DE2653465A1 - Verfahren und vorrichtung fuer computer-tomographie - Google Patents

Description

Pa ΐ e η t anwalt

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-13, 41, 76

PHILIPS MEDICAL SYSTEMS INC.

"Verfahren and Vorrichtung für Computer-Tomographie".

Bereich der Erfindung

Der allgemeine Bereich der Erfindung ist die Tomographie, d.h. sie bezieht sich auf die Erzeugung röntgenologischer Schichtbilder innerer Teile eines Körpers in einer Ebene dieses Körpers mittels Röntgenschichtaufnahmegeräte. Insbesondere betrifft der mit Transyersaltomographie bezeichnete Bereich der Erfindung das Verfahren und die Vorrichtung zum Durchstrahlen einer Ebene eines Körpers mit einem Röntgen- oder Gammastrahlenbündel, zur Ermittlung der Äbsorp—

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VK

tion jedes Bündels beim Dui-chstrahlen eines Körperteiles und zum Benutzen der ex~mittelten mehrfachen Messwerte für die Rekonstruktion einzelner Absorptionskoeffizienten für jedes Element einer bestimmten Elementenmatrix in der Ebene des Körpers. Stand der Technik

Die Beschreibung eines bekannten Verfahrens und einer bekannten Vorrichtung für Transversaltomographie ist in der US-PS 3 778 6i4 gegeben. Diese Pa tentschrift beschreibt eine Rekonstruktionstechnik für einen Querschnitt durch einen Körper aus einer Reihe von Transmissionsmessungen, die durch translatorisches Bewegen einer Strahlenquelle und eines Detektors im Durchschnitt des Körpers und durch Wiederholung dieser translatorischen Bewegung für mehrere Winkelorientierungen in der Ebene des Durchschnitts ermittelt sind.

Der Zweck dieser Messungen ist es, nach der Computeranalyse tausender unbearbeiteter Informations Stückchen über Strahlenschwächung durch die Ebene des Körpers den Absorptionskoeffizienten festzustellen, der jedem Element einer in der Ebene des Körpers definierten Matrix zuzuordnen ist. Dieses Verfahren ist für die Beschreibung des Inneren eines beliebigen Körpers brauchbar, eignet sich jedoch zunächst für die Identifizierung innerer

:--- .Λ-ΐ-Μ-ι. ¹J¹JO 9-8 2 3 / 0 6 &5 ...

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2<f

Abweichungen im menschlichen Körper. Die Absorptionskoeffizienten sind für normales Körpergewebe, Tumoren, Fett, usw. verschieden und ergeben somit Identif izleruiig^vsdaten über weiche Gewebe in einem menschlichen Körper. Da sich Tomographie mittels Computerrekonstruktion insbesondere für die Identifizierung von Gehirnkranklieiten und Gehirnabweichungen eignet, werden damit die Nachteile der Beschwerlichkeiten, die der Patient bei der seiner Krankheit durch die Gehirnuntersuchung mittels Pneumographie, Angiographie und Abtastung mit radioaktiven Isotopen empfindet, beseitigt.

Beim bekannten Verfahren werden eine Röntgenröhre X und ein Detektor D, die an gegenüberliegenden Stellungen festgesetzt sind, linear translatorisch bewegt, so dass die Röntgenstrahlung einen Körper B durchsetzt. Mit Hilfe von Kollimatoren wird ein schmales Strahlenbündel am Ausgang der Röntgenröhre X und am Detektor B bestimmt, so dass die Ablesungen des Röntgendetektors D bei jeder translatorischen und Rotationsstellung ein Mass für die Gesamtabsorption längs der bestimmten Bahn des "Strahlenbündels sind. Jeder Detektormesswert wird für spätere Computerverabreitung gespeichert. Nach jeder Linearabtastung erfolgt eine Drehung der Röntgenröhre*-Detektor-Kombination um eine Achse,

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die senkrecht auf der Ebene des Körpers stellt. Obige Beschreibung ist in den Fig.. la und 1b zeichnerisch dargestellt.

Beim bekannten Verfahren werden die Abtastsignale derart verai-beitet, dass sie visuelle Infox"-mationen und Stellenwerte der Strahlungabsorptionskoeffizienten im Querschnitt des Körpers ergeben. Abtastsignale aus den Detektoren D gelangen ah einen Analog-Digital-Umsetzer AD zum Umsetzen der analogen Abtastsignale in eine digitale Form, welche Signale jeder Strahlungsabsorption proportional sind, und werden danach in einer Speichereinheit-S gespeichert. Computeranalyse der ganzen Matrix von AbtastSignalen, in einem bestimmten Fall etwa 28.000 Punkte, ergibt Absorptionskoeffizienten, die einer Elementmatrix zugeordnet sind, die für die Ebene des Körpers B definiert ist. Diese Absorptionskoeffizienten werden auf die ortsbestimmten physikalischen Eigenschaften in der Ebene des Körpers B bezogen. Nach der Verarbeitung im Computer K erfolgt Speicherungen der Absorptionskoeffizienten in einer Speichereinheit S und anschliessend die Umsetzung in Analogsignale mit Hilfe eines Digital-Analog-Umsetzers DA. Diese Signale steuern eine ¥iedergabeeinheit V, z.B, eine Kathodenstrahlröhre, mit dem Informationsinhalt, der die Absorp-

Jt-

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tionskoeff izienten für jedes Ma tr ixe lenient als Bild darstellt. Eine dauerhafte Aufzeichnung der Abbildung liefert eine Kamera C. Fig. 2 stellt eine Anordnung nach obiger Beschreibung dar.

Ein Nachteil des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass eine Abtastung des ganzen Querschnitts des Körpers erforderlich ist, bevor der ortsbestimmten Wert der Absorptionskoeffizienten hergeleitet werden kann. Dies wird durch die Beeinflussung der Berechnung des Absorptionskoeffizienten an jedem Punkt des Querschnitts durch die Ablesungen an jeder Stelle des Röntgenstrahlenbündels verursacht. Daher muss der ganze Querschnitt durch den Körper abgetastet werden und diese Abtastung kann nicht auf einen bestimmten wichtigen Bereich beschränkt werden. Weiterhin werden an die Stabilität der Röntgenröhren- und Detektorsysteme sowie an die mechanische Präzision der Anlagen hohe Anforderungen gestellt, da während der ganzen Abtastzeit zur Berechnung der Stellenwerte des Absorptionskoeffizienten zusammenhängende. Daten ermittelt werden müssen. Es können auch Rekönstruktionsprobleme~.dn bewegenden Teilen des Körpers auftreten. Eine Abtastbewegung, die aus einer translatorischen Bewegung mit nachfolgender Drehung besteht, ist unpraktisch und verursacht mechanische

I - - ■ ■

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Schwingungen und Versclileisst:. Die auftretenden mechanischen Probleme erschweren weiter die Aufeinanderfolge translatorischer und drehender Bewegung zur Verkürzung der Abtastzeit zu beschleunigen. Weitere Nachteile beziehen sich auf die Komplexität des zum Aufruhen und Verfeinern der erforderliclien Programmteile benötigten Komputerprogramins »

Für die Beseitigung der Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtungen bietet die nachstehend beschriebene ,Erfindung einen wesentlichen Vorteil dadurch, dass sie ein neues und schnelles Abtastverfahren angibt, das die Beschleunigung grosser Massen wie Röntgenquellen und Detektoren innewohnend, die zur Durchführung der bekannten Stufe linearer translatorischer Abtastung erforderlich sind, vermeidet.

Ein anderer wesentlicher Vorteil der Erfindung beste ht darin, dass sie eine Rekonstruktion von Bereichen der Ebene des Körpers mit einer beschränkten Anzahl von Transmissionsdaten ermöglicht, die in einer den erwähnten Bereich enthaltenden Umgebung ermittelt worden sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie bei fortschreitendem Abtastverfahren eine Quasimomentmessung der Stellenabsorptionskonstanten schafft.

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Ein Vorteil der Erfindung· ist weiter, dass sie eine Steuerung der Abtastvorrichtung mit höherer Präzision ergibt.
Darstellung der Erfindung

Diese Vorteile bietet ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Untersuchen einer dünnen Schicht oder einer Ebene durch einen Körper mittels Durchstrahlens der Ebene des Körpers mit Röntgen- oder Gammastrahlen. Die Ebene des Körpers wird für Uhtersuchungszwecice als eine zweidimensionale Matrix von Elementen dargestellt, die durch mehrere, konzentrische Ringe bildende, konzentrische Kreise definiert sind. Der Aussenring wird mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-I usw. bezeichnet. Die Elemente in den Ringen werden durch die Verteilung jedes der Ringe in JSTr-Elemente mit gleichem Sektorwinkel gebildet. Auf diese Weise gibt die Bezeichnung N_R eine Anzahl gleich zwei oder mehr als zwei Elementen des aussersten R-Ringes j^an,, während der R-T-Ring in iKL· -Elemente verteilt ist, usw.

Das Verfahren zur Ermittlung einzelner Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten für jedes Element in der bestimmten Elementmatrix fängt mit der Drehung von Röntgen- oder Gammastrahlen über 36O⁰ um die Aussenseite des Körpers an, wobei für jeden konzentrischen Ring ein Strahlenbündel vor-

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gesehen 1st, das dez-art in der zu untersuchenden Ebene gerichtet ist, dass es ununterbrochen mit dem zugeordneten Ring in Berührung ist.

Von jedem aus dem Köx-per heraustretenden Strahlenbündel wird bei N diskreten Winkelintervallen bei der Drehung über 3^0° des Strahlenbündels ein diskretes Ausgangssignal aufgezeichnet, das die Summe der Absorptionen der Elemente in jedem einzelnen konzentrischen, vom betreffenden Strahlenbündel durchsetzten Ring darstellt.

Für den äussersten R-Ring werden die N_n diskreten Ausgangssignale des den R-Ring berührenden Strahlenbündels zum Herleiten von den einzelnen Absorptions- oder Transmissionselementen proportionalen Signalen benutzt, welche Elemente jedem der N Elemente im R-Ring zugeordnet sind.

Auf der Basis der N_n diskreten Ausgangs-

JA-I

signale des den R-1-Ring berührenden Strahlenbündels und der Signale, die den einzelnen Absorptionskoeffizienten proportional sind, die den Elementen im R-Ring zugeordnet sind, durch den das Strahlenbündel in Berührung mit dem R-1-Ring bei jedem der

N_{n Λ} diskreten Winkelintervalle geht, werden Signaxi— 1

Ie hergeleitet, die den einzelnen, jedem der N_{n 1} Elemente im R-1-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten proportional sind.

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Dieses Verfahren wiederholt sich für jeden folgenden Ring: für den R-2-Ring zur Mitte der konzentrischen Kreise hin. Für jeden konzentrischen Ring werden Signale proportional den einzelnen, jedem dei-N Elemente im ⁵Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten auif Basis der N diskreten Ausgangssignale des diesen Ring berührenden Strahlenbündels und der vorher abgeleiteten Signale hergeleitet, die den einzelnen Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten proportional sind, die den Elementen in allen äusseren Ringen zugeordnet sind, durch die das Strahlenbündel bei jedem der N diskreten Winkelintervalle hindurchgeht,

Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung werden bestimmte Strahlenbündelmessungen um konzentrische .Ringe zunächst nach einem anderen Koordinatensystem konzentrischer Ringe übersetzt, u.zw. um einen Punkt P in der Ebene des Körpers, und danach zum Herleiten eines Signals benutzt, das dem Absorptionskoeffizienten an der Stelle eines Punktes P proportional ist, wodurch ein Rekonstruktionsverfahren in einem wahlfreien Bereich der Ebene des Körpers geschaffen wird.

Es wird eine neue Vorrichtung zum Durch— führen dieses Verfahrens beschrieben. Ein drehender Rahmen, der in einem festen Rahmen mittels -ei·*-

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nes Kugellagers angeordnet ist, wird von einem Motor angetrieben. Eine Röntgen- oder Gammastrahlenquelle wird auf einem ei-sten, mit dem drehenden Rahmen fest verbundenen Arm montiert. Die Quelle erzeugt ein oder mehrere Strahlenbündel in einer Ebene senkrecht auf der* Drehungsachse. Die Strahlenbündel kommen in einem System von Detektoren an, die auf einem zweiten Arm montiert sind, der am Drehrahmen befestigt ist. Die Strahlenbündel werden von sowohl der Röntgeiis- oder Gammastrahlenquelle als auch dem Detektorsystem zugeordneten Kollimatoren bestimmt und derart ausgerichtet, dass sie sich mit konzentrischen Ringen berühren, die um die Drehungsachse des Drehrahmens in einer Ebene des Körpers definiert sind, der in oder nahe der Drehungsachse zwischen der Quelle und dem Detektorsystem angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Detektorsystems sind ein Referenzkristalldetektor und mehrere Messkristalldetektoren gruppenweise vorgesehen, welche Gruppen auf einer Bahn in ver schiedene Stellungen gebracht werden können, um verschiedene den Körper bei verschiedenen Drehungen des Drehrahmens durchsetzende Strahlenbündel aufzufangen. Für jeden Messkristalldetektor werden zum erzeugen elektrischer Signale Photobervielfacherröhren angeordnet, welche Signale der entsprechen-

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den Strahlenintensitelt proportional sind. Zum magne tischen Speichern der Strahlungsabsorptionssignale in digitaler Form sind Mittel vorgesehen. Ein Digitalcomputer mit Speicherprogramm ist zum Ableiten von Signalen proportional den Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten für die bestimmte Element enmatr Ix in der Ebene des Körpers angeordnet. Diese Signale werden gespeichert und dienen danach zum Erhalten einer Referenz der Absorptionskennlinien der Ebene des Körpers.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand dei* Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1(a) und i(b) ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum Durchführen von Transversaltomographie,

Fig. 2 eine bekannte Anlage zum Frmitteln von Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten einer bekannten, bestimmten Elementenmatrix aus einer Reihe transversaler Strahlungsmessungen,

Fig· 3 die Orientierung einer Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle und eines Detektors in der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Drehung eines Strahlenbündelmusters um einen Körper, in dem eine Elementenmatrix durch konzentrische Kreise mit sich linear verlängernden Radien definiert ist,

:■—.: ... -7 Q 9:8 2 3./ 0 6 95.

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Fig. k detailliert die definierte Elementenmatrix in der erfindungsgemäesen Verrichtung zur Ermittlung von Absorptionskoeffizienten in einer Ebene eines Köi"pers,

Fig. 5 eine andere definierte Eleinentenmatrix in der Vorrichtung nach der Erfindung zur Ermittlung des Absorptionskoeffizienten an einem bestimmten Punkt,

Fig. 6 das Perspektivbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Drehen eines Strahlungsmusters durch eine Ebene eines Körper-s und zur Ermittlung der Strahlungsabsox-ption nach dem Durchgang des Strahlenbündels,

Fig. 7 die Strahlenausbreitung einer Röntgenröhre nach der Erfindung während der Drehung dieser Röhre um einen zu untersuchenden Körper,

Fig. 8 schematisch die Erzeugung und Detektion eines Strahlenbündels nach der Erfindung,

Fig. 9 schematisch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Erzeugung und Detektion eines Strahlenbündels,

Fig. 10 schematisch das erfindungsgemässe Sammeln, Speichern und Verarbeiten von Messdaten,

Fig. 11 ein Blockschaltbild für die Zusammenstellung eines Computerprogramms für das Verfahren ortsbestimmter Rekonstruktion nach der

.... . .ν. 1709823^:01.95;\L:jc„/_r.:::ri:^i;i__-. .__;ii:

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Erfindung.

Abtastung mit konzentrischen Ringen

a. Einheitliche Abtastung eines Körpers Fig. 3 zeigt die Skizze einer Ebene 101 eines Körpers 111, der mittels erfindungsgemässer Transversaltomographie untersucht werden muss. Der Körper 111 befindet sich zwischen einer Röntgen- oder Gammastrahlenquelle 300 und einem Detektor 301, der ein Szintillator und ein Photovervielfacher sein kann und vorzugsweise weiterhin einen Kollimator enthält. Deutlichkeitshalber sei angenommen, dass der Detektor 301 längs einer Bahn. 302 derart bewegen kann, dass Strahlenbündel 310, 311» 312, 313 detektiert werden können, die unter verschiedenen ¥inkeln aus der Quelle den Körper 111 durchsetzen. Mehrfachdetektoren mit je einem zugeordneten Kollimator können selbstverständlich als Detektoren 301, 301', 301'^! usw. angeordnet werden oder es können Mehrfachdetektoren auf der Bahn 302 bewegt werden. Die Röntgenquelle 300 und die Detektoren 30I sind mit einem C-förmigen drehenden Ring 303 verbunden, der um eine senkrecht auf der Ebene 101 stehende Achse 0 drehbar ist. In Fig. 3 befindet sich die Achse 0 in der Mitte des Körpers 111, jedoch kann der Körper 111 auch an einer beliebigen anderen Stelle im Bereich des Strahlenbündels 300 und

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des Detektors 301 angeordnet werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist eine Reihe konzentrischer Kreise um die Drehungsachse 0 eindeutigfestgelegt. Während der Drehung des Ringes 303 um die Drehungsachse 0 ist der Röntgenstrahl oder sind die Röntgenstrahlen ununterbrochen (wie bei einem Orieiitiexmngs-Drehwinkel dargestellt) senkrecht auf die aufeinanderfolgenden Strahlen aus der Achse 0 auf einen Punkt P gerichtet. Hierdurch ist ein Strahlenbündel, z.B. 310, stets mit dem Aus seilring um die Mitte 0 bei drehendem System Strahlenquelle - Detektor 3OO-3OI in Bex-ührung.

Fig. 4 zeigt detailliert das konzentrische System, das um die Drehungsachse 0 eindeutig festgelegt ist. Das Strahlenbündel 3OI ist mit einer besonderen Orientierung bei seiner Drehung um den Körper 1 11 dargestellt und steht senkrecht auf" einem bestimmten Radiusvektor r im Punkt P. Durch geeigr. netes Kollimieren ist eine Annäherung, der konzentrischen Ringbreite Δ r durch die Strahlenbündelbreite W erreichbar^ Das in Fig. 4 dargestellte Beispiel zeigt das Strahlenbündel 3IO beim Durchgang durch den äussersten konzentrischen Ring (i). Senkrecht auf dem Radiusvektor r ist das Strahlenbündel 310 beim Durchgang durch die mit j = n.-1, n., 1, 2 und 3 bezeichneten Elemente dargestellt-

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-W-

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Es sind Elemente aus der Gesamtheit von n. Elementen im i-Ring.

Zur Beschreibung des Inneren des Körpers 111 gemäss der Elementenmatrix, die durch konzentrische Ringe und Radiusvektoren nach Fig. 4 gebildet wird, ist jedem kleinen Element ein unbekannter Wert des Absorptionskoeffizienten zugeordnet. So ist beispielsweise der Absorptionskoeffizient für das Element j= 1 im i-Ring mit /u. angegeben; /u. für

/1,1 /l,iC

das Element j = 2; /u. . für das j. Element. Die ermittelte Strahlungsabsorption für das Strahlenbündel 310 wird durch die Summe des mittleren Wertes der linearen Abs'orptionskonstanteii /u für jedes vom Strahlenbündel durchsetzte Element gegeben.

Bei der Drehung um die Achse 0 wird die Strahlungsabsorption zwischen der Quelle 300 und dem Detektor 3OI bei n. verschiedenen Stellungen ermittelt, von denen nur eine in Fig. h dargestellt ist. Die Strahlungsabsorption für jede mit /-> . , bezeichnete Messung ist schlechthin die

t 1 y JtC

Summe der linearen Absorptionskonstanten für jedes vom Strahlenbündel durchsetzte Element, multipliziert mit einem einzelnen geometrischen Faktor, der durch die Durchschneidung der Strahlenbündel mit jedem Element bestimmt ist. Die Drehungsmessschritte des Strahlenbündels 310 während

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der Dx^ehung der Quelle 3OO und des Detektors 30I um 0 sind mit einem Index Ic bezeichnet. Dieser Index k gellt in Stufen gleich 1 von 1 bis zu k = 11. und ist gleieh der Anzahl von Elementen im i-Ring. Die Messung der Strahlungsabsorption in jeder Stellung des ersten dux-chsclinitteilen Ringes führt also zu den Gl e i chungen

4=1

worin k= 1 , 2, ..., n.

Der Term (X . . ist der geometrische Fak-XjJ —ic

tor, der durch die Durchschneidung des Stx^ahlenbündels 3IO mit jedem Element j bestimmt ist, wobei der Strahlenbündel 310 in k Stufen in Berührung mit dem Ring i rotiert.

Da j gleich k angenommen wird, d.h. die Anzahl der Elemente im i—Ring ist gleich j und die Anzahl der Messungen am Ring i ist gleich k, gibt die Gleichung (1) ein System von k Gleichungen, wobei k gleich n. mit j = n. unbekannten Parametern /u. . ist. Die Lösung des Systems der Gleichungen (i) liefert die jedem Element im Ring mit dem Index i zugeordneten Werte /U.

Im folgenden Abtastring, dem Ring mit dem

J0

- "Wf -

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Index i-1, führt die Messung der Strahlungsabsorption zu einem neuen System von Gleichungen

η. τ
x-1 n.

j=l J=I

worin k = 1,2, ...n. _,

t ■ -

worin. p( der geometrische Faktor ist, der durch

1,j-k
die Durchschneidung des Bündels mit dem neuen Ring mit dem Index i-1, z.B. des Strahlenbündels 311 nach Fig. 3> mit den Elementen des äussersten Ringes i bestimmt ist.

Die Werte /u. . sind durch die Lösung der Gleichungen (i) bestimmt. Die Lösung des Systems von Gleichungen ..(2) ergibt die Werte /u. . im

/ i—l,J

Ring mit dem Index i-1. Die Messung in jedem Abtastring mit abnehmendem Radius ergibt ein System von Gleichungen gleich (2) mit Termen an der rechten Seite, die· bekannte Werte für /u. in den Elementen enthalten, die sich auf die äussersten Ringe beziehen. Es ist klar, dass die Anzahl der Elemente jedes äussersten 'Ringes, die zur Absorption längs eines Innenringes beiträgt, rasch abnimmt, je mehr sich der Abtastradius Punkt 0 nähert, d.h. je mehr sich das Abtastbündel dem Rotationsmittelpunkt nähert.- - ■

Die Eigenschaften der einzelnen Stellen

7 09823/0 695 . . * .^:

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werden also bei Vervollständigung jedes Abtastringes völlig bestimmt, ohne dass die Gesamtabtastung des Querschnitts des Körpers abgewartet werden muss.

Die Anzahl der Gleichungen in jedem System gleich dem System der Gleichungen (2) ist ziemlich klein und kann mit der Messung der Innenringe mit abnehmendem Radius gleichermassen reduziert werden. Venn beispielsweise davon ausgegangen wird, dass ein Abtastradius des Aussenringes in der Gz-össenordnung von I50 mm und bei einer Elementbreite in der Grössenordnung von 3 nun ist, besteht jedes unabhängige System von Gleichungen für die äussersten Ringe nur aus mehreren hundert Gleichungen. Die Lösung für die unbekannten ax für jeden Ring aufeinanderfolgend von äussersten Ring zu den Innenringen erfordert eine viel kürzere Rechenzeit als bekannte röntgentomographisclie Anlagen. Je weiter einwärts gemessen wird, je mehr kann die Anzahl der Messungen längs des Ringes, verringert werden (d.h. kann bestimmt werden, dass η. für die Innenringe kleiner ist als für die Aussenringe, wodurch die Abmessung des Elements ungefähr konstant bleibt), so dass die Grosse des Systems der Gleichungen kleiner wird. Die Rechenzeit wird dementsprechend bei der Lösung der /u des Innenringes reduziert.

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b. Ortsbestimmte Rekonstruktion

Das Verfahren ztii" Ermittlung der Absorptionskoeffizienten für die Elemente, die als Elemente in konzentrischen Ringen um die Drehungsachse eindeutig bestimmt sind (Fig. k), , erfordert, dass sämtliche Strahlungsabsorptionsdaten bei den Lösungen der Gleichungen aufeinanderfolgender Ringe, insbesondere für ein bestimmtes Element nahe der Achse 0, benutzt werden. Oft jedoch interessiert sich ein Diagnostiker zunächst für die Untersuchung eines bestimmten Punktes der Ebene 101 des Körpers 111. Es ist möglich, die Strahlungsabsorptionsdaten nach obiger Beschreibung zur Rekonstruktion einer Absorptionsmatrix um einen Punkt P im Querschnitt durch den Körper, der nicht auf die Achse 0 zentriert ist, zu benutzen.

Fig. 5 zeigt den Körper 111 beim Abtasten durch drehende Strahlenbündel, von denen nur ein Strahlenbündel -310 dargestellt ist. Um einen bestimmten Punkt P ist eine Aufeinanderfolge konzentrischer Kreise mit in einheitlichem Abstand liegenden Radien dargestellt. Diese Kreise bestimmen eine Anzahl von Ringen, die ebenfalls in einem Radiusabstand r. voneinander entfernt liegen. Der Radius für jeden Kreis vom Mittelpunkt P aus beträgt also

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ΡΙΙΛ 20751 19- 11-76

(3)

rin j=0,1,2,...

Sogar wenn Strahlungsabsorptionsdaten für ein konzentrisches, um den Mittelpunkt 0 definiertes Ringsystem gesammelt werden, können diese Daten dtirch Koordinatenumwandlung in dcis konzentrische Ringsystem übersetzt werden, das durch den Mittelpunkt P und mit durch die Gleichung (3) definierten Radien bestimmt ist. Der Absorptionswert eines Strahlenbündels in Berührung mit einem Ring mit dem Radius und dem Mittelpunkt P fällt zusammen mit einem Strahlenbündel, das mit dem Ring- mit dem Mittelpunkt 0 mit einem Radius r nach der Gleichung

r = Ο + r cos(9-9 ) (k)

/PP

in Berührung ist, in welcher Gleichung θ die Winkelkoordinate des Berührungspunktes ist und r , θ die Polkoordinaten von P sind. Mit Hilfe der Gleichung (4) können die Messwerte f£ der Strahlungsabsorption im konzentrischen Ringsystem um den Mittelpunkt 0 mit einem Computer übersetzt werden, so dass eine Reihe von Strahlungsabtastwerten in Berührung mit den konzentrischen Ringen um P erhalten wird. Diese mit dem Index j versehenen ¥erte . stellen Strahlungsabsorptionswerte dar, die 3

vollständig längs konzentrischer Kreise 0 = Jr₁

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um P gemessen sein würden.

Diese Strahlungsabsox'ptionswerte längs des Ringes j sind bei voll ständigen? Summierung über den Ring j gleich der Summe der Durchschneidungen über
alle Ringe ausserhalb des Ringes j. Diese Beziehung wird wie folgt geschrieben

2/Γ

d9₌

0=> Jr₁ J 9.^ _{+ 17}U_1x (5)

worin θ . , ." ein geometrischer Parameter ist, ge-J jh—j+I

geben durch

-ι / . t 1 J V I

j,h-

Der Parameter θ ist ein Mass für die Bahnlange zwischen dem Kreis mit dem Radius h und dem
Kreis mit dem Radius h+1.

Aus der Gleichung (5) wird ein Ausdruch Ax der gewünschte Absorptionskoeffizient·in P , wie
folgt geschrieben

j=1

worin /" der ^Absorptionswert eines Strahlenbündels durch Po die Koeffizienten k . gegeben sind durch

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577 · ⁽¹ - ^Θ1,2 · id, I

θ. J

J-1.2 -¹¹J-

Für grosses j ist ^ Icj = — . -j (9)

k .
Die Koeffizienten τ"· von /-> . in der G-lei-

chung (7) nehmen asymptotisch mit j ab. Infolgedessen nimmt in einer quasieinheitlichen Verteilung -des ¥ertes von j über den zu untersuchenden Querschnitt durch den Körper der Beitrag der Berechnung von /U der Werte von P. in P umgebenden Bereichen im wesentlichen mit j ab, d.h. die Abtastung eines

im Abstand P von P befindlichen Bereichs beeinflusst I. ο

die Berechnung von /u proportional mit r^J . Dieses langsame Abnehmen des Effekts umgebender Bereiche auf die Berechnung von /u in jedem Punkt würde es notwendig machen, einheitliche Abtastung des ganzen Querschnitts durch den Körper anzuwenden, um zur Bildrekonstrukti©n zu gelangen. Die Lösung für /u im Punkt P , wiedergegeben in der Gleichung (7) gibt also an, dass die Beschränkung der Abtastung

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auf einem beschränkten Bereich des Querschnitts durch den Körper zu einem =Fehler in der Rekonstruktion des Bildes führen würde, es sei denn, die Grenze des Bereiches falle teilweise mit der Grenze des Querschnitts durch den Körper zusammen.

Wenn andererseits der Unterschied in Werten für /u zwischen zwei Punkten berechnet wird, beeinflusst die Abtastung in den umgebenden Bereichen den Unterschied als

1 _ 1
¹I 2

worin r und r die Abstände zwischen einem Bereich eines Querschnitts durch den Köi-per und den zwei Punkten darstellen. Für hohe Werte für r₁ und r„ nimmt der Effekt der Abtastung in den umgebenden

_2

Bereichen im wesentlichen mit r_{1 Q} ab. Dieses rasche Abnehmen ermöglicht die Anwendung einer differentialhaften Annäherung bei der Bildrekonstruktion eines Teiles des zu untersuchenden Querschnitts durch den Körper, ohne dass eine komplette einheitliche Abtastung des Querschnitts durch den Körper notwendig ist. Zum Fortsetzen dieser Annäherung wird der mittlere Wert /u in einem Kreis mit einem Radius J-Y zunächst mit Hilfe»lfolgender Gleichung berech-r net

-7 0 S W3

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⁼ lh J

h=o

Mit Hilfe der Gleichung (5) wird die Gleichung (1O) wie folgt umgewandelt

& fit

(11)

ι r_2i

i,j " Q^ _Λ V

(12)

worin k^ ^ — „ ι ^j - ο. ...λ-. ₁

ι, J if·

^ki 1

1,1

,j Gj^₁ ^ Ij 1,j e,1 J-1,2 e.j-1j

(15)

Die Koeffizienten k. in der Gleichung (7) und k .

J ^e, J

in der Gleichung (ii) erfüllen folgende asymptotis ehe Bedingung

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Aus den Gleichungen (7) und (ii) ergibt sich also

λ,

- W^ J

worin ßf. . = — (-77- .Ic. . + Ic .)

. = -τ (4y . .k . - k.) (18)

Der Koeffizient 0 . nimmt asymptotisch mit

^e > J
_3
j ab und dieses arasche Abnehmen ermöglicht eine Beschränkung der Anzahl von Termen in der zweiten Summe an der rechten Seite der Gleichung (17) für die Berechnung von ax - /U. Dies bedeutet, dass es möglich ist, das Abtastverfahren auf einem Bereich des Querschnitts durch den Körper zu beschränken, der den Bereich umgibt, in dem die Rekonstruktion von /U bis /u durchgeführt werden muss. Nachfolgende Tabelle 1 enthält numerische Werte für k. als

Funktion von j=1 bis 3=95J für k. . als Funktion von

j von j=1 bis j = 10 (/=1θ) und für k . als Funktion

^e» 3

von j von j=11 bis j=95j und für 0. . als Funktion

¹J

von 3 von j=1 bis j=10 C^ = 10) und für 0 . als

^e > J

Funktion von j von j=11 bis j=95·

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	K. ■1	TABELLE 1 .	Iv. 1, J	•76142E+02	0. . und 0 ι,,Ι e , ,1	fi	t	-.1O449E-O2
j	.57735E+OO			.6OI72E+OI	.58689E-J-OO		-.78441E-O3
1	•32826e+00	K. . und K ι.,Ι e, j		. ϊ·54664ε+01	.17424E+00		-.60305E-03
2	.22153E+00	.II547E+OI		.5O184E+O1	.84126E-01		-.47279E-03
3	.16542E+00	•24454E+01		.46459E+O1	.■5172OE-OI		-3768äE-O3
4	.13153E+OO	•37332E+O1		»43303E+01	.36715E-01		-·3θ46θΕ-θ3
5	.10903E+00	.50167E+01	TC		.286O8E-OI	5
6	•73064ε-01	.62974E+01	XV . e, J		.23748E-O1
7	.81161E-O1	•75764E+O1			.2061IE-OI
8	.71953E-O1	.88542E+01	/	.1847OE-O1
9	.64621E-O1	.10131E+02	.I6944E-OI
10	.58645E-O1	.114O7E+O1	-.23816E-OI
•11	.53681E-O1	.12683E+02	-.94539E-O2
12	.49493E-01	.38795E+02	-.50385E-02
13	.45912Er01	.20222E+02	-.30383E-02
14	.42814E-01	.13914E+O2	-.20470E-02
15	.4O1O9E-O1	.1O779E+O2
16	.37725E-O1	.88958E+OI
17	.3561OE-O1	.76298E+OI
18	.33719E-01
19	.32O19E-O1
20	O0482E.01
21	.29O87E-O1
22

	.27813E-01	.40591E+01	HtA 20751 19.11.76
	.26647E-O1	.38230E+01	2653465
23	.25575E-O1	.36153E+01	-.24945E-03
24	.24585E-O1	.34310E+01	-.20616E-03
25	.23670E-01	.32661E+0T	-.17216E-03
26	.22820E-01	.31176E+01	-.14500E-03
27	.22029E-01	.29830E+01	-.T23O7E-O3
28	.2129IE-01	.286o4E+O1	«-. 10519E-03
29	.20601E-01	.27482E+01	-.9O485E-O4
30	.19955E-Ol	.26451E+01	-.7829IE-04
31	.19348E-O1	.25499E+OI	-.68105E-O4
32	.18776E-01	.24617E+01	-.59541E-O4
33	.18238E-01	.23798E+OI	-.52293E-04
34	.17729E-01	.23Ö34E+OI	-.46126E-O4
35	.17248E-OT	.2232IE+OI	-.4o849E-o4
36	.16793E-01	.21652E+01	-.36311E-04
37	.1636 TE-01	.2IO52E+OI	-.32391E-04
38	.I595IE-OI	.20434E+01	-.28990E-04'
39	.I556OE-OI	.I9878E+OI	-.'26027E-04
40	.I5I89E-OI	.19352E+O1	-.23435E-04
41	.14834E-O1	.18854E+O1	-.21160E-04
42	.14496E-01	.I8383E+OI	-.19155E-O4
43	.14193E-O1	.I7935E+OI	-.17384E-O4
44	.13864E-O1	.I75O9E+OI	-.15814E-O4
45	.13569E-01 ·	.171O4E+O1	-.14419E-O4
46	.13285E-OI ■-'-■-7 0-9 8 2-3X0	.16718E+01 £-9l5-...i::::: .: ..	-.13174E-04
47		-.12062E-04
48		-.11065E-04

	SO	.13Ο14Ε-Ο1	.16349E+Oi	Ρ11Λ 20571 19-11.76 2653465
49	.12753Ε-01	.15997Ε+01	-.ιοι69Ε-ο4
50	.12502Ε-01	.1566ΟΕ+Ο1	-.93627Ε-05
51	.Ι226ΙΕ-ΟΙ	. 153-38Ε+01	-.8635ΟΕ-Ο5
52	.Ι2029Ε-ΟΙ	.15029Ε+01	-.79768Ε-Ο5
53	.ΙΙ8Ο6Ε-ΟΙ	.14732Ε+Ο1	-.738Ο4Ε-Ο5
54	.ΙΙ59ΙΕ-ΟΙ	.14447Ε+Ο1	-.68389Ε-Ο5
55	.11384Ε-Ο1	,ι4ι74ε+οι	-.63463Ε-Ο5
56	.ΙΙΙ83Ε-ΟΙ	.13911Ε+Ο1	-.58975Ε-Ο5
51	.ΙΟ99ΟΕ-ΟΙ ■	.13657Ε+Ο1	-.54877Ε-Ο5
58	.1Ο8ο4Ε-Ο1	.13413Ε+Ο1	-.5113ΟΕ-Ο5
59	.10623Ε-01	.13178Ε+Ο1	-.47699Ε-05
6ο	.1Ο449Ε-Ο1	.12951Ε+01	-.44551Ε-Ο5
61	.10280Ε-01	•12731Ε+01	-.4166ΟΕ-Ο5
62	,-10117Ε-01	-. 12520Ε+01	-.39ΟΟΟΕ-Ο5
63	•99583Ε-02	.12315Ε+01	-.36549Ε-05
64	•98Ο48Ε-Ο2	.12117Ε+01	-.34288Ε-05
65. .	.9656ΟΕ-Ο2	.11926Ε+01	-.32200Ε-05
66	•95117Ε-02	.1174ΟΕ+Ο1	-.30269Ε-05
67 _	•93716Ε-Ο2	.1156ΟΕ+Ο1	-.28481Ε-05
68	•92356Ε-02	.11386Ε+Ο1	-.26823Ε-05
69	•91Ο35Ε-Ο2	.11217Ε+01	-.25284Ε-05
70	.89751Ε-02	.11053Ε+01	-.23855Ε-Ο5
71	.88502Ε-02	.1Ο894Ε+Ο1	-.22525Ε-05
72	.87288Ε-02 ·	.1Ο74ΟΕ+Ο1	-.21286Ε-05
73	.86107Ε-02	.1Ο59ΟΕ+Ο1	-.20132Ε-05
74	■--■·- -7 0 9 823-ZO:eS	-	-.19Ο55Ε-Ο5

PHA. 20571 19-11-76

26S3465

75	.84953E-O2	.1O444E+O1	-.18050E-05
76	.83838E-02	.10302E+01	-.17110E-05
77	.82748E-O2	.1O164E+O1	-.16230E-05
78	.8I68OE-02	.10029E+01	-.15406E-05
79	.8065IE-02	.98986E+OO	-.14634E-O5
80	.79641E-O2	.97713E+OO	-.13910E-05
81	.78657E-02	•96472E+OO	-.13230E-05
82	.77697E-02	.95262E+00	-.12591E-05
83	.76760E-02	.94083E+00	-.II99IE-05
84	•75845E-O2	.92933E+OO	-.11426E-05
85	.74952E-O2	•91812E+OO	-.10893E-05
86	.74079E-02	.90717E+00	-.10392E-05
87	.73227E-02	.89648E+OO	-.99189E-06
88	•72394E-O2	.88605E+00	-.94726E-06
89	.71579E-02	.87586E+OO	-.90511E-06
90	.70783E-02	.86590E+00	-.86528E-06
91	.70005E-02	.85617E+OO	-.82762E-06
92	.69243E-02	.84666E+OO	-.79200E-06
93	.68498E-O2	.83736E+OO .	-.75827E-06
9h	.67768E-02	.82826E+00	-.72631E-06
95	.67054E-02	.81936E+OO	-.69603E-06

Eine wichtige Eigenschaft sowohl der Gleichung (7) als auch der Gleichung (17) ist das einheitliche Mitteln der Absorptionsmessungen über jeden Ring der Aufeinanderfolge der Bildrekonstruktion,

709 8 2 3/0695

PIIA 20751 19·11-76

die sich aus der Integration über 2 Ht ergibt. Der Einfluss der statistischen Schwankungen der einzelnen Messungen vom A wird also für den ganzen Rekonstruktionsbereich einheitlich minimal!siei-t.

Die Gleichungen (7) und (17) geben die Lösung des Rekonstruktionsproblems und die Gleichung (17) insbesondere bestimmt die Annäherung für eine ortsbestimmte Messung und Rekonstruktion von /u. Es ist klar, dass in der Gleichung (17) eine unabhängige Messung von /u erforderlich ist. Die Messung von /U erfordert nur eine Grobabtastung des zu untersuchenden Querschnitts durch den Körper mit nicht zu harten Anforderungen an die statistischen Eigenschaften der zugeordneten Absorptionsmessungen. Konzentrischer Ringabtaster

Fig. 6 zeigt in der Perspektive eine konzentrische Ringabtastvorrichtung. Ein fester Rahmen 60O trägt einen Drehrahmen 60I, der um eine Drehungsachse 602 frei drehbar ist. Ein Motorantrieb 624 befindet sich im festen Rahmen 6OO zum Antreiben des Drehrahmens 60I. Zwei etwa um 180° auseinanderliegende Arme 603 und 6o4 sind am Drehrahmen 60I befestigt. Der Arm 603 trägt eine Röntgenröhre 6O5 und eine zugeordnete Röntgenröhrenkollimatorsteuerung 606. Der Arm 6o4 trägt ein Detektorgefüge 607 mit zugehörigen Detektorkollimatoren.

PHA 20751 19.11.76

Es ist ein Schlitten 608 vorgesehen, so dass ein Teil eines menschlichen Körpers 11 in einer Öffnung 701 zwischen der Röntgenröhre 6O5/Röntgeni-öhrenkollimatorsteuerung 606 und dem Detekto3?gefüge 607 positioniert werden kann. Der Schlitten 608 wird von einem Träger 6O9 unterstützt. Eine Steuerung 610 für den Schlitten sorgt dafür, dass der Schlitten 608 parallel zur Rotationsachse 602 eine translatorische Bewegung ausführt und dabei den Körper 11 zu einem Punkt hin bewegt, in dem die Strahlenbündel der Röntgenröhre 6O5 eine gewünschte Ebene 101 des Körpers 111 durchstrahlen können. Ausserdem lasst die Steuerung 6IO den Schlitten 608 in jeder Richtung in einer senkrecht auf der Drehungsachse stehenden Ebene eine translatorische Bewegung ausfüh-ren, wobei die Drehungsachse nahe beim gewünschten Bereich des Körpers 111 liegt.

Da die Röntgenröhre 6O5 um die Drehungs- ■ achse 602 drehen kann, sind Mittel für die Röhrenkühlung und für die Versorgung der Röhre mit elektrischer Hochspannung während der Drehung vorgesehen. Diese in Modulform dargestellten Mittel bestehen aus einem drehenden Wasserkühlungssystem 611 und einem Hochspannungsschleifringgefüge 612. Es werden auch Mittel zur Steuerung von Befehlssignalen und Steuersignalen zur Röntgenröhre 6O5

-7 0 9

PHA 207*51 19-11.76

26S3465

und dem zugeordneten Kollimatorgefüge sowie den zu Detektoren 6O7 gehörigen Ko 1.1 ima tor en während der Drehung benötigt. Befehls- und Steuemngsschleifringgefüge 6ik ist zu diesem Zweck angeordnet. ¥eiter ist ein Schleifringgefüge 613 für Datentransport angeordnet, um ein Mittel für den Transport von Datensignalen aus dem Detektorgefüge 607 während der Drehung zu schaffen.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Orientierung einer Röntgenröhre 656 und der dazugehörenden Kollima tor steuerung 606 in bezug auf Detektor und Detektor-Kollimatorgefüge 6θ7·

Wie in Fig. 6 angegeben, sind die Röntgenröhre 605 und das Detektorgefüge 6O7 über Arme 603 und 6o4 am Drehrahmen 60I fest miteinander· verbunden. Drehung des Rahmens 60I um die Drehungsachse 602 (Punkt 0 in Fig. 7) bewirkt, dass das Röntgenstrahlungsmuster 700 eine Konfiguration aufweist, die nahezu, jeden in der Öffnung 701 angeordneten, abzutastenden Körper erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst das fächerförmige Strahlenbündel ungefähr einen Winkel 703 von 30°, wobei das Gefüge Röntgenröhre-Detektor mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung in der Sekunde für mindestens zehn Umdrehungen gedreht wird. Der Durchmesser der Öffnung 701 beträgt etwa 65 cm. Die Länge der

PHA 20731 19-11.76

Armen 6θ3 und 6θ4 mit der daran befestigten Röntgenröhre 605 mitsamt Detektorge-füge 607 beti^ägt ungefähr 75 cm. Der Drehrahmen 60I -wird in bezug auf den ortsfesten Rahmen 600 von einem einzigen Präzisions- -kugellager mit einem ungefähren Durchmesser von 90 cm getragen.

Fig. 8 stellt die erfindungsgemässe Abtastung mit Mehrfachstrahlung dar. Die Röntgenröhre 6O5 sendet ununterbrochen eine fächerförmige Reihe von Röntgenstrahlen aus, aber diese Reihe muss zu Strahlenbündeln kollimiert werden, damit die bereits zuvor beschriebenen Verfahren anwendbar sind. Die Kollimatoren 806 und 8OO sind zum Erzeugen einer Anzahl von Strahlenbündeln angeordnet, die einen Querschnitt eines in der Öffnung 701 angeordneten Körpers 111 durchstrahlen. Deutlichkeitshalber sind drei Detektorsystempaare in der Stellung I dargestellt, die aus Kristallszintillatoren und Photovervielfachern bestehen (811, 820; 812, 821; 813, 822). Ein Referenzoszillator 810 mit zugeordnetem Photovervielfacher 823 sind ortsfest. Die Detektorpaare bleiben in der Stellung X für die Dauer der ersten Drehung des Drehrahmens 60I (Fig. 6). -Beim Beginn der zweiten Drehung werden die Detektorsystempäare über die Bahn 302 in die Stellung II für Absorptionskoeffizientendetektion von Strahlenbündeln, die durch

PHA 20751 19-11-76

diese Stellung gehen, verschoben. Die Detektoren werden beim Beginn des dritten -Umlaufs in die Stellung III verschoben, usw. Diese Verschiebung von Detektoren am Ende eines Umlaufs und beim Beginn eines folgenden sorgt dafür_s dass der ganze in die Öffnung 701 gebrachte Körper 111 abgetastet werden kann.

Eine bevorzugte Ausfühx"ungsforni des Abtastsystems nach Fig. 8 besteht aus einer Einrichtung, die ein Versuchsobjekt abtasten kann, das sich in einem Kreis mit einem Durchmesser von 50 cm um die Drehungsachse 0 befindet. Dreizehn Detektoreinheiten sind vorgesehen, von denen eine das Referenz-'paar 810 - 823 ist und die übrigen zwölf in zehn Stellungen über die Detektorbahn 302 verschiebbar sind. Jedes Detektorsystem dient zum Abtasten eines 2-g-°-Sektors des gesamten Abtastbereichs, wobei zehn Umdrehungen durch das Röntgenröhre/Detektorsystem zum Abtasten des ganzen Körpers 111 ausgeführt werden.

Der Kristalldetektor 810/Photovervielfacher 823 dient zum Erzeugen eines Referenz-Strahlungs- absorptionssignal für alle anderen. Detektoren, um mögliche zeitliche Schwankungen in der Strahlungsintensität des aus der Röntgenröhre 6O5 heraustretenden Strahlenbündels festzustellen. In Fig. 8

PHA 20751 19.11.76

kollimiert der Röhrenkollimator 8o6 ein bestimmtes Strahlenbündel 855, das durch, einen ausserhalb des Ortes des zu untersuchenden Körpers befindlichen Abschwächers 850 geht. Die Absorptionskennlinien des Abschwächers 85O sind vorzugsweise so gewählt, dass sie den Kennlinien des zu untersuchenden Körpers gleichartig sind. Gewebe äquivalent ei" Kunststoff ist ein Beispiel eines Absorptionsmaterials, das sich zu diesem Zweck eignet. Das Detektorpaar 810 - 823 erzeugt ein Signal, dessen Intensität der Röntgenstrahlungsintensität; proportional ist, nachdem das Strahlenbündel vom Abschwächer 850 und vom Kollimator 800 durchgelassen worden ist.

Jedes Detektorpaar für die Strahlenbündel, die den zu untersuchenden Körper 111 durchstrahlen, erzeugt ein einer bestimmten Strahlungsintensität proportionales Signal, nachdem dieses Strahlungsbündel den Körper durchstrahlt hat. Die Kristallszintillatoren liefern ein Hochfrequenzsignal (sichtbares LichtSpektrum), das proportional der Anzahl von Photonen in den auftreffenden Röntgen- oder Gammastrahlen ist. Die jedem Kristallszintillator zugeordneten -Photovervlelfacherröhren, die auf die Lichtenergie ihrer einzelnen Szintillatoren ansprechen, erzeugen ein elektrisches Signal proportional der auf

PHA 20751

19.11.70

die Szintillatoren fallenden Strahlungsintensität. Beispielsweise wird ein elektrisches Signal proportional der Intensität des Strahlenbündels 856 am Ausgang der Photoverfielfacherröhre 820 erzeugt. Ebenso erzeugen Kristallszintillator/Photovervielfacherpaare Ausgangssignale proportional der Intensität anderer Strahlenbündel in der Stellung I, in der Stellung II, usw. für das gesamte Strahlungsbündelmuster nach aufeinanderfolgenden Drehungen des Röntgenröhre/Detektorsystems.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden die in der Röntgenröhre 6O5 erzeugten Röntgenstrahlen mit Hilfe eines 15 cm langen Kollimators 806 an der Röntgenstrahlungsquelle und eines 20 cm langen Kollimators 8OO am Detektorgefüge 60h kollimiert. Diese Kollimierung an der Röntgenstrahlenquelle und am Detektor bestimmt Strahlenbündel mit einem rechteckigen Profil von 1 : 5 nun Breite, wie es durch Abtasten einer Ecke eines Bleiplättchens in der Mitte des" Strahlenganges gemessen ist.

Der Bereich von Werten, bei denen der Photovervielfacher ansprechen muss, kann durch Abdecken des zu untersuchenden Körpers mit einem Material reduziert werden, dessen Absorption bekannt ist, so dass Strahlungsintensitäten, die in den Detektoren empfangen werden, möglichst konstant gehalten wer—

709823/0695

PHA 20751

19.11.76

den, nachdem sie den Körper· durchstrahlt haben.

Fig. 9 zeigt eine andere Aus führung SfOX¹IIi der Detektororientierung. Die Detektoren 910 und befinden sich auf der Bahn 901 und die Detektoren 92O und 921 auf der Bahn 902. Zeichnungsgemäss ermitteln die Detektoren 9IO und 9II Strahlungsabsorption längs kreisförmiger Ringe, die um die Drehungsachse 0 liegen und sich von denen unterscheiden, längs denen von Detektoren 920 und 921 gemessen wird. Auf jeder Bahn können Mehrfachpositionen festgestellt und die Detektoren können bei jeder Drehung an ihren Platz geschoben werden, bis eine definierte Ringmatrix vollständig abgev tastet und detektiert ist. Mit dem gleichen Zweck wie in Fig. 8 sind auch hier Kollimatoren 906 bei der Röntgenröhre 6O5 und den Kollimatoren 930 bei den Detektoren angeordnet.

Die Röntgenröhre, die sich wie oben beschrieben für die bestimmte· Ausführungsform, eignet, ist eine abgewandelte Ausführung eines Philips I60 kV Beryllium Window Tube Model MCN 160 (Philips I60 kV Berilliumfensterröhre vom Typ MCN I60).

Geeignete"Detektoren enthalten Szintillationsdetektoren wie NaI, CaF , BGO sowie Proportionalzähler wie Hochdruck-Xenondetektoren und Feststoffdetektoren.

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PHA 20751 19-11-76

Flg. 10 gibt an, wie die Strahlungsabsorptionsdaten, die von den Detektorsystemen ermittelt worden sind, mit den Photovervielf acherii 1000 , 1000 , ... 1000 während der drehenden Abtastung eines Körpers vei-arbeitet werden. In jedem Photovervielfacher wird bei jedem eindeutig bestimmten Iiikrement für jede Drehung des Röntgenquelle/Detektorsystems ein Datensignal erzeugt. Diese Signale werden von Verstärkern 10101, 10102, ... 10103 einzeln verstärkt, je nacheinander von einem Multiplexsystem 1020 aufgenommen, in eine digitale Form vom Analog-Digital-Umsetzer 1030 umgesetzt und in einem Datenspeichermedium 1040, wie einem Magnetband, einer Platte oder Trommel oder in einem Feststoffspeicher gespeichert. Diese Datensammlung geht während der ganzen Drehung für jede Detektorstellung für jede eindeutig bestimmte Inkreinentstufe weiter. Während der Datensammlung oder nach diesem Vorgang verarbeitet ein Computer 1050 auf der Basis eines gespeicherten Programms die gessamelten Daten gemäss dem bereits eher in dieser Beschreibung erwähnten Verfahren. Der Ausgang des Computers 1050 ist eine Aufeinanderfolge digitaler Daten, die den Absorptionskoeffizienten jedes Elements in der bestimmten kreisförmigen Ringmatrix proportional sind, Diese Signale werden in einer Datenspeichereinheit

-—--^70-9823/0695 --

PIiA. 20751 19.11.76

1060 gespeichert, die der Einheit 10^10 identisch, oder gleich sein kann. Die digitalen Ausgangssignale können anschliessend gedruckt und/oder in eine analoge Form umgesetzt und dazu benutzt werden, eine Wiedergabe an einer Kathodenstrahlröhre hervorzurufen, wobei im Bild die Absorptionskoeffizienten für die bestimmte Matrix im Querschnitt durch den zu untersuchenden Körper angegeben werden.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild, das als Grundriss für die Zusammenstellung eines Computerprogramms für ortsbestimmte Rekonstruktion nach dieser Beschreibung dient.

Erläuterung des Blockschaltbildes (flow chart = Flussdiagramm) nach Fig. 11.

- Nach START 500 erfolgt Einlesen der ermittelten Absorptionswerte und der erforderlichen Konstanten bei 501 bzw. 502,

- es folgt bei 503 das Lesen von Parametern für die Bildrekonstruktion, wie Anzahl von Ringen, Elementen, usw. ,

- bei 30h bzw. 505 folgt ein Einleiten der Programmvariablen L bzw. J,

- bei 506 werden die Koordinaten (r, θ) eines Re- -konstruktionspunktes sowie der Wert /? · aus den

Absorptionswerten bestimmt,

- bei 507 werden die Koordinaten (r, θ) und

ο 9 g 2

-J0V -

PHA 20751 19-11-76

mit Hilfe des Ausgleichsformels bestimmt;,

- bei 508 bzw. 509 werden die angegebene ία Berechnungen dur clige f uhr t,

- bei 510 wird /u, ,u - /u und /u berechnet, wonach bei 511 eine Ausgabe von Zahlen oder Zeichnungen folgt,

- die Berechnungen gehen bei STOP 512 zu Ende,

- die Teile 520 bzw» 530 geben Rücklcuppluiigsschleifen AA, BB an, die durchlaufen werden, wenn die
Bedingungen gemäss 521 bzw. 531 nicht (n) erfüllt werden.

Es wird klar sein, dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen gegeben sind.

709823/0695

Leerseite

Claims (1)

1. PHA 20751 19.11.76

   PATENTANSPRUCIiE:

   1.J Verfahren zum Untersuchen eines dünnen Querschnitts oder einer Ebene eines Körpers mit Röntgen-· oder Gammastrahlen, welche Ebene für Untei-sucliungszwecke.als eine zweidimensionale Matrix von Elementen mit einer Anzahl konzentrischer Kreise dargestellt wird, die eine Anzahl konzentrischer Ringe bilden, wobei der äusserste Ring mit R-Ring, der zweitäusserste mit R-1~Ring usw. bezeichnet wird, wobei jeder der erwähnten Ringe in N Elemente verteilt ist, wobei die Bezeichnung N„ eine Anzahl ei-

   nen gleichen Sektorwinkel einscliliessender Elemente des erwähnten R-Ringes darstellt, wobei sich der R-1-Ring in N₁ Elemente verteilt usw., welches Verfahren folgende Schritte umfasst

   das Drehen von Röntgen- oder Gammastrahlen über 36O⁰ um die Aussenseite des erwähnten Körpers, wobei jedes Strahlenbündel ausserhalb des erwähnten Körpers durch einen der erwähnten konzentrischen Ringe hindurch und in ununterbrochener Berührung mit dem erwähnten konzentrischen Ring ausgesandt wird,

   das Aufzeichnen eines diskreten Ausgangssignal für jedes der aus dem erwähnten*Körper heraustretenden Strahlenbündel mit N diskreten Win-

   kelintervallen während der Drehung der Strahlen-

   7098 23/06 95

   ORIGINAL INSPSGTSD

   PIIA 20751

   19.H .76

   bündel über· 3^0°, welches Ausgangs signal die Gesamtabsorption der* Röntgen- oder Gammas tx-ahl en durch die Elemente in jedem einzelnen konzentrischen Ring darstellt, der vom entsprechenden Strahlenbündel durchsetzt wird,

   das Herleiten von Signalen proportional den einzelnen Absorptionskoeffizienten, die jedem der K_n Elemente im erwähnten R-Ring zugeordnet sind, auf der Basis der erwähnten N direkten Ausgangssignale aus dem Strahlenbündel, das mit dem R-Ring in Berührung ist,

   das Herleiten von Signalen proportional dem einzelnen, jedem der N Elemente im erwähnten R-1-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten auf der Basis der erwähnten N diskreten Aus—

   κ— ι

   gangssignale aus dem Strahlenbündel, das mit dem R-I-Ring in Berührung ist, und auf der Basis der erwähnten Signale proportional den einzelnen, den Elementen im erwähnten R-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten, durch welchen R-Ring das Strahlenbündel in Berührung mit dem R-1—Ring geht bei jedem der N_n diskreten Winkelintervallen, und

   das Wiederholen des vorigen Schritts für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring des R-2-Ringes zur Mitte der erwähnten konzentrischen Kreise zum Herleiten von Signalen für jeden konzentrischen

   709823/0695

   PlIA 20751

   ι 9 . 1 ι · 7.6

   265346

   Ring, welche Signale proportional den einzelnen jedem der N Elemente im Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten sind, auf der Basis der N diskreten

   ' r

   Ausgangssignale von dem mit diesem Ring in Berührung stehenden Strahlenbündel und auf der Basis der bereits zuvor hergeleiteten Signale proportional den einzelnen, den Elementen in allen äussersten Ringen zugeordneten Absorptionskoeffizienten, durch welche Ringe das Strahlenbündel bei jedem der N diskreten ¥inke lint ervall en geht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ring in eine gleiche Anzahl von

   N -Elementen verteilt ist.
   r

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Rotationsschritt mit aufeinanderfolgenden Rotationen der erwähnten Röntgen- oder Gammastrahlen weitergeht, wobei mindestens ein Strahl auf mindestens einen bestimmten Ring bei einer ersten Drehung über 3^0° um die Aussenseite des erwähnten Körpers gerichtet ist, und das erneute Ausrichten des Strahlenbündels auf mindestens einen bestimmten zusätzlichen Ring bei jeder folgenden Drehung über 3^0° um die Aussenseite des erwähnten Körpers durchführt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herleiten von N unbekannten Ab-

   17 0

   PHA 20751 19- Tl.76

   sorptions- oder Transmissionskoeffizienteii ein digitaler¹ Computer zum Bearbeiten der- elektrischen Signale benutzt wird, die ein System von N Gleichungen darstellen.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin folgenden Schritt umfasst :

   das Erzeugen einer Darstellung der Absorption der Elemente der Ebene des Körpers auf der Basis der erwähnten Signale proportional den einzelnen, jedem der N Elemente in jedem Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten.

   6. Verfahx-en nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ring in eine gleiche Anzahl von

   N Elementen verteilt ist.
   r

   7. Verfahren zum Untersuchen eines dünnen Querschnitts oder einer Ebene des Körpers mit Hilfe von Röntgen- oder Gammastrahlen, welche Ebene für Untersuchungszwecke als eine zweidimensional Matrix von Elementen mit einer Anzahl konzentrischer Kreise dargestellt wird, die eine Anzahl konzentrischer Ringe bilden, wobei der äusserste Ring mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-1-Ring, usw. bezeichnet wird, wobei jeder der erwähnten Ringe in N Elemente verteilt ist-, wobei die Bezeichnung N_R eine Anzahl einen gleichen Sektorwinkel einschlies-

   PIIA 20731 19.11.76

   sender Elemente des erwähnten R-Ringes darsteilt, wobei der R-1-Ring in H Elementen usw. verteilt

   κ— ι

   ist, welches !erfahren folgende Schritte umfasst:

   das Drehen der Röntgen- oder Gammastrahlen über 36O⁰ um die Aussenseite des erwähnten ICörper-s, wobei jedes Strahlenbündel ausserhalb des erwähnten Körpers durch einen der erwähnten konzentrischen Ringe hindurch und in ununterbrochener Berührung mit dem erwähnten konzentrischen Ring" ausgestrahlt wird,

   das Aufzeichnen eines diskreten Ausgangssignals für jedes der aus dem erwähnten Körper heraustretenden Strahlenbündel mit W diskreten Winkel

   Intervallen während der Drehung der Strahlenbündel über 360°, welches Ausgangssignal die Gesamtabsorption der Röntgen- oder Gammastrahlen durch die Elemente in jedem einzelnen konzentrischen Ring darstellt, der vom entsprechenden Strahlenbündel durchsetzt wird, '·

   das Umsetzen der erwähnten Ausgangssignale in ein System übersetzter Signale proportional den Strahlungsabsorptionsmessungen, die durch konzentrische Ringe um einen Punkt P gehen, der nicht mit erwähnten Drehungsachse zusammenfällt, und

   das Herleiten eines Signals proportional dem dem erwähnten Punkt P zugeordneten Absorp-

   -70:98 2 370 6 95

   PIIA 20751

   19-11.76

   tionskoeffizienten aus clem System übersetzter Signale für eine vorausbestimmte Aiiz-ahl konzentrischer Ringe

   um P .
   ο

   8. Verfahren nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, dass das Herleiten eines Signals proportional dem Absorptionskoeffizienten für eine Anzahl von Punkten P in der erwähnten Ebene des Körpers wiederholt wird, und wobei auf der Basis einer Anzahl von Signalen proportional den der erwähnten Anzahl von Punkten P zugeordneten Absorptionskoeff izienten eine Darstellung der Absorption von Punkten P in der Ebene des Körpers erzeugt wird. 9· Vorrichtung zum Untersuchen eines dünnen Querschnitts oder einer Ebene eines Körpers mit Hilfe von Röntgen- oder Gammas tr aiii en, welche Ebene für Uhtersuchungsz\>recke als eine zweidimensionale Matrix von Elementen mit einer Anzahl konzentrischer Kreise dargestellt wird, die eine Anzahl konzentrischer Ringe bilden, wobei der äusserste Ring mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-1-Ring, usw. bezeichnet wird, wobei jeder der er-· wähnten Ringe in N Elemente verteilt ist, wobei die Bezeichnung N_n eine ?Anzahl einen gleichen Sek-

   Jx

   torwinkel einschliessender Elemente des erwähnten R-Rings darstellen, wobei der R-1-Ring in N_n

   -tv— I

   Elemente usw. verteilt ist, welche Vorrichtung

   -W-

   PIIA 20751 19.11.76

   folgendes enthält

   Mittel zum Drehen von Röntgen- oder Gammastrahlen übei- 36O⁰ um die Aussenseite des Körpers, wobei jedes Strahlenbündel ausserhalb des Körpers durch einen der konzentrischen Ringe hindurch und in ununterbrochener Berührung mit dem konzentrischen Ring atisgestrahlt wird,

   Mittel zum Aufzeichnen eines diskreten Ausgangssignals für jedes der aus dem Körper heraustretenden Strahlenbündel mit N diskreten ¥inkel-

   Intervallen während der Drehung der Strahlenbündel über 36O°, welches Ausgangssignal die Gesamtabsorption der Röntgen- oder Gammastrahlen durch die Elemente in jedem einzelnen konzentrischen Ring, der vom entsprechenden Strahlenbündel durchsetzt wird, darstellt,

   Mittel zum Herleiten von Signalen proportional

   den einzelnen, jedem der N Elementen im erwähnten

   Jk.

   R-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten auf der Basis der erwähnten N_n diskreten Ausgangssig-

   XV.

   nale aus dem mit dem R-Ring in Berührung stehenden Strahlenbündel, "

   Mittel zum Herleiten von Signalen proportional den einzelnen, jedem der N_{n Λ} Elemente im erwähnten R-1-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten auf der Basis der erwähnten N_{n Λ} diskreten

   709823/0695

   PHF 20751 19-11.76

   Ausgangssignale aus dem mit dem R-1-Ring in Berührung stehenden Strahlenbündel und auf der Basis der erwähnten Signale proportional den einzelnen, den Elementen im erwähnten R-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten, durch welchen Ring das mit dem R-1-Ring in Berührung stehende Strahlenbündel bei jedem der N _Λ diskreten Winkelintex"vallen hindurchgeht, und

   Mittel zum Wiederholen des vorangehenden Schritts für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring des R-2-Ringes zur Mitte der erwähnten konzentrischen Kreise zum Herleiten von Signalen für jeden konzentrischen Ring, die den einzelnen, jedem der N Elemente im Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten proportional sind, auf der Basis der N diskreten Ausgangssignale aus dem mit diesem Ring in Berührung stehenden Strahlenbündel, und auf der Basis der bereits eher hergeleiteten Signale proportional den einzelnen, den Elementen in allen ;äussersten Ringen zugeordneten Absorptionskoeffizienten, durch welche Ringe das Strahlenbündel bei jedem der N diskreten Winkelintervallen hindurchgeht. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 j dadurch gekennzeichnet, dass weiter Mittel zum Erzeugen einer Darstellung der Absorption der Elemente der Ebene des Körpers auf der Basis der erwähnten Sig-

   PHA 20751 19.11.76

   nale proportional den einzelnen, jedem der N Elemente in jedem Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten vorgesehen sind,

   11. Vorrichtung nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Mittel zum Drehen von Röntgen- oder Gammastrahlen über 3^0° um die Aussenseite des Körpers folgende Teile enthalten einen ortsfesten Rahmen,

   einen Drehrahmen, der in bezug auf den ortsfesten Rahmen von einem Kugellager getragen wird, wobei der Drehrahmen in bezug auf den ortsfesten Rahmen von einem Motor um eine Drehungsachse drehbar ist, und

   eine Röntgen- oder Gammastrahlenquelle, die auf einem ersten, mit dem erwähnten Drehrahmen fest verbundenen Arm montiert und darauf eingerichtet ist, Strahlen auszusenden, die mit konzentrischen Ringen in Berührung sind, die in einer Ebene eines stationären Körpers bestimmt sind, der in oder nahe der erwähnten Drehungsachse angeordnet ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Mittel zum Aufzeichnen jedes der Strahlenbündel die aus dem Körper heraustreten, folgende Teile enthalten

   ein auf einem zweiten Arm montiertes Detektorsystem, welcher zweite Arm mit dem Drehrah-

   7 0 9823/0695

   PHA 20751

   men In einer Orientierung von ungefähr 180° in bezug auf den ersten Arm fest verbunden und im Gang der Strahlen aus der Röntgen- oder Gammastrahlenquelle angeordnet ist, die auf dem ersten Arm montiei-t ist, wobei die Detektorsysteme Absorptionssignale proportional der Röntgen- oder Gammastx'ahlungsgesaintabsorption von Strahlenbündeln erzeugt, die durch die konzentrischen Ringe hindurchgehen, die in der Ebene des Körpers auf disloreten Rotationsinkrementen bestimmt sind, während die Röntgen- oder Gammastrahlenquelle sowie die Detektoren um die Drehungsachse drehen,

   Mittel zum Umsetzen der Signale in Digitalsignale entsprechend den Absorptionssignalen, und

   Mittel zum Speichern der Digitalsignale. 13· Vorrichtung nach Anspruch 1T, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Kollimierungsmittel enthält, die zwischen der Röntgen-; oder Gammastrahlenquelle und dem stationären Körper zur Bildung der Strahlenbündel angeordnet sind. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorsystem einen Referenzdetektor zum Ermitteln von Röntgen— oder Gammastrahlungsabsorption eines Strahlenbündels, das nicht den Körper durchsetzt, und eine Gruppe von einem oder mehreren Messdetektoren, die in einer

   .■■--- 1-709823/0695 . . -.

   PHA 20751 19.11-76

   Anzahl von Positionen auf einer Bahn gebracht werden kann, die auf dem zveite.n Arm montiert ist, welche Positionen den Stellungen entsprechen, die übereinstimmen mit den Strahlenbündeln., die durch die verschiedenen Gruppen konzentrischer Ringe gehen, die im Körper um die erwähnte Drehungsachse bestimmt sind, und für jeden der erwähnten Messdetektoren eine Photovervielfacherröhre enthält, wobei das Eingangssignal an jeder Röhre dem Detektorsignal und das Ausgangssignal jeder Photovervielfacherröhre der ermittelten Absorption eines den erwähnten Körper durchsetzenden Strahlenbündels entspricht.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Kollimierungsmittel enthält, die zwischen dem Körper und den Detektoren zur Bildung der Strahlenbündel vor der Ermittlung ihrer Absorption vom Detektorsystem angeordnet ist. 16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Herleiten der Absorptionskoeffizienten als digitale Signale auf der Basis der erwähnten aufgezeichneten Strahlungsabsorptionssignale aus einem Computer mit einem gespeicherten Programm zum Lösen eines Systems von N linearen Gleichungen mit N Variablen bestehen. 17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge-

   - _::.-17 ο

   PHA 20751 19.11-76

   kennzeichnet, dass sie weiterhin eine Speichereinheit zum Speichern der digitalen Signale enthält, die die Absorptionskoeffizienten für jedes Element der Matrix in der Ebene des Körpers darstellen.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 17 j dadux-ch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit eine Magnettrommel ist.

   19· Vorrichtung nach Anspx-uch 17» dadurch gekennzeichnet, dass .die Sp ei eher* einheit eine Magnetplatte, ist.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 17 > dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit ein Magnetbandsystem ist.

   . 21. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit ein Feststoff-Speichersystem ist.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 17s dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen einer Darstellung der. Absorption der Elemente der Ebene des Körpers folgende enthält

   Mittel zum Umsetzen der gespeicherten digitalen Signale, die die Absorptionskoeffizienten darstellen, in entsprechende analoge Signale, die den erwähnten Absorptionskoeffizienten proportional sind, und

   eine Kathodenstrahlröhrenanordnung, die auf

   709823/0695

   PlIA 20751 19«11.76

   2S53465

   die analogen Signale zum Erzeugen einer Bilddcirstellung der Elementenmatr-ix dear erwähnten Ebene des Körpers durch Wiedergeben jedes Elements mit einer Intensität anspricht, die der analogen Signalstärke des .Absorptionskoeffizienten jaroportional ist. 23· Vorrichtung zum Untersuchen eines dünnen Querschnitts oder einer Ebene des Körpers mit Hilfe von Röntgen- oder Gammastrahlen, welche Ebene . für Untersuchungszwecke als eine zweidimensionale Matrix von Elementen mit einer Anzahl konzentrischer Kreise wiedergegeben wird, die eine Anzahl konzentrischer Ringe bilden, wobei der äusserste Ring mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-1-Ring, usw. bezeichnet ist, wobei jeder der erwähnten Ringe in N Elemente verteilt ist, wobei die Bezeichnung N eine Anzahl einen gleichen Sektorwinkel einschliessender Elemente des erwähnten R-Ringes darstellt, wobei der R-1-Ring in N₁, ' Elemente, usw. verteilt

   .κ— ι

   ist, wobei die Vorrichtung folgende Teile enthält

   Mittel zum Drehen der Röntgen- oder Gammastrahlen über 360⁰ um die Aussenseite des erwähntr ten Körpers, wobei jedes Strahlenbündel ausserhalb des erwähnten Körpers durch einen der erwähnten konzentrischen Ringe hindurchgehend und in ununterbrochener Berührung mit dem erwähnten konzentrischen Ring ausgestrahlt wird,

   -709823706^5

   PHA *2O751

   19.η-76

   Mittel zum Aufzeiclmeii eines diskreten Ausgangssignals jedes der aus dem erwähnten Körper heraustretenden Strahlenbündel ,mit N diskreten Winkel-

   ' r

   Intervallen während der Drehung der Strahlenbündel über 36Ο⁰, welches Ausgangssignal die Gesamtabsorption der Röntgen— odex- Gammastrahlen durch die Elemente in jedem einzelnen konzentrischen Ring, der vom entsprechenden Strahlenbündel dxirchstrahlt vird, darstellt,

   Mittel zum Umsetzen der erwähnten Ausgangssignale in einem System Signale proportional den Strahlungsabsorptionsmessungen, die durch konzentrische Ringe um einen Punkt P ausgeführt werden, der nicht mit der· erwähnten Drehungsachse zusammenfällt, und

   Mittel zum Herleiten des Signals proportional dem Absorptionskoeffizienten, der dem erwähnten Punkt P zugeordnet ist, aus dem erwähnten System übersetzter Signale für eine vorausbestimmte Anzahl konzentrischer Ringe um P .

   Zk. Vorrichtung nach Anspruch 23> dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin folgendes enthält

   Mittel zum Wiederholen des Herleiten der Signal proportionaldem Absorptionskoeffizient für eine Anzahl von Punkten P mit der erwähnten Ebene

   des Körpers, und

   _A . 45

   PHA 20751

   Mittel zum Erzeugen einer Darstellung der Absorption von Punkten P in der Ebene des Körpers auf der Basis einer Anzahl von Signalen proportional den der erwähnten Anzahl von Punkten P zugeordneten Absorptionskoeffizienten.

   25· Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Mittel zum Drehen der Röntgen— oder Gammastrahlen über 36O⁰ um die Aussenseite des erwähnten Körpers folgendes enthalten

   einen ortsfesten Rahmen,

   einen in bezug auf den erwähnten ortsfesten Rahmen von einem Kugellager unterstützten Drehrahmen, der in bezug auf den ortsfesten Rahmen um eine Drehungsachse von einem Motor drehbar ist, und

   eine Röntgen- oder Gamms. strahlenquelle, die auf einem ersten, mit dem erwähnten Drehrahrr men fest verbundenen Arm montiert ist_s wobei die erwähnte Röntgen- oder GammastrahlenqueHe dazu, ausgelegt ist, Strahlen auszusenden, die mit konzentrischen Ringen in Berührung sind, die in einer Ebene eines stationären Körpers bestimmt sind, der in oder nahe der erwähnten Drehungsachse angeordnet ist.

   26. Vorrichtung nach Anspruch 25 j dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Mittel zum Auf-

   -709823/0695

   PHA 20751 19-11.76

   zeichnen jedes der aus dem Körper lieraustx-etenden Strahlenbündel folgendes enthält

   ein Detektorsystem, das auf einem zweiten Arm montiert ist, der mit dem Drelirahmen in einer Orientierung von etwa 18O° in bezug auf den ersten Arm und im Gang der· Strahlen aus der Röntgen- oder Gammastrahlenquelle Test verbunden ist, die auf dem ersten Arm montiert ist, wobei die Detektorsysterne Absorptionssignale proportional der Röntgen- oder Gammastrahleiir-Gesamtäbsorption von Strahlenbündeln erzeugen, die durch die konzentrischen Ringe hindurchgehen, die in der Ebene des Körpers auf diskreten Rotatiönsinkrementen bestimmt sind, während die Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle und die Detektoren um die Drehungsachse drehen.

   Mittel zum Umsetzen der Signale in digitale Signale entsprechend den AbsorptionsSignalen, und

   Mittel zum Speichern der digitalen Signale.

   27· " Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Kollimierüngsmit-•fcel enthält, die zwischen der Röntgen- oder Gammastrahlenquelle und dem stationären Körper zur Bildung der Strahlenbündel angeordnet sind. 28. Vorrichtung nach Anspruch. 26, dadurch ge-

   -jrr -

   PIIA 20751

   19.11.76

   kennzeichnet, dass das Detektorsystem einen Referenzdetektor zum Ermitteln von Röntgen- Gammastrahlungsabsorption eines Strahlenbündels, das nicht den Körper durchsetzt, und eine Gruppe von einem oder mehreren Messdetektoren, wobei die Gruppe von Detektoren in einer Anzahl von Positionen auf einer Bahn, die auf einem zweiten Arm montiert ist, gebracht werden kann, welche Positionen den Stellen entsprechen, die mit den Strahlenbündeln übereinstimmen, die durch die verschiedenen Gruppen konzentrischer Ringe gehen, die im Körper um die Drehungsachse bestimmt sind, und

   für jeden der erwähnten Messdetektoren eine Photovervielfacherröhre enthält, wobei das Eingangssignal an jeder Röhre dem Detektorsignal und das Ausgangs.signal jeder ,Photovervielfacherröhre der gemessenen Absorption eines den erwähnten Körper durchsetzenden Strahlenbündels entspricht. 2°·· Vorrichtung nach Anspruch 28, "dadurch gekennzeichnet , dass sie weiter Kollimierungsmittel enthält, die zwischen dem Körper und den Detektoren zur' Bildung der Strahlenbündel vor der Ermittlung ihrer Absorption vom Detektorsystem angeordnet sind.

   30. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Herleiten von Sig-

   PHA 20751 19-11.76

   iialen proportional den Absorptionskoeffizienten, die den Punkten P zugeordnet sind, atis dem System übersetzter Signale für eine vorausbestimmte Anzahl konzentrischer Ringe um Punkte P aus einem Digitalcomputer mit einem gespeicherten Px"ogranim bestehen.

   31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter noch eine Speichereinheit zum Speichern digitaler Signale enthält, die den Absorptionslcoeffizienten proportional sind, die den Punkten P zugeordnet sind.

   32. Vorrichtung nach Anspruch 31> dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit eine Magnettrommel ist.

   33· Vorrichtung nach Anspruch 31 _} dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereiixheit eine Magnetplatte ist.

   3^. Vorrichtung nach Anspruch 31> dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit ein Magnetbandsystem ist . ·

   35· Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch ge~ kennzeichnet, dass die Speichereinheit ein Feststoff-Speichersystem ist.

   36. Vorrichtung nach Anspruch 319 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen einer Darstellung der Absorption von Punkten P in der

   7Q9823/0695

   PJIA 20/51 19.II.76

   Ebene des Körpex^s auf dei" Basis der Anzahl von Signalen proportional den der Anzahl von Punkten P zugeordneten Absorptionskoeffizienten folgendes enthalten

   Mittel zum Umsetzen der digitalen Signale proportional den den erwähnten Punkten P zugeordneten Absorptionskoeffizienten in entsprechende analoge Signale proportional den den Punkten P zugeordneten Absorptionskoeffizienten, und

   eine Kathodenstralilröhrenanordnung, die auf die analoge Signale zum Erzeugen einer Bilddarstellung der Elementenmatrix der Punkte P in der Ebene des Körpers durch Wiedergeben jedes Punktes P mit einer Intensität proportional der Analogsignalstärke des Absorptionskoeffizienten anspricht. 37· Vorrichtung zum Untersuchen eines .dünnen Querschnitts oder einer Ebene des Körpers mit Hilfe von Röntgen- oder Gammastrahlen, welche Ebene für Untersuchungszwecke als eine zweidimensional Matrix von Elementen mit einer Anzahl konzentrischer Kreis wiedergegeben wird, die eine Anzahl konzentrischer Ringe, bilden, wobei der äusserste Ring mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-1—Ring, usw. bezeichnet wird, wobei jeder der erwähnten Ringe in N Elemente verteilt ist, die Bezeichnung N_D eine Anzahl ep.nen gleichen Sektorwinkel einschliessender

   PHA 20751

   Elemente des erwähnten konzentrischen R-Ringes darstellt, wobei derR-1-Ring in· N_T Elemente, usw.

   ±t— I

   verteilt ist, welche Vorrichtung- folgendes enthält

   Mittel zum Drehen der Röntgen— oder Gammastrahlen über 3<~>0° um die Aussenseite des Körpers, wobei jedes Strahlenbündel ausserhalb des Körpers durch einen der konzentrischen Ringe hindurch und in ununterbrochener Berührung mit dem konzentrischen Ring ausgestrahlt. wird. . _ : =. -. :: . ....·; l _: ; ::·_·-.:

   Detektormittel, die jedem der Strahlenbündel zum Herleiten eines analogen Signals proportional der Röntgen- oder Gammastrahlungsabsorption des Strahlenbündels, das durch die Elemente in jedem einzelnen konzentrischen Ring geht, mit dem das Strahlenbündel bei jedem diskreten Yinkelintervall in Berührung ist, bei N diskreten ¥inkelintervallen während der Drehung der Strahlenbündel über 360°,.

   Verstärkungsmittel, die jedem der Detektormittel zur Verstärkung der Analogsignale zugeordnet sind,

   Multiplexmittel, die mit den Verstärkungsmitteln zum Herleiten analoger Signale in zeitlicher Folge entsprechend nachstehender Reihenfolge gekoppelt sind: zunächst die N„ Signale, herge-

   ι.. „7 o 9

   PHA 20751 19.11-76

   leitet im R-Ring, anscliliessend die N Signale, hergeleitet im R-1-Ring, iisw-. ,

   Analog-Digital-Umsetzmittel zum Umsetzen der analogen Signale in zeitlicher Folge in digitale Signale mit gleicher zeitlicher Folge,

   Mittel, die mit den Analog-Digital-Umsetzmitteln zum Speichern der digitalen Signale gekoppelt sind,

   Mittel zum Rückgewinnen der N_p diskreten Signale aus den Speichermitteln, welche Signale Strahlungsmesswerten aus dem R-Ring zugehören, und zum Herleiten von Signalen daraus, die den einzelnen, jedem der N_n Elemente im R-Ring zugeordneten

   Xv.

   Absorptionskoeffizienten proportional sind,

   Mittel zum Rückgewinnen der N_n diskreten Ausgangssignale aus den Speichermitteln, welche Signale den Strahlungsmesswerten aus dem R-1-Ring zugeordnet sind, und zum Herleiten von Signalen proportional den einzelnen, jedem der N₁-, Elemente im erwähnten R-1-Ring zugeordneten AbsorptionskoeiTizienten aus den diskreten AusgangsSignalen sowie aus den Signalen proportional dem einzelnen, den Elementen im R-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten, durch den das Strahlenbündel in Berührung mit dem R-1-Ring bei jedem der '"N_x, _Λ diskreten'

   κ— ι

   Winkelintervallen geht,

   PHA 20751 19.11.76

   Mittel zum ¥iederholen des vorangehenden Schritts für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring vom Ring R-2 zur Mitte der erwähnten konzentrischen Kreise zum Herleiten von Signalen für jeden konzentrischen Ring, die den einzelnen, jedem der N Elemente im Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten proportional sind, auf der Basis der N diskreten Ausgangssignale des mit diesem Ring in Berührung stehenden Strahlenbündels und auf der Basis der bereits zuvor hergeleiteten Signale, die den einzelnen, den Elementen in allen äussersten Ringen zugeordneten Absorptionskoeffizienten proportional sind, durch welche Ringe das Strahlenbündel bei jedem der N diskreten Finkelintervallen hindurchgeht, und

   Mittel zum Erzeugen einer Darstellung der Absorption der Elemente der Ebene des Körpers auf der Basis der erwähnten Signale proportional den einzelnen Absorptionskoeffizienten der N Elemente in jedem Ring.

   82:3X0-6..3 5