DE2630399A1

DE2630399A1 - Roentgenschichtgeraet zur herstellung von transversal-schichtbildern

Info

Publication number: DE2630399A1
Application number: DE19762630399
Authority: DE
Inventors: Gunter Dr Ing Luderer; Burghard Weinkauf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: GB1560263A; FR2357228A1; DE2630399C2; US4134018A; FR2357228B1

Description

Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schiclitbildern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schichtbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer Röntgenstrahleniaeßanordnung, die eine Röntgenstrahl lenquelle, Vielehe ein das Aufnahmeobjekt durchdringendes, fächerföriniges Röntgenstrahlenbündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schichtstärke und in der Schichtebene so groß ist, daß das ganze Aufnahmeobjekt durchsetzt wird, sowie einen Strahlenempfänger enthält, der die Strahlungsintensität hinter den Objekt durch Abtastung des projezierten Strahlenbündel ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen der Röntgenstrahlenmeßanordnung und mit einem Meßwertumformer für die Transformation der vom Strahlenempfänger gelieferten Signale in ein Schichtbild, bei dem der Strahlenempfänger aus einer Detektorreihe besteht, deren Detektoren mit einem Pol an einer gemeinsamen Spannungsversorgungseinrichtung angeschlossen sind und deren Detektoranzahl der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt ist.

Die Figur 1 zeigt schematisch ein bekanntes Röntgenschichtgerät dieser Art. Es enthält eine Röntgenröhre 1 und einen Strahlenempfanger 2, der größenordnungsmäßig über 100, z.B. 256, einzelne Detektoren in einer Reihe angeordnet aufweist. Der Strahlenempfänger 2 ist um den Fokus der Röntgenröhre 1 gekrümmt. Die Meßanordnung 1, 2 ist ua einen Punkt 3, der im Aufnahmeobjekt 4 liegt, drehbar. Die Anzahl der Detektoren des Strahlenempfängers 2 ist der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt, so daß aufgrund einer Drehung der Meßanordnung 1, 2 von einem Meßwertumformer 5 ein Bild errechnet v/erden kann.

Das Bild wird auf einem Sichtgerät 6 wiedergegeben. Die Röntgen-

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röhre 1 wird bei der Rotation der Meßanordnung 1, 2 in bestimmten Winkelstellungen, z.B. bei jedem Winkelgrad, eingeschaltet (gepulst), und zwar mit einer so kurzen Zeit, daß die Verwischung aufgrund der Rotation hinreichend klein bleibt. Hierzu wird der Röntgengenerator 7 für die Röntgenröhre 1 zum Pulsen der Röntgenröhre 1 eingeschaltet. Synchron hierzu entstehen die Meßwerte des Strahlenempfängers 2. Dies ist durch eine gestrichelte Linie in der Figur 1 angedeutet.

Es ist bekannt, als Detektoren im Meßwertumformer an Hochspannung liegende Xenon-Detektoren als Ionisationskammern zu verwenden. Pro Winkels teilung der Heßanordnung 1, 2 werden also alle Bildpunkte der Winkelstellung über eine entsprechende Anzahl von Einzel-Röntgenstrahlendetektoren simultan gemessen und die Signale der Detektoren in einzelnen Meßkanälen parallel weiterverarbeitet. Bei einer solchen Meßanordnung treten verschiedenartige Fehlertypen auf. Eine Fehlerursache sind die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Röntgendetektoren aufgrund ihrer Fertigungstoleranzen. Diese Fehler ändern sich -im Laufe des Betriebes nicht. Es genügt also, diese Fehler einmal zu erfassen. Es gibt aber auch noch Fehler, welche sich im Laufe der Zeit ändern, nämlich die Verstärkungsunterschiede der den einzelnen Detektoren des Meßwertumformers zugeordneten Meßkanäle. Diese Verstärkungsunterschiede rühren einerseits von Bauelementetoleranzen, aber auch andererseits von äußeren Einflüssen, z.B. Temperatur- und Alterungseinflüssen, her.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgenschichtgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Ausschaltung der geschilderten Fehler möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für das Eichen der in den Signalverarbeitungskanälen der Detektoren enthaltenen Bauelemente Mittel zum kurzzeitigen ändern der am gemeinsamen Pol aller Detektoren liegenden Spannung vorhanden sind. Eine Eichung der Signalverarbeitungskanäle ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenschichtgerät in besonders einfacher Weise durch einfache impulsweise Änderung der gemeinsamen Versorgungsspannung für die Detektoren möglich. Dadurch können

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die geschilderten Fehler festgestellt und berücksichtigt werden.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgenschichtgerätes, bei der ei.ne automatische Fehlerkompensation erfolgt, ergibt sich aus dem Anspruch 3.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 2 das Schaltbild der für die Erfindung wesentlichen

Teile eines Röntgenschichtgerätes nach der Erfindung , und

Fig. 3 bis 5 Signalverläufe zur Erläuterung der Figur 2.

Die Figur 2 zeigt zwei Xenon-Detektoren 8 und 9 aus dem Strahlenempfänger 2. Wie bereits erläutert, sind noch mehr solche Xenon-Detektoren, und zwar eine der gewünschten Bildauflösung entsprechende Anzahl vorhanden. Die einzelnen Kanäle der Xenon-Detektoren sind aber gleichartig aufgebaut, so daß die Erfindung nur anhand zweier Kanäle erläutert wird. Alle Xenon-Detektoren liegen mit einem Pol an einer Hochspannungsversorgungseinrichtung 10 und mit dem anderen Pol über einen Strombegrenzungswiderstand, von denen in der Figur 2 die Strombegrenzungswiderstände 11 und 12 dargestellt sind, an einem Integrator.

Der Integrator des Kanals I enthält einen Verstärker 13, einen Integrationskondensator 14 und einen Löschschalter 15 und der Integrator des Kana3.s II einen Verstärker 16, einen Integrationskondensator 17 und einen Löschschalter 18.

Durch die Erfindung sollten nun einerseits unterschiedliche Empfindlichkeiten der Röntgendetektoren 8, 9 usw. aufgrund von Fertigungstoleranzen und andererseits in die Verstärkung eingehende Toleranzen der Bauelemente der Kanäle. z.B. der Bauelemente 11, 13, 14 bzw. 12, 16, 17 erfaßt und kompensiert wer den. Hierzu wird gemäß Figur 3 die Hochspannung an den Detektoren 3_t S usw. kurzzeitig, und zwar zwischen den Zeitpunkten t.. und tp erhöht. Es wird vorausgesetzt, daß keine Röntgenstrahlung vorhanden ist, so daß der Inhalt der Integrations-

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kondensatoren 14 und 17 Null ist. Aufgrund des Eichimpulses gemäß Figur 3 fließt durch den Widerstand 11 bzw. 12 ein S tr on gemäß Figur 4. Nach dem Ende eines Sichirapulr.es gemäß Figur 3 wird der Inhalt der Integra ti onskondensator en 14 bzw. 17 und damit die Spannung am Kanalausgang (Stelle 19 bzw. 20) wieder Null. Zwischen den Zeitpunkten t- und tp nimmt gemäß Figur 5 die Signalspannung jedoch einen Maximalwert an, der bei dem Beispiel gemäß Figur 5 im Zeitpunkt t·, erreicht ist. Dieser Spannungswert U₁ kann nun in der nachfolgend beschriebenen Vielse zur Ermittlung eines Eichsignales verwendet werden. Wichtig ist, daß die Abfrage zu einem geeigneten Zeitpunkt zwischen t₇ und tp erfolgt.

Die Detektoren 8, 9 usw. sind Xenon-Detektoren, die Exenplar-Streuungen aufweisen, die die Ursache für unterschiedlich grosse Verschiebeströme sind. Auch das Gasvolumen ist mechanischer Toleranzen wegen von Detektor zu Detektor unterschiedlich groß. Die Kapazität und das Gasvolumeii eines Detektors stehen jedoch in keinem Zusammenhang. Zur Eichung sind daher zunächst einmal vor Inbetriebnahme des Röntgenschichtgerätes zwei verschiedene Kessungen unmittelbar hintereinander erforderlich. Zunächst eine Messung mit einem Röntgeneichimpuls, welche ein dem Detektorvorlumen proportionales Signal ergibt und unmittelbar darauf eine zweite Messung mit einem Spannungsimpuls auf der Detektor— betriebshochspannung, welche ein der Detektorkapazität proportionales Signal liefert. Diese Messung braucht deshalb nur einmal, zweckraäßigerweise beim Gerätehersteller, durchgeführt zu werden, da die zeitliche Änderung von Gasvolunen und Kapazität eines Detektors vernachlässigbar klein ist. Der Quotient aus beiden Signalen an den Kanal aus gang en 19 bzw. 20, d.h. aus einein Signal am Kanalausgang, das durch einen Röntgeneichimpuls erzeugt ist, und einem Signal am Kanalausgang, das durch einen Hociispannungsimpuls erzeugt ist, ergibt eine detektorspezifi·- sehe Konstante K, die auf diese Weise für jeden Detektor einmal ermittelt und gespeichert wird. Zur Speicherung enthält jeder Kanal einen Konstantenspeicher. Dieser ist in der Figur 2 nur für der? Kanal I dargestellt und mit 21 bezeichnet. Auch die nachfolgenden Bauelemente sind für joden Kanal vorhanden, aber in der Figur 2 -nur für den Kanal I dargestellt. Im Konstanten-

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speicher 21 ist also eine Konstante gespeichert, die für den Detektor 8 spezifisch ist und beispielsweise im Werk von Hand eingegeben wird. Hit dieser Konstanten und cleia Signal am Kanalausgang 19. welches beliebig oft durch Spannungsimpulse gemäß Figur 3 zwischen den Zeiten t- und tp hervorgerufen werden kann, kann ein Eichsignal errechnet werden. Für dieses Sichsignal Ξ gilt: E = K · U₂. Up ist die Signalspannung aia Ausgang 19, die sich infolge eines Spannungsimpulses auf der Detektor-Betriebshochspannung (Fig. 3) im Eichmoment einstellt. Das Eichsignal E wird so oft wie erforderlich, z.B. täglich, vor jeder Patientenaufnahme oder während der Aufnahme vor einem Pulsen der Röntgenröhre 1 neu ermittelt. U₂ ist abhängig von allen Parametern, die einen multiplikativen Fehler erzeugen, z.B. von alterungs-- und temperaturbedingten Yerstärkungsänderungen im Meßkanal.

Das Eichsignal E wird gemäß Figur 2 in einem Multiplizierer 22 gebildet, dem vom Konstantenspeicher 21 die Konstante K und von einem Signalspeicher 23 für die Spannung U₂ am Ausgang 19 die Spannung Up zugeführt wird. Am Ausgang des Hultiplizierers 22 liegt also das Eichsignal. Dieses Eichsignal wird in einem Dividierer 24 mit einem am Eingang 25 liegenden, für alle Kanäle gleichen Referenzsignal verglichen, d.h. der Dividierer 24 bildet den Quotienten aus Referenzsignal und Eichsignal und damit einen Eichfaktor. Ein dem Eichfaktor entsprechendes Signal liegt am Ausgang des Dividierers 24 und ist einem Multiplizierer 26 zugeführt, in dem es mit dem am Eingang 27 im Falle eines Röntgenimpulses liegenden Heßsignal multipliziert wird. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Mulitplizierers 26 am Ausgang 28 frei von den geschilderten Fehlern.

Die Figur 2 zeigt einen Zeitmultiplexer 29, der aufeinanderfolgend die Ausgänge der Multiplizierer 26, 30 usw. der einzelnen Kanäle abfragt und die entsprechenden Signale einem Rechner 31 zuführt, der das Querschnittsbild errechnet und seine Wiedergäbe auf dem Sichtgerät 6 bewirkt. Die Bauelemente 11 bis 31 sind also Bestandteil des Meßwertumformers 5-

Die Löschschalter 15» 18 usw. haben die Aufgabe, die Integratoren 13, 14; 16, 17 zu löschen, wenn ihre Signale verarbeitet

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worden sind und v/erden daher vom Rechner 31 gesteuert.

Im Rahmen der Erfindung ist zur Eichung der Kanäle nicht nur eine iripulsv/eise Erhöhung der Betriebsspannung der Detektoren 8, 9 usw., sondern auch eine andere iiopulsweise Änderung dieser Betriebsspannung, insbesondere eine Reduzierung möglich. Die Impuls form muß nicht rechteckig sein, sie kann z.B. auch sinusförmig seil.

Das erfindungsgemäße Eichverfahren verlangt keine Röntgeneich-. schlisse. Die Eichung erfolgt nur mit Spannungsimpuls en auf der Betriebshochspannung der Röntgendetektoren 8, 9 usw. Sie kann also vollautomatisch und beliebig oft, auch während einer laufenden Patienteiluntersuchung erfolgen. Die Eichung erstreckt sich sowohl auf alle Detektoren als auch auf die nachfolgende Meßelektronik der Kanäle. Sie kann natürlich in der geschilderten Weise durch einen Spannungsimpuls auf der Betriebsspannung nur dann durchgeführt werden, wenn kein Röntgenimpuls vorliegt. Die Bauelemente 21 bis 26 stellen eine automatische Korrektur der mit multiplikativen Fehlern behafteten Meßsignale sicher.

Zur irapulsweisen Änderung der gemeinsamen Versorgungsspannung für die Detektoren 8, 9 usw. ist in der Figur 2 schematisch ein Schalter 32 dargestellt. Dieser Schalter 32 kann zwischen den Zeitpunkten t., und t_? (Fig. 3 bis 5) automatisch, beispielsweise vor Beginn einer Patientenaufnahme oder zwischen zwei Röntgenblitzen, geschlossen v/erden.

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Claims

Patentansrxri \ghe_

'"\. RÖntgei'iKchichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schiohtbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer RöntgenstrrJilenmeßanordnung, die eine Röntgenstrahlenquelle, welche ein das Aufnahmeobjekt- durchdringendes, fächerförmiges Röntg ens tr aiii e±i~ bündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schicht stärke und in der Schichtebüixe so groß ist, daß das ganze Aufnahmeobjekt durchsetzt wird, sowie einen Str aiii enempf anger enthält, der die Strahlungsintensität hinter dem Objekt durch Abtastung des projezierten Strahlenbündels ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen der Röntgenstrahlenneßcinoranung und mit einem Meßwertumformer für die Transformation der vom Strahleneinpfänger gelieferten Signale in ein Schichtbild, bei dem der Strahlenempfanger aus einer Detektorreihe besteht, deren Detektoren mit einem Pol an einer gemeinsamen Spannungsversorgungseinrichtung angeschlossen sind und deren Detektora.nzahl der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für das Eichen der in den Signalverarbeitungskanälen (I, II usw.) der Detektoren (8, 9 usw.) enthaltenen Bauelemente (11, 13, 14; 12, 16, 17 usw.) Mittel (32) sum kurzzeitigen Ändern der am gemeinsamen Pol aller Detektoren (8, usw.) liegenden Spannung vorhanden sind.
2. Röntgenschichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (8, 9 usw.) Ionisationskammern sind, deren einer Pol an einer Hochspannungsquelle (10) liegt, und daß Mittel (32) zum impuls v/eis en Verändern der Hochspannung vorhanden sind.
3. Rüntgenschichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kanal (z.B. I) ein Speicher (21) für eine kanaltypische Eonstante und ein Speicher (23) für die an einem Integrator (13, 14) für die Dotektorspannung abgegriffene Eickspannung zugeordnet ist, daß die Ausgangsspannungen dieser beiden Speicher (21, 23) an einem Multiplizierer (22) angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal einem Dividierer (24)

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zugeführt ist, welcher ein Referenzsignal durch dieses Ausgangs signal teilt, und daß der Ausgang des Dividierers (24) an einem Sin^ans eines Hultiplisierers (25) angeschlossen ist, dessen andcroa Eingang (27) das vom Integrator (15, 14) gelieferte lleßsigncl sugefülirt ist 'jnd dessen Ausgangs signal in einem Rechner verarbeitet wird.

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