DE2543136C2 - Radiographisches Untersuchungsgerät - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Körper (C) ein Streuschirm (D) angeordnet ist, der einen ersten bestimmten Bruchteil ΚχΕ der Intensität £des Strahlungsbündels zu dem Körper (C) und einen zweiten bestimmten Bruchteil K\Eder Intensität E zu einem zweiten Wandler (PMi) durchläßt, und daß das Ausgangssignal K₂KiE des ersten Wandlers (PM₂), welches dem Produkt des ersten bestimmten Bruchteils K₂E und des Absorptionskoeffizienten K₃ des Körpers (C) entspricht, und das dem zweiten bestimmten Bruchteil K\E entsprechende Ausgangssignal des zweiten Wandlers (PMi) der Verarbeitungseinrichtung (CALC) zugeführt werden, die aus dem Ausgangssignal K₂KzE und dem dem zweiten bestimmten Bruchteil KiE entsprechenden Ausgangssignal zur Bestimmung des gesuchten Absorptionskoeffizienten Ki die Intensitat Feliminiert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeden der Wandler (PMu PM₂) ein Integrator (Iu I₂), eine Abtastschaltung (ECu EC₂) und ein Analog-Digital-Umsetzer (CAN\, CAN₂) folgen, wobei die Abtastschaltungen (ECi, EC₂) synchron getaktet sind.

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Die Erfindung betrifft ein radiographisches Untersuchungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches radiographisches Untersuchungsgerät ist aus der DE-OS 22 04 453 bekannt. Es enthält eine Strahlungsquelle, die ein fokussiertes Strahlungsbündel auf den zu untersuchenden Körper richtet. Im Strahlengang hinter dem Körper ist ein Wandler angeordnet, der ein der Intensität der durch den Körper hindurchgetretenen Strahlung entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Dieses Signal wird in einer Verarbeitungsschaltung aufbereitet, um den Bildschirm eines Sichtgerätes anzusteuern. Durch eine Regelschleife, welche die Intensität des Strahlungsbündels entsprechend dem Gesamtab-Sorptionsvermögen des Körpers anhand des Ausgangssignals des Wandlers als Istsignal einem fest vorgegebenen Sollwert nachregelt, wird eine geeignete Bildhelligkeit auf dem Bildschirm des Sichtgerätes erreicht. Eine Aussage über die absoluten Absorptionswerte des untersuchten Körpers ist aber wegen der veränderlichen Strahlenintensität nicht möglich. Ein ähnliches Untersuchungsgerät ist bereits aus der DE-OS 2010 360 bekannt Bei diesem bekannten Gerät wird zugleich mit der Steuerung des Röntgenröhrenstromes eine Verstellung einer Irisblende einer Kamera durchgeführt, um die Bildhelligkeit auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes der Strahlintensität anzupassen.

Ferner ist aus der FR-PS 12 26 302 bereits ein Gerät zur Messung der Dicke von Materialproben bekannt, welches im Strahlengang vor und hinter dem Meßobjekt je einen Wandler enthält und bei dem durch eine Regelschleife die Differenz der von den beiden Wandlern gelieferten Ausgangssignale ausgeregelt wird. Der Meßwert kann direkt aus dem Ausgangssignal des einen oder anderen Wandlers gewonnen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem radiographischen Untersuchungsgerät der eingangs angegebenen Art bei minimaler Strahlenbelastung des zu untersuchenden Körpers den Absolutwert des Absorptionskoeffizienten dieses Körpers zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Untersuchungsgerät durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Untersuchungsgerät wird die Intensität des Strahlungsbündels derart verändert, daß sie um so größer ist, je größer das Gesamtabsorptionsvermögen des durchstrahlten Bereiches des untersuchten Körpers ist. Diese Intensitätsänderung wird dann aber bei der Auswertung der gewonnenen Meßsignale berücksichtigt, so daß der Absolutwert des Gesamtabsorptionsvermögens des untersuchten Körpers trotz der veränderlichen Strahlintensität erhalten wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Gesamtschema des Gerätes,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel des Gerätes nach Fig. 1,

Fig.3 eine Gruppe von der Erläuterung dienenden Kurven und

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel einer Einzelheit der Anordnung von F i g. 2.

In F i g. 1 sendet eine Strahlungsquelle GE, die insbesondere Röntgenstrahlen oder andere durchdringende Strahlen erzeugt, wie beispielsweise Gammastrahlen, ein dünnes Teilchenbündel Faus.

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

Wenn £"die ausgesandte Intensität ist, so ist, um einen Anhaltspunkt zu geben, der durchgelassene Teil K₂E, wobei K₂ für den Streuschirm D kennzeichnend und konstant ist.

Der nicht durchgelassene Anteil der Intensität wird gestreut.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält zwei aus gleichen Einrichtungen aufgebaute Zweige, von denen der eine dem Bruchteil K₂E ausgesetzt ist und von denen der andere einen immer gleichen Streulichlantcil

empfängt, nämlich den Bruchteil K\ E, worin K\ deutlich kleiner ist als 1 — K₂.

Der Zweig, der das Streulicht empfängt, enthält einen Wandler in Form eines Photodetektor-Pfcotovervielfachers PMu der sein Ausgangssignal an einen Integrator /i abgibt Das elektrische Ausgangssignal dieses Integrators wird durch einen Analog-Digital-Umsetzer CAN\ in zu der Intensität E\ proportionale digitale Daten umgewandelt.

Der durchgelassene Bruchteil der Strahlungsintensitat wird zur radiologischen Untersuchung verwendet und durchquert den zu untersuchenden Körper C, aus dem der Bruchteil K2K3E austritt, worin Kz der Absorptionskoeffizient des durchstrahlten Körpers ist. Dieser Koeffizient soll durch die Anordnung gemessen werden.

Der zweite Zweig ist hinter diesem Körper C angeordnet und enthält Elemente PWI2, I₂ und CAN2, welches dis gleichen Elemente wie die Elemente PM\ bzw. I\ bzw. CAN\ sind.

Ein Ausgang des Integrators h liefert ein elektrisches Signal oder eine Spannung V2, die zu dem Energieanteil KiKiE proportional ist Diese Spannung wird an einen ersten Eingang eines Operationsverstärkers A angelegt, der an seinem zweiten Eingang eine feste Referenzspannung V₀ empfängt. Der Verstärker liefert eine zu der Differenz V₀- V2 proportionale Spannung Vb, deren Vorzeichen positiv ist. wenn Vo > V2 ist, und deren Vorzeichen im gegenteiligen Fall negativ ist. Diese Spannung Vd wird an einen Steuereingang der Strahlungsquelle GE angelegt. Diese Spannung regelt die Intensitat der ausgesandten Strahlung, ohne indessen ihr Energiespektrum zu verändern.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Der Zweig PM\-h—CAN\ liefert eine Zahl, die zu /Ci/!proportional ist, wobei K\ konstant ist.

Der Zweig PM2 — I2—CAN2 liefert eine Zahl, die zu KiKiE proportional ist, wobei Kz unbekannt, K2 aber konstant ist und wobei das Verhältnis K₂I K\ ein charakteristischer Parameter des Streuschirms D ist. Wenn die Energie E konstant wäre, so würde die Zahl KzKiE leicht den Faktor Kz ergeben. Es zeigt sich jedoch, daß der zu beobachtende Körper nicht homogen ist. Infolgedessen ändert sich der Faktor Kz, und es muß in gewissen Fällen, um Resultate zu erzielen, eine große Energie E verwendet werden, die in anderen Fällen überreichlieh ist Die Regelschleife bewirkt, daß die Intensität E verändert und auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Die Intensität Eist somit nicht konstant, sondern unbekannt. Die beiden Umsetzer, welche die den Intensitätsbruchteilcn K₂K₃EbZV/. K\ Eentsprechenden Ausgangssignale abgeben, gestatten, Eaus der Gleichung zu eliminieren, die Kz angibt.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung von F i g. 1. Gleiche Teile tragen gleiche Bezugszeichen.

Die Strahlungsquelle GEist 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 zu der der einfallenden Elektronen proportional ist.

Die beiden Zweige enthalten die gleichen Einrichtungen. Der Index 1 ist denen des ersten Zweiges zugeordnet, während der Index 2 denen des zweiten Zweiges zugeordnet ist.

Diese beiden Zweige enthalten als Wandler Photodetektor-Photovcrvielfacher PM\ bzw. PM2, an deren Ausgängen Integratoren 1\ bzw. I₂ angeordnet sind, welche durch einen gemeinsamen Taktgeber HOR gesteuert werden, der eine Folge von Impulsen mit fester Folgefrequenz aussendet

Diese beiden Integratoren geben ihre Ausgangsspannungen an zwei Abtastschaltungen EQ bzw. EC2 ab. Diese Abtastschaltungen sind mit zwei Analog-Digital-Umsetzern CANi bzw. CAN₂ verbunden, welche ihre digitale Information an einen Rechner CALC abgeben, •der aus diesen Daten die Absorption der durchstrahlten Bereiche berechnet Die Ausgangsspannung der Abtastschaltung EC2 ist das erste Element der in Fi g. 1 dargestellten Regelschleife.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird anhand der Kurven von F i g. 3 verständlich. Diese zeigen in Abhängigkeit von der Zeit Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung.

Die Kurve a zeigt Impulse, welche von dem Taktgeber HOR abgegeben werden.

Die Kurve b zeigt Impulse der Dauer ii, welche dieselbe Folgefrequenz haben und das Rückstellen der beiden Integratoren auf Null gestatten.

Am Ende jedes Rückstellimpulses liefert jeder Integrator eine Spannungsrampe, deren Steigung von der Intensität der durch die beiden Wandler PM\ und PM₂ empfangenen Strahlungen abhängig ist.

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

Der Taktgeber HOR steuert am Ende einer vorbestimmten Zeitspanne t₂, die kleiner als die Periode der impulse ist, die Abtastschaltungen EC\ und EC₂, welche die Spannung V empfangen, die der Integrator in dem Zeitpunkt ?2 liefert (Kurve d). Die von den Integratoren /1 und I₂ gelieferten Spannungen Vi bzw. V₂ sind Kennwerte für die Koeffizienten K₂KzE einerseits und K\E andererseits. Sie werden von den Abtastschaltungen gespeichert, die sie zu den Umsetzern CANj bzw. CAN₂ weiterleiten.

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

F i g. 4 zeigt ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel der Detektorzweige.

Der Integrator /ist eine Kapazität, deren eine Klemme mit Masse verbunden ist. Ihr ist ein Verstärker ßmit konstanter Verstärkung nachgeschaltet, der mit der Abtastschaltung ECverbunden ist. Die Nullstelleinrichtung ist ein einfacher Transistor T, der normalerweise gesperrt ist und durch Nullstellimpulse leitend gemacht wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel hatten die Parameter folgende Werte:

— Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre: 100 kW,

— Versorgungsspannung des Photovervielfachers: 1500V,

— Wert der Integrationskapazität: C= 680 pF,

— Brummspannung des Detektorsystems auf der Höhe der Abtastschaltung in Abwesenheit einer Strahiungscrnissicn: Vz=2 mV.

Vd ist die Ausgangsspannung des Detektorsystems.

Es sind mehrere Versuche durchgeführt worden:

1. Versuch:

Untersuchter Gegenstand 25 cm Wasser 4- Knochen mit einer Dicke von 7 mm,
Stromstärke der Röntgenröhre: 3,5 mA für

ψ =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

-^- = 2500.

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3. Versuch:

Untersuchter Gegenstand 25 cm Paraffin + Knochen mit einer Dicke von 1 cm + 0,5-mm-DuraIuminiumfiiter Stromstärke der Röntgenröhre: 2,6 mA für -^- = 2500.

Bei den Meßbedingungen ist anzumerken, daß das

Verhältnis

-—■ = 2500 vorsichtshalber gewählt wor-

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den ist Die für das Aussenden der Strahlung erforderliche Leistung betrug maximal 360W. In dem Fall, in welchem eine zu erkennende relativ minimale Absorptionsänderung 1/1000 beträgt, beträgt das Verhältnis VdI 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

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Radiographisches Untersuchungsgerät mit

— einer Strahlungsquelle,

— Einrichtungen zum Fokussieren der Strahlung und zur Erzeugung eines Strahlungsbündels der Intensität E, welches einen zu untersuchenden Körper bestrahlt,

— einem im Strahlengang hinter dem Körper angeordneten ersten Wandler, der ein der Intensität der durch den Körper hindurchgetretenen Strahlung entsprechendes elektrisches Signal abgibt,

— einer Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung de? elektrischen Signals und

— einer Regelschleife, welche die Intensität des Strahlungsbündels entsprechend dem Gesamtabsorptionsvermögen des Körpers anhand des Ausgangssignals des ersten Wandlers als Istsignal einem Sollwert nachregelt,