DE2802593A1

DE2802593A1 - Geraet zur ermittlung der raeumlichen verteilung der absorption von strahlung in einem ebenen bereich

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Publication number: DE2802593A1
Application number: DE19782802593
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Wagner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-01-21
Filing date: 1978-01-21
Publication date: 1979-07-26
Also published as: US4278888A; NL7900326A; FR2415310A1; JPS54113294A; GB2014016A

Description

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, STEINDAMM 94, 2000 HAMBURG 1

"Gerät zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption von Strahlung in einem ebenen Bereich"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption von Strahlung in einem ebenen Bereich (Untersuchungsbereich) eines Körpers aus eine Vielzahl von Meßreihen, die je die Felge von Meßwerten entsprechend dem Integral der Absorption des Körpers entlang jeweils eines von vielen Meßstrahlen darstellen, mit wenigstens einer den UntersüChungsbereich mit Strahlung durchsetzenden Strahlenquelle und einer die Intensität der Strahlung jenseits des Körpers erfassenden die Meßwerte liefernden Detektoranordnung, wobei zur Lagerung des Körpers ein Lagerungsbereich vorgesehen ist, der größer ist als der Untersuchungsbereich und diesen umschließt.

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Solche Geräte sind bekannt (z.B. DE-OS 24 39 847). Bei diesem Gerät wird das System Strahler - Detektoranordnung während der Messung um eine zur Untersuchungsebene senkrechte Achse gedreht, wobei sich der Untersuchungsbereich als der konzentrisch zur Achse liegende kreisförmige Bereich ergibt, der in jeder Position des Systems Strahler - Detektoren, von dem von der Strahlenquelle emittierten Strahlenbündel durchsetzt wird.

Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, daß die Körperebene, deren Absorptionsverteilung ermittelt werden soll, vollständig innerhalb des Untersuchungsbereiches positioniert sein muß. Das bedeutet, daß es keinen Teilbereich der Körperebene geben darf, von dem in irgendeiner der Meßrichtungen keine Meßwerte gewonnen werden können, weil er außerhalb des Untersuchungsbereichs liegt. Anderenfalls treten schwerwiegende Fehler bei der anschließenden Rekonstruktion der Absorptionsverteilung im Untersuchungsbereich auf, d.h. in einem Bereich, der in jeder Meßrichtung von Meßstrahlen abgetastet wird. Bei den bekannten Geräten muß daher der Untersuchungsbereich so groß sein, daß auch Körper, die in der zu untersuchenden Querschnittsebene besonders große Abmessungen haben, vollständig innerhalb des Untersuchungsbereichs positioniert werden können.

Für die Diagnose ist in der Regel aber nur ein begrenzter Bildbereich von Interesse, z.B. der Bereich eines Organs innerhalb des menschlichen Körpers. Es wäre also wünschenswert, unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Rekonstruktionsfehler die Gewinnung von Meßwerten auf diesen Bereich zu beschränken mit der Folge, daß die den Patiafcen belastende Strahlungsmenge reduziert und die Messung mit einer kleineren Zahl von Einzelmessungen auskommen würde. Für Geräte, bei denen das System Strahler - Detektoren während der Messung seitlich verschoben wird (Röntgenscanner der 1. und 2. Generation), bedeutet dies, daß die erforderliche Meßzeit und

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damit auch Bildfehler, die durch Patientenbewegungen verursacht werden, reduziert werden; bei Röntgenscannern der 3. Generation, bei denen das System Strahler - Detektoren lediglich um eine zum Untersuchungsbereich senkrechte Achse gedreht wird, bedeutet dies, daß die Zahl der Detektoren, die eine hohe Präzision aufweisen müssen, und damit die Systemkosten verringert werden können.

Aus der DE-OS 26 09 925 ist es bereits bekannt, daß man die dem Patienten zugeführte Dosis reduzieren kann, wenn im Strahlengang der Strahlenquelle ein die Strahlung zum größten Teil, aber nicht vollständig, absorbierender Dämpfungskörper so angebracht ist, daß die Strahlung im interessierenden Diagnosebereich praktisch nicht geschwächt und die Strahlung außerhalb des Diagnosebereichs zwar geschwächt, aber nicht unterdrückt wird. Es müssen dabei jedoch genausoviel Meßwerte gewonnen werden, wie bei einem Gerät der eingangs genannten Art,- und deshalb kann weder die Meßzeit verkürzt, noch - bei einem Röntgenscanner der 3. Generation - die Zahl der Detektoren verringert werden.

In der älteren deutschen Anmeldung P 27 53 260 ist ein Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption einer Strahlung beschrieben, das es erlaubt, die Absorptionsverteilung im Untersuchungsbereich zu rekonstruieren, auch wenn der Körper in bestimmten Richtungen nicht vollständig von der Strahlung der Strahlenquelle erfaßt wird, wenn er also teilweise außerhalb des Untersuchungsbereichs liegt. Das darin beschriebene Verfahren versagt aber, wenn der zu untersuchende Körper in keiner Richtung vollständig von der Strahlung erfaßt wird. Zudem basiert dieses Verfahren darauf, daß die Randkurve des Körpers berechnet wird. Dies ist außerhalb des Untersuchungsbereichs nur durch Interpolation der innerhalb des Untersuchungsbereichs durch Messung ermittelbaren Berandung des Körpers möglich, wobei Fehler entstehen, die um so stärker sind, je größer der Teil

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— caRandes des Körpers ist, der außerhalb des Untersuchungsbereichs liegt und daher nur durch Interpolation ermittelt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es einen kleineren Untersuchungsbereich benötigt und trotzdem die Ermittlung der Absorption im Untersuchungsbereich gestattet, auch wenn der Rand des Körpers teilweise oder auch vollständig außerhalb des Untersuchungsbereichs liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ermittlung des Körperrandes wenigstens eine Hilfsstrahlenquelle vorgesehen ist, die eine von dem Körper stark oder völlig absorbierte Hilfsstrahlung zumindest in einem an den Untersuchungsbereich unmittelbar angrenzenden, den Lagerungsbereich tangierenden Bereich emittiert, und daß Hilfsdetektoren vorgesehen sind, die zumindest auf die außerhalb des Untersuchungsbereichs verlaufende Hilfsstrahlung ansprechen und von dem Abstand der den Körper tangierenden Strahlen vom Untersuchungsbereich abhängige Signale liefern.

Als Hilfsstrahlung kann dabei eine Strahlung verwendet werden, die den Patienten weniger schädigt als Röntgen- oder Gammastrahlung.

Die Erfindung geht davon aus, daß der Rand eines Körpers - zumindest außerhalb des Untersuchungsbereichs - ermittelt werden kann, wenn die Lage der den Körper außerhalb des Untersuchungsbereiches tangierenden von der bzw. den HilfsStrahlenquellen emittierten Strahlen bekannt ist und daß die Absorptionsverteilung innerhalb des Untersuchungsbereichs rekonstruiert werden kann, wenn der Verlauf des Randes des Körpers bekannt ist und die dem Untersuchungsbereich zugeordneten Meßwerte ermittelt sind.

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Wird ein Körper in einer bestimmten Richtung von den in dieser Richtung parallel zueinander verlaufenden und den Untersuchungsbereich vollständig durchsetzenden Meßstrahlen nur teilweise erfaßt, in einer anderen Richtung aber vollständig, dann läßt sich die Absorptionsverteilung etwa folgendermaßen ermitteln:

Zunächst wird die Summe der Meßwerte für eine Richtung gebildet, in der der Körper vollständig von Strahlung erfaßt wird. Dann wird die Summe der Meßwerte für die Richtung gebildet, in der der Körper nicht vollständig von Strahlung erfaßt wird (was gleichbedeutend damit ist, daß der Rand des Körpers in der dazu senkrechten Richtung an wenigstens einer Seite sich außerhalb des Untersuchungsbereichs bzw. außerhalb der in dieser Richtung verlaufenden Meßstrahlen befindet). Die Differenz zwischen der erstgenannten Summe und der letztgenannten Summe (die immer positiv ist) wird dem Teil des untersuchten Körpers zugeordnet, der sich außerhalb des Untersuchungsbereiches und außerhalb der in der Richtung mit unvollständiger Abtastung verlaufenden parallelen Meßstrahlen befindet. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Absorption, die eine Schar paralleler Meßstrahlen durch einen Körper erfährt, unabhängig davon ist, in welcher Richtung der Körper durchstrahlt wird, wie im einzelnen in der älteren Anmeldung P 27 53 260 ausgeführt. Deshalb muß für die Richtung, in der der Körper nicht vollständig von den zueinander parallelen Meßstrahlen erfaßt wird, die Summe der Absorptionswerte einen kleineren Wert haben als für eine Richtung, in der er vollständig erfaßt wird. Die Differenz, die den nicht von den zueinander parallelen Meßstrahlen durchsetzten Bereichen zugeordnet wird, ist also dadurch bedingt, daß diese Bereiche des Körpers für die Richtung, in der der Körper nicht vollständig abgetastet wird, nicht zur Absorption beitragen.

Die außerhalb des Untersuchungsbereiches liegenden nicht von den parallelen Meßstrahlen durchsetzten Bereiche des

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Körpers werden nun in Streifen unterteilt, die parallel zu ^f den Meßstrahlen verlaufen. Die Breite eines jeden Streifens

entspricht der Breite eines Meßstrahls, die ihrerseits wiederum durch die Abmessungen der Strahlenquelle und der einzelnen Detektorelemente bestimmt wird. Die Länge eines jeden Streifens entspricht dem Abstand der beiden durch den Streifen geschnittenen Teile des Randes des Körpers. Jedem dieser Streifen wird ein Rechenwert zugeordnet, der um den gleichen Faktor kleiner ist als der oben erwähnte Differenzwert wie die Fläche des Streifens kleiner ist als die Fläche des von den Meßstrahlen nicht erfaßten Bereiches. Der Rechenwert ist also der Streifenlänge proportional, weil die Breite aller Streifen als gleich angesetzt wird.

Die auf diese Weise gebildeten Rechenwerte werden bei der Rekonstruktion der Absorptionsverteilung im Untersuchungsbereich so behandelt als wären sie durch Messung ermittelt worden und nach den bekannten Algorithmen zur Rekonstruktion der Absorption in den einzelnen Punkten des Untersuchungsbereiches herangezogen. Es ergibt sich zwar ein gewisser Fehler dadurch, daß vorausgesetzt wird, daß in den von der Strahlung nicht durchsetzten Bereichen eine homogene für die jeweilige Richtung konstante Absorptionsverteilung vorliegt, doch wirkt sich dieser Fehler bei der Rekonstruktion der Absorptionsverteilung im Untersuchungsbereich kaum aus.

Wenn die parallelen Meßstrahlen in sämtlichen Richtungen den Körper nicht vollständig erfassen, dann ist die Gesamtabsorption des Körpers unbekannt. Hier hilft indessen eine Näherung weiter.

Zu diesem Zweck wird ähnlich wie oben vorausgesetzt, daß in den von der Strahlung nicht durchsetzten Bereichen eine homogene, für die jeweilige Richtung konstante Absorptionsverteilung vorliegt. Außerdem wird zunächst angenommen,

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daß diese konstante Absorption derjenigen des Wassers für Röntgenstrahlung der Energie von etwa 60 keV entspricht. Diese Annahme ist erlaubt, da bekanntermaßen der menschliche Körper zu mehr als 90 % aus Wasser besteht. Dann wird in jeder der Meßrichtungen die Summe der Absorptionswerte entlang der außerhalb des Untersuchungsbereiches liegenden Meßstrahlen gebildet, wobei diese Absorptionswerte berechnet werden als Produkt des Abstandes der beiden durch den Streifen geschnittenen Teile des Randes des Körpers und der oben genannten Röntgenabsorption des Wassers und wobei die Streifenbreite als konstant und gleich der Breite der Meßstreifen im Untersuchungsbereich vorausgesetzt wird. Diese Summe wird vermehrt durch die Summe der gemessenen Absorptionswerte entlang von Meßstrahlen durch den Untersuchungsbereich in derselben Meßrichtung. Der Mittelwert dieser Summen über alle Meßrichtungen bildet nun eine Näherung der Gesamtabsorption.Mit deren Hilfe werden erneut Absorptionswerte gebildet entlang von Meßstrahlen außerhalb des Untersuchungsbereichs. Dies geschieht in der gleichen Weise wie es oben beschrieben ist für den Fall, daß die Gesamtabsorption aus einer vollständigen Erfassung aller Meßwerte in einer der Meßrichtungen bekannt ist.

Die Abweichung dieser genäherten Gesamtabsorption von der tatsächlichen Gesamtabsorption führt zwar zu einem gewissen Fehler bei der Ermittlung der Absorption im Untersuchungsbereich, jedoch haben Untersuchungen ergeben, daß diese Fehler im wesentlichen auf einen kleinen Bereich am Rande des Untersuchungsbereichs beschränkt sind und im mittleren Bereich vernachlässigt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

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Fig. 1 und 2 erste Ausführungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 3 eine Schaltung zur Aufbereitung der von dem Gerät nach Fig. 2 gelieferten Signale,

Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung

für verschiedene Arten von Computertomographiescannern und

Fig. 7 die Anordnung der Hilfsstrahlenquellen und der HiIfsdetektoren bei dem Gerät nach Fig. 6.

Fig. 1 zeigt die Verhältnisse bei einem Scanner der sogenannten 3. Generation, d.h. einen Scanner, bei dem das aus Röntgenstrahier 1 und Detektoranordnung 2 bestehende System während der Messung um eine zum kreisförmigen untersuchungsbereich 4 senkrechte Achse 13 gedreht wird, wie durch Pfeile angedeutet. Mit dem Röntgenstrahier 1 ist ein Kollimator 12 starr verbunden, der ein fächerförmiges Strahlenbündel mit den Randstrahlen 7 und 9 ausblendet, die den Untersuchungsbereich 4 gerade tangieren. Der durch die Rotationsachse 13 verlaufende Zentralstrahl ist mit 8 bezeichnet. Die in bezug auf den Strahler jenseits des zu untersuchenden Körpers 11 angeordnete Detektoranordnung 2 hat in der Zeichen- bzw. Untersuchungsebene solche Abmessungen, daß das gesamte Strahlenbündel mit den Grenzstrahlen 7 und 9 erfaßt werden kann. Insoweit entspricht das Gerät vollständig den bekannten Geräten.

Der Kollimator weist beiderseits des fächerförmigen Strahlenbündels Teilstücke 121 und 122 auf, die gerade noch soviel Röntgenstrahlung durchlassen, daß die auf demselben Bogen wie die Detektoren der Detektoranordnung 2 angeordneten Hilfsdetektoren 31 und 32 das Vorhandensein ungeschwächter Strahlung gerade noch nachweisen können. Die Grenzstrahlen dieses Hilfsstrahlenbündels sind mit 6 bzw. 10 bezeichnet und ihr Öffnungswinkel ist so gewählt, daß der gesamte kreisförmige Lagerungsbereich 5, innerhalb dessen der Körper 11 positioniert

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werden kann, gerade noch von der Hilfsstrahlung bzw. der direkten Strahlung der Strahlenquelle 1 erfaßt werden kann. Die Hilfsdetektoren 31 und 32 liefern ein Signal, das - wie in Verbindung mit Fig. 2 und 3 noch erläutert wird nur von der Lage des den Körper 11 tangierenden in der Zeichnung nicht näher dargestellten Hilfsstrahls in bezug auf den Zentralstrahl 8 bzw. in bezug auf die Rotationsachse 13 abhängt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurde die Hilfsstrahlung von der gleichen Strahlenquelle erzeugt wie die eigentliche den Untersuchungsbereich durchsetzende und von der Detektoranordnung 2 gemessene Strahlung, d.h. die Hilfsstrahlenquelle und die Strahlenquelle sind in diesem Fall identisch. Dies ist in verschiedener Hinsicht von Nachteil. Zum einen wird der Körper auch außerhalb des Untersuchungsbereiches von - wenn auch geschwächter - Röntgenstrahlung getroffen, und zum anderen wird die Hilfsstrahlung durch den Körper 11 nicht vollständig absorbiert, so daß die von den Hilfsdetektoranordnungen 31 und 32 gelieferten Signale nicht nur vom Abstand des den Körper 11 tangierenden Strahls von der Rotationsachse 13, sondern auch davon abhängen, in welchem Maße der Körper 11 die Hilfsstrahlung schwächt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die diese Nachteile nicht aufweist. Dabei sind für übereinstimmende Teile wiederum die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Bei dem Gerät nach Fig. 2 wird die Hilfsstrahlung durch zwei optische Strahlung emittierende Hilfsstrahlenquellen 151 und 152 erzeugt, die in unmittelbarer Nähe der Grenzstrahlen 7 und 9 so angeordnet sind, daß das von ihnen emittierte Licht einerseits den Untersuchungsbereich 4 und andererseits den Lagerungsbereich 5 tangiert (die den Lagerungsbereich tangierenden Strahlen sind mit 171 und 172 bezeichnet). Zur Erfassung der Hilfsstrahlung sind zwei Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 vorgesehen, die aus einer Vielzahl von einzelnen

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auf die emittierte Hilfsstrahlung ansprechenden Detektoren aufgebaut sind, die kreisbogenförmig um die HilfsStrahlenquellen 151 bzw. 152 angeordnet sind.

Die Hilfsdetektoren I6I und 162 können so angeordnet sein, daß sie eine Fortsetzung der Detektoranordnung 2 bilden, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Wichtig ist nur, daß die Hilfsstrahlenquellen 151 und 152 und die Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 in derselben Ebene angeordnet sind wie die Strahlenquelle 1 und die Detektoranordnung oder in einer Ebene, die parallel zu der von der Strahlung der Strahlenquelle durchsetzten Ebene verläuft und von dieser nur einen geringen Abstand hat. Die Strahlenquelle und die HilfsStrahlenquelle erfassen dann etwa denselben Querschnitt. Die Hilfsstrahlenquellen 151 und 152 können sichtbares Licht emittierende Lumineszenzdioden oder Infrarotstrahlung emittierende Laserdioden sein. Noch vorteilhafter ist es, eine gemeinsame Lichtquelle mit zwei Lichtfaserleitern zu koppeln, deren Enden in den Positionen bei 151 und 152 möglichst nahe den Grenzstrahlen 7 und 9 angeordnet sind, derart, daß ihr Licht in Richtung der Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 gerichtet ist. Die Hilfsstrahlenquellen und die Hilfsdetektoranordnungen werden zusammen mit der Strahlenquelle 1 und der Detektoranordnung 2 um die Achse 13 gedreht, d.h. sie müssen mit der die Strahlenquelle 1 und die Detektoranordnung 2 bestehenden Meßanordnung starr verbunden sein. Wenn die Hilfsstrahlenquellen und die Hilfsdetektoranordnungen amplituden-, frequenz- oder pulsmoduliert betrieben werden, wird die Messung der Hilfsstrahlung unempfindlicher gegen Umfeldbeleuchtung und gegen Rauscheinflüsse.

In Fig. 3 ist eine für die Aufbereitung der von den Hilfsdetektoranordnungen gelieferten Signale geeignete Schaltungsanordnung gezeigt, wobei mit 20 einer der Hilfsdetektoren der Hilfsdetektoranordnungen 161 oder 162 bezeichnet ist,

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der mit einem Vorverstärker 21 integriert ist. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers wird einem Demodulator zugeführt, der - falls die HiIfsstrahlung amplitudenmoduliert ist aus einem Bandpaßfilter mit nachgeschaltetem Amplitudendetektor bestehen kann. Das Ausgangssignal wird einem Schwellwertschalter 23 zugeführt, der so geschaltet ist, daß sein Schwellwert einerseits größer ist als die von den vorgeschalteten Bauelementen erzeugte Rauschamplitude und andererseits genügend niedrig, um die von den Hilfsstrahlenquellen erzeugte durch den Körper nicht geschwächte Strahlung nachzuweisen. Jeder Hilfsdetektor ist mit einer gleichartigen Kette von Elementen 21 bis 23 versehen. Die Ausgangswerte (logisch 1 oder O) aller Schwellwertverstärker werden gleichzeitig einmal pro Messung in die Zellen eines Schieberegisters geladen, von dem in Fig. 3 nur die Zellen 241 bis dargestellt sind. Danach wird ein Clock-Generator 28 wirksam, dessen Impuls die gespeicherten Daten nacheinander in die Speicherelemente 25 und 26 treibt. Eine Exclusiv-Oder-Schaltung 27 gibt einen Stoppimpuls an den Clock-Generator ab, wenn die Inhalte der Speicher 25 und 26 komplementär (z.B. 0,1 bzw.1,0) sind, was gleichbedeutend damit ist, daß in einem der Speicher 25, 26 das Signal eines Hilfsdetektors gespeichert ist, der gerade noch von Hilfsstrahlung getroffen wurde, während der benachbarte Hilfsdetektor schon vom Körper 11 abgeschattet wurde. Der Impulszähler 29 registriert die Zahl der Clock-Impulse bis zum Stoppimpuls und gibt diese Zahl an eine nicht näher dargestellte Recheneinheit zur Ermittlung des Randes des Körpers weiter. Die Zahl der Impulse kennzeichnet nämlich die Lage des den Körper 11 tangierenden Hilfsstrahls, so daß daraus sowie aus der Winkelstellung des Systems Strahler 1 - Detektoranordnung 2 und der geometrischen Anordnung von Hilfsstrahlenquellen 151 und 152 und der Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 die Lage des den Körper tangierenden Strahls ermittelt werden kann. Wird in anderen Positionen des Systems Strahler -

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Detektoren ebenfalls der den Körper tangierende Strahl ermittelt, dann ergibt sich der Rand des Körpers als Enveloppe bzw. Umhüllende aller den Körper tangierenden Strahlen. Die zur Kontrolle und Steuerung der in Fig. 3 gezeigten Schaltung durch einen übergeordneten Rechner notwendigen Datenleitungen sind nicht gezeichnet. Wesentlich an dieser Schaltung ist, daß sie pro Messung, d.h. pro Winkelstellung des Systems Strahler - Detektoren nur zwei Datenworte abgibt (je eins für die Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162), welche die Positionen der den Körper tangierenden Hilfsstrahlen kennzeichnen, so daß der Datenfluß und damit die Anforderungen an die Datenleitungen und die nachgeschalteten Recheneinheiten niedrig sind. Überdies können sowohl die Messungen in der Hilfsdetektoranordnung als auch der Ablauf der in Fig. 3 gezeigten Schaltung asynchron zu den Messungen und Berechnungen zur Ermittlung der Absorptionsprofile ablaufen.

In Fig. 4 ist ein Gerät dargestellt, bei dem gegenüber Fig. die Positionen von HilfsStrahlenquellen 151 und 152 und der Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 vertauscht sind. Die Hilfsstrahlenquellen sind dabei am Ende des durch die Detektoranordnung 2 gebildeten Bogens angebracht, während die Hilfsdetektoranordnungen 161 und 162 in der Nähe der Strahlenquelle 1 so angeordnet sind, daß sie an die Grenzstrahlen und 9 und die den Lagerungsbereich 5 tangierenden Hilfsstrahlen angrenzen. Dadurch ergibt sich ein kompakterer Aufbau.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem Röntgenscanner der sogenannten 2. Generation gezeigt, dessen Detektoranordnung 2 aus mehreren Detektoren besteht, wobei das Strahlenbündel 7, 9 der Strahlenquelle 1 durch die Strahlenquelle 12 jedoch so begrenzt wird, daß in Jeder Position des Systems Strahler - Detektoren nur ein Teil des Unter-

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suchungsbereiches erfaßt werden kann. Zur vollständigen Erfassung aller Meßwerte innerhalb des Abtastbereichs wird das System Strahler - Detektoren daher bei diesen Scannern zunächst seitlich, d.h. etwa senkrecht zum Strahlengang, verschoben und anschließend um einen kleinen Winkel gedreht, wonach wiederum eine seitliche Verschiebung erfolgt usw. In der in Fig. 5 dargestellten Position wird die von der an dem einen Ende der Detektoranordnung 2 angeordneten Hilfsstrahlenquelle 152 emittierte Hilfsstrahlung vollständig von dem Körper 11 absorbiert, während die Hilfsstrahlung der am anderen Ende der Detektoranordnung 2 angeordneten Hilfsstrahlenquelle 151 von dem Körper 11 nur teilweise absorbiert wird, so daß die Hilfsdetektoranordnung 161, die in der Nähe des Strahlers auf der der Hilfsdetektoranordnung 162 gegenüberliegenden Seite des Strahlenbündels 7, 9 angeordnet ist, die Lage des linken Tangentenstrahls ermitteln kann. Bei jeder weiteren Verschiebung nach rechts, ändert sich die Lage des linken Tangentenstrahls. Nach einigen seitlichen Verschiebungsschritten erreicht die von der Hilfsstrahlenquelle 152 an dem Körper 11 vorbei emittierte Strahlung die Hilfsdetektoranordnung 162, so daß dann die Lage der Tangentenstrahlen auf der rechten Seite des Abtastbeiäches 4 bestimmt wird.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß die Hilfsdetektoranordnungen aus einzelnen aneinandergereihten Hilfsdetektorelementen bestehen. Es ist aber auch möglich, stattdessen eine Hilfsdetektoranordnung zu verwenden, die nur aus einem einzigen langgestreckten Hilfsdetektor besteht. Dieser Hilfsdetektor liefert ein Signal, dessen Amplitude oder Integralwert dem Anteil der bestrahlten Fläche des Hilfsdetektors an der Gesamtfläche des Hilfsdetektors genau entspricht, so daß daraus die Lage des den Körper tangierenden Strahls ermittelt werden kann. - Es ist auch möglich, als Hilfsstrahlenquelle eine

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Lichtquelle zu verwenden, die nur einen sehr schmalen Strahl ausstrahlt, der durch einen rotierenden Ablenkspiegel über die zugeordnete Hilfsdetektoranordnung abgelenkt wird.

Es ist ebenfalls möglich, Ultraschall als Hilfsstrahlung zu verwenden. Dabei können nach dem Prinzip der sog. "phased arrays" mehrere Ultraschallsender vorgesehen sein, die gleichzeitig mit der gleichen Frequenz, aber unterschiedlicher Phasenlage erregt werden, wobei die Phasenlagen bzw. die Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Ultraschallsendern mit geeigneten Verzögerungsschaltungen ständig verändert werden. Dadurch ändert sich ständig die Richtung des Ultraschallstrahls, so daß dieser entlang der Oberfläche des zugehörigen Ultraschallempfängers jenseits des Untersuchungsbereiches abgelenkt wird.

Fig. 6 zeigt ein als "Herzscanner" einsetzbares Gerät, d.h. ein Gerät, das für jede Winkelrichtung eines Meßprofils je eine Röntgenstrahlenquelle aufweist (in der Zeichnung ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Röntgenstrahlenquelle 1 dargestellt), der gegenüber die Detektoranordnungen angeordnet sind. Sie sind in Fig.6nicht dargestellt; sie sind jedoch in einem ringförmigen Bereich 41 um den Körper herum untergebracht. Der ausnutzbare Winkelbereich einer einzelnen Röntgenstrahlenquelle ist dabei auf 30° bis 40° begrenzt, so daß nur ein relativ eingeschränkter Bereich von den Meßstrahlen aller Strahlenquellen erfaßt werden kann. Bei einem solchen Gerät werden alle Strahlenquellen gleichzeitig oder dicht nacheinander eingeschaltet, so daß sich eine sehr kurze Meßzeit ergibt, so daß damit auch die Absorptionsverteilung von bewegten Objekten, z.B. eines Herzens, ermittelt werden kann.

Zur Ermittlung des teilweise außerhalb des Untersuchungsbereichs liegenden Randes des Körpers ist eine stationäre (d.h. nicht bewegte) Anordnung von Hilfsstrahlenquellen

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und Hilfsdetektoren im Bereich 43 vorgesehen.

Fig. 7 zeigt davon einen Ausschnitt. Die nach innen gerichtete Oberfläche des Bereichs 43 ist dabei sägezahnförmig ausgestaltet, wobei auf jedem Sägezahn je eine Hilfsstrahlenquelle 44, vorzugsweise eine Infrarot-Luminenszenzdiode, und je ein Hilfsdetektor 45, vorzugsweise eine für Infrarotstrahlung empfindliche Photodiode mit integriertem Photoverstärker, angebracht sind. Die Neigungswinkel der beiden ■Sägezahnoberflächen sind so ausgestaltet, daß z.B. die die Hilfsquelle 44 tragende Oberfläche senkrecht zu einem in der Mitte zwischen dem Abtastbereich 4 und dem Lagerungsbereich 5 verlaufenden Hilfsstrahl 56 steht. Der den Körper ringförmig umschließende Bereich ist geringfügig, z.B. 1 cm, ober- oder unterhalb der Ebene angeordnet, in der die Absorption der Röntgenstrahlung durch den Körper ermittelt wird, damit der Strahlengang der einzelnen Röntgenstrahier nicht gestört wird. Dabei ist die Annahme gemacht, daß der äußere Rand eines Körpers in einer solchen Nachbarebene nur geringfügig von dem gesuchten Rand abweicht. Es ist eine ausreichende gleichmäßig auf den Umfang des Bereichs 43 verteilte Anzahl von Sägezähnen vorgesehen, vorzugsweise 200. Der Ablauf der Messung der Hilfsstrahlung geschieht so, daß durch eine nicht näher dargestellte Schaltungseinrichtung gesteuert die Hilfsstrahlenqüellen 44 nacheinander in ihrer natürlichen Reihenfolge eingeschaltet werden und jeweils die Signale der im Bereich der emittierten Hilfsstrahlen liegenden Hilfsdetektoren von einer zur Anordnung in Fig. 3 analogen Schaltungsanordnung ausgewertet werden. - Die Form der "Sägezähne" muß in bezug-auf die Radien des Untersuchungsbereichs 4, des Lagerungsbereichs 5 und des Bereichs 43 so gewählt sein, daß die den Untersuchungsbereich oder den Lagerungsbereich gerade noch tangierenden Hilfsstrahlen von den Hilfs-

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detektoren nicht totalreflektiert werden und daß eine gegenseitige Abschattung durch benachbarte "Sägezähne" vermieden wird.

Die Erfindung kann grundsätzlich in den beschriebenen Ausführungsformen auch in sogenannten Radio-Nuclid-Scannern angewendet werden.

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, STEINDAMM 94, 2000 HAMBURG PATENTANSPRÜCHE; .

1. Gerät zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption von Strahlung in einem ebenen Bereich (Abtastbereich) eines Körpers aus einer Vielzahl von Meßreihen, die je die Folge von Meßwerten entsprechend dem Integral der Absorption des Körpers entlang jeweils eines von vielen Meßstrahlen darstellen, mit wenigstens einer den Untersuchungsbereich (4) mit Strahlung durchsetzenden Strahlenquelle (1) und einer die Intensität der Strahlung jenseits des Körpers (11) erfassenden die Meßwerte liefernden Detektoranordnung (2), wobei zur Lagerung des Körpers ein Lagerungsbereich (5) vorgesehen ist, der größer ist als der Untersuchungsbereich (4) und diesen umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Körperrandes wenigstens eine Hilfsstrahlenquelle (151, 152; 44) vorgesehen ist, die eine von dem Körper stark oder völlig absorbierte Hilfsstrahlung zumindest in einem an den Untersuchungsbereich (4) unmittelbar angrenzenden, den Lagerungsbereich (5) tangierenden Bereich emittiert, und daß Hilfsdetektoren (161, 162; 45) vorgesehen sind, die zumindest auf die außerhalb des Untersuchungsbereichs verlaufende Hilfsstrahlung ansprechen und von dem Abstand der den Körper tangierenden Strahlen vom Untersuchungsbereich abhängige Signale liefern.

2. Gerät nach Anspruch 1 mit einer zusammen mit der Detektoranordnung rotierenden Strahlenquelle, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hilfsstrahlenquellen so angeordnet sind, daß die Bereiche, die an das von der Strahlenquelle (1) emittierte Strahlenbündel (7, 9) angrenzen, von Hilfsstrahlung durchsetzt sind, daß zwei beiderseits des Strahlenbündels angeordnete Hilfsdetektoranordnungen vorgesehen sind, und daß die Hilfsstrahlenquellen und die Hilfsdetektoranordnungen zusammen mit dem System Strahler - Detektoren während der Messung gedreht werden.

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen in der Nähe der Strahlenquelle und die Hilfsdetektoranordnungen in der Nähe der Detektoranordnung angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdetektoranordnungen in der Nähe der Strahlenquelle und die Hilfsstrahlenquellen in der Nähe der Detektoranordnung angeordnet sind.

5. Gerät nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von stationären Strahlern und eine Vielzahl von stationären Detektoranordnungen vorgesehen ist, die in einem ersten ringförmigen Bereich um den Untersuchungsbereich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten ringförmigen Bereich, dessen Ebene einen geringen Abstand von der Ebene des Untersuchungsbereiches aufweist, gleichmäßig verteilte Hilfsstrahler und Hilfsdetektoren angeordnet sind.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten ringförmigen Bereich eine Vielzahl sägezahnförmiger Ausformungen vorgesehen ist, deren Spitzen auf den Mittelpunkt des Abtastbereiches zeigen und auf deren einer Seite jeweils ein Hilfsstrahler und auf deren anderer Seite jeweils ein Hilfsdetektor angeordnet ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung jeweils eines den zu untersuchenden Körper tangierenden Strahls ein langgestreckter Hilfsdetektor vorgesehen ist, der ein Signal erzeugt, dessen Amplitude dem jeweils von der Hilfsstrahlung getroffenen Anteil der Hilfsdetektorfläche entspricht.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung eines den Körper tangierenden

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Strahls mehrere nebeneinander angeordnete Hilfsdetektoren vorgesehen sind, daß eine Vergleichseinrichtung die von jeweils zwei benachbarten Detektoren gelieferten Signale vergleicht und ein die Lage des tangierenden Hilfsstrahls kennzeichnendes Signal erzeugt, wenn das eine Signal durch den Körper geschwächt und das andere Signal durch den Körper nicht geschwächt ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsStrahlenquellen sichtbares Licht emittieren.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen Infrarotstrahlung emittieren.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen Ultraschall emittieren,

12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen durch das eine Ende von Lichtfaserleitungen gebildet werden, deren anderes Ende an eine oder mehrere Lichtquellen angekoppelt sind.

13. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen Ablenkmittel aufweisen, die den Hilfsstrahl längs des langgestreckten Hilfsdetektors ablenken.

14. Gerät nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstrahlenquellen aus mehreren nebeneinander angeordneten Ultraschallsendern bestehen, die gleichzeitig mit derselben Frequenz und einer ständig veränderten Phasenverschiebung erregt werden.

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909830/0237

_₄_ 2802599

15. Gerät nach Anspruch 13 und 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet', daß die Ablenkung der Hilfsstrahlung durch einen rotierenden Drehspiegel erfolgt und daß der Hilfsdetektor stabförmig ist und aus lichtleitendem Material mit einer optisch angekoppelten Photodiode besteht.

PHD 78-007 - 5 -

909830/0237