Es wird eine Kamera für hochenergetische Strahlung beschrieben, deren Zweck es ist, strahlende Gegenstände aufgrund ihrer Eigenstrahlung abzubilden. Diese besteht aus einem drehbar gelagerten zylindrischen Kollimator (200), durch den für einen Strahlendurchtritt ein oder mehrere Spalte (100) geschnitten sind. Somit handelt es sich um ein quasi-optisches System oder „Linse” für hochenergetische Strahlen. Als Detektoreinheit dient eine über eine Fläche (300) angeordnete Matrix von Sensoren, welche für die in Frage kommenden hochenergetischen Strahlen empfindlich ist. Diese ist mit einer Abschirmung (350) vor unkontrolliert einfallender Strahlung geschützt. In sie hinein gelangen nur Strahlen, die vom Kollimator durch eine kreisbogenförmige Öffnung (330) in den geschützten Detektorraum führen.It describes a camera for high-energy radiation whose purpose is to image radiating objects due to their own radiation. This consists of a rotatably mounted cylindrical collimator ( 200 ), for which one or more gaps ( 100 ) are cut. Thus, it is a quasi-optical system or "lens" for high-energy radiation. As a detector unit one over a surface ( 300 ) arranged array of sensors, which is sensitive to the candidate high-energy rays. This is with a shield ( 350 ) protected from uncontrolled incident radiation. Only rays coming from the collimator through an arcuate opening ( 330 ) into the protected detector room.
In einem optischen System werden Strahlen für die Erzeugung eines Bildes auf einen Bilddetektor gelenkt bzw. gebrochen. Dies ist auch das Prinzip des menschlichen Auges. Bei einer hochenergetischen, Material durchdringenden Strahlung ist eine Brechung bzw. Lenkung beispielsweise durch Glaslinsen oder Spiegel jedoch nicht möglich. Es bleibt nur die Möglichkeit, aus allen vom Objekt ausgehenden Strahlen durch Ausblenden diejenigen auszuwählen, die an das Prinzip der Bildgebung eines optischen Systems angelehnt entsprechend geeignet sind.In an optical system, beams for generating an image are directed to an image detector. This is also the principle of the human eye. In a high-energy, material penetrating radiation refraction or steering, for example by glass lenses or mirrors is not possible. It remains only the possibility of selecting from all rays emanating from the object by selecting those which are based on the principle of imaging an optical system appropriate.
Prinzipiell wird bereits eine massive zylindrische Blendenform schon in DE 10 2005 048 519 , in EP 1 772 874 , in DE 10 2007 057 261 und in EP 2 062 705 vorgeschlagen. Dort wird jedoch der Spalt, der für den kontrollierten Durchtritt von Strahlen sorgt, nicht in dem Umfang beschrieben, wie er hier vorgestellt wird. Eine formelmäßige Beschreibung der notwendigen Form dieses Spalts wird erst in der zuvor eingereichten Patentschrift mit dem Aktenzeichen 10 2015 008 272.8 präsentiert. Generell ist das Anwendungsgebiet die bildliche Darstellung strahlender Gegenstände. Die von ihnen ausgesandte Strahlung kann entweder im Objekt durch radioaktiven Zerfall selbst entstehen oder sekundär durch Streuung einer von einer externen Quelle eingesandten Strahlung, wie sie bei den Röntgenrückstreutechniken angewandt wird. Der Nachteil der bisherigen Lösungen bestand darin, dass immer nur ein Einzelstrahl ausgeblendet und mit einem dafür eingerichteten Detektor registriert wurde.In principle, a massive cylindrical diaphragm shape already in DE 10 2005 048 519 , in EP 1 772 874 , in DE 10 2007 057 261 and in EP 2 062 705 proposed. There, however, the gap that provides for the controlled passage of rays is not described to the extent that it is presented here. A formulaic description of the necessary shape of this gap is presented in the previously filed patent document number 10 2015 008 272.8. In general, the field of application is the pictorial representation of radiating objects. The radiation emitted by them can be generated either in the object itself by radioactive decay itself, or secondarily by scattering of radiation sent by an external source, as used in X-ray backscattering techniques. The disadvantage of the previous solutions was that always only a single beam was hidden and registered with a dedicated detector.
Da der bisherige Stand der Technik vollkommen für stark strahlende Objekte mit hohen Strahlendosen ausreicht ist, entsteht ein Problem für Untersuchungen mit niedrigen Dosen, wie sie z. B. im Bereich der Medizin anfallen. Lösungen wie die Verringerungen des Abstands zum Objekt oder Verlängerung der Mess- und Aufnahmezeiten haben ihre Grenzen, besonders wenn Expositionen sich über Stunden erstrecken. Die hier präsentierte Version einer Gammakamera zielt auf eine möglichst effiziente Nutzung einer begrenzt vorhandenen Strahlenaktivität für eine bildhafte Darstellung der Strahlenquelle. Dies ist essentiell für Anwendungen in der Medizin z. B. bei einer Szintigraphie, bei der die Dosis zur Begrenzung der Strahlenbelastung des Patienten so gering wie möglich gehalten werden muss.Since the current state of the art is completely sufficient for strong radiating objects with high radiation doses, a problem arises for studies with low doses, as z. B. incurred in the field of medicine. Solutions such as decreasing the distance to the object or extending the measurement and recording times have their limitations, especially when exposures last for hours. The presented here version of a gamma camera aims at the most efficient use of a limited existing radiation activity for a pictorial representation of the radiation source. This is essential for applications in medicine z. As in a scintigraphy, in which the dose to limit the radiation exposure of the patient must be kept as low as possible.
Gammakameras für die Nuklearmedizin sind mehrfach in zurückliegenden Patentschriften wie z. B. in DE 2500643 beschrieben, weitere wie z. B. in DE 698 32 666 / EP 0 887 662 oder DE 699 00 231 / EP 1 004 897 . In bisher existierenden Gammakameras besteht eine Kameraeinheit aus einem Kollimator mit parallel oder trichterförmig ausgerichteten Durchlasskanälen unterschiedlicher Anzahl zur Selektion der Richtungen der einfallenden Strahlung, einer Schicht mit Szintillatorkristallen zur Wandlung der Strahlung in sichtbares Licht und Photoverstärker zur Erfassung dieses Lichtes, die mittels Lichtleitersystemen mit den Szintillatoren verbunden sind. Es handelt sich, bedingt durch die notwendige Abschirmung der hochenergetischen Strahlung, um sehr voluminöse und gewichtige Geräte, die zur Erfassung des gesamten menschlichen Körpers in einer Gantry angeordnet sein können, wie es in DE 699 30 692 / EP 0 973 046 detailliert beschreiben ist. Zur Erstellung räumlich aufgelöster Bilder bedarf es aufwändiger mechanischer Vorrichtungen, mit denen Gammakameras insgesamt in die verschiedenen Raumrichtungen verstellt werden müssen, wie sie z. B. in DE 697 28 358 / EP 0 846 961 beschrieben werden. Da die Kamerakörper sehr voluminös sind, ist dies besonders bei klaustrophob veranlagten Patienten ein Nachteil, besonders bei Bewegungen eng über ihnen. Außerdem können Geräte solcher Dimensionen nur bedingt nahe an den Patienten herangebracht werden, was die Detailgenauigkeit erzeugter Bilder deutlich limitiert. Besonders bei hochenergetisch strahlenden Isotopen wie Ga-67, I-123 oder I-131 steht die erforderliche dicke und schwere der Abschirmung einem nahen Herangehen an das Untersuchungsfeld im Weg.Gamma cameras for nuclear medicine are several times in past patents such. In DE 2500643 described, others such. In DE 698 32 666 / EP 0 887 662 or DE 699 00 231 / EP 1 004 897 , In hitherto existing gamma cameras, a camera unit consists of a collimator with parallel or funnel-shaped passageways of different numbers for selecting the directions of incident radiation, a layer of scintillator crystals for converting the radiation into visible light, and photo amplifiers for detecting this light by means of light-guide systems with the scintillators are connected. It is due to the necessary shielding of high-energy radiation, very voluminous and weighty devices that can be arranged to capture the entire human body in a gantry, as in DE 699 30 692 / EP 0 973 046 is described in detail. To create spatially resolved images requires complex mechanical devices with which gamma cameras must be adjusted in total in the different spatial directions, as z. In DE 697 28 358 / EP 0 846 961 to be discribed. Since the body of the camera is very voluminous, this is a disadvantage especially in claustrophobic patients, especially in movements closely above them. In addition, devices of such dimensions can be brought only partially close to the patient, which significantly limits the detail accuracy of generated images. Particularly with high-energy isotopes such as Ga-67, I-123 or I-131, the required thickness and weight of the shielding is in the way of a close approach to the examination field.
Ein Verfahren zur Bilddarstellung speziell des Herzens mit einer Gammakamera wird im Patent DE 44 42 287 mit dem Anmeldetag 28.11.1994 beschrieben, in dem die Tiefenauflösung auf dem Prinzip der Laminographie bzw. Tomosynthese gelöst wird („tomoskopische Schichtbilder”) und der Herzschlag mit der Drehbewegung der Kollimatorscheibe synchronisiert wird. Prinzipiell verursacht jedes „Gating” einen zeitlichen Ausfall der Bildaufnahme. In dem hier vorgestellten Verfahren ist es hingegen möglich, durch Synchronisation der Rotation des Blendenzylinders (200) mit einer Phase der Herzaktion, zu einer phasenaufgelösten Bildaufnahme des Herzens zu gelangen, ohne dass, wie beim Gating, Informationen während bestimmter Phasen des Kontraktionszyklus des Herzens komplett ausgeblendet werden und somit verloren gehen. Hier allerdings werden zu jeder Zeit Informationen gesammelt und lediglich mit der Bewegung des Herzmuskels verrechnet.A method for imaging especially the heart with a gamma camera is in the patent DE 44 42 287 with the filing date 28.11.1994, in which the depth resolution is solved on the principle of laminography or tomosynthesis ("tomoscopic tomograms") and the heartbeat is synchronized with the rotational movement of the collimator disc. In principle, each "gating" causes a temporal failure of the image acquisition. In the method presented here, however, it is possible by synchronization of the rotation of the diaphragm cylinder ( 200 ) with a phase of cardiac action to arrive at a phase-resolved image of the heart without, as in gating, Information during certain phases of the contraction cycle of the heart are completely hidden and thus lost. Here, however, information is collected at any time and only charged with the movement of the heart muscle.
Beim derzeitigen Stand der Technik erfordert die Erzeugung eines räumlich aufgelösten Bildes die Aufnahme von Projektionen aus verschiedenen Richtungen, d. h. jeder Punkt wird aus einer veränderten Perspektive neu aufgenommen. Dabei muss die Kamera eine veränderte Position einnehmen, was bei einer umfänglichen Abschirmung einen erheblichen mechanischen Aufwand bedeutet. Die Tiefenauflösung erfolgt hier durch die Anordnung von zwei oder mehreren Kameraeinheiten und dem Prinzip des binokularen Sehens, wie es in 16 veranschaulicht wird. Es ist keine Mechanik zur Positionsveränderung eines gesamten Gerätes erforderlich. Die unterschiedlichen Perspektiven ergeben sich aus den verschiedenen Positionen der fest eingebauten Kameramodule. Das erübrigt Mehrfachaufnahmen ein und desselben Punkts aus mehreren Richtungen, womit von Anfang an ein räumliches Bild in einem Zeitrahmen erwächst, in dem sonst nur eine einzige Perspektive aufgenommen würde.In the current state of the art, the generation of a spatially resolved image requires the acquisition of projections from different directions, ie, each point is resampled from an altered perspective. The camera must take a changed position, which means a considerable amount of mechanical effort with a circumferential shielding. The depth resolution is here by the arrangement of two or more camera units and the principle of binocular vision, as in 16 is illustrated. There is no mechanics required to change the position of an entire device. The different perspectives arise from the different positions of the permanently installed camera modules. This eliminates the need for multiple shots of one and the same point from multiple directions, creating a spatial image from the outset in a timeframe that would otherwise only capture a single perspective.
Abhängig vom Isotop, aus dem die darzustellende Strahlenquelle besteht, sind generell an die Abschirmung gewisse Mindestanforderungen zu stellen. Zu den in der medizinischen Radiologie und Szintigraphie am häufigsten verwendeten Isotopen gehören das Technetium Tc-99m mit der höchsten Energie von 322 keV, die beiden Jod-Isotope I-123 und I-131 mit Maximalenergien zwischen 700 und 800 keV, sowie das Gallium Ga-67 mit 888 keV. Für eine effektive Abschirmung mit einer mindestens etwa 100-fachen Schwächung der Strahlung wird, außer für das Tc-99m, eine Abschirmschicht von etwa 5 cm Wolfram benötigt. Beim Technetium reicht eine dünnere Schicht oder eine vergleichbar dicke Abschirmung aus Kupfer oder Messing als leichter verarbeitbares Material. Aus diesen genannten Materialien können drehbare zylindrische Kollimatoren hergestellt werden, wie sie für die hier vorgestellte Gammakamera benötigt werden. Da Wolfram ein sehr dichtes Material mit hohem spezifischem Gewicht ist, sollten Kollimator und abschirmende Teile so klein und kompakt wie möglich gehalten werden. Im Vergleich zu den herkömmlichen schweren und sperrigen Geräten ist hier ein besonders kleiner und leichter Apparat mit deutlich anderer Geometrie und Abmessung realisierbar. Einer der Hauptgründe dafür ist eine konvergierende Strahlenführung. Zudem sollte ein Kollimator so gestaltet sein, dass die Kamera so nah wie möglich an das Untersuchungsobjekt bzw. Patienten herangeführt werden kann.Depending on the isotope from which the radiation source to be displayed is made, there are generally certain minimum requirements for the shielding. The most commonly used isotopes in medical radiology and scintigraphy include the highest energy technetium Tc-99m of 322 keV, the two iodine isotopes I-123 and I-131 with maximum energies between 700 and 800 keV, and gallium Ga -67 with 888 keV. For effective shielding with at least about 100-fold attenuation of the radiation, except for the Tc-99m, a shielding layer of about 5 cm of tungsten is needed. In the case of technetium, a thinner layer or a comparably thick shield made of copper or brass suffices as a more easily processed material. Rotatable cylindrical collimators, as required for the gamma camera presented here, can be produced from these materials. Since tungsten is a very dense material with a high specific gravity, the collimator and shielding parts should be kept as small and compact as possible. In comparison to the conventional heavy and bulky devices here is a particularly small and lightweight apparatus with significantly different geometry and dimensions feasible. One of the main reasons for this is converging beam guidance. In addition, a collimator should be designed so that the camera can be brought as close as possible to the examination subject or patient.
In der 1 werden die funktionellen Bestandteile der Gammakamera im Koordinatensystem (10) mit den Achsen x, y und z vorgestellt. Zu sehen sind die beiden funktionellen Kernbestandteile der Gammakamera, der drehbar gelagerte zylindrische Kollimator (200) mit dem Durchmesser d mit dem gewundenen Spalt (100) für den Strahlendurchlass und die Detektoreinheit (300). Die Achsen des Koordinatensystems (10) verlaufen von links nach rechts (x), von vorne nach hinten (y) und von unten nach oben (z). Der Kollimator ist um die Rotationsachse (210) auf der z-Achse drehbar gelagert und kontrolliert den Durchlass einzelner Strahlen (50) von außen auf den Detektor (300), dessen strahlenempfindliches Volumen vereinfacht als gewölbte Fläche dargestellt ist. Ein eintreffender Strahl wird aus dem Kollimator (200) kommend durch einen Spalt (330) in einer Abschirmung (310) in den Detektorraum gelassen, setzt sich dort fort (53) und trifft auf eine bestimmte Stelle (301) auf die Detektormatrix. Die Abschirmung (310) des Detektors ist hier funktionell vereinfacht als Fläche veranschaulicht. Der Bilddetektor (300) ist in der 2 detaillierter dargestellt, wobei das Volumen der Detektormatrix berücksichtigt wird. Die Vorderseite (303) und die Hinterseite (304) werden jeweils als separate Flächen wiedergegeben, zwischen denen die einzelnen Elemente (301) angeordnet sind, auf die jeweils ein eingefallener Strahl (53) trifft. Die gesamte Matrix ist aus solchen Elementen zusammengesetzt, wobei jedes einzelne davon aus einer funktionellen Einheit mit Szintillatorkristall, Lichtleitsystem und Photoverstärker besteht, also einen Objektpunkt wahrnimmt und einen Pixel im Bild erzeugt. Jedes Element ist gegenüber jedem benachbarten lichtoptisch, sogar nach innen reflektierend, abgeschirmt. Da die Detektorelemente dem Strahlengang angepasst werden können, wird die Einstrahlung in benachbarte Elemente minimiert. Weiterhin wird durch die Strahlendivergenz im Detektorraum ermöglicht, dass mit weiterer Entfernung vom kreisbogenförmigen Spalt (330) der Abschirmung (350) das Volumen der Detektorelemente (301) vergrößert und somit die Strahlenausbeute verbessert werden kann. Dies ermöglicht kürzere Messzeiten, was bei den üblichen flachen Matrixdetektoren mit parallelem Strahlengang nicht möglich ist.In the 1 become the functional components of the gamma camera in the coordinate system ( 10 ) with the axes x, y and z are presented. On display are the two functional core components of the gamma camera, the rotatably mounted cylindrical collimator ( 200 ) with the diameter d with the tortuous gap ( 100 ) for the beam passage and the detector unit ( 300 ). The axes of the coordinate system ( 10 ) run from left to right (x), from front to back (y) and from bottom to top (z). The collimator is about the rotation axis ( 210 ) rotatably mounted on the z-axis and controls the passage of individual beams ( 50 ) from the outside onto the detector ( 300 ) whose radiation-sensitive volume is shown in simplified form as a curved surface. An incoming beam is emitted from the collimator ( 200 ) coming through a gap ( 330 ) in a shield ( 310 ) into the detector room, continues there ( 53 ) and hits a certain place ( 301 ) on the detector matrix. The shielding ( 310 ) of the detector is here functionally simplified as a surface illustrates. The image detector ( 300 ) is in the 2 shown in more detail, taking into account the volume of the detector matrix. The front ( 303 ) and the back ( 304 ) are each represented as separate areas between which the individual elements ( 301 ) are arranged, on each of which a sunken beam ( 53 ) meets. The entire matrix is composed of such elements, each of which consists of a functional unit with scintillator crystal, light guide and photo amplifier, so perceives an object point and creates a pixel in the image. Each element is light-optical, even inward reflective, shielded from each adjacent one. Since the detector elements can be adapted to the beam path, the radiation into adjacent elements is minimized. Furthermore, the radiation divergence in the detector chamber makes it possible, with further distance from the arcuate gap (FIG. 330 ) of the shield ( 350 ) the volume of the detector elements ( 301 ) and thus the beam yield can be improved. This allows shorter measurement times, which is not possible with the conventional flat parallel-path matrix detectors.
Als strahlenempfindlicher Bestandteil der Kamera muss der Detektor (300) allseitig sorgfältig abgeschirmt werden, seitlich und hinten wegen der allgegenwärtigen Streustrahlung, aber besonders in Richtung der abzubildenden Strahlenquelle. Dies geschieht größtenteils schon durch den um die Achse (210) rotierbar gelagerten zylindrischen Kollimator (200), wie es in der 3 gezeigt wird. Strahlen können durch die von der Außenseite sichtbare weiten und langen Spaltöffnung (101) durch den Kollimator hindurchtreten und verlassen ihn auf der gegenüberliegenden Seite durch eine kürzere und engere Spaltöffnung (102). Der mögliche Fächerbereich der Strahlen, der durch eine Kollimatorrotation kontrolliert zum Detektor durchgelassen werden kann, wird mit den beiden Trapezen (251) und (252) in den jeweiligen Außenstellungen angedeutet. Die mit der Fläche (330) zuvor funktionell angedeutete Abschirmung wird hier durch die schraffierten Flächen (350) angedeutet mit Volumen gefüllt, wobei die zum Betrachter gewandte Seite der Übersichtlichkeit halber offen gelassen wurde. Diese Abschirmung muss so gestaltet sein, dass sie die strahlenempfindlichen Teile des Detektors schützt, aber nicht in den Fächerbereich aller einfallenden Strahlen (351) hineinragt. Da jedoch der Kollimator (200) einen Großteil der Abschirmung in Richtung der abzubildenden Strahlenquellen selbst übernimmt, kann, bedingt durch die konvergierend einfallende und im Detektorraum divergierend auseinanderlaufende Strahlenführung, eine wesentlich kompakterere Kamera als herkömmliche Gammakameras mit Flächendetektoren und Parallellochkollimatoren gestaltet werden.As a radiation-sensitive component of the camera, the detector ( 300 ) be carefully shielded on all sides, laterally and behind because of the omnipresent scattered radiation, but especially in the direction of the radiation source to be imaged. This happens mostly by the around the axis ( 210 ) rotatably mounted cylindrical collimator ( 200 ), as it is in the 3 will be shown. Rays can be detected by the visible from the outside wide and long gap opening ( 101 ) pass through the collimator and leave it on the opposite side by a shorter and narrower slit opening ( 102 ). The possible range of subjects of the rays, which can be transmitted to the detector in a controlled manner by means of a collimator rotation, is guided by the two trapezoids ( 251 ) and ( 252 ) indicated in the respective external positions. The with the area ( 330 ) previously functionally indicated shielding is here by the hatched areas ( 350 ) is filled with volume, wherein the side facing the viewer has been left open for the sake of clarity. This shield must be designed to protect the radiation-sensitive parts of the detector, but not into the fan area of all incident beams ( 351 ) protrudes. However, since the collimator ( 200 ) takes over a large part of the shielding in the direction of the radiation sources to be imaged, a considerably more compact camera than conventional gamma cameras with area detectors and parallel hole collimators can be designed, due to the converging incident and diverging in the detector space diverging beam guidance.
Das Herzstück der Gammakamera bildet der zylindrische Kollimator (200) mit einem Strahlendurchlass in Spaltform. Die Entwicklung dieser Form wird in der 4 schrittweise dargestellt. Zunächst kann man sich die Spaltform als ein hochstehendes Trapez (90) mit einem außerhalb des Zylinders (200) liegenden Scheitelpunkt (20) vorstellen, das mittig durch ihn hindurch verläuft. Es hat eine mittlere Höhe h, hier wegen der aufrechten Stellung nicht als Breite bezeichnet. Seine Schenkel besitzen den Neigungswinkel γ (4a)). Mit einer solchen Vorrichtung ist eine kontrollierte Auswahl eines Einzelstrahls nicht möglich, da alle Strahlen über den Fächerbereich von ±γ verteilt gleichzeitig im Scheitelpunkt (20) zusammentreffen. Für eine Bilderzeugung muss ein Einzelstrahl selektiert werden. Dazu wird die Trapezfläche im Zylinder um den Winkel ε jeweils an den Schenkeln schraubenförmig verdreht (tordiert), wie es in der 4b) beschrieben wird. Die ursprüngliche Trapezfläche (90) bleibt als Richtungsfächer für alle detektierbaren Strahlen erhalten. Für jeden Strahl existiert ein Winkel mit seinem Scheitelpunkt, dem Brennpunkt F. Durch Torsion der Ausgangsfläche (90) entstehen zwei laterale Begrenzungsfächer (251) und (252), welche dem Ursprungsfächer (90) entsprechen. Die Basis des Trapezes (90) ist der langen Spaltöffnung (101) zugehörig und weist Richtung Objekt, die kurze Seite des Trapezes gehört zu der dem Detektor zugewandten kurzen Spaltöffnung (102). Der Übersichtlichkeit halber wurden von der Außenform des zylindrischen Kollimators nur noch die Umfangskreise (220) eingezeichnet. Der Scheitelpunkt (20) der Schenkel des Trapezes (90) wird damit zum Brennpunkt F im Abstand f vom Koordinatenursprung (10), durch den alle zu detektierenden Strahlen über die gewundene Spaltfläche durch den Kollimator (200) während einer noch im Detail zu erläuternden Rotation in die Detektoreinheit gelangen. Auf diesem Weg wird eine gezielte Strahlenauswahl ermöglicht.The heart of the gamma camera is the cylindrical collimator ( 200 ) with a beam passage in the form of a gap. The development of this form is in the 4 shown step by step. First, you can think of the split shape as an upright trapezoid ( 90 ) with one outside the cylinder ( 200 ) lying vertex ( 20 ), which runs through it in the middle. It has a mean height h, not here called width because of the upright position. Its legs have the angle of inclination γ ( 4a) ). With such a device, a controlled selection of a single beam is not possible, since all the rays distributed over the fan range of ± γ at the same time in the vertex ( 20 ) meet. For image generation, a single beam must be selected. For this purpose, the trapezoidal surface in the cylinder by the angle ε each helically twisted (twisted) on the legs, as in the 4b) is described. The original trapezoidal surface ( 90 ) remains as directional fan for all detectable beams. For each ray exists an angle with its vertex, the focal point F. By torsion of the output surface ( 90 ), two lateral boundary compartments ( 251 ) and ( 252 ), which the original subjects ( 90 ) correspond. The base of the trapezoid ( 90 ) is the long gap opening ( 101 ) and points towards the object, the short side of the trapezoid belongs to the detector facing the short gap opening ( 102 ). For the sake of clarity, only the peripheral circles of the outer shape of the cylindrical collimator ( 220 ). The vertex ( 20 ) the thigh of the trapezoid ( 90 ) becomes the focal point F at a distance f from the coordinate origin ( 10 ), through which all the rays to be detected are transmitted through the collimator ( 200 ) enter the detector unit during rotation to be explained in detail. This way, a targeted selection of rays is made possible.
Die Torsion, ausgedrückt durch den Winkel ε, muss nicht auf einen bestimmten Bereich beschränkt bleiben. Sie kann sich bis zu einem gestreckten Winke von ±180° und auch darüber hinaus erstrecken, wenn der Detektor (300) entsprechend dafür eingerichtet ist (s. u.). Dies wird fortschreitend in 4c) und 4d) gezeigt. Außerdem wird hier gezeigt, wie sich aus dem ursprünglichen Trapezwinkel von ±γ zwei weitere Parameter für die Gestaltung des Kollimators ergeben (4d)), die mittlere Spalthöhe h und die Entfernung f des Punkts F von der z-Achse bzw. der Rotationsachse (210), die in noch vorzustellender Weise als Brennweite f für auf den Detektor einfallende Strahlen verstanden werden kann.The torsion, expressed by the angle ε, need not be limited to a certain range. It can extend up to an extended angle of ± 180 ° and beyond, if the detector ( 300 ) is set up accordingly (see below). This is progressing in 4c) and 4d) shown. In addition, it is shown here how two further parameters for the collimator design result from the original trapezoidal angle of ± γ ( 4d) ), the mean gap height h and the distance f of the point F from the z-axis and the rotation axis, respectively (FIG. 210 ), which can be understood in a manner yet to be presented as the focal length f for rays incident on the detector.
Bisher wurde nur eine nach oben und unten symmetrische Form des Strahlenfächers angenommen, welche aus dem Ausgangstrapez (90) hervorgeht. Diese Symmetrie ist aber nicht zwingend erforderlich. Für eine angepasste Auswahl eines Blickfeldes bzw. Blickwinkels kann der gesamte Winkelbereich von 2γ in z-Richtung nach oben oder unten gedreht werden, womit die Winkel für die Schenkel des ursprünglichen Trapezes (90) mit γ1 und γ2 unterschiedlich ausfallen, wie es die 4e) zeigt. Dabei muss ein konstantes Verhältnis zwischen den Winkeln γ und ε erhalten bleiben. Erreicht wird dies durch eine proportionale Anpassung des betreffenden Torsionswinkels ε an den jeweiligen Schenkel- bzw. Grenzwinkel γ, ausgedrückt durch folgende Beziehung: γ1/ε1 = γ2/ε2 So far, only one up and down symmetrical shape of the fan beam was assumed, which from the output trapezoid ( 90 ). This symmetry is not absolutely necessary. For an adapted selection of a field of view, the entire angular range of 2γ in the z direction can be turned up or down, whereby the angles for the legs of the original trapezoid ( 90 ) with γ 1 and γ 2 are different, as are the 4e) shows. In this case, a constant ratio between the angles γ and ε must be maintained. This is achieved by a proportional adaptation of the respective torsion angle ε to the respective limb angle γ, expressed by the following relationship: γ 1 / ε 1 = γ 2 / ε 2
Bei der durch die Torsion neu entstandenen Fläche (100) handelt es sich um eine Regelfläche dadurch definiert, dass durch jeden Flächenpunkt eine Gerade über die Gesamtfläche gezogen werden kann. Um dies zu verdeutlichen, wurde die Spaltfläche (100) über die Grenzen des Zylinderkörpers (200) in der 4f) zu einer größeren (110), hier mit einem Radius von f, erweitert. Jeder Punkt (120) auf dieser Fläche (110) wird mit den Koordinaten xp, yp und zp eindeutig beschrieben. Die Koordinaten xp und yp sind über den Winkel α verbunden, welcher sich aus der Torsion der Fläche an der Stelle des beschriebenen Punktes (120) ergibt. Aus den Koordinaten xp und yp ergibt sich der Abstand u des bezeichneten Punktes (120) von der z-Achse nach Pythagoras als u2 = xp 2 + yp 2. Anders lässt sich auch die gegenseitige Abhängigkeit durch Einbeziehung von Winkelfunktionen folgendermaßen beschreiben: xp = u·cosα und yp = u·sinα At the area created by the torsion ( 100 ) is a rule surface defined by the fact that through each surface point a straight line can be drawn over the total area. To clarify this, the cleavage surface ( 100 ) beyond the limits of the cylinder body ( 200 ) in the 4f) to a larger ( 110 ), here with a radius of f. Every point ( 120 ) on this surface ( 110 ) is uniquely described with the coordinates x p , y p and z p . The coordinates x p and y p are connected by the angle α which results from the torsion of the surface at the point of the described point ( 120 ). From the coordinates x p and y p , the distance u of the designated point ( 120 ) from the z-axis to Pythagoras as u 2 = x p 2 + y p 2 . In a different way, interdependence can be described by the inclusion of trigonometric functions as follows: x p = u · cos α and y p = u · sin α
Somit kann der Punkt (120) nicht nur als P(xp|yp|zp) beschrieben werden, sondern auch durch P(u|α|zp) festgelegt werden, wobei sich der Wert für α zwischen –ε und +ε bewegt.Thus, the point ( 120 ) not only as P (x p | y p | z p ), but also by P (u | α | z p ) are determined, wherein the value for α moves between -ε and + ε.
Besonders gut zu erkennen ist an der erweiterten Regelfläche (110) in 4f), dass jede Gerade über diese Fläche sowohl durch jeden beliebigen Punkt (120) als auch durch einen bestimmten, zugehörigen Brennpunkt F auf dem Kreisbogen (122) mit dem Radius f um den Koordinatenursprung (10) verläuft. Die Verbindungsgerade zwischen diesen beiden Punkten ist in z-Richtung mit dem Winkel β gegenüber der x/y-Ebene geneigt. Daraus folgt eine Kopplung der beiden Winkel α und β, wobei der Positionswinkel α, bedingt durch die Torsion, auch die Lage des Brennpunkts F auf der x/y-Ebene bestimmt. Folglich muss die Verbindung zwischen dem Punkt (120) und dem zugehörigen Brennpunkt F die z-Achse des Koordinatensystems (10) mit dem Winkel β schneiden. Das heißt auch, dass der Steigungswinkel β dieser Verbindungsgeraden mit der Höhe zp dieses Punkts (120) über der x/y-Ebene zusammenhängt, und zwar folgendermaßen als Abhängigkeit von der Brennweite f und des Punktabstands u von der z-Achse als Variable: zp = (f + u)·tanβ You can see this particularly well on the extended ruled area ( 110 ) in 4f) in that every straight line over this area is defined by any point ( 120 ) as well as through a specific, associated focus F on the arc ( 122 ) with the radius f around the origin of the coordinates ( 10 ) runs. The connecting line between these two points is inclined in the z direction at the angle β with respect to the x / y plane. This results in a coupling of the two angles α and β, wherein the position angle α, determined by the torsion, also determines the position of the focal point F on the x / y plane. Consequently, the connection between the point ( 120 ) and the associated focal point F, the z-axis of the coordinate system ( 10 ) with the angle β. This also means that the pitch angle β of this connecting line with the height z p of this point ( 120 ) is related over the x / y plane, as a function of the focal length f and the point distance u from the z-axis as a variable as follows: z p = (f + u) · tanβ
Die Strecke u durchläuft horizontal den Durchmesser des Zylinders. Zur Beschreibung der Regelfläche im Zylinder (200) ist der Wertebereich von u auf –d/2 bis d/2 beschränkt. Bedingt durch die Torsion verlaufen die Winkel α und β proportional zueinander und sind jeweils durch ihre zugehörigen Anschlagswinkel, die Torsionswinkel ±ε und den Trapez- bzw. Strahlenfächerbereichswinkel ±γ, begrenzt. Formelmäßig ausgedrückt lautet dieser Zusammenhang: β = α·γ/ε. The distance u passes horizontally through the diameter of the cylinder. For the description of the control surface in the cylinder ( 200 ), the range of values of u is limited to -d / 2 to d / 2. Due to the torsion, the angles .alpha. And .beta. Are proportional to one another and are limited in each case by their associated abutment angles, the torsion angles ± .epsilon. And the trapezoidal or beam fan range angle .alpha..sub.g. Expressed in terms of formula, this relationship is: β = α · γ / ε.
Somit ergibt sich für die Höhe zp eines Punkts (120) über der x/y-Ebene eine Abhängigkeit von nur zwei Größen, u und dem Winkel α: Zp(u, α) = (f + u)·tan(α·γ/ε) Thus, for the height z p of a point ( 120 ) over the x / y plane a dependence of only two quantities, u and the angle α: Z p (u, α) = (f + u) · tan (α · γ / ε)
Da es sich bei γ und ε, wie bei f, um konstruktionsbedingte Konstanten handelt, wird ein Punkt (120) hinreichend mit dem Positionswinkel α und seinem Abstand u von der z-Achse im Koordinatensystem (10) beschrieben, d. h.: P(xp|yp|zp) = P(u|α) Since γ and ε, as with f, are construction-related constants, a point ( 120 ) sufficiently with the position angle α and its distance u from the z-axis in the coordinate system ( 10 ), ie: P (x p | y p | z p ) = P (u | α)
Für jedes gegebene α verläuft die Punkthöhe zp eines in der entsprechenden Richtung liegenden Punkts linear mit sich veränderndem u, d. h. bei der Spaltfläche (100) muss es sich um eine Regelfläche handeln. Konstruktionsbedingt kann anstelle des vertikalen Öffnungswinkels γ auch eine andere Größe vorgegeben werden, wie z. B. die mittlere Höhe h der Spaltfläche auf der Rotationsachse bei gegebenem f, oder alternativ durch f bei einer gegebenen Höhe h. Diese Größen hängen über folgende Beziehungen zusammen: γ = arctan(½h/f), h = 2·f·tanγ bzw. f = ½h·cotγ For any given α, the point height z p of a point lying in the corresponding direction runs linearly with changing u, ie at the gap surface ( 100 ) must be a ruled area. Due to the design, instead of the vertical opening angle γ also another size can be specified, such. For example, the mean height h of the gap surface on the axis of rotation given a f, or alternatively by f at a given height h. These quantities are related by the following relationships: γ = arctan (½h / f), h = 2 · f · tanγ and f = ½h · cotγ, respectively
Es müssen also zwei von diesen drei Größen gegeben sein, zusätzlich zum Torsionswinkel ε und dem Zylinderdurchmesser d zur Festlegung des Wertebereichs von u, um die Spaltfläche (100) durch den zylindrischen Kollimator (200) vollständig zu beschreiben.Thus, two of these three quantities must be given, in addition to the torsion angle ε and the cylinder diameter d for the determination of the value range of u to the gap surface ( 100 ) through the cylindrical collimator ( 200 ) completely describe.
Die Breite a des Spalts (100) ist ebenfalls zu berücksichtigen. Sie hat nicht nur einen Einfluss auf die Menge der detektierbaren Strahlung, ähnlich wie ein Loch in einer Lochkamera, sondern auch auf die Bildpunktgröße (Pixelgröße) des resultierenden Bildes. Aus der Spaltbreite und der Torsion der Spaltfläche (100) ergibt sich die genaue Form des Durchtrittskanals für Strahlen durch den Kollimator (200) entlang der Spaltfläche (100). Die Breite a des Spalts beschreibt den Abstand der Spaltwände an jedem Punkt der Spaltfläche. Ausgehend von einer mittleren Spaltbreite a0 im Zentrum des Zylinders (200) ändert sich die Spaltbreite a(u) mit dem Abstand u von der Mittelachse (200) nach folgender Beziehung. a(u) = a0·(f + u)/f für –d/2 < u < d/2 The width a of the gap ( 100 ) should also be considered. Not only does it have an impact on the amount of detectable radiation, much like a hole in a pinhole camera, but also on the pixel size of the resulting image. From the gap width and the torsion of the gap surface ( 100 ), the exact shape of the passageway for rays through the collimator ( 200 ) along the gap surface ( 100 ). The width a of the gap describes the distance of the gap walls at each point of the gap surface. Starting from a middle gap width a 0 in the center of the cylinder ( 200 ) the gap width a (u) changes with the distance u from the central axis ( 200 ) according to the following relationship. a (u) = a 0 * (f + u) / f for -d / 2 <u <d / 2
Die Abstandsstrecke a steht in jedem Punkt senkrecht zu den gegenüberliegenden Spaltinnenwänden. Um die Steigung der Spaltfläche in jedem Punkt berechnen zu können, wird die Höhe des Punkts über der x/y-Ebene und dessen Positionswinkel α benötigt. Die Höhe berechnet sich aus dem Steigungswinkel β und dem Abstand von der z-Achse, hier mit der Variablen u benannt, der sich aus den Punktkoordinaten xi und yi auf der x/y-Ebene nach dem Satz des Pythagoras ergibt (s. o.). Der Höhenverlauf der Zylinderoberfläche (200) ist am besten durch ein Abrollen dieser Fläche auf eine Ebene, wie in 5 dargestellt, zu veranschaulichen.The distance a is perpendicular at each point to the opposite gap inner walls. In order to be able to calculate the slope of the cleavage surface in each point, the height of the point above the x / y plane and its positional angle α is required. The height is calculated from the pitch angle β and the distance from the z-axis, here named with the variable u, which results from the point coordinates x i and y i on the x / y-plane according to the theorem of Pythagoras (see above) , The height profile of the cylinder surface ( 200 ) is best done by rolling this surface to a plane, as in 5 shown to illustrate.
Verschiebt man die Abstandsstrecke a auf die Zylinderoberfläche (200) und verlängert diese über ihre Endpunkte hinaus, kann man sie sich auch als Tangente auf dieser Oberfläche mit einer entsprechenden Schrägstellung vorstellen. Dies gilt sowohl auf der objektorientierten langen (101) als auch entsprechend auf der kurzen zum Detektor gerichteten Seite (102). Die Steigung der zugehörigen Tangente ergibt sich aus dem Verhältnis der Höhe zh (5), welche sich über die x/y-Ebene an der Stelle der Spaltöffnung erhebt, zu der entsprechenden Kreisbogenstrecke, die sich aus der Torsion ergibt, d. h. tanδ = (f + u)·tanβ/(u·π·α/180°) wobei |u| auf der Oberfläche gleich des halben Zylinderdurchmessers ist, d. h. |u| = d/2, der Steigungswinkel β sich aus der Torsion ergibt, d. h. β = α·γ/ε. Längs eines Strahls mit der Steigung β, d. h. zwangsläufig mit dem Winkel α kommend und durch den Koordinatenmittelpunkt laufend, kann innerhalb des Kollimators die Variable u Werte zwischen –d/2 und d/2 annehmen. Für die Berechnung der Wandsteigungen längs eines Strahlengangs durch den Kollimator hat die hier gezeigte Beziehung den einschneidenden Nachteil, dass die Steigung mit der Näherung an die z-Achse gegen Unendlich wächst, d. h. bei u = 0 senkrecht verläuft. Dieser Nachteil kann behoben werden, indem man die dazugehörige Normale betrachtet, womit man gleichzeitig das Gefälle der Abstandsstrecke a erhält, d. h. m(u, α) = 1/tanδ
= u·π·(α/180°)/((f + u)·tan(α·γ/ε)) worin m für die Steigung der punktspezifischen Abstandsstrecke steht. Für kleine Winkel α vereinfacht sich diese Beziehung: m(u) ≈ u·ε/((f + u)·γ) Moves the distance a on the cylinder surface ( 200 ) and extends it beyond its endpoints, it can also be imagined as a tangent to this surface with a corresponding skew. This applies both to the object-oriented long ( 101 ) as well as on the short side facing the detector ( 102 ). The slope of the associated tangent results from the ratio of the height z h ( 5 ), which rises above the x / y plane at the location of the gap opening, to the corresponding circular arc distance resulting from the torsion, ie tanδ = (f + u) · tanβ / (u · π · α / 180 °) where | u | on the surface is equal to half the cylinder diameter, ie | u | = d / 2, the pitch angle β results from the torsion, ie β = α · γ / ε. Within the collimator, the variable u can assume values between -d / 2 and d / 2 along a ray with the gradient β, ie, necessarily coming with the angle α and passing through the center of the coordinate. For the calculation of the wall inclinations along a beam path through the collimator, the relationship shown here has the inconvenient disadvantage that the slope with the approximation to the z axis grows towards infinity, ie, when u = 0 is perpendicular. This disadvantage can be remedied by looking at the associated normals, which at the same time gives the slope of the distance a, ie m (u, α) = 1 / tanδ = u · π · (α / 180 °) / ((f + u) · tan (α · γ / ε)) where m stands for the slope of the point-specific distance distance. For small angles α, this relationship is simplified: m (u) ≈ u · ε / ((f + u) · γ)
Dies bedeutet, dass in der Zylindermitte (u = 0) die Abstandsstecke flach verläuft (m = 0) und zu beiden Seiten mit wachsendem Wert von u in entgegengesetzten Richtungen an Steilheit zunimmt und so der Abstand a zu-/ bzw. abnimmt, d. h. vereinfacht m(u) u/(f + u). Innerhalb eines Strahlengangs, d. h. für eine gegebene Steigung, die an der Position mit Winkel α vorliegt, gilt ebenso diese Proportionalität auch bei steilerer Steigung. Im Ergebnis zeigen sich Profile für Durchtrittskanäle mit abgerundeten Ecken bis hin zu kreisähnlichen Profilen, wie sie in 6a 1) und Fig. a2) gezeigt sind. Für den Fall, dass der Betrag von u über die Zylinderbreite konstant bleibt, d. h. nur die Richtung sich ändert, resultiert daraus ein röhrenförmiges Kanalprofil, wie sie in 6a 2) zu sehen ist.This means that in the middle of the cylinder (u = 0) the distance piece runs flat (m = 0) and increases on both sides with increasing value of u in opposite directions on steepness and thus the distance a increases / decreases, ie simplified m (u) u / (f + u). Within a ray path, ie for a given slope, which exists at the position with angle α, this proportionality also applies at steeper slope. As a result, profiles for passageways with rounded corners up to circle-like profiles, as shown in 6a 1 ) and Fig. A 2 ) are shown. In the event that the amount of u remains constant over the cylinder width, ie only the direction changes, this results in a tubular channel profile, as in 6a 2 ) can be seen.
Nachteilig wirkt sich jedoch ein zylinderförmiger im Vergleich zu einem konisch zusammenlaufenden Strahlengang aus. Ein zylindrischer Strahlengang liegt bei einem über die Länge des Durchtritts konstanten a vor, wie es in der 6a) zu sehen ist. In diesem Fall verursacht die Möglichkeit für diagonal verlaufende Strahlen einen Hof, welcher sich auf benachbarte Bildpunkte (Pixel) erstrecken kann. Dies würde sich nachteilig auf die Bildschärfe auswirken. Bei einem konischen Strahlenkanal nimmt a in Richtung Detektor ab. Dies wird in der 6b) demonstriert. Die äußere Öffnung, d. h. der Eintritt für die detektierbaren Strahlen, wird beibehalten, die Ausbildung eines Hofes wird aber durch eine kleinere Austrittsöffnung vermieden. Dadurch ist eine höhere Bildschärfe zu erzielen. Auch hier ergibt sich mit abnehmendem Torsionswinkel ε ein zunehmend rechteckiges Kanalprofil, wie es am Verlauf von 6a 1) zu 6a 2) und von 6b 1) zu 6b 2) zu erkennen ist. Da bei der hier vorgestellten Strahlengeometrie alle zu detektierenden Strahlen konvergierend auf den Brennpunkt F zulaufen müssen, ist eine sehr enge Strahlenaustrittsöffnung des Kollimators möglich, ohne die Strahlenausbeute signifikant zu senken.However, a disadvantage is a cylindrical in comparison to a conically converging beam path. A cylindrical beam path is at a constant over the length of the passage a, as in the 6a) you can see. In this case, the possibility for diagonal rays causes a courtyard which may extend to adjacent pixels. This would adversely affect the image sharpness. In a conical beam channel a decreases in the direction of the detector. This is in the 6b) demonstrated. The outer opening, ie the entrance for the detectable rays, is maintained, but the formation of a courtyard is avoided by a smaller exit opening. This results in a higher image sharpness. Again, with decreasing torsion angle ε results in an increasingly rectangular channel profile, as it is the course of 6a 1 ) too 6a 2 ) and of 6b 1 ) too 6b 2 ) can be seen. Since, in the beam geometry presented here, all beams to be detected must converge convergently to the focal point F, a very narrow beam exit opening of the collimator is possible without significantly reducing the beam yield.
Die Parameter, die einen entsprechend geformten Spalt (100) in dem zylindrischen Kollimator (200) hinreichend beschreiben, sind in der 7 zusammengefasst. Durch den Öffnungshalbwinkel γ wird das Verhältnis der mittleren Höhe h zur Brennweite f festgelegt. Der Wert für γ kann positiv oder negativ sein, wobei der obere und der untere Halbwinkel entgegengesetzte Vorzeichen haben. Eine Einschränkung besteht darin, dass f größer als der Halbdurchmesser d/2 des Zylinders (200) sein muss, d. h. der Brennpunkt F nicht zu nahe am Kollimator liegen sollte. Der Torsionswinkel ε kann jeden positiven oder negativen Wert ungleich 0° annehmen, d. h. |ε| > 0, wobei kleine Werte praktisch keinen Sinn machen, da dadurch der Durchtrittskanal für die Strahlen zu sehr vertikal in die Länge gezogen wird. Zu beachten ist, dass die Torsionen am oberen und unteren Ende der Spaltfläche entgegengesetzte Richtungen aufweisen müssen, was in der 7 durch das negative Vorzeichen für ε am oberen Rand angedeutet ist. Größere Torsionen mit |ε| > 180° können praktisch auch wenig sinnvoll sein, da dadurch besondere Herausforderungen an den Detektor (300) erwachsen können. Dies reicht jedoch nicht aus, um ein vollständiges Bild von einem strahlenden Objekt zu erzeugen, dazu muss erst der Kollimator (200) mit dem Spalt (100) um die Achse (210) in Rotation versetzt werden, was im Folgenden erörtert wird.The parameters that have a correspondingly shaped gap ( 100 ) in the cylindrical collimator ( 200 ) are adequately described in the 7 summarized. By the opening half angle γ, the ratio of the average height h to the focal length f is set. The value of γ may be positive or negative, with the upper and lower half angles having opposite signs. A limitation is that f is greater than the half diameter d / 2 of the cylinder ( 200 ), ie the focal point F should not be too close to the collimator. The torsion angle ε can assume any positive or negative value other than 0 °, ie | ε | > 0, where small values make practically no sense, as this causes the passageway for the beams to be stretched too vertically in length. It should be noted that the torsions must have opposite directions at the top and bottom of the cleavage surface, which is in the 7 is indicated by the negative sign for ε at the top. Larger torsions with | ε | > 180 ° can make practically no sense, as this presents special challenges to the detector ( 300 ) can grow up. However, this is not enough to produce a complete picture of a radiating object. First, the collimator ( 200 ) with the gap ( 100 ) around the axis ( 210 ), which will be discussed below.
Mit dem in 7 gezeigten Kollimatorspalt (100) lassen sich Punkte entlang einer Strecke abbilden, d. h. es entsteht eine Bildzeile (s. u.). Ein vollständiges Bild ergibt sich aus der Rotation des Kollimators um seine Achse (210), wie es in der 8 a) durch den Winkel ξ in einer Momentaufnahme angedeutet ist. Mit der Rotation hat sich auch das Ausgangstrapez (90) gedreht, womit zwischen der x-Achse und dem horizontal verlaufenden detektierbaren Strahl, der durch den Brennpunkt F verläuft, der Winkel ξ erscheint.With the in 7 shown Kollimatorspalt ( 100 ), points can be mapped along a route, ie a picture line is created (see below). A complete picture results from the rotation of the collimator about its axis ( 210 ), as it is in the 8th a) is indicated by the angle ξ in a snapshot. With the rotation also the output trapezoid ( 90 ) is rotated, with which between the x-axis and the horizontally extending detectable beam passing through the focal point F, the angle ξ appears.
In 8b) wird nun veranschaulicht, unter welchen Bedingungen bei bekannter Rotationsstellung ξ ein Strahl, ausgehend von einem Objektpunkt (150) mit den Koordinaten xi, yi und zi, ein Bildsignal erzeugt. Bei der gezeigten Rotationstellung ξ steht diesem Strahl (50) ein Kanal, welcher durch den Winkel α und zugehörigen Winkel β beschrieben wird, offen. Bei gegebenem ξ ist der kollimatorinterne Positionswinkel α im selben Verhältnis proportional zu ε wie β zu γ. Dadurch bedingt läuft der Strahl (50) auch durch den wiederum verlagerten Brennpunkt F, dessen Position auf dem Kreis (122) eindeutig durch die beiden Winkel ξ und α festgelegt ist. So kann ein Ereignis in einem einzelnen Detektorelement (301) exakt einem Strahl aus einem Objektpunkt (150) zugeordnet werden. Dieser Strahl (50) tritt an der Stelle (131) in den Kollimator ein, verlässt ihn wieder an der gegenüberliegenden Stelle (132) und tritt durch den Brennpunkt F in den Detektorraum. Der Objektpunkt (150) soll sich im Abstand b von der Rotationsachse (210) auf der x/y-Ebene befinden, die in diametral zur Lage des Brennpunktes F liegt. Dadurch sind die Koordinaten xi und yi festgelegt. Aus der Steigung der Verbindung des Punktes (150) mit dem Brennpunkt F, gekennzeichnet durch den Winkel β und festgelegt durch die Punktkoordinate zi, ergibt sich für die Spaltfläche (100) ein lokaler Torsionswinkel α, der sich aus dem oben genannten Zusammenhang zwischen lokaler Torsion und der Steigung des in der Durchtrittshöhe passierenden Strahls (50) ergibt: α = β·ε/γ In 8b) It is now illustrated under which conditions at a known rotational position ξ a beam, starting from an object point ( 150 ) with the coordinates x i , y i and z i , generates an image signal. With the rotation position ξ shown, this beam is ( 50 ) a channel, which is described by the angle α and associated angle β, open. Given ξ, the collimator-internal position angle α is proportional to ε in the same ratio as β to γ. As a result, the beam is running ( 50 ) also by the in turn displaced focal point F whose position on the circle ( 122 ) clearly by the both angles ξ and α is fixed. Thus, an event in a single detector element ( 301 ) exactly one beam from an object point ( 150 ) be assigned. This beam ( 50 ) occurs at the point ( 131 ) in the collimator, leaves it again at the opposite point ( 132 ) and enters the detector space through the focal point F. The object point ( 150 ) should be at a distance b from the axis of rotation ( 210 ) are located on the x / y plane which is diametrically opposed to the position of the focal point F. As a result, the coordinates x i and y i are fixed. From the slope of the connection of the point ( 150 ) with the focal point F, characterized by the angle β and determined by the point coordinate z i , results for the cleavage surface ( 100 ) a local torsion angle α resulting from the above-mentioned relationship between local torsion and the slope of the beam passing through the passage ( 50 ) gives: α = β · ε / γ
Durch die beiden Winkel α und ξ wird schließlich die Richtung festgelegt, in der sich eine punktförmige Strahlenquelle (150) befindet. Somit sind die Grundvoraussetzungen geschaffen, ein zweidimensionales Bild zu generieren, wenn alle Bildpunkte (150) auf einer Ebene in einem bestimmten Abstand zur Kamera liegen bzw. angenommen werden können (zur Tiefeninformation s. u.).The two angles α and ξ finally determine the direction in which a point-like radiation source ( 150 ) is located. Thus, the basic prerequisites are created to generate a two-dimensional image if all the pixels ( 150 ) can lie on a plane at a certain distance from the camera or can be assumed (for depth information see below).
Der Zusammenhang zwischen der Rotationsstellung der Spaltfläche (100) und der Bilderzeugung im Detektor (300) wird der Übersichtlichkeit halber für die Lage des Brennpunktes exakt auf der x-Achse in 9 gezeigt. Ein Strahl (50) trifft durch die äußere lange Spaltöffnung (101), in 9a) aus einer tief liegenden Objektposition in den oberen Bereich der Kamera und in 9b) in umgekehrter Richtung ein. Die horizontale Durchlassrichtung (51) durch die Spaltfläche (100) soll die momentane Rotationsstellung ξ wiederspiegeln. Nach Verlassen des Kollimators durch die kurze Spaltöffnung (102) trifft der Strahl auf den Kreisbogen (122), auf dem sich der zu jeder Richtung zugehörige Brennpunkt F bewegen kann. Der momentane Brennpunkt F befindet sich genau an der Schnittstelle des Strahls mit der x-Achse und ist der Übersichtlichkeit halber hier nicht gesondert gekennzeichent. Im Detektorraum setzt sich der Strahl (53) divergierend vom Brennpunkt F aus fort und trifft schließlich auf die Detektorfläche (300). Zu beachten ist, dass der von unten kommende Strahl im oberen Detektorteil auftrifft (8a) und umgekehrt der von oben kommende Strahl unten (8b). Dies wird bei der späteren komplexeren Gestaltung der Kamera für eine höhere Effizienz genutzt (s. u.).The relationship between the rotational position of the gap surface ( 100 ) and imaging in the detector ( 300 ) is for the sake of clarity for the position of the focus exactly on the x-axis in 9 shown. A beam ( 50 ) hits through the outer long gap opening ( 101 ), in 9a) from a low-lying object position in the upper area of the camera and in 9b) in the opposite direction. The horizontal passage direction ( 51 ) through the gap surface ( 100 ) should reflect the current rotational position ξ. After leaving the collimator through the short gap opening ( 102 ) the beam hits the arc ( 122 ) on which the focal point F associated with each direction can move. The instantaneous focal point F is located exactly at the intersection of the beam with the x-axis and, for the sake of clarity, is not marked separately here. In the detector room, the beam is ( 53 ) diverging from the focal point F and finally hits the detector surface ( 300 ). It should be noted that the beam coming from below impinges on the upper part of the detector ( 8a ) and vice versa the beam coming from above ( 8b ). This is used in the later complex design of the camera for a higher efficiency (see below).
In der 10 wird das Zustandekommen einer Bildzeile in der Ausgangsstellung des Kollimators demonstriert, d. h. mit dem Rotationswinkel ξ von 0°. Der Torsionswinkel ε beträgt hier 180° im Uhrzeigersinn von oben gesehen. Es werden alle Strahlendurchgänge entlang der Spaltfläche (100) zum Detektor gezeigt, die in dieser Konstellation von der zum Untersuchungsgegenstand gewandten langen Spaltflächenkante (101) zur gegenüberliegenden, zum Detektor gerichteten kurzen (102), möglich sind (10a)). Der Detektor deckt hier beispielsweise einen horizontalen Winkelbereich von 60° ab. Der Strahlenfächer (60) passiert hier den Detektor und läuft durch den Kreisbogen (122), für den in der Abschirmung (310) eine Lücke (330) freigehalten wurde. Auf dem Detektor hinterlässt er eine schräg liegende Zeile (305). Da es sich hier um die beabsichtigte Strahlenrichtung durch den Kollimatorspalt (100) von der langen (101) zur kurzen Spaltflächenkante (102) handelt, wird dies hier künftig als die „reguläre” Passage eines Fächers detektierbarer Strahlen (60) bezeichnet.In the 10 the occurrence of a picture line in the initial position of the collimator is demonstrated, ie with the rotation angle ξ of 0 °. The torsion angle ε here is 180 ° clockwise viewed from above. All beam passages along the cleavage surface ( 100 ) to the detector, which in this constellation of the long cleavage edge ( 101 ) to the opposite short (to the detector) 102 ), possible are ( 10a) ). For example, the detector covers a horizontal angle range of 60 °. The fan beam ( 60 ) happens here the detector and runs through the arc ( 122 ), in the shield ( 310 ) a gap ( 330 ) was kept free. On the detector he leaves a slanted line ( 305 ). Since this is the intended beam direction through the collimator gap ( 100 ) from the long ( 101 ) to the short gap surface edge ( 102 ), this will in future be considered as the "regular" passage of a fan of detectable beams ( 60 ) designated.
Zu beachten ist, dass die in der in 10 gezeigte Konstellation aufgrund des großen Torsionswinkel ε auch Bereiche der kurzen Spaltflächenkante (102) zum Objekt zeigen und somit einen „umgekehrten” Strahlengang von kurz (102) nach lang (101) ermöglicht. Dies ist in der 10b) gezeigt, wobei zu sehen ist, dass hier kein einziger Strahl zum Detektor (300) gelangt. Für die möglichen Zwischenstellungen bei Rotation der Zylinderblende kommt hier die Abschirmung des Detektors (310) zum tragen, die symbolisch als blockierende Fläche mit einem waagerechten Durchlass (330) auf der Höhe des Kreisbogens (122) mit den Brennpunktlagen F dargestellt ist. Diese Situation wird nachfolgend beschrieben.It should be noted that in the in 10 shown constellation due to the large torsion angle ε also areas of the short gap surface edge ( 102 ) to the object and thus a "reverse" beam path of short ( 102 ) after long ( 101 ). This is in the 10b) showing that there is not a single beam to the detector ( 300 ). For the possible intermediate positions during rotation of the cylinder diaphragm comes here the shielding of the detector ( 310 ), symbolically represented as a blocking area with a horizontal passage ( 330 ) at the level of the circular arc ( 122 ) is shown with the focal point positions F. This situation will be described below.
Die Funktion der Abschirmung (310) vor dem Detektor wird in der 11 deutlich, die denselben Kollimatorspalt (100) wie zuvor in 10 in einer um 180° rotierten Position zeigt (ξ = 180°). Die Strahlenfächer in regulärer Richtung (60) treten von der langen Spaltflächenkante (101) zur kurzen (102) durch den Kollimator und treffen hier als Halbzeilen (305) im oberen und unteren Bereich auf den Detektor und decken somit die untere und obere Grenze des Objektbereiches ab, der mit der Kamera erfasst werden kann. Gleichzeitig dringen aber umgekehrt Strahlen (61) von der kurzen (102) zur langen Kante (101) in den Detektorraum, von denen aber die meisten von der Abschirmung (310) abgefangen werden. Nur ein kleiner Anteil passiert die Lücke um den Kreisbogen (122) mit den Brennpunktlagen und treffen den Detektor im zentralen Bereich (307) weit außerhalb der „regulär” abgebildeten (Teil-)Zeilen (305). Die durchgelassenen Strahlen in umgekehrter Richtung sind jedoch keine Fehlinformation in dem Sinne, dass sie aus einer „falschen” Richtung kämen. Sie müssen nur bei der Gewichtung im Ergebnis berücksichtigt werden. Diese Konstellation ist aber nur dann anwendbar, wenn die Detektormatrix in der Lage ist, Einfallshöhen aus der Richtung der Brennpunkte (122) zu diskriminieren. D. h. die Detektorelemente müssen nicht nur in horizontal orientierte Richtungssegmente aufgeteilt, sondern auch zeilenweise getrennt aufgebaut sein. Unter dieser Voraussetzung ist der zusätzliche Strahleneinfall in umgekehrter Richtung (61) kein Problem, da er fern von demjenigen liegt, der in der „regulären” Richtung (61) wie oben beschrieben erfolgt.The function of the shielding ( 310 ) in front of the detector is in the 11 clearly, the same collimator gap ( 100 ) as before in 10 in a position rotated by 180 ° (ξ = 180 °). The ray fans in the regular direction ( 60 ) come from the long gap surface edge ( 101 ) to the short ( 102 ) through the collimator and meet here as half lines ( 305 ) in the upper and lower area on the detector and thus cover the lower and upper limit of the object area, which can be detected with the camera. At the same time, however, rays ( 61 ) of the short ( 102 ) to the long edge ( 101 ) in the detector space, but most of the shield ( 310 ) are intercepted. Only a small proportion passes the gap around the arc ( 122 ) with the focus positions and hit the detector in the central area ( 307 ) far outside the "regular" (partial) lines ( 305 ). The transmitted rays in the reverse direction, however, are not misinformation in the sense that they come from a "wrong" direction. They only need to be taken into account when weighting the result. However, this constellation can only be used if the detector matrix is capable of reflecting incident heights from the direction of the focal points (FIG. 122 ) to discriminate. Ie. the detector elements not only have to be divided into horizontally oriented directional segments, but also have to be separated line by line. Under this condition, the additional incidence of radiation in the opposite direction ( 61 ) is no problem as it is far from the one in the "regular" direction ( 61 ) as described above.
Hier wird bereits sichtbar, dass nur ausgewählte Bereiche des Detektors angesprochen werden. Dies stellt jedoch besonders bei einem sehr schnell rotierenden Kollimator nicht unbedingt einen Nachteil dar. Zum einen können im Detektor „Refraktär”- und Bearbeitungszeiten für die Signalbildung auftreten, zum anderen wird auch zur Signalweiterleitung und Abspeicherung, sowie für eine simultane Signalverarbeitung Zeit benötigt. Dies alles kann durch die wandernde Belichtungszone überbrückt werden, deren Wanderungsgeschwindigkeit mit der Rotation bestimmt bzw. gesteuert werden kann.This already shows that only selected areas of the detector are addressed. However, this is not necessarily a disadvantage, especially in the case of a very fast rotating collimator. On the one hand, "refractory" and processing times for signal formation may occur in the detector, and on the other hand, time is required for signal forwarding and storage, as well as for simultaneous signal processing. All of this can be bridged by the traveling exposure zone whose rate of migration can be determined or controlled by the rotation.
In der 12 wird eine alternative Gestaltungsmöglichkeit der Spaltfläche (100) demonstriert. Hier wird sie mit einer geringeren Torsion von ε = 60° gezeigt, mit der ebenso in der dargestellten Position eine geschlossene Zeile von einer gewissen Schräge (63) im Detektor (300) durch regulär einfallende Strahlen (60) erzeugt werden kann, d. h. von der langen (101) zur kurzen Spaltfächenkante (102). Die Zeile verläuft steiler als in den vorangegangenen Darstellungen der 10 und der 11. Es gibt hier nur den regulären Durchgang (12a)). Für den umgekehrten Weg von „kurz” nach „lang” gibt es in dieser Konstellation überhaupt keine Durchgangsmöglichkeit.In the 12 is an alternative design possibility of the gap surface ( 100 ). Here it is shown with a smaller torsion of ε = 60 °, with the same in the position shown a closed line of a certain slope ( 63 ) in the detector ( 300 ) by regularly incident rays ( 60 ), ie from the long ( 101 ) to the short gap edge ( 102 ). The line is steeper than in the previous representations of 10 and the 11 , There is only the regular passage here ( 12a) ). For the reverse path from "short" to "long", there is no way to pass through in this constellation.
Diese Passage ist erst nach einer Drehung des Kollimators um 180° möglich, wie sie im zweiten Teil der Darstellung, d. h. in 12b) demonstriert wird. Die meisten Strahlen von der kurzen (102) zur langen Flächenkante (101) treffen auf die Abschirmung (350), nur ein kleiner Bruchteil, hier als Einzelstrahl (53) dargestellt, landet auf dem Detektorfeld (300) an der zentralen Stelle (307).This passage is possible only after a rotation of the collimator by 180 °, as in the second part of the representation, ie in 12b) is demonstrated. Most rays from the short ( 102 ) to the long surface edge ( 101 ) hit the shield ( 350 ), only a small fraction, here as a single beam ( 53 ), lands on the detector field ( 300 ) at the central location ( 307 ).
Nach der Betrachtung, wie eine Bildzeile entsteht, soll in 13 dargestellt werden, wie Objektbereiche in einer angenommenen Entfernung von dem 1,2-fachen des Blendendurchmessers d mit einer rotierenden Blendenspaltfläche erfasst werden können. Als Beispiel wurde dazu ein Kollimatorzylinder mit einem um 60° tordierten Blendenspalt gewählt, welcher in 13a) in der bisher üblichen Weise im Koordinatensystem (10) mit dem Detektor auf seiner linken und dem Objektbereich auf seiner rechten Seite wiedergegeben ist. In der 13b) hingegen wurde eine alternative Darstellungsweise gewählt, bei der die x- und y-Achsen des Koordinatensystems vertauscht wurden, sodass die Detektorposition vor der Kollimatorspaltfläche zum Betrachter hin zu liegen kommt, während die Objektebene im Hintergrund gelegen ist. In beiden Darstellungen läuft der vom Objektpunkt (150) ausgehende Strahl entlang der Spaltfläche (100) von der langen (101) zur kurzen Kante (102) zum Brennpunkt F, der sich auf dem zugehörigen Kreisbogen (122) bewegt. In der gezeigten Spaltstellung wird die auf der Objektfläche hervorgehobene Zeile (171) abgebildet, die in 13a) durch eine dichtere Punktfolge und in 13b) zusätzlich als gestrichelte Linie dargestellt wird. Durch die Rotation des Kollimators wird die mit Punkten gekennzeichnete Objektfläche Zeile für Zeile (170) abgedeckt und abgebildet.After considering how a picture line is created in 13 are shown how object areas can be detected at an assumed distance of 1.2 times the aperture diameter d with a rotating aperture nip surface. As an example, a collimator cylinder with a twisted aperture of 60 ° was chosen 13a) in the usual way in the coordinate system ( 10 ) with the detector on its left and the object area on its right side. In the 13b) however, an alternative mode of representation was chosen in which the x and y axes of the coordinate system were reversed so that the detector position comes to lie in front of the collimator slit face to the viewer while the object plane is in the background. In both representations, the object point ( 150 ) outgoing beam along the cleavage surface ( 100 ) from the long ( 101 ) to the short edge ( 102 ) to the focal point F located on the associated circular arc ( 122 ) emotional. In the gap position shown, the line highlighted on the object surface (FIG. 171 ) shown in 13a) through a denser sequence of points and in 13b) additionally shown as a dashed line. Due to the rotation of the collimator, the object area marked with dots becomes line by line ( 170 ) covered and displayed.
Die 14 demonstriert, dass die Kamera, deren Spalt (100) eine Torsion von = 60° aufweist, nicht ausgelastet ist, wenn der Detektor aus mehreren einzelnen, unabhängig voneinander arbeitenden Detektorelementen ausgestattet ist. In 14a) beträgt die Rotation ξ 60° im Uhrzeigersinn. Zu sehen ist ein Strahlenverlauf (60) aus dem unteren Teil des Objektes durch den Kollimator in „regulärer” Richtung mit einer halben Zeile (305) am oberen Rand des Detektors. Sonst wird kein Strahl durchgelassen. Mit der hier gegebenen Torsion lassen sich mühelos über den Zylinderumfang drei Spalten anordnen, wobei prinzipiell auch ein umgekehrter Strahlengang (62) von der kurzen (102) zur langen (101) Spaltkante möglich wird. In der 14b) wird aber demonstriert, dass diese Strahlen weit außen am Detektor vorbeilaufen. Gegenüber einem Einzelspalt mit dieser Torsion wird dabei die effektive Eintrittsöffnung für Strahlen in die Kamera verdreifacht.The 14 demonstrates that the camera whose gap ( 100 ) has a torsion of = 60 °, is not busy when the detector is equipped of a plurality of individual, independently operating detector elements. In 14a) the rotation ξ is 60 ° clockwise. You can see a ray path ( 60 ) from the lower part of the object through the collimator in the "regular" direction with a half line ( 305 ) at the top of the detector. Otherwise no beam will be transmitted. With the torsion given here, three columns can be arranged effortlessly over the circumference of the cylinder, and in principle also a reverse beam path (FIG. 62 ) of the short ( 102 ) to the long ( 101 ) Splitting edge becomes possible. In the 14b) but it is demonstrated that these rays pass far outside the detector. Compared to a single gap with this torsion, the effective entrance opening for rays in the camera is tripled.
Eine deutliche Effizienzsteigerung wir in der 15 durch das Einfügen weiterer Spalte demonstriert. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Spaltkanäle eingezeichnet, die für die entsprechende Kollimatorstellung zum Detektor relevant sind, getrennt jeweils in 15a) und 15b) für die „regulären” Strahlen (60) von den langen (101) zu den kurzen (102) Spaltflächenkanten (14a) und für die umgekehrten (61) von den kurzen (102) zu den langen Kanten (101). In der 15a) ist zu erkennen, dass selbst benachbarte Spalte gut getrennte Zeilen (305) im Detektor erzeugen, wenn die Strahlen in regulärer Richtung (60) von lang nach kurz den Kollimator passieren. In der umgekehrten Richtung (61) von kurz nach lang gelangen nur vereinzelt Strahlen zum Detektor (307). Diese Darstellung zeigt, dass ein zylindrischer Kollimator mit mehreren Spaltflächen in Regelflächenform in der Lage ist, die Effizienz der Bildgebung zu erhöhen.A significant increase in efficiency in the 15 demonstrated by inserting another column. For clarity, only the gap channels are shown, which are relevant for the corresponding collimator position to the detector, separated in each case 15a) and 15b) for the "regular" rays ( 60 ) of the long ( 101 ) to the short ( 102 ) Cleavage surface edges ( 14a ) and for the reverse ( 61 ) of the short ( 102 ) to the long edges ( 101 ). In the 15a) it can be seen that even adjacent columns have well-separated rows ( 305 ) in the detector when the rays are in the regular direction ( 60 ) pass the collimator from long to short. In the opposite direction ( 61 ) from shortly after, only a few rays reach the detector ( 307 ). This plot shows that a cylindrical collimator with multiple cleavage planes in ruled surface shape is able to increase the efficiency of imaging.
Bis hierher wurde nur eine Einzelkamera vorgestellt, die einen bestimmten Winkelbereich vertikal und horizontal abdeckt. Es können zur Vergrößerung der Untersuchungsfläche sowohl mehrere solcher Kameras zu einer Vorrichtung zusammengefasst werden, wobei jede einzelne Einheit autark mit einem zylindrischen Kollimator (200) ausgestattet sein kann, deren Rotation entweder synchronisiert oder dosisabhängig in Einzelbereichen gesteuert werden kann. Alternativ dazu kann aber ein verlängerter Zylinder mit der Länge nach versetzten Spalten in der beschriebenen Regelflächenform (100) versehen werden, die auf verschiedene parallel angeordnete Detektoren (300) ausgerichtet sind. Durch den gemeinsamen Kollimator wird nur eine Rotationssteuerung benötigt und für alle damit verbundenen Detektoren gilt synchron die gleiche Richtungsinformation.So far, only a single camera has been presented that covers a certain angle range vertically and horizontally. It can be combined to enlarge the examination area both several such cameras to a device, each unit self-sufficient with a cylindrical collimator ( 200 ) whose rotation can be controlled either synchronized or dose-dependent in individual areas. Alternatively, however, an elongate cylinder having the lengthwise offset columns in the described ruled surface shape (FIG. 100 ), which are arranged on different detectors ( 300 ) are aligned. Due to the common collimator, only one rotation control is required, and the same direction information applies synchronously to all the detectors connected thereto.
Die Anordnung von mehreren Kameramodulen in einer Gesamtvorrichtung kann auch einem anderen Zweck dienen, wenn sich die Winkelbereiche der einzelnen Kameras überlappen bzw. die Blickrichtungen zueinander geneigt sind. Dadurch wird ein und dasselbe Objekt aus verschiedenen Winkeln betrachtet. Dies ermöglicht eine Tiefenauflösung analog zum binokularen dreidimensionalen Sehen. Exakt diesem Zweck dient die hier vorgeschlagene Anordnung zweier oder mehrerer Kameramodule mit gemeinsamer Blickrichtung auf ein Objekt aus mehreren Richtungen. In der 16 werden zwei Beispiele für die Anordnung zweier Kameramodule nach dem Prinzip eines Augenpaares gezeigt, einmal mit getrennten, parallel ausgerichteten Kollimatorspaltflächen (100). Die Positionierung der Detektoren ist mit der Lage der Brennpunkte F angezeigt. Zu beachten ist hier jedoch, dass für beide Module alle Messungen mit ihren zugehörigen Rauminformationen über eine gewisse Messperiode für eine nachgeordnete Auswertung gesammelt werden kann. Dabei können dann die Daten, die auf einen beliebigen Punkt (150) im Objekt weisen, für eine Bildrekonstruktion in Beziehung gesetzt werden. Durch ihre schraubenförmige Gestalt können sich die mittlere Höhen h der beiden Spalten in der Längsrichtung des Zylinders überlappen. Die Torsion ε der Spaltflächen beträgt in beiden Darstellungen 180°. Die Ausrichtung des Koordinatensystems im Raum ist in beiden Fällen so angelegt, dass die x-Achse wie in 13b) in die Bildfläche hineinragt, sodass die Detektoren zum Betrachter hin ausgerichtet sind. In der 16b) ist die z-Achse und damit auch die Rotationsachse des Kollimatorzylinders in die horizontale Richtung gekippt. Die Objektebene befindet sich demnach in beiden Präsentationen im Bildhintergrund.The arrangement of a plurality of camera modules in an overall device can also serve a different purpose if the angular ranges of the individual cameras overlap or the viewing directions are inclined relative to one another. As a result, one and the same object is viewed from different angles. This allows a depth resolution analogous to binocular three-dimensional vision. Exactly this purpose is the proposed arrangement of two or more camera modules with a common view towards an object from several directions. In the 16 Two examples of the arrangement of two camera modules according to the principle of a pair of eyes are shown, once with separate, parallel aligned Kollimatorspaltflächen ( 100 ). The positioning of the detectors is indicated by the location of the foci F. It should be noted here, however, that for both modules all measurements with their associated spatial information can be collected over a certain measurement period for a downstream evaluation. In this case, the data that can be sent to any point ( 150 ) in the object, are related to image reconstruction. Due to their helical shape, the average heights h of the two columns can overlap in the longitudinal direction of the cylinder. The torsion ε of the gap surfaces is 180 ° in both representations. The orientation of the coordinate system in space is in both cases designed so that the x-axis as in 13b) protrudes into the image surface, so that the detectors are aligned towards the viewer. In the 16b) is the z-axis and thus also the axis of rotation of the collimator cylinder tilted in the horizontal direction. The object plane is therefore in both presentations in the image background.
Um das an das binokulare Sehen angelehnte Prinzip zu verdeutlichen, sind die Spaltflächen (100) durch die Wahl der beiden Aberrationswinkel ξ hier in der 16a) in einer Rotationsphase gezeigt, dass sie gemeinsam auf den Punkt (150) ausgerichtet sind („sehen”), d. h. die Strahlen (50) durch die beiden Spaltflächen (100) auf die jeweiligen Brennpunkte F treffen. In der 16b) sind nur die Winkel (59) eingezeichnet, die die Sichtbereiche für die beiden asymmetrischen Spalten (100) eingrenzen (vgl. 4b)). Durch die sich kreuzenden Strahlrichtungen (50) erhält man eine Tiefeninformation über die Strahlenquelle, die sich am Punkt (150) befindet. Da der sequentielle Datenstrom mit der Rotationsbewegung der Zylinder im Fall der 16a) bzw. des durchgehenden Zylinders mit den beiden Spalten in 16b) synchron verläuft, ist mit jedem Messwert aus der Detektormatrix (300) eine Richtungsinformation über die momentanen Stellungen der Winkel α und ξ verbunden. Eine Zuordnung von Messwerten zu den Quellpunkten im Raum kann über ihre zugehörigen Richtungsinformationen für eine räumliche Bildrekonstruktion nach einer ununterbrochenen Datenakquisition aus allen Richtungen erfolgen. Dadurch, dass Projektionsdaten simultan aus unterschiedlichen Richtungen gesammelt werden, erübrigt sich eine mechanische Ortsveränderung der Kameravorrichtung oder des Untersuchungsobjekts. Aufwändige mechanische Aufbauten wie Schwenkarme oder eine Gantry werden nicht benötigt. Durch die Anordnung von mehr als zwei Kameraeinheiten kann die Tiefenauflösung im Raum verbessert werden. Es kann somit eine räumliche Darstellung in einer Zeit gewonnen werden, in der mit herkömmlichen Kameras nur eine flächenhafte Einzelaufnahme erstellt wird.In order to clarify the principle based on binocular vision, the cleavage surfaces ( 100 ) by choosing the two aberration angle ξ here in the 16a) shown in a rotation phase that they are together to the point ( 150 ), ie the rays ( 50 ) through the two cleavage surfaces ( 100 ) meet the respective focal points F. In the 16b) are only the angles ( 59 ), which defines the viewing areas for the two asymmetric columns ( 100 ) (cf. 4b) ). Due to the crossing beam directions ( 50 ) one obtains a depth information about the radiation source, which at the point ( 150 ) is located. Since the sequential data flow with the rotational movement of the cylinder in the case of 16a) or the continuous cylinder with the two columns in 16b) is synchronous with each measured value from the detector matrix ( 300 ) Direction information about the current positions of the angle α and ξ connected. An assignment of measured values to the source points in the space can take place via their associated directional information for a spatial image reconstruction after an uninterrupted data acquisition from all directions. The fact that projection data are collected simultaneously from different directions eliminates the need for a mechanical change of location of the camera device or of the examination subject. Elaborate mechanical structures such as swivel arms or a gantry are not needed. By arranging more than two camera units, the depth resolution in the room can be improved. Thus, it is possible to obtain a spatial representation in a time in which only a two-dimensional single image is created with conventional cameras.
Für Anwendungen im medizinischen Bereich, namentlich in der Szintigraphie, werden in der 17 schließlich Beispiele dafür gezeigt, wie feste Anordnungen von Kameramodulen möglich sind, ohne dass während der Aufnahme die Position von Geräten oder des Patienten verändert werden müssen. Auch schwebt keine großvolumige Kamera mehr über dem Patienten. In 17a) sind drei gewinkelt angeordnete Module in der Längsachse eines Patienten gezeigt, mit denen ein dreidimensionales Querschnittbild erzeugt werden kann. Als äußere Teile der Kamera sind die zylindrischen Kollimatoren (200) und die Abschirmung der Detektoren (350) zu erkennen. Die Blickwinkel der Kameras (60) sind so angeordnet, dass sie das Untersuchungsobjekt bzw. das Volumen des Patienten vollständig erfassen. Die Rotationsstellungen der zylindrischen Kollimatoren (200) können mit Hilfe von entsprechenden Registriereinheiten mit physiologischen Rhythmen wie z. B. dem Herzschlag oder Atembewegungen synchronisiert werden, womit die Erstellung bewegungskorrigierter Bilder möglich wird. Eine sich über die Körperlänge eines Patienten erstreckende Anordnung, wie sie in der 17b) zu sehen ist, ermöglicht eine Ganzkörperaufnahme ohne Gerät oder den Patienten bewegen zu müssen und trotzdem einen geringen Abstand zum Untersuchungsgebiet einhalten zu können. Es ist möglich, die Module mit gemeinsamen oder miteinander gekoppelten zylindrischen Kollimatoren (200) auszustatten, wodurch die Gerätesteuerung und die Bildakquisition vereinfacht werden kann. Schließlich erlaubt ein kompakter Aufbau der Kamera eine sehr nahe Heranführung an das Untersuchungsobjekt, wie es in der 17c gezeigt wird. Besonders vorteilhaft ist dies z. B. bei einer Schilddrüsenszintigraphie mit einem Jod-Isotop, das eine sehr hochenergetische Gammastrahlung besitzt, welche eine dicke Abschirmung erfordert (s. o.). Eine zylindrische Spaltblende kann sehr nahe an den Hals eines Patienten herangeführt werden, während sich der Detektoraufbau mit der zugehörigen Abschirmung auf der vom Patienten abgewandten Seite hinter dem Kollimator befindet und ihm selbst ein freier Blick über das Gerät hinweg bleibt.For applications in the medical field, namely in scintigraphy, be in the 17 Finally, examples of how fixed arrangements of camera modules are possible without having to change the position of devices or the patient during recording. Also, no large-volume camera hovers over the patient. In 17a) three angularly arranged modules are shown in the longitudinal axis of a patient, with which a three-dimensional cross-sectional image can be generated. As outer parts of the camera are the cylindrical collimators ( 200 ) and the shielding of the detectors ( 350 ) to recognize. The viewing angles of the cameras ( 60 ) are arranged so that they completely capture the examination subject or the volume of the patient. The rotational positions of the cylindrical collimators ( 200 ) can with the help of appropriate registration units with physiological rhythms such. B. the heartbeat or breathing movements are synchronized, making the creation of motion-corrected images is possible. An over the body length of a patient extending arrangement, as shown in the 17b) can be seen, allows a full body shot without device or the patient to move and still be able to maintain a close distance to the study area. It is possible to use modules with common or coupled cylindrical collimators ( 200 ), whereby device control and image acquisition can be simplified. Finally, a compact construction of the camera allows a very close pre-access to the camera Object of investigation, as in the 17c will be shown. This is particularly advantageous z. In a thyroid scintigraphy with an iodine isotope, which has a very high energy gamma radiation which requires a thick shield (see above). A cylindrical slit diaphragm can be brought very close to the neck of a patient, while the detector assembly with the associated shield on the side facing away from the patient behind the collimator and he himself remains a clear view across the device.
Zusammengefasst wird hier eine Gammakamera mit einem rotierenden Kollimator vorgestellt, die in der Lage ist, hochenergetische Strahlen aus verschiedenen Richtungen zu registrieren. Im Gegensatz zum parallelen Strahlengang von Geräten mit einem Parallellochkollimator und einem Flächendetektor, konvergiert hier der Strahlenverlauf in Richtung der Kamera. So wird eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Bei einer geeigneten Wahl der Einfallswinkel können bei kurzem Abstand zum Objekt Bereiche abgebildet werden, die größer als die Detektorfläche sind. Dies ist ein Unterschied zu Kameras mit Parallellochkollimatoren oder solchen, die zur Darstellung kleinerer Bereiche sogar divergierende Durchtrittskanäle besitzen. Für eine Tiefenauflösung können zwei oder mehrere Einzelkameras zu einem System zusammengefasst werden, wodurch auch der Bereich vergrößert werden kann, von dem simultan eine Aufnahme erstellt wird. Für eine räumliche Auflösung ist weder eine Bewegung des Kamerasystems, noch eine Ortsveränderung des Untersuchungsgegenstands notwendig. Durch das Zusammenwirken mehrerer Kameramodule werden simultan Projektionsbilder erzeugt, die mit anderen Systemen nur sequentiell erhältlich sind.In summary, a gamma camera with a rotating collimator capable of registering high energy beams from different directions is presented here. In contrast to the parallel beam path of devices with a parallel hole collimator and an area detector, the beam path converges towards the camera. This enables a very compact design. With a suitable choice of the angles of incidence, areas that are larger than the detector area can be imaged with a short distance to the object. This is a difference to cameras with parallel hole collimators or those that even have diverging passages to represent smaller areas. For a depth resolution, two or more individual cameras can be combined into one system, which can also increase the area from which a picture is taken simultaneously. For a spatial resolution neither a movement of the camera system, nor a change of location of the object under investigation is necessary. Through the interaction of several camera modules, simultaneous projection images are generated, which are only available sequentially with other systems.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen den Aufbau und die Funktionsweise der Gammakamera. Gezeigt wird die Anordnung der Funktionselemente und die Gestaltung der Strahlendurchtrittsöffnungen durch den Kollimator, welche die Strahlenführung zum Bilddetektor kontrollieren. Die geometrischen Anforderungen an den Detektor und die möglichen Strahlenscharen, die in den jeweiligen Anordnungen und Rotationsstellungen durch den Kollimator von außen auf den Detektor treffen werden ebenfalls veranschaulicht. So liegt ein quasi-optisches System vor. Vergleichbares existiert nur im Bereich fokussierbarer Strahlen mit Hilfe von Linsen.The accompanying drawings illustrate the construction and operation of the gamma camera. Shown is the arrangement of the functional elements and the design of the beam passage openings through the collimator, which control the beam guidance to the image detector. The geometrical requirements for the detector and the possible bundles of beams which strike the detector from the outside in the respective arrangements and rotational positions by the collimator are also illustrated. This is a quasi-optical system. Comparable exists only in the range of focusable rays with the help of lenses.
Es zeigen:Show it:
1: funktionale Bestandteile der Gammakamera in schematischer Darstellung mit dem Führungsspalt (100) in einem soliden Zylinder (200), der um eine Drehachse (210) drehbar gelagert ist und einem Detektorsystem bestehend aus Szintillatorelementen (300) und einer dazwischen liegende Abschirmung (310), hier vereinfacht als Fläche dargestellt; 1 : functional components of the gamma camera in a schematic representation with the guide gap ( 100 ) in a solid cylinder ( 200 ), which is about a rotation axis ( 210 ) is rotatably mounted and a detector system consisting of Szintillatorelementen ( 300 ) and an intervening shield ( 310 ), here simplified as area shown;
2: Detektor mit einzelnem Szintillatorkristall (301), Vorder- und Rückseite der Sensormatrix; 2 : Single scintillator crystal detector ( 301 ), Front and back of the sensor matrix;
3: Abschirmung des Detektors und des Strahlengangs; 3 : Shielding the detector and the beam path;
4: Entwicklung der Spaltfläche aus einem aufrecht stehenden Trapez in einem Zylinder mit dem Scheitelpunkt F, der später zum Brennpunkt wird: a) Ausgangsform des Trapezes im Zylinder, b) beginnende Torsion mit einem Winkel ε von 60°, c) fortschreitende Torsion um weitere 60° auf 120°, der Schenkelwinkel des Trapezes von ±γ bleibt als Blicköffnung einer rotierenden Blende erhalten, d) weitere Torsion bis zu einem gestreckten Winkel von 180°, e) asymmetrische Ausführung mit einer steileren Blickwinkelbegrenzung nach unten und einer flacheren nach oben, und den unterschiedlichen Torsionswinkeln ε1 und ε2, f) Regelfläche, die die Spaltfläche (100) beinhaltet, sich aber über diese hinaus bis zum Kreisbogen (122) erstreckt; 4 : Development of the splitting surface from an upright trapezium in a cylinder with the vertex F, which later becomes the focal point: a) initial shape of the trapezium in the cylinder, b) incipient torsion with an angle ε of 60 °, c) progressive torsion about another 60 ° ° to 120 °, the leg angle of the trapezoid of ± γ is retained as a viewing aperture of a rotating aperture, d) further torsion up to a straight angle of 180 °, e) asymmetric version with a steeper viewing angle limitation downwards and a flatter upwards, and the different torsion angles ε 1 and ε 2 , f) control surface, which the gap surface ( 100 ), but beyond this to the arc ( 122 ) extends;
5: Abrollen der Zylinderoberfläche des Kollimators mit dem Verlauf der Spaltflächenkanten, wobei die lange, zum Objekt orientierte Kante (101) von vorne nach hinten und die kurze, detektororientierte (102) von hinten nach vorne in Richtung des Pfeils (103) abgewickelt dargestellt ist; 5 : Rolling the cylinder surface of the collimator with the course of the cleavage surface edges, wherein the long, object-oriented edge ( 101 ) from front to back and the short, detector-oriented ( 102 ) from back to front in the direction of the arrow ( 103 ) is shown unwound;
6: Lumen des Durchtritts eines Strahls (50) in der Sicht vom Eintritt (101) zum Austritt (102) durch den Kollimatorspalt (100): a) Kollimatorloch mit parallelen Wänden und Ausbildung eines seitlich abstrahlenden Halbschattens durch diagonale Strahlenverläufe, a1) Lumen begrenzt durch beide Spaltinnenflächen nach 180° Torsion und parallelen Spaltwänden, a2) wie a1) mit einer 60°-Torsion, b) Kollimator mit trichterförmigem Wandverlauf zur Vermeidung einer Halbschattenausbildung, b1) wie a1) nur mit keilförmigem Wandabstandsverlauf, b2) wie b1), nur mit 60°-Torsion der Spaltfläche; 6 Photos: Lumen of the passage of a jet ( 50 ) in the view from the entrance ( 101 ) to the exit ( 102 ) through the collimator gap ( 100 ): A) Kollimatorloch with parallel walls and forming a side-firing penumbra by diagonal beam paths, a 1) lumen defined by both cleavage inner surfaces after 180 ° twist and parallel gap walls, a 2) as a 1) with a 60 ° continuous torsion, b) Collimator with a funnel-shaped course of the wall to avoid half shadow formation, b 1 ) like a 1 ) only with a wedge-shaped wall distance profile, b 2 ) as in b 1 ), only with 60 ° torsion of the gap surface;
7: Charakterisierung der Spaltfläche (100) mit den charakteristischen Parametern; 7 : Characterization of the cleavage surface ( 100 ) with the characteristic parameters;
8: Spaltenfläche in einer Rotationsposition: a) Rotationswinkel ξ b) mit einem von unten eintreffenden Strahl; 8th : Column surface in a rotation position: a) rotation angle ξ b) with a beam coming from below;
9: Strahlrichtung (50) in Richtung Detektor auf der vertikalen x/z-Ebene und auf der horizontalen x/y-Ebene (51): a) Durchgang des Strahls zum Detektor in der unteren Blendenhälfte, ξ = –97°, b) Durchgang in der oberen Hälfte, ξ = 97°; 9 : Beam direction ( 50 ) in the direction of the detector on the vertical x / z plane and on the horizontal x / y plane ( 51 ): a) passage of the beam to the detector in the lower half of the diaphragm, ξ = -97 °, b) passage in the upper half, ξ = 97 °;
10: Durchtritt eines Strahlenfächers durch die Spaltfläche (100) mit ξ = 0°: a) „regulär” (60) von der langen (101) zur kurzen (102) Spaltseite, b) Strahlen in umgekehrter Richtung (61) von der kurzen (102) zur langen (101) Spaltseite; 10 : Passage of a fan of light through the cleavage surface ( 100 ) with ξ = 0 °: a) "regular" ( 60 ) from the long ( 101 ) to the short ( 102 ) Gap side, b) rays in the opposite direction ( 61 ) of the short ( 102 ) to the long ( 101 ) Split side;
11: Durchtritt aller möglichen Strahlen mit ξ = 180°: a) regulär (60) von der langen Flächenseite (101) zur kurzen (102), b) umgekehrt (61) von der kurzen (102) zur langen (101) Seite; 11 : Passage of all possible rays with ξ = 180 °: a) regular ( 60 ) from the long surface side ( 101 ) to the short ( 102 ), b) vice versa ( 61 ) of the short ( 102 ) to the long ( 101 ) Page;
12: Strahlendurchtritte entlang einer Spaltfläche (100) mit ε = 60°: a) ξ = 0°, es gibt nur dieser Strahlenfächer (60) auf den Detektor, b) ξ = 180° , es sind nur umgekerte Durchgänge (61) von der kurzen (102) auf die lange Seite (101) möglich, wobei durch die Abschirmung (350) nur ein zentraler Strahl den Detektor (300) treffen kann; 12 : Beam passages along a cleavage surface ( 100 ) with ε = 60 °: a) ξ = 0 °, there is only this ray fan ( 60 ) to the detector, b) ξ = 180 °, they are only reverse passages ( 61 ) of the short ( 102 ) on the long side ( 101 ) possible, whereby through the shield ( 350 ) only one central beam the detector ( 300 ) can meet;
13: Objektpunktpositionen im 1,2-fachen Abstand des Kollimatordurchmessers von der Zentralachse z (10), die mit ε = –60° erfasst werden können: a) Darstellung mit der x-Achse von links nach rechts, b) gespiegelte Darstellung mit der x-Achse von vorne nach hinten und der y-Achse von links nach rechts; 13 : Object point positions 1.2 times the distance of the collimator diameter from the central axis z ( 10 ), which can be detected with ε = -60 °: a) representation with the x-axis from left to right, b) mirrored representation with the x-axis from front to back and the y-axis from left to right;
14: Strahlendurchtritte entlang einer Spaltfläche (100), ε = –60°, und mit Mehrfachanordnung von Spalten: a) ξ = –60° mit regulärem Strahlenfächer (60), der am oberen Rand den Detektor trifft (305), b) Blendenzylinder mit 3 Schlitzen, jeweils um 120° versetzt angeordnet, mit „regulärem” (60) Strahlenfächer (ξ = 0°) von der langen (101) zur kurzen Kante (102) sowie zweier umgekehrter Strahlenfächer (62) von der kurzen (102) zur langen Kante (101) beider anderen Spaltflächen (ξ = ±120°), die auf Abschirmungen treffen. Es gibt keine andere Strahlen auf den Detektor als die gezeigten mit dem schrägen Zeilenverlauf (63). 14 : Beam passages along a cleavage surface ( 100 ), ε = -60 °, and with multiple arrangement of columns: a) ξ = -60 ° with regular fan beam ( 60 ), which hits the detector at the upper edge ( 305 ), b) diaphragm cylinder with 3 slots, each offset by 120 °, with "regular" ( 60 ) Fan beams (ξ = 0 °) from the long ( 101 ) to the short edge ( 102 ) and two reverse fan beams ( 62 ) of the short ( 102 ) to the long edge ( 101 ) of both other cleavage surfaces (ξ = ± 120 °), which hit shields. There are no other rays on the detector than those shown with the oblique line trace ( 63 ).
15: Strahlendurchtritte durch einen zylindrischen Kollimator mit mehreren Spalten ε = 60°, nur mit den Außenkanten der Spalte eingezeichnet, die für die Strahlen auf den Detektor in der jeweiligen Stellung relevant sind. Der Abstandswinkel zwischen den Spalten beträgt 20°: a) regulärer Strahlenweg (60) mit jeweils in getrennten Zeilen, eine für jeden Spalt, b) umgekehrter Strahlenweg (61) von der kurzen Spaltkante (102) zur langen (101) mit vereinzelt auf den Detektor treffenden Strahlen (307); 15 : Beam passages through a cylindrical collimator with several columns ε = 60 °, drawn only with the outer edges of the column, which are relevant to the rays on the detector in the respective position. The distance between the columns is 20 °: a) regular ray path ( 60 ) each with separate lines, one for each gap, b) reverse ray path ( 61 ) from the short gap edge ( 102 ) to the long ( 101 ) with occasional rays striking the detector ( 307 );
16: Lokalisation eines punktförmigen Strahlers (150) im Raum mit Hilfe von zwei Kameramodulen, x- und y-Achsen im Koordinatensystem sind vertauscht wie in 13b) mit in den Hintergrund weisenden x-Achsenrichtungen, die Lage der Brennpunkte F deuten die Positionen der Detektoren an: a) parallel angeordnete Spaltflächen (100) in Rotationsstellungen für Strahlendurchtritten (50) auf den gemeinsamen Punkt (150), b) Module mit einem gemeinsamen Kollimatorzylinder, der sich um die horizontal gelegte Achse (210) dreht; 16 : Localization of a point-shaped radiator ( 150 ) in the room with the help of two camera modules, x and y axes in the coordinate system are reversed as in 13b) with x-axis directions pointing in the background, the position of the focal points F indicate the positions of the detectors: a) parallel gap surfaces (FIG. 100 ) in rotational positions for beam passages ( 50 ) to the common point ( 150 ), b) modules with a common collimator cylinder, which extends around the horizontal axis ( 210 ) turns;
17: Vorrichtungen für medizinische Anwendungen (Szintigraphie), äußerlich sichtbar sind die zylindrischen Kollimatoren (200), die in ihrer Längsachse wie in 16b) gezeigt mit mehreren Detektoren verbunden sein können, und die Abschirmungen um die Detektoren (350): a) Anordnung in einer Achse parallel zu der Körperlängsachse des Patienten, b) wie a) in seitlicher Ansicht, c) in extrem naher Lage zum Untersuchungsobjekt wie in der Schilddrüsendiagnostik, d) wie c) in seitlicher Ansicht. 17 : Devices for medical applications (scintigraphy), externally visible are the cylindrical collimators ( 200 ), which in their longitudinal axis as in 16b) shown connected to multiple detectors, and the shields around the detectors ( 350 a) Arrangement in an axis parallel to the longitudinal axis of the patient, b) as a) in lateral view, c) in extremely close position to the examination subject as in thyroid diagnosis, d) as c) in lateral view.
Durchgängig durch alle Figuren werden folgende Bezugszeichen für Details, geometrische Größen, Strahlen, Strecken, Flächen und für Bauteile verwendet:Throughout all figures, the following reference numbers are used for details, geometrical sizes, beams, distances, areas and components:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z,Coordinate system with the axes x, y and z,
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2020
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Scheitel-/Brennpunkt F der Schenkel des Ausgangstrapezes vor der Torsion zur Regelfläche des Spalts (100), Scheitel des Winkels γ,Vertex / focal point F of the legs of the output trapezoid before the torsion to the control surface of the gap ( 100 ), Vertex of the angle γ,
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5050
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detektierbare(r) Strahl(en) von einem Objektpunkt ausgehend in die Kamera von der langen (101) zur kurzen (102) Spaltöffnung,Detectable beam (s) from an object point into the camera from the long ( 101 ) to the short ( 102 ) Gap opening,
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5151
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Strahlengang auf der Spaltfläche (100) in umgekehrter Richtung von (102) nach (101),Beam path on the cleavage surface ( 100 ) in the reverse direction of ( 102 ) to ( 101 )
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5353
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Strahl im Detektorbereich,Beam in the detector area,
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5959
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begrenzender Strahl des möglichen Bereich des Winkels β,limiting beam of the possible range of the angle β,
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6060
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Strahlenfächer von der Objekt- zur Detektorseite von der weiten, stärker geöffneten Spaltöffnung (101) zur engeren (102),Beam fan from the object to the detector side of the wide, more open gap opening ( 101 ) to the narrower ( 102 )
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6161
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Strahlenfächer von der Objekt- zur Detektorseite in umgekehrter Richtung durch die walzenförmige Blende von der engen (102) zur weiten (101) Spaltöffnung,Beam fan from the object to the detector side in the reverse direction through the roller-shaped aperture of the narrow ( 102 ) to the far ( 101 ) Gap opening,
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6262
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Strahlenfächer in umgekehrter Richtung (61), aber außerhalb des detektierbaren Bereiches,Fan beams in the opposite direction ( 61 ), but outside the detectable range,
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6363
-
Höhenbereich, beschreibbar mit Werten für β, einer durchlaufenden Zeile, der von einem Strahlenfächer in regulärer Richtung erzeugt wird,Height range, writable with values for β, a continuous line generated by a ray fan in the regular direction,
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9090
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trapezförmige Ausgangsfläche, geht durch Torsion in die Regelfläche (100) über,Trapezoidal starting surface, goes through torsion in the control surface ( 100 ) above,
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100100
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Spalt in Regelflächenform, hervorgegangen aus senkrechtem Ausgangstrapez (90),Slit in regular surface form, emerged from vertical output trapezoid ( 90 )
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101 101
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zum Objekt orientierte lange Spaltöffnung u. a. gebildet von langer Kante des Ausgangstrapezes,to the object oriented long slit opening u. a. formed by long edge of the initial trapezoid,
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102102
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zum Detektor gerichtete kurze Spaltöffnung u. a. gebildet von kurzer Kante des Ausgangstrapezes,directed to the detector short gap opening u. a. formed from short edge of the initial trapezoid,
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103103
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Richtung des Abrollens der Zylinderoberfläche (200) des Kollimators,Direction of rolling of the cylinder surface ( 200 ) of the collimator,
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105105
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asymmetrische Spaltfläche, analog zu (100),asymmetric cleavage plane, analogous to ( 100 )
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110110
-
erweiterte Regelfläche, in der sich die Spaltfläche (100) befindet, bis zum Kreisbogen ersteckend, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,extended ruled surface, in which the gap surface ( 100 ), up to the circular arc on which the focal point F moves,
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120120
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Punkt P auf der Spaltfläche (100) mit den Koordinaten xp, yp und zp,Point P on the cleavage surface ( 100 ) with the coordinates x p , y p and z p ,
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122122
-
Kreisbogen mit dem Radius f, auf horizontaler x/y-Ebene, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,Circular arc with the radius f, on the horizontal x / y-plane, on which the focal point F moves,
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131131
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Eintrittspunkt eines Strahls (50) in den Kollimatorspalt (100),Entry point of a ray ( 50 ) into the collimator gap ( 100 )
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132132
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Austrittspunkt eines Strahls (50) aus dem Spalt (100),Exit point of a jet ( 50 ) from the gap ( 100 )
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140140
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Lumen des Spalts (100), Strahlenkanal durch den Kollimator,Lumen of the gap ( 100 ), Beam channel through the collimator,
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141141
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Spaltbreite der Eintrittsstelle an der langen Spaltkante (101),Gap width of the entry point at the long gap edge ( 101 )
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142142
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Spaltbreite der Austrittsstelle an der kurzen Spaltkante (102),Gap width of the exit point at the short gap edge ( 102 )
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150150
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Punkt im Objekt mit den Koordinaten xi, yi und zi,Point in the object with the coordinates x i , y i and z i ,
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170170
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Objektfeld mit Objektpunkten (150), das mit der entsprechenden Torsion und alle Rotationsstellungen des Kollimators abbildbar ist,Object field with object points ( 150 ), which can be imaged with the corresponding torsion and all the rotational positions of the collimator,
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171171
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Objektzeile im Objektfeld (170), die sich für eine bestimmte Rotationsstellung ergibt,Object line in the object field ( 170 ), which results in a certain rotational position,
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200200
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zylindrischer Blendenkörper mit Spalt (100) mit Rotationsachse (210) im Zentrum des Koordinatensystems (10),cylindrical diaphragm body with gap ( 100 ) with rotation axis ( 210 ) in the center of the coordinate system ( 10 )
-
210210
-
Rotationsachse des Blendenkörpers (200),Rotation axis of the visor body ( 200 )
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220220
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Durchmesserkreis des Blendenkörpers (200) auf x/y-Ebene des Koordinatensystems (10),Diameter circle of the diaphragm body ( 200 ) on the x / y plane of the coordinate system ( 10 )
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251251
-
Richtungsfächer für einfallende Strahlen in den Zylinder (200), identisch mit der Ausgangsfläche (90), gleichzeitig laterale Begrenzung des Einfallsbereichs detektierbarer Strahlen auf der „einen” lateralen SeiteDirectional fan for incident rays in the cylinder ( 200 ), identical to the starting surface ( 90 ), at the same time lateral limitation of the incidence range of detectable rays on the "one" lateral side
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252252
-
Richtungsfächer für einfallende Strahlen in den Zylinder (200), identisch mit der Ausgangsfläche (90), gleichzeitig laterale Begrenzung des Einfallsbereichs detektierbarer Strahlen auf der „anderen” lateralen SeiteDirectional fan for incident rays in the cylinder ( 200 ), identical to the starting surface ( 90 ), at the same time lateral limitation of the incidence range of detectable rays on the "other" lateral side
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300300
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Lage der Detektorelemente,Position of the detector elements,
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301301
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einzelnes Detektorelement, das von einem einfallenden Strahl (53) getroffen wird,single detector element that is illuminated by an incident beam ( 53 ),
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302302
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Vorderseite von länglichen Szintillatorelementen (301),Front of elongated scintillator elements ( 301 )
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303303
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Hinterseite von Szintillatorelementen (301),Rear side of scintillator elements ( 301 )
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305305
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Zeile, die ein Strahlenfächer (60) auf der Szintillatorebene hinterlässt,Line containing a fan of rays ( 60 ) leaves on the scintillator level,
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307307
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Spuren, die ein Strahlenfächer in umgekehrter Richtung (61) hinterlässt,Traces showing a fan of rays in the opposite direction ( 61 ) leaves,
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310310
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Fläche, die eine Abschirmung des Detektors abzudecken hat,Surface that has to cover a shield of the detector,
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330330
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Spalt in der Fläche (310) für den Durchlass zu detektierender Strahlen (50) in den Detektorraum,Gap in the surface ( 310 ) for the passage of rays to be detected ( 50 ) into the detector space,
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350350
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Detektor- und Strahlengangsabschirmung,Detector and beam shielding,
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351351
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fächerförmiger Strahlenbereich außerhalb des Zylinders (200) im Bereich der Abschirmung des Detektors (350)Fan-shaped beam area outside the cylinder ( 200 ) in the area of the shielding of the detector ( 350 )
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aa
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Spaltbreite, d. h. Abstand der Spaltwände zueinanderGap width, d. H. Distance of the gap walls to each other
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bb
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Objektweite, d. h. der Abstand zwischen der z-Achse des Koordinatensystems (10) und dem Objektpunkt (150),Object distance, ie the distance between the z axis of the coordinate system ( 10 ) and the object point ( 150 )
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dd
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Durchmesser des zylindrischen Blendenkörpers (200), gleichzeitig die Breite der gleichschenkligen Trapezfläche (90), aus der die Regelfläche (100) geformt wird, die dann die Form des Spalts in der Blende bestimmt,Diameter of the cylindrical diaphragm body ( 200 ), at the same time the width of the isosceles trapezoidal surface ( 90 ), from which the control surface ( 100 ), which then determines the shape of the gap in the diaphragm,
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ff
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Brennweite, Entfernung des Brennpunktes F (20) vom Koordinatenursprung (10), gleichzeitig Radius des Kreisbogens, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,Focal length, focal distance F ( 20 ) from the coordinate origin ( 10 ), at the same time the radius of the circular arc on which the focal point F moves,
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FF
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Brennpunkt, der sich mit der Torsion um den Winkel α und der Rotation der zylindrischen Blende (200) um den Winkel ξ (s. u.) auf einem Kreisbogen mit dem Radius f bewegt,Focal point associated with the torsion about the angle α and the rotation of the cylindrical diaphragm ( 200 ) is moved by the angle ξ (see below) on a circular arc with the radius f,
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hH
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mittlere Höhe der trapezförmigen Ausgangsfläche (90) bzw. der Regelfläche (100) auf der z-Raumkoordinatenachse (10), auf der die Drehachse (210) liegt,mean height of the trapezoidal starting surface ( 90 ) or the control surface ( 100 ) on the z-space coordinate axis ( 10 ), on which the axis of rotation ( 210 ) lies,
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mm
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Steigung der Abstandsstrecke Wand zu Wand im Spalt (100),Slope of the distance distance wall to wall in the gap ( 100 )
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uu
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Abstand eines Punkts auf der Spaltfläche (100) von der z-Achse des Koordinatensystems (10),Distance of a point on the cleavage surface ( 100 ) from the z-axis of the coordinate system ( 10 )
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αα
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lokaler Torsions- bzw. Positionswinkel α für einen detektierbaren Strahl innerhalb des Kollimatorzylinders auf der x/y-Ebene des Koordinatensystems (10) mit einem Scheitelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems (10), der einen Wert zwischen –ε und ε annehmen kann und der Beschreibung des Winkels β dient,local torsion or position angle α for a detectable beam within the collimator cylinder on the x / y plane of the coordinate system ( 10 ) with a vertex in the origin of the coordinate system ( 10 ), which has a value between -ε and ε can assume and the description of the angle β,
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ββ
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Winkel eines detektierbaren Strahls durch den Kollimator (200) auf einer vertikalen Ebene durch die z-Achse bzw. Rotationsachse (210) mit Scheitelpunkt im Brennpunkt F,Angle of a detectable beam through the collimator ( 200 ) on a vertical plane through the z-axis or rotation axis ( 210 ) with vertex at focus F,
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γ1, γ2 γ 1 , γ 2
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Steigungswinkel der Trapezschenkel der Ausgangsfläche (90) mit dem Scheitelpunkt F, gleichzeitig Grenze des Winkelbereichs für β nach oben und unten, Steigungswinkel der Abstandsstrecke zwischen den Spaltinnenflächen,Slope angle of the trapezoidal limbs of the starting surface ( 90 with the vertex F, at the same time limit of the angular range for β up and down, slope angle of the distance distance between the gap inner surfaces,
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δδ
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Steigungswinkel der Abstandsstrecke zwischen den Spaltinnenflächen,Pitch angle of the distance between the gap inner surfaces,
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ε1, ε2 ε 1 , ε 2
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Torsionswinkel der trapezförmigen Ausgangsfläche (90) zur Spaltfläche (100), gleichzeitig Grenze des Winkelbereichs für den lokalen Torsions bzw. Positionswinkel α,Torsion angle of the trapezoidal output surface ( 90 ) to the cleavage surface ( 100 ), at the same time limit of the angular range for the local torsion or position angle α,
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ξξ
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Rotationswinkel des zylindrischen Blendenkörpers (200) um die zentrale Achse (210) und der damit verbundenen Lage des Brennpunktes F.Rotation angle of the cylindrical diaphragm body ( 200 ) about the central axis ( 210 ) and the associated position of the focal point F.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102005048519 [0003] DE 102005048519 [0003]
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EP 1772874 [0003] EP 1772874 [0003]
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DE 102007057261 [0003] DE 102007057261 [0003]
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EP 2062705 [0003] EP 2062705 [0003]
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DE 2500643 [0005] DE 2500643 [0005]
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DE 69832666 [0005] DE 69832666 [0005]
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EP 0887662 [0005] EP 0887662 [0005]
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DE 69900231 [0005] DE 69900231 [0005]
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EP 1004897 [0005] EP 1004897 [0005]
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DE 69930692 [0005] DE 69930692 [0005]
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EP 0973046 [0005] EP 0973046 [0005]
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DE 69728358 [0005] DE 69728358 [0005]
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EP 0846961 [0005] EP 0846961 [0005]
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DE 4442287 [0006] DE 4442287 [0006]