EP0046244A2 - Vorrichtung zur bildmässigen Darstellung einer Strahlungs-intensitätsverteilung - Google Patents

Vorrichtung zur bildmässigen Darstellung einer Strahlungs-intensitätsverteilung Download PDF

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EP0046244A2
EP0046244A2 EP81106169A EP81106169A EP0046244A2 EP 0046244 A2 EP0046244 A2 EP 0046244A2 EP 81106169 A EP81106169 A EP 81106169A EP 81106169 A EP81106169 A EP 81106169A EP 0046244 A2 EP0046244 A2 EP 0046244A2
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EP
European Patent Office
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wires
chamber
wire
radiation
gas
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EP81106169A
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EP0046244A3 (de
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Horst Dr. Brüning
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/06—Proportional counter tubes
    • H01J47/062—Multiwire proportional counter tubes

Definitions

  • the invention relates to a device for multi-dimensional, pictorial representation of the intensity distribution in cross section of a bundle of penetrating radiation, in particular an X-ray beam, with a detector chamber, the interior of which is under pressure of a predetermined gas, in which two electrodes extending on at least approximately parallel surfaces are arranged, one of which is highly transparent for the electrically charged particles produced by ionization in the gas space in accordance with the intensity distribution of the incident radiation and between which an at least approximately homogeneous electric field is formed by means of annular auxiliary electrodes, and on the side of the highly transparent which is remote from the auxiliary electrodes Electrode is designed as a multi-wire chamber, which contains wires tensioned without crossing in one plane and with one another, and with means for registration and further processing of the wires on the de r multi-wire chamber signals generated by the electrically charged particles, an assignment of these signals to the respective origin of an electrically charged particle in the gas space on the one hand by the position coordinate of the wire of the multi-wire chamber registering the
  • Particle between the place of its creation in the gas space and the registering wire is made by the at least approximately homogeneous electric field.
  • a corresponding device is e.g. in the reference "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 158, 1979, pages 81 to 88.
  • the electrons striking these wires in turn call out secondary ions in a so-called avalanche process, which ions are registered at detector element planes running parallel to the plane of the wires.
  • Wires are generally also used as detector elements, the wires of one level being crossed with respect to the wires of the other level.
  • the detector elements facing the drift volume can at the same time. be an electrode. With these detector elements, it is thus possible to determine the origin of the respective electron projected into the plane of the multi-wire chamber. For a three-dimensional determination of the place of origin, the "Nucl. Instr. And Meth.” known device also uses the drift time of the electron through the homogeneous field between the electrodes of the drift volume.
  • the known multi-wire chamber can also be operated in a corresponding manner as a one-dimensional detector in which the incident X-rays are collimated by a slit diaphragm that is movable transversely to its extension.
  • a similar operating mode can be found in the ionization detectors that are generally used in computer tomography. Due to the . necessary mechanical guidance of the slit diaphragm over the object to be examined requires a relatively complex mechanism. In addition, the small solid angle, which can be used for quantum absorption, requires a very powerful and expensive X-ray source.
  • this device should have a high resolution and require short exposure times.
  • This object is achieved in that the direction of incidence for a two-dimensional representation device of the radiation entering the interior of the detector chamber runs at least approximately parallel to the plane of the wires of the multi-wire chamber serving as collector wires, that the wires of the multi-wire chamber are aligned at least approximately parallel with respect to the direction of incidence of the radiation and that the electrically charged particles to be registered have positive ions of Gases are.
  • this device can be seen in particular in its simplicity. This is because only a single plane of detector wires is required for a two-dimensional representation, which have a predetermined orientation with respect to the incident radiation and thus enable a unique assignment of a coordinate to the radiation quanta incident in the interior. The use of only one level of wires also ensures very little dead time. In addition, positive, relatively slow gas ions diffuse as little information carriers in the homogeneous electric field, so that for this reason too the assignment of the detector wires to the radiation particles incident in the gas space is very precise. The second coordinate results from the drift time of the gas ions.
  • FIGS. 1 and 2 schematically illustrate an exemplary embodiment of a detector chamber of a device according to the invention.
  • 3 and 4 show electronic circuits for image reconstruction with a
  • a detector chamber adapted to a punctiform radiation source is partially indicated in FIG.
  • FIG. 1 and 2 each show a longitudinal section through a detector chamber of a device according to the invention, the sectional planes according to the two figures being placed such that they form a right angle with one another.
  • a drift chamber with an assigned multi-wire chamber is assumed, as described, for example, in the cited references "Nuclear Instruments and Methods", vol. 158, 1979, page 81 and “IEEE Transactions on Nuclear Science", vol. NS -22 February 1975, page 269 are indicated.
  • the detector chamber, generally designated 2 contains a pressure housing 3, which is provided on one side with an opening 4, which is sealed gas-tight by a window 5.
  • the interior 6 of the chamber is under a predetermined excess pressure of, for example, 2 to 15, preferably 5 to 10 bar of a gas which has a high absorption cross section for the radiation provided.
  • Corresponding gases are e.g. Noble gases such as krypton or xenon, to which small amounts of other gases may be added.
  • the window consists for example of a carbon or glass fiber reinforced plastic, while the housing 3 is partially made of a metal such as e.g. Aluminum or stainless steel is made.
  • a bundle of radiation in particular an X-ray beam, which is indicated by individual arrowed lines 7, enters through the window 5 from the side into the interior 6 of the chamber 2, which beam comes from a radiation source not shown in the figure was caused and has penetrated an object to be examined.
  • absorption volume 8 of the interior 6 which is expanded in accordance with the dimensions of the window 5, absorption then takes place on the atoms of the gas, for example the krypton.
  • the absorption volume 8 is limited by two planar electrodes 9 and 10 which are parallel to one another and to the direction of incidence of the radiation. At least the lower electrode 10, which is at a negative potential, is designed to be highly transparent for positive ions of the gas.
  • the upper, opposite electrode 9 can also be designed or also consist of a metallic foil or plate.
  • E d there is a strong electric field E d between the two electrodes, which is illustrated in FIG. 2 by individual arrowed lines 11 and whose field strength is between 1.0 and 2.5 kV / cm, preferably around 1.5 kV / cm.
  • the absorption volume 8 penetrated by this field is also enclosed by a plurality of auxiliary electrodes 12 lying in parallel planes.
  • a detection zone 14 also adjoins the absorption volume 8 penetrated by the electric field E d on the side of the lower electrode 10 facing away from the auxiliary electrodes 12.
  • This detection zone is designed in accordance with a one-dimensional multi-wire chamber, in that between the electrode 10 and a parallel counter-electrode provided for reasons of field symmetry trode 15 a plurality of wires 16 which are free of crossings, for example at least approximately parallel, are tensioned.
  • these wires are provided as collector wires. Their mutual distance is expediently between 0.2 and 1 mm and is, for example, 0.5 mm.
  • Suitable collector wires that are at negative potential are in particular 20 to 100 ⁇ m thick, preferably approximately 50 ⁇ m thick copper beryllium wires or corresponding wires made of tungsten or steel. According to the invention, they are all arranged in a plane parallel to the direction of incidence of the radiation and, moreover, are also aligned at least approximately parallel to this direction.
  • the image reconstruction of the intensity distribution of the incident radiation can be carried out analog or digital in individual image elements.
  • the y i coordinate of a pixel of finite extent, also referred to as a pixel, is determined by projection onto the time axis t, while the x i coordinate is determined by the respective collector wire number.
  • this value can be tapped periodically as the output voltage of an integrator circuit with which each collector wire 16 is equipped, and can be given to the Z axis of a CRT screen.
  • An embodiment of such an integrator circuit is indicated in FIG. 3. Resistance and capacitor values are entered directly in the figure, while the other parts provided with reference numerals are the following components:
  • Digital data acquisition can e.g. 4 via a multiplexer 28, fast logarithmic AD converter 29 and a computer-controlled storage 30 with reset r and sample / hold switching s / h on a removable plate 31, a printer 32 or a color television playback device 23 .
  • Such data acquisition is generally known, for example, in the field of computer tomography.
  • a major advantage of the design of the device according to the invention lies in its great dynamics and fine gray gradation, which can be achieved, for example, with digital signal processing.
  • the current strength with an unattenuated beam is typically 1 / uA.
  • a dynamic range of a few 10 5 can thus be achieved, the dynamic range being understood to mean the quantity generally used in the field of medical technology under this term.
  • the display on a television monitor can take place, for example, in the window technology generally known from computer tomography, the achievable pixel size being approximately 1 mm 2 . As is known, this size is limited downwards by the diffusion of the ions influenced by the product kT and the space charge, the range of the photoelectrons in the absorption volume, the inhomogeneity of the drift field and the parallax errors due to finite thickness of the absorption volume.
  • the most important point namely the diffusion of an initially localized ion concentration, can be achieved by applying a sufficiently strong drift field E d of, for example, 1.5 kV / cm, by a pressure that is not too high of 5 to 10 bar and by expanding the absorption volume in y - Limit the direction of at most 25 to 30 cm to a value ⁇ 1 mm.
  • the range of the photoelectrons is much smaller. Inhomogeneities in the drift field E d can be kept sufficiently small by a corresponding geometry of the auxiliary electrodes in order to exclude distortions.
  • the parallax error can be completely eliminated, for example, by radially aligning the collector wires to a fixed focus position of, for example, approximately 800 mm in one plane.
  • a corresponding exemplary embodiment of this recording technique is indicated in FIG. 5 as a top view of a section parallel to the plane of the collector wires.
  • a beam generator with 35 which is a radiance emanating from him beams delimiting bundles, illustrated by arrowed lines with 36 and 37, a detector chamber with 38 and their collector wires lying in one plane, radially aligned with respect to the beam generator 35, designated 39.
  • a 70 kV X-ray tube with high pulse power is provided as the beam generator, for example, the pulse duration being approximately 0.5 msec.
  • the device according to the invention can advantageously also be used as an X-ray television set for recording dynamic processes in medical technology.

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  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zur mehrdimensionalen, bildmäßigen Darstellung der Intensitätsverteilung einer Strahlung enthält eine unter Überdruck eines Gases stehende Detektorkammer, die als Driftkammer mit zumindest parallelen Elektroden und ringförmigen Hilfselektroden und als der Driftkammer nachgeordnete Vieldrahtkammer mit in einer Ebene kreuzungsfrei gespannten Drähten ausgebildet ist. Mit dieser Vorrichtung sollen die auf dem Gebiet der medizinischen Technik zu stellenden Forderungen wie hohes Auflösungsvermögen und geringe Bestrahlungszeiten zu erfüllen sein. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß bei der Vorrichtung für eine zweidimensionale Darstellung die Einfallsrichtung der in die Detektorkammer (2) eintretenden Strahlung (7) zumindest annähernd parallel zur Ebene der als Kollektordrähte dienenden Drähte (16) der Vieldrahtkammer verläuft, daß diese Drähte zumindest annähernd parallel bezüglich der Einfallsrichtung der Strahlung (7) ausgerichtet sind und daß die zu registrierenden elektrisch geladenen Teilchen (18) positive Ionen des Gases sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur mehrdimensionalen, bildmäßigen Darstellung der Intensitätsverteilung im Querschnitt eines Bündels einer durchdringenden Strahlung, insbesondere eines Röntgenstrahlbündels, mit einer Detektorkammer, deren Innenraum unter Überdruck eines vorbestimmten Gases steht, in der zwei sich auf zumindest annähernd parallelen Flächen erstreckende Elektroden angeordnet sind, von denen eine für die durch Ionisation in dem Gasraum entsprechend der Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung erzeugten elektrisch geladenen Teilchen hochtransparent ist und zwischen denen ein zumindest annähernd homogenes elektrisches Feld mittels ringförmiger Hilfselektroden ausgebildet ist, und die auf der den Hilfselektroden abgewandten Seite der hochtransparenten Elektrode als Vieldrahtkammer ausgebildet ist, die in einer Ebene und untereinander kreuzungsfrei gespannte Drähte enthält, und mit Mitteln zur Registrierung und Weiterverarbeitung der an den Drähten der Vieldrahtkammer durch die elektrisch geladenen Teilchen erzeugten Signale, wobei eine Zuordnung dieser Signale zu dem jeweiligen Entstehungsort eines elektrischen geladenen Teilchens in dem Gasraum zum einen durch die Ortskoordinate des das elektrische Teilchen registrierenden Drahtes der Vieldrahtkammer und zum anderen unter Berücksichtigung der Driftzeit des elektrisch geladenen
  • Teilchens zwischen dem Ort seiner Entstehung in dem Gasraum und dem registrierenden Draht durch das zumindest annähernd homogene elektrische Feld vorgenommen ist. Eine entsprechende Vorrichtung ist z.B. in der Literaturstelle "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 158, 1979, Seiten 81 bis 88 angedeutet.
  • Auf dem Gebiet der medizinischen Technik ist man bestrebt, den in der Diagnostik allgemein noch verwendeten Röntgenfilm durch ein kostengünstigeres und rohstoffschonenderes Aufnahmeverfahren zu ersetzen. Hierzu versucht man mit Hilfe sogenannter elektroradiographischer Verfahren den Informationsgehalt eines das Aufnahmeobjekt durchdrungenen Röntgenstrahlenbündels in elektrische Ladungen zu übertragen, diese dann zu registrieren und bildmäßig darzustellen. Die elektrischen Ladungen werden dabei nach dem Prinzip der Ionographie erhalten, indem in einer gasgefüllten Ionisationskammer beim Durchgang der Strahlung die erzeugten Ladungsträger von Detektorelementen registriert werden.
  • Aus der Hochenergie-Physik sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine sogenannte Vieldrahtkammer in Verbindung mit einer Driftkammer zum Erkennen und zur Lokalisierung von geladenen Teilchen verwendet werden (vgl. "Nuclear Instruments and Methods" 158 (1979), Seiten 81 bis 88 oder "IEEE Transactions on Nuclear Science", Vol. NS-22, Febr. 1975, Seiten 269 bis 271). Bei diesen Vorrichtungen werden die in einem mit einem vorbestimmten Gas gefüllten Gasraum von einer aus einer beliebigen Richtung einfallenden Strahlung erzeugten Elektronen aus dem sogenannten Drift-Volumen herausgezogen und in einer nachgeordneten Vieldraht-Proportionalkammer registriert. Einzelheiten des Aufbau und der Arbeitsweise derartiger Vieldraht-Proportionalkammern sind z.B. dem CERN-Bericht Nr. 77-09 vom 3.5.1977 mit dem Titel "Principles of Operation of Multiwire Proportional and Drift Chambers" von F.Sauli zu entnehmen. Bei der aus "Nucl. Instr. and Meth." bekannten Vorrichtung ist in dem Driftvolumen zwischen zwei Elektroden ein homogenes Feld ausgebildet, dessen Homogenität durch mehrere ringförmige Hilfselektroden gewährleistet wird. Die zwischen dem Drift-Volumen und der Vieldrahtkammer angeordnete Elektrode ist für die Elektronen hochtransparent, so daß diese in die nachgeordnete Kammer eintreten können. In dieser Vieldraht-Proportionalkammer ist eine Ebene von parallelen Drähten gespannt, die auf positivem Potential liegen. Die auf diese Drähte treffenden Elektronen rufen ihrerseits in einem sogenannten Avalanche-Prozeß sekundäre Ionen aus, die an parallel zu der Ebene der Drähte verlaufenden Ebenen von Detektorelementen registriert werden. Als Detektorelemente dienen dabei im allgemeinen ebenfalls Drähte, wobei die Drähte der einen Ebene gekreuzt bezüglich der Drähte der anderen Ebene verlaufen. Die dem Drift- volumen zugewandten Detektorelemente können zugleich die. eine Elektrode sein. Mit diesen Detektorelementen ist somit eine Bestimmung des in die Ebene der Vieldrahtkammer projezierten Entstehungsortes des jeweiligen Elektrons möglich. Für eine dreidimensionale Bestimmung des Entstehungsortes wird bei der aus "Nucl. Instr. and Meth." bekannten Vorrichtung außerdem die Driftzeit des Elektrons durch das homogene Feld zwischen den Elektroden des Driftvolumens herangezogen.
  • Mit dieser bekannten Vorrichtung sind jedoch die von der medizinischen Technik gestellten Forderungen nicht ohne weiteres zu erfüllen. Dies liegt hauptsächlich daran, daß die verwendete Vieldraht-Proportionalkammer eine verhältnismäßig hohe Totzeit hat. Während des Zeitintervalls, in dem nämlich ein einzelnes Röntgenquant registriert wird, müssen alle übrigen auf der gesamten Detektorfläche auftretenden Quanten zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten in der Koordinatenzuordnung unentdeckt bleiben. Dies führt zwangsläufig zu einer unerwünscht langen Belichtungszeit mit Röntgenstrahlung.
  • Ferner läßt sich in entsprechender Weise die bekannte Vieldrahtkammer auch als ein eindimensionaler Detektor betreiben, in dem man die einfallende Röntgenstrahlung durch eine quer zu ihrer Ausdehnung bewegliche Schlitzblende kollimiert. Eine ähnliche Betriebsart findet sich in den Ionisationsdetektoren, die bei der Computer- tomographie allgemein eingesetzt werden. Aufgrund der . erforderlichen mechanischen Führung der Schlitzblende über das zu untersuchende Objekt ist eine verhältnismäßig aufwendige Mechanik erforderlich. Zudem erfor-dert der geringe Raumwinkel, der zu einer Quantenabsorption ausgenutzt werden kann, eine sehr leistungsstarke und teure Röntgenquelle.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß mit ihr die an eine Detektoreinrichtung der medizinischen Technik zu stellenden Anforderungen zu erfüllen sind. Insbesondere soll diese Vorrichtung eine hohe Auflösung haben und geringe Belichtungszeiten erfordern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für eine zweidimensionale Darstellung die Einfallsrichtung der in den Innenraum der Detektorkammer eintretenden Strahlung zumindest annähernd parallel zu der Ebene der als Kollektordrähte dienenden Drähte der Vieldrahtkammer verläuft, daß die Drähte der Vieldrahtkammer zumindest annähernd parallel bezüglich der Einfallssrichtung der Strahlung ausgerichtet sind und daß die zu registrierenden elektrisch geladenen Teilchen positive Ionen des Gases sind.
  • Die Vorteile dieser Vorrichtung sind insbesondere in ihrer Einfachheit zu sehen. Für eine zweidimensionale Darstellung ist nämlich nur eine einzige Ebene von Detektordrähten erforderlich, die bezüglich der einfallenden Strahlung eine vorbestimmte Ausrichtung haben und somit eine eindeutige Zuordnung einer Koordinate zu den in den Innenraum einfallenden Strahlungsquanten ermöglichen. Die Verwendung nur einer Ebene von Drähten gewährleistet außerdem eine sehr geringe Totzeit. Darüber hinaus diffundieren positive, verhältnismäßig langsame Gasionen als Informationsträger in dem homogenen elektrischen Feld nur wenig auseinander, so daß auch aus diesem Grund die Zuordnung der Detektordrähte zu den in den Gasraum einfallenden Strahlungsteilchen sehr genau ist. Die zweite Koordinate ergibt sich aus der Driftzeit der Gasionen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel einer Detektorkammer einer Vorrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen elektronische Schaltungen zur Bildrekonstruktion mit einer
  • solchen Kammer. In Fig. 5 ist eine an eine punktförmige Strahlungsquelle angepaßte Detektorkammer teilweise angedeutet.
  • In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Längsschnitt durch eine Detektorkammer einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, wobei die Schnittebenen gemäß den beiden Figuren so gelegt sind, daß sie einen rechten Winkel miteinander bilden. Bei der in den Figuren dargestellten Detektorkammer wird von einer Driftkammer mit zugeordneter Vieldrahtkammer ausgegangen, wie sie beispielsweise in den genannten Literaturstellen "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 158, 1979, Seite 81 und "IEEE Transactions on Nuclear Science", Vol. NS-22, Februar 1975, Seite 269 angedeutet sind. Die allgemein mit 2 bezeichnete Detektorkammer enthält ein Druckgehäuse 3, das an einer Seite mit einer Öffnung 4 versehen ist, die durch ein Fenster 5 gasdicht abgeschlossen ist. Der Innenraum 6 der Kammer steht unter einem vorbestimmten Überdruck von beispielsweise 2 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10 bar eines Gases, das für die vorgesehene Strahlung einen hohen Absorptionsquerschnitt hat. Entsprechende Gase sind z.B. Edelgase wie Krypton oder Xenon, denen gegebenenfalls geringe Mengen weiterer Gase beigemischt sein können. Das Fenster besteht beispielsweise aus einem kohle- oder glasfaserverstärkten Kunststoff, während das Gehäuse 3 teilweise aus einem Metall wie z.B. Aluminium oder Edelstahl gefertigt ist.
  • Gemäß Fig. 1 tritt durch das Fenster 5 von der Seite her in den Innenraum 6 der Kammer 2 ein durch einzelne gepfeilte Linien 7 angedeutetes Bündel einer Strahlung, insbesondere ein Röntgenstrahlbündel, ein, das von einer in der Figur nicht dargestellten Strahlenquelle hervorgerufen wurde und ein zu untersuchendes Objekt durchdrungen hat. In einem entsprechend den Maßen des Fensters 5 ausgedehnten Absorptionsvolumen 8 des Innenraumes 6 erfolgt dann an den Atomen des Gases, beispielsweise dem Krypton, eine Absorption. Das Absorptionsvolumen 8 ist gemäß dem Prinzip einer Ionisationskammer von zwei flächenhaften, untereinander und zur Einfallsrichtung der Strahlung parallel liegenden Elektroden 9 und 10 begrenzt. Zumindest die untere, auf negativem Potential liegende Elektrode 10 ist für positive Ionen des Gases hochtransparent gestaltet. Sie besteht beispielsweise aus einem Drahtnetz mit 20 bis 100 /um starken, vorzugsweise mit etwa 50 /um starken Stahldrähten und hat eine Maschenweiter zwischen 0,2 und 1 mm, z.B. von 0,5 mm. Die obere, gegenüberliegende Elektrode 9 kann ebenso ausgeführt sein oder auch aus einer metallischen Folie oder Platte bestehen. Zwischen den beiden Elektroden herrscht ein starkes elektrisches Feld E d, das in Fig. 2 durch einzelne gepfeilte Linien 11 veranschaulicht ist und dessen Feldstärke zwischen 1,0 und 2,5 kV/cm, vorzugsweise bei etwa 1,5 kV/cm liegt. Zur Gewährleistung einer guten Homogenität dieses Feldes ist außerdem das von diesem Feld durchsetzte Absorptionsvolumen 8 von mehreren, in parallelen Ebenen liegenden Hilfselektroden 12 umschlossen.
  • Im Innenraum 6 der Kammer 2 schließt sich ferner an das von dem elektrischen Feld Ed durchsetzte Absorptionsvolumen 8 auf der den Hilfselektroden 12 abgewandten Seite der unteren Elektrode 10 eine Nachweiszone 14 an. Diese Nachweiszone ist entsprechend einer eindimensionalen Vieldrahtkammer gestaltet, indem zwischen der Elektrode 10 und einer aus Feldsymmetriegründen vorgesehenen, parallelen Gegenelektrode 15 eine Vielzahl von untereinander kreuzungsfreien, beispielsweise zumindest annähernd parallelen Drähten 16 gespannt sind. Diese Drähte sind im Gegensatz zu den bekannten Vieldraht-Proportionakammern als Kollektordrähte vorgesehen. Ihr gegenseitiger Abstand liegt zweckmäßig zwischen 0,2 und 1 mm und beträgt z.B. 0,5 mm. Als Kollektordrähte, die sich auf negativem Potential befinden, sind insbesondere 20 bis 100 /um starke, vorzugsweise etwa 50 /um starke Kupfer-Beryllium-Drähte oder entsprechende Drähte aus Wolfram oder Stahl geeignet. Sie sind gemäß der Erfindung alle in einer bezüglich der Einfallsrichtung der Strahlung parallelen Ebene angeordnet und außerdem auch zumindest annähernd parallel zu dieser Richtung ausgerichtet.
  • Wie in Fig. 1 durch die unterschiedliche Länge der die einfallende Strahlung veranschaulichenden gepfeilten Linien 7 angedeutet ist, treten die Absorptions-und Ionisationsereignisse innerhalb des Absorptionsvolumens 8 in unterschiedlicher Entfernung von dem Fenster 5 auf. Die dabei freigewordenen. positiven Gasionen, beispielsweise Krypton-Ionen, wandern dann in dem starken und homogenen Feld Ed mit konstanter, verhältnismäßig langsamer Driftgeschwindigkeit vd nach unten auf die negativ vorgespannte Elektrode 10 bzw. die Nachweiszone 14 zu. Die Driftgeschwindigkeit vd beträgt dabei /u - Ed/P, wobei /u die mittlere Ionenmobilität, Ed die Feldstärke des homogenen elektrischen Feldes und P der Gasdruck sind. Die Ionen gelangen dann durch die für sie hochtransparente Elektrode 10 in die Nachweiszone 14, wo sie an den einzelnen Kollektordrähten 16 gesammelt, d.h. neutralisiert werden. In Fig. 1 ist der entsprechende Weg eines einzigen Ions 18 durch eine gestrichelte Linie 19 angedeutet. Aufgrund der besonderen Ausrichtung der Kollektordrähte gemäß der Erfindung ist die x-Koordinate des Ionisationsereignisses in dem Absorptionsvolumen dabei direkt durch den betreffenden Kollektordraht festgelegt. Die zweite, y-Koordinate des Ionisationsereignisses ist mit dem Zeitintervall zwischen dem Strahlimpuls und dem Zeitpunkt der Neutralisation an dem betreffenden Kollektordraht nach folgender Beziehung verknüpft:
    • y = vd (t-t0-t1),

    wobei t der Zeitpunkt der Neutralisation an dem betreffenden Kollektordraht, t der zeitliche Schwerpunkt des ursprünglichen Strahlenpulses und t1 die Driftzeit in der Nachweiszone sind. In Fig. 2 ist die Lage dieser Koordinaten.angedeutet. Auf diese Weise ist eine einfache zweidimensionale Registrierung der Intensitätsverteilung der durch das Fenster 5 in die Kammer seitlich eintretenden Strahlung möglich.
  • Die Bildrekonstruktion der Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung kann analog oder digital in einzelnen Bildelementen erfolgen. Die yi-Koordinate eines auch als Pixel bezeichneten Bildpunktes endlicher Ausdehnung ist dabei durch Projektion auf die .Zeitachse t festgelegt, während die xi-Koordinate durch die jeweilige Kollektordrahtnummer bestimmt ist. Die Intensität wird durch Ladungsintegration über das Zeitintervall Δt = Δy/vd gemessen. Bei der Analogdarstellung wie z.B. beim Röntgenfernsehen kann dieser Wert als Ausgangsspannung einer Integratorschaltung, mit der jeder Kollektordraht 16 ausgestattet ist, periodisch abgegriffen werden und auf die Z-Achse eines CRT-Bildschirmes gegeben werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Integratorschaltung ist in Fig. 3 angedeutet. Widerstands- und Kondensatorwerte sind in der Figur direkt eingetragen, während es sich bei den weiteren, mit Bezugszeichen versehenen Teilen um folgende Bauteile handelt:
    Figure imgb0001
  • Eine digitale Datenerfassung kann z.B. gemäß dem Schaltbild nach Fig. 4 über einen Multiplexer 28, schnelle logarithmische AD-Umsetzer 29 und eine computergesteuerte Abspeicherung 30 mit Rücksetzung r und Sample/Hold-Umschaltung s/h auf einer Wechselplatte 31, einem Drucker 32 oder einem Farbfernseh-Wiedergabegerät 23 erfolgen. Eine derartige Datenerfassung ist beispielsweise auf dem Gebiet der Computertomographie allgemein bekannt.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Gestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung liegt in ihrer großen Dynamik und feinen Grautonabstufung, die sich beispielsweise bei einer digitalen Signalverarbeitung erreichen läßt. Die Integration pro Pixel der typischen Höhe Δy = 1 mm beträgt dabei Δt =Δy/vd und liegt in der Größenordnung von 0,5 msec. Die Stromstärke bei ungeschwächtem Strahl beträgt typischerweise 1 /uA. Damit läßt sich eine Dynamik von einigen 105 erreichen, wobei unter der Dynamik die auf dem Gebiet der medizinischen Technik unter diesem Begriff allgemein verwendete Größe zu verstehen ist.
  • Die Darstellung auf einem Fernseh-Monitor kann z.B. in der aus der Computer-Tomographie allgemein bekannten Fenstertechnik erfolgen, wobei die erzielbare Pixelgröße etwa 1 mm2 beträgt. Diese Größe ist bekanntlich nach unten durch die durch das Produkt k.T und die Raumladung beeinflußte Diffusion der Ionen, die Reichweite der Fotoelektronen im Absorptionsvolumen, die Inhomogenität des Driftfeldes und die Parallaxenfehler durch endliche Dicke des Absorptionsvolumens begrenzt. Der wichtigste Punkt, nämlich das Auseinanderdiffundieren einer zunächst lokalisierten Ionenkonzentration, läßt sich durch Anlegen eines hinreichend starken Driftfeldes Ed von beispielsweise 1,5 kV/cm, durch einen nicht zu hohen Druck von 5 bis 10 bar und durch eine Ausdehnung des Absorptionsvolumens in y-Richtung von höchstens 25 bis 30 cm auf einen Wert <1 mm beschränken. Die Reichweite der Fotoelektronen ist dabei wesentlich geringer. Inhomogenitäten im Driftfeld Ed können durch eine entsprechende Geometrie der Hilfselektroden ausreichend klein gehalten werden, um Verzerrungen auszuschließen.
  • Der Parallaxenfehler läßt sich beispielsweise durch eine radiale Ausrichtung der Kollektordrähte auf einen festen Fokusstand von beispielsweise etwa 800 mm in einer Ebene vollständig beseitigen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel dieser Aufnahmetechnik ist in Fig. 5 als Aufsicht eines Schnittes parallel zur Ebene der Kollektordrähte angedeutet. In der Figur sind ein Strahlerzeuger mit 35; die ein von ihm ausgehendes Strahlenbündel begrenzenden, durch gepfeilte Linien veranschaulichten Strahlen mit 36 und 37, eine Detektorkammer mit 38 und deren in einer Ebene liegenden, radial bzgl. des Strahlerzeugers 35 ausgerichteten Kollektordrähte mit 39 bezeichnet. Als Strahlerzeuger ist beispielsweise eine 70 kV Röntgenröhre hoher Pulsleistung vorgesehen, wobei die Pulsdauer etwa 0,5 msec beträgt. Die Bildwiederholungsfrequenz ergibt sich aus der Laufzeit der Ionen mit der längsten Wegstrecke; also f = vd/ymax beträgt beispielsweise ungefähr 10/sec. Mit dieser Laufzeit läßt sich die Vorrichtung nach der Erfindung vorteilhaft auch als Röntgenfernsehgerät zur Aufnahme dynamischer Vorgänge in der medizinischen Technik verwenden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur mehrdimensionalen, bildmäßigen Darstellung der Intensitätsverteilung im Querschnitt eines Bündels einer durchdringenden Strahlung, insbesondere eines Röntgenstrahlbündels, mit einer Detektor-. kammer, deren Innenraum unter Überdruck eines vorbestimmten Gases steht, in der zwei sich auf zumindest annähernd parallelen Flächen erstreckende Elektroden angeordnet sind, von denen eine für die durch Ionisation in dem Gasraum entsprechend der Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung erzeugten elektrisch geladenen Teilchen hochtransparent ist und zwischen denen ein zumindest annähernd homogenes elektrisches Feld mittels ringförmiger Hilfselektroden ausgebildet ist, und die auf der den Hilfselektroden abgewandten Seite der hochtransparenten Elektrode als Vieldrahtkammer ausgebildet ist, die in einer Ebene und untereinander kreuzungsfrei gespannte Drähte enthält, und mit Mitteln zur Registrierung und Weiterverarbeitung der an den Drähten der Vieldrahtkammer durch die elektrisch geladenen Teilchen erzeugten Signale, wobei eine Zuordnung dieser Signale zu dem jeweiligen Entstehungsort eines elektrisch geladenen Teilchens in dem Gasraum zum einen durch die Ortskoordinate des das elektrische Teilchen registrierenden Drahtes der Vieldrahtkammer und zum anderen unter Berücksichtigung der Driftzeit des elektrisch geladenen Teilchens zwischen dem Ort seiner Entstehung in dem Gasraum und dem registrierenden Draht durch das zumindest annähernd homogene elektrische Feld vorgenommen ist, d a - durch gekennzeichnet , daß für eine zweidimensionale Darstellung
a) die Einfallsrichtung der in den Innenraum (6) der Detektorkammer (2) eintretenden Strahlung (7) zumindest annähernd parallel zu der Ebene der als Kollektordrähte dienenden Drähte (16) der Vieldrahtkammer verläuft,
b) daß die Drähte (16) der Vieldrahtkammer zumindest annähernd parallel bezüglich der Einfallsrichtung der Strahlung (7) ausgerichtet sind und
c) daß die zu registrierenden elektrisch geladenen Teilchen (18) positive Ionen des Gases sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas im Innenraum (6) der Detektorkammer (2) zumindest weitgehend Krypton oder Xenon ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasdruck im Innenraum (6) der Detektorkammer (2) mindestens 2,vorzugsweise mindestens 5 bar beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - durch gekennzeichnet , daß der Gasdruck im Innenraum (6) der Detektorkammer (2) höchstens 15, vorzugsweise höchstens 10 bar beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest die die Vieldrahtkammer begrenzende Elektrode (10) aus einem Drahtnetz mit einer vorbestimmten Maschenweite besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Maschenweite des Netzes der Elektrode (10) zwischen 0,2 und 1 mm, vorzugsweise bei etwa 0,5 mm liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte des Netzes der Elektrode (10) Stahldrähte mit einer Drahtstärke zwischen 20 und 100 /um, vorzugsweise von etwa 50 /um sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein elektrisches Feld (Ed) zwischen den Elektroden (9, 10) mit einer Feldstärke zwischen 1,0 und 2,5 kV/cm.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke der Drähte (16) der Vieldrahtkammer zwischen 20 und 100 µm, vorzugsweise bei etwa 50 /um liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Drähte (16) der Vieldrahtkammer aus Kupfer-Berryllium oder Wolfram oder Stahl.
11. Vorrichtung, die einer annähernd punktförmigen Strahlenquelle zugeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte (39) der Vieldrahtkammer in bezüglich der Strahlenquelle (35) zumindest annähernd radialen Ebenen liegen (Fig. 5).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2538906A1 (fr) * 1983-01-04 1984-07-06 Commissariat Energie Atomique Procede d'examen de l'image radiographique d'un objet irradie a l'aide d'une source de rayonnements ionisants et chambre d'ionisation pour la mise en oeuvre du procede
WO2006103403A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 The Science And Technology Facilities Council Radiation detector

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3901837A1 (de) * 1989-01-23 1990-07-26 H J Dr Besch Bildgebender strahlendetektor mit pulsintegration

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS, Band 161, Nr. 3, Mai 1979, Seiten 383-390, Amsterdam, NL. D. FANCHER et al.: "Performance of a time-projection chamber" *
NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS 158, 1979, Seiten 81-88, North-Holland Publishing Co. D. FRIEDRICH et al.: "Positive ion effects in large-volume drift-chambers" *
NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS, Band 111, Nr. 1, 1. August 1973, Seiten 77-81, Amsterdam, NL. J. SAUDINOS et al.: "Localisation de particules par compteur à migration" *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2538906A1 (fr) * 1983-01-04 1984-07-06 Commissariat Energie Atomique Procede d'examen de l'image radiographique d'un objet irradie a l'aide d'une source de rayonnements ionisants et chambre d'ionisation pour la mise en oeuvre du procede
EP0115734A1 (de) * 1983-01-04 1984-08-15 Commissariat A L'energie Atomique Untersuchungsverfahren des radiographischen Bildes eines ionisierenden Strahlen ausgesetzten Objekts und Ionisationskammer zur Durchführung des Verfahrens
US4645934A (en) * 1983-01-04 1987-02-24 Commissariat A L'energie Atomique Process for examining a flat radiograph of an object and ionization chamber for performing the process
WO2006103403A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 The Science And Technology Facilities Council Radiation detector

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