DE2609925C2 - Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption eines Körpers - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption einer
Strahlung in einer Ebene eines Körpers unter Verwendung eines Strahlers, dessen fächerförmig
ausgeblendete Strahlung den Körper durchsetzt und von einer Reihe von nebeneinander angeordneten
Detektoren gemessen wird, wobei die Messung in einer Vielzahl unterschiedlicher Drehpositionen des Systems
Strahler — Detektoren erfolgt, wobei die Ermittlung der Absorption der Strahlung in der Ebene durch eine
Recheneinrichtung anhand der dabei ermittelten Meßwerte erfolgt, und wobei zwischen dem Strahler und
dem zu untersuchenden Körper ein Dämpfungskörper angeordnet ist, der die Strahlung in einem Bereich
(Diagnosebereich) innerhalb der Untersuchungsebene in allen Drehpositionen praktisch nicht schwächt und
die Strahlung außerhalb des Diagnosebereiches zwar schwächt, aber nicht unterdrückt.
In der DE-OS 24 39 847 ist eine Anordnung dieser Art beschrieben. Dabei ist angegeben, daß die äußeren
Strahlen noch eine beträchtlich geringere Intensität aufweisen können, so daß als zusätzlicher Vorteil die auf
den Patienten treffende Röntgenstrahlendosis vermindert wird. Wie erreicht wird, daß die äußeren Strahlen
eine beträchtlich geringere Intensität aufweisen als die Strahlen im Zentrum, ist nicht angegeben. Außerdem ist
nicht angegeben, wie die Absorptionsverteilung bei dieser inhomogenen Intensitätsverteilung das den
Untersuchungsbereich durchsetzenden Strahlenbündels
ίο einwandfrei rekonstruiert werden kann.
Zwar ist in dieser Vorveröffentlichung schon angegeben, daß zwischen dem Strahler und dem zu
untersuchenden Körper (sowie zwischen dem zu untersuchenden Körper und den Detektoren) ein
Dämpfungskörper angeordnet werden kann, durch den erreicht wird, daß die Strahlung in allen Richtungen des
keilförmigen Strahlenbündels jeweils um den gleichen Faktor gedämpft wird. Die Ausgangssignale der
Detektoren liegen daher näherungsweise in derselben Größenordnung, was es ermöglicht, sämtliche Detektoren
in ihrem günstigsten Arbeitsbereich zu betreiben.
Hierbei wird die Dosis für den Patienten nur teilweise verringert, weil die zwischen dem Körper und den
Detektoren angeordneten Teile des Dämpfungskörpers zwar die Strahlung schwächen, nicht aber die Strahlenbelastung
für den Patienten verringern können.
Weiterhin ist aus der DE-OS 24 42 009 ein Computertomographiegerät
bekannt mit einem zweiteiligen Dämpfungskörper, der wiederum dazu dient, ungefähr
gleich große Ausgangssignale zu erreichen. Der eine Teil des Dämpfungskörpers ist dabei zwischen dem
Untersuchungsbereich und den Detektoren angeordnet, trägt also nichts zur Verringerung der Strahlenbelastung
des Patienten bei.
Schließlich ist aus der DE-OS 18 00 879 noch eine Primärstrahlenblende für Röntgenuntersuchungsgeräte
bekannt, die mehrere, die Röntgenstrahlung vollständig absorbierende Teile umfaßt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten,
daß die Strahlenbelastung für den außerhalb des Diagnosebereichs liegenden Bereich des Körpers
verringert wird und daß die Lage und die Größe des Diagnosebereichs den jeweiligen Erfordernissen angepaßt
werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dämpfungskörper aus zwei zusammen mit dem
System Strahler — Detektoren drehbaren Teilen besteht, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit
von der Drehposition mittels entsprechend gesteuerter Schrittmotoren auf einem zum Strahlengang nahezu
senkrechten Weg verschiebbar sind, und daß die durch die Teile beeinflußten Meßwerte mit einem Faktor
beaufschlagt sind, der der Schwächung der Strahlung durch den Dämpfungskörper entspricht. Durch die
voneinander unabhängige Steuerung der Dämpfungskörper ist es möglich, daß das Zentrum des Diagnosebereiches
nicht mit dem Rotationszentrum zusammenfallen muß und der Diagnosebereich gleichwohl in jeder
Drehposition von ungeschwächter Strahlung getroffen wird und der übrige Bereich von durch den Dämpfungskörper geschwächter Strahlung. Die Schrittmotoren
können dabei beispielsweise mittels einer Rechenschaltung gesteuert werden, die in Abhängigkeit von der
Drehstellung des Systems Strahler — Detektoren von der Lage des Diagnosebereiches in bezug auf das
Rotationszentrum und von der Größe des Diagnosebereiches die Schrittmotoren und damit die Lage der
beiden Teile des Dämpfungskörpers steuert
Die Teile des Dämpfungskörpers sind dabei also so ausgebildet, daß die Strahlung im Diagnosebereich nicht
gedämpft wird oder allenfalls sehr geringfügig und stark in den jeweils links und rechts an den D.'agnosebereich
grenzenden Bereichen. Dabei heißt starke Dämpfung eine Reduktion der Strahlenintensität um einen Faktor
10 bis 1000. Keinesfalls darf die Strahlung in diesen Bereichen vollständig unterdrückt werden, da dann die
Ermittlung der Absorption anhand bekannter Rechen- ιυ
verfahren stark gestört, wenn nicht gar unmöglich gemacht wird. Wird die Strahlung für die Bereiche
außerhalb des Diagnosebereichs aber nur um einen Faktor von z. B. 100 reduziert, so führt dies lediglich zu
einer Verschlechterung des durch den Teilchencharakter der Strahlung bedingten Signal-Rauschverhältnisses.
Untersuchungen haben gezeigt, daß sich ein erhöhtes Rauschen bei der Ermittlung von nicht dem Diagnosebereich
zugeordneten Meßwerten bei der Ermittlung der Absorption im Diagnosebereich nicht wesentlich
auswirkt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht nun vor, daß die Teile des Dämpfungskörpers auf
einem Kreis um den (als punktförmig angenommenen) Strahler als Mittelpunkt verschiebbar angeordnet sind.
Dabei ändert sich bei einer Verschiebung der Teile des Dämpfungskörpers auf dem Kreisbogen die Dämpfung
nicht wesentlich. Wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung darüber hinaus der Dämpfungskörper
in seinen beiden Teilen zylinderförmig ausgebildet ist und die vom Strahler ausgehende Strahlung immer
senkrecht auf die Oberfläche des Dämpfungskörpers fällt, kann sogar erreicht werden, daß bei konstanter
Dicke und homogener Zusammensetzung des Dämpfungskörpers alle vom Strahler ausgehenden Strahlen
die gleiche Dämpfung erleiden und seine Schnittflächen parallel zu den Strahlen liegen. Dabei ändert sich die
Dämpfung zumindest nicht kontinuierlich, was bei der Rekonstruktion der Absorption in der Ebene anhand
der ermittelten Meßwerte den Rechnungsgang wesentlieh
vereinfacht.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Dicke der beiden Teile des Dämpfungskörpers
stufenförmig oder keilförmig von außen nach innen abnimmt. »Innen« sind dabei die einander zugewandten
Seiten der beiden Teile des Dämpfungskörpers. Diese Ausbildung der beiden Teile berücksichtigt, daß bei der
Rekonstruktion der Absorption im Diagnosebereich anhand der ermittelten Meßwerte diejenigen Meßwerte
stärker eingehen, die längs dem Diagnosebereich unmittelbar benachbarten Strahlenpfaden gemessen
wurden. Diese Meßwerte müssen daher genauer ermittelt werden, als die Meßwerte, die längs weiter
vom Diagnosebereich entfernten Strahlenpfaden ermittelt wurden, und das bedeutet, daß ihr Signal-Rauschverhältnis
besser sein muß, was wiederum erfordert, daß die Schwächung der Strahlung durch die beiden Teile des
Dämpfungskörpers an den dem Diagnosebereich zugewandten Seiten geringer sein muß als weiter außen.
Obwohl — wie bereits erwähnt — die Absorptions-Verhältnisse
auch längs solcher Strahlenpfade bekannt sein müssen, die den Diagnosebereich nicht schneiden,
wenn die Absorption im Diagnosebereich ermittelt werden soll, ist es nicht erforderlich, daß die Absorption
außerhalb des Diagnosebereichs (Punkt für Punkt) errechnet und wiedergegeben wird. Man kann darauf
sogar vollständig verzichten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei der Diagnosebereich zentrisch zum Rotationszentrum
angeordnet ist,
F i g. 2 eine Ausführungsform in zwei verschiedenen Drehpositionen des Systems Strahler — Detektoren,
wobei der Diagnosebereich außerhalb des Rotationszentrums liegt und
Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform der Teile
des Dämpfungskörpers.
In F i g. 1 ist ein Strahler 1 dargestellt, der den Körper
2 mit einem durch den Kollimator 3 keilförmig ausgeblendeten Strahlenbündel bestrahlt, dessen Randstrahlen
mit 4 und 5 bezeichnet sind. Die von dem Körper 2 geschwächte Strahlung wird von einer auf
einem Kreisbogen um den Strahlermittelpunkt angeordneten Reihe 6 von Detektoren gemessen, die nur
schematisch angedeutet sind. Ein zwischen dem Körper 2 und der Reihe 6 der Detektoren angeordnetes
Streustrahlenraster 7 unterdrückt die vom Körper 2 ausgehende Streustrahlung. Mit 8 ist dabei der aus zwei
Teilen bestehende Dämpfungskörper bezeichnet, dessen beide Teile symmetrisch in bezug auf die
Verbindungslinie zwischen dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 angeordnet sind, um das das
System Strahler — Detektoren bei der Ermittlung der Meßwerte aus den verschiedenen Positionen gedreht
wird. Mit 9 und 10 sind die beiden Randstrahlen des durch den Dämpfungskörper nicht geschwächten
Strahlenbündels bezeichnet. Der von ihnen eingeschlossene Kreis 11 um das Rotationszentrum 12 ist daher
derjenige Bereich, der stets von ungeschwächter Strahlung getroffen wird (Diagnosebereich). Die Absorption
des übrigen Teils der Ebene kann nur fehlerhaft ermittelt werden, da die auf diesen Teil der Ebene
fallende Strahlung verrauscht ist.
Der Dämpfungskörper ist so aufgebaut, daß die Dämpfung in Stufen nach außen zunimmt, was sich bei
Untersuchungen in zweifacher Hinsicht als vorteilhaft herausgestellt hat. Zum einen wird durch die vergleichsweise
geringe Schwächung der Meßwerte, die längs Strahlenpfaden unmittelbar jenseits der Randstrahlen 9
und 10 aufgenommen wurden, erreicht, daß dort das Signal-Rauschverhältnis wesentlich besser ist als das
derjenigen Meßwerte, die längs Strahlenpfaden in der Nähe der äußeren Begrenzungsstrahlen 4 und 5
aufgenommen wurden. Dies ist wichtig, denn bei der Rekonstruktion der Absorption im Diagnosebereich 11
geht die Absorption des unmittelbar benachbarten Bereichs (und die Fehler bei ihrer Ermittlung)
wesentlich stärker ein als die Absorption des weiter außerhalb liegenden Bereichs. Auf der anderen Seite
wird dadurch, daß die Zunahme in Stufen erfolgt, der Rechnungsgang vereinfacht, weil jeweils für eine
Gruppe von Meßwerten derselbe Schwächungsfaktor angesetzt werden kann.
Wenn die Teile des zusammen mit dem System Strahler — Detektoren um das Rotationszentrum 12
drehbaren Dämpfungskörpers zueinander nicht verschoben werden können, liegt der Diagnosebereich stets
zentrisch zum Rotationszentrum 12. Das gleiche gilt auch, wenn die Teile nur gegensinnig und jeweils um den
gleichen Betrag zueinander verschoben werden können, wobei sich allerdings der Radius des Diagnosebereichs
verändert. Deshalb muß bei einer derartigen Ausführungsform der Patient in bezug auf das Rotationszentrum
verschoben werden, wenn der für die Diagnose
wichtige Bereich im Patientenkörper nicht mit dessen Mittelpunkt zusammenfällt. Diese unsymmetrische
Positionierung des Patienten in bezug auf das Rotationszentrum macht es aber erforderlich, daß das
Strahlenbündel, definiert durch die Randstrahlen 4 und 5, entsprechend breit ist, so daß alle Teile des Patienten
— wenn auch mit zum Teil gedämpfter Strahlung — erfaßt werden können.
Eine Ausführungsform, bei der dies nicht erforderlich ist, ist in Fig.2 dargestellt, wobei das System Strahler
— Detektoren mitsamt dem Dämpfungskörper, der mit
diesem System fest verbunden ist, in zwei zueinander um 90° versetzten Positionen dargestellt ist. Man
erkennt deutlich, daß bei exzentrischer Lage des Diagnosebereichs 11 die Teile 81 und 82 ihre Position in
bezug auf den Strahler 1 während der Drehung verändern müssen, damit jeweils derselbe Bereich 11
von der ungeschwächten Strahlung getroffen wird. Zu diesem Zweck sind die ebenen Teile des Dämpfungskörpers 81 und 82 unabhängig voneinander längs der
Geraden 13 verschiebbar, beispielsweise mit Hilfe zweier Schrittmotoren und je einer Zahnstange.
Der Abstand zwischen dem Rotationsmittelpunkt 12 und dem Mittelpunkt 110 des Diagnosebereichs ist mit d
und der Radius des Diagnosebereichs U ist mit r bezeichnet Ferner sei angenommen, daß die Reihe der
Detektoren 6 auf einem Kreisbogen mit dem Strahler 1 als Mittelpunkt angeordnet sind. Das Verhältnis der
Abstände 1 — 13 und 1 — 12 sei mit ^bezeichnet und der
Winkel zwischen der Geraden 1 — 12 und der Geraden 12— 110 mit Θ. Dann ist die Lage, die der Dämpfungsteil
82 einnehmen muß, damit der Diagnosebereich — und nur dieser — von ungeschwächter Röntgenstrahlung
getroffen wird, näherungsweise gegeben durch die Beziehung Jt2 = (—r + dsind) · V und die Lage des
Dämpfungsteils 81 ist dann näherungsweise durch die Beziehung An = (d ■ sine + r) ■ V gegeben, wobei k\
bzw. Jt2 gleich Null durch die Verbindungslinie zwischen
dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 gegeben ist Die angegebene Näherung gilt um so besser, je
größer der Abstand zwischen dem Strahler 1 und dem Rotationszentrum 12 im Vergleich zur Entfernung
12— 110 ist Im übrigen läßt sich die Lage der Strahlen 9
und 10 zwischen den beiden einander zugewandten Seiten der Teile des Dämpfungskörpers auch exakt als
Funktion der Drehstellung des Systems Strahler — Detektoren berechnen, wenn die Lage des Diagnosebereichs in bezug auf das Rotationszentrum 12 sowie sein
Radius vorgegeben wird. Dafür kann beispielsweise eine Rechenschaltung benutzt werden, in die der Benutzer
die Lage und den Radius des Diagnosebereichs eingibt und die uic Position der Teile Sl und 32 als Funktion der
Drehstellung berechnet und damit während des Drehvorganges die nicht näher dargestellte Steuereinrichtung für die Verschiebung der Teile 81 bzw. 82
steuert.
In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Teile 81 und 82 des Dämpfungskörpers dargestellt. Die beiden Teile 81 und 82 entsprechen dabei Teilen eines
Hohlzylinders, wobei die Wandstärke — ausgehend von den einander zugewandten Seiten der Teile — in Stufen
zunimmt. Die beiden Teile sind so angeordnet, daß ihr Krümmungsmittelpunkt mit dem Mittelpunkt des
Strahlers 1 zusammenfällt und sie sind auf einem Kreisbogen 130, der durch die Teile hindurchgeht, um
den Strahler 1 verschiebbar. Die stufenweise Änderung der Dämpfung für eine Gruppe von Strahlenpfaden hat
den Vorteil, daß nur ein für diese Gruppe konstanter
is Dämpfungsfaktor berücksichtigt werden muß und daß
die Innenkanten bzw. die Stufenkanteri jeweils parallel zu den Strahlen liegen.
Durch die stufenweise Abschwächung der Strahlung wird, wie erwähnt, erreicht, daß bestimmte Gruppen
von Strahlenpfaden jeweils um denselben Faktor geschwächt werden, so daß auch das Ausgangssignal
der diesen Strahlenpfaden zugeordneten Detektoren um einen bestimmten Betrag zu klein ist, was durch
Addition eines für eine Gruppe konstanten Betrages
wieder kompensiert werden kann. Es ist also nicht
erforderlich, für jeden Detektor einzeln die Schwächung durch den Dämpfungskörper zu ermitteln.
Es ist bekannt daß man die Dämpfung A, die die Röntgenstrahlung längs eines bestimmten Strahlenpfa
des durch den zu untersuchenden Körper erfährt,
bestimmen kann aus der Beziehung A = In /0 — In F.
Dabei ist I0 die Intensität der Strahlung längs dieses
Strahlenpfades vor dem Eintritt in den Körper und /die Intensität der Strahlung auf diesem Strahlenweg hinter
dem Körper, die von einem der Detektoren der Detektorreihe 6 gemessen wird. (Die Messung der
Primärintensität ist z.B. in der DE-OS 19 41433
ausführlich beschrieben.) Wird nun der Dämpfungskörper in den Strahlengang geschoben, so ist der Wert /o zu
ersetzen durch einen Wert /o/D, wobei £>der Faktor ist,
um den die Primärstrahlung durch den Dämpfungskörper geschwächt wird. Mit einem derartigen Dämpfungskörper im Strahlengang ergibt sich die Absorption der
Strahlung durch den zu untersuchenden Körper gemäß
der Beziehung A = — In D + In Fo — In I. Um den
Einfluß der Dämpfung durch den Dämpfungskörper auszuschalten, muß also der Anteil InD subtrahiert
werden. Die Größe D hängt von der Dicke und dem Material des Dämpfungskörpers und von der Lage des
Dämpfungskörpers in bezug auf den Strahlenweg, längs dessen jeweils die Intensität / hinter dem Körper
gemessen wurde, ab. Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ist sie für jeweils eine Gruppe von
Meßwerten konstant
Claims (4)
1. Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption einer Strahlung in einer Ebene eines
Körpers unter Verwendung eines Strahlers, dessen fächerförmig ausgeblendete Strahlung den Körper
durchsetzt und von einer Reihe von nebeneinander angeordneten Detektoren gemessen wird, wobei die
Messung in einer Vielzahl unterschiedlicher Drehpositionen des Systems Strahler — Detektoren erfolgt,
wobei die Ermittlung der Absorption der Strahlung in der Ebene durch eine Recheneinrichtung anhand
der dabei ermittelten Meßwerte erfolgt, und wobei zwischen dem Strahler und dem zu untersuchenden
Körper ein Dämpfungskörper angeordnet ist, der die Strahlung in einem Bereich (Diagnosebereich)
innerhalb der Untersuchungsebene in allen Drehpositionen praktisch nicht schwächt und die Strahlung
außerhalb des Diagnosebereiches zwar schwächt, aber nicht unterdrückt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dämpfungskörper (8) aus zwei zusammen mit dem System Strahler (1) —
Detektoren (6) drehbaren Teilen (81,82) besteht, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der
Drehposition mittels entsprechend gesteuerter Schrittmotoren (14,15) auf einem zum Strahlengang
nahezu senkrechten Weg verschiebbar sind, und daß die durch die Teile (81, 82) beeinflußten Meßwerte
mit einem Faktor (D) beaufschlagt sind, der der Schwächung der Strahlung durch den Dämpfungskörper (8 bzw. 81,82) entspricht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (81, 82) des Dämpfungskörpers
auf einem Kreis um den Strahler (1) als Mittelpunkt verschiebbar angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper in seinen beiden
Teilen zylinderförmig ausgebildet ist und die vom Strahler ausgehende Strahlung immer senkrecht auf
die Oberfläche des Dämpfungskörpers fällt (F i g. 3).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der beiden Teile des Dämpfungskörpers stufenförmig von außen nach innen abnimmt.
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