DE2543136A1

DE2543136A1 - Radiographisches beobachtungsgeraet

Info

Publication number: DE2543136A1
Application number: DE19752543136
Authority: DE
Inventors: Michel Frechede; Roger Torguet
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2286577A1; NL7511282A; JPS5164391A; DE2543136C2; US4007373A; FR2286577B1; HU172733B; GB1514958A; SE7510781L; SE416019B

Description

THOMSON - CSF
173» Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; T 1856

Radiographisches Beobachtungsgerät

Bei dem Verfahren der radiographischen Untersuchung werden bekanntlich eine Röntgenstrahlungsquelle, die eine auf einen bestimmten Teil des zu untersuchenden Körpers gerichtete Strahlung aussendet, und mit dieser Quelle fest verbundene Einrichtungen verwendet, die in der Lage sind, diese Strahlungen zu empfangen und sie als digitale Daten auszudrücken.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die Intensität d&r Strahlung konstant und wird ausreichend groß gewählt, damit unabhängig von der Größe des Absorptionskoeffizienten des untersuchten Körperteils auswertbare Angaben erhalten werden. Nun zeigt es sich aber,

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daß die Änderungen dieses Koeffizienten die gesuchten Angaben sind. Um Ergebnisse zu erhalten, wird man deshalb veranlaßt, eine ausreichend große Intensität zu verwenden, damit auswertbare Signale gewonnen werden, wenn der beobachtete Bereich ein mittelgroßes Absorptionsvermögen hat. Diese Intensität könnte überreichlich sein, wenn das mittlere Absorptionsvermögen viel kleiner ist.

Ziel der Erfindung ist es, diese Intensität derart einzustellen, daß die gesuchten Angaben einerseits ohne Informationsverlust und andererseits ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit der Untersuchung erzielt werden.

Das radiographische Beobachtungsgerät nach der Erfindung enthält eine Strahlungsquelle, Einrichtungen zum Fokussieren der Strahlung und zum Bilden eines Bündels, welches einen bestürmten Teil des zu beobachtenden Körpers bestrahlt, Wandler, die dieser Quelle fest zugeordnet sind und elektrische Signale liefern, und diesen Wandlern zugeordnete Einrichtungen zum Bilden und Speichern der entsprechenden digitalen Daten. Es ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß einerseits erste Einrichtungen vorgesehen sind, um die Intensität des Strahlungsbündels derart zu verändern, daß diese Intensität um so größer ist, je größer das Gesarrtabsorptionsvermögen des durchstrahlten Bereiches ist, und daß andererseits zweite Ein— richungen vorgesehen sind, die das Berücksichtigen dieser Intensitätsähderungen bei den ausgeführten Messungen erlauben.

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

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Fig. 1 ein Gesamtschema der Anordnung nach der

Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung von

Fig. 1,

Fig. 3 eine Gruppe von Erläuterungskurven, und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Einzelheit

der Anordnung von Fig. 2.

In Fig. 1 sendet ein Strahlungserzeuger GE, der insbesondere Röntgenstrahlen oder andere durchdringende Strahlen erzeugt, wie beispielsweise Gammastrahlen, ein dünnes Teilchenbündel F aus.

Auf dem Weg dieses Bündels ist ein Streuschirm D angeordnet, der die Eigenschaft hat, einen großen Teil dor einfallenden Strahlen weiterzuleiten, wobei die in diesem Teil enthaltene Intensität ein fester und bestimmter Bruchteil der einfallenden Intensität ist.

Wenn E die ausgesandte Energie ist, so ist, um einen Anhaltspunkt zu geben, der weitergeleitete Teil KE, wobei K für den Streuschirm D kennzeichnend und konstant ist.

Der nicht weitergeleitete Intensitätsanteil wird zerstreut.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält zwei aus gleichen Einrichtungen aufgebaute Zweige, von denen der eine der Strahlung KE ausgesetzt ist und von denen der andere einen immer gleichen Streu-Intensitätsanteil empfängt, nämlich eine Energie KE, wobei K

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deutlich unter 1 - K liegt.

Der Zweig, der die Streuenergie empfängt, enthält eine Photodetektor-Photovervielfacher-Anordnung PM , die ihr Ausgangssignal an einen Integrator I abgibt. Das elektrische Ausgangssignal dieses Integrators wird durch einen Analog-Digital-Umsetzer CAN in zu der Energie E proportionale digitale Daten umgewandelt.

Die weitergeleitete Energie wird zur radiologischen Untersuchung verwendet. Sie durchquert das zu beobachtende Element C und ein

Teil K_KE durchquert diesen Körper, wobei K der Durchlassfaktor 2 3 3

des durchstrahlten Körperteils ist. Dieser Durchlassfaktor soll durch die Anordnung gemessen werden.

Der zweite Zweig ist hinter diesem Körper angeordnet und enthält Elemente PM , I und CAN , welches die gleichen Elemente wie die Elemente PM bzw. I. bzw. CAN. sind.

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Ein Ausgang des Integrators I liefert ein elektrisches Signal oder eine Spannung V , die zu dem Energieanteil K KE proportinal ist. Diese Spannung wird an einen ersten Eingang eines Operat ionsverstärkers A angelegt, der an seinem zweiten Eingang eine feste Referenzspannung V empfängt. Der Verstärker liefert eine zu der

Differenz V_-V_ proportionale Spannung V_, deren Vorzeichen CJ G D

positiv ist, wenn V > V ist, und deren Vorzeichen im gegenteiligen Fall negativ ist. Diese Spannung V_n wird an einen Steuereingang der Strahlungsquelle GE angelegt. Diese Spannung reguliert die Intensität der ausgesandten Strahlen, ohne indessen das Energiespektrum der ausgesandten Strahlung zu verändern.

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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Der Zweig PM I - CAN liefert eine Zahl, die zu KE proportional ist, wobei K konstant ist.

Der Zweig PM_n - I - CAN_ liefert eine Zahl, die zu KKE 2 2 2 3 2

proportional ist, wobei K unbekannt, K aber konstant ist und

ο 2

wobei das Verhältnis K /K₁ ein charakteristischer Parameter des

2 1

Streuschirms D ist. Wenn die Energie E konstant wäre, so würde

die Zahl K_K_E leicht den Faktor K ergeben. Es zeigt sich jedoch, 3 2 3

daß der zu beobachtende Körper nicht homogen ist. Infolgedessen ändert sich der Faktor K und es müßte in gewissen Fällen, um

Resultate zu erzielen, eine große Energie E verwendet werden, die in anderen Fällen überreichlich ist. Das Gegenkopplungsband I — A bewirkt, daß die Energie E verändert und auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Die Energie E ist somit nicht konstant und ist unbekannt. Die beiden Umsetzer, welche die den Ausdrücken KKE bzw. KE entsprechenden Zahlen abgeben, gestatten, E aus der Gleichung zu eliminieren, was K ergibt.

Fig. 2 zeigt ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Aus— führungsbeispiel der Anordnung von Fig. 1. Gleiche Teile tragen gleiche Bezugszeichen.

Der Strahlungserzeuger GE ist von herkömmlicher Bauart. Die Steuereinrichtung wirkt auf die Wendel Fi ein. Die Kathode sendet ein Elektronenbündel aus, welches eine monotone Funktion des die Wendel durchfliessenden Stromes ist, und schließlich haben die von der Anode ausgesandten Röntgenstrahlen eine Intensität, die

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zu der der einfallenden Elektronen proportional ist.

Die beiden Zweige enthalten die gleichen Einrichtungen. Der Index ist denen des ersten Zweiges zugeordnet, während der Index 2 denen des zweiten Zweiges zugeordnet ist.

Diese beiden Zweige enthalten Photodetektor-Photovervielfacher— Anordnungen PM bzw. PM , an deren Ausgängen Integratoren I bzw. I angeordnet sind, welche durch eine gemeinsame Zeitbasiseinrichtung HCR gesteuert werden, die eine Folge von Impulsen mit fester Folgefrequenz aussendet.

Diese beiden Integratoren geben ihre Ausgangsspannungen an zwei Abtastschaltungen EC bzw. EC ab. Diese Abtastschaltungen sind mit zwei Analog-Digital-Umsetzern CAN bzw. CAN verbunden, welche ihre digitale Information an einen Rechner CALC abgeben, der aus diesen Daten die Strahlenundurchlassigkeit der durchstrahlten Bereiche berechnet. Die Ausgangsspannung der Abtastschaltung EC ist das erste Element der in Fig. 1 dargestellten Gegenkopplungs— schleife.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird anhand der Kurven von Fig. verständlich. Diese zeigen in Abhängigkeit von der Zeit Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung.

Die Kurve a zeigt Impulse, welche von der Zeitbasiseinrichtung, d.h. dem Taktgeber HOR abgegeben werden.

Die Kurve b zeigt Impulse der Dauer t , wel ehe dieselbe

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Folgefrequenz haben und das Rückstellen der beiden Integratoren auf Null gestatten.

Am Ende jedes Rückstellimpulses liefert jeder Integrator einen Spannungsanstieg, dessen Steigung von der Intensität der durch die beiden Wandler PM und PM empfangenen Strahlungen abhängig ist.

In dem dargestellten Beispiel ist die Steigung zwar negativ, es versteht sich jedoch von selbst, daß sie von der Anordnung der Integriereinrichtung abhängt.

Der Taktgeber HOR steuert am Ende einer vorbestimmten Zeitspanne t , die kleiner als die Periode der Impulse ist, die Abtastschaltungen EC und EC , welche die Spannung V empfangen, die der Integrator in dem Zeitpunkt t liefert (Kurve d). Die von den Integratoren I und I. gelieferten Spannungen V bzw. V sind Kennwerte für die Koeffizienten KKE einerseits und K E andererseits. Sie werden von den Abtastschaltungen gespeichert, die sie zu den Umsetzern CAN bzw. CAN weiterleiten.

Bei jedem NuUstellimpuls wird die Spannung des Integrators auf Null rückgestellt.

Fig. 4 zeigt ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel der Detektorzweige.

Der Integrator I ist eine Kapazität, deren eine Klemme mit Masse verbunden ist. Ihr ist ein Verstärker B mit konstanter Verstärkung

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nachgeschaltet, der mit der Abtastschaltung EC verbunden ist. Die Nullstelleinrichtung ist ein einfacher Transistor T, der normalerweise gesperrt ist und durch Nullstell impulse leitend gemacht wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel hatten die Parameter folgende Werte:

- Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre: 100 kV,

- Versprgungsspannung des Photovervielfachers: 1500 V,

- Wert der Integrationskapazität: C = 680 pF,

- Brummspannung des Detektorsystems auf der Höhe der Abtastschaltung in Abwesenheit einer Strahlungsemission: Vh = 2 mV.

- V ist die Ausgangsspannung des Detektorsystems.

Es sind mehrere Versuche durchgeführt worden:

1 . Versuch:

Untersuchter Gegenstand 25 cm Wasser + Knochen mit einer

Dicke von 7 mm, _v

Stromstärke der Röntgenröhre: 3,5 mA für MD = 2500.

2. Versuch:

Untersuchter Gegenstand 25 cm Wasser + Knochen mit einer

Dicke von 7 mm +0,5 mm-Duraluminiumfilter, Stromstärke der Röntgenröhre: 3,6 mA für D = 2500.

Vz

3. Versuch:

Untersuchter Gegenstand 25 cm Paraffin + Knochen mit einer Dicke von 1 cm + 0,5 mm-Duraluminiumfilter,

Tz

Stromstärke der Röntgenröhre: 2,6 mA für ^VD = 2500.

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Bei den Messbedingungen ist anzumerken, daß das Verhältnis

D = 2500 vorsichtshalber gewählt worden ist. Die für das Aus-

senden der Strahlung erforderliche Leistung betrug maximal 360 W, was weit unter der bekannten Sendeleistung liegt, die für eine Veränderung der Strahlenundurchlassigkeit bekannt ist, welche in derselben Größenordnung erkennbar ist. In dem Fall, in welchem eine zu erkennende relativ minimale Strahlenundurchlässigkeitsänderung 1/1000 beträgt, beträgt das Verhältnis V /Vz = 1000, wobei die für das Aussenden der entsprechenden Strahlung erforderliche Leistung in demselben Verhältnis verringert würde oder bei gleicher Leistung die Integrationszeit und somit die Messzeit in demselben Verhältnis verringert würde, was in beiden Fällen auf eine Verringerung der durch den Gegenstand oder durch die Person während einer Messreihe absorbierten Dosis hinausläuft.

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Claims

Patentansprüche :

1 .J Radiographisches Beobachtungsgerät, mit einer Strahlungsquelle, mit Einrichtungen zum Fokussieren der Strahlung und zum Bilden eines Bündels, welches einen bestimmten Teil des zu beobachtenden Körpers bestrahlt, mit dieser Strahlungsquelle ' fest zugeordneten Wandlern, die elektrische Signale Hefern, und mit diesen Wandlern zugeordneten Einrichtungen zum Bilden und Speichern der entsprechenden digitalen Daten, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits erste Einrichtungen vorgesehen sind, um die Intensität des Strahlungsbündels derart zu verändern, daß diese Intensität um so größer ist, je größer das Gesanrtabsorptionsvermögen des durchstrahlten Bereiches ist, und daß andererseits zweite Einrichtungen vorgesehen sind, welche· das Berücksichtigen dieser Intensitätsänderungen bei den ausgeführten Messungen erlauben.
2. Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen einen Operationsverstärker mit zwei Eingängen enthalten, von denen der eine eine feste Referenzspannung und der andere eine veränderliche Spannung empfängt, die zu der Intensität der von der Quelle ausgesandten Strahlung proportional ist, wobei ein Ausgang des Operationsverstärkers an die Wendel der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von dem algebraischen Wert der Differenz der beiden Eingangsspannungen eine Regelspannung abgibt.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Einrichtungen einen Streuschirm enthalten, der einen Sekundäranteil, welcher ein bestimmter Bruchteil der in dem ausgesandten Bündel

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enthaltenen Energie ist, zu einem ersten Zweig von Referenzeinrichtungen weiterleitet, die in der Lage sind, in Abhängigkeit von der Intensität der von der Strahlungsquelle direkt ausgesandten Strahlung digitale Daten zu bilden, wobei der Hauptteil der ausgesandten Energie nach dem Durchqueren des zu beobachtenden Körpers von einem zweiten Zweig empfangen wird, der die gleichen Einrichtungen wie der erste Zweig enthält und einerseits zu dem Durchlaßfaktor des durchstrahlten Körpers proportionale digitale Daten und andererseits die veränderliche Spannung erzeugt, die einerseits zu dem Durchlaßfaktor und andererseits zu der Intensität der ausgesandten Strahlung proportional ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige jeweils eine Reihenschaltung aus einem Photodetektor, einem Photovervielfacher, einem Integrator, einer Abtastschaltung und einem Analog-Digital-Umsetzer enthalten und daß ein Rechner die Resultate der beiden Zweige empfängt, wobei die Abtaster der beiden Zweige durch ein und dieselbe Zeitbasiseinrichtung in Synchronismus gesteuert werden und wobei die Regelspannung an dem Ausgang der Abtastschaltung des zweiten Zweiges abgegeben wird.

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