DE2462509C3

DE2462509C3 - Radiographisches Gerät zum Untersuchen der Absorption von Röntgen- oder Gamma-Strahlung in einer Querschnittscheibe eines Körpers

Info

Publication number: DE2462509C3
Application number: DE2462509A
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Newark Nottinghamshire Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-05-05
Filing date: 1974-05-03
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE2462509B2; JPS5028386A; JPS5430640B2; DE2462509A1; DE2422008A1; US3940626A; GB1468810A

Description

Die Erfindung betrifft ein radiographisches Gerät zum Untersuchen einer Querschnittsscheibe eines Körpers mittels Röntgen- oder Gamma-Strahlung, mit Mitteln zur Halterung des Körpers, die die zu untersuchende Querschnittsscheibe in eine vorgewählte Lage bringen, mit einer Röntgen- oder Gamma-Strah- ϊ lung emittierenden Quelle, die die Strahlung als fächerförmiges Strahlungsfeld entlang einer Gruppe weitgehend linearer, gegenseitig divergierender Wege durch die Querschnittsscheibe schickt, wenn diese sich in ihrer vorgewählten Lage befindet, mit Mitteln, die der ίο Quelle eine Winkelbewegung um eine die Querschnittsscheibe schneidende und durch den Körper verlaufende Achse erteilen, so daß die Quelle durch den Körper Strahlung entlang weiterer gegenseitig divergierender Strahlenwege schickt, mit einer Detektoranordnung, die eine Vielzahl von aus je einem fotoelektrischen Wandler und eine beim Auftreffen der Röntgen- oder Gamma-Strahlung Licht emittierenden Kristallanordnung bestehenden Einzeldetektoren aufweist und mit Verarbeitungsmitteln zur Verarbeitung der von den fotoelektrisehen Wandlern gelieferten elektrischen Ausgangssignale zu einer Darstellung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten in bezug auf die Röntgen- oder Gamma-Strahlung über die Querschnittsscheibe.

Ein radiographisches Gerät dieser Art ist bereits in der GB-PS 12 83 915 beschrieben. Die von der erwähnten Detektoranordnung gelieferten Ausgangssignale werden auch als »Randwerte« bezeichnet, weil es sich hierbei um die von den Einzeldetektoren für die einzelnen Strahlenwege festgestellten Strahlenwerte handelt, die am Rand der Querschnittsscheibe des untersuchten Körpers festgestellt werden. Jede Gruppe von Strahlen enthält mehrere koplanare Strahlen, die gegenseitig divergierend verlaufen, und jede Strahlengruppe wird durch den Körper mit einer entsprechenden Winkelorientierung hindurchgeschickt, wobei die Strahlengruppen koplanar sind.

Gemäß der GB-PS 12 83 915 ist in dem planaren Teil des Körpers, durch den die Strahlen geschickt werden, eine zweidimensionale Matrix aus Elementen angenommen, deren Größe auf die Breite der einzelnen Strahlen und auf den Abstand zwischen benachbarten Strahlen einer Gruppe bezogen ist. Dabei ist die Zahl der Winkelorientierungen, unter denen Strahlen durch den Körper geschickt werden, multipliziert mit der Zahl der Strahlen in jeder Gruppe größer als die Anzahl der Elemente der Matrix, so daß durch entsprechende Verarbeitung der Randwerte die Absorptions-(oder Durchlässigkeits-)Koeffizienten der Matrix-Elemente bestimmt werden können.

Bei dem bekannten radiographischen Gerät wird die aus dem Körper austretende Strahlung mit Hilfe von Szintillatorkristallen festgesSellt, beispielsweise Natriumjodid- oder Zäsiumjodid-Kristallen, die gegebenenfalls mit Thallium aktiviert sind. Diese Kristalle wirken mit fotoelektrischen Wandlern zusammen, z. B. Fotovervielfachern, die das von den Kristallen emittierte Licht in elektrische Signale umwandeln, welche ein Maß für die Strahlung sind, die beim Auftreffen auf die Kristalle die Emission des Lichtes bewirken. Der Umstand, daß bei der Detektoranordnung jedem Kristall ein Fotovervielfacher zugeordnet ist, hat sich sowohl aus wirtschaftlichen wie auch aus praktischen Gründen als zu aufwendig erwiesen.

Durch die US-PS 31 01 407, die allerdings nicht ein radiographisches Gerät der eingangs vorausgesetzten Art betrifft, ist es für sich gesehen bekannt, eine Kommutierung zwischen den Ausgängen von Fotover-

vielfacherröhren und einer Anzeigeröhre vorzusehen.

Dadurch können von unterschiedlichen Fotovervielfacherröhren abgeleitete Signale auf einer einzigen Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht werden. Auch hier ist jedoch für jeden Kristall eine eigene Fotovervielfacherröhre vorhanden, so daß auch dieses bekannte Gerät den voranstellend beschriebenen Aufwand erfordert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiographisches Gerät der eingangs genannten Ar* so auszubilden, daß jeweils einem fotoelektrischen Wandler mehrere Kristalle zugeordnet werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs vorausgesetzten radiographischem Gerät dadurch gelöst, daß jede Kristallanordnung aus mehreren jeweils demselben fotoelektrischen Wandler zugeordneten Kristallen besteht, daß die Kristalle aus einem solchen Material bestehen, das auftreffende Röntgen- oder Gamma-Strahlungsenergie speichert und unter Einwirkung einer Infrarot-Strahlung als Licht abgibt, daß eine Infrarot-Strahlungsquelle zur Erzeugung eines feiuen Infrarot-StrahlenbündeJs vorgesehen ist, daß Strahlabtastmittel f vorgesehen sind, die eine Abtastung der Kristalle durch ; "das Infrarot-Strahlenbündel bewirken und dadurch die kristalle dazu anregen, m zeitlicher Reihenfolge die im Zeitpunkt der Abtastung gespeicherte Energie als Lichtsignal auf den zugeordneten fotoelektrischen Wandler zu senden, und daß die Verarbeitungsmittel eine Zeitmultiplexvorrichtung zur Zuordnung der Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler zu den einzelnen, ihnen jeweils zugeordneten Kristallen aufweisen.

Bei der Erfindung wird in vorteilhafter Weise auf einer Zeitmultiplex-Basis bewirkt, daß Kristalle, obwohl sie ionisierende Strahlung empfangen, das entsprechende Licht nicht aussenden, bis sie von einem Infrarotstrahl bestrahlt werden, der vorzugsweise von einem Laser ausgesendet wird. Durch eine sequentielle Abtastung einer Anzahl benachbarter Kristalle durch den Laser-Strahl werden die Kristalle — nachdem sie der von dem Körper entlang entsprechender Strahlenwege auftretenden Strahlung ausgesetzt worden sind — veranlaßt, nacheinander Licht in Richtung auf einen ihnen gemeinsamen fotoelektrischen Wandler auszusenden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung spalten die Strahlabtastmittel das Infrarot-Strahlenbündel in einer Anzahl von den fotoelektrischen Wandlern zugeordneten Teilstrahlen auf, die synchrcn die den jeweiligen fotoelektrischen Wandlern zugeordneten Kristalle abtasten.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ist im Unteranspruch 3 angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines radiographischen Gerätes,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Speichereigenschaft von Kristallen.

Gemäß F i g. 1 wird Strahlung von einer Quelle 1 in Form eines ebenen, sektorförmigen Streifens 3, der durch einen Kollimator 4 gebildet wird, durch einen Körper 2 hindurchgeschickt. Auf der der Quelle abgekehrten Seite des Körpers 2 ist eine Reihe von η Kristallen 5 angeordnet, wobei die Kristalle 5 durch entsprechende Kollimatoren 6 jeweils von der durch den Körper geschickten Strahlung einen Strahl aus einer Gruppe von π Strahlen empfangen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat π aus Gründen der Klarheit und der zeichnerischen Darstellung den Wert 20, während ein typischer Weit für λ· in der Praxis bei 300 liegt

Die Kristalle 5 dienen zur Umsetzung der empfangenen Strahlung in Energie, deren Wellenlänge im sichtDaren Band des Spektrums liegt, und zur Speicherung dieser Energie für eine vorgegebene Dauer. Eine typische Speicherdauer bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Millisekunde.

ίο Jeder Untergruppe von ρ benachbarten Kristallen 5 ist als gemeinsamer fotoelektrischer Wandler ein Fotovervielfacher 7 zugeordnet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat ρ den Wert 5. Wenn in der Praxis π den Wert 300 hat, kann ρ den Wert 30 haben.

Ausgangssignale von den Fotovervielfacheni 7 stellen die erwähnten Randwerte dar, und diese Signale werden verstärkt und in logarithmische Werte in nicht dargestellten Schaltungen umgesetzt, die alle an eine nicht dargestellte Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Speicher angeschlossen sind. Bei diesem insoweit beschriebenen Gerät würde ein Ausgangssignal eines der Fotovervielfacher 7 den Lichtausgang aller ρ Kristalle der zugehörigen Untergruppe darstellen. Somit würde ein gegebener Ausgang eine irreführende Kombination von ρ Randwerten sein, die auf ρ Strahlen bezogen sind. Andererseits ist es jedoch erwünscht, daß sich ρ Kristalle einen Fotovervielfacher »teilen«, weil diese Anordnung hinsichtlich der Zahl der zu verwendenden Komponenten wirtschaftlicher als eine Anordnung ist, bei der jeder Kristall mit einem entsprechenden Fotovervielfacher in Verbindung steht, und es besteht auch von der praktischen Seite her der Vorteil, daß nicht eine große Anzahl von einzeln abgeschirmten Fotovervielfachern eingebaut und angeschlossen werden muß.

Die bisher beschriebenen Teile sind mit Ausnahme der Verstärker· und Umsetzer-Schaltungen und des Speichers der Datenverarbeitungsanordnung auf einem mit einer Ausnehmung 18 versehenen Drehtisch 16 angebracht, der um eine mittlere Achse 17 drehbar ist. Der Körper 2 befindet sich in der Ausnehmung 18 des Drehtisches 16 und ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Wasser umgeben, um Ungleichmäßigkeiten der von der Strahlung in der Nähe des Körpers 2 erlittenen Absorption zu vermindern. Der Körper 2 ist von dem Wasser durch eine Gummihülle (nicht dargestellt) geschützt, die den Körper stramm umgibt. Es sei bemerkt, daß der Körper 2 stationär bleibt und daß der Drehtisch 16 um ihn herum rotiert.

Der Drehtisch 16 ist in Stufen von etwa 1° mittels eines Elektromotors 19 drehbar, an dessen Welle ein Antriebsglied 20 befestigt ist, das beispielsweise aus einem Zahnrad besteht, das mit am Umfang des Drehtisches 16 vorgesehenen Zähnen zusammenwirkt.

Die Arbeitsabläufe des Elektromotors 19 sowie der Datenverarbeitungsanordnung und der Speichereinheit werden durch eine nicht dargestellte Zeitsteuerschaltung gesteuert, die nach Empfang eines Startimpulses von einer nicht dargestellten Startsteuerschaltung einen vorgegebenen Arbeitszyklus steuert

Die Kristalle 5 besitzen die in F i g. 2 dargestellte Speichereigenschaft für die beim Empfang von Strahlung aufgenommene Energie. Der Anfangspegel der in F i g. 2 dargestellten abfallenden Kurve hängt von der Größe der Absorption ab, die die Strahlung auf ihrem Weg zu dem Kristall erfährt. Die vier Paare der gestrichelten vertikalen Linien stellen Intervalle dar, in denen der Kristall mit einem Infrarotstrahl von einem

Laser bestrahlt wird, was nachfolgend noch erläutert wird. Diese mehrfache Bestrahlung wird für jede der zahlreichen Positionen des Drehtisches 16 (und damit der Quelle 1 und der Detektoren 5) um den Körper durchgeführt, um eine Gruppe von Ausgangssignalen zu erzeugen, die sich auf eine Gruppe von divergierenden Strählenwegen durch den Körper- 2 aus jeder der zahlreichen unterschiedlichen Richtungen beziehen. Die erwähnten Intervalle stellen Abfrageintervalle Sl, S 2, •S3 und 54 dar. Die Aus'gangssignäle eines Fotoverviel- ι ο fachers 7 werden jeweils während der Abfrageintervalle Sl bis S4 in der Verarbeitungs- und Speichereinheit summiert, da sie sich auf denselben, durch den Körper 2 Verlaufenden Strahl beziehen, und hierdurch wird eine Erhöhung der Genauigkeit erreicht, da große Signale angesammelt werden. Es kann sich natürlich ergeben, daß das erste Abfrageintervall Sl auftritt, wenn ein Kristall ein Strahlungsquantum nennenswerter Dauer nicht empfangen hat In diesem Falle würde das im Augenblick S1 abgeleitete Signal klein sein, aber da der Kristallausgang viermal abgefragt wird, ist es wahrscheinlich, daß vor dem Ende der gesamten Abfrageperiode eine Strahlungsmenge empfangen wird, und es ist daher ebenfalls wahrscheinlich, daß eine der späteren Abfrageperioden ein brauchbares Ausgangssignal liefert

Wie zuvor erwähnt wurde, sind die Kristalle 5 so beschaffen, daß sie auftreffende Energie speichern, bis sie mit einem kräftigen Infrarot-Strahl bestrahlt werden, wodurch optische Energie, die ein Maß für die gespeicherte Energie ist, freigesetzt wird. Ein Laser 37 dient zur Erzeugung eines feinen Infrarot-Strahls 38, und Abtastmittel 39 bewirken, daß der Infräröt-Strähl

38 die Kristalle 5 in einer vorgegebenen Folge abtastet. Es sind dabei vier Untergruppen mit jeweils fünf Kristallen vorhanden, wobei jede Untergruppe mit einem entsprechenden Fotovervielfacher 7 zusammenwirkt. Somit wird der Infrarot-Strahl 38 in den Abtastmitteln

39 in vier Strahlkomponenten aufgespalten, und die vier Strahlkomponenten tasten synchron ensprechende Kristalle deir Untergruppen ab. Hierdurch wird die Information in einer vorgegebenen Folge freigegeben.

Die Abtastmittel 39 können beispielsweise eine drehbare Spiegeltrommel (nicht dargestellt) enthalten, wobei die Trommel eine hexagonale Form hat und auf jeder ebenen Oberfläche einen Planspiegel trägt. Auch andere Abtästvorriehuiiigen können verwendet werden, beispielsweise eine in der GB-PS 13 04 363 beschriebene Vorrichtung, die keine bewegten Teil aufweist.

Es sei bemerkt, daß die Fotovervielfacher 7 unterhalb der Reihe der Kristalle 5 angeordnet sind, so daß der Infrarot-Strahl 38 die Kristalle in einer horizontalen Ebene abtauten kann. Der Drehtisch 16 kann mit Ausnehmungen versehen werden, durch die die Fotovervielfacher 7 hindurchragen.

Es ist erwünscht, daß die äußeren Kristalle zweier benachbarter Untergruppen an die beiden Untergruppen zugeordneten Fotovervielfacher Signale liefern, so daß die Verstärkung der Fotovervielfacher egalisiert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radiographisches Gerät zum Untersuchen einer Querschnittsscheibe eines Körpers mittels Röntgen- oder Gamma-Strahlung, mit Mitteln zur Halterung des Körpers, die die zu untersuchende Querschnittsscheibe in eine vorgewählte Lage bringen, mit einer Röntgen- oder Gamma-Strahlung emittierenden Quelle, die die Strahlung als flächenförmiges Strahlungsfeld entlang einer Gruppe weitgehend linearer, gegenseitig divergierender Wege durch die Querschnittsscheibe schickt, wenn diese sich in ihrer vorgewählten Lage befindet, mit Mitteln, die der Quelle eine Winkelbewegung um eine die Querschnittsscheibe schneidende und durch den Körper verlaufende Achse erteilen, so daß die Quelle durch den Körper Strahlung entlang weiterer gegenseitig divergierender Strahlenwegs schickt, mit einer Deiektoranordnung, die eine Vielzahl von aus je einem fotoelektrischen Wandler und einer beim „ Auftreffen der Röntgen- oder Gamma-StrahJung Licht emittierenden Kristallanordnung bestehenden Einzeldetektoren aufweist und mit Verarbeitungsmitteln zur Verarbeitung der von den fotoelektrischen Wandlern gelieferten elektrischen Ausgangssignale zu einer Darstellung der Verteilung der Absorptionskoeffizienten in bezug auf die Röntgen- oder Gamma-Strahlung über die Querschnittsscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kristallanordnung aus mehreren jeweils demselben fotoelektrischen Wandler (7) zugeordneten Kristallen (5) besteht, daß die Kristalle (5) aus einem solchen Material bestehen, das auftreffende Röntgen- oder Gamma-Strahlungsenergie speichert und unter Einwirkung einer Infrarot-Strahlung als Licht abgibt, daß eine Infrarot-Strahlungsquelle (37) zur Erzeugung eines feinen Infrarot-Strahlenbündels (38) vorgesehen ist, daß Strahlabtastmittel (39) vorgesehen sind, die eine Abtastung der Kristalle (5) durch das Infrarot-Strahlenbündel bewirken, und dadurch die Kristalle (5) dazu anregen, in zeitlicher Reihenfolge die im Zeitpunkt der Abtastung gespeicherte Energie als Lichtsignal auf den zugeordneten fotoelektrischen Wandler (7) zu senden, und daß die Verarbeitungsmittel eine Zeitmultiplexvorrichtung zur Zuordnung der Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler (7) zu den einzelnen, ihnen jeweils zugeordneten Kristallen (5) aufweisen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlabtastmittel (39) das Infrarot-Strahlenbündel (38) in eine Anzahl von den fotoelektrischen Wandlern (7) zugeordneten Teilstrahlen aufspalten, die synchron die den jeweiligen fotoelektrischen Wandlern (7) zugeordneten Kristalle (5) abtasten.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlabtastmittel (39) aus einer drehbaren Spiegeltrommel bestehen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Strahlungsquelle (37) ein Laser ist