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Beschreibung: Verfahren zur Qualitätskontrolle in der Röntgendiagnostik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle in der Röntgendiagnostik
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Angaben zur Gattung Zur Qualitätskontrolle an medizinischen Röntgendiagnostikanlagen
müssen neben Belichtungszeit und Dosisleistung der Scheitelwert der Röhrenspannung
sowie der zeitliche Verlauf der Röhrensannun: schnell, richtig und präzise gemessen
werden, da die Röhrenspannung in entscheidendem Maße die Bildgüte von Röntgendiagnostikgeräten
beeinflußt. Die Messung soll indirekt, d.h. ohne technischen Eingriff in die Röntgenanlage,
erfolgen, damit sie unabhängig vom technischen Aufbau des Röntgengerätes in einfacher
Weise durchgeführt werden kann. Das Meßgerät muß klein und leicht transportierbar
sein, damit eine Qualitätskontrolle vor Ort möglich ist. Die indirekte Messung soll
mit einer möglichst kleinen Sonde durchgeführt werden, damit zur Messung zusätzlicher
Kenngrößen gleichzeitig weitere Meßsonden und Abbildungsprüfkörper im Strahlengang
untergebracht werden können. Die Röhrenspannung soll im Meßbereich bis 150 kV für
alle Röntgenaufnahme- und Röntgendurchleuchtungsgeräte erfaßt werden. Dazu müssen
die Detektorsignale in einem möglichst großen Bereich der Strahlungsleistung, d.h.:
bei allen vorkommenden Abständen, Röhrenströmen und Röhrenspannungen, auswertbar
sein. Insbesondere sollen die Signale auch bei kleinem Röhrenstrom - wie er bei
Röntgendurchleuchtung eingestellt wird -einen ausreichenden Störsignalabstand haben,
damit die Messung nicht verfälscht wird.
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Stand der Technik: Zur Messung der Röhrenspannung sind folgende Verfahren
bekannt: 1. Messung mit Spannungsteiler am Hochspannungstransformator (P. Rauch
und R. Block: SPIE, Vol. 127 Optical .Instrumentation in Medicine VI (1977) 145-151)
2. Messung der Grenzenergie des Strahlenspektrums (G. Wehner: PTB-Mitt. Heft 4 (1973)
238-242) 3. Messung mit Kantenfiltern (J.R. Greening: Brit. J. Appl. Phys. Vol.
6 (1955) 73-78) 4. Messung mit Thermolumineszenzdosimetern (K.J. Puite: Phys. Med.
Biol., Vol. 21, No. 2 (1976) 216-225) 5. Messung mit densitometrischer Filtermethode
(G.M. Ardran und H.E. Crooks: Brit. J. Radiol., Vol. 45 (1972) 599) 6. Messung mit
Ionisationsdosimetrischer Filtermethode (R.R. Newell und G.C. Henny: Radiology Vol.
64 (1955) 88-93) 7. Messung mit sonstigen Strahlungsdetektoren (Filtermethode) Seit
Anfang 1982 werden aus Schweden und USA fünf Meßgeräte mit diesem Meßprinzip, aber
unterschiedlicher Ausführungsart angeboten. Außer Herstellerprospekten der Firmen
"Scanflex Medical AB", "Victoreen Nuclear Associates" und "Keithley Instruments
Div." sind mir keine weiteren Fundstellen bekannt.
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Die indirekte Meßmethode der Quotientenbildung aus zwei Einzelsignalen
wird in den Verfahren 4. bis 7. angewandt. Es ist bekannt, daß bei diesem Verfahren
Filter zur Aufhärtung des Strahlenspektrums benutzt werden müssen.
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Fernerhin ist bekannt, daß Halbleiter als Strahlungselemente bei gleicher
Größe höhere elektrische Signalströme liefern als Ionisationskammern (R. Jaeger
und W. Hübner: Dosimetrie und Strahlenschutz, Georg Thieme Verlag Stuttgart 1974,
Seite 204). Das spektrale Ansprechvermögen eines Strahlenempfängers ist von der
Ordnungszahl der Elemente abhängig, aus denen er besteht. Szintillationskristalle
liefern bei Bestrahlung mit Röntgenquanten einen Lichtstrom, der von einem Fotovervielfacher
oder Fotoelement in elektrischen Strom umgewandelt werden kann.
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Kritik des Standes der Technik Das Verfahren 1 setzt spezielle Kenntnisse
über den technischen Aufbau der verschiedenen Röntgengeneratoren voraus, da zur
Durchführung der Messung ein technischer Eingriff in die Röntgenanlage zum Anschluß
des Meßgerätes erfolgen muß. Außerdem müssen verschiedene den Generatortypen angepaßte
Anschlußgeräte verwendet werden.
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Die Verfahren 2 bis 6 ermöglichen keine Messung der sich in der Zeit
schnell ändernden Röhrenspannung. Es kann daher außerdem nicht der Scheitelwert,
sondern nur ein von der Röhrenspannungsform abhängiger Mittelwert gemessen werden.
Somit sind die Verfahren 1 bis 6 nicht für eine einfache Qualitätskontrolle geeignet.
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Das Verfahren 7 ist aus folgenden Gründen für eine Qualittskontrolle
nur bedingt geeignet.
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Das Verfahren beruht darauf, daß einer der beiden Strahlungsdetektoren
gegenüber dem zweiten Detektor eine stark erhöhte Zusatzfilterung für die Röntgenstrahlung
benötigt (Filtermethode). Dies hat zur Folge, daß nur ein sehr geringer Teil der
zur Verfügung stehenden Strahlungsleistung für die Erzeugung des elektrischen Signals
ausgenutzt werden kann. Damit wird der Signal-Rauschabstand so klein, daß die Meßunsicherheit
unnötig groß wird oder der Anwen-
dungsbereich auf hohe Röhrenströme
beschränkt bleibt. Die bei einigen dieser Geräte verwendeten Wechsel-Filterkombinationen
vermindern diese Nachteile zwar, aber es entsteht ein neuer Nachteil: Die Sondenkörper
müssen relativ groß sein, und die Anwendung wird umständlich und zeitaufwendig,
da die Wechsel-Filterkombinationen je nach dem zu erwartenden Röhrenspannungsmeßwert
richtig voreingestellt werden müssen.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung der
für die Qualitätskontrolle in der Röntgendiagnostik wichtigen Röhrenspannung zu
vereinfachen, damit eine Qualitätskontrolle schnell und unaufwendig durchgeführt
werden kann. Dabei muß eine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden. Außerdem soll die
Messung nicht nur an Röntgenaufnahmegeräten, sondern auch an Durchleuchtungsgeräten
mit niedroge Röhrenstrom durchgeführt werden können. Der gleichzeitige Einsatz weiterer
zur Qualitätskontrolle notwendiger Meßmittel soll nicht behindert werden.
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Lösung: Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Um die Richtigkeit und damit die Genauigkeit der aus dem Quotientensignal
abzuleitenden Anzeige für die gemessene Röhrenspannung zu verbessern, wird nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung die im Meßbereich vorhandene Abweichung
des Quotientensignals von einem zur tatsächlichen Röhrenspannung proportionalen
Meßsignal durch ein elektronisches Linearisierungsglied, das einmalig auf eine gemessene
Kalibrierkurve eingestellt wird, automatisch kom-
pensiert.
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Damit der für die Röntgenstrahlung charakteristische Scheitelwert
der Röhrenspannung im Augenblick der höchsten Dosisleistung während eines eingestellten
Meßzeitintervalls elektronisch angezeigt werden kann, erfassen nach einer zusätzlichen
Ausbildung der Erfindung zwei zuschaltbare Spitzenwertspeicher die beiden verstärkten
Detektorsignale. Die beiden im Meßzeitintervall gefundenen Maximalwerte der Signale
werden für die Zeit der weiteren elektronischen Verarbeitung festgehalten. Das aus
dem folgenden Divisionsglied erhaltene Quotientensignal ist somit ein Maß für den
gesuchten Scheitelwert.
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Erzielbare Vorteile Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
darin, daß mit einem kleinen, leicht handhabbaren elektronischen Meßgerät insbesondere
auch der Scheitelwert der Röhrenspannung auch bei sehr schnellen Pulsationen mit
der Genauigkeit gemessen werden kann, die bei der Qualitätskontrolle in der Röntgendiagnostik
erforderlichist. Diese Messung kann für den Einstellbereich von Röntgendiagnostikgeräten
insbesondere auch bei dem niedrigen Röhrenstrom von Durchleuchtungsgeräten durchgeführt
werden. Die Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der Röhrenspannung zur Kontrolle
der Funktion des Röntgengenerators ist zusätzlich möglich, Das Strahlenfeld wird
durch die relativ kleine Meßsonde so wenig abgedeckt, daß gleichzeitig auch weitere
Meßsonden und Abbildungsprüfkörper im Strahlengang angeordnet werden können und
so die zur Bildbelichtung verwendeten Strahlungskenngrößen und die die Bildgüte
beschreibenden Abbildungskenngrößen gleichzeitig erfaßt werden. Der auf diese Weise
ermittelbare genaue Zusammenhang verschiedener Kenngrößen ermöglicht erst eine echte
Qualitätskontrolle.
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Der wirtschaftliche Nutzen besteht auch darin, daß eine Qualltätsw
kontrolle durch die einfache Handhabung eines entsprechenden Meßgerätes mit weniger
Zeitaufwand durchgeführt werden kann und der Einsatzbereich eines nach diesem Verfahren
arbeitenden Meßgerätes sich auch auf Röntgendurchleuchtungseinrichtungen erstreckt.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden-näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt den Aufbau der Strahlungssonde und elektronischen Aufbau eines
Meßgerätes, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Röhrenspannung ermittelt,
den Scheitelwert anzeigt und einen Analogausgang zum Anschluß eines Gerätes zur
Aufzeichnung des zeitlichen Röhrenspannungsverlaufes besitzt.
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Der lichtdichte Sondenkörper 1 besteht aus einem strahlendurchlässigen
Eintrittsfenster 2 und dem strahlenabschirmenden Gehäuse sowie einer Trennwand 3,
die den Innenraum in zwei lichtdichte Kammern unterteilt. Die Filterschicht des
Strahleneintrittsfensters 2 besteht aus 0,7 mm dickem Kupfer und auf der Innenseite
zusätzlich 0,4 mm dickem Aluminium. Die Strahleneintrittsseite ist rund und hat
einen Durchmesser von weniger als 40 mm. In den beiden Kammern befinden sich die
Strahlungsdetektoren unterschiedlichen spektralen Ansprechvermögens. Ein Strahlungsdetektor
4 besteht aus einem mehr als 5 mm dicken Cäsiumjodid-Kristall, der mit Thallium
dotiert ist, und einem blau empfindlichen Silizium-Fotoelement. Der zweite Strahlungsdetektor
5 besteht aus einem Silizium-Fotoelement. Die beiden Fotoelemente sind jeweils an
einen Strom-Spannungswandler und Verstärker 6 mit parallel einstellbarem Verstärkungsgrad
angeschlossen.
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Ober die aus dem Sonden körper führende mehrere Meter lange Zuleitung
7 werden die beiden Meßsignale einem Meßgerät zugeführt, dessen elektronische Schaltung
aus mehreren Komponenten besteht. Eines
der Signale wird zur Anpassung
an einen gleichmäßigen Spannungsbereich für beide Kanäle auf einen einstellbaren
Normierungsverstärker 8 gegeben. Je nach angebotener Strahlungsleistung werden beide
Signale über parallel einstellbare Hauptverstärker 9 auf die abschaltbaren Spitzenwertspeicher
10 und den Eingang des Divisionsgliedes 11 gegeben. Das erhaltene Quotientensignal
wird über die Linearisierungsschaltung 12 auf einen Spannungs/Frequenzwandler 13
geleitet, dessen Ausgang mit einem manuell rückstellbaren Zähler mit Digitalanzeige
verbunden ist. Die Anzeige entspricht dem gemessenen Scheitelwert der Röhrenspannung
in Kilovolt, wenn das Verhältnis des Spannungs/Frequenzwandlers geeignet ausgewählt
wird. Das Linearisierungsglied besteht aus einem logarithmischen Verstärker, einem
linearen Verstärker und einem Spannungsteiler. Diese drei Komponenten werden an
eine gemessene Kalibrierkurve angeglichen, daß das Ausgangssignal im gesamten Meßbereich
proportional zur Rvhrenspannung ist. Hinter dem Linearisierungsglied 12 wird der
analoge Meßwert abgezweigt und über einen Spannungsteiler mit geeignetem Teilerverhältnis
15 auf eine Ausgangsbuchse geleitet, an die ein Meßgerät zur zeitabhängigen Aufzeichnung
der Röhrenspannung angeschlossen werden kann.
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Die Spitzenwertspeicher 10 sind so aufgebaut, daß sie über ein von
außen zugeführtes Triggersignal für eine einstellbare Meßzeit aktiviert werden.
Das Triggersignal wird hinter einem der beiden Hauptverstärker 9 durch einen einstellbaren
Schwellwertverstärker 16 erzeugt, sobald das Signal die einer Miridest-Strafilungsleistung
entsprechende Schwelle überschreitet. Es kann zur Verschiebung des zeitlichen Meßintervalls
über ein Verzögerungsglied 17 einstellbar verzögert werden.
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