DE2709599C2 - Computer-Tomograph - Google Patents

Description

gesamte, den Detektor abdeckende KoUimatorpIatten-Iänge unabhängig von der Relativbewegung stets gleich bleibt

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

F i g. 1 eine schematische Vorderansicht eines Computer-Tomographen mit einem Blockschaltbild für die Datenverarbeitung,

F i g. 2a die Beziehung der Kollimatorplatten zu den Detektoren in Strahlrichtung,

F i g. 2b die Beziehung der Kollimatorplatten zu den Detektoren senkrecht zur Strahlrichtung und

Fig.3 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kollimatorplatten.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Gerät ist eine Röntgentöhre 1, vorzugsweise eine Röhre üblicher Bauart mit rotierender Anode, auf einem drehbaren Ring 2 angebracht, so daß eine Transversalschicht 3 des Körpers eines Patienten bestrahlt werden kann. Die Röhre erzeugt ein weitgehend ebenes, fächerförmiges Röntgenstrahlenfeld 4, und der Körper ruht in ei^er solchen Lage, daß die Transversalschicht 3, in der die Absorptionskoeffizienten ermittelt werden sollen, sich in der Ebene des Strahlenfeldes 4 befindet Die Drehbewegung des Ringes 2 erfolgt um eine Achse 5, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa in der Mitte der Transversalschicht 3 angeordnet ist und senkrecht zur Ebene des Strahlenfächers 5 verläuft Die Antriebskraft für die Drehbewegung des Ringes 2 liefert ein Elektromotor 6, der ein Zahnrad 7 antreibt Dieses Zahnrad wirkt mit nicht dargestellten Zähnen zusammen, die am inneren Umfang des Ringes 2 angebracht sind. Der Motor 6 ist auf einem stationären Hauptrahmen 8 angebracht, der konzentrisch zum Ring 2 ausgebildet und so groß ist, daß der Körper in Rückenlage in das Gerät eingeführt werden kann. Der Körper ruht auf einem Bett 10, das seinerseits mittels Stützen 11 beiderseits der Abtastvorrichtung gelagert ist Die Festlegung des Körpers auf dem Bett erfolgt mittels eines Gurtes 12. Füllmaterial 13, das aus Wasser, einem viskosen oder partikelförmigen Material besteht und sich in einem oder mehreren Kunststoffbeuteln befindet, wird zwischen dem Körper und dem Bett 10 im Bereich der Untersuchung angebracht, um Lufteinschlüsse zwischen dem Körper uiid dem Bett 10 zu beseitigen. Das Material 13 ist so gewählt daß es die Röntgenstrahlung in gleichem Maße absorbiert wie menschliches Körpergewebe.

Auf dem Hauptrahmen 8 ist ferner eine Detektoranordnung 4 angebracht wobei die Detektoren auf einer Kreisbahn angeordnet sind, die konzentrisch zum Ring 2 ist, aber einen größeren Radius als dieser aufweist d. h. die Achse 5 bildet auch für die Detektoren den Mittelpunkt Die Detektoren erstrecken sich über einen Winkel, der gleich der Summe von 180° und dem Spreizwinkel des Fächers ist. Da der Spreizwinkel des fächerförmigen Strahlungsfeldes 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 40° beträgt, erstrecken sich die Detektoren 14 über einen Winkel von etwa 220°. Dies ist notwendig, damit Signale gewonnen werden können, die sich auf Gruppen mit jeweils gleicher Zahl von parallelen Strahlenwegen beziehen, die über etwa 180° verteilt sind, denn dies ist für eine sehr genaue Arbeitsweise erforderlich, wenn die Signale nach dem Konvolutionsverfahren verarbeitet werden, das in der erwähnten DE-OS 24 20 500 beschrieben ist. Gegebenenfalls kann sich die Detektoranordnun^ auch auf die vollen 360° erstrecken.

Jeder Detektor der Anordnung 14 besteht vorzugsweise aus einem Scintillatorkristall, beispielsweise aus mit Thallium aktiviertem Caesiumjodid in Verbindung mit einem lichtempfindlichen Element in Form einer Fotovervielfacherröhre oder einer Fotodiode. Zwischen der Detektoranordnung 14 und dem Körper ist eine Kollimator-Anordnung 15,16 angeordnet um das Auftreffen von Streustrahlung auf die Detektoren zu vermindern. Die Kollimator-Anordnung besteht aus zwei

ίο Platten 15, die parallel zur Ebene des Strahlenfeldes 4 ausgerichtet sind, und aus zahlreichen Kollimatorplatten 16, deren Ebenen in der einen Richtung auf die Röntgenquelle gerichtet sind, also parallel zu den Strahlen verlaufen, und in der anderen Richtung gegen die Strahlenfächerebene geneigt sind, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Kollimatoranordnung 16 vermindert zwar die Menge der auf treffenden Streustrahlung, jedoch ändert sie nicht die Apertur für jeden einzelnen Detektor. Hierdurch können die Detektoren Strahlung empfangen, die entlang v-ü-schiedener Strahlenwege innerhalb des Strahlungsfeidcs 4 verläuft, wenn die Strahlung während der Winkelbewegung des Ringes 2 eine Abtastbewegung in bezug auf die Detektoren ausführt Der Abstand der Kollimatorplatten muß nicht notwendigerweise auf den Abstand der Detektoren bezogen sein, jedoch ist der Abstand vorzugsweise gleich groß oder kleiner als der Detektorabstand.

Einige Detektoren der Anordnung 14 müssen in der Lage sein, Strahlung aus jedem Winfeel innerhalb des

Strahlungsfeldes 4 zu empfangen, und somit ist jeder Detektor so ausgelegt, daß er auf die Strahlungsquelle

durch eine Ausnehmung mit einem Blickfeld von 40° »sieht«.

Bei der Festlegung der Plazierung der Detektoren

muß der Tatsache Rechnung getragen werden, daß der Kreis, auf dem die Detektoren angeordnet sind, einen größeren Durchmesser aufweist als die Bahn der wirksamen punktförmigen Röntgenquelle. Vorzugsweise sind 660 Detektoren vorgesehen, die in bezug auf die

Achse 5 einen Winkelabstand von W aufweisen.

Jn der Praxis beginnt die aktive Abtastung in einer Position, in der der Fächer eine Gruppe von Detektoren am einen Ende der Detektoranordnung 14 bestrahlt, und der Ring sowie die Röntgenquelle 1 werden um die Achse 5 und um die Transversalschicht 3 gedreht. Wenn die Winkelbewegung fortschreitet überstreicht die Strahlung die Detektoranordnung 14. Die von den Detektoren der Anordnung 14 erzeugten Ausgangssignale werden mit einer Rate aufgetastet, die durch Taktimpulse bestimmt ist, die von einer Fotozelleneinheit 17 geliefert werden, die auf den stationären Rahmen 8 gelagert ist und mit einer Stricheinteilung 18 auf dem Ring 2 zusammenwirkt. In regelmäßigen Intervallen wird ein Detektor am hinteren Ende des Strahlenfeldes 4 durch einen neuen DetfVtor am vorderen Ende des Strahlenfeldes 4 ersetzt, so daß stets Abfrage werte derselben Zahl von Detektoren erzeugt werden. Um Kosten zu sparen, können Detektoren, die einen größeren Abstand voneinander haben als der Fächerwinkel, d. h. Detektoren, die nicht zur gleichen Zeit bestrahlt werden können, sich Fotovervielfacher und/oder nachfolgende, elektrische Schaltungen auf einer Zeitmultipiexbasis teilen. Der Abtastvorgang ist beendet, wenn alle Detektoren von Strahlung bestrahlt, worden sind, die durch den Körper verlaufen ist

Eine solche Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt. Detektoren, die einen Winkelabstand von mehr als 40° aufweisen, sind über faseroDtische Lichtleiter 19

an einen gemeinsamen Fotovervielfacher 20 angeschlossen, und jeder Fotovervielfacher speist einen Kanal, der einen Verstärker 21, einen Integrator 22, der von den erwähnten Taktimpulsen periodisch gelesen und zurückgestellt wird, einen Analog/Digital-Umsetzer 23 und einen logarithmischen Umsetzer 24 enthält. Alle logarithmischen Umsetzer 24 sind an eine Datenverarbeitungsschaltung 25 angeschlossen, die die zugeführten Signale in Gruppen sortiert, die sich auf parallele Strahlenwege durch die Transversalschicht 3 beziehen, die die Signale justiert, um die erwähnte Ungleichmäßigkeit des Abstandes der parallelen Strahlenwege zu berücksichtigen, und die die sortierten und justierten Signale nach der in der erwähnten DE-OS beschriebenen Technik verarbeitet, um die Absorptionskoeffizienten an zahlreichen über der Transversalschicht 3 verteilten Stellen zu ermitteln. Vorzugsweise werden die ermittelten Koeffizienten auf einer Anzeigevorrichtung, z. B. einer Kathodenstrahlröhre 26, sichtbar gemacht, die eine Fotografie der Darstellung ermöglicht, und ferner werden die Koeffizienten einem Langzeitspeicher 27 zugeführt. Der Langzeitspeicher 27 besteht vorzugsweise aus einem Magnetband oder einem scheibenförmigen Speicher. Das Zeitmultiplexverfahren für die Fotovervielfacher und die sich daran anschließenden Kanäle mit den elektrischen Schaltungen wird unter dem Einfluß einer Taktgeberschaltung 28 durchgeführt, die die erwähnten Taktimpulse empfängt und weitere Taktsignale erzeugt, die Tore in der Schaltung 25 betätigen, um die verschiedenen Signale an ihre richtigen Speicherstellen zu bringen.

Die .Anordnung der Kollimatorplatten der Anordnung 16 ist schematisch in F i g. 2a als Ansicht von der Strahlenquelle aus gesehen und in Fig.2b als Draufsicht wie in F i g. 1 dargestellt Ferner ist ein Teil der Detektoranordnung 14 sichtbar. V/ie in F i g. 1 sind die

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rVlmilliaiUI fJUXlldl UIIU UlC L^dClVlUlCIl OUI l\l VtOVIl «·■■ geordnet, deren gemeinsamer Mittelpunkt auf der Achse 5 liegt und die Grenzen zwischen den einzelnen Detektoren liegen auf Radien, die von dieser Achse ausgehen. Die Kollimatorplatten 16 verlaufen jedoch radial zum Ursprung der Röntgenstrahlenquelle, so daß sie von dort direkt übertragene Strahlung so wenig wie möglich behindern. Aus dem gleichen Grunde sind sie verhältnismäßig dünn. Somit lassen sie direkte Strahlung 29 zu den Detektoren mit geringem Verlust hindurch, jedoch behindern sie Streustrahlung 30. Die Grenze zwischen den einzelnen Detektoren sollte in einer Ebene in der Mitte zwischen zwei benachbarten Detektoren liegen, jedoch brauchen die Detektoren nicht in physikalischer Berührung zu sein.

Es ist allerdings nicht möglich, einen Verlust wenigstens eines kleinen Teils der direkt von der Quelle ausgesendeten Strahlung durch die Kollimatorplatten 16 zu verhindern. Ferner bewegen sich die Kollimatorplatten im Verlauf der Drehung um die Achse 5 relativ zu den Detektoren 14. Wenn die Ausgänge von jedem Detektor gleiche Bedeutung haben sollen, muß sichergestellt werden, daß jeder Detektor in jeder Auftastperiode eines Integrators durch in seinem Weg angeordnete Kollimatorplatten den gleichen Anteil an Strahlung verliert Wurden die Kollimatorplatten parallel zu den stirnseitigen Begrenzungslinien der Detektoren liegen (d. h. in einer Richtung senkrecht zur Papierebene in Fig.2), müßte die Taktung der Integratoren sorgfältig reguliert werden, um diese Wirkung zu erzielen. Anderenfalls könnte nämlich ein Fehler in der Taktgebung, der gieich einer Umfangsbewegung entsprechend der Dicke einer

Kollimatorplatte ist, zu einem nicht akzeptablen Fehler führen.

In der Darstellung der F i g. 2 sind daher die Kollimatorplatten 16 so angeordnet, daß sie zu den Begrenzungslinien zwischen den Detektoren in der genannten Richtung geneigt sind. Die Menge der während einer Integrationsperiode jeden Detektor überdeckenden Kollimatorplatten ist dann trotz Taktfehlern konstant, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen den Kollimatorplatten nicht zu groß ist.

F i g. 3 zeigt die Beziehung für einen Detektorkristall 14a, der durch verschiedene Kollimatorplatten 16, die mit ausgezogenen Linien gekennzeichnet sind, abgeschirmt wird. Wenn sich die Kollimatorplatten in bezug auf den Detektor zu der durch die Strichellinien gekennzeichneten Lage bewegen, so ist die gesamte, den Detektor abschirmende Kollimatorplattenlänge gleich geblieben.

Nach F i g. 3 sind die Schnittlinien tier Koiiitnaiurpiai-

ten gerade, jedoch können auch andere Formen und Anordnungen von Kollimatorplatten verwendet werden, beispielsweise S- oder winkelförmige Kollimatorplatten, vorausgesetzt, daß die Platten für jeden Detektor trotz ihrer relativen Bewegung die gleiche Ausgangsöffnung für die Strahlung präsentieren. Dies bedeutet, daß bei Zunahme der einen Detektor überdekkenden Abmessungen einer Kollimatorplatte eine andere übfLüeckende Kollimatorplatte in ihren Abmessungen um das gleiche Maß kleiner werden muß. Der Abstand der Platten muß ausreichend klein sein, um diese Wirkung zu erzielen.

Natürlich können Kollimatorplatten parallel zu den Begrenzungslinien zwischen den Detektoren angeordnet werden, wenn die Taktung der Integratoren in der zuvor beschriebenen Weise genau gesteuert wird.

Da der Winkel des Strahlenfeldes 4 mehr als ausrei-ςΐΐΑηΗ jet iim Hi» Breite der Trsinsverssischicht 3 in der Untersuchungsebene zu erfassen, empfängt jeder Detektor wenigstens einmal während der Untersuchung von der Quelle 1 direkt Strahlung. Die dabei gewonnenen Ausgangssignale werden als Eichsignale verwendet, um die Empfindlichkeit der Detektoren zu prüfen.

Wenn der Körper in einigen oder allen Abmessungen zu groß ist, um die Eichung für alle Detektoren zu ermöglichen, kann eine Hilfsquelle 31 auf dem Ring 2 außerhalb einer Begrenzung des Strahlenfächers angeordnet und zur direkten Bestrahlung der Detektoren (d. h. nicht durch den Körper) verwendet werden, um die Eichsignale zu gewinnen. Die Hilfsquelle 31 kann eine

so Röntgenröhre oder eine radioisotope Quelle seil, und sie kann Strahlung zu den Detektoren in Form eines dünnen Strahls oder in Form eines Strahlenfächers aussenden. Es ist natürlich notwendig, das Vorhandensein der Hilfsquelle zu berücksichtigen, wenn entschieden wird, welche Detektoren Fotovervielfacher usw. teilen können. Erforderlichenfalls kann die Hilfsstrahlung eine unterschiedliche Energieverteilung aufweisen als die Hauptquelle 1, so daß die sich auf die beiden Quellen beziehende Information nach Einspeisung in einen gern meinsamen Kanal auf ihrer Energiebasis getrennt werden kann, was an sich bekannt ist

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann mehr als eins Röntgenquelle 1 vorgesehen werden, um die gesamte Detektoranordnung im Verlauf einer as geringeren Winkelbewegung zu bestrahlen.

si f.i

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 180° ist, werden Signale gewonnen, die sich auf zahlrei- Patentansprüche: ehe Gruppen von Strahienwegen beziehen. Ein solches Gerät ist in der DE-OS 24 27 418 beschrieben. Bei einem

1. Computer-Tomograph mit einer Strahlenquelle solchen Gerät mit einer Röntgenquelle, die einen Strahmit fächerförmigem Strahlungsfeld, mit einer An- 5 lenfächer erzeugt, ist es von Vorteil, wenn die Signale in triebsvorrichtang für mindestens eine orbitale Ab- Gruppen sortiert werden, die sich auf etwa parallele lastbewegung der Strahlenquelle relativ zum Kör- Strahlenwege beziehen, weil dann die parallelen Grupper, um den Körper aus zahlreichen unterschiede pen nach dem in der DE-OS 24 20 500 beschriebenen chen Richtungen zu bestrahlen, mit mehreren auf Konvolutionsverfahren verarbeitet werden kennen. Es einem Kreisbogen um die Achse der orbitalen Ab- to sei bemerkt, daß die Daten nicht in Gruppen von paraltastbewegung in der Ebene des Strahlenfeldes orts- lelen Strahlen sortiert werden müssen, sofern die Verarfest angeordneten Detektoren und mit einer aus beitung auf die Verwendung der fächerförmigen Verteimehreren Kollimatoren bestehenden KoUimatoran- lung der Strahlenwege ausgerichtet ist

Ordnung zwischen dem Körper und den Detektoren, Bei dem Gerät der zuletzt genannten Art sind den

dadurch gekennzeichnet, daß die Strah- 15 Detektoren Kollimatoren zugeordnet, die in bezug auf Ienquelle (2) und die Kollimatoranordnung (15, 16) die Detektoren ortsfest angeordnet sind und also mit gegeneinander unverschiebbar angeordnet sind, daß diesen umlaufen. Die Kollimatoren bestehen dabei aus die Kollimatorplatten (16) einen Abstand voneinan- Platten, die parallel zu den stirnseitigen Begrcnzungslider aufweisen, der gleich oder kleiner ist als die Brei- nien der Detektoren verlaufen, so daß jeder Detektor te der Detektoren (14) in der Fächerebene, und daß 20 einen bestimmten Teil der Strahlung des Fächers empdsr Querschnitt der KoHiniatorplatteR (16) quer zur fängt

Strahlenrichtung von den stimseitigen Begren- Die Erfindung geht von einem Computer-Tomogra-

zungslinien der Detektoren abweicht phen der eingangs genannten Art aus, bei dem die De-

2. Computer-Tomograph nach Anspruch 1, da- tektoren nicht mit der Röntgenquelle umlaufen, sondern durch gekennzeichnet, daß die Kollimatorplatten 25 in genügender Anzahl ortsfest angeordnet sind, so daß (16) eben ausgebildet und so angeordnet sind, daß beim Umlauf der Röntgenquelle der Strahlenfächer ihre Ebenen einander etwa in der Quelle (11) schnei- fortlaufend andere Detektoren mit Strahlung beaufden und in der dazu jeweils senkrechten Richtung schlagt Würde man hier die Kollimatoren in der QbIigegenüber den stimseitigen Begrenzungslinien der chen Weise ausbilden und mit der Quelle umlaufen las-Detektoren (19) geneigt sind. 30 sen, würden sie jeweils bei der Umlaufbewegung die

Stirnflächen der einzelnen Detektoren überqueren, wo-

bei sich die jedem Detektor zugekehrte Ausgangsöffnung in der Größe ändert und nacheinander größer und kleiner wird. Dies führt zu einer oszillierenden Amplitu-

Die Erfindung betrifft einen Computer-Tomographen 35 denkomponente der Detektorausgänge_t die man zwar mit einer Strahlenquelle mit fächerförmigem Strah- bei der Berechnung berücksichtigen könnte, die aber lungsfeld, mit einer Antriebsvorrichtung für mindestens trotzdem ein ernstes Problem darstellt
eine orbitale Abtastbewegung der Strahlenquelle rela- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem

tiv zum Körper, um den Körper aus zahlreichen unter- Gerät der eingangs genannten Art ehe Modulation der schiedlichen Richtungen zu bestrahlen, mit mehreren 40 Detektorausgänge zu verhindern,
auf einem Kreisbogen um die Achse der orbitalen Ab- Die gestellte Aufgabe wird geruiß der Erfindung da-

tastbewegung in der Ebene des Strahlenfeldes ortsfest durch gelöst, daß die Strahlenquelle und die Kollimatorangeordneten Detektoren und mit einer aus mehreren anordnung gegeneinander unverschiebbar angeordnet Kollimatoren bestehenden Kollimatoranordnung zwi- sind, daß die Kollimatorplatten einen Abstand voneinschen dem Körper und den Detektoren. 45 ander aufweisen, der gleich oder kleiner ist als die Breite

Aus der DE-OS 19 41 433 ist es bekannt, eine Rönt- der Detektoren in der Fächerebene, und daß der Quergenquelle zu verwenden, die einen dünnen Strahl durch schnitt der Kollimatorplatten quer zur Strahlenrichtung eine Transversalschicht des Körpers zu einem Detektor von den stimseitigen Begrenzungslinien der Detektoren sendet, wobei die Quelle und der Detektor abwechselnd abweicht,
laterale und orbitale Abtastbewegungen ausführen. 50 Durch die Erfindung wird erreicht, daß bei der Bewe-

Wenn die Signale rasch zur Verfügung gestellt wer- gung der Kollimatorplatten die jeweils über der Offden müssen, wird zweckmäßigerweise eine Röntgen- rung eines Detektors liegende Länge der eine Ausblenquelle verwendet, die ein fächerförmiges Strahlfeld aus- dung verursachenden Kollimatorplatten stets gleich sendet, das wenigstens einen nennenswerten Teil der bleibt Unter dem Begriff »Platten« sollen dabei nicht Transversalschicht erfaßt An der der Röntgenquelle ge- J5 nur ebene Platten verstanden werden, sondern auch genüberiiegenden Seite der Transversalschicht ist eine wellenförmige und V-förmige Platten eingeschlossen Detektorgruppe angeordnet, so daß jeder Detektor die werden.

Strahlung mißt, die die Transversalschicht auf einem In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die

bestimmten Strahlenweg verläßt, wobei die Strahlenwe- Kollimatorplatten eben ausgebildet und so angeordnet, ge divergieren, Die Röntgenquelle und die Detektoren 60 daß ihre Ebenen einander etwa in der Quelle schneiden werden um den Körper um eine gemeinsame Achse und in der dazu jeweils senkrechten Richtung gegengedreht, die etwa senkrecht zur Transversalschicht und über den stimseitigen Begrenzungslinien der Detektodem Strahlenfächer liegt so daß Signale erzeugt wer- ren geneigt sind. Hierdurch wird bei der Bewegung der den, die sich auf die Absorption beziehen, die die Strah- Kollimatorplatten in bezug auf einen Detektor die Verlung beim Durchqueren weiterer Gruppen von Strah- 65 minderung der Abdeckungslänge der die Detektorstirnlenwegen erfährt Bei der Drehung der Röntgenquelle fläche verlassenden Kollimatorplatten genau durch eine und der Detektoren um beispielsweise einen Winkel, zunehmende Überdeckung der den Detektor neu überder etwa um den Winkel des Strahlenfächers größer als deckenden Kollimatorplatten ausgeglichen, so daß die