DE2551322C3

DE2551322C3 - Computer-Tomograph

Info

Publication number: DE2551322C3
Application number: DE2551322A
Authority: DE
Inventors: Christopher Archibald Gordon Osterley Middlesex Lemay
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1983-02-17
Also published as: NL183923C; DE2551322A1; NL183923B; NL7513208A; FR2291679B1; US4010370A; GB1529799A; JPS5171689A; HK50780A; DE2551322B2; FR2291679A1; JPS556378B2; MY8100170A

Description

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomograph, mit einer Aufnahmevorrichtung zur Positionierung des Körpers, mit einer Quelle, die ein von einem Ausgangspunkt fächerförmig divergierendes, etwa ebenes Strahlungsfeld aussendet und so angeordnet ist, daß die Strahlung durch einen eine Querschnittsseheibe enthaltenden Bereich des Körpers verläuft, mit Antriebs· und Führungsmitteln zur Erzeugung einer winkelförmigen Abtastbewegung oder einer winkelförmigen und lateralen Abtastbewegung der Quelle um bzw. in bezug auf den Bereich, so daß die Querschnittsscheibe »us zahlreichen unterschiedlichen Richtungen bestrahlbar ist, mit einer mehrere Detektoren enthaltenden Detektoranordnung zur Messung der durch die Querschnittsscheibe entlang einer Anzahl von divergierenden Strahlenbündeln innerhalb des fächerförmigen Strahlungsfeldes verlaufenden Strahlung, wobei Verschiebemittel vorgesehen sind, mit denen eine periodische Verlagerung des Ausgangspunktes der Röntgenstrahlung in bezug auf die Detektoren abwechselnd in und entgegen der Bewegungsrichtung der Quelle erfolgt,

Ein Gertt zur Herstellung einer Darstellung der Änderung der Absorption in dem ebenen Körperabschnitt ist aus der DE-OS19 41433 bekannt, Bei einer rö dieser Druckschrift angegebenen Ausführungsform wird eine Strahlungsquelle einer Abtastbewegung unterworfen, um mehrere Gruppen paralleler, bleistiftförmiger Strahlen mit jeweils unterschiedlicher Neigung in der Ebene des Abschnittes zu erzeugen. Diese Strahlen werden von einem Detektor gemessen, dessen Ausgang ein Maß für die Absorption ist, die jeder der Strahlen beim Durchlaufen des Körpers erfahren hat Diese gemessenen Absorptionswerte werden dann einer Datenverarbeitung unterworfen, um eine Verteilung von linearen Absorptionskoeffizienten für den ebenen Abschnitt zu erzeugen. Um jeweüs die Strahlengruppen zu gewinnen, werden die Quelle und der Detektor in der Ebene des Abschnittes hin- und herbewegt und stufenweise um eine zu dieser Ebene senkrechte gemeinsame Achse gedreht

Es ist auch ein anderes Datenverarbeiturigsverfahren, das auf dem Prinzip der Konvolution arbeitet, bekannt (DE-OS 24 20 500).
Bei einem anderen vorgeschlagenen Gerät (DE-OS 2442 009) erzeugt die Quelle einen ebenen Strahlenfächer, der eine große Spreizung in der untersuchten Ebene aufweist Kollimatoren dienen zur Unterteilung des Strahlenfäcbers in zahlreiche bleistiftförmige Strahlen, und eine Gruppe von Detektoren dient zur Messung der Intensität jedes dieser Strahlen nach Durchlauf durch den Körper. Die aus der Quelle und den Detektoren bestehende Einheit führt wiederum eine Abtastbewegung aus. Als Ergebnis der lateralen Abtastbewegung erzeugt die Gruppe von Detektoren eine Information über die Absorption mehrerer Gruppen von parallelen Strahlen, wobei die Gruppen einen Winkelabstand voneinander aufweisen, der durch den Winkelabstand der Strahlen gegeben ist Somit kann die Stufe bei der Umlaufbewegung zwischen jeder lateralen Bewegung über einen verhältnismäßig größeren Winkel erfolgen. Diese Ausführungsform des Gerätes ist daher in der Lage, mit einer schnelleren Abtastbewegung als die vorherigen bekannten Anordnungen zu arbeiten. Zur Untersuchung bestimmter Teile des Körpers ist jedoch eine weitere Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit erwünscht

Es ist ferner ein Gerät für die Darstellung der Absorptionsverteilung eines Körperquerschnittes vorgeschlagen worden (DE-OS 24 27 418), bei dem der

so Spreizwinkel des Strahtenfächers so groß bemessen ist, daß er den gesamten interessierenden Bereich in der Ebene des Körpers erfaßt, so daß eine vollständig; Abtastung allein durch eine Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um die gemeinsame Achse

bewirkt werden kann. Bei der Anordnung gemäß der DE-OS 24 27418 wird eine kontinuierliche Umlaufbewegung anstelle einer stufenförmigen Umlaufbewegung zwischen den Bestimmungen der Absorption vorge· nommen. Eine derartige kontinuierliche Bewegung fahrt jedoch zu Daten von verzerrten Strahlenwegen, was aus der Bewegung während der Strahlenbeaufschlagung der Detektoren resultiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine kontinuierliche Umlaufbewegung stattfinden kann, ohne daß verfälschte Daten gewonnen werden.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verschiebemittel den Ursprung

der Röntgenstrahlung in den beiden Richtungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verlagern, und daß eine Steuerschaltung vorhanden ist, die den Arbeitsablauf der Abtastvorrichtung und der Verschiebenu'ttel so steuert, daß in Zeitperioden, in denen die Verschieberaittel den Ursprung mit der geringeren Geschwindigkeit verlagern, diese Verlagerung entgegen der Bewegungsrichtung der Quelle und mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die größer ist als die der Quelle, so daß jeder Strahl unter seitlicher Verschiebung parallel zu seiner Position beim Beginn der Zeitperiode verbleibt und seine Ausrichtung auf den zugehörigen Detektor beibehält

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird somit erreicht, daß trotz einer kontinuierlichen Umlaufbewe- is gung Daten erzeugt werden, die such auf Strahlenwege beziehen, deren Geometrie genauso exakt ist als würde die Umlaufbewegung in aufeinanderfolgenden Schritten ausgeführt

Es ist zweckmäßig, die Quelle in einem geringeren Abstand von der Achse für deren winkelmäßige Bewegung, vorzugsweise im halben Abstand wie die Detektoranordnung anzuordnen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand voa in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung bedeutet

Fig.l eine Ausführungsform eines die Erfindung enthaltenden Röntgengerätes,

F i g. 2 eine für das erfindungsgemäße Gerät geeignete Röntgenstrahlenquelle,

Fig.3 eine Veranschaulichung der Abtastbewegungen bei einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 eine Veranschaulichung der Abtastbewegungen bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Gliederung der bei dem Beispiel gemäß F i g. 4 abgeleiteten Daten,

Fig.6 eine andere Ausführungsform eines die Erfindung verkörpernden Röntgengerätes und

Fig.7 eine vereinfachte Form einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäben Röntgengerätes mit einer Patientenlagerstatt 2, auf der sich ein zu untersuchender Körper 1 befindet Der zu untersuchende Körper 1 und die Patientenlagerstatt 2 sind in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt Zwischen dem zu untersuchenden Körper 1 und der Patientenlagerstatt 2 befindet sich ein Material 3, das für die Strahlung eine gleiche Absorption besitzt wie Körpergewebe, um Luft aus dem Zwischenraum zu verdrängen. Dieses Material erstreckt sich teilweise um den Körper, um für die Strahlung einen etwa kreisförmigen Querschnitt zu bilden. Der Körper ist fest in der gewünschten Lage durch einen Gurt 4 gehalten. Erforderlichenfalls kann auch ein steifer Haltering verwendet werden, der auch zweiteilig ausgeführt sein kann.

Die Patientenlagerstatt 2 und der zu untersuchende Körper 1 werden in eine Ausnehmung 5 eines drehbaren Körpers 6 eingeführt, so daß ein gewünschter Teil des zu untersuchenden Körpers in der Ausnehmung zentriert wird. Der drehbare Körper 6 ist UtIi eine Achse 7 drehbar, die in Längsrichtung des zu untersuchenden Körpers 1 und senkrecht zur Papierebene verläuft sowie in der Mitte der Ausnehmung 5 liegt. Der drehbare Körper 6 ist auf drei Zahnrädern 8a, b, c gelagert die mit nicht dargestellten Zähnen zusammenwirken, die am Umfang des drehbaren Körpers 6 vorgesehen sind.

Die Zahnräder 8a, b, c sind drehbar in einem

Hauptrahmen 8</ so gelagert, daß die erforderliche Drehbewegung erfolgen kann, Das Zahnrad 83 wird von einem Synchronmptor 9 angetrieben, der ebenfalls auf dem Hauptrahmen angebracht ist, und dessen Wirkungsweise weiter unten noch nä.her erläutert wird.

Auf dem drehbaren Körper 6 ist ferner eine Röntgenstrahlenquelle 10 und eine Bank von Detektoren 11 und zugeordneten Kollimatoren 12 angebracht Die Detektoren, deren Zahl in einem typischen Ausführungsbeispiel 200 beträgt, bestehen beispielsweise aus SzintUlationskristallen mit zugeordneten Foto-. vervielfachern oder Fotodioden.

Die Quelle 10, die einen Röntgenstrahlenfächer 14 erzeugt, enthält eine nachfolgend noch näher erläuterte längliche Anode 13, dessen Brennfleck durch elektronische Mittel zwischen den Positionen 14a und 146 ablenkbar ist Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Ablenkweite der Punktquelle der Röntgenstrahlen etwa 10 cm, jedoch kann die Ablenkweite auch kleiner sein. Die Längsachsen der Kollimatoren schneiden einander im Mittelpunkt der Anode 13, wobei die Achsen einen Winkelab' :iaid von etwa V3⁰ voneinander aufweisen.

Bei dem dargestellten AusführungsbeispieL ist die Röntgenstrahlenquelle 10 etwa 40 cm von der Drehachse 7 entfernt angeordnet während der auf der ■gegenüberliegenden Seite des Körpers angeordnete Detektor von der Drehachse 7 einen Abstand von etwa 80 cm aufweist und zwar so, daß der von der Punktquelle ausgehende Strahlungsfächer 14 im gesamten Abtastbereich auf die Detektoren trifft Die Detektoren und die Quelle liegen vorzugsweise auf einem Kreisbogen, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht konzentrisch zur Drehachse 7 liegt Die Kollimatoren sind so bemessen, daß sie die Strahlen des Fächers 14 durchlassen, die Messung von Streustrahlung jedoch weitmöglichst unterbinden. Es hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, den Abstand zwischen der Quelle 10 und der Drehachse 7 halb so groß wie den Abstand zwischen dem Detektor £1 und der Drehachse 7 zu machen, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Jedoch können die Quelle und die Detektoren auch im gleichen Abstand zur Achse oder in anderen Beziehungen angeordnet werdea

Sieht man im Augenblick von der oben erwähnten Drehbewegung ab, ist die Anordnung so getroffen, daß die Punktquelle der Röntgenstrahlen stetig entlang der Anode 13 abgelenkt wird, wobei der Röntgenstrahlenfächer sich von der Pos. 14a zur Pos. XAb bewegt Anschließend erfolgt eine rasche Rückkehr zum Ausgangspunkt, bevor die Ablenkung wiederholt wird. Während einer solchen Ablenkbewegung mißt jeder Detektor der Bank 11 die auf ihn auftreffende Strahlungsintensität Die Ausgänge der Detektoren werden in einem Verstärker 15 verstärkt und dann Integratoren 16 zugeführt Hierin werden die Ausgange über Zeiträume integriert, die durch eine Seihe von Impulsen der Impulsformschaltungen 17 bestimmt sind. Im vorliegenden Beispiel ist der Zeitverlauf der Impulse so, daß elf Integrationsperioden während einer lateralen Abtastung des Röutgenstrahlenfächers 14 Von der Pos. 14a zu Pos. Hb vorliegen. Somit mißt jeder Detektor die Strahlung von elf schmalen Strahlen, die von elf Stellen mit gleichmäßigem Abstand von der Anode 13 ausgehen. Nachfolgend wird mit dem Wort »Strahl« ein auf einer Detektor auftreffender und der Abtastbswcgung unterworfener Strahl bezeichnet.

Umgekehrt wird der in bezug auf den Körper feste

Weg eines Strahls als Strahlenweg bezeichnet Die Strahlenwege haben aufgrund der Bewegung eine vergrößerte effektive Breite, die durch die Integrationsintervalle bestimmt ist, und deren Form durch die Geometrie der Abtastbewegungen in diesen Intervallen bestimmt ist Aus Gründen der Anschaulichkeit sind die Strahlen in den Figuren durch ihre Mittellinien dargestellt. Die die Grenzen des Fächers 14 darstellenden Linien sind dabei die Mittellinien der äußeren Strahlen des Strahlenfächers. Signale, die die Intensität der auf diesen Wegen gemessenen Strahlung darstellen, werden in Umsetzern 18 in digitale Form und in Umsetzern 19 in logarithmische Form umgesetzt und einem Ausgang 20 für die weitere Verarbeitung zugeführt. Es sei bemerkt, daß ein Verstärker 15, ein Integrator 16, ein Analog/Digital-Umsetzer 18 und ein logarithmischer Umsetzer 19 für jeden Detektor vorgesehen sind, wobei alle diese Elemente synchron gesteuert sind. Die Datenverarbeitung bewirkt, daß die Signale in CJruppen sortiert werden, die die Absorption entlang von Gruppen paralleler Strahlen darstellen, was nachfolgend noch erläutert wird, die dann in einer der bekannten Weisen verarbeitet werden, um die gewünschte Darstellung zu erzeugen. Die Schaltungen 15 bis 19 besitzen einen bekannten Aufbau.

Um die durch die Erfindung angestrebte Wirkung zu erzielen, sorgt der Motor 9 für eine kontinuierliche Bewegung des drehbaren Körpers 6 und der darauf befestigten Teile in Richtung des in F i g. 1 dargestellten Pfeiles um die Achse 7 und damit um den zu untersuchenden Körper 1 des auf der Patientenlagerstatt 2 befindlichen Patienten. Die Drehbewegung und die laterale Ablenkbewegung des Röntgenstrahlenfächers 14 müssen in einer genauen Beziehung zueinander stehen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Der Synchronmotor 9 wird durch eine periodische Sinusspannung von einer Stromversorgungsquelle 21 versorgt und gelangt nach einer vorgegebenen Zeitspanne in Synchronismus mit der sinusförmigen Spannung. Unter Last eilt zwar die Bewegung des Motors 9 der Phase der Sinusspannung nach, jedoch ist dies ohne Bedeutung, sofern sich die Last nicht ändert und daher die Nacheilung konstant ist. Die sinusförmige Spannung von der Stromversorgungseinheit 21 wird einem Kippgenerator 28 (F i g. 2) zugeführt, der eine periodische Sägezahnspannung erzeugt, um die Ablenkung der Quelle 10 zu bewirken und um die Impulsformschaltung 17 zu betätigen, die die Sägezahnimpulse in gleichphasige Rechteckimpulse umwandelt und daraus eine Reihe von Impulsen erzeugt, die in genauer Phasenbeziehung mit der Sinusspannung sind, um die Integratoren 16 in der zuvor beschriebenen Weise zu beaufschlagen. Die Impulsformschaltung 17 ist von bekannter Bauart Der Rücklauf der Sägezahnwellenfonn erfolgt während ausgewählter Rückstellperioden der Integratorea

Die Röntgenstrahlenquelle 10 ist in größeren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt, und zwar enthält die Quelle im vorliegenden Ausfühningsbeispiel eine Elektronenkanone 22, die von einer üblichen, nicht dargestellten Stromversorgungsquelle gespeist wird, und die e,inen Elektronenstrahl 23 erzeugt, der auf den Schirm bzw. die Anode 13 auftrifft, um den Röntgenstrahlenfächer 14 zu erzeugen. In Fig.2 verläuft die Verlängerung der Anode 13 senkrecht zur Papierebene, wobei der Röntgenstrahlenfächer 14 ebenfalls senkrecht tut Papierebene orientiert ist Ein Kollimator 24 dient dazu, die Röntgenstrahlen auf die Ebene des Fächers zu beschränken. Die Fächerebene ist durch die gestrichelte Linie 25 angedeutet, und diese Ebene ist zugleich die Querschnittsebene des zu untersuchenden Körpers 1. Die Elektronenkanone und die Anode sind in einer evakuierten Hülle 26 angeordnet, um deren Hals Ablenkspulen 27 angeordnet sind. Im Betrieb wird nach einer vorgegebenen Zeit nach Einschaltung der Stromversorgungsquelle 21 durch den Schalter 21s in F i g. 1 (damit der Motor 9 seine Sollgeschwindigkeit erreichen kann) der Kippgenerator 28 durch ein verzögertes Signal von der Stromversorgungsquelle 21 eingeschaltet Dieses Signal schaltet außerdem die Elektronenkanone 22 ein. Die Sägezahnspannung vom Generator 28 lenkt den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 23 auf der Anode 13 vom einen Ende in einer Richtung senkrecht zur Papierebene ab, so daß der Ausgangspunkt der Röntgenstrahlenqueile die in F i g. 1 dargestellte Bewegung ausführt. In der Zeichnung ist zwar ein dünner Elektronenstrahl dargestellt, jedoch kann der Strahl auch in Verbindung mit einer ___:_„».„„ pQ>-rn jjer Ariode 13 streifenförmig ausgebildet sein. Ferner wird die Anode 13 wie üblich in nicht dargestellter Weise mit öl gekühlt. In F i g. 2 sind zwar Ablenkspulen dargestellt, jedoch können statt dessen auch Ablenkplatten verwendet werden.
Wie bereits erwähnt wurde, erzeugt der Kippgenerator 28 in bekannter Weise eine Sägezahnspannung, die gleichphasig mit der von der Stromversorgungsquelle 21 für den Synchronmotor erzeugten Sinusspannung ist. und ,V^rdurch wird die gewünschte Beziehung zwischen der lateralen Ablenkung und der Drehbewegung gewährleistet. Die genaue Beziehung wird durch die Übersetzung des Motors 9 bestimmt, der den drehbaren Körper 6 in jedem Zyklus der sinusförmigen Spannung um einen vorgegebenen Winkel dreht. Da die sinusförmige Spannung ebenfalls den Impulsformschaltungen 17 zugeführt wird, werden die Integrationszeiten in der gewünschten Beziehung zu der Abtastung des Röntgenstrahlenfächers 14 gehalten, um die erforderlichen Strahlenwege zu erzeugen.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Datenverarbeitung für das beschriebene Röntgengerät auf bekannte Weise vorzugsweise Daten verarbeitet die die Absorption entlang mehrerer Gruppen paralleler Strahlenwege in der Ebene der Untersuchung darstellen. Die Art, in der durch die vorliegende Erfindung solche Daten trotz der kontinuierlichen orbitalen Bewegung erzeugt werden, wird nachfolgend anhand der F i g. 3 und 4 erläutert

F i g. 3 zeigt eine vereinfachte Form einer Abtastanordnung, bei der die Detektoren 11 und die Anode 13 der Quelle im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 auf demselben Kreis liegen und daher den gleichen Abstand von der Drehachse 7 aufw^.sen. Bei dieser vereinfachten Anordnung sind 34 Detektoren vorgesehen, und es wird davon ausgegangen, daß die auf die Detektoren auftreffenden Strahlen durch ihre Mittellinien dargestellt sind. Die Quelle und die Detektoren nehmen in der Darstellung eine Startposition ein, in der die Punktquelle der Röntgenstrahlen sich am äußeren rechten Ende der Anode 13 befinden und einen Fächer 14a entsprechend Fig. 1 erzeugt Wenn man jetzt die Wirkung der Orbitalbewegung und der lateralen Ablenkung der Röntgenstrahlenpunktquelle auf der Anode 13 betrachtet, so läßt sich diese durch die gestrichelte Linie darstellen. In der Zeit, in der der Punkt auf der Anode 13 von rechts nach links verläuft bewirkt die Drehung des drehbaren Körpers 6, daß die Anode 13 die gestrichelte Stellung 13' einnimmt, so daß der Fächer 146 in bezug auf einen festen Rahmen oder auf

den Körper 1 von einem Punkt ausgeht, der ursprünglich in der Mitte der Anode 13 lag. Die gleiche orbitale Bewegung wird natürlich auch den Detektoren 11 mitgeteilt, sr daß diese die gestrichelte Lage einnehmen, in der jeder Detektor noch den gleichen Strahl des Fächers 14 empfängt Es ist zu beachten, daß die beiden äußeren Strahlen des Fächers 14 sowie die dazwischen liegenden und nicht dargestellten Strahlen sich lateral bewegt haben, sich jedoch parallel zu ihrer ursprünglichen Lage befinden. Somit erzeugen sie zwei Strahlenwege der erforderlichen parallelen Gruppe von Strahlenwegen. Im Hinblick auf die in der Zeit einer lateralen Ablenkung der Röntgenstrahlenpunktquelle gewählte Anzahl von Integrationsintervallen wird eine weitere Zahl von parallelen Strahlenwegen zwischen den dargestellten Strahlenwegen erzeugt.

Wie zuvor beschrieben wurde, wird die Strahlenquelle einem schnellen Rücklauf zur äußeren rechten Seite 13' der Anode unterworfen, um den strichpunktiert dargestellten Röntgenstrahlenfächer zu erzeugen. Die Röntgenstrahlenpunktquelle ist dann in der Lage, die sie im Verlauf der Drehung ohne laterale Abtastung erreicht haben würde und ist demzufolge geneigt Es ist jedoch ersichtlich, daß dann, wenn der äußere linke Strahl eine neue Neigung einnimmt, ein anderer Strahl — im vorliegenden Beispiel der 5. Strahl 29 von links — eine Position einnimmt, die parallel zu der Position verläuft, die zuvor von dem äußeren Strahl eingenommen wurde. Eine ähnliche Änderung erfahren alle anderen Strahlen des Fächers. Im Verlauf der folgenden later"len Ablenkung der Röntgerstrahlenpunktquelle und der orbitalen Bewegung bewegt sich der Fächer 14 in die Position, von der der Fächer 14a ausging, jedoch mit der neuen Neigung infolge der dazwischen liegenden Bewegung der Detektoren 11. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Strahl 29 in die äußere linke Lage des Fächers 14a und verbleibt in derselben Neigung wie zuvor. Somit erzeugt der Strahl 29 Daten für weitere Strahlenwege der mit dem äußeren linken Strahl begonnenen parallelen Gruppe. Im Verlauf weiterer lateraler Ablenkungen der Röntgenstrahlenpunktquelle steuern weitere Detektoren hierzu und zu anderen parallelen Gruppen in der erforderlichen Weise Daten in dem den zu untersuchenden Körper 1 vollständig einschließenden Bereich bei.

Es sei bemerkt, daß an Grenzen zwischen Teilen einer parallelen Gruppe, beispielsweise an der Grenze zwischen den durch den Strahl 29 untersuchten Wegen und den durch den äußeren linken Strahl untersuchten Wegen ein Weg zweimal durch zwei Strahlen untersucht wird. In der Praxis untersuchen jedoch infolge der endlichen Rücklaufzeit der Punktquelle die beiden Strahlen nicht genau den gleichen Weg, so daß eine brauchbare Prüfung zwischen den Empfindlichkeiten der einzelnen Detektoren unterbleibt

Um die Überlappung zwischen durch unterschiedliche Detektoren erzeugten Teilen einer parallelen Gruppe zu bewirken, die solche Vergleiche zwischen Detektoren erlaubt sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ungleiche Abstände der Quelle und der Detektoren vorgesehen, was in vereinfachter Form in F ig. 4 dargestellt ist

Die Darstellung gemäß F i g. 4 entspricht weitgehend der Darstellung gemäß F i g. 3, jedoch liegen die Anode 13 und die Detektoren auf einem Kreis, der nicht konzentrisch zur Drehachse 7 verläuft Der Abstand zwischen der Drehachse 7 und dem Detektor ist doppelt so groß wie der Abstand zwischen der Drehachse und der Quelle. Um in der Praxis einen Abstand für den zu untersuchenden Körper 1 zu gewährleisten, könnte man die Detektoren mit einem doppelt so großen Radius wie bei der Anordnung gemäß Fig.3 bewegen. Der Unterschied der Fig.4 würde dann lediglich im Maßstab liegen. Die Abtastbewegungen der Anordnung gemäß Fig.4 sind weitgehend die gleichen wie die anhand der F i g. 3 beschriebenen Bewegungen, wobei die Überlappung vollkommen als Ergebnis der ange nommenen Geometrie erzeugt wird. Im Verlauf der anfänglichen orbitalen Bewegung wird die Ron t genstrahlen-Punktquelle von der Anode 13 von rechts außen nach links außen abgetastet, um die Neigung der Strahlen des Fächers 14 in bezug auf das feste Bezugsobjekt in der zuvor beschriebenen Weise unabhängig von der orbitalen Bewegung gleichzuhalten. Da die Detektoren alle auf gleichem Radius liegen, ist die zu kompensierende Winkelbewegung weitgehend gleich, obwohl die Detektoren aufgrund der exzentri sehen Lage der Achse die in der Zeichnung angedeutete Präzession erfahren. Da jedoch die Anode 13 sich auf halbem Radius befindet, bewegt sie sich bei derselben Winkeländerung nicht um die gleiche Weglänge. Demzufolge befindet sich die Punktquelle, die in der Position 13' am linken Ende der Anode angelangt ist, nicht wie in F i g. 3 an einer Stelle, die der Mitte der Ausgangslage der Anode entspricht, sondern der Abstand vom Ausgangspunkt beträgt in dieser Lage V3 des gesamten Abtastweges, d. h. die Punktquelle befindet sich in der Position 30. Wie zuvor werden wieder durch die kombinierte Abtast- und Umlaufbewegung Daten für parallele Gruppen von Strahlen abgeleitet. Natürlich erfährt auch die Anode 13 eine Präzession, jedoch ist diese kleiner als bei den Detektoren, so daß hierdurch die Abtastbewegung nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Wie zuvor läuft der Abtastpunkt bei 13' wieder zur rechten Seite der Anode und erzeugt einen neuen Fächer mit einer neuen Neigung, der durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist Wie zuvor ist ein Strahl 29 — im vorliegenden Falle der vierte von links — parallel zu den vorhergehenden Positionen des äußeren linken Strahls und liefert einen neuen Teil für die parallele Gruppe. Der Abtastpunkt erreicht jedoch nun das Ende der Anode auf V3 des Weges in die Position 13', nämlich bei 30' und erzeugt einen Strahlenweg 29' zum vierten Detektor, der in der dargestellten Weise verlagert ist Wie zuvor folgt dann der Rücklauf, um die nächste Reihe von lateralen Abtastbewegungen zu beginnen. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Beiträge zu der parallelen Gruppe zwischen den äußeren linken Strahlen von 14a und 146 von den Beiträgen zwischen den Strahlenwegen 29 und 29' überlappt werden. Somit können bei diesem angenom menen Beispiel die Empfindlichkeiten des ersten und dritten Detektors von links für alle Strahlenwege zwischen 29' und dem äußeren linken Strahl von 14a verglichen werden. Das gleiche gilt für alle anderen Detektoren des Fächers und alle anderen Beiträge zu den parallelen Gruppen bei weiteren lateralen Abtastungen der Punktquelle.

In Fig.3 verhindert zwar die endliche Rücklaufzeit die in der Zeichnung dargestellte vollständige Überlappung, jedoch wird bei diesem Ausführungsbeispiel

es trotzdem eine Überlappung mehrerer Strahlen erzielt Im Verlauf zahlreicher lateraler Abtastungen werden bei dieser Anordnung alle Strahlenwege mit Ausnahme einiger äußerer Strahlen der parallelen Gruppen durch

ίο

zwei Detektoren untersucht, und die Geometrie kann leicht so eingestellt werden, daß dies trotz der endlichen Rücklaufzeit gewährleistet ist. Wegen der durch die exzentrische Achse bewirkten stetigen Präzession von Quelle und Detektor werden die identischen Strahlenwege zwar an ihren Enden in der Nähe der Quelle und der Detektoren unterschiedlich, jedoch sind sie weitgehend identisch im Bereich des Körpers 1 und erfüllen damit die erforderlichen Bedingungen.

Gegebenenfalls kann die Quelle auch zwischen den in Fig.3 und 4 angegebenen Positionen angeordnet werden. Wenn man die Quelle in F i g. 3 in einem etwas geringerem Abstand von der Achse 7 anordnet, erreicht man eine ausreichende Überlappung, um die Wirkungen der endlichen Rücklaufzeit dieser Anordnung zu bewältigen.

Aus den Anordnungen gemäß Fig.3 und 4 ist ersichtlich, daß auch zahlreiche andere Anordnungen der Position von Quelle und Detektor, der Detektorzahl, des Fächersprcizwinkelä USiV. vorgesehen werden können, die das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip erfüllen, vorausgesetzt, daß die laterale Abtastung der Punktquelle ausreicht, um bei einer vorgegebenen Zahl von Integrationsintervallen die orbitale Bewegung des Röntgenstrahlenfächers weitgehend aufzuheben, so daß die orbitale Bewegung in ihrer Wirkung durch einen lateralen Versatz ersetzt wird.

Die Anordnung gemäß F i g. 4 ist aus Gründen der Anschaulichkeit vereinfacht worden, jedoch entsprechen die relativen Radien der Quelle und der Detektoren der in F i g. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform. Die Zahl und der relative Abstand der Detektoren in F i g. 4 weichen von den bevorzugten Ausführungsformen ab.

Die Geometrie und die Beziehungen zwischen den beiden Abtastbewegungen des Gerätes sind zwar zu bevorzugen, jedoch kann hier auch eine Abänderung erfolgen. Demzufolge sind die Strahlenwege, die von den Detektoren im Verlauf einer vollständigen Abtastung untersucht werden, im voraus bekannt und werden vorgegebenen Stellen in einem Speicher — im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Speicher mit willkürlichem Zugriff (ίίΑΜ) — in Abhängigkeit der von den Zeitgeberschaltungen 17 gelieferten Signale, die die Integrationsintervalle bestimmen, zugeführt. Jede Stelle in dem Speicher, die einen Strahlenweg darstellt, kann durch ein geeignetes Koordinatensystem identifiziert werden, beispielsweise als Größe r, die den Abstand des Strahlenweges von der Achse 7 senkrecht zum Weg definiert, und als Größe θ die den Winkel definiert den die Senkrechte mit einem beliebigen Nullpunkt bildet

In F i g. 5 ist der Speicher 31 schematisch dargestellt Von den logarithmischen Umsetzern 19 gelieferte Daten werden über individuelle Leitungen einem Adressenwähler 32 zugeführt, der in Abhängigkeit von den Impulsen der Schaltungen 17 die Daten in vorgegebener Reihenfolge den jeweiligen Adressen zuführt

Innerhalb des in F i g. 5 den Speicher 31 darstellenden Kastens 5 ist ein Teil einer Matrix gezeigt der die Speicherstellen darstellt von denen eine jeweils zu einem Strahlenweg gehört, und die zur Veranschaulichung der Verteilung der Daten entsprechend den Koordinaten r und θ angeordnet sind. Es sei jedoch bemerkt daß die Daten in der Praxis keine bestimmte physikalische Verteilung im Speicher 31 haben müssen, vorausgesetzt daß die entsprechenden Speicherstellen bekannt sind. Aus Gründen der Anschaulichkeit sind nur fünf Integrationsintervalle für jede laterale Abtastung der Punktquelle angenommen, obwohl in der Praxis die Zahl erheblich größer ist. Im Hinblick auf die endliche Rücklaufzeit der Punktquelle wird eine vollständige Überlappung sVicht erzielt. Die Rücklaufzeit ist jedoch gleich einem Integrationsintervall bemessen, so daß die Strahlen aufeinanderfolgender Teile einer parallelen Gruppe um genau einen Strahlenweg verschoben sind und in Flucht mit den überlappenden Teilen bleiben. Die Daten sind durch die Zahlen der Detektoren 11, von denen sie abgeleitet werden, identifiziert worden, und die Numerierung beginnt bei den Detektoren 111 auf der linken Seite in F i g. 4.

Im Verlauf der ersten Abtastung der Punktquelle liefert der Detektor 11 für die gewählten Koordinaten Daten für fünf Strahlenwege mit konstantem θ aber abnehmendem r, und die Daten werden vom Adressenwähler 32 in der Reihenfolge ihrer Ableitung in die entsprechenden fünf Stellen eingegeben. Zugleich werden die Daten der anderen Detektoren in Speicherstellen für andere Gruppen mit konstantem ö eingegeben, die gegenüber den Daten von Hi versetzt sind. Die Daten von Detektoren außerhalb IU sind in dem in F i g. 5 dargestellten Teil der Speichermatrix nicht sichtbar. Während der nächsten Abtastung der Punktquelle liefert der Detektor \U Paten für Strahlenwege mit einem Winkel Θ, der zu zuvor durch lli untersuchten Wegen gehört, die jedoch mit einem höheren Wert von r beginnen. Diese werden ebenfalls nacheinander in ihre zugehörigen Speicherstellen eingegeben, die durch II4· gekennzeichnet sind. Man sieht, daß zwei dieser Stellen bereits Daten für H₁ enthalten. Die neuen Daten werden zu den vorherigen Daten addiert, beispielsweise durch Rezirkulation und Addition der vorherigen Daten. Zugleich werden Daten der anderen Detektoren in die durch Striche gekennzeichneten Speicherstellen eingegeben. Bei der nächsten lateralen Abtastung der Punktquelle wird eine weitere Änderung durch drei Detektoren für einen Wert von θ bewirkt, was durch 11₇- und 11_β· gezeigt ist.

Wie man sieht, wird als Ergebnis des durch die endliche Rücklaufzeit bewirkten Versatzes der Strahlenwege jeder Strahlenweg mit Ausnahme einiger Wege am Ende der Abtastung durch zwei Detektoren untersucht Bei fehlender Rücklaufverzögerung würden die Strahlenwege im Bereich der Überlappung durch drei Detektoren untersucht. Die Daten für jeden Strahlenweg brauchen erforderlichenfalls nur kombiniert zu werden. Daten für diese nur einmal untersuchten Wege können verdoppelt oder ausgeschieden werden, oder ihre Auswertung kann durch entsprechende Beschneidung von Anfang und Ende der Abtastung unterbunden werden. Statt dessen können auch in eine bereits besetzte Speicherstelle eingegebene Daten mit den bereits gespeicherten Daten gemittelt werden.

Die Zuordnung der Daten von zwei Detektoren zu jedem Strahlenweg ermöglicht eine Reduzierung von Fehlern, die von relativen Unterschieden in der Empfindlichkeit benachbarter Detektoren herrühren.

Da sich ferner die verwendeten Detektoren bei einer parallelen Gruppe abwechselnd ändern, werden Unterschiede bei einer parallelen Gruppe abgeschwächt, wsi sich bei der endgültigen Darstellung günstig auswirkt Dadurch, daß zwei Detektoren denselben Weg untersuchen, für den sie den gleichen Wert abgeben sollten, ergibt sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit daß die Verstärkung der zugehörigen Verstärker so eingestellt werden kann, daß der Empfindlichkeit der Detektoren

Rechnung getragen wird. Ein solcher Ausgleich kann aufgrund der aufeinanderfolgenden Überlappungen für die gesamte Detektorbank 11 durchgeführt werden.

Mit Vollendung der Abtastbewegungen enthält der Speicher 31 Daten für zahlreiche parallele Gruppen von Strahlenwegen mit unterschiedlicher Neigung, die für die erwähnte Datenverarbeitung benötigt werden. Diese Daten werden dann der Reihe nach dem Prozeßrechner 33 zugeführt, der die Daten beispielsweise entsprechend der DE-OS 24 20 500 verarbeitet ι ο

Es wurde bereits erwähnt, daß die Erfindung auch in Verbindung mit einem Gerät verwendbar ist, das in der DE-OS 24 42 009 beschrieben ist, um die in dieser Anmeldung beschriebene stufenförmige orbitale Bewegung zu beseitigen. Die darin beschriebene Anordnung verwendet einen Strahlungsfächer mit einem verhältnismäßig schmalen öffnungswinkel in Verbindung mit einer mechanischen lateralen Bewegung der Quelle und der Detektoren, so daß der Fächer den Körper abtastet, um die erforderliche Zahl von Strahlenwegen zu gewinnen. Es ist ersichtlich, daß eine solche laterale Abtastung, -venn man diese in bezug auf die Bewegung eines einzelnen Strahls des Fächers betrachtet, lediglich eine Bewegung mit konstantem θ bewirkt Somit wird das Prinzip der Erfindung, durch die Abtastung der Röntgenstrahlen-Punktquelle zeitweilig die durch die orbitale Bewegung bewirkte Anordnung von θ zu beseitigen, durch die zusätzliche laterale Abtastbewegung von Strahlenquelle und Detektor nicht beeinträchtigt. Die oben erwähnte Beziehung gilt auch daher auch für diese Geräteart, obwoln die Wirkungen der überlagerten Bewegung mit konstantem θ berücksichtigt werden sollten, wenn die abgeleiteten Daten ihren zugehörigen Speicherstellen zugeordnet werden.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform eines vorgeschlagenen anderen Gerätes (DE-OS 24 42 009) mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, wobei mit der Anordnung von F i g. 1 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der drehbare Körper 6 trägt bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Kompensationsglieder 34 und 35. Diese Glieder dienen dazu, eine weitgehend gleichmäßige Absorption für alle Strahlen unabhängig von dem durch den Körper bedingten kreisförmigen Querschnitt zu erzeugen. Damit ist sichergestellt, daß Änderungen der Absorption nur durch Änderungen im zu untersuchenden Körper 1 verursacht sein können. Derartige Kompensationsglieder können auch ggf. bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung vorgesehen werden.

Am drehbaren Körper 6 ist ferner ein reversibler Motor 36 befestigt der einen Zahnriemen 37 über eine im drehbaren Körper 6 drehbar gelagerte Achse 38 antreibt Der Riemen 37 läuft über eine im drehbaren Körper 6 drehbar gelagerte Umlenkrolle 39. Am Riemen 37 ist die Quelle 10 befestigt Die Quelle wird durch den Riemen 37 in einer Führung 40 hin- und herbewegt An der gegenüberliegenden Seite des Riemens 37 ist ein Gegengewicht 41 befestigt, das die bei der lateralen Bewegung auftretenden Kräfte kompensiert

Mit der Quelle 10 ist über ein steifes, aber leichtgewichtiges Joch 4? die Ko!limator/Detektoresnheit 12/11 verbunden. Die Detektoren 11 und die Kollimatoren 12 bewegen sich ebenfalls in einer Führung 43 auf dem drehbaren Körper 6.

Als Alternative zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung für die Sisneruog der relativen Bewegungen ist auf dem drehbaren Körper 6 eir.e nur teilweise dargestellte Stricheinteilung 44 vorgesehen, die aus einem durchsichtigen Streifen mit eingravierten Strichen besteht Diese Striche unterbrechen einen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und einer Photozeile in einer Einheit 45, wodurch Impulse erzeugt wenden, die den Fortschritt der orbitalen Bewegung anzeigen. Diese Impulse dienen dazu, d.n Motor 36 periodisch in der erforderlichen Weise in seiner Drehrichtung umzukehren. Das Joch 19 enthält ebenfalls eine Stricheinteilung 46, die mit einer aus eine¹¹ Lichtquelle und einer Photozelle bestehenden Einheit 47 zusammenwirkt und Signale erzeugt die den Fortschritt der lateralen Abtastbewegung der Quelle 10 und der Detektoren 11 anzeigt Diese Impulse werden den Integratoren 16 zur Steuerung der Integrationsintervalle und dem Kippgenerator 28 zur Steuerung der Ablenkung der Punktquelle auf der Anode in der erforderlichen Beziehung zugeführt. Die Impulse können ferner einem nicht dargestellten Zähler zugeführt werden, der den Fortschritt der Abtastung für die Datenverarbeitung oder den erforderlichen zeitlichen Ablauf aufzeichnet.

Eine Kombination aus Photozelle und Stricheinteilung könnte auch dazu verwendet werden, um bei der Anordnung gemäß Fig. 1 Zeitgeberimpulse zu erzeugen, wobei Impulse von einer Kombination 44/45, die die Drehbewegung überwacht, unmittelbar den Integratoren 16 und dem Kippgenerator 28 zugeführt werden.

Fig.7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die erforderliche Bewegung der Röntgenstrahlen ohne die zuvor beschriebene Abtastung der Anode der Röntgenstrahlenquelle erzielt werden kann.

In Fig. 7 bestehen die Detektoren 11 aus individuellen Szintillatorkristallen 48 und Photovervielfachern 49. Die Röntgenstrahlenquelle 10 ist bei dieser Ausführungsform eine Punktquelle, die ihre Strahlen zu den Kristallen 48 aussendet Der Einfachheit halber sind nur vier Detektoren dargestellt Zahlreiche Kollimatoren 50 sind auf einem Ring 51 vorgesehen, der um eine Achse 52 umläuft die in bezug auf die Quelle und die Detektoren ortsfest ist Im Falle des in F i g. 1 dargestellten Gerätes ist die Achse 52 identisch mit der Drehachse 7. Das in F i g. 7 dargestellte Gerät stimmt jedoch nicht mit dem in Fig.6 dargestellte Gerät überein, da sich die Achse 52 mit dem Joch 42 bewegt

Die Kollimatoren 50, von denen nur zwei dargestellt sind, haben eine solche Breite, daß sie einen bleistiftförmigen Strahl bilden, obwohl bei dieser Ausführungsform die Detektoren beträchtlich größer sind. Der Kollimatorring läuft in entgegengesetzter Richtung wie die Quelle und die Detektoren mit einer Geschwindigkeit um, die an die Umlaufbewegung der Quelle angepaßt ist Wenn somit ein Kollimator an einem Detektor vorbeiläuft verbleibt er in einer solchen Beziehung zur Quelle 10, daß der bleistiftförmige Strahl keiner Drehung unterworfen wird, sondern durch eine translatorische Bewegung ersetzt wird. Dies ist die gleiche Wirkung wie die zuvor beschriebene Abtastung der Anode. Wenn sich der Kollimator zum nächsten Detektor bewegt, nimmt der folgende Kollimator seinen Platz ein. Somit tritt eine plötzliche winkelmäßige Änderung entsprechend dem Rücklauf der Abtastung der Anode ein.

Es sei bemerkt, daß die Kollimatoren an der gegenflbsrHiegenden Seite- des Ringes 51 zwischen der Quelle 10 und dem Körper ΐ vorbeilaufen können. Der Ring Si muü daher leicht in bezug auf die Ebene der

Scheibe geneigt werden, so daß derartige Störungen vermieden werden.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß in bezug auf die Röntgenstrahlenquelle 10 ortsfest angeordnete Kollimatoren so dicht wie möglich beim Körper 1 angeordnet werden können, so daß der Körper soweit wie möglich keiner Strahlung ausgesetzt ist, die nicht von den Kollimatoren 50 empfangen wird.

Statt dessen können die Kollimatoren 50 auch so angeordnet werden, daß sie zwischen dem Körper und der Quelle vorbeilaufen und nicht zwischen dem Körper und den Detektoren, In diesem Falle würde die beschriebene relative Bewegung die gleiche Wirkung erzielen, jedoch würde der Körper nicht einer Strahlung ausgesetzt, die nicht festgestellt werden solL

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche!

1, Computer-Tomograph, mit einer Aufnahmevorrichtung zur Positionierung des Körpers, mit einer Quelle, die ein von einem Ausgangspunkt fächerförmig divergierendes, etwa ebenes Strahlungsfeld aussendet und so angeordnet ist, daß die Strahlung durch einen eine Querschnittsscheibe enthaltenden Bereich des Körpers verläuft, mit Antriebs- und Führungsmitteln zur Erzeugung einer winkelförmigen Abtastbewegung oder einer winkelförmigen und lateralen Abtastbewegung der Quelle um bzw. in bezug auf den Bereich, so daß die Querschnittsscheibe aus zahlreichen unterschiedlichen Richtungen bestrahlbar ist, mit einer mehrere Detektoren enthaltenden Detektoranordnung zur Messung der durch die Querschnittsscheibe entlang einer Anzahl von divergierenden Strahlenbündeln innerhalb des fächerförmigen Strahlungsfeldes verlaufenden Strahlung, wobei Verschiebemittel vorgesehen sind, mit denen eine periodische Verlagerung des AusgangSjiunktes der Röntgenstrahlung in. bezug auf die Detektoren abwechselnd in und entgegen der Bewegungsrichtung der Quelle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebemittel (27,28) den Ursprung der Röntgenstrahlung in den beiden Richtungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verlagern, und daß eine Steuerschaltung (21) vorhanden ist, die den Arbeitsablauf der Abtastvorrichtung (9) und der Verschiebemittel (27, 28) so steuert, daß in Zeitperioden, in denen die Verschiebemittel den Ursprung mit der geringeren Geschwindigkeit verlagern, diese Verlagerung entgegen der Bewegungsrichtung der Quelle (10) und mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die größer ist als die der Quelle, so daß jeder Strahl unter seitlicher Verschiebung paraliti zu seiner Position beim Beginn der Zeitperiode verbleibt und seine Ausrichtung auf den zugehörigen Detektor beibehält
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (10) in einem geringeren Abstand von der Achse (7) für deren winkelmäßige Bewegung, vorzugsweise im halben Abstand wie die Detektoranordnung (U) angeordnet ist