DE2503978A1

DE2503978A1 - Verfahren und vorrichtung zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung

Info

Publication number: DE2503978A1
Application number: DE19752503978
Authority: DE
Inventors: Christopher Archibald Go Lemay
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1975-08-07
Also published as: NL183336C; DE2503978C3; DE2503978B2; JPS5441398B2; FR2260252B1; JPS50124687A; NL183336B; NL7501209A; US4071760A; FR2260252A1; GB1493593A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Limited . 100/453

Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B, Röntgen-* oder ^-Strahlung, "bei dem ein Bereich des Körpers bestrab.lt woM die Intensität der Strahlung nach Durchlauf des Körpers festgestellt wird, wobei der Körper durch eine Abtaatbewegtmg , der Strahlungsquelle und wenigstens eines Strahlungsdetektors aus mehreren Richtungen "bestrahlt wird und aus den Iatensitätsbestimmungen eine Rekonstruktion der AbsorptionsverteiXaag äer Strahlung in einem !Eeil des Körpers abgeleitet wird. Bis Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung tes Verfahrens.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäB der Erfindung kann bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen beliebiger Art ■■"■

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Anwendung finden, zum Beispiel "bei Abbildung auf einer Kathodenstrahlröhre oder einer anderen ^Abbildungsvorrichtung, bei Abbildung auf einer Photographie oder bei Abbildung von Absorptionskoeffizienten, die von einem Digitalrechner erzeugt werden.

Bei der in der DT-OS 1 94-1 433 beschriebenen Anordnung wird Strahlung von einer äußeren Quelle in Porm eines Badelstrahls durch einen Teil des Körpers geleitet. Der Strahl wird einer Abtastbewegung unterworfen, so daß er der Reihe nach eine große Zahl unterschiedlicher Positionen einnimmt, und ein j Detektor stellt das Maß der Absorption des Strahls in ;}eder dieser Positionen fest, nachdem der Strahl den Körper durchlaufen hat. Damit der Strahl diese verschiedenen Positionen einnehmen kann, werden die Strahlungsquelle und der Detektor in einer Ebene hin- und herbewegt und ferner um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse gedreht-. Die Positionen liegen somit in einer durch den Körper verlaufenden Ebene, über der die Verteilung der Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung durch Verarbeitung der vom Detektor abgeleiteten Strahlabsorptionsdaten gewonnen wird. Die Verarbeitung erfolgt so, daß die schließlich angezeigte Verteilung der Absorption das Ergebnis eines linearen Superpositionsprozesses in Verbindung mit sukzessiven Annäherungen ist.

Die bekannte Anordnung hat- sich als sehr erfolgreich bei der Herstellung von Quersohnittsdarstellungen von Teilen des lebenden Körpers, beispielsweise des Kopfes erwiesen.

In der DiS-OS 2 42? 418 ist ein Gerät beschrieben, mit dem die Ableitung der Absorptionsdatensignale verhältnismäßig rasch durchführbar ist. Bei dieser Anordnung werden die Signale dadurch gewonnen, daß ein von einer Quelle ausgehendes, sektorförmiges Feld von Röntgenstrahlen durch den Körper in

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der zu -untersuchenden Ebene geschickt und auf der anderen Seite des Körpers eine Reihe von Detektoren vorgesehen wird, um die entlang einer Reihe von Strahlenwegen innerhalb des Strahlenfeldes übertragene Strahlung zu messen. Das sektorförmige Strahlenfeld erstreckt .sich über einen so"großen ¥inkel, daß der gesamte interessierende Bereich in der Ebene des Körpers erfaßt wird, so daß eine vollständige Abtastung allein durch eine "Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um den Körper bewirkt werden kann. Bei Verwendung einer solchen Anordnung ist es wichtig, daß die Absorptionsdatensigiiale keine Unterschiede infolge unterschiedlicher Änderungen der Empfindlichkeit der verschiedenen Detektoren besitzen«, In der Praxis hat sich gezeigt, daß solche unterschiedlichen Änderungen in beträchtlichem Maße trotz der verhältnismäßig kurzen Zeit, die für die Abtastung benötigt wird, auftreten j können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unerwünscht Aus·? Wirkungen aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Detektoren zu vermindern oder zu beseitigen.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die , Detektor-.ausgänge zu vorgegebenen Zeiten im Verlauf der Abtastbewegung verglichen werden, um das Maß der Unterschiede der Empfindlichkeiten der Detektoren zu bestimmen.

Ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Bereichs des Körpers und mehreren Detektoren zur Bestimmung der Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers und mit Mitteln, um den Körper mit der Strahlungsquelle und den Detektoren aus mehreren Richtungen abzutasten, so daß aus den Bestimmungen der Intensität eine Rekonstruktion der Verteilung der Absorption der Strahlung innerhalb eines

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Teils des Körpers ableitbar ist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel vorgesehen sind, um die Ausgänge der Detektoren
paarweise zu vorgegebenen Zeiten zu vergleichen, wenn die
Detektoren eines Paares Strahlung auf etwa identischen Wegen
empfangen, um die Unterschiede der relativen Empfindlichkeiten der Detektoren bei der Abtasfbewegung zu bestimmen» j

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen . j

näher erläutert. In den Zeichnungen bedeuten: j

Pig. 1 eine schematische Seitenansicht ;

eines Gerätes gemäß der Erfindung, j

■ j

Pig. 2 Einzelheiten eines Teils der in j

Pig. 1 dargestellten Anordnung mit j

einem Blockschaltbild für die Ver- j

arbeitung der Absorptionsdaten, j

Pig. 3(a)-(f) scaematische Darstellungen zur |

veranschaulichung der für die Kor- J

rektur der Daten verwendeten Mittel j und

Pig. 4 ein Schaltbild zur TTe r ans chaul ichung j

der Wirkungsweise eines Digital- j

rechners, der in der Schaltung von j Pig. 2 enthalten ist.

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In Fig; 1 liegt ein Patient 1 auf einer aus den "beiden Teilen 2 und 3 "bestehenden Auflage, und sein Körper ist einer Untersuchung durch die als gestrichelte Linie 4 angedeutete I Röntgenstrahlung ausgesetzt. Die Strahlung wird von einer j Quelle 5 erzeugt und erstreckt sich fächerförmig in einer Ebene, die im rechten Winkel zur Papierebene verläuft. Die Auflage für den Patienten ist so lang bemessen, daß jeder gewünschte Abschnitt des Körpers in die Ebene der Röntgenstrahlung gebracht werden kann.

Im Bereich der untersuchenden Strahlung ist der Körper des Patienten von einem flüssigen Medium umgeben, das z.B. aus ; Wasser besteht und einen Absorptionskoeffizienten für die ; Strahlung besitzt, der etwas gleich dem Absorptionskoeff izienten' des Körpergewebes ist. Die in Pig. 1 dargestellte flüssigkeit j 6 befindet sich in einer Umhüllung oder einem Beutel 7. Die Umhüllung ist innerhalb eines ringförmigen Körpers 8 angeordnet, der aus Metall, beispielsweise aus DuralöminiUBt "besteht. Der ringförmige Körper 8 wird von in der Zeichnung nicht dargestellten Haltemitteln getragen. Der Ie 11 2 der Auflage ist an einem Pfosten 9A des Hauptrahmens 9 des Gerätes "befestig während der Teil 3 der Auflage an seinem vom ringförmiges Körper 8 abgekehrten Ende auf einem lager Io ruht, das an einem Achskörper 11 angebracht ist, um dessen Achse eine orbitale Bewegung der Röntgenstrahlenquelle g\ stattfindet. Der in dem Gerät lagernde Körper des Patienten wird von einem Rahmen 13 umgeben, der zylindrisch ausgebildet ist, und dessen Längsachse mit der Achse des Achskörpers 11 zusammenfällt. Das eine Ende des Rahmens 13 ist geschlossen und mit einem Lager 1$ versehen, das seinerseits auf dem Aohskörper 11 gelagert ist» Am anderen Ende ist der Rahmen 13 offen, so daß dort der Patient eingeführt werden kann, und an diesem Ende lot -derar Rahmen 13 auf Rollen 15 gelagert, die ihrerseits in ortsfesten Lagern gelagert sind. Diese Rollen sind so angeordnet, daß

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der Rahmen 13 frei um seine Achse rotieren kann, die mit der Aohse zusammenfällt, um die die orbitale Bewegung der Röntgens-trahlenquelle 5 stattfindet. Die Quelle 5 ist auf dem Rahmen 13 mittels eines Lagers 16 gelagert. Unmittelbar gegenüber der Quelle 5 ist mittels eines lagers 17 auf dem Rahmen 13 ein Detektorsystem 18 gelagert, um die Strahlungsabsorptionsdaten des Eörpers des Patienten in der von der Quelle 5 überstriohenen Ebene festzustellen. Das Detektorsystem 18 erstreckt sich über die ganze Öffnungsbreite des von der Quelle 5 ausgesendeten Strahlenfächers. In Pig. 2"ist die Öffnungsbreite des Pächers, innerhalb der das Detektorsystem 18 angeordnet ist, sohematisch dargestellt. Die Lagerungen für das Detektorsystem erlauben eine begrenzte Winke!bewegung des Systems in bezug auf den Rahmen 13, was noch nachfolgend nähgr erläutert wird.

DerJLohskörper 11 ist in einer Stütze 19 gelagert, und neben der Stütze 19 befindet sich ein den Achskörper 11 umgebender Spulenkörper 2o. Der Spulenkörper 2o ist an der Stütze 19 befestigt, und um ihn sind Leitungen 21 und 22 gewickelt, über die die Absorptionsdaten Tom Detektor sy stern 18 zur Datenverarbeitungseinheit und die Yersorgungsenergie für die Röntgenatrahlungsquelle 5 geschickt wird. Über die Leitungen 21 und 22 wird ebenfalls die Stromversorgung für Elektromagnete geleitet, die die oben erwähnten Winke.!bewegungen des Detektorsystems 18 erzeugen. Bei der Umlaufbewegung der Röntgenstrahlenquelle und des Detektorsystems wickeln sich die Leitungen auf den Spulenkörper 2o auf oder von diesem ab. Sie werden dem Spulenkörper über Führungen 23 und 24 zugeführt, die am Rahmen 13 angebracht sind. Bei dem beschriebenen Ausftiarungsbeispiel der Erfindung führt der Rahmen 13 bei jedem tFntersuohungazyklus, der in wenigen Sekunden abläuft, drei Umdrehungen aus, und die Leitungen 21 und 22 wickeln sioh ent-

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sprecbend auf den Spulenkörper auf oder von diesem afc und. kehren am Ende der Untersuchung in ihre Ausgangslage zurück. Am Spulenkörper sind die Leitungen befestigt, und sie Verlaufen von dort zu ihren entsprechenden Anschlußeinheiten, nämlich zu der erwähnten Datenverarbeitungseinheit und zu einer Stromversorgungseinheit.

Aus Pig. 2 ist ersichtlich, daß das Detektorsystem aus einer Reihe von individuellen Detektoren 18-,.... IS. ..... 18_ besteht, von denen jeder die entlang einem schmaleni fingerartigen Strahlenweg 2S^.... 29_n+1 übertragene Strahlung feststellt, wobei die Grenzen 29 des Strahlensektors durch der Strahlungsquelle 5 zugeordnete Kollimatoren bestimmt werden.

Die Detektoren 18-,.... 18 bestehen in bekannter Weise aus einem Kristall, der scintilliert, wenn auf ihn ein Röntgen-* Strahlungsquantum oder eine andere hochenergetische Strahlung auftrifft, und aus einem Photovervielfacher, um die üchtscintillation in einen elektrischen Stromimpuls umzusetzen, wobei die umgesetzten Impulse dann die Ausgangssignale der einzelnen Detektoren darstellen. Es können aber auch andere Arten von Detektoren verwendet werden. Jeder Scintillator ist mit einem Kollimator versehen, so daß auf ihn jeweils nur die vom zugehörigen Strahlenweg stammende Strahlung treffen kann. Der Aufbau des Gerätes ist in Pig. 1 nur sohematisoh dargestellt und entspricht im wesentlichen dem Aufbau» wie er in der DiD-OS 2 427 418 beschrieben ist. .

Die umlaufende Bewegung des Rahmens 13 und damit der Röntgen- j strahlenquelle 5 und des Detektorsystems 18 wird durch einen | Elektromotor 3o "bewirkt, der auf dem Hauptrahmen 9A gelagert ist und den Rahmen 13 über Zahnräder 31 und 32 antreibt, wobei das Zahnrad 32 am Rahmen 13 befestigt ist. Der Motor

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treibt ferner einen Schaltmechanismus 33 an, der - wie nooh weiter unten näher erläutert wird - die Stromversorgung für die Elektromagnete steuert, die die Winkelbewegung der Quelle 5 und des Detektorsystems 18 bewirken. Der Schaltmechanismus steuert ferner andere Versorgungsrichtungen. Pig. 2 zeigt die AnordnungderElektromagnete für das System. Dieses besteht aus zwei Spulen 35 und 36, die einen am Detektorsystem 18 angebrachten Inker betätigen. Die Spulen 35 und 36 sind in Reihe mit einem im Schaltmechanismus 33 angeordneten Umschalter geschaltet. Das als Einheit ausgebildete Detektorsystem 18 ist in Paarungen 39 gelagert und am Rahmen 13 befestigt, wobei die Pührung eine Begrenzte aber genaue Winkelbewegung des Systems 18 erlaubt. Wenn der den Spulen 35 und 36 zugeführte Strom in einer bestimmten Richtung Terläuft, wird das System 18 in einer seiner in G-renzlagen in den Pührungen 39 gehalten und bei Umkehr der Stromrichtung wird das.System 18 in seine andere Grenzlage bewegt und dort gehalten. Der Schaltmechanismus 33 ist so angeordnet, daß er den Schalter 38 nach der ersten und der zweiten der drei Umdrehungen, die einen üntersuchungszyklus bilden, betätigt. Die Bewegung des Detektorsystems ist sehr klein, und sie entspricht nur dem Winkelabstand zwischen benachbarten Detektoren 18-^.... 18_n.

Durch Betätigung des Umschalters 18 müssen die Detektoren 18-^·.. 18 die entlang der Strahlenwege 29ρ···29_η+-ι während der ersten und dritten Umdrehung eines Untersuchungszyklus empfangene Strahlung und die entlang der Strahlenwege ²^* "²^n während der zweiten Umdrehung des Untersuehungszyklus empfangene Strahlung feststellen.

Die im Verlauf der orbitalen Bewegung vom Detektorsystem 18 erzeugten Ausgangssjgnale werden Verstärkern 231 zugeführt. Die Ausgangsströme der Verstärker werden jeweils in Miller-

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Integratoren 252 über aufeinanderfolgende kurze Zeitintervalle j integriert, und die Ausgänge dieser Schaltungen werden jeweils durch Umsetzer 233 von analoger !Form in digitale Form umgesetzt und dann dem Digitalrechner 234 zugeführt, dessen Wirkungsweise anhand von Fig. 4 erläutert wird. Gegebenenfalls kann die Verstärkung der Verstärker 231 gemeinsam so gesteuert werden, daß in der Emissionsintensität der Röntgenstrahlungsquelle auftretende Schwankungen kompensiert werden.

Die Ausgänge des Digitalrechners sind korrigierte Strahldatensignale, die jeweils die Durchlässigkeit der Strahlung entlang einem der Strahlenwege 19-^... 19-jj...-19_n während eines Zeitintervalls darstellen, das ausreichend kurz ist, um unbeschadet von der Umlauf bewegung der Quelle 5 und dem Detektorsystem 18 als Durchlässigkeit entlang dem stationären Strah— lenweg "bei einer bestimmten Winkellage angesehen zu werden können. Die Strahlenweg-Datensignale werden einem Strahldatenspeicher 239 zugeführt und von dort über einen Adressen»* wähler 251 einer Bildrekonstruktionssohaltung 252, die vom Digitalrechner. 234 Gebrauch macht. Die Bildrekonstruktion wird hier nicht näherbe schrieben. Sie kann auf verschiedene Weise erfolgen, vorzugsweise jedoch entsprechend der DT-OS. 2 42o 5oo. Pur die Zwecke der vorliegenden Erfindung genügt die Angabe, daß der Adressenwähler 251 vom Speicher 239 Daten in Guippsn..abzieht, die Ausgangssignalen entsprechen, die von parallelen Gruppen von Strahlenwegen abgeleitet werden, wobei jede Gruppe in der Schaltung 252 verarbeitet wird. Aue Pig. 2 ist ersichtlich, daß die Strahlenwege 29^-..29^.«·²9_η+1 ia keinem Zeitpunkt (d.h. bei keiner Winkellage des Fächers 29} parallel verlaufen. Die Integrationsintervalle der Integratoren 232 sind jedoch so auf die Umlaufbewegung der Quelle 5 und der Detektoren 18 bezogen, daß während aufeinanderfolgender Integrations intervalle von den aufeinanderfolgenden Detektoren

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- Io -

18_Ί...18„ abgeleitete Strahlenweg-Datensignale die Durch- :

xn - ι

lässigkeit entlang paralleler Gruppen von Strahlenwegen dar- j

stellen. Bei Kenntnis der Ordnung der Speicherung im Speicher j

239 können ohne Schwierigkeiten Gruppen von Ausgangssignalen ■:

ausgewählt werden, die Gruppen von parallelen Strahlenwegen I

entsprechen. Dieses Verfahren bildet Gegenstand der deutschen j

Patentanmeldung P .. .. ..... . Wenn die Operationen für die j

Bildrekonstruktion vollzogen sind, wird das Bild auf einem j

Anzeigesystem 134 dargestellt, beispielsweise mittels einer j

Kathodenstrahlröhre oder eines Druckers, und das Bild kann \

zusätzlich odor als Alternative auf einem Magnetband ge- j

speichert werden. \

Die Verstärkungen der Verstärker 231 sind so eingestellt, daß ^;

sie Unterschiede in der Empfindlichkeit der Strahlungsdetek- ', toren kompensieren. Diese Kompensation ist insbesondere wichtig,

wenn eine hohe Genauigkeit der Bildrekonstruktion gefordert ,

wirdf beispielweise eine Genauigkeit von 1 Promille. Unter- j schiede der Empfindlichkeit machen sich in der Rekonstruktion

als feines, ringförmiges Muster bemerkbar. In der Praxis hat i

sich gezeigt, daß eine vorgegebene Einstellung der Verstärkung ,

nicht genügt, um die Unterschiede der Empfindlichkeiten zu ;

kompensieren. Die Erfindung befaßt sich mit einer wirksamen j

Kompensation dieser Unterschiede, die vorhanden, sein oder bei " j

der Untersuchung entstehen können. j

i Es kann angenommen werden, daß Pe hler in der Empfindlichkeit [

der Detektoren 18 zwei Komponenten haben, wobei die eine i Komponente von der lage des Detektors (das ist ein Unterschied [ ia der Empfindlichkeit des Detektors zu einem benachbarten . j Detektor) und die andere von der Zeit (das ist die Drift der
Empfindlichkeit eines Detektors während der für einen Uhter-

suohungszyklus benötigten Zeit) abhängt. Fig. 3(a) bis 3(f)

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- li -

zeigen, wie diese "beiden Fehlerkomponenten annähernd für jeden j

Detektor "berechnet und zur Korrektur der Ausgangsdatensignale '

bei der Bildrekonstruktion verwendet werden können. In allen j

Figuren ist der Bereich^ in dem der zu untersuchende Körper ; angeordnet sein muß, mit 15' bezeichnet. Die Figuren zeigen

die Strahlenwege, auf denen die Strahlung auf zwei Detektoren j

18-^ und 18-^₊₁ zu unterschiedlichen Zeiten während der drei |

Umläufe eines Untersuehungszyklus auftrifft. Fig. 3(d) zeigt [ etwa die Mitte der zweiten Umdrehung zu einem Zeitpunkt, "bei
dem aufgrund der Verschiebung des Detektor syst ems 18 mittels .
der Elektromagneten 35 und 36 die Detektoren k und k+1 im
Vergleich zu ihrer lage zu anderen Zeitpunkten versetzt sind.

Der Versatz entspricht einem Versatz der Umlaufachse von O j

bis O¹. Es wird angenommen, daß eine Umdrehung aus 361 Schrit- ·

ten besteht, nämlich von O⁰ bis 36o° einschließlieh, wobei ''

eine Einlauf bewegung von 1° während jedes Integrationsintervalls \

der Integratoren 232 erfolgt. Das Intervall kann jedoch auch |

kleiner sein. Die bei der orbitalen Bewegung für 3ede.Um- - I

drehung benötigte Zeit ist mit T bezeichnet, und zur Verein- !

fachung der mathematischen Rechnung ist die in Fig. 3(d) dar- !

gestellie Zeit als t = 0 angenommen. Die in den anderen Figuren ]

3(a), 3(b), 3(c), 3(e) und 3(f) dargestellten Zeiten sind j

jeweils neben den Figuren angegeben. Die während der ersten j

und dritten Umdrehung abgeleiteten Absorptiönsdaten dienen j

zur Bildrekonstruktion unter Verwendung bereits beschriebener \ Techniken.

In allen !Deilen der Fig. 3 ist angenommen, daß die nicht dargestellte Strahlungsquelle in der Ebene der Figur vertikal
über der Umlaufachse 0 liegt. In Fig. 3(a) stellt der ^veg ρ

eine bestimmte Spur eines den Eörper durchlaufenden Strahles )

dar, der auf den k-ten Detektor 18k des Detektorsystems 18 !

auftrifft. Der Detektor k+1 ist der nächstfolgende Detektor, \

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und auf diesen Detektor fallende Strahlung durchquert den Körper auf dem Weg q. I¹ ig. 3(c) zeigt eine identische Situation bei der Vollendung einer Umdrehung der Abtastvorrichtung, jedoch können infolge eines Driftens der Empfindlichkeiten der Detektoren die von den beiden Detektoren abgeleiteten Absorptionsdaten nun unterschiedlich sein.

Fig. 3(b) zeigt die Lage der beiden Detektoren nach, gerade einer halben Umdrehung der Abtastvorrichtung, und p¹ und q¹ bezeichnen die Wege, auf denen die Strahlung durch den Körper auf die beiden Detektoren k und k+1 in der Lage, die sie nun einnehmen, trifft. Die Wege liegen in antisymmetrischer Beziehung zu den Wegen ρ und q..

Die Wege p¹ und q.^r sind auch Pig. 3(d) gezeigt, aber nun trifft aufgrund einer Verschiebung des Detektorsystems der Strahlenweg p¹ anstelle des Strahlenwegs q¹ auf den Detektor k+1. Dieser Wechsel der beiden Detektoren in bezug auf den Weg p* ermöglicht einen Vergleich der Empfindlichkeiten der beiden Detektoren, und die Art die se Energie ic as wird klar, obwohl es natürlich notwendig ist, das Maß der Drift der Detektorempfindlichkeit im Intervall zwischen der Zeit t = -I in Pig. 3(b) und der Zeit t = O in Pig. 3(d) in Betracht zu ziehen. Pig. 3(e) und 3(f) beziehen sich auf den Beginn undddas Ende der dritten Umdrehung des Untersuchungszyklus- Diese Figuren sind ähnlich wie Pig. 3(a) und 3(o), jedoch sind hier die auf die Detektoren k und k+1 auftreffenden Strahlenwege mit r und s bezeichnet, um der geringen Differenz des Startwinkels bei der dritten Umdrehung gegenüber der ersten Umdrehung Rechnung zu tragen.

Zum besseren Verständnis des Korrekturverfahrens sei angenommen, daß ^(t) das Signal darstellt, das vom k-ten Detektor zu einer

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"beliebigen Zeit t während des Abtastvorganges abgeleitet wird. Dieses Signal ist proportional dem Maß der Absorption f (t), die die Strahlung auf dem Weg zum Detektor zur Zeit t erleidet, und es ist auch proportional der Drift D^Ct) der Empfindlichkeit des Detektors zur Zeit t. Somit kann man schreiben

S₃₅₁Ct) = A_kD_k(t)f(t),

Eine gleiche Peststellung kann auch für den k+l-ten Detektor getroffen werden. Aj₅. kann als Empfindlichkeitskonstante des Detektors k bezeichnet werden. Die Ausgänge des Detektors k in Fig. 3(b) und des Detektors k+1 in Pig. 3(d) sind dann

wobei f_Q das Maß der Absorption auf dem Weg p^f in Fig. und ebenso auf dem Weg p¹ in Fig. 3(d) ist. Zur Vereinfachung kann der Driftfaktor für einen Detektor zur Zeit t = Ö als 1 angenommen werden, und es folgt dann^dass

log S₁₅₁₊₁(O) - log S_k(-T) = log fk+1 - log

^Ak Das Verhältnis

^Ak+1

kann dann bestimmt werden und kann weiterhin auch für jedes Detektorpaar bestimmt werden, wenn diey&röße der Drift B^C-I) bestimmt werden kann. Daher können die relativen Empfindlichkeiten der verschiedenen Detektoren annähernd kompensiert werden, vorausgesetzt daß Λ und D(t) in jedem !felle beetiioat werden können.

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TTm die zur Abschätzung von D(t) benötigte Information zu gewinnen, werden zunächst die Situationen entsprechend den Mg. 3(a) und 3(o) betrachtet. ]pür diese Situationen gilt jeweils.

s_k(- | I

wobei f^ das Absorptionsmaß auf dem Weg ρ ist. Betrachtet man die entsprechenden Situationen gemäß 3?ig. 3(e) und 3(f), dann gilt

wobei fp das Maß der Absorption auf dem Weg ρ ist. Aua den ersten Gleichungen der beiden Gleichungspaare folgt, daß

log S_k(- |ϊ) - log S_k(- |?E) = log B^- Iß) - log und aus den zweiten Gleichungen

log S_k(|iP) - log S_k(^I}) = log D₁J-(It) - log

Diese Ergebnisse lassen sich kompakter darstellen, wenn Δ zur Kennzeichnung der Steigung erster Ordnung einer dem k-tsn Detektor über der Spanne (- ^5D), (- -^S) zugeordneten Punktion eingeführt wird, und ebensoA_v9 über der Spanne rfi)t so daß sich die Ergebnisse ausdrücken lassen als

^Sk = ^Aki ^sk ^ÄÄk2

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Unter der Annahme, daß die Drift klein ist und daß sieh, der ^:Loga-jrithmus parabolisch ändert, kann man schreiben

log ^(t) = (4_k1 log S_k +A_k2 log S_k)t + ^Δ^₂ ^lo£ ^Sk*^

worin Δ _k12 ^{die von den} Steigungen A^ undΔ _k£ erster Ordnung abgeleitete Steigung zweiter Ordnung bedeutet-. Somit ist die Drift D_k(tV für alle. Ze it en t'während des Untersuchungszyklus in Form der vier Signalausgänge S_k(- ·|τ), S_k(~ ^i), -S^C^E) und S_k(^T) bestimmt. Alle Signalausgänge aller Detektoren können bezüglich der Drift korrigiert werden, und wenn man die Drift insbesondere für die Zeit t = -Q) kennt, können die relativen Empfindlichkeiten der Detektoren zugelassen.werden.. Somit können die zeitlichen Schwankungen der Detektorempfindlichkeit bei den Bildrekonstruktionsdaten kompensiert werden.

Die Ausgänge von den Integratoren 232 (Pig. 2) werden Analog/ Digital-TJmsetzern 233, zugeführt, von denen in 3Tig. 4 eine Einheit 233_k dargestellt ist. In diese Einheit wird der Ausgang vom Detektor k eingespeist, und anschließend-wird das Signal über eine Logarithmier-Schaltung 242- und andere nachfolgend noch erläuterte Schaltelemente einem Datenspeicnei? 239 zugeführt, in dem die Pehler der ursprünglich gespeicherten Strahldatensignale, die von den unterschiedlichen DetektOEenempfindlichkeiten herrühren, korrigiert werden müssen» Hack Korrektur v/erden die Daten vom Speicher in gewünschter Reihenfolge vom Adressenwähler 251 (Pig. 2) ausgewählt. Die Zeitgeber schaltung 236 des Rechners, eine Routen-Wählerschaltung 241 _k und die Logarithmier-Schaltung 242 werden in bekanntet Weise vom Rechnerprogramm gesteuert.

Um die Art der Rechneroperationen zu verdeutlichen, wird die Beziehung zwischen einem korrigierten und einem nicht

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korrigierten, im Speicher 239 gehaltenen Datensignal wie folgt ausgedrückt:

log f(t) = log S_k(t) - log A_k - log Dj₅₁Ct).

In dieser Gleichung ist f(t) das wahre Maß der Absorption der Strahlung auf dem Weg durch den Körper, die zur Zeit t auf den Detektor k auftrifft. Der tatsächlich vom Detektor gemessene Wert ist S^Ct). Dieser Wert wird zunächst in seiner logarithmisohen Porm im Datenspeicher 239 gespeichert, und die Korrektur wird durchgeführt, indem vom nicht korrigierten Strahldatensignal die Korrekturen log A^ und log D^t) subtrahiert werden.

Nach dem oben Gesagten ergibt sich, daß für die Korrektur der ursprünglich im Speicher 239 gespeicherten Signale Detektorausgangssignale zu den folgenden Zeiten benötigt werden:

t = O,
t = |
t =

Der Einfachheit halber werden die Ausgänge des k-ten Detektors zu diesen Zeiten - fy£, -Tt - 4fl, ψ* ^³¹⁴ 2^ bezeichnet: j

V-	Ψ	' - ²Ok'
V-	I)	= ^X1k'
V-		*) - _2k,**

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und der Ausgang des Detektors k+1 zur Zeit t = O wird 'bezeichnet als

S_k(o) =

Diese Werte, die am Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers erscheinen, werden τοη der Routen-Wahlschaltung 24XjJ., die von der Ze it st euer schaltung 236 gesteuert wird, zur k-ten Adresse von entsprechenden Speichern 25oq, 25ο.., 25ο«, 25ο,,, 25o^, 25Og geschickt. In diesen Speichern ist eine Adresse, die jeweils allen Detektorkanälen, für die der k-te Kanal typisch ist, entspricht. Die inf rage stehenden Werte mit Ausnahme von 2:3%.» stellen ebenfalls Bildrekonstruktionsdaten dar und werden ebenfalls im Datenspeicher 239 gespeichert. Nachdem die Signale sich in den ^bpeichern 25Oq, 25oy,-25o., 25o₆ "befinden, zieht eine Wahlschaltung 251^ die

Werte ^Qk' ^X2k* ^X4k ^ym^^L ^X6k ^η&0^·^Θ i^rian^^er unter Steuerung der Zeitgehersohaltung 236 heraus, und diese Werte werden dann nacheinander der "Jiogarithmier-Schaltung 242 zugeführt· Sie aus der Sohaltung 242' in logarithmisoher Eorm und werden dar Differenzschaltung 252^. zugeführt, die die oben erwähnten, Steigungen erster und zweiter Ordnung bildet, und diese Stei— gungswerte zur Driftfunktions-Syntheaesohaltung 253^ Über- ■'· führt. Diese Sohaltung erzeugt aus diesen Werten und Werten des Zeitparameters t Werte der logarithmisohen Driftfunktion log D^Ct) entspreohend der Annahme, daß diese Funktion sich» wie schon oben erwähnt, parabolisch mit t ändert» Die "bei der Erzeugung der Werte der Funktion verwendeten Werte τοη t sind die Werte, die zu der Erzeugungszelt der dem Speicher zugeführten Datensignale gehören. Entsprechende Werte der Funktion log D^Ct) werden einer Addiersohaltung 254^ und dann

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subtraktiv zugehörigen Adressen im Datenspeicher 239 zugeführt. Die zugehörigen Werte von t werden der Syntheseschaltung 253v über eine Leitung 24S₁₇. mitgeteilt. Auf diese Weise werden die im. Speicher 239 befindlichen, vom Detektor k herrührenden Datenäignale für alle Werte des bei der Bildrekonstruktion verwandten Parameters t korrigiert. Die gleiche Verarbeitung erfolgt in gle ionen Schaltungsanordnungen für alle Detektorkanäle, so daß die gesamten Daten im Speicher 239 im Hinblick auf Driftfehler der Detektoren korrigiert werden.

Bei aem Verfahren zur Kompensation von lageabhangigen Fehlern der Speicherdaten, d.h. ungleichen Detektorempfindlichke.iten gilt zunächst . !

und als Folge davon, falls

ergltat sich dass

k-1

log Ar. ns j£ log λ + log Α_Ί . k _λι> j/ I

Die Kompensation der ungleichen Detektorempfindliohkeiten sohließt die augehörige Subtraktion der differierenden Werte von log Ajj. ein, die für unterschiedliche Werte von k von den im Speicher 239 gespeicherten Daten abweichen. Da der Wert log A₁ für alle Korrekturen gemeinsam ist, bleibt dieser Wert unberücksichtigt, denn er würde nur eine einheitliche Komponente in die Bildrekonstruktion einführen. Wenn daher auf den. Wert von log Aj. nachfolgend bezug genommen wird, so hat er die Bedeutung

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k-1
_τ ν log

Aus den früheren Erörterungen des Problems ist ersichtlich.,. daß der Wert Ton log λ^ durch die Gleichung gegeben ist

log X₃₁₅₁, - log X_{1 k} = log\ - log worin, wie schon früher festgestellt wurde

k¹ = k+1
ist.

Die von der Zeitgeberschaltung 2Si? gesteuerte Auswahlschaltung 255, wählt der Reihe nach den im Speicher 25o~ gespeicherten Wert x^ und den im Speicher 25o^ gespeicherten Wert X₁^ aus und führt diese der Logarithmier-Sohaltung 242" und dann einer Empfindlichkeitsvergleichsschaltung 256^ zu. Diese Schaltung verwendet die zugeführten Werte zusammen mit dem von der Driftfunktions-Syntheseschaltung 253^ und durch die Zeitsteuersohaltung 236 der Schaltung 256^ zugeführten Wert von log D^X-T) um den Wert von log X^ gemäß der b"bigen Gleichung künstlich herzustellen. Der künstlich hergestellte Wert von l°g Ajj- wird der k-ten Adresse des Empf indlichke itsspe ioaers 257 zugeführt, der allmählich die Werte von log X_fc für alle Werte von k empfängt und speichert. Alle Werte von logx_fc werden durch entsprechende Schaltungen der angegebenen Art synthetisch hergestellt.

Um den Wert von log A^ zu erzeugen, zieht die Addiersohaltung 258_k vom Speicher 257 alle gespeicherten Werte für log Ay für Werte von V im Bereich 1, 2, 3,... k-1 mittels der Zeit-

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steuerschaltung 236 über einen leiter 245¹^. ab und summiert βie zur Erzeugung des erforderlichen Wertes Ton log A, . Dieser Wert wird der Addierschaltung 254^ und darm subtraktiv den zugehörigen Adressen im Speicher 239 A zugeführt. Bei Verwendung gleicher Verfahren für alle Werte von k erfolgt eine Kompensation der ungleichen Empfindlichkeiten der Detektoren für die in allen Adressen des Datenspeichers 239 gespeicherten Daten·

In Pig. 4 sind die Komponenten und Schaltkreise nur schematisch dargestellt, da sie zu einem entsprechend programmierten Digitalrechner bekannter Bauart gehören.

Die bei der beschriebenen Datensignalkorrektur verwendeten Detektorwerte stellen zwar nur Werte einer Detektorposition dar, jedoch können diese Werte »Durchschnittswerte von einer Gruppe von Positionen sein. Auf diese Weise können statistische Fehler von begrenzten Photonenstößen beträchtlich reduziert werden.

Perner brauchen die bei der Korrektur verwendeten Detektorwerte nicht zu den angegebenen Zeiten gewonnen zu werden, vorausgesetzt, daß die Zeitsteuerung der Schaltung entsprechend ist. Kürzere Abtastungen und andere Zeitprogramme können verwendet werden, wenn die Gesamtzeit der Abtastung vermindert werden soll.

Während des zweiten Umlaufs des Untersuchungszyklus werden Signale von den Detektoren 18 nur zur Zeit t = 0 abgeleitet. Während des Restes der Umdrehung können die Röntgenstrahlen unterbrochen werden, um die Strahlungsdosis für den Patienten zu vermindern, Stattdessen können jedoch auch Datensignale während des zweiten Umlaufes erzeugt und zur Bildrekonstruktion verwendet werden.

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Es sei bemerkt, daß die Korrektur von in der Zeit varibalen Fehlern der Detektorempfindlichkeit dadurch erzielt wird, . [ daß von dem jeweiligen Detektor zu aufeinanderfolgenden Zeiten Ausgangssignale abgeleitet werden, wenn die Strahlung auf den Detektor auf demselben Strahlenweg durch den zu untersuchenden Körper auftrifft. Diese Ausgangesignale werden zur Erzeugung einer funktion verwendet, die die I?orm der Drift der Empfindlichkeit darstellt, und diskrete Werte dieser Punktion, die für entsprechende Augenblicke ausgewählt werden, dienen zur Korrektur der in den entsprechenden Augenblicken erzeugten Ausgangssignale. In Abhängigkeit von der Zahl der zu Erzeugung der Driftfunktion verwendeten Ausgangssignale kann die !Funktion linear, parabolisch, kubisch oder sogar von höherer Ordnung sein. In der Praxis gibt jedoch eine parabolisohe !Funktion eine ausreichende Korrektur. Dieser Aspekt der Erfindung kann bei jeder Zahl von Detektoren angewendet werden,da t eine individuelle Driftfunktion für jeden Detektor, erzeugt wird.j Eine Anwendung ist auch möglich, wenn nur ein Detektor in. jeder untersuchten Ebene verwendet wird, beispielsweise wie bei dem in der DT-OS 1 941 433 beschriebenen Anordnung,

Die go s it ionsabhängige Korrektur beruht dagegen auf eiern Strahlung auf demselben Weg durch bestimmte Detektorpaare (die in der Praxis nicht durch benachbarte Detektoren gebildet sein müssen) eines Detektorsystems, wobei ein Weg für jedes Paar vorgesehen ist. Insoweit ist die Erfindung nur anwendbar»' wenn zahlreiche Detektoren verwendet werden. Bei dem besoariebenen Ausführungsbeispiel wird das gewünschte Ergebnis dadurch erreicht, daß Strahlung zweimal durch den Körper von weitgehend identischen Richtungen geschickt und die vom Körper austretende Strahlung das erste Mal von den Detektoren in einer bestimmten lage in bezug auf den Körper und das zweite Mal von denselben Detektoren in einer demgegenüber versetzten lage zum Körper abgetastet wird. Die gleiche Wirkung kann

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natürlich, auch, erreicht werden, wenn der Körper in bezug auf die Detektoren verlagert wird, oder durch eine Kombination dieser Bewegungen. Ferner kann der "Blick" durch den Körper mit den gegenüber ihrer Position, die sie bei der normalen Abtastung einnehmen, versetzten Detektoren; entweder vor oder nach der Abtastbe.w.egung und nicht wie beschrieben an einer mittleren Stelle erfolgen. Vorzugsweise werden jedoch die relativen Empfindlichkeiten der. Detektoren an einer mittleren Stelle des Abtastprozesses geprüft.

- Patentansprüche -

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Claims

Patent ansprüohe

1. Verfahren zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B. Röntgen- oderf-Strahlung, "bei dem ein Bereich des Körpers bestrahlt und die Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers festgestellt wird, wobei der Körper durch eine Abtastbewegung der Strahlen quelle und wenigstens* eines Strahlungsdetektors aus mehreren" Richtungen bestrahlt wird und aus den Intensitätsbestimmungen eine Rekonstruktion der -^bsorptionsverteilung der Strahlung in einem Teil des Körpers abgeleitet wird, dadurch -

daß die Detektoräusgänge

zu vorgegebenen Zeiten im Terla.uf der Abtastbewegung verglichen werden, um das Maß der Unterschiede der Empfindlichkeiten der Detektoren zu bestimmen.

2 J Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Quelle zur Bestrahlung eines Bereichs des Körpers und mehreren Detektoren zur Bestimmung der Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Körper mit der Strahlungsquelle und den Detektoren aus mehreren Richtungen abzutasten, so- daß durch die Bestimmungen der Intensität eine Rekonstruktion der Verteilung der Absorption der Strahlung innerhalb eines ϊβϋβ des Körpers ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Ausgänge der Detektoren paarweise zu vorgegebenen Zeiten zu vergleichen, wenn die Detek-* toren eines Paares Strahlung auf etwa identischen Wegen empfangen, um die Unterschiede der relativen Empfindlichkeiten der Detektoren bei der Abtastbewegung zu bestimmen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennze lehnet, daß die Mittel zum Vergleich der Ausgänge der Detektoren Mittel

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enthalten, durch die die relative Lage der Detektoren zum Körper gegenüber der Lage "bei der Abtastbewegung veränderbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um den Körper nach dieser Veränderung der relativen Lage zu bestrahlen, so daß jeder Detektor Strahlung über einen Weg empfängt, der identisch mit einem Weg ist, über den ein anderer Detektor an einer Stelle während der Abtastbewegung Strahlung empfängt?-

4-r Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel so angeordnet sind, daß jeder Detektor Strahlung auf identischen Wegen zu verschiedenen Zeiten empfängt,, und daß Mittel vorgesehen sind, um eine Drift der Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren in Abhängigkeit von einem Vergleich der zu den erwähnten verschiedenen Zeiten von dem entsprechenden Detektor abgeleiteten Ausgänge ssu kompensieren. ·

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichnet, daß die Abtastmittel so ausgelegt sind, daß jeder Detektor Strahlung auf. identischen Wegen so oft empfängt, daß die Driftkompensation für eine nach einem parabolischen Gesetz verlaufende Drift erfolgt.

6-r Gerät zur TJnterschung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, z.B. Röntgen- oderJf-Strahlung, mit einer Quelle zur Bestrahlung des Körpers und wenigstens einem Detektor zur Bestimmung der Intensität der Strahlung nach Durchlaufen des Körpers in Eorm eines Strahls, wobei Abtastmittel für die Strahlungsquelle und die Detektormittel vorgesehen sind, um den Körper von mehreren Positionen aus bestrahlen zu können, und wobei eine Rekonstruktion der Absorptionsverteilung der Strahlung in einem Seil des Körpers gewonnen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-

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mittel so angeordnet sind, daß die Detektormittel Strahlung auf identischen Wegen zu verschiedenen Zeiten empfangen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Drift der Empfindlichkeit des Detektors in Abhängigkeit von einem TTergleioh der; vom Detektor zu den verschiedenen Zeiten abgeleiteten gänge zu kompensieren. .

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