DE4009335A1

DE4009335A1 - Producing images with ionising radiation and neutrons passed through s - analysing X=ray and neutron images, esp. of biological structures, by difference method

Info

Publication number: DE4009335A1
Application number: DE4009335A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Greim; E Prof Duehmke
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-01-24

Abstract

A method of producing images of structures involves first producing an image of a structure by the X-ray radiography method, producing an image by neutron radiography and then analysing the images by the difference method. The X-ray and neutron radiography images are produced under the same conditions. The X-ray and neutron sources are movable. The neutron radiogrpahy image may be produced using slow neutrons or fast neutrons. USE/ADVANTAGE - Easy to implement, retains essentially conventional techniques and enables significantly improved diagnosis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mittels ionisierender Strahlung und Neutro nen durchstrahlter Strukturen.The invention relates to a method for producing Images using ionizing radiation and neutro structures.

Ionisierende Strahlung im hier beschriebenen Sinne ist beispielsweise die Röntgen- bzw. Gammastrahlung, die seit Jahrzehnten zur Herstellung von Abbildungen durch strahlter biologischer und technischer Strukturen, beispielsweise des menschlichen oder tierischen Körpers oder technischer Objekte, benutzt wird. Zur Erreichung einer höheren Auflösung der auf den Abbildungen darge stellten Strukturen mit dem Ziel, beispielsweise die diagnostischen Aussagemöglichkeiten der Abbildungen zu verbessern, werden Abbildungen ein und derselben Struktur bei unterschiedlich ausgewählten Frequenzen der Röntgenstrahlung bzw. Gammastrahlung erzeugt und ver glichen, so daß sich insgesamt die Aussagemöglichkeit über den Aufbau der Struktur verbessert.Ionizing radiation in the sense described here for example the X-ray or gamma radiation, the for decades to produce images blasted biological and technical structures, for example the human or animal body or technical objects. To achieve a higher resolution of that shown in the figures provided structures with the goal, for example the diagnostic information about the images improve, images become one and the same Structure at different frequencies selected X-rays or gamma rays generated and ver equalized, so that overall the statement possibility improved on the structure of the structure.

Bei der Verwendung von Röntgenstrahlen bzw. Gammastrah lung als ionisierender Strahlung tritt vielfach ein wesentlicher Nachteil dieser seit langem bekannten Abbildungsmethode auf, die darin begründet ist, daß sie nicht imstande ist, in der biologischen oder technischen Struktur bereichsweise möglicherweise vorhandene stark wasserstoffhaltige Substanzen leicht zu erkennen, und vielfach überhaupt nicht erkennen läßt. Das liegt daran, daß die Schwächung von Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch biologische oder technische Strukturen wesentlich vom Fotoeffekt abhängig ist und so mit der Ordnungszahl der bestrahlten Atomsorten ansteigt. Der Effekt ist, daß Röntgenstrahlen auf das Wasserstoffatom mit seinem Einzelelektron im Unterschied zu Materialien höherer Ordnungszahl praktisch nicht ansprechen.When using X-rays or gamma rays ionizing radiation occurs in many cases major disadvantage of this long-known Imaging method based on the fact that it is unable in biological or technical Structure may be strong in some areas easily recognizable substances containing hydrogen, and often does not show at all. This is because that the attenuation of x-rays when passing through due to biological or technical structures depends on the photo effect and thus with the atomic number of the irradiated types of atoms increases. The effect is that X-rays on the hydrogen atom with his Single electron in contrast to materials higher Practically not address atomic number.

Es ist bekannt, daß Neutronen ebenfalls die Durchstrah lung biologischer und technischer Strukturen erlaubt und dabei zwar ebenfalls Abbildungen der Strukturen er bringt, diese sind jedoch gegenüber gewöhnlichen mittels Röntgenstrahlen erzeugten Abbildungen andersartig. Das hat seinen Grund darin, daß die Schwächung von Neutro nenstrahlen in der durchstrahlten biologischen oder technischen Struktur auf speziellen Wechselwirkungen mit den Atomkernen der bestrahlten Materie beruht, wobei Elemente niedriger Ordnungszahl, wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff ähnliche Wir kungsquerschnitte wie Elemente höherer Ordnungszahl, also z. B. Kalzium, erbringen. Das hat zur Folge, daß beispielsweise Knochengewebe anders als bei der Röntgenradiographie bei der Bestrahlung mit Neutronen keine größere Schwächung als das stark wasserstoffhalti ge Weichgewebe wie Muskel und Fett besitzt, wobei der Aufbau des durch eine biologische Struktur erzeugten Neutronenschwächungsbildes sich aus den örtlichen Gewebskonzentrationen von Wasserstoff ergibt, sowie der übrigen Elemente der Struktur, wie Kohlenstoff, Sauer stoff und Kalzium, die eine deutlich mit der Neutronen energie schwankende Neutronenschwächung erzeugen.It is known that neutrons also transmit biological and technical structures allowed and while also depicting the structures brings, but these are compared to ordinary means X-rays produced images differently. The is because the weakening of Neutro rays in the irradiated biological or technical structure on special interactions with is based on the atomic nuclei of the irradiated matter, whereby Low atomic number elements, such as hydrogen, We like carbon, nitrogen and oxygen cross sections such as elements with a higher atomic number, so z. B. Calcium. This has the consequence that for example, bone tissue different from that X-ray radiography when irradiated with neutrons no greater weakening than the strong hydrogen content has soft tissues such as muscle and fat, the Structure of the generated by a biological structure Neutron attenuation image itself from the local Tissue concentrations of hydrogen, as well as the other elements of the structure, such as carbon, acid substance and calcium, which is clearly with the neutrons generate energy fluctuating neutron weakening.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine we sentliche Verbesserung diagnostischer Aussagemöglichkei ten der erzeugten Abbildungen schafft, das leicht durchführbar ist und unter Beibehaltung wesentlicher bisheriger Verfahrensabläufe bei dem Röntgenradiogra phieverfahren durchführbar ist.It is an object of the present invention to provide a method of the type mentioned to create a we significant improvement in diagnostic information creates the generated images that easily is feasible and essential previous procedures for X-ray radiography phy procedure is feasible.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zunächst von der Struktur eine nach dem Röntgenradio graphieverfahren hergestellte Abbildung erzeugt wird, daß nachfolgend von der Struktur eine nach dem Neutro nen-Radiographieverfahren hergestellte Abbildung erzeugt wird und daß anschließend beide Abbildungen nach dem Differenzverfahren analysiert werden.The object is achieved according to the invention in that first of the structure one after the x-ray radio graphics-produced image is generated, that subsequently of the structure one after the neutro image produced by a radiography method and that afterwards both figures after the Difference methods are analyzed.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die spezifischen Vorteile der Aussage der mittels des Röntgenradiographieverfahrens herge stellten Abbildung mit den spezifischen Vorteilen, die die Aussage des nach dem Neutronen-Radiographieverfahren hergestellten Abbildung liefert, kombiniert werden können, was zu einer sehr großen Verbesserung der diagnostischen Aussage des Analyseergebnisses insgesamt führt, da alle Strukturbereiche in einer Abbildung darstellbar und sofort erkennbar sind, was bisher bei biologischen und technischen Strukturen nicht möglich war.The main advantage of the method according to the invention is that the specific benefits of the statement which by means of the X-ray radiography method provided picture with the specific advantages that the statement of the according to the neutron radiography method produced illustration supplies, can be combined can what a very big improvement in diagnostic statement of the analysis result as a whole leads because all structure areas in one illustration are presentable and immediately recognizable, which was previously the case biological and technical structures not possible was.

Gemäß einer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden die Abbildungen nach dem Röntgenradiographiever fahren und nach dem Neutronen-Radiographieverfahren unter gleichen Abbildungsbedingungen hergestellt, d. h. gleiche Größe der Abbildung, im wesentlichen gleicher Zeitpunkt der Durchführung der Abbildung und gleiche Lage der biologischen Struktur bei der Herstellung der Abbildungen relativ zu den Strahlungsquellen.According to an advantageous embodiment of the method the images after the X-ray radiography ver drive and according to the neutron radiography method produced under the same imaging conditions, d. H. same size of the image, essentially the same Date of execution of the figure and the same Location of the biological structure in the manufacture of the Figures relative to the radiation sources.

Eine ausreichende Durchstrahlung der biologischen Struktur zur Herstellung der Abbildung mittels Neutro nenstrahlen ist abhängig von der Energie der Neutronen. So vermögen grundsätzlich erst schnelle Neutronen mit zunehmender Energie ausgedehnte biologische und tech nische Strukturen zu durchstrahlen. Grundsätzlich können jedoch, je nach Anwendungsfall, vorzugsweise für die Erzeugung einer vorbestimmten Abbildung langsame als auch schnelle Neutronen benutzt werden.Adequate radiation of the biological Structure for producing the image by means of neutro NEN rays depend on the energy of the neutrons. In principle, only fast neutrons are able to increasing energy extensive biological and tech to shine through African structures. Basically you can however, depending on the application, preferably for Generation of a predetermined image slower than fast neutrons can also be used.

Um das Verfahren schneller und damit effizienter durch führen zu können, sind eine Neutronenquelle und/oder eine Röntgenstrahlungsquelle zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Struktur räumlich verschiebbar ausgebildet. Die heutigen tech nisch verfügbaren Strahlenquellen erlauben einen derar tigen vorzugsweisen Aufbau ohne weiteres, da sie als quasi punktförmige Substanzmischungen (beispielsweise RA-BE, AM-BE, oder Einzelsubstanzen (wie z. B. Cf) verfügbar sind. Gleiches gilt für Entladungsröhren zur Erzeugung der Röntgenstrahlen sowie für D-T-Beschleuni ger, Kernspaltungsreaktoren o. ä. als Neutronenquelle d. h. es sind beide Arten der vorbeschriebenen Strahlen quellen einsetzbar.To make the process faster and therefore more efficient are a neutron source and / or an x-ray source to achieve the same Mapping conditions for the firmly positioned structure spatially displaceable. Today's tech nically available radiation sources allow one preferential construction without further ado, since they are as quasi punctiform substance mixtures (for example RA-BE, AM-BE, or individual substances (such as Cf) Are available. The same applies to discharge tubes Generation of X-rays and for D-T accelerations ger, nuclear fission reactors or the like as neutron source d. H. they are both types of the rays described above sources can be used.

Es ist dabei in einer anderen Ausgestaltung des Verfah rens vorteilhaft, die Struktur zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Neutronen quelle und/oder zur fest positionierten Röntgenstrah lungsquelle räumlich verschiebbar auszubilden, wenn beispielsweise die Neutronen aus einem fest instal lierten Beschleuniger als Neutronenquelle benutzt werden sollen.It is a different embodiment of the procedure rens advantageous to achieve the same structure Imaging conditions for fixed neutrons source and / or to the fixed X-ray beam Training source to be spatially displaceable if for example the neutrons from a fixed instal gated accelerator can be used as a neutron source should.

Schließlich ist es vorteilhaft die Analyse der Abbil dungen nach dem Differenzverfahren unter Mitwirkung rechnergestützter Kontrastierungsverfahren durchzufüh ren, wodurch, wie angestrebt, die Geschwindigkeit und damit die Effizienz des Verfahrens noch einmal erhöht wird, da ein unmittelbarer Vergleich der beiden nach den unterschiedlichen Verfahren hergestellten Bilder, bei spielsweise mit unterschiedlichen Kontrastparametern, die durch den Benutzer des Verfahrens bestimmbar sind, schrittweise und in schneller Folge möglich ist.Finally, it is advantageous to analyze the image with the participation of the difference method to carry out computer-aided contrasting procedures ren, whereby, as desired, the speed and thus increasing the efficiency of the process once again is because a direct comparison of the two after the images produced using different processes for example with different contrast parameters, which can be determined by the user of the method, step by step and in quick succession.

Zur Durchführung des Verfahrens wird zuächst die biolo gische oder technische Struktur mittels des Röntgenra diographieverfahrens abgebildet und nachfolgend die gleiche Struktur mittels des Neutronen-Radiographiever fahrens. Anschließend werden beide Abbildungen nach dem Differenzverfahren analysiert, wobei dieses in der Regel zur Erreichung einer hohen Verfahrensgeschwindigkeit rechnergestützt erfolgt. Dabei werden die nach den beiden unterschiedlichen Radiographieverfahren herge stellten Abbildungen unter gleichen Abbildungsbedin gungen hergestellt. Es sei erwähnt, daß die hier be schriebene Reihenfolge, nämlich zuerst eine Abbildung mittels des Röntgenradiographieverfahrens und dann eine Abbildung mittels des Neutronen-Radiographieverfahrens herzustellen, ebensogut und im Rahmen der Erfindung liegend in umgekehrter Reihenfolge erfolgen kann.To carry out the process, the biolo gische or technical structure using the Röntgenra mapped in the same structure using the neutron radiography ver driving. Then both images after the Differential method analyzed, this usually to achieve a high process speed computer-assisted. The after the two different radiography methods put pictures under the same picture conditions conditions. It should be mentioned that the be written order, namely an illustration first by means of the X-ray radiography method and then one Imaging using the neutron radiography method to manufacture, as well and within the scope of the invention lying in reverse order.

Beim Differenzverfahren handelt es sich um ein solches Verfahren, bei dem ein erstes Durchstrahlungsbild aufgenommen und gespeichert wird, anschließend ein gegenüber dem ersten Durchstrahlungsbild geringfügig verändertes zweites Durchstrahlungsbild aufgenommen und gespeichert wird und die beiden Durchstrahlungsbilder voneinander subtrahiert werden, wobei sich das dann ergebende Differenzbild beispielsweise auf einem Bild schirm dargestellt werden kann.The difference method is one Method in which a first radiographic image is recorded and saved, then a slightly compared to the first radiograph modified second radiograph and is saved and the two radiographic images are subtracted from each other, which is then resulting difference image, for example on an image screen can be displayed.

Claims

1. A method for producing images by means of ionizing radiation and neutrons through structures, in particular biological structures, characterized in that first of all the structure produces an image produced by the X-ray radiography method, which is subsequently produced by the structure using an image produced by the neutron radiography method is generated and then both images are analyzed using the difference method.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the images after X-ray radiography and according to the neutron radiography method same imaging conditions are produced.

3. The method according to one or both of claims 1 or 2, characterized in that for the after the neutro long radiographic process same neutrons are used.

4. The method according to one or both of claims 1 or 2, characterized in that for the after the neutro image produced by a radiography method le neutrons are used.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a neutron source and / or an x-ray source to achieve same imaging conditions for the fixed position Structure are designed to be spatially displaceable.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the structure for Achievement of the same mapping conditions at positioned neutron source and / or to the fixed posi tioned X-ray source is spatially displaceable is trained.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the analysis of the Images using the difference method with participation computer-based contrasting process.