DE2451301A1

DE2451301A1 - Radiographieapparat

Info

Publication number: DE2451301A1
Application number: DE19742451301
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Vasseur
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US3937965A; FR2249517B1; FR2249517A1; DE2451301C2; GB1476450A

Description

F-75008 Paris /Frankreich

Unser Zeichen: T 1675

Radiographieapparat

Die Erfindung betrifft einen neuen Radiographieapparat.

Bei den bekannten Apparaten dieser Art wird eine Röntgenstrahlsendeeinrichtung verwendet, welche ein bestimmtes Volumen des· zu untersuchenden Körpers bestrahlt. Das auf dem Beobachtungsschirm erhaltene Bild (und das sich daraus ergebende Photo) ist aus folgenden Gründen unscharf: Die Beobachtung des Volumens des Körpers erfolgt einerseits auf einer ebenen Fläche und andererseits wird durch die Compton-Streuung oder den Compton-Effekt die Unscharfe noch vergrößert.

Zur Verbesserung der Auflösung der erhaltenen Bilder ist es bekannt, eine Röntgenstrahlquelle zu verwenden, die ein sehr feines Bündel aussendet; ein Detektor ist mit der Quelle derart verbunden, daß er in allen Stellungen der Anordnung das Bündel empfängt. Jeder Querschnitt des

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Körpers wird durch die Quelle-Detektor-Anordnung abgetastet. Aus der auf diese Weise erhaltenen Abtastung erhält man mittels eines Datenverarbeitungssystems eine sehr feine Abtastung des Volumens. Es ist jedoch klar, daß einerseits die Abtastung eine ziemlich lange Zeit erfordert und daß andererseits die Abtastung des Körpers tatsächlich eine zweidimensionale Abtastung ist. Ausserdem spielt sich der Compton-Effekt nur in der zweiten Ordnung ab.

Zur Verringerung der Abtastzeit ist bereits vorgeschlagen worden, eine Quelle zu verwenden, die ein in einer Ebene konzentriertes Bündel aussendet. Dieser Quelle ist eine Anordnung von Detektoren zugeordnet, die in der Ebene derart zeilenweise angeordnet sind, daß jeder einen genau definierten Teil des Bündels empfängt. Bei diesem System tastet die Quelle-Detektor-Anordnung jeden Querschnitt des Körpers durch Drehung und den Körper selbst durch Verschiebungen längs dieser Querschnitte ab, wobei die Abtastung eine eindimensionale Abtastung ist. Dagegen ruft der Compton-Effekt eine beträchtliche Unscharfe der erhaltenen Bilder hervor.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Apparates des letztgenannten Typs, bei welchem die Unscharfe aufgrund des Compton-Effekts zum großen Teil beseitigt ist.

Der Apparat nach der Erfindung enthält eine Röntgenstrahlquelle, Einrichtungen, die in der Lage sind, die ausgesandte Strahlung in einem ebenen Bündel zu konzentrieren, und eine Anordnung von Detektoren, die in dieser Ebene angebracht sind und jeweils einen genau definierten Teil des Bündels empfangen können. Der Apparat ist gemäß der Erfindung vor allem dadurch gekennzeichnet, daß jedem Detektor mindestens ein Detektor zugeordnet ist, der außerhalb der Ebene des Bündels angebracht ist und demzufolge keine aus der Quelle stammende direkte Strahlung

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empfängt, und daß elektrische Schaltungen zum Erzielen einer Linearkombination der elektrischen Signale vorgesehen sind, die durch den Detektor und den zugeordneten Detektor erzielt werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

die Fig.

1 und 2 im Längsschnitt bzw. in Draufsicht eine schematische Darstellung des Apparates nach der Erfindung,

Fig. 3 die gleiche Darstellung in perspektivischer Ansicht,

die Fig.

4 und 5 im Schnitt bzw. in perspektivischer Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung, die das Erzeugen eines elektrischen Signals aus einem durch die Röntgenstrahlen gelieferten Informationselement ermöglicht,

Fig. 6 im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel

einer für denselben Gebrauch bestimmten Schaltung,

Fig. 7 das an dem Ausgang der Anordnung von Fig. erhaltene Signal, und

Fig. 8 schematisch einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel.

In sämtlichen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

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Der Apparat nach der Erfindung enthält eine Röntgenstrahlungsquelle 1/ die hinter einer Blende 2 angeordnet ist. Diese Quelle leitet ein im wesentlichen ebenes Röntgenstrahlungsbündel 3 zu einer Reihe von Empfängern 5. Diese Empfänger sind mit Blenden 4 versehen, so daß sie jeweils einen Teil des Bündels empfangen können. Die Reihe von Empfängern sowie die Quelle 1 sind auf ein und demselben Rahmen 6 angebracht und mit diesem fest verbunden, so daß sich die Quelle 1 immer gleichzeitig mit den Empfängern 5 bewegt, wie in den Fig. 1,2 und 3 dargestellt.

Jedem Empfänger 5 ist gemäß der Erfindung ein Empfänger 51 zugeordnet, welcher mit einer Blende 41 versehen ist, die ihn daran hindert, jedwede aus der Röntgenstrahlungsquelle 1 kommende direkte Strahlung zu empfangen. Vorzugsweise ist eine zweite Reihe 52, die mit Blenden 42 versehen ist, symmetrisch in bezug auf die Reihe 41 angeordnet.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Jedes Empfängerelement 5 empfängt eine Röntgenstrahlungsintensität, die dem Absorptionsvermögen des Teils eines Körpers 7 entspricht, der auf der Bahn der Röntgenstrahlen angeordnet ist, und die durch den Empfänger 5 dank seiner Blende 4 empfangen wird.

Er empfängt aber außerdem Photonen, die durch andere Teile des abzutastenden Körpers durch den Compton-Streueffekt gestreut werden.

Der Empfänger 5 wird also ein Strahlungsbündel empfangen, dessen Intensität folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

P₁ + D₁

wobei P₁ die Intensität des Grundbündels an dem Ausgang des abzutastenden Körpers und D. die aus benachbarten Bündeln stammende Energie aufgrund des Compton-Effekts ist. Nun

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hängt aber diese letztgenannte Energie vor allem von dem Teil des durchstrahlten Körpers ab und man kann infolgedessen zu ihrer Berechnung keine Einrichtung vorsehen, wenn man allein P. kennt.

Zum Berechnen dieses Compton-Effekts sind deshalb gemäß der Erfindung mindestens ein, und vorzugsweise zwei zusätzliche Empfänger vorgesehen, die jedem Empfänger zugeordnet sind und aufgrund des Vorhandenseins ihrer Blende nur die durch den Compton-Effekt ausgesandten Strahlen empfangen.

Diese beiden Empfänger empfangen einzig und allein Intensitäten, die gemäß den Wahrscheinlichkeitsgesetzen in der Nähe von D. liegen.

Die Erfindung besteht, somit darin, die durch jede Zweiempfängeranordnung oder Dreiempfängeranordnung empfangenen Strahlen als elektrische Signale auszudrücken und mit diesen Signalen folgende Operation auszuführen:

C, -

^Di ^Di \

Π-, H₂ J

wobei ηj und n„ für die bestmögliche Korrektur aufs beste eingestellt werden und etwa gleich 2 sind.

Es ist ganz klar, daß andere lineare Beziehungen in Betracht gezogen werden können und daß selbst ein einziger Zusatzempfänger verwendet werden könnte.

In den Fig. 4 und 5 sind die Empfänger 5-, 51. und 52. (j = 1 ... η) Photodioden des Typs PIN aus Silizium, dessen freier Teil lithiumdotiert ist. Die P-Bereiche dieser Dioden sind beispielsweise mit Masse verbunden, während ihre N-Bereiche über einen Lastwiderstand R mit dem Minuspol einer gemeinsamen Stromquelle verbunden und infolgedessen in Sperrichtung vorgespannt sind. Diese Dioden verhalten sich gegenüber Röntgenstrahlen wie Photodioden und die Ströme, die sie aussenden, sind von

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der empfangenen Röntgenstrahlungsintensität abhängig. Die an den Anschlüssen des Lastwiderstandes R empfangene Ausgangs-

spannung liegt an dem Eingang eines Operationsverstärkers A, A- und A₂ für die Empfänger 5 bzw. 51 bzw. an.

Die Ausgangsspannungen werden an drei Widerstände R, R₁ und R₂ angelegt, die so berechnet sind, daß eine Linearkombination der drei Ströme gebildet wird, die sie durchfließen, d.h. in dem betreffenden Beispiel;

¹ - - - H₂

Wenn die Abtastung beendet ist, werden diese Ströme in einem Speicher M gespeichert und können in einem Datenverarbeitungssystem verwendet werden. Durch die Verschiebung der Anordnung in bezug auf den zu untersuchenden Körper kann man ihn nämlich in Zellen unterteilen und durch Berechnung das Absorptionsvermögen jeder Zelle ermitteln, was an sich bekannt ist.

Es können weitere Anordnungen in Betracht gezogen werden.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht die Dreierreihe von Empfängern 5, 51, 52 und die zugeordneten Blenden. Die Anordnung ist auf eine Wand 101 eines vakuumdichten Gefäßes 100 aufgeklebt. Auf dieser Wand 101 sind nacheinander aufgebracht: eine Photoszintillationsschicht 102, die der Empfängeranordnung gegenüberliegt, und eine Photokathodenschicht 103. Eine Elektronenoptik 104 lenkt die von der Photokathode emittierten Elektronen auf einen fluoreszierenden Schirm 105, der der Wand 101 zugewandt ist und die gegenüberliegende Wand des Gefäßes 100 bildet.

Das Gefäß 100 hat eine optische Achse, auf der eine optische Linse 106 zentriert ist, die das Bild des Schirms auf die Signalplatte einer Vidiconröhre 107 projiziert.

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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Die Photokathode 103 emittiert auf jeder ihrer Elementarflächen einen Elektronenstrom, der zu der Lichtintensität proportional ist, die der ihr zugeordnete Teil der Photoszintillationsschicht 102 emittiert.. Diese Lichtintensität ist zu der Röntgenstrahlungsmenge proportional, die von dem ihr zugewandten Empfänger empfangen wird.

Ein Bild der .sehr verstärkten Anordnung wird von dem Schirm 105 geliefert. Dieses Bild wird auf der Signalplatte des Vidicons 107 als Ladungsbild ausgedrückt. Diese Signalplatte wird Zeile für Zeile abgetastet, wobei die Abtastung senkrecht zu der Schnittebene erfolgt. Bei jeder Zeilenabtastung ist die Amplitude der drei Signale proportional zu der Intensität der Röntgenstrahlen, die von jedem der eine Dreieranordnung bildenden drei Empfänger empfangen wird. Diese Signale sind in Fig. 7 dargestellt.

Fig. 7 zeigt das Hauptsignal S und die durch den Compton-Effekt hervorgerufenen beiden Signale S₁ und S₂· Die drei Signale haben die gleiche Dauer, ihre Amplitude ist aber der elektrische Ausdruck der Röntgenbestrahlung jedes Empfängers und der zugeordneten Empfänger. Diese Signale werden wie zuvor verarbeitet.

Fig. 8 zeigt eine dritte Lösung. Bei dieser Einrichtung ist die Photoszintillationsschicht 102 direkt auf die Empfängeranordnung aufgebracht und jedem Empfänger ist eine gewöhnliche Photodiode 120 zugeordnet. Diese Photodiode erzeugt direkt ein elektrisches Signal, welches in der in Fig. 4 angegebenen Weise ausgewertet wird.

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Claims

Patentansprüche :

[1. ) Radiographieapparat, mit einer Röntgenstrahlungsquelle, mit einem Kollimatorsystem, welches die ausgesandten Strahlen zu einem ebenen Bündel konzentriert, und mit Hauptempfängern, die mit dieser Quelle verbunden und in der Ebene angeordnet sind und jeweils einen vorbestimmten Teil des Bündels empfangen, wobei die Gesamtheit der Hauptempfänger im wesentlichen das gesamte Bündel empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hauptempfänger mindestens ein Zusatzempfänger zugeordnet ist, daß der Zusatzempfänger mit Einrichtungen versehen ist, damit er den von der Quelle ausgesandten direkten Strahlen entzogen ist und nur die durch den Compton-Effekt ausgesandten Strahlen empfängt, und daß elektrische Schaltungen zum Bilden einer Linearkombination der Amplituden der von dem Hauptempfänger bzw. dem Zusatzempfänger empfangenen Signale vorgesehen sind.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Empfänger ein zweiter Zusatzempfänger zugeordnet ist, daß jede Anordnung aus Empfängern und aus zugeordneten Zusatzempfängern in einer Flucht auf einer zu der Ebene des Bündels senkrechten Geraden angeordnet ist, daß der Detektor zwischen den beiden Zusatzempfängern angeordnet ist und daß elektrische Schaltungen zum Bilden einer Linearkombination der von den drei Empfängern ausgesandten Signale vorgesehen sind.
3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfänger einer Blende zugeordnet ist, daß die Blende des Hauptempfängers so angeordnet ist, daß ein vorbestimmter Teil des von der Quelle ausgesandten Bündels empfangen wird, und daß die Blenden der Zusatzempfänger so angeordnet sind, daß jedwede direkte übertragung der von der Quelle ausgesandten Röntgenstrahlen zu den Zusatzempfängern vermieden ist.

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4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger aus Photodioden bestehen, die in Sperrichtung vorgespannt und röntgenstrahlungs'-empfindlich sind.
5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden PIN-Dioden aus Silizium sind, bei welchen der I-Bereich lithiumdotiert ist.
6. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfänger einem Szintillator zugeordnet ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die Amplitude des von jedem Szintillator ausgesandten Lichtsignals-als elektrisches Signal ausdrückt.
7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Photodiode aufweist, die jedem Empfänger zugeordnet ist.
8. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein vakuumdichtes Gefäß, eine neben dem Szintillator angeordnete Photokathode, eine Elektronenoptik, die auf einem fluoreszierenden Schirm das Bild des Szintillators bildet, und eine Linse enthält, die auf der Si'gnalplatte eines Vidicons ein elektrisches Ladungsbild des auf dem Schirm erzeugten Bildes bildet.

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