DE2503980A1

DE2503980A1 - Verfahren und geraet zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung

Info

Publication number: DE2503980A1
Application number: DE19752503980
Authority: DE
Inventors: Gedfrey Newbold Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1975-08-07
Also published as: NL174700B; FR2273439B1; JPS6147539B2; FR2273439A1; DE2559427A1; DE2559427B2; DE2559427C3; GB1493594A; NL174700C; JPS50109782A; DE2503980B2; JPS5436037B2; JPS5538185A; NL7501207A

Description

EIKENBERG öe BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

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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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-

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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 ^{+ 0}ISo⁵' ^(bo ⁺ ^W ¹^ ^(co ^{+ a}18o^}·

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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 31_V 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

- 2ο -

Patentansprüche

1. 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 Absorption

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der 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.

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