Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel. Das übliche Mittel zu diesem Zweck ist eine in dem Strahlenbündel angeordnete Ionisationskammer, deren Ionisationsstrom 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 Messstroms kann die Bestrahlungsdosis in Röntgen bestimmt werden.
Aus den auf diese Weise erhaltenen Resultaten können z. B. Schlussfolgerungen in bezug auf die Belichtungsdauer zum Erzielen der richtigen Schwärzung der photographischen Platte bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen gemacht werden. Es ist bekannt, dass die Bestrahlungsdosis nicht der richtige Massstab für die biologische Wirkung ist, die durch von einer nicht natürlichen Strahlungsquelle stammende 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 bestrahlten Stoffes ist. Überdies ist die integrale, absorbierte Dosis interessant, unter der die von dem Patienten absorbierte Gesamtstrahlungsenergie verstanden wird.
In der Röntgendiagnostik wird praktisch alle während der Untersuchung einen Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels durchströmende Energie von dem Patienten absorbiert, so dass der Energiestrom im Bündel für die biologisch wirksame Dosis massgebend ist.
Die Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel besteht gemäss der Erfindung aus zwei hintereinander angeordneten fonis ationskammern, deren wirksame Oberflächen grösser sind als der Bündelquerschnitt und die durch cin die Strahlen absorbierendes Filter voneinander getrennt sind. Die Schaltung ist derart getroffen, dass die elektrischen Ströme der beiden Ionisationskammern einander entgegengesetzt gerichtet sind; der Unterschied bildet den Messstrom. Weiter sind das Material und die Stärke des Filters und die Elektrodenabstände in den beiden Ionisationskammern derart gewählt, dass die Messströme für mindestens zwei verschiedene Strahlungsqualitäten umgekehrt proportional mit den für diese Strahlungsqualitäten bekannten Massenabsorptionskoeffizienten des Mediums sind, mit dem die Ionisationskammern gefüllt sind.
In der nachfolgender Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird die Vorrichtung nach der Erfindung in Einzelheiten erörtert.
Der gemessene Ionisationsstrom ist proportional mit der Dosiergeschwindigkeit. Letztere ändert sich mit der Strahlungsqualität. Der Ionisationsstrom wird von der in der Iönisationskammer pro Zeiteinheit absorbierten Dosis hervorgerufen und ist somit proportional mit dem Produkt der Intensität der Röntgenstrahlen und des Energieabsorptionskoeffizienten des Inhaltes der Kammer. Letztere ändern sich beide mit der Strahlungsqualität.
Werden die Intensitäten durch Int, und Int2 und die Energieabsorptionskoeffizienten durch u1 und t±2 bezeichnet, und die absorbierten Dosen durch Dl und D2, so ist: D2 = Int2 X 82
D1 Intl zum und das Verhältnis zwischen den Intensitäten:
Int2 = D2
Int1 D1 2
Die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis in dem Bereich der in der Röntgendiagnostik auftretenden Strahlungsqualitäten ist proportional mit der Dosiergeschwindigkeit, also mit dem Ionisationsstrom. Für D2 und D1 können somit die Ionisationsströme gewählt werden. Daraus ergibt sich, dass der Ionisationsstrom nicht als Mass für die Intensität der Röntgestrahlen dienen kann infolge des Faktors 1/ 2.
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 für Röntgenstrahlen empfindliche Teil der Vorrichtung besteht aus den Ionisationskammern 1 und 2, zwischen denen ein Filter 3 angeordnet ist.
Die Röntgenstrahlenquelle 4 ist schaubildlich angedeutet, sowie das Röntgenstrahlenbündel 5, das die Ionisationskammern 1 und 2 trifft. Das Röntgenstrahlenbündel 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 r1 bezeichneten Dosiergeschwindigkeit kann der Ionisationsstrom durch die Kammer 1 durch: lli = Clrl angegeben werden, wobei C5 ein Proportionlitätsfaktor ist. Unter Dosierungsgeschwindigkeit wird die Bestrahlungsdosis pro Zeiteinheit verstanden. Der Faktor C1 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 wird Cl genannt, so dass der Strom 112 durch die zweite Ionisationskammer 2 wie folgt angedeutet werden kann: d2
I12 = C1 al 71 d wobei d1 und d2 die betreffenden Elektro den abstände der Ionisationskammern 1 und 2 bezeichnen.
Der Messstrom I1, das heisst der Unterschied zwischen den beiden Ionisationsströmen, ist dabei:
EMI2.1
Dieser Strom wird durch das Anzeigeinstrument 7 eines Elektrometers 8 gemessen. Die Einzelheiten eines solchen Meters 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 Ionisationskammern verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 9 ist bei 13 mit Erde verbunden.
Die Elektrode 14 in der Ionisationskammer 1, die der Elektrode 11 gegenüberliegt, ist mit einem Ende 15 der Spannungsquelle 16 und die Elektrode 17 in der Ionisationskammer 2, die der Elektrode 12 gegenüberliegt, ist mit dem anderen 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 geschlossenen Stromkreis, wobei in den Kammern die Ionisationsströme entgegengesetzt gerichtet sind, so dass der Widerstand 9 von dem Differenzstrom durchflossen wird.
Die Spannung über dem Widerstand 9 ist proportional mit diesem Strom.
Für eine andere Strahlungsqualität hat der Übertragungskoeffizient des Filters 3 den Wert a2 und der Proportionalitätsfaktor wird durch C bezeichnet.
Bei einer durch r., bezeichneten Dosiergeschwindigkeit ist der Ionisationsstrom in der Kammer 1: 121= C2r2, und in der Kammer 2: I22 = C2α2r2 d2/d1
Der Messstrom wird in diesem Falle
EMI2.2
Die Ionisationsströme der Kammer 2, in der infolge des Filters eine geschwächte Strahlung auftritt, sind proportional mit den örtlichen Dosiergeschwindigkeiten und da die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis auch proportional mit der Dosiergeschwindigkeit ist, folgt daraus, dass: ist X [±1
Int1 I11 2 so dass das Verhältnis zwischen den Intensitäten:
C27alpha;2r2 X 1/ 2 C1α1r1 entspricht, da das Filter gleich bleibt und die Intensität nicht beeinflusst wird.
Die Bedingung, welche die Messströme erfüllen sollen, damit:
I2=Int2 I1=Int1 folgt somit aus:
EMI2.3
und weiter:
EMI3.1
Aus der im Bericht der 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 al und a2 sind von dem Material und der Stärke des zwischen den Ionisationskammern 1 und 2 angeordneten Filtern 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 dl und der Abstand zwischen den Elektroden 12 und 17 der Kammer 2 ist d2. 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 erfüllt wird.
Die Messströme bei den gewählten Strahlungsqualitäten sind dabei proportional mit der Intensität der Röntgenstrahlen. Für 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, dem der am Elektrometer 8 anliegenden Leiter 10 nach Wahl mit dem Widerstand 9 oder mit einer Platte eines Kondensators verbunden werden kann.
Device for measuring the energy flow in an X-ray beam
The invention relates to a device for measuring the energy flow in an X-ray beam. The usual means for this purpose is an ionization chamber arranged in the beam, the ionization current of which is fed to a measuring mechanism. By calibrating the device, the measuring mechanism can be provided with a specific scale graduation from which the dosing speed can be read in X-rays per minute.
By integrating the measurement current, the radiation dose can be determined in X-rays.
From the results obtained in this way, for. B. Conclusions can be drawn as to exposure time to achieve proper blackening of the photographic plate in making radiographs. It is known that the dose of radiation is not the correct measure of the biological effect caused by ionization from a non-natural source of radiation. A distinction is now made between the radiation dose and the absorbed dose, the latter being the amount of radiation energy absorbed per gram of the material irradiated. In addition, the integral, absorbed dose, which is understood to mean the total radiation energy absorbed by the patient, is of interest.
In X-ray diagnostics, practically all energy flowing through a cross section of the X-ray beam during the examination is absorbed by the patient, so that the energy flow in the beam is decisive for the biologically effective dose.
According to the invention, the device for measuring the energy flow in an X-ray beam consists of two fonization chambers arranged one behind the other, the effective surfaces of which are larger than the beam cross-section and which are separated from one another by a filter which absorbs the rays. The circuit is made in such a way that the electrical currents of the two ionization chambers are directed opposite one another; the difference is the measurement current. Furthermore, the material and the thickness of the filter and the distance between the electrodes in the two ionization chambers are selected in such a way that the measurement currents for at least two different radiation qualities are inversely proportional to the mass absorption coefficients known for these radiation qualities of the medium with which the ionization chambers are filled.
In the following description of an embodiment illustrated in the drawing, the device according to the invention will be discussed in detail.
The measured ionization current is proportional to the dosing speed. The latter changes with the radiation quality. The ionization current is caused by the dose absorbed per unit of time in the ionization chamber and is thus proportional to the product of the intensity of the X-rays and the energy absorption coefficient of the contents of the chamber. The latter both change with the radiation quality.
If the intensities are denoted by Int, and Int2 and the energy absorption coefficients by u1 and t ± 2, and the doses absorbed by Dl and D2, then: D2 = Int2 X 82
D1 Intl to and the ratio between the intensities:
Int2 = D2
Int1 D1 2
The dose absorbed per unit of time in the range of radiation qualities occurring in X-ray diagnostics is proportional to the dosing speed, that is to say to the ionization current. The ionization currents can thus be selected for D2 and D1. This means that the ionization current cannot be used as a measure for the intensity of the X-rays due to the factor 1/2.
It has been found that an electrical current can be used as a measure for this quantity, which is obtained by the device according to the invention.
The part of the device that is sensitive to X-rays consists of the ionization chambers 1 and 2, between which a filter 3 is arranged.
The x-ray source 4 is indicated diagrammatically, as is the x-ray beam 5 that hits the ionization chambers 1 and 2. The X-ray beam 5 is restricted by the diaphragm 6 to a cross section which is smaller at the measuring point than the surface of the ionization chambers.
With a certain radiation quality and with a metering rate denoted by r1, the ionization current through chamber 1 can be given by: lli = Clrl, where C5 is a proportionality factor. The dose rate is understood to mean the radiation dose per unit of time. The factor C1 is determined by calibration and is essentially dependent on the type of gas used in the ionization chamber and on the gas volume.
The transmission coefficient of the filter 3 for X-rays for the given radiation quality is called Cl, so that the current 112 through the second ionization chamber 2 can be indicated as follows: d2
I12 = C1 al 71 d where d1 and d2 denote the respective electrons and the distances between the ionization chambers 1 and 2.
The measuring current I1, i.e. the difference between the two ionization currents, is:
EMI2.1
This current is measured by the display instrument 7 of an electrometer 8. The details of such a meter are known, so this is not explained in detail. The current to be measured flows through the resistor 9, which is placed parallel to the electrometer 8. One end of the resistor 9 is connected through the conductor 10 to an electrode 11 and an electrode 12 of each of the ionization chambers. The other end of resistor 9 is connected to ground at 13.
The electrode 14 in the ionization chamber 1, which is opposite the electrode 11, is connected to one end 15 of the voltage source 16 and the electrode 17 in the ionization chamber 2, which is opposite the electrode 12, is connected to the other end 18 of the voltage source 16. The center 19 of the voltage source 16 is connected to ground. Both chambers, together with the resistor 9, thus form a closed circuit, the ionization currents in the chambers being directed in opposite directions, so that the resistor 9 is traversed by the differential current.
The voltage across the resistor 9 is proportional to this current.
For a different radiation quality, the transmission coefficient of the filter 3 has the value a2 and the proportionality factor is denoted by C.
At a dosing rate denoted by r., The ionization current in chamber 1: 121 = C2r2, and in chamber 2: I22 = C2? 2r2 d2 / d1
In this case, the measuring current is
EMI2.2
The ionization currents of chamber 2, in which a weakened radiation occurs as a result of the filter, are proportional to the local dosing rates and since the dose absorbed per unit of time is also proportional to the dosing rate, it follows that: is X [± 1
Int1 I11 2 so that the relationship between the intensities:
C27alpha; 2r2 X 1/2 C1 corresponds to α1r1 since the filter remains the same and the intensity is not affected.
The condition that the measuring currents should meet so that:
I2 = Int2 I1 = Int1 thus follows from:
EMI2.3
and further:
EMI3.1
From Table 1 published in the report of the International Commission on Radiological Units and Measurements (I. C. R. U.) in 1956, the energy absorption coefficients for various radiation qualities can be read.
The transmission coefficients a1 and a2 are dependent on the material and the strength of the filter 3 arranged between the ionization chambers 1 and 2. When choosing the filter, it can be assumed that in X-ray diagnostics, an aluminum filter with a thickness of 1 mm to a few millimeters is usually placed in front of the radiation exit opening of the X-ray tube. This filter can thus be completely or partially replaced by the filter of the measuring device.
The distance between electrodes 11 and 14 of chamber 1 is d1 and the distance between electrodes 12 and 17 of chamber 2 is d2. If the surfaces of the two ionization chambers are the same, the volume of each chamber is determined by the distance between the electrodes.
A suitable choice of the thickness of the filter and the electrode spacings can ensure that the above-mentioned condition is met.
The measurement currents for the selected radiation qualities are proportional to the intensity of the X-rays. The measuring device can be calibrated for radiation qualities other than those selected.
The ionization chambers 1 and 2 are joined together to form a whole and a gap-shaped space is provided between them, in which the filter is attached.
To measure the integral, absorbed dose, the measuring current must be integrated over time. In this case the resistor 9 must be removed and replaced by a capacitor. A changeover switch can also be attached to which the conductor 10 lying on the electrometer 8 can be connected to the resistor 9 or to a plate of a capacitor, as desired.