DE2600266A1

DE2600266A1 - Anordnung zur ermittlung der absorption einer strahlung

Info

Publication number: DE2600266A1
Application number: DE19762600266
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Dr Groh; Guenter Dr Kowalski; Dietrich Dr Meyer-Ebrecht; Klaus Pasedach; Wolfgang Dipl Phys Wagner; Hermann Dipl Phys Dr Weiss
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-01-07
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1977-07-14
Also published as: GB1574621A; FR2337884A1; NL7700017A; JPS5286383A; US4417353A; BE850119A

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMM 94

"Anordnung zur Ermittlung der Absorption einer Strahlung"

Es sind bereits Anordnungen zur Ermittlung der Absorption einer Strahlung in einer Ebene eines Körpers bekannt (DT-OS 24 27 418) mit einem Strahler, dessen keilförmig ausgeblendete Strahlung die Ebene des Körpers durchsetzt und von einer Anzahl auf einem Kreisbogen in der Ebene angeordneter Detektoren gemessen wird, wobei das System Strahler - Detektoren während der Messung in bezug auf den Körper gedreht wird.

Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber einer Anordnung •mit nur einem einzigen Detektor (z.B. DT-OS 19 41 433) besteht darin, daß die Messung schneller durchgeführt werden kann,

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weil eine Vielzahl von Meßwerten gleichzeitig erfaßt werden kann und weil zur Erfassung der Absorption in der Ebene das System Strahler - Detektoren lediglich um eine zur Untersuchungsebene senkrechte, vorzugsweise durch den zu untersuchenden Körper verlaufende Achse gedreht werden muß. Auf der anderen Seite hat diese Anordnung den Nachteil, daß sich aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Strahler Fehler ergeben können, die sich bei der Rekonstruktion der Absorption in der Ebene des Körpers bemerkbar machen."

Aus der DT-OS 25 03 978 ist eine Anordnung dieser Art bekannt, die diese Rekonstruktionsfehler vermindern oder beseitigen soll. Bei dieser Anordnung führt das System Strahler - Detektoren während·einer Messung zunächst eine volle Umdrehung aus. Am Beginn und am Ende dieser Umdrehung messen die Detektoren die Absorption des Körpers jeweils längs desselben Streifens durch den Körper. Weichen die Ausgangssignale der einzelnen Detektoren gleichwohl voneinander ab, so läßt sich daraus die zeitliche Änderung der Empfindlichkeit nach Betrag und Größe ermitteln. Anschließend werden die Detektoren um den Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens geschwenkt, auf dem sie angeordnet sind, so daß jeder Detektor bei der nachfolgenden zweiten Umdrehung die Absorption entlang von Streifen durch den Körper mißt, entlang derer die Absorption bei der vorhergehenden Messung durch einen der beiden benachbarten Detektoren erfaßt wurde. Vergleicht man nun die Meßwerte, die ein Detektor während der zweiten Umdrehung liefert, mit den Meßwerten, die der benachbarte Detektor während der ersten Umdrehung geliefert hat, dann lassen sich daraus Unterschiede in der Empfindlichkeit benachbarter Detektoren ableiten und zur Korrektur der Meßwerte heranziehen. Anschließend werden die Detektoren wieder in ihre Anfangslage, die sie bei der ersten Messung eingenommen haben, zurückgeschwenkt, worauf das System Strahler - Detektoren ein drittes Mal gedreht wird und die Absorption erneut gemessen wird, woraus sich wiederum (durch Vergleich mit den Meßwerten während der zweiten Drehung) Unterschiede in der Empfindlichkeit benachbarter Detektoren

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sowie (durch Vergleich der Meßwerte am Anfang und am Ende der Umdrehung) zeitliche Schwankungen der Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren ermitteln lassen.

Die Wirkung dieser Anordnung beruht also darauf, daß die Absorption entlang eines jeden Streifens durch den Körper mehrmals gemessen wird. Dadurch wird die Meßzeit zur Erfassung sämtlicher Meßwerte selbstverständlich entsprechend verlängert und die Dosis, die dem Körper zur Erfassung dieser Meßwerte zugeführt werden muß, vergrößert sich ebenfalls entsprechend. Da mit diesem Gerät in der Regel Patienten untersucht werden, ist dies ein schwerwiegender Nachteil. - Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung liegt darin, daß die Meßwerte sich ändern, wenn der untersuchte Körper während der Messung seine Lage ändert. Diese -veränderten Meßwerte werden von der Anordnung fälschlich als unterschiedliche Empfindlichkeit benachbarter Detektoren bzw. als Drifterscheinung der Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren bewertet, woraus sich bei der Rekonstruktion der Absorption in der Untersuchungsebene des Körpers zusätzliche Fehler ergeben.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich ebenfalls mit dem Problem, die bei einer Anordnung mit einem Strahler und einer Vielzahl von Detektoren auftretenden Fehler in der Rekonstruktion zu vermeiden bzw. zu verringern, jedoch geht es hier in erster Linie um die Vermeidung bzw. Beseitigung der Fehler, die verstärkt in der Nähe des Rotationszentrums des Systems Strahler - Detektoren entstehen (dieses Rotationszentrum befindet sich in der Regel in der zu untersuchenden Ebene des Körpers) und die besonders stark ausgeprägt sind. Diese Rekonstruktionsfehler sind - wie Untersuchungen, die zu der Erfindung geführt haben, ergeben haben - ebenfalls durch die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der einzelnen Detektoren bedingt. Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Rekonstruktionsfehler in der Nähe des Rotationszentrums des Systems Strahler - Detektoren zu vermeiden oder wenigstens

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zu verringern, ohne daß die Meßzeit oder die Dosis für den Patienten erhöht werden muß und ohne daß bei einer Bewegung des Körpers während der Messung zusätzliche Rekonstruktionsfehler auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst, wobei von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ausgegangen wird. Unter dem Begriff "Kreisbogen" kann"dabei auch eine Gerade verstanden werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a bis 1c eine erfindungsgemäße Anordnung in verschiedenen

Phasen der Dreh- bzw. Schwenkbewegung, Fig. 2 und 3 eine erste Ausführungsform und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform jeweils in

schematischer Darstellung.

In der Zeichnung ist mit 1 der Strahler bezeichnet, beispielsweise eine Röntgenröhre. Der Strahler ist der Einfachheit halber nur als ein seinen Brennpunkt repräsentierender Punkt dargestellt. Der Strahler ist mit einer nicht näher dargestellten Blendeneinrichtung versehen, die ein in Richtung senkrecht zur Zeichenebene schmales, in der Zeichenebene keilförmiges Strahlenbündel ausblendet, dessen äußere Begrenzung in ausgezogenen Linien dargestellt ist, die vom Brennpunkt des Strahlers 1 ausgehen. Die Strahlung durchsetzt einen Körper 2, dessen Absorptionsverteilung in der Zeichenbzw. Untersuchungsebene ermittelt werden soll. Das keilförmige Strahlenbündel wird von einer Gruppe 3 auf einem Kreisbogen angeordneter Detektoren erfaßt. Der Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens, auf dem die Detektorgruppe 3 angeordnet ist, kann mit dem Brennpunkt des Strahlers 1 zusammenfallen, kann aber auch - je nach Krümmung des Kreisbogens - näher an der Detektorgruppe oder weiter davon entfernt liegen. Den Zeichnungen ist deutlich zu entnehmen, daß der Kreisbogen,

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auf dem die Detektorgruppe angeordnet ist, wesentlich langer ist als für die Erfassung der Strahlung hinter dem Objekt bzw. für die Erfassung des maximalen Untersuchungsbereiches erforderlich ist, der durch die äußeren Begrenzungslinien des keilförmigen Strahlenbündels definiert ist.

Während der Messung führen der Strahler 1 und die Detektorgruppe 3 eine Drehung um eine zur Zeichenebene senkrechte, durch den Untersuchungsbereich verlaufende Drehachse 4 aus. Dieser Drehbewegung ist - wie durch den Pfeil 5 angedeutet zusätzlich noch eine Schwenkbewegung um eine zur Zeichenebene ebenfalls senkrechte, durch den Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens verlaufende Schwenkachse überlagert, an der jedoch nur die Detektorgruppe 3 teilnimmt.

Fig. 1a zeigt die Stellung der Anordnung am Anfang einer Messung, Fig. 1b in der Mitte der Messung (der Strahler hat sich dann um 90° um die Drehachse 4 gedreht) und Fig. 1c am Ende der Messung. Man erkennt, daß in Fig. 1b die Strahlung von einigen Detektoren der Detektorgruppe erfaßt wird, die in der in Fig. 1a dargestellten Anfangsphase noch nicht an der Messung beteiligt waren, während ein entsprechender Bereich von Detektoren in der mittleren Phase von Fig. 1b nicht mehr an der Messung teilnimmt. Dies setzt sich fort, so daß in Fig. 1c auch der äußerste rechte Detektor an der Messung teilnimmt.

Durch die Schwenkbewegung wird erreicht, daß die Strahlung hinter (in bezug auf den Strahler) dem Rotationszentrum 4 in den verschiedenen Positionen des Strahlers 1 nicht mehr von einem einzigen Detektor erfaßt wird, sondern von einer Vielzahl von Detektoren. Ist beispielsweise die Zahl der für die Erfassung des keilförmigen Strahlenbündels erforderlichen Detektoren =100 und enthält die Detektorgruppe 200 (gleich große) Detektoren, dann wird die Strahlung hinter dem Rotationszentrum in den einzelnen Phasen des Meßvorganges von 100 verschiedenen Detektoren gemessen - jedenfalls dann,

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wenn während des Vorganges mindestens hundertmal eine Messung aus äquiangulär verteilten Winkelstellungen des Strahlers erfolgt. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der einzelnen Detektoren summieren sich bei der Rekonstruktion der Strahlungsabsorption im Bereich des Rotationszentrums und ergeben - da sich die Abweichungen ihrer Empfindlichkeiten von dem exakten Wert im allgemeinen wenigstens teilweise aufheben eine wesentliche Verringerung des Rekonstruktionsfehlers in der Nähe des Rotationszentrums. Diese Verringerung ist um so ausgeprägter, je größer die Zahl der auf dem Kreisbogen angeordneten zur Messung jeweils nicht benötigten Detektoren im Vergleich zur Zahl der zur Messung benötigten Detektoren ist bzw. je größer der für die Messung jeweils nicht erforderliche Teil des Kreisbogens im Vergleich zu dem für die Messung erforderlichen Teil ist. Die Länge dieses Teils bzw. die Zahl der jeweils nicht für die Messung benötigten Detektoren sollte daher in der gleichen Größenordnung liegen wie die Länge des für die Messung benötigten Kreisbogens bzw. die Anzahl der für die Messung jeweils erforderlichen Detektoren; ist sie wesentlich kleiner, z.B. nur wenige Detektorbreiten, dann ergibt sich keine signifikante Verbesserung mehr.

Bei der Rekonstruktion der Absorption in der untersuchungsebene des Körpers aus den erhaltenen Meßwerten muß bei der erfindungsgemäßen Anordnung selbstverständlich berücksichtigt werden, daß die Absorption des Strahlenweges, der durch das Rotationszentrum geht, von verschiedenen Detektoren gemessen wurde und dementsprechend müssen von verschiedenen Detektoren erzeugte Meßwerte diesem Strahlenweg zugeordnet werden. Bei den Strahlenwegen außerhalb des RotationsZentrums, aber mit einem geforderten Abstand von diesem, ist dies ebenso der Fall und muß berücksichtigt werden.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Strahler 1 an einem ringförmigen Träger 6 befestigt, der auf drei Lagern so gelagert ist, das er mittels

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eines Antriebes (nicht dargestellt) um die Achse 4 gedreht werden kann. In der Nähe dieser Achse ist auch das Objekt 2 positioniert. Die Detektorgruppe 3 ist an einem Joch 8 befestigt, das mittels eines Antriebes 9 um eine zur Zeichenebene senkrechte, durch den Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens, auf dem die Detektoren angeordnet sind, verlaufende und an dem ringförmigen Träger 6 befestigte Schwenkachse 10 schwenkbar ist. Die Antriebe für das Joch 8 bzw. für den ringförmigen Träger 9 sind so aufeinander abgestimmt, daß das Joch für die Ausführung der erforderlichen Schwenkung und der Träger für die für die Messung erforderliche Drehung jeweils die gleiche Zeit benötigen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist es bei Verwendung von Kollimatoren vor den Detektoren zur Unterdrückung der Streustrahlung von Vorteil, wenn - anders als in der Zeichnung dargestellt - die Schwenkachse bzw. der KrÜDHaungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt des Strahlers zusammenfällt. Dann bleiben diese Kollimatoren nämlich trotz der Schwenkbewegung des Jochs auf den Strahler fokussiert.

Wenn die Detektoren auf einem Kreisbogen angeordnet sind, dessen Krümmungsmittelpunkt mit der Drehachse 4 zusammenfällt, ist nur noch ein Antriebsmotor für die Drehbewegung und die Schwenkbewegung erforderlich, weil Strahler und Detektoren dann nur um die Drehachse gedreht bzw. geschwenkt werden, allerdings mit verschiedenen Viinkelgeschwindigkeiten. Zu diesem Zweck können sie über Getriebe mit unterschiedlichen Übersetzungen mit dem gemeinsamen Antriebsmotor gekoppelt sein.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Strahler synchron mit der Schwenkung um eine senkrecht zur Zeichenebene durch den Strahlungsbrennpunkt verlaufende Achse gedreht wird. Damit lassen sich gegebenenfalls Rekonstruktionsfehler vermeiden, die durch eine nicht ideale Strahlenquelle bedingt sind. Die von dem Strahler in der Zeichenebene emittierte Strahlungs-

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quelle hat nämlich nicht in jeder Richtung exakt dieselbe Intensität. Rekonstruktionsfehler, die durch diese inhomogene Intensitätsverteilung bedingt sind, lassen sich bei den bekannten Anordnungen. (z.B. gemäß der DT-OS 24 27 41 S) dadurch vermeiden, daß die Empfindlichkeit der einzelnen Betektoren jeweils so eingestellt ist oder nachträglich rückgedreht wird, daß das Produkt aus der Detektorempfindlichkeit und der Intensität des vom Detektor erfaßten Teils der Strahlung für alle Detektoren gleich ist. Wird nun die Detektorgruppe erfindungsgemäß geschwenkt, ohne daß die Strahlungskeule entsprechend geschwenkt wird, dann werden von den einzelnen Detektoren unterschiedliche Abschnitte der Strahlungskeule erfaßt, ohne daß es nicht möglich ist, die Empfindlichkeit der Detektoren an die Strahlungskeüe anzupassen. Durch die Drehung des Strahlers um den Brennpunkt läßt sich nun erreichen, daß die einzelnen Detektoren immer denselben Bereich der Strahlungskeule erfassen, so daß ihre Empfindlichkeit darauf eingestellt werden kann. Hierbei muß der Krümmungsmittelpunkt des Detektorbogens bzw. die Schwenkachse, um den dieser geschwenkt wird, mit dem Brennpunkt des Strahlers zusammenfallen; die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung des Strahlers um seinen. Brennpunkt und die Winkelgeschwindigkeit des Kreisbogens um die Schwenkachse, d.h. um den Brennpunkt sind dann gleich. In der Ausführungsforni nach Fig. 2 und 3 ist dies dadurch verwirklicht, daß die Quelle (1) fest auf das Joch (8) montiert ist, so daß Brennpunkt und Achse (10) zusammenfallen.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders für Anordnungen eignet, bei denen der Krümmungsradius des Kreisbogens sehr groß ist (beispielsweise wenn die Detektoren auf einer Geraden liegen, wobei also der Krümmungsradius unendlich ist), ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hierbei ist der Strahler 1 wieder an einem ringförmigen Träger 6 befestigt, der mittels der Lager 7 und eines nicht dargestellten Antriebes um seinen Mittelpunkt 4 drehbar ist. Der ring-

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förmige Träger 6 ist an der dem Strahler 1 gegenüberliegenden Seite mit einer Lauffläche 11 versehen, die die gleiche Krümmung hat wie der Kreisbogen, auf dem die Detektorgruppe angeordnet ist. Die Detektorgruppe 3 wird mittels der Lager 12 und eines schematisch dargestellten Antriebes während der Messung auf der Lauffläche 11 verschoben.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. y Anordnung zur Ermittlung der Absorption einer Strahlung η einer Ebene eines Körpers unter Verwendung eines Strahlers

(1), dessen keilförmig ausgeblendete Strahlung die Ebene des Körpers (2) durchsetzt und von einer Vielzahl auf einem Kreisbogen in der Ebene angeordneter Detektoren (3) gemessen wird, wobei der mit Detektoren besetzte Kreisbogen, der langer ist als zur Messung der Strahlung hinter dem Objekt erforderlich, während einer Messung eine Schwenkbewegung um seinen Krümmungsraittelpunkt (10) ausführt, und wobei das System Strahler - Detektoren während der Messung in bezug ' auf den Körper gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des mit Detektoren (3) besetzten Kreisbogens, um den der Kreisbogen langer ist als der für die Messung der Strahlung hinter dem Körper erforderliche Teil des Kreisbogens, größer oder nicht wesentlich kleiner ist als der für die Messung der Strahlung hinter dem Objekt erforderliche Teil, daß die Schwenkbewegung gleichzeitig mit der Drehbewegung erfolgt und derart, daß jeder Detektor während der Drehung einmal die Strahlung hinter dem Objekt erfaßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkung und die Drehung kontinuierlich, vorzugsweise mit jeweils konstanter Winkelgeschwindigkeit, erfolgen.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) an einem Träger (6) befestigt ist, der um eine senkrecht zu der Ebene angeordnete Drehachse (4) drehbar ist und daß die Detektorgruppe an einem Joch (8) befestigt ist, das um eine zur Ebene ebenfalls senkrechte, mit dem Träger oder einem gleichsinnig mit diesem gedrehten Teil verbundene Schwenkachse (10) schwenkbar gelagert ist. (Fig. 2 und 3)

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ORIGINAL INSPECTED

•JL.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) an einem Träger (6) befestigt ist, der um eine zur Ebene senkrechte Achse (4) drehbar ist, wobei der Träger oder ein damit verbundener Teil eine Lauffläche (11) aufweist, die in einer zu der Ebene parallelen Ebene dieselbe Krümmung hat wie der Kreisbogen, und daß ein die Detektoren (3) tragendes Teil auf dieser Lauffläche verschiebbar ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens bzw. die Schwenkachse, um die die Detektoren bei der Messung geschwenkt werden, mit dem Brennpunkt des Strahlers zusammenfällt.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler zusätzlich um eine senkrecht zur Ebene durch den Strahlungsbrennpunkt verlaufende Achse drehbar ist, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung so gewählt ist, daß trotz der Schwenkbewegung der von den einzelnen Detektoren erfaßte Teil der von dem Strahler emittierten Strahlungskeule unverändert bleibt.

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