DE3023263C2

DE3023263C2 - Anordnung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers mittels monoenergetischer Strahlung

Info

Publication number: DE3023263C2
Application number: DE3023263A
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: 1986-08-14
Also published as: DE3023263A1; US4423522A; FR2484824A1; FR2484824B1; CA1168381A; GB2079563B; GB2079563A

Description

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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 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 Streusirahlung 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 13 581 bekannt. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Dichteverteiiung (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 Primärstrahls 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 Primärstrahl ausgehenden Streustrahlung erfassen kann. Die Detektorausgangssignalc 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.

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 Schlitzblendenöffnungen hindurchtretenden Streustrahlung sortiert und aus den jeweils einer Streustrahlenenergie zugeordneten Detektorausgangssignalen Streusignale 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

irann, da sich die Apertur der Blendenanordnung gegenüber der bekannten Schlitzblende entsprechend der Anzahl Aider Schlitzblendenöffnungen erhöht Hs 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.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Untersuchungsanordnung mit einer mehrere Schlitzblendenöffnungen aufweisenden Schlitzblendenanordnung,

Fig.2 die auf einen Detektor auftreffende Strahlungsintensität in Abhängigkeit ihrer Energie, und

F i g. 3 ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Ausgangssignale jeweils eines Detektors.

In der F i g. I ist ein Schnitt durch eine Untersuchungsanordnung nach der Erfindung dargestellt. Sie besitzt eine monoenergetische Strahlenquelle 1, z. B. 137 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 Primärstrahl 3 verlaufende und vorzugsweise in ihrer Breite verstellbare Schlitzblendenöffnungen 7, T besitzt, je eine Detektorgruppe 8, 8' (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 beispielsweise streifenförmig ausgebildet und so angeordnet sein, daß ihre Hauptausdehnungsrichtung senkrecht zum Primärstrahl 3 bzw. parallel zur Längsrichtung der Schliizblendenöffnungen 7, T verläuft. Zur Abtastung verschiedener Körperbereiche ist der Körper 5 relativ zur Untersuchungsanordnung verschiebbar angeordnet.

Besitzt die Energie der Strahlung der Strahlenquelle 1 z. B. den Wert E₀, so läßt sich die Energie Ε{θ) der im Körper unter dem Winkel θτ\χχ Primärstrahlenrichtung gestreuten Strahlung allgemein zu

Ε(Θ) =

io '

m_ec

(I - cos Θ)

0)

angeben, wobei m_e die Elektronenmasse und cdie Lichtgeschwindigkeit ist. Aufgrund der zwischen dem Körper 5 und der Detektoranordnung 8, 8' liegenden Biendenanordnung 6, 6' werden für jeweils einen Detektor 9£> mehrere Streustrahlenwege, in F i g. 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 Ε(θ), 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 £(6>4) verläuft entlang des Streustrahlenweges din Fig. 1 (Streusignal /4), während die Streustrahlung mit der Energie E(0\) entlang des Streu-Strahlenweges a verläuft (Streusignal / 1). Mit /0 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 Strahlungsuntergrund in geeigneter Weise von den Streusignalen /1 ... /4 subtrahiert, so kann für jeweils ein Detektor 9, 9', z. B. Detektor 9b, die tatsächlich auf ihn auftreffende und durch jeweils eine Schliizblendenöffnung 7, 7' hindurchtretende Streustrahlung (Intensität) bestimmt werden. Hierzu müssen die Detektoren 9, 9' ein relativ großes Energieauflösungsvermögen besitzen. Werden beispielsweise gekühlte Ge/Li-Halbleiterdetektoren eingesetzt, so kann die Blendenanordnung 6,6' etwa 20 Schlitzblendenöffnungen 7, T besitzen, wenn als Strahlenquelle 137 Cs (662 keV) verwendet wird.

1st für jeden der Detektoren 9,9' ein derartiges Energiespektrum I=f(E) bekannt, so läßt sich hieraus die innere Struktur des Körpers 5 entlang des Primärstrahls 3 bestimmen, z. B. die Elektronendichte des Körpers 5 entlang des Primärstrahls 3. Dies geschieht beispielsweise für den Punkt P in F i g. 1 so, daß aus den Energiespektren der Detektoren 9a—d mittels einer Auswahlschaltung 12 (F i g. 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 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—(/berücksichtigt wird, was bereits aus der DE-OS 27 13 581 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 F i g. 3 ist ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Detektorausgangssignale nochmals dargestellt. Jeweils ein Detektor, z. B. der Detektor 9b, ist dabei mit einer elektronischen Schaltung 10 verbunden, die die Detektorausgangssignale entsprechend der Energie der durch die M-Schlitzblendenöffnungen 7 hindurchtretenden Streustrahlung I{0\)\... Ι(ΘΜ)sortiert, und die aus den jeweils einer Streustrahlenenergie zugeordneten Detektorausgangssignalen Streusignale /1... 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 Ausgangssignale der Schaltungen 11 werden dann zur Erzeugung der Streusignale /1... IM addiert, was ebenfalls mit der elektronischen Schaltung 10 erfolgen kann.

Die elektronischen Schaltungen 10 aller Detektoren 9, 9' sind ihrerseits mit einer gemeinsamen Auswahlschaltung 12 verbunden, an die in F i g. 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 J angeregten Körperbereich Pkommt.

Die Auswahlschaltung 12 ist ferner mit einer elektro-

nischen Verarbeitungseinrichtung 13 verbunden, die die Korrektur der ausgewählten Streusignale hinsichtlich der Schwächung des Primärstrahls 3 und der gestreuten Strahlung entlang der Streustrahlenwege a—d im Körper 5 vornimmt. Weiterhin ist ein Mittelwertbildner 14 vorhanden, mit dessen Hilfe die aus den so verarbeiteten Streusignalen gebildeten Elektronendichten (Elektronendichtesignale, die aus den jeweiligen Streusignalen abgeleitet sind) gemittelt werden. Der Mittelwertbildner 14 kann dabei mit einem Speicher 15 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

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, T) 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 Detektorausgangssignalen 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 Streusignale mit der elektronischen Verarbeitungseinrichtung (13) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 (9, 9') streifenförmig ausgebildet sind, und daß ihre Hauptausdehnungsrichtung parallel zur Schlitzlängsrichtung liegt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (9, 9') Halbleiterdetektoren sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitzblendenöffnungen verstellbar ist.