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Verfahren und Einrichtung zur Röntgen- und Gamma-
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streustrahlen-Toinographie Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Einrichtung zur Röntgen- und Gammastreustrahlen-Tomographie nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren und eine Einrichtung zu seiner Durchführung
sind etwa beschrieben in "Siemens Forsch.- u. Entwickl.-Ber." Bd. 2 (1973) Nr. 1,
Seiten 16 - 25 (insbesondere Seite 25, linke Spalte, Absatz 3).
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Die Streustrahlen-Tomographie hat sich, obwohl schon sehr lange bekannt,
nicht durchsetzen können, weil sowohl im Einstrahlbündel als auch auf dem Weg der
Streustrahlen unterschiedlich absorbierende Teile in unbekannter Verteilung liegen.
Dadurch wird aber eine der wahrenVerteilung der Dichte am Streuort entsprechend
Wiedergabe von Meßergebnissen und ihre Anordnung in einer Abbildung sehr gestört,
wenn nicht gar unmöglich.
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Die Erfindung geht daher von einem Verfahren für die Bestimmung der
Dichte in Körpern aus, bei denen die Streuung von durchdringenden, etwa Röntgen-
oder Gammastrahlen gemessen wird, zur Elimination von Dichteverteilungen auf dem
Durchdringungsweg auch die Transmission der Originalstrahlen bestimmt. Dies erfolgt
einmal auf dem Weg der Durchstrahlung, auf dem die Streustrahlen angeregt werden,
und auch auf demjenigen, den die Streustrahlen vom Streuort zum Detektor zurücklegen.
Nach Clarke and Van Dyk ("Phys.Med.Biol." 18(1973) No.4, Seiten 532 - 539)
ist
dabei die Berechnung der Dichte am Streuort möglich. Man braucht aber je Punkt 3
Minuten; für die Darstellung eines Schnittbildes, wofür bereits bei grober Auflösung
ca. 1000 Punkte nötig sind, würden also ca. 5 Stunden gebraucht werden. Das Verfahren
ist daher für die Anfertigung von Bildern, die viele Punkte umfassen, zu unempfindlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und
einer Einrichtung zur Röntgen- und Gammastrahlen-Tomographie gemäß Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 eine Erhöhung der Empfindlichkeit und der Geschwindigkeit der
Messung zu erreichen, so daß es zur Anfertigung von Schnittbildern heranziehbar
wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses
Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Durch die Verwendung zweier gegeneinandergerichteter Strahler und
auf die Verbindungslinie dieser beiden gerichteter zweier ortender Multidetektoren,
also solchen mit großem Raumwinkel, die einen großen Anteil der gestreuten Strahlung
registrieren, und eines Flächenstrahlers wird sowohl die Absorption der Primärstrahlen
als auch die Absorption der Streustrahlung im Gewebe simultan erfaßt. Entscheidend
dabei ist, daß die durch die Streuzählraten gegebene statistische Meßgenauigkeit
durch die Korrekturen nicht beeinträchtigt wird. Dies beruht darauf, daß die Dosisbelastung
durch den Flächenstrahler bei mit den Streuzählraten vergleichbarer Zählrate sehr
gering ist.
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Die Erfindung beruht auf zwei Erkenntnissen: 1. Nach Clarke und Van
Dyk können nur sehr kleine Detektoren verwendet werden, da nur dann Transmissionsmessungen
und Streumessungen längs der gleichen Wege erfolgen (enge Strahlenbündel). Die Verwendung
von großen Detektoren erscheint unmöglich, da dann zwischen diesen Wegen keine Korrelation
mehr besteht. Die Absorption der Streustrahlung läßt sich durch eine Transmissionsmessung
dann nicht mehr ermitteln.
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Erfindungsgemäß wird durch den Einsatz von ortenden Multi-
detektoren
diese Korrelation durch Kombination der Meßwerte wieder hergestellt, wobei die Eigentümlichkeit
des Abbildungsverfahrens darin besteht, daß die Zahl der Bildelemente (Detektorelemente)
um eine bis mehrere Größenordnungen höher ist als die Zahl der abzubildenden Objektelemente
(Streuvolumina).
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Die Multidetektoren werden daher hier nicht in üblichem Sinne wie
bei der Anwendung einer Gamma-Kamera oder eines Röntgenbildverstärkers verwendet,
wo für jedes Objektelement genau ein Detektorelement zur Abbildung benutzt wird.
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2. Nach Clarke und Van Dyk muß die Energie der Streustrahlung und
diejenige des für die Transmissionsmessung benutzten Strahlers übereinstimmen, da
andernfalls die Absorption der Streustrahlung nicht bestimmt werden kann. Dies bedingt
die Verwendung bestimmter Streuwinkel und schließt die Verwendung beliebiger Kollimatorkonfigurationen
aus, wie z.B. die extrem empfindliche Messung eines einzigen Streuvolumens mit einem
Kollimator, der großen Raumwinkel aufweist. Erfindungsgemäß können beliebige Streuwinkel
verwendet werden, da eine Umrechnung möglich ist, sofern die verwendeten Energien
dem zu untersuchenden Körper angepaßt sind und sich in einem Bereich bewegen, in
welchem die Compton-Streuung überwiegt, z.B. oberhalb von 150 keV bei Untersuchungen
am menschlichen Körper.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist daher sehr flexibel. Es können
in derselben Apparatur nur durch Austauschen von auf verschiedene Streuvolumina
gerichtete Detektor-Kollimatoren ein einziges Streuvolumen oder unterschiedliche
Bereiche gemessen werden. Durch zusätzliche Scanbewegung können die Meßdaten erhalten
werden, die man zu einem Schichtbild zusammensetzen kann.Nach der Erfindung können
beliebige Kompromisse zwischen sehr schnellen dynamischen Studien einerseits, d.h.
die Messung der zeitlichen Änderung der Dichte z.B. in einem einzigen Streuvolumen,
oder längs einer Linie und Abbildung von Schichten, oder Teilschichten beliebiger
Lage andererseits geschlossen werden.
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Kleine Ausschnitte aus Schichten erhält man z.B. durch mäanderförmiges
Scannen, wobei die Detektor-Kollimatoren auf ein einziges Streuvolumen gerichtet
sind.
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Als Strahler sind sowohl Röntgenstrahlenquellen, also Röntgenröhren,
verwendbar als auch Gammastrahler, die bei hinreichender Intensität dünne Strahlenbündel
erlauben. Bei Röntgenstrahlen und Anwendung bei Untersuchungen des menschlichen
Körpers kann man von 200 bis 400 kVp ausgehen. Bei Verwendung von Isotopen ist ebenfalls
darauf zu achten, daß die Strahlenqualität sich in der Größenordnung von 150 keV
bis 660 keV bewegt. Als Isotope sind dabei besonders geeignet Co57, Bs133, Cs137
etc.
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Dabei sollte eine Intensität pro cm2 erhalten werden in der Größenordnung
von 107/sec~ cm2 bis 109/sec c cm2 bei radioaktiven Strahlern, 10 10/sec cm2 bei
Therapieröhren, bis 1012/sec ~ cm2 bei Diagnostikröhren im Kurzzeitbetrieb, jeweils
in 50 cm Abstand, so daß sich bei einem Durchmesser des Strahlenbündels von 2 mm
bis 20 mm ausreichend Streuungen ergeben, die dann zu geeigneten Meßergebnissen
in geeigneten Zeitabläufen, d.h. z.B. 0,01 sec für Messung eines einzelnen Volumens
oder einer Linie,bis zu 60 sec für Messung einer Schicht, ergeben. In der Regel
dürfte bei unbewegten Körperteilen eine Aufnahmedauer von 10 sec anzustreben sein,
wo hingegen bei bewegten Körperteilen, etwa der lunge oder dem Herzen, Aufnahmedauern
von 0,1 sec und darunter anzustreben sind.
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Als Detektoren sind insbesondere Gamma-Kameras anwendbar, bei denen
eine punktweise Auflösung des Bildes möglich ist. Solche sind insbesondere diejenigen,
die nach dem Typ der Anger-Kamera aufgebaut sind. Eine Ausführung einer solchen
Kamera, die besonders empfindlich ist, ist beschrieben in DT-PS 1 614 439.
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Als aufzulösende Punkte sind solche anzusprechen, deren Durchmesser
sich zwischen 5 und 10 mm bewegen. Für Extremfälle sind, wenn es auf Empfindlichkeit
und weniger auf Auflösung ankommt, solche von 20 mm und darüber vorstellbar. Außer
den bekannten Gamma-Kameras nach dem Anger-System sind auch Bildverstärker anwendbar,
insbesondere dann, wenn die Auflösung wesentlich
unter 5 mm liegen
soll oder eine hohe Dichteauflösung angestrebt wird, so daß hohe Quantenflüsse verarbeitet
werden müssen, um nicht zu lange Meßzeiten zu haben. Die Auflösung in Bildpunkte
geschieht dabei dadurch, daß ein Fernsehabtastsystem mit geeigneter Rasterung (etwa
eine Bildpunktzahl von 1000 bis 10.000, d.h. eine Auflösung von 10 bis 3 mm bei
Detektoren von ca. 30 ~ 30 cm) im Ausgang der Bildverstärker verwendet wird.
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Die Wirkungsweise und weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung im Querschnitt
und in der Fig. 2 im Längsschnitt dargestellt, in der Fig. 3 ist eine schematische
Anordnung nach der Erfindung in einem Blockschaltbild gezeichnet, in der Fig. 4
ein Ausschnitt, der die Wirkungsweise des flächenhaften Strahlers wiedergibt, in
der Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung des flächenhaften Strahlers, in den
Fig. 6 bis 9 abgewandelte Anordnungen der Kollimatoren und in der Fig. 10 eine Ausbildung
des flächenhaften Strahlers mit Röntgenröhren, in den Fig. 11 und 12 sind zur Vereinfachung
der Erläuterung in mit Fig. 1 weitgehend übereinstimmender Darstellung Winkel und
Meßgrößen eingetragen.
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In der allgemeinen Darstellung in den Fig. 1 und 2 ist mit 1 und 2
je eine Röntgenröhre bezeichnet. Zwischen diesen beiden liegt der Körper 3, an dessen
beiden seitlich der Verbindung zwischen den Röhren 1 und 2 liegenden Seiten sich
Multidetektoren 4 und 5 befinden. Sowohl den Röhren 1 und 2 als auch den Multidetektoren
4 und 5 sind Kollimatoren 6 bis 9 vorgeschaltet. Bei den Röhren ist vor den Kollimatoren
6 und 7 jeweils noch ein Detektor 10 und 11 angeordnet. Den Kollimatoren 8 und 9
sind Detektoren 12 und 13 nachgeschaltet. Von dem von der Röhre 1 kommenden, durch
den Kollimator 7 ausgeblendeten Strahlenbündel 14 wird im Körper auf seiner Durchdringsbahn
Anlaß zum Aussenden von Streustrahlen gegeben. In den Fig. 1 und 2 ist eines der
Streuvolumen besonders herausgehoben und mit 15 bezeichnet. Von diesem trifft je
ein Streustrahlenbündel 16 auf den oberen Detektor; 4 und 17 auf den unteren Detektor
4. Dort werden dann in Detektorelementen 18 und 19 elektrische Signale ausgelöst.
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Die beiden Elemente 18 und 19 befinden sich auch gleichzeitig jeweils
in der Reihe der Detektoren 12' und 13'. Sie sind dort mit 18' und 19' bezeichnet.
Während sich die Detektorreihen 12 und 13 quer zum Körper 3 erstrecken und die einzelnen
Kanäle 20 und 21 der Detektoren 4 und 5 parallel zueinander verlaufen, sind die
Kanäle in der Richtung quer dazu auf den Punkt 15 ausgerichtet, wie in Fig. 2 sichtbar
wird. Die Streustrahlen sind dabei mit 16' und 17' bezeichnet. Zwischen den Kollimatoren
9 und den Detektoren 12 bzw. zwischen den Kollimatoren 9' und den Detektoren 12'
ist als eine Leiste ein flächenhafter Strahler 22 angedeutet, der zur Messung der
Absorption auf einem Strahlenweg entsprechend 16' und 17' bzw. 16 und 17 benutzt
wird. Durch den stammartig gekennzeichneten Abschnitt 23 erfolgt die Absorptionsmessung
speziell auf dem Weg 16', 17' im Detektorelement 19'.
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Die Messung erfolgt durch abwechselnde Betätigung der Röntgenröhren
1 und 2 und Einschieben der Flächenquelle 22 hinter dem Kollimator 9 des Detektors
4. Die Bestimmung der Strahlenintensität an den Streuvolumina wie 15 erfolgt in
an sich bekannter Weise aus den Zählraten der Detektorelemente 18 und 19 bzw.
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18' und 19'. Mit der Flächenquelle 22 wird durch den Detektor 5 das
Produkt der Absorption für die Strecken 16' und 17' bestimmt entsprechend aik b
(n-i)k' wobei a und b für die Absorptionen auf den Strecken 16' und 17' stehen und
im Index i für die Lage des Detektorelements 18' in der Reihe 12' sowie k für die
Lage in der Reihe 12 gemäß Fig. 1 quer zum Körper 3 und n für die Anzahl der verwendeten
Detektorelemente in der Reihe 12'. Außer dem sind Naik und Nb(n-i)k die Zählraten
bei der Streustrahlenmessung in den Multidetektoren 4 und 5.
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Damit ist die Dichteverteilung längs einer Linie bestimmt, d.h.
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in der Zeichnung entlang der Linie 24. Eine Schicht ergibt sich durch
Scanbewegung (Translation der gesamten, um den Körper 3 herum angeordneten Teile
senkrecht zur Papierebene in Abb. 1 oder 2, insbesondere der Doppelpfeil neben 20
von Fig. 2). Um die Funktion der Multidetektoren in einfacher Form erläutern zu
können, sei die Intensität der Primärstrahlung an den Streuvoluminas zunächst als
bekannt angenommen: Naik und N,(n-i)k sind die Zählraten bei der Streustrahlenmessung
(in den einzelnen Detektorelementen).
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Es ist Naik = g #k Cak ~aik (1) mit k = Dichte des k-ten Streuvolumens
Nb(n-i)k - gk Cbk b(n-i)k (2) in den Gleichungen 1 und 2 ist 90°-Streuung vorausgesetzt.
Erweiterung auf beliebige Winkel sitze Gleichung (9).
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ak und Cbk sind Apparatekonstanten, Streuquerschnitt, Absorption der
Primär-Strahlung, die hier, wie oben zunächst als bekannt vorausgesetzt wird, Multiplikation
von (1) mit (2) liefert Naik Nb(n~i)k = k Cak Cbk aik (n-i)k (3) Da die aik ~ b(n-i)k
aus der Transmissionsmessung bekannt sind, bestimmt sich qk aus dem Zählratenprodukt
Naik ~ Nb(n i)k.Durch
Summation über i erhält man die volle statistische
Genauigkeit der k-ten (12) Detektorzeilen (12') (in Multidetektor 4 und 5).
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Bei unterschiedlicher Energie der Streustrahlung und des Flächenstrahlers
ist eine Umrechnung erforderlich, da die Absorption unterschiedlich ist. Die Transmissionsmessung
mit der Flächenquelle liefert:
wo /?1 der Massenabsorptionskoeffizient für die Energie der Flächenquelle ist und
ma + mb die Massenbelegung längs der einzelnendurchgehenden Meßlinien zwischen den
Kameras bzw. Bildverstärkern.
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Bei der Streustrahlenmessung ist in Gleichung (1) und (2) jedoch der
Ausdruck (5) mit dem Absorptionskoeffizienten enten gemittelt über das Röntgenspektrum,
einzusetzen. Ein Fehler entsteht dabei wegen der Materialabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten,
da die Zusammensetzung des Gewebes zwischen Streuort und Detektoren unbekannt ist.
Die größte Abweichung besteht dabei zwischen Wasser und Knochengewebe. Zwischen
200 keV und 400 keV ist åetoch beispilsweise die Abweichung des Umrechnungsfaktors
von + auf /g zwischen Wasser und Knochengewebe überall kleiner als 1,5 %0. Da einerseits
wegen der Anatomie, andererseits wegen der Größe der Detektorraumwinkel nur ein
kleiner Bruchteil der Absorptionswege insgesamt mit Knochengewebe belegt sein kann,
können in der Praxis noch niedrigere Energien verwendet werden. Der obige Umrechnungsfaktor
weicht zwischen Wasser und Knochengewebe zwischen 150 keV und 400 keV um maximal
3 % ab und zwischen 100 keV und 400 keV um maximal 9 %.
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In Abb. 1 und 2 sind die Multidetektoren 4 und 5 auf eine durch 15
verlaufende Linie fokussiert. Die Messung der Streustrahlung
erfolgt
im Sinne der parallelen Ausrichtung der Kanäle 20 unter 900 in Strahlrichtung und
Fokussierung auf die Linie senkrecht hierzu.
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Das hier beschriebene Verfahren mit opponierenden Detektoren 4 und
5 erlaubt neben der Bestimmung der Absorption zwischen Streuort und Detektoren eine
Erweiterung auf beliebige Streuwinkel. Es seien zunächst zwei kleine Detektoren
zur Messung der Streustrahlung betrachtet. Siehe hierzu Fig. 11.
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Es seien Na1, Na2 die Zählraten im Detektor 4 mit Röhre 1, 2, weiter
seien Nbl, Nb2 die Zählraten im Detektor 5 mit Röhre 1, 2, 11, I2 die Strahlintensitäten
der Röhren 1, 2, gemessen durch die Detektoren 10, 11; T1, T2 die Transmission der
Strahlung der Röhren 1, 2 am Streuot; T = T1, T2 die Gesamt-Transmission der Strahlung
der Röhren 1, 2 durch den Körper, ebenfalls gemessen durch die Detektoren 10, 11;
dann ist
wobei d eine Apparatekonstante ist, abhängig von Raumwinkeln, Strahlquerschnitt
etc., ag , bg die Absorption für Streustrahlung mit einer Energie entsprechend dem
zwischen der Horizontalen 24 und 17' liegenden Streuwinkel e ist.
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ist der Streuquerschnitt unter dem bei (6) und (7) gleichen Streuwinkel
4.
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Hieraus folgt
Dadurch ist die Dichte Ç vollständig bestimmt, da ag durch eine
Transmissionsmessung mit dem Strahler 22 ermittelt wird. Die Umrechnung auf die
abweichende Energie ist durch die passende Kombination der Meßwerte in (8), da die
beiden Absorptionswege von Streustrahlung gleicher Energie (gleiche Spektren) durchlaufen
werden, möglich. Unabhängig von (8) liefert die Kombination Na2 ~ Nbl mit Streuwinkel
1800 - e ebenfalls einen Meßwert für Aus Vorstehendem und (8) ergibt sich die Dichte
zu
Für flächig (räumlich) ausgedehnte Multidetektoren folgt hieraus z.B. für die Kollimatorkonfiguration
nach Fig. 6, 7 (siehe hierzu auch Fig. 12)
hierbei sind Nalik usw. die gemessenen Streuzählraten bei einer Auflösung von z.B.
1 cm3 bei den Streuvolumina integriert über Flächen von etwa 1 cm2 in den Multidetektoren.a1ik,
b2(n i)(m k und a2ik b1 (n-i)(m-k) sind die über dieselben Flächen im Multidetektor
5 integrierten Zahlraten bei der Transmissionsmessung mit dem Flächenstrahler,j'edoch
umgerechnet wegen der abweichenden Energie der Streustrahlung gegenüber dem Flächenstrahler.
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1 l = 1, 2 ist der jeweils zugehörige Streuwinkel, die Indizes i,
k bezeichnen die Lage der Integrationsflächen innerhalb der Multidetektoren entsprechend
x-, y-Koordinaten.
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bestimmt sich somit aus dem arithmetischen Mittel des geometrischen
Mittels jeweils zweier Zählraten. In der Mitte des Körpers, jeweils annähernd gleiche
Absorption für die Primärstrahlen untereinander und die Streustrahlung in den beiden
Detektoren 4 und 5 untereinander angenommen, wird daher mit einer solchen Genauigkeit
bestimmt, als ob vier unabhängige Messungen vorgenommen würden. Der Einsatz der
beiden Röhren 1 und 2 und der zwei Detektorsystene 4 und 5 kommt also der statistischen
Meßgenauigkeit voll zugute. Lediglich die Transmissionsmessung mit einem radioaktiven
Präparat, wie etwa mit 57Co als Flächenstrahler, bringt eine zusätzliche Dosiserhöhung
Da jedoch bei der Transmissionsmessung das Verhältnis von Zählrate zu Dosisleistung
sehr viel höher ist als bei der Streustrahlenmessung, weil bei letzterer auch bei
großen Detektoren nur ein Bruchteil der Strahlung vom Detektor erfaßt wird, bei
der Transmissionsmessung dagegen alle Strahlung, können die ai ~ bi mit geringfügiger
Dosisbelastung wesentlich genauer bestimmt werden als den Zählraten Ni entspricht.
Entsprechend ist der Fehler in T zu vernachlässigen.
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Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 können die beiden Detektoren
4 und 5 als Anger-Kameras 25 und 26 ausgebildet sein, wie sie etwa in der DT-PS
1 614 439 beschrieben sind. Die Röhren 1 und 2 sind mit den Kollimatoren 6 und 7
sowie den Detektoren 10 und 11 jeweils zu einem Strahlersystem 27 und 28 zusammengefaßt
und weisen außerdem noch jeweils eine Drehblende 29 und 30 auf zur wechselweisen
Einschaltung des Strahlenbündels 32 vom System 27 her bzw. vom System 28. Der Flächenstrahler
22 ist als Drehsystem 32 ausgebildet. Die Stromversorgung der Einrichtung erfolgt
über ein Netzgerät 33, von dem aus über leitungen 34 und-35über einen Röntgenapparat
36 die Strahlersysteme 27 und 28 versorgt werden, ebenso wie ein Kernspeicher und
Rech-
ner 37, ein daran angeschlossener Bandspeicher 38 und ein
Monitor 39. An den Kernspeicher sind außerdem die Detektoren 25 und 26 über Leitungen
40 und 41 angeschlossen, ebenso wie die Detektoren 10 und 11 über Leitungen 42 und
43, die gleichzeitig eine Umschaltung der Aufnahme der Meßergebnisse aus den Detektoren
im Kernspeicher 37 im Takt der Drehblenden 29 und 30 bewirken. Über eine leitung
44 erfolgt eine entsprechende Abschaltung des Detektors 25 und eine Einspeicherung
der Meßergebnisse aus dem Detektor 26, wenn durch den Flächenstrahler 22 im Drehsystem
32 die Durchstrahlmessung entlang dem Streustrahlenbündel erfolgt. Schließlich wird
im Rechner 37 für jeden Punkt aus den Detektoren 12, 13 und 12' sowie 13t gemäß
der Formel (9) die Dichte an dem zugehörigen Punkt im Körper 3 berechnet und in
den Bandspeicher 38 übergeführt. Von diesem aus kann dann in dem Monitor 39 ein
Bild abgerufen werden, das einem Schichtbild etwa in der Horizontalen 24 entspricht.
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In der Fig. 4 ist ein vorderer Abschnitt aus der Kamera 25 gezeichnet,
bei welcher hinter dem Kollimator 45 eine Drehscheibe 46 des Drehsystems 32 liegt.
Diese ist entweder mittels eines Motors 47 oder mittels eines Drehhebels 48 um eine
Achse 49 in Rotation versetzt. Die Scheibe selbst weist einerseits ein Loch 50 und
diesem gegenüber eine Belegung 51 aus radioaktivem Stoff auf. An ihrer dem Kollimator
45 abgewandten Seite ist die Belegung 51 mit einer Abschirmung 52 aus Blei versehen.
Bei einer Drehung etwa im Sinne des Pfeiles 53 kann so einerseits das Loch 50 hinter
den Kollimator 45 gebracht werden, so daß ein ungehinderter Durchgang der Streustrahlen
erfolgen kann.
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Beim Weiterdrehen kann aber auch die Belegung 51 eingeschwenkt bzw.
hinter dem Kollimator 45 vorbeibewegt werden, so daß alle Streustrahlenwege gleichmäßig
von einer Strahlung durchdrungen werden, mit welcher die Transmission in dieser
Richtung bestimmbar ist. Die Belegung 51 kann eine solche aus radioaktivem Kobalt
sein, die mit 8 Ci 57Co jeweils während der halben Meßzeit eingedreht ist. Die Röhrenspannung
der beiden Quellen 27, 28 beträgt 250 kV und die Strahlenabgabe beträgt 40 mR/s
in 50 cm Abstand. Die Meßzeit beträgt je Röhre ein Viertel der
Gesamtmeßzeit,
die sich auf 0,1 sec beläuft, für ein einzelnes Meßvolumen von 1 cm3 bei einer gewünschten
Dichteauflösung von 3 O/o in der Mitte des Abdomens. Für solch grobe Auflösung können
statt der Röhren 1 und 2 auch Punktquellen aus radioaktivem Stoff verwendet werden,
etwa solche aus aktivem Cäsium oder aktivem Iridium (137Cs oder 192Ir). Für die
Flächenquelle kann auch eine Belegung mit radioaktivem Barium (133Ba) verwendet
werden. Andererseits ist als Flächenquelle auch eine Streustrahlenquelle anwendbar,
wie sie in der Fig. 12 dargestellt ist. Dabei besteht die energetische Quelle aus
zwei jeweils einen Fächer abgebende Röntgenröhren 53 und 54. Die Fächer strahlen
dabei in ein etwa 1 cm dickes Streuelement 55 aus Plexiglas. An sich reicht diese
Anordnung schon aus, um eine Strahlung zu erzeugen, die aus dem Eingang 56 des Kollimators
austreten kann. Für empfindliche Detektoren kann es dabei noch zweckmäßig sein,
an der dem Detektor zugewandten Seite des Elements 55 eine Abschirmplatte 57 aus
Blei anzubringen. Dann ist es nur notwendig, zur Messung der Streustrahlen jeweils
den aus 55 und 57 bestehenden Streukörper aus dem Strahlengang herauszunehmen. Wenn
nur ein Streuelement 55 aus Plexiglas alleine verwendet wird, kann man den Streukörper
fest einbauen, weil er nur wenig Strahlung absorbiert.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 können die beiden Kameras 25 und 26
auch durch Röntgenbildverstärker-Fernsehketten ersetzt sein.
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Gegenüber den üblichen Röntgenfernseheinrichtungen kann eine Vereinfachung
vorgenommen werden. Es genügt, die Fernsehsignale nur für eine geringe Bildpunktzahl
abzunehmen entsprechend einer Verringerung von ca. -200.000 (je Halbbild) auf ca.
1000 bis 10.000. Vor Verarbeitung im Rechner müssen diese Signale ana-Iog-digital
gewandelt werden. Dadurch erhält man die Möglichkeit, die Größen auszuwerfen, die
zum Eingehen in obengenannter Formel (10) erforderlich sind.
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Außer dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kollimatorsystem aus den
Kollimatoren 8 und 9 können auch Solche verwendet werden, die in den Fig. 6 bis
9 dargestellt sind. In den Fig. 6 und 7 sind die beiden senkrecht auf einanderliegenden
Schnittbilder durch die einander zugewandten Kollimatoren mit 58 und 59 bezeichnet.
Sie sind auf einen Punkt 60 ausgerichtet. Die Durchstrahlung kann entsprechend dem
Strahlenbündel 14 aus der Fig. 1 in der in Fig. 7 dargestellten Richtung der beiden
Pfeile 61 und 62 benutzt sein. Durch Abtastung kann so ein Schichtbild punktweise
vermessen werden.
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In den Fig. 8 und 9 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher in
der Richtung (verglichen mit Fig. 1) quer zum Körper die beiden Kollimatoren 63
und 64 zwar auf die Linie der beiden Richtungen 65 und 66 der Durchstrahlung ausgerichtet
sind. Dabei ist aber in Richtung längs zum Körper wie in Fig. 2 nur auf einen Punkt
67 fokussiert, während quer zum Körper auf vier Punkte 68 bis 71 fokussiert ist.
Dadurch kann eine dynamische Untersuchung simultan an mehreren Stellen durchgeführt
werden oder durch schnelle Schwenkbewegung senkrecht zur Richtung 65/66 mehrere
Linien erfaßt werden (= grobes Schnittbild).
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Die Messung und die Datenverarbeitung zur Berechnung der Gleichung
(10) können beispielsweise im folgenden Zyklus erfolgen: Einschieben des Flächenstrahlers
51 (Fig. 5) 0,1 sec lang (durch entsprechende Rotationsgeschwindigkeit oder Einschalten
der Röhren nach Fig. 10 für ein Zeitintervall von 0,1 sec). Die von den Anger-Kameras
geordneten Signale werden simultan in einen Kernspeicher übernommen und liefern
a1ik b2(n-i)(m-k)bzw.
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a2i(m-k)' b1(n-i)k- Anschließend erfolgt durch Betrieb der Röhre 1
die Messung von Nalik und Nb1(n-i)(m~k) und Abspeicherung, durch Betrieb der Röhre
2 die Messung von Na2ik und Nb2(n-i)(m-k) und Abspeicherung. Bei letzteren beiden
Messungen werden durch die Monitore 10 und 11 gleichzeitig I1, I2 und T gemessen
und abgespeichert.
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Die Meßdauer beträgt jeweils 0,1 sec. Bei Messung unter 900 (die Kollimatoren
haben beide parallele Kanäle, wie in Fig. 1
dargestellt) und Übereinstimmung
der mittleren Energie der Streustrahlung mit der Energie des Flächenstrahlers ist
für ein GL#ei ein Festwert gespeichert und so können abschließend an oben beschriebener
Messung die Werte q k nach Gleichung (10) berechnet werden. Die Werte können dann
in bekannter Weise auf einem Fernsehschirm dargestellt werden bzw. auf einen Bandspeicher
abgeschoben werden.
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Im allgemeinen Fall, d.h. bei Messung unter beliebigen Winkeln, wie
bei Kollimatoren nach Fig. 6 und 7, und örtlich unterschiedlicher Energie des Flächenstrahlers
wie nach Fig. 10 enthält der Speicher außerdem die Massenabsorptionskoeffizienten
für beide Richtungen a1ik' b2(n-i)k bzw. a2ik' b1(n i)k sowohl für die Streustrahlung
als auch für den Flächenstrahler. Aus der Transmissionsmessung mit dem Flächenstrahler
wird gemäß
wo mab die Massenbelegung längs des Weges a, b ist, diese Massenbelegung ermittelt
und auf die Absorption für die Strahlung gemäß Seite 8 für jede oben beschriebene
Richtung (durchgehende Meßlinie) umgerechnet.
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Außerdem ist dd R für jede Streurichtung zu speichern. Bei Verwendung
des Flächenstrahlers nach Fig. 12 liegt zudem eine inhomogene Flächenquelle vor.
Der Intensitätsverlauf wird dann vorzugsweise einmal vor Beginn einer Meßreihe durch
eine Leeraufnahme (ohne Körper, d.h. ohne Patient oder Phantom) bestimmt und als
Korrekturmatrix eingespeichert.
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Für eine Auflösung von beispielsweise 1 cm2 in den Multidetektoren
entsprechend einer Auflösung von 1 cm3 im Streuvolumen (Streuvolumina) benötigt
man bei einer Fläche der Multidetektoren von beispielsweise 32 32 cm im oben beschriebenen
allgemeinen Fall eine Kapazität von 10.000 Speicherplätzen. Der Umfang des Speicheraufwandes
hängt aber von der gewünschten Auflösung ab und muß für höhere Anforderungen erhöht
werden.
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Bei Verwendung des Flächenstrahlers von Fig. 12 können auch wesentlich
kürzere Zykluszeiten verwendet werden, da durch Pulsen der Röhren 53 und 54 kurze
Einschaltzeiten möglich sind. Dadurch können sehr schnelle dynamische Studien längs
einer Linie oder einem Streuvolumen durchgeführt werden.