DE3638325C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte oder einer mit der Dichte im Zusammenhang stehenden Größe in einem Meßobjekt, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zum Messen der Dichte oder dergleichen eines einen kleinen Durchlässigkeitsfaktor aufweisenden Gegenstands, z. B. zum Messen der Dichte oder einer entsprechenden Eigenschaft eines Gegenstands, z. B. eines menschlichen Knochens, welcher im Vergleich zu dem umgebenden Gewebe des menschlichen Körpers nur eine geringe Durchlässigkeit für Gammastrahlung hat.
Es ist eine Vorrichtung bekannt, mittels welcher die Konzentration eines Salzes in einem Knochen eines lebenden Körpers meßbar ist, indem man das Durchdringungsvermögen von Gammastrahlung niedriger Energie durch den Knochen mißt. Die Beschreibung einer solchen Vorrichtung findet sich unter dem Titel "A Bone Density Measuring Apparatus" in The Medical Radiation Apparatus Technical Handbook, Japan Industries Association of Radiation Apparatus, 1. April 1983. Die beschriebene Vorrichtung zum Messen der Dichte von Knochen arbeitet mit einer abgeschirmten Strahlungsquelle zur Erzeugung von Gammastrahlung in Form eines gebündelten Strahls. Die Strahlungsquelle und ein Szintillationssensor sind in einem Abstand von ca. 15 cm zueinander angeordnet. Eine zu untersuchende Probe wird zwischen die Strahlungsquelle und den Szintillationssensor gebracht und zur Abtastung lotrecht zu der Gammastrahlung bewegt. Auf der Basis der in jeder Meßstellung von der zu untersuchenden Probe durchgelassenen Gammastrahlung ausgeführte Analogrechnungen ergeben einen Wert für das Gewicht pro Längeneinheit des Knochens in dem zu untersuchenden Bereich. Für die Messung der Dichte eines Knochens od. dergl. gibt es zwei Verfahren: Bei dem einen handelt es sich um ein mit einer einzigen Strahlungsquelle arbeitendes "Unterwasserverfahren", bei welchem ein zu untersuchender Bereich mit einem Wassersack abgedeckt wird, um die Dichte der Materie um den Knochen herum auf einen vorbestimmten Wert zu bringen, wobei dann die Messung unter Verwendung einer einzigen Strahlungsquelle erfolgt. Das andere Verfahren arbeitet unter Verwendung zweier Strahlungsquellen an der Luft, d. h. ein zu untersuchender Bereich wird an der Luft unter Verwendung zweier Strahlungsquellen vermessen. Eine derzeit verfügbare Vorrichtung ist so eingerichtet, daß Messungen wahlweise nach einem der beiden Verfahren durchgeführt werden können. Eine solche Vorrichtung zum Messen der Dichte von Knochen umfaßt eine Abtasteinrichtung mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Gammastrahlung niedriger Energie (gewöhnlich 125I 50 mCi und 241Am 45 mCi) sowie einen besonderen Szintillationssensor, eine Zähleinrichtung usw. Das mit der Vorrichtung erzielte Ergebnis ist ein numerischer Wert proportional dem Gewicht pro Längeneinheit des Knochens.
Die Messung der Dichte eines Knochens eines Patienten unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung geht gewöhnlich in der Weise vor sich, daß die Dichte des Knochens entlang einer geraden Linie am Körper des Patienten gemessen wird, wobei die Bestrahlung mit der Gammastrahlung häufig wiederholt werden muß, wenn die Dichte eines Knochens an einem bestimmten Körperteil bestimmt werden soll. Dementsprechend dauert die Untersuchung beispielsweise eines Wirbelknochens eines Menschen zwanzig, dreißig oder noch mehr Minuten.
Vorrichtungen, mit denen ein Knochen mit Hilfe eines monoenergetischen Strahls entlang einer Linie zur Bestimmung des Mineralgehalts bzw. der Dichte abgetastet werden, sind aus den Druckschriften DE-OS 21 53 298 und DE-OS 21 23 170 bekannt.
Eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der Druckschrift "Medical and Biological Engineering, Vol. 12, No. 1, 1974, S.113-118" beschrieben. Die Vorrichtung verwendet zum geradlinigen Abtasten von Knochen Photonenstrahlen unterschiedlicher Energie, wobei zur Bestimmung des Knochenmineralgehalts die sich für unterschiedliche Strahlungsenergien ergebenden unterschiedlichen Absorptionskurven für die Photonenstrahlung genutzt werden.
Aus der DE-OS 17 64 503 ist ein tomographisches Gammastrahlenabtastgerät bekannt, welches eine Szintillationskamera verwendet, der ein Kollimator vorgeschaltet ist, welcher eine Vielzahl von auf einen gemeinsamen Punkt ausgerichteten Strahlungsdurchlaßkanälen aufweist. Mit Hilfe der Kamera kann die Verteilung von in Gewebe eingebrachten radioaktiven Markierungssubstanzen erfaßt werden.
Eine weitere Szintallationskamera ist aus der DE-OS 27 45 364 bekannt, die eine Vielzahl von Photovervielfachern und eine die Signale der Vielzahl von Photovervielfachern verarbeitende Auswertungsschaltung derart enthält, daß die Koordinaten der Szintillationen innerhalb der Szintillationseinrichtung möglichst störungsfrei aus den Signalen der Photovervielfacher ermittelt werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorzugschlagen, mit der sich die Dichte eines Meßobjekts in sehr kurzer Zeit ermitteln läßt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, ohne Abtastung in einer einzigen Aufnahme ein Schwächungsprofil, aus dem sich die Dichte eines Meßobjekts oder eine damit im Zusammenhang stehende Größe ermitteln läßt, zu bestimmen.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Gesamtdarstellung Dichte- Meßvorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Gammastrahlungsquelle der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem Gehäuse,
Fig. 3A und 3B eine Schnittansicht bzw. eine Stirnansicht eines Kollimators, eines Szintillators und von fotoelektrischen Vervielfachern der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 5A und 5B eine Schrägansicht bzw. eine Seitenansicht zur Darstellung der grundsätzlichen Arbeitsweise und
Fig. 6A und 6B grafische Darstellungen zur Erläuterung eines angewendeten Auswertungsverfahrens.
Fig. 1 zeigt in schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen der Dichte od. dergl. von Gegenständen wie z. B. Wirbelknochen. Ein Gehäuse 200 ist auf einem Rollengestell 400 montiert. Es enthält einen Kollimator, einen nahe dem Kollimator angeordneten Szintillator und eine Anzahl von nahe beieinander angeordneten fotoelektrischen Vervielfachern mit dem Szintillator zugewandten Fotokathoden. Ein eine Gammastrahlungsquelle enthaltendes Gehäuse 100 ist in einigem Abstand vor dem Gehäuse 200, und ein zu untersuchender Gegenstand Ob ist zwischen den Gehäusen 100 und 200 angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Gehäuses 100 mit der darin enthaltenen Gammastrahlungsquelle 101 aus einem radioaktiven Material, z. B. 153Gd. Die Strahlungsquelle 101 ist in einem Bleibehälter 102 untergebracht und emittiert eine aus Photonen bestehende Gammastrahlung in einem kreisförmigen Konus, welcher in bezug auf seine Achse einen Raumwinkel R von beispielsweise 16° einschließt. Die Gammastrahlung umfaßt zweierlei Arten von Energie, d. h. 44 keV und 100 keV, wobei das Mengenverhältnis der Strahlung der beiden Arten von Energie vorzugsweise drei zu eins beträgt und die Gesamtstrahlungsmenge 100 mci (Millicurie) ist.
Wegen ihrer höheren Energie kann die Gammastrahlung von 100 keV einen Knochen bis zu einem gewissen Ausmaß durchdringen. Bezüglich der Gammastrahlung von 44 keV hat der Knochen jedoch einen sehr kleinen Durchlässigkeitsfaktor im Vergleich zu der Strahlung von 100 keV, so daß die Gammastrahlung von 44 keV nahezu vollständig vom Knochen absorbiert wird. Gegenüber sogenannten weichen Geweben, z. B. wasser- oder fetthaltigen Geweben, zeigt die Gammastrahlung von 44 keV jedoch ein ausreichendes Durchdringungsvermögen. So ist es bei Verwendung der vorstehend genannten zweierlei Arten von Gammastrahlung und Analyse der durchgelassenen Gammastrahlung möglich, den durch den Knochen hindurchgetretenen Anteil der Gammastrahlung von dem durch weiches Gewebe hindurchgetretenen Anteil der Gammastrahlung zu unterscheiden.
Der Behälter 102 hat eine Öffnung 102a zum Einsetzen eines Absperrelements. Solange keine Messung stattfindet, wird in die Öffnung 102a eine dicke Bleiplatte eingesetzt, um den Austritt von Gammastrahlung zu verhindern. Für Überwachungszwecke ist eine auf Gammastrahlung ansprechende Einrichtung 103 vorgesehen.
Fig. 3A zeigt eine Seitenansicht zur Darstellung der Anordnung des Kollimators 1, des Szintillators 3 und der fotoelektrischen Vervielfacher 5 (5a-5n) innerhalb des Gehäuses 200. Der Kollimator 1 hat einen Außendurchmesser von beispielsweise 210 mm, entsprechend dem Durchmesser des Szintillators 3, und weist eine kreisförmige Anordnung von Befestigungsbohrungen auf, deren Durchmesser z. B. 200 mm beträgt. Die Brennweite des Kollimators 1 ist auf beispielsweise 550 mm eingestellt, und eine Anzahl von Durchlässen (Kapillaren) h mit einem Durchmesser von beispielsweise 1,5 mm ist in einer gleichmäßigen Anordnung im Kollimator 1 ausgebildet. Der Abstand zwischen der Strahlungsquelle 101 und dem Kollimator 1 beträgt beispielsweise 550 mm, und die Kapillaren h sind mit ihren Mittelachsen auf die Gammastrahlungsquelle ausgerichtet.
Der eben ausgebildete Szintillator 3 ist zwischen zwei Glasscheiben 2 und 4 festgehalten und der Austrittsseite des Kollimators 1 gegenüber ausgerichtet. Der Szintillator 1 ist beispielsweise aus einem NaJ (Tl)-Kristall gefertigt und dient der Umwandlung von auftreffender Gammastrahlung in Licht mit einer Emissions-Wellenlänge von 420 nm. Die fotoelektrischen Vervielfacher 5a bis 5n sind so angeordnet, daß sie auf die Lichtemission des Szintillators 3 ansprechen. Wie man in Fig. 3B erkennt, sind die fotoelektrischen Vervielfacher 5 so angeordnet, daß ihre als Fotokathoden ausgebildeten Oberflächen nahe beeinander liegen. Die fotoelektrischen Vervielfacher 5 haben jeweils einen Durchmesser von z. B. 38 mm und sind in einer zugeordneten Fassung 6 gehalten. Im Interesse einer vereinfachten Darstellung ist in Fig. 3A allein der fotoelektrische Vervielfacher 5i mit der dazugehörigen Fassung 6i im einzelnen gezeigt. Die Fassung 6i ist durch eine Feder 7i belastet. Jede Fassung 6 enthält ein als Spannungsteiler wirksames Widerstandssubstrat 8 zum Anlegen einer Speisespannung an die Elektrode, z. B. eine Dynode, des fotoelektrischen Vervielfachers sowie ein als Vorverstärker wirksames Substrat 9. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Leiterplatte. Die Gesamtheit der fotoelektrischen Vervielfacher 5 ist von einer magnetischen Abschirmung 12 umgeben.
Fig. 5A und 5B zeigen eine Schrägansicht bzw. eine Seitenansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Erfindung. In diesen Figuren sind die auch in den anderen Figuren dargestellten Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Gewöhnlich liegt eine gewisse Zeitspanne (T) zwischen dem Auftreffen eines ersten Photons der Gammastrahlung auf einer bestimmten Stelle des Szintillators 3 und dem Auftreffen des nächsten Photons auf einer anderen Stelle. Das Auftreffen eines Photons der Gammastrahlung auf dem Szintilllator bewirkt die Emission von Licht mit einer Wellenlänge von z. B. 420 nm. Das vom Szintillator 3 emittierte Licht wird von den fotoelektrischen Vervielfachern 5 (5a-5n) aufgefangen und jeweils in ein Signal umgewandelt. Die von den fotoelektrischen Vervielfachern abgegebenen Daten bzw. Signale werden von einem in Fig. 4 dargestellten, Koeffizienten-Addierglieder 31, 32, 33, Wellenformdehner 51, 52, 53, Positionsgeber- Schaltglieder 71, 72 und so weiter aufweisenden Rechner verarbeitet und auf einem Monitor 73 dargestellt. Beispielsweise die dem Auftreffen eines Photons ph1 der Gammastrahlung an einer Stelle p1 (X, Y) entsprechenden Daten werden innerhalb einer Zeitspanne verarbeitet, welche kürzer ist als die Zeitspanne T zwischen dem Auftreffen des Photons ph1 auf der Stelle P1(X, Y) und dem Auftreffen des nächstfolgenden Photons Ph2 an der Stelle p2(X′, Y′), wie in Fig. 5A und 5B dargestellt. Da die Zeitspanne T in der Praxis sehr kurz ist, vermögen die Elemente der verschiedenen Rechnerkreise der Vorrichtung den Änderungen der von den fotoelektrischen Vervielfachern abgegebenen Ausgangsdaten bzw. Signalen nicht zu folgen. Es ist deshalb notwendig, die Änderungen der Ausgangsdaten innerhalb der Rechnerkreise entlang der Zeitachse zu verlängern. Zu diesem Zweck sind den Rechnerkreisen die Wellenformdehner 51, 52, 53 zugeordnet.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Jeder fotoelektrische Vervielfacher 5 ist von einer geregelten Hochspannungsquelle 20 mit einer Betriebsspannung gespeist. Die Ausgangsssignale der fotoelektrischen Vervielfacher 5a, 5b usw. werden durch zugeordnete Vorverstärker 21, 22, 23 usw. verstärkt und an zugeordnete Koeffizienten-Addierglieder 31, 32, 33 usw. gelegt.
Ein Verfahren zum Bestimmen der Auftreffstelle eines Photons der Gammastrahlung auf dem Szintillator auf der Basis von das Auftreffen eines solchen Photons anzeigenden Ausgangsdaten ist nachstehend im einzelnen anhand von Fig. 6A und 6B erläutert.
Zur Erleichterung des Verständnisses zeigt Fig. 6A in Form eines Modells die Anordnung einer Anzahl von fotoelektrischen Vervielfachern 5. Die Auftreffstelle eines Photons auf dem Szintillator ist durch eine Auswertung der Ausgangssignale der fotoelektrischen Vervielfacher bestimmbar.
Zum Zweck der Auswertung seien zueinander rechtwinklige Koordinaten X und Y angenommen, deren Ausgangspunkt durch die Anordnung der fotoelektrischen Vervielfacher bestimmt ist. In dem in Fig. 3B dargestellten Beispiel liegt der Ausgangspunkt der zueinander rechtwinkligen Koordinaten im Mittelpunkt des Szintillators 3.
In Fig. 6A sind die Ausgangsdaten eines fotoelektrischen Vervielfachers an einer Koordinatenstelle (Xi, Yi) innerhalb des rechtwinkligen Koodinatensystens X, Y durch aÿ (i = 0, 1,. . . 8, j = 0, . . . 8) repräsentiert. In dem dargestellten Modell sei der Ausgangspunkt (0, 0) am Schnittpunkt der Koordinaten X4 und Y4 angenommen, wobei dann sämtliche Werte aÿ an solchen Stellen, an denen keine fotoelektrischen Vervielfacher vorhanden sind, vernachlässigt oder als Null behandelt werden. Die jeweiligen Ausgangsdaten aÿ der fotoelektrischen Vervielfacher werden mit den Koordinaten der jeweiligen Stellung (Xi, Yj) proportionalen Koeffizienten multipliziert, und die sich daraus ergebenden Daten werden von den Koeffizienten-Addiergliedern addiert, wobei man vier Stellensignale erhält, wie nachstehend erläutert. Die Koeffizienten sind in vier Gruppen geteilt, entsprechend vier Richtungen X⁺, X-, Y⁺ und Y- im rechtwinkligen Koordinatensystem X, Y. Dabei Entsprechen X⁺ und Y⁺ der Richtung von ansteigenden Werten entlang der X-Achse bzw. der Y-Achse, und X- und Y- der Richtung der absteigenden Werte entlang der X-Achse bzw. der Y-Achse. Die vier Gruppen von Koeffizienten sind ni für X⁺, n8-i für X-, mi für Y⁺ und m8-i für Y-. Durch die vorstehenden Rechenschritte (Multiplizieren und Addieren) erhält man die den vier Richtungen entsprechenden Stellensignale. Die vier Stellensignale sind hier dargestellt durch S(X⁺), S(X-), S(Y⁺) und S(Y-), wobei
Da die Koeffizienten in diesem Falle den Koordinaten der jeweiligen Stelle proportionale Werte darstellen, ist vorzugsweise ni = i und mj = j (i, j = 0, 1, . . . 8). Das Bezugszeichen z bezeichnet die Summe der Ausgangssignale aÿ aller fotoelektrischen Vervielfacher zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Ausgangssignale der einzelnen Koeffizienten-Addierglieder 31, 32, 33 usw. werden durch zugeordnete Verstärker 41, 42, 43 usw verstärkt, und die dabei erhaltenen Ausgangssignale der Verstärker werden durch zugeordnete Wellenformdehner 51, 52, 53 usw. gedehnt.
Ein mit einem Diskriminator versehener Impulshöhenanalysator 60 überwacht den Pegel des Ausgangssignals des Verstärkers 43 um zu bestimmen, ob das Signal durch Photonen der Gammastrahlung von 100 keV, von Photonen der Gammastrahlung von 44 keV oder von gleichzeitig auf den Szintillator auftreffenden Photonen hervorgerufen ist oder auf einfaches Rauschen zurückzuführen ist. Ist das Signal auf Rauschen zurückzuführen, dann werden die Ausgangssignale der Wellenformdehner 51, 52, 53 usw. unterdrückt. Bei Signalen, welche auf Photonen der Gammastrahlung von 100 keV oder 44 keV zurückzuführen sind, werden entsprechende Signale einem Intensitätsmodulator 61 zugeführt, welcher den Monitor 73 steuert, so daß beispielsweise Knochen und diese umgebendes weiches Gewebe unterschiedlich dargestellt werden und bei Betrachtung unterscheidbar sind.
Die Ausgangssignale der Wellenformdehner 51, 52, 53 werden von Stellenbestimmungs-Schaltkreisen 71 und 72 gemäß einer Rechenoperation (X⁺ - X-)/Z bzw. (Y⁺ - Y-)/Z verarbeitet. Angenommen beispielsweise daß ein Lichtimpuls des Szintillators mit einer dreieckförmigen Verteilung der Intensität in waagerechter Richtung, wie in Fig. 6B dargestellt, allein von entlang der Achse Y4 angeordneten fotoelektrischen Vervielfachern aufgefangen wird, dann ist
Dementsprechend ist X = 0 und Y = 0. Auf der Grundlage der vorstehenden Ergebnisse (X, Y) läßt sich somit bestimmen, daß ein Photon der Gammastrahlung auf dem Ausgangspunkt der zueinander rechtwinkligen Koordinaten X und Y aufgetroffen ist, d. h. also am Mittelpunkt des Szintillators 3. Die Auftreffstellen der Photonen der Gammastrahlung lassen sich also mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Auswertung ermitteln. Die Ergebnisse der Auswertung werden auf dem Monitor 73 dargestellt und außerdem in einem Speicher 74 gespeichert. Die im Speicher 74 gespeicherten Daten können dann für weitere Untersuchungen mittels einer Daten- Ausleseeinrichtung 75 ausgelesen werden.
Im folgenden ist die Verwendung der Vorrichtung am Beispiel einer Messung der Dichte von Wirbelknochen eines Patienten erläutert.
Ein zu untersuchender Bereich der Wirbelknochen wird in den Zwischenraum zwischen der Strahlungsquelle 101 und dem Kollimator 1 gebracht, worauf das Absperrelement vor der Strahlungsquelle 101 geöffnet wird. Die Gammastrahlung durchdringt den zu untersuchenden Bereich des Patienten und trifft auf der Vorderfläche des Kollimators 1 auf. Dabei werden gestreute Gammastrahlen und andere Strahlen einer sekundären Strahlung vom Kollimator 1 zurückgehalten.
Bei einem Knochen ist das Absorptionsvermögen gewöhnlich um so größer, je höher dessen Dichte ist und/oder je größer seine Dicke ist. Dementsprechend nimmt die Anzahl der während einer gegebenen Zeitspanne auftretenden Impulse (entsprechend der Anzahl von Photonen der Gammastrahlung) ab.
Bei einem dünneren und darüber hinaus eine geringere Dichte aufweisenden Knochen ist in bezug auf das Absorptionsvermögen und die Anzahl von Impulsen offensichtlich das Gegenteil der Fall.
Beim Auftreffen eines Photons der Gammastrahlung gibt der Szintillator 3 jedesmal einen dem Photon entsprechenden Lichtimpuls ab, welcher auf der Oberfläche wenigstens eines der fotoelektrischen Vervielfacher auftrifft. Die weitere Verarbeitung geschieht dann wie vorstehend anhand von Fig. 4 erläutert, wobei innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne ein zweidimensionales Frequenzverteilungsmuster entsprechend einem zweidimensionalen Muster der Verteilung des Durchlässigkeitsfaktors im Speicher gespeichert wird. Bei entsprechender Abstimmung der so erhaltenen Daten auf die jeweilige Dicke des Knochens läßt sich die Dichte des Knochens in einem weiten Bereich bestimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Dichte od. dergl. eines einen kleinen Durchlässigkeitsfaktor aufweisenden Gegenstands ist so ausgebildet, daß durch die Verwendung einer Gammastrahlungsquelle für die Emission von Gammastrahlung innerhalb eines vorbestimmten Raumwinkels von einem festen Punkt aus die Durchlässigkeit für Gammastrahlung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs innerhalb einer bestimmten Zeitspanne bestimmbar ist. In einem dem Raumwinkel entsprechenden räumlichen Abstand entlang einer Axiallinie von der Strahlungsquelle ist ein Kollimator angeordnet, welcher eine Anzahl von auf den festen Punkt ausgerichteten Kapillaren aufweist.
Zu der Vorrichtung gehören ferner ein nahe dem Kollimator angeordneter Szintillator, eine Anzahl von fotoelektrischen Vervielfachern mit nahe beieinander angeordneten und dem Szintillator zugewandten Fotokathoden und eine integrierte Schaltungsanordnung zum Bestimmen von Auftreffstellen von Photonen der Gammastrahlung auf dem Szintillator auf der Basis von auf den fotoelektrischen Vervielfachern auftreffenden Lichtimpulsen des Szintillators, und zum Integrieren einer Auftreff-Frequenz für jede Auftreffstelle. Bei Verwendung der Vorrichtung ist es somit möglich, mit Hilfe der Gammastrahlung in einem vorgegebenen Bereich gewonnene Daten zu sammeln und ein sich daraus ergebendes Muster unmittelbar zu berechnen.
Da in der bekannten Vorrichtung eine eng gebündelte Gammastrahlung verwendet wird, was in der Weise geschieht, daß der Gammastrahlungsquelle unmittelbar ein Kollimator zugeordnet ist, verringert sich die Stärke der Gammastrahlung, was zu einem sehr schlechten Wirkungsgrad führt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demgegenüber eine in einem vorbestimmten Raumwinkel ausgestrahlte Gammastrahlung wirksam genutzt.
Für die Gewinnung von Daten für einen vorbestimmten Bereich ist es bei Verwendung der bekannten Vorrichtung darüber hinaus notwendig, den betreffenden Bereich schrittweise abzutasten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es demgegenüber möglich, Daten für den innerhalb des genannten Raumwinkels liegenden Bereich in einem Zug zu gewinnen. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Dichte von Knochen konnten die für die Bestimmung der Dichte notwendigen Daten mit einer Bestrahlungsdauer von nur zwei bis drei Minuten gewonnen werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte oder einer mit der Dichte im Zusammenhang stehenden Größe in einem Meßobjekt mit
einer Strahlungsquelle für die Aussendung von Photonen unterschiedlicher Energie,
einer Einrichtung zur Begrenzung eines auf das Meßobjekt richtbaren Photonenstrahlenbündels,
einer einen Szintillator und wenigstens einen Photoverfielfacher umfassenden Detektoreinrichtung zur Erfassung des Photonenstrahlenbündels, wobei aus den Detektorsignalen Werte für die Schwächung der Photonenstrahlen durch das Meßobjekt und aus den Schwächungswerten Dichtewerte ermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Photonenstrahlungsquelle eine Photonen zweier Energien aussendende Gammastrahlungsquelle (101) ist, wobei die eine Energie so gewählt ist, daß die Strahlung das Meßobjekt bis zu einem gewissen Ausmaß durchdringt und die andere Energie so gewählt ist, daß die Strahlung nahezu vollständig von dem Meßobjekt absorbiert wird,
daß die Einrichtung (102) zur Begrenzung des Strahlenbündels zur Erzeugung eines divergenten Strahlenbündels, das von einem Festpunkt ausgehend einen vorbestimmten Raumwinkel aufweist, ausgebildet ist,
daß im Strahlenweg der vom Meßobjekt (OB) durchgelassenen Gammastrahlung ein Kollimator (1) so angeordnet ist, daß er den Bereich des Raumwinkels überdeckt, und daß der Kollimator mit einer Vielzahl von radial zu dem Festpunkt ausgerichteten Strahlendurchgangskapillaren versehen ist,
daß der Szintillator der Detektoreinrichtung mit einer nahe dem Kollimator angeordneten, durch die kollimierte Gammastrahlung beaufschlagbaren ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche für die Emission von Licht versehen ist,
daß eine Anzahl von nahe beieinander und nahe an der zweiten Oberfläche des Szintillators angeordneten Photovervielfachern (5) für die Erzeugung von der Intensität des vom Szintillator emittierten Lichtes entsprechenden elektrischen Signalen vorgesehen ist und
daß eine mit den elektrischen Signalen gespeiste Rechneranordnung (20 bis 74) zum Bestimmen der Auftreffstellen der Photonen der Gammastrahlung auf dem Szintillator und zum Erzeugen eines Schwächungsmusters des Meßobjekts aufgrund der so ermittelten Auftreffstellen vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlungsquelle (101) Gammastrahlen mit einer Energie von 44 keV und 100 keV erzeugt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumwinkel 16° beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillator (3) aus einem kristallinen Material ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Material NaJ (Tl) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Szintillator emittierte Licht eine Wellenlänge von 420 nm hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechneranordnung eine Anzahl von jeweils einem der fotoelektrischen Vervielfacher (5) zugeordneten Vorverstärkern (9) zum Verstärken des von dem jeweiligen fotoelektrischen Vervielfacher erzeugten elektrischen Signals aufweist.
DE19863638325 1985-11-08 1986-11-10 Vorrichtung zum messen der dichte od. dergl. eines einen kleinen durchlaessigkeitsfaktor aufweisenden gegenstandes Granted DE3638325A1 (de)

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