NL8401946A - Stelsel voor het detecteren van twee roentgenstralingsenergieen. - Google Patents

Description

Titel:_Stelselvoor het detecteren van twee röntgenstralingsenergieën.

VO 6227

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel omvattende een röntgenstralingsbron, een langwerpige detectorbuis en een tussen de röntgenstralingsbron en de detectorbuis gelegen spleetvormig diafragma, waarvan de spieetvormige opening evenwijdig verloopt aan de langsas van 5 de detectorbuis, welke detectorbuis is voorzien van ten minste één in langsrichting van de buis gelegen kathode en ten minste één, eveneens in langsrichting van de buis tegenover de kathode gelegen anode, waarbij in de buis een vacuum heerst en in bedrijf tussen de kathode en de anode een electrisch veld is aangelegd. Een dergelijke langwerpige róntgenstra-10 lingsdetectorbuis is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 7900878 en is in het bijzonder bestemd om gebruikt te worden bij spleet-radiografie.

Uit het artikel "Computerized dual-energy imaging: a technical description" van J.Coumans e.a. in Medicamundi vol. 27, no. 3, 1982, is 15 het bekend om zogenaamde dual-energy röntgenbeelden op te wekken door afwisselend twee verschillende hoogspanningswaarden, bijvoorbeeld 70 en 120kVp aan te leggen aan een röntgenstralingsbron, waarbij de respectieve hoogspanningswaarden röntgenspectra met verschillende energetische zwaartepunten, vaak genoemd een verschillende hardheid, opwekken. Door een te 20 onderzoeken voorwerp, bijv. het lichaam van een patient, achtereenvolgens te bestralen met röntgenstraling met een eerste energetisch zwaartepunt en vervolgens met röntgenstraling met een tweede energetisch zwaartepunt is het mogelijk om de verkregen röntgenbeelden, bijvoorbeeld met behulp van een computer, zo te bewerken dat bijvoorbeeld beenderen niet worden 25 afgebeeld en weefsel wel, waardoor het mogelijk is om achter bijvoorbeeld ribben gelegen weefselgedeelten toch af te beelden. Een en ander berust op het feit dat verschillende materialen in bijvoorbeeld het menselijke lichaam een verschillende absorptie voor röntgenstraling met een verschillende hardheid vertonen.

30 Het gebruik van verschillende waarden voor de hoogspanningsvoe- ding van een röntgenstralingsbron heeft als bezwaar dat de bestraling op twee achtereenvolgende tijdstippen moet geschieden, waarbij de tussenpoos tussen beide tijdstippen niet te lang mag zijn omdat anders tengevolge van bewegingen van het te onderzoeken object fouten kunnen ontstaan 35 bij het bewerken van de bij de verschillende röntgenstralingsspectra verkregen beelden.

840194ο t -2-

Bij spleet-radiografie, zoals bijvoorbeeld beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8303156, is een mechanische aftasting nodig om een compleet beeld van een patient te verkrijgen en is de opnametijd voor een totale beeldhoogte van 0,4 m circa 1 seconde. Deze opname-5 tijd is zo lang dat een tweede opname erna, met een andere röntgenbron-spanning, onvermijdelijk leidt tot een veranderde geometrie van het beeld van de patient, hetgeen onacceptabel is.

De uitvinding beoogt te voorzien in middelen waarmede ook bij spleet-radiografie de zogenaamde dual-energy-JDeeldbewerkingstechnieken 10' kunnen worden toegepast, zonder dat het nodig is de anodespanning van de röntgenstralingsbron om te schakelen.

De uitvinding voorziet daartoe in een stelsel van voomoemde soort waarbij in de baan tussen de röntgenstralingsbron en de detectorbuis nabij het spieetvormige diafragma een filter geplaatst is dat een gedeel-15 te van de door de bron uitgestraalde röntgenstralingsbundel over de gehele lengtevan de spieetvormige opening onderschept en röntgenstraling in dat bundelgedeelte met een relatief lage energie blokkeert en waarbij de kathode voorzien is van een röntgen-detectielaag bestaande uit twee, in wezen evenwijdige in langsrichting 20 van de buis gelegen stroken, waarbij een strook de door het filter doorgelaten straling ontvangt en de andere strook de ongefilterde straling ontvangt, en de ene strook een wezenlijk grotere dikte heeft dan de andere strook.

De uitvinding berust op het inzicht dat bij spleet-radiografie de 25 lokale belichtingstijd aanzienlijk korter is dan de opnametijd voor het totale beeld. De lokale belichtingstijd is de tijd, die een platte, waaiervormige röntgenbundel nodig heeft om een punt van de patient te passeren. Deze bundel wordt verkregen door middel van het spieetvormig diafragma tussen de röntgenbron en de patient, welk diafragma alle:en 30 röntgenstraling via de patient tot de detectorbuis toelaat binnen een ruimteboek die wordt bepaald door de strookvormige detector gezien vanuit het brandpunt van de röntgenbron. Wanneer dit spieetvormige diafragma in twee even lange, boven elkaar gelegen smallere spleten gedacht wordt, welke spleten in het algemeen niet even smal behoeven te zijn, 35 dan kan de oorspronkelijke röntgenbundel opgebouwd gedacht worden uit twee op elkaar gestapelde nog plattere waaiervormige deelbundels, die 8401946 -3- elk een bijbehorende smalle strook van de detector treffen. Bij het mechanisch aftasten ontstaan zo twee beelden, met een tijdverschil minder dan 0,1 seconde tussen de momenten waarop dezelfde punten van de patient geregistreerd worden. Het is bekend dat door het in een röntgenbundel 5 plaatsen van een plaat uit bijvoorbeeld Pb of Cu met een geschikte dikte de straling verhard wordt, dat wil zeggen dat de straling met een lagere energie, dus met een lagere frequentie relatief sterker wordt verzwakt dan straling met een hogere energie dus met een hogere frequentie.

10 Materie werkt als een hoog-doorlaat-filter op passerende röntgen straling. Laag-doorlaat-filters voor röntgenstraling zijn in de praktijk niet te realiseren.

Volgens de uitvinding wordt in de bundel bij het spieetvormige diafragma een dergelijk hoog-doorlatend filter zodanig geplaatst dat dit 15 een gedeelte van de platte waaiervormige bunden röntgenstraling onderschept, dus in feite één van de bovenstaand genoemde deelbundels. Hierdoor treedt in die bundel na passage van dat filter verschuiving naar een hogere energie op van het "energetisch zwaartepunt" ten opzichte van dat van de bundel die het spieetvormige diafragma passeert zonder te worden 20 gefilterd. Bovendien wordt volgens de uitvinding de detector zodanig uitgevoerd, dat de strook waarop de ongefilterde bundel valt overwegend zachte straling absorbeert en harde straling zoveel mogelijk doorlaat en de strook waarop de gefilterde bundel valt zoveel mogelijk van de reeds door het filter verharde straling absorbeert. Hierdoor kan de afstand 25 tussen de "energetische zwaartepunten" waarmee de bundels inwerken op de detector nog verder vergroot worden.

Om de gewenste detectoreigenschappen te verkrijgen heeft de strook van de detector waarop de gefilterde bundel valt aanzienlijk grotere dikte dan de andere strook. Bevat de detector een róntgenscherm, dan kan be-30 halve de dikte van het scherm ook het schermraateriaal van de ene strook anders worden gekozen dan dat van de andere strook. Zo zal schermmateri-aal bestaande uit atomen met een laag atoomnummer overwegend zachte straling absorberen.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden toegelicht 35 aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, onder verwijzing naar de tekening? hierin toontf 8401946 -4-

Fig. 1 een stelsel voor het detecteren van röntgenstraling volgens de uitvinding; fig. la een vergroot detail van fig. 1; fig. 2 grafisch het verband tussen de röntgenstralingsenergie en de 5 intensiteit bij metingen aan een eerste uitvoeringsvorm van een stelsel volgens de uitvinding en -- fig. 3 grafisch het verband tussen de röntgenstralingsenergie en de intensiteit bij metingen aan een tweede uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding; 10 fig. 4 schematisch de opbouw van een ander type detectorbuis voor het stelsel volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont een stelsel voor spleet-radiografie waarin de aan de uitvinding ten grondslag liggende inzichten zijn toegepast. Met verwijzings-cijfer 1 is een róntgenstralingsbron aangegeven, waarvan de straling via 15 een diafragma 2,via het schematisch weergegeven lichaam van een patient, een róntgenstralingsdetectorbuis 3 bereikt.

De bron 1 kan rond zijn as draaien terwijl tijdens deze verdraaiing het diafragma 2 en de buis 3 continu lineair verplaatst worden zodat een gedeelte van het lichaam van de patient met een loodrecht op het vlak van 20 de tekening gelegen waaiervormige bundel röntgenstraling bestraald wordt, waarbij de doorgelaten straling ontvangen worden door de buis 3.Inplaats van een lineaire beweging kan het diafragma ook roteren rond de as, rond welke ook de bron roteert.Voor een meer gedetailleerde uitleg van de werking van het getoonde stelsel wordt verwezen naar de Nederlandse octrooi-25 aanvrage Nr. 8303156. Volgens de uitvinding is nabij het diafragma 2 voorzien in een filter 4, dat een deel van de door de bron 1 uitgestraalde bundel onderschept en de relatief zachte röntgenstralen uit deze bundel blokkeert en de harde straling doorlaat. Als materiaal voor het filter kan in principe ieder op zich voor dit doel bekend materiaal worden toe-30 gepast, maar materialen zoals koper of lood genieten de voorkeur.

In buis 3 heerst een vacuum en is in bedrijf een electrisch veld aanwezig tussen kathode 5 en anode 6.

De kathode 5 is in fig.la op vergrote schaal getoond en omvat een ka-thodedrager 7 op de achterzijde waarvan eenlaag 8',8" uit bijv. Csl is 35 aangebracht. In laag 8',8" wordt de röntgenstraling omgezet in een zichtbaar beeld, welk beeld in een tegen de achterzijde van laag 8',8" aangebrachte fotokathode 9 electronen vrij maakt, welke electronen naar 8 4 0 1 9 4 6 -5- de anode gericht worden en aldaar op op zich bekende wijze kunnen worden omgezet in een versterkt, zichtbaar beeld. Het strookvormige gedeelte 8' van de laag Csl is relatief dun en het strookvormige gedeelte 8" is aanzienlijk dikker, waarbij het stelsel zo is gedimensioneerd dat de 3 door het filter 4 doorgelaten en dus verharde straling het dikkere laag-gedeelte 8" op de kathode treft, zodat aan het achtervlak van strook 8" een beeld ontstaat dat in hoofdzaak door harde röntgenstraling gevormd is. Dit beeld doet in de fotokathode 9 dus electronen uittreden die zijn vrijgemaakt door deze relatief, harde, energierijke röntgenstraling.

10 De niet-gefilterde straling treft de dunnere strook 8' van de ka thode waarin overwegend de zachtere straling wordt geabsorbeerd, zodat in de strook 8' een beeld wordt gevormd tengevolge van in hoofdzaak zachte röntgenstraling, waardoor in de fotokathode electronen worden vrijgemaakt waarvan het percentage electronen tengevolge van zachte straling 15 aanzienlijk groter is dan het percentage electronen dattengeiroievan zachte straling uittreedt aan de achterzijde van strook 8".

Een en ander zal worden verduidelijkt onder verwijzing naar de figuren 2 en 3.

Bij het bepalen van de grafieken volgens de fig. 2 en 3 bedroeg de 20 röntgenbronspanning steeds 130 kVp en werd als detectiemateriaal voor laag 8', 8" Csl gebruikt.

In fig. 2 is kromme A de produktkromme van de emissie van de röntgen-buis, de transmissie van een patient (150 mm ^0) en de absorptie van een 0,05 mm dikke laag 8' uit Csl, als functie van de keV-waarde van 25 de röntgenstraling. Kromme B verschilt van A doordat de straling extra gefilterd is door een filter 4, dat bestaat uit 2 mm Cu en doordat absorptie plaats vindt in een laag 8" uit Csl die 0,3 mm dik is. Beide krommen zijn genormeerd op een topwaarde 100.

Het "zwaartepunt" van kromme A ligt bij 57 keV en van kromme B bij 30 86 keV. De lichtopbrengst van de ongefilterde, relatief zachte straling (A) is ongeveer 2,7 x hoger dan die van de gefilterde, relatief harde straling (B). Indien dit voor de verwerking van de beelden een bezwaar is, kan de verhouding van de breedten van de bundels door een geschikte plaatsing van het filter 4 en van de daarmee corresponderende detector-35 stroken 8* en 8", waarop de respectieve stralingsbundels vallen, zo worden gekozen dat de tijd gedurende welke strook 8" belicht wordt 84013^* -6- groter is dan de tijd welke strook 8' belicht wordt.

Ook de krommen C en D tonen de invloed van het filteren op de keV-waarde van de röntgenstraling. Ook deze krommen zijn weer genormeerd op een topwaarde 100. Het verschil met de krommen volgens 5 fig. 2 is, dat de ongefilterde straling C wordt geabsorbeerd door een 0,1 mm dikke laag 8' uit Csl in plaats van 0,05 mm en dat de gefilterde straling wordt gefilterd door een filter 4 uit Cu dat 1 mm dik is in plaats van 2mm. Het "zwaartepunt" van kromme C ligt nu bij 58 keV en dat van kromme D bij 78 keV. De afstand tussen de "zwaartepunten" is kleiner ge-10 worden en wel voornamelijk tengevolge van de verminderde filtering. De lichtopbrengst van de ongefilterde straling (C) is circa 2 x hoger dan die van de gefilterde straling (D) en circa 1,8 x hoger dan in het geval dat 0,05 mm dik Csl voor detectie wordt gebruikt zoals bij kromme A.

Indien voor de ongefilterde straling eveneens 0,3 mm dik Csl voor 15 detectie gebruikt wordt, komt het "zwaartepunt" te liggen bij 61 keV en wordt de lichtopbrengst ruim 4 x hoger dan die van de gefilterde straling, zoals getoond in kromme (D).

Indien voor de gefilterde straling 1 mm Csl voor detectie gebruikt wordt, komt het "zwaartepunt" te liggen bij 88 keV en gaat de lichtop-20 brengst ten opzichte van de situatie met 0,3 mm dik Csl met circa een factor 2 omhoog. Het vervaardigen van een 1 mm dikke Csl-laag voor detectie levert echter vooralsnog onoverkomelijke technologische problemen op.

De verwerking van het met behulp van de öetectorlaag 3, 8" gevorm-25 de beeld moet bij het stelsel volgens de uitvinding vanzelfsprekend zodanig geschieden, dat twee beelden ontstaan,namelijk één corresponderend met het bovenste gedeelte en één met het onderste gedeelte van het op de anode van de beeldversterkerbuis gevormde beeld. Dit kan op verschillende wijzen geschieden.

30 De anode kan opgebouwd zijn uit twee stroken, die elk bestaan uit een ander fosfor, zodanig dat de electronen afkomstig van het dikste gedeelte van de detector een andere kleur licht opwekken dan de electronen afkomstig van het dunste gedeelte. Het is ook mogelijk hiertoe één soort fosfor toe te passen waarop uitwendig twee soorten filtermateriaal 35 zijn aangebracht, waarvan de spectrale transmissie onderling verschilt.

8401946 -7-

Ook filters die de polarisatietoestand van het licht van de twee stroken doen verschillen kunnen worden toegepast.

Met behulp van het onderscheid in kleur of polarisatietoestand is het mogelijk de lichtweg met kleur- of polarisatiegevoelige deel-5 spiegels te splitsen naar twee detectoren, films of zogenaamde diode-arrav's. In het geval van kleurinformatie kan ook op kleurenfilm zonder verdere splitsing de informatie van de anode direct geregistreerd worden.

Ook kan een normale anode worden toegepast en kan vervolgens de lichtweg gesplitst worden met een deelspiegel en via twee parallelle ob-10 jectieven toegevoerd worden aan twee diode-array1s of twee films. In het laatste geval moet er door middel van een voor de film meelopende afscherming of meskant voor gezorgd worden dat slechts één strook van de detector per film wordt af geheeld.

Tenslotte kan de anode een glasvezelanode zijn waarop diode array's 15 zijn aangebracht om de verschillende gebiedmvan de anode af te tasten. Een en ander is schematisch in fig. 4 getoond, waarin met 10 een röntgen-beeldversterkerbuis is aangegeven met daarin een kathode 11, bijvoorbeeld cpgébouwd zoals kathode 5 uit fig. 1 en een op een glasvezelplaat 12 aangebrachte anode 13. Op deze glasvezelplaat 12 zijn verdere elemen-20 ten uit glasvezelplaat 14 en 14' aangebracht, welke aan de tegenover plaat 12 gelegen uiteinden diode array*-s 15 en 15* dragen. Bij deze uitvoering van de anode kan ook met voordeel gebruik gemaakt worden van de in de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8401105 beschreven opbauw.

De elementen 14, 14' uit glasvezelplaat kunnen in plaats van de ge-25 toonde rechte vorm ook een enigszins gebogen vorm hebben, zodanig dat de elementen 14, 14', gezien in fig. 4 naar boven en naar onderen, gebogen zijn, waardoor de plaatsing van de diode-array's op de uiteinde van de elementen 14, 14' minder kritisch is. Doordat de elementen 14,14' uit glasvezels bestaan is het vervaardigen van de gebogen vorm geen 30 probleem en wordt ook de lichtoverdracht niet nadelig beïnvloed.

Om een goede scheiding van de twee beelden op de stroken zoals 8' en 8" van de kathode te verkrijgen kan tussen beide stroken Csl een onwerkzaam gebied worden aangebracht, dat in het geheel niet reageert op röntgenstraling.

8401946

Claims (10)

1. Stelsel omvattende een röntgenstralingsbron, een langwerpige detectorbuis en een tussen de röntgenstralingsbron en de detectorbuis gelegen spieetvormig diafragma waarvan de spieetvormige opening evenwijdig verloopt aan de langsas van de detectorbuis, welke detectorbuis 5 is voorzien van ten minste één in langsrichting van de buis gelegen kathode en ten minste één, eveneens in langsrichting van de buis tegenover de kathode gelegen anode, waarbij in de buis een vacuum heerst en in bedrijf tussen de kathode en de anode een.'elektrisch veld is aangelegd, met het kenmerk, dat in de baan tussen de röntgenstralingsbron en 10 de detectorbuis nabij het spleetvormige diafragma een filter geplaatst is dat een gedeelte van £e door de bron uitgestraalde röntgenstra-lingsbundél over de gehele lengte van de spleetvormige opening onderschept en röntgenstraling in dat bundelgedeelte met een relatief lage energie blokkeert en dat de kathode voorzien... . 15 is van een röntgendetectielaag bestaande uit twee, in wezen evenwijdige in langsrichting van de buis gelegen stroken, waarbij een strook de door het filter doorgelaten straling ontvangt en de andere strook de ongefilterde straling ontvangt, en de ene strook een wezenlijk grotere dikte heeft dan de andere strook.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het filter vervaardigd is uit koper.

3. Stelsel volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het filter vervaardigd is uit lood.

4. Stelsel volgens ten minste één der voorgaande conclusies met 25 het kenmerk, dat de ene, dikkere strook van de detectielaag een grotere breedte heeft dan de andere, dunnere strook.

5. Stelsel volgens ten minste een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de röntgendetectielaag bestaat uit Csl.

6. Stelsel volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met 30 het kenmerk, dat tussen de dikkere strook en de dunnere strook van de detectielaag een strookvormig gebied is gevormd dat ongevoelig is voor röntgenstraling.

7. Stelsel volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de anode opgebouwd is uit twee stroken, waarbij iedere strook 8401946 -9- in wezen in één lijn ligt met één van de stroken van de detectielaag op de kathode, waarbij de ene strook van de anode voorzien is van een fosforlaag die een eerste kleur licht kan opwekken en de andere strook op de anode van een fosforlaag die een tweede kleur licht kan opwekken.

8. Stelsel volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de anode voorzien is van een fosforlaag, op welke laag twee stroken filter-materiaal zodanig zijn aangebracht, dat iedere strook in wezen in één lijn gelegen is met één van de stroken détectiemateriaal op de kathode.

9. Stelsel volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de filters pola- 10 risatiefilters zijn.

10. Stelsel volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de anode is aangebracht op het naar de kathode gekeerde vlak van een glasvezelplaat en dat op het van de kathode afgekeerde vlak verdere elementen uit glasvezels zijn aangebracht, via welke het beeld dat afkomstig 15 is van de eerste strook detectiemateriaal naar ten minste een eerste diode-array geleid kan worden en het beeld dat afkomstig is van de tweede strook detectiemateriaal naar tenminste een ander diode-array geleid kan worden. 84 0 1 9 4 6