DE2702009C2 - Computer-Tomograph - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomographen zur Rekonstruktion einer Transversalschicht eines Patienten, mit einer aus einer Röntgenquelle und einer Detektoranordnung bestehenden Meßvorrichtung zur Ermittlung der Absorption, die durchdringende Strahlung beim Durchqueren zahlreicher in der Transversalschicht liegender Wege erfährt, mit einer ersten Verarbeitungsschaltung für die Meßwerte zur Ermittlung des Absorptions-Koeffizienten für jedes Element einer die Transversalschicht unterteilenden Matrix, und mit einem Matrixspeicher, dem die Absorptionskoeffizienten zugeführt werden.

Ein solches Gerät ist in der DE-OS 19 41 433 beschrieben. Bei Geräten dieser Art besteht die die Absorptionswerte feststellende Detektoranordnung aus einem oder mehreren mit jeweils einem Kollimator versehenen Detektor. Durch die Kollimatoren soll so weit wie möglich der Empfang von Streustrahlung verhindert werden. Dabei erfolgt die Messung der Absorption, die die Strahlung auf den einzelnen Wegen erfährt, durch eine mechanische Abtastung der Detektoren in bezug auf den Körper. Die Abtastung setzt sich dabei aus seitlichen und umlaufenden Abtastbewegungen zusammen.

Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden (DE-OS 25 38 517, 25 51 332 und 26 48 503), die Röntgenquelle selbst einer raschen seitlichen Abtastbewegung in bezug auf den Körper durch elektrische oder elektromagnetische Ablenkung eines Elektronenstrahls über einer Röntgenstrahlen aussendenden Antikathode zu unterwerfea Wenn eine solche schnelle Abtastung der Röntgenquelle verwendet wird, ist es unbequem und praktisch schwierig, die Detektoren dieser Bewegung folgen zu lassen, und man verwendet daher eine ortsfeste Bank

ίο von Detektoren, in bezug auf die die Röntgenquelle eine Abtastbewegung ausführt. Im Interesse einer schnellen Datengewinnung ist die Röntgenquelle so ausgebildet, daß sie einen ebenen Strahlenfächer erzeugt, der eine nennenswerte Zahl von Detektoren erfaßt Dies bedeutet jedoch, daß einige der Detektoren, insbesondere die in der Mitte der Gruppe angeordneten Detektoren, bei der Abiastbewegung der Röntgenquelle aus zahlreichen Positionen Strahlung empfangen, und bei Verwendung von Kollimatoren müssen die Kollimatoren ausreichend breit sein, damit die Strahlung aus allen Richtungen empfangen werden kann. Wenn man aber die Kollimatoren breiter auslegt, so besteht die Gefahr, daß die Detektoren eine unzulässig große Streustrahlung empfangen, und es kann ferner vorkommen, daß der Kollimator für einen Detektor Strahlung auffängt, der für benachbarte Detektoren bestimmt ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese durch die Verwendung von Kollimatoren auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Computer-Tomographen der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß weitere Verarbeitungsschaltungen vorhanden sind, die für jedes von einem Strahl durchsetzte Matrixelement der Transversalschicht ein Streuungs-Indexsignal ableiten, daß die weiteren Verarbeitungsschaltungen eine Summierschaltung zur Summierung der ermittelten Absorptions-Koeffizienten für alle Elemente, die vom Strahl durchdrungen werden, bevor er auf ein gegebenes Matrixelement trifft, enthalten, daß der Summierungsschaltung eine Multiplikationsschaltung nachgeschaltet ist, die durch Multiplikation des Summensignals mit dem für das gegebene Matrixelement ermittelten Absorptions-Kpeffizienten das Streuungs-Indexsignal erzeugt, daß der Multiplikationsschaltung eine Subtraktionsschaltung folgt, die das Streuungs-Indexsignal von den anderen gleichzeitig aufgenommenen Meßwerten subtrahiert, um die anderen Meßwerte hinsichtlich der Streuung zu kompensieren, und daß die erste Verarbeitungs-Schaltung so ausgebildet ist, daß der Verarbeitungsvorgang unter Verwendung der kompensierten Meßwerte anstelle der ursprünglichen Meßwerte wiederholt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Teils eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gerätes und

F i g. 2 in einem Blockschaltbild die Mittel zur Durchführung der Kompensation der Streustrahlung.
Gemäß F i g. 1 ruht ein zu untersuchender Körper 1 in Rückenlage auf einer halb-zylindrischen Auflage 2, an der der Körper durch einen oder mehrere Gurte 3 festgelegt ist, die ihrerseits an der Außenseite der Auflage 2 befestigt sind. Sowohl die Auflage als auch die Streifen bestehen aus einem Material, das weitgehend durchlässig für Röntgenstrahlung ist, und in Zwischenräumen zwischen dem Körper 1 und der Liege 2 ist ein Füllmaterial 4 angeordnet, das etwa die gleiche Absorption wie der Körper 1 aufweist

Der interessierende Teil des Körpers 1 befindet sich in einer Ausnehmung 5 eines Drehtisches 6, der um den Körper 1 um eine Achse 7 drehbar ist Am Drehtisch 6 ist eine Röntgenquelle 8 und eine Gruppe 9 von Detektoren angebracht, und der Drehtisch 6 wird einschließlieh seines Zubehörs durch ein Zahnrad 10 in Drehung versetzt, das von einem Elektromotor 11 angetrieben wird. Das Zahnrad 10 ist mit nicht dargestellten Zähnen am Umfang des Drehtisches 6 in Eingriff. Als Detektoren 9 können beispielsweise Szintillationskristalle mit zugeordneten Fotovervielfachern, Szintiliationskristalle mit zugeordneten Fotodioden usw. verwendet werden.

Auf der Achse des Motors 11 befindet sich eine Scheibe 12, die mit einer ringförmigen Stricheinteilung 13 versehen ist Die Stricheinteilung arbeitet mit einer Fotozelle 14 und einer dieser zugeordneten Lichtquelle 15 in bekannter Weise zusammen, um Signalimpulse zu erzeugen, die ein Maß für das Fortschreiten der Drehung des Drehtisches 6 sind. Die Fotozelle 14 und die Lichtquelle 15 sind an Halterungen 16 und 17 angebracht, die am Hauptrahmen 18 befestigt sind, an dem auch der Motor 11 angebracht ist Der Drehtisch 6 ist auf Stützrollen 19, 20, 21 und 22 gelagert, die ebenfalls auf dem Rahmen 18 gelagert sind.

Die Strahlungsquelle 8 enthält eine längliche Antikathoden/Anoden-Anordnung 23, eine Elektronen-Kanone 24, die einen Elektronenstrahl 25 erzeugt und Ablenkplatten 26, an deren Stelle aber auch Ablenkspulen vorgesehen sein könnten. In F i g. 1 sind zwei extreme Positionen 27a und 27c der Quelle dargestellt, aus denen ersichtlich ist, daß in jeder Position der Quelle ein Strahlungsfächer auf den Körper 1 gerichtet wird. Es ist ferner ersichtlich, daß die Detektoranordnung 9 an der seitlichen Bewegung nicht teilnimmt, wobei die A.nordnung aber ausreichend breit ist, um die Strahlung bei der Abtastbewegung zu erfassen.

Es sei bemerkt, daß einige Detektoren, beispielsweise der Detektor 28, in der Lage sein müssen, Strahlung aus mehreren verschiedenen Richtungen zu empfangen, beispielsweise die dargestellten Strahlen 29 und 30, die sich auf die Positionen 27a und 27c der Quelle beziehen. Dies führt jedoch zu den zuvor erwähnten Schwierigkeiten, wenn den Detektoren Kollimatoren zugeordnet sind, und daher sind bei diesem Ausführungsbeispiel keine Kollimatoren vorhanden, so daß die Streuwirkungen zugelassen und durch Rechnung später berücksichtigt werden.

Die von der Fotozelle 14 abgeleiteten Ausgangsimpulse werden einer Zeitgeber- und Impulsformschaltung 31 zugeführt, die ebenfalls Start- und Stop-Kommandoimpulse von einem ferngesteuerten Schalter 32 empfangt Die in der Schaltung 31 geformten Impulse werden einer Zeitgeberschaltung 33 zugeführt, die Ablenkirnpulse erzeugt, die den Ablenkplatten 26 der Röhre 8 zugeführt werden, so daß die zeitliche Abtastung der Strahlung mit der Drehung des Drehtisches 6 entsprechend einer gewünschten Beziehung zwischen der seitlichen und der umlaufenden Abtastbewegung synchronisiert wird.

Die von der Detektoranordnung 9 während der Abtastung erzeugten Signale werden in diskrete Signale umgesetzt, die ein Maß für die Strahlungsintensität sind, die aus dem Körper entlang entsprechender, weitgehend linearer Wege austritt, indem die Ausgänge der Detektoren entsprechenden Integrationsschaltungen zugeführt werden, die periodisch unter dem Einfluß der von der Fotozelleneinheit 14 abgeleiteten Taktimpulse gelesen und zurückgestellt werden. Diese diskreten Signale werden digitalisiert, in logarithmische Form umgesetzt und einer Datenverarbeitung unterworfen.

Anhand von Fi g. 2 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Datenverarbeitungsanordmmg näher erläutert Jeder Detektor der Gruppe 9 speist eine entsprechende Vor-Verarbeitungsschaltung 34. In Fig.2 ist nur die Schaltung 34 für den it-ten Detektor dargestellt Jede der Schaltungen 34 enthält einen Verstärker 35, einen Integrator 36, der — wie zuvor erwähnt — periodisch durch von der Fotozelle 14 abgeleitete Taktimpulse gelesen und zurückgestellt wird, eine Analog/Digital-Umsetzerschaltung 37 und eine logarithmische Umsetzerschaltung 38. Alle Schaltungen 34 speisen eine gemeinsame Schaltung 39 zum Sortieren paralleler Gruppen, um die Ausgangssignale in Gruppen zu sortieren, die sich auf parallele Strahlenwege durch den Körper beziehen. Die sortierten Ausgangssignale -werden Gruppe für Gruppe einer Datenverarbeitungsschaltung 40 zugeführt

Die Schaltung 40 ermittelt von den ihr zugeruhrten Ausgangssignalen einen Absorptionskoeffizienten für jeden von zahlreichen elementaren Bereichen, die in der bestrahlten Transversalschicht des Körpers angenommen sind. Wenn die Detektoren mit Kollimatoren versehen wären, so würde diese Ermittlung die letzte Stufe der Untersuchung darstellen. Da jedoch die Detektoren keine Kollimatoren aufweisen, ist eine weitere Datenverarbeitung erforderlich, um die Wirkungen der Streuung zu vermindern oder zu eliminieren. Für diese weitere Datenverarbeitung sind die Komponenten 41 bis 46 vorgesehen, die nachfolgend näher erläutert werden.

Die ermittelten Koeffizienten werden einem digitalen Speicher 41 mit willkürlichem Zugriff zugeführt, der eine Speicherstelle für jeden der erwähnten elementaren Bereiche enthält Die Bereiche sind in der bestrahlten Scheibe des Körpers in Form einer rechteckigen Matrix angenommen, und es ist daher erwünscht, daß die Speicherstellen des Speichers 41 im gleichen Format angeordnet sind.

Um die ermittelten Koeffizienten im Hinblick auf die Streuwirkungen zu kompensieren, muß jeder elementare Bereich als potentielles Streuzentrum für jeden Strahlenweg angesehen werden, der diesen schneidet. Es ist klar, daß es erforderlich ist, die Streuwirkungen für irgendeinen Strahlenweg und einen elementaren Bereich nur bei Ausgangssignalen festzustellen, die zur gleichen Zeit gewonnen werden, wie das sich auf den fraglichen Strahlenweg beziehende Ausgangssignal. Ein Adressenwähler 42 dient dazu, die lineare (oder weitgehend lineare) Kombination von durch einen ersten Strahlenweg geschnittenen elementaren Bereichen feststellen. Es stellt ferner einen ersten elementaren Bereich auf dem erwähnten ersten Strahlenweg fest. Die Verbindung des Adressenwählers 42 mit dem Digitalspeicher 41 ist so, daß nach* Feststellung des ersten Strahlenweges und des ersten elementaren Bereiches durch den Adressenwähler 42 die Koeffizienten, die für alle anderen elementaren Bereiche ermittelt worden sind, die von dem ersten Strahlenweg von der bestrahlten Seite des Körpers bis zu dem ersten festgestellten elementaren Bereich geschnitten werden, in irgendeiner Reihenfolge einer Summierungsschaltung 44 zugeführt werden, die dadurch die Absorption ermittelt, die die Strahlung wahrscheinlich beim Durchqueren des erwähnten ersten Strahlenweges durch den Körpers bis zu dem ersten festgestellten elementaren Bereich erlit-

ten hätte. Die ermittelte Absorption wird einer Multiplikationsschaltung 45 zugeführt, und der ermittelte Absorptionskoeffizient für den ersten festgestellten elementaren Bereich wird ferner der Schaltung 45 vom Speicher 41 in Abhängigkeit von einem Signal zügeführt, das vom Adressenwähler 42 stammt Wenn diese beiden Werte miteinander multipliziert werden, geben sie die Menge der Streustrahlung an, die wahrscheinlich von der Strahlung erzeugt worden wäre, die durch den ersten festgestellten elementaren Bereich auf dem erwähnten ersten festgestellten Strahlenweg verläuft. Von diesem Streuwert wird angenommen, daß er isotrop ist und somit von den anderen Ausgangssignalen subtrahiert werden muß, die zur gleichen Zeit wie das auf den zuerst festgestellten Strahlenweg bezogene Ausgangssignai erzeugt wurden. Die Subtraktion wird mittels einer Subtraktionsschaltung 46, der die Ausgangssignale von der Schaltung 45 zugeführt werden, und von einem zweiten digitalen Speicher 43 bewirkt, der alle gemessenen Ausgangssignale in der Reihenfolge ihre Ableitung speichert In Abhängigkeit der Signale vom Adressenwähler 42 führt der Speicher 43 der Reihe nach der Schaltung 46 alle Ausgangssignale mit Ausnahme desjenigen Ausgangssignals zu, das sich auf den zuerst festgestellten Strahlenweg bezieht, wobei sich die Ausgangssignale auf Strahlenwege beziehen, die gleichzeitig wie der zuerst festgestellte Strahlenweg bestrahlt werden. Die korrigierten Ausgangssignale werden erneut den zugehörigen Stellen des Speichers 43 zugeführt, und durch die Adressenwählerschaltungen wird dann ein zweiter elementarer Bereich auf dem erwähnten ersten Strahlenweg festgestellt Das oben beschriebene Verfahren wird wiederholt, bis alle elementaren Bereiche auf dem ersten Strahlenweg berücksichtigt worden sind, und dann wird ein zweiter Strahlenweg festgelegt. Das Verfahren wird dann wiederholt, bis alle Kombinationen von Strahlenwegen und elementaren Bereichen behandelt worden sind, und zu diesem Zeitpunkt befindet sich im Speicher 43 eine vollständige Gruppe von hinsichtlich der Streuung kompensierten Ausgangssignalen. Diese kompensierten Ausgangssignale werden dann über die Schaltung 39 der Datenverarbeitungsschaltung 40 zugeführt, und es wird dann eine verbesserte Ermittlung der Absorptionskoeffizienten durchgeführt, die hinsichtlich der Streuung kompensiert sind.

Die oben erwähnte Reihenfolge der Ereignisse kann natürlich wiederholt werden, wenn erforderlichenfalls eine bessere Annäherung an die wahren Werte für die Koeffizienten erreicht werden soll.

Alle von den Komponenten 39 bis 46 durchgeführten Funktionen erfolgen unter der Steuerung einer Hauptzeitgeberschaltung 47, was durch gestrichelte Linien zwischen der Schaltung 47 und den Komponenten 39 bis 56 angedeutet ist Die Schaltung 47 empfängt ihre Eingangsinformation von der Einheit 14 und der Schaltung 33, und hierdurch können Daten abgeleitet werden, die genau überwacht werden können, so daß alle Strahlenwege identifiziert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   . Computer-Tomograph zur Rekonstruktion einer Transversalschicht eines Patienten, mit einer aus einer Röntgenquelle und einer Detektoranordnung bestehenden Meßvorrichtung zur Ermittlung der Absorption, die durchdringende Strahlung beim Durchqueren zahlreicher in der Transversalschicht liegender Wege erfährt, mit einer ersten Verarbeitungsschaltung für die Meßwerte zur Ermittlung des Absorptions-Koeffizienten für jedes Element einer die Transversalschicht unterteilenden Matrix, und mit einem Matrixspeicher, dem die Absorptions-Koeffizienten zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

   daß weitere Verarbeitungsschaltungen (42 bis 45) vorhanden sind, die für jedes von einem Strahl durchsetzte Matrixelement der Transversalschicht ein Streuungs-Indexsignal ableiten,
   daß die weiteren Verarbeitungsschaltungen eine Summierschaltung (44) zur Summierung der ermittelten Absorptions-Koeffizienten für alle Elemente, die vom Strahl durchdrungen werden, bevor er auf ein gegebenes Matrixelement trifft, enthalten,
   daß der Summierungsschaltung eine Multiplikationsschaltung (45) nachgeschaltet ist, die durch Multiplikation des Summensignals mit dem für das gegebene Matrixelement ermittelten Absorptions-Koeffizienten das Streuungs-Indexsignal erzeugt,
   daß der Multiplikationsschaltung eine Subtraktionsschaltung (46) folgt, die das Streuungs-Indexsignal von den anderen gleichzeitig aufgenommenen Meßwerten subtrahiert, um die anderen Meßwerte hinsichtlich der Streuung zu kompensieren, und
   daß die erste Verarbeitungsschaltung (40) so ausgebildet ist, daß der Verarbeitungsvorgang unter Verwendung der kompensierten Meßwerte anstelle der ursprünglichen Meßwerte wiederholt wird.