DE3632811A1 - Roentgenuntersuchungsgeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät
(typischerweise einen Röntgen-Computertomograph- oder
CT-Abtaster, bei dem Fehler aufgrund von Abweichungen
eines Röntgenbrennpunkts einwandfrei kompensiert oder
ausgeglichen werden und damit die Genauigkeit des
Untersuchungsergebnisses verbessert wird.
Ein Röntgenstrahler ist allgemein mit periodischen
Schwankungen aufgrund von Welligkeit der Beschleunigungsspannung
einer Röntgenröhre, die durch das
Vorhandensein einer Umfangskappe des Röntgenröhren-
Heizfadens verursacht wird, sowie periodischen Schwankungen
aufgrund elektrischer Feldschwankungen behaftet.
Die genannten Welligkeits-Schwankungen können als
Schwankungen oder Abweichungen der Gesamt-Röntgenstrahlungsmenge
oder -dosis pro Zeiteinheit erfaßt
oder gemessen werden. Außerdem steht neuerdings ein
wesentlich verbesserter Gleichrichterkreis für die
Erzeugung der Beschleunigungsspannung zur Verfügung, bei
dem der Anteil an Welligkeit höchstens 1% der
Beschleunigungsspannung beträgt. Die Welligkeits-
Schwankungen sind demzufolge bei der derzeitigen Technologie
nicht mehr kritisch.
Wenn andererseits der Röntgenröhren-Heizfaden mit
einem Wechselstrom gespeist wird, wechselt ein
elektrisches Feld zum Konvergieren heißer Elektronen der
Röntgenröhre, so daß die genannten elektrischen
Feldschwankungen auftreten. Diese verursachen Änderungen
in der Brennpunktgröße an der Röntgenzielfläche bzw.
-fangelektrode und rufen damit Moir´ im rekonstruierten
Bild eines Untersuchungsobjekts hervor. Die Brennpunktgrößenänderung
verändern nicht die Gesamtmenge oder
-dosis der Röntgenstrahlung pro Zeiteinheit, jedoch
die Röntgenstrahlungsdosis pro Flächeneinheit.
Eine Fehlerkompensation für Röntgenuntersuchungsdaten
sollte unter Berücksichtigung nicht nur der Welligkeits-
Schwankungen, sondern auch der elektrischen
Feldschwankungen erfolgen. Beim derzeitigen Stand der
Technik können die elektrischen Feldschwankungen jedoch
kaum erfaßt werden.
Im allgemeinen wird ein Röntgenuntersuchungsgerät
(Röntgen-CT- oder -Computertomograph-Abtaster) für
diagnostische und industrielle Zwecke eingesetzt. Für
den industriellen Einsatz wird neuerdings verlangt,
eine extrem hohe Auflösung in der Größenordnung von
einigen Mikrometern bis zu einigen 10 µm zu erreichen.
Die Erzielung einer derart hohen Auflösung stellt eine
neue Anforderung an bisherige Röntgen-CT-Abtaster dar,
und sie erfordert einen speziellen Mikrofokus-Röntgengenerator
oder -erzeuger. Die mit letzterem erzielbare
Brennpunkt- oder -fleckgröße von 5-100 µm
beträgt ungefähr 1/100 der Brennpunktgröße bei einem
herkömmlichen Röntgengenerator.
Wenn der Röntgen-CT-Abtaster für die Gewinnung einer
großen Menge an Untersuchungsdaten über einen langen
Zeitraum hinweg betrieben wird, kann die Lage des
Mikrobrennpunkts im Zeitverlauf und/oder mit einer
Temperaturänderung driften. Beim Auftreten einer Lagendrift
des Mikrobrennpunkts erscheinen Artefakte in dem
aus den gewonnenen Untersuchungsdaten rekonstruierten
Bild.
Bei einem mit extrem hoher Auflösung arbeitenden
Röntgen-CT-Abtaster stellen mithin Abweichungen der
Mikrobrennpunktgröße (microfocal spot size) aufgrund
von elektrischen Feldschwankungen sowie Abweichungen
der Mikrobrennpunktlage infolge von Drift ernsthafte
Probleme dar.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines
Röntgenuntersuchungsgeräts, das frei ist von Fehlern
oder Artefakten aufgrund von Abweichungen oder
Änderungen eines Röntgenbrennpunkts.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1
gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Röntgenuntersuchungsgerät ist mit
einer Einrichtung zum Erfassen oder Messen der
Abweichungen eines Röntgenbrennpunkts und einer
Einrichtung zum Ausschalten des Einflusses der Röntgenpunktabweichungen
auf der Grundlage des Meßergebnisses
der Meßeinrichtung versehen.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Röntgenuntersuchungsgeräts (als Röntgen-CT-Abtaster)
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise von Einheiten 16, 20 und 21 bei
der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführungsform nach
Fig. 1,
Fig. 4 eine andere Abwandlung der Ausführungsform
nach Fig. 1,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 ein detailliertes Blockschaltbild einer
Röntgensteuerung bei der Ausführungsform
nach Fig. 5,
Fig. 7 eine detaillierte Darstellung eines
Röntgengenerators bei der Ausführungsform nach Fig. 5,
Fig. 8 eine Darstellung des Strahlengangs eines
Röntgenstrahls und eines Elektronenstrahls
im Bereich einer Anode der Röntgenröhre und
eines Punktlagendetektors,
Fig. 9 eine Vorderansicht eines Punktlagensensors
als Teil des Punktlagendetektors bei der
Anordnung nach Fig. 5,
Fig. 10 eine Darstellung zur Veranschaulichung der
Erfassung der Lage eines Strahlpunkts mittels
des Punktlagensensors,
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise von Schaltungselementen (13-20)
bei der Ausführungsform nach Fig. 5,
Fig. 12 eine schematische Darstellung der Anwendung
der Ausführungsform nach Fig. 3 auf die
Ausführungsform nach Fig. 5,
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines
Punktlageneinstellmechanismus, an dem die Röntgenröhre
bewegbar montiert ist,
Fig. 14 eine graphische Darstellung der Änderung des
Meßwerts jedes Hauptdetektors der betreffenden
Kanäle gegenüber der Y-Richtung, wobei die
Spitzenpunkte der Meßwerte miteinander
übereinstimmen,
Fig. 15 eine den Kurven von Fig. 14 entsprechende
Beziehung zwischen dem Brennpunkt der Röntgenstrahlen
und dem Ort der Querabtastung (traverse
scan) der Röntgenstrahlen,
Fig. 16 eine graphische Darstellung der Änderung des
Meßwerts jedes Hauptdetektors der betreffenden
Kanäle der Y-Richtung, wobei
die Spitzenpunkte der Meßwerte voneinander
verschieden (zueinander verschoben) sind,
Fig. 17 eine den Kurven von Fig. 16 entsprechende
Beziehung, bei welcher der genannte Ort gegenüber
dem Brennpunkt zu den Detektoren hin nach
vorn verlegt ist,
Fig. 18 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
der Berechnung des Abstands zwischen dem
Brennpunkt und dem genannten Ort,
Fig. 19 eine graphische Darstellung der Änderung des
Meßwerts jedes Hauptdetektors der betreffenden
Kanäle gegenüber der Y-Richtung, wobei
die Spitzengruppe der einzelnen Meßwerte
voneinander verschieden sind,
Fig. 20 eine den Kurven von Fig. 19 entsprechende
Beziehung, bei welcher der genannte Ort gegenüber
dem Brennpunkt rückwärts versetzt ist,
und
Fig. 21 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Art
und Weise, auf welche die Datenerfassungseinheit
bei der Ausführungsform nach Fig. 5
die Datenerfassung der Röntgenprojektionsdaten
durchführt.
Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau eines Röntgen-CT-
oder -Computertomograph-Abtasters (als Röntgenuntersuchungsgerät)
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung unter Verwendung eines Zweikanal-Röntgen-
CT-Abtasters der zweiten Generation. Ein Heizfaden 110
einer Röntgenröhre 11 a wird durch eine Wechselstromquelle
111 gespeist. Vom Heizfaden 110 gelieferte
heiße Elektronen (hot electrons) werden durch Hochspannung
112 beschleunigt und (in diesem Zustand) auf
eine Fangelektrode 1 gerichtet. Die von der Fangelektrode
1 divergierend abgegebene Röntgenstrahlung wird
durch einen Kollimator 3 zu Röntgenstrahlen 31 geformt,
welche wiederum über einen Kollimator 7 auf Hauptdetektoren
19 der betreffenden Kanäle projiziert bzw.
geworfen werden. Zwischen den Kollimatoren 3 und 7
befindet sich ein Untersuchungsobjekt 17. Die Dosis oder
Menge der Röntgenstrahlen 31, die Informationen
bezüglich der Röntgenabsorption des Untersuchungsobjekts
17 enthalten, wird durch die betreffenden Hauptdetetoren
19 erfaßt oder gemessen.
Der Kollimator 3 weist eine Strahlöffnung BH auf. Am
Kollimator 3 ist ein Bezugsdetektor 190 so angebracht,
daß er über die Strahlöffnung BH dem Röntgenbrennpunkt
FP auf der Fangelektrode 1 zugewandt ist. Der Brennpunkt
FP der Röntgenstrahlen 31 für die Hauptdetektoren
19 entspricht somit demjenigen für den Bezugsdetektor
190. Infolgedessen können auf die erwähnten
Abweichungen oder Schwankungen des elektrischen Felds
zurückzuführende Abweichungen oder Änderungen der
Brennpunktgröße (oder Brennfleckgröße) am Brennpunkt
FP unabhängig von den Hauptdetektoren 19 durch
den Bezugsdetektor 190 erfaßt oder gemessen werden.
Mittels des Bezugsdetektors 190 gewonne Daten für
die Brennpunktgrößenänderungen werden zum Korrigieren
der in den Röntgenabsorptionsdaten vom Untersuchungsobjekt
17 enthaltenen elektrischen Feld-Abweichungsfehler
benutzt.
Fig. 2 veranschaulicht in einem Ablaufdiagramm die
Arbeitsweise (oder den Arbeitsablauf) bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 1.
Die von den betreffenden Hauptdetektoren 19 erfaßten
Röntgenabsorptionsdaten des Untersuchungsobjekts 17
werden der Datenerfassungseinheit (DAS) 20 eingegeben.
Letzterer werden auch die vom Bezugsdetektor 190
erfaßten Brennpunktgrößen-Änderungsdaten eingegeben.
Die Einheit 20 erfaßt Daten von Haupt- und
Bezugsdetektoren 19 bzw. 190 unter der Steuerung einer
Zentraleinheit (CPU) 16 (Schritt ST 10). Die erfaßten
Daten werden von der Datenerfassungseinheit 20 zu
einer Hochgeschwindigkeits-Rechenlogikeinheit (ALU)
21 übertragen.
Wenn das Zentrum des Brennpunkts FP für die Hauptdetektoren
19 aufgrund einer mechanischen Ungenauigkeit der
Kollimatoren 3 und 7 geringfügig vom Brennpunkt für
den Bezugsdetektor 190 abweicht, tritt eine dieser
geringfügigen Abweichung entsprechende Phasendifferenz
Φ i zwischen den Röntgenabsorptionsdaten vom Hauptdetektor
19 und den Brennpunktgrößen-Änderungsdaten vom
Vezugsdetektor 190 auf.
Auf der genannten Phasendifferenz Φ i beruhende Fehler
werden in einer Bezugskorrektur (Schritt ST 12)
beseitigt, welche durch die Zentraleinheit 16 auf der
Grundlage der erfaßten Daten von der Datenerfassungseinheit
20 durchgeführt wird. In der Bezugskorrektur
(Schritt ST 12) werden Daten des Röntgenstrahls 31 von
jedem der Detektoren 19 mit den Daten vom Detektor 190
verglichen, wobei Abweichungen oder Änderungen der
Röntgenstrahldaten von den Detektoren 19 mittels des
Ergebnisses dieses Vergleichs korrigiert werden. Die
Einzelheiten der Bezugskorrektur im Schritt ST 12
werden später noch näher erläutert werden.
Die erfaßte Röntgenstrahlenmenge oder -dosis verringert
sich entsprechend einer Funktion des Exponenten eines
Röntgenabsorptionskoeffizienten. Auf diese Weise wird
nach Durchführung der Bezugskorrektur eine logarithmische
Umwandlung der korrigierten Daten durchgeführt
(Schritt ST 14).
Die logarithmisch umgewandelten (log-converted) Daten
werden einer Luftkorrektur unterworfen (Schritt ST 16).
Durch diese wird die Verstärkung oder der Gewinn jedes
Hauptdetektors 19 so eingestellt, daß die effektive
Verstärkung des einen Hauptdetektors 19 derjenigen
jedes andere Hauptdetektors 19 angepaßt ist.
Die luftkorrigierten Daten werden gefiltert (Schritt
ST 18). In diesem Schritt ST 18 kann ein Filter mit
Raman-Chandran-Funktion oder mit Shep- und Logan-
Funktion verwendet werden.
Die gefilterten Daten werden in die Rechenlogikeinheit
21 zurück projiziert bzw. zurück übertragen, um
rekonstruierte Bilddaten zu gewinnen (Schritt ST 20).
Im folgenden ist die Bezugskorrektur im Schritt ST 12
im einzelnen erläutert.
Periodische Schwankungen oder Änderungen in der Dichte
der Röntgenstrahlung können durch eine Sinusfunktion
wiedergegeben werden, deren Frequenz ω von der Heizfaden-
Stromquellenfrequenz für die Röntgenröhre 11 a
und dem Integral der erfaßten Röntgendosis in Abhängigkeit
von der Zeit abhängt.
Aus obigem ergibt sich folgendes: Wenn die Bezugnahme
auf die erfaßten Daten bzw. Meßdaten vom Bezugsdetektor
190 erfolgt, kann der Hauptmeßwert IMi des i-ten
Hauptdetektors 19, als Funktion der Zeit t, wie folgt
ausgedrückt werden:
In obiger Gleichung bedeuten: i (= 1, 2 . . ., n; mit
n = Zahl der Hauptdetektoren 19) = numerische Ordnung
der Hauptdetektoren 19, [IM] = Amplitude von IMi (t),
ω = Winkelfrequenz eines Wechselstroms zum Heizen des
Heizfadens der Röntgenröhre 11 a, Φ i = Phasendifferenz
zwischen den Daten vom i-ten Hauptdetektor 19 und den
Daten vom Bezugsdetektor 190 und Bi = Gleichspannungskomponente
(Vorspannung) von IMi(t).
Der Bezugsmeßwert IR(t) läßt sich wie folgt ausdrücken:
darin bedeuten: [IR] = Amplitude von IR(t) und BR =
Wechselspannungskomponente (Vorspannung) von IR(t).
Der auf herkömmliche Weise abgeleitete Bezugskorrekturwert
IC(t) entspricht:
In obiger Gleichung bedeuten: Fi(ω, µi(t)) = eine
periodische Funktion der Winkelfrequenz ω und Bi* =
Gleichspannungskomponente (Vorspannung) von IC(t), wobei
µi(t) das lineare Integral eines Röntgenabsorptionskoeffizienten
in Abhängigkeit von der Zeit t
bezeichnet.
Gleichung (3) zeigt daß der auf herkömmliche Weise
abgeleitete oder gewonnene Bezugskorrekturwert IC(t)
eine Komponente von ω beinhaltet, d. h. Fi dem Einfluß
von elektrischen Feldschwankungen unterworfen ist.
Dieser Einfluß kann jedoch durch Beseitigung der elektrischen
Feldschwankungskomponente bekannter Winkelfrequenz ω
aus Fi(ω, µi(t)) vermieden werden,
vorausgesetzt, daß die ursprünglich in den Projektionsdaten
enthaltene Komponente ω erhalten bleibt.
Nachstehend ist erläutert, auf welche Weise die elektrische
Feldschwankungskomponente der Winkelfrequenz
ω aus Fi(ω, µi(t)) beseitigt wird.
Im Datenerfassungsschritt (ST 10) entspricht das
Integral µi(t) nicht Null, und IC(t) ist Fi(ω, µi(t)) + Bi*.
Sodann entspricht die Fouriersche Transformation Fµi*
von IC(t) bei der Datenerfassung:
Die Beseitigung der Gleichspannungskomponente Bi* aus
Fµi* ergibt Fµi**. Der letztere Ausdruck repräsentiert
die Komponente der periodischen Schwankungen und die
Störsignale (noises) von Fµi*.
Im Luftkorrekturschritt (ST 16) erfolgt eine Eichung
ohne Untersuchungsobjekt. In diesem Fall ist das Integral
µi(t) gleich Null, und IC(t) ist Fi(ω, 0) + Bi*.
Sodann entspricht die Fouriersche Transformation Foi*
von IC(t) bei der Luftkorrektur:
Durch Beseitigung der Gleichspannungskomponente Bi*
aus Foi* ergibt sich Foi**. Der letztere Ausdruck
repräsentiert die Komponente der periodischen Schwankungen
oder Änderungen und Störsignale von Foi*.
Es sei angenommen, daß Fµi* auf N Punkten
Fouriertransformiert wird. Sodann gilt:
Es sei auch angenommen, daß Foi* auf N Punkten
Fouriertransformiert wird. Dabei gilt:
Weiterhin sei angenommen, daß die Komponente ω der
periodischen Schwankungen am Punkt bzw. an den Punkten
von j = k (1 ≦ k ≦ N), mit j = 1, 2, . . ., N, auftritt.
Wenn Foi* (Gleichung (5A)) von Fµi* (Gleichung (4A))
subtrahiert wird, wird die Komponente ω am Punkt bzw.
an den Punkten von j = k aufgehoben.
Durch Subtrahieren von Foi* (Gleichung (5)) von Fµi*
(Gleichung (4)) kann somit die in Fµi* enthaltene
Komponente ω beseitigt werden. Wenn diese von der
Komponente ω freie Größe Fµi* der inversen Fourierschen
Transformation unterworfen wird, wird die von der
Komponente ω freie Größe Fµi, welche den Bezugskorrekturwert
IC(t) repräsentiert, erhalten.
Mit der beschriebenen Ausführungsform wird somit ein
Röntgen-CT-Abtaster realisiert, der frei ist von Fehlern
aufgrund elektrischer Feldschwankungen oder aufgrund
von Änderungen in der Brennpunktgröße eines Röntgenstrahls.
Fig. 3 veranschaulicht eine Abwandlung der Ausführungsform
gemäß Fig. 1, wobei ein Kollimator 3 A für den
Bezugsdetektor 190 außerhalb des von der Fangelektrode
1 zu den Hauptdetektoren 19 verlaufenden Strahlengangs
der Röntgenstrahlen 31 angeordnet ist.
Fig. 4 veranschaulicht eine andere Abwandlung der
Ausführungsform nach Fig. 1, bei welcher der Detektor 190
an einer vorgegebenen Seite des Kollimators 7
angeordnet ist, an welchem die Hauptdetektoren 19
montiert sind.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines Röntgen-
CT-Abtasters gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung. Fig. 6 veranschaulicht im einzelnen den
Aufbau einer Röntgensteuerung 15.
Das Hauptmerkmal der zweiten Ausführungsform liegt in
der Verwendung eines Punktlagendetektors 12 für die
Röntgenstrahlen. Der Detektor 12 ist an einem Röntgengenerator
oder -erzeuger 11 angeordnet und dient zum
Erfassen von Abweichungen oder Änderungen in der Lage
eines Röntgenstrahlpunkts. Das Ergebnis der Erfassung
der Strahlpunktänderungen wird der Zentraleinheit 16
zugeführt, welche die Größe dieser Strahlpunktänderungen
berechnet. In Abhängigkeit von dieser Berechnung
steuert eine Lenksteuerung (steering controller)
15 b (Fig. 6) in der Röntgensteuerung 15 eine Lenkspule
11 c in der Weise, daß die Lagenabweichungsgröße des
Röntgenstrahlpunkts mittels nagativer Rückkopplung
minimiert wird. Die Einzelheiten dieser Steuerung sind
nachstehend im einzelnen erläutert.
Nach Maßgabe von von Hand eingegebenen Befehlen oder
eines vorgeschriebenen Folgesteuerprogramms bewirkt
eine Konsole 13 eine vollständige Überwachung einer
Mechanisierung oder mechanischen Steuerung 14,
der Röntgensteuerung 15, der Zentraleinheit 16 und
einer Anzeigevorrichtung (CRT) 22. Nach Maßgabe der
Befehle von der Konsole 13 steuert die Mechanismussteuerung
14 den Mechanismus 18 an, auf dem das
Untersuchungsobjekt 17 angeordnet ist. Die Röntgensteuerung
15 empfängt von der Zentraleinheit 16 berechnete Daten
für die durch den Punktlagendetektor 12 erfaßten
Brennpunktlagenänderungen, und sie steuert den Röntgengenerator
11 nach Maßgabe der berechneten Daten.
Obgleich die Zentraleinheit (CPU) 16) von der Steuerung
der Konsole 13 abhängig ist, weist sie auch unabhängig
ihr eigenes Programm auf. Nach diesem Programm berechnet
die Zentraleinheit 16 die Größe der Abweichungen
oder Änderungen in der Brennpunktlage, und zwar auf
der Basis von Daten vom Punktlagendetektor 12. (Die
Einzelheiten dieser Berechnung werden später noch näher
erläutert werden.) Die Zentraleinheit 16 liefert
Projektionsdaten von der Datenerfassungseinheit 20 zur
Bildrekonstruktions-Rechenlogikeinheit 21, so daß ein
rechnergestütztes tomographisches Bild des Untersuchungsobjekts
17 rekonstruiert wird. Dieses rekonstruierte
Bild wird auf der Anzeigevorrichtung 22
wiedergegeben.
Gemäß Fig. 6 umfaßt der Röntgengenerator 11 die
Röntgenröhre (als Strahlungsquelle) 11 a, eine Fokussierspule
11 b und eine Lenkspule (steering coil) 11 c. Die
Röntgensteuerung 15 enthält eine Fokussteuerung 15 a,
die Lenksteuerung 15 b, einen Leistungsregler 15 c und
einen Hochspannungsgenerator 15 d. Eine vom Hochspannungsgenerator
15 d abgegebene Hochspannung, die an den
Heizfaden der Röntgenröhre 11 a angelegt wird, wird
durch den Leistungsregler 15 c geregelt. Ein durch die
Spule 11 b fließender Strom wird durch die Fokussteuerung
15 a geändert, während ein durch die Spule 11 c
fließender Strom durch die Lenksteuerung 15 b geändert
wird.
Die Lenksteuerung 15 b liefert die vom Punktlagendetektor
12 gewonnenen Punktlagendaten zur Zentraleinheit 16.
Sodann nimmt die Lenksteuerung 15 b die Lagenberechnungsdaten
von der Zentraleinheit 16 ab, um die Lenkspule
11 c auf der Grundlage der Lagenberechnungsdaten
anzusteuern. Der von der Röntgenröhre 11 a erzeugte
Elektronenstrahl wird somit durch die Steuerung 15 a
und 15 b gesteuert bzw. geregelt.
Fig. 7 veranschaulicht den Aufbau des Röntgengenerators
11. Fig. 8 veranschaulicht den Strahlengang von Röntgenstrahlen
23 und Elektronenstrahlen 24 im Bereich der
Anode 25 der Röntgenröhre 11 a.
Der Punktlagendetektor 12 besteht aus einer Feinlochplatte
12 a und einem Punktlagensensor 12 b. Gemäß Fig. 7
und 8 weicht der Strahlengang des Eingangsstrahls
des Sensors 12 b vom Strahlengang der Röntgenstrahlen
23 ab. Bei Anregung von Elektronenstrahlen 24 vom
Heizfaden der Röntgenröhre 11 a werden an deren Anode 25
Röntgenstrahlen 23 erzeugt. Der Strahlengang des
Eingangsstrahls des Sensors 12 b wird durch die Feinlochplatte
12 a definiert. Der Feinlochdurchmesser der Feinlochplatte
12 a ist so gewählt, daß er praktisch dem
Durchmesser eines Röntgenbrennpunkts (FP) gleich ist.
Die Feinlochplatte 12 a besteht aus einem Schwermetall.
Fig. 9 ist eine Vorderansicht des Punktlagensensors
12 b als Teil des Punktlagendetektors 12. Der Sensor
besteht aus einem fluoreszierenden Leuchtstoff (fluophor)
12 b-1, Lichtleitfasern 12 b-2, einer Mikrokanalplatte
12 b-3, Lichtleitfasern 12 b-4 und einem Lagensensorelement
12 b-5. Der Leuchtstoff 12 b-1 wird durch den
einfallenden Röntgenstrahl zum Leuchten angeregt. Die
Lichtausgangssignale vom Leuchtstoff 12 b-1 werden über
die Lichtleitfasern 12 b-2 zur Mikrokanalplatte 12 b-3
geleitet, in welcher die Lichtausgangssignale in Kanäle
aufgeteilt werden. Die in Kanäle aufgeteilten Lichtausgangssignale
von der Platte 12 b-3 werden über die
Lichtleitfasern 12 b-4 zum Lagensensorelement 12 b-5
geleitet und durch letztere in elektrische Signale
(Lagendaten) umgewandelt.
Fig. 10 veranschaulicht die Art und Weise, auf welche
die Lage des Strahlpunkts oder -flecks BS auf der
Sensorebene des Detektors 12 mittels Punktlagensensoren
12 b erfaßt wird.
An den vier Seiten der quadratischen oder rechteckigen
Röntgensensorebene (X-Y-Ebene entspricht der Fangelektrode
der Röntgenröhre 11 a.) Die X-Achsenlage des Strahlpunkts
BS auf der Röntgensensorebene wird durch die
oberseitigen und unterseitigen Sensoren 12 b, seine Y-
Achsenlage durch die rechten und linken Sensoren 12 b
erfaßt. X-Achsenlagendaten X 1 werden vom oberseitigen
Sensor 12 b geliefert. Der unterseitige Sensor 12 b liefert
X-Achsenlagendaten X 2. Vom rechten Sensor 12 b
werden Y-Achsenlagendaten Y 1 geliefert, während der
linke Sensor 12 b Y-Achsenlagendaten Y 2 liefert.
Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der
Lageneinstellroutine für den Strahlpunkt BS. Dieses
Routineprogramm beginnt nach Maßgabe eines über die
Konsole 13 von Hand eingegebenen Befehls oder nach
Maßgabe eines vorgegebenen Folgeprogramms, und zwar
vor Beginn der Datenerfassung oder während der
Durchführung der Datenerfassung.
Nach Einleitung der Lageneinstellroutine werden Röntgenstrahlen
23 von der Anode 25 der Röntgenröhre 11 a
abgestrahlt (Schritt ST 1 in Fig. 11). Bei dieser
Röntgenausstrahlung mißt jeder Punktlagensensor 12 b über die
Feinlochplatte 12 a einen Teil der Strahlen 23 zur
Erzeugung von Lagendaten X 1, X 2, Y 1 und Y 2(Schritt ST 2).
Diese Lagendaten X 1, X 2, Y 1 und Y 2 werden durch die
Lenksteuerung 15 b gesammelt, wobei die gesammelten
Lagendaten über die Konsole 13 zur Zentraleinheit 16
übertragen werden.
In der Zentraleinheit 16 werden entsprechend den Lagendaten
X 1, X 2, Y 1 und Y 2 die folgenden Berechnungen
ausgeführt:
Die durch Gleichungen (6) und (7) repräsentierten
Koordinaten von X und Y geben die Lage des Strahlpunkts
BS in der X-Y-Ebene des Punktlagendetektors 12 an.
Es sei angenommen, daß die Koordinaten einer vorbestimmten
Bezugsposition oder -lage in der X-Y-Ebene
des Punktlagendetektors 12 mit Xo bzw. Yo bezeichnet
sind. Daraufhin kann eine Größe einer Lagenverschiebung
des Strahlpunkts BS von einer Bezugsposition oder
-lage anhand der folgenden Gleichungen berechnet
werden:
Die Lagenverschiebung des Strahlpunkts BS gegenüber
der Normalrichtung (Z-Richtung) der X-Y-Ebene läßt
sich auf die im folgenden beschriebene Weise bestimmen.
Für den Fall, daß keine Lagenverschiebung zur Z-Richtung
auftritt, sei die auf der X-Y-Ebene des
Punktlagendetektors 12 gebildete Fläche des Strahlpunkts
BS mit So bezeichnet. Für den Fall, daß eine bestimmte
Lagenverschiebung zur Z-Richtung auftritt, sei die auf
der X-Y-Ebene des Punktlagendetektors 12 gebildete
Fläche des Strahlpunkts BS mit S bezeichnet. Weiterhin
sei angenommen, daß nach Abschluß der Steuerung oder
Regelung zur Minimierung der Größe von Δ X und Δ Y gemäß
Gleichung (8) und (9) X 1 - X 2 praktisch gleich
Y 1 - Y 2 ist.
Unter den obigen Voraussetzungen läßt sich die Größe
der Fläche S etwa wie folgt darstellen:
Die Größe einer Lagenverschiebung des Strahlpunkts BS
längs der Z-Richtung läßt sich sodann nach der folgenden
Gleichung berechnen:
Die Lagenverschiebungsdaten (Δ X, Δ Y, Δ S) des
Strahlpunkts oder -flecks BS in bezug auf die X-, Y- und Z-
Richtungen werden somit in der Zentraleinheit 16 auf
der Grundlage von Gleichungen (8), (9) und (11) abgeleitet
(Schritt ST 3 in Fig. 11).
Die berechneten Lagenverschiebungsdaten (Δ X, Δ Y, Δ S)
des Strahlpunkts BS werden sodann von der Zentraleinheit
(CPU) 16 zur Lenksteuerung 15 b übertragen. Daraufhin
wird der Strom der Lenkspule 11 c entsprechend den
berechneten Lagenverschiebungsdaten (Δ X, Δ Y, Δ S) so
eingestellt, daß sich die Größe von Δ X, Δ Y und Δ S
jeweils verringert (Schritt ST 4 in Fig. 11).
Die obigen Schritte ST 1-ST 4 werden wiederholt, um
die Größe von Δ X, Δ Y und Δ S jeweils zu verkleinern.
Diese Operation besteht aus einer digitalen negativen
Rückkopplungsregelung, deren Regelsollwerte (control
targets) durch Xo, Yo und So vorherbestimmt sind. Mit
dieser Rückkopplungsregelung können Änderungen oder
Abweichungen in der Lage eines Mikrobrennpunkts, die
von zeitabhängiger Drift und/oder Temperaturänderung
herrühren, praktisch ausgeschaltet werden. Diese
Rückkopplungsregelung braucht nicht in jedem Fall durchgeführt
zu werden, kann jedoch bei Bedarf vorgenommen
werden. Da weiterhin der mechanische Teil dieser
Rückkopplungsregeloperation durch eine herkömmliche
Lenkspule gebildet wird, kann der Gesamtaufbau vereinfacht
sein.
Fig. 12 veranschaulicht die Anwendung der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 auf die Ausführungsform nach Fig. 5.
Fig. 13 veranschaulicht in perspektivischer Darstellung
einen Punktlagen-Einstellmechanismus, an welchem die
Röntgenröhre 11 a bewegbar bzw. verschiebbar montiert
ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 werden die
erwähnten elektrischen Feldschwankungen durch die
Kombination aus dem Kollimator 3 A und dem Bezugsdetektor
190 erfaßt, wobei Lagenänderungen eines Brennpunkts
(FP) durch mechanische Betätigung des Punktlagen-
Einstellmechanismus gemäß Fig. 13 ausgeschaltet oder
beseitigt werden.
Gemäß Fig. 12 ist die Größe der Röntgenstrahlen 31 an
der Seite der Hauptdetektoren (19) durch die Aperturgröße
des Kollimators 7 begrenzt; diese Größe kann
100 × 100 µm betragen. Andererseits kann der Mikrobrennpunkt
FP auf der Fangelektrode der Röntgenröhre
11 a eine Größe von 10 × 10 µm besitzen. Obgleich in
Fig. 12 nicht dargestellt, kann die Röntgenröhre 11 a
mit einer Feinlochplatte 12 a und dem Punktlagensensor
12 b gemäß Fig. 7 versehen sein.
Die Normale der Öffnung (Apertur) jedes Kollimators
3 A und 7 ist auf die Fangelektrode der Röntgenröhre
11 a gerichtet. Wenn sich die Lage des Brennpunkts FP
auf der Fangelektrode verschiebt, variiert auf ähnliche
Weise die durch den Bezugsdetektor 190 und die
Hauptdetektoren 19 gemäß Fig. 3 (in Fig. 12 nicht
dargestellt) erfaßte Menge oder Dosis der Röntgenstrahlung.
Die Änderung in der durch die Detektoren 19 erfaßten
Röntgenstrahlungsdosis sind somit anhand der vom
Detektor 190 erfaßten Änderung der Röntgenstrahlendosis
bekannt. Auf der Grundlage des Ausgangssignals vom
Detektor 190 kann somit, wie im Fall von Fig. 1, der
Einfluß der im Ausgangssignal von den Detektoren 19
enthaltenen elektrischen Feldschwankungen eliminiert
werden. (Ein Doppelpfeil DY in Fig. 12 gibt die Quer-
oder Führungsrichtung bei Verwendung eines CT-Abtasters
der zweiten Generation an.)
Wenn der Heizfaden der Röntgenröhre 11 a mit Gleichspannung
gespeist wird, kann - nebenbei bemerkt - die
Kombination aus dem Kollimator 3 A und dem Bezugsdetektor
190 weggelassen werden, weil keine elektrischen
Feldschwankungen auftreten.
Wenn der Heizfaden der Röntgenröhre 11 a mit Wechselspannung
oder Wechselstrom gespeist wird und elektrische
Feldschwankungen auftreten, treten periodische
Schwankungen der erfaßten Röntgenstrahlung auf, die
von den Abweichungen in der Lage des Brennpunkts FP
unabhängig sind. Die Gesamtdosis der Röntgenstrahlung
pro Zeiteinheit ist jedoch, wie in der Beschreibungseinleitung
erwähnt, von den periodischen Schwankungen
oder Abweichungen aufgrund der elektrischen Feldschwankungen
frei. Infolgedessen spricht die Zentraleinheit
16 gemäß Fig. 1 oder 5 auf die Gesamtdosis der Röntgenstrahlung
bei jeweils einer Querabtastung des CT-
Abtasters der zweiten Generation an. Die Zentraleinheit
16 kann sodann die Lagenänderungen des Brennpunkts FP
ohne Beeinflussung durch elektrische Feldschwankungen
erfassen.
Genauer gesagt: wenn die Größe der Gesamtdosis der
Röntgenstrahlung für je eine Querabtastung kleiner
wird als 90% der Gesamtdosisgröße, die ohne Lagenänderung
des Brennpunkts FP erreicht wird, stellt die
Zentraleinheit 16 eine Ist-Lagenabweichung des
Brennpunkts FP fest. Die Zentraleinheit 16 beginnt sodann
den Steuervorgang zur Beseitigung der Ist-Lagenabweichung
des Brennpunkts FP.
Der Punktlagen-Einstellmechanismus für die Röntgenröhre
11 a ist in Fig. 13 dargestellt. Die Röntgenröhre
11 a ist dabei an einem bewegbaren Tischmechanismus 40
montiert, der aus einer Basis 41 und einem ersten,
parallel zur Basis 41 angeordneten Tisch 42 besteht,
der an drei Punkten von drei Z-Achseneinstell-
Stelltrieben (elektrisch betätigte Zylinder o. dgl.) 43
getragen wird. Die Betätigungsrichtung der einzelnen
Stelltriebe 43 ist in Fig. 13 mit DZ bezeichnet. Die
Neigung des Tisches 42 gegenüber der Basis 41 kann
durch getrennte Betätigung der Stelltriebe 43 beliebig
geändert werden.
Der Tisch 42 ist mit zwei parallelen Schienen 44
versehen, auf denen ein zweiter Tisch 45 verschiebbar
geführt ist. Der Tisch 42 ist ebenfalls mit einem Y-
Achseneinstell-Stelltrieb 47 versehen, der eine Schraubspindel
46 so zu drehen vermag, daß der Tisch 45 längs
der Schienen 44 in Y-Achsrichtung DY verschiebbar ist.
Der Tisch 45 ist mit zwei parallelen Schienen 48
versehen, auf denen ein dritter Tisch 49 verschiebbar
geführt ist. Außerdem weist der Tisch 45 einen X-
Achseneinstell-Stelltrieb 51 auf, der eine Schraubspindel
50 so zu drehen vermag, daß der Tisch 49 längs der
Schienen 48 in X-Achsrichtung DX verschiebbar ist.
Die Röntgenröhre 11 a zur Erzeugung der Röntgenstrahlen
31 ist am Tisch 49 montiert. Durch Betätigen der
Stelltriebe 43, 47 und 51 ist die Röntgenröhre 12 a
somit beliebig in X-, Y- und Z-Richtung verschiebbar.
Es sei angenommen, daß die bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 5 verwendeten Hauptdetektoren (19) aus vier
Kanaldetektoren (1 ch-4 ch) gebildet sind und diese
Ausgestaltung mit dem Punktlagen-Einstellmechanismus
gemäß Fig. 13 versehen ist.
Fig. 14 veranschaulicht, in welcher Weise der Meßwert
(detection value) jedes Hauptdetektors 19 der
betreffenden Kanäle (1 ch-4 ch) in bezug auf die Y-(Quer-)
Richtung variiert. Die Kurven gemäß Fig. 14 lassen sich
erzielen, wenn der Ausstrahlungspunkt der Röntgenstrahlen
31 sich längs der Querrichtung über eine
bestimmte Breite verschiebt, die um das Drei- oder Vierfache
größer ist als die Brennpunktgröße (z. B. 10 µm)
der Röntgenstrahlen 31. Der Ort (locus) dieser Röntgenstrahl-
Querverschiebung ist in Fig. 14 mit 52 bezeichnet.
Fig. 14 veranschaulicht einen Fall, in welchem
keine Lagenänderung oder -abweichung des Brennpunkts
FP längs der Z-Richtung, wie in Fig. 15 gezeigt, auftritt
und die Spitzenpunkte der einzelnen Röntgen-
Meßwert miteinander übereinstimmen.
Fig. 16 veranschaulicht ebenfalls, wie der Meßwert
jedes Hauptdetektors 19 der betreffenden Kanäle (1 ch-
4 ch) in bezug auf die Y-(Quer-)Richtung variiert.
Fig. 16 veranschaulicht einen Fall, in welchem Lagenänderungen
des Brennpunkts FP längs der Z-Richtung
auftreten (vgl. Fig. 17) und die Spitzenpunkte der
Röntgen-Meßwerte voneinander verschieden (zueinander
verschoben) sind. Fig. 17 veranschaulicht einen
Zustand, in welchem der Ort 52 vor dem Brennpunkt FP zu
den Detektoren (19) liegt.
Fig. 18 dient zur Erläuterung der Berechnung des
Abstands (ℓ) zwischen dem Brennpunkt FP und dem Ort 52.
Es sei angenommen, daß die Bezugsplatte 3 B auf dem Ort
52 liegt, daß der Abstand zwischen dem Brennpunkt FP
und dem Schlitz (der Apertur) der Bezugsplatte 3 B gleich
ℓ o ist, wenn der Brennpunkt FP mit dem Ort 52
übereinstimmt, daß der Abstand zwischen dem Brennpunkt FP und
dem Schlitz (der Apertur) der Bezugsplatte 3 B gleich ℓ
ist, wenn der Brennpunkt FP vom Ort 52 abweicht, daß
der Abstand zwischen dem Schlitz der Bezugsplatte 3 B
und der Apertur des Kollimators 7 gleich L ist, daß
die Fläche des Schlitzes der Platte 3 B gleich Sf
entspricht, daß die Fläche der Apertur des Kollimators
7 gleich So ist, wenn der Brennpunkt FP mit dem Ort
52 übereinstimmt, daß die Fläche der Apertur des Kollimators
7 gleich S ist, wenn der Brennpunkt FP vom
Ort 52 abweicht, und daß der Raumwinkel des Schlitzes
(der Apertur) der Platte (3 B) in bezug auf den Brennpunkt
FP gleich ψ ist.
In diesem Fall bestimmen sich die Flächen Sf und So
zu:
Wenn das Glied (der Term) ψ von So durch das Glied ψ
von Sf ersetzt wird, so bestimmt sich So zu:
Andererseits läßt sich die Fläche S ausdrücken zu:
Anhand der Gleichungen (14) und (15) bestimmt sich die
Differenz Δ S zwischen S und So zu:
Durch Abwandlung von Gleichung (16) bezüglich des Abstands
ℓ läßt sich die folgende Beziehung ableiten:
In diesem Fall ist die Differenz Δ ℓ zwischen ℓ und ℓ o:
Die Stelltriebe 43 gemäß Fig. 13 werden durch die
Zentraleinheit 16 über die mechanische Steuerung 14 so
angesteuert, daß die Größe von Δ ℓ minimiert wird.
Fig. 19 zeigt, wie der Meßwert jedes Hauptdetektors
19 der betreffenden Kanäle (1 ch-4 ch) gegenüber der
Y-(Quer-)Richtung variiert. Fig. 19 veranschaulicht
einen Fall, in welchem Lagenänderungen oder -abweichungen
des Brennpunkts FP längs der Z-Richtung auftreten
(vgl. Fig. 20) und die Spitzenpunkte der
verschiedenen Röntgen-Meßwerte voneinander verschieden
(zueinander verschoben) sind. Fig. 20 veranschaulicht
einen Zustand, in welchem der Ort 52 gegenüber dem
Brennpunkt FP rückwärts versetzt ist.
Der Abstand (ℓ) zwischen dem Brennpunkt FP und dem Ort
52 läßt sich anhand von Gleichung (17) berechnen; die
Stelltriebe 43 werden dabei über die mechanische Steuerung
14 durch die Zentraleinheit 16 so angesteuert,
daß die Größe von Δ ℓ gemäß Gleichung (18) auf einen
Mindestwert verringert wird.
Mit Ausnahme des Vorzeichens der Differenz Δ ℓ ist die
vorstehend beschriebene Z-Achsenregelung oder -steuerung
mittels der Stelltriebe 43 im Fall von Fig. 20 dieselbe
wie im Fall von Fig. 17.
Gleichermaßen erfolgt die Y-Achsensteuerung oder -regelung
mittels der Stelltriebe 47 über die mechanische
Steuerung oder Mechaniksteuerung 14 durch die Zentraleinheit
16 in der Weise, daß das Glied Δ Y von Gleichung
(9) minimiert wird. Die X-Achsensteuerung mittels des
Stelltriebs 51 erfolgt über die mechanische Steuerung
14 durch die Zentraleinheit 16 in der Weise, daß Δ X
gemäß Gleich (8) minimiert wird.
Fig. 21 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Art
und Weise, auf welche die Datenerfassungseinheit (DAS)
20 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 die Datenerfassung
der Röntgenprojektionsdaten durchführt.
Vor der Durchführung der Erfassung der Röntgenstrahlungsdaten
werden die X-, Y- und Z-Achsen-Stelltriebe
51, 47 bzw. 43 durch die Mechanismussteuerung 14 so
eingestellt, daß der Spitzenwert für jeden Kanal erzielt
wird (Schritt ST 100). (Je nach Fall kann diese
Einstellung während des Röntgendaten-Erfassungsprozesses
erfolgen.) Wenn daraufhin die Datenerfassung nicht
beendet ist (NEIN in Schritt ST 102), werden Strahlungsdaten
vom Bezugsdetektor 190 (Fig. 12) für eine Quer-
(Verschiebungs-)Richtung DY erfaßt (Schritt ST 104).
Die Gesamtsumme Tref der erfaßten Daten vom Bezugsdetektor
190 wird durch die Zentraleinheit 16 berechnet
(Schritt ST 106). Die berechnete Summe Tref wird
als Bezug oder Referenz REF in einem in Fig. 5 nicht
dargestellten Speicher (vgl. Fig. 1) der Zentraleinheit
16 abgespeichert (Schritt ST 108).
In der folgenden (einen) Querabtastung werden wiederum
Strahlungsdaten vom Bezugsdetektor 190 erfaßt (Schritt
ST 110), und die Gesamtsumme Tref der nächsten erfaßten
Daten wird durch die Zentraleinheit 16 berechnet
(Schritt ST 112). Die zweite berechnete Summe Tref wird
mit den 90% der gespeicherten Referenz REF verglichen
(Schritt ST 114).
Wenn 0,9 REF ≦λτ Tref (JA in Schritt ST 114) festgestellt
wird, ist eine beträchtliche Abweichung in der Lage des
Brennpunkts FP vorhanden, und der Programmfluß geht auf
ST 100 zurück. Sodann wird die Lagenabweichung des Brennpunkts
FP durch die Einstellung von (Schritt) ST 100
reduziert. Dieser Programmablauf wird wiederholt, bis 0,9
REF Tref erhalten wird. Wenn nämlich die Größe von
Tref für je eine Querabtastung kleiner wird als die 90%
von REF, erfaßt die Zentraleinheit 16 tatsächliche oder
Ist-Lagenabweichungen des Brennpunkts FP. Sodann beginnt
die Zentraleinheit 16 die Steuerung zur Beseitigung der
Ist-Lagenabweichung des Brennpunkts FP auf vorher
beschriebene Weise.
Wenn 0,9 REF Tref (NEIN in Schritt ST 114) festgestellt
wird, sind praktisch keine Abweichungen in der Lage
des Brennpunkts FP vorhanden, worauf der Programmfluß
zum Schritt ST 102 zurückgeht. Die Folge dieses Programmflusses
wird wiederholt, bis die Datenerfassung
abgeschlossen ist (JA in Schritt ST 102).
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich folgendes:
Wenn die Erfindung auf einen Röntgen-CT-Abtaster
mit extrem hoher Auflösung angewandt ist, können der
Einfluß von Abweichungen in der Mikrobrennpunktgröße
aufgrund von elektrischen Feldschwankungen sowie der
Einfluß von Änderungen oder Abweichungen in der Lage
des Mikrobrennpunkts infolge von Drift ausgeschaltet
werden.
Obgleich die Erfindung vorstehend in verschiedenen,
derzeit bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und
beschrieben ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt,
sondern verschiedenen weiteren Änderungen und Abwandlungen
zugänglich. Beispielsweise ist die Erfindung
nicht nur auf einen Computertomograph- oder CT-Abtaster
der zweiten Generation, sondern auch auf einen solchen
der ersten, dritten oder vierten Generation anwendbar.
Weiterhin kann das Auftreten von Abweichungen des
Brennpunkts FP einfach anhand des Abfalls der erfaßten
Röntgenstrahlendosis unter eine vorbestimmte Größe
festgestellt werden, wenn der Heizfaden der Röntgenröhre
11 a mit Gleichspannung gespeist wird. Solange
nötige Spitzenmeßwerte für jeden Kanal (vgl. Fig. 14)
gewonnen werden, brauchen außerdem nur eine oder zwei
der X-, Y- und Z-Achseneinstellungen mittels der
Stelltriebe 51, 47 und 43 gemäß Fig. 13 durchgeführt zu
werden.
Claims (10)
1. Röntgenuntersuchungsgerät, umfassend
eine Strahlungseinheit (1, 11) mit einem Brennpunkt (FP) zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlen (31) und
eine auf die ein Untersuchungsobjekt (17) passierende Röntgenstrahlen ansprechende Hauptdetektoreinheit (19, 20) zum Erfassen oder Messen einer Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung von Projektionsdaten für das Untersuchungsobjekt (17),
gekennzeichnet durch
eine dem Brennpunkt (FP) zugewandte Abweichungsdetektoreinheit (190, 12, 16) zum Erfassen von Änderungen oder Abweichungen des Brennpunkts (FP) und zum Beseitigen von in den Projektionsdaten enthaltenen, durch Brennpunktabweichungen verursachten Fehlern auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung der Brennpunktabweichungen.
eine Strahlungseinheit (1, 11) mit einem Brennpunkt (FP) zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlen (31) und
eine auf die ein Untersuchungsobjekt (17) passierende Röntgenstrahlen ansprechende Hauptdetektoreinheit (19, 20) zum Erfassen oder Messen einer Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung von Projektionsdaten für das Untersuchungsobjekt (17),
gekennzeichnet durch
eine dem Brennpunkt (FP) zugewandte Abweichungsdetektoreinheit (190, 12, 16) zum Erfassen von Änderungen oder Abweichungen des Brennpunkts (FP) und zum Beseitigen von in den Projektionsdaten enthaltenen, durch Brennpunktabweichungen verursachten Fehlern auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung der Brennpunktabweichungen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptdetektoreinheit (Fig. 1, 3)
einen Hauptkollimator (7) mit einer zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichteten Apretur und
einen an der Position der Apretur des Hauptkollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) umfaßt, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen Bezugskollimator (3, 3 A) mit einer zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Bezugskollimators (3, 3 A) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) der Strahlungseinheit (1) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die zur Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
einen Hauptkollimator (7) mit einer zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichteten Apretur und
einen an der Position der Apretur des Hauptkollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) umfaßt, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen Bezugskollimator (3, 3 A) mit einer zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Bezugskollimators (3, 3 A) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) der Strahlungseinheit (1) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die zur Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptdetektoreinheit (Fig. 4)
einen Kollimator (7) mit Haupt- und Bezugsaperturen, die beide zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichtet sind, und
einen an der Position der Hauptapertur des Kollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) aufweist, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen an der Position der Bezugsapertur des Kollimators (7) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) der Strahlungseinheit (1) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die zur Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
einen Kollimator (7) mit Haupt- und Bezugsaperturen, die beide zum Brennpunkt (FP) der Strahlungseinheit (1) hin gerichtet sind, und
einen an der Position der Hauptapertur des Kollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) aufweist, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen an der Position der Bezugsapertur des Kollimators (7) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) der Strahlungseinheit (1) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die zur Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
4. Gerät nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungseinheit (11; Fig. 5 bis 10)
eine Röntgenröhre (11 a), deren Anode (25) einen Röntgenstrahl (23) erzeugt, zur Lieferung der Röntgenstrahlen (31),
eine auf den Röntgenstrahl (23) von der Anode (25) ansprechende Punktlagendetektoreinheit (12) zum Erfassen der Lage eines Strahlpunkts oder -flecks (BS in Fig. 10) des Röntgenstrahls (23) zwecks Lieferung von Strahlpunktlagendaten (X 1, X 2, Y 1, Y 2) und
eine mit der Röntgenröhre (11 a) und der Punktlagendetektoreinheit (12) gekoppelte Punktlagen-Steuereinrichtung (11 c, 14, 15 b, 16) zur Ansteuerung der Röntgenröhre (11 a) nach Maßgabe der Strahpunktlagedaten (X 1, X 2, Y 1, Y 2) in der Weise, daß die durch den Punktlagendetektor (12) erfaßte Lage (X, Y; Gleichung (6) und (7)) sich einer vorbestimmten Bezugslage (Xo, Yo; Gleichung (8) und (9)) annähert, umfaßt.
eine Röntgenröhre (11 a), deren Anode (25) einen Röntgenstrahl (23) erzeugt, zur Lieferung der Röntgenstrahlen (31),
eine auf den Röntgenstrahl (23) von der Anode (25) ansprechende Punktlagendetektoreinheit (12) zum Erfassen der Lage eines Strahlpunkts oder -flecks (BS in Fig. 10) des Röntgenstrahls (23) zwecks Lieferung von Strahlpunktlagendaten (X 1, X 2, Y 1, Y 2) und
eine mit der Röntgenröhre (11 a) und der Punktlagendetektoreinheit (12) gekoppelte Punktlagen-Steuereinrichtung (11 c, 14, 15 b, 16) zur Ansteuerung der Röntgenröhre (11 a) nach Maßgabe der Strahpunktlagedaten (X 1, X 2, Y 1, Y 2) in der Weise, daß die durch den Punktlagendetektor (12) erfaßte Lage (X, Y; Gleichung (6) und (7)) sich einer vorbestimmten Bezugslage (Xo, Yo; Gleichung (8) und (9)) annähert, umfaßt.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptdetektoreinheit (Fig. 12)
einen Hauptkollimator (7) mit einer auf den Brennpunkt (FP) an der Anode (25) der Röntgenröhre (11 a) gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Hauptkollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen (oder Messen) der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) aufweist, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen Bezugskollimator (3 A) mit einer auf den Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Bezugskollimators (3 A) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die für die Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
einen Hauptkollimator (7) mit einer auf den Brennpunkt (FP) an der Anode (25) der Röntgenröhre (11 a) gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Hauptkollimators (7) angeordneten Hauptröntgendetektor (19) zum Erfassen (oder Messen) der Strahlungsdosis der Röntgenstrahlen (31) zwecks Lieferung der Projektionsdaten des Untersuchungsobjekts (17) aufweist, und daß die Abweichungsdetektoreinheit
einen Bezugskollimator (3 A) mit einer auf den Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) gerichteten Apertur und
einen an der Position der Apertur des Bezugskollimators (3 A) angeordneten Bezugsröntgendetektor (190) zum Erfassen von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) zwecks Lieferung von Bezugsdaten, die für die Beseitigung der Fehler benutzt werden, umfaßt.
6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungseinheit (Fig. 13, 15) mit
einer Einrichtung (43) zum Ändern des Relativabstands zwischen dem Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) und der Hauptdetektoreinheit (19) versehen ist und daß die Punktlagen-Steuereinrichtung eine mit der Hauptdetektoreinheit (19, 20) gekoppelte Einrichtung (14, 16) zum Ansteuern der Änderungseinrichtung (43) nach Maßgabe eines Meßwerts der Strahlungsabsorptionsgröße der Röntgenstrahlen (31) in der Weise, daß sich die Lage des Brennpunkts (FP) einer vorbestimmten Stelle (52 in Fig. 15) annähert, aufweist.
einer Einrichtung (43) zum Ändern des Relativabstands zwischen dem Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) und der Hauptdetektoreinheit (19) versehen ist und daß die Punktlagen-Steuereinrichtung eine mit der Hauptdetektoreinheit (19, 20) gekoppelte Einrichtung (14, 16) zum Ansteuern der Änderungseinrichtung (43) nach Maßgabe eines Meßwerts der Strahlungsabsorptionsgröße der Röntgenstrahlen (31) in der Weise, daß sich die Lage des Brennpunkts (FP) einer vorbestimmten Stelle (52 in Fig. 15) annähert, aufweist.
7. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungseinheit (Fig. 13, 15) mit
einer Einrichtung (43) zum Ändern des Relativabstands zwischen dem Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) und der Hauptdetektoreinheit (19) versehen ist und daß die Punktlagen-Steuereinrichtung eine mit der Hauptdetektoreinheit (19,20) gekoppelte Einrichtung (14, 16) zum Ansteuern der Änderungseinrichtung (43) nach Maßgabe eines Meßwerts der Strahlungsabsorptionsgröße der Röntgenstrahlen (31) in der Weise, daß sich die Lage des Brennpunkts (FP) einer vorbestimmten Stelle (52 in Fig. 15) annähert, aufweist.
einer Einrichtung (43) zum Ändern des Relativabstands zwischen dem Brennpunkt (FP) der Röntgenröhre (11 a) und der Hauptdetektoreinheit (19) versehen ist und daß die Punktlagen-Steuereinrichtung eine mit der Hauptdetektoreinheit (19,20) gekoppelte Einrichtung (14, 16) zum Ansteuern der Änderungseinrichtung (43) nach Maßgabe eines Meßwerts der Strahlungsabsorptionsgröße der Röntgenstrahlen (31) in der Weise, daß sich die Lage des Brennpunkts (FP) einer vorbestimmten Stelle (52 in Fig. 15) annähert, aufweist.
8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abweichungsdetektoreinheit (Fig. 1)
eine Recheneinheit (16) zum Fourier-Transformieren eines ersten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, µi) + Bi; Gleichung (3)), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190) bei der Untersuchung unterworfenem Untersuchungsobjekt (17) gewonnen wird, zwecks Lieferung erster Fourier- transformierter Daten (Fµi*; Gleichung (4)), zum Fourier-Transformieren eines zweiten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, 0) + Bi*), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190), wenn kein Untersuchungsobjekt einer Untersuchung unterworfen wird, gewonnen wird, zwecks Lieferung zweiter Fourier-transformierter Daten (Foi*; Gleichung (5)), zum Substrahieren der zweiten Fourier-transformierten Daten (Foi*) von den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) zwecks Lieferung Fourier-transformierter Differenzdaten (Fµi* - Foi*), so daß eine Komponente (ω), welche Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) entspricht und in den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) enthalten (involved) ist, aus den Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) praktisch eliminiert ist, und zum inversen Fourier- Transformieren der Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) zwecks Lieferung von Projektionsdaten, die frei sind von Fehlern aufgrund von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP), aufweist.
eine Recheneinheit (16) zum Fourier-Transformieren eines ersten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, µi) + Bi; Gleichung (3)), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190) bei der Untersuchung unterworfenem Untersuchungsobjekt (17) gewonnen wird, zwecks Lieferung erster Fourier- transformierter Daten (Fµi*; Gleichung (4)), zum Fourier-Transformieren eines zweiten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, 0) + Bi*), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190), wenn kein Untersuchungsobjekt einer Untersuchung unterworfen wird, gewonnen wird, zwecks Lieferung zweiter Fourier-transformierter Daten (Foi*; Gleichung (5)), zum Substrahieren der zweiten Fourier-transformierten Daten (Foi*) von den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) zwecks Lieferung Fourier-transformierter Differenzdaten (Fµi* - Foi*), so daß eine Komponente (ω), welche Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) entspricht und in den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) enthalten (involved) ist, aus den Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) praktisch eliminiert ist, und zum inversen Fourier- Transformieren der Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) zwecks Lieferung von Projektionsdaten, die frei sind von Fehlern aufgrund von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP), aufweist.
9. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abweichungsdetektoreinheit (Fig. 1)
eine Recheneinheit (16) zum Fourier-Transformieren eines ersten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, µi) + Bi; Gleichung (3)), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190) bei der Untersuchung unterworfenem Untersuchungsobjekt (17) gewonnen wird, zwecks Lieferung erster Fourier- transformierter Daten (Fµi*; Gleichung (4)), zum Fourier- Transformieren eines zweiten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, 0) + Bi*), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190), wenn kein Untersuchungsobjekt einer Untersuchung unterworfen wird, gewonnen wird, zwecks Lieferung zweiter Fourier-transfomierter Daten (Foi*; Gleichung (5)), zum Subtrahieren der zweiten Fourier- transformierten Daten (Foi*) von den ersten Fourier- transformierten Daten (Fµi*) zwecks Lieferung Fourier-transformierter Differenzdaten (Fµi* - Foi*), so daß eine Komponente (ω), welche Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) entspricht und in den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) enthalten (involved) ist, aus den Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) praktisch eliminiert ist, und zum inversen Fourier-Transformieren der Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) zwecks Lieferung von Projektionsdaten, die frei sind von Fehlern aufgrund von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP), aufweist.
eine Recheneinheit (16) zum Fourier-Transformieren eines ersten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, µi) + Bi; Gleichung (3)), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190) bei der Untersuchung unterworfenem Untersuchungsobjekt (17) gewonnen wird, zwecks Lieferung erster Fourier- transformierter Daten (Fµi*; Gleichung (4)), zum Fourier- Transformieren eines zweiten Bezugskorrekturwerts (IC = Fi(ω, 0) + Bi*), der durch Dividieren von Meßdaten (IMi) vom Hauptröntgendetektor (19) durch Meßdaten (IR) vom Bezugsröntgendetektor (190), wenn kein Untersuchungsobjekt einer Untersuchung unterworfen wird, gewonnen wird, zwecks Lieferung zweiter Fourier-transfomierter Daten (Foi*; Gleichung (5)), zum Subtrahieren der zweiten Fourier- transformierten Daten (Foi*) von den ersten Fourier- transformierten Daten (Fµi*) zwecks Lieferung Fourier-transformierter Differenzdaten (Fµi* - Foi*), so daß eine Komponente (ω), welche Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP) entspricht und in den ersten Fourier-transformierten Daten (Fµi*) enthalten (involved) ist, aus den Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) praktisch eliminiert ist, und zum inversen Fourier-Transformieren der Fourier-transformierten Differenzdaten (Fµi* - Foi*) zwecks Lieferung von Projektionsdaten, die frei sind von Fehlern aufgrund von Änderungen der Größe des Brennpunkts (FP), aufweist.
10. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Punktlagendetektoreinheit (Fig. 21)
eine Einrichtung (16) zum Einleiten der Operation der Annäherung der Strahlpunktlage (X, Y) an die vorbestimmte Bezugslage (Xo, Yo), wenn eine durch die Abweichungsdetektoreinheit (190) während einer gegebenen Zeitspanne erfaßte Gesamt-Strahlungsdosis (Tref in Fig. 21) kleiner ist als eine vorgeschriebene Größe (0,9 REF), aufweist.
eine Einrichtung (16) zum Einleiten der Operation der Annäherung der Strahlpunktlage (X, Y) an die vorbestimmte Bezugslage (Xo, Yo), wenn eine durch die Abweichungsdetektoreinheit (190) während einer gegebenen Zeitspanne erfaßte Gesamt-Strahlungsdosis (Tref in Fig. 21) kleiner ist als eine vorgeschriebene Größe (0,9 REF), aufweist.
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