DE19962399A1

DE19962399A1 - Röntgenziel-Zentrierungseinrichtung für ein radiographisches Bildgebungssystem

Info

Publication number: DE19962399A1
Application number: DE19962399A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Alan Kautzer; Richard Aufrichtig
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2000-07-06
Also published as: US6149301A

Abstract

Es wird eine Einrichtung zum richtigen Zentrieren und/oder Kollimieren eines Röntgenbündels in bezug auf ein Ziel angegeben, das radiographisch abgebildet werden soll. Ein Feldbegrenzer ist zwischen einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor in einer Lage angeordnet, wo das Ziel angeordnet werden soll. Der Feldbegrenzer weist zwei Anschläge auf, zwischen denen das Ziel angeordnet werden kann, und die Anschläge können relativ zueinander horizontal angeordnet werden, um in Anlage mit dem Ziel angeordnet zu werden. Ein Sensor in Verbindung mit den Anschlägen erzeugt ein Signal, das von dem Abstand zwischen den Anschlägen abhängig ist, und eine Steuerung verwendet dieses Signal, um die Röntgenquelle einzustellen, damit sie Strahlung in einer gewünschten Fläche in bezug auf das Feld zwischen den Anschlägen emittiert. Als ein Beispiel kann ein Ziel zwischen den Anschlägen angeordnet werden, wobei die Anschläge in eine Anlage mit dem Ziel eingestellt werden können, und die Röntgenquelle wird dann kollimiert, um ein Strahlungsbündel zu emittieren, das nur auf das Ziel zwischen den Anschlägen auftrifft.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf radiographische Bildgebungssysteme und insbesondere auf Einrichtungen und Verfahren zum richtigen Lokalisieren von Zielen, die in derartigen Systemen bildlich abgebildet werden sollen.

Die klassische Radiographie oder das "Röntgen"-Bild wird dadurch erhalten, daß ein abzubildendes Ziel zwischen einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor angeordnet wird, der aus einem fotografischen Film hergestellt ist. Emittierte Röntgenstrahlen treten durch das Ziel hindurch, um den Film zu belichten, und der Belichtungsgrad an den verschiedenen Punkten auf dem Film werden weitgehend durch die Dichte des Ziels entlang der Bahn der Röntgenstrahlen bestimmt.

Es nun üblich, digitale Festkörper- Röntgendetektoren zu verwenden, z. B. eine Anordnung bzw. ein Array von Schaltelementen und Photodioden anstelle von Filmdetektoren. Die Ladungen, die durch die Röntgenstrahlen an verschiedenen Punkten des Detektors erzeugt werden, werden gelesen und verarbeitet, um ein digitales Bild von dem Ziel in elektronischer Form zu generieren, anstelle eines analogen Bildes auf einem fotografischen Film. Die digitale Bildgebung ist vorteilhaft, weil das Bild später elektronisch an andere Orte übertragen, diagnostischen Algorithmen unterworfen werden kann, um die Eigenschaften des abgebildeten Ziel zu ermitteln, usw.

Sowohl in analogen als auch digitalen radiographischen Bildgebungssystemen besteht ein übliches Erfordernis darin, das Ziel relativ zu der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor richtig zu positionieren. Dies gilt insbesondere für Fälle, wo die physikalischen Abmessungen des Zieles den Abmessungen des Röntgendetektors angenähert sind. Aus Gründen der Effizienz ist es wünschenswert, die bildgebende Einrichtung so zu zentrieren, daß das Bild um die interessierende Fläche auf dem Ziel zentriert ist, und es ist auch wünschenswert, die emittierte Strahlung zu kollimieren, um nur so viel Fläche auf dem Ziel und seinen Umgebungen zu überdecken, wie es notwendig ist. Dies gilt insbesondere in dem Fall von digitalen Bildgebern, wo unkollimierte Strahlung, die das Ziel verfehlt, auf den Detektor auftreffen kann, um ihn zu sättigen. Dies kann möglicherweise den digitalen Detektor für ausgedehnte Zeitperioden ungeeignet machen bzw. ausschalten.

Um die vorgenannten Probleme zu überwinden, wird die Zentrierung des Zieles im allgemeinen durch die Verwendung von einer Lichtquelle auf der Röntgenquelle herbeigeführt. Die Lichtquelle ist kollimiert, um ein Lichtbündel, das im allgemeinen koinzident mit dem Strahlungsbündel ist, zu projizieren. Somit kann ein Techniker die Lage des Zieles innerhalb des Lichtbündels einstellen und/oder die Strahlung und die Lichtbündel in bezug auf das Ziel kollimieren, um so das Ziel nach Wunsch zu zentrieren. Jedoch können immer noch Zielfehler auftreten aufgrund der Schwierigkeiten bei der Bestimmung der präzisen Begrenzungen des Lichtbündels und ähnlichen Faktoren. Es besteht somit ein Bedarf für verbesserte Zieleinrichtungen und -verfahren.

Die Erfindung ist auf einen Feldbegrenzer für ein radiographisches Bildgebungssystem gerichtet. Der Feldbegrenzer stellt das Strahlungsbündel ein, das von einer Röntgenquelle geliefert wird, um in ein gewünschtes Feld um ein abzubildendes Ziel herum zu fallen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung enthält der Feldbegrenzer zwei Anschläge, wobei wenigstens ein Anschlag in bezug auf den anderen Anschlag horizontal einstellbar ist. Die Anschläge können dadurch auf gegenüberliegenden Seiten von dem Ziel angeordnet werden. Diese Anschläge sind auf horizontal orientierten Armen vorgesehen, wobei wenigstens ein Arm in bezug auf den anderen bewegbar ist, um seinen Anschlag in bezug auf den Anschlag auf dem anderen Arm neu zu positionieren. Ein Sensor, der ein Signal in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den Anschlägen erzeugt, ist dann neben wenigstens einem der Arme angeordnet. Dieser Sensor kann in der Form von einem rotierenden Teil vorgesehen sein, das an wenigstens einem der Arme angreift, z. B. ein mit Zähnen versehenes Transportrad, wobei das Sensorsignal von der Drehung des umlaufenden Teils abhängt. Die Röntgenquelle kollimiert dann das Strahlungsbündel gemäß dem Sensorsignal, um Röntgenstrahlen über einem Zielfeld zu liefern, das zwischen den Anschlägen zentriert ist, wobei dieses Zielfeld eine Größe hat, die von dem Sensorsignal abhängig ist. So kann beispielsweise der Feldbegrenzer zwischen einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor angeordnet sein, und ein Ziel kann zwischen seinen Anschlägen angeordnet sein. Die Röntgenquelle wird kollimiert, um Röntgenstrahlen auf das gewünschte Feld um da Ziel herum zu projizieren, dessen horizontale Begrenzungen durch die Anschläge begrenzt sind.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Grundausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Teilschnitt von der Einrichtung gemäß Fig. 1 und zeigt das Gehäuse 12 mit dem Feldbegrenzer 10 im Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Teil von einer Röntgenquelle (z. B. ein Kollimator auf einer Röntgenröhre) bei 100 dargestellt, und ihr Röntgendetektor ist bei 102 dargestellt. Wenn eine radiographische Bildgebung ausgeführt wird, ist ein Ziel (in den Figuren nicht gezeigt) zwischen der Röntgenquelle 100 und dem Detektor 102 angeordnet, gewöhnlich sehr nahe dem Detektor 102, so daß das von der Quelle 100 gelieferte Röntgenbündel das Ziel schneidet und von dem Detektor 102 gesammelt wird. Das Strahlungsbündel ist in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 104 dargestellt, die an der geometrischen Mitte von dem Strahlungsbündel angeordnet ist.

Wie oben ausgeführt wurde, ist es wünschenswert, ein Ziel in bezug auf den Strahl 104 während der Bildgebung richtig zu zentrieren, so daß nur die Bereiche von Interesse innerhalb des Zieles abgebildet werden, und so daß die Strahlungsdosis, die an das Ziel geliefert wird, nicht größer als notwendig ist. Ferner ist es bei der digitalen Bildgebung und wo das Ziel ein menschlicher Körper ist, z. B. soll eine Röntgenaufnahme vom Brustkorb gemacht werden, besonders wichtig, daß das Ziel horizontal innerhalb des Bündels zentriert ist, da derartige horizontale Versetzungen mit größerer Wahrscheinlichkeit eine "Roh"-Strahlung zur Folge haben, die auf den Detektor 102 auftreffen und ihn sättigen. Da der menschliche Körper im allgemeinen größer als breit ist, haben vertikale Versetzungsfehler eine geringere Wahrscheinlichkeit, daß das Strahlungsbündel auf den Detektor 102 fällt.

Fig. 1 und 2 stellen einen Feldbegrenzer 10 dar, der ein Gehäuse 12 aufweist, von dem zwei Arme 14 und 16 ausgehen. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise auf der Wand oder einer anderen Stütze angeordnet, auf der der Detektor 102 angeordnet ist, so daß die Arme 14 und 16 in Ebenen zwischen der Quelle 100 und dem Detektor 102 ausgerichtet sind. Zusätzlich ist das Gehäuse 12 vorzugsweise etwas oberhalb von dem Detektor 102 (wie es in Fig. 1 gezeigt ist) oder ansonsten im wesentlichen außerhalb der Bahn des Strahlungsbündels angeordnet, so daß er (und vorzugsweise auch die Arme 14/16) keine Streuung in dem Strahlungsbündel bewirken und/oder auf andere Weise das Bild stören. Somit könnten als eine Alternative zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung das Gehäuse 12 und seine Arme 14/16 statt dessen unterhalb des Detektors 102 und unter der Bahn des Strahlungsbündels angeordnet sein. Wenn es jedoch gewünscht wird, könnte das Gehäuse 12 innerhalb der Bahn des Strahlungsbündels ruhen, solange es die Bildgebung nicht in unzulässiger Weise stören würde.

Es wird nun auf Fig. 2 eingegangen, wonach in dem Gehäuse 12 die Arme 14 und 16 verschiebbar auf Lagern 18 angebracht sind (oder anderen Abstützungen, die eine Bewe gung der Arme 14 und 16 gestatten), um ein horizontales Aus- und Einfahren in Ebenen zu erlauben, die im allge meinen parallel zu der Fläche des Detektors 102 sind. Die Arme 14 und 16 enden jeweils in Anschlägen 20, die vorzugs weise von den Ebenen nach außen vorstehen, wobei sich die Arme 14 und 16 so bewegen, daß ein Ziel zwischen den Anschlägen 20 angeordnet werden kann. In dem Fall, wo der Feldbegrenzer 10 oberhalb des Detektors 102 angeordnet ist (wie in den Figuren, anstatt daß die unterhalb oder an seinen Seiten angeordnet ist), erstrecken sich die Anschläge 20 auch nach unten, damit das Ziel dazwischen ruhen kann.

Wie am besten in Fig. 2 dargestellt ist, ist das rotierende Teil 22 zwischen den Armen 14 und 16 angeordnet, um gegen sie zu drücken, wodurch die Arme 14 und 16 verbunden werden, um in entgegengesetzter Weise aus- und einzufahren. Wenn also der eine Anschlag 20 horizontal nach innen oder außen bewegt wird, tut dies der andere Anschlag 20 ebenfalls. Zwar kann das rotierende Teil 22 die Form von einem einfachen Rad haben, das gegen die Arme 14 und 16 rollt, aber vorzugsweise enthält es eine Struktur, die sicher an den Armen 14 und 16 angreift, um sie in einer zusammenwirkenden Art und Weise zu verbinden; somit ist das rotierende Teil 22 vorzugsweise in der Form von einem Transportrad oder Zahnrad ausgebildet, das an den Armen angreifende Zähne 24 trägt. Wenn, als Ergebnis, ein Ziel, wie beispielsweise ein menschlicher Körper, zwischen den Anschlägen 20 angeordnet ist, bewirkt das Schieben von dem einen Anschlag 20 nach innen, um an dem Körper anzuliegen, daß sich der andere Anschlag 20 ebenfalls nach innen in Richtung auf das Ziel bewegt. Die Anschläge 20 und/oder das Ziel können bewegt werden, bis beide Anschläge 20 in einer Anlage mit den gegenüberliegenden Seiten von dem Ziel ruhen. Aus Gründen, die nachfolgend näher erläutert werden, ist das rotierende Teil 22 vorzugsweise horizontal zen triert, so daß die Arme 14 und 16 miteinander verbunden sind, um sich symmetrisch um und äquidistant von der Achse 26 (in Fig. 1 gezeigt) zu bewegen, die die horizontale Mitte von dem Strahlungsbündel 104 schneidet.

Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, ist das rotierende Teil 22 mit einem Sensor 28 verbunden, der ein Sensorsignal erzeugt, das von der Rotation des rotierenden Teils 22 und deshalb von der horizontalen Lage der Arme 14 und 16 in bezug auf die Achse 26 abhängig ist. Der Sensor 28 kann verschiedene Formen annehmen, z. B. ein Potentiometer, ein Drehwellenkodierer, ein Wellenaufnehmer in Verbindung mit einem Pulszähler, usw.

Das Signal von dem Sensor 28 wird entlang einer Leitung 30 an eine Steuerung 32 geliefert, die ihrerseits mit der Röntgenquelle 100 verbunden ist. Die Steuerung 32 verwendet das Signal von dem Sensor 28, um die Quelle 100 so einzustellen, daß das Strahlungsfeld der Quelle 100 innerhalb der Anschläge 20 von dem Feldbegrenzer 10 ruht. Wenn der Abstand von Quelle zu Bild, wobei der Abstand SID genannt wird, d. h. der Abstand von der Quelle 100 zum Detektor 102, fest ist, ist die Relation zwischen der Breite von den Anschlägen 20 des Feldbegrenzers und der Breite von dem kollimierten Strahlungsfeld genau definiert und das Strahlungsfeld kann zwischen den Anschlägen 20 zentriert werden, indem einfach die Kollimation der Quelle 100 eingestellt wird. Wenn jedoch der SID variable ist (d. h. wenn der Abstand zwischen der Quelle 100 und dem Detektor 102 variable ist), können der SID und/oder die Kollimation verändert werden, um das Strahlungsfeld zwischen den Anschlägen zu zentrieren. Der Sensor 28 und die Steuerung 32 können in analoger oder digitaler Form vorgesehen sein. In dem Fall von einem digitalen Bildgebungssystem kann die Steuerung 32 innerhalb (oder in Verbindung mit) der Prozessoren vorgesehen sein, die zur Bildverarbeitung vorgesehen sind, oder sie könnte statt dessen getrennt ausgebildet sein.

Wenn in Folge der vorgenannten Anordnung die Anschläge 20 an einem Ziel anliegen, ist die Quelle 100 eingestellt, um ein Strahlungsbündel zu liefern, das um das Ziel herum zentriert ist, und wobei seine Begrenzungen mit denjenigen des Ziels zusammenfallen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispiele oben beschrieben und gezeigt sind, um unterschiedliche mögliche Merkmale der Erfindung und unterschiedliche Wege darzustellen, in denen diese Merkmale kombiniert werden können. Abgesehen von der Kombination der verschiedenen Merkmale der obigen Ausführungsbeispiele auf verschiedenen Wegen sind noch andere Abwandlungen zu betrachten, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Es folgt eine nicht abschließende Liste von derartigen Abwandlungen.

Erstens ist zwar in der obigen Beschreibung erläutert, daß das Strahlungsbündel kollimiert ist, um zwischen die Anschläge 20 zu projizieren, um die horizontale Ausdehnung von dem Ziel zu überdecken, statt dessen könnten aber die Steuerung 32 und/oder die Quelle 100 so eingestellt sein, daß das Strahlungsbündel eine etwas andere Relation in bezug auf die Anschläge 20 hat, z. B. könnte es leicht innerhalb der Anschläge 20, leicht außerhalb der Anschläge 20 usw. ruhen.

Als zweites muß der Sensor 28 nicht in der Form von einem Sensor mit Drehverschiebung vorgesehen sein, der mit dem rotierenden Teil 22 verbunden ist und eine Rotation abtastet, sondern er könnte statt dessen eine lineare Verschiebung abtasten. Als ein Beispiel könnte der Sensor 28 mit dem einen oder beiden Armen 14 und 16 verbunden sein, um deren horizontale Bewegung abzutasten. Es gibt zahlreiche Wege, um eine derartige Anordnung auszubilden, z. B. induktive Annäherungssensoren, die eine Struktur detektieren, die auf dem einen oder mehreren der Arme 14 und 16 ausgebildet ist, optische Sensoren, die Aperturen oder andere optisch bestimmte Flächen auf den Armen detektieren, usw.

Drittens sind zwar die Arme 14 und 16 als sich symmetrisch bewegend und äquidistant um die horizontale Mitte von dem Strahlungsfeld beschrieben (gezeigt durch die gestrichelte Linie 26), es ist aber auch möglich, den einen Arm in einer festen Position in bezug auf den Detektor auszubilden und nur den anderen Arm bewegbar zu machen. In diesem Fall würde der Sensor ein Signal in Abhängigkeit von der Verschiebung des sich bewegenden Arms/Anschlags liefern, und der unbewegbare Arm könnte einfach als ein Teil von dem Gehäuse und/oder der Halterungsstruktur für den Detektor vorgesehen sein. Anders als bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel würde die Mitte des Feldes zwischen den Anschlägen bewegbar sein. Deshalb müßte der Kollimator diesen Zustand berücksichtigen und nur die Expansion oder Reduktion von dem projizierten Strahlungsbündel in einer Fläche zu einer Seite von dem unbewegbaren Anschlag gestatten. Alternativ könnte die Quelle 100 auf einem geradlinigen Betätigungsglied angebracht sein, das eine Rückführung von der Steuerung 32 empfängt und die Quelle 100 horizontal trägt, so daß ihr Bündel immer zwischen den Anschlägen zentriert ist.

Claims

1. Radiographisches Bildgebungssystem enthaltend:

a) zwei Anschläge (20), von denen wenigstens der eine Anschlag in in bezug auf den anderen Anschlag horizontal positionierbar ist,
b) einen Sensor (28) zum Liefern eines Sensorsignals in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den Anschlägen (20),
c) eine Röntgenquelle (100) zum Liefern von Röntgenstrahlen über einem Zielfeld mit einer Feldgröße, die von dem Sensorsignal abhängig ist.

2. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei ferner zwei parallele Arme (14, 16) vorgesehen sind, und auf jedem Arm einer der Anschläge (20) angeordnet ist.

3. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 2, wobei ein rotierendes Teil (22) zwischen den Armen (14, 16) angeordnet ist.

4. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei das rotierende Teil (22) Zähne (24) trägt, die mit den Armen (14, 16) in Eingriff sind.

5. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei das Sensorsignal von der Rotation des rotierenden Teils (22) abhängig ist.

6. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Zielfeld zwischen den Anschlägen (20) angeordnet ist.

7. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anschläge (20) dazwischen sich einen Raum bilden und zwischen den Anschlägen ein Röntgenziel angeordnet werden kann.

8. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei ferner ein Röntgendetektor (102) vorgesehen ist und die Anschläge (20) zwischen der Röntgenquelle (100) und dem Röntgendetektor (102) angeordnet sind.

9. Radiographisches Bildgebungssystem enthaltend:

a) zwei Arme (14, 16), die für eine entgegengesetzte Bewegung in horizontaler Richtung verbunden sind,
b) einen Sensor (28), der neben wenigstens einem der Arme angeordnet ist, wobei der Sensor ein Sensorsignal liefert, das von der horizontalen Lage von wenigstens einem der Arme abhängig ist,
c) eine Röntgenquelle (100), die mit dem Sensor (28) in Verbindung steht und von diesem ein Sensorsignal empfängt, wobei die Röntgenquelle (100) Röntgenstrahlen über einem Zielfeld liefert, dessen Größe von dem Sensorsignal abhängig ist.

10. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 9, wobei ein rotierendes Teil (22) vorgesehen ist, das an wenigstens einem der Arme (14, 16) angreift.

11. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 10, wobei das rotierende Teil (22) Zähne (24) trägt, die an wenigstens einem der Arme angreifen.

12. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 10, wobei das Sensorsignal von der Rotation des rotierenden Teils abhängig ist.

13. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 9, wobei die Arme (14, 16) in im wesentlichen gemeinsamen Ebenen angeordnet sind und die Anschläge (20) von diesen Ebenen nach außen vorstehen.

14. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 9, wobei die Anschläge (20) zwischen sich einen Raum bilden und ein Röntgenziel innerhalb dieses Raumes angeordnet werden kann.

15. Radiographisches Bildgebungssystem enthaltend:

a) eine Röntgenquelle (100),
b) einen Röntgendetektor (102),
c) einen Feldbegrenzer (10), der zwischen der Röntgenquelle (100) und dem Röntgendetektor (102) angeordnet ist, wobei der Feldbegrenzer (10) enthält:
- 1. zwei horizontal im Abstand angeordnete Anschläge (20), wobei die Anschläge für eine horizontale Bewegung in entgegengesetzter Richtung verbunden sind,
- 2. einen Sensor (28), der mit der Röntgenquelle in Signalverbindung ist, wobei das Signal von der horizontalen Lage von wenigstens einem der Anschläge abhängig ist.

16. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 15, wobei:
die Röntgenquelle (100) einen Röntgenkollimator aufweist und
der Sensor (28) mit dem Röntgenkollimator in Signalverbindung ist, wodurch die von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlen durch den Röntgenkollimator kollimiert werden, um in einem Zielfeld empfangen zu werden, das zwischen den Anschlägen (20) gebildet ist.

17. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 15, wobei zwei parallele Arme (14, 16) vorgesehen sind, auf denen jeweils einer der Anschläge angeordnet ist.

18. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 17, wobei ein rotierendes Teil (22) vorgesehen ist, das an den Armen (14, 16) angreift.

19. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 18, wobei das Sensorsignal von der Rotation des rotierenden Teils (22) abhängig ist.

20. Radiographisches Bildgebungssystem nach Anspruch 15, wobei die Anschläge (20) zwischen sich einen Raum bilden, wobei ein Röntgenziel zwischen den Anschlägen angeordnet werden kann.