DE1027053B - Einrichtung fuer die Untersuchung von Koerperschichten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Schichtuntersuchung von undurchsichtigen Körpern mittels Röntgenstrahlen, Gammastrahlen od. dgl. Einrichtungen für die Anfertigung von Schichtbildern des menschlichen Körpers sind in der Röntgenologie als »Tomographen«, »Planigraphen«, »Stratigraphen* usw. bekannt.

Die Einrichtungen, die in der medizinischen Röntgenologie zu diesem Zweck verwendet werden, bestehen zur Hauptsache aus einer Strahlenquelle (vorzugsweise Röntgenröhre), einem strahlendurchlässigen Patientenlagerungstisch und einem Strahlenempfänger, der beim direkten Aufnahmeverfahren durch eine photographische Schicht (vorzugsweise Röntgenfilm) und beim Schirmbildaufnahmeverfahren durch den Fluoreszenzschirm einer Schirmbildkamera gebildet wird. Während der Belichtung werden durch die Strahlenquelle und den Strahlenempfänger geome irisch gleichförmige Bewegungen um einen zwischen ihnen gelegenen festen Punkt ausgeführt, wobei der Zentralstrahl des Strahlenbündels stets durch diesen Punkt (Zentralstrahlrichtpunkt) und stets auf ein und denselben Punkt des Strahlenempfängers gerichtet bleibt, während die (gedachten) Achsen des letzteren im Verlauf der Bewegung ihre Richtung im Raum nicht verändern.

Mit Hilfe einer Einrichtung, die gemäß dem genannten Prinzip gebaut ist, wird von einem Körper, der zwischen der Strahlenquelle und dem Strahlenempfänger im Bereich des Zentralstrahlrichtpunktes gelegen ist, nur jene Schicht, nämlich die sogenannte Schnittebene, scharf abgebildet, welche den Zentralstrahlrichtpunkt enthält, während die näher oder ferner der Strahlenquelle gelegenen Körperteile infolge der Verschiebung der Strahlenquelle und des Strahlenempfängers während der Belichtung verwischt werden. Durch Verschieben des zu untersuchenden Körpers, vorzugsweise in der senkrecht auf der Schnittebene stehenden Richtung, können verschiedene Schichten desselben nacheinander abgebildet werden.

Bei der tomographischen Untersuchung des menschlichen Körpers mit Einrichtungen, die gemäß diesem Prinzip konstruiert sind, machen sich folgende nachteilige Faktoren geltend:

1. die relativ hohe Strahlendosis, die dem Patienten bei der Ausführung einer größeren Zahl von Schichtaufnahmen zugeführt wird,

2. die hohen Film- und Filmverarbeitungskosten.
Um diese Nachteile auf ein Minimum zu reduzieren,

werden in der Praxis meistens zuerst einige orientierende Tomogramme gemacht. Nach deren Beurteilung werden dann weitere Schichtbilder aufgenommen, die vermutlich von diagnostischer Bedeutung sind. Wenn es aber nach dem Studium dieser Bilder Einrichtung für die Untersuchung
von Körperschichten

Anmelder:

ίο N. V. Optische Industrie »De Oude Delft«, Delft (Niederlande)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 9. Februar 1956

Walter Güntert, Aarau (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

noch nicht möglich ist, eine Diagnose zu stellen, so müssen noch weitere, ergänzende Aufnahmen gemacht werden. Daraus resultiert ein weiterer Nachteil, nämlich:

3. die lange Dauer einer tomographischen Untersuchung, während welcher der Patient vollkommen ruhig liegen bleiben muß, was sehr beschwerlich sein kann.

Die genannten Nachteile können größtenteils durch die Anwendung einer Methode überwunden werden, bei der man erst zur Aufnahme von Schichtbildern übergeht, nachdem die diagnostisch bedeutungsvollen Schichten mittels Schichtdurchleuchtung festgestellt worden sind. Mit einer solchen Methode werden also ausschließlich visuell eingestellte, d. h. gezielte Schichtaufnahmen angefertigt, während diagnostisch wertlose Tomogramme vermieden werden.

Schichtdurchleuchtungsgeräte, d. h. Geräte, die die visuelle Wahrnehmung eines Körperschichtbildes gestatten, sind an sich bekannt. Man könnte sie »Tomoskope« nennen. Ein Gerät dieser Art gemäß der deutschen Patentschrift 930 226 benutzt als Strahlenempfänger die Photokathode einer Bildverstärkerröhre. Dabei kann das Anodenbild des bewegten Bildver-

709 957/250

stärkers mittels eines optischen Umlenksystems durch ein fest aufgestelltes Okular betrachtet werden. Gemäß dieser Patentschrift können auch Schichtaufnahmen gemacht werden mit Hilfe einer Kamera, die an das optische Umlenksystem angeschlossen ist und somit das durch den Bildverstärker entworfene Bild photographiert, wodurch die oben beschriebenen Nachteile der ungezielten Schichtuntersuchungsmethode an sich behoben sind.

stillstehenden Okular verbunden werden. Dieses Okular kann, ■ wenn die Strahlenquellen und die Strahlenempfänger kreisförmige Bahnen beschreiben, zweckmäßigerweise in der Rotationsachse der Ein-5 richtung angeordnet werden, oder es kann der Fluoreszenzschirm durch ein optisches Abbildungssystem mit einer Fernsehkamera verbunden werden, so daß das durch den Bildverstärker entworfene Bild an einem Fernsehbetrachtungsgerät studiert werden kann,

Diese Methode hat aber eine Anzahl anderer be- ίο das an einer beliebigen Stelle aufgestellt ist. deutender Nachteile. In erster Linie ist die Zahl der Bei Verwendung eines Bildverstärkers wird der

Informationen, welche einem solchen Bild zu ent- Strahlenempfänger durch die Photokathode der Bildnehmen sind, wesentlich kleiner als die Zahl der Infor- verstärkerröhre selbst oder durch einen Fluoreszenzmationen. die die sogenannte »Direktaufnahme« er- schirm gebildet, der auf optischem Wege auf der gibt, und zwar als Folge der beim heutigen Stand der 15 Photokathode abgebildet wird.

Technik noch wenig befriedigenden Schärfe des elek- In der Zeichnung ist ein Beispiel eines Tomoskopo-

tronenoptisch verstärkten Bildes. Ein zweiter Nachteil graphen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, besteht darin, daß die strahlenempfindliche Oberfläche Dabei sind 1 und 2 die beiden Strahlenquellen, die in der praktisch ausführbaren Bildverstärkerröhre viel diesem Beispiel eine gemeinsame, kreisförmige Bahn 3 zu klein ist (ungefähr um den Faktor 3, um eine 20 beschreiben und darin um 180° gegeneinander verSchicht von genügend großen Abmessungen aufzu- schoben sind. Es ist aber nicht notwendig, daß sie dernehmen. Ferner ist es ungünstig, daß das auf der ge- selben Bahn folgen. Wesentlich ist nur, daß die Zenwölbten Photokathode des Bildverstärkers entstandene tralstrahlen 4 und 5 bei der Bewegung dieselbe Raum-Bild einer gewölbten Schicht im Körper entspricht, fläche durchlaufen. Die Zentralstrahlen 4 und 5 sind wodurch der diagnostische Vergleich mit Tomo- 25 durch den Zentralstrahlrichtpunkt 6 gerichtet, der grammen, die nach dem direkten Aufnahmeverfahren auch der Mittelpunkt von der durch einen Pfeil angegemacht sind und somit ebene Schichten darstellen, deuteten Schnittebene ist, die man wahrzunehmen außerordentlich erschwert wird. Ein weiterer Nachteil wünscht.

ist noch der, daß das Durchleuchtungsbild in dem Im oberen Teil der Zeichnung ist auf der linken

Moment, in dem die Aufnahme erfolgt, nicht mehr 30 Seite der gemeinsamen Rotationsachse 20 der Durchwahrgenommen werden kann. leuchtungsteil und auf der rechten Seite der Auf-Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile da- nahmeteil der Strahlenempfängerapparatur dargestellt, durch vermieden, daß bei einer Einrichtung für Der Strahlenempfänger 8 ist die Photokathode eines Körperscliichtuntersuchungen, welche eine Strahlen- Bildverstärkers 7 von beliebigem Typus, dessen FIuquelle und einen Strahlenempfänger enthält, die in 35 oreszenzschirm mit 15 angedeutet ist. Das Schirmbild verschiedenen parallelen Ebenen synchron in solcher wird durch ein optisches System 16 in Richtung des Weise verschoben werden, daß dabei der Zentralstrahl Umlenkspiegels 17 projiziert und kann über die der Strahlenquelle während der ganzen Verschiebung Spiegel 17 und 18 durch ein in der Achse 20 aufgeauf einen im Raum zwischen den beiden parallelen stelltes Okular 19 stillstehend betrachtet werden. Die Ebenen gelegenen festen Punkt, den Zentralstrahl ■ 40 gedachte Achse des Strahlenempfängers 8 (angedeutet richtpunkt, und weiterhin immer auf denselben Punkt durch einen Pfeil) verändert ihre Richtung während des Strahlenempfängers gerichtet ist, eine zweite der Rotation um die Achse 20 nicht, was Vorzugs-Strahlenquelle mit einem zugehörigen Strahlen- weise durch geeignete Zahnradverbindungen zwischen empfänger angebracht ist, deren Zentralstrahl während der vertikalen Achse des Bildverstärkers und der Roder Verschiebung dieselbe Raumfläche durchläuft und 45 tationsachse 20 erreicht werden kann, auf denselben Richtpunkt "im Raum gerichtet ist wie Statt mit einem solchen Periskop kann ein stillder Zentralstrahl der ersten Strahlenquelle, wobei der
zur ersten Strahlenquelle gehörige Strahlenempfänger
für die visuelle Wahrnehmung des Durchleuchtungsschichtbildes eingerichtet ist, während der zur zweiten 50
Strahlenquelle gehörende Strahlenempfänger eine für
Röntgenstrahlen empfindliche photographische Schicht
ist.

Dadurch, daß die Zentralstrahlen beider Strahlenquellen bei der Verwischungsbewegung dieselbeRaum- 55 gegeneinander verschoben. Bekanntlich ist die kreisfläche durchlaufen und immer auf denselben fest- förmige Bewegung der Strahlenquellen und der stehenden Zentralstrahlrichtpunkt gerichtet sind, ist Strahlenempfänger vorteilhaft, nicht nur im Hinblick das Bild, das in der photographischen Schicht fest- auf günstige Antriebsmöglichkeiten, sondern auch um gehalten wird, identisch mit dem visuell wahrgenom- das Bild von den Schichten, die außerhalb der Schnitt menen Durchleuchtungsbüd, genügt jedoch bezüglich 60 ebene liegen, dabei in zwei zueinander senkrechten Bildschärfe und Abmessungen den gleichen Anforde- Richtungen in gleichem Maße zu verwischen. Die mit rungen wie ein mit bekannten Tomographen ge- einem Pfeil angedeutete (gedachte) Achse der Röntgenmachtes, ungezieltes Schichtbild. filmkassette erfährt während der Rotation um die

Der zur ersten Strahlenquelle gehörende Strahlen- Achse 20 keine Veränderung ihrer Richtung im Raum, empfänger, welcher für visuelle Wahrnehmung einge- 65 wie dies ebenfalls bei der Photokathode 8 des Bildverrichtet ist, ist vorzugsweise in einer an sich bekannten stärkers der Fall war.

Art mit einer Bildverstärkervorrichtung verbunden. Beim Arbeiten mit der beschriebenen Einrichtung

deren Anodenbild auf verschiedene Arten betrachtet wird aus naheliegenden Gründen die Strahlenquelle 2 werden kann. In erster Linie kann der Fluoreszenz- nur eingeschaltet, wenn bei der Durchleuchtung mittels schirm durch ein optisches Umlenksystem mit einem 7° der Strahlenquelle 1 eine diagnostisch wertvolle Schicht

stehendes Bild auch durch eine Fernsehkamera erhalten werden, die mittels einer geeigneten Zwischen·
optik mit dem Bildverstärker verbunden ist.

Der Strahlenempfänger 9 wird gemäß der Erfindung durch einen Röntgenfilm gebildet, der sich auf
den Spulen 11 und 12 in einer Kassette 10 befindet.
Die beiden Strahlenempfänger 8 und 9 beschreiben
die gleiche kreisförmige Bahn und sind darin um 180°

wahrgenommen worden ist. Dieses Schicht wird auf dem Röntgenfilm festgehalten, wobei aber die visuelle Kontrolle mit dem Okular oder auf dem Fernsehschirm ununterbrochen fortgesetzt werden kann.

Im Hinblick auf den Wechsel der Röntgenfilme ist es zweckmäßig, bei der Apparatur einen Antriebsmechanismus vorzusehen, der dafür sorgt, daß die rotierenden Teile, nämlich die längs der Kreisbahn 3 sich bewegenden Strahlenquellen 1 und 2 und die längs der Kreisbahn 13 sich bewegenden Strahlenempfänger 8 und 9, nach Beendigung der Rotationsbewegung stets in dieselbe bestimmte Ausgangslage zurückkehren. Diese Ausgangslage soll so gelegen sein, daß die Filmkassette 10 für das Herausnehmen der belichteten Filme und das Einsetzen von unbelichteten Filmen gut zugänglich ist. Die Rotationsbewegung kann dabei selbstverständlich beliebig lange dauern.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführuugsform des Tomoskopographen sind an der Durchleuchtungsseite der Apparatur Mittel angebracht, um die Röntgenstrahlendurchlässigkeit des untersuchten Körpers zu messen, damit die Belichtungszeit für die tomographische Aufnahme optimal gewählt werden kann. Um ein möglichst gutes Tomogramm, oder — mit anderen Worten — eine maximale Verwischung der Schatten der unter und über der Schnittebene gelegenen Körperteile zu bekommen, muß die Belichtung mindestens so lange dauern wie eine vollständige Rotationsbewegung der Strahlenquelle 2 um die Achse 20.

Prinzipiell stehen zwei Möglichkeiten für die Regelung der Belichtung in diesem Sinne zur Verfügung, nämlich entweder wird die Intensität der ausgesandten Strahlung bei gleichmäßig fortgeführter Rotationsbewegung so geregelt, daß die Belichtungszeit mit der Dauer von mindestens einer vollständigen Rotationsbewegung übereinstimmt, oder die Geschwindigkeit der Rotation der Strahlenquelle 2 und des Strahleuenipfängers 9 wird bei konstanter Strahlenaussendung in zweckmäßiger Weise an die gemessene Strahlenaufnähme des Objektes angepaßt. Beide Möglichkeiten lassen sich am besten dadurch verwirklichen, daß man als Ausgangspunkt für die Messung die konstante Strahlenabgabe der Strahlenquelle 1 verwendet.

Die Röntgenstrahlendurchlässigkeit des zu untersuchenden Körpers kann z. B. mit einem Photometer gemessen werden, vorzugsweise einem Photomultiplier. mit welchem die Helligkeit des durch den Bildverstärker entworfenen Bildes abgetastet wird.

In den bisher beschriebenen Ausführungsformen des Tomoskopographen ist die Art der Strahlenquellen nicht näher definiert. Bei der medizinischen Anwendung der Apparatur kommen als Strahlenquellen namentlich Röntgenröhren oder radioaktive Präparate in Frage. Beim Gebrauch von Röntgenröhren ist es zweckmäßig, für die Erreichung einer optimalen Belichtung die Strahlenintensität zu regeln, während die Verschiebungsgeschwindigkeit konstant bleibt. Dagegen muß beim Gebrauch von radioaktiven Substanzen die Rotationsgeschwindigkeit entsprechend dem Strahlenaufnahmevermögen des zu untersuchenden Körpers so eingestellt werden, daß die richtige Schwärzung des Röntgenfilms gerade während einer vollständigen Umdrehung der Strahlenquelle erhalten wird.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Untersuchungsmöglichkeiten des Tomoskopographen nur dann voll ausgenutzt werden können, wenn der zu untersuchende Körper auf einen strahlendurchlässigen Untersuchungstisch gelegt werden kann, der in bezug auf den Zentralstrahlrichtpunkt des Tomoskopographen in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen verschiebbar und um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen kippbar ist. Mit einem solchen Untersuchungstisch ist es möglich, beliebige und beliebig gerichtete Schichten, die von diagnostischem Wert sind, zu suchen und photographisch festzuhalten.

Claims (6)

P A T E N T A N S P R Ü C H F.

1. Einrichtung für die Untersuchung von Körperschichten, insbesondere des menschlichen Körpers, welche eine Strahlenquelle und einen Strahlenempfänger enthält, die in verschiedenen parallelen Ebenen synchron verschoben werden, und zwar in solcher Weise, daß dabei der Zentralstrahl von der Strahlenquelle während der ganzen Verschiebung auf einen im Raum zwischen den beiden parallelen Ebenen gelegenen festen Punkt, den Zentralstrahlrichtpunkt, und weiterhin auf ein und denselben Punkt des Strahlenempfängers gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Strahlenquelle mit einem zugehörigen Strahlenempfänger angebracht ist, deren Zentralstrahl während der Verschiebung dieselbe Ebene durchläuft wie der Zentralstrahl der ersten Strahlenquelle und auf denselben Richtpunkt im Raum gerichtet ist, wobei der zur ersten Strahlenquelle gehörende Strahlenempfänger für die visuelle Wahrnehmung des Durchleuchtungsschichtbildes eingerichtet ist, während der zur zweiten Strahlenquelle gehörende Strahlenempfänger eine für Röntgen- od. dgl. Strahlen empfindliche photographische Schicht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Strahlenquellen und die Strahlenempfänger kreisförmige Bahnen beschreiben, dadurch gekennzeichnet, daß der zur ersten Strahlenquelle gehörende Strahlenempfänger mit einer Bildverstärkervorrichtung gekoppelt ist, deren Fluoreszenzschirm durch ein System von winkelförmig miteinander verbundenen optischen Umlenkelementen mit einem in der gemeinsamen Rotationsachse der Strahlenquelle und des Strahlenempfängers aufgestellten Okular verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur ersten Strahlenquelle gehörende Strahlenempfänger mit einem Bildverstärker gekoppelt ist, dessen Fluoreszenzschirm durch ein optisches Abbildungssystem mit einer Fernsehkamera verbindbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung für die Bewegung der Strahlenquellen und der Strahlenempfänger so beschaffen ist, daß diese nach Beendigung der Verschiebungsbewegung stets zu ein und derselben Ausgangslage zurückkehren, an welcher der zweite Strahlenempfänger zum Auswechseln des strahlenempfindlichen Materials gut zugänglich ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatisch wirkende Steuereinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der bei der Durchleuchtung gemessenen Strahlendurchlässigkeit des untersuchten Körpers entweder die Intensität der durch die zweite Strahlenquelle ausgesandten Strahlung oder die Geschwindigkeit, mit der die Strahlenquellen und Strahlenempfänger bewegt werden, so regelt, daß während der Belichtung der photographischen

Schicht mindestens eine vollständige tomographische Verwischungsbewegung ausgeführt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Auflagefläche für den zu untersuchenden Körper ein Untersuchungs-

tisch verwendet wird, der in bezug auf den Zentralstrahlrichtpunkt in drei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen verschoben und weiterhin um zwei senkrecht zueinander stehende und durch diesen Richtpunkt gehende Achsen kippbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen