DE2843936A1 - Untersuchungsanordnung zur ermittlung oertlicher absorptionswerte in einer ebene eines koerpers - Google Patents
Untersuchungsanordnung zur ermittlung oertlicher absorptionswerte in einer ebene eines koerpersInfo
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Description
"Untersuchungsanordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines Körpers"
Die Erfindung betrifft eine Untersuchungsanordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines
Körpers, die mit einem Strahler zum Erzeugen eines den Körper durchsetzenden Strahlungsbündels, mit einer Dreheinrichtung
zum Durchstrahlen der Ebene in ip^hreren verschiedenen Richtungen,
wobei die Strahlungsrivlitung in der zu untersuchenden
Ebene liegt, und mit einer Reihe von Detektoren, die das ganze Strahlenbündel erfaßt, zum Umsetzen der den Körper
durchstrahlten Strahlung in elektrische Meßwerte verr hen ist. Eine derartige Untersuchungsanordnung ist in der
US-PS 3,937,963 beschrieben. Bei einer derartigen Untersuchungsanordnung
besteht die Detektorreihe aus 150 bis Detektoren, die nebeneinander auf einem Kreisbogen mit einem
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Radius von etwa einem Meter angeordnet sind. Bei der Verwendung der Untersuchungsanordnung müssen zwei Arten dynamischer
Verhältnisse der Meßsignale unterschieden werden. Das Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten Meßsignal,
das ein einzelner Detektor mißt, ist ein erstes Verhältnis, das weiterhin die individuelle Dynamik genannt
wird. Das Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten Meßsignal, die bei einer Messung auftreten, ist ein zweites
Verhältnis, das weiter unten mit Reihendynamik bezeichnet wird. Bei den Untersuchungsanordnungen, auf die sich die Erfindung
bezieht, hat die individuelle Dynamik eine Größenordnung von 100 und die Reihendynamik eine Größenordnung von 10.000. Eine
so große Reihendynamik gibt Probleme bei der Verarbeitung der Meßsignale.
Ein bekanntes Verfahren zum Beschränken der Reihendynamik ist die Verwendung eines Dämpfungskörpers, der beispielsweise
ein Wassersack sein kann, der um den zu untersuchenden Körper befestigt wird, gemäß der Beschreibung der US-PS 3,937,963.
Dieser Wassersack löst das Dynamikproblem, ist jedoch für die Patienten, die mit dieser Anordnung untersucht werden, sowie auch
für den Untersucher recht unbequem.
Der Dämpfungskörper kann auch ein sogenanntes Ausgleichsfilter sein, das zwischen dem Strahler und dem zu untersuchenden
Körper angeordnet wird. Ein derartiges Ausgleichsfilter ist in der US-PS 3,937,963 beschrieben. Ein Ausgleichsfilter muß
jedoch infolge des verfügbaren geringen Platzraums klein sein und also aus einem Material mit einer hohen wirksamen
Atomzahl hergestellt werden. Jedoch tritt dabei ortsabhängig eine Aufhärtung d?r Strahlung auf, wodurch eine Korrektur
des Meßsignals erforderlich wird, die abhängig von der Position des zugeordneten Detektors ist. Filter aus einem
Material L.it einer verhältnismäßig niedrigen Atomzahl haben
den letztgenannten Nachteil nicht. Jedoch liefert die Verwendung eines Ausgleichsfilters eine weitere Schwierigkeit,
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da die Kalibrierung der Detektoren mit einem anderen Filter als dem Ausgleichsfilter durchgeführt werden muß. Jede geringe
Ungenauigkeit in der Lage der hintereinander zu verwendenden Filter wird dabei korrelierte Meßfehler auslösen, die zu
kreisförmigen Fehlern in der Abbildung des berechneten Absorptionsbildes führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reihendynamik der Anordnung auf eine einfache Weise zu beschränken, wobei
die beschriebenen Dämpfungskörper überflüssig sind.
Dazu ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet,
daß die Untersuchungsanordnung mit Verstärkerschaltungen ausgerüstet
ist, die an je einen Detektor angeschlossen sind, und daß die Empfindlichkeit einer Verstärkerschaltung, die einem
im Zentrum oder in der Nähe eines Zentrums der Detektorreihe liegenden Detektor zugeordnet ist, größer ist als eine Empfindlichkeit
einer Verstärkerschaltung, die an einen Detektor am Rande oder in der Nähe eines Randes der Reihe von Detektoren
angeschlossen ist. Durch Abhängigmachung der Empfindlichkeit der Verstärkerschaltung von der Lage des zugeordneten Detektors
in der Detektorreihe (von innen nach außen abnehmend) wird die Reihendynamik derart herabgesetzt, daß die weitere Verarbeitung
der Meßsignale wesentlich einfacher wird. Man bedient sich der Tatsache, daß die Strahlung, die von den
Detektoren im Zentrum und in der Nähe des Zentrums detektiert wird, kräftiger als die übrige Strahlung gedämpft ist. Hierdurch
können die Verstärkerschaltungen, die an die am Rande der Reihe liegenden Detektoren angeschlossen sind, weniger
empfindlich sein als die übrigen Verstärkerschaltungen.
Eine Ausführungsform der Untersuchungsanordnung nach der
Erfindung, wobei die Verstärkerschaltungen Integratoren enthalten,
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationskapazitäten, die zu einer ersten Detektorgruppe im Zentrum
und in direkter Nähe des Zentrums der Reihe gehören, alle den
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gleichen Wert k aufweisen und die zu zwei dritten jeweils am Rande der Reihe liegenden Detektorgruppen gehörenden
Integrationskapazitäten alle den gleichen Wert Z aufweisen,
und daß die zu zwei zweiten jeweils zwischen der ersten und einer dritten Detektorgruppe liegenden Detektorgruppen
gehörenden Integrationskapazitäten von der ersten Gruppe zu einer der dritten Gruppen hin einen vom Wert k bis zum Wert -£.
nach einer geometrischen Reihe ansteigenden Wert haben. Diese Ausführungsform hat sich vorteilhaft erwiesen, weil
bei der Weiterverarbeitung der Meßsignale der ersten Gruppe und der zwei dritten Detektorgruppen nur ein Faktor mitgenommen
zu werden braucht, der den Unterschied in der Integrationskapazität zwischen den Integratoren angibt, die
der ersten bzw. drüben Gruppe angehören.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Quotient der Werte -·: und k der Integrationskapazitäten größer als 16 und
kleiner als 64 ist. Dadurch wird die Reihendynamik kleiner als 1000 gehalten, wobei der Signalrauschabstand nicht nachteilig
beeinflußt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler und die Detektorreihe zusammen um eine Rotationsachse, die zwischen
dem Strahler und der Detektorreihe liegt, drehbar angeordnet sind und der Abstand zwischen dem Strahler und der Rotationsachse
einstellbar ist, wobei der Abstand zwischen dem Strahler und der Detektorreihe konstant bleibt. Bei einer derartigen
Anordnung kann optimal die Reihendynamikreduktion durch die Empfindlichkeitsanpassung der Verstärkerschaltungen ausgenutzt
werden, da durch die Verschiebung des Strahlers in bezug auf die Rotationsachse ein zu untersuchender Körper derart
positioniert wird, daß seine Position an die stellenabhängige Empfindlichkeit der Verstärkerschaltungen angepaßt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 eine skizzierte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Anordnung,
Fig. 2 einen Teil einer Anschlußschaltung für die Detektorreihe einer Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die relative Amplitude der Ausgangssignale der Detektoren als Funktion der
Position in der Detektorreihe dargestellt ist.
Eine Röntgenuntersuchungsanordnung, wie in Fig. 1 skizziert, enthält einen Strahler 1, der vorzugsweise aus einer Röntgenröhre
besteht, der aber auch aus einem radioaktiven Isotop mit einer zweckmäßigen natürlichen Strahlung.wie Am24i oder Gd153
bestehen kann. Eine Detektorreihe 3 mißt die Intensitätsverteilung eines vom Strahler 1 ausgesandten Röntgenstrahlenbündels
2. Der Strahler 1 bildet ein fächerförmiges Strahlenbündel mit einem Öffnungswinkel <*- . Das Strahlenbündel 2 verläuft
in Richtung senkrecht zur Zeichenebene wenigstens annähernd parallel und hat in dieser Richtung eine geringe Dicke,
beispielsweise von 3 bis 15 mm. Zur Bildung eines derartigen Bündels ist eine schlitzförmige Blende 4 angeordnet. Durch die
Breitenabmessung der Detektoren 5 und ihren gegenseitigen Abstand (in Richtung der Detektorreihe 3) wird die Detektoranzahl
im Strahlenbündel 2 und damit das Auflösungsvermögen innerhalb eines bestimmten Bündelwinkels festgelegt. Die
Detektorreihe 3 ist beispielsweise aus 300 Detektoren mit einem gegenseitigen Mittelabstand von wenigen Millimetern aufgebaut.
Auch kann eine lange, mit Edelgas gefüllte Ionisationskammer benutzt werden, in der eine Reihe gesondert angeordneter,
an verschiedenen Stellen detektierender Elektroden angeordnet sind. Die Detektorreihe 3 ist in bezug auf die Mittellinie 6
des Strahlenbündels symmetrisch angeordnet. Die Untersuchungsanordnung ist weiterhin für einen zu untersuchenden Körper 8
mit einem Untersuchungstisch 7 versehen, der en-öang einer
isozentrischen Achse 9 verschiebbar ist. Die isozentrische Achse 9 schneidet die Mittellinie 6. Das System Röntgenstrahier
Detektorreihe 3 ist um den Körper 8 mit Hilfe eines Zahnringes drehbar, der von einem Motor 11 angetrieben und von Lagern
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getragen und geführt v/ird. Die Drehung des Systems Röntgenstrahier
1 - Detektorreihe 3 kann sowohl ununterbrochen als gestuft erfolgen. Im letzten Fall wird nach jeder Messung
ein Drehschritt gemacht. Die Meßsignale der Detektoren 5 erreichen über Verstärker 13 einen Signalumformer 14, der
beispielsweise eine Multiplexschaltung und einen Analog-Digital-Wandler enthält. Die umgeformten Signale erreichen
eine Rechenanordnung 15. Ein Zähler 18 zählt die Anzahl der Rechenanordnung 15 zugeführter Signale pro Messung. Beim
Erreichen einer Zählersteilung des Zählers 18 entsprechend der Detektoranzahl 5 wird eine Steuerschaltung 19 zum Antreiben
des Motors 11 für eine kurze Zeit erregt. Dabei tritt eine Drehung des Ringes 10 auf, wonach die folgende
Messung eingelatet wird. Mit der Rechenanordnung 15 werden aus den in allen Messungen gesammelten Signalen, die beispielsweise
in einem Speicher 16 gespeichert werden, die örtlichen Absorptionswerte berechnet und an einer Wiedergabeanordnung
dargestellt. Nach Bedarf können auch die berechneten Absorptionswerte in den Speicher 16 eingeschrieben werden. Mit
jedem Detektor 5 ist ein Verstärker 13 verbunden, der erfindungsgemäß eine ai die Position des zugeordneten Detektors
in der Reihe 3 angepaßte Empfindlichkeit hat. Auch kann erfindungsgemäß
der Verstärker 13 als Integrator betrieben werden. In der Zeichnung ist solches mit der gestrichelten
Linie angegeben. Hierbei ist die Kapazität des Integratorkondensators 25 anstelle des Detektors 5 in der Reihe 3 angepaßt.
Anhand der Fig. 2 wird ein Beispiel einer derartigen Anpassung besä x\_eben. In der Figur sind zwei Stellungen a und b dargeste"1"1,4;,
die das System Röntgenstrahier 1 - Detektorreihe 3 in bezug auf den Körper 8 bei Messungen einnehmen kann. Der
zu Uh''. ,r-uchende Körper 8 hat häufig einen ellipsenförmigen
Querschnitt, wobei das Verhältnis lange Achse/kurze Achse um den Wert 5/3 herum liegt. Bei dem zu beschreibenden Beispiel
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ist davon ausgegangen, daß der Körper 8 aus einem homogenen Material mit gleichem Absorptionsverhalten wie Wasser besteht.
In der Stellung b ist mit dem System Röntgenstrahier 1 - Detektorreihe 3 eine Serie von Meßwerten ermittelt, wobei dem längs
der langen Achse des Körpers 8 bestimmten Meßwert, die mit
der Bündelmitte 6 zusammenfälLt, ein relativer Wert 1 zugeteilt
ist. Die übrigen Meßwerte stehen damit im Zusammenhang. Die relativen Werte S sind in der Fig. 3 in einer graphischen
Darstellung gegeben. Die Werte S sind als Funktion der Position N eines Detektors in der Reihe 3 aufgetragen und bilden die Kurve b,
Es wird davon ausgegangen, daß die Reihe 3 180 Detektoren enthält, die in bezug auf die Bündelmitte 6 symmetrisch angeordnet
sind. In der graphischen Darstellung hat N also 90 Stellungen. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß die
Reihendynamik größer als 10 ist.
Eine zweite Serie von Meßwerten, die im Zustand a des Systems Röntgenstrahier 1 - Detektorreihe 3 bestimmt ist, stehen
ebenfalls mit dem Meßwert im Zusammenhang, der im Zustand b in der Bündelmitte 6 bestimmt ist. Die relativen Meßwerte
sind in der in Fig. 3 dargestellten graphischen Darstellung aufgetragen und bilden die Kurve a. Es ist klar ersichtlich,
daß in diesem Zustand die Reihendynamik wesentlich kleiner ist und einen Wert zur Größe von 600 hat.
Zum Reduzieren der Reihendynamik ist die Integrationskapazität der an die Detektoren angeschlossenen Integratoren wie folgt
an die Stellung der Detektoren in der Reihe 3 angepaßt. Eine eiste Detektorgruppe, die in Fig. 2 mit I bezeichnet ist, ist
an Integratoren einer Integrationskapazität mit einem relativen Wert 1 angeschlossen. Zwei dritte Detektorgruppen, die in
Fig. 2 mit III bezeichnet sind, sind an Integratoren mit einer Integrationskapazität mit einem relativen Wert 40 angeschlossen.
Die zwei zweiten Gruppen von Detektoren, die mit II bezeichnet sind, liegen jeweils zwischen der Gruppe I und einer Gruppe III
und sind an Integratoren angeschlossen, die eine von der Gruppe I zur Gruppe III nach einer geometrischen Reihe an-
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steigenden Integrationskapazität haben, wobei der relative Wert von 1 bis 40 ansteigt. Die beiden Gruppen I liegen
direkt um die Mittellinie 6 herum, während die Gruppen III am weitesten davon entfernt sind.
In Fig. 3 sind in der graphischen Darstellung ebenfalls die relativen Meßwerte angegeben, die im Zustand a und b mit der
Detektorreihe und mit den angepaßten Integratoren gemessen sind. Die gestrichelten Kurven a' und b1 zeigen die relativen
Meßwerte, die im Zustand a bzw. b bestimmt sind. Im Beispiel gehören die Detektoren 1 bis 30 zur Gruppe I, die Detektoren
bis 50 zur Gruppe II und die weiteren Detektoren zur Gruppe III. Die Detektoranzahl in der Gruppe III ist derart gewählt, daß
die Strahlung des Bündels mit dem öffnungswinkel ;x, die im
Zustand b den Körper 8 nicht durchsetzt, von den Detektoren der Gruppe III gemessen wird. Weiterhin ist die Anzahl der
Detektoren in der Gruppe I so groß gewählt, daß die Dynamik innerhalb der Gruppe I kleiner als 10 ist, so daß keine
Anpassung erforderlich ist. Es ist klar ersichtlich, daß durch eine geeignete Anpassung der Empfindlichkeit der an die
Detektoren angeschlossenen Verstärker oder der Integrationskapazitäten der den Detektoren zugeordneten Integratoren die
Reihendynamik von dem hohen Wert von über 10 auf einen Wert unter 500 zurückgebracht werden kann.
Um die Anpassung für die Beschränkung der Reihendynamik auch bei Messungen an kleineren Objekten optimal ausnutzen zu
können, ist es vorteilhaft, daß der Abstand zwischen dem Röntgenstrahier 1 und dem zu untersuchenden Körper 8 einstellbar
ist. Gemäß Fig. 1 sind daher der Röntgenstrahier 1 und die Detektorreihe 3 auf einem Gestell 20 montiert, das
entlang Führungen 21 im Ring 10 verschiebbar ist. Das Gestell wird über eine Zahnstangen-Zahnscheibenanordnung 23 mit einem
Elektromotor 22 angetrieben. Eine Steuerschaltung 24 zum Antreiben des Motors 22 ist beispielsweise mit einem Handschalter
27 bedienbar, es können aber auch die zwei Meßwerten
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der zwei äußersten Detektoren 51 und 5" benutzt werden. Vor
Beginn einer Messung werden die Meßwerte der beiden Detektoren 51 und 5" über den Signalumformer 14 der Steuerschaltung
24 zugeführt, wobei das Gestell 20 so verschoben wird, daß der Meßwert des Detektors 5" maximal und der Meßwert
von 5' niedriger ist. Der Detektor 5" mißt dabei Röntgenstrahlung, die den Körper 8 streift, und der Detektor 51 mißt
Röntgenstrahlung, die gerade den Körper 8 durchsetzt.
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Claims (6)
- N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland PATENTANSPRÜCHE:J Untersuchungsanordnung zur Ermittlung örtlicher Absorptionswerte in einer Ebene eines Körpers (8), die mit einem Strahler (1) zum Erzeugen eines den Körper (8) durchsetzenden Strahlungsbündels (2), mit einer Dreheinrichtung (10 ...12) zum Durchstrahlen der Ebene in mehreren verschiedenen Richtungen, wobei die Strahlungsrichtung in der zu untersuchenden Ebene liegt, und mit einer Reihe (3) von Detektoren (5), die das ganze Strahlenbündel (2) erfaßt, zum Umsetzen der den Körper durchstrahlten Strahlung in elektrische Meßwerte versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsanordnung mit Verstärkerschaltungen (13) ausgerüstet ist, die an je einen Detektor angeschlossen sind, und daß die Empfindlichkeit einer Verstärkerschaltung (12), die einem im Zentrum oder in der Nähe eines Zentrums der Detektorreihe liegenden Detektor (5) zugeordnet ist, größer ist als eine Empfindlichkeit einer Verstärkerschaltung, die an einen Detektor am Rande oder in der Nähe eines Randes der Reihe von Detektoren angeschlossen ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltungen, die zu einer ersten Detektorgruppe (i) gehören, die im Zentrum oder in nächster Umgebung des Zentrums der Detektorreihe (3) liegen, alle den gleichen Verstärkungsfaktor m aufweisen, daß die zwei zweiten an die erste Gruppe (i) anschließenden Gruppen (II) von Detektoren zugeordneten Verstärkerschaltungen nach einer geometrischen Reihe von innen nach außen von m bis η abnehmenden Verstärkungsfaktor aufweisen, und daß die zwei dritten an die zweiten Detektorgruppen (II) anschließenden Detektorgruppen zugeordneten Verstärkerschaltungen alle den gleichen Verstärkungsfaktor η aufweisen (mit m > n).PHN 8909 - 2 -909816/0882ORIGINAL iNSPECTED
- 3. Untersuchungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltungen je einen Integrator enthalten, dessen Integrationskapazität (25) einen Wert besitzt, der von der Stellung des dem Integrator zugeordneten Detektors abhängig ist, wobei die zu den Detektoren im Zentrum der Reihe gehörenden Integrationskapazitäten kleiner sind als die zu den Detektoren am Rande der Reihe gehörenden Integrationskapazitäten.
- 4. Untersuchungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationskapazitäten, die zu einer ersten Detektorgruppe (i) im Zentrum und-in direkter Nähe des Zentrums der Reihe (3) gehören, alle den gleichen Wert k aufweisen und die zu zwei dritten jeweils am Rande der Reihe (3) liegenden Detektorgruppen (III) gehörenden Integrationskapazitäten alle den gleichen Wert Z aufweisen, und daß die zu zwei zweiten jeweils zwischen der ersten und einer dritten Detektorgruppe liegenden Detektorgruppen (II) gehörenden Integrationskapazitäten von der ersten Gruppe (I) zu einer der dritten Gruppen (III) hin einen vom Wert k bis zum Wert £. nach einer geometrischen Reihe ansteigenden Wert haben.
- 5. Untersuchungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient der Werte . größer als 16 und kleiner als 64 ist.zeichnet, daß der Quotient der Werte £ und k bzw. m und η
- 6. Untersuchungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) und die Detektorreihe (3) zusammen um eine Rotationsachse (9), die zwischen dem Strahler und der Detektorreihe liegt, drehbar angeordnet sind und der Abstand zwischen dem Strahler (1) und der Rotationsachse (9) einstellbar ist, wobei der Abstand zwischen dem Strahler (1) und der Detektorreihe (3) konstant bleibt.PHN 8909 - 3 -909816/0862
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