DE2462509A1

DE2462509A1 - Radiographisches geraet

Info

Publication number: DE2462509A1
Application number: DE19742462509
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-05-05
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1977-09-01
Also published as: GB1468810A; JPS5028386A; DE2462509B2; DE2462509C3; JPS5430640B2; US3940626A; DE2422008A1

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Limited 100/493

Radiographisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät zur Untersuchung einer Querschnittsscheibe eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, mit Mitteln zur Halterung des Körpers, um die Scheibe in eine vorgewählte Lage zu bringen, mit einer Quelle, die ein fächerförmiges Strahlungsfeld entlang einer Gruppe weitgehend linearer, gegenseitig divergierender Wege durch die Scheibe schickt, wenn diese sich in ihrer vorgewählten Lage befindet, mit Mitteln, um der Quelle eine Winkelbewegung um den Körper um eine die Scheibe schneidende Achse zu erteilen, so daß

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die Quelle durch den Körper Strahlung entlang weiterer, gegenseitig divergierender Strahlungswege schickt, mit aus zahlreichen Detektoren bestehenden Detektormitteln zur Feststellung der aus dem Körper entlang der Gruppen von Strahlenwegen austretenden Strahlung, mit Mitteln zur Ableitung elektrischer Ausgangssignale von den Detektoren, die ein Maß für die festgestellte Strahlung sind, und mit Verarbeitungsmitteln zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale, um eine Darstellung der Absorptionskoeffizienten in bezug auf die Strahlung an zahlreichen elementaren, über der Scheibe verteilten Bereichen zu erzeugen.

Ein derartiges Gerät ist in der GB-PS 1 283 915 beschrieben. Die von den Detektoren gelieferten Ausgangssignale werden auch als "Randwerte" bezeichnet, weil es sich hierbei um die von den Detektoren für die einzelnen Strahlenwege festgestellten Strahlenwerte handelt, die am Rand der Querschnittsscheibe des untersuchten Körpers festgestellt werden. Jede Gruppe von Strahlen enthält mehrere koplanare Strahlen, die zueinander parallel oder gegenseitig divergierend verlaufen, und jede Strahlengruppe wird durch den Körper mit einer entsprechenden Winkelorientierung hindurchgeschickt, wobei die Strahlengruppen koplanar sind.

In dem planaren Teil des Körpers, durch den die Strahlen geschickt werden, ist eine zweidimensionale Matrix aus Elementen angenommen, deren Größe auf die Breite der einzelnen Strahlen und auf den Abstand zwischen benachbarten Strahlen einer Gruppe bezogen ist. Die Zahl der Winkelorientierungen, unter denen Strahlen durch den Körper geschickt werden, multipliziert mit der Zahl der Strahlen in jeder Gruppe ist größer als die Anzahl der Elemente der Matrix, so daß durch entsprechende Verarbeitung der Randwerte die Absorptions- (oder Durchlässigkeits-)

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Koeffizienten der Matrix-Elemente bestimmt werden können.

Die aus dem Körper austretende Strahlung wird vorzugsweise mit Hilfe von Szintillatorkristallen festgestellt, beispielsweise Natriumjodid- oder Zäsiumjodid-Kristallen, die ggfs. mit Thallium aktiviert sind. Diese Kristalle wirken üblicherweise mit entsprechenden fotoelektrischen Wandlervorrichtungen zusammen, z.B. Fotovervielfacherröhren, die das von den Kristallen emittierte Licht in elektrische Signale umwandeln, die ein Maß für die Strahlung ist, die beim Auftreffen auf die Kristalle die Emission des Lichtes bewirkt. Aus wirtschaftlichen wie auch aus praktischen Gründen ist es erwünscht, daß mehrere Kristalle sich eine gemeinsame Fotovervielfacherröhre und die dieser zugeordneten Ausgangsschaltungen teilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, mit denen die Zuordnung jeweils einer Fotovervielfacherröhre zu mehreren Kristallen bewirkt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Mittel zur Ableitung der elektrischen Ausgangssignale eine Quelle enthalten, die einen feinen Energiestrahl aussendet, und daß Strahlabtastmittel vorgesehen sind, die eine Abtastung der Detektoren durch den Energiestrahl bewirken, um )die Detektoren dazu anzuregen. Licht auf die fotoelektrischen Umsetzvorrichtungen in vorgegebener Reihenfolge auszusenden, wobei die Umsetzvorrichtungen die elektrischen Ausgangssignale erzeugen.

Bei der Erfindung wird somit auf einer Zeitmultiplex-Basis bewirkt, daß Kristalle, obwohl sie ionisierende Strahlung empfangen, das entsprechende Licht nicht aussenden, bis sie von

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einem Energiestrahl bestrahlt werden, der vorzugsweise Infrarotenergie überträgt und von einem Laser ausgesendet wird. Durch eine sequentielle Abtastung einer Anzahl benachbarter Kristalle durch den Laser-Strahl, nachdem die Kristalle der von dem Körper entlang entsprechender Strahlenwege austretenden Strahlung ausgesetzt worden sind, können die Kristalle veranlaßt werden, nacheinander Licht in Richtung auf die gemeinsame Fotovervielfacherröhre auszusenden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines gemäß der

Erfindung ausgebildeten Gerätes,

Fig. 2 einen Graph zur Erläuterung der Arbeits

weise der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird Strahlung von einer Quelle 1 durch einen Körper 2 in Form eines ebenen, sektorförmigen Streifens 3, der durch einen kollimator 4 gebildet wird, hindurchgeschickt. Auf der der Quelle abgekehrten Seite des Körpers 2 ist eine Reihe von η Strahlungsdetektor-Kristallen 5 angeordnet, wobei die Kristalle durch entsprechende Kollimatoren 6 jeweils von der durch den Körper geschickten Strahlung einen Strahl aus einer Gruppe von η Strahlen empfangen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat η aus Gründen der Klarheit und der zeichnerischen Darstellung den Wert 20, während ein typischer Wert für η in der Praxis bei 300 liegt.

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Die Kristalle 5 dienen zur Umsetzung der empfangenen Strahlung in Energie, deren Wellenlänge im sichtbaren Band des Spektrums liegt, und zur Speicherung dieser Energie für eine vorgegebene Dauer. Eine typische Speicherdauer bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Millisekunde.

Jeder Untergruppe von ρ benachbarten Kristallen 5 ist ein gemeinsamer Fotovervielfacher 7 zugeordnet, und im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat ρ den Wert 5. Wenn in der Praxis η den Wert 300 hat, kann ρ den Wert 30 haben. Ausgangssignale von den Fotovervielfachern 7 stellen die erwähnten Randwerte dar, und diese Signale werden verstärkt und in logarithmische Werte in nicht dargestellten Schaltungen umgesetzt, die alle an einenicht dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Speicher angeschlossen sind. Bei diesem insoweit beschriebenen Gerät würde ein Ausgangssignal eines der Fotovervielfacher 7 den Lichtausgang aller ρ Kristalle der zugehörigen Untergruppe darstellen. Somit würde ein gegebener Ausgang eine irreführende Kombination von ρ Randwerten sein, die auf ρ Strahlen bezogen sind. Andererseits ist es jedoch erwünscht, daß sich ρ Kristalle einen Fotovervielfacher "teilen", weil diese Anordnung hinsichtlich der Zahl der zu verwendenden Komponenten wirtschaftlicher als eine Anordnung ist, bei der jeder Kristall mit einem entsprechenden Fotovervielfacher in Verbindung steht, und es besteht auch von der praktischen Seite her der Vorteil, daß nicht eine große Anzahl von einzeln abgeschirmten Vervielfachern eingebaut und angeschlossen werden muß.

Die bisher beschriebenen Teile sind mit Ausnahme der Verstärker- und Umsetzer-Schaltungen in der Datenverarbeitungsanordnung mit der Speichereinheit auf einem mit einer Ausnehmung

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versehenen Drehtisch 16 angebracht, der um eine mittlere Achse 17 drehbar ist. Der Körper 2 befindet sich in der Ausnehmung des Drehtisches 16 und ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Wasser umgeben, um Ungleichmäßigkeiten der von der Strahlung in der Nähe des Körpers 2 erlittenen Absorption zu vermindern. Der Körper 2 ist von dem Wasser durch eine Gummihülle (nicht dargestellt) geschützt, die den Körper stramm umgibt. Es sei bemerkt, daß der Körper 2 stationär bleibt und daß der Drehtisch 16 um ihn herum rotiert.

Der Drehtisch 16 ist in Stufen von etwa 1° mittels eines Elektromotors 19 drehbar, an dessen Welle ein Antriebsglied befestigt ist, das beispielsweise aus einem Zahnrad besteht, das mit am Umfang des Drehtisches 16 vorgesehenen Zähnen zusammenwirkt. Die Arbeitsabläufe des Motors 19 sowie der Datenverarbeitungsanordnung und der Speichereinheit werden durch eine nicht dargestellte Zeitsteuerschaltung gesteuert, die nach Empfang eines Startimpulses von einer nicht dargestellten Startsteuerschaltung einen vorgegebenen Arbeitszyklus verursacht.

Die Kristalle 5 besitzen die in Fig. 2 dargestellte Speichereigenschaft beim Empfang von Strahlung. Der Anfangspegel der in Fig. 2 dargestellten abfallenden Kurve hängt von der Größe der Absorption ab, die die Strahlung auf ihrem Weg zu dem Kristall erfährt. Die vier Paare der gestrichelten vertikalen Linien stellen Intervalle dar, wenn der Kristall mit einem Energiestrahl von einem Laser bestrahlt wird, was nachfolgend noch erläutert wird. Diese mehrfache Bestrahlung wird für jede der zahlreichen Positionen des Drehtisches 16 (und damit der Quelle 1 und der Detektoren 5) um den Körper durchgeführt, um eine Gruppe von Ausgangssignalen zu erzeugen, die sich auf eine Gruppe von divergierenden Strahlenwegen durch den Körper 2 aus

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jeder der zahlreichen unterschiedlichen Richtungen beziehen. Die erwähnten Intervalle stellen Abfrageintervalle dar, und sie werden jeweils mit S1, S2, S3 und S4 bezeichnet. Die Ausgangssignale vom Fotovervielfacher 7 werden jeweils während der Zeiten S1 bis S4 in der Verarbeitungs- und Speichereinheit summiert, da sie sich auf denselben, durch den Körper 2 verlaufenden Strahl beziehen, und hierdurch wird eine Erhöhung der Genauigkeit erreicht, da große Signale angesammelt werden. Es kann sich natürlich ergeben, daß das erste Abfrageintervall S1 auftritt, wenn ein Kristall ein Strahlungsquantum nennenswerter Dauer nicht empfangen hat. In diesem Falle würde das im Augenblick S1 abgeleitete Signal klein sein, aber da der Kristallausgang viermal abgefragt wird, ist es wahrscheinlich, daß vor dem Ende der gesamten Abfrageperiode eine Strahlungsmenge empfangen wird, und es ist daher ebenfalls wahrscheinlich, daß eine der späteren Abfrageperioden ein brauchbares Ausgangssignal liefert.

Wie zuvor erwähnt .,,wurde, sind die Kristalle 5 so beschaffen, daß sie auftreffende Energie speichern, bis sie mit einem kräftigen Infrarot-Strahl bestrahlt werden, wodurch optische Energie, die ein Maß für die gespeicherte Energie ist, freigesetzt wird. Ein Laser 37 dient zur Erzeugung eines feinen Infrarot-Energiestrahls 38, und ein Abtastsystem 39 bewirkt, daß der Strahl 38 die Kristalle 5 in einer vorgegebenen Folge abtastet. Es sind dabei vier Untergruppen mit jeweils fünf Kristallen vorhanden, wobei jede Untergruppe mit einer entsprechenden Fotovervielfacherröhre 7 zusammenwirkt. Somit wird der Infrarot-Strahl 38 in den Abtastmitteln 39 in vier Strahlkomponenten aufgespalten, und die vier Strahlkomponenten tasten synchron entsprechende Kristalle der Untergruppen ab. Hierdurch wird die Information in einer vorgegebenen Folge freigegeben.

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Das Abtastsystem 39 kann beispielsweise eine drehbare Spiegeltrommel (nicht dargestellt) enthalten, wobei die Trommel eine hexagonale Form hat und auf jeder ebenen Oberfläche einen Planspiegel trägt. Auch andere Abtastvorrichtungen können verwendet werden, beispielsweise die in der GB-PS 1 304 363 beschriebene Vorrichtung, bei der keine bewegten Teile benötigt werden. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung kann zu Beginn geeicht werden, indem der Körper 2 durch einen mit Wasser gefüllten Kasten mit parallelen Seiten aus durchlässigem "Perspex" ersetzt wird und die von einer oder dem Mittel mehrerer Abtastungen gewonnenen Randwerte gespeichert werden. Diese Randwerte werden dann als Maßstabfaktoren für jedes Kristallelement entlang der Abtastung verwendet.

Es sei bemerkt, daß die Fotovervielfacherröhren 7 unterhalb der Kristallreihe 5 angeordnet ist, so daß der Infrarot-Strahl die Kristalle in einer horizontalen Ebene abtasten kann. Der Drehtisch 16 kann mit Ausnehmungen versehen werden, durch die die Fotovervielfacher 7 hindurchragen.

Es ist erwünscht, daß die äußeren Kristalle zweier benachbarter Untergruppen an die beiden Untergruppen zugeordneten Fotovervielfacher Signale liefern, so daß der- Gewinn der Fotovervielfacher egalisiert werden kann.

Die Verarbeitung der Randwerte braucht nicht entsprechend der GB-PS 1 283 915 zu erfolgen, sondern es können auch andere Verarbeitungstechniken verwendet werden.

-Patentansprüche-

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Leerseite

Claims

■245250a Patentansprüche :

1. Radiographisches Gerät zur Untersuchung einer Querschnittsscheibe eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, mit Mitteln zur Halterung des Körpers, um die Scheibe in eine vorgewählte Lage zu bringen, mit einer Quelle, die ein fächerförmiges Strahlungsfeld entlang einer Gruppe weitgehend linearer, gegenseitig divergierender Wege durch die Scheibe schickt, wenn diese sich in ihrer vorgewählten Lage befindet, mit Mitteln, um der Quelle eine Winkelbewegung um den Körper um eine die Scheibe schneidende Achse zu erteilen, so daß die Quelle durch den Körper Strahlung entlang weiterer, gegenseitig divergierender Strahlenwege schickt, mit aus zahlreichen Detektoren bestehenden Detektormitteln zur Feststellung der aus dem Körper entlang der Gruppen von Strahlenwegen austretenden Strahlung, mit Mitteln zur Ableitung elektrischer Ausgangssignale von den Detektoren, die ein Maß für die festgestellte Strahlung sind, und mit Verarbeitungsmitteln zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale, um eine Darstellung der Absorptionskoeffizienten in bezug auf die Strahlung an zahlreichen elementaren, über der Scheibe verteilten Bereichen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ableitung der elektrischen Ausgangssignale eine Quelle (37) enthalten, die einen feinen Energiestrahl (38) aussendet, und daß Strahlabtastmittel (39) vorgesehen sind, die eine Abtastung der Detektoren (5) durch.- den Energiestrahl (35) bewirken, um die Detektoren (5) dazu anzuregen, Licht auf fotoelektrische Umsetzvorrichtungen (7) in vorgegebener Reihenfolge auszusenden, wobei die Umsetzvorrichtungen die elektrischen Ausgangssignale

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erzeugen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlabtastmittel (39) den Strahl (38) in eine Anzahl von Teistrahlen aufspalten, die synchron die entsprechenden Detektoren

(5) abtasten.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5) aus Szintillationskristallen bestehem.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel (39) aus einer drehbaren Spiegeltrommel bestehen.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feine Strahl (38) ein Laser-Strahl ist.

Bs / dm

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