DE19756697A1 - Vorrichtung zur Stückgut-Röntgentomosynthese - Google Patents

Description

Für die Gepäckkontrolle an Flughäfen oder generell von zu überprüfendem Stückgut hat sich die Röntgenaufnahme in Abtasttechnik bewährt. Die Röntgenaufnahmen werden in der Regel als Abtastbilder gemäß Fig. 1 erzeugt: Das zu kontrollierende Stückgut 1 wird auf ein Förderband oder eine andere linear bewegte Fördereinrich­ tung 2 aufgelegt und durchfährt auf diesem einen flachen Fächer 3 von Röntgen­ strahlen, der vom Röntgenstrahler 4 mit einem im wesentlichen punktförmigen Brennfleck 5 und einem linearen ortsselektiven Röntgendetektor 6 aufgespannt wird. Nach heutigem Technologiestand ist dieser Detektor in der Regel als linear angeord­ nete Reihe von einzelnen Detektorelementen ausgeführt. Die von den Detektor­ elementen dieser Detektorreihe ausgehenden Signale werden über die Signal-oder Datenverbindung 7 einem Bildverarbeitungssystem 8 zugeführt und in dessen Bild­ speicher als jeweils letzte vertikale Zeile/n eines Bildes abgespeichert, wenn der lineare Detektor senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stückgutes 1 orientiert ist. Ausführungsgemäße Abweichungen des Detektors von einer vertikalen Orientierung bedeuten auch die gleiche Abweichung der Zeile/n von ihrer vertikalen Orientierung. Das Bild insgesamt wird einem Sichtgerät 9 zugeführt und dort auf dem Betrach­ tungsschirm 10 dargestellt. In Fig. 1 ist auf dem Sichtgerät 9 das röntgendurch­ strahlte Stückgut als Skizze im Betrachtungsschirm 10 angedeutet.

Bewegt sich das Stückgut weiter, werden in der Regel im neuen durchstrahlten Abschnitt andere Schwächungsverhältnisse für die Röntgenstrahlung vorliegen. Entsprechend ändern sich von den Detektorelementen abgegebenen Signale (Abta­ stung" durch den Detektor), die als neue "letzte Zeile/n" in den Bildspeicher eingege­ ben werden; die bis dahin erste/n Zeile/n des Bildes wird/werden dafür gelöscht bzw. mit der/den bis dahin zweiten/unmittelbar folgenden Bildzeile/n überschrieben wie im Bildspeicher jede andere Zeile an die Stelle der vorherigen tritt. Auf dem Sichtgeräte-Betrachtungsschirm erscheint das Bild als um eine/mehrere (vertikale) Zeile/n nach rechts gewandert. Die Geschwindigkeit des Förderbandes ist auf die Geschwindigkeit des laufenden Bildaufbaus abgestimmt, um Bildverzerrungen in der Bildhorizontalen zu vermeiden.

Der Vollständigkeit halber sei noch hinzugefügt, daß die vom Röntgenstrahler 4 ausgehende und auf den Detektor 6 gerichtete Strahlung durch eine sogenannte Schlitzblende 11 so ausgeblendet wird, daß nicht auf den Detektor 6 ausgerichtete Anteile der Strahlung zurückgehalten werden. Diese Ausblendung geschieht, um die im Stückgut von der primären Röntgenstrahlung hervorgerufene Streustrahlung, die sich der auf den Detektor fallenden und die Bildinformation tragende Primärstrah­ lung überlagert und deswegen stört, möglichst gering zu halten, wie auch aus Gründen des Strahlenschutzes. Die Anordnung von Röntgenstrahler 4 mit Blende 11 und der lineare Detektor 6 stellen die Abtasteinheit 12 des Systems dar.

Des weiteren sei erwähnt, daß der Detektor 6 auch mehr als eine Reihe von Detektorelementen aufweisen kann. Im Fall von zwei Reihen ist die erste, gezählt in Bewegungsrichtung des Stückgutes 1, die Reihe, die z. B. die momentan letzte Zeile des Bildes liefert. Rückt das Stückgut 1 um eine Zeilenbreite weiter, liefert die erste Reihe des Detektors 6 die Signale für die nunmehr letzte Zeile des Bildes. Die vorher letzte Zeile ist jetzt die zweitletzte. In diese schreibt nun die zweite Reihe des Detektors 6 die Röntgenstrahlungsdaten aus dem gleichen Abschnitt des Stück­ gutes, das vorher die Signale für die erste Reihe geliefert hat, jedoch nach Addition mit den dort schon befindlichen Signalen und Mittelwertbildung mit diesen. Für diese vorher letzte Zeile verbessert sich so das Signal-Rausch-Verhältnis, weil die aus dem gleiche Bereich des Stückgutes 1 empfangene Röntgendosis (und damit die Anzahl der Röntgenquanten) sich verdoppelt hat.

Zur Verdeutlichung von Fig. 1 dient Fig. 1a, die eine Grundrißdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist.

Die durch den beschriebenen Abtastvorgang entstehenden Bilder sind von ihrer Art her naturgemäß nicht mit medizinischen Röntgenbildern zu vergleichen. Ein ent­ scheidender Unterschied besteht darin, daß z. B. die Röntgenbildern des mensch­ lichen Körpers dargestelltem Strukturen im wesentlichen invariant sind, d. h. unab­ hängig vom Individuum ist das Röntgenbild einer Lunge immer als solches zu erkennen. Bei einem Stückgut, z. B. bei einem Gepäckstück, können grundsätzliche Invarianzen nicht erwartet werden. Das erschwert die Deutung der von solchen Objekten hergestellten Röntgenaufnahmen. In Gegensatz z. B. zu einer Lungen­ aufnahme mit den darin erkennbaren Strukturen von Brustbein, Herz und Wirbel­ säule kann bei Stückgut von vornherein unbekannten Inhalts nicht immer gesagt werden, ob die im Röntgenbild sichtbaren Strukturen Teile eines einzelnen Gegen­ standes sind oder ob unterschiedliche Strukturen zu Gegenständen gehören, die hintereinander oder nebeneinander gelagert sind. Als Hilfe zur Deutung von Struk­ turen wurde für die bessere Unterscheidbarkeit von Helligkeitsunterschieden im Bild die Falschfarbentechnik eingeführt: Geringe Helligkeitsunterschiede werden dadurch verdeutlicht, daß ihnen unterschiedliche Farben zugeordnet werden.

Eine andere mögliche und bekannte Hilfe zur Deutung der auf den Röntgenbildern von Stückgut auftretenden Strukturen ist die Auswertung von Röntgenbildpaaren, die durch eine geeignete Abtastanordnung mit einem oder mehreren Linear-Detekto­ ren und einem oder mehreren Strahlern erzeugt werden, mittels stereoskopischer Betrachtung. Die stereoskopische Betrachtung ermöglicht es nämlich, Lage und Richtung von Strukturen zu erkennen.

Bei der Gewinnung von Röntgenbildpaaren von Stückgut zur stereoskopischen Aus­ wertung wird von einem anderen Unterschied zu medizinischen Röntgenaufnahmen als dem oben aufgeführten Gebrauch gemacht. Dieser Unterschied zwischen Rönt­ genbildern vom menschlichen Körper, der sich grundsätzlich ständig als Ganzes und in seinem Innern bewegt (Atembewegungen der Lunge, schlagendes Herz, und dem von Stückgut ist der, daß in der Regel ohne Einfluß von außen, z. B. durch Stoß, sich die Strukturen innerhalb des Stückgutes nicht bewegen, also zeitinvariant sind. Das macht die Aufnahme von deutlich zeitversetzten Röntgenbildern zur jedoch gleichzeitigen Auswertung möglich.

In speziellen Fällen wird auch Stückgut einer röntgencomputertomographischen Untersuchung unterworfen. Ein Einrichtung, die der Erzeugung von Röntgen­ computertomogrammen von Stückgütern auf einem laufenden Band und unter Nutzung dieser Bewegung dient, wird im Deutschen Patentamt unter dem Akten­ zeichen 197 49 783.7 als Anmeldung eines Patentes vom 11.11.97 geführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, zu den bestehenden Hilfen wie die oben angeführte Falschfarbentechnik, die Röntgencomputertomographie als auch stereoskopische Bildauswertung eine weitere Hilfe zur Deutung der auf den Röntgenbildern von Stückgut auftretenden Strukturen zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1. Bei der Erfindung erfolgt die Erzeugung von Schichtbildern wählbarer Schichtlage aus Bilddaten von einem auf einer Transporteinrichtung gleichmäßig bewegtem Stückgut durch eine geeignete Anordnung von Abtasteinheiten mit je einem Detektorarray und einem Strahler, wobei z. B. mehrere Abtasteinheiten auch einen gemeinsamen Strahler haben können. Mit dem Durchlauf des Stückgutes durch die Anordnung von Abtasteinheiten wird ein Datensatz erzeugt, ,aus dem Schichtbilder unterschiedlicher Schichtlage berechnet werden können.

Das Verfahren der Tomosynthese und ein Gerät für klinische Anwendung ist z. B. beschrieben in dem Aufsatz "Digitales Vielfachschichten: eine neue Realisierung der klassischen Serioskopie" von U.Bittner, C.Düber, R.Koch, M.Pfeiler, erschienen in der Zeitschrift electromedica 56 (1988), S. 16 bis 23. Fig. 2 ist dieser Arbeit entnom­ men und erläutert den Vorgang der Tomosynthese. Fig. 2 zeigt dabei eine Anordnung von einem Röntgenstrahler (oben im Bild), der über ein Aufnahmeobjekt wandert, und ein Bildaufzeichnungssystem (unten im Bild), das sich gegenläufig zum Strahler bewegt und hier zwar so, daß der Zentralstrahl des Strahlers stets durch das Zentrum des Bildaufzeichnungssystems geht.

An den in Fig. 2 mit a,b und c gekennzeichneten Stellen wird nun jeweils ein trans­ parentes Röntgenbild hergestellt. Legt man die Bilder randständig übereinander, so fallen die auf allen drei Aufnahmen vorhandenen Abbilder des Details A überein­ ander. Denn das jeweilige Abbild des Details A befindet sich in allen drei Aufnahmen an der gleichen Stelle, weil der Drehpunkt der Anordnung aus Strahler und Bild­ ebene des Bildaufzeichnungssystems in der Schicht liegt, in der sich auch das Detail A befindet. Die Abbilder des Details B, das in einer Schicht unter der liegt in der sich das Detail A befindet, liegen in den einzelnen Aufnahmen an unterschiedlichen Stellen. Bei einer Durchblickbetrachtung des Packs der drei randständig überein­ andergelegten Aufnahmen fallen die Abbilder des Details A also aufeinander, die Abbilder des Details B treten an unterschiedlichen Stellen auf. Das Summenbild zeigt also eine einzige und deshalb scharfe Abbildung des Details A (und gegebe­ nenfalls anderer in der gleichen Objektschicht vorhandenen Details) mit dreifachem Signalbeitrag, das Details B hat (wie gegebenenfalls andere in der gleichen Objekt­ schicht vorhandenen Details) Einzelbilder mit einfachem Signalbeitrag an unter­ schiedlichen Stellen, wird also auseinandergezogen, sozusagen unscharf, wieder­ gegeben. Dieser Effekt der scharfen Abbildung von Detail A und der unscharfen von Detail B wird mit zunehmender Anzahl von Einzelaufnahmen deutlicher.

Die Situation für diese Summenbilder der beiden Details (bzw. der Objektschichten, in denen diese Details liegen) läßt sich dadurch umkehren, daß man vor dem Übereinanderlegen die Einzelaufnahmen so gegeneinander verschiebt, daß nunmehr die Abbilder von Detail B übereinanderzuliegen kommen. Jetzt wird im Summenbild das Detail B scharf abgebildet und das Detail A in der erwähnten Weise unscharf. Der Tomographie-Winkel ϕ bestimmt dabei, wie schnell die Unschärfe beim Über­ gang von der scharf abzubildenden Schicht zu den Nachbarschichten zunimmt. Der Tomographie-Winkel ist in Fig. 2 der Winkel ϕ zwischen den Zentralstrahlen der Strahlenkegel in den Endstellungen der Strahler, wobei der Scheitel des Winkels mit dem Schnittpunkt dieser Zentralstrahlen zusammenfällt.

Aus der Fig. 2 und dem vorstehend Gesagten ist ersichtlich, daß der Drehpunkt der Anordnung aus Strahler und Bildebene des Bildaufzeichnungssystems nicht im Objekt liegen muß, um durch Überlagerung der Einzelbilder zu Schichtbildern zu kommen. Liegt der Drehpunkt außerhalb des Objektes, müssen eben die Einzelbilder vor der Überlagerung zum Summenbild in jedem Fall gegeneinander verschoben werden, um zu Schichtbilder zu kommen. So kann besagter Drehpunkt z. B. in der Bildebeben des bildaufzeichnenden Systems gelegt werden, was nur noch die Bewegung des Strahlers erfordert.

Für die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist wesentlich, daß die Geometrie der Abbil­ dung für alle in Betracht kommenden Schichten stimmt, daß nämlich bei der Erzeugung der Einzelbilder die Bildebene immer in einer Ebene liegt, die parallel zur Linie der Strahlerbewegung liegt, und zwar zur Erhaltung der gleichartigen Abbil­ dungsgeometrie der einzelnen Objektschichten in allen Einzelbildern bis auf die von Einzelbild zu Einzelbild unterschiedliche Verschiebung der Abbilder dieser Objekt­ schichten gegeneinander (Strahlensatz der Geometrie). Für die Darstellung zur Bodenfläche des Objektes (gleich Auflagefläche am Gerät) parallel orientierter Schichten ist die Bildebene des bildaufzeichnenden Systems ebenso auszurichten.

Diese Erzeugung von Summenbildern zur scharfen Darstellung unterschiedlicher Objektschichten läßt sich dann einfach und schnell handhaben, wenn die Bilddaten nicht in Form von einzelnen Röntgenaufnahmen, sondern als digitale Datensätze vorliegen. Diese Technik hat auch den Vorzug, daß man z. B. für die Darstellung zur Bodenfläche des Objektes parallel orientierter Schichten durchaus von den Vorschriften abweichen kann, die Bildebene des bildaufzeichnenden Systems ebenso auszurichten oder für alle Positionen des bildaufzeichnenden Systems gleiche Abbildungsgeometrie sicherzustellen. Mit der digitalen Datentechnik lassen sich Abbildungen durch unterschiedliche Strahlengeometrien unter Anwendung der einfachen durch den Strahlensatz der Geometrie gegebenen Beziehungen ineinander umrechnen. Die Beachtung der Vorschriften hat aber auch für digitale Bildtechniken den Vorzug der Einfachheit und damit Beschränkung des Aufwandes.

Zur Möglichkeit der Umrechnung zeigt Fig. 2a Beispiele. In der linken Anordnung in Fig. 2a werde in der Ebene des Bildempfängers s die (dünne) Schicht S im Objekt O abgebildet, wobei sich diesem Bild die Bilder aller anderen Strukturen des Ob­ jektes O überlagern. Das dadurch entstehende Gesamtbild findet sich auch in den Ebenen der Bildempfänger s' und x, wobei es an der Stelle s' lediglich vergrößert, an der Stelle x weiter vergrößert und zusätzlich linear verzerrt ist. In der rechten Anord­ nung werde das Bild der Schicht S in die Ebene des Bildempfängers y abgebildet. Trotz der dargestellten unterschiedlichen Strahlengeometrie ist es dem in der Ebene des Bildempfängers s bis auf den Vergrößerungsmaßstab gleich, wenn auch die Überlagerung durch die Bilder der anderen Strukturen des Objektes unterschiedlich erfolgt, und dadurch die Gesamtbilder in den Ebenen der Bildempfänger s und y sich grundsätzlich, d. h. selbst wenn von unterschiedlichen Vergrößerungsmaßstäben und zusätzlichen linearen Verzerrungen abgesehen wird, unterscheiden. Das Gesamtbild in der Ebene des Bildempfängers z geht aus dem Bild in der Ebene des Bildempfän­ gers y durch Vergrößerung und zusätzliche lineare Verzerrung hervor. Der Strahlen­ satz der Geometrie erlaubt bei bekannten Strahlengeometrien die die Umrechnung aller Gesamtbilder so, daß die in ihnen enthaltenen Anteile des Bildes der Schicht S mit denen im Gesamtbild in einer Bezugsebene übereinstimmen, z. B. in der Ebene des Bildempfängers s.

Die Erfindung macht sowohl von dem Prinzip der Tomosynthese Gebrauch als auch davon, daß die Bilddaten Röntgenbilder unterschiedlicher Projektionen sind, die nach dem Abtastverfahren gemäß der Darstellung in Fig. 1 erzeugt werden. Bei der Darstellung und Erläuterung wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Regel nur mit drei Projektionen (drei Strahler, drei Detektorarrays etc.) statt mit einer höheren Anzahl gearbeitet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Fig. 3 bis Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Zur Erzeugung von Abtastbildern unterschiedlicher Projektionsrichtungen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, zwei sind in Fig. 3 und 4 erläutert, der Übersicht­ lichkeit wegen am Beispiel der Erzeugung von lediglich drei Abtastbildern:

• 1. Die in Fig. 3 auf das Stückgut 1 gerichteten Röntgenstrahlenstrahlenfächer 3.1, 3.2, 3.3 der drei Abtasteinheiten 12.1, 12.2, 12.3 mit den Strahlern 4.1, 4.2, 4.3 und den Detektorarrays 6.1, 6.2, 6.3 liegen in sich schneidenden Ebenen, deren Schnittgeraden parallel zueinander sind und vorzugsweise orthogonal zur Bewegungsrichtung des von der Fördereinrichtung 2 transportierten Stückguts 1 liegen.
• 2. Die in Fig. 4 auf das Stückgut 1 gerichteten Röntgenstrahlenstrahlenfächer 3.1, 3.2, 3.3 der drei Abtasteinheiten 12.1, 12.2, 12.3 mit den Strahlern 4.1, 4.2, 4.3 und den Detektorarrays 6.1, 6.2, 6.3 liegen in Ebenen, die zusammenfallen oder parallel sind und sich quer zur Bewegungsrichtung des von der Fördereinrichtung 2 transportierten Stückgutes 1 befinden.

Beide Anordnungen unterscheiden sich dadurch, daß der beabsichtigte und jeweils in Richtung der Strahleranordnung verlaufende Verwischungseffekt für die nicht zur Abbildung zu bringenden Objektschichten bei den resultierenden Tomogrammen im Fall 1 in Bewegungsrichtung des Stückgutes orientiert ist, und im Fall 2 senkrecht dazu.

Es sei vermerkt, daß Fig. 4 in Gegensatz zu Fig. 3 eine Anordnung zeigt mit Abtast­ einheiten, bei denen die zugehörigen Detektorarrays nicht auf Linien liegen, die parallel zueinander sind. Nach dem Ausführungen zum Prinzip der Tomosynthese anhand von Fig. 2 können aber die von den einzelnen Detektoren erfaßten Bilddaten in solche umgerechnet werden, die Detektoren entsprechen, die eine andere Lage haben, also z. B. auf Linien liegen, die parallel zueinander sind.

Die von den drei Abtasteinheiten 12.1, 12.2, 12.3 erzeugten Röntgenaufnahmen werden über die Signal-oder Datenverbindungen 7.1, 7.2, 7.3 zwischen den Abtasteinheiten und den den Abtasteinheiten zugehörigen Bildverarbeitungs­ systemen 8.1, 8.2, 8.3 einer für die Tomosynthese geeigneten Anordnung von Bildelektronik 14 und Sichtgerät/en 15 zugeführt; hierfür sind Ausführungsformen bekannt.

Fig. 5 zeigt die Möglichkeit, für die vorstehend beschriebenen drei Abtasteinheiten einen gemeinsamen Röntgenstrahler 16 zu nutzen:

Von der von diesem Röntgenstrahler 16 erzeugten Röntgenstrahlung, die sich im wesentlichen als Strahlenkegel in den Halbraum erstreckt werden die drei Röntgenstrahlenstrahlenfächer 3.1, 3.2, 3.3 ausgeblendet. Daß das Stückgut 1 die drei Strahlenfächer 3.1, 3.2, 3.3 zu unterschiedlichen Zeiten durchläuft, ist für die Tomosynthese unwesentlich, da man in der Regel mit der zeitlichen Invarianz der Strukturen des Stückgutes rechnen kann.

Ergänzend sei gesagt, daß es grundsätzlich auch möglich ist, gemäß Fig. 6 mit einem Detektor 6 und drei Röntgenstrahlern zu arbeiten. Das setzt aber einen abwechselnden Betrieb der drei Röntgenstrahler in schnellem wechsel voraus: Nach Aufnehmen der ersten Zeile des ersten Bildes mit dem Strahler des ersten Strahlen­ fächers wird auf den Strahler des zweiten Strahlenfächers umgeschaltet und jetzt die erste Zeile des zweiten Bildes erzeugt, danach die erste Zeile des dritten Bildes. Danach kommt der Strahler des ersten Strahlenfächers wieder zum Zug mit der Aufnahme der zweiten Zeile des ersten Bildes, usw. Der Bildaufbauelektronik obliegt es, die nacheinanderfolgende Information den zugehörigen Bildern zuzuordnen.

Es sei hier noch einmal darauf hingewiesen, daß die in Fig. 3, 4 und 5 skizzierten Anordnungen die Erzeugung von Abtastbilddaten für nur drei unterschiedliche Projektionen zeigen. Tatsächlich ist nach gegebenen Erfahrungen z. B. anhand der Untersuchungen bei der Entwicklung des Systems laut der oben zitierten Literaturstelle "Digitales Vielfachschichten. . ." nur dann mit einem brauchbaren Verwischungseffekt zu rechnen, wenn Abtastbilddaten für deutlich mehr Projektionen, d. h. zehn und mehr erzeugt werden.

Des weiteren sei festgestellt, daß gemäß Fig. 7 für die Erzeugung der Strahlenfächer 3.1, 3.2, . . ., 3.i, 3.(i+1) zwei Röntgenstrahler 16.1, 16.2 oder mehr vorgesehen werden können, von denen wiederum jeweils mehrere Strahlenfächer ausgehen, wenn aus technischen Gründen eine Anordnung nach Fig. 5 mit nur einem Strahler 16 nicht in Frage kommt.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 mit dem Verwischungseffekt quer zur Transportrich­ tung des Stückgutes entspräche die Erzeugung der Strahlenfächer aus ein und demselben Strahler nicht dem angestrebten Ziel, weil bei dieser Anordnung mit einem Strahler und einem Brennfleck nur eine einzige Projektionsrichtung im Sinne des Verfahrens erzielt werden könnte.

Es wäre jedoch möglich, nur einen Detektor 6 zu verwenden, der mit allen drei Strahlern zusammenwirkt. Dabei wäre so vorzugehen, wie oben schon am Beispiel der Fig. 6 dargelegt: Vorauszusetzen ist ein abwechselnder Betrieb der drei Röntgen­ strahler in schnellem wechsel: Nach Aufnehmen der ersten Zeile des ersten Bildes mit dem Strahler des ersten Strahlenfächers wird auf den Strahler des zweiten Strahlenfächers umgeschaltet und jetzt die erste Zeile des zweiten Bildes erzeugt, danach die erste Zeile des dritten Bildes. Danach kommt der Strahler des ersten Strahlenfächers wieder zum Zug mit der Aufnahme der zweiten Zeile des ersten Bildes, usw. Der Bildaufbauelektronik obliegt es, die nacheinanderfolgende Infor­ mation den zugehörigen Bildern zuzuordnen. Schnell bedeutet hier also, daß die durch die Totzeit für ein Bild zwischen der Erzeugung zweier aufeinanderfolgenden Zeilen dieses Bildes bedingte Abbildungslücke im Hinblick auf entgangene Infor­ mation vernachlässigt werden kann.

Technisch elegant wäre eine Anordnung, bei der die drei Strahler durch einen Strahler mit drei Brennflecken ersetzt würden mit strahlerinterner Ansteuerung für den jeweiligen Strahleneinsatz. Dabei kann auch an einen Strahler gedacht werden, der nur mit einen Brennfleck strahlen kann, welcher jedoch durch Ablenkmittel jeweils an den Ort gebracht wird, von dem die gerade zu erzeugende Strahlung ausgehen soll. Grundsätzlich kann auch bei der Einrichtung nach Fig. 6 an einen solchen gemeinsamen Strahler für alle benötigten Brennflecke gedacht werden oder an einen, der einen ablenkbaren Brennfleck hat.

In der medizinischen Röntgendiagnostik wird zunehmend die Möglichkeit diskutiert, großflächige zweidimensionale Detektorarrays für die Bildgebung in Form der Durch­ leuchtung einzusetzen. Diese Technologie kann auch für die Stückgutdurchleuch­ tung eingesetzt werden. Ersetzt man z. B. in einer Vorrichtung nach Fig. 1 das einzeilige Detektorarray durch ein zweidimensionales, so wird man wie beim regel­ rechten Fernsehen eine Folge von einzelnen Vollbildern (in der Regel 25 pro Sekun­ de) zur Darstellung bringen können. Ein Vorzug wäre der, daß Änderungen am oder im Stückgut während dessen Durchlauf durch die Vorrichtung beobachtet werden könnten. Diese Möglichkeit ist aber, wie schon erläutert, für eine Stückgutunter­ suchung unwesentlich. Ein Nachteil für die zweidimensionalen Arrays wäre die auf medizintechnische Bedürfnisse bzw. Normvorgaben abgestellte Höhe des Arrays, z. B. 17 cm für Herzuntersuchungen oder, für die Lunge, 43 cm. Großflächige Arrays sind aber aufwendig und Sonderentwicklungen über die Anwendung in der Medizin hinaus bedeuten weiteren Aufwand. Hingegen ist ein lineares einzeiliges Array unkompliziert in längeren Abmessungen herzustellen, und die Länge des Arrays legt ja nach Fig. 1 die Höhe des Bildfeldes fest.

Bei einem ortsfesten, flächenhaften Array lassen sich einzelne Zeilen als Detektor­ arrays nach Fig. 1 bis Fig. 7 auffassen, was dem Prinzip der Tomosynthese genügt, aber für ausreichende Schichtselektion, also für ausreichende Abgrenzung der abzu­ bildenden zu den zu verwischenden Nachbarschichten in der Regel keinen ausrei­ chend großen Tomographie-Winkel bietet. Der Tomographie-Winkel ist der Winkel zwischen den Ebenen, die in der Folge der Arrayzeilen von der ersten und der letzten Arrayzeile zusammen mit den jeweils zugehörigen Strahlern bzw. Brennflecken aufgespannt werden; der Tomographiewinkel ist in Fig. 2 als ϕ und in Fig. 3, 5, und 6 als 13 gekennzeichnet.

Bislang war von Anordnungen die Rede, bei denen der angestrebte Verwischungs­ effekt nur in einer Richtung auftrat. In der medizinischen Röntgendiagnostik werden aber auch tomographische Anordnungen mit Vorteil verwendet, die anstelle eines linearen einen sogenannten mehrdimensionalen Verwischungseffekt zeitigen. Dieser wird z. B. durch Bewegung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung von Strahler und Bildaufzeichnungssystem auf einer Kreisbahn statt auf einer Geraden erzielt, was zu besonderem Aufwand u. a. für die zugehörige Gerätemechanik führt.

Für die Erfindung kann man einen mehrdimensionalen Verwischungseffekt auf unterschiedliche Weise erzielen, was an drei Beispielen erläutert wird.

Im ersten Beispiel läßt man das Stückgut nacheinander zwei Bildgebungseinrich­ tungen nach Fig. 5 durchfahren und vor Eintritt in die nachfolgende Bildgebungs­ einrichtung sich um eine Achse drehen (Drehwinkel zwischen null und dreihundert­ sechzig Grad), die vorzugsweise parallel den Detektoren 6.1, 6.2, 6.3 liegt. Denn parallel zu der Lage dieser Detektorarrays und der Transportrichtung sind auch die Objektschichten orientiert, die aufgrund des Algorithmus für die Tomosynthese ge­ mäß dem anhand von Fig. 2 dargestellten Prinzip einfach berechnet werden können und deshalb zur Abbildung vorgesehen sind. Man kann dann aus den Abtastbild­ daten der beiden Einzeldurchgänge Tomogramme erzielen, die die gleiche Objekt­ ebene darstellen, aber ihren (linearen) Verwischungseffekt für unterschiedliche Richtungen zeigen. Bei der Überlagerung dieser Bilder werden dann gleiche scharfe Bilder (von der scharf abzubildenden Schicht) addiert, aber in unterschiedliche Richtung verwischte unscharfe Abbildungen der anderen Objektschichten. Beide Bildgebungseinrichtungen können zu einer Einrichtung zusammengefaßt werden.

Der gleiche Effekt ist zu erzielen, wenn man nach Durchtritt des Stückgutes durch eine einzige vorhandene Bildgebungseinrichtung dieses dreht und durch die Abtast­ einheit zurücklaufen läßt. Vor einem erneuten Vorlauf (mit Abtastbilddaten- Aufnahme) kann das Stückgut noch einmal gedreht werden, was den mehrdimensionalen Verwischungseffekt verstärkt.

Eine Dreheinrichtung für das Stückgut läßt sich auf dem Transportmittel dann besonders einfach zu realisieren, wenn die abzubildenden Schichtebenen parallel zur Auflagefläche des Stückgutes liegen und der Strahler der Bildgebungseinrichtung nicht wie in Fig. 5 dargestellt seitlich orientiert ist, sondern ober- oder unterhalb des Stückgutes und die Detektoren natürlich auf der entgegengesetzten Seite.

Zur Erzielung eines mehrdimensionalen Verwischungseffektes ist es auch anhand eines zweiten Beispieles denkbar, daß das Stückgut zwei Bildgebungseinrichtungen durchläuft, von denen die eine nach dem in Fig. 5 skizzierten Verfahren oder einem davon abgeleiteten, die andere nach dem in Fig. 4 skizzierten oder einem davon abgeleiteten arbeitet.

In einem dritten Beispiel werden zwei Einrichtungen nach Fig. 5 gemäß Fig. 8 kombiniert, wobei Fig. 8 die Ansicht von der Stirnseite, d. h. entgegen der Bewe­ gungsrichtung des Stückgutes 1, darstellt. Das in Fig. 8 links dargestellte Strahler­ symbol steht für die Spur der Strahler 4.1, 4.2, 4.3 der einen Einrichtung, das rechte Symbol steht für die Spur der Strahler 4.1', 4.2', 4.3' einer zweiten gleichen Einrich­ tung, gleiches gilt für die Detektoren. Die Orientierung der Durchstrahlung ist im Vergleich zu Fig. 5 eine andere wie auch die Ausrichtung der Detektorarrays zu den Strahlenfächern. Die aus beiden Bildgebungseinrichtungen gewonnenen Schicht­ bilder zeigen die nichtdarzustellenden Strukturen zwar in die gleiche Richtung verwischt, aber, wegen der unterschiedlichen Projektionsverhältnisse der beiden Bildgebungseinrichtungen, von jeweils unterschiedlichen Abbildungsverhältnissen, was ebenfalls zusätzliche Verwischung bedeutet.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Tomosynthese nicht nur Objektschichten scharf abgebildet werden können, die eine Vorzugslage haben, z. B. parallel zur Auflagefläche des Objektes bzw. parallel sowohl zur Transportrichtung als auch zur Orientierung der Detektorarrays. Schichtabbildungen für solche Vorzugsrichtungen erleichtern lediglich die tomosynthetische Rechenarbeit. In der Analogtechnik z. B. bei der Betrachtung übereinandergelegter Röntgenfilme gemäß Fig. 2 war das der einzige praktikable Weg.

Daß auch Schichten beliebiger Lage tomosynthetisch scharf abgebildet werden können, ist an folgendem Gedankenexperiment zu erkennen: Bei einem Objekt läge die Vorzugsrichtung für die Tomosynthese parallel zur Bodenfläche des Objektes und die scharfen Bilder aller möglichen Objektschichten seien entweder schon digital­ elektronisch gespeichert oder schnell errechenbar. Eine Schicht diagonal durch das Objekt kann nun dadurch scharf abgebildet werden, daß man vom untersten Schichtbild (in Vorzugsrichtung) die erste Zeile nimmt, vom Bild der darüberliegen­ den Schicht die zweite Zeile etc. und aus diesen Zeilen jeweils scharfer Bilder ein neues Bild zusammensetzt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgentomogrammen mittels Tomosynthese nach Röntgendurchstrahlung von einem mittels einer Fördereinrichtung (2) linear bewegten Stückgut (1), das durch diese Bewegung durch mindestens eine Anordnung (17) tritt von mindestens drei Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3), die nach dem Abtastprinzip arbeiten und im wesentlichen aus Röntgenstrahlern (4.1), (4.2), (4.3) und Detektorarrays (6.1), (6.2), (6.3) bestehen und jeweils die Strahlenfächer so aufspannen, daß in diesen Strah­ lenfächern (3.1), (3.2), (3.3) die Strahlen, die durch einen und denselben Punkt gehen, der in einer der abzubildenden Schichten des Stückgutes (1) liegt, Winkel miteinander bilden, von denen der größte der Winkel (13) ist, und die anderen mit vorwiegend gleichmaßigen Winkelabständen dazwi­ schenliegen, wobei der Winkel (13) so bemessen ist, daß die Abtasteinheiten Röntgenbilddaten liefern, aus denen mit einer geeigneten Einrichtung, bestehend z. B. aus einer Bildelektronik (14) und einem Sichtgerät (15), mittels einem Tomosynthese-Algorithmus Schichtbilder des Stückgutes (1) berechnet und dargestellt werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3) einen gemeinsamen Röntgenstrahler (16) haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der aus jeweils mehreren Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3) gebildete Gruppen jeweils gemeinsame Röntgenstrahler (16.1), (16.2) haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3) die ihnen zugehörigen Strahlenfächer so aufspannen, daß diese in sich schneidenden Ebenen mit einer gemeinsamen Schnitt­ geraden oder einander parallelen Schnittgeraden liegen, wobei die äußeren Fächer der Winkel (13) einschließen, und die anderen Strahlenfächer mit vorwiegend gleichmäßigen Winkelabständen dazwischenliegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die von den Abtasteinheiten erzeugten Strahlenfächer in derselben oder in parallelen Ebenen liegen, wobei die Zentralstrahlen der äußeren Strahlenfächer den Winkel (13) einschließen, und die anderen Strahlenfächer mit vorwiegend gleichmäßigen Winkel­ abständen dazwischenliegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, bei der das Stückgut (1) nacheinander zwei Anordnungen (17) durchläuft und vor Eintritt in die zweite Anordnung (17) mit auf der Fördereinrichtung angebrachten Mitteln so gedreht wird, daß beim Durchlauf durch diese zweite Anordnung (17) Bilddaten gewonnen werden, die zu Schichtbildern mit gleicher Abbildung der abzubildenden Schicht führen jedoch bei wesentlich veränderter Richtung der Verwischung für die Bilder der Strukturen außerhalb der abzubildenden Schicht, wobei Bilder der gleichen Objektschicht, die mit den aus den beiden Anordnungen (20) gewonnenen Bilddaten ermittelt werden, durch Summation ein Schichtbild ergeben, bei dem die nichtabzubildenden Strukturen sowohl in die Richtung verwischt sind, die der Durchlauf durch die erste Anordnung (17) bestimmt hat als auch in die, die sich nach dem Durchlauf durch die zweite richtet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Stückgut nicht zwei sondern mehr Anordnungen (17) durchläuft, wobei jeweils vor Eintritt in eine nachfolgende Anordnung (17) das Stückgut (1) gedreht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der das Stückgut (1) nach Durchlauf mit auf der Fördereinrichtung (2) angebrachten Mitteln gedreht wird und von der Fördereinrichtung (2) durch diese zurückbewegt wird, wobei die Drehung so vorgenommen wird, daß beim Rück-Durchlauf Bilddaten gewonnen werden, die zu Schichtbildern mit gleicher Abbildung der abzubildenden Schicht führen jedoch bei wesentlich veränderter Richtung der Verwischung für die Bilder der Strukturen außerhalb der abzubildenden Schicht, wobei Bilder der gleichen Objektschicht, die mit den Bilddaten aus den beiden Durchläufen ermittelt werden, durch Summation ein Schichtbild ergeben, bei dem die nichtabzubildenden Strukturen sowohl in die Richtung verwischt sind, die der Hin-Durchlauf bestimmt hat als auch in die, die sich nach dem Rück-Durchlauf richtet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei nach abgeschlossenem Rück-Durchlauf durch die Anordnung (17) das Stückgut (1) erneut gedreht wird und erneut die Anordnung (17) durchläuft, wobei die Drehungen vor dem Rück-Durch­ lauf und vor dem erneuten Durchlauf so vorgenommen werden, daß für die einzelnen Durchläufe Bilddaten für Schichtbilder mit wesentlich veränderter Verwischungsrichtung gewonnen werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Stückgut (1) zwei Anordnungen (17) durchläuft, wobei die Ebene der Zentralstrahlen der Röntgenabtast­ einheiten (12.1), (12.2), (12.3) in der ersten der beiden Anordnungen (17) mit der Ebene der Zentralstrahlen der Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3) in der zweiten der beiden Vorrichtungen einen Winkel bildet, so daß aus jeder der beiden Anordnungen (17) Bilddaten gewonnen werden, die zu Schichtbildern mit gleicher Abbildung der abzubildenden Schicht führen, je­ doch durch die unterschiedlichen Projektionsverhältnisse bei den beiden An­ ordnungen (17) bei wesentlich veränderter Abbildung der Strukturen außer­ halb der abzubildenden Schicht, wobei Bilder der gleichen Objektschicht, die mit den Bilddaten aus den beiden Durchläufen ermittelt werden, durch Summation ein Schichtbild ergeben, bei dem die nichtabzubildenden Strukturen zwar in der gleichen Richtung verwischt sind, jedoch unterschiedlich, also nicht deckungsgleich abgebildet sind, was einen zusätzlichen Verwischungseffekt bedeutet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Röntgenabtasteinheiten (12.1), (12.2), (12.3) der ersten der beiden Anordnungen (17) und die Röntgenabtast­ einheiten (12.1), (12.2), (12.3) der zweiten der beiden Anordnungen (17) inein­ andergeschachtelt werden, so daß in den Lücken zwischen den einzelnen De­ tektorarrays (6.1), (6.2), (6.3) der ersten der beiden Anordnungen (17) die Detektorarrays (6.1), (6.2), (6.3) der zweiten der beiden Anordnungen (17) liegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei mehr als zwei Anordnungen (17) verwendet werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, bei der alle Strahler oder Gruppen aus diesen zu jeweils einem Strahler zusammengefaßt werden, dessen Brennfleck wandern kann und an die für die Brennflecke der einzelnen Strahler bestimmen Stellen springt und dort aktiv wird, wobei diese einzelnen Stellen in einem so schnellen Nacheinander aktiv werden, daß bei Wiederkehr zu einer Stelle, die mit einem bestimmten Detektorarray zusammenarbeitet, sich das Stückgut (1) nur so wenig weiterbewegt hat, daß der durch die Lücke zwischen den Aktivitätszeiten gegebene Informationsverlust vernachlässigt werden kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der an die Stelle des einen Strahlers mit wanderndem Brennfleck zwei oder mehr Strahler treten.