DE2442809A1 - Anordnung zur ermittlung der absorption in einem koerper - Google Patents
Anordnung zur ermittlung der absorption in einem koerperInfo
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Description
PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMM
"Anordnung zur Ermittlung der Absorption in einem Körper"
Es ist bekannt (DT-OS 1 941 433), die räumliche Verteilung der Absorption von Strahlung in einer Ebene eines Körpers
dadurch zu ermitteln, daß mittels eines Strahlers und eines hinter dem Körper angeordneten auf den Strahler ausgerichteten Detektors die Absorption der Strahlung durch den Körper
in einer Vielzahl von Richtungen und an einer Vielzahl von Meßorten gemessen wird. Bei einem solchen Meßvorgang wird
das System Strahler - Detektor senkrecht zur Strahlrichtung verschoben und die Absorption an einer Vielzahl von unmittelbar
nebeneinanderliegenden Punkten gemessen. Anschließend
PHD 74-166 o
Eg - 2 -
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wird das System Strahler - Detektor um einen bestimmten Winkel gedreht, wonach sich der gleiche Vorgang wiederholt
usw. Die bei diesem Gerät zur Erfassung der benötigten Meßwerte erforderliche Zeit beträgt mehrere Minuten, so daß
hiermit nur solche Körper bzw. Körperteile untersucht werden können, die absolut unbeweglich gehalten werden
können, da anderenfalls Bewegungsunschärfen unvermeidlich sind.
Es ist auch schon bekannt, daß diese Meßzeit dadurch verringert werden kann (DT-OS 1 941 433, Fig. 7), daß die von
dem Strahler emittierte Strahlung von einer Mehrzahl von Detektoren erfaßt wird, die auf einem Teil eines Kreisbogens
um den Strahler angeordnet sind, wobei jeder Detektor die von einem ihm zugeordneten Kollimator ausgeblendete Strahlung
erfaßt. Um die Absorption in den Teilen der Fläche zu erfassen, die bei einer Messung nicht von der durch die
Kollimatoren ausgeblendeten Strahlung getroffen werden, werden die Detektoren und die zugeordneten Kollimatoren
verschwenkt, bis sämtliche noch nicht bestrahlte Bereiche der zu untersuchenden Ebene von der Messung erfaßt worden
sind. Anschließend wird der Strahler mit den zugehörigen Kollimatoren und Detektoren um einen bestimmten Winkel
gedreht und gleichzeitig die Detektoren zurückgeschwenkt, wonach sich der gleiche Vorgang wiederholt. - Auch bei diesem
Gerät dauert der gesamte Meßvorgang noch sehr lange. Außerdem wird immer nur ein sehr geringer Anteil der vom Strahleremittierten
Gammastrahlung für die Messung ausgenutzt (nämlich die Strahlung, die von den Kollimatoren ausgeblendet
wird), so daß, falls als Strahler eine Röntgenröhre verwendet wird - diese Röntgenröhre bis an die Grenze ihrer
Belastbarkeit betrieben werden muß. Dies ist nachteilig für die Lebensdauer der Röntgenröhre und für die Betriebssicherheit
des Gerätes.
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Ermittlung
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der räumlichen Verteilung der Absorption von Strahlung in einer Ebene eines Körpers, wobei die von wenigstens einem
Strahler auf einer Vielzahl von Richtungen emittierte Strahlung von einer Anzahl von hinter dem Körper in der
Ebene angeordneten Detektoren mit nur relativ kleiner wirksamer Meßfläche gemessen wird, und wobei aus den Meßwerten
die räumliche Verteilung errechnet wird. Hier liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung so auszugestalten,
daß die Meßzeit verkürzt und die Leistung des Strahlers besser ausgenutzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Detektoren in einer Reihe so angeordnet sind, daß ihre
wirksamen Meßflächen unmittelbar aneinander grenzen und die gesamte, etwa keilförmig ausgeblendete Strahlung des
Strahlers erfassen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Anordnung mit mehreren auf einem Kreise angeordneten Strahlern,
Fig. 3 die Justiervorrichtung zur genauen mechanischen Ausrichtung
des Strahlers auf die Detektoren.
In Fig. 1 ist mit 1 der Strahler bezeichnet, der eine Röntgenröhre
oder radioaktives Isotop enthalten kann. Ein Kollimator 2 blendet aus der emittierten Strahlung ein keilförmiges
Strahlenbündel, dessen äußere Begrenzungen mit 3 bzw. 31 bezeichnet sind, aus, das den zu untersuchenden
Körper 4 durchsetzt, hinter dem auf einem Kreisbogen um den Strahler 1 eine Vielzahl von Detektoren 5 so angeordnet ist,
daß ihre wirksamen Meßflächen unmittelbar einander benachbart sind, so daß der gesamte Strahlenkeil 3t 3' von den
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einzelnen Detektoren erfaßt wird. Mit dieser Anordnung kann die Absorption in den durch die Verbindungslinie zwischen
dem Strahler und den Detektoren 5 bestimmten Richtungen also durch eine einzige Messung ermittelt werden. Zur Ermittlung
der Absorptionsverteilung in den anderen Richtungen wird das System Strahler - Detektoren vorzugsweise kontinuierlich um
den Körper 4 herumgedreht, wobei in bestimmten Winkelstellungen die Strahlenquelle eingeschaltet und die Absorption
gemessen wird. Da hierbei, also in einer Stellung des Systems Strahler - Detektoren, die Absorption in der Untersuchungsebene
mit einer einzigen Messung bestimmt werden kann, ist eine wesentliche Herabsetzung der Untersuchungszeit (auf
einige see) möglich.
Eine vor den Detektoren 5 angeordnete Streustrahlenblende sowie ein weiterer in der Zeichnung nicht näher dargestellter
Kollimator, der das Strahlenbündel in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene so begrenzt, daß nur die Detektoren .von
der Strahlung getroffen werden, sorgen dafür, daß die Streustrahlendichte
im Bereich der Detektoren wesentlich kleiner bleibt als in der herkömmlichen Tomographie. Die Streustrahlendichte
kann weiter dadurch reduziert werden, daß die Detektoren nicht unmittelbar hinter dem Körper, sondern in
einem größeren Abstand davon angeordnet sind, so daß hierdurch der Öffnungswinkel in bezug auf die Streustrahlenzentren
im Körper kleiner wird. Dabei wird zwar die geometrische Unscharfe vergrößert; jedoch kann dieser Effekt
vernachlässigt werden, weil bei der erfindungsgemäßen Anordnung - ebenso wie bei den eingangs erwähnten bekannten
Anordnungen - mit stark reduzierter räumlicher Auflösung gearbeitet wird. In besonders kritischen Fällen kann der
Streustrahlenanteil mittels einer zusätzlichen zwischen dem Kollimator 2 und dem Strahler 1 anzubringenden Blendenanordnung
reduziert werden, wenn die Blendenöffnung so bemessen ist, daß jeweils nur ein Strahlenbündel entsprechend der
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wirksamen Meßfläche eines oder nur weniger Detektoren ausgeblendet
wird und die Blendenanordnung derart um den Strahler schwenkbar ist, daß bei einer Schwenkung nacheinander alle
Detektoren 5 bestrahlt werden. Zwar wird hierdurch der Zeitbedarf vergrößert; da bei einer solchen Anordnung die bewegte
Masse aber wesentlich kleiner ist als bei den bekannten Anordnungen, kann die Meßzeit trotzdem noch reduziert werden.
Die Detektoren 5 können strahlenempfliche PbO-Kristallite
oder HgJp-Kristalle enthalten,oder es können auch strahlungsempfindliche
Halbleiterdetektoren verwendet werden. Ebenso ist die Verwendung von lichtempfindlichen Photozellen oder
Photodetektoren (Photodioden, Photofeldeffekttransistoren usw.) möglich, deren eine Verstärkerfolie vorgeschaltet ist,
die die Röntgenstrahlung in sichtbares Licht umwandelt. Die Detektoren können so betrieben werden, daß sie ein der
Dosisleistung proportionales Signal liefern (in diesem Fall müssen den Detektoren Vorverstärker nachgeschaltet se.in, die
das zeitliche Integral des Ausgangssignals der Detektoren bilden) oder sie können so geschaltet sein, daß ihr Ausgangssignal
der Dosis proportional ist, so daß die nachgeschalteten Vorverstärker das Signal lediglich verstärken müssen. Da die
Meßwerte aller Detektoren für eine Richtung jeweils gleichzeitig anfallen, der nachgeschaltete, hier nicht näher beschriebene
Rechner zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption innerhalb der Ebene die Meßwerte in der Regel
aber nicht parallel verarbeiten kann, müssen die Detektorausgangssignale einem Speicherglied, z.B. einem Sampleand-Hold-Verstärker«,
zugeführt werden, wobei die Ausgänge sämtlicher Sample-and-Hold-Verstärker über eine Multiplexeinrichtung
mit dem Rechner verbunden sind, durch die die gespeicherten Meßwerte dem Rechner nacheinander zugeführt
werden.
Zusätzlich zu der aus Pig» 1 ersichtlichen Reihe von
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Detektoren kann eine weitere Reihe von Detektoren vorgesehen sein, die in Richtung senkrecht zur Zeichenebene unmittelbar
neben der dargestellten Diektorreihe angeordnet ist, wobei die Strahlung des Strahlers selbstverständlich so ausgeblendet
werden muß, daß beide Detektorreihen von der Strahlung getroffen werden. Bei der anschließenden Verarbeitung
der von den beiden Detektorreihen gelieferten Meßwerte kann dabei entweder die Absorptionsverteilung in
den beiden durch die Detektorreihen bestimmten Ebenen ermittelt werden oder es kann nach Addition der von jeweils zwei benachbarten
Detektoren gelieferten Meßwerte die über beide Ebenen gemittelte Absorptionsverteilung errechnet werden,
wobei der Signal-Rausch-Abstand verbessert wird.
In der Praxis muß berücksichtigt werden, daß die Intensität der von dem Strahler emittierten Strahlung nicht gleichmäßig
über den Strahlenkeil 3 richtig verteilt ist und daß die Empfindlichkeit der einzelnen Zellen voneinander abweichen
kann„ Zu diesem Zweck wird die Verstärkung der mit
den Detektoren nachzuschaltenden Vorverstärker so. eingestellt,
daß "bei einer direkten Bestrahlung durch den Strahler
CdLh0 ohne den Körper 4 im Strahlengang) die Ausgangssignale
aller Vorverstärker gleich sind»
zu vermeidenρ daß die aus den Meßwerten zu errechnende Verteilung
der Absorption in der Ebene das-Körpers von zeitlichen
Schwankungen der Strahlungsintensität beeinflußt werden, kann ein zusätzlicher· Detektor vorgesehen sein, der oberhalb
oder unterhalb der Zeichenebene angeordnet ist, so daß die von Ihm gemessene Strahlung einerseits nicht durch
d@n zu untersuchenden Körper 4 geschwächt wird und er andererseits
nicht die von den anderen Detektoren gemessene Strahlung beeinflußte Zu diesem Zweck muß in dem vor dem
Strahler angeordneten Kollimator eine zusätzliche Öffnung
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in geeigneter Lage vorgesehen sein. Hierbei müssen nicht mehr die Absolutwerte der Meßwerte, die von zeitlichen
Schwankungen der Intensität des Strahlers abhängig sind, zur Berechnung herangezogen werden, sondern es kann das
Verhältnis der Meßwerte der in der Reihe angeordneten Detektoren 5 einerseits und des zusätzlichen Detektors andererseits
, das von solchen Schwankungen/abhängig ist, für die Berechnung herangezogen werden.
Für den Betrieb der Anordnung ist es wichtig, daß die Reihe der Detektoren genau auf das durch die Kollimatoren vor
dem Strahler ausgeblendete Strahlenbündel ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung kann unter Zuhilfenahme einer nicht näher
dargestellten optischen Justiereinrichtung erfolgen, die fest mit dem Strahler 1 verbunden ist und die mittels einer
Spiegelanordnung 3 Lichtstrahlen aussendet, wobei die Lage und Richtung der beiden äußeren Lichtstrahlen der Lage und
der Richtung der Begrenzungslinien 3, 3' entspricht, «während
der dritte Lichtstrahl mit der Winkelhalbierenden zwischen diesen beiden Strahlen zusammenfalt. Somit läßt sich die
Reihe der Detektoren 5 leicht auf den Strahler ausrichten. Außerdem erzeugen die Lichtstrahlen auf dem zu untersuchenden
Objekt Lichtpunkte, die die zu messende Schicht optisch kennzeichnen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine weitere Verkürzung der Meßzeit ermöglicht. Dabei
sind auf einem Kreis, in dessen Mittelpunkt das zu untersuchende Objekt 4 anzuordnen ist, eine Anzahl von Strahlern
(in der Zeichnung: 11) 11 ... 111 vorgesehen, denen - diametral
in der Lücke zwischen zwei benachbarten Strahlern gegenüberliegend - jeweils eine Reihe von Detektoren 51 ... 511 zugeordnet
ist. Mit dieser Anordnung kann die Absorption in der Ebene des Körpers gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig
in einer der Anzahl der Strahler entsprechenden Anzahl von
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Richtungen gemessen werden.
Wenn alle Strahler hierbei gleichzeitig eingeschaltet würden,
würde die Streustrahlendichte im Vergleich zu der Anordnung nach Fig. 1 beträchtlich erhöht werden. Um dies zu vermeiden,
können die Röntgenstrahier und die ihnen zugeordneten Reihen von Detektoren nacheinander eingeschaltet werden. Dies kann
innerhalb von Sekundenbruchteilen erfolgen.
In der Praxis kann aus räumlichen und wirtschaftlichen Gründen die Zahl der Strahler- und Detektorsysteme nicht so groß
gemacht werden wie die Zahl der Richtungen, unter denen die Absorption in den einzelnen Bereichen der zu untersuchenden
Ebene des Körpers gemessen werden muß. Um die Absorption in sämtlichen erforderlichen Richtungen zu erfassen, wird daher
das aus den Strahlern und den ihnen zugeordneten Detektorreihen bestehende System um den zu untersuchenden Körper
(oder dieser relativ zu dem System) gedreht, wobei während einer Drehung um den Winkel 2 if/n (η = Anzahl der Strahler)
alle Strahler m-mal gezündet werden, so daß die Absorption
unter m χ η verschiedenen Richtungen gemessen werden kann. Diese Messungen können in relativ kurzer Zeit durchgeführt
werden, weil die Anordnung nur um einen kleinen Winkel geschwenkt werden muß und die Schwenkbewegung auch kontinuierlich
erfolgen kann. Es können daher auch Ebenen von Körpern untersucht werden, die nur sehr kurzfristig ruhiggestellt
werden können.
PATENTANSPRÜCHE:
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Claims (9)
1. Anordnung zur Ermittlung der räumlichen Verteilung
der Absorption von Strahlung in einer Ebene eines Körpers, wobei in einer Vielzahl von Richtungen die von wenigstens
einem Strahler emittierte Strahlung von einer Anzahl von hinter dem Körper in der Ebene angeordneten Detektoren mit
nur relativ kleiner wirksamer Meßfläche gemessen wird, und wobei aus den Meßwerten die räumliche Verteilung errechnet
wird,dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5) in
einer Reihe so angeordnet sind, daß ihre wirksamen Meßflächen unmittelbar aneinander angrenzen und die gesamte, etwa
keilförmig ausgeblendete Strahlung (3, 3') des Strahlers (1) erfassen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektoren auf einem Kreisbogen um den Strahler angeordnet sind. .
3. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem einzigen Strahler, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler mit den Detektoren
einerseits und der zu untersuchende Körper andererseits relativ zueinander um einen Winkel von 360° kontinuierlich
drehbar sind, wobei die Strahlung periodisch einschaltbar ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Blendenvorrichtung, die einen Strahl entsprechend der wirksamen Meßfläche
eines Detektors ausblendet, derart um den Strahler (1)
schwenkbar, vorzugsweise kontinuierlich drehbar, angeordnet ist, daß bei einer Schwenkung bzw. Drehung sämtliche
Detektoren (5) nacheinander bestrahlt werden·
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahler ein weiterer
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Detektor zugeordnet ist, der die vom Körper nicht geschwächte Strahlung erfaßt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Justiervorrichtung
fest mit dem Strahler verbunden ist, die drei Lichtstrahlen aussendet, welche im justierten Zustand die beiden äußersten
und den in der Mitte der Reihe der Detektoren (5) angeordneten Detektor treffen.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahler (11 ... 111) gleichmäßig auf einem Kreis angeordnet sind, und daß die
jedem Strahler zugeordneten Detektoren (51 ... 511) jeweils zwischen zwei benachbarten Strahlern angeordnet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (11 ... 111) mitsamt den zugehörigen.
Detektoren (51 ... 511) einerseits und der zu untersuchende Körper andererseits relativ zueinander drehbar angeordnet
sind, wobei während einer Drehung um den Winkel 2 7T7n
(n = Anzahl der Strahler) sämtliche Strahler mehrfach eingeschaltet werden.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahler (11 ... 111) und die Detektoren (51 ... 511) nacheinander einschaltbar sind.
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