DE3619027A1

DE3619027A1 - Roentgenanordnung

Info

Publication number: DE3619027A1
Application number: DE19863619027
Authority: DE
Inventors: Richard E. Arlington Mass. Rice
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1986-12-11
Also published as: GB2176380A; CA1235531A; GB2176380B; FR2582928A1; GB8528324D0; US4646339A

Description

Beschreibung

Vv In Röntgenanlagen zur Diagnose kann unerwünschte Röntgenstrahlenstreuung vermindert werden, indem zwischen Röntgenröhre und zu untersuchendem Subjekt bzw. Lebewesen eine rotierende, röntgenstrahlendichte Wechselblende bzw. Abdeckungsscheibe mit röntgenstrahlendurchlässigen Schlitzen eingesetzt wird. Diese Schlitze verlaufen sektorial, wobei deren divergente lange Seiten durch Radien von der Achse der Scheibe aus gebildet werden, und sie dienen zur Begrenzung der Röntgenstrahlen in einem fächerförmigen Bündel mit schmalem, sektorförmigem Querschnitt, der das Subjekt überstreicht. Ausführungsformen für Schlitz-Radiographie sind in den US-PS 2,730,566, 4,315,146 und 4,404,591 beschrieben.

Eine Scheibe mit einem einzigen Schlitz für jede Abtastbelichtung muß sektorförmig sein, um eine gleichmäßige Belichtung über die Bildfläche des Subjektes zu gewährleisten, gibt aber Anlaß zu nichtgleichmäßiger Streuung der Röntgenstrahlen am Subjekt. Die Streuung wird quantifiziert durch das Verhältnis S/P der am Subjekt gestreuten Röntgenstrahlen zu den Primärstrahlen, die das richtige Bild des Subjektes erzeugen. Dieses Streu-zu-Primär-Verhältnis S/P ist nicht gleichförmig über die von einem einzelnen sektorförmigen Bündel überstrichene Bildfläche und kann ungleichförmig sein, wenn Scheiben mit mehreren Schlitzen benutzt werden, um eine Mehrzahl von fächerförmigen Bündeln für jede Abtastung in einer einzelnen Röntgenbelichtung zu bilden.

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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine gleichmäßige Belichtung und ein gleichförmiges Streu-zu-Primär-Verhältnis S/P über eine Bildfläche mit mehreren Sektorschlitzen erreicht werden kann, wenn bestimmte Grenzen für die geometrischen Parameter der Anlage beachtet werden. Diese Grenzen werden ausgedrückt in Form von dimensionslosen Quotienten und sind daher allgemein in ihrem Geltungsbereich.

-δ-Erfindungsgemäß umfaßt eine Röntgenanordnung zur Untersuchung eines Subjektes eine Röntgenstrahlenquelle, die ein dimensioniertes Röntgenstrahlenbündel durch eine Subjektposition schickt, einen Röntgenstrahlenempfanger mit einer Bildfläche in dem Bündel hinter der Subjektposition und eine rotierende Scheibe aus Hochfrequenzundurchlässigem Material zwischen Röntgenquelle und Subjektposition, die eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten, sektorförmigen Röntgenstrahlenschlitzen in Gruppen aufweist, die die Röntgenstrahlung in schmalen Bündeln verteilen, die die Empfangsbildfläche radial überspannen und die äußere Kante der Bildfläche während deren Abtastung im Laufe der Umdrehung der Scheibe schneiden bzw. kreuzen, wobei die Dimensionen der Anordnung innerhalb der folgenden Bereiche von dimensionslosen Verhältnissen liegen:

(1) DW/RL ist kleiner als 0,5;

(2) D/L ist größer als 0,15;

(3) LS*N/WD ist größer als 0,15 und kleiner als 0,6,

wobei gilt D ist der Abstand der Scheibe von der Röntgenstrahl enque He;

W ist die Breite der von den schmalen Bündeln aufgespannten Röntgenbildflache;

R ist der Radius der Scheibe;

L ist der Abstand zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Empfänger;

S* ist die radial äußerste Schlitzbreite im Röntgenstrahlenbündel; und

N ist die Anzahl der Schlitze, deren Bündel gleichzeitig die Außenkante der Bildfläche schneiden, wodurch die Menge an gestreuten Röntgenstrahlen bezogen auf die beim Empfänger bildgebenden Röntgenstrahlen minimiert wird und die Röntgenstrahlenstreuung im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Bildfläche ist.

Vorzugsweise umfaßt die Erfindung ein Röntgenstrahlen-Abschirmgitter zwischen Subjektposition und Bildfläche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben;
in dieser zeigt:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung einer Röntgenanordnung mit einer Sektorschlitz-Scheibe gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine vergrößerte, fragmentarische Draufsicht der Sektorschlitz-Scheibe in Fig. 1.

Nach Fig. 1 umfaßt eine Röntgenanordnung eine Röntgenröhre XT mit einer Anode A und einer Kathode K, die mit Hochspannung von einer Belichtungssteuerung 1 versorgt werden, um Röntgenstrahlen von einer Quelle X mit Brennfleck in einem divergenten Bündel entlang einer Achse Al zu strahlen. Von der Quelle X verläuft das divergente Röntgenstrahlenbündel durch einen Bildfeldrahmen bzw. eine Bildeinstelleinrichtung F und eine Röntgenstrahl-Wechselblende bzw. -Abdeckscheibe Dl, entlang einer Achse Al durch die Position P eines Subjektes, wie eines zu untersuchenden menschlichen Patienten, auf einem Tisch T, und von dort durch ein Röntgenstrahl-Abschirmgitter H auf einen Röntgenstrahlenempfanger XR. Der Ausdruck Bildfeldrahmen bezeichnet einen stationären, röntgenstrahlendichten Schirm, welcher eine Bildfläche IA auf dem Empfänger XR definiert bzw. begrenzt und den Patienten außerhalb der Bildfläche vor einer Belichtung mit Röntgenstrahlen schützt. Ein geeignetes Gitter ist erhältlich als Type No. 9862 054 84101 von Philips Medical Systems, Shelton, Connecticut.

Obwohl für die Zwecke dieser Erfindung der Empfänger XR ein röntgenstrahlenempfindlicher Film oder ein anderes röntgenstrahl enempf indliches Medium sein kann, ist der hier dargestellte Empfänger ein Szintillationsschirm, der an seiner Ausgangsfläche ein sekundäres Licht-Bild proportional zu den empfangenen Röntgenstrahlen erzeugt. Das Licht-Bild auf der Fläche IA wird mittels einer Linsenoptik 0 entlang einer

zweiten Lichtachse A2 projiziert, welche durch einen Spiegel M gefaltet bzw. umgelenkt ist. Das projizierte Licht-Bild verläuft durch eine Licht-Wechselblende bzw. -Abdeckscheibe D2, die gleich der Blende Dl und mit dieser synchronisiert ist, auf die Eingangsfläche eines Lichtbild-Verstärkers I, der mit einer Videoröhre VT, wie zum Beispiel einer BiId-Isocon-Kameraröhre, gekoppelt ist, welche das verstärkte Licht-Bild in elektrische Videosignal-Daten umwandelt. Das Videosignal wird durch einen Datenprozessor 3 an eine Verarbeitungseinrichtung wie ein Video-Display 4 oder einen Rekorder angelegt.

Die Rontgenstrahlenabdeckscheibe Dl nach Fig. 2 ist eine Scheibe aus röntgenstrahlenundurchlässigem Material wie Tantal, Blei oder Uran. Durch die Scheibe führen röntgenstrahlendurchlässige, sektorförmige Schlitze oder Öffnungen S, deren lange Seiten 6 entlang von Radien des Mittelpunktes 5 der Scheibe Dl liegen. Jeder Schlitz läßt ein fächerförmiges Bündel durchtreten, das die Bildfläche IA radial aufspannt bzw. abtastet, während es quer über die Fläche streicht. Die Schlitze divergieren radial zum Äußeren der Scheibe hin und werden in einer Gruppe G mit Abstand voneinander angeordnet, z. B. etwa 40 Schlitze verteilt über einen Winkel von 90°, von denen 10 die radial äußere Kante E der Bildfläche IA bedecken. Die Außenkante E schneidet einen Bogen S**, der von den radial am äußersten liegenden, wirksamen Enden der Schlitze gekreuzt bzw. traversiert wird.

Die Schlitze können sich noch weiter außerhalb dieses Bogens erstrecken, aber ohne Einfluß. Die signifikante bzw. wirksame Schlitzbreite S* ist die Breite des Schlitzes entlang des Bogens S**, wo das Fächerbündel von jedem Schlitz aus die Ecken der Bildfläche IA an deren radial äußeren Kante E schneidet. Die Breite W der Bildfläche IA ist die Dimension der Bildfläche, die durch das Fächerbündel von jedem Schlitz aus radial aufgespannt wird. Diese Breite W ist dargestellt an ihrer tatsächlichen Stelle auf der Bildfläche in Fig. 1,

-δι wird aber in Fig. 2 in Verkleinerung W* gezeigt infolge einer Rückwärts- bzw. Umkehr-Projektion IA* der Bildfläche IA von der Empfängerebene auf die Ebene der Scheibe Dl. Die projizierte Bildfläche IA* veranschaulicht dieselbe Be-Ziehung, welche die Schlitze S zur projezierten Fläche IA* haben, wie sie die fächerförmigen Bündel, die sie durchlassen zu der tatsächlichen Bildfläche IA auf dem Empfänger R aufweisen. In einer Scheibe von 10 cm Radius haben die Sektorschlitze z. B. eine radial äußere Breite nahe dem Scheibenumfang von 0,122 cm. Der Abstand der Schlitze voneinander wird bestimmt durch die weiter unten beschriebenen dimensionslosen Quotienten. Während die röntgenstrahlenundurchlässige Scheibe rotiert, streichen die Sektorschlitze S und ihre fächerförmigen Bündel quer über den Patienten oder ein anderes Subjekt und die Bildfläche.

In Fig. 1 und 2 haben die Scheibe Dl und andere Komponenten der Röntgenanordnung Abmessungen, welche erfindungsgemäß trotz der divergenten Sektorform der röntgenstrahlendurchlässigen Schlitze S so gewählt werden können, daß das Streuzu-Primär-Verhältnis S/P im wesentlichen und praktisch gleichförmig bzw. gleichmäßig über die Bildfläche gehalten wird.

Ein im wesentlichen gleichförmiges Streu-zu-Primär-Verhältnis kann verwirklicht werden, wenn die Röntgenanordnung die Begrenzungen der folgenden drei dimensionslosen Verhältnisse einhält:

(1) DW/RL ist kleiner als 0,5;

(2) D/L ist größer als 0,15; und

(3) LSN/WD ist größer als 0,15 und kleiner als 0,6.

Die Parameter dieser drei Quotienten sind dargestellt in den Fig. 1 und 2; dabei gilt:

D ist der Abstand der rontgenstrahlenundurchlassigen Scheibe Dl von der Rontgenstrahlenquelle X;

W ist die Breite der RöntgenbiIdflache, die von den schmalen Fächerbündeln aufgespannt wird;

R ist der Radius der Scheibe Dl;

L ist der Abstand zwischen der Röntgenstrahlenquelle X und dem Empfänger XR;

S* ist die radial äußerste Schlitzbreite in dem Röntgenbündel; und

N ist die Anzahl der Schlitze S deren Bündel gleichzeitig die äußere Kante der Bildfläche während deren Abtastung schneiden bzw. kreuzen.

Typische Werte der obigen Parameter, welche die dimensionslosen Quotienten erfüllen, sind:

R = 10 cm;

D = 20 cm;
W = 20 cm;
L = 100 cm;
S* = 0,122 cm; und

^N = ¹⁰·

Wenn die Parameter, welche die dimensionslosen Quotienten bestimmen, gegeben sind, dann sind die Röntgenstrahlendurchlässigkeit der Schlitzgruppe G und der Abstand zwischen benachbarten Sektorschlitzen spezifiziert.

Vorzugsweise erfüllen diese Quotienten auch die Grenzwerte:

D/L ist ungefähr 0,2;

N ist im wesentlichen gleich R; und LSN/WD liegt zwischen 0,3 und 0,5.

Ein prinzipielles Problem mit mehreren Schlitzen entsteht aus der Streuung von Röntgenstrahlen eines fächerförmigen Bündels, die sich in benachbarte Bündel ausbreitet. Dieses Problem wird signifikant vermindert durch das Vorhandensein des Gitters H zwischen Subjektposition P und Bildfläche IA.

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Claims

Ansprüche

Röntgenanordnung zur Untersuchung eines Subjektes, gekennzeichnet durch eine Röntgenstrahlenquelle, die ein dimensioniertes Bündel von Röntgenstrahlen durch eine Position für ein zu untersuchendes Subjekt richtet durch einen Röntgenstrahlenempfanger mit einer Bildfläche in dem Bündel hinter der Subjektposition und durch eine rotierende Scheibe aus hochfrequenz-undurchlässigem Material zwischen Röntgenstrahlenquelle und Subjektposition, die eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten, sektorförmigen Röntgenstrahlen-Schlitzen in Gruppen angeordnet enthält, welche die Röntgenstrahlung in schmalen Bündeln verteilen, die die Empfängerbildfläche radial überspannen bzw. aufspannen und die

Außenkante der Bildfläche während der Flächenabtastung im Laufe der Umdrehung der Scheibe schneiden, wobei die Dimensionen der Anordnung in die folgenden Bereiche von

dimensionslosen Verhältnissen fallen: 5

(1) DW/RL ist kleiner als 0,5;

(2) D/L ist größer als 0,15;

(3) LS*N/WD ist größer als 0,15 und kleiner als 0,6

wobei gilt:

D ist der Abstand der Scheibe von der Rontgenstrahlenquel Ie;

W ist die Breite der von den schmalen Bündeln aufgespannten Röntgenbildflache;

R ist der Radius der Scheibe;

L ist der Abstand zwischen der RontgenstrahlenquelIe und dem Empfänger;

S* ist die radial äußerste Schlitzbreite im Röntgenstrahl enbündel ; und

ν ist die Anzahl der Schlitze, deren Bündel gleichzeitig die Außenkante der Bildfläche schneiden, wodurch die Menge an gestreuten Röntgenstrahlen bezogen auf die beim Empfänger bildgebenden Röntgenstrahlen minimiert wird und die Rontgenstrahlenstreuung im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Bildfläche ist.
2. Anordnung nach Anspurch 1, gekennzeichnet durch ein stationäres Röntgenstrahlen-Abschirmgitter zwischen der Subjektposition und der Bildfläche.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Röntgenstrahlenempfanger ein Licht-Bild erzeugt und daß ein Lichtempfänger und eine rotierende Scheibe aus lichtundurchlässigem Material und mit lichtdurchlässigen Sektorschlitzen zwischen dem Röntgenempfanger und dem Lichtempfänger angeordnet sind.

¹
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Quotient D/L größer als 0,15 ist.
5 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß N im wesentlichen gleich R ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 10 gekennzeichnet, daß der Quotient L/D näherungsweise 0,2 beträgt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Quotient LSN/WD

15 zwischen 0,3 und 0,5 liegt.