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Dokumentenidentifikation DE102005024892B3 28.09.2006
Titel Gantry zur Aufnahme einer Röntgenquelle und Verfahren zur Überprüfung eines Prüfteils mittels Röntgenstrahlung
Anmelder YXLON International Security GmbH, 22453 Hamburg, DE
Erfinder Harding, Geoffrey, Dr., 22547 Hamburg, DE
Vertreter DTS München Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 31.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024892
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.09.2006
IPC-Hauptklasse G01N 23/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 23/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05G 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61B 6/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung befasst sich mit einer Gantry 1 zur Aufnahme einer Röntgenquelle 4, mit einer Rotationsachse, mit einem Transmissionsdetektor 2, der sich entlang der Innenfläche der Gantry 1 erstreckt, und mit einem ortsauflösenden kohärenten Streudetektor 3, der in Richtung der Rotationsachse seitlich neben dem Transmissionsdetektor 2 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der kohärente Streudetektor 3 eine kleinere Längsausdehnung in Richtung des Bogens der Gantry 1 hat und unabhängig von der Rotation der Gantry 1 parallel zur Ebene der Gantry 1 bewegbar ist.
Außerdem befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Überprüfung eines Prüfteils 7 mittels Röntgenstrahlung auf Auffälligkeiten unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Röntgentomographen mit folgenden Schritten: Erfassen und Überprüfen des gesamten Prüfteils 7 mittels des im Transmissionsdetektor 2 erhaltenen Durchstrahlungs-Röntgenbilds; Bestimmung einer ROI 8, in der Auffälligkeiten im Durchstrahlungs-Röntgenbild erkannt wurden; Verfahren des kohärenten Streudetektors 3, so dass sein Zentrum 12 mit dem Zentrum der ROI 8 und der Röntgenquelle 4 in einer Projektion senkrecht zur Rotationsachse der Gantry 1 auf einer Geraden liegt; Untersuchung der ROI 8 mittels der im kohärenten Streudetektor 3 erhaltenen Beugungsprofile.

Beschreibung[de]

Die Erfindung befasst sich mit einer Gantry zur Aufnahme einer Röntgenquelle, mit einer Rotationsachse, mit einem Transmissionsdetektor, der sich entlang der Innenfläche der Gantry erstreckt, und mit einem ortsauflösenden kohärenten Streudetektor, der in Richtung der Rotationsachse seitlich neben dem Transmissionsdetektor angeordnet ist. Darüber hinaus befasst sich die Erfindung auch mit einem Verfahren zur Überprüfung eines Prüfteils mittels Röntgenstrahlung auf Auffälligkeiten unter Verwendung eines solchen Röntgencomputertomographen.

Aus der DE 102 28 941 A1 sowie der US 5,642,393 sind Computertomographiegeräte mit einer Gantry bekannt, in der eine Röntgenquelle eingesetzt ist. Diese Gantries weisen jeweils eine Rotationsachse auf und sind mit einem Transmissionsdetektor versehen, der sich entlang der Innenfläche der Gantry erstreckt. Darüber hinaus weisen die Gantries jeweils einen ortsauflösenden kohärenten Streudetektor auf, der in Richtung der Rotationsachse seitlich neben dem Transmissionsdetektor angeordnet ist.

Aus der DE 103 02 565 A1 und der US 6,041,097 sind Computertomographen bekannt, die jeweils eine Gantry und zwei Detektoren, einen Transmissions- und einen Streudetektor, aufweisen. Der Streudetektor weist eine kleinere Längenausdehnung als der Transmissionsdetektor auf und ist jeweils ortsfest in der Gantry angeordnet.

Darüber hinaus sind aus der WO 2005/018437 A2 und der US 2003/0016783 A1 Vorrichtungen zur Überprüfung eines Prüfteils bekannt, die jeweils einen Transmissionsdetektor und einen bewegbaren Streudetektor aufweisen. Die gesamten Anordnungen sind allerdings in keiner Gantry angeordnet und eine Rotation bzw. Durchleuchtung der Prüfteile unter verschiedenen Winkeln ist somit nicht möglich.

Aus der DE 100 09 285 A1 ist ein Computertomograph zur Ermittlung des Impulsübertragungs-Spektrums in einem Untersuchungsbereich bekannt. Dort ist eine Röntgenquelle mit einem Primärkollimator an einer um eine Achse rotierbaren Gantry angeordnet, mit der ein Fächerstrahl erzeugt wird. Der Röntgenquelle gegenüber liegt ein ebenfalls an der Gantry angebrachtes Detektorarray zur Detektion der durch einen Untersuchungsbereich dringenden Röntgenstrahlen. Zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Detektorarray ist ein Sekundärkollimator angeordnet, der nur Röntgenstrahlung von einem bestimmten Streuvoxel aus dem Untersuchungsbereich in eine zugeordnete Spalte des Detektorarrays durchlässt. Aus den erhaltenen Streudaten und der gemessenen Primärstrahlung in der Ebene des Fächerstrahls wird mittels einer iterativen algebraischen Rekonstruktionstechnik (ART) eine Rekonstruktion für jedes Streuvoxel im Untersuchungsbereich, der von einem Primärstrahl durchsetzt wird, anhand des Impulsübertragungs-Spektrums vorgenommen. Das Impulsübertragungs-Spektrum ist für die Materie in dem betreffenden Streuvoxel charakteristisch und man erhält somit auch Informationen über die stoffliche Zusammensetzung. Ein solcher Computertomograph und das mit ihm betriebene Verfahren leiden jedoch an einem gewichtigen Nachteil. Es wird immer das gesamte, sich im Untersuchungsbereich befindende Prüfteil untersucht, was einen großen Detektor für die kohärent gestreute Röntgenstrahlung erfordert. Da solche Detektoren sehr teuer sind, ist ein solcher Computertomograph auch sehr teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Gantry sowie ein Verfahren zur Überprüfung eines Prüfteils mittels Röntgenstrahlung vorzustellen, die preiswerter sind, insbesondere hinsichtlich des benötigten kohärenten Streudetektors.

Die Aufgabe wird durch eine Gantry mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass entgegen der bislang bekannten Gantries – bei denen der ortsauflösende kohärente Streudetektor die gleiche Längserstreckung entlang der Innenfläche der Gantry wie der Transmissionsdetektor aufweist –, der kohärente Streudetektor eine kleine Längsausdehnung in Richtung des Bogens der Gantry hat, wird ein räumlich bedeutend kleinerer kohärenter Streudetektor verwendet. Dieser kleinere kohärente Streudetektor ist aufgrund der Möglichkeit, dass er unabhängig von der Rotation der Gantry parallel zur Ebene der Gantry bewegbar ist, mittels des unten noch beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens immer in eine solche Position zu bringen, dass alle Information aus einer vorab bestimmten Region, wo ein Problem in einem Prüfteil gefunden wurde (im Folgenden als ROI – Region of Interest – bezeichnet), vollständig erhalten werden und somit die Beugungsprofile aus dieser ROI eindeutig bestimmt werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der kohärente Streudetektor auf einem Schlitten angeordnet ist, der bevorzugt von einem Motor angetrieben wird und auf einer Schiene läuft. Dadurch ist es möglich, den kohärenten Streudetektor auf einer vorgegebenen Bahn in sehr einfacher und preiswerter Art und Weise zu bewegen. Insbesondere ist es auch möglich, den kohärenten Streudetektor computergesteuert zu bewegen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der kohärente Streudetektor auch parallel zur Rotationsachse der Gantry bewegbar ist. Dadurch ist es möglich, dass bei breiten (in Richtung der Rotationsachse der Gantry) Transmissionsdetektoren keine Blockierung der Bewegung des kohärenten Streudetektors erfolgt. Dies ist insbesondere bei Transmissionsdetektoren mit einer Breite von über 40 mm der Fall. Dies ist auch dadurch möglich, dass der kohärente Streudetektor auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse läuft, die näher zur Rotationsachse liegt, als der Transmissionsdetektor. Diese Ausführungsform ist vorzuziehen, da keine zusätzliche komplizierte Bewegung des kohärenten Streudetektors nötig ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ebene des kohärenten Streudetektors gegenüber der Ebene des Transmissionsdetektors – jeweils im Querschnitt parallel zur Rotationsachse der Gantry – geneigt ist und sich die beiden Normalen in einem Bereich schneiden, in dem ein zu untersuchendes Prüfteil, insbesondere ein Gepäckstück, einbringbar ist. Durch die Neigung der Ebene des kohärenten Streudetektors ist dieser, obwohl er aus der Transmissionsebene heraus gedreht ist, im Wesentlichen senkrecht zu den auf ihn auftreffenden kohärenten Streuquanten, die aus dem Untersuchungsbereich auf ihn auftreffen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der kohärente Streudetektor aus einzelnen Pixeln besteht. Bevorzugt ist hierbei, dass die Pixel in mehreren Reihen in Richtung der Rotationsachse der Gantry angeordnet sind. Dadurch wird ein sehr einfach herzustellender ortsauflösender Detektor geschaffen, der im Falle mehrerer Reihen von Pixeln darüber hinaus noch eine höhere Sensitivität hat, da er mehr Streuquanten aus demselben Streubereich innerhalb des Untersuchungsbereichs (durch die weiter vom Transmissionsdetektor entfernten Reihen von Pixeln) registriert.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der kohärente Streudetektor energieauflösend ist. Dadurch ist es möglich, anstatt einer monochromatischen Röntgenquelle, die nur geringe Intensität aufweist, auch eine polychromatische Röntgenquelle zu verwenden. Durch einen solchen energieauflösenden kohärenten Streudetektor ist auch eine energieempfindliche CSCT (cohärent scattering computed tomography), die bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, anwendbar.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in die Gantry eine Röntgenquelle eingesetzt ist, und sie einem Untersuchungsbereich für ein Prüfteil aufweist, insbesondere für ein Gepäckstück, wobei der Röntgenstrahl der Röntgenquelle fächerförmig – senkrecht zur Rotationsachse der Gantry betrachtet – den gesamten Untersuchungsbereich überdeckt und mit einem Antistreukollimator zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Transmissionsdetektor, der nur direkt durch das Prüfteil tretende Röntgenstrahlen durchlässt. Der Begriff Fächer beschreibt hier eine geometrische Form, die viel größer in ihrer Längsausdehnung als in ihrer Dicke ist. Dadurch, dass der Röntgenstrahl der Röntgenquelle im Bereich des Untersuchungsbereichs fächerförmig (senkrecht zur Rotationsachse der Gantry betrachtet) ist, kann die oben schon kurz angesprochene CSCT durchgeführt werden. Um im Transmissionsdetektor keine störenden Streuquanten zu registrieren, ist zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Transmissionsdetektor ein aus dem Stand der Technik bekannter Antistreukollimator angeordnet, der nur direkt durch das Gepäckstück tretende Röntgenstrahlung durchlässt. Mit einem solchen Röntgencomputertomographen ist das weiter unten noch näher beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Röntgenquelle und dem Untersuchungsbereich ein Primärkollimator zur Erzeugung eines Fächerstrahls angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, auch eine Röntgenquelle zu verwenden, die nicht von Haus aus einen Fächerstrahl erzeugen muss (beispielsweise einen Kegelstrahl), sondern dass dies mittels des Primärkollimators geschieht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Durchlassöffnung des Primärkollimators in seiner Form und Position veränderlich ist. Dadurch kann der Primärkollimator dazu benutzt werden, einen Strahl aus dem gesamten Röntgenstrahl zu erzeugen, der bei der Untersuchung einer ROI nur diese durchstrahlt. Man erhält dadurch in dem kohärenten Streudetektor nur Informationen aus der ROI. Bevorzugt ist der Primärkollimator rotierbar um die Rotationsachse und seine Durchlassöffnung sowohl in seiner Breite parallel zur Rotationsachse als auch in seiner Länge tangential zur Rotationsachse veränderbar. Insbesondere ist dabei die Breite der Durchlassöffnung des Primärkollimators parallel zur Rotationsachse zwischen 0,2 und 50 mm und die Länge tangential zur Rotationsachse zwischen 25 und 750 mm veränderbar.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Untersuchungsbereich und dem kohärenten Streudetektor ein Sekundärkollimator angeordnet ist, dessen Lamellen auf die Röntgenquelle gerichtet sind. Dadurch wird gewährleistet, dass der kohärente Streudetektor immer nur einen Streifen des Untersuchungsbereichs „sieht", so dass ein fester Bezug zwischen der Position des Streifens innerhalb eines zu untersuchenden Gepäckstücks und des Ortes der Streustrahlung am Detektor gegeben ist. Wenn kein solcher Sekundärkollimator vorhanden ist, muss eine aufwendigere Ausgestaltung der gesamten Anordnung des Röntgencomputertomographen verwendet werden. Dies ist jedoch prinzipiell auch mit einer so genannten „Self collimated CSCT" möglich. Dabei wird Gebrauch davon gemacht, dass die kohärent gestreuten Röntgenquanten in einem eng nach vorne gerichteten Kegel gebündelt sind. Dadurch ist es überflüssig, einen Streukollimator in den Strahlengang einzubringen. Der verwendete Detektor muss eine sehr gute Ortsauflösung und eine Energieauflösung aufweisen, falls keine monoenergetische Röntgenquelle verwendet wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Röntgenröhre monoenergetisch ist. Dadurch ist es zwar – wie oben schon ausgeführt – nur mit geringerer Intensität möglich, die Untersuchung des Gepäckstücks durchzuführen, jedoch werden keine energieauflösenden kohärenten Streudetektoren benötigt, so dass die Kosten eines solchen Röntgencomputertomographen geringer ausfallen.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.

Erfindungsgemäß wird in der oben beschriebenen Gantry in einem ersten Schritt das gesamte Prüfteil mittels des im Transmissionsdetektor erhaltenen Durchstrahlungs-Röntgenbilds erfasst und überprüft. Bei diesem CT-Verfahren wird unter Umständen ein Bereich (oder auch mehrere Bereiche) gefunden, wo Auffälligkeiten im Durchstrahlungs-Röntgenbild zu erkennen sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um potentiell gefährliche Gegenstände innerhalb eines Gepäckstücks, wie Waffen oder Sprengstoff, handeln. Ein solcher Bereich wird als ROI bezeichnet. Dessen Koordinaten werden genau bestimmt. Anhand dieser Koordinaten der ROI wird in einem zweiten Schritt eine Untersuchung des Prüfteils mittels eines CSCT-Verfahrens durchgeführt. Um nicht den gesamten Untersuchungsbereich – also das gesamte Prüfteil – noch einmal überprüfen zu müssen, wird nur die ROI (oder ggf. mehrere ROIs) dem CSCT-Verfahren unterworfen. Da nur ein sehr kleiner Teilausschnitt aus dem gesamten Prüfteil zu verifizieren ist, kann auch ein oben beschriebener kleinerer kohärenter Streudetektor verwendet werden. Dieser wird zur Durchführung des CSCT-Verfahrens so entlang der Gantry verfahren, dass sein Zentrum mit dem Zentrum der ROI und der Röntgenquelle in einer Projektion senkrecht zur Rotationsachse der Gantry auf einer Geraden liegt. Dadurch wird gewährleistet, dass sämtliche Streuinformationen aus der ROI den kohärenten Streudetektor treffen und somit eine gute und zuverlässige Aussage über die Beugungsstruktur innerhalb der ROI gemacht werden kann. Die Position des kohärenten Streudetektors muss dabei entkoppelt von der Bewegung der Gantry erfolgen, um – egal in welchem Zustand der Rotation sich die Gantry um ihre Rotationsachse befindet – immer die vorgenannte Beziehung zu gewährleisten, so dass die gesamte Streustrahlung der ROI in den kohärenten Streudetektor fällt. Die Stellung des Streudetektors zur Röntgenquelle wiederholt sich periodisch, wenn die Röntgenquelle eine volle Rotation um die Rotationsachse vollzogen hat. Anhand der gewonnenen Beugungsbilder können Fehlalarme ausgeschlossen werden und gefährliche Stoffe oder Auffälligkeiten näher spezifiziert und klassifiziert werden. Bevorzugt bei dem Verfahren ist es, dass der Abstand des Zentrums des kohärenten Streudetektors vom Zentrum des Transmissionsdetektors in einer Projektion senkrecht zur Rotationsachse der Gantry gleich dem Produkt aus dem Abstand des Transmissionsdetektors von der Rotationsachse der Gantry und dem Winkel zwischen dem Zentrum des Transmissionsdetektors und dem Zentrum des kohärenten Streudetektors eingestellt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der kohärente Streudetektor während der Aufnahme des gesamten Prüfteils mittels des Transmissionsdetektors in eine Position außerhalb des Röntgenstrahls gebracht wird. Dadurch wird gewährleistet, dass der kohärente Streudetektor den Transmissionsdetektor während der Untersuchung des gesamten Gepäckstücks nicht überdeckt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Röntgenstrahl für die Untersuchung der ROI des Prüfteils so kollimiert wird, dass nur die ROI durchstrahlt wird. Wie oben schon ausgeführt wird dadurch nur Information aus der einzig interessierenden ROI erhalten. Bevorzugt ist der Primärkollimator so eingestellt wird, dass der Röntgenstrahl nur durch die ROI tritt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht entlang der Rotationsachse der Gantry eines erfindungsgemäßen Röntgencomputertomographs,

2 einen Längsschnitt senkrecht zur in 1 dargestellten Ebene,

3 eine schematische Ansicht zur Positionierung des kohärenten Streudetektors und

4 die Abhängigkeit eines Shepp-Logan-Filters von der Detektoranzahl.

In 1 ist schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Röntgencomputertomographen mit einer erfindungsgemäßen Gantry 1 dargestellt. Die Zeichenebene steht senkrecht auf die nicht dargestellte Rotationsachse der Gantry 1. An der Gantry 1 ist eine Röntgenquelle 4 angeordnet, die einen Röntgenstrahl 6 nach unten emittiert. Der Röntgenstrahl 6 durchsetzt ein Prüfteil 7 (im Folgenden wird immer stellvertretend von einem Gepäckstück 7 ausgegangen), welches auf einem Förderband 9 liegt. Der das Gepäckstück 7 durchsetzende Röntgenstrahl 6 trifft im unteren Bereich der Gantry 1 an deren Innenwand auf einen Transmissionsdetektor 2. Ein solcher Aufbau ist aus dem Stand der Technik bezüglich CT-Verfahren bestens bekannt, so dass auf die genaue Ausgestaltung der einzelnen Elemente und deren Funktionsweise im Folgenden nicht näher eingegangen werden muss.

Der Transmissionsdetektor 2 muss entlang des Bogens der Gantry 1 so lang sein, dass er sämtliche Strahlung, die durch das Gepäckstück dringt (im vorliegenden Fall sind die beiden Extremstellen die linke und rechte obere Ecke des Gepäckstücks 7) in Transmission detektiert. Dies gilt für jede Winkelstellung der Gantry 1 während ihrer Rotation um das Gepäckstück 7. Hierzu sind je nach Geometrie des Computertomographen durchaus Längen von über einen Meter gängig.

Bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird als erster Schritt das gesamte Gepäckstück 7 mittels des bekannten CT-Durchleuchtungsverfahrens untersucht. Das Durchleuchtungsbild, welches im Transmissionsdetektor 2 erhalten wird, weist häufig auffällige Bereiche auf, die als ROI 8 bezeichnet werden. Allerdings ist es aus dem Stand der Technik wohlbekannt, dass Transmissions-CT häufig Fehlalarme produziert. Um solche Fehlalarme aufzulösen – also entweder zu verifizieren oder zu verwerfen – ist es nötig, eine andere Technik anzuwenden. Hierbei kommt insbesondere die Materialselektive Analyse mittels Röntgenbeugung in Betracht. Diese wird in der Literatur als kohärentes CT-Streuverfahren (CSCT) bezeichnet. Beim CSCT werden die Röntgenbeugungsprofile aus den kohärenten Streuprojektionen rekonstruiert.

Um die kohärente Streuung mit der nötigen Präzision zu messen, muss die Photonenenergie der Röntgenstrahlung, die für die kohärente Streuung verwendet wird, bestimmt werden. Dies geht entweder durch die Verwendung einer monochromatischen Röntgenquelle 4 oder durch die Verwendung von energieauflösenden Detektoren. Da die Emission von monochromatischen Röntgenröhren 4 sehr schwach im Vergleich mit den Leistungen von konventionellen Röntgenröhren 4 ist, wird der Verwendung von energieauflösenden Detektoren der Vorzug gegeben. In der Literatur ist ein solches Energie-sensitives CSCT bekannt. Das Problem bei diesem Energie-sensitiven CSCT ist es jedoch, dass energieauflösende Detektoren regelmäßig aus einem teuren Raumtemperatur-Halbleitermaterial hergestellt werden, beispielsweise aus Kadmium-Zink-Tellurid (CZT). Außerdem muss eine Ortsauflösung bei der Bestimmung der kohärenten Streuung erfolgen. Demnach ist es nötig, dass das energieauflösende Detektor-Feld so groß sein muss, dass die von jedem Punkt des Gepäckstücks 7 kohärent gestreuten Röntgenquanten aufgenommen werden. Dies führt jedoch zu hohen Kosten, da solche großen Detektor-Felder sehr teuer sind.

Die Detektoren zur Erfassung der kohärent gestreuten Röntgenquanten werden im Folgenden als kohärente Streudetektoren 3 bezeichnet. Diese sind – wie man am Besten in 2 erkennen kann – seitlich neben dem Transmissionsdetektor 2 angeordnet. Die Darstellung in 2 ist dabei eine schematische Schnittzeichnung senkrecht zur in 1 dargestellten Ebene.

Der benötigte Fächerstrahl wird hier dadurch erreicht, dass im Strahlengang zwischen Röntgenquelle 4 und Gepäckstück 7 ein Primärkollimator 5 mit einem Längsschlitz senkrecht zur Zeichenebene der 1 eingebracht ist. Dadurch kann eine konventionelle Röntgenquelle 4 benutzt werden, die normalerweise einen Kegelstrahl erzeugt. Ein Kegelstrahl ist jedoch für die CSCT nicht geeignet.

Der kohärente Streudetektor 3, der energieauflösend und ortsauflösend ist, ist aus der Ebene des Transmissionsdetektors 2 herausgekippt und weist auf den Bereich im Gepäckstück 7, der vom Röntgenstrahl 6 (in 2 der dünnen Schicht des Fächerstrahls) durchsetzt wird. Es ist gut zu erkennen, dass der kohärente Streudetektor 3 auf einem Schlitten 10 angeordnet ist. Dieser Schlitten 10 kann senkrecht zur Zeichenebene, also parallel zum Fächerstrahl und zum Transmissionsdetektor 2 mittels eines nicht dargestellten Motors auf nicht dargestellten Schienen bewegt werden. Die Bewegung ist unabhängig von der Bewegung der Gantry 1, aber prinzipiell so, dass sich der kohärente Streudetektor 3 immer neben dem Transmissionsdetektor 2 befindet.

Prinzipiell reicht es aus, nur einen kleinen Bereich des durchsetzten Gepäckstücks – nämlich nur den vorher im CT-Durchleuchtungsverfahren als ROI 8 identifizierten – im kohärenten Streudetektor 3 aufzunehmen. Dies ergibt sich daraus, dass bei einer CT-Rekonstruktion durch eine gefilterte Rückprojektion (FBP), die räumliche Ausdehnung des „Convolution Kernel" – mit dem die Projektionen gefiltert werden, bevor der Rückprojektions-Schritt erfolgt – sehr schnell von seinem zentralen Peak nach außen hin abfällt (siehe 4). Hier gibt die Zahl auf der Abszisse die Anzahl des Detektorelements an, ausgehend vom mit „0" bezeichneten zentralen Detektorelement. Somit ist es nicht notwendig, alle Projektionsdaten zur Verfügung zu haben, um eine Rekonstruktion nur eines kleinen Gebiets vorliegen zu haben. Es ist durchaus ausreichend, nur einen Ausschnitt der ganzen Streudaten vorliegen zu haben. Insbesondere ist dies der Fall, wenn lediglich eine qualitative Rekonstruktion der Peaks in den Beugungsprofilen nötig ist, wie beispielsweise bei der Detektion von Sprengstoffen in Gepäckstücken 7. Die Position des Peaks kann schon von stark beschnittenen Projektionsdaten ab für einen kleinen Bereich aus dem Gepäckstück 7 gewonnen werden.

Deswegen wird in einem zweiten erfindungsgemäßen Schritt nicht mehr das gesamte Gepäckstück 7 untersucht und seine kohärenten Streuquanten analysiert, sondern lediglich die im ersten Schritt mittels der Transmissions-CT gewonnenen ROIs 8. Da es sich gegenüber dem großen Volumen des vollen Gepäckstücks 7 hier nur noch um kleine Volumina handelt, muss auch der benötigte kohärente Streudetektor 3 nicht mehr das gesamte Volumen des Gepäckstücks 7 abdecken, sondern kann auf das Volumen der ROI 8 beschränkt bleiben.

Es ist dann nur noch nötig, dass der kohärente Streudetektor 3 an die richtige Stelle verfahren wird, so dass die Information aus der ROI 8 auch wirklich den kohärenten Streudetektor 3 trifft. Im Gegensatz zu einem über den vollen Raumbereich benötigten sekundären Streudetektor 3 kann erfindungsgemäß damit eine Reduktion auf lediglich 10% der Detektorkanäle erzielt werden.

Die mechanischen Erfordernisse bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen kleinen kohärenten Streudetektors 3 sind zum einen, dass die ROI 8, die im ersten Verfahrensschritt mittels der Transmissions-CT ermittelt wurde, im zweiten Schritt immer durch die kohärenten Streuquanten so durchdrungen werden, dass diese im kohärenten Streudetektor 3 auftreffen. Dies bedeutet, dass der Strahl von der Röntgenquelle 4 durch das Zentrum der ROI 8 immer im Zentrum 12 des kohärenten Streudetektors 3 auftritt. Dies muss für jeglichen Rotationswinkel der Gantry 1 gelten. Dies bedeutet, dass der kohärente Streudetektor 3 entlang seiner Bahn mittels des Motors ständig verfahren werden muss. Um die korrekte Position ständig anzufahren, wird dies durch einen Computer kontrolliert.

In 3 ist für einen herausgegriffenen Fall einer ROI 8 dargestellt, wie die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Strahlenwinkeln ausfallen müssen. Die Bogenentfernung t zwischen dem Zentrum 12 des kohärenten Streudetektors 3 und dem Zentrum 11 des Transmissionsdetektors 2 ändert sich sinusförmig mit dem Projektionswinkel, wenn man die regelmäßig gut zutreffende Näherung annimmt, dass die Röntgenquelle 4 und die beiden Detektoren einen viel größeren Abstand zueinander haben als die typischen Ausmaße des Gepäckstücks 7.

Zum Zweiten ist die oben schon beschriebene Voraussetzung des Vorliegens eines Fächerstrahls, der durch den Primärkollimator 5 in 2 erzeugt wird, gegeben. Der kohärente Streudetektor 3 umfasst mindestens 19 Detektorelemente, die energieauflösend sind. Er kann auch als ein 2-D-Detektorfeld ausgebildet sein, so dass die Gesamtzählrate erhöht wird.

Zwischen dem kohärenten Streudetektor 3 und dem Gepäckstück 7 ist ein Sekundärkollimator (nicht dargestellt) angeordnet. Dieser besteht aus dünnen Lamellen aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, beispielsweise einem geeigneten Metall. Die Lamellen sind auf die Röntgenquelle 4 gerichtet und dienen dazu, dass der kohärente Streudetektor 3 nur einen schmalen Streifen der ROI 8 „sieht". Diese Lamellen des Sekundärkollimators können auch Bestandteil eines Antistreukollimators (nicht gezeigt) sein, der zwischen dem Gepäckstück 7 und dem Transmissionsdetektor 2 angeordnet ist. Anstatt eines Sekundärkollimators kann auch die oben schon beschriebene „Self collimated CSCT"-Technik angewandt werden.

Aufgrund des sinusförmigen Bogenabstandes, der oben beschrieben wurde, kann es theoretisch zur Blockierung der Bahn des kohärenten Streudetektors 3 durch den Transmissionsdetektor 2 kommen, wenn der kohärente Streudetektor 3 auf einer parallelen Ebene zur Gantry 1 und tangential zur Rotationsachse bewegt wird. Um eine solche Blockierung zu vermeiden, ist es entweder nötig, die Breite des Transmissionsdetektors 2 auf maximal 40 mm zu begrenzen oder eine Bewegung des kohärenten Streudetektors 3 nicht nur in der vorgeschriebenen Ebene zu ermöglichen, sondern darüber hinaus auch senkrecht zu dieser Ebene, also parallel zur Rotationsachse der Gantry 1. Da dies jedoch sehr komplizierte Bewegungen und Führungen des Schlittens 10, auf dem der kohärente Streudetektor 3 angeordnet ist, nach sich zieht, sollte dies möglichst vermieden werden. Es ist auch möglich, den Transmissionsdetektor 2 aus dem Röntgenstrahl 6 herauszufahren und dafür den kohärenten Streudetektor 3 an die vorgesehene Stelle zu fahren. Allerdings ist dies auch aufwendig, da der Transmissionsdetektor 2 während der mit ca. 1 Hz erfolgenden Rotation der Gantry 1 gegen dies gedreht werden muss. Am einfachsten kann die Anordnung dadurch realisiert werden, dass der kohärente Streudetektor 3 auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse läuft, die näher zur Rotationsachse liegt, als der Transmissionsdetektor 2.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position des kohärenten Streudetektors 3 folgendermaßen eingestellt: Es wird – wie in 3 dargestellt – ein kartesisches Koordinatensystem verwendet. In diesem wird die Position der ROI 8 als P(x,y) definiert. Darüber hinaus werden die Position der Röntgenquelle als (RS, ϕ) und das Zentrum 11 des Transmissionsdetektors 2 als (RD, ϕ) definiert. Hierbei ist ϕ der Projektionswinkel für den Zentralstrahl 13. Für den Bogenabstand t ergibt sich dann, dass dieser das Produkt aus RD mit dem Winkel &ggr; ist. Der Winkel &ggr; kann anhand elementarer geometrischer Überlegungen einfach erhalten werden.

1Gantry 2Transmissionsdetektor 3Kohärenter Streudetektor 4Röntgenquelle 5Primärkollimator 6Röntgenstrahl 7Prüfteil (Gepäckstück) 8ROI 9Förderband 10Schlitten 11Zentrum des Transmissionsdetektors 12Zentrum des kohärenten Streudetektors 13Zentralstrahl RDKoordinate des Transmissionsdetektors RSKoordinate der Röntgenquelle tBogenabstand &ggr;Winkel ϕProjektionswinkel

Anspruch[de]
  1. Gantry (1) zur Aufnahme einer Röntgenquelle (4),

    mit einer Rotationsachse,

    mit einem Transmissionsdetektor (2), der sich entlang der Innenfläche der Gantry (1) erstreckt,

    und mit einem ortsauflösenden kohärenten Streudetektor (3), der in Richtung der Rotationsachse seitlich neben dem Transmissionsdetektor (2) angeordnet ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    der kohärente Streudetektor (3) eine kleinere Längsausdehnung in Richtung des Bogens der Gantry (1) hat und unabhängig von der Rotation der Gantry (1) parallel zur Ebene der Gantry (1) bewegbar ist.
  2. Gantry (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) auf einem Schlitten (10) angeordnet ist, der bevorzugt von einem Motor angetrieben wird und auf einer Schiene läuft.
  3. Gantry (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) auch parallel zur Rotationsachse der Gantry (1) bewegbar ist.
  4. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse läuft, die näher zur Rotationsachse liegt als der Transmissionsdetektor (2).
  5. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des kohärenten Streudetektors (3) gegenüber der Ebene des Transmissionsdetektors (2) – jeweils im Querschnitt parallel zur Rotationsachse der Gantry (1) – geneigt ist und sich die beiden Normalen in einem Bereich schneiden, in dem ein zu untersuchendes Prüfteil (7), insbesondere ein Gepäckstück, einbringbar ist.
  6. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) aus einzelnen Pixeln besteht.
  7. Gantry (1) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel in mehreren Reihen in Richtung der Rotationsachse der Gantry (1) angeordnet sind.
  8. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) energieauflösend ist.
  9. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in sie eine Röntgenquelle (4) eingesetzt ist und sie einen Untersuchungsbereich für ein Prüfteil (7) aufweist, insbesondere für ein Gepäckstück, wobei der Röntgenstrahl (6) der Röntgenquelle (4) fächerförmig – senkrecht zur Rotationsachse der Gantry (1) betrachtet – den gesamten Untersuchungsbereich überdeckt und einen Antistreukollimator zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Transmissionsdetektor (2) aufweist, der nur direkt durch das Prüfteil (7) tretende Röntgenstrahlen durchlässt.
  10. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Röntgenquelle (4) und dem Untersuchungsbereich ein Primärkollimator (5) zur Erzeugung eines Fächerstrahls angeordnet ist.
  11. Gantry (1) nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung des Primärkollimators (5) in seiner Form und Position veränderlich ist.
  12. Gantry (1) nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkollimator (5) rotierbar um die Rotationsachse ist und seine Durchlassöffnung sowohl in seiner Breite parallel zur Rotationsachse als auch in seiner Länge tangential zur Rotationsachse veränderbar ist.
  13. Gantry (1) nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Durchlassöffnung des Primärkollimators (5) parallel zur Rotationsachse zwischen 0,2 und 50 mm und die Länge tangential zur Rotationsachse zwischen 25 und 750 mm veränderbar ist.
  14. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Untersuchungsbereich und dem kohärenten Streudetektor (3) ein Sekundärkollimator angeordnet ist, dessen Lamellen auf die Röntgenquelle (4) gerichtet sind.
  15. Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle (4) monoenergetisch ist.
  16. Verfahren zur Überprüfung eines Prüfteils (7) mittels Röntgenstrahlung auf Auffälligkeiten unter Verwendung einer Gantry (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche mit folgenden Schritten:

    – Erfassen und Überprüfen des gesamten Prüfteils (7) mittels des im Transmissionsdetektor (2) erhaltenen Durchstrahlungs-Röntgenbilds;

    – Bestimmung einer ROI (8), in der Auffälligkeiten im Durchstrahlungs-Röntgenbild erkannt wurden;

    – Verfahren des kohärenten Streudetektors (3), so dass sein Zentrum (12) mit dem Zentrum der ROI (8) und der Röntgenquelle (4) in einer Projektion senkrecht zur Rotationsachse der Gantry (1) auf einer Geraden liegt;

    – Untersuchung der ROI (8) mittels der im kohärenten Streudetektor (3) erhaltenen Beugungsprofile.
  17. Verfahren nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Zentrums (12) des kohärenten Streudetektors (3) vom Zentrum (11) des Transmissionsdetektors (2) in einer Projektion senkrecht zur Rotationsachse der Gantry (1) gleich dem Produkt aus dem Abstand des Transmissionsdetektors (2) von der Rotationsachse der Gantry (1) und dem Winkel zwischen dem Zentrum (11) des Transmissionsdetektors (2) und dem Zentrum (12) des kohärenten Streudetektors (3) eingestellt wird.
  18. Verfahren nach Patentanspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der kohärente Streudetektor (3) während der Aufnahme des gesamten Prüfteils (7) mittels des Transmissionsdetektors (2) in eine Position außerhalb des Röntgenstrahls (6) gebracht wird.
  19. Verfahren nach einem der Patentansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahl (6) für die Untersuchung der ROI (8) des Prüfteils (7) so kollimiert wird, dass nur die ROI (8) durchstrahlt wird.
  20. Verfahren nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkollimator (5) so eingestellt wird, dass der Röntgenstrahl (6) nur durch die ROI (8) tritt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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