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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Tomographieverfahren, mit dem geeignete tomographische Abbildungen eines mittels Röntgenstrahlen zu untersuchenden Objektes in einer Schnittebene aufgenommen werden können.
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Ein rechnergestütztes Tomographiesystem (Röntgenstrahl-Computer-Tomographiesystem (CT-System) oder Röntgenstrahl-CT-System) mit Röntgenstrahlen, das in einer Schnittebene eines zu untersuchenden Objekts eine tomographische Abbildung aufnimmt, umfasst eine Röntgenstrahlquelle zum Aussenden eines Röntgenstrahles, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Röntgenstrahlen und einen Computer zum Erzeugen der tomographischen Abbildung. Die Erfassungseinrichtung beinhaltet in vielen Fällen eine Array-Erfassungseinrichtung aus einer Vielzahl von Röntgenstrahldetektoren, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung, im Folgenden auch ”Strahlungsdetektoren” oder nur ”Detektoren” genannt, sind so angeordnet, dass sie die von der einen Röntgenstrahlquelle ausgesendeten Röntgenstrahlen erfassen. Bei einem solchen Röntgenstrahl-CT-System ist es erforderlich, insbesondere bei einer Tomographie mit einem System der sogenannten dritten Generation, zur Erhöhung der räumlichen Auflösung der tomographischen Abbildung das Arrayintervall oder die Teilung zwischen den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung zu verringern.
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Das Verringern der Arrayteilung zwischen den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung stößt jedoch an Grenzen, da die Röntgenstrahldetektoren eine bestimmte Größe haben. Wenn zum Beispiel jeder Röntgenstrahldetektor eine Breite von 1 mm hat, ist es nicht möglich, die Teilung zwischen den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung gleich 1 mm oder kleiner zu machen. Es besteht daher der Wunsch nach einem Tomographiesystem, mit dem die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung erhöht werden kann, ohne dass es erforderlich ist, die Arrayteilung zwischen den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung zu verkleinern.
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Bei einem solchen Röntgenstrahl-CT-System, das in der
JP-A-62-116238 beschrieben ist, ist die relative Positionsbeziehung zwischen der Röntgenstrahlquelle und der Array-Erfassungseinrichtung im Bereich eines Intervalls oder der Teilung zwischen den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung variabel, wodurch es möglich wird, die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung zu erhöhen, ohne dass es erforderlich ist, die Arrayteilung der Röntgenstrahldetektoren physikalisch zu verringern.
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Bei einem Röntgenstrahl-CT-System, bei dem ein Kollimator mit Schlitzen zum Durchlassen des Röntgenstrahles vor den Röntgenstrahldetektoren der Array-Erfassungseinrichtung (auf der Seite der Röntgenstrahlquelle) vorgesehen ist, ist es jedoch nicht möglich, die in der obigen JP-A beschriebene Technik anzuwenden. Der Grund dafür ist, dass die Schlitze, die vor den Röntgenstrahldetektoren liegen, so angeordnet sind, dass sie zur Röntgenstrahlquelle zeigen, so dass eine Verschiebung in der relativen Positionsbeziehung zwischen der Röntgenstrahlquelle und den Röntgenstrahldetektoren bewirkt, dass die Röntgenstrahlen nicht mehr auf die Röntgenstrahldetektoren gerichtet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein rechnergestütztes Tomographieverfahren zu schaffen, mit dem eine Verbesserung der räumlichen Auflösung der tomographischen Abbildung möglich ist.
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Die Aufgabe wird durch das im Patentanspruch angegebene Verfahren gelöst.
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Ein erster Aspekt betrifft ein rechnergestütztes Tomographiesystem mit einer Strahlungsquelle zum Aussenden einer Strahlung auf ein zu untersuchendes Objekt, einem Drehtisch zur Aufnahme des zu untersuchenden Objekts und zum Drehen des zu untersuchenden Objekts, einem Kollimator mit einer Anzahl von durchgehenden Öffnungen zum Durchlassen der Strahlung, die durch das zu untersuchende Objekt gelaufen ist, einer Anzahl von Strahlungsdetektoren, die zum Erfassen der Strahlung, die durch die durchgehenden Öffnungen gelaufen ist, gegenüber den zugehörigen durchgehenden Öffnungen angeordnet ist, einer Einheit zum Einstellen des Drehzentrums des Drehtisches auf Positionen, die für jede einzelne Umdrehung des zu untersuchenden Objekts verschieden sind, und mit einer Einheit zum Zusammensetzen einer tomographischen Abbildung für eine Schnittebene auf der Basis der Erfassungssignale aus der Anzahl von Strahlungsdetektoren, die beim Einstrahlen der Strahlung auf das zu untersuchende Objekt erhalten werden, während das zu untersuchende Objekt gedreht wird.
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Bei dem ersten Aspekt wird für eine Schnittebene des zu untersuchenden Objekts eine Anzahl von Positionen für das Drehzentrum des Drehtisches eingestellt, und die Einheit zum Zusammensetzen der tomographischen Abbildung für eine Schnittebene des zu untersuchenden Objekts wird mit den Erfassungssignalen der Strahlungsdetektoren versorgt, die beim Drehen des Drehtisches mit den jeweiligen Positionen des Drehzentrums erhalten werden. Für das Zusammensetzen der tomographischen Abbildung für eine Schnittebene des zu untersuchenden Objekts liegen daher die Erfassungssignale der Strahlungsdetektoren, die mit dem gegebenen Intervall erfasst werden, wesentlich enger zusammen als die Arrayteilung der verwendeten Strahlungsdetektoren. Dies führt zu einer Verbesserung in der räumlichen Auflösung der tomographischen Abbildung.
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Ein zweiter Aspekt betrifft ein rechnergestütztes Tomographiesystem mit einem Drehgestell, einer Strahlungsquelle auf dem Drehgestell zum Aussenden einer Strahlung auf ein zu untersuchendes Objekt, einem Tisch innerhalb des Drehgestells zur Aufnahme des zu untersuchenden Objekts, einem Kollimator auf dem Drehgestell mit einer Anzahl von durchgehenden Öffnungen zum Durchlassen der Strahlung, die durch das zu untersuchende Objekt gelaufen ist, einer Anzahl von Strahlungsdetektoren, die zum Erfassen der Strahlung, die durch die durchgehenden Öffnungen gelaufen ist, gegenüber den zugehörigen durchgehenden Öffnungen auf dem Drehgestell angeordnet ist, einer Einheit zum Einstellen der Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektoren auf verschiedene Positionen in der Arrayrichtung der Strahlungsdetektoren bei jeder Drehung entsprechend der Anzahl von Drehungen des Drehgestells, die zum Erhalten einer tomographischen Abbildung einer Schnittebene des zu untersuchenden Objekts erforderlich ist, und mit einer Einheit zum Zusammensetzen der tomographischen Abbildung der Schnittebene anhand der digitalen Signale aus der Anzahl von Strahlungsdetektoren, die beim Einstrahlen der Strahlung auf das zu untersuchende Objekt während der Drehung des Drehgestells für eine Anzahl von Einstellpositionen für die Strahlungsquelle und die Strahlungsdetektoren erhalten werden.
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Auch in diesem Fall liegen beim Zusammensetzen der tomographischen Abbildung für eine Schnittebene des zu untersuchenden Objekts die Erfassungssignale der Strahlungsdetektoren mit dem vorgegebenen Intervall wesentlich enger zusammen als die Arrayteilung der Strahlungsdetektoren. Dies führt zu einer Verbesserung in der räumlichen Auflösung der tomographischen Abbildung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A bis 1D sind Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt die konzentrischen Kreise, die erhalten werden, wenn ein Drehzentrum auf eine Stelle gebracht wird, in der ein Winkel α innen im Verhältnis 1:7 geteilt wird;
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3 zeigt die konzentrischen Kreise, die erhalten werden, wenn ein Drehzentrum auf eine Stelle gebracht wird, in der der Winkel α innen im Verhältnis 3:5 geteilt wird;
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4 zeigt die konzentrischen Kreise, die erhalten werden, wenn die Kreise der 2 mit denen der 3 kombiniert werden;
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5 zeigt ein Röntgenstrahl-CT-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine vertikale Schnittansicht der 5;
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7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung, wie bei der Ausführungsform der 5 eine tomographische Abbildung erhalten wird;
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8 zeigt ein Röntgenstrahl-CT-System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine vertikale Schnittansicht der 8; und
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10 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung, wie bei der Ausführungsform der 8 eine tomographische Abbildung erhalten wird.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1A zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung wird eine Strahlung radial von einer Röntgenstrahlquelle 1 auf ein zu untersuchendes Objekt 14 ausgesendet. Die Strahlung läuft durch Schlitze in einem Kollimator 5 und wird von Detektoren 8 (in der Zeichnung mit 1' bis 15' durchnumeriert) erfasst, die zusammen eine Röntgenstrahl-Array-Erfassungseinrichtung 6 bilden. Das untersuchte Objekt 14 befindet sich auf einem Drehtisch und wird während der Bestrahlung gedreht.
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In der 1B wird der Detektor 5' betrachtet. Der Detektor 5' erfasst die Strahlung, die längs einer Linie IN1-OUT1 durch das zu untersuchende Objekt 14 gelaufen ist, wenn die Drehung des Objekts 14 gleich 0 Grad ist. Wenn die Objektdrehung 45 Grad beträgt, erfasst der Detektor 5' die Strahlung, die längs der Linie IN2-OUT2 durch das Objekt 14 gelaufen ist. Wenn das Objekt 14 einmal um das Drehzentrum O gedreht wurde, hat der Detektor 5' die Strahlung tangential zu einem Kreis P mit dem Radius r1 erfasst. Gleichermaßen erfassen die Detektoren 1' bis 15' die Strahlung tangential zu einer Anzahl von konzentrischen Kreisen mit verschiedenen Radien, wie es in der 1C gezeigt ist. Die Abstände zwischen benachbarten konzentrischen Kreisen entsprechen denen zwischen den Detektoren 8. Das heißt, dass die räumliche Auflösung um so höher ist, je kleiner die Abstände sind. Wenn die Abstände nicht gleich sind, entsteht Rauschen, das in einer Abbildung sogenannte Artefakte erzeugt, weshalb es wichtig ist, im wesentlichen identische Abstände für die Detektoren 8 vorzusehen.
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Es erfolgt nun eine Erläuterung der Beziehung zwischen den Abständen der konzentrischen Kreise und dem Drehzentrum O des untersuchten Objekts 14. Die jeweiligen Detektoren 8 sind mit einer Winkelteilung eines Winkels α (Radian) bezüglich der Röntgenstrahlquelle 1 angeordnet, wie es in der 1D gezeigt ist. In diesem Zusammenhang bezeichnet D (mm) den Abstand zwischen dem Drehzentrum O des Drehtisches und der Röntgenstrahlquelle 1. Bei dieser Anordnung des Röntgenstrahl-CT-Systems ist es, damit die Abstände zwischen den konzentrischen Kreisen für die jeweiligen Röntgenstrahldetektoren 8 der Array-Erfassungseinrichtung 6 am kleinsten und die gleichen sind, erforderlich, dass sich das Drehzentrum O zwischen der Linie, die den Detektor 1' des Röntgenstrahldetektors 8 mit der Röntgenstrahlquelle 1 verbindet, und der Linie befindet, die den an den Detektor 1' angrenzenden Detektor 2' der Detektoren 8 mit der Röntgenstrahlquelle 1 verbindet, und an einer Stelle liegt, an der der Winkel α der Winkelteilung innen im Verhältnis 1:4 geteilt ist. Die Detektoren i (i = eine Zahl zwischen 1' und 15') der Detektoren 8 in der 1A entsprechen dem Radius R(i) des entsprechenden konzentrischen Kreises, und der Radius R(i) wird wie folgt ausgedrückt, wenn die Zahl i ungerade ist: R(i) = D × sin(α/4 + j × α) (1)
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Wenn die Zahl i gerade ist, lässt sich der Radius R(i) wie folgt ausdrücken: R(i) = D × sin(3 × α/4 + j × α) (2)
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Dabei ist j ein ganzzahliger Teil von (i – 1)/2. Das Maximum im Abstand zwischen den benachbarten konzentrischen Kreisen ist der Abstand ΔR1 zwischen dem Kreis des Röntgenstrahldetektors 1' der Detektoren 8 und dem Kreis des Röntgenstrahldetektors 2' davon, er lässt sich ausdrücken als ΔR1 = D × {sin(3 × α/4) – sin(α/4)} (3)
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Wenn α viel kleiner ist als 1, ist sinα ≈ α, und ΔR1 lässt sich wie folgt annähern: ΔR1 = D × α/2 (4)
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Um die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung zu erhöhen, ist es erforderlich, den Abstand der konzentrischen Kreise, die von der Array-Erfassungseinrichtung 6 erzeugt werden, klein zu machen. Dazu ist es erforderlich, den Winkel α gemäß der Gleichung (4) klein zu machen oder den Abstand D zwischen der Röntgenstrahlquelle 1 und dem Drehzentrum O des Drehtisches klein zu machen. Das Verkleinern des Winkels α ist jedoch durch die physikalische Größe der einzelnen Röntgenstrahldetektoren 8 begrenzt. Andererseits bewirkt das Verkleinern des Abstandes D zwischen der Röntgenstrahlquelle 1 und dem Drehzentrum O des Drehtisches, dass die vom radialen Röntgenstrahl abgedeckte Größe des Objekts 14 klein wird.
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Es wird nun erläutert, wie die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung erhöht werden kann, ohne eine Verringerung in der möglichen Abbildungsgröße des Objekts 14 zu bewirken. Bei dem obigen Tomographieverfahren wird der Drehtisch einmal gedreht, um eine einzige tomographische Abbildung zu erhalten. Es werde nun der Fall betrachtet, dass eine einzige tomographische Abbildung durch zweimalige Drehung des Drehtisches erhalten wird. In diesem Fall ist die Position des Drehzentrums O des Drehtisches bei der ersten Umdrehung verschieden von der für die zweite Umdrehung. Das heißt, dass, wenn sich das Drehzentrum O für die erste Umdrehung an einer Stelle befindet, bei der der Winkel α der Winkelteilung innen im Verhältnis 1:7 geteilt wird, und sich das Drehzentrum O für die zweite Umdrehung an einer Stelle befindet, an der der Winkel α der Winkelteilung innen in einem Verhältnis von 3:5 geteilt wird, der Radius R1(i) des konzentrischen Kreises, der von der Array-Erfassungseinrichtung 6 für die erste Drehung erzeugt wird, wie folgt ausgedrückt wird, wenn die Detektoren 8 durch ungerade Zahlen i bezeichnet werden: R1(i) = D × sin(α/8 + j × α) (5)
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Wenn die Detektoren 8 durch gerade Zahlen i bezeichnet werden, lässt sich der Radius R1(i) wie folgt ausdrücken: R1(i) = D × sin(7 × α/8 + j × α) (6)
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Dabei ist j ein ganzzahliger Teil von (i – 1)/2. Der Radius R1(i) des konzentrischen Kreises ist in der 2 gezeigt. Der Radius R2(i) der konzentrischen Kreise, die von der Array-Erfassungseinrichtung 6 bei der zweiten Drehung erzeugt werden, lässt sich ausdrücken wie folgt, wenn die Detektoren 8 durch ungerade Zahlen i bezeichnet werden: R2(i) = D × sin(3 × α/8 + j × α) (7)
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Wenn die Detektoren 8 durch gerade Zahlen i bezeichnet werden, lässt sich der Radius R2(i) wie folgt ausdrücken: R2(i) = D × sin(5 × α/8 + j × α) (8)
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Dabei ist j ein ganzzahliger Teil von (i – 1)/2. Die konzentrischen Kreise sind in der 3 gezeigt.
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Wenn die bei der ersten Umdrehung erhaltenen konzentrischen Kreise mit denen kombiniert werden, die bei der zweiten Umdrehung erhalten werden, werden konzentrische Kreise wie in der 4 gezeigt erhalten. Bezüglich der konzentrischen Kreise ist der größte Abstand zwischen den konzentrischen Kreisen der Abstand ΔR2 zwischen dem konzentrischen Kreis des Röntgenstrahldetektors 1' der Detektoren 8 bei der ersten Umdrehung und dem konzentrischen Kreis des Röntgenstrahldetektors 1' der Detektoren 8 bei der zweiten Umdrehung. Der Abstand ΔR2 wird wie folgt ausgedrückt: ΔR2 = D × {sin(3 × α/8) – sin(α/8)} (9)
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Wenn α viel kleiner ist als 1, ist der Abstand ΔR2 näherungsweise ΔR2 = D × α/4 (10)
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Wenn die konzentrischen Kreise, die gemäß der Gleichung (10) erhalten werden, mit denen verglichen werden, die gemäß der Gleichung (4) erhalten werden, lässt sich feststellen, dass der Abstand D der konzentrischen Kreise gemäß der Gleichung (10) halb so groß ist wie der nach der Gleichung (4).
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Das gleiche lässt sich anwenden auf die dritte, vierte, ... Umdrehung. Wenn eine einzige tomographische Abbildung mit N Umdrehungen (mit N einer ganzen Zahl gleich 2 oder größer) erhalten werden soll, befindet sich das Drehzentrum O für die m-te Umdrehung (m = 1, 2, ..., N) an einer Stelle, an der der Winkel α der Winkelteilung innen in einem Verhältnis von (2m – 1):(4N – 2m + 1) geteilt wird. Es ist in diesem Fall der Abstand der konzentrischen Kreise, die durch die Array-Erfassungseinrichtung 6 bei N Umdrehungen erhalten werden, gleich 1/N des Abstandes bei einer Umdrehung. Auf diese Weise werden zum Erhalten einer tomographischen Abbildung für eine einzige Schnittebene das zu untersuchende Objekt 14 mehrmals gedreht und die Positionen für das Drehzentrum O sequentiell in der Arrayrichtung der Röntgenstrahldetektoren 8 bei jeder Umdrehung verschoben, wodurch sich die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung erhöhen lässt, ohne die Arrayteilung der Röntgenstrahldetektoren 8 zu verringern.
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Anhand der 5, 6 und 7 wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die 6 ist eine vertikale Schnittansicht der 5. Die vorliegende Ausführungsform umfasst eine Röntgenstrahlquelleneinheit 15, einen Vorkollimator 2, einen Drehtisch 3, eine Verschiebungsvorrichtung 4, einen Kollimator 5, eine Array-Erfassungseinrichtung 6, eine Drehtisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7, eine Röntgenstrahlquellen-Steuervorrichtung 16, eine Bewegungsmechanismussteuerung 17 zum Steuern von Bewegungen wie der Drehung, der Verschiebung und der Auf/Ab-Bewegung des Drehtisches, eine Erfassungsschaltung 18, einen Computer 19, eine Eingabevorrichtung 20 und eine Anzeigevorrichtung 21.
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Die Röntgenstrahlquelleneinheit 15 weist eine Röntgenstrahlquelle 1 zum Erzeugen eines Röntgenstrahles auf, und das Aussenden und Beenden des Röntgenstrahles von der Röntgenstrahlquelleneinheit 15 wird von der Röntgenstrahlquellen-Steuervorrichtung 16 gesteuert. Die Röntgenstrahlquelle 1 in der Röntgenstrahlquelleneinheit 15 kann zum Beispiel eine Röntgenröhre oder ein Elektronenstrahlbeschleuniger sein. Der Vorkollimator 2 besteht aus einem Material wie Blei oder Wolfram, das die Röntgenstrahlen abschirmen kann, und er weist ein Fenster 2A auf, das bewirkt, dass der Röntgenstrahl eine fächerförmige (oder sektorförmige) Strahlform hat.
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Die Array-Erfassungseinrichtung 6 besteht aus einer Vielzahl von Röntgenstrahldetektoren 8, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Detektoren 8 sind Röntgenstrahldetektoren 8 oder Halbleiterdetektoren mit Szintillatoren und Photodioden in Kombination. Der Kollimator 5, der auf der Seite der Array-Erfassungseinrichtung 6 angeordnet ist, auf der die Röntgenstrahlquelleneinheit 15 vorgesehen ist, besteht aus einem Material mit hoher Röntgenstrahlabschirmfähigkeit wie Blei oder Wolfram. Der Kollimator 5 ist darin mit einer Anzahl von Schlitzen 5A ausgebildet. Die Detektoren 8 sind gegenüber den zugehörigen Schlitzen 5A angeordnet. Der Kollimator 5 verhindert, dass Röntgenstrahlen, die am Objekt 14 gestreut werden, in die Detektoren 8 eintreten. Die Schlitze 5A zeigen alle in Richtung der Röntgenstrahlquelle 1 und bestimmen die Richtungen der Röntgenstrahlen, die auf die Detektoren 8 fallen.
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Der Drehtisch 3, auf dem sich das Objekt 14 befindet, weist einen Antrieb zum Drehen des Tisches auf. Die Drehung des Drehtisches 3 bewirkt den Beginn der Aufnahme einer tomographischen Abbildung des Objekts 14. Die Verschiebungsvorrichtung 4 bewegt den Drehtisch 3 in X-Richtung. Die Drehtisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7 wird dazu verwendet, die Verschiebungsvorrichtung 4 auf oder ab zu bewegen. Genauer gesagt, weist die Drehtisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7 vier Drehschrauben 7A auf, die von einem Motor gedreht werden und die sich vertikal erstrecken. Die Drehschrauben 7A stehen mit einem Tisch der Verschiebungsvorrichtung 4 in Eingriff. Die Antriebsvorgänge für den Drehtisch 3, die Verschiebungsvorrichtung 4 und die Drehtisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7 werden durch Steuersignale gesteuert, die von der Bewegungsmechanismussteuerung 17 ausgegeben werden. Die Bewegungsmechanismussteuerung 17 erzeugt, wenn der Drehtisch 3 gedreht wird, für jeden eingestellten Drehwinkel des Drehtisches 3 einen Impuls. Die Impulse werden als Auslösesignale für die Röntgenstrahlerzeugung und als Gatesignale für die Erfassungsschaltung 18 zur Aufnahme der Erfassungssignale von den Detektoren 8 verwendet. Als Auslösesignal für die Röntgenstrahlerzeugung wird dieser Impuls von der Bewegungsmechanismussteuerung 17 zur Röntgenstrahlquellen-Steuerschaltung 16 gesendet. Als Gatesignal zur Aufnahme der Erfassungssignale von den einzelnen Röntgenstrahldetektoren 8 wird der Impuls von der Bewegungsmechanismussteuerung 17 zur Erfassungsschaltung 18 gesendet.
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Die Erfassungsschaltung 18 verstärkt die von den Röntgenstrahldetektoren 8 erhaltenen analogen Erfassungssignale, wandelt sie in digitale Signale um und gibt sie dann an den Computer 19 aus. Der Computer 19 erzeugt mit vorgegebenen Operationen auf der Basis der erhaltenen digitalen Erfassungssignale eine tomographische Abbildung. Die erhaltene tomographische Abbildung wird auf der Anzeigeeinheit 21 dargestellt und kann, falls erforderlich, auf einem Drucker (nicht gezeigt) ausgedruckt werden.
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Anhand des Flussdiagramms der 7 wird nun erläutert, wie bei der vorliegenden Ausführungsform eine tomographische Abbildung erhalten wird. Das Flussdiagramm zeigt, wie eine tomographische Abbildung für eine Schnittebene des Objekts 14 durch zweimaliges Drehen des Drehtisches 3 erhalten wird. Es wird angenommen, dass die Höhe der tomographischen Schnittebene des Objekts 14 einer Höhe vom Drehtisch 3 bis zu einer Stelle 100 mm darüber entspricht. Der Bediener stellt die verschiedenen Parameter ein, die für die Aufnahme der tomographischen Abbildung des Objekts 14 erforderlich sind (Schritt 30). Die Parameter umfassen die Höhenposition (100 mm in diesem Beispiel) der tomographischen Schnittebene und die Anzahl der Umdrehungen (zwei in diesem Beispiel), die für die Aufnahme der tomographischen Abbildung in einer Schnittebene erforderlich ist. Der Bediener gibt diese Parameter an der Eingabevorrichtung 20 in den Computer 19 ein. Der Computer 19 berechnet unter Verwendung der im Schritt 30 eingestellten Parameter die Position des Drehzentrums O des Drehtisches 3 für die erste Umdrehung und die Position des Drehzentrums O davon für die zweite Umdrehung (Schritt 31). Wie oben erwähnt, befindet sich das Drehzentrum O des Drehtisches 3 bei der ersten Umdrehung an einer Stelle, an der der Winkel α der Winkelteilung innen im Verhältnis 1:7 geteilt ist, während sich das Drehzentrum O des Drehtisches 3 bei der zweiten Umdrehung an einer Stelle befindet, an der der Winkel α der Winkelteilung innen im Verhältnis 3:5 geteilt ist. Der Computer 19 gibt die eingestellte Höhenposition der tomographischen Schnittebene und die Positionen des Drehzentrums O bei der ersten und der zweiten Umdrehung, die im Schritt 31 berechnet wurden, an die Bewegungsmechanismussteuerung 17 (Schritt 32).
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Die Bewegungsmechanismussteuerung 17 steuert auf der Basis der Position für das Drehzentrum O bei der ersten Umdrehung die Verschiebungsvorrichtung 4 so, dass der Drehtisch 3 durch das Ansteuern der Verschiebungsvorrichtung 4 zu der Position des Drehzentrums O bei der ersten Umdrehung bewegt wird (Schritt 33). Im Schritt 33 steuert die Bewegungsmechanismussteuerung 17 die Drehtisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7 (genauer, deren Motor) derart, dass die Drehung der Drehschrauben 7A bewirkt, dass sich der Drehtisch 3 vertikal nach oben oder unten bewegt, wodurch die tomographische Schnittebene der Objekts 14 auf die eingestellte Höhenposition gebracht wird.
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Danach wird der Drehtisch 3 zur Messung und zur Aufnahme der Erfassungssignale durch die Erfassungsschaltung 18 gedreht (Schritt 34). Dabei wird die Messung so ausgeführt, wie es im folgenden beschrieben ist. Die Bewegungsmechanismussteuerung 17 gibt ein Steuersignal zum Drehen des Drehtisches 3 aus. Wenn sich der Drehtisch 3 dreht, erzeugt die Bewegungsmechanismussteuerung 17 für jeden eingestellten Drehwinkel des Drehtisches 3 einen Impuls. Der Impuls wird als Auslösesignal für die Röntgenstrahlerzeugung zu der Röntgenstrahlquellen-Steuervorrichtung 16 gesendet. Die Röntgenstrahlquellen-Steuervorrichtung 16 gibt bei Erhalt des Auslösesignals ein Signal an die Röntgenstrahlquelle 1, das bewirkt, dass die Röntgenstrahlquelle 1 einen Röntgenstrahl aussendet. Der Röntgenstrahl läuft durch die Schnittebene des Objekts 14 mit der eingestellten Höhenposition und wird dann von den einzelnen Röntgenstrahldetektoren 8 erfasst. Die Röntgenstrahldetektoren 8 geben ihre Erfassungssignale ab.
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Der obige Impuls wird als Gatesignal für die Aufnahme der Erfassungssignale von der Bewegungsmechanismussteuerung 17 zur Erfassungsschaltung 18 gegeben. Die Erfassungsschaltung 18 nimmt, wenn sie das Gatesignal erhält, die Erfassungssignale von den einzelnen Röntgenstrahldetektoren 8 auf. Die Erfassungsschaltung 18 verstärkt die analogen Erfassungssignale, wandelt sie in digitale Signale um und sendet die digitalen Signale zum Computer 19. Diese Operationen werden wiederholt, bis der Drehtisch 3 eine Umdrehung ausgeführt hat. Wenn der Drehtisch 3 eine Umdrehung ausgeführt hat, ist die Messung am Objekt 14 für die erste Umdrehung beendet. Da zwischen der Aussendung der Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle 1 und der Aufnahme der Erfassungssignale durch die Erfassungsschaltung 18 durch die für jeden vorgegebenen Drehwinkel erzeugten Impulse Synchronismus besteht, können die Erfassungssignale für die Röntgenstrahlen, die durch das Objekt 14 gelaufen sind, wirkungsvoll aufgenommen werden. Da außerdem das Aussenden der Röntgenstrahlen auf der Basis der Impulse (der Auslösesignale) erfolgt, die für jeden vorgegebenen Drehwinkel erzeugt werden, wird eine nutzlose Emission der Röntgenstrahlen vermieden.
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Nach dem Ende der Messung für die erste Umdrehung bewegt die Bewegungsmechanismussteuerung 17 wie im Schritt 33 auf der Basis der Position für das Drehzentrum O für die zweite Umdrehung den Drehtisch 3 zu der Position des Drehzentrums O bei der zweiten Umdrehung (Schritt 35). Da die Höhenposition der tomographischen Schnittebene des Objekts 14 bei der zweiten Umdrehung die gleiche ist wie bei der ersten Umdrehung, erfolgt keine Steuerung der Einstellung der Höhenposition der tomographischen Schnittebene wie im Schritt 34. Der Drehtisch 3 wird einmal gedreht, so dass wie im Schritt 34 die Erfassungsschaltung 18 die Erfassungssignale aufnimmt und die aufgenommenen Signale zum Computer 19 führt (Schritt 36).
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Auf der Basis der (nach der Verstärkung und der Analog/Digital-Umwandlung) von den Röntgenstrahldetektoren 8 in den Schritten 34 und 36 aufgenommenen digitalen Signale führt der Computer 19 für die tomographische Abbildung in der tomographischen Schnittebene des Objekts 14 in der eingestellten Höhenposition Rekonstruktionsoperationen aus (Schritt 37). Der Computer 19 stellt auch eine Einrichtung zum Ausführen von Rekonstruktionsoperationen für die tomographische Abbildung dar. Die rekonstruierte tomographische Abbildung wird vom Computer 19 zur Anzeigeeinheit 21 gesendet (Schritt 38). Diese Operationen werden an einer Mehrzahl von Höhen wiederholt, an denen tomographische Abbildungen des Objekts 14 erhalten werden sollen.
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Die Operationen der Schritte 37 und 38 können nach dem Ende der Operationen der Schritte 30 bis 36 für die Mehrzahl von Höhen des Objekts 14 ausgeführt werden. Es können also auch tomographische Abbildungen von Schnittebenen des Objekts 14 erhalten werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Drehtisch 3 gedreht, wobei die Position des Drehzentrums O bezüglich einer Schnittebene des Objekts 14 verschoben wird, so dass die tomographische Abbildung der Objekts 14 in der Schnittebene anhand der von den Röntgenstrahldetektoren 8 ausgegebenen digitalen Signale über eine Anzahl von Umdrehungen (zwei Umdrehungen bei der vorliegenden Ausführungsform) rekonstruiert wird. Entsprechend kann bei der vorliegenden Ausführungsform die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung erhöht erden, ohne dass sich die Winkelteilung der Röntgenstrahldetektoren 8 verringert.
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Anhand der 8, 9 und 10 wird ein Röntgenstrahl-CT-System gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die 9 ist eine vertikale Schnittansicht der 8. Die vorliegende Ausführungsform ist so aufgebaut, dass sich die Röntgenstrahlquelleneinheit 15, der Kollimator 5 und die Array-Erfassungseinrichtung 6 um das Objekt 14 drehen können, ohne dass eine Drehung des Objekts 14 erfolgt.
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Ein Drehgestell 22 mit Rädern trägt an seiner Oberseite eine Verschiebungsvorrichtung 25 für eine Röntgenstrahlquelleneinheit 15 und eine Verschiebungsvorrichtung 26 für einen Kollimator 5 und eine Array-Erfassungseinrichtung 6. Ein bewegliches Gestell 23, das mittels der Verschiebungsvorrichtung 25 eine Verschiebungsbewegung ausführt, trägt die Röntgenstrahlquelleneinheit 15 und den Vorkollimator 2. Ein bewegliches Gestell 24, das mittels der Verschiebungsvorrichtung 26 eine Verschiebungsbewegung ausführt, trägt den Kollimator 5 und die Array-Erfassungseinrichtung 6. Auf einem Längstisch 27 ist ein feststehender Tisch 3A angebracht. Der Mittelpunkt des feststehenden Tisches 3A fällt mit dem Drehzentrum O des Drehgestells 22 zusammen. Das zu untersuchende Objekt 14 befindet sich auf dem feststehenden Tisch 3A. Eine Tisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7B weist vier Drehschrauben 7A auf, die von einem Motor gedreht werden und die sich vertikal erstrecken. Die Drehschrauben 7A stehen mit dem Längstisch 27 in Eingriff.
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Es ist zwar nicht dargestellt, aber auch die vorliegende Ausführungsform umfasst wie die Ausführungsform der 5 eine Bewegungsmechanismussteuerung 17, eine Erfassungsschaltung 18, einen Computer 19, eine Eingabevorrichtung 20 und eine Anzeigevorrichtung 21. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine tomographische Abbildung in einer Schnittebene des Objekts 14 durch Drehen des Drehgestells 22 aufgenommen. Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Bewegungsmechanismussteuerung 17 das Drehgestell 22 und die Verschiebungsvorrichtungen 25 und 26.
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Die 10 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern der Operationen, wenn mit dem System der 8 eine tomographische Abbildung aufgenommen wird.
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Im Schritt 40 gibt der Bediener Parameter wie die Höhe der tomographischen Schnittebene und die Anzahl der Umdrehungen des Drehgestells für die Aufnahme eines Bildes der tomographischen Abbildung in einer Schnittebene ein.
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Im Schritt 41 berechnet der Computer die Positionen der beweglichen Gestelle 23 und 24 für die erste Umdrehung.
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Im Schritt 42 berechnet der Computer die Positionen der beweglichen Gestelle 23 und 24 für die zweite Umdrehung.
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Das heißt im wesentlichen, dass die Positionen der Röntgenstrahlquelleneinheit 15 und des Vorkollimators 2 und die Positionen des Kollimators 5 und der Array-Erfassungseinrichtung 6 für die erste und die zweite Umdrehung berechnet werden. Die Positionen sind die Positionen des Längstisches in dessen Längsrichtung (X-Richtung), es sind bezüglich der Mittelpunktsposition des feststehenden Tisches 3A Relativpositionen. Die Positionen der beweglichen Gestelle 23 und 24 für die erste Umdrehung werden so eingestellt, dass der Winkel α der Winkelteilung innen durch die Mittelpunktsposition des feststehenden Tisches 3A im Verhältnis von 1:7 geteilt wird, während die Positionen der beweglichen Gestelle 23 und 24 für die zweite Umdrehung so eingestellt werden, dass der Winkel α der Winkelteilung innen durch die Mittelpunktsposition des feststehenden Tisches 3A im Verhältnis von 3:5 geteilt wird.
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Im Schritt 43 werden die Berechnungsergebnisse zu der Bewegungsmechanismussteuerung 17 gegeben.
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Im Schritt 44 steuert die Bewegungsmechanismussteuerung 17 die Verschiebungsvorrichtungen 25 und 26 so an, dass sich die beweglichen Gestelle 23 und 24 in die Positionen für die erste Umdrehung bewegen. Die Tisch-Anhebe/Absenkvorrichtung 7B bewegt den feststehenden Tisch 3A vertikal derart, dass sich die tomographische Schnittebene des Objekts 14 in der eingestellten Höhenposition befindet.
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Im Schritt 45 wird zur Ausführung der Messung während einer Umdrehung des Drehgestells 22 Strahlung auf das zu untersuchende Objekt 14 eingestrahlt. Die Erfassungsschaltung 18 nimmt dabei die digitalen Signale auf.
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Im Schritt 46 steuert die Bewegungsmechanismussteuerung 17 die Verschiebungsvorrichtungen 25 und 26 so an, dass sich die beweglichen Gestelle 23 und 24 in die Positionen für die zweite Umdrehung bewegen.
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Im Schritt 47 wird wie bei der ersten Umdrehung zur Ausführung der Messung während einer Umdrehung des Drehgestells 22 Strahlung auf das zu untersuchende Objekt 14 eingestrahlt.
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Im Schritt 48 werden die bei der zweiten Umdrehung erhaltenen Abbildungsdaten zu einem einzigen tomographischen Abbild zusammengesetzt und dann auf der Anzeigeeinheit dargestellt (Schritt 49).
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, da das Drehgestell 22 mit den bezüglich der Mittelpunktsposition des feststehenden Tisches 3A verschobenen Positionen für die beweglichen Gestelle 23 und 24 für eine Schnittebene des Objekts 14 gedreht wird, die von den Röntgenstrahldetektoren 8 ausgegebenen digitalen Signale, die für eine Anzahl von Umdrehungen (zwei bei der vorliegenden Ausführungsform) des Drehgestells 22 erhalten werden, dazu verwendet, das digitale Signal zu einer tomographischen Abbildung der Schnittebene des Objekts 14 zusammenzusetzen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann daher die räumliche Auflösung der tomographischen Abbildung erhöht werden, ohne dass sich die Winkelteilung der Röntgenstrahldetektoren 8 verringert.