DE102016004624A1 - Das Gammaauge: Ein Gerät zur Abbildung hochenergetisch strahlender Objekte - Google Patents

Abstract

Für die Aufgabe, hochenergetisch strahlende Objekte mittels ihrer eigenen Strahlung abzubilden, besteht das Problem, dass es keine Optik gibt, die mit derjenigen für das sichtbare Licht vergleichbar wäre. Hier wird eine quasioptische Lösung mit einer Kamera vorgestellt, die einen rotierenden zylindrischen Kollimator (200) enthält, der gezielt die hochenergetischen Strahlen (50), bei denen es sich um Röntgen- oder Gammastrahlen handeln kann, auf einen Detektor (300) fallen lässt. Kernbestandteil des Gerätes ist ein rotierender Kollimator (200) mit seinem Spalt in Regelflächenform (100) für die Strahlenführung. Hiermit werden kontrolliert Strahlen auf einen Detektor (300) gelenkt, wobei über die Rotationsphase die momentane Richtung der einfallenden Strahlung bestimmt wird. Die konvergente Geometrie der Strahlen (50) auf die Kamera erlaubt eine kompakte Konstruktion des Gesamtgerätes und somit eine Positionierung nahe am Objekt. Die Anordnung mehrerer Einzelkameras als Module in einem Gesamtsystem gestattet die simultane Erfassung größerer Flächen, bei überlappenden Sichtfeldern eine räumliche Tiefenauflösung nach dem Prinzip des binokularen Sehens in einem Zeitrahmen, in dem sonst nur einzelne Projektionsbilder möglich wären. Ein Anwendungsfeld ist die Szintigraphie in der Medizin. Weitere Gebiete finden sich in der zerstörungsfreien Materialprüfung, beispielsweise der Röntgenrückstreuradiographie oder Bildaufnahmen nach Aktivierungen, oder in Sicherheitsfragen wie z. B. im Strahlenschutz und der Entsorgung von Abfällen in der Nukleartechnik.

Description

• Es wird eine Kamera für hochenergetische Strahlung beschrieben, deren Zweck es ist, strahlende Gegenstände aufgrund ihrer Eigenstrahlung abzubilden. Diese besteht aus einem drehbar gelagerten zylindrischen Kollimator (200), durch den für einen Strahlendurchtritt ein oder mehrere Spalte (100) geschnitten sind. Somit handelt es sich um ein quasi-optisches System oder „Linse” für hochenergetische Strahlen. Als Detektoreinheit dient eine über eine Fläche (300) angeordnete Matrix von Sensoren, welche für die in Frage kommenden hochenergetischen Strahlen empfindlich ist. Diese ist mit einer Abschirmung (350) vor unkontrolliert einfallender Strahlung geschützt. In sie hinein gelangen nur Strahlen, die vom Kollimator durch eine kreisbogenförmige Öffnung (330) in den geschützten Detektorraum führen.
• In einem optischen System werden Strahlen für die Erzeugung eines Bildes auf einen Bilddetektor gelenkt bzw. gebrochen. Dies ist auch das Prinzip des menschlichen Auges. Bei einer hochenergetischen, Material durchdringenden Strahlung ist eine Brechung bzw. Lenkung beispielsweise durch Glaslinsen oder Spiegel jedoch nicht möglich. Es bleibt nur die Möglichkeit, aus allen vom Objekt ausgehenden Strahlen durch Ausblenden diejenigen auszuwählen, die an das Prinzip der Bildgebung eines optischen Systems angelehnt entsprechend geeignet sind.
• Prinzipiell wird bereits eine massive zylindrische Blendenform schon in DE 10 2005 048 519 , in EP 1 772 874 , in DE 10 2007 057 261 und in EP 2 062 705 vorgeschlagen. Dort wird jedoch der Spalt, der für den kontrollierten Durchtritt von Strahlen sorgt, nicht in dem Umfang beschrieben, wie er hier vorgestellt wird. Eine formelmäßige Beschreibung der notwendigen Form dieses Spalts wird erst in der zuvor eingereichten Patentschrift mit dem Aktenzeichen 10 2015 008 272.8 präsentiert. Generell ist das Anwendungsgebiet die bildliche Darstellung strahlender Gegenstände. Die von ihnen ausgesandte Strahlung kann entweder im Objekt durch radioaktiven Zerfall selbst entstehen oder sekundär durch Streuung einer von einer externen Quelle eingesandten Strahlung, wie sie bei den Röntgenrückstreutechniken angewandt wird. Der Nachteil der bisherigen Lösungen bestand darin, dass immer nur ein Einzelstrahl ausgeblendet und mit einem dafür eingerichteten Detektor registriert wurde.
• Da der bisherige Stand der Technik vollkommen für stark strahlende Objekte mit hohen Strahlendosen ausreicht ist, entsteht ein Problem für Untersuchungen mit niedrigen Dosen, wie sie z. B. im Bereich der Medizin anfallen. Lösungen wie die Verringerungen des Abstands zum Objekt oder Verlängerung der Mess- und Aufnahmezeiten haben ihre Grenzen, besonders wenn Expositionen sich über Stunden erstrecken. Die hier präsentierte Version einer Gammakamera zielt auf eine möglichst effiziente Nutzung einer begrenzt vorhandenen Strahlenaktivität für eine bildhafte Darstellung der Strahlenquelle. Dies ist essentiell für Anwendungen in der Medizin z. B. bei einer Szintigraphie, bei der die Dosis zur Begrenzung der Strahlenbelastung des Patienten so gering wie möglich gehalten werden muss.
• Gammakameras für die Nuklearmedizin sind mehrfach in zurückliegenden Patentschriften wie z. B. in DE 2500643 beschrieben, weitere wie z. B. in DE 698 32 666 / EP 0 887 662 oder DE 699 00 231 / EP 1 004 897 . In bisher existierenden Gammakameras besteht eine Kameraeinheit aus einem Kollimator mit parallel oder trichterförmig ausgerichteten Durchlasskanälen unterschiedlicher Anzahl zur Selektion der Richtungen der einfallenden Strahlung, einer Schicht mit Szintillatorkristallen zur Wandlung der Strahlung in sichtbares Licht und Photoverstärker zur Erfassung dieses Lichtes, die mittels Lichtleitersystemen mit den Szintillatoren verbunden sind. Es handelt sich, bedingt durch die notwendige Abschirmung der hochenergetischen Strahlung, um sehr voluminöse und gewichtige Geräte, die zur Erfassung des gesamten menschlichen Körpers in einer Gantry angeordnet sein können, wie es in DE 699 30 692 / EP 0 973 046 detailliert beschreiben ist. Zur Erstellung räumlich aufgelöster Bilder bedarf es aufwändiger mechanischer Vorrichtungen, mit denen Gammakameras insgesamt in die verschiedenen Raumrichtungen verstellt werden müssen, wie sie z. B. in DE 697 28 358 / EP 0 846 961 beschrieben werden. Da die Kamerakörper sehr voluminös sind, ist dies besonders bei klaustrophob veranlagten Patienten ein Nachteil, besonders bei Bewegungen eng über ihnen. Außerdem können Geräte solcher Dimensionen nur bedingt nahe an den Patienten herangebracht werden, was die Detailgenauigkeit erzeugter Bilder deutlich limitiert. Besonders bei hochenergetisch strahlenden Isotopen wie Ga-67, I-123 oder I-131 steht die erforderliche dicke und schwere der Abschirmung einem nahen Herangehen an das Untersuchungsfeld im Weg.
• Ein Verfahren zur Bilddarstellung speziell des Herzens mit einer Gammakamera wird im Patent DE 44 42 287 mit dem Anmeldetag 28.11.1994 beschrieben, in dem die Tiefenauflösung auf dem Prinzip der Laminographie bzw. Tomosynthese gelöst wird („tomoskopische Schichtbilder”) und der Herzschlag mit der Drehbewegung der Kollimatorscheibe synchronisiert wird. Prinzipiell verursacht jedes „Gating” einen zeitlichen Ausfall der Bildaufnahme. In dem hier vorgestellten Verfahren ist es hingegen möglich, durch Synchronisation der Rotation des Blendenzylinders (200) mit einer Phase der Herzaktion, zu einer phasenaufgelösten Bildaufnahme des Herzens zu gelangen, ohne dass, wie beim Gating, Informationen während bestimmter Phasen des Kontraktionszyklus des Herzens komplett ausgeblendet werden und somit verloren gehen. Hier allerdings werden zu jeder Zeit Informationen gesammelt und lediglich mit der Bewegung des Herzmuskels verrechnet.
• Beim derzeitigen Stand der Technik erfordert die Erzeugung eines räumlich aufgelösten Bildes die Aufnahme von Projektionen aus verschiedenen Richtungen, d. h. jeder Punkt wird aus einer veränderten Perspektive neu aufgenommen. Dabei muss die Kamera eine veränderte Position einnehmen, was bei einer umfänglichen Abschirmung einen erheblichen mechanischen Aufwand bedeutet. Die Tiefenauflösung erfolgt hier durch die Anordnung von zwei oder mehreren Kameraeinheiten und dem Prinzip des binokularen Sehens, wie es in 16 veranschaulicht wird. Es ist keine Mechanik zur Positionsveränderung eines gesamten Gerätes erforderlich. Die unterschiedlichen Perspektiven ergeben sich aus den verschiedenen Positionen der fest eingebauten Kameramodule. Das erübrigt Mehrfachaufnahmen ein und desselben Punkts aus mehreren Richtungen, womit von Anfang an ein räumliches Bild in einem Zeitrahmen erwächst, in dem sonst nur eine einzige Perspektive aufgenommen würde.
• Abhängig vom Isotop, aus dem die darzustellende Strahlenquelle besteht, sind generell an die Abschirmung gewisse Mindestanforderungen zu stellen. Zu den in der medizinischen Radiologie und Szintigraphie am häufigsten verwendeten Isotopen gehören das Technetium Tc-99m mit der höchsten Energie von 322 keV, die beiden Jod-Isotope I-123 und I-131 mit Maximalenergien zwischen 700 und 800 keV, sowie das Gallium Ga-67 mit 888 keV. Für eine effektive Abschirmung mit einer mindestens etwa 100-fachen Schwächung der Strahlung wird, außer für das Tc-99m, eine Abschirmschicht von etwa 5 cm Wolfram benötigt. Beim Technetium reicht eine dünnere Schicht oder eine vergleichbar dicke Abschirmung aus Kupfer oder Messing als leichter verarbeitbares Material. Aus diesen genannten Materialien können drehbare zylindrische Kollimatoren hergestellt werden, wie sie für die hier vorgestellte Gammakamera benötigt werden. Da Wolfram ein sehr dichtes Material mit hohem spezifischem Gewicht ist, sollten Kollimator und abschirmende Teile so klein und kompakt wie möglich gehalten werden. Im Vergleich zu den herkömmlichen schweren und sperrigen Geräten ist hier ein besonders kleiner und leichter Apparat mit deutlich anderer Geometrie und Abmessung realisierbar. Einer der Hauptgründe dafür ist eine konvergierende Strahlenführung. Zudem sollte ein Kollimator so gestaltet sein, dass die Kamera so nah wie möglich an das Untersuchungsobjekt bzw. Patienten herangeführt werden kann.
• In der 1 werden die funktionellen Bestandteile der Gammakamera im Koordinatensystem (10) mit den Achsen x, y und z vorgestellt. Zu sehen sind die beiden funktionellen Kernbestandteile der Gammakamera, der drehbar gelagerte zylindrische Kollimator (200) mit dem Durchmesser d mit dem gewundenen Spalt (100) für den Strahlendurchlass und die Detektoreinheit (300). Die Achsen des Koordinatensystems (10) verlaufen von links nach rechts (x), von vorne nach hinten (y) und von unten nach oben (z). Der Kollimator ist um die Rotationsachse (210) auf der z-Achse drehbar gelagert und kontrolliert den Durchlass einzelner Strahlen (50) von außen auf den Detektor (300), dessen strahlenempfindliches Volumen vereinfacht als gewölbte Fläche dargestellt ist. Ein eintreffender Strahl wird aus dem Kollimator (200) kommend durch einen Spalt (330) in einer Abschirmung (310) in den Detektorraum gelassen, setzt sich dort fort (53) und trifft auf eine bestimmte Stelle (301) auf die Detektormatrix. Die Abschirmung (310) des Detektors ist hier funktionell vereinfacht als Fläche veranschaulicht. Der Bilddetektor (300) ist in der 2 detaillierter dargestellt, wobei das Volumen der Detektormatrix berücksichtigt wird. Die Vorderseite (303) und die Hinterseite (304) werden jeweils als separate Flächen wiedergegeben, zwischen denen die einzelnen Elemente (301) angeordnet sind, auf die jeweils ein eingefallener Strahl (53) trifft. Die gesamte Matrix ist aus solchen Elementen zusammengesetzt, wobei jedes einzelne davon aus einer funktionellen Einheit mit Szintillatorkristall, Lichtleitsystem und Photoverstärker besteht, also einen Objektpunkt wahrnimmt und einen Pixel im Bild erzeugt. Jedes Element ist gegenüber jedem benachbarten lichtoptisch, sogar nach innen reflektierend, abgeschirmt. Da die Detektorelemente dem Strahlengang angepasst werden können, wird die Einstrahlung in benachbarte Elemente minimiert. Weiterhin wird durch die Strahlendivergenz im Detektorraum ermöglicht, dass mit weiterer Entfernung vom kreisbogenförmigen Spalt (330) der Abschirmung (350) das Volumen der Detektorelemente (301) vergrößert und somit die Strahlenausbeute verbessert werden kann. Dies ermöglicht kürzere Messzeiten, was bei den üblichen flachen Matrixdetektoren mit parallelem Strahlengang nicht möglich ist.
• Als strahlenempfindlicher Bestandteil der Kamera muss der Detektor (300) allseitig sorgfältig abgeschirmt werden, seitlich und hinten wegen der allgegenwärtigen Streustrahlung, aber besonders in Richtung der abzubildenden Strahlenquelle. Dies geschieht größtenteils schon durch den um die Achse (210) rotierbar gelagerten zylindrischen Kollimator (200), wie es in der 3 gezeigt wird. Strahlen können durch die von der Außenseite sichtbare weiten und langen Spaltöffnung (101) durch den Kollimator hindurchtreten und verlassen ihn auf der gegenüberliegenden Seite durch eine kürzere und engere Spaltöffnung (102). Der mögliche Fächerbereich der Strahlen, der durch eine Kollimatorrotation kontrolliert zum Detektor durchgelassen werden kann, wird mit den beiden Trapezen (251) und (252) in den jeweiligen Außenstellungen angedeutet. Die mit der Fläche (330) zuvor funktionell angedeutete Abschirmung wird hier durch die schraffierten Flächen (350) angedeutet mit Volumen gefüllt, wobei die zum Betrachter gewandte Seite der Übersichtlichkeit halber offen gelassen wurde. Diese Abschirmung muss so gestaltet sein, dass sie die strahlenempfindlichen Teile des Detektors schützt, aber nicht in den Fächerbereich aller einfallenden Strahlen (351) hineinragt. Da jedoch der Kollimator (200) einen Großteil der Abschirmung in Richtung der abzubildenden Strahlenquellen selbst übernimmt, kann, bedingt durch die konvergierend einfallende und im Detektorraum divergierend auseinanderlaufende Strahlenführung, eine wesentlich kompakterere Kamera als herkömmliche Gammakameras mit Flächendetektoren und Parallellochkollimatoren gestaltet werden.
• Das Herzstück der Gammakamera bildet der zylindrische Kollimator (200) mit einem Strahlendurchlass in Spaltform. Die Entwicklung dieser Form wird in der 4 schrittweise dargestellt. Zunächst kann man sich die Spaltform als ein hochstehendes Trapez (90) mit einem außerhalb des Zylinders (200) liegenden Scheitelpunkt (20) vorstellen, das mittig durch ihn hindurch verläuft. Es hat eine mittlere Höhe h, hier wegen der aufrechten Stellung nicht als Breite bezeichnet. Seine Schenkel besitzen den Neigungswinkel γ (4a)). Mit einer solchen Vorrichtung ist eine kontrollierte Auswahl eines Einzelstrahls nicht möglich, da alle Strahlen über den Fächerbereich von ±γ verteilt gleichzeitig im Scheitelpunkt (20) zusammentreffen. Für eine Bilderzeugung muss ein Einzelstrahl selektiert werden. Dazu wird die Trapezfläche im Zylinder um den Winkel ε jeweils an den Schenkeln schraubenförmig verdreht (tordiert), wie es in der 4b) beschrieben wird. Die ursprüngliche Trapezfläche (90) bleibt als Richtungsfächer für alle detektierbaren Strahlen erhalten. Für jeden Strahl existiert ein Winkel mit seinem Scheitelpunkt, dem Brennpunkt F. Durch Torsion der Ausgangsfläche (90) entstehen zwei laterale Begrenzungsfächer (251) und (252), welche dem Ursprungsfächer (90) entsprechen. Die Basis des Trapezes (90) ist der langen Spaltöffnung (101) zugehörig und weist Richtung Objekt, die kurze Seite des Trapezes gehört zu der dem Detektor zugewandten kurzen Spaltöffnung (102). Der Übersichtlichkeit halber wurden von der Außenform des zylindrischen Kollimators nur noch die Umfangskreise (220) eingezeichnet. Der Scheitelpunkt (20) der Schenkel des Trapezes (90) wird damit zum Brennpunkt F im Abstand f vom Koordinatenursprung (10), durch den alle zu detektierenden Strahlen über die gewundene Spaltfläche durch den Kollimator (200) während einer noch im Detail zu erläuternden Rotation in die Detektoreinheit gelangen. Auf diesem Weg wird eine gezielte Strahlenauswahl ermöglicht.
• Die Torsion, ausgedrückt durch den Winkel ε, muss nicht auf einen bestimmten Bereich beschränkt bleiben. Sie kann sich bis zu einem gestreckten Winke von ±180° und auch darüber hinaus erstrecken, wenn der Detektor (300) entsprechend dafür eingerichtet ist (s. u.). Dies wird fortschreitend in 4c) und 4d) gezeigt. Außerdem wird hier gezeigt, wie sich aus dem ursprünglichen Trapezwinkel von ±γ zwei weitere Parameter für die Gestaltung des Kollimators ergeben (4d)), die mittlere Spalthöhe h und die Entfernung f des Punkts F von der z-Achse bzw. der Rotationsachse (210), die in noch vorzustellender Weise als Brennweite f für auf den Detektor einfallende Strahlen verstanden werden kann.
• Bisher wurde nur eine nach oben und unten symmetrische Form des Strahlenfächers angenommen, welche aus dem Ausgangstrapez (90) hervorgeht. Diese Symmetrie ist aber nicht zwingend erforderlich. Für eine angepasste Auswahl eines Blickfeldes bzw. Blickwinkels kann der gesamte Winkelbereich von 2γ in z-Richtung nach oben oder unten gedreht werden, womit die Winkel für die Schenkel des ursprünglichen Trapezes (90) mit γ₁ und γ₂ unterschiedlich ausfallen, wie es die 4e) zeigt. Dabei muss ein konstantes Verhältnis zwischen den Winkeln γ und ε erhalten bleiben. Erreicht wird dies durch eine proportionale Anpassung des betreffenden Torsionswinkels ε an den jeweiligen Schenkel- bzw. Grenzwinkel γ, ausgedrückt durch folgende Beziehung: γ₁/ε₁ = γ₂/ε₂
• Bei der durch die Torsion neu entstandenen Fläche (100) handelt es sich um eine Regelfläche dadurch definiert, dass durch jeden Flächenpunkt eine Gerade über die Gesamtfläche gezogen werden kann. Um dies zu verdeutlichen, wurde die Spaltfläche (100) über die Grenzen des Zylinderkörpers (200) in der 4f) zu einer größeren (110), hier mit einem Radius von f, erweitert. Jeder Punkt (120) auf dieser Fläche (110) wird mit den Koordinaten x_p, y_p und z_p eindeutig beschrieben. Die Koordinaten x_p und y_p sind über den Winkel α verbunden, welcher sich aus der Torsion der Fläche an der Stelle des beschriebenen Punktes (120) ergibt. Aus den Koordinaten x_p und y_p ergibt sich der Abstand u des bezeichneten Punktes (120) von der z-Achse nach Pythagoras als u² = x_p ² + y_p ². Anders lässt sich auch die gegenseitige Abhängigkeit durch Einbeziehung von Winkelfunktionen folgendermaßen beschreiben: x_p = u·cosα und y_p = u·sinα
• Somit kann der Punkt (120) nicht nur als P(x_p|y_p|z_p) beschrieben werden, sondern auch durch P(u|α|z_p) festgelegt werden, wobei sich der Wert für α zwischen –ε und +ε bewegt.
• Besonders gut zu erkennen ist an der erweiterten Regelfläche (110) in 4f), dass jede Gerade über diese Fläche sowohl durch jeden beliebigen Punkt (120) als auch durch einen bestimmten, zugehörigen Brennpunkt F auf dem Kreisbogen (122) mit dem Radius f um den Koordinatenursprung (10) verläuft. Die Verbindungsgerade zwischen diesen beiden Punkten ist in z-Richtung mit dem Winkel β gegenüber der x/y-Ebene geneigt. Daraus folgt eine Kopplung der beiden Winkel α und β, wobei der Positionswinkel α, bedingt durch die Torsion, auch die Lage des Brennpunkts F auf der x/y-Ebene bestimmt. Folglich muss die Verbindung zwischen dem Punkt (120) und dem zugehörigen Brennpunkt F die z-Achse des Koordinatensystems (10) mit dem Winkel β schneiden. Das heißt auch, dass der Steigungswinkel β dieser Verbindungsgeraden mit der Höhe z_p dieses Punkts (120) über der x/y-Ebene zusammenhängt, und zwar folgendermaßen als Abhängigkeit von der Brennweite f und des Punktabstands u von der z-Achse als Variable: z_p = (f + u)·tanβ
• Die Strecke u durchläuft horizontal den Durchmesser des Zylinders. Zur Beschreibung der Regelfläche im Zylinder (200) ist der Wertebereich von u auf –d/2 bis d/2 beschränkt. Bedingt durch die Torsion verlaufen die Winkel α und β proportional zueinander und sind jeweils durch ihre zugehörigen Anschlagswinkel, die Torsionswinkel ±ε und den Trapez- bzw. Strahlenfächerbereichswinkel ±γ, begrenzt. Formelmäßig ausgedrückt lautet dieser Zusammenhang: β = α·γ/ε.
• Somit ergibt sich für die Höhe z_p eines Punkts (120) über der x/y-Ebene eine Abhängigkeit von nur zwei Größen, u und dem Winkel α: Z_p(u, α) = (f + u)·tan(α·γ/ε)
• Da es sich bei γ und ε, wie bei f, um konstruktionsbedingte Konstanten handelt, wird ein Punkt (120) hinreichend mit dem Positionswinkel α und seinem Abstand u von der z-Achse im Koordinatensystem (10) beschrieben, d. h.: P(x_p|y_p|z_p) = P(u|α)
• Für jedes gegebene α verläuft die Punkthöhe z_p eines in der entsprechenden Richtung liegenden Punkts linear mit sich veränderndem u, d. h. bei der Spaltfläche (100) muss es sich um eine Regelfläche handeln. Konstruktionsbedingt kann anstelle des vertikalen Öffnungswinkels γ auch eine andere Größe vorgegeben werden, wie z. B. die mittlere Höhe h der Spaltfläche auf der Rotationsachse bei gegebenem f, oder alternativ durch f bei einer gegebenen Höhe h. Diese Größen hängen über folgende Beziehungen zusammen: γ = arctan(½h/f), h = 2·f·tanγ bzw. f = ½h·cotγ
• Es müssen also zwei von diesen drei Größen gegeben sein, zusätzlich zum Torsionswinkel ε und dem Zylinderdurchmesser d zur Festlegung des Wertebereichs von u, um die Spaltfläche (100) durch den zylindrischen Kollimator (200) vollständig zu beschreiben.
• Die Breite a des Spalts (100) ist ebenfalls zu berücksichtigen. Sie hat nicht nur einen Einfluss auf die Menge der detektierbaren Strahlung, ähnlich wie ein Loch in einer Lochkamera, sondern auch auf die Bildpunktgröße (Pixelgröße) des resultierenden Bildes. Aus der Spaltbreite und der Torsion der Spaltfläche (100) ergibt sich die genaue Form des Durchtrittskanals für Strahlen durch den Kollimator (200) entlang der Spaltfläche (100). Die Breite a des Spalts beschreibt den Abstand der Spaltwände an jedem Punkt der Spaltfläche. Ausgehend von einer mittleren Spaltbreite a₀ im Zentrum des Zylinders (200) ändert sich die Spaltbreite a(u) mit dem Abstand u von der Mittelachse (200) nach folgender Beziehung. a(u) = a₀·(f + u)/f für –d/2 < u < d/2
• Die Abstandsstrecke a steht in jedem Punkt senkrecht zu den gegenüberliegenden Spaltinnenwänden. Um die Steigung der Spaltfläche in jedem Punkt berechnen zu können, wird die Höhe des Punkts über der x/y-Ebene und dessen Positionswinkel α benötigt. Die Höhe berechnet sich aus dem Steigungswinkel β und dem Abstand von der z-Achse, hier mit der Variablen u benannt, der sich aus den Punktkoordinaten x_i und y_i auf der x/y-Ebene nach dem Satz des Pythagoras ergibt (s. o.). Der Höhenverlauf der Zylinderoberfläche (200) ist am besten durch ein Abrollen dieser Fläche auf eine Ebene, wie in 5 dargestellt, zu veranschaulichen.
• Verschiebt man die Abstandsstrecke a auf die Zylinderoberfläche (200) und verlängert diese über ihre Endpunkte hinaus, kann man sie sich auch als Tangente auf dieser Oberfläche mit einer entsprechenden Schrägstellung vorstellen. Dies gilt sowohl auf der objektorientierten langen (101) als auch entsprechend auf der kurzen zum Detektor gerichteten Seite (102). Die Steigung der zugehörigen Tangente ergibt sich aus dem Verhältnis der Höhe z_h (5), welche sich über die x/y-Ebene an der Stelle der Spaltöffnung erhebt, zu der entsprechenden Kreisbogenstrecke, die sich aus der Torsion ergibt, d. h. tanδ = (f + u)·tanβ/(u·π·α/180°) wobei |u| auf der Oberfläche gleich des halben Zylinderdurchmessers ist, d. h. |u| = d/2, der Steigungswinkel β sich aus der Torsion ergibt, d. h. β = α·γ/ε. Längs eines Strahls mit der Steigung β, d. h. zwangsläufig mit dem Winkel α kommend und durch den Koordinatenmittelpunkt laufend, kann innerhalb des Kollimators die Variable u Werte zwischen –d/2 und d/2 annehmen. Für die Berechnung der Wandsteigungen längs eines Strahlengangs durch den Kollimator hat die hier gezeigte Beziehung den einschneidenden Nachteil, dass die Steigung mit der Näherung an die z-Achse gegen Unendlich wächst, d. h. bei u = 0 senkrecht verläuft. Dieser Nachteil kann behoben werden, indem man die dazugehörige Normale betrachtet, womit man gleichzeitig das Gefälle der Abstandsstrecke a erhält, d. h. m(u, α) = 1/tanδ = u·π·(α/180°)/((f + u)·tan(α·γ/ε)) worin m für die Steigung der punktspezifischen Abstandsstrecke steht. Für kleine Winkel α vereinfacht sich diese Beziehung: m(u) ≈ u·ε/((f + u)·γ)
• Dies bedeutet, dass in der Zylindermitte (u = 0) die Abstandsstecke flach verläuft (m = 0) und zu beiden Seiten mit wachsendem Wert von u in entgegengesetzten Richtungen an Steilheit zunimmt und so der Abstand a zu-/ bzw. abnimmt, d. h. vereinfacht m(u) u/(f + u). Innerhalb eines Strahlengangs, d. h. für eine gegebene Steigung, die an der Position mit Winkel α vorliegt, gilt ebenso diese Proportionalität auch bei steilerer Steigung. Im Ergebnis zeigen sich Profile für Durchtrittskanäle mit abgerundeten Ecken bis hin zu kreisähnlichen Profilen, wie sie in 6a ₁) und Fig. a₂) gezeigt sind. Für den Fall, dass der Betrag von u über die Zylinderbreite konstant bleibt, d. h. nur die Richtung sich ändert, resultiert daraus ein röhrenförmiges Kanalprofil, wie sie in 6a ₂) zu sehen ist.
• Nachteilig wirkt sich jedoch ein zylinderförmiger im Vergleich zu einem konisch zusammenlaufenden Strahlengang aus. Ein zylindrischer Strahlengang liegt bei einem über die Länge des Durchtritts konstanten a vor, wie es in der 6a) zu sehen ist. In diesem Fall verursacht die Möglichkeit für diagonal verlaufende Strahlen einen Hof, welcher sich auf benachbarte Bildpunkte (Pixel) erstrecken kann. Dies würde sich nachteilig auf die Bildschärfe auswirken. Bei einem konischen Strahlenkanal nimmt a in Richtung Detektor ab. Dies wird in der 6b) demonstriert. Die äußere Öffnung, d. h. der Eintritt für die detektierbaren Strahlen, wird beibehalten, die Ausbildung eines Hofes wird aber durch eine kleinere Austrittsöffnung vermieden. Dadurch ist eine höhere Bildschärfe zu erzielen. Auch hier ergibt sich mit abnehmendem Torsionswinkel ε ein zunehmend rechteckiges Kanalprofil, wie es am Verlauf von 6a ₁) zu 6a ₂) und von 6b ₁) zu 6b ₂) zu erkennen ist. Da bei der hier vorgestellten Strahlengeometrie alle zu detektierenden Strahlen konvergierend auf den Brennpunkt F zulaufen müssen, ist eine sehr enge Strahlenaustrittsöffnung des Kollimators möglich, ohne die Strahlenausbeute signifikant zu senken.
• Die Parameter, die einen entsprechend geformten Spalt (100) in dem zylindrischen Kollimator (200) hinreichend beschreiben, sind in der 7 zusammengefasst. Durch den Öffnungshalbwinkel γ wird das Verhältnis der mittleren Höhe h zur Brennweite f festgelegt. Der Wert für γ kann positiv oder negativ sein, wobei der obere und der untere Halbwinkel entgegengesetzte Vorzeichen haben. Eine Einschränkung besteht darin, dass f größer als der Halbdurchmesser d/2 des Zylinders (200) sein muss, d. h. der Brennpunkt F nicht zu nahe am Kollimator liegen sollte. Der Torsionswinkel ε kann jeden positiven oder negativen Wert ungleich 0° annehmen, d. h. |ε| > 0, wobei kleine Werte praktisch keinen Sinn machen, da dadurch der Durchtrittskanal für die Strahlen zu sehr vertikal in die Länge gezogen wird. Zu beachten ist, dass die Torsionen am oberen und unteren Ende der Spaltfläche entgegengesetzte Richtungen aufweisen müssen, was in der 7 durch das negative Vorzeichen für ε am oberen Rand angedeutet ist. Größere Torsionen mit |ε| > 180° können praktisch auch wenig sinnvoll sein, da dadurch besondere Herausforderungen an den Detektor (300) erwachsen können. Dies reicht jedoch nicht aus, um ein vollständiges Bild von einem strahlenden Objekt zu erzeugen, dazu muss erst der Kollimator (200) mit dem Spalt (100) um die Achse (210) in Rotation versetzt werden, was im Folgenden erörtert wird.
• Mit dem in 7 gezeigten Kollimatorspalt (100) lassen sich Punkte entlang einer Strecke abbilden, d. h. es entsteht eine Bildzeile (s. u.). Ein vollständiges Bild ergibt sich aus der Rotation des Kollimators um seine Achse (210), wie es in der 8 a) durch den Winkel ξ in einer Momentaufnahme angedeutet ist. Mit der Rotation hat sich auch das Ausgangstrapez (90) gedreht, womit zwischen der x-Achse und dem horizontal verlaufenden detektierbaren Strahl, der durch den Brennpunkt F verläuft, der Winkel ξ erscheint.
• In 8b) wird nun veranschaulicht, unter welchen Bedingungen bei bekannter Rotationsstellung ξ ein Strahl, ausgehend von einem Objektpunkt (150) mit den Koordinaten x_i, y_i und z_i, ein Bildsignal erzeugt. Bei der gezeigten Rotationstellung ξ steht diesem Strahl (50) ein Kanal, welcher durch den Winkel α und zugehörigen Winkel β beschrieben wird, offen. Bei gegebenem ξ ist der kollimatorinterne Positionswinkel α im selben Verhältnis proportional zu ε wie β zu γ. Dadurch bedingt läuft der Strahl (50) auch durch den wiederum verlagerten Brennpunkt F, dessen Position auf dem Kreis (122) eindeutig durch die beiden Winkel ξ und α festgelegt ist. So kann ein Ereignis in einem einzelnen Detektorelement (301) exakt einem Strahl aus einem Objektpunkt (150) zugeordnet werden. Dieser Strahl (50) tritt an der Stelle (131) in den Kollimator ein, verlässt ihn wieder an der gegenüberliegenden Stelle (132) und tritt durch den Brennpunkt F in den Detektorraum. Der Objektpunkt (150) soll sich im Abstand b von der Rotationsachse (210) auf der x/y-Ebene befinden, die in diametral zur Lage des Brennpunktes F liegt. Dadurch sind die Koordinaten x_i und y_i festgelegt. Aus der Steigung der Verbindung des Punktes (150) mit dem Brennpunkt F, gekennzeichnet durch den Winkel β und festgelegt durch die Punktkoordinate z_i, ergibt sich für die Spaltfläche (100) ein lokaler Torsionswinkel α, der sich aus dem oben genannten Zusammenhang zwischen lokaler Torsion und der Steigung des in der Durchtrittshöhe passierenden Strahls (50) ergibt: α = β·ε/γ
• Durch die beiden Winkel α und ξ wird schließlich die Richtung festgelegt, in der sich eine punktförmige Strahlenquelle (150) befindet. Somit sind die Grundvoraussetzungen geschaffen, ein zweidimensionales Bild zu generieren, wenn alle Bildpunkte (150) auf einer Ebene in einem bestimmten Abstand zur Kamera liegen bzw. angenommen werden können (zur Tiefeninformation s. u.).
• Der Zusammenhang zwischen der Rotationsstellung der Spaltfläche (100) und der Bilderzeugung im Detektor (300) wird der Übersichtlichkeit halber für die Lage des Brennpunktes exakt auf der x-Achse in 9 gezeigt. Ein Strahl (50) trifft durch die äußere lange Spaltöffnung (101), in 9a) aus einer tief liegenden Objektposition in den oberen Bereich der Kamera und in 9b) in umgekehrter Richtung ein. Die horizontale Durchlassrichtung (51) durch die Spaltfläche (100) soll die momentane Rotationsstellung ξ wiederspiegeln. Nach Verlassen des Kollimators durch die kurze Spaltöffnung (102) trifft der Strahl auf den Kreisbogen (122), auf dem sich der zu jeder Richtung zugehörige Brennpunkt F bewegen kann. Der momentane Brennpunkt F befindet sich genau an der Schnittstelle des Strahls mit der x-Achse und ist der Übersichtlichkeit halber hier nicht gesondert gekennzeichent. Im Detektorraum setzt sich der Strahl (53) divergierend vom Brennpunkt F aus fort und trifft schließlich auf die Detektorfläche (300). Zu beachten ist, dass der von unten kommende Strahl im oberen Detektorteil auftrifft (8a) und umgekehrt der von oben kommende Strahl unten (8b). Dies wird bei der späteren komplexeren Gestaltung der Kamera für eine höhere Effizienz genutzt (s. u.).
• In der 10 wird das Zustandekommen einer Bildzeile in der Ausgangsstellung des Kollimators demonstriert, d. h. mit dem Rotationswinkel ξ von 0°. Der Torsionswinkel ε beträgt hier 180° im Uhrzeigersinn von oben gesehen. Es werden alle Strahlendurchgänge entlang der Spaltfläche (100) zum Detektor gezeigt, die in dieser Konstellation von der zum Untersuchungsgegenstand gewandten langen Spaltflächenkante (101) zur gegenüberliegenden, zum Detektor gerichteten kurzen (102), möglich sind (10a)). Der Detektor deckt hier beispielsweise einen horizontalen Winkelbereich von 60° ab. Der Strahlenfächer (60) passiert hier den Detektor und läuft durch den Kreisbogen (122), für den in der Abschirmung (310) eine Lücke (330) freigehalten wurde. Auf dem Detektor hinterlässt er eine schräg liegende Zeile (305). Da es sich hier um die beabsichtigte Strahlenrichtung durch den Kollimatorspalt (100) von der langen (101) zur kurzen Spaltflächenkante (102) handelt, wird dies hier künftig als die „reguläre” Passage eines Fächers detektierbarer Strahlen (60) bezeichnet.
• Zu beachten ist, dass die in der in 10 gezeigte Konstellation aufgrund des großen Torsionswinkel ε auch Bereiche der kurzen Spaltflächenkante (102) zum Objekt zeigen und somit einen „umgekehrten” Strahlengang von kurz (102) nach lang (101) ermöglicht. Dies ist in der 10b) gezeigt, wobei zu sehen ist, dass hier kein einziger Strahl zum Detektor (300) gelangt. Für die möglichen Zwischenstellungen bei Rotation der Zylinderblende kommt hier die Abschirmung des Detektors (310) zum tragen, die symbolisch als blockierende Fläche mit einem waagerechten Durchlass (330) auf der Höhe des Kreisbogens (122) mit den Brennpunktlagen F dargestellt ist. Diese Situation wird nachfolgend beschrieben.
• Die Funktion der Abschirmung (310) vor dem Detektor wird in der 11 deutlich, die denselben Kollimatorspalt (100) wie zuvor in 10 in einer um 180° rotierten Position zeigt (ξ = 180°). Die Strahlenfächer in regulärer Richtung (60) treten von der langen Spaltflächenkante (101) zur kurzen (102) durch den Kollimator und treffen hier als Halbzeilen (305) im oberen und unteren Bereich auf den Detektor und decken somit die untere und obere Grenze des Objektbereiches ab, der mit der Kamera erfasst werden kann. Gleichzeitig dringen aber umgekehrt Strahlen (61) von der kurzen (102) zur langen Kante (101) in den Detektorraum, von denen aber die meisten von der Abschirmung (310) abgefangen werden. Nur ein kleiner Anteil passiert die Lücke um den Kreisbogen (122) mit den Brennpunktlagen und treffen den Detektor im zentralen Bereich (307) weit außerhalb der „regulär” abgebildeten (Teil-)Zeilen (305). Die durchgelassenen Strahlen in umgekehrter Richtung sind jedoch keine Fehlinformation in dem Sinne, dass sie aus einer „falschen” Richtung kämen. Sie müssen nur bei der Gewichtung im Ergebnis berücksichtigt werden. Diese Konstellation ist aber nur dann anwendbar, wenn die Detektormatrix in der Lage ist, Einfallshöhen aus der Richtung der Brennpunkte (122) zu diskriminieren. D. h. die Detektorelemente müssen nicht nur in horizontal orientierte Richtungssegmente aufgeteilt, sondern auch zeilenweise getrennt aufgebaut sein. Unter dieser Voraussetzung ist der zusätzliche Strahleneinfall in umgekehrter Richtung (61) kein Problem, da er fern von demjenigen liegt, der in der „regulären” Richtung (61) wie oben beschrieben erfolgt.
• Hier wird bereits sichtbar, dass nur ausgewählte Bereiche des Detektors angesprochen werden. Dies stellt jedoch besonders bei einem sehr schnell rotierenden Kollimator nicht unbedingt einen Nachteil dar. Zum einen können im Detektor „Refraktär”- und Bearbeitungszeiten für die Signalbildung auftreten, zum anderen wird auch zur Signalweiterleitung und Abspeicherung, sowie für eine simultane Signalverarbeitung Zeit benötigt. Dies alles kann durch die wandernde Belichtungszone überbrückt werden, deren Wanderungsgeschwindigkeit mit der Rotation bestimmt bzw. gesteuert werden kann.
• In der 12 wird eine alternative Gestaltungsmöglichkeit der Spaltfläche (100) demonstriert. Hier wird sie mit einer geringeren Torsion von ε = 60° gezeigt, mit der ebenso in der dargestellten Position eine geschlossene Zeile von einer gewissen Schräge (63) im Detektor (300) durch regulär einfallende Strahlen (60) erzeugt werden kann, d. h. von der langen (101) zur kurzen Spaltfächenkante (102). Die Zeile verläuft steiler als in den vorangegangenen Darstellungen der 10 und der 11. Es gibt hier nur den regulären Durchgang (12a)). Für den umgekehrten Weg von „kurz” nach „lang” gibt es in dieser Konstellation überhaupt keine Durchgangsmöglichkeit.
• Diese Passage ist erst nach einer Drehung des Kollimators um 180° möglich, wie sie im zweiten Teil der Darstellung, d. h. in 12b) demonstriert wird. Die meisten Strahlen von der kurzen (102) zur langen Flächenkante (101) treffen auf die Abschirmung (350), nur ein kleiner Bruchteil, hier als Einzelstrahl (53) dargestellt, landet auf dem Detektorfeld (300) an der zentralen Stelle (307).
• Nach der Betrachtung, wie eine Bildzeile entsteht, soll in 13 dargestellt werden, wie Objektbereiche in einer angenommenen Entfernung von dem 1,2-fachen des Blendendurchmessers d mit einer rotierenden Blendenspaltfläche erfasst werden können. Als Beispiel wurde dazu ein Kollimatorzylinder mit einem um 60° tordierten Blendenspalt gewählt, welcher in 13a) in der bisher üblichen Weise im Koordinatensystem (10) mit dem Detektor auf seiner linken und dem Objektbereich auf seiner rechten Seite wiedergegeben ist. In der 13b) hingegen wurde eine alternative Darstellungsweise gewählt, bei der die x- und y-Achsen des Koordinatensystems vertauscht wurden, sodass die Detektorposition vor der Kollimatorspaltfläche zum Betrachter hin zu liegen kommt, während die Objektebene im Hintergrund gelegen ist. In beiden Darstellungen läuft der vom Objektpunkt (150) ausgehende Strahl entlang der Spaltfläche (100) von der langen (101) zur kurzen Kante (102) zum Brennpunkt F, der sich auf dem zugehörigen Kreisbogen (122) bewegt. In der gezeigten Spaltstellung wird die auf der Objektfläche hervorgehobene Zeile (171) abgebildet, die in 13a) durch eine dichtere Punktfolge und in 13b) zusätzlich als gestrichelte Linie dargestellt wird. Durch die Rotation des Kollimators wird die mit Punkten gekennzeichnete Objektfläche Zeile für Zeile (170) abgedeckt und abgebildet.
• Die 14 demonstriert, dass die Kamera, deren Spalt (100) eine Torsion von = 60° aufweist, nicht ausgelastet ist, wenn der Detektor aus mehreren einzelnen, unabhängig voneinander arbeitenden Detektorelementen ausgestattet ist. In 14a) beträgt die Rotation ξ 60° im Uhrzeigersinn. Zu sehen ist ein Strahlenverlauf (60) aus dem unteren Teil des Objektes durch den Kollimator in „regulärer” Richtung mit einer halben Zeile (305) am oberen Rand des Detektors. Sonst wird kein Strahl durchgelassen. Mit der hier gegebenen Torsion lassen sich mühelos über den Zylinderumfang drei Spalten anordnen, wobei prinzipiell auch ein umgekehrter Strahlengang (62) von der kurzen (102) zur langen (101) Spaltkante möglich wird. In der 14b) wird aber demonstriert, dass diese Strahlen weit außen am Detektor vorbeilaufen. Gegenüber einem Einzelspalt mit dieser Torsion wird dabei die effektive Eintrittsöffnung für Strahlen in die Kamera verdreifacht.
• Eine deutliche Effizienzsteigerung wir in der 15 durch das Einfügen weiterer Spalte demonstriert. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Spaltkanäle eingezeichnet, die für die entsprechende Kollimatorstellung zum Detektor relevant sind, getrennt jeweils in 15a) und 15b) für die „regulären” Strahlen (60) von den langen (101) zu den kurzen (102) Spaltflächenkanten (14a) und für die umgekehrten (61) von den kurzen (102) zu den langen Kanten (101). In der 15a) ist zu erkennen, dass selbst benachbarte Spalte gut getrennte Zeilen (305) im Detektor erzeugen, wenn die Strahlen in regulärer Richtung (60) von lang nach kurz den Kollimator passieren. In der umgekehrten Richtung (61) von kurz nach lang gelangen nur vereinzelt Strahlen zum Detektor (307). Diese Darstellung zeigt, dass ein zylindrischer Kollimator mit mehreren Spaltflächen in Regelflächenform in der Lage ist, die Effizienz der Bildgebung zu erhöhen.
• Bis hierher wurde nur eine Einzelkamera vorgestellt, die einen bestimmten Winkelbereich vertikal und horizontal abdeckt. Es können zur Vergrößerung der Untersuchungsfläche sowohl mehrere solcher Kameras zu einer Vorrichtung zusammengefasst werden, wobei jede einzelne Einheit autark mit einem zylindrischen Kollimator (200) ausgestattet sein kann, deren Rotation entweder synchronisiert oder dosisabhängig in Einzelbereichen gesteuert werden kann. Alternativ dazu kann aber ein verlängerter Zylinder mit der Länge nach versetzten Spalten in der beschriebenen Regelflächenform (100) versehen werden, die auf verschiedene parallel angeordnete Detektoren (300) ausgerichtet sind. Durch den gemeinsamen Kollimator wird nur eine Rotationssteuerung benötigt und für alle damit verbundenen Detektoren gilt synchron die gleiche Richtungsinformation.
• Die Anordnung von mehreren Kameramodulen in einer Gesamtvorrichtung kann auch einem anderen Zweck dienen, wenn sich die Winkelbereiche der einzelnen Kameras überlappen bzw. die Blickrichtungen zueinander geneigt sind. Dadurch wird ein und dasselbe Objekt aus verschiedenen Winkeln betrachtet. Dies ermöglicht eine Tiefenauflösung analog zum binokularen dreidimensionalen Sehen. Exakt diesem Zweck dient die hier vorgeschlagene Anordnung zweier oder mehrerer Kameramodule mit gemeinsamer Blickrichtung auf ein Objekt aus mehreren Richtungen. In der 16 werden zwei Beispiele für die Anordnung zweier Kameramodule nach dem Prinzip eines Augenpaares gezeigt, einmal mit getrennten, parallel ausgerichteten Kollimatorspaltflächen (100). Die Positionierung der Detektoren ist mit der Lage der Brennpunkte F angezeigt. Zu beachten ist hier jedoch, dass für beide Module alle Messungen mit ihren zugehörigen Rauminformationen über eine gewisse Messperiode für eine nachgeordnete Auswertung gesammelt werden kann. Dabei können dann die Daten, die auf einen beliebigen Punkt (150) im Objekt weisen, für eine Bildrekonstruktion in Beziehung gesetzt werden. Durch ihre schraubenförmige Gestalt können sich die mittlere Höhen h der beiden Spalten in der Längsrichtung des Zylinders überlappen. Die Torsion ε der Spaltflächen beträgt in beiden Darstellungen 180°. Die Ausrichtung des Koordinatensystems im Raum ist in beiden Fällen so angelegt, dass die x-Achse wie in 13b) in die Bildfläche hineinragt, sodass die Detektoren zum Betrachter hin ausgerichtet sind. In der 16b) ist die z-Achse und damit auch die Rotationsachse des Kollimatorzylinders in die horizontale Richtung gekippt. Die Objektebene befindet sich demnach in beiden Präsentationen im Bildhintergrund.
• Um das an das binokulare Sehen angelehnte Prinzip zu verdeutlichen, sind die Spaltflächen (100) durch die Wahl der beiden Aberrationswinkel ξ hier in der 16a) in einer Rotationsphase gezeigt, dass sie gemeinsam auf den Punkt (150) ausgerichtet sind („sehen”), d. h. die Strahlen (50) durch die beiden Spaltflächen (100) auf die jeweiligen Brennpunkte F treffen. In der 16b) sind nur die Winkel (59) eingezeichnet, die die Sichtbereiche für die beiden asymmetrischen Spalten (100) eingrenzen (vgl. 4b)). Durch die sich kreuzenden Strahlrichtungen (50) erhält man eine Tiefeninformation über die Strahlenquelle, die sich am Punkt (150) befindet. Da der sequentielle Datenstrom mit der Rotationsbewegung der Zylinder im Fall der 16a) bzw. des durchgehenden Zylinders mit den beiden Spalten in 16b) synchron verläuft, ist mit jedem Messwert aus der Detektormatrix (300) eine Richtungsinformation über die momentanen Stellungen der Winkel α und ξ verbunden. Eine Zuordnung von Messwerten zu den Quellpunkten im Raum kann über ihre zugehörigen Richtungsinformationen für eine räumliche Bildrekonstruktion nach einer ununterbrochenen Datenakquisition aus allen Richtungen erfolgen. Dadurch, dass Projektionsdaten simultan aus unterschiedlichen Richtungen gesammelt werden, erübrigt sich eine mechanische Ortsveränderung der Kameravorrichtung oder des Untersuchungsobjekts. Aufwändige mechanische Aufbauten wie Schwenkarme oder eine Gantry werden nicht benötigt. Durch die Anordnung von mehr als zwei Kameraeinheiten kann die Tiefenauflösung im Raum verbessert werden. Es kann somit eine räumliche Darstellung in einer Zeit gewonnen werden, in der mit herkömmlichen Kameras nur eine flächenhafte Einzelaufnahme erstellt wird.
• Für Anwendungen im medizinischen Bereich, namentlich in der Szintigraphie, werden in der 17 schließlich Beispiele dafür gezeigt, wie feste Anordnungen von Kameramodulen möglich sind, ohne dass während der Aufnahme die Position von Geräten oder des Patienten verändert werden müssen. Auch schwebt keine großvolumige Kamera mehr über dem Patienten. In 17a) sind drei gewinkelt angeordnete Module in der Längsachse eines Patienten gezeigt, mit denen ein dreidimensionales Querschnittbild erzeugt werden kann. Als äußere Teile der Kamera sind die zylindrischen Kollimatoren (200) und die Abschirmung der Detektoren (350) zu erkennen. Die Blickwinkel der Kameras (60) sind so angeordnet, dass sie das Untersuchungsobjekt bzw. das Volumen des Patienten vollständig erfassen. Die Rotationsstellungen der zylindrischen Kollimatoren (200) können mit Hilfe von entsprechenden Registriereinheiten mit physiologischen Rhythmen wie z. B. dem Herzschlag oder Atembewegungen synchronisiert werden, womit die Erstellung bewegungskorrigierter Bilder möglich wird. Eine sich über die Körperlänge eines Patienten erstreckende Anordnung, wie sie in der 17b) zu sehen ist, ermöglicht eine Ganzkörperaufnahme ohne Gerät oder den Patienten bewegen zu müssen und trotzdem einen geringen Abstand zum Untersuchungsgebiet einhalten zu können. Es ist möglich, die Module mit gemeinsamen oder miteinander gekoppelten zylindrischen Kollimatoren (200) auszustatten, wodurch die Gerätesteuerung und die Bildakquisition vereinfacht werden kann. Schließlich erlaubt ein kompakter Aufbau der Kamera eine sehr nahe Heranführung an das Untersuchungsobjekt, wie es in der 17c gezeigt wird. Besonders vorteilhaft ist dies z. B. bei einer Schilddrüsenszintigraphie mit einem Jod-Isotop, das eine sehr hochenergetische Gammastrahlung besitzt, welche eine dicke Abschirmung erfordert (s. o.). Eine zylindrische Spaltblende kann sehr nahe an den Hals eines Patienten herangeführt werden, während sich der Detektoraufbau mit der zugehörigen Abschirmung auf der vom Patienten abgewandten Seite hinter dem Kollimator befindet und ihm selbst ein freier Blick über das Gerät hinweg bleibt.
• Zusammengefasst wird hier eine Gammakamera mit einem rotierenden Kollimator vorgestellt, die in der Lage ist, hochenergetische Strahlen aus verschiedenen Richtungen zu registrieren. Im Gegensatz zum parallelen Strahlengang von Geräten mit einem Parallellochkollimator und einem Flächendetektor, konvergiert hier der Strahlenverlauf in Richtung der Kamera. So wird eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Bei einer geeigneten Wahl der Einfallswinkel können bei kurzem Abstand zum Objekt Bereiche abgebildet werden, die größer als die Detektorfläche sind. Dies ist ein Unterschied zu Kameras mit Parallellochkollimatoren oder solchen, die zur Darstellung kleinerer Bereiche sogar divergierende Durchtrittskanäle besitzen. Für eine Tiefenauflösung können zwei oder mehrere Einzelkameras zu einem System zusammengefasst werden, wodurch auch der Bereich vergrößert werden kann, von dem simultan eine Aufnahme erstellt wird. Für eine räumliche Auflösung ist weder eine Bewegung des Kamerasystems, noch eine Ortsveränderung des Untersuchungsgegenstands notwendig. Durch das Zusammenwirken mehrerer Kameramodule werden simultan Projektionsbilder erzeugt, die mit anderen Systemen nur sequentiell erhältlich sind.
• Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen den Aufbau und die Funktionsweise der Gammakamera. Gezeigt wird die Anordnung der Funktionselemente und die Gestaltung der Strahlendurchtrittsöffnungen durch den Kollimator, welche die Strahlenführung zum Bilddetektor kontrollieren. Die geometrischen Anforderungen an den Detektor und die möglichen Strahlenscharen, die in den jeweiligen Anordnungen und Rotationsstellungen durch den Kollimator von außen auf den Detektor treffen werden ebenfalls veranschaulicht. So liegt ein quasi-optisches System vor. Vergleichbares existiert nur im Bereich fokussierbarer Strahlen mit Hilfe von Linsen.
• Es zeigen:
• 1: funktionale Bestandteile der Gammakamera in schematischer Darstellung mit dem Führungsspalt (100) in einem soliden Zylinder (200), der um eine Drehachse (210) drehbar gelagert ist und einem Detektorsystem bestehend aus Szintillatorelementen (300) und einer dazwischen liegende Abschirmung (310), hier vereinfacht als Fläche dargestellt;
• 2: Detektor mit einzelnem Szintillatorkristall (301), Vorder- und Rückseite der Sensormatrix;
• 3: Abschirmung des Detektors und des Strahlengangs;
• 4: Entwicklung der Spaltfläche aus einem aufrecht stehenden Trapez in einem Zylinder mit dem Scheitelpunkt F, der später zum Brennpunkt wird: a) Ausgangsform des Trapezes im Zylinder, b) beginnende Torsion mit einem Winkel ε von 60°, c) fortschreitende Torsion um weitere 60° auf 120°, der Schenkelwinkel des Trapezes von ±γ bleibt als Blicköffnung einer rotierenden Blende erhalten, d) weitere Torsion bis zu einem gestreckten Winkel von 180°, e) asymmetrische Ausführung mit einer steileren Blickwinkelbegrenzung nach unten und einer flacheren nach oben, und den unterschiedlichen Torsionswinkeln ε₁ und ε₂, f) Regelfläche, die die Spaltfläche (100) beinhaltet, sich aber über diese hinaus bis zum Kreisbogen (122) erstreckt;
• 5: Abrollen der Zylinderoberfläche des Kollimators mit dem Verlauf der Spaltflächenkanten, wobei die lange, zum Objekt orientierte Kante (101) von vorne nach hinten und die kurze, detektororientierte (102) von hinten nach vorne in Richtung des Pfeils (103) abgewickelt dargestellt ist;
• 6: Lumen des Durchtritts eines Strahls (50) in der Sicht vom Eintritt (101) zum Austritt (102) durch den Kollimatorspalt (100): a) Kollimatorloch mit parallelen Wänden und Ausbildung eines seitlich abstrahlenden Halbschattens durch diagonale Strahlenverläufe, a₁) Lumen begrenzt durch beide Spaltinnenflächen nach 180° Torsion und parallelen Spaltwänden, a₂) wie a₁) mit einer 60°-Torsion, b) Kollimator mit trichterförmigem Wandverlauf zur Vermeidung einer Halbschattenausbildung, b₁) wie a₁) nur mit keilförmigem Wandabstandsverlauf, b₂) wie b₁), nur mit 60°-Torsion der Spaltfläche;
• 7: Charakterisierung der Spaltfläche (100) mit den charakteristischen Parametern;
• 8: Spaltenfläche in einer Rotationsposition: a) Rotationswinkel ξ b) mit einem von unten eintreffenden Strahl;
• 9: Strahlrichtung (50) in Richtung Detektor auf der vertikalen x/z-Ebene und auf der horizontalen x/y-Ebene (51): a) Durchgang des Strahls zum Detektor in der unteren Blendenhälfte, ξ = –97°, b) Durchgang in der oberen Hälfte, ξ = 97°;
• 10: Durchtritt eines Strahlenfächers durch die Spaltfläche (100) mit ξ = 0°: a) „regulär” (60) von der langen (101) zur kurzen (102) Spaltseite, b) Strahlen in umgekehrter Richtung (61) von der kurzen (102) zur langen (101) Spaltseite;
• 11: Durchtritt aller möglichen Strahlen mit ξ = 180°: a) regulär (60) von der langen Flächenseite (101) zur kurzen (102), b) umgekehrt (61) von der kurzen (102) zur langen (101) Seite;
• 12: Strahlendurchtritte entlang einer Spaltfläche (100) mit ε = 60°: a) ξ = 0°, es gibt nur dieser Strahlenfächer (60) auf den Detektor, b) ξ = 180° , es sind nur umgekerte Durchgänge (61) von der kurzen (102) auf die lange Seite (101) möglich, wobei durch die Abschirmung (350) nur ein zentraler Strahl den Detektor (300) treffen kann;
• 13: Objektpunktpositionen im 1,2-fachen Abstand des Kollimatordurchmessers von der Zentralachse z (10), die mit ε = –60° erfasst werden können: a) Darstellung mit der x-Achse von links nach rechts, b) gespiegelte Darstellung mit der x-Achse von vorne nach hinten und der y-Achse von links nach rechts;
• 14: Strahlendurchtritte entlang einer Spaltfläche (100), ε = –60°, und mit Mehrfachanordnung von Spalten: a) ξ = –60° mit regulärem Strahlenfächer (60), der am oberen Rand den Detektor trifft (305), b) Blendenzylinder mit 3 Schlitzen, jeweils um 120° versetzt angeordnet, mit „regulärem” (60) Strahlenfächer (ξ = 0°) von der langen (101) zur kurzen Kante (102) sowie zweier umgekehrter Strahlenfächer (62) von der kurzen (102) zur langen Kante (101) beider anderen Spaltflächen (ξ = ±120°), die auf Abschirmungen treffen. Es gibt keine andere Strahlen auf den Detektor als die gezeigten mit dem schrägen Zeilenverlauf (63).
• 15: Strahlendurchtritte durch einen zylindrischen Kollimator mit mehreren Spalten ε = 60°, nur mit den Außenkanten der Spalte eingezeichnet, die für die Strahlen auf den Detektor in der jeweiligen Stellung relevant sind. Der Abstandswinkel zwischen den Spalten beträgt 20°: a) regulärer Strahlenweg (60) mit jeweils in getrennten Zeilen, eine für jeden Spalt, b) umgekehrter Strahlenweg (61) von der kurzen Spaltkante (102) zur langen (101) mit vereinzelt auf den Detektor treffenden Strahlen (307);
• 16: Lokalisation eines punktförmigen Strahlers (150) im Raum mit Hilfe von zwei Kameramodulen, x- und y-Achsen im Koordinatensystem sind vertauscht wie in 13b) mit in den Hintergrund weisenden x-Achsenrichtungen, die Lage der Brennpunkte F deuten die Positionen der Detektoren an: a) parallel angeordnete Spaltflächen (100) in Rotationsstellungen für Strahlendurchtritten (50) auf den gemeinsamen Punkt (150), b) Module mit einem gemeinsamen Kollimatorzylinder, der sich um die horizontal gelegte Achse (210) dreht;
• 17: Vorrichtungen für medizinische Anwendungen (Szintigraphie), äußerlich sichtbar sind die zylindrischen Kollimatoren (200), die in ihrer Längsachse wie in 16b) gezeigt mit mehreren Detektoren verbunden sein können, und die Abschirmungen um die Detektoren (350): a) Anordnung in einer Achse parallel zu der Körperlängsachse des Patienten, b) wie a) in seitlicher Ansicht, c) in extrem naher Lage zum Untersuchungsobjekt wie in der Schilddrüsendiagnostik, d) wie c) in seitlicher Ansicht.
• Durchgängig durch alle Figuren werden folgende Bezugszeichen für Details, geometrische Größen, Strahlen, Strecken, Flächen und für Bauteile verwendet:
• Bezugszeichenliste

10

Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z,

20

Scheitel-/Brennpunkt F der Schenkel des Ausgangstrapezes vor der Torsion zur Regelfläche des Spalts (100), Scheitel des Winkels γ,

50

detektierbare(r) Strahl(en) von einem Objektpunkt ausgehend in die Kamera von der langen (101) zur kurzen (102) Spaltöffnung,

51

Strahlengang auf der Spaltfläche (100) in umgekehrter Richtung von (102) nach (101),

53

Strahl im Detektorbereich,

59

begrenzender Strahl des möglichen Bereich des Winkels β,

60

Strahlenfächer von der Objekt- zur Detektorseite von der weiten, stärker geöffneten Spaltöffnung (101) zur engeren (102),

61

Strahlenfächer von der Objekt- zur Detektorseite in umgekehrter Richtung durch die walzenförmige Blende von der engen (102) zur weiten (101) Spaltöffnung,

62

Strahlenfächer in umgekehrter Richtung (61), aber außerhalb des detektierbaren Bereiches,

63

Höhenbereich, beschreibbar mit Werten für β, einer durchlaufenden Zeile, der von einem Strahlenfächer in regulärer Richtung erzeugt wird,

90

trapezförmige Ausgangsfläche, geht durch Torsion in die Regelfläche (100) über,

100

Spalt in Regelflächenform, hervorgegangen aus senkrechtem Ausgangstrapez (90),

101

zum Objekt orientierte lange Spaltöffnung u. a. gebildet von langer Kante des Ausgangstrapezes,

102

zum Detektor gerichtete kurze Spaltöffnung u. a. gebildet von kurzer Kante des Ausgangstrapezes,

103

Richtung des Abrollens der Zylinderoberfläche (200) des Kollimators,

105

asymmetrische Spaltfläche, analog zu (100),

110

erweiterte Regelfläche, in der sich die Spaltfläche (100) befindet, bis zum Kreisbogen ersteckend, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,

120

Punkt P auf der Spaltfläche (100) mit den Koordinaten x_p, y_p und z_p,

122

Kreisbogen mit dem Radius f, auf horizontaler x/y-Ebene, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,

131

Eintrittspunkt eines Strahls (50) in den Kollimatorspalt (100),

132

Austrittspunkt eines Strahls (50) aus dem Spalt (100),

140

Lumen des Spalts (100), Strahlenkanal durch den Kollimator,

141

Spaltbreite der Eintrittsstelle an der langen Spaltkante (101),

142

Spaltbreite der Austrittsstelle an der kurzen Spaltkante (102),

150

Punkt im Objekt mit den Koordinaten x_i, y_i und z_i,

170

Objektfeld mit Objektpunkten (150), das mit der entsprechenden Torsion und alle Rotationsstellungen des Kollimators abbildbar ist,

171

Objektzeile im Objektfeld (170), die sich für eine bestimmte Rotationsstellung ergibt,

200

zylindrischer Blendenkörper mit Spalt (100) mit Rotationsachse (210) im Zentrum des Koordinatensystems (10),

210

Rotationsachse des Blendenkörpers (200),

220

Durchmesserkreis des Blendenkörpers (200) auf x/y-Ebene des Koordinatensystems (10),

251

Richtungsfächer für einfallende Strahlen in den Zylinder (200), identisch mit der Ausgangsfläche (90), gleichzeitig laterale Begrenzung des Einfallsbereichs detektierbarer Strahlen auf der „einen” lateralen Seite

252

Richtungsfächer für einfallende Strahlen in den Zylinder (200), identisch mit der Ausgangsfläche (90), gleichzeitig laterale Begrenzung des Einfallsbereichs detektierbarer Strahlen auf der „anderen” lateralen Seite

300

Lage der Detektorelemente,

301

einzelnes Detektorelement, das von einem einfallenden Strahl (53) getroffen wird,

302

Vorderseite von länglichen Szintillatorelementen (301),

303

Hinterseite von Szintillatorelementen (301),

305

Zeile, die ein Strahlenfächer (60) auf der Szintillatorebene hinterlässt,

307

Spuren, die ein Strahlenfächer in umgekehrter Richtung (61) hinterlässt,

310

Fläche, die eine Abschirmung des Detektors abzudecken hat,

330

Spalt in der Fläche (310) für den Durchlass zu detektierender Strahlen (50) in den Detektorraum,

350

Detektor- und Strahlengangsabschirmung,

351

fächerförmiger Strahlenbereich außerhalb des Zylinders (200) im Bereich der Abschirmung des Detektors (350)

a

Spaltbreite, d. h. Abstand der Spaltwände zueinander

b

Objektweite, d. h. der Abstand zwischen der z-Achse des Koordinatensystems (10) und dem Objektpunkt (150),

d

Durchmesser des zylindrischen Blendenkörpers (200), gleichzeitig die Breite der gleichschenkligen Trapezfläche (90), aus der die Regelfläche (100) geformt wird, die dann die Form des Spalts in der Blende bestimmt,

f

Brennweite, Entfernung des Brennpunktes F (20) vom Koordinatenursprung (10), gleichzeitig Radius des Kreisbogens, auf dem sich der Brennpunkt F bewegt,

F

Brennpunkt, der sich mit der Torsion um den Winkel α und der Rotation der zylindrischen Blende (200) um den Winkel ξ (s. u.) auf einem Kreisbogen mit dem Radius f bewegt,

h

mittlere Höhe der trapezförmigen Ausgangsfläche (90) bzw. der Regelfläche (100) auf der z-Raumkoordinatenachse (10), auf der die Drehachse (210) liegt,

m

Steigung der Abstandsstrecke Wand zu Wand im Spalt (100),

u

Abstand eines Punkts auf der Spaltfläche (100) von der z-Achse des Koordinatensystems (10),

α

lokaler Torsions- bzw. Positionswinkel α für einen detektierbaren Strahl innerhalb des Kollimatorzylinders auf der x/y-Ebene des Koordinatensystems (10) mit einem Scheitelpunkt im Ursprung des Koordinatensystems (10), der einen Wert zwischen –ε und ε annehmen kann und der Beschreibung des Winkels β dient,

β

Winkel eines detektierbaren Strahls durch den Kollimator (200) auf einer vertikalen Ebene durch die z-Achse bzw. Rotationsachse (210) mit Scheitelpunkt im Brennpunkt F,

γ₁, γ₂

Steigungswinkel der Trapezschenkel der Ausgangsfläche (90) mit dem Scheitelpunkt F, gleichzeitig Grenze des Winkelbereichs für β nach oben und unten, Steigungswinkel der Abstandsstrecke zwischen den Spaltinnenflächen,

δ

Steigungswinkel der Abstandsstrecke zwischen den Spaltinnenflächen,

ε₁, ε₂

Torsionswinkel der trapezförmigen Ausgangsfläche (90) zur Spaltfläche (100), gleichzeitig Grenze des Winkelbereichs für den lokalen Torsions bzw. Positionswinkel α,

ξ

Rotationswinkel des zylindrischen Blendenkörpers (200) um die zentrale Achse (210) und der damit verbundenen Lage des Brennpunktes F.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102005048519 [0003]
• EP 1772874 [0003]
• DE 102007057261 [0003]
• EP 2062705 [0003]
• DE 2500643 [0005]
• DE 69832666 [0005]
• EP 0887662 [0005]
• DE 69900231 [0005]
• EP 1004897 [0005]
• DE 69930692 [0005]
• EP 0973046 [0005]
• DE 69728358 [0005]
• EP 0846961 [0005]
• DE 4442287 [0006]

Claims (10)

1. Spalt in Regelfächenform (100) durch zylindrischen Kollimator (200) aus geeignetem absorbierendem Material zur kontrollierten Führung hochenergetischer Strahlen, der durch die zentrale Längsachse (210) des Zylinders verläuft, gekennzeichnet dadurch, dass – die zugrundeliegende Regelfläche aus einem vertikal stehenden Trapez (90) durch Torsion entstanden ist, dessen längere Kante (101) zum Objekt und kürzere (102) zum Scheitelpunkt (20), der vor der Torsion mit dem Brennpunkt F identisch ist, weist, – die Torsion, ausgedrückt durch den Torsionswinkel ε am oberen Schenkel und entgegengesetzt (-ε) am unteren Schenkel des zugrundeliegenden Trapezes (90), beliebig groß ausfallen kann, d. h. auch einen gestreckten Winkel von ±180° überschreiten kann, – vor der Torsion des Ausgangstrapezes (90) jeder detektierbare Strahl den y-Wert 0 hat, durch den gemeinsamen Scheitelpunkt (20) läuft, nach der Torsion der y-Wert abhängig vom Winkel α, |α| ≤ ε, und der z-Wert abhängig vom Winkel β ist, |β| ≤ γ, d. h. jedem Strahl ein separater Brennpunkt F zugeordnet ist, – ein detektierbarer Strahl durch den Brennpunkt F, welcher immer den z-Wert 0 haben muss, durchläuft, – durch die Torsion die Winkel α und β durch die Beziehung β = α·γ/ε zusammenhängen, womit jedem Steigungswinkel β eines jeden Strahls genau ein Lagewinkel α zugeordnet ist und damit auch die Position des Brennpunktes F festlegt ist, – jeder Punkt auf der Spaltfläche (100), eindeutig durch die beiden Variablen u und α durch die Beziehung P(x_p|y_p|z_p) = P(u|α) beschrieben wird, wobei die Raumkoordinaten des Punktes P durch die Beziehungen x_p = u·cosα, y_p = u·sin α und z_p = (f + u)·tan (α·γ/ε) definiert sind, worin die Variable u den Abstand des Punktes von der Zentralachse (210) des zylindrischen Kollimators bezeichnet und Werte von –d/2 bis +d/2 durchläuft, – durch Rotation um den Winkel ξ jeder Objektpunkt im Raum erfasst werden kann,
2. Spalt in einem Kollimator nach Anspruch 1, der zum Zweck einer Wahl eines veränderten Blickwinkels längs der Kollimatorachse (210), asymmetrisch gestaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schenkelwinkel γ des Ursprungstrapezes (90) der Richtungsfächer (251), aller dazwischen liegender und (252) nach oben und unten unterschiedliche Werte für γ₁ und γ₂ aufweisen kann, – damit verbunden die gegensinnige Torsion der Schenkel zur Regelfläche (100) mit den Winkeln ε₁ und ε₂ unterschiedlich stark ausfällt, d. h. zu einer Seite beispielsweise den gestreckten Winkel von 180° deutlich überschreiten kann, – das Verhältnis γ₁/ε₁ = γ₂/ε₂ gewahrt bleibt,
3. Gestaltung der Spaltbreite im Kollimatorzylinder (200), der alternativ zu einem über die gesamte Spaltlänge konstanten, eine dem Strahlenverlauf (50) zum Brennpunkt F folgenden Konvergenz aufweist, der sich im Verlauf von 101 zu 102 mit abnehmenden Wandabstand verjüngt, gekennzeichnet dadurch, dass – die Spaltbreite sich, ausgehend von einer mittleren a₀ auf der Zentralachse (210) des Zylinders (200) mit dem Abstand u von der Mittelachse (210) nach der Beziehung a(u) = a₀·(f + u)/f ändert, worin f der Abstand des Brennpunktes F von dieser zentralen Achse bedeutet, d. h. der „Brennweite”, – die Steigung der Spaltabstandstrecke m = tanδ von Wand zu Wand sich ebenso mit dem Abstand u entsprechend ändert, näherungsweise nach der Beziehung m(u) ≈ u·ε/((f + u)·γ),
4. Kollimator (200) mit mehr als einem Spalt (100) nach Anspruch 1, wahlweise auch nach den Ansprüchen 2 und 3, zur Erhöhung der Strahlenausbeute und damit der Effizienz eines somit erweiterten Kollimators beiträgt,
5. Kamera zur bildlichen Darstellung hochenergetischer Strahlenquellen, gekennzeichnet dadurch, dass – sie einen drehbar gelagerten zylindrischen Kollimator (200) mit ausreichendem Durchmesser d beispielsweise in der Größenordnung von 5 cm, der für eine hinreichende Abschirmung sorgt, – dieser Kollimator (200), der mit einem oder mehreren Spalten in Regelflächenform (100) nach den Ansprüchen 1 und 3, eine Strahlenauswahl, analog zu der über eine optische Linse erreichbaren, zur Bildgebung trifft, – der Kollimator (200) zur Anpassung des Blickfeldes an den jeweiligen Bedarf mit einem oder mehreren asymmetrisch gestalteten Spalten in Regelflächenform (100) nach Anspruch 2 versehen sein kann, – alle Richtungen vom Objekt zur Kamera mit dem kollimatorinternen Lagewinkel α, der den Steigungswinkel β eines Strahls durch den Kollimator über der x/y-Ebene festlegt, und dem Rotationswinkel ξ vollständig abgedeckt werden, wobei beide Winkelinformationen α und ξ aus der Rotation des Zylinders (200) in gegebener Geschwindigkeit ermittelbar sind, – ein beliebiger Objektpunkt durch eine Rotation des Kollimators (200) um den Winkel ξ und den über die in Anspruch 1 beschriebene Torsion erreichte Spaltform festgelegte Richtung erreicht wird und somit dieser Punkt mit jedem auf der Spaltfläche (100) liegendem in einer Richtung auf einer Gerade zu liegen kommt, – folgende Punkte auf einer Geraden vom Objekt Richtung Detektor liegen: Objektpunkt, alle Punkte auf der eine Regelfläche ausmachenden Geraden der Spaltfläche (100), Brennpunkt und zugehöriger Punkt im Detektor, – sie einen Detektor (300) enthält, der aus mehreren sensorischen Einzelelementen entlang des Kreisbogens (120) auf dem sich der Brennpunkt detektierbarer Strahlen bewegt, aufgebaut ist, – deren Detektorelemente aufgrund der nach dem Kreisbogen (120) der Brennpunkte divergierenden Strahlenverläufe mit zunehmendem Abstand in ihrer Größe erweitert und damit in ihrer Empfindlichkeit verbessert werden können, ohne einen Verlust der Bildschärfe in Kauf nehmen zu müssen, – eine Untergliederung des Detektors nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler Richtung erfolgen kann, womit getrennte Zeilen geschaffen werden und so Strahlen aus mehren simultan und nicht nur als einem einzelnen Spalt (100) registriert werden können, – nur dann sich ein Bild ergibt, wenn der Bildpunkt im Detektor auf einer dem Strahlengang entsprechenden Geraden durch den Kollimator (200) liegt, welcher durch die Winkel ξ und α beschrieben wird, – eine Abschirmung (350) zum Schutz vor nicht zu detektierender Strahlung, die aufgrund der konvergenzbedingten Bau- und Funktionsweise kleiner als in den herkömmlichen Apparaturen realisierbar ist,
6. Gestaltungsmöglichkeiten des Kollimators beispielsweise mit überdrehten (ε > 180°) oder mehreren Spalten, die so Strahlen in umgekehrter Richtung von der kurzen (102) zur langen (101) Spaltöffnung zulassen, aber in erheblich geringerem Maße als in der regulären Richtung von (101) nach (102) und in die Bildgebung einbezogen werden können,
7. Matrixdetektor mit einem dem Strahlengang folgenden gewölbten Aufbau, deren Krümmung horizontal an dem Kreisbogen (120) der Brennpunkte und vertikal den einfallenden Strahlenrichtungen ausgerichtet ist, damit die detektierbaren Strahlen senkrecht auf die Detektorebene eintreffen,
8. Kamera nach Anspruch 5, in der die Rotation des zylindrischen Kollimators (200), d. h. die Änderung des Winkels ξ mit der Zeit (dξ/dt), an externe, z. B. pulsierende Vorgänge im Objekt wie Herzschlag oder Atembewegung eines Patienten gekoppelt werden kann,
9. System bestehend aus zwei oder mehreren Kameramodulen nach Anspruch 5, entweder benachbart zur Erfassung einer größeren Fläche beispielsweise über die gesamte Körperlänge eines Patienten oder überlappend zur räumlichen Darstellung ausgerichtet, gekennzeichnet dadurch, dass – die Module aus vollständigen Kameras mit eigenen zylindrischen Kollimatoren (200), Detektoren (300) und entsprechender Abschirmung gereiht oder gewinkelt angeordnet sind und gemeinsam softwaremäßig gesteuert sind, – alternativ oder zusätzlich aus zusammengesetzten Modulen bestehen, wobei zwei oder mehrere Einheiten mit einem gemeinsamen zylindrischen Kollimator (200) ausgestattet sind, der über die Länge verteilt mit mehreren Spalten für die jeweiligen Detektoren (300) versehen ist,
10. System mit mehreren Kameras nach Anspruch 5 in der Anordnung nach Ansprüchen 8 und 9, das in der Lage ist, unablässig ohne Unterbrechung Bilddaten zu sammeln, ohne notwendigerweise die eigene Position oder diejenige des Objektes zu verändern, um anschließend mit den gesammelten Daten aus allen Richtungen ein räumliches Bild zu rekonstruieren, womit in einem Zeitrahmen für Einzelprojektionen bereits das dreidimensionale Bild entsteht.

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