NL8903110A - Roentgenonderzoekapparaat met dynamisch filter. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een röntgendoorlichtingsapparaat met een röntgenbron, een plaatsgevoelige röntgendetekt.or en een inrichting voor lokaal instelbare stralingsabsorptie van een door de röntgenbron op te wekken röntgenbundel.

Een dergelijk apparaat, uitgerust met een gamma camera als plaatsgevoelige detektor voor öetektie van relatief kortgolvige röntgenstraling is bekend uit ÜS 4481419. De inrichting voor lokale absorptie aanpassing bestaat daar uit een zogenaamde attenuation zone-plaat en heeft een funktie bij het vormen van een encoded beeld van een driedimensionale stralingsintensiteitsverdeling van een röntgenstralen of gamma stralen uitzendend objekt. Een dergelijke inrichting geeft mogelijk een verbeterde beeldvorming maar beantwoordt niet aan een algemeen geldende vraag naar een beeldvorming met een hoger oplossend vermogen in een röntgendoorstralingsapparaat.

Doel van de uitvinding is een röntgendoorstralingsapparaat te verschaffen waarin beeldvorming met een hoger oplossend vermogen kan worden gerealiseerd zonder dat de stralingsbron of de detektor onevenredig veel ingewikkelder of minder snelwerkend worden. Om dit te realiseren heeft een röntgendoorstralingsapparaat van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat de absorptie-inrichting een matrix met door middel van plaatsafhankelijke detektiesignalen stuurbare stralingsabsorberende elementen bevat.

Doordat een apparaat volgens de uitvinding is uitgerust met lokaal regelbare absorptie-elementen, kan, gestuurd vanuit de detektor een sterke harmonisatie in lokale bundelintensiteit worden gerealiseerd waardoor de dynamic range in te detekteren signalen sterk wordt gereduceerd met als gevolg de mogelijkheid tot een beeldvorming met een beduidend verbeterd oplossend vermogen.

In een voorkeursuitvoering bevatten de absorptie-elementen een tussen twee lokaties verplaatsbaar absorptiefluidum waarbij voor een locatie een relatief grote absorptie optreedt en voor een andere lokatie slechts een verwaarloosbare absorptie. In het bijzonder bevat het absorptiefluidum een element met een relatief hoog atooragetal zoals kwik, jodium of een metaal met een vloeibare metaalverbinding zoals gallium, tin, verbindingen of eutectische mengsels daarvan. Bij voorkeur wordt dit fluïdum hydraulisch tussen beide lokaties verplaatst, waarbij van een niet absorberende hulpvloeistof gebruik kan worden gemaakt.

In een voorkeursuitvoering bevatten de absorptie-elementen een tulpvormige houder en wordt het absortiefluidum tussen een kelkgedeelte en een steelgedeelte daarvan verplaatst.

Overigens kunnen de aborptie-elementen ook door, bijvoorbeeld magnetisch richtbare staafvormige absorptie-elementen worden gevormd.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn de absorptie-elementen ondergebracht in een gemeenschappelijke behuizing die bijvoorbeeld uit een weinig absorberende kunststof is opgebouwd. Bij voorkeur heerst in de ruimten voor het fluidum een onderdruk ten opzichte van de atmosferische buitendruk; dit maakt het verplaatsen van het fluidum eenvoudiger.

In een voorkeursuitvoering hebben klekgedeelten dwars op de stralingsrichting dus ook substantieel dwars op de steelrichting gezien een cirkelvormige doorsnede en zijn bij voorkeur in een regelmatige dichte bolpakking gerangschikt. Ook kunnen meerdere lagen, kelken worden toegepast die dan zodanig ten opzichte van elkaar verschoven zijn gepositioneerd dat geen direkte doorstraling optreedt bij maximaal gevulde kelken. In plaats van cirkelvormig kunnen de kelken ook de vorm van regelmatige veelhoeken, zoals bijvoorbeeld driehoeken, vierkanten, zehoeken enzovoorts, hebben waardoor in een enkelvoudige laag een betere afdichting kan worden gerealiseerd.

In een voorkeursuitvoering zijn stelen van de absorptie-elementen op een voorwerpspunt van een stralingsbron gericht. Hierdoor wordt bij open elementen een maximale doorlating met een minimale dwarsafmeting voor de absorberende stelen verkregen.

In een onderzoekapparaat is een stralingsabsorptie-inrichting volgens de uitvinding bij voorkeur relatief dicht bij een stralingsuittreevenster georiënteerd. Hierdoor worden eventuele steelafbeeldingen bij open stand optimaal vervaagd. Dit kan ook worden gerealiseerd door aan de absorptie-inrichting een trillende beweging op te drukken. Een stralingsabsorptie-inrichting kan bijvoorbeeld zijn opgenomen in een aan een uittreevenster aansluitend opgestelde collimator.

Een matrix van stralingsabsorptie-elementen bevat bijvoorbeeld 50x50 elementen kan met vrucht deel uitmaken van praktisch alle stralingsonderzoekinrichtingen. Een dergelijk systeem kan bijvoorbeeld ook worden toegepast voor dual energy metingen waarbij dan gebruik wordt gemaakt van het verschil in stralingsabsorptie in afhankelijkheid van de hardheid van de straling.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont: figuur 1 een schetsmatige weergave van een röntgenonderzoekinrichting volgens de uitvinding, figuur 2 een voorkeursuitvoering van een absorptie-element gezien in een doorsnede langs te detekteren straling, figuur 3 voorbeelden van een matrix van absorptie-elementen gezien dwars op de stralingsbundelrichting, en figuur 4 een besturingsinrichting voor een matrix absorptie-elementen.

Een röntgenonderzoekinrichting zoals aangegeven in figuur 1 bevat een röntgenbuis 1 met een voedingsbron 2 voor het opwekken van een röntgenbundel 3 waarmede een op een drager 4 gelegen objekt 5 kan worden doorstraald. De beelddragende röntgenbundel wordt opgevangen door een röntgenbeeldversterkerbuis 6 met een ingangsscherm 7, een elektronen optisch systeem 8 en een uitgangsscherm 9. Een uit het uitgangsscherm tredende beelddragende lichtbundel 10 wordt met behulp van een optisch afbeeldingssysteem 11 afgebeeld op, enerzijds een filmcamera 12 en anderzijds een televisie-opneembuis 13. Het optische afbeeldingssysteem bevat gebruikelijk een eerste lens 14 waarvan het voorwerpsbrandvlak samenvalt met het uitgangsscherm 9, een tweede lens 15 waarvan het beeldbrandvlak samenvalt met een trefplaat 16 van de televisie-opneembuis 13 en tussen beide lenzen een beeldverdeelinrichting 17, bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatende of wegklapbare spiegel waarmede de lichtbundel ook op de filmcamera 12 geprojekteerd kan worden. Om storende invloeden van bijvoorbeeld elektromagnetische velden op een elektronenbundel 18, die foto-elektronen van het ingangsscherm afbeeld op het uitgangsscherm te reduceren kan de röntgenbeeldversterkerbuis zijn opgenomen in een huis 19 met bijvoorbeeld een tralienvormig ingangsrooster 20 dat overeenkomstig ÜS 4.220.890 zowel de funktie van strooistralenrooster als de funktie van magnetisch afscherming kan hebben.

De in het uitgangsscherm opgewekte, en via een uitgangsvenster 21 uittredende lichtbundel 10 is bij de gekozen opstelling van de lens 14 tussen beide lenzen een parallelle bundel. Tussen beide lenzen is hier een optisch element 22 geplaatst waarmede een gedeelte 23 van de afbeeldende bundel uit de bundelweg voor de afbeeldende bundel wordt geselecteerd. Het optisch element 22 heeft hier de vorm van een prisma waarmede bijvoorbeeld 0,1 a 1 procent van de lichtstroom uit de afbeeldende bundel wordt ingevangen. Zoals reeds opgemerkt kan het optisch element 22 ook worden gevormd door een, onder ongeveer 45° geplaatste eventueel gedeeltelijk doorlatende spiegel of door een bundel optische vezels.

Het prisma 22 richt de bundel 23 naar een beelddetektie-inrichting 24 van waaruit een stuurinrichting 25 voor voeding van een instelbaar absorptiefilter 26 kan worden bestuurd. De stuurinrichting 25 kan ook worden gevoed door signalen die via een videosignaal verwerkende inrichting 27 aangesloten op de televisie-opneembuis 13 worden geleverd. De videosignaal verwerkende inrichting 27 kan bijvoorbeeld deel uitmaken van een inrichting voor het vormen van gedigitaliseerde beeldinformatie, zoals voor digitale beeldsubtractie, en is voor beeldweergave aangesloten op een monitor 28 die ook direkt op de televisie-opneembuis 13 is aangesloten. De videosignaal verwerkende inrichting is hier ook aangesloten aan een generator 29 voor besturing van de röntgenbuis 1. Het instelbarte absorptiefilter 26 is hier gepositioneerd tussen een uittreevenster 31 van de röntgenbuis en een collimator 32. In praktische uitvoeringen zal het filter voor een blijvende goede positionering mechanisch met de collimator en direkt of indirekt met de röntgenbuis zijn verbonden.

Beeldharmonisatie kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door vormen van een beeld met een geheel open filter 26, selekteren van een deelbeeld, dat wil zeggen beeldinformatie van het gehele beeld via een afbeeldende optiek voor een geselekteerde deelbundel met het optisch element 22, onderzoek van dat beeld op te heldere elementen en sturing vanhet filter op deze bevindingen. Een beeldregistratie voor de deelbundel kan bijvoorbeeld met behulp van een fotodiodematrix of via een videoketen worden gerealiseerd. Informatie daarvan kan direkt beeldpuntsgewijs naar het absorptiefilter besturingsmechanisme worden gevoerd.

In figuur 2 is een voorbeeld van een tulpvormig filterelement 40 geschetst en wel in figuur 2a in absorptiemode en in fibuur 2b in transmissiemode. Een hier geschetst filterelement 40 omvat een kelk 41 en een steel 42 die bij voorkeur substantieel een gelijk volume hebben. Zeer schematisch is aan een van de kelk afgekeerd uiteinde van de steel een reservoir 44 aangegeven dat is gevuld met een weinig absorberende hulpvloeistof 45 die inert voor en niet mengbaar is met een absorptiefluidum 46 dat hier geheel in de kelk is geconcentreerd en zich in figuur 2b juist in de steel bevindt. Door de stuurinrichting gecontroleerd is het reservoir samendrukbaar waardoor de vloeistof 45 in de steel 42 dan wel via een buis 47 in de kelk 41 kan worden gedreven. Hiertoe bevat de inrichting bijvoorbeeld een orthogonaal stelsel met een lijn- en kolomregister waardoor elk filterelement individueel kan worden geaktiveerd. Het lijn- kolomregister bedient daarbij via bijvoorbeeld een pneumatische bediening 48 een klep 49. De buis 47 is in elke mode en eventuele tussenfase steeds gevuld met hulpvloeistof 45 evenals uiteraard het reservoir. Aldus wordt de hulpvloeistof tussen de steel en het reservoir verplaatst waarbij de absorptievloeistof in en uit de kelk worden bewogen. In het bijzonder heeft een kelk een dwarsdoorsnede van bijvoorbeeld 2 mm en een dikte van bijvoorbeeld 0,5 mm, de steel een dwarsdoorsnede van bijvoorbeeld 0,25 mm en een lengte van bijvoorbeeld 16 mm. Het volume van absorberende vloeistof is dan ongeveer 3 mm^. De afstand tussen naburige cellen bij een meerlaagsfilter is bijvoorbeeld 1,25 mm.

Naast filterelementen werkend op basis van een verplaatsbaar absorptiefluidum kan ook worden gewerkt, met bijvoorbeeld pneumatisch of magnetisch inklapbare langgerekte filterelementen, bijvoorbeeld staafjes of plaatjes. Deze kunnen in absorptiemode in een vlak liggen maar elkaar bijvoorbeeld ook dakpansgewijs overlappen.

In figuur 3 zijn twee voorbeelden van absorptiefilers geschetst gezien in een vlak dwars op de afbeeldende stralenbundel 3. In figuur 3a vormen filterelementen een matrix 50 met een bolstapeling van cirkelvormige kelken 41. Een kolomregister 51 en een lijnregister 52 vormen hier deel van het stuurregister 25 als aangegeven in figuur 2. Door een juiste adressering vanuit de stuurinrichting 25 kan elk van de filtereleemnten individueel worden geaktiveerd. Een geheel overeenkomstige matrix 55 van filterelementen maar nu met kelken 41 met een vierkant als doorsnede is geschetst in figuur 3b. Het voordeel van deze matrix, die overigens geheel overeenkomstig kan worden bestuurd is, dat nu geen open ruimte 56 tussen de kelken behoeven op te treden. In beide matrices is met gearceerde kelken 57 een absorberend gedeelte van het filter geschetst. Met een matrix 55 kan aldus in een vlak een nagenoeg volkomen absorptie worden gerealiseerd. Mochten bij een matrix 50 problemen met de open ruimten ontstaan, dan kunnen deze door toepassen van meerdere lagen filterelementen, gestapeld in de stralingsrichting worden gesloten. Bij voorkeur zullen daarbij opvolgende filterelementen zo exact mogelijk onder openingen 56 worden geplaatst. Met deze lagen kan aldus een voldoen homogeen absorberend filter worden verkregen.

Voor besturing van de drukkleppen kan gebruik worden gemaakt van drukverdelers bij voorkeur opgedeeld in een lijn- en een kolomsturing. Voor de sturing zijn twee drukniveau's nodig waarmede de mode van een filterelement is bepaald bijvoorbeeld door een gesloten of open stand van een klep. Gebruik kan daarbij worden gemaakt van bijvoorbeeld een roterende distributor aangedreven door bijvoorbeeld een stappenmotor of een lineaire motor met een encoder. Een dergelijke distributor bevat bijvoorbeeld een van een spiraalgroef voorziene roteerbare cylinder waarbij een hoekstand een filterelement adresseert en daarvan bijvoorbeeld een klep opent of sluit. Met een matrix met bijvoorbeeld 64x64 filterelementen omvat de cylinder dus 64 adressen dus ruwweg 6 booggraden per adres.

Vloeistofverplaatsing kan bijvoorbeeld elektrodynamisch worden gerealiseerd. Een voorkeursuitvoering daartoe omvat een cylindervormige elektromagneet met daarin een cylinder uit sterk permanent magnetisch materiaal die aan een uiteinde van een as pneumatisch op een houder voor de hulpvloeistof kan zijn aangesloten. Bekrachtiging van de magneet levert dan een door de grootte van de bekrachtiging bepaald druk op de hulpvloeistof. In een gunstige uitvoeringsvorm is een tweede cylinderasuiteinde eveneens pneumatisch verbonden met een collectief expansievat eveneens gevuld met hulpvloeistof. Hierdoor is het nadeel van eventuele lekkage omzeild en is een meer symmetrische regeling gerealiseerd.

Een voorbeeld voor een pneumatisch bedreven filterelement besturing is aangegeven in figuur 4. Een dergelijke inrichting bevat een plaat 60 met kanalen 62 die zich in een y-richting uitstrekken. Deze kanalen zijn aan een plaatonderzijde afgesloten met een flexibel membraan 64. Onder het membraan bevinden zich reservoirs 66. Een eerste mode met een gesloten merabraanklep is aangegeven als situatie 681 met een gesloten membraan 64 ter plaatse, een met kwik gevulde buis 701, een met doorlatende vloeistof gevuld reservoir 721 dat met een tweede membraan 74 is afgesloten. In een volgende situatie 682 is een buis 702 gevuld met doorlatende vloeistof en is het kwik uit de buis 701 in een reservoir 722 geperst en bevindt het membraan 74 zich in een geopende stand. Het kwik, of meer algemeen het absorberende fluïdum, in reservoir 722 absorbeert opvallende röntgenstraling en het filter is dus ter plaatse absorberend. In een derde situatie 683 neemt het membraan 64 weer een gesloten positie in maar is een reservoir 723 gedeeltelijk gevuld met absorberende vloeistof 80 en gedeeltelijk met doorlatend fluïdum waardoor het filter ter plaatse gedeeltelijk doorlatend is. Overtollig fluïdum kan worden opgeslagen in reservoir 80 die eventueel in verbinding staan of een geheel vormen met de reservoir 66. De reservoirs 72 vormen kanalen in een tweede plaat 82 die in een x-richting verlopen. Met de y-richting kanalen 62 is een orthogonale besturing realiseerbaar.

Claims (20)

1. Röntgenstralingsapparaat met een röntgenbron, een plaatsgevoelige röntgendetektor en een inrichting voor lokaal instelbare stralingsabsorptie van een door de röntgenbron op te wekken röntgenbundel, met het kenmerk, dat de absorptie-inrichting een matrix door plaatsafhankelijke detektorsignalen stuurbare stralingsabsorptie-elementen bevat.

2. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stralingsabsorptie-elementen een, in twee verschillende lokaties onderbrengbaar absorptiefluidum bevatten.

3. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het absorptiefluidum een element met een relatief hoog atoomnummer bevat.

4. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het absorptiefluidum kwik is,

5. Röntgendoorstralingsapparaat vlgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het absorptiefluidum een röntgenkontrastmiddel bevat.

6. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het absorptiefluidum een vloeibare metaallegering is.

7. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen een tulpvormige houder bevatten en het absorptiefluidum tussen een steelgedeelte en een kelkgedeelte daarvan verplaatsbaar is.

8. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen naast het absorptiefluidum een daarmede niet-mengbare vloeistof met een relatief geringe stralingsabsorptie bevatten.

9. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het absorptiefilter magnetisch omklapbare langwerpige absorptie-elementen bevat.

10. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen zijn opgenomen in een gemeenschappelijk, voornamelijk uit kunststof opgebouwd huis.

11. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat binnen behuizingen voor het absorptiefluidum een onderdrukt ten opzichte van atmosfeerdruk heerst.

12. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat kelken van absorptie-elementen, gemeten dwars op stelen, een cirkelvormige doorsnede hebben.

13. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen, gezien in een stralingsrichting van de röntgenbundel, in meerdere ten opzichte van elkaar verschoven lagen met een dichte bolpakking zijn gerangschikt.

14. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat tulpdoorsneden dwars op stelen gemeten op elkaar aansluitende regelmatige veelhoeken vormen.

15. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de langwerpige gedeelten, van de absorptie-elementen op een stralingsvoorwerppunt gefocusseerd zijn georiënteerd.

16. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen nabij een uittreevenster van de röntgenbron zijn gepositioneerd.

17. Röntgendoorstralingsapparaat volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de absorptie-elementen in een collimator van de stralingsbron zijn opgenomen.

18. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting voor lokale stralingsabsorptie een matrix van ongeveer 50x50 elementen bevat.

19. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit is uitegrust voor meting met twee verschillende stralingsgolflengtegebieden door absorptie-elementen diskrimineerbaar zijn.

20. Röntgendoorstralingsapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit is uitegrust voor digitale beeldsignaalverwerking en de beelddigitalisatie daarvan tevens bruikbaar is voor het vormen van stuursignalen voor de absorptie-elementen .