DE3023263A1

DE3023263A1 - Anordnung zur darstellung von koerperschichten mittels monoenergetischer strahlung

Info

Publication number: DE3023263A1
Application number: DE19803023263
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Dr. 2084 Rellingen Harding
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-01-07
Also published as: FR2484824B1; GB2079563B; CA1168381A; US4423522A; DE3023263C2; FR2484824A1; GB2079563A

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH ._ PHD 80-077

"Anordnung zur Darstellung von Körperschichten mittels monoenergetischer Strahlung"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers, mit wenigstens einer Strahlenquelle zur Erzeugung eines monoenergetischen, den Körper durchsetzenden Primärstrahls mit geringem Querschnitt, wenigstens einer außerhalb des Primärstrahls befindlichen Schlitzblendenanordnung, deren Schlitzlängsrichtung sich in einer ungefähr senkrecht zum Primärstrahls verlaufenden Richtung erstreckt, mit einer quer zur Schlitzlängsrichtung verlaufenden, einzelne Detektoren enthaltenden Detektoranordnung, die von der vom Primärstrahl im Körper erzeugten, die Schlitzblendenanordnung durchsetzenden Streustrahlung getroffen wird, und mit einer elektronischen Einrichtung zur Verarbeitung der mittels der Detektoren erhaltenen Streustrahlensignale sowie zur Darstellung der verarbeitenden Streustrahlensignale.

Eine derartige Anordnung ist bereits aus der DE-OS 27 13 5Ö1 bekannt. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Dichteverteilung (z.B. die Elektronendichteverteilung) in einer Fläche, insbesondere einer Ebene eines Körpers, zu ermitteln. Der zu untersuchende Körper wird dabei von einem feinen monnenergetischen Strahl, z.B. einem Gammastrahl, durchstrahlt. Die in der Bahn dieses Primästrahls durch den Körper erzeugte Streustrahlung gelangt durch eine außerhalb des Primärstrahls angeordnete Schlitzblende auf eine Reihe von Detektoren, wobei die Schlitzblende und die Detektoren so angeordnet sind, daß jeder Detektor nur einen räumlich begrenzten Teil der vom Primärstrahls ausgehenden Streustrahlung erfassen kann. Die Detektor-

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r ψ .

ausgangssignale stellen somit ein qualitatives Abbild der Dichteverteilung im Körper längs des Primärstrahls dar. Der Körper kann dann etwa um die Breite des Primärstrahls senkrecht zu seiner Richtung verschoben werden, so daß dadurch eine zeilenweise Abtastung des Körpers möglich ist. Natürlich kann auch beiderseits des Primärstrahls eine derartige Schlitzblenden- bzw. Detektoranordnung zur Vergrößerung der zu messenden Streustrahlung vorhanden sein.

Die Zahl, der durch die Schlitzblende auf jeweils einen Detektor auftreffenden Streuphotonen ist dabei jedoch relativ gering, da die Schlitzblendenbreite zur Erreichung eines guten räumlichen Auflösungsvermögens des Systems klein gehalten werden muß. Um qualitativ gute Körperschichtbilder zu erhalten, wird daher der zu untersuchende Körper mit einer relativ hohen Strahlendosis bestrahlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers anzugeben, bei der der Körper mit einer geringeren Strahlendosis bestrahlt werden kann, ohne daß dadurch die Bildqualität

der Körperschichtbilder gemindert wird. 25

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schlitzblendenanordnung mehrere parallel nebeneinander liegende Schlitzblendenöffnungen besitzt, daß jeder Detektor von der Energie der einfallenden Strahlung abhängige Detektorausgangssignale liefert und mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist, die seine Detektorausgangssignale entsprechend der Energie der durch die Schlitzblendenöffnuigenhindurchtretenden Streustrahlung sortiert und aus den jeweils einer Streustrahlenenergie zugeordneten Detektorausgangssi.gnalen Streusignale

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bildet, daß die elektronische Schaltung mit einer Auswahlschaltung verbunden ist, die aus den Streusignalen aller Detektoren jeweils diejenigen auswählt, deren Streustrahlung von einem gemeinsamen vom Primärstrahl angeregten Körperbereich kommt, und daß die Auswahlschaltung zur Ermittlung und Darstellung der inneren Körperstruktur mit Hilfe der jeweils ausgewählten Streusignale mit der elektronischen Verarbeitungseinrichtung verbunden ist.

Durch die erhöhte Anzahl der Schlitzblendenöffnungen wird erreicht, daß die Empfindlichkeit einer derartigen Anordnung bei konstantem räumlichen Auflösungsvermögen des Systems erheblich gesteigert werden kann, da sich die Apertur der Blendenanordnung gegenüber der bekannten Schlitzblende entsprechend der Anzahl M der Schlitzblendenöffnungen erhöht. Es ist daher möglich, z.B. Körperschichtbilder mit demselben Signal/Rausch-Verhältnis wie bei der bekannten Anordnung zu erzeugen, jedoch gegenüber dieser bei einer 1/M-fach verkleinerten Strahlendosis. Ebenso können auf diese Weise bei konstanter Strahlendosis natürlich auch verbesserte Körperschichtbilder erzeugt werden.

2ö Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Untersuchungsan-

^J" Ordnung mit einer mehrere Schlitzblenden

öffnungen aufweisenden Schlitzblendenanordnung,

Fig. 2 die auf einen Detektor auftreffende

Strahlungsintensität in Abhängigkeit ihrer Energie, und

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- Io ■

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Verarbeitung

der Ausgangssignale jeweils eines Detektors.

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Untersuchungsanordnung nach der Erfindung dargestellt. Sie besitzt eine monoenergetische Strahlenquelle 1, z.B. I37 Cs mit 662 keV, deren Strahlung mittels einer Blende 2 zu einem Primärstrahl 3 mit dünnem Querschnitt ausgeblendet ist, der einen auf einem Tisch 4 liegenden Körper 5 durchstrahlt. Die in dem vom Primärstrahl 3 durchsetzenden Bereich des Körpers 5 erzeugte Streustrahlung erreicht durch eine Blendenanordnung 6, 6', die mehrere parallel nebeneinander liegende, senkrecht zum Primästrahl 3 verlaufende und vorzugsweise

la in ihrer Breite verstellbare Schlitzblendenöffnungen 7₅ 7' besitzt, je eine Detektorgruppe 8, 8¹ (Detektoranordnung), die aus einer größeren Anzahl von einzelnen Detektoren 9, 9' aufgebaut ist, die nebeneinander und z.B. parallel zum Primärstrahl 3 liegen. Die Detektoren 9? 9^! können

²^ beispielsweise streifenförmig ausgebildet und so angeordnet sein, daß ihre Hauptausdehnungsrichtung senkrecht zum Primärstrahl· 3 bzw. parallel zur Längsrichtung der Schlitzblendenöffnungen 7i 7' verläuft. Zur Abtastung verschiedener Körperbereiche ist der Körper 5 relativ

zur Untersuchungsanordnung verschiebbar angeordnet.

Besitzt die Energie der Strahlung der Stratd-enque^e I z.B. den Wert E , so l·äßt sich die Energie E(Q) der im Körper unter dem Winkel 0 zur Primärstrahlenrichtung gestreuten Strahlung allgemein zu

2 E · m c

E(Q) = g-2—S (1)

m c +E (l-cosQ) e O

angeben, wobei m die Elektronenmasse und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Aufgrund der zwischen dem Körper 5 und

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der Detektoranordnung 8, 8' liegenden Blendenanordnung

6, 6' werden für jeweils einen Detektor 9b mehrere Streustrahlenwege, in Fig. 1 z.B. vier Streustrahlenwege a-d, ausgeblendet, die unter jeweils unterschiedlichen Winkeln θ zum Primärstrahl 3 liegen. Demzufolge besitzt die auf diesen Streustrahlenwegen a-d verlaufende Streustrahlung jeweils eine unterschiedliche Energie E(O), die sich gemäß Gleichung 1 bestimmt. Das Energiespektrum der vom Detektor 9b gemessenen Strahlung I = f(E) entspricht dann der in Fig. 2 dargestellten Verteilung. Die Streustrahlung mit der Energie E(O^) verläuft entlang des Streustrahlenweges d in Fig. 1 (Streusignal Ik), während die Streustrahlung mit der Energie E(Ol) entlang des Streustrahlenweges a verläuft (Streusignal II). Mit IO ist der Strahlungsuntergrund bezeichnet, der u.a. von der unvollständigen Energieumwandlung der Streustrahlung innerhalb des Detektors 9b in entsprechende Detektorausgangssignale, durch Mehrfachstreuung und durch das Detektorrauschen gebildet wird. Wird dieser Strahlungs-

2D untergrund in geeigneter Weise von den Streusignalen II...Tk subtrahiert, so kann für jeweils ein Detektor 9, 9', z.B. Detektor 9b, die tatsächlich auf ihn auftreffende und durch jeweils eine Schlitzblendenöffnung

7, 7' hindurchtretende Streustrahlung (Intensität) bestimmt werden. Hierzu müssen die Detektoren 9i 9' ein relativ großes Energieauflösungsvermögen besitzen. Werden beispielsweise gekühlte Ge/Li-Halbleiterdetektoren eingesetzt, so kann die Blendenanordnung 6, 6¹ etwa 20 Schlitz blendenöffnungen 7 j 7' besitzen, wenn als Strahlenquelle 137 Cs (662 keV) verwendet wird.

Ist für jeden der Detektoren 9» 9' ein derartiges Energie spektrum I = f(E) bekannt, so läßt sich hieraus die innere Struktur des Körpers 5 entlang des Primärstrahls bestimmen, z.B. die Elektronendichte des Körpers 5 entlang des Primärstrahls 3· Dies geschieht beispielsweise

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für den Punkt P in Fig. 1 so, daß aus den Energiespektren der Detektoren 9a-d mittels einer Auswahlschaltung 12 (Fig. 3) diejenigen Streusignale ausgewählt werden, deren Streustrahlung von dem gemeinsamen Punkt P kommt. Dies ist ohne weiteres möglich, da bei fester geometrischer Anordnung der Detektoren 9) 9' relativ zu der Blendenanordnung 6, 6' und dem Primärstrahl 3 über die energetische Lage der Streusignale in den jeweiligen Spektren eindeutig auf den Punkt P

IQ geschlossen werden kann. Die ausgewählten und auf den Punkt P bezogenen Streusignale werden dann weiter verarbeitet, indem z.B. die Schwächung des Primärstrahls 3 im Körper 5 sowie die Schwächung der Streustrahlung entlang der Streustrahlenwege a-d berücksichtigt wird, was bereits aus der DE-OS 27 I3 58I bekannt ist. Anschließend werden die Streusignale bzw. die aus den so verarbeiteten Streusignalen gewonnenen Elektronendichten einer Mittelwertbildung, z.B. einer gewichteten Mittelwertbildung, unterzogen.

In der Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Detektorausgangssignale nochmals dargestellt. Jeweils ein Detektor, z.B. der Detektor 9h, ist dabei mit einer elektronischen Schaltung 10 verbunden, die die Detektorausgangssignale entsprechend der Energie der durch die M-Schlitzblendenöffnungen 7 hindurchtretenden Streustrahlung I(91)j ... I(QM) sortiert, und die aus den jeweils einer Streustrahlenenergie zugeordneten Detektorausgangssignalen Streusignale II...IM bildet. Die elektronische Schaltung 10 kann dabei M Energiefenster bildende Schaltungen 11 aufweisen, die nur dann ein Ausgangssignal erzeugen, wenn das Eingangssignal (Detektorausgangssignal) innerhalb eines bestimmten Größenbereichs liegt, der einem vorbestimmten Energiebereich der Streustrahlung entspricht.

Die jeweils einem Energiebereich zugeordneten Ausgangssig-

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nale der Schaltungen 11 werden dann zur Erzeugung der Streusignale II...IM addiert, was ebenfalls mit der elektronischen Schaltung 10 erfolgen kann.

Die elektronischen Schaltungen 10 aller Detektoren 9> 9¹ sind ihrerseits mit einer gemeinsamen Auswahlschaltung

12 verbunden, an die in Fig. 3 nur eine Schaltung 10 der Übersicht wegen angeschlossen ist. Alle anderen Schaltungen 10 werden in gleicher Weise an die Eingänge A der Auswahlschaltung 12 angelegt, die ihrerseits aus den allen Detektoren 9, 9' zugeordneten Streusignalen jeweils diejenigen auswählt, deren Streustrahlung von einem gemeinsamen vom Primärstrahl 3 angeregten Körperbereich P kommt.

Die Auswahlschaltung 12 ist ferner mit einer elektronischen Verarbeitungseinrichtung 13 verbunden, die die Korrektur der ausgewählten Streusignale hinsichtlich der Schwächung des Primärstrahls 3 und der gestreuiten Strahlung entlang der Streustrahlenwege a-d im Körper 5 vornimmt. Weiterhin ist ein Mittelwertbildner 1^i vorhanden, mit dessen Hilfe die aus den so verarbeiteten Streusignalen gebildeten Elektronendichten (Elektronendichtesignale, die aus den jeweiligen Streusignalen abgeleitet sind) gemittelt werden.

Der Mittelwertbildner Ik kann dabei mit einem Speicher zur Speicherung von Gewichtsfaktoren zur gewichteten Mittelwertbildung verbunden sein. An die Verarbeitungseinrichtung

13 ist ferner ein Monitor 16 zur Darstellung der gebildeten Mittelwerte bzw. der Strukturverteilung des Körpers 5 angeschlossen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Anordnung zur Ermittlung der inneren

struktur eines Körpers, mit wenigstens einer Strahlenquelle zur Erzeugung eines monoenergetischen, den Körper durchsetzenden Primärstrahls mit geringem Querschnitt, wenigstens einer außerhalb des Primärstrahls befindlichen Schlitzblendenanordnung, deren Schlitzlängsrichtung sich in einer ungefähr senkrecht zum Primärstrahl verlaufenden Richtung erstreckt, mit einer quer zur Schlitzlängsrichtung verlaufenden, einzelne Detektoren enthaltenden Detektoranordnung, die von der vom Primärstrahl im Körper erzeugten, die Schlitzblendenanordnung durchsetzenden Streustrahlung getroffen wird, und mit einer elektronischen Einrichtung zur Verarbeitung der mittels der Detektoren erhaltenen Streustrahlensignale sowie zur Darstellung der verarbeiteten Streustrahlensignale,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzblendenanordnung (6, 6') mehrere parallel nebeneinander liegende Schlitzblendenöffnungen (7, 7') besitzt, daß jeder Detektor (9, 9') von der Energie der einfallenden Strahlung abhängige Detektorausgangssignale liefert und mit einer elektronischen Schaltung (10) verbunden ist, die seine Detektorausgangssignale entsprechend der Energie der durch die Schlitzblendenöffnungen hindurchtretenden Streustrahlung sortiert und aus den jeweils einer Streustrahlenenergie zugeordneten Detektorausgangs-Signalen Streusignale (II...IM) bildet, daß die elektronische Schaltung mit einer Auswahlschaltung (12) verbunden ist, die aus den Streusignalen aller Detektoren jeweils diejenigen auswählt, deren Streustrahlung von einem gemeinsamen vom Primärstrahl (3) angeregten Körperbereich kommt, und daß

die Auswahlschaltung zur Ermittlung und Darstellung der inneren Körperstruktur mit Hilfe der jeweils ausgewählten

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ORIGINAL INSPECTED

Streusignale rait der elektronischen Verarbeitungseinrichtung (13) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die elektronische Verarbeitungseinrichtung (13) einen Mittelwertbildner (14) zur Mittelwertbildung der ausgewählten Streusignale bzw. daraus abgeleiteter Signale besitzt.

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Detektoren (9₅ 9¹) streifenförmig ausgebildet sind, und daß ihre Hauptausdehnungsrichtung parallel zur Schlitzlängsrichtung liegt.

k. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3:

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (9i 9¹) Halbleiterdetektoren sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Breite der Schlitzblendenöffnungen verstellbar ist.

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