DE2421649A1

DE2421649A1 - Vorrichtung zur pruefung einer probe oder eines materials durch messung der absorption der gamma- oder roentgenstrahlung

Info

Publication number: DE2421649A1
Application number: DE2421649A
Authority: DE
Inventors: Erik Dissing
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1974-11-21
Also published as: MX3052E; JPS5048993A; SE373279B; CA1006989A; GB1446818A; US3944830A

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath ' d-62 Wiesbaden

Dr. Dieter Weber v/^ **«&.* 1327

Gustav-Freytag-Straße 25

DipL-Phys. Klaus Seiftert * <⁰⁶¹²¹> ^3/272°

F-"* ■ Telegrammadresse: WILLPATENT

PATENTANWÄLTE

/ 2. Mai 1974

Aktiebolaget Atomenergi of LiIjehoImsvagen 32, Stockholm / Schwaden

Vorrichtung zur Prüfung einer Probe oder eines Materials durch Messung der Absorption der

Gamma- oder Röntgenstrahlung

Priorität: 11. Mai 1973 in Schweden, Anmelde-No. 73.06721-7

Die Erfindung bezieht sich auf die Prüfung einer Probe oder eines Materials, vorzugsweise die Prüfung der Struktur biologischer Gewebe, die mindestens zwei unterschiedliche Substanzen aufweisen, durch Messung der Ab-. sorption der durch die Probe durchgelassenen Gamma- oder

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Röntgenstrahlung. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf die in^ivo-BeStimmung des Mineralgehaltes des menschlichen Skelettes.

Es ist bekannt, bei der KnochendichtebeStimmung am lebenden Körper (imvivo) ein Verfahren zu verwanden, das auf der Benutzung einer radioaktiven Strahlungsquelle beruht, welche Photonen einer bestimmten Energie emittiert. Benutzt man dieses Verfahren, das sogenannte Einzelisotopen-Verfahren, dann wird das der Strahlung auszusetzende Körperteil in einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, untergetaucht, wobei die Flüssigkeit im wesentlichen denselben linearen Äbsorptionskoeffizienten hat wie das den Knochen umgebende weiche Gewebe, wobei der Mineralgehalt dieses Knochens zu bestimmen ist. Auf diese Weise ist es bis zu einem bestimmten Grade möglich, die Strahlungsabsorption in dem weichen Gewebe zu kompensieren. Das Untertauchen des Körperteils in eine Flüssigkeit hat jedoch Nachteile, welche die Anwendbarkeit des Verfahrens reduzieren.

Deshalb wurde das sogenannte Doppelisotopen-Verfahren entwickelt, welches bedeutet, daß die Versuchsergebnisse der Absorptionsmessungen, welche zwei unterschied-

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liehe Isotopen, unterschiedlicher Photonenenergien verwenden', kombiniert und berechnet werden. Auf diese Weise kann der Einfluß des weichen Gewebes ohne jede Verwendung einer das" zu prüfende Körperteil umgebenden Flüssigkeit eliminiert werden. Der spezifische Gehalt der zwei Substanzen wird durch Berechnung der getrennten Testversuche der zwei Isotope erhalten. Die Berechnung ist im allgemeinen vergleichsweise umfangreich und.wird zweckmäßig mittels eines Tischrechners ausgeführt.

Deshalb besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Prüfverfahrens und einer Prüfvorrichtung der eingangs erwähnten Art, wobei die Strahlung mindestens zweier unterschiedlicher Photonenenergien verwendet wird und der Einfluß einer der Substanzen der Probe auf das Prüfungsergebnis gleichzeitig und automatisch derart eliminiert wird, daß das Prüfungsergebnis direkt den Gehalt der anderen Substanz oder Substanzen angibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie durch die Merkmale gebildet werden und in den Ansprüchen gefaßt sind, gelöst.

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Somit weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf: Durchlassen einer Strahlung mit Photonen ntaeteßte^weier unterschiedlicher Energien durch die Probe; gleichzeitig für eine erste und eine zweite von zwei bestimmten Photonenenergien, welche den Logarithmus der Strahlungsintensität der Strahlung bestimmen/ welche durch die Probe geht; Verarbeiten des erhaltenen logarithmischen Wertes derart, daß das Verhältnis der Werte durch einen bestimmten Faktor verändert wird; und Subtrahieren der so verarbeiteten logarithmischen Werte voneinander, um einen gleichzeitigen Prüfungswert zu erhalten, wobei der bestimmte Faktor derart ausgebildet wird, daß der Einfluß einer Substanz auf die Größe des Prüfungswertes eliminiert ist. Das Verhältnis zwischen dem logarithmischen Wert bei der ersten Photonenenergie und dem Logarithmuswert bei der zweiten Photonenenergie wird mit einem Faktor verändert, der im weaentliehen gleich dem Verhältnis zwischen dem Massenabsorptionskoeffizienten der einen Substanz bei der zweiten Photonenenergie und dem Massenabsorptipnskoeffizienten der einen Substanz bei der ersten Photonenenergie ist. Zweckmäßigerweiee wird die Probe durch Abtasten der durch

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die Probe in einer ersten Richtung durchgelassenen Strahlung geprüft, während gleichzeitig und kontinuierlich der Prüfwert hergestellt wird. In vorteilhafter 'Weise wird der Prüfwert gleichzeitig aufgezeichnet, um eine Kurve zu erzeugen, die beispielsweise das Knochendichteprofil zeigt. Ss ist auch vorteilhaft, während des Abtastens den Teil des erzeugten Prüfwertes zu integrieren, der eine Funktion des Einflusses der anderen Substanz oder Substanzen auf die Strahlung ist, wobei ein Wert erhalten wird, der proportional zum Gehalt der Probe der anderen Substanz oder Substanzen in Gewicht pro Längeneinheit in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist- eine radioaktive Strahlungsquelle auf, welche Gamma- oder Röntgenstrahlung mit Photonen mindestens zweier unterschiedlicher Energien ömittiert,und hat einen Detektor zur Bestimmung der Intensität der von der Strahlungsquelle durchgelassenen und auf den Detektor fallenden Strahlung, wobei dLe Vorrichtung insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß der Detektor zur gleichzeitigen Erzeugung

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eines ersten Signals mit einer Quantität proportional zum Logarithmus der Strahlungsintensität bei der ersten Photonenenergie und eines zweiten Signales angeordnet ist, welches" eine Quantität aufweist, die zum Logarithmus der Strahlungsintensität bei einer zweiten Photonenenergie proportional ist, wobei Einrichtungen zur Verarbeitung- des ersten und zweiten Signales derart angeordnet sind, daß das Verhältnis zwischen den Quantitäten oder Mengen durch einen gewissen Faktor verändert oder umgerechnet wird und daß Einrichtungen angeordnet sind, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches eina: Differenz zwischen den umgerechneten Mengen der verarbeiteten Signale proportional ist, wobei die erstgenannte Einrichtung so angeordnet ist, daß sie das Verhält-

des

nis derart umrechnet, daß die Quantität/Ausgangssignals im wesentlichen unabhängig von dem Einfluß der einen Substanz auf die Strahlung ist. Die Strahlungsquelle und die Detektoreinrichtung sind in zweckmäßiger Weise derart angeordnet, daß der Strahl über die Probe abgetastet werden kann, während gleichzeitig das Ausgangssignal erzeugt wird. In vorteilhafter Weise sind Aufzeichnungseinrichtungen für die Quantität oder Menge des AusgangssignaIs vorgesehen. Es ist auch vorteil-

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häft, eine Integriereinrichtung für das Signal vorzusehen, welches proportional zur Quantität des Ausgangssignales ist.'

Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Grundprinzip der Erfindung, Fig. 2 bei einem Beispiel die Abhängigkeit des Massenabsorptionskoeffizienten -u bei der Photonenenergie E der absorbierten Strahlung für unterschiedliche Substanzen,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 . '

und 5 Aufzeichnungen von Meßergebnissen, die von einer Vorrichtung erhalten sind, die gemäß Fig. 3 aufgebaut ist und

Fig. 6 eine beispielhafte Ausführungsform, wie die Abtastung gewährleistet sein kann.

Gemäß Fig. 1 wird eine Probe 1 geprüft, die im Querschnitt gezeigt ist und eine Substanz b, z. B. Knochengewebe, und eine Substanz B, z. B. weiches Gewebe aufweist. Die Prüfung dieser Probe erfolgt mittels einer radioaktiven Bestrahlungsqueile 2 und einer Detektor-

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einrichtung mit einem Photonendetektor 3, zwei logarithmischen Intensitätsmessern oder Ratemeßgeräten 5 und 4, zwei Verstärkern 6 und 7 und einer Subtraktionsvorrichtung bzw. Subtraktor 8. Die Strahlungsquelle 2emittiert Photonen zweier unterschiedlicher Energien E₁ und E_, wobei die Massenabsorptionskoeffizienten der zwei Substanzen /U-. _b und /^u _1s bei einer Photonenenergie E. und /U_2t) und

_U2 bei einer Photonenenergie E sind, wie in Fig. 2 gezeigt.

Der logarithmische Intensitätsmesser 4 ist angeordnet, um ein Signal zu erzeugen, welches proportional zum Logarithmus der einfallenden Strahlungsintensität I- bei der Energie E^ am Photondetektor 3 ist, und der logarithmische Intensitätsmesser 5 ist angeordnet, um ein Signal zu erzeugen, welches proportional de» Logarithmus der gleichzeitigen einfallenden Strahlungsintensität I, bei der Energie E₂ am Detektor 3 ist. Signalverstärker 6 und 7 haben den Verstärkungsfaktor F-j bzw. F₂. Die Strahlungsquelle 2 und der Photonendetektor 3 sind relativ zur Probe 1 in der mit y markierten Richtung verschiebbar, wodurch die in der χ bezeichneten Richtung sich ausbreitende Strahlung über die Probe überstrichen oder abgetastet werden kann.

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Falls die Strahlungsintensitäten bei Energien E₁ und Ej, wenn sie frei durch die Luft gehen (in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien gezeigt), mit I₀₁ bzw. I₂ bezeichnet werden, gelten mit einiger Näherung die bekannten folgenden Dämpfungsbedingungen bzw. Abklingbedingungen:

in I₁ = in I₀₁ - K /U₁₃ P₃ x_s - K /U^Pj₅ x_{b (1)} und

in I₂ « in I₀₂ - K /U₂₃ P₃ X₃ - K ^h _% ₍₂₎

wobei-P und -P, die Dichten der s-Substanz bzw. s .b

der b-Substanz sind, χ und x, die Abstände des Strahlungsdurchganges durch die s-Substanz bzw. b-Substanz sind, K eine Konstante ist und ,U₁ , /^U1b' /^U2s ^und /^U2b ^d^^{e o}^^en erwähnten Massenabsorptionakosffizienten sind.

Somit ist das Ausgangssignal _Uaus cles Subtraktors 8:

F In I ^ - F In T - K P 11 - V M— 9

(31 ,3,

,Vorausgesetzt, daß 2 _ /^U1s wird das Ausgangs-

^F1 " u
signal sein: /2s

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^/U<|S /^U1s /^U2b P

/^U2s

d. h., die Größe des Ausgangssignales ist unabhängig

von χ . Mit anderen Worten ist die Detektoreinrichs

tung bezüglich der s-Substanz "blind" und erzeugt
ein Ausgangssignal, welches abgesehen von den Schwankungen infolge der Randphotonenabtastung wohl bezüglich des Gehaltes der b-Substanz variiert.

Zwecks Vereinfachung wird zweckmäßigerweise. ein Signal, welches

gemäß
entspricht, vom Ausgangssignal/(4) abgezogen, wobei

das Ausgangssignal ist:

' /1s /2b P χ

F (In I₀₁ In I ) - K P₁ /U (1--V⁵- * *=^Γ Λ

^{1 01} u °² 1 / Io /U₂₃ /U₁₁₃

Die oben verwendete Vereinfachung, die leicht dadurch erhalten werden kann, daß man ein Referenzgeneratorsignal von dem Ausgangssignal gemäß (4) subtrahiert oder das Signal in zweckmäßiger Weise nach jedem oder bei-

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den Verstärkern 6 und 7 subtrahiert oder addiert, bedeutet, daß das Ausgangssignal gemäß(5) direkt proportional zu' den Gehalten oder Inhalten der b-Substanz der Probe ist.

Die vorerwähnte vereinfachte Gleichung (5) hinsichtlich des Ausgangssignals erhält man, wenn jeder Intensitätsmesser 4 und 5 angeordnet ist, um ein Signal zu erzeugen, weiches proportional dem Logarithmus des Verhältnisses zwischen der Intensität der Strahlung ist,.wenn sie frei durch die Luft geht, und der Intensität der Strahlung, wenn sie durch die Probe geht, d. h. proportional zu _0 , und natürlich wenn die Strahlungsintensitäten

I
Iq- und I₀₂ so ausgewählt sind, daß gilt:

^ln

Wenn die Strahlung über der Probe in der oben erwähnten Weise abgetastet wird, wird das Ausgangssignal gemäß (5) gleichzeitig integriert, wobei die folgende Gleichung bezüglich des sich ergebenden Signales erhalten wird:

lÜ- yU

τ,— · ^r—) · '^w

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Wenn die Äbtastgeschwindigkeit ^ konstant ist und gleich ν ist und·der wirksame Bereich der b-Substanz in der Abtastebene A ist, erhalten wir

K, _vu_lb (1 -/!l£ . £& , J>_h. - ,7)

J» _A=K 3 f«_aus (M* (8,

^/1b /^U1_B /»

/^U2s /^U1b

Mit anderen Worten ist der Inhalt oder Gehalt der b-Substanz in der Abtastebene, ausgedrückt in Gramm . pro Längeneinheit (senkrecht zur Abtastebene) proportional zu dem Signal, welches nach der Integration erhalten ist_rund der Proportionalitatsfaktor kann durch Berechnung von K₂ und des ,u-Koeffizietenausdruckes bestimmt werden, Wobei letzterer aus der vollständigen Kenntnis der atomaren Zusammensetzung der zwei in Rede stehenden Substanzen bestimmt wird. Da jedoch lineare Bedingungen angenommen werden können, kann der Proportionalitätsfaktor leicht bestimmt werden, oder die Vorrichtung mittels einer Attrappe oder eines Ersatzes, die aus den beiden Substanzen hergestellt ist und einen

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Bekannten Gehalt der b-Substanzen hat, normiert bzw. geregelt werden.

Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, weist eine radioaktive Strahlungsquelle 12 und einen Strahlungsdetektor 13 auf, die auf einer verschiebbaren Gabel 14·, siehe auch Fig. 6,angeordnet sind, so daß die Strahlung über einer zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor angeordneten Probe abgetastet bzw. geschwenkt werden kann. Die Strahlungsquelle 12 ist mit einem Kollimator derart versehen, daß Photonen in einem schmalen Strahl gegen den Detektor 13 hin emittiert werden. Der Detektor erzeugt—iür jedes einfallende Photon einen Impuls, dessen Amplitude proportional zur Energie des Photons ist. Die Impulse aus dem Detektor werden in einem Impulsverstärker 15 verstärkt und danach auf zwei Fensterdiskriminatoren bzw. Frequenzdetektoren und 17 aufgebracht. Diese Diskriminatoren lassen gut definierte Impulse entsprechend einer ersten bzw. einer zweiten Photonenenergie zu einem logarithmischen Impulsfrequenzmesser oder Ratenmeter 18 bzw. durch. Die Ratenmeter erzeugen eine Gleichspannung, die

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proportional dem Logarithmus der Frequenz der Eingangsimpulse ist. Jeder Ratenmeter 18 und 19 ist an einem herkömmlichen Betriebsverstärker 22 bzw. 23 über einen einstellbaren Bezugsniveaugensrator 20 bzw. 21 verbunden. Die Bezugsniveaugeneratoren ermöglichen die Hinzufügung konstanter Gleichspannungen zu den aus den Ratenmessern 18 und 19 erhaltenen Gleichspannungen, so daß .die Eingangs spannungen der Verstärker 22 und 23 l<iull werden, wenn der Photonenstrahl von der Strahlungsquelle direkt durch Luft zum Detektor läuft.

Die Verstärker 22 und 23 sind gekoppelt, um Ausgangssignale mit unterschiedlichen Polaritäten zu erzeugen. Die Verstärkung des Verstärkers 22 kann mittels des einstellbaren Rückkogi ungswider Standes R1 verändert v/erden, während die Verstärkung des Verstärkers 23 konstant ist. Die Ausgänge der Verstärker 22 und 23 liagen an einem entsprechenden Eingangswiderstand R2 bzw. R3 eines Betriebsverstärkers bzw. Rechen- oder Operationsverstärkers 24, der als Summiervorrichtung angekoppelt ist. Die Verstärkung des Verstärkers 24 kann mittels eines einstellbaren Widerstandes R4 eingestellt werden. · Die Gleichspannung am Ausgang des Verstärkers 24 ist somit proportional zur Differenz zwischen den verstärkten Eingangsspannungen der Verstärker 22 und 23.

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Der Ausgang des Verstärkers 24 kann über einen Schalter 25 an einer Aufzeichnungseinheit mit einem Kurvenschreiber 26·, einer Schaltung 27 für die HulleinsteIlsteuerung bzw.-kontrolle" und an einem Integrierscha'ltkreis liegen, der einen Spannungsfrequenzwandler 28, eine Schwellenschaltung 29, ein Und-Gatter 30, einen Impulszählerschaltkreis 31 und einen Schaltkreis 33 für die digitale Darstellung der Zahl des Impulszähler Schaltkreises aufweist, wobei der Schaltkreis 33 über eine,Sperrschaltung 32 am Impulszählerschaltkreis angeschlossen ist.

Der Schwellenschaltkreis 29 ist angeordnet, um während des Abtastbetriebes ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches das Ubä-Gatter 30 erregt und die Integration beginnt, wenn das Eingangssignal zum Schwellenschaltkreis, d. h. das Ausgangssignal des Verstärkers" 24, in einer bestimmten Richtung die Null-Spannung um einen vorbestimmten Wert überschreitet, und welches das Und-Gatter entregt und die Integration anhält, wenn das Eingangssignal zur Spannung Null zurückkehrt. Der genannte: vorbestimmte Wert wird so ausgewählt, daß ein Rauschen am Auegang des Verstärkers 24 - unter anderem infolge

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r i ι

* ι » I

1 ί I » * I I

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der statistischen Schwankungen des Photonenstrahles voraussichtlich nicht das Integrationsverfahren starten kann.

die

Die Schaltung 27/ mittels des Schaltkreises 25 mit den Ausgängen der Bezugsniveaugeneratoren 20 und 21 verbunden werden kann, um zu steuern, bzw. zu kontrollieren daß Null-6pannungen erhalten werden, wenn die Strahlung von der Strahlungsquelle 12 direkt auf den Detektor 13 fällt, weist einen Rechenverstärker 34 und ein Anzeigeinstrument 35 auf. Die Zeitkonstante und die Verstärkung des Verstärkers 34 sind in einem schmalen Band um die Null-Spannung herum mittels einer Rückkopplungsschaltung 36 erhöht worden.

Da alle Einheiten und Schaltkreise, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 verwendet werden, bekannt sind, ist eine ausführlichere Beschreibung derselben hier nicht notwendig. Die logarithmischen Ratenmesser haben jedoch zweckmäßigerweise eine Dioden-Eustp--Iinpul3rate zum Gleichstromwandler. Wenn die Vorrichtung gemäß Figur 3 verwendet wird, werden zuallererst die Beiugsniveaugeneratoren 20 und 21 eingestellt, während sie direkt den Detektor 13 bestrahlen, so daß die Eingangssignale zu den Verstärkern 22 und 23 Null sind. Die Nulleinstellung wird dadurch gesteuert bzw. kontrolliert,

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daß die Schaltung 27 mittels des Schalters 25 nacheinander bzw. abwechselnd an die Ausgänge der Bezugsniveaugeneratoren angeschlossen werden. Deshalb wird eine Probe der Substanz, deren Einfluß eliminiert werden soll, z. B. weiches Gewebe, in den Photonenstrahl von der Strahlungsquelle in der Form einer Attrappe (z. B. Wasser) oder eines gewissen Teils des zu prüfenden Objektes eingegeben, und der Widerstand R1 wird so eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 24 Null ist, wobei der Schalter 25 dann in der in Figur 3 gezeigten Stellung steht. Schließlich wird der gesarate Skalenfaktor der Vorrichtung durch den einstellbaren Widerstand R4 eingestellt. Dies wird in zweckmässiger Weise dadurch erreicht, daß man ein Phantom mit einem bekannten Inhalt der zu prüfenden Substanz, z. B. Knochengewebe, in den Photonenstrahl eingibt, während man den Widerstand R4 einstellt, bis das Instrument 35 eine korrekte Lesung gibt, oder alternativ bis der Integrierschaltkreis -nach dem Abtasten oder überfahren über das Phantom einen korrekten Wert auf der Einheit 33 trägt.

Wenn die Vorrichtung somit normiert oder kalibriert worden ist, wird das zu prüfende Objekt zwischen die

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Strahlungsquelle 12 und den Detektor 13 eingeführt, und der Photonenstrahl wird über dem Objekt abgetastet bzw. gefahren-. Die Äusgangsspannung des Verstärkers 24 ist dann solange Null, bis der"Photonenstrahl anfängt, durch denjenigen Teil des Objektes hindurchzugehen, der die Substanz enthält, welche Gegenstand der Prüfung ist. Wenn die Ausgangsspannung infolge der Absorption der Strahlung in der Substanz auf -dasjenige Niveau gestiegen ist, welches durch die Einstellung der Schwelleneinheit 29 bestimmt ist, wird das ünd-Gatter 30 erregt. Die ImpulsZählereinheit 31 beginnt nun, die Zahl der über das Und-Gatter von den Spannungsfrequenzwandler 28 übermittelte Impulszahl zu zählen, d. h. zu integrieren, wobei die Ausgangsfrequenz des Wandlers proportional zur Äusgangsspannung des Verstärkers 24 ist. So wird verfahren, bis der Photonenstrahl nicht mehr durch dasjenige Teil des Objektes hindurchgeht, welches die zu prüfende Substanz enthält;, d. h. bis die Äusgangsspannung des Verstärkers 24 wieder Null ist und die Schwelleneinheit 29 das Und-Gatter 30 entregt. Die Zählung der Impulszählereinheit 31 kann jetzt digital, auf der Einheit 33 über die Sperrschaltung 32 dargestellt werden, wobei die Zählung ein direktes Maß für den Gehalt der Substanz ist. Die Funktion des Sperrschaltkreisss 32 ist es, zu verhindern, daß die dargestellte Zählung

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durch eine beliebige neue, unmittelbar folgende Integration'beeinflußt wird.

Wie in Figur 3 gezeigt ist,- kann das Ausgangs signal vom Verstärker 24 durch einen KurvenschJölber 26 während des Abtastbetriebes aufgezeichnet werden, wobei ein visueller Eindruck der Verteilung einer Substanz in einer Kurve erhalten werden kann. In ;den Figuren 4 und 5 sind zwecks Erläuterung Aufzeichnungen dargestellt, die durch eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 erhalten sind. Figur 4ä zeigt die Ausgangsspannung des Verstärkers 24, wenn ein weiches Gewebephantom in der Form eines zylindrischen, mit Wasser gefüllten Kunststoffkessels abgetastet wird. Figur 4B zeigt die Ausgangsspannung eines neuen Abtastverfahrens nach dem Untertauchen eines Knochengewebephantoms in Form eines Aluminiumrohres im Wasser in jenem Kunststoff-.kessel. Figur 4C zeigt die Ausgangsspannung einer weiteren Abtastung des in das Wasser getauchten Aluminiumrohres, wobei jedoch ein Isotopenkanal(Diskriminator, Impulszähler und Bezugsniveaugenerator) außer Betrieb gesetzt ist. Die Figuren 5A, B und C zeigen die Ausgangsspannungen von Verstärker 24, wenn ein menschliches Bein, ein Arm bzw. Finger abgetastet werden. Die "negativen" Teile der Aufzeichnungen zeigen das Vorhan-

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densein von Fettgewebe an.

In Figur 6 ist ein Beispiel einer Anordnung für die Abtastung der radioaktiven Strahlung über eine (nicht dargestellte) Probe gezeigt, Eine radioaktive Strahlungsquelle 61 und ein Detektor 62 sind auf jedem Schenkel einer Gabel 63 angeordnet, die auf einem Rahmen 64 gestützt ist. Die Rahmenkonstruktion weist eine Einrichtung zum Verschieben der Gabel 63 entsprechend dem programmierbaren Äbtastmuster auf. Sowohl die Strahlungsquelle 61 als auch der Detektor 65 sind axial auf einem Arm 66 bzw. 67 verschiebbar, die auf dem entsprechenden Gabelschenkel angeordnet sind. Der Detektor 62 ist über ein Kabel 8 mit einem (nicht dargestellten) Impulsverstärker verbunden.

Verwendet man die Anordnung der Fig. 6, dann wird der Teil eines zu prüfenden Körpers zwischen Quelle 61 und dem Detektor 62 angeordnet, wonach die Quelle und der Detektor so eingestellt v/erden, daß geeignete Abstände zwischen Quelle und dem Teil des Körpers bzw. zwischen letzteren und dem Detektor erhalten werden. Danach kann ein programmiertes Abtasten bzw. Bestreichen erfolgen.

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Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere für die Dichtemessungen für Knochen geeignet ist, erkennt man, daß sie selbstverständlich auch bei der Verwendung in anderem Zusammenhang erhebliche VorV teile mit sich bringt. Somit sind andere medizinische Anwendungen denkbar, wo es erwünscht ist, eine gewisse Gewebeart zu betonen. Ferner bedeutet die visuelle Aufzeichnung gemäß der Erfindung, daß sehr kleine strukturelle Veränderungen in einem Diagramm gesehen werden. Mit anderen Worten wird eine Steigerung

des Kontrastes erhalten, den man aus einem Vergleich zwischen den Figuren 43 und 4C erkennt.

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Claims

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Patentansprüche

.1 ..!Verfahren zur Prüfung einer Probe oder eines Materials, vorzugsweise biologischen Gewebes, welches mindestens zwei unterschiedliche Substanzen aufweist, durch die Ileesung dar Absorption von Gamma- oder Röntgenstrahlung, mittels Durchlaß von Photonenstrahlüng mindestens zweier unterschiedlicher Energien durch die Probe, gekennzeichnet durch gleichzeitige Bestimmung des Logarithmus der Strahlungsintensität der durch die Probe hindurchgegangenen Strahlung für jade dar zwei vorbestimmten Photonenenergien; Verarbeiten der erhaltenen logarithmischen Werte derart, daß das Verhältnis der Werte um einen bestimmten Faktor verändert wird; und Subtrahieren der somit verarbeiteten logarithmischen Werte voneinander, um einen gleichzeitigen Prüfwert zu erhalten, wobei der bestimmte Faktor derart ausgewählt wird, daß der Einfluß einer Substanz auf die Größe des Prüfwertes eliminiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis zwischen dem logarithmischen ftert einer Photonenenergie und dem logarithmischen

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Wert der anderen Photonenenergie mit einem Faktor ändern läßt, der im wesentlichen gleich " dem Verhältnis zwischen dem Massenabsorptionskoeffizienten der einen Substanz bei der zweiten Photonenenergie und dem Massenabsorptionskoeffizienten der einen Substanz bei der ersten Photonenenergie ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe dadurch abgetastet bzw. bestrichen wird, daß man die Strahlung über die Probe in einer ersten Richtung schwenkt, während kontinuierlich und gleichzeitig der Prüfwert erzeugt wird.
4. Verfahren anch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integration erfolgt, während derjenige Teil des erzeugten Prüfwertes abgetastet wird, der eine Funktion des Einflusses der anderen Substanz oder Substanzen auf die Strahlung ist, wobei ein Wert erhalten wird, der proportional zum Gehalt der Probe der andren Substanz oder Substanzen in Gewicht pro Längeneinheit in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung erhalten wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

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insbesondere zur Prüfung einer Probe oder eines Materials/ vorzugsweise eines biologischen Gewebes, welches mindestens zwei unterschiedliche Substanzen aufweist, mit einer radioaktiven Strahlungsquelle, die Gamma- oder Röntgenstrahlung emittiert, welche Photonen mindestens zweier unterschiedlicher Energien und eine Detektoreinrichtung für die Bestimmung der Intensität der Strahlung aufweist, welche von der Strahlungsquelle kommt und auf die Detektoreinrichtung fällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (3, 13) angeordnet ist, um gleichzeitig . . ein erstes Signal mit einer Quantität bzw. Größe zu erzeugen, die proportional dem Logarithmus der Strahlungsintensität bei einer ersten Photonenenergie ist, und ein zweites Signal mit einer Quantität zu erzeugen, die proportional zum Logarithmus der Strahlungsintensität bei einer zweiten Photonenenergie ist, das erste und das zweite Signal derart verarbeitende Einrichtungen angeordnet sind, daß das Verhältnis zwischen den Quantitäten bzw. Größen um. einen gewissen Faktor verändert wird, und daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignales angeordnet ist, welches eine Größe hat, die proportional zur Differenz zwischen den veränderten Größen der verarbeiteten Signale ist, und

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daß die erstgenannte Einrichtung angeordnet ist, um das Verhältnis derart zu verändern, daß die Quantität des Ausgangssignales im wesentlichen unabhängig vom Einfluß der einen Substanz auf die Strahlung ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,daß die Strahlungsquelle und der Detektor derart angeordnet sind, daß die Strahlung über die Probe geschwenkt werden kann, während kontinuierlich das Ausgangssignal erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Integriereinrichtung für die QuartLtät, die proportional der Quantität des Ausgangssignales ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Photonendetektor aufweist, der für jedes einfallende Photon einen Impuls erzeugt, dessen Amplitude von der Photonenenergie abhängt; ein erster Diskriminator angeordnet ist um Impulse entsprechend den Photonen des ersten Energieniveaus zu einem ersten logarithmischen Ratenmesser durchzulassen; und ein zweiter Diskriminator angeordnet ist, um Impulse entsprechend den Photonen des zweiten Energieniveaus zu einem

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zweiten logarithmischen Katenmesser durchzulassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß logarithmische Ratenmesser vorgesehen sind, um eine Gleichspannung zu erzeugen, deren Amplitude proportional dem Logarithmus der .Impulsrate ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ratenmesser mit einem Gleichstromverstärker verbunden ist, wobei sich die Verstärkungsfaktoren der Gleichstromverstärker voneinander um den vorbe-

- stimmtemfraktor unterscheiden, und daß die Gleichstromverstärker mit einer Summiereinrichtung derart verbunden sind, daß die verstärkten Gleichspannungen der Ratenmesser voneinander subtrahiert werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ratenmesser mit seinem Verstärker über eine' Schaltung für die Hinzufügung eines Bezugssignales derart angeschlossen ist, daß die Eingangsspannung zum Verstärker Null ist, wenn die Strahlung von der Strahlungsquelle direkt auf den Detektor fällt, ohne durch die Probe hindurchzugehen.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiereinrichtung mit einen Zähler über einen Spannungs-Frequenzwandler verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzeichnungseinrichtung für die Aufzeichnung der Größe der Quantität des Ausgangssignales vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktive Strahlungsquelle eine Mischung aus zwei Isotopen aufweist, ζ. B. I 125 und Am 241..
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle ein Isotop aufweist, welches Photonen mindestens zweier unterschiedlicher Energien emittiert, z. B. Xe 133.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktive Quelle eine Röntgenstrahlröhre ist und die Detektorein-

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- 2ο -

richtung Sciiaibandiskriiainatoran auf v/eist, v/e Ich 3 an dia erste und zweite Photonenanergie anga^aßt sind.

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