DE3037169C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Computer-Tomographen (CT) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Computer-Tomographen werden verwendet, um die Absorption der den Körper durchdringernder Strahlung in Abhängigkeit vom Ort innerhalb eines ausgewählten Bereichs zu ermitteln und somit gewöhnlich Abbildungen einer Querschnittsscheibe eines Körpers eines Patienten zu erhalten. So beschreibt z. B. die DE-OS 19 41 433 ein Gerät, mit dem eine Untersuchung in kurzer Zeit durchgeführt werden kann, wenn eine eine im wesentlichen ebene, fächerförmige Verteilung der Röntgenstrahlen erzeugende Strahlungsquelle orbital um den Patienten bewegt und die auf einer Vielzahl von Strahlenwegen innerhalb dieser Verteilung durch den Körper des Patienten durchgelassene Strahlung registriert wird.

Die Registrierung kann durch Detektoren erfolgen, die synchron mit der Strahlungsquelle um den Patienten eine Drehbewegung ausführen. Es ist jedoch auch bekannt, eine kreisförmige Anordnung mehrerer statischer Detektoren zu verwenden, die den Körper umgeben und die Strahlung von einer Quelle registrieren, die den Körper umkreist. Diese Anordnung kann dadurch verwirklicht werden, daß die Umlaufbahn der Strahlungsquelle um den Körper innerhalb des Kreises liegt, auf dem die Detektoren angeordnet sind (DE-OS 27 09 599). In der DE-OS 28 28 963 wird ein Computer-Tomograph der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem die Kreisbahn der Quelle einen größeren Radius aufweist als der Detektorkreis. Dabei sind Maßnahmen getroffen, die verhindern, daß Detektoren in den Strahlengang zwischen Patient und Quelle gelangen können und damit Strahlung vom Patienten abhalten. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß relativ wenige Detektoren benötigt werden. Beide Systeme verwenden einen Fächerstrahl, der an der Quelle einen relativ großen Winkelbereich überspannt, beispielsweise 50° oder mehr, während es früher üblich war, eine kleinere Streuung der Strahlung zuzulassen, d. h. den Strahl enger zu begrenzen. Es hat sich gezeigt, daß derartige Röntgenquellen, typischerweise Drehanoden-Röntgenöhren, dazu neigen, auch Strahlung aus den eigentlichen Brennfleck (Fokus) der Röntgenröhre umgebenden Bereichen zu emittieren. Wegen des erforderlichen großen Fächerwinkels ist es nicht zweckmäßig, derartige Strahlung durch Verwendung von Anodenblenden oder Wehnelt-Zylindern zu eliminieren. In vielen Fällen mag eine derartige, nicht vom Fokus ausgehende Strahlung, kein wesentliches Problem darstellen. Jedoch ist es ebenfalls üblich, zwischen der Quelle und dem Patienten Kompensationsabschwächer (oft "Keile" genannt, obwohl sie im allgemeinen sattelförmig sind) anzuordnen, die das Strahlungsprofil hinsichtlich des näherungsweise kreisförmigen Querschnitts des Körpers eines Patienten korrigieren. Nicht vom Fokus ausgehende Strahlung durchläuft derartige Keile durch Teile, deren Dicke sich von der Dicke der Teile unterscheidet, die die Hauptuntersuchungsstrahlung durchläuft. Sie kann somit weniger abgeschwächt werden als der Hauptstrahl, was zu wesentlichen Fehlern führt.

Aus der DE-OS 25 51 322 ist ein nach dem Fächerstrahlprinzip arbeitender Computer-Tomograph mit länglicher Anode bekannt, wobei deren Brennfleck durch elektronische Mittel auf der Anode in Abstimmung mit der Umlaufbewegung des Strahlenfächers verschoben wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Computer-Tomograph der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, bei dem die durch die Streustrahlung der Quelle, insbesondere bei Relativbewegungen, zwischen Quelle und Detektoren hervorgerufenen Verschmierungen des Halo-Profils vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Form ein Gerät, bei dem die Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine Ansicht der Abtastvorrichtung des Gerätes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die Auswirkung eines Abschwächkeils auf die von einer Quelle mit großem Öffnungswinkel ausgehende Strahlung,

Fig. 4a und 4b eine Erläuterung von zwei Beispielen zum Zusammensetzen fächerförmiger Röntgenstrahlengänge,

Fig. 5a, 5b und 5c aus verschiedenen Richtungen betrachtete Profile der Halo-Strahlung einer Röntgenstrahlquelle nach Schwächung durch den Keil,

Fig. 6 eine Anordnung zur Messung der Profile der Halo-Strahlung vor ihrer Schwächung durch den Keil,

Fig. 7 eine Erläuterung der Geometrie des Geräts und der Bedeutung der von einem Detektor aus verschiedenen Richtungen empfangenen Strahlung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Festlegung von Korrekturtermen vor der Untersuchung eines Patienten und

Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Korrektur der während der Untersuchung des Körpers eines Patienten gemessenen Ausgangssignale.

In Fig. 1 wird in vereinfachter Form ein Computer-Tomograph des in der DE-OS 28 28 963 beschriebenen Typs gezeigt. Eine Quelle 1 für einen Röntgenstrahlenfächer 2 wird um eine Drehachse 3 gedreht. Im Bereich der Drehachse 3 befindet sich ein Patient 4 auf einer Unterlage oder einem Tisch 5. Um den Patienten 4 ist ein Ring 6 von Detektoren angeordnet, von denen nur ein Teil gezeigt wird. Die Röntgenstrahlung der Quelle 1 wird von Detektoren auf der der Quelle 1 gegenüberliegenden Seite des Patienten 4 gemessen. Die Detektoren sind stationär angeordnet. Während der Drehbewegung der Quelle 1 wandert der Strahlenfächer über die Detektoren und bestrahlt jeweils verschiedene Detektoren. Dabei sind in Fig. 1 nicht gezeigte, aber in der DE-OS 28 28 963 beschriebene Mittel vorgesehen, damit die Strahlung nicht von den am nächsten zur Quelle 1 angeordneten Detektoren aufgefangen wird. Das gleiche Ergebnis kann durch Anordnung der Quelle 1 innerhalb des Rings 6 der Detektroen erzielt werden.

Die von den Detektoren gelieferten Signale repräsentieren die durch den Patienten entlang individueller, enger Strahlenwege durchgelassene Strahlung, d. h. sie stellen ein Maß für die gesamte Absorption entlang dieses Weges dar. Die Strahlbreiten der einzelnen Wege werden dabei durch die Aperturen der Detektoren und die Bewegung der Quelle 1 während der erforderlichen Meßzeit definiert. Die Signale werden zu Verstärkern 7 geleitet. Im Prinzip wird für jeden Detektor ein eigener, individueller Verstärker benötigt. Praktisch werden jedoch nicht alle Detektoren gleichzeitig bestrahlt, und es kann im Multiplexbetrieb gearbeitet werden, woraus sich Einsparungen in der Apparatur ergeben. Die Signale werden dann in Integratoren 8 über eine Zweitdauer integriert, die einen bestimmten Weg der vom jeweiligen Detektor empfangenen Strahlung repräsentiert, wobei die Bewegung der Quelle 1 während dieser Zeitdauer berücksichtigt wird. Die erforderlichen Zeit- oder Taktsignale werden von in Fig. 1 nicht gezeigten Anzeigevorrichtungen für die Position der Quelle 1 geliefert. Derartige Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise transparente Substrate, die eine Drehbewegung mit der Quelle 1 ausführen und netz- oder fadenkreuzartige Markierungen zur Unterbrechung eines Lichtweges zwischen einer Lichtquelle und einer Fotozelle aufweisen.

Die Detektorsignale werden kann in Analog-Digital-Wandlern 9 in digitale Form und in Wandlern 10 in logarithmische Form überführt und in dieser Form an die Verarbeitungsschaltkreise 11 geliefert.

Die Schaltkreise 11 können die Signale wie in der DE-OS 19 41 433 beschrieben oder mit einem weiterentwickelten, eine Faltungsoperation umfassenden, in der DE-OS 24 20 500 beschriebenen Verfahren verarbeiten. Falls eine derartige Faltungsoperation Signale von Sätzen oder Gruppen paralleler Strahlenwege erfordert, müssen die Signale in der richtigen Reihenfolge vorsortiert werden. Vorzugsweise ist die Form der Verarbeitung jedoch für Signale von Gruppen fächerförmig verteilter Strahlenwege gegeignet. Die verarbeiteten Daten werden schließlich auf einem geeigneten Gerät 12, wie einem Fernsehmonitor oder einem Zeilendrucker, angezeigt oder zur weiteren Verwendung gespeichert.

Fig. 2 zeigt eine zum Erhalt der Detektorsignale verwendete Abtastvorrichtung. Die Abtastvorrichtung ist auf einem Hauptrahmen 13 montiert, der von einem in geeigneter Weise angeordneten Gehäuse 14 abgedeckt ist. Der Rahmen 13 und das Gehäuse 14 besitzen eine Öffnung 15 zum Einführen des Patienten. Die Röntgenröhre 1 wird von einem auf Lagern 17 um die Achse 3 drehbaren Bauteil 16 getragen. Das Bauteil 16 wird über einen Riemen 18 und ein Getriebe 19 von einem auf dem Hauptrahmen montierten Motor 20 angetrieben. Die Spannungsversorgung und die Zufuhr des Kühlmittels für die Röntgenröhre 1 erfolgt über Kabel 21 mit ausreichender Größe und Länge und mit einer geeigneten Handhabungsvorrichtung, um eine Kreisbewegung der Röhre 1 um 360° während der Untersuchung und zuzüglich um etwa 180° zum Erreichen der notwendigen Winkelgeschwindigkeit und etwa 180° zum Anhalten zuzulassen.

Unterhalb der Quelle 1 sind ein Kollimator 22 zur Strahlbegrenzung auf die geforderte Fächerform und ein vorstehend erwähnter Keil 23 montiert, die die Drehbewegung der Quelle 1 mitmachen. Der Keil 23 soll zur Kompensation dienen, da der Patient 4 mit der Unterlage 5 und irgendwelchen Pack- oder Füllmaterialien meist einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist, so daß die den Körper des Patienten auf Wegen in der Nähe seines Mittelpunkts durchquerende Strahlung einen längeren Absorptionsweg zurücklegt und infolgedessen mit weniger Intensität als die den Körper an einem Rand durchquerende Strahlung nachgewiesen würde. Der Keil 23 versieht die äußeren Strahlen mit einem längeren Absorptionsweg und gleicht dadurch die Intensität der äußeren und mittleren Strahlen an. Einer der Vorteile liegt dabei darin, daß alle Detektoren etwa im gleichen Arbeitsbereich arbeiten.

Im allgemeinen bereitet die Verwendung eines Keils bei Apparaten mit einer Röntgenröhre, die Strahlung von einer im wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle erzeugt, wenige Schwierigkeiten, obwohl einige Korrekturen wegen den durch die verschiedenen Wege durch den Keil verursachten Änderungen in der Härte der Strahlung notwendig sind.

In Computer-Tomographen verwendete Röntgenröhren erzeugen oft fächerförmige Strahlungsverteilungen mit relativ kleinen Öffnungswinkeln und können deshalb näherungsweise als punktförmige Strahlenquellen behandelt werden. Dieses Ergebnis wird jedoch teilweise dadurch erzielt, daß Blenden oder Abschirmungen um die Anoden angeordnet werden, um die Emission der nicht vom Fokus ausgehenden Strahlung zu verhindern bzw. diese Strahlung zu absorbieren. Derartige Strahlung wird von auf die Anode auffallenden oder in ihr erzeugten Sekundärelektronen verursacht und führt zu einem "Halo"-Ring um den Hauptbrennfleck der Quelle. Wenn, wie in den in den DE-OSen 27 09 599 und 28 28 963 beschriebenen Vorrichtungen, Röntgenröhren mit großen Öffnungswinkeln (typischerweise 50°) erforderlich sind, ist eine derartige Blende oder Abschirmung schwierig anzubringen. Dieses Problem wird noch schwieriger bei Verwendung von Drehanoden-Röntgenröhren. Somit weist die Strahlung eine Hauptstrahlung von einem wohldefinierten Brennfleck auf der Anode und einen diffuseren und weniger intensiven Strahlungshalo von der den Brennfleck umgebenden Anodenoberfläche auf.

Die Auswirkung des Strahlungshalos in Verbindung mit dem Kompensationskeil 23 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Das Target oder die Anode der Röntgenröhre wird durch die Linie 24 angezeigt, obwohl praktisch im allgemeinen eine bekannte Drehanodenröhre verwendet wird. Das Target 24 emittiert Strahlung mit der durch die Kurve 25 angezeigten Intensitätsverteilung. Diese weist in der Mitte ein durch den Punkt 26 angezeigtes Emissionsmaximum mit einem umgebenden Halo niedriger Intensität auf. Die Strahlung durchläuft den Kompensationskeil 23 und trifft auf die Detektoren 6. Die Strahlung innerhalb des 50°-Fächers trifft selbstverständlich auf eine große Zahl von Detektoren auf, aber zunächst soll die auf den der Anode 24 gegenüberliegenden, d. h. sich in der Mitte des Fächers befindenden Detektor 6 _a auftreffende Strahlung betrachtet werden. In Fig. 3 ist ein Strahl 27 vom mittleren Peak zusammen mit zwei Strahlen 28 und 29 von den Rändern des Halo dargestellt, und man sieht, daß die Strahlen 28 und 29 längere Wege durch den Keil 23 zurücklegen als der Strahl 27 und stärker abgeschwächt werden. Somit lassen sich die von Strahlung von verschiedenen Positionen auf der Anode 24 herrührenden Beiträge zum Signal des Detektors 6 _a durch die Kurve 30 darstellen, deren Halo-Beiträge verringert sind.

Wenn man jedoch einen Detektor 6 _b am Rande des Fächers und typische Mittel- und Randstrahlen 27′, 28′ und 29′ betrachtet, zeigt sich, daß der Mittelstrahl 27′ nun einen längeren Weg durch den Keil 23 zurücklegt als der einen Beitrag (Komponente) des Halo darstellende Strahl 29′. Die von verschiedenen Positionen auf der Anode 24 stammenden Beiträge zum Signal des Detektors 6 _b sind in der Kurve 30′ dargestellt, deren Halo-Beiträge asymmetrisch und teilweise relativ groß sind. Dies bedeutet, daß absorbierendes Material im zu untersuchenden Körper, der vom Strahl 29′ aber nicht vom Strahl 27′ durchsetzt wird, große Auswirkung auf das Ausgangssignal des Detektors 6 _b hat, obwohl es eigentlich keinen Einfluß haben sollte.

Es wird vorgeschlagen, das Problem dadurch zu verkleinern, daß der Keil 23 umgedreht und näher zur Achse 3 angeordnet wird. Der Keil dann bei schwächerer Krümmung, wie etwas übertrieben anhand des Keils 23′ gezeigt, die gleiche Weglängenkompensation durchführen. Dieser Schritt verkleinert das Problem jedoch nur, kann es aber nicht beseitigen.

Zum Verständnis der nachfolgenden Beschreibung sollte klargestellt werden, daß, wenn in der Computer-Tomographie auf eine fächerförmige Verteilung der einen Patienten durchsetzenden Röntgenstrahlen Bezug genommen wird, ein derartiger Fächer zwei verschiedene Formen aufweisen kann. Bei der ersten, schematisch in Fig. 4a dargestellten und meist als Beispiel verwendeten Form trifft ein von einer Position aus der Quelle 1 ausgehender Fächerstrahl gleichzeitig auf eine Vielzahl von Detektoren, wie 6 _(n-1), 6 _n und 6 _(n+1) auf. Die gleichzeitig gemessenen Detektor-Ausgangssignale stammen deshalb von einer von einer Position auf der Quelle ausgehenden fächerförmgien Strahlenverteilung (Strahlenfächer), und die zu verschiedenen Zeiten gemessenen Signale stammen von ähnlichen Fächern bei anderen Winkelorientierungen oder -stellungen.

Eine alternative Anordnung für sich nicht mit der Quelle 1 drehende Detektoren 6 ist schematisch in Fig. 4b dargestellt. Von der von jeder einer Vielzahl von Positonen der Quelle 1, wie 1 _(n-1), 1 _n und 1 _(n+1), während ihres Umlauf emittierten Strahlung wird der auf einen einzigen Detektor 6 _n auftreffende Strahl ausgewählt. Über mehrere Positionen der Quelle stammen die nacheinander gemessenen Ausgangssignale von einem in der Stellung des Detektors 6 _n konvergierenden Strahlfächer. Natürlich müssen die Ausgangssignale, um diese Wirkung zu erzielen, neu geordnet werden und sind nicht gleichzeitig verfügbar. Jedoch werden gleichzeitig Ausgangssignale von Strahlenfächern gemessen, die in anderen Detektorpositionen konvergieren. Dieses Verfahren hat gewisse Vorteile, und in der nachfolgenden Beschreibung wird unter einem Strahlfächer ein "Detektorfächer", wie in Fig. 4b gezeigt, verstanden, obowhl sie auch auf einen in Fig. 4a gezeigten "Strahlenquellenfächer" anwendbar ist.

Bei der Betrachtung der Verteilungen des Ausgangspunkts der von einem Detektor von einer Position der Quelle empfangenen Strahlung (siehe Fig. 3, Kurven 30 und 30′) zeigt es sich, daß jede dieser Verteilungen eine jeweils vom Keil 23 modifizierte Kombination der vom Hauptbrennfleck und vom Halo ausgehenden Strahlung ist. Die Auswirkung des Keils 23 auf den Hauptbrennfleck, bzw. auf den von diesem Brennfleck ausgehenden Haupt- oder Mittelstrahl, ist natürlich beabsichtigt und stellt den eigentlichen Zweck des Keils 23 dar. Da jeder Detektor der Quelle durch die Serie der einen Detektorfächer ergebenen Positionen folgt, d. h. jeweils von der Quelle angestrahlt wird, ändert sich die Verteilungsfunktion des Halo-Beitrags von der in Kurve 30′ dargestellten Halo- Komponente über diejenige der Gruppe 30 bis zum Spiegelbild von 30′ am entgegengesetzten Ende. Diese Halo-Komponenten sind in den Fig. 5a, 5b bzw. 5c dargestellt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die von den Detektoren ermittelten Werte mit von der gemessenen Intensitätsverteilung 25 des Halo-Profils und der bekannten Form und Zusammensetzung des Abschwächers 23 abgeleiteten Korrekturtermen zu modifizieren, um korrigierte Detektorsignale zu erhalten, deren Halo-Komponente zumindest teilweise beseitigt ist.

Die zu verarbeitenden Detektorsignale sind die von einem Detektor für einen Detektorfächer von Strahlen gelieferten Signale, und dieser Vorgang wir din gleicher Weise für andere derartige Fächer wiederholt. Dabei wird vorausgesetzt, daß für jede Position, in der der Detektor die Quelle "sieht" und ein Ausgangssignal liefert, ein Emissionsprofil für den Halo ohne vorhandenen Keil abgeleitet worden ist. Es sollte ferner der von der Halo-Strahlung nach Durchgang durch den Keil und den Körper gelieferte Anteil an jedem Detektorausgangssignal ermittelt werden. Um dies im strengen Sinne durchzuführen, muß die Absorption der Halo-Strahlung durch den Körper bekannt sein. Andererseits soll gerade diese Absorption vom Computer-Tomographen ermittelt werden. Die Detektorausgangssignale liefern selbst eine erste Abschätzung dieser Absorption für den ausgewerteten Detektorfächer, wenn die vom Keil ausgeübte Abschwächung kompensiert ist. Die Ausgangssignale sind zwar selbst von der Halo-Strahlung beeinflußt, da sie Anteile dieser Strahlung enthalten, aber sie liefern eine für Korrekturzwecke ausreichende erste Abschätzung der Absorption des Körpers. Die Korrekturterme von 2n+1 Werten werden in der nachstehend beschriebenen Weise mit den Detektorausgangssignalen von Detektoren verarbeitet, die zu beiden Seiten des Detektors, dessen Signal ausgewertet wird, angeordnet sind. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist die Halo-Fehlerkomponente, d. h. der vom Halo stammende Fehlerbestandteil.

Dieses Vorgehen ähnelt einer Faltung zweier Funktionen, von denen eine von den gemessenen Intensitätswerten abgeleitet ist und die andere räumlich veränderlich und vom gemessenen Halo-Profil und der bekannten Form des Keils 23 abgeleitet ist. Die Halo-Fehlerkomponente wird dann vom Ausgangssignal abgezogen, worauf sich ein bezüglich des Halos korrigierter Wert ergibt. Dieser erste korrigierte Wert sollte hinreichend genau sein, um mit der das endgültige Bild ergebenden Verarbeitung fortzufahren. Es kann jedoch vorteilhaft sein, das vorstehend beschriebene Vergehen wiederholt - also iterativ - durchzuführen, das nach jedem Iterationschritt eine genauere Abschätzung der Schwächung der Strahlung durch den Körper und damit eine genauere Abschätzung der Halo-Fehlerkomponente liefert.

Der Schwächungskoeffizient μ _w des Keils und die Absorptionsweglängen x _w durch den Keil sollten als Geräteparameter bekannt sein. Sie können deshalb zusammen mit der Ausdehnung des Halo für die verwendete Röntgenröhre und den Abmessungen der Vorrichtung für den jeweiligen Bedarf gespeichert sein, und das Halo-Profil kann dann nach Bedarf berechnet werden.

Es ist dennoch angebracht, die Halo-Profile für eine hinreichend große Anzahl relativer Positionen von Quelle 1 und Detektor 6 in Abwesenheit eines Körpers 4 und ohne den Keil 23 zu messen. Das Verfahren zur Ermittlung eines Profils für eine Detektorstellung wird in Fig. 6 gezeigt.

Das von einem Detektor beim Passieren der Anode 24 durch das "Blickfeld" des Detektors während der Drehbewegung der Strahlungsquelle empfangene Halo-Profil wird zunächst für alle Detektoren genau dasselbe sein. Es muß deshalb nur das Profil für einen typischen Detektor ausgemessen werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird eine Testblende 31 so vor den Detektoren angeordnet, daß es alle bis auf einen Detektor 6 abdeckt, aber Strahlung durch einen schmalen Spalt 32 innerhalb der Testblende 31 entlang eines feinen Strahls 33 auf den Detektor auftreffen läßt. Ohne Schwächungskeil 23 und ohne Untersuchungskörper 4 kreist die Röntgenröhre mit der Anode 24 in der üblichen Weise um die Rotationsachse 3, wobei das Profil 25 sich über den "Registrierstrahl" 33 hinwegbewegt. Das Profil 25 wird dann sukzessiv vom Detektor 6 aufgenommen. Die Intensitätswerte des Profils werden dann in einem Halo-Profil-Speicher 34 gespeichert.

Dieses Vorkalibrieren wird für jede verwendete Röntgenröhre nur einmal durchgeführt und kann wiederholt werden, wenn die Röhrencharakteristik sich geändert hat. Es können deshalb eigens errichtete Schaltkreise verwendet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die normalen Schaltkreise zur Behandlung des Detektor- Ausgangssignals zu verwenden, so daß das Halo-Profil gesteuert von den vorstehend beschriebenen Taktimpulsen mit den gleichen Intervallen wie in einem normalen Abtastvorgang abgetastet wird.

Es ist auch vorteilhaft, das aufgenommene Halo-Profil hinsichtlich der Auswirkungen der endlichen Breite des Registrierstrahls 33 zu korrigieren.

Das Profil wird im Speicher 34 gespeichert, und zwar als Intensitätswert I ⁰₀ für den Hauptbrennfleck und als eine Anzahl von Werten für Abschnitte auf beiden Seiten dieses Brennflecks, die jeweils als I ⁰ _j bezeichnet werden, wobei vorzugsweise -27j27 ist.

Bei der Verwendung des gemessenen Profils ist es zweckmäßig, die Position der Strahlungsquelle relativ zu den Detektoren zu markieren, und dies geschieht beispielsweise durch eine ganze Zahl r. Fig. 7 zeigt die Position der durch das Halo-Profil 25 _r kenntlich gemachten Strahlungsquelle und des Schwächungskeils 23 _r in der Position r relativ zur Linie von einem beliebigen Detektor 6 durch die Achse 3. Die ganze Zahl r repräsentiert die Orbitalposition der Strahlungsquelle, d. h. die Winkelstellung der Quelle auf ihrer Kreisbahn um die Achse 3, derart, daß sich die Indizierung der Position der Strahlungsquelle auf ihrer Kreisbewegung jeweils während einer Detektor-Integrationsperiode, d. h. während der Meßzeit für einen Meßpunkt, um eins erhöht. Das Halo-Profil 25 _r wird durch diskrete, beispielsweise durch eine Anordnung wie in Fig. 6 gelieferte Meßwerte angegeben, in Fig. 7 beispielsweise mit jeweils 6 Werten auf beiden Seiten des Hauptbrennflecks, obwohl, wie vorstehend erwähnt, typischerweise jeweils 27 Werte verwendet werden.

Wenn die Vermessung des Halo-Profils, wie beschrieben, mit den normalen Detektor-Meßintervallen durchgeführt wird, entspricht der Abstand der Halo-Meßwerte j dem der Positionen r der Drehbewegung der Strahlungsquelle. Somit durchläuft, wenn sich die Quelle und der Keil in der durch 25 _r-5 und 23 _r-5 dargestellten Positon (r-5) befinden, der Mittelstrahl vom Hauptbrennfleck, j=0, den gleichen Weg 35 zum Detektor 6 wie die Strahlung von der Halo-Position j=-5 in der Position r der Strahlungsquelle.

Bei näherer Betrachtung des Fehlers und seiner Korrektur zeigt es sich, daß die vom Detektor 6 in der Position r der Strahlungsquelle registrierte Intensität die Summe der Intensitäten der von jeder der, beispielsweise 55, vermessenen Positionen des Halo (-27j27) ausgehenden Röntgenstrahlen darstellt, nachdem diese vom Keil 23 auf ihren jeweiligen Wegen durch diesen hindurch und vom Körper des Patienten (falls vorhanden) geschwächt worden sind. Da eigentlich nur die vom Hauptbrennfleck (j=0) emittierte Strahlung registriert werden sollte, muß der von anderen Teilen der Strahlungsquelle (j≠0) ausgehende Anteil bestimmt und vom gemessenen Signal abgezogen werden.

Die Schwächung im Patienten entlang der verschiedenen vom Halo-Profil ausgehenden Strahlenwege kann tatsächlich gemessen werden, aber zunächst ist es zweckmäßig anzunehmen, daß die Schwächung für alle Wege vom Halo zum Detektor bei jeder Position der Strahlungsquelle gleich groß ist. Dann kann die Schwächung entlang dieses angenommen, jeweils gleichen Weges durch den Patienten als das vom Detektor gelieferte Signal, d. h. die gesamte, vom Halo und vom Hauptbrennfleck empfangene Strahlung, dividiert durch die Summe der mit ihrer jeweiligen Schwächung im Keil multiplizierten Intensitäten der vermessenen Punkte der Strahlungsquelle, d. h. die gesamte Halo- und Hauptbrennfleckstrahlung unmittelbar nach dem Keil, betrachtet werden. Da die Strahlungsquelle und Halo, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben, vermessen worden ist und da der Schwächungskoeffizient des Keilmaterials, wie Aluminium, bekannt ist, kann die Schwächung entlang jedes Wegs durch den Keil und somit der erforderliche Divisor direkt ermittelt werden.

Nachdem die Schwächung entlang dieses angenommenen gemeinsamen Weges durch den Patienten ermittelt worden ist, wird angenommen, daß dies der korrekte Wert für den mittleren Strahlenweg vom Hauptbrennfleck ist. Wie im Zusammenhang mit Fig. 7 erläutert, ist jedoch der Weg vom Hauptbrennfleck (j=0) für die Position (r-n) der Strahlungsquelle derselbe wie der Strahlungsweg vom Meßpunkt j=-n des Halo für die Position r der Strahlungsquelle. Damit ist die Schwächung entlang des Wegs durch den Patienten für den Halo-Meßpunkt j=-n in der Position r der Strahlungsquelle durch den durch die Summe der Halo-Intensitäten nach Durchgang durch den Keil in der Position (r-n) der Strahlungsquelle dividierten Detektor-Ausgangsmeßwert in der Position (r-n) der Strahlungsquelle gegeben.

Somit ist der vom Halo-Meßpunkt j=-n in der Position r der Strahlungsquelle gelieferte Beitrag zum gemessenen Detektorausgang dadurch zu bestimmen, daß man die Intensität der Strahlungsquelle an der Position j=-n des Halo hernimmt, mit der Schwächung durch den Keil multipliziert, das Produkt mit dem gesamten Detektorwert in der Position (r-n) der Strahlungsquelle multipliziert und das Produkt durch die Summe der Intensitäten der Strahlungsquelle nach Druchgang durch den Keil in der Position (r-n) der Strahlungsquelle dividiert.

Die gesamte Korrektur ist dann dadurch gegeben, daß diese Beiträge über einen Bereich von Detektorwerten auf beiden Seiten des zu korrigierenden Wertes für Strahlungsquellen- Positonen von (r-k) bis (r+k) aufsummiert werden, wobei der Beitrag für k=0 ausgenommen wird, da dies einer Verwendung des Detektorwerts für seine eigene Korrektur entsprechen würde.

Diese Korrektur wurde unter gewissen Annahmen abgeleitet, die eher durch die Praxis als durch eine exakte mathematische Analyse gerechtfertigt sind. Dennoch kann die Korrektur zur Erläuterung durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: wobei

O ^r = Fehlerterm, der von der Anzeige (dem Meßwert) eines Detektors in der Position r der Strahlungsquelle abzuziehen ist,I _Det ^r+k = Meßwert eines gegebenen Detektors von durch den Körper eines Patienten in der Stellung (r+k) der Strahlungsquelle durchgelassene Strahlung. Diese Anzeige ist nicht hinsichtlich des Halo-Fehlers korrigiert, ist aber in der Praxis oft bereits hinsichtlich anderer Fehler korrigiert,μ _w = linearer Schwächungskoeffizient des homogenen, gewöhnlich aus Aluminium bestehenden Keils,x _w ^k,r = Weg der vom k-ten Meßpunkt des Halo in der r-ten Position der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlen durch den Keil undI⁰ _k = relative Intensität des k-ten Meßpunkts des Halo.

Dabei muß sich der Patient nur bei der Bestimmung von I _Det ^r+k im Strahlengang befinden. Die Korrektur kann deshalb aufgespalten werden wobei P ^r _k den k-ten Meßwert des r-ten Profils darstellt, der gegeben ist durch

Alle Terme der Gleichung (3) können im Rahmen des Einstell- oder Eichverfahrens ohne Anwesenheit eines Körpers (eines Patietnen) in der Vorrichtung ermittelt und so lange gespeichert werden, bis sie in einer Untersuchung benötigt werden.

Schaltkreise zur Durchführung dieser Teile der Korrektur sind in Fig. 8 dargestellt. Das während des genannten Verfahrens, wie in Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben, gemessene Halo-Profil ist im Speicher 34 gespeichert. Die verwendeten Speicherplätze werden vom Adressenwähler 34 a entsprechend dem Wert der ganzzahligen j (mit -27j27 in diesem Beispiel) ausgewählt, wobei für die Mitte des Hauptbrennflecks j=0 gilt. Der Adressenwähler 34 a wählt in ähnlicher Weise die Ausgangssignale aus und spricht dabei auf die Werte der ganzzahligen j oder k vom Adressenzuordner 36 an. j und k haben ähnliche Bedeutung in bezug auf die Nummer eines Halo-Meßpunkts vom Hauptbrennfleck. Die Bedeutung von j liegt jedoch nur beim Zählen über das Halo- Profil und der Verwendung verschiedener Meßpunkte. Die Bedeutung von k liegt in der Verwendung einer Detektor-Ausgangsmeßwerts in der Position (r+k), so daß der Detektor eine Halo-Komponente vom Meßpunkt k "sieht". Im Hinblick auf ihre unterschiedliche Bedeutung werden j und k getrennt voneinander eingegeben und gezählt.

Ein Keilform- und Keiltransmissionsspeicher 37 enthält Informationen, die die Form des Schwächungskeils 23 (in komplexeren Fällen die Form mehrerer derartiger Keile für verschiedene Patientengrößen), seinen Schwächungskoeffizienten und die Weglängen durch den Keil für alle verwendeten Strahlenwege darstellen. Der Weg von einem Halo-Meßpunkt zu einem beliebigen Detektor ist durch die laufenden Werte von j, k und r definiert. Die Schwächungen für die jeweiligen Strahlenwege können vorher berechnet und gespeichert werden, und der Speicher 37 spricht auf die jeweiligen Eingaben vom Adressenzuordner 36 an und liefert an seinem Ausgang die Schwächung im Keil 23 für den (durch das jeweilige Zahlentripel) identifizierten Weg. Auf Grund der bekannten exponentiellen Abhängigkeit der Schwächung werden also im Speicher 37 Exponentialwerte gespeichert. Obwohl in diesem Beispiel nur ein Halo-Profil gemessen wird, und die Strahlenwege (und die jeweilige Schwächung) durch den Keil 23 im Speicher 37 vorher gespeichert sind, ist es auch möglich, das Profil mit dem eingebauten Schwächungskeil in der in Fig. 6 gezeigten Anordnung zu messen. In diesem Falle wäre im Speicher 34 nicht nur ein Profil, sondern eine große Zahl von für alle Richtungen, aus denen der Detektor 6 durch den Keil 23 die Strahlungsquelle 24 sieht, gemessener Profile gespeichert. Diese alternative Möglichkeit erfordert keinen Speicher 37, wird aber in der Praxis als weniger leistungsfähig betrachtet.

Es ist inzwischen bei Verwendung derartiger Schwächungskeile allgemein üblich, eine Korrektur hinsichtlich der Strahlfilterung im Keilmaterial, wie Aluminium, vorzunehmen. Die im Speicher 37 gespeicherten, vorher berechneten Schwächungswerte, können einen derartigen Korrekturfaktor enthalten.

Durch die Schaltkreise von Fig. 8 wird unter Berücksichtigung der Exponentialfunktion zunächst der Nenner von Gleichung (3) für einen Wert von k bestimmt, d. h. der gesamte, vom Detektor in Abwesenheit eines Körpers registrierte Photonenfluß von Hauptbrennfleck und Halo, wenn sich die Strahlungsquelle in der Position (r+k) befindet. Der Adressenzuordner 36 liefert die vorgegebenen Anfangswerte von r und k und durchläuft nacheinander alle Werte von j, für die der Halo-Profil-Speicher 34 einen von Null verschiedenen Wert enthält (-27<j<+27). Für jeden Wert von j liefert der Speicher 34 den jeweiligen Halo-Intensitätswert und der Speicher 37 die Schwächung entlang des Wegs durch den Keil als Ausgangssignale a. Diese werden durch einen Multiplizierer 38 multipliziert und in einem Speicher 39 für alle Werte von j summiert und gespeichert. Zur Berechnung des Zählers der Gleichung (3) wählt der Zuordner 36 nach Vorgabe den Halo- Meßwert k (die relative Intensität des k-ten Meßpunkts des Halo) aus dem Speicher 34 und dessen Schwächung entlang der Weglänge im Keil aus dem Speicher 37. Diese werden, nach Durchlaufen aller j-Werte als Ausgangssignale b geliefert und in einem Multiplizierer 40 multipliziert und ergeben den gesamten Fluß der vom Element k des Halo ausgehenden und vom Keil geschwächten Röntgenstrahlen, durch den das vom Hauptstrahl hervorgerufene Ausgangssignal für die Position r der Strahlungsquelle verfälscht wird. Das Verhältnis dieser beiden Werte wird im Dividierer 41 erzeugt und zur weiteren Verwendung als Wert P ^r _k im Speicher 42 gespeichert. Danach wird der Wert von k um eins erhöht, und das Verfahren wird wiederholt, und zwar für alle im Speicher 34 gespeicherten k-Werte des Halo-profils außer für k=0.

Wie vorstehend erwähnt, wird das Verfahren nach Fig. 8 als Kalibirierverfahren vor Beginn der Untersuchung durchgeführt. Obwohl die gezeigten Schaltkreise zur praktischen Verwendung geeignet sind, könnten auch alle im Speicher 42 gespeicherten Werte vorher - nach Ausmessen des Halo-Profils - berechnet und zur späteren Verwendung in einen geeigneten Speicher eingegeben werden.

Während der Untersuchung eines Patienten werden die Korrekturen von den als Blockschaltbild in Fig. 9 dargestellten Schaltkreisen durchgeführt.

Die von Analog-Digital-Wandlern 9 gelieferten Detektor-Ausgangssignale werden in einen temporären Speicher 43, beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), eingegeben. Die Speicherplätze, in die sie eingelesen werden, werden vom Adressenwähler 43 a in Abhängigkeit von den vorstehend beschriebenen Taktimpulsen bestimmt. Die Adressen werden in einer vorher festgelegten Weise bestimmt, so daß die Signale in einer gewünschten Form geordnet werden, beispielsweise als "Detektorfächer", wenn dies für die Form der angewandten Weiterverarbeitung zur Bildrekonstruktion erforderlich ist. Die Speicherplätze für die geordneten Signale jedes Fächers werden, wie vorstehend beschrieben, durch die ganzen Zahlen r und k identifiziert. Bis einschließlich zur Speicherung in Speicher 43 wird das für handelsübliche Apparate bekannte Verfahren angewandt, wobei weitere zusätzliche Schaltkreise, beispielsweise für weitere Korrekturen bekannter Art, als Bezugszeichen 44 in gestrichelter Form angegeben sind.

Zur Durchführung der erfindugnsgemäßen Korrektur wird jedes Signal aus dem Speicher 43 entnommen, und es werden, wie anhand der Gleichung (2) erläutert, die mit den in Speicher 42 gespeicherten Korrekturtermen multiplizierten Meßwerte für die diesem Signal auf beiden Seiten im gleichen Fächer benachbarten k-Werte subtrahiert.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird von ganzzahligen r- und k-Werten von einem Adressenzuordner 45 gesteuert. Der Start erfolgt bei einem vorgegebenen Anfangswert von r, für den die erste Fehlerkomponente aufsummiert wird. k durchläuft dann den Bereich der Werte von -N bis +N (ausgenommen Null), also den Bereich, für den keil- und strahlungsquellenabhängige Korrekturen gespeichert sind. Bei jedem Wert der ganzen Zahl k werden die Ausgangssignale der Speicher 43 und 42 in einem Multiplizierer 46 multipliziert, die Produkte für den gesamten Bereich der k-Werte in einem Summierer mit Speicher 47 aufsummiert und der summierte Fehlerwert in die Adresse r eines Speichers 48 eingegeben.

Diese Korrektur wird für alle relevanten r-Werte für den zu korrigierenden Fächer wiederholt. Schließlich wird k=0 gesetzt, und r durchläuft seinen Wertbereich für diesen Fächer, wobei jedes gemessene Detektor-Ausgangssignal nacheinander einem Differenzglied 49 zugeführt wird, in dem das Fehlersignal für den gleichen r-Wert aus dem Speicher 48 davon subtrahiert wird. Die korrigierten Detektorsignale werden in einen temporären Speicher 50 eingegeben, bevor sie dem Logarithmierer 10 und der nachfolgenden Verarbeitung zugeführt werden.

Vorstehend wurde angenommen, daß für jede Relativstellung von Strahlungsquelle und Detektor, bei der ein Ausgangssignal ermittelt wird, ein Halo-Profil vermessen und gespeichert werden sollte. Eine kleine Relativbewegung von Strahlungsquelle und Detektor ergibt jedoch nur eine kleine Änderung des Halo-Profils. Somit kann jedes Profil für mehrere, beispielsweise drei, Relativstellungen verwendet werden, womit Speicherplatz eingespart wird. In gleicher Weise kann das Halo-Profil statt mit 2N + 1 Werten mit geringerer Genauigkeit durch Werte dargestellt werden, von denen jeder m Mal wiederholt wird, wobei typischerweise m=3 gilt. Diese Verringerung des Speicherbedarfs kann jedoch nur dann sinnvoll angewandt werden, wenn die Kontur des Halo-Profils glatt und wenig gekrümmt ist, und wenn die ausgelassenen Meßwerte durch Interpolation ergänzt werden.

Wie beschrieben, wird die erfindungsgemäße Korrektur mit speziellen, den Erfordernissen angepaßten Schaltkreisen, durchgeführt. Üblicherweise sind Computer-Tomographen mit digitalen Rechenanlagen ausgerüstet, die viele der verlangten Aufgaben übernehmen und den Betriebsablauf steuern. Die erfindungsgemäße Korrektur kann mit Hilfe geeignet ausgewählter und programmierter Rechenanlagen leicht durchgeführt werden.

Claims (4)

1. Computer-Tomograph mit fächerförmiger Verteilung der Strahlung zwischen einer Strahlenquelle (1) und mehreren Detektoren (6) zum Erzeugen eines Schnittbildes entsprechend der Strahlungsabsorption im Patientenraum zwischen Strahlungsquelle (1) und den Detektoren (6), wobei die Strahlenquelle (1) kreisförmig um den Patientenraum und relativ zu den Detektoren (6) derart bewegbar ist, daß jeder Detektor (6) während der Kreisbewegung der Strahlenquelle (1) diese aus verschiedenen Richtungen sieht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Korrektur der Detektorausgangssignale oder daraus abgeleiteter Signale vorgesehen ist, um diejenigen Signalanteile zu verringern, die der aus dem Halo-Bereich austretenden und nach Durchgang durch den Körper des Patienten (4) in einem der Detektoren (6) registrierten Strahlung entsprechen.

2. Computer-Tomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung

• a) einen Speicher (34), der ein von einem Detektor (6) von verschiedenen Teilen des Halo-Bereichs für verschiedene Relativstellungen des Detektors (6) und der Quelle (1) registriertes Strahlungsprofil (25) enthält, und
• b) eine Vorrichtung zum Modifizieren jedes Ausgangssignals oder eines daraus abgeleiteten Signals in Abhängigkeit vom Halo-Profil (25) aufweist.

3. Computer-Tomograph nach Anspruch 2, mit einem sich mit der Quelle (1) um den Patientenraum bewegenden Abschwächer (23) zum Angleichen der Gesamtabsorption für unterschiedliche Strahlweglängen innerhalb des Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung eine Einrichtung aufweist, die das Halo-Profil (25) und vorgegebenen Absorptionswerte des Abschwächers (23) zur Ableitung von Korrektursignalen verwendet, aus denen die die Halo-Strahlung repräsentierenden Anteile zu den Ausgangssignalen abgeleitet und in einem Speicher (42) gespeichert werden.

4. Computer-Tomograph nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifiziervorrichtung

• a) eine Einrichtung (46, 47) zum Multiplizieren der Korrektursignale mit mehreren Ausgangssignalen, die Strahlenwegen auf beiden Seiten des Strahlenwegs des zu korrigierenden Ausgangssignals zugeordnet sind und zum Erzeugen eines summierten Fehlersignals und
• b) einen Subtrahierer (49) zum Abziehen des Fehlersignals vom betreffenden Ausgangssignal aufweist.