DE2630399C2

DE2630399C2 - Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schichtbildern

Info

Publication number: DE2630399C2
Application number: DE2630399A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 8521 Eltersdorf Luderer; Burghard 8520 Erlangen Weinkauf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1986-09-11
Also published as: GB1560263A; FR2357228A1; DE2630399A1; US4134018A; FR2357228B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schichtbildern eines Aufnahmeobjekts mit einer Röntgenstrahlenmeßanordnung, die eine Röntgenstrahlenquelle, weiche ein das Aufnahmeobjekt durchdringendes, fächerförmiges 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 Strahlenetnpfänger enthält, der die Strahlungsintensität hinter dem Objekt durch Abtastung des projizierten Strahlenbündel ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen der Röntgenstrahlmeßanordmmg und mit einem Meßwertumformer für die Transfonnation der vom Strahlenempfänger gelieferten

S Signale in ein Schichtbild, bei dem der Strahlenempfänger aus einer Detektorreihe besteht, deren Detektoren mit einem Pol ac einer gemeinsamen Spannungsvecsorgungseinrichtung angeschlossen sind und deren Detektoraizahl der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt ist.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein bekanntes Röntgenschichtgerät dieser Art (Electronics, 25. Dez. 75, S. 33 u. 34). Es enthält eine Röntgenröhre 1 und einen Strahlenempfänger 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 um 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 Meßweitumformer 5 ein Bild errechnet werden kann. Das Bud wird auf einem Sichtgerät 6 wiedergegeben. Die Röntgenröhre 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 Fig. 1 angedeutet.

Es ist bekannt, als Detektoren im Meßwertumformer an Hochspannung liegende Xenon-Detektoren als Ionisationskammern zu verwenden. Pro Winkeisteilung der MeB-anordnung 1,2 werden also alle Bildpunkte der Winkelstellung über eine entsprechende Anzahl von Einzel-Röntgcnstrahlendetektoren simultan gemessen und die Signale der Detektoren in einzelnen Meßkanälen pacjllel weiterverarbeitet. Bei einer solchen Meßanordnung treten verschiedenartige Fehlertypen auf. Eine Fehlarursache sind die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Röntgendetekto ren 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 Alterungscinflüssen, 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, und daß eine Abfrageschaltung für die Erfassung der Spannung am Kanalausgang während eines Eichimpulses vorhanden ist. Eine Eichung der Signalverarbeitungskanäle ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenschichtgerät in besonders einfacher Weise durch einfache impulsweise Änderung der gemeines samen Versorgungsspannung für die Detektoren möglich. Dadurch können die geschilderten Fehler festgestellt und berücksichtigt werden.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfin-

dungsgemäßen Röntgenschichtgerätes, bei der eine automatische Fehlerkompensation erfolgt, ergibt sich aus dem Anspruch 3.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 2 das Schaltbild der für die Erfindung wesentlichen Teile eines Röntgeuschichtgerätes nach der Erfindung, und Fig. 3 bis 5 Signalverläufe zur Erläuterung der Fig. 2.

Die Fig. 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 Fig. 2 die Strombegrenzungswiderstände 11 und 12 dargestellt sind, an einem Integrator. Der Integrator des Kanals i enthält einen Verstärker 13, einen Integrationskondensatoi 14 und einen Löschschalter 15 und der Integrator des Kanals // 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 U, 13,14 bzw. 12, 16,17 erfaßt und kompensiert werden. Hierzu wird gemäß Fig. 3 die Hochspannung an den Detektoren 8,9 usw. kurzzeitig, und zwar zwischen den Zeitpunkten t\ und t₂ erhöht. Es wird vorausgesetzt, daß keine Röntgenstrahlung vorhanden ist, so daß der Inhalt der Integrationskondensalören 14 und 17 Null ist. Aufgrund des Eichimpulses gemäß Fig. 3 fließt durch den Widerstand 11 bzw. 12 ein Strom gemäß Fig. 4. Nach dem Ende eines Eichimpulses gemäß Fig. 3 wird der Inhalt der Integrationskondensatoren 14 bzw. 17 und damit die Spannung am Kanalausgang (Stelle 19 bzw. 20) wieder Null. Zwischen den Zeitpunkten I₁ und I₁ nimmt gemäß Fig. S die Signalspannung jedoch einen Maximalwert an, der bei dem Beispiel gemäß Fig. S im Zeitpunkt t₃ erreicht ist. Dieser Spannungswert U\ kann nun in der nachfolgend beschriebenen Weise zur Ermittlung eines Eichsignales verwendet werden. Wichtig ist, daß die Abfrage zu einem geeigneten Zeitpunkt zwischen /₃ und t₂ erfolgt.

Die Detektoren 8, 9 usw. sind Xenon-Detektoren, die Exemplarstrerungen aufweiset:, die die Ursache für unterschiedlich große Verschiebeströme sind. Auch das Gasvolumen ist menchanischer Toleranzen wegen von Detektor zu Detektor unterschiedlich groß. Die Kapazität und das Gasvolumen eines Detektors stehen jedoch in keinem Zusammenhang. Zur Eichung sind daher zunächst einmal vor Inbetriebnahme des Röntgenschichtgerätes zwei verschiedene Messungen unmittelbar hintereinander erforderlich. Zunächst eine Messung mit einem Röntgeneichimpuls, welche ein dem Detektorvolumen proportionales Signal ergibt und unmittelbar darauf eine zweite Messung mit einem Spannungsimpuls auf der Detektorbetriebshochspannung, welche ein der Detektorkapazität proportionales Signal liefert. Diese Messung braucht deshalb nur einmal, zweckmäßigerweise beim Gerätehersteller, durchgeführt zu werden, da die zei*_v ^lxhe Änderung von Gasvolumen und Kapazität eines Detektors vernachlässigbar klein ist. Der Quotient aus beiden Signalen an den Kanalausgängen 19 bzw. 20, d. H. aus e^!*;m Signal am Kanalausgang, das durch einen Röntgeneichimpuls erzeugt ist, und einem Signal am Kanalausgang, das durch einen Hochspannungsimpuls erzeugt ist, ergibt eine detektorspezifische Konstante K, die auf diese Weise für jeden Detektor einmal

s ermittelt und gespeichert wird. Zur Speicherung enthält jeder Kanal einen Konstantenspeicher. Dieser ist in der Fig. 2 nur für den Kanal / dargestgellt und mit 21 bezeichnet. Auch die nachfolgenden Bauelemente sind für jeden Kanal vorhanden, aber in der Fig. 2 nur für den Kanal / dargestellt. Im Konstantenspeicher 21 ist also eine Konstante gespeichert, die für den Detektor 8 spezifisch ist und beispielsweise im Werk von Hand eingegeben wird. Mit dieser Konstanten und dem Signal am Kanalausgang 19, welches beliebig oft durch Spannungsimpulse gemäß Fig. 3 zwischen den Zeiten U. und t₂ hervorgerufen werden kann, kann ein Eichsignal errechnet werden. Für dieses Eichsignal E gilt: E = K ■ U₂. U₂ ist die Signalspannung am Ausgang 19, die sich infolge eines Spannungsimpulses auf der Detektor-Betriebshochspannung (Ff e^ 3) im Eichmoment einstellt. Das Eichsignai E wird so oft vie 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 multiolikativen Fehler erzeugen, z. B. von alterungs- und temperaturbedingten Verstärkungsänderungen im Meßkanal.

Das Eichsignal E wird gemäß Fig. 2 in einem Multiplizierer 22 gebildet, dem vom Konstantenspeicher 21 die Konstante K und von einem Signalspeicher 23 für die Spannimg U₂ am Ausgang 19 die Spannung U₂ zugeführt wird. Am Ausgang des Multiplizierers 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 Eichsigna! und damit einen Eichfaktor. Ein dem Eichfaktor entsprechendes Signal liegt am Ausgang des Dividierers 24 unjlist einem Multiplizierer 26 zugeführt, in dem es mit dem am Eingang 27 im Falle eines Röntgenimpulsen liegenden Meßsignal multipliziert wird. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Multiplizierers 26 am Ausgang 28 frei von den geschilderten Fehlern.

Die Fig. 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 Wiedergabe auf dem Sichtgerät 6 bewirkt. Die Bauelemente 11 bis 31 sind also Bestandteil des Meßwertumformers 5.

so Die Löschschalter 15, 18 usw. haben die Aufgabe, die

Integratoren 13,14; 16,17 ioi löschen, wenn ihre Signale

verasbei.et worden sind und werden daher vom Rechner 31 gesteuert.

Im Rahmen der Erfindung ist zur Eichung des Kanäle

nicht nur eine impulsweise Erhöhung der Betriebsspannung der Detektoren 8, 9 usw., sondern auch eine andere impulsweise Änderung dieser Betriebsspannung, insbesondere eine Reduzierung möglich. Die Impulsform muß nicht rechteckig sein, sie kann z, B auch sinusförmig sein.

Das erfindungsgemäße Eichverfahren verlangt keine Röntgeneichschüsse. Die Eichung erfolgt nur mit Spannungsimpulsen auf der Betriebshochspannung der Röntgendetektoren 8,9 usw Sie kann also vollautomatisch und beliebig oft, auch während einer laufenden Patientenuntersuchung 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 Betriebsspan-

nung 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 impulsweisen Änderung der gemeinsamen Versor- 5 ''j

gungsspannung fur die Detektoren 8, 9 usw. ist in der

Fig. 2 schematisch ein Schalter 32 dargestellt. Dieser _r._:

Schalter 32 kann zwischen den Zeitpunkten /, und t₂ \Ü

(Fij. 3 bis 5) automatisch, beispielsweise vor Beginn einer Ht

Patientenaufnahme oder zwischen zwei Röntgenblitzen, io geschlossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

15

20

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenschichtgerät zur Herstellung von Transversal-Schichtbüdern eines Aufnahmeobjektes (4) mit einer Röntgenstrahlenmeßordnung, die eine Röntgenstrahlenquelle (1), welche ein das Aufnahmeobjekt (4) durchdringendes, fächerförmiges Röntgenbündel erzeugt, dessen Querschnittsausdehnung senkrecht zur Schichtebene gleich der Schichtstärke und in der Schichtebene so groß ist, daß das ganze Aufnahmeobjekt (4) durchsetzt wird, sowie einen Strahlenempfänger (2) enthält, der die Strahlungsintensität hinter dem Objekt (4) durch Abtastung des projezierten Strahlenbündels ermittelt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung zur Erzeugung von Drehbewegungen der RöntgenstrahlenmeBanordnung und mit einem Meßwertumformer (5) für die Transformation der vom Strabknempfänger (2) gelieferten Signale in ein Schichtbild. Sei dem der Strahlenempfänger (2) aus einer Detektorreihe (8, 9) besteht, deren Detektoren (8, 9) mit einem Pol an einer gemeinsamen Spannungsversorgungseinrichtung (10) angeschlossen sind und deren Detektoranzahl der gewünschten Bildauflösung entsprechend gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für das Eichen der in den Signalverarbeitungskanälen (/, // usw.) der Detektoren (8,9 usw.) enthaltenen Bauelemente (11, 13, 14; 12, 16, 17 usw.) Mittel (32) zum kurzzeitigen Ändern der am gemeinsamen Pol aller Detektoren (8, 9 usw.) liegenden Spannung vorhanden sind, und daß eine Abfrageschaltung (Fig. 2) für die Erfassung der Spannung am Kanalausgang während eines Eichimpulses vorhanden ist.

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 impulsweisen Verändern der Hochspannung vorhanden sind.

3. Röntgenschichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kanal (z. B. L) ein Speicher (21) für eine kanaltypische Konstante und ein Speicher (23) für die an einem Integrator (13, 14) für die Detektorspannung abgegriffene Eichspannung zugeordnet ist, daß die Ausgangsspannungen dieser beiden Speicher (21, 23) an einem Multiplizierer (22) angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal einem Dividierer (24) zugeführt ist, welcher ein Referenzsignal durch dieses Ausgangssignal teilt, und daß der Ausgang des Dividierers (24) an einem Eingiing eines Multiplizierers (26) angeschlossen ist, dessen anderem Eingang (27) das vom Integrator (13, 14) gelieferte Meßsignal zugeführt ist und dessen Ausgangssignal in einem Rechner verarbeitet wird.