DE2720993A1

DE2720993A1 - Vorrichtung fuer tomographie

Info

Publication number: DE2720993A1
Application number: DE19772720993
Authority: DE
Inventors: Simon Duinker; Hendrik Mulder
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1977-12-01
Also published as: JPS52140287A; FR2351639A1; IT1116634B; IL52083A0; NL7605253A; IL52083A; US4164657A; CA1081373A; FR2351639B1; CH616581A5; GB1574934A; SE423787B; SE7705729L

Description

N.V. Optische Industrie "De Oude Delft"
DELFT_i_Niederlande

Vorrichtung für Tomographie.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für Tomographie, versehen mit einer Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle, mindestens einem Detektor und einer Bildrekonstruktionsvorrichtung.

Eine solche Vorrichtung wird in der Röntgentechnik für medizinische Diagnostik angewendet, um eine Abbildung eines scheibenförmigen Querschnitts eines Patienten zu erhalten, worin die Dichte des Gewebes mit den sich in diesem befindenden Organen und Knochen für Röntgenstrahlung oder Gammastrahlen als Funktion der Stelle innerhalb des Querschnitts wiedergegeben wird.

Es ist dabei üblich, die Röntgentransmission in der Ebene dieses Querschnitts in einer Vielzahl von Richtungen zu messen, die dadurch erhalten werden, dass entweder die Röntgenquelle und der Detektor oder die Detektoren in bezug auf den Patienten rotiert werden oder der Patient in bezug auf die genannten Teile rotiert wird. Die dabei erhaltenen Messwerte werden normalerweise durch eine Rechenvorrichtung verarbeitet, um das gewünschte Querschnittsbild zu rekonstruieren.

Es ist klar, dass es von wesentlicher Bedeutung ist, dass jedes Element des Querschnitts einen Beitrag zur Absorption der Röntgenstrahlung liefern kann.

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Wenn dies nämlich nicht der Fall ist, so ist die Information unvollständig und ist keine genaue Bildrekonstruktion möglich. Um diesen Zweck zu erreichen, kann man eine Vielzahl von Detektoren benutzen oder kann man eine Anzahl Detektoren neben einer eventuellen Rotationsbewegung eine Translationsbewepng ausführen lassen. Es ist klar, dass eine solche kombinierte Bewegung zeitraubend ist, während ausserdem die Konstruktion dadurch komplex wird.

Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl notwendiger Transmissionsmessungen im wesentlichen proportional der gesamten Anzahl gewünschter Bildelemente des rekonstruierten Bildes ist, während die für die Bildrekonstruktion erforderliche Rechenzeit mindestens proportional der Anzahl Bildelemente zunimmt.

Die obengenannte Konstruktion mit einer stationären Reihe diskreter Detektoren hat den Nachteil, dass der Kompromiss zwischen Trennfähigkeit und Rechenzeit nur für eine Grosse des Querschnitts optimal ist; bei einem variierenden Abstand zwischen dem Objekt und der Reihe Detektoren ändert sich nämlich nicht die Rechenzeit, sondern wohl die Trennfähigkeit infolge der variierenden geometrischen Vergrösserung in einem divergierenden Röntgenbündel. Da bei eine Vorrichtung der obenbeschriebenen Art nur jeweils eine Abbildung eines dünnen, scheibenförmigen Querschnitts des Patienten erhalten wird, wird im allgemeinen eine Anzahl solcher Querschnitte erforderlich sein, um ein Gesamtbild von einem grösseren Gebiet des Patienten zu erreichen. Dazu kann man den Patienten in bezug auf die Röntgenquelle und die Detektoren in axialer Richtung über einen Abstand bewegen, der mit der Dicke des betreffenden Querschnitts übereinstimmt. Diese Dicke bestimmt die Anzahl erforderlicher Querschnitte und die Wahl dieser Dicke ist wieder ein Kompromiss zwischen der gesamten Besetzungszeit der Vorrichtung und der Trennfähigkeit.

Ein Nachteil einer solchen diskreten Bewegung des Patienten in bezug auf die Röntgenquelle und die Detektoren liegt darin, dass die Trennfähigkeit in axialer Richtung über den ganzen Querschnitt konstant ist und deshalb keine lokale Verfeinerung möglich ist. So wird ein Gewebeteil, der gegenüber der Umgebung desselben einen grossen Unterschied der Röntgenabsorption aufweist und beispielsweise auf halbem Wege in einen rekonstruierten Querschnitt endigt, die radiale Trennfähigkeit in diesem Querschnitt dort nachteilig beeinflussen.

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Ein weiterer Nachteil des obenbeschriebenen schrittweisen Querschnittsverfahrens liegt darin, dass es sich oft erst in einem späteren Stadium zeigt, was die optimale Schrittgrösse hätte sein müssen. Wenn z.B. in der betreffenden axialen Richtung nur eine geringe Objektänderung auftritt, kann ein grösserer Schritt und eine längere Messzeit pro Querschnitt und folglich ein besseres Signal-Rauschverhältnis zu einer genaueren Bildrekonstruktion führen.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile nicht aufweist und ausserdem noch eine Anzahl zusätzlicher Vorteile bietet, wie z.B. eine billige Konstruktion, eine schnelle und zuverlässige Wirkung, eine niedrige Strahlungsdosis usw., welche Vorteile später näher besprochen werden.

Dazu ist erfindungsgemäss der Detektor ein räumlich zweidimensionaler, kontinuierlicher Detektor, dessen Abmessungen in Verbindung mit der Anordnung

der
der zu untersuchenden Objektscheibe unö/Strahlungsquelle in bezug auf den Detektor so gewählt sind, dass die Projektion der Objektscheibe, was die grösste Querschnittsabmessung betrifft, mindestens vollständig auf dem Detektor abgebildet wird.

Unter "kontinuierlich" wird hierbei verstanden, dass die Abmessungen der und die gegenseitigen Abstände zwischen den Detektorelementen gegenüber der Trennfähigkeit der Vorrichtung klein sind.

Erfindungsgemäss kann der Detektor ausserhalb der Umhüllung einer Helligkeitsverstärkerröhre angebracht werden und kann die Vorrichtung mit einem optischen System versehen werden, um die der Quelle abgewandte Seite des Detektors auf der Kathode der Helligkeitsverstärker-röhre abzubilden.

Erfindungsgemäss ist es weiter möglich, den Detektor auf der Aussenseite des Eingangsfensters einer Helligkeitsverstärkerröhre anzubringen, wobei das Eingangsfenster aus einer Faseroptik besteht, um das Strahlungsbild des Detektors auf die Kathodenoberfläche der Helligkeitsverstärkerröhre zu übertragen.

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Der Detektor kann erfindungsgemäss aus einem Röntgenschirm bestehen.

Erfindungsgemäss kann weiter die Anodenseite der Helligkeitsverstärkerröhre optisch mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung gekuppelt sein, welche letztere am Ausgang mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung gekuppelt ist.

Dabei kann erfindungsgemäss die Helligkeitsverstärkerröhre faseroptisch mit der Fernsehaufnahmevorrichtung gekuppelt sein. Es ist erfindungsgemäss jedoch auch möglich, die Helligkeitsverstärkerröhre über ein Linsensystem mit der Fernsehaufnahmevorrichtung zu kuppeln.

Erfindungsgemäss kann weiter der Schirm konkav gegen die Quelle gebogen sein und kann der Schirm weiter auswechselbar ausgebildet sein.

Weiter kann erfindungsgemäss mit dem Ausgang der Aufnahmevorrichtung auch ein Fernsehmonitor gekuppelt sein.

Schliesslich kann erfindungsgemäss an den Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung oder eines mit deren Ausgang verbundenen logarithmischen Verstärkers eine Anzahl Bildrekonstruktionsvorrichtugenangeschlossen werden, mit denen gleichzeitig Abbildungen verschiedener Objektquerschnitte erhalten werden können.

Eine Vorrichtung, wie oben beschrieben, zeigt eine Anzahl Vorteile gegenüber den eher für den angegebenen Zweck vorgeschlagenen Vorrichtungen.

Beispielsweise ist dadurch, dass bei der erfindungsgemässen Vorrichtung die kombinierte Translations- und Rotationsbewegung der üblichen Vorrichtungen vermieden wird, zum Erhalten aller Information, die für die Rekonstruktion eines vollständigen tomographischen Querschnitts erforderlich ist, eine kürzere Zeit erfordert, infolgedessen die Bewegungsunschärfe reduziert wird. Dieser Vorteil einer geringen Bewegungsunschärfe, die z.B. durch die Atmung eines Patienten verursacht wird, wird noch grosser, wenn beim Betrieb nicht die Vorrichtung um den Patienten, sondern der Patient um seine Längsachse gegenüber der ortsfesten Vorrichtung rotiert wird, 4 durch das dann viel geringere Trägheitsmoment in billiger Weise eine verhältnismässig kurze Umdrehungsdauer verwirklicht werden kann.

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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber den üblichen CAT-Abtastern liegt darin, dass eine kontinuierliche Relativbewegung des Patienten gegenüber der Quelle und dem Detektor möglich ist; dies heisst, dass nicht notwendigerweise Stichproben entnommen zu werden brauchen, wie bei einer Digitalverarbeitung mit diskreten Detektorsystemen.

Noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt darin, dass mit dieser eine Anzahl Querschnitte gleichzeitig abgetastet werden kann. Dies ist ein sehr wesentlicher Unterschied gegenüber den üblichen CAT-Abtastvorrichtungen, der durch die zweidimensionale Ausdehnung der Detektoroberfläche ermöglicht wird.

Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung versehen ist, kann infolge der dabei auftretenden Integration nach der Zeit bei der Abtastung mit einer niedrigeren Dosis gearbeitet werden, als wenn beispielsweise eine Anzahl diskreter Detektoren verwendet wird.

Weiter kann man bei der Verwendung einer Fernsehaufnahmevorrichtung die Dicke des Querschnitts mittels der Anzahl Bildzeilen wählen, die zusammengenommen wird. Wenn in einem Querschnitt stellenweise weniger Bildzeilen zusammengenommen werden, kann dort die Trennfähigkeit verbessert werden.

Dagegen können in einem Querschnitt auch stellenweise mehrere Bildzeüen zusammengenommen werden, wodurch es möglich ist, in Bereichen, in denen die axialen Änderungen gering sind, das Signal-Rauschverhältnis/verbessern. Das alles kann z.B. einfach dadurch geregelt werden, dass das abtastende Bündel in vertikaler Richtung zu einer Linie der gewünschten Länge defokussiert wird.

Dadurch, dass die horizontale Abtastung immer genau auf die wirkliche Grosse des Querschnitts beschränkt wird, erhält man eine optimale Anpassung der Trennfähigkeit·

Weitere Vorteile werden später noch bei der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung genannt werden.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: 709848/0891

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Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichung;

Fig. 3 eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. oder 2; und

Fig. 4 eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, 2 oder 3.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung abgebildet, die mit einer Röntgenstrahlungsquelle 1 und einem Röntgenschirm 2 versehen ist, auf welchem Schirm während der Betätigung der Vorrichtung ein Transmissionsbild eines scheibenförmigen Querschnitts eines zwischen der Quelle 1 und dem Schirm 2 befindlichen Patienten 3 erhalten wird.

Auf der der Quelle 1 abgewandten Seite des Schirmes befindet sich weiter ein sehr lichtstarkes optisches System 4, das dazu bestimmt ist, das Bild auf dem Röntgenschirm 2 auf der Photokathode eines Bildverstärkers 5 abzubilden.

Dieser Bildverstärker/ist bei der in Fig. 1 abgebildeten, erfindungsgemässen Ausführungsform, wie bei 12 angegeben, direkt faseroptisch mit einer sich dahinter befindenden Fernsehaufnahmeröhre 6 gekuppelt. Diese Fernsehröhre dient dazu, das auf dem Anodenschirm des Bildverstärkers 5 während des Betriebes der Vorrichtung erscheinende Bild auf die in der Fernsehtechnik übliche Weise abzutasten, wobei die Aufnahmeröhre 6 dann ein Videosignal liefert, das einem Monitor 9 zugeführt wird und einem logarithmischen Videoverstärker 7_} der seinerseits, wie aus der Zeichnung erhellt, mit einer oder mehreren Bildrekonstruktionsvorrichtungen 8 gekuppelt ist. Durch jede Bildrekonstruktionsvorrichtung 8 wird dann aus den empfangenen Videosignalen ein Tomogramm des betreffenden Querschnitts des Patienten hergestellt. Bei Verwendung von mehr als einer Bildrekonstruktionsvorrichtung 8, wie schematisch in Fig. 1 und 2 wiedergegeben, kann man eine Anzahl gleichzeitiger Abbildungen verschiedener Querschnitte eines Objekts erhalten.

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Es ist klar, dass zum Erhalten eines Tomogramms während des Betriebes der Patient um eine axiale Achse rotiert werden muss oder dass die ganze Vorrichtung um den Patienten rotiert werden muss; das ist in der Zeichnung schematisch durch einen Pfeil angegeben.

In Fig. 2 der Zeichnung findet man eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Bildverstärkerröhre 5 und die Fernsehaufnahmeröhre 6 nicht, wie bei der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform, faseroptisch miteinander gekuppelt sind, sondern über ein Linsensystem 10 miteinander gekuppelt sind. Wo diese Variantausführungsform weiter denselben Aufbau wie die erstgenannte Ausführungsform aufweist, wird von einer Aufführung der weiteren, dabei vorhandenen Teile abgesehen. Auch die Wirkung dieser zweiten Ausführungsform entspricht der der erstgenannten Ausführungsform. Entsprechende Teile sind übrigens mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 3 der Zeichnung ist eine Variantausführungsform eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 abgebildet, wobei der Röntgenschirm 2 nicht, wie bei der eher beschriebenen Ausführungsform, durch ein Linsensystem 4 mit der Photokathode des Bildverstärkers 5 gekuppelt ist, sondern durch eine Faseroptik 11. Wo der Aufbau dieser Ausführungsform übrigens ganz dem der beiden eher beschriebenen Ausführungsformen entspricht, ist in Fig. 3 nur der relevante Teil der Vorrichtung abgebildet, wobei ferner dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 zur Angabe entsprechender Teile verwendet sind.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass dadurch, dass ein grösserer Teil des Patienten gleichzeitig durchleuchtet wird, dann in dem Fall einer Reihe diskreter Strahlungsdetektoren ein günstigerer Belastungszustand für die Röntgenquelle und/oder den Patienten erhalten wird. Weiter ist im Zusammenhang damit, dass alle Information für die Bildrekonstruktionsvorrichtung in einem einzigen Videosignal enthalten ist, nur ein logarithmischer Verstärker 7 erforderlich, um das Röntgenabschwächungssignal in ein Röntgendichtesignal umzuwandeln.

Ausserdem ist es dabei möglich, die Videosignale vorzubearbeiten, wodurch die Nachbearbeitung in einer bequemeren und einfacheren Weise erfolgen kann.

Obgleich in Fig. 1,2 und 3 der Röntgenschirm 2 als ein ebener Schirm wiedergegeben ist, kann dieser Schirm konkav zum Patienten 3 und zur Quelle 1 gebogen

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sein, wie in Fig. 4 angegeben. Bei einer solchen Konstruktion erhält man eine einheitlichere Verteilung der Trennfähigkeit, was gegenüber einer direkten Röntgenbildverstärkerröhre ein Vorteil ist.

Ein weiterer Vorteil, den man mit einem äusseren Schirm gegenüber der direkten Röntgenbildverstärkerröhre erhält, liegt darin, dass der Schirm auswechselbar ausgebildet werden kann, was die Möglichkeit bietet, in gewissen Fällen einen speziellen Schirm zu verwenden, z.B. einen kompartimentierten Röntgenschirm, gegebenenfalls in Kombination mit einem Streustrahlungsraster.

Eine andere Möglichkeit ist die Anordnung von zwei Röntgenschirmen nacheinander, wobei in dem einen Schirm im wesentlichen die weiche Strahlung und in dem zweiten Schirm die harte Strahlung absorbiert wird, wodurch eine genauere Bildrekonstruktion erhalten werden kann. Das Licht der zwei Schirme kann dabei durch Polarisatoren oder dadurch, dass die Emission mit verschiedenen Wellenlängen erfolgt, voneinander getrennt werden.

Aus dem Obenstehenden geht hervor, dass man mit der erfindungsgemässen Vorrichtung in verhältnismässig einfacher und billiger Weise Signale, aus denen Tomogramme hergestellt werden können, erhalten kann, wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen mehrere Vorteile besitzt, die die Wirkung der betreffenden Vorrichtung optimal machen.

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JA

Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

1J Vorrichtung für Tomographie, versehen mit einer Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle, mindestens einem Detektor und einer Bildrekonstruktionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein räumlich zweidimensionaler, kontinuierlicher Detektor ist, dessen Abmessungen in Verbindung mit der Anordnung der zu untersuchenden Objektscheibe und der Strahlungsquelle in bezug auf den Detektor so gewählt sind, dass die Projektion der Objektscheibe, was die grösste Querschnittsabmessung betrifft, mindestens vollständig auf dem Detektor abgebildet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor sich ausserhalb der Umhüllung einer Helligkeitsverstärkerröhre befindet und ein optisches System vorgesehen ist, um die der Quelle abgewandte Seite des Detektors auf der Kathode der Helligkeitsverstärkerröhre abzubilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auf der Aussenseite des Eingangsfensters einer Helligkeitsverstärkerröhre angebracht ist, wobei das Eingangsfenster aus einer Faseroptik besteht, um das Strahlungsbild des Detektors auf die Kathodenoberfläche der Helligkeitsverstärkerröhre zu übertragen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor aus einem Röntgenschirm besteht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite der Helligkeitsverstärkerröhre optisch mit einer Fernsehaufnahmevorrichtung gekuppelt ist, welche letztere am Ausgang mit der Bildrekonstruktionsvorrichtung gekuppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeitsverstärkerröhre faseroptisch mit der Fernsehaufnahmevorrichtung gekuppelt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeitsverstärkerröhre über ein Linsensystem mit der Fernsehaufnahmevorrichtung gekuppelt ist.

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8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor koik-av gegen die Quelle gebogen ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor auswechselbar ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung auch ein Fernsehmonitor gekuppelt ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang der Fernsehaufnahmevorrichtung oder eines mit deren Ausgang verbundenen logarithmischen Verstärkers eine Anzahl Bildrekonstruktionsvorrichtungen angeschlossen ist, mit denen gleichzeitig Abbildungen verschiedener Objektquerschnitte erhalten werden können.

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