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Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgen strahlenbündel
Bei Messungen des Energiestromes eines Röntgenstrahlenbündels begegnet man der Schwierigkeit,
daß meistens die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung, die aus einer Ionisationskammer
besteht, von der Strahlenqualität, also von der durch die Anodenspannung an der
Röntgenröhre bedingten Strahlenhärte, abhängig ist. Diese Erscheinung hat man dazu
benutzt, um eine Meßvorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, eine bessere Reproduzierbarkeit
des Strahlenbündels herbeizuführen. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus zwei
Ionisationskammern, die in Richtung des Strahlenbündels hintereinander angeordnet
und durch eine strahlenabsorbierende Wand voneinander getrennt sind. Die Ionisationsströme
in den beiden Kammern werden in entgegengesetztem Sinne einem Meßinstrument zugeführt.
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In der Röntgendiagnostik wird praktisch die gesamte während der Untersuchung
einen Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels durchströmende Energie von dem Patienten
absorbiert. Mit der Bezeichnung Energiestrom wird die pro Zeiteinheit den Bündelquerschnitt
durchfließende Energie gemeint. Es hat sich herausgestellt, daß die biologische
Wirkung der Strahlung von der absorbierten Energie abhängig ist, so daß bei der
Messung des Energiestromes die Strahlenqualität in Betracht gezogen werden muß.
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Die Erfindung bezweckt somit, eine Vorrichtung zum Messen des Energiestromes
in einem Röntgenstrahlenbündel zu schaffen, bei der das Meßergebnis von der jeweiligen
Strahlenqualität wenigstens nahezu unabhängig ist. Eine derartige Vorrichtung, bestehend
aus zwei Ionisationskammern, die in Richtung des Strahlenbündels hintereinander
angeordnet sind und durch ein strahlenabsorbierendes Filter voneinander getrennt
sind, wobei die Ionisationskammern größere wirksame Oberflächen haben als der Bündelquerschnitt
und die in beiden Kammern erzeugten Ionisationsströme einem Meßgerät in entgegengesetztem
Sinne zugeführt werden, so daß der Unterschied den Meßstrom bildet, ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß das Material und die Stärke des strahlenabsorbierenden
Filters und die Elektrodenabstände in beiden Kammern derart gewählt sind, daß das
Verhältnis
dem Verhältnis zwischen mindestens zwei verschiedenen Strahlenqualitäten entsprechenden
Massenabsorptionskoeffizienten des Mediums entspricht, mit dem die Ionisationskammern
gefüllt sind, und wobei 1 und « 2 die Übertragungskoeffizienten des Filters bei
den gegebenen Strahlenqualitäten sind und d, und d. die Elektrodenabstände der Ionisationskammern
bezeichnen.
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In der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiels wird die Vorrichtung nach der Erfindung in Einzelheiten erörtert.
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Der gemessene Ionisationsstrom ist proportional mit der Dosisleistung.
Letztere ändert sich mit der Strahlungsqualität. Der Ionisationsstrom wird von der
in der Ionisationskammer pro Zeiteinheit absorbierten Dosis hervorgerufen und ist
somit proportional mit dem Produkt der Intensität der Röntgenstrahlen und des Energieabsorptionskoefhzienten
des Inhaltes der Kammer. Letztere ändern sich beide mit der Strahlungsqualität.
Werden die Intensitäten durch Intl und 1nut2, die Energieabsorptionskoeffizienten
durch ui und un und die absorbierten Dosen durch D1 und2. bezeichnet, so ist: D2
~~ Int2 82 D1 Intl 81 und das Verhältnis zwischen den Intensitäten: Int2 ~ D2 zum
Intl D1 82
Die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis in dem Bereisch
der in der Rãntgendiagnostik auftretenden Strahlungsqualitäten ist proportional
mit der Dosisleistung, 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 Röntgenstrahlen dienen kann infolge des Faktors
µ1/µ2.
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Es wurde gefunden, daß ein elektrischer Strom als Maß für diese Größe
benutzt werden kann, der durch die Vorrichtung nach der Erfindung erhalten wird.
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Der für Röntgenstrahlen empfindliche Teil der Vorrichtung besteht
aus den Ionisationskammern 1 und 2, zwischen denen ein Filter 3 angeordnet ist.
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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.
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Bei einer bestimmten Strahlungsqualität und bei einer mit r1 bezeichneten
Dosisleistung kann der Ionisationsstrom durch die Kammer 1 durch lti = C1r1 angegeben
werden, wobei C1 ein Proportionlitätsfaktor ist. Unter Dosisleistung 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.
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Der Übertragungskoeffizient des Filters 3 für Röntgenstrahlen bei
der gegebenen Strahlungsqualität wird a1 genannt, so daß der Strom 1t2 durch die
zweite Ionisationskammer 2 wie folgt angedeutet werden kann: d1 12= C1a1r1 d2 wobei
d1 und d2 die betreffenden Elektrodenabstände der Ionisationskammern 1 und 2 bezeichnen.
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Der Meßstrom li, d. h. der Unterschied zwischen den beiden Ionisationsströmen,
ist dabei: I1 (ai d: - 1).
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Dieser Strom wird durch das Anzeigeinstrument 7 eines Elektrometers
8 gemessen. Die Einzelheiten eines solchen Meßgeräts sind bekannt, so daß dies nicht
näher erläutert wird. Der zu messende Strom fließt durch den Widerstand 9, der parallel
zu dem Elektrometer 8 liegt. 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.
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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 Mittel9 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.
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Die Spannung über dem Widerstand 9 ist proportional zu diesem Strom.
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Für eine andere Strahlungsqualität hat der Übertragungskoeffizient
des Filters 3 den Wert a2, und der Proportionalitätsfaktor wird durch C2 bezeichnet.
Bei einer r, bezeichneten Dosisleistung ist der Ionisationsstrom in der Kammer 1:
I21=C2r2, und in der Kammer 2: 122 = d2 122 = C2 °t2 Der Meßstrom wird in diesem
Falle
Die Ionisationsströme der Kammer 2, in die infolge des Filters eine geschwächte
Strahlung eintritt sind proportional zu den örtlichen Dosisleistungen, und da die
pro Zeiteinheit absorbierte Dosis auch proportional zu der Dosisleistung ist, folgt
daraus, daß: Int2/Int1 = I22/I11 # µ1/µ2, so daß das Verhältnis zwischen den Intensitäten:
C2α2r2 # µ1/µ2 C1α1r1 entspricht, da das Filter gleichbleibt und die
Intensität nicht beeinflußt wird.
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Die Bedingung, welche die Meßströme erfüllen sollen, damit: I2 =
Int2 11 - Int folgt somit aus:
und weiter:
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.
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Die Übertragungskoeffizienten al und a2 sind von dem Material und
der Stärke des zwischen den Ionisationskammern 1 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.
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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 db,. Bei gleichen
Oberflächen der beiden Ionisationskammern ist das Volumen jeder Kammer durch den
Abstand zwischen den Elektroden gegeben.
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Durch passende Wahl der Stärke des Filters und der Elektrodenabstände
kann dafür gesorgt werden, daß die vorstehend erwähnte Bedingung erfüllt wird.
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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.
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Die Ionisationskammern 1 und 2 sind zu einem Ganzen zusammengefügt,
und zwischen ihnen ist ein spaltförmiger Raum vorgesehen, in dem das Filter angebracht
ist.
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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
zum Elektrometer 8 führenden Leiter 10 nach Wahl mit dem Widerstand 9 oder mit einer
Platte eines Kondensators verbindet.