DE2716279C3 - Anordnung zur Ermittlung der Strahlungsabsorption in einer Ebene eines Körpers - Google Patents

Description

iionselement gemessenen Intensitätswert und dem vom Detektor gemessenen Wert konstant. Auch wenn die Empfindlichkeit eines Fotovervielfacher sich ändert, hat dies auf die Meßgenauigkeit keinen Einfluß, weil das elektrische Referenzsignal, das dieser Fotovervielfacher aus dem über die Lichtleitfaser zugeleiteten optischen Referenzsignal erzeugt, sich entsprechend ändert

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Figur sind eine Röntgenstrahlenquelle 1 und zwei Detektoren Id und 2h angegeben, die mit fotoelektrischen Wandlern 4c/und 4Λ über Lichtleiter 3d und 3Λ gekoppelt sind. Die Detektoren Id und lh bilden einen Teil eines Systems mit π ausgerichteten Meßdetektoren vom Szintillationszählertyp. In der Ebene eines Analysenfelds definieren die η Detektoren durch ihre Position in bezug auf die Röntgenstrahlenquelle Analysenlinien, wie beispielsweise die Linien 5t/ und 5Λ. Jedem Detektor ist vorzugsweise ein Kollimator zugeordnet

Das Meßgerät erhält in einer Referenzebene, die nicht die Ebene des Analysenfelds ist, ein System 6 mit π diskreten Elementen zum Messen der Strahlungsdosisleistung an dieser betreffenden Stelle mittels Szintillationen. In der Figur sind zwei dieser Elemente mit 6c/ und 6Λ bezeichnet Das System 6 nimmt eine derartige Position in bezug auf die Röntgenquelle ein, daß die Vertikalprojektionen der η diskreten Elemente in die Analysenebene auf die η Analysenlinien fallen. Mit anderen Worten, die Elemente 6 definieren in der Referenzebene η Referenzlinien (wie beispielsweise die Linien Td und Th), deren Projektionen in die Ana'lysenebene mit den η Analysenlinien zusammenfallen (wie beispielsweise die Linien 5c/ und 5h). Dabei ist jedes diskrete Element über eine optische Faser, wie beispielsweise die Fasern 8c/und 8Λ, mit dem Lichtleiter (3d bzw. 3h) gekoppelt, der eine optische Kopplung zwischen dem entsprechenden Detektor mit dem zugehörigen fotoelektrischen Wandler bewirkt.

Die Mittel zur periodischen Abschirmung werden durch einen Verschluß gebildet, von dem ein Schlitz derart bewegbar ist, daß das Röntgenstrahlenbündel abwechselnd in der Ebene des Analysenfeldes und in der Referenzebene austritt, wodurch sich Strahlungszonen Fa und Fr bilden. Bei der in der Figur dargestellten Anordnung wird der Verschluß durch einen Hohlzylinder 9 aus Blei gebildet, der in bezug auf die Röntgenstrahlenquelle 1 koaxial angeordnet ist und um die Längsachse der QusJle 7 drehbar ist. Der Verschluß weist zwei parallele Reihen ausgerichteter Schlitzen auf, von denen zwei Schlitz*:, 9a und 9r, bezeichnet sind. Diese Schlitze sind gleichmäßig auf den Umfang des Hohlzylinders 9 verteilt und haben vorzugsweise die gleiche Länge, die so bemessen ist, daß zu bestimmten Zeitpunkten entweder alle π Meßdetektoren oder alle diskreten Elemente des Systems 6 angestrahlt werden. Die Schlitze einer der Reihen sind in bezug auf die der anderen Reihe um einen Abstand versetzt, der gleich der Hälfte des Abstandes der Schlitze in einer Reihe ist In der Figur ist mit gestrichelten Linien die Position der Schlitze der Reihe dargestellt, der der Schlitz 9r zugeordnet ist, wenn das Röntgenbündel auf das von den diskreten Detektionselementen gebildete System 6 orientiert ist.

Es sei angenommen, daß die Röntgenquelle beispielsweise eine bekannte Röhre ist, die bei einer Spannung von 15OkV arbeitet und im Betrieb pulsierend ein- und ausgeschaltet wird.

Bei einem Analysenfeld mit einer Öffnung von 30° beträgt die Schlitzanzahl für jede der zwei Schlitzreihen im Verschluß höchstens 5, während die Bogenlänge eines jeden der Schlitze 30° bis 36° beträgt

Die Drehgeschwindigkeit des Verschlusses ist beispielsweise 3 bis 5 U/s, was bei 2x5 Schlitzen auf dem Umfang des Hohlzylinders 30 bis 50 Impulse pro Sekunde als erforderliche Impulsfrequenz für die Röntgenröhre ergibt Jeder Meßzyklus entsprechend einer bestimmten Winkel-Orientierung des sich um eine senkrecht zum Analysenfeld stehende Achse drehenden Meßgerätes erfordert zwei Impulse — einen Meß- und einen Referenzimpuls — was für 180 Zyklen (1 Zyklus pro Umdrehungsgrad um einen Patienten), die zum Erhalten der für ein Transversal-Schichtbild des Körpers des erwähnten Patienten erforderlichen Meßwerte benötigt werden, 360 Impulsen und einer Dauer von 12 bis 7,5 Sekunden entspricht

Es wurJe bereits davon ausgegangen, daß die Bogenlänge der Schlitze 30 bis 36° v.in soll. Faktisch ist diese Länge notwendigerweise größer "Ss 30°, denn es ist die Drehbewegung des Verschlusses zu berücksichtigen, d.h. der Winkelabstand, den der erwähnte Verschluß für die Dauer des Impulses zurücklegt, um sicher «a gehen, daß sämtliche Meßdetektoren oder alle Referenzdetektionselemente gleichzeitig Strahlung erhalten.

Wenn der Verschluß mit einer Geschwindigkeit von 3 Umdrehungen pro Sekunde sich drebt d. h. mit einer Winkelgeschwindigkeit von ungefähr 1000° pro Sekunde, ergibt sich bei einem Schlitz von 36° beidseitig ein Spielraum von 3°, bzw. (36 — 30)/2, der einer Dauer von ungefähr 3 ms entspricht. Damit ist die maximale Impulsdauer der gepulsten Röntgenstrahlenquelle 1 festgelegt. Wenn der Verschluß 5 Umdrehungen in der Sekunde macht, d. h. 1800° pro Sekunde, verringert sich die maximale Impulsdauer der Röntgenstrahlenquelle 1 auf etwa 1,6 rns. Eine praktische Länge für die Schlitze ist 36° und für die Dauer der Impulse 3 ms bei einer Drehgeschwindigkeit von 3 U/s des Verschlusses und von 1 ms bei einer Drehgeschwindigkeit von 5 U/s des Verschlusses.

Ein praktischer Abstand zwischen der Quelle 1 und den Meßdetektoren, wie beispielsweise den Detektoren 2c/und 2h, ist zum Beispiel 200 cm, wobei ein praktischer Abstand zwischen der Quelle 1 und dem Zentrum des zu analysierenden Körpers etwa 100 cm und der Abstand von der Quelle 1 zu dem von den diskreten Detektionselementen gebildeten System 6 etwa 50 cm beträgt

Die Anzahl der Meßdetektoren und somit auch die Anzahl der diskreten Elemente des Systems 6 betragt beispielsweise 200. Die Szintillatoren der erwähnten Meßdetektoren bestehen vorzugsweise aus Natriumjodid oder Cäsium;-idid. Jeder Szintillator l.ann die Form eines Würfels von 5x5x5 mm haben, wobei dsr Szintillator durch einen Bleikollimator mit einer Dicke von beispielsweise 1,5 mm und mit einer ausreichenden Länge von angrenzenden Szintillatoren getrennt ist. Jedoch kann das System 6 auch durch einen einzigen Block gebildet werden, der in bekannter Weisp über 200 diskrete optische Fasern mit den Lichtleitern der 200 Meßdetektoren optisch gekoppelt wird. Die Länge des Systems 6 beträgt zum Beispiel 250 cm, die Dicke 5 mm und die Höhe ebenfalls 5 mm. Die Dicke wird zweckmäßig so gewählt, daß die Strahlungsabsorption nahezu 100% beträgt.

AiIe optischen Fasern haben gleiche Länge, und zwar eine Länge von ungefähr 200 cm: der Durchmesser der Fasern beträgt 1 mm. Der Kopplungsgrad der Fasern mit den Lichtleitern {3d. 3h) ist einstellbar. An einer der Oberflächen der Lichtleiter ist dafür eine verstellbare Metallhülse fixiert, die mit einer Mikroschraube zum Sperren einer Kappe versehen ist, in der das Ende der optischen Faser befestigt ist. Die Tiefe, mit der die Faser in diese Metallhülse eindringt, kann auf diese Weise variiert werden, wodurch der Lichtübertrag zum Fotovervielfacher mehr oder weniger einstellbar ist.

Das MeB- und das Referenzsignal eines jeden der 200 photoelektrischen Wandler, denen die in den Elementen bzw. Detektoren 6dund bei 2d erzeugten Lichiinpulse zugeführt werden, können in einem Speicher eingeschrieben und nachträglich zur Bestimmung des Verhältnisses von Meßsignal zum Referenzsignal herangezogen werden.

njp Anordnung ermöglicht genaue Messungen, sogar wenn im betreffenden Fotovervielfacher während eines Meßzyklus Abweichungen auftreten. Einzelne Abweichungen eines jeden Fotoverviclfachers werden jetzt durch den auf die einfallende Strahlenintensität bezogenen Relativwert ausgeglichen, was für den Meßwert eine Genauigkeit von einigen Prozent ergibt.

Das durch die Schlitze übertragene Strahlungsbündel divergiert mehr oder weniger in einer Richtung quer zur Analyseebene oder zur Referenzebene. Die Höhe der Schlitze, beispielsweise des Schlitzes 9a, wird auch durch den Durchmesser des Verschlusses bestimmt. Diese Höhe wird vorzugsweise derart gewählt, daß die

·. Analyse von Schichten aus dem zu untersuchenden Körper mit einer Dicke von etwa 7.5 mm miiglich ist.

Die Anzahl der Photonen, die in jedem Meßdetektor oder in jedem diskreten Element des Systems 6 pro Impuls aufgefangen wird, ist von der Röntgenquellenlei-

in stung, von der Impulsdauer, von der Geometrie des Meßgeräts und von den Abmessungen der Detektoren selbM abhängig. Sie ist auch von der Absorption in den untersuchten Geweben abhängig. Die Amplitude der sich ergebenden elektrischen Impulse, die der fotoelek-

η trischc Wandler liefert, d.h. der eingangs definierten Impulse /1 und /0, ist von den optischen Übertragungseigenschaften der Ganzheit von Detektor, Lichtleiter und Wandler, und hinsichtlich des Impulses /0 von den betreffenden Eigenschaften der optischen Kopplungsfa-

:n ser ibhängig. tine Hercchnung ergibt, daß die impuise /1 und /0 die gleiche Größenordnung aufweisen, wenn der maximale Absorptionskoeffizient in den untersuchten Fasern berücksichtigt wird. Das Verhältnis /I//0 beiir Fehlen eines absorbierenden Mittels wird für

:, jeden fotoelektrischcn Umsetzer durch die Anpassung der Eindringtiefe der optischen Fasern in den damit zusammenarbeitenden Lichtleiter geregelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Anordnung zur Ermittlung der Strahlungsabsorption in einer Ebene eines Körpers mit einem Strahler, dessen fächerförmig ausgeblendete Strahlung eine Untersuchungsebene durchsetzt, mit einer Anzahl von in der Untersuchungsebene angeordneten, je ein Szintillationselement und einen damit gekoppelten fotoelektrischen Wandler enthaltenden Detektoren, die die Absorption der Strahlung längs den Strahler und die einzelnen Detektoren verbindenden Strahlenpfaden in einer Vielzahl verschiedener Stellungen des um eine zur Untersuchungsebene senkrechten Achse drehbaren Systems Strahler-Detektoren messen, mit einer Bezugswerte für die so ermittelten Meßwerte liefernden Referenz-Szintillatoranordnung, welche die vom zu untersuchenden Körper nicht geschwächte Strahlung mißt und über eine Lichtleiteranordnung mit den fotoelektrischen Wandlern gekoppelt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die periodisch nacheinander die von den Detektoren zu erfassende und die von der Referenz-Szintillatoranordnung zu erfassende Strahlung unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Szintillatoranordnung eine der Zahl (n)der Detektoren (2c/,3d.4d... 2h, 3h, 4h) entsprechende Zahl (n) von Referenz-SzintiUationselementen (6c/ ... 6h) enthält, die in einer außerhalb der Untersuchungsebene (Fa) liegenden Referenzebene (Fr) so angeordnet sind, daß die Projektion der den Strahler (1) und jeweils eines der Szintillationselemeite (6c/... 6h) verbindenden Referenzünie '7c/ ... Th) auf die Untersuchungsebene (Fa^mit jeweils e^;qem Strahlenpfad (5c/ ... 5h) zusammenfällt, und daß jedes Referenz-Szintillationselement (z. B. 6d) mit dem zugeordneten fotoelektrischen Wandler (Ad) über je einen Lichtleiterfaser (%d)gekoppelt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei jeder Detektor ein Szintillationselement umfaßt, das über einen Lichtleiter mit einem fotoelektrischen Wandler gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser mit dem Lichtleiter über eine Regelhülse mit einer Mikrosperrschraube verbunden ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur periodischen Unterbrechung der Strahlung einen Hohlzylinder (9) aus Blei enthalten, der um seine zur Untersuchungsebene senkrechte Längsachse drehbar und mit zwei parallelen Reihen von gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Schlitzen (9a, 9r) gleicher Länge versehen ist, die so gegeneinander versetzt sind, daß bei einer Drehung des Hohlzylinders abwechselnd die Referenzebene (Freund die Untersuchungsebene (Fa) von Strahlung durchsetzt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Öffnungswinkel des den Untersuchungsbereich erfassenden Strahlenbündels von 30° jede Schlitzreihe fünf Schlitze (9a, 9r) mit einer Länge von je 36° enthält, und daß bei einer Drehung des Systems Strahler (1) — Detektoren (2c/ ... 4c/, 2Λ ... 4h) über 180° und einer Winkelgeschwindigkeit zwischen V24 und V15 U/s die Winkelgeschwindigkeit des Hohlzylinders 3 bis 5 U/s beträgt.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermitttung der Strahlungsabsorption in einer Ebene eines Körpers mit einem Strahler, dessen fächerförmig ausgeblendete Strahlung eine Untersuchungsebene durchsetzt, mit einer Anzahl von in der Untersuchungsebene angeordneten, je ein Szintillationselement und einen damit gekoppelten fotoelektrischen Wandler enthaltenden Detektoren, die die Absorption der Strahlung längs den Strahler und die einzelnen Detektoren verbindenden Strahlenpfaden in einer Vielzahl verschiedener Stellungen des um eine zur Untersuchungsebene senkrechten Achse drehbaren Systems Strahler—Detektoren messen, mit einer Bezugswerte für die so ermittelten Meßwerte liefernden Referenz-Szintillatoranordnung, welche die vom zu untersuchenden Körper nicht geschwächte Strahlung mißt und über eine Lichtleiteranordnung mit den fotoelektrischen Umsetzern gekoppelt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die periodisch nacheinander die von den Detektoren zu erfassende und die von der Referenz-Szintillatoranordnung zu erfassende Strahlung unterbrechen.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-AS 19 41 433 bekannt. Die Referenz-Szintillatoranordnung besteht dabei aus einem einzigen Szintillationselement, das in der Untersuchungsebene so angeordnet ist, daß die darauf fallende Strahlung nicht durch den Untersuchungsbereich geschwächt wird. Das Referenz-Szintillationselement ist über einen Lichtleiter mit den Fotovervielfachern der Detektoren gekoppelt. Grundsätzlich können damit Schwankungen der Röntgenstrahlenintensität und Schwankungen der Detektorempfindlichkeiten kompensiert werden. In der Praxis ist dies aber nicht genau möglich, weil die vom Röntgenstrahier emittierte Strahlung auch vom Ausstrahlungswinkel abhängt, so daß die in Richtung des Referenz-Szintillationselementes emittierte Strahlung eine andere Intensität haben kann als die in Richtung zu einem der Detektoren emittierte Strahlung. Außerdem ist es in der Praxis kaum möglich, einen Lichtknter zu bauen, der zu den verschiedenen Lichtleitern gleichmäßig viel Licht von dem Referenz-Szintillationselement leitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Schwankungen der Strahlungsdosis und der Empfindlichkeit der Detektoren besser kompensiert werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Referenz-Szintillatoranordnung eine der Zahl der Detektoren entsprechende Zahl von Referenz-Szintillationselementen enthält, die in einer außerhalb der Untersuchungsebene liegenden Referenzebene so angeordnet sind, daß die Projektion der den Strahler und jeweils eines der Szintillationselemente verbindenden Referenzünie auf die Untersuchungsebene mit jeweils einem Strahlenpfad zusammenfällt, und daß jedes Referenz-Szintillationselement mit dem zugeordneten fotoelektrischen Wandler über je einen Lichtleitfaser gekoppelt ist.

Hierbei ist also für jeden Detektor ein Referenz-Szintillationselement vorgesehen, das sich mit dem Detektor in einer zur Untersuchungsebene senkrechten Ebene befindet. Die (Referenz-)Ebene, in der die Referenz-Szintillationselemente angeordnet sind, kann dabei dicht bei der Untersuchungsebene angeordnet sein, so daß die Winkelabhängigkeit der Strahlung-entfällt. Schwankt die Intensität der Röntgenstrahlung, dann bleibt der Quotient aus dem von dem Referenz-Szintilla-