DE2741958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ein derartiges Gerät ist aus der US-PS 39 40 626 bekannt.

In dieser Patentschrift wird ein Gerät zum Untersuchen des menschlichen Körpers mit Hilfe eines fächerförmigen, d. h. eines in einer Richtung - in der Breite - divergierenden und in einer Richtung quer dazu - der Dicke - parallelen flachen Röntgenstrahlungsbündels beschrieben. Für die Detektion der Strahlung nach dem Durchtritt durch den Körper wird eine Folge gesonderter Detektorelemente benutzt, die eine Breite bestreicht, die der Breite des Strahlenbündels an dieser Stelle entspricht. Wenn mit einem derartigen Gerät abwechselnd unterschiedliche Körperteile untersucht werden müssen, tritt der Nachteil auf, daß bei einem notwendigerweise vollständigen Umfassen beispielsweise eines großen Körperteiles ein kleinerer Körperteil seitwärts überstrahlt wird. Dies kann durch Anpassung des Öffnungswinkels des Strahlenbündels an die Breite des Körpers vermieden werden. Eine derartige Bündelanpassung wird jedoch von einem Verlust an verhältnismäßig auflösendem Vermögen begleitet, da ein kleineres Objekt nur durch einen Teil des Strahlenbündels durchstrahlt wird und eine entsprechend geringere Anzahl von Detektorelementen Strahlen empfängt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es bei der Untersuchung auch unterschiedlich großer Körperquerschnitte stets eine Einstellmöglichkeit gibt, bei der einerseits der gesamte zu untersuchende Körperquerschnitt von dem fächerförmigen Strahlenbündel erfaßt und andererseits das durch die Zahl der Detektorelemente vorgegebene räumliche Auflösungsvermögen ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weiter sei erwähnt, daß aus der US-PS 21 96 618 bereits ein Schichtaufnahmegerät bekannt ist, bei dem ein Röntgenstrahler und ein Film um ein Untersuchungsobjekt gedreht werden. Dabei kann zur Änderung des Vergrößerungsfaktors entweder der Abstand zwischen dem Röntgenstrahler und dem Objekt oder der Abstand zwischen dem Film und dem Objekt geändert werden. - Eine Änderung des Abstandes entweder zwischen Röntgenstrahler und Objekt (Drehachse) oder zwischen Objekt (Drehachse) und Film führt zu einer Änderung des Abstandes zwischen Strahler und Film. Würde man bei einem Computer-Tomographen der eingangs genannten Art dementsprechend den Abstand zwischen dem Röntgenstrahler und dem Detektor ändern, dann würden sich die geometrischen Verhältnisse ändern, auf denen die Rekonstruktion der Absorptionsverteilung aus den Detektorsignalen beruht. Eine solche Abstandsänderung ist daher bei einem Computer-Tomographen nicht zulässig.

Bei der Erfindung bleiben demgegenüber die geometrischen Verhältnisse unverändert, weil der Röntgenstrahler und der Detektor in dem fahrbaren Halter befestigt sind, so daß ihr Abstand konstant bleibt, auch wenn der Abstand zwischen der Zentralachse und dem Strahler bzw. dem Detektor geändert wird.

In dem Buch G. J. van der Plaats, Leitfaden der medizinischen Röntgentechnik, Philips Technische Bibliothek 1961, Seiten 97-100, sowie in dem Buch "Diagnostic Radiologic Instrumentation" von R. D. Moseley, J. H. Rust, 1965 (Kapitel XXI) "Magnification Techniques, Especially Geometric Enlargements" wird auf die Tatsache hingewiesen, daß bei der röntgenografischen Abbildung der Abstand zwischen Strahler und zu untersuchendem Körper (bzw. dessen Achse) eingestellt werden kann bei gleichzeitig festgehaltenem Abstand Strahler-Detektor. Auf diese Weise kann eine Vergrößerung gewählt oder ein interessierender Ausschnitt bzw. ein Körperteil mit kleinerem Querschnitt abgebildet werden, wodurch durch den festgehaltenen Abstand Strahler-Detektor die Abbildungsverhältnisse erhalten bleiben.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend einige bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine sehr skizzenhafte Darstellung eines Gerätes nach der Erfindung mit einem die Quelle und den Detektor tragenden bewegbaren Halter, und

Fig. 2 einen Lageplan für verschiedene Einstellungen des Detektors und der Strahlenquelle in bezug auf einen zu untersuchenden Körper.

Ein Röntgenscanner gemäß der Skizze in Fig. 1 enthält eine Strahlenquelle 1, die vorzugsweise aus einer Röntgenröhre besteht, die aber beispielsweise auch aus einem radioaktiven Isotop mit einer geeigneten natürlichen Strahlung wie Am-241 oder Gd-153 bestehen kann. Die Strahlenquelle 1 erzeugt ein fächerförmiges Strahlenbündel 2 mit einem Öffnungswinkel α, dessen örtliche Intensität von einem Detektor 3 gemessen wird. Das Strahlenbündel 2 ist zur Zeichenebene wenigstens annähernd parallel und hat senkrecht zur Zeichenebene eine geringe Dicke von beispielsweise 3 bis 15 mm. Zur Ausblendung eines derartigen Strahlenbündels 2 ist hier eine spaltförmige Blende 4 vorgesehen. Die Dickenabmessung 5 der Detektorelemente 6, d. h. die Abmessung dieser Detektorelemente 6 senkrecht zur Zeichenebene kann der Bündeldicke angepaßt sein.

In praktischen Fällen divergiert das Strahlenbündel 2 auch in Richtung senkrecht zur Zeichenebene, wodurch sich eine größere Detektorabmessung in dieser Richtung ergibt als die Abmessungen des Strahlenbündels 2 im Bereich des zu untersuchenden Körpers 8. Durch die Breitenabmessung der Detektorelemente 6 und ihren gegenseitigen Abstand wird die Anzahl der Detektorelemente 6 und damit das Auflösungsvermögen innerhalb des Öffnungswinkels α bestimmt. Der Detektor 3 ist hier aus beispielsweise etwa 300 gesonderten Detektorelementen 6 mit einem gegenseitigen Mittenabstand von beispielsweise 5 mm aufgebaut. Man kann jedoch auch einen homogenen, zum Beispiel gasgefüllten Detektor mit einer Folge gesondert herausgeführter, örtlich detektierender Elektroden benutzen. Ein Tragetisch 7 für den zu untersuchenden Körper 8 ist in Längsrichtung parallel zu einer zur Zeichenebene senkrechten Zentralachse 9 verschiebbar, um die das System Strahler 1-Detektor 3 mittels eines Zahnkranzes 10 drehbar ist, der von einem Motor 11 angetrieben und von Rollen 12 unterstützt wird. Daneben ist das System Strahler 1- Detektor 3 vorzugsweise um eine Achse senkrecht zur Zentralachse 9 schwenkbar, wobei der Strahler 1 und der Detektor 3 sich in entgegengesetzter Richtung aus der Zeichenebene heraus bewegen.

Von jedem Detektorelement 6 werden die zu messenden Signale über Anschlüsse 13 gesondert einem Verstärker-Umformer 14 zugeführt, in dem die Signale jedes der Detektoren gesondert verstärkt, korrigiert und umgeformt werden können. Ausgangssignale aus dem Verstärker-Umformer 14 werden einer Rechenanlage 15 zugeführt, in der aus den gesammelten Signalen die räumliche Verteilung der Absorption berechnet wird. Die auf diese Weise ermittelten Absorptionswerte können in einer Aufzeichnungsanordnung 16 gespeichert und beispielsweise für eine einstellbare Scheibe des Körpers an einem Monitor 17 wiedergegeben werden. Anordnungen dieser Art sind inzwischen allgemein bekannt und brauchen daher hier keine ausführliche Aufbaubeschreibung.

Zum Steuern und Synchronisieren der Bewegungen und der Detektion ist eine Steueranordnung 18 vorgesehen, die mit einem Ein-Ausschalter versehen ist, und eine Zeitanpassung zwischen der Ankunft der Meßsignale und der Stellung des Systems Strahler-Detektor in bezug auf den Körper bewirkt. Die Drehung des Systems wird über eine Steuereinheit 19 eingestellt und aufgezeichnet.

Erfindungsgemäß ist nunmehr das System Strahler 1-Detektor 3, wie es sehr schematisch angegeben ist, in bezug auf die Zentralachse 9 dadurch verschiebbar, daß ein Halter 20, der den Strahler 1 und den Detektor 3 trägt, mittels Rollen 21 beweg­ bar ist und mit einem Antriebsmotor 22 angetrieben werden kann. Wenn nun, wie angegeben ist, der Körper einen derartigen Querschnitt hat, daß Randstrahlen des Bündels 2 völlig ungeschwächt die Detektoren erreichen, können daraus Signale gewonnen werden, die über die Leitungen 23 der Vorverstärker- Umformereinheit 14 zugeführt werden können. Mit einem daraus abgeleiteten Signal wird über die Recheneinheit 15 und die Kontrolleinheit 18 eine Steuer­ anordnung 24 zum Verschieben des Halters 20 aktiviert. Der Strahler 1 wird dabei zum Körper 8 hingeschoben, bis das Steuersignal einen einzustellenden Restwert erreicht hat, wobei beispielsweise nur an jeder Seite des Detektors ein einziges äußerstes Detektorelement von Direktstrahlen getroffen wird. Wenn nach dem Positionieren eines Körpers im Gerät das Signal niedriger als der Restwert ist, verläuft der Vorgang in entgegengesetzter Richtung. Wenn der Strahler in der angegebenen Richtung verschoben ist, tritt, wie auch aus der Fig. 2 ersichtlich ist, eine Änderung im Vergrößerungsfaktor bei der Messung auf. Diese Änderung muß selbstverständlich bei den Berechnungen der Absorptionswerte berücksichtigt werden, und dazu ist die Bewegungseinrichtung mit der Recheneinheit gekoppelt.

In Fig. 2 sind zwei verschiedene Positionen der Einheit Strahler 1,1′-Detektor 3,3′ in bezug auf einen zu messenden Körper angegeben. Für einen verhältnismäßig großen Körper 8 befindet sich der Strahler 1 in einem Abstand A vom Körper 8, bzw. von der isozentrischen Zentralachse 9. Für einen verhältnismäßig kleinen Körper 8′ befindet sich der Strahler 1′ in einem Abstand A′ davon. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem Strahler im Detektor fest, und es gilt daher, daß B=B′. Die Vergrößerung wird somit für den großen Körper durch das Verhältnis zwischen B und A und für den kleinen Körper durch das Verhältnis zwischen B und A′ gegeben und ist also im letzten Fall bedeutend größer.

Bei optimaler Einstellung des zu messenden Körpers ist das relative Auflösungsvermögen in Fächerrichtung konstant, denn innerhalb des festen Bündelwinkels befindet sich stets eine gleiche Anzahl diskreter Detektorelemente. Durch die Anpassung der Öffnung der Blende 4, in Richtung senkrecht zur Zeichenebene, kann das Auflösungsvermögen in dieser Richtung nach Bedarf den unterschiedlichen Positionen angepaßt werden.

Es ist weiter möglich, vom System Strahler-Detektor nur eines von beiden Elementen verschiebbar in bezug auf die Zentralachse 9 anzuordnen. Dabei kann zwar nicht ein vollständig konstantes relatives Auflösungsvermögen erreicht werden, aber doch eine beschränktere Anpassung. Ausgehend von der aktiven Verwendung aller Detektoren bei einem Körper mit maximal zulässiger Breite werden bei einem schmaleren Körper jetzt weniger Detektorelemente benutzt, aber der Vergrößerungsfaktor, der jetzt durch das Verhältnis zwischen C und A′ gegeben wird, vergrößert sich, wenn der Körper kleiner ist.

Claims (1)

1. Gerät zum Bestimmen der räumlichen Verteilung der Absorption in einem Körper (8), das mit einem Strahler (1) zum Erzeugen eines fächerförmigen, den Körper (8) durch­ setzenden Strahlenbündels (21) und einem wenigstens in einer Richtung ortsauflösenden Detektor (3) sowie einer Abtast-, Rechen- (15) und Steuereinrichtung (19) versehen ist, wobei das System Strahler (1)-Detektor (3) mittels einer Antriebseinheit (10, 12) um eine zwischen dem Strahler (1) und dem Detektor (3) befindliche, durch den Körper verlaufende Zentralachse (9) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Zentralachse (9) und dem Strahler (1) mittels eines Halters (20) ein­ stellbar ist, der den Strahler (1) und den Detektor (3) in fester Position relativ zueinander trägt und an der Abtasteinrichtung senkrecht zur Zentralachse (9) bewegbar ist, und daß zum Einstellen der Position des Halters aus den Ausgangssignalen von Detektorelementen (6) Signale abgeleitet werden, die auf eine Antriebseinrichtung (22) zur Verschiebung des Halters (20) einwirken.