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Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Intensität von Röntgenstrahlen. Das übliche Mittel zu diesem Zweck ist eine in dem Strahlenbündel angeordnete Ionisationskammer, deren lonisationsstrom einem Messwerk zugeführt wird. Durch Eichen der Vorrichtung kann das Messwerk mit einer bestimmten Skaleneinteilung versehen werden, von der die Dosiergeschwindigkeit in Röntgen pro Minute abgelesen wird. Durch Integration des Messstromes kann die Bestrahlungsdosis in Röntgen bestimmt werden.
Aus den auf diese Weise erhaltenen Resultaten können z. B. Schlussfolgerungen in bezug auf die Be- lichtungsdauer zum Erzielen der richtigen Schwärzung der photographischen Platte bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen gemacht werden. Es ist bekannt, dass die Bestrahlungsdosis nicht der richtige Mass- stab für die biologische Wirkung ist, die durch die von einer nicht natürlichen Strahlungsquelle stammen- de Ionisation hervorgerufen wird. Es wird jetzt ein Unterschied gemacht zwischen der Bestrahlungsdosis und der absorbierten Dosis, wobei letztere die Menge absorbierter Strahlungsenergie pro Gramm des be- strahlten Stoffes ist. Überdies ist die integrale, absorbierte Dosis interessant, unter der die von dem Pa- tienten absorbierte Gesamtstrahlungsenergie verstanden wird.
In der Röntgendiagnostik wird praktisch alle während der Untersuchung einen Querschnitt des Röntgenstrahlenbilndels durchströmende Energie von dem
Patienten absorbiert, so dass der Energiestrom im Bündel für die biologisch wirksame Dosis massgebend ist.
Für Absorptionsmessungen und zum Überwachen der Strahlungsenergie ist es bekannt, zwei in Rich- tung des Strahlenbündels hintereinander angeordnete Ionisationskammern zu verwenden, die voneinander durch ein die Strahlen absorbierendes Filter getrennt sind, wobei die elektrischen Ströme der beiden Ioni- sationskammern einander entgegengesetzt gerichtet sind und der Unterschied den Messstrom bildet.
Diese Anordnung ist nicht ohne weiteres zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlen- bündel geeignet. Die bekannte Vorrichtung wird zu diesem Zweck erfindungsgemäss dahingehend abgeän- dert, dass die wirksamen Oberflächen der Ionisationskammern grösser sind als der Bündelquerschnitt und das Material und die Stärke des Filters und die Elektrodenabstände in beiden Kammern derart gewählt
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und d ! dieDer gemessene Ionisationsstrom ist proportional mit der Dosiergeschwindigkeit. Letztere ändert sich mit der Strahlungsqualität.
Der lonisationsstrom wird von der in der Ionisationskammer pro Zeiteinheit absorbierten Dosis hervorgerufen und ist somit proportional mit dem Produkt der Intensität der Röntgen- strahlen und des Energieabsorptionskoeffizienten des Inhaltes der Kammer. Letztere ändern sich beide mit der Strahlungsqualität. Werden die Intensitäten durch Int und Int und die Energieabsorptionskoeffizien-
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und das Verhältnis zwischen den Intensitäten :
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Die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis in dem Bereich der in der Röntgendiagnostik auftretenden Strah-
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Dosiergeschwindigkeit,Es wurde gefunden, dass ein elektrischer Strom als Mass für diese Grösse benutzt werden kann, der durch die Vorrichtung nach der Erfindung erhalten wird.
Der far Röntgenstrahlen empfindliche Teil der Vorrichtung besteht aus den Ionisationskammern 1 und 2, zwischen denen ein Filter 3 angeordnet ist. Die Röntgenstrahlenquelle 4 ist schematisch angede- det, ebenso das Röntgenstrahlenbünde15, das die Ionisationskammern 1 und 2 trifft. Das Röntgenstrahlen- bundel 5 wird durch die Blende 6 auf einen Querschnitt beschränkt, der an der Messstelle kleiner ist als die Oberfläche der Ionisationskammern.
Bei einer bestimmten Strahlungsqualität und bei einer durch il bezeichneten Dosiergeschwindigkeit
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:strahlungsdosis pro Zeiteinheit verstanden. Der Faktor Cl wird durch Eichung bestimmt und ist im wesentlichen von der Art des benutzten Gases der Ionisationskammer und von dem Gasvolumen abhängig.
Der Übertragungskoeffizient des Filters 3 für Röntgenstrahlen bei der gegebenen Strahlungsqualität wirdα1genannt, so dass der Strom I12 durch die zweite Ionisationskammer 2 wie folgt angedentet werden kanns
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Der Messstrom 11'd. h. der Unterschied zwischen den beiden Ionisationsströmen, ist daher
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Dieser Strom wird durch das Anzeigeinstrument 7 eines Elektrometers 8 gemessen. Die Einzelheiten eines solchen Anzeigeinstrumentes sind bekannt, so dass dies nicht näher erläutert wird. Der zu messende Strom fliesst durch den Widerstand 9, der parallel zu dem Elektrometer 8 gelegt ist. Ein Ende des Widerstandes 9 ist durch den Leiter 10 mit einer Elektrode 11 und einer Elektrode 12 jeder der Ionisationskam- mern verbunden.
Das andere Ende des Widerstandes 9 ist bei 13 mit Erde verbunden.
Die Elektrode 14 in der Ionisationskammer 1, die der Elektrode 11 gegenüber liegt, ist mit einem Ende 15 der Spannungsquelle 16 und die Elektrode 17 in der Ionisationskammer 2, die der Elektrode 12 gegenüber liegt, ist mit dem andern Ende 18 der Spannungsquelle 16 verbunden. Die Mitte 19 der Spannungsquelle 16 ist mit Erde verbunden. Beide Kammern bilden somit samt dem Widerstand 9 einen ge-
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schlossenen Stromkreis, wobei in den Kammern die lonisationsströme entgegengesetzt gerichtet sind, so dass der Widerstand 9 von dem Differenzstrom durchflossen wird.
Die Spannung über dem Widerstand 9 ist somit diesem Strom proportional.
Für eine andere Strahlungsqualität hat der Übertragungskoeffizient des Filters 3 den Wert c und der Proportionalitätsfaktor wird durch C bezeichnet. Bei einer durch r bezeichneten Dosiergeschwindigkeit ist der lonisationsstrom in der Kammer 1 :
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und in der Kammer 2 :
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Der Messstrom wird in diesem Falle
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Die lonisationsströme der Kammer 2 ; in der infolge des Filters eine geschwächte Strahlung auftritt sind proportional den örtlichen Dosiergeschwindigkeiten und da die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis auch proportional mit der Dosiergeschwindigkeit ist, folgt daraus, dass :
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so dass das Verhältnis zwischen den Intensitäten :
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entspricht, da das Filter gleich bleibt und die Intensität nicht beeinflusst wird.
Die Bedingung, welche die Messströme erfüllen sollen, damit :
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folgt somit aus :
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und weiter :
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Aus der im Bericht"International Commission on Radiological Units and Measurements" (I. C. R. U.) 1956 veröffentlichten Tabelle 1 können die Energieabsorptionskoeffizienten für verschiedene Strahlungsqualitäten abgelesen werden.
Die Übertragungskoeffizienten cc und < x sind von dem Material und der Stärke des zwischen den
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Ionisationskammern l und 2 angeordneten Filters 3 abhängig. Bei der Wahl des Filters kann davon ausgegangen werden, dass in der Röntgendiagnostik meist ein Aluminiumfilter mit einer Stärke von 1 mm bis einigen Millimetern vor der Strahlenaustrittsöffnung der Röntgenröhre angeordnet wird. Dieses Filter kann somit ganz oder teilweise durch das Filter der Messvorrichtung ersetzt werden.
Der Abstand zwischen den Elektroden 11 und 14 der Kammer 1 ist d und der Abstand zwischen den Elektroden 12 und 17 der Kammer 2 ist d,. Bei gleichen Oberflächen der beiden Ionisationskammern ist das Volumen jeder Kammer durch den Abstand zwischen den Elektroden bedingt.
Durch passende Wahl der Stärke des Filters und der Elektrodenabstände kann dafür gesorgt werden, dass die vorstehend erwähnte Bedingung erfilllt wird. Die Messströme bei den gewählten Strahlungsqualitäten sind dabei proportional mit der Intensität der Röntgenstrahlen. FUr andere als die gewählten Strahlungsqualitäten kann die Messvorrichtung geeicht werden.
Die Ionisationskammern 1 und 2 sind zu einem Ganzen zusammengefügt und zwischen ihnen ist ein spaltförmiger Raum vorgesehen, in dem das Filter angebracht ist.
Zum Messen der integralen, absorbierten Dosis muss der Messstrom zeitlich integriert werden. In diesem Falle muss der Widerstand 9 entfernt und durch einen Kondensator ersetzt werden. Es kann auch ein Umschalter angebracht werden, der den am Elektrometer 8 anliegenden Leiter 10 nach Wahl mit dem Widerstand 9 oder mit einer Platte eines Kondensators verbindet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbilndel, bestehend aus zwei in Richtung des Stralenbundels hintereinander angeordneten Ionisationskammern, die voneinander durch ein die Strahlen absorbierendes Filter getrennt sind, wobei die elektrischen Ströme der beiden Ionisationskammern einander entgegengesetzt gerichtet sind und der Unterschied den Messstrom bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Oberflächen grösser sind als der Bündelquerschnitt und das Material und die Stärke des Filters (3) und die Elektrodenabstände in beiden Kammern (1 und 2)
derart gewählt wer-
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und der Energieabsorptionskoeffizient für eine andere Strahlenqualität mit bezeichnet ist.