zur Besträilung des Körpers mit einer fächerförmig ausgebildeten Strahlung, mit aus mehreren Detektoren bestehenden Detektormitteln zur Feststellung der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers, wobei jeder Detektor jeweils eine entlang eines schmalen aber divergierenden Strahlvegesverlaufende Strahlung empfängt, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Quelle und der Detektormittel um den Körper, um einen ebenen Abschnitt des Körpers aus zahlreichen Winkelpositionen durch in der Ebene des Abschnitts verlaufende Strahlen zu bestrahlen, so daß eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem Abschnitt in Abhängigkeit ..von durch die Detektoren abgeleiteten Strahldatensignalen erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Absorptionsdatensignalen, die die Absorption5098 32/0750der Strahlung auf Wegen mit gleichförmiger Breite darstellen, Mittel vorgesehen sind, durch die die Ausgangssignale, die zu 18o° gegeneinander versetzten Strahlenwegen gehören, kom-Mnierbar sind.3-s- Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines ebenen Abschnittes eines Körpers mit einer fächerförmig ausgebildeten, in der Ebene des Abschnittes wirkenden Strahlung, mit aus mehreren Detektoren bestehenden Detektormitteln zur Bestimmung der Absorption, die die Strahlung beim Durchlaufen des Körpers auf zahlreichen, innerhalb des Pächers winkelmäßig verteilten Strahlwegen erfährt, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Abtastbewegung der Quelle und der Detektormittel um den Körper';zwecks Bestrahlung des Abschnittes aus mehreren Richtungen, so daß aus den von den Detektoren gelieferten, die Absorption der Strahlen beinhaltenden Signalen eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in dem ebenen Abschnitt erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Auswahl von Signalen von den Detektoren vorgesehen sind, die auf entsprechende Positonen der Detektoren bei der Abtastbewegung bezogen sind, um Signalfolgen zu erzeugen, die sich auf parallele Gruppen von Strahlen beziehen.4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel so ausgebildet sind, daß die Quelle und die Detektormittel um eine gemeinsame Achse umlaufen, die senkrecht zu dem ebenen Abschnitt verläuft, und daß die Strahlda^: tensignale von Detektoren, die Strahlenwegen mit einem vorgegebenen Winkelabstand innerhalb des Pächers entsprechen, nacheinander und in solchen Ze itIntervallen abgeleitet werden, daß die orbitale Bewegung während jedes Ze itIntervalls gleich dem Winkelabstand ist.509832/0750
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